표제지
국문요약
목차
제1장 서론 11
1.1. 연구의 배경 11
1.2. 연구의 목적 및 범위 14
제2장 선행 연구 15
2.1. 로봇 건축(Robotics in architecture) 15
2.2. 소프트 로보틱스(Soft Robotics) 21
2.2.1. 공압식 소프트 액추에이터(Soft pneumatic actuator) 29
2.2.2. 액추에이터의 기하학적 설계(PneuNets design) 32
2.2.3. Pre-stressed 액추에이터 34
2.3. 자가 치유 재료(Self healing material) 36
2.4. 소프트 로봇과 건축 응용 39
제3장 실험 방법 및 재료 46
3.1. 실험 재료 46
3.1.1. 소프트 로봇의 제작 46
3.1.2. 자가 치유 재료의 합성과 액추에이터의 제작 47
3.2. 생체 모사를 통한 로봇 앤드 이펙터 제안 49
3.2.1. 손의 구동 매커니즘 분석 49
3.2.2. 손가락 모듈 디자인 및 제작 방식 54
3.2.3. 손바닥 모듈 디자인 및 제작 방식 63
제4장 결과 및 토의 67
4.1. 소프트 로봇 핸드 그리퍼 제작 67
4.1.1. 자가 치유 재료 적용 실험 67
4.1.2. 손가락 모듈 제작 및 성능 실험 72
4.1.3. 손바닥 모듈 제작 및 결합 실험 78
4.2. 핸드 그리퍼 성능 실험 및 평가 82
4.3. 경량 로봇 건축 시스템 디자인 제안 88
제5장 결론 93
참고문헌 95
Abstract 106
[표 1] 하드 로봇 기술과 소프트 로봇 기술의 비교 22
[표 2] Anthropomorphic Soft Hand Gripper 27
[표 3] Soft Robotics in Architectural Application 43
[표 4] Soft Robotic Technologies for Future Architecture 44
[표 5] 소프트 핸드 그리퍼 적용 분야 및 기대 효과 86
[그림 1] 로봇 건축 왼쪽 위부터 아래로, The Glass Vault by SOM, Roombots by EPFL[17], Robotic Timber... 18
[그림 2] 소프트 로봇 응용 사례 왼쪽 위부터 아래로, soft robot sleeve for heart function[30], soft robotic gripper for... 25
[그림 3] 소프트 로봇 핸드 기술 RBO Hand 3[25], BionicSoftHand from FESTO 26
[그림 4] 주름형 공압식 액추에이터의 설계와 기하학적 변형 왼쪽부터, 비선형 유한요소해석 시뮬레이션(Simscale), 주름형 액추에이터의 장력 측정... 33
[그림 5] 프리-스트레스트 소프트 액추에이터 35
[그림 6] 자가 치유 재료로 제작된 공압식 핸드 그리퍼 37
[그림 7] 소프트 로봇의 건축 디자인 응용 왼쪽부터, Levitation by adaptive system lab at ETH Zurich, Breathing skin[59],... 40
[그림 8] 건축과 로봇 기술 42
[그림 9] 자가 치유 재료를 사용한 액추에이터 제작 과정 48
[그림 10] 사람 손의 구동 매커니즘 관찰 스케치 50
[그림 11] 사람 손의 구동 매커니즘 분석 스케치 51
[그림 12] 프리-스트레스트 액추에이터의 제작 방식 54
[그림 13] 사람 손 모방 손가락 모듈의 설계, 프로토타입 2 형태와 길이 비율 및 내부 공압 네트워크 패턴 디자인 55
[그림 14] 손가락 모듈 그리퍼의 구동 방식, 프로토타입 3 57
[그림 15] 손가락 모듈의 설계, 프로토타입 3 두 종류의 손가락 치수 및 평면, 단면도 57
[그림 16] 유리 섬유의 삽입, 프로토타입 3 58
[그림 17] 그리퍼의 재료 구성, 프로토타입 3 58
[그림 18] 손가락 모듈 그리퍼 제작 몰드의 결합 방식, 프로토타입 3 60
[그림 19] 손가락 모듈 그리퍼 제작 과정, 프로토타입 3 62
[그림 20] 손바닥의 아치 구조 위쪽부터 손가락 끝 가로 아치, 세로 아치, 손목뼈 가로 아치 63
[그림 21] 손바닥 모듈의 설계와 재료 구성 1 64
[그림 22] 손바닥 모듈의 설계와 재료 구성 2 64
[그림 23] 손바닥 모듈 제작 과정 66
[그림 24] PBS-Ecoflex 합성물의 자가 치유 성능 평가 왼쪽부터, 절단, 절단 직후, 절단면 접촉, 30초 후 성능 회복 69
[그림 25] PBS-Ecoflex 합성물의 입체 형상 제작 및 액추에이터 성능 평가 69
[그림 26] PBS-Ecoflex 재료 경화 후 유사 재질 실리콘과의 반응 여부 파악 70
[그림 27] PBS-Ecoflex와 Ecoflex의 결합, 재료 손상 이후의 회복 70
[그림 28] 섬유의 삽입 실험 왼쪽부터, 섬유 배치, 경화 전 PBS:Ecoflex, 경화 후 PBS:Ecoflex,... 70
[그림 29] 초기 공압식 프리-스트레스트 액추에이터의 제작 및 성능 평가 73
[그림 30] 손가락 모듈 그리퍼의 양방향 구동, 프로토타입 2 73
[그림 31] Ecoflex-0050으로 제작된 소프트 로봇 핸드 그리퍼, 프로토타입 2 (위) 다양한 물체의 파악 (아래) 손가락 액추에이터의 펼침과 굽힘 74
[그림 32] 자가 치유 재료로 제작된 그리퍼와 층간 박리의 발생, 프로토타입 2 74
[그림 33] Ecoflex-0050으로 제작된 손가락 액추에이터의 거동, 프로토타입 3 76
[그림 34] 자가 치유 재료로 제작된 손가락 액추에이터의 거동, 프로토타입 3 76
[그림 35] 손상 전후의 액추에이터 구동 (위) 손상 전후 공기 주입 구동 (아래) 절개 과정 77
[그림 36] 손바닥 모듈의 변형 (위) 측면 (아래) 정면 79
[그림 37] 손바닥 모듈과 손가락 액추에이터의 결합 상세 79
[그림 38] 조립된 손가락 액추에이터의 거동 80
[그림 39] 완성된 자가 치유 핸드 그리퍼 81
[그림 40] 핸드 그리퍼의 개별 제어 구동 83
[그림 41] 핸드 그리퍼의 무동력 파악 왼쪽부터 공기 주입, 공기 제거, 무동력 파악(zero power holding) 83
[그림 42] 핸드 그리퍼-로봇 팔 연결 플랫폼의 설계 (좌) 후면 (우) 단면 84
[그림 43] 핸드 그리퍼-로봇 팔 연결 플랫폼의 제작 84
[그림 44] 자가 치유 핸드 그리퍼 작업 능력 평가 a) 수중에서의 구동, b) 다양한 온도에서의 구동, 왼쪽부터 6.1℃, 22.0℃, 52.7℃, c) 여러... 87
[그림 45] 산업용 6축 로봇 팔에 부착된 자가 치유 소프트 핸드 그리퍼 88
[그림 46] RoboDK 페인트 작업 시뮬레이션 89
[그림 47] 로봇 작업 환경 상세 89
[그림 48] 무동력 페인트 롤러 파악 90
[그림 49] 소프트 핸드 그리퍼 페인팅 실험 91
[그림 50] 건축 현장 적용 조감도 92