KR100909041B1 - Inverted pendulum type dynamic vibration absorber with linearized gravity correction - Google Patents

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Abstract

An inverted pendulum type dynamic vibration absorber for achieving gravity compensation linearization is provided to facilitate design of the absorber and widen the operating range of the absorber to improve the performance and efficiency of the absorber. An inverted pendulum type dynamic vibration absorber for achieving gravity compensation linearization includes an inverted pendulum(100), a vertical spring(20), a vertical body(21), a horizontal body, and a horizontal spring(40). The inverted pendulum includes a weight. The vertical spring is rotatably combined with one side of the inverted pendulum and vertically expanded and contracted. The vertical body is vertically expanded and horizontally moved along the movement of the inverted pendulum. The horizontal body is horizontally extended and horizontally moved along the movement of the inverted pendulum. The horizontal spring is horizontally expanded and contracted.

Description

중력보상 선형화가 가능한 역진자형 동흡진기 {INVERTED PENDULUM TYPE DYNAMIC VIBRATION ABSORBER WITH LINEARIZED GRAVITY CORRECTION}{INVERTED PENDULUM TYPE DYNAMIC VIBRATION ABSORBER WITH LINEARIZED GRAVITY CORRECTION}

본 발명은 역진자형 동흡진기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 역진자형 동흡진기의 중력에 의한 비선형성을 제거할 수 있는 중력보상 선형화가 가능한 역진자형 동흡진기에 관한 것이다.The present invention relates to an inverted pendulum-type dynamic reducer, and more particularly, to an inverted pendulum-type dynamic reducer capable of gravity compensation linearization capable of removing nonlinearity caused by gravity of an inverted pendulum-type copper reducer.

일반적으로 일정한 속도로 구동되는 진동계가 그 진동계의 공진영역에서 구동되면 과도한 진동을 발생한다. 이 진동계에 2차 진동계를 결합시키면 주 진동계의 과도한 진동을 흡수, 감쇄할 수 있다. 주진동계의 과도한 진동을 감소시키기 위해 설치되는 2차 진동계를 동흡진기라고 한다. In general, when a vibration system driven at a constant speed is driven in the resonance region of the vibration system generates excessive vibration. When the secondary vibration system is coupled to the vibration system, excessive vibration of the main vibration system can be absorbed and attenuated. A secondary vibrometer installed to reduce excessive vibration of the main vibration system is called a dynamic reducer.

구체적으로는, 해상구조물과 같은 거대한 구조물은 바다에 떠 있을 때 부력과 구조물의 중량에 의하여 진동이 발생하는데, 이러한 진동의 진동주파수는 파도의 세기에 따라 그 크기가 달라질 뿐 진동주기는 일정하다. 해상구조물은 가급적 이러한 진동을 줄여주어야 하는데 지상과 같이 고정장치가 없으므로 동흡진기를 많 이 사용한다. Specifically, when a large structure such as a marine structure is floating in the sea, the vibration is generated by the buoyancy and the weight of the structure, the vibration frequency of the vibration varies in magnitude depending on the strength of the wave, but the vibration period is constant. Offshore structures should reduce these vibrations as much as possible. Since there are no fixed devices like the ground, many copper reducers are used.

이러한 동흡진기의 성능은 얼마나 많은 힘을 운동방향과 반대로 작용시킬 수 있느냐에 달려 있다. 현재까지 개발되어 있는 동흡진기는 진자형과 역진자형이 있는데 역진자형은 중력에 의한 비선형성으로 인하여 구조물의 고유진동수에 일치시키는 것이 쉽지 않다. The performance of these copper reducers depends on how much force can be reversed in the direction of motion. The dynamic reducer developed to date has pendulum type and inverted pendulum type, but it is not easy to match the natural frequency of the structure due to the nonlinearity caused by gravity.

즉 기존의 역진자형 동흡진기는 중력에 의한 비선형성으로 인하여 그 운동해석이 힘들어 설계가 어려우며 한정된 각도 범위내에서만 사용가능하다는 문제점이 있다. That is, the conventional inverted pendulum type dynamic reducer has a problem in that the motion analysis is difficult due to the nonlinearity caused by gravity, making it difficult to design and can be used only within a limited angle range.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 역진자형 동흡진기의 설계를 용이하게 하고 작동범위를 넓혀 그 성능과 효율을 향상시키는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and aims at improving the performance and efficiency by facilitating the design of an inverted pendulum-type copper reducer and widening its operating range.

전술한 본 발명의 목적은 구조물내에 설치되어 진동을 흡수하는 역진자형 동흡진기에 있어서, 그 하단은 상기 구조물의 내부 일측에 회동가능하게 결합되고 상단에는 질량부가 구비되는 역진자와, 상기 역진자의 일측에 그 일단이 회동가능하게 결합되고 수직방향으로 신축되는 수직스프링과, 상기 수직스프링의 타단이 그 일측에 고정되고 수직방향으로 연장되며 상기 역진자의 이동에 따라 수평방향으로 이동되는 수직몸체부와, 상기 수직몸체부의 일측에 그 일단이 결합되고 수평방향으로 연장되며 상기 역진자의 이동에 따라 수평방향으로 이동되는 수평몸체부와, 상기 수평몸체부의 타단에 그 일단이 고정되고 그 타단은 상기 구조물의 내부 타측에 고정되어 수평방향으로 신축되는 수평스프링을 포함하여 이루어지는 중력보상 선형화가 가능한 역진자형 동흡진기를 제공함에 의해서 달성된다.An object of the present invention described above is an inverted pendulum-type dynamic reducer installed in a structure to absorb vibration, the lower end of which is rotatably coupled to an inner side of the structure, and an upper side of the inverted pendulum having a mass part at the upper end thereof, A vertical spring whose one end is rotatably coupled and stretched in a vertical direction, and the other end of the vertical spring fixed to one side thereof and extending in a vertical direction and vertically moved in a horizontal direction according to the movement of the reverse pendulum; One end thereof is coupled to one side of the vertical body portion and extends in a horizontal direction, the horizontal body portion being moved in the horizontal direction according to the movement of the reverse pendulum, and one end thereof is fixed to the other end of the horizontal body portion, and the other end thereof is the inside of the structure. Gravity compensation linearization is possible by including a horizontal spring fixed to the other side and stretched in the horizontal direction By providing an inverted pendulum type copper reducer.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 수평몸체부에는 상기 수평몸체부의 수평방향 운동을 안내해주는 가이드가 설치된다.According to a preferred feature of the invention, the horizontal body portion is provided with a guide for guiding the horizontal movement of the horizontal body portion.

본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 역진자의 하단 결합지점은 상기 수평몸체부의 중심선 및 상기 수평스프링의 중심선과 동일 수평선상에 위치된다.According to a more preferred feature of the invention, the lower coupling point of the inverted pendulum is located on the same horizontal line as the center line of the horizontal body portion and the center line of the horizontal spring.

본 발명에 따른 중력보상 선형화가 가능한 역진자형 동흡진기에 의하면, 동흡진기의 중력에 의한 비선형 토크와 스프링에 의한 비선형 토크를 일치시키도록 설계하여 역진자형 동흡진기의 중력에 의한 비선형성이 제거된다. 그 결과 역진자형 동흡진기의 설계가 용이해지고 작동범위를 넓힐 수 있으며 역진자형 동흡진기의 성능과 효율을 향상시킬 수 있다.According to the inverted pendulum dynamic reducer capable of linearly compensating gravity according to the present invention, the non-linearity caused by the gravity of the inverted pendulum dynamic reducer is eliminated by designing to match the nonlinear torque caused by the gravity of the copper reducer with the nonlinear torque. As a result, the design of the inverted pendulum-type copper reducer can be facilitated, the operating range can be extended, and the performance and efficiency of the inverted pendulum-type copper reducer can be improved.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다. 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. This is intended to be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the invention, which does not mean that the technical spirit and scope of the present invention is limited.

도 1에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 중력보상 선형화가 가능한 역진자형 동흡진기(1)의 개념도가 도시되고, 도 2에서는 역진자(100) 모델의 개념도가 도시된다.FIG. 1 is a conceptual diagram of an inverted pendulum-type dynamic reducer 1 capable of linearly compensating gravity according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a conceptual diagram of an inverted pendulum 100 model.

본 발명의 일 실시예에 따른 중력보상 선형화가 가능한 역진자형 동흡진기(1)는 구조물(10)내에 설치되어 진동을 흡수하는 역진자형 동흡진기에 있어서, 그 하단은 구조물(10)의 내부 일측에 회동가능하게 결합되고 상단에는 질량부(101)가 구비되는 역진자(100)와, 역진자(100)의 일측에 그 일단이 회동가능하게 결합되고 수직방향으로 신축되는 수직스프링(30)과, 수직스프링(30)의 타단이 그 일측에 고정되고 수직방향으로 연장되며 역진자(100)의 이동에 따라 수평방향으로 이동되는 수직몸체부(21)와, 수직몸체부(21)의 일측에 그 일단이 결합되고 수평방향으로 연장되며 역진자(100)의 이동에 따라 수평방향으로 이동되는 수평몸체부(23)와, 수평몸체부(23)의 타단에 그 일단이 고정되고 그 타단은 구조물(10)의 내부 타측에 고정되어 수평방향으로 신축되는 수평스프링(40)을 포함하여 이루어진다.Inverted pendulum-type dynamic reducer 1 capable of linearly compensating for gravity compensation according to an embodiment of the present invention is installed in the structure 10 to absorb vibrations, the lower end of which is located inside one side of the structure 10. An inverted pendulum 100 rotatably coupled and provided with a mass portion 101 thereon; a vertical spring 30 whose one end is rotatably coupled to one side of the inverted pendulum 100 and stretched in a vertical direction; The other end of the vertical spring 30 is fixed to one side thereof, extends in the vertical direction, and moves to the vertical body portion 21 and the one side of the vertical body portion 21, which are moved in the horizontal direction according to the movement of the inverted pendulum 100. One end is coupled and extends in the horizontal direction and the one end is fixed to the other end of the horizontal body portion 23 and the horizontal body portion 23 is moved in the horizontal direction in accordance with the movement of the reverse pendulum 100 and the other end is a structure ( 10) fixed to the other side of the inside and stretched in the horizontal direction It comprise a spring (40).

본 발명의 일 실시예에 따른 중력보상 선형화가 가능한 역진자형 동흡진기(1)는 구조물(10)의 내부에 설치되는데, 설치공간에는 역진자(100)가 좌우방향으로 진동 가능한 공간이 확보된다.Inverted pendulum-type dynamic reducer 1 capable of linearly compensating gravity in accordance with an embodiment of the present invention is installed inside the structure 10, and the space in which the inverted pendulum 100 vibrates in the left and right directions is installed in the installation space.

역진자(100)의 상단에는 질량부(101)가 구비되고 질량부(101) 하단에는 팔부재(103)가 형성된다. 역진자(100)의 하단 결합부1(105)에서 구조물(10)의 내부 일측에 회동가능하게 결합되는데 그 결합은 힌지결합 등으로 이루어질 수 있다. 질량부(101)와 팔부재(103)는 진동과 중량을 잘 견딜 수 있는 금속재로 형성되는 것이 바람직하다.The mass portion 101 is provided at the upper end of the inverted pendulum 100, and the arm member 103 is formed at the lower end of the mass part 101. In the lower coupling portion 1 105 of the inverted pendulum 100 is rotatably coupled to the inner side of the structure 10, the coupling may be made of a hinge coupling and the like. The mass portion 101 and the arm member 103 are preferably formed of a metal material that can withstand vibration and weight well.

역진자(100)는 외부진동에 의해 좌우로 진동하게 되는데, 구체적으로는 구조물(10)이 일측방향으로 운동하게 되면 그 운동이 역진자(100)로 전달된다. 이때 역진자(100)는 관성에 의해 구조물(10)의 운동방향과 반대방향인 타측으로 운동하게 되어 구조물(10)의 진동을 흡수하고 감쇄하는 역할을 하게 된다. The inverted pendulum 100 vibrates from side to side by external vibration. Specifically, when the structure 10 moves in one direction, the movement is transmitted to the inverted pendulum 100. At this time, the inverted pendulum 100 moves to the other side in the opposite direction to the movement direction of the structure 10 by inertia, thereby absorbing and attenuating the vibration of the structure 10.

수직스프링(30)의 일단은 팔부재(103)의 일측에 위치하는 결합부2(107)에 회동가능하게 결합되고 그 타단은 수직몸체부(21)에 고정되며 수직방향으로 설치된다. 회동가능한 결합은 힌지결합 등으로 이루어질 수 있다. 수직스프링(30)은 그 일단에 결합된 역진자(100)의 수직방향 운동에 대응하여 수직방향의 탄성력을 제공하는 역할을 하며 수직방향으로 신축된다.One end of the vertical spring 30 is rotatably coupled to the engaging portion 2 (107) located on one side of the arm member 103, the other end is fixed to the vertical body portion 21 is installed in the vertical direction. The rotatable coupling may be made of a hinge coupling or the like. The vertical spring 30 serves to provide elastic force in the vertical direction in response to the vertical movement of the inverted pendulum 100 coupled to one end thereof, and is vertically stretched.

수직몸체부(21)는 수직으로 연장형성되는데 그 일측에 수직스프링(30)의 타단이 고정된다. 수직몸체부(21)는 수직스프링(30)의 수직방향 신축을 안내하고 수직스프링(30)이 수평방향으로 신축되는 것을 방지하는 역할을 하며 역진자(100)의 수평방향 힘을 수평몸체부(23)에 전달하는 역할을 한다. 수직몸체부(21)는 변형에 잘 견디는 금속재 등으로 제조되는 것이 바람직하다.The vertical body portion 21 is formed to extend vertically, the other end of the vertical spring 30 is fixed to one side thereof. The vertical body portion 21 guides the vertical expansion and contraction of the vertical spring 30 and prevents the vertical spring 30 from being stretched in the horizontal direction, and the horizontal force of the reverse pendulum 100 is applied to the horizontal body portion ( 23) to deliver. The vertical body portion 21 is preferably made of a metal material that withstands deformation well.

수직몸체부(21)의 측면에는 결합부2(107)가 역진자(100)의 운동에 따라 수직방향으로 운동하도록 안내하는 가이드홀이 수직몸체부(21)를 따라서 수직방향으로 길게 형성될 수 있다.On the side of the vertical body portion 21, a guide hole for guiding the coupling portion 2 107 to move in the vertical direction according to the movement of the inverted pendulum 100 may be formed long in the vertical direction along the vertical body portion 21. have.

수평몸체부(23)의 일단은 수직몸체부(21)의 일측에 결합되고 수평방향으로 연장형성된다. 수평몸체부(23)는 수평스프링(40)에 역진자(100)의 수평방향의 힘을 전달하는 역할을 한다. 수평몸체부(23)는 변형에 잘 견디는 금속재 등으로 제조되는 것이 바람직하다.One end of the horizontal body portion 23 is coupled to one side of the vertical body portion 21 and extends in the horizontal direction. The horizontal body portion 23 serves to transmit the horizontal force of the reverse pendulum 100 to the horizontal spring (40). The horizontal body portion 23 is preferably made of a metal material that withstands deformation well.

수평스프링(40)의 일단은 수평몸체부(23)의 타단에 고정되고 수평스프링(40)의 타단은 구조물(10)의 타측에 고정되며 수평으로 설치된다. 수평스프링(40)은 수평몸체부(23)의 수평운동에 대응하여 탄성력을 제공하는 역할을 하고 수평방향으로 신축된다. 수평스프링(40)과 수직스프링(30)의 탄성계수는 동일하다. One end of the horizontal spring 40 is fixed to the other end of the horizontal body portion 23 and the other end of the horizontal spring 40 is fixed to the other side of the structure 10 and installed horizontally. The horizontal spring 40 serves to provide an elastic force in response to the horizontal movement of the horizontal body portion 23 and is stretched in the horizontal direction. The elastic modulus of the horizontal spring 40 and the vertical spring 30 is the same.

수평몸체부(23)에는 수평몸체부(23)의 수평방향 운동을 안내하는 가이드(50)가 설치되는 것이 바람직하다. 가이드(50)의 일단은 구조물(10)의 타측에 고정되고, 가이드(50)는 수평몸체부(23)의 중앙부를 관통하여 설치되거나 또는 수평몸체부(23)의 외측을 감싸도록 설치된다.The horizontal body portion 23 is preferably provided with a guide 50 for guiding the horizontal movement of the horizontal body portion 23. One end of the guide 50 is fixed to the other side of the structure 10, the guide 50 is installed to penetrate through the central portion of the horizontal body portion 23 or to surround the outside of the horizontal body portion (23).

가이드(50)는 수직몸체부(21)와 수평몸체부(23)로 구성되는 몸체(20)와 수평스프링(40)이 수직방향으로 운동하는 것을 방지하고 수평방향 운동을 안내하는 역할을 한다. 그 결과 몸체(20)는 역진자(100)의 운동에 의해 수직방향으로 운동하지 아니하고 수평방향의 운동만 하게 된다. The guide 50 prevents the body 20 and the horizontal spring 40, which are composed of the vertical body portion 21 and the horizontal body portion 23, from moving in the vertical direction and guides the horizontal movement. As a result, the body 20 does not move in the vertical direction by the movement of the inverted pendulum 100 but only in the horizontal direction.

수평몸체부(23)는 그 중심선이 결합부1(105)과 동일한 수평선상에 위치하도록 설치되는 것이 바람직하다. 역진자(100)의 진자운동시 간섭이 일어나는 것을 방지하기 위함이다.The horizontal body portion 23 is preferably installed so that the center line is located on the same horizontal line as the coupling portion (1 105). This is to prevent the interference occurs during the pendulum movement of the inverted pendulum 100.

이하에서는 역진자(100)의 중력에 의한 비선형 토크에 관한 식과 스프링에 의한 토크 식을 유도하고 이를 일치시켜 역진자(100)의 비선형성을 제거하는 설계방법을 설명한다.Hereinafter, a design method of removing the nonlinearity of the inverted pendulum 100 by deriving an equation about the nonlinear torque due to gravity of the inverted pendulum 100 and a torque formula by the spring and matching the same will be described.

도 2에 도시된 역진자(100)의 운동 방정식은 아래와 같다. The equation of motion of the inverted pendulum 100 shown in FIG. 2 is as follows.

Figure 112008034086913-pat00001
Figure 112008034086913-pat00001

θ; 역진자(100)의 각도θ; Angle of inverted pendulum 100

m ; 역진자(100)의 질량m; Mass of inverted pendulum 100

g ; 중력가속도g; Gravity acceleration

이때 운동 방정식에는 아래와 같은 중력에 의한 비선형 토크가 포함된다. At this time, the equation of motion includes the following nonlinear torque due to gravity.

Figure 112008034086913-pat00002
Figure 112008034086913-pat00002

중력에 의한 비선형토크로 인하여 역진자(100)의 운동은 비선형성적 특성을 가진다. 따라서 역진자(100)의 운동을 예측하는 것은 곤란하고, 이로 인하여 역진자(100)를 동흡진기로 사용할 시 구조물의 고유진동수에 일치시키는 것은 쉽지 아니하며 역진자형의 동흡진기는 역진자의 작동범위에 한계를 가진다. The movement of the inverted pendulum 100 due to the nonlinear torque caused by gravity has a nonlinear characteristic. Therefore, it is difficult to predict the motion of the inverted pendulum 100. Therefore, when the inverted pendulum 100 is used as the dynamic reducer, it is not easy to match the natural frequency of the structure. Has

도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 중력보상 선형화가 가능한 역진자형 동흡진기(1)의 중력보상 토크에 대한 계산식을 아래에서 설명한다.The calculation formula for the gravity compensation torque of the inverted pendulum-type dynamic reducer 1 capable of linearly compensating gravity compensation according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1 will be described below.

수평 및 수직방향의 변위는 다음과 같다.The horizontal and vertical displacements are as follows.

Figure 112008034086913-pat00003
Figure 112008034086913-pat00003

θ; 역진자(100)의 각도 θ; Angle of inverted pendulum 100

r; 결합부1(105)과 결합부2(107) 사이의 거리r; Distance between coupling part 1 (105) and coupling part 2 (107)

수평스프링(40) 및 수직스프링(30)에 의해 수평 및 수직방향으로 작용하는 탄성력은 다음과 같다.The elastic force acting in the horizontal and vertical directions by the horizontal spring 40 and the vertical spring 30 is as follows.

Figure 112008034086913-pat00004
Figure 112008034086913-pat00004

K; 수직스프링(30)과 수평스프링(40)의 탄성계수K; Modulus of elasticity of vertical spring 30 and horizontal spring 40

수평 및 수직방향의 힘에 의한 결합부1(105)에서의 토크는 다음과 같다.The torque at the engaging portion 1 105 by the horizontal and vertical forces is as follows.

Figure 112008034086913-pat00005
Figure 112008034086913-pat00005

결합부1(105)에서의 토크의 합은 다음과 같다.The sum of the torques at the coupling part 1 105 is as follows.

Figure 112008034086913-pat00006
Figure 112008034086913-pat00006

즉 수직스프링(30)과 수평스프링(40)에 의한 비선형 토크는 아래와 같다.That is, the nonlinear torque by the vertical spring 30 and the horizontal spring 40 is as follows.

Figure 112008034086913-pat00007
Figure 112008034086913-pat00007

전술한 중력에 의한 토크와 위의 스프링에 의한 토크가 일치되도록 K와 r을 조절하여 설계하면 중력의 영향에 의한 역진자(100)의 비선형성은 제거된다. 즉 비선형 항이 제거되어 역진자(100)의 운동특성은 선형성을 갖게 된다. 따라서 역진자(100)의 운동 특성은 역진자(100)의 각도 전범위에 걸쳐서 예측가능하게 되고 역진자(100)의 운동 특성을 구조물의 고유진동수에 일치시키는 것이 용이하게 된다. 그 결과 역진자형 동흡진기의 작동범위를 대폭 확대할 수 있게 되어 역진자형 동흡진기의 성능과 효율은 배가된다. By designing by adjusting K and r such that the torque caused by gravity and the torque caused by the above spring coincide, the nonlinearity of the inverted pendulum 100 due to the influence of gravity is eliminated. In other words, the nonlinear terms are removed, so that the kinetic characteristics of the inverted pendulum 100 are linear. Therefore, the motion characteristic of the inverted pendulum 100 becomes predictable over the entire angular range of the inverted pendulum 100, and it is easy to match the motion characteristic of the inverted pendulum 100 to the natural frequency of the structure. As a result, the operating range of the inverted pendulum type copper reducer can be greatly expanded, thereby doubling the performance and efficiency of the inverted pendulum type copper reducer.

도 3에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 중력보상 선형화가 가능한 역진자형 동흡진기(1)의 작동도가 도시된다.3 shows an operation diagram of an inverted pendulum-type dynamic reducer 1 capable of linearly compensating gravity according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 중력보상 선형화가 가능한 역진자형 동흡진기(1)의 작동과정을 설명한다.Hereinafter, an operation process of the inverted pendulum-type dynamic reducer 1 capable of linearly compensating gravity according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3.

구조물(10)이 수평방향 일측으로 이동하면 관성에 의하여 역진자(100)는 구조물(10)의 이동방향과 반대방향인 타측으로 이동한다. 도 3(a)에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 중력보상 선형화가 가능한 역진자형 동흡진기(1)가 설치된 구조물(10)이 진동에 의하여 우측으로 이동하면, 관성에 의해 역진자(100)는 도 3(b)에 도시된 것과 같이 좌측으로 이동한다. When the structure 10 moves to one side in the horizontal direction, the inverted pendulum 100 moves to the other side opposite to the moving direction of the structure 10 due to inertia. When the structure 10 in which the inverted pendulum-type dynamic reducer 1 capable of linearly compensating for gravity compensation according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 3 (a) is moved to the right side by vibration, the inverted pendulum 100 may be formed by inertia. ) Moves to the left as shown in FIG. 3 (b).

수평몸체부(23)와 수직몸체부(21)로 이루어진 몸체(20)는 역진자(100)와 결합부2(107)에서 힌지결합되어 있는바 역진자(100)의 이동방향과 동일방향인 좌측방향으로 이동한다. 이때 수평몸체부(23)에 설치된 가이드(50)로 인하여 몸체(20)에서 상하방향의 운동은 일어나지 아니한다.The body 20, which is composed of the horizontal body part 23 and the vertical body part 21, is hinged at the inverted pendulum 100 and the coupling part 2 107, which is the same direction as the moving direction of the inverted pendulum 100. Move to the left. At this time, due to the guide 50 installed in the horizontal body portion 23, the movement in the vertical direction in the body 20 does not occur.

역진자(100)의 결합부2(107)에 결합된 수직스프링(30)은 인장되고 역진자(100)에는 상측으로 탄성력이 작용하는데 이 힘이 역진자(100)의 복원력 역할을 한다. 그리고 수평몸체부(23)의 좌측방향 이동으로 인하여 수평스프링(40)이 압축되어 좌측방향으로의 탄성력이 구조물(10)에 작용한다. 그 결과 구조물(10)의 운동방향과는 반대방향으로 탄성력이 작용하여 구조물(10)의 진동이 흡수되고 감쇄된다. The vertical spring 30 coupled to the coupling part 2 107 of the inverted pendulum 100 is tensioned and an elastic force acts upward on the inverted pendulum 100, and this force serves as a restoring force of the inverted pendulum 100. In addition, the horizontal spring 40 is compressed due to the leftward movement of the horizontal body portion 23 so that an elastic force in the left direction acts on the structure 10. As a result, the elastic force acts in a direction opposite to the direction of movement of the structure 10, so that the vibration of the structure 10 is absorbed and attenuated.

그리고 몸체(20)에 대해서는 작용반작용의 원리에 의하여 우측방향으로 탄성력이 작용하게 되는데 이 우측방향의 탄성력은 역진자(100)의 복원력으로 작용한다.In addition, the elastic force acts on the body 20 in the right direction by the principle of action reaction. The elastic force in the right direction acts as a restoring force of the inverted pendulum 100.

역진자(100)가 우측으로 이동할수록 수평스프링(40)과 수직스프링(30)의 수 축 또는 인장은 더 이루어져 탄성력은 커지고, 그 결과 구조물(10)의 운동방향과 반대방향으로 작용하는 힘은 더욱 커진다. 즉 구조물(10)의 기울어진 각도에 대응하여 동흡진이 이루어진다.As the inverted pendulum 100 moves to the right, the contraction or tension of the horizontal spring 40 and the vertical spring 30 increases, thereby increasing the elastic force. As a result, the force acting in the direction opposite to the movement direction of the structure 10 is increased. It gets bigger. That is, the dynamic suction is made corresponding to the inclined angle of the structure (10).

구조물(10)이 좌측으로 이동하면 역진자(100)는 도 3(c)에 도시된 것과 같이 그 반대방향인 우측으로 이동하고 우측으로 이동된 역진자(100)로 인하여 수평몸체부(23)는 우측으로 이동되며 수평스프링(40)은 인장된다. 따라서 수평스프링(40)의 탄성력이 구조물(10)의 이동방향과 반대방향인 구조물(10)의 우측방향으로 작용하여 구조물(10)의 진동은 흡수되고 감쇄된다.When the structure 10 moves to the left side, the inverted pendulum 100 moves to the right side in the opposite direction as shown in FIG. 3 (c) and the horizontal body part 23 due to the inverted pendulum 100 moved to the right side. Is moved to the right and the horizontal spring 40 is tensioned. Therefore, the elastic force of the horizontal spring 40 acts in the right direction of the structure 10 opposite to the moving direction of the structure 10, so that the vibration of the structure 10 is absorbed and attenuated.

도 4에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 중력보상 선형화가 가능한 역진자형 동흡진기(1)가 해상구조물에 설치된 실시상태도가 도시된다.In FIG. 4, an inverted pendulum-type dynamic reducer 1 capable of linearly compensating gravity in accordance with an embodiment of the present invention is illustrated in an offshore structure.

해상구조물(200)의 상단에는 질량이 큰 시설부(201)가 설치되고 시설부(201)의 하측에는 세장형의 부력부(203)가 설치된다. 해상구조물(200)의 하단은 해저면(220)에 고정되고 시설부(201)는 평균해수면(210)상에 직립 고정된다.At the top of the offshore structure 200, a large mass of the facility part 201 is installed, and an elongated buoyancy part 203 is installed below the facility part 201. The lower end of the marine structure 200 is fixed to the seabed surface 220 and the facility 201 is fixed upright on the average sea surface 210.

해상구조물(200)은 해상부유시 해상의 파도와 풍랑 등으로 인하여 수평방향으로 끊임없이 힘을 받고 부력과 하중에 의해 진동하는데, 이때 해상구조물(200)은 해저면(220)의 고정부위를 축으로 하여 좌우로 진동하게 된다.The marine structure 200 is constantly receiving a force in the horizontal direction due to the sea waves and storms, and vibrates by buoyancy and load when the sea is floating, the marine structure 200 is based on the fixed portion of the seabed surface 220 as an axis Will vibrate from side to side.

해상구조물(200)은 질량이 큰 시설부(201)가 상부에 설치되어 있어 무게중심이 상측에 위치하고 부력부(203)의 부력중심은 하측에 위치한다. 따라서, 해상구조물(200)이 외력에 의해 일측으로 기울어지면 복원력으로 작용하는 부력의 중심보다 무게중심이 축에서 더 멀어지게 되어 해상구조물(200)의 거동특성은 불안정해지고 해상구조물(200)의 진동은 커지게 된다.The offshore structure 200 is equipped with a large mass of the facility portion 201 is installed on the upper side of the center of gravity and the buoyancy center of the buoyancy portion 203 is located below. Therefore, when the offshore structure 200 is inclined to one side by an external force, the center of gravity of the offshore structure 200 is farther from the axis than the center of buoyancy acting as a restoring force, so that the behavior of the offshore structure 200 becomes unstable and the vibration of the offshore structure 200 Becomes large.

이러한 진동을 흡수하고 저감하기 위하여 해상구조물(200)의 내부에 본 발명의 일 실시예에 따른 중력보상 선형화가 가능한 역진자형 동흡진기(1)가 설치된다. 파도나 풍랑에 의하여 해상구조물(200)이 운동하게 되면 해상구조물(200)의 내부에 설치된 본 발명의 일 실시예에 따른 중력보상 선형화가 가능한 역진자형 동흡진기(1)는 해상구조물(200)의 운동방향과 반대 방향으로 운동하게 된다. 이에 의하여 해상구조물(200)의 운동방향과 반대 방향으로 힘이 작용하여 진동이 흡수되고 감쇄된다.In order to absorb and reduce such vibration, an inverted pendulum-type dynamic reducer 1 capable of linearly compensating gravity according to an embodiment of the present invention is installed inside the offshore structure 200. When the offshore structure 200 is moved by waves or storms, the inverted pendulum-type dynamic reducer 1 capable of linearly compensating gravity according to an embodiment of the present invention installed inside the offshore structure 200 may have a structure of the offshore structure 200. Movement in the direction opposite to the movement direction. As a result, a force is applied in a direction opposite to the movement direction of the offshore structure 200, so that vibration is absorbed and attenuated.

해상구조물(200)은 평균해수면(210)상의 전후좌우의 전방향에서 파도 또는 풍랑에 의한 힘을 받아 진동이 발생될 수 있는 바, 본 발명의 일 실시예에 따른 중력보상 선형화가 가능한 역진자형 동흡진기(1)가 z축 방향으로 추가적으로 설치되는 것이 바람직하다. The marine structure 200 may generate vibrations under the force of waves or wind from the front, rear, left, and right directions on the average sea surface 210, and may be inverted pendulum-type copper capable of linearly compensating gravity according to an embodiment of the present invention. It is preferable that the reducer 1 is additionally installed in the z-axis direction.

z축 방향으로 본 발명의 일 실시예에 따른 중력보상 선형화가 가능한 역진자형 동흡진기(1)가 추가적으로 설치되면, 도 4의 x축 방향 진동뿐만 아니라 z축 방향의 진동에 대해서도 동흡진이 이루어지게 된다.When the inverted pendulum type dynamic reducer 1 capable of linearly compensating gravity according to an embodiment of the present invention in the z-axis direction is additionally installed, the dynamic vibration is made not only in the x-axis vibration of FIG. 4 but also in the z-axis vibration. .

본 발명의 일 실시예에 따른 중력보상 선형화가 가능한 역진자형 동흡진기(1)에 의하면 비선형 운동방정식이 선형화되어 역진자(100)의 운동 특성은 역진자(100)의 각도 전 범위에 걸쳐서 예측가능하게 된다. 따라서 역진자형 동흡진기의 설계가 용이해지고 역진자의 운동 특성을 구조물의 고유진동수에 일치시키는 것이 쉬워진다. 그 결과 역진자형 동흡진기의 진자 작동범위를 대폭 확대할 수 있게 되어 해상구조물(200)의 진동 진폭이 작은 경우뿐만 아니라 그 진폭이 큰 경우에도 진동의 흡수가 가능해지는 바 역진자형 동흡진기의 성능과 효율은 배가된다. According to an inverted pendulum type dynamic reducer 1 capable of linearly compensating gravity according to an embodiment of the present invention, a nonlinear equation of motion is linearized so that the motion characteristics of the inverted pendulum 100 can be predicted over the entire angle range of the inverted pendulum 100. Done. Therefore, it becomes easy to design the inverted pendulum type dynamic reducer and to match the kinetic characteristics of the inverted pendulum to the natural frequency of the structure. As a result, the pendulum operating range of the inverted pendulum type dynamic reducer can be greatly expanded, so that vibration can be absorbed even when the amplitude of the offshore structure 200 is small as well as when the amplitude is large. The efficiency is doubled.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중력보상 선형화가 가능한 역진자형 동흡진기의 개념도.1 is a conceptual diagram of an inverted pendulum-type dynamic reducer capable of linearly compensating gravity according to an embodiment of the present invention.

도 2는 역진자 모델의 개념도.2 is a conceptual diagram of an inverted pendulum model.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중력보상 선형화가 가능한 역진자형 동흡진기의 작동도.Figure 3 is an operation of the inverted pendulum-type dynamic reducer capable of linear compensation of gravity in accordance with an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중력보상 선형화가 가능한 역진자형 동흡진기의 일 실시상태도.Figure 4 is an embodiment of the inverted pendulum-type dynamic reducer capable of linearly compensating for gravity according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분의 설명><Description of main parts of drawing>

1; 중력보상 선형화가 가능한 역진자형 동흡진기One; Inverted pendulum type dynamic reducer with gravity compensation linearization

10; 구조물 20; 몸체10; Structure 20; Body

21; 수직몸체부 23; 수평몸체부21; Vertical body portion 23; Horizontal body part

30; 수직스프링 40; 수평스프링30; Vertical spring 40; Horizontal spring

50; 가이드 100; 역진자 50; Guide 100; Inverted pendulum

101; 질량부 103; 팔부재 101; Mass part 103; Arm

105; 결합부1 107; 결합부2105; Coupling part 1 107; Coupling Part 2

200; 해상구조물 201; 시설부200; Offshore structure 201; Facility Department

203; 부력부 210; 평균해수면203; Buoyancy unit 210; Mean sea level

220; 해저면220; Bottom

Claims (3)

구조물내에 설치되어 진동을 흡수하는 역진자형 동흡진기에 있어서, In the inverted pendulum type dynamic reducer installed in the structure to absorb vibration, 그 하단은 상기 구조물의 내부 일측에 회동가능하게 결합되고 상단에는 질량부가 구비되는 역진자;An inverted pendulum having a lower end of which is rotatably coupled to an inner side of the structure and having a mass part at an upper end thereof; 상기 역진자의 일측에 그 일단이 회동가능하게 결합되고 수직방향으로 신축되는 수직스프링;A vertical spring whose one end is rotatably coupled to one side of the reverse pendulum and stretched in a vertical direction; 상기 수직스프링의 타단이 그 일측에 고정되고 수직방향으로 연장되며 상기 역진자의 이동에 따라 수평방향으로 이동되는 수직몸체부;A vertical body part having the other end of the vertical spring fixed to one side thereof and extending in the vertical direction and moving in the horizontal direction according to the movement of the reverse pendulum; 상기 수직몸체부의 일측에 그 일단이 결합되고 수평방향으로 연장되며 상기 역진자의 이동에 따라 수평방향으로 이동되는 수평몸체부; 및One end of which is coupled to one side of the vertical body part and extends in a horizontal direction, the horizontal body part being moved in a horizontal direction according to the movement of the reverse pendulum; And 상기 수평몸체부의 타단에 그 일단이 고정되고 그 타단은 상기 구조물의 내부 타측에 고정되어 수평방향으로 신축되는 수평스프링;을 포함하여 이루어지는 중력보상 선형화가 가능한 역진자형 동흡진기.And a horizontal spring whose one end is fixed to the other end of the horizontal body portion and the other end thereof is fixed to the other inner side of the structure to expand and contract in a horizontal direction. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 수평몸체부에는 상기 수평몸체부의 수평방향 운동을 안내해주는 가이드가 설치되는 것을 특징으로 하는 중력보상 선형화가 가능한 역진자형 동흡진기.Reverse horizontal pendulum-type dynamic reducer, characterized in that the horizontal body portion is provided with a guide for guiding the horizontal movement of the horizontal body portion. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 역진자의 하단 결합지점은 상기 수평몸체부의 중심선 및 상기 수평스프링의 중심선과 동일 수평선상에 위치되는 것을 특징으로 하는 중력보상 선형화가 가능한 역진자형 동흡진기.The lower coupling point of the inverted pendulum is inverted pendulum-type dynamic reducer of gravity compensation linear, characterized in that located on the same horizontal line with the center line of the horizontal body portion and the center line of the horizontal spring.
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