초탄성 형상기억합금을 활용한 수동형 가변강성 메커니즘에 관한 연구

Abstract

요약문 기술의 발전에 따라 기계는 새로운 환경에 노출 될 가능성이 높아지게 되었고 환경에 대응해야 할 수 있는 능력 또한 기계에 필요한 요소로 자리잡게 되었다. 가변 강성 기술은 기계 또는 기구 시스템의 구동 요소가 필요에 따라 강성이 바뀔 수 있도록 하는 기술이다. 최근 로봇이나 웨어러블 기기 등에서 시스템과 사용자의 안전성을 높이거나, 큰 형상 변형 또는 부피의 변화가 요구되는 시스템의 단순화를 위한 요소기술로서 개발되어 지고 있다. 예를 들어 변형되기 쉬운 물체를 잡는 그리퍼 유연하게 움직이다가 단단하게 고정되어 작업을 할 수 있는 소프트 메니퓰레이터, 롤러블 TV 와 같은 가변형 디바이스 등으로 연구되고 있다. 시스템이 단단한 구조로서 외력을 지탱해야 할 경우 높은 강성을 유지하다가 외형을 변화시켜 부피를 줄이거나 외력에 의해 적응적으로 변형이 되어야할 필요가 있을 때 가변 강성 메커니즘이 요구될 것이다. 가변 강성 기술은 구조, 재료 자체로 가변 강성을 갖는 기술, 능동적으로 필요에 따라 강성을 변형시킬 수 있는 기술등이 있다. 하지만 대부분의 시스템은 전력 등의 외부 동력이 필요한 능동형 가변강성 시스템으로 수동형 시스템에 비해 구조가 복잡하고, 부피가 크다는 제약을 갖는다. 기존 연구에서 주로 사용한 외부 전원을 사용하여 형상 기억 합금을 제어하는 방법과 달리 본 연구에서는 초 탄성 형상기억 합금을 사용하여 외부 전력이 필요없어 부피가 작고 구동이 간편한 구조를 가지고 있다. 본 연구의 가변 강성 구조는 여러개의 세그먼트가 초 탄성 형상기억합금 밴드에 의해 연결돼있는 굽힘이 가능한 막대 구조이며 구조를 굽힐 시 각 세그먼트는 인접한 세그먼트와 핀 조인트로 움직인다.

본 연구에서는 휘어질 수록 강성이 낮아지는 구조적 특징과 초탄성 형상기억 합급의 재료적 특징을 동시에 이용하는 수동형 시스템 가변 강성 구조를 제안하였고 실험을 통해 강성의 변화를 확인 하였다. 가변 강성 구조가 외력이 없을 때는 높은 강성으로 막대 형상을 유지 할 수 있었고 외력을 주었을 때는 곡률을 가지며 강성이 줄어들게 되는 것을 볼 수 있었는데, 이는 전력이 필요 없는 수동형 가변 강성 구조로 구조가 단순하고 부피가 작아 휴대가 가능한 롤러블 디바이스 등의 기기에 적용 할 수 있을 것으로 보인다.