KR101115164B1 - Changeable Block System for Synthesis of Planar Linkage Mechanism and Synthesis Method of the Planar Linkage Mechanism using the System - Google Patents
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Abstract
본 발명의 평면 링크 기구의 합성을 위한 가변 블록 시스템은, 평면 링크 기구를 설계하기 위한 설계 영역 내에서 구분되도록 배치됨으로써 이산화(discretization)되는 세 개의 사각형 블록; 사각형 블록 간을 연결시키는 복수 개의 강성 가변 스프링; 및 사각형 블록들의 교차 부분에 배치되어 강성 가변 스프링과 사각형 블록 간을 연결시키는 복수 개의 중간 노드;를 포함한다. 본 발명에 따르면, 가변 블록 시스템을 통하여서 다양한 종류의 4절 링크 기구의 기구 합성을 수행할 수 있으며, 이에 따라 기구의 형태 합성이나 치수 합성에 필요한 반복적인 설계 과정의 번거로움과 시간적 손실을 줄일 수 있다.A variable block system for the synthesis of a planar link mechanism of the present invention comprises: three rectangular blocks which are discretized by being arranged to be distinguished within a design area for designing the planar link mechanism; A plurality of rigid variable springs connecting the rectangular blocks; And a plurality of intermediate nodes disposed at intersections of the rectangular blocks to connect the rigid variable springs to the rectangular blocks. According to the present invention, it is possible to perform mechanism synthesis of various kinds of four-link mechanisms through the variable block system, thereby reducing the troublesome and time-consuming loss of the repetitive design process required for shape synthesis or dimension synthesis of the mechanism. have.
Description
본 발명은, 평면 링크 기구의 합성을 위한 가변 블록 시스템 및 그를 이용한 평면 링크 기구의 합성 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는, 기구의 형태 합성이나 치수 합성에 필요한 반복적인 설계 과정의 번거로움과 시간적 손실을 줄일 수 있는 평면 링크 기구의 합성을 위한 가변 블록 시스템 및 그를 이용한 평면 링크 기구의 합성 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a variable block system for synthesizing a planar link mechanism and a method of synthesizing a planar link mechanism using the same. The present invention relates to a variable block system for synthesizing a planar link mechanism and a method of synthesizing a planar link mechanism using the same.
평면 링크 기구는 공급된 동력을 특정한 형태의 운동으로 바꾸어주기 위한 기계 장치이다. 이러한 평면 링크 기구의 합성을 위해서 기구 설계가 적용된다. 예를 들면, 차량 엔진의 가변 밸브 기구, 로봇 기구, 4절 링크 기구 등 기계 구조물에 사용되는 평면 링크 기구의 합성(mechanism synthesis)을 위하여 기구 설계가 적용되는 것이다.The planar link mechanism is a mechanical device for converting the supplied power into a specific type of motion. Instrument design is applied for the synthesis of such planar link mechanisms. For example, a mechanism design is applied for the synthesis of planar link mechanisms used in mechanical structures such as variable valve mechanisms, robot mechanisms, section 4 link mechanisms of vehicle engines.
기구 설계는, 기본적으로 형태 합성 과정을 통해 기구의 형태, 예를 들면 링크와 조인트의 형태를 결정한 후 치수 합성을 통해 각 구성 요소 간의 치수를 결정한다. The instrument design basically determines the form of the instrument, for example the shape of the links and joints, through the form synthesis process and then the dimensions between the components through dimension synthesis.
이에, 종래에는 원하는 기구 형상을 구현하기 위해, 그래픽 이론을 이용한 형태 합성을 통해 다양한 기구 조합에 대해 먼저 검토한 후, 적절하게 선정된 기구 형태를 후보 기구로 하여 치수 합성 과정을 수행하였다. 치수 합성에서는 일반적으로 최적화 과정을 통해 각 구성 요소의 치수를 결정하게 된다.Thus, in order to implement a desired instrument shape, various instrument combinations were first examined through form synthesis using graphic theory, and then a dimension synthesis process was performed using a properly selected instrument form as a candidate instrument. In dimension synthesis, the optimization process usually determines the dimensions of each component.
한편, 전술한 기구 합성을 수행하기 위해서는 기계에 대한 지식과 경험, 그리고 어느 정도의 직관력이 요구된다. 다시 말해, 아직까지 기구 합성 과정은 설계자의 경험과 직관에 일부 의존하고 있으며, 이에 따라 비용과 시간이 많이 소모되고 있는 실정이다.On the other hand, to perform the above-described instrument synthesis requires knowledge and experience of the machine, and some intuition. In other words, the process of instrument synthesis still depends on the experience and intuition of the designer, which is a costly and time-consuming situation.
부연 설명하면, 설계자가 기구 합성을 위해 초기 레이아웃(ray-out)을 설정한 후, 링크의 길이나 핀 조인트 또는 슬라이딩 조인트와 같은 조인트의 위치 등을 변화시켜가는 시행착오를 거쳐서 원하는 기구의 치수를 결정할 수 있었으며, 반면에 원하는 메커니즘을 얻지 못한 경우 다른 초기 레이아웃으로 변경한 후 같은 작업을 반복해야 하는 과정상의 복잡함이 있었다.In other words, the designer sets the initial layout for the device composition, and then tries to change the length of the link or the position of the joint such as the pin joint or the sliding joint. On the other hand, if you didn't get the mechanism you wanted, you had to change to a different initial layout and then repeat the same task.
이에, 다양한 기구 합성 메커니즘을 구현할 수 있어 시행착오 과정을 배제할 수 있으며, 이에 따라 시간 및 비용 등이 소모되는 것을 저지할 수 있는 새로운 기구 합성 메커니즘의 개발이 필요한 실정이다.
Accordingly, it is possible to implement a variety of mechanism synthesis mechanisms to exclude the trial and error process, accordingly, it is necessary to develop a new mechanism synthesis mechanism that can prevent the consumption of time and costs.
본 발명의 목적은, 가변 블록 시스템을 통하여서 다양한 종류의 4절 링크 기구의 기구 합성을 수행할 수 있으며, 이에 따라 기구의 형태 합성이나 치수 합성에 필요한 반복적인 설계 과정의 번거로움과 시간적 손실을 줄일 수 있는 평면 링크 기구의 합성을 위한 가변 블록 시스템 및 그를 이용한 평면 링크 기구의 합성 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to perform instrument synthesis of various types of four-link mechanisms through a variable block system, thereby reducing the trouble and time loss of the iterative design process required for the shape synthesis or the dimension synthesis of the mechanism. A variable block system for synthesizing a planar link mechanism, and a method for synthesizing a planar link mechanism using the same.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 평면 링크 기구로 구현하고자 하는 출력 운동이 주어지면 최적화 과정을 통해서 자동으로 기구의 형태 또는 크기를 결정해줄 수 있는 평면 링크 기구의 합성을 위한 가변 블록 시스템 및 그를 이용한 평면 링크 기구의 합성 방법을 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide a variable block system for synthesizing a planar link mechanism that can automatically determine the shape or size of the mechanism through an optimization process given an output motion to be implemented as a planar link mechanism. It is to provide a method for synthesizing a planar link mechanism.
본 발명의 실시예에 따른 평면 링크 기구의 합성을 위한 가변 블록 시스템은, 평면 링크 기구를 설계하기 위한 설계 영역 내에서 구분되도록 배치됨으로써 이산화(discretization)되는 세 개의 사각형 블록; 상기 사각형 블록 간을 연결시키는 복수 개의 강성 가변 스프링; 및 상기 사각형 블록들의 교차 부분에 배치되어 상기 강성 가변 스프링과 상기 사각형 블록 간을 연결시키는 복수 개의 중간 노드;를 포함하며, 이러한 가변 블록 시스템을 통하여서 다양한 종류의 4절 링크 기구의 기구 합성을 수행할 수 있으며, 이에 따라 기구의 형태 합성이나 치수 합성에 필요한 반복적인 설계 과정의 번거로움과 시간적 손실을 줄일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a variable block system for synthesizing a planar link mechanism includes three rectangular blocks that are discretized by being arranged to be distinguished in a design area for designing the planar link mechanism; A plurality of rigid variable springs connecting the rectangular blocks; And a plurality of intermediate nodes disposed at intersections of the rectangular blocks to connect the rigid variable springs to the rectangular blocks, and through this variable block system, mechanism synthesis of various kinds of four-link mechanisms can be performed. As a result, it is possible to reduce the cumbersome and time-consuming loss of the repetitive design process required for shape synthesis and dimension synthesis.
여기서, 상기 복수 개의 강성 가변 스프링 각각은 상호 다른 강성값을 갖는 강성 가변 스프링들을 구비하며, 상기 다른 강성값을 갖는 강성 가변 스프링들 중 선택된 강성 가변 스프링을 이용하여 상기 사각형 블록에 연결할 수 있다.Here, each of the plurality of rigid variable springs may include rigid variable springs having different stiffness values, and may be connected to the rectangular block using a rigid variable spring selected from among rigid variable springs having different rigidity values.
상기 복수 개의 강성 가변 스프링은 각각, X축 또는 Y축 방향에 따라 다른 강성값을 가질 수도 있다.The plurality of stiffness variable springs may have different stiffness values according to the X-axis or Y-axis direction, respectively.
또한, 상기 세 개의 사각형 블록은 직사각 형상이며, 상기 사각형 블록의 가로 길이 및 세로 길이는 가변적일 수 있다.In addition, the three rectangular blocks are rectangular in shape, and the horizontal length and vertical length of the rectangular blocks may be variable.
상기 중간 노드는 하나의 사각형 블록이 다른 하나의 사각형 블록에 대해 슬라이딩 가능하도록 슬라이딩 조인트(sliding joint)로 마련되거나, 상기 중간 노드는 하나의 사각형 블록이 다른 하나의 사각형 블록에 대해 상대 회동 가능하도록 핀 조인트(pin joint)로 마련될 수 있다.The intermediate node may be provided as a sliding joint such that one rectangular block is slidable with respect to the other rectangular block, or the intermediate node may be pinned such that one rectangular block is relatively rotatable with respect to the other rectangular block. It may be provided as a pin joint.
상기 세 개의 사각형 블록은, 제1 사각형 블록, 제2 사각형 블록 및 제3 사각형 블록이며, 상기 제1 사각형 블록과 상기 제2 사각형 블록은 상하로 배치되고 상기 제3 사각형 블록은 상기 제1 사각형 블록 및 제2 사각형 블록의 측부에 배치되며, 상기 중간 노드는 상기 제1 사각형 블록과 상기 제2 사각형 블록 사이, 상기 제2 사각형 블록과 상기 제3 사각형 블록 사이, 상기 제1 사각형 블록과 상기 제2 사각형 블록 및 상기 제3 사각형 블록의 사이에 각각 배치될 수 있다.The three rectangular blocks are a first rectangular block, a second rectangular block, and a third rectangular block, wherein the first rectangular block and the second rectangular block are disposed up and down, and the third rectangular block is the first rectangular block. And a side of the second rectangular block, wherein the intermediate node is between the first rectangular block and the second rectangular block, between the second rectangular block and the third rectangular block, and between the first rectangular block and the second rectangular block. It may be disposed between the rectangular block and the third rectangular block, respectively.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 평면 링크 기구의 합성을 위한 가변 블록 시스템의 합성 방법은, 상기 평면 링크 기구의 자동 합성 문제를 정의하는, 정의 단계; 상기 설계 영역 내에서 상기 세 개의 사각형 블록을 구분되도록 배치하여 이산화(discretization)시키는, 이산화 단계; 상기 사각형 블록 또는 상기 사각형 블록 간을 연결하는 상기 강성 가변 스프링의 설계 변수의 초기값들을 설정하는, 변수 설정 단계; 상기 사각형 블록의 원하는 운동 경로를 미리 설정한 후, 입력에 대한 상기 사각형 블록의 운동 경로를 계산하는, 계산 단계; 상기 계산 단계에서 계산된 상기 사각형 블록의 실제 운동 경로와, 미리 설정된 상기 사각형 블록의 운동 경로를 비교하는, 비교 단계; 상기 비교 단계에서의 비교 결과, 상기 사각형 블록의 실제 운동 경로가 미리 설정된 상기 운동 경로의 일정 범위 내에 있는 경우 상기 설계 변수의 초기값들을 최적해로 도출하는 도출 단계;를 포함할 수 있다.On the other hand, the synthesis method of the variable block system for the synthesis of the planar link mechanism according to an embodiment of the present invention, defining a problem of automatic synthesis of the planar link mechanism; Discretizing the discs by arranging the three rectangular blocks in the design area to distinguish them; Setting initial values of a design variable of the rigid variable spring that connects the rectangular block or the rectangular blocks; Calculating a movement path of the square block with respect to an input after presetting a desired movement path of the square block; A comparison step of comparing the actual motion path of the square block calculated in the calculation step with the motion path of the preset square block; And a derivation step of deriving the initial values of the design variables as optimal solutions when the actual movement path of the rectangular block is within a predetermined range of the predetermined movement path as a result of the comparison in the comparison step.
상기 비교 단계에서의 비교 결과, 상기 사각형 블록의 실제 운동 경로가 사각형 블록의 미리 설정된 운동 경로의 일정 범위 내에 있지 않은 경우 상기 변수 설정 단계에서 상기 사각형 블록 설계 변수 또는 상기 강성 가변 스프링의 설계 변수를 재설정할 수 있다.As a result of the comparison in the comparing step, when the actual movement path of the square block is not within a predetermined range of the preset movement path of the square block, the square block design variable or the design variable of the rigid variable spring is reset in the variable setting step. can do.
상기 사각형 블록의 설계 변수는 가로 및 세로 길이이며, 상기 강성 가변 스프링의 설계 변수는 X축 또는 Y축에 따른 강성값일 수 있다.
The design variables of the rectangular block are horizontal and vertical lengths, and the design variables of the stiffness variable spring may be rigid values along an X axis or a Y axis.
본 발명의 실시예에 따르면, 가변 블록 시스템을 통하여서 다양한 종류의 4절 링크 기구의 기구 합성을 수행할 수 있으며, 이에 따라 기구의 형태 합성이나 치수 합성에 필요한 반복적인 설계 과정의 번거로움과 시간적 손실을 줄일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, through the variable block system, it is possible to perform mechanism synthesis of various kinds of four-section link mechanisms, and thus the hassle and time loss of the iterative design process required for shape synthesis or dimension synthesis of the mechanism. Can be reduced.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 평면 링크 기구로 구현하고자 하는 출력 운동이 주어지면 최적화 과정을 통해서 자동으로 기구의 형태 또는 크기를 결정해줄 수 있다.
In addition, according to an embodiment of the present invention, given the output motion to be implemented as a planar link mechanism can automatically determine the shape or size of the mechanism through the optimization process.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 링크 기구의 자동 합성 문제를 정의하는 도면이다.
도 2는 도 1의 설계 영역이 세 개의 사각형 블록들로 이산화된 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 설계 영역에 모델링되는 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 링크 기구의 합성을 위한 가변 블록 시스템을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 블록 시스템을 이용한 평면 링크 기구의 합성 방법의 순서도이다.
도 5a 및 도 5b는 4개의 링크를 구비하는 크랭크-로커 기구가 본 실시예의 가변 블록 시스템에 의해서 구현되는 동작을 설명하는 도면이다.
도 6은 3개의 핀 조인트와 1개의 슬라이딩 조인트를 구비한 4절 링크 기구의 일예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 도 6의 4절 링크 기구를 가변 블록 시스템으로 모델링한 도면이다.
도 8은 2개의 핀 조인트와 2개의 슬라이딩 조인트를 구비한 4절 링크 기구의 일예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 도 8의 4절 링크 기구를 가변 블록 시스템으로 모델링한 도면이다. 1 is a diagram for defining an automatic synthesis problem of a planar link mechanism according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a state where the design region of FIG. 1 is discretized into three rectangular blocks.
3 is a diagram illustrating a variable block system for synthesizing a planar link mechanism according to an embodiment of the present invention modeled in the design region of FIG. 1.
4 is a flowchart of a method of synthesizing a planar link mechanism using a variable block system according to an embodiment of the present invention.
5A and 5B illustrate an operation in which a crank-locker mechanism having four links is implemented by the variable block system of this embodiment.
FIG. 6 is a view schematically showing an example of a four-section link mechanism having three pin joints and one sliding joint. FIG.
FIG. 7 is a diagram modeling the linkage section mechanism of FIG. 6 as a variable block system.
FIG. 8 is a view schematically showing an example of a four-section link mechanism having two pin joints and two sliding joints.
FIG. 9 is a diagram illustrating a variable block system of the four-section link mechanism of FIG. 8.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 구성 및 작용에 관하여 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the configuration and operation according to an embodiment of the present invention.
이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다. The following description is one of several aspects of the patentable invention and the following description forms part of the detailed description of the invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 링크 기구의 자동 합성 문제를 정의하는 도면이고, 도 2는 도 1의 설계 영역이 세 개의 사각형 블록들로 이산화된 상태를 도시한 도면이며, 도 3은 도 1의 설계 영역에 모델링되는 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 링크 기구의 합성을 위한 가변 블록 시스템을 도시한 도면이다.FIG. 1 is a view defining an automatic synthesis problem of a planar link mechanism according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram illustrating a state in which the design region of FIG. 1 is discretized into three rectangular blocks, and FIG. 3. 1 illustrates a variable block system for synthesizing a planar link mechanism according to an embodiment of the present invention, which is modeled in the design region of FIG. 1.
본 발명의 일 실시예에 따른 평면 링크 기구의 합성을 위한 가변 블록 시스템(100)은, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 평면 링크 기구의 통합 합성을 위한 설계 영역(101) 내에서 구분되도록 배치됨으로써 이산화(discretization)되는 세 개의 사각형 블록(111, 112, 113)과, 사각형 블록(111, 112, 113)들의 교차점에 배치되는 복수의 중간 노드(121, 122, 123, 124)와, 사각형 블록(111, 112, 113) 및 중간 노드(121, 122, 123, 124)에 연결되는 강성 가변 스프링(131 : 굵은 스프링, 132 : 절취된 얇은 스프링, 도 3 참조)을 포함한다. 여기서, 가변 블록 시스템(100)을 통해 기구 합성하고자 하는 평면 링크 기구는 총 4개의 링크를 갖는 4절 링크 기구이다.The
먼저, 세 개의 사각형 블록(111, 112, 113)은 도 1의 설계 영역(101) 내에 배치되며, 세 개의 사각형 블록(111, 112, 113)이 차지하는 면적은 설계 영역(101)의 면적에 대응된다.First, three
도 3을 참조하여, 세 개의 사각형 블록(111, 112, 113)의 배치 구조에 대해 설명하되, 설명의 편의를 위해 세 개의 세 개의 사각형 블록(111, 112, 113)은, 제1 사각형 블록(111), 제2 사각형 블록(112) 및 제3 사각형 블록(113)이라 명칭하기로 한다.Referring to FIG. 3, the arrangement structure of the three
먼저, 제1 사각형 블록(111)과 제2 사각형 블록(112)은 상하로 배치되고 제3 사각형 블록(113)은 제1 사각형 블록(111) 및 제2 사각형 블록(112)의 측부에 배치된다. 그리고, 중간 노드(121, 122, 123, 124)는, 제1 사각형 블록(111)과 제2 사각형 블록(112) 사이, 제2 사각형 블록(112)과 제3 사각형 블록(113) 사이, 제1 사각형 블록(111)과 제2 사각형 블록(112) 및 제3 사각형 블록(113)의 사이에 각각 배치되는데, 이때 제1 사각형 블록(111)과 제2 사각형 블록(112) 및 제3 사각형 블록(113)의 사이에는 2개의 중간 노드(123, 124)가 결합될 수 있다. First, the first
이러한 세 개의 사각형 블록(111, 112, 113)은 가로 및 세로의 길이가 가변적이며, 따라서 후술할 최적화 과정을 통해 사각형 블록(111, 112, 113)의 최적화된 가로 및 세로의 길이를 찾을 수 있고 획득된 결과에 의해 사각형 블록(111, 112, 113)의 가로 및 세로의 길이를 재설정할 수 있다.These three rectangular blocks (111, 112, 113) is a variable length of the horizontal and vertical, so through the optimization process to be described later it is possible to find the optimized horizontal and vertical length of the rectangular blocks (111, 112, 113) Based on the obtained result, the lengths of the horizontal blocks and the
한편, 중간 노드(121, 122, 123, 124)는 사각형 블록(111, 112, 113)들의 사이사이에 배치되어 사각형 블록(111, 112, 113)의 꼭지점에 연결된 강성 가변 스프링(131, 132)이 연결되는 접속구 역할을 한다. 이러한 중간 노드(121, 122, 123, 124)는 체적이 없으며 슬라이딩 조인트(sliding joint) 또는 핀 조인트(pin joint) 등으로 마련될 수 있다. 본 실시예에서 중간 노드(121, 122, 123, 124)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 총 네 개 마련되나, 이에 한정되는 것은 아니다.Meanwhile, the
강성 가변 스프링(131, 132)은, 중간 노드(121, 122, 123, 124)에 의해 사각형 블록(111, 112, 113)의 꼭지점에 연결되어 사각형 블록(111, 112, 113)들을 상호 연결시킬 수 있다. 다만, 본 실시예의 강성 가변 스프링(131, 132)은 다른 강성값을 가질 수 있으며, 이로 인해 사각형 블록(111, 112, 113)들의 연결 상태를 다르게 구현할 수 있다. The
또한, 각각의 강성 가변 스프링(131, 132)은, X축 및 Y축 방향에 따라 다른 강성값을 가질 수 있다. 따라서, 각 방향의 강성값들에 따라 회전 조인트, 병진 조인트 등의 다양한 기구학적 메커니즘이 구현될 수 있다.In addition, each of the rigidity variable springs 131 and 132 may have different stiffness values according to the X-axis and Y-axis directions. Thus, various kinematic mechanisms such as rotary joint, translational joint, etc. can be implemented according to the stiffness values in each direction.
이하에서는, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 실시예의 가변 블록 시스템(100)을 이용한 평면 링크 기구의 합성 방법을 설명하기로 한다. Hereinafter, a method of synthesizing a planar link mechanism using the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 블록 시스템을 이용한 평면 링크 기구의 합성 방법의 순서도이다.4 is a flowchart of a method of synthesizing a planar link mechanism using a variable block system according to an embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 평면 링크 기구의 합성 방법은, 평면 링크 기구의 자동 합성 문제를 정의하는 정의 단계(S100)와, 설계 영역(101, 도 1 참조) 내에서 세 개의 사각형 블록(111, 112, 113)을 구분되도록 배치하여 이산화시키는 이산화 단계(S200)와, 사각형 블록(111, 112, 113) 및 강성 가변 스프링(131, 132)의 설계 변수의 초기값들을 설정하는 변수 설정 단계(S300)와, 입력에 대한 사각형 블록(111, 112, 113)들의 운동 경로를 계산하는 계산 단계(S400)와, 사각형 블록(111, 112, 113)들의 미리 설정된 운동 경로와 입력에 대한 사각형 블록(111, 112, 113)들의 실제 운동 경로를 비교하는 비교 단계(S500)와, 비교 단계(S500)에서의 비교 결과를 토대로 실제 운동 경로가 미리 설정된 운동 경로의 일정 범위 내에 있는 경우 전술한 설계 변수 초기값들을 최적해로 도출하는 도출 단계(S600)를 포함할 수 있다.As shown in Fig. 4, the method of synthesizing the planar link mechanism of the present embodiment includes a defining step S100 for defining an automatic compositing problem of the planar link mechanism, and three quadrangles within the design area 101 (see Fig. 1). Discretization step (S200) of discretizing the blocks (111, 112, 113) arranged to be separated, and variables for setting the initial values of the design variables of the rectangular block (111, 112, 113) and the rigid variable spring (131, 132) The setting step (S300), the calculation step (S400) for calculating the motion path of the rectangular blocks (111, 112, 113) for the input, and the preset motion path and input of the rectangular blocks (111, 112, 113) The comparison step S500 for comparing the actual motion paths of the quadrangle blocks 111, 112, and 113, and when the actual motion path is within a predetermined range of the preset motion path based on the comparison result in the comparison step S500, To derive design variable initial values May include a derivation step S600.
각각의 단계에 대해 부연 설명하면, 먼저, 정의 단계(S100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 입력 모션(input motion)을 목표 출력 모션(desired output motion)으로 변환하는 설계 영역(101)을 정의하는 단계이다. 여기서 설계의 목적은, 주어진 입력 모션을 원하는 출력 모션으로 변환하는 평면 링크 기구를 찾는 것이다.Each step will be described in detail. First, as shown in FIG. 1, the defining step S100 may include a
이산화 단계(S200)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 도 1에 도시된 설계 영역(101)을 세 개의 사각형 블록(111, 112, 113)으로 이산화하는 단계이다. 이산화된 각 사각형 블록(111, 112, 113)의 교차점에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 체적이 없는 네 개의 중간 노드(121, 122, 123, 124)가 위치되고, 사각형 블록(111, 112, 113)들의 각 꼭지점들과 중간 노드(121, 122, 123, 124), 그리고 그라운드(105)를 초기 길이가 없는 강성 가변 스프링(131, 132)으로 연결하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 블록 시스템(100)으로 모델링할 수 있다.The discretization step S200 is a step of discretizing the
부연 설명하면, 본 실시예의 가변 블록 시스템(100)은 준정적 평형해석을 통해 운동이 표현될 수 있다. 즉 입력 부분에서 주어지는 입력 모션에 의해 강성 가변 스프링(131, 132)의 변형이 일어나고 시간이 지날수록 전체 시스템이 정적 평형을 이룬다는 것이다. 평형 상태에서 시스템에 저장되는 총 포텐셜 에너지가 최소화되고 이것이 각 시간 단계에서 시스템의 기구학적 운동 상태를 표현한다. 이러한 준정적 평형해석을 통해, 사각형 블록(111, 112, 113)들이 연결되는 강성 가변 스프링(131, 132)의 강성 변화에 따라 출력 부분에서의 운동이 다양하게 표현될 수 있다.In detail, the
한편, 변수 설정 단계(S300)는, 전술한 바와 같이, 강성 가변 스프링(131, 132)의 강성값과 사각형 블록(111, 112, 113)들의 가로 및 세로 길이와 같은 설계 변수의 초기값을 설정하는 단계이다. 변수 설정 단계(S300)에서 설정된 설계 변수들의 초기값이 후술할 단계들에 의해 만족되는 경우 설계 변수들의 초기값은 최적해로 될 수 있는 것이며, 반면에 만족되지 못하는 경우 설계 변수들의 초기값은 재설정될 수 있다. 다만, 설계 변수들은 각 설계 변수 별로 상한 및 하한의 값을 가질 수 있다.Meanwhile, in the variable setting step S300, as described above, the initial values of the design variables such as the stiffness of the stiffness variable springs 131 and 132 and the horizontal and vertical lengths of the
이어서, 계산 단계(S400)는, 입력에 대한 사각형 블록(111, 112, 113)들의 실제 운동 경로를 계산하는 단계이다. 여기서 계산된 사각형 블록(111, 112, 113)들의 실제 운동 경로는, 비교 단계(S500)에서, 미리 설정된 운동 경로와 비교된다. Subsequently, the calculating step S400 is a step of calculating an actual path of movement of the
비교 단계(S500)에서의 비교 결과, 계산 단계(S400)에서 계산된 사각형 블록(111, 112, 113)들의 실제 운동 경로와 미리 설정된 운동 경로가 일정 범위 내에서 유사한 경우, 도출 단계(S600)에서, 전술한 설계 변수들의 초기값을 최적해로 도출할 수 있다. As a result of the comparison in the comparison step S500, when the actual movement path of the
다만, 사각형 블록(111, 112, 113)들의 운동 경로가 미리 설정된 운동 경로의 일정 범위 내에서 벗어나 있는 경우, 다시 강성 가변 스프링(131, 132)의 강성값과 사각형 블록(111, 112, 113)들의 가로 및 세로 길이와 같은 설계 변수를 재설정한 후 전술한 단계들, 즉 계산 단계(S400), 비교 단계(S500) 및 도출 단계(S600)를 재실행한다. 다만 이때, 이전에 구해진 결과 데이터를 토대로 설계 변수를 적절하게 재설정할 수 있어 반복되는 단계에서는 보다 바람직한 결과를 얻을 수 있다. 다시 말해, 설계 변수가 최적해로 될 가능성이 높아질 수 있는 것이다.However, when the motion paths of the
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 기구 통합 합성을 위해 모델링된 가변 블록 시스템(100)을 이용한 최적화 과정을 통해 자동으로 기구의 형태와 기구의 크기를 결정할 수 있으며, 따라서 종래와 같이 형태 합성이나 치수 합성에 필요한 반복적인 설계 과정의 번거로움을 줄임으로써 시간적 손실을 줄일 수 있다.As described above, according to the present exemplary embodiment, the shape of the device and the size of the device may be automatically determined through an optimization process using the
이하에서는, 가변 블록 시스템(100)을 통하여 평면 링크 기구가 실제 구현되는 동작을 설명하기로 한다.Hereinafter, an operation in which the planar link mechanism is actually implemented through the
먼저, 도 5a 및 도 5b는 4개의 링크를 구비하는 크랭크-로커 기구(200, crank-rocker mechanism)가 본 실시예의 가변 블록 시스템(100)에 의해서 구현되는 동작을 설명하는 도면이다. First, FIGS. 5A and 5B illustrate an operation in which a crank-
즉, 도 5a에서 4개의 링크(210, 220, 230, 240) 중 하나의 링크(210, 입력 링크)는 360도 회전하고, 다른 하나의 링크(230, 출력 링크)는 전술한 링크(210)의 회전 동작 시 소정 각도 내에서 왕복 회전하는데, 이러한 크랭크-로커 기구(200)는, 도 5b에 도시된 바와 같이, 세 개의 사각형 블록(111a, 112a, 113a)에 의해 표현될 수 있다. 반대로, 세 개의 사각형 블록(111a, 112a, 113a)을 구비한 가변 블록 시스템(100a)의 최적화 과정을 통해, 크랭크 로커 기구(200)를 설계할 수 있는 것이다. That is, in FIG. 5A, one of the four
따라서, 기구 통합 합성 시 종래와 같이 반복적인 설계 과정의 번거로움을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 아울러 설계의 정확성을 향상시킬 수 있다.As a result, it is possible to reduce the troublesome iterative design process and improve the accuracy of the design.
한편, 도 6은 3개의 핀 조인트(350)와 1개의 슬라이딩 조인트(360)를 구비한 4절 링크 기구(300)의 일예를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 7은 도 6의 4절 링크 기구(300)를 가변 블록 시스템(100b)으로 모델링한 도면이다. 6 is a view schematically showing an example of the four-
이들 도면에 도시된 바와 같이, 도 6의 4절 링크 기구(300)의 운동 경로는 도 7에 도시된 것처럼 본 실시예의 가변 블록 시스템(100b)에서 적절히 구현될 수 있다. 이때, 각 강성 가변 스프링(131b, 132b, 133b)의 강성값은 도 7에 도시된 최적화 결과물로 얻을 수 있다. As shown in these figures, the motion path of the four-
다만, 강성 가변 스프링(131b, 132b, 133b) 중 제1 강성 가변 스프링(131b : 굵은 스프링)은 매우 작은 강성값을 갖게 되고 제2 강성 가변 스프링(132b : 절취된 얇은 스프링)은 매우 큰 강성값을 갖는다. 한편, 제3 강성 가변 스프링(133b : 얇은 스프링)은, X축 방향으로의 강성값은 매우 큰 반면에 Y축 방향으로의 강성값은 매우 작은 값을 갖는다. 따라서 제3 강성 스프링(133b)에 의해 사각형 블록(111b, 112b, 113b) 중 제2 사각형 블록(112b)이 제3 사각형 블록(113b)을 따라가는 슬라이딩 조인트(360)가 구현될 수 있다.However, among the rigid
한편, 도 8은 2개의 핀 조인트(450)와 2개의 슬라이딩 조인트(460)를 구비한 4절 링크 기구(400)의 일예를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 9는 도 8의 4절 링크 기구(400)를 가변 블록 시스템(100c)으로 모델링한 도면이다. 8 is a diagram schematically showing an example of a four-
이들 도면에 도시된 도면에 도시된 바와 같이, 도 8의 4절 링크 기구(400)의 운동 경로 역시, 도 9에 도시된 것처럼 본 실시예의 가변 블록 시스템(100c)에서 적절히 구현될 수 있다. 따라서, 이러한 가변 블록 시스템(100c)을 통해, 설정된 설계 변수들, 즉 사각형 블록(111c, 112c, 113c)의 가로 및 세로 길이, 그리고 강성 가변 스프링(131c, 132c, 133c)의 강성값을 최적화할 수 있으며, 이에 따라 4절 링크 기구(400)의 합성을 정확하게 수행할 수 있다.As shown in the figures shown in these figures, the motion path of the four-
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 블록 시스템(100, 100a, 100b, 100c)을 통하여서, 다양한 종류의 4절 링크 기구, 예를 들면 4개의 핀 조인트를 구비하는 4절 링크 기구(200), 3개의 핀 조인트와 하나의 슬라이딩 조인트를 구비하는 4절 링크 기구(300) 또는 2개의 핀 조인트와 2개의 슬라이딩 조인트를 구비하는 4절 링크 기구(400) 등의 기구 합성을 수행할 수 있으며, 이에 따라 기구의 형태 합성이나 치수 합성에 필요한 반복적인 설계 과정의 번거로움과 시간적 손실을 줄일 수 있는 장점이 있다.As described above, through the
전술한 실시예에서는, 4개의 핀 조인트를 구비하는 4절 링크 기구, 3개의 핀 조인트와 하나의 슬라이딩 조인트를 구비하는 4절 링크 기구 또는 2개의 핀 조인트와 2개의 슬라이딩 조인트를 구비하는 4절 링크 기구에 한정하여 가변 블록 시스템이 적용되는 경우에 대해 설명하였으나, 다른 형태의 4절 링크 기구 역시 가변 블록 시스템이 적용될 수 있음은 당연하다.In the embodiment described above, a four-section link mechanism having four pin joints, a four-section link mechanism having three pin joints and one sliding joint, or a four-section link having two pin joints and two sliding joints Although the case where the variable block system is applied to the mechanism has been described, it is natural that the variable block system may be applied to other types of four-section link mechanisms.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
In the present invention as described above has been described by the specific embodiments, such as specific components and limited embodiments and drawings, but this is provided to help a more general understanding of the present invention, the present invention is not limited to the above embodiments. For those skilled in the art, various modifications and variations are possible from these descriptions. Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and all of the equivalents and equivalents of the claims, as well as the following claims, will fall within the scope of the present invention. .
100, 100a, 100b, 100c : 가변 블록 시스템
111, 112, 113 : 사각형 블록 모델
121, 122, 123, 124 : 중간 노드
131, 132 : 강성 가변 스프링
200, 300, 400 : 4절 링크 기구100, 100a, 100b, 100c: variable block system
111, 112, 113: square block models
121, 122, 123, 124: intermediate nodes
131, 132: rigid variable spring
200, 300, 400: Section 4 linkage
Claims (9)
상기 사각형 블록 간을 연결시키는 복수 개의 강성 가변 스프링; 및
상기 사각형 블록들의 교차 부분에 배치되어 상기 강성 가변 스프링과 상기 사각형 블록 간을 연결시키는 복수 개의 중간 노드;
를 포함하는 평면 링크 기구의 합성을 위한 가변 블록 시스템.
Three rectangular blocks that are discretized by being disposed in a design area for designing the planar link mechanism;
A plurality of rigid variable springs connecting the rectangular blocks; And
A plurality of intermediate nodes disposed at intersections of the rectangular blocks to connect the rigid variable springs to the rectangular blocks;
Variable block system for the synthesis of planar link mechanism comprising a.
상기 복수 개의 강성 가변 스프링 각각은 상호 다른 강성값을 갖는 강성 가변 스프링들을 구비하며, 상기 다른 강성값을 갖는 강성 가변 스프링들 중 선택된 강성 가변 스프링을 이용하여 상기 사각형 블록에 연결하는 평면 링크 기구의 합성을 위한 가변 블록 시스템.
The method of claim 1,
Each of the plurality of rigid variable springs has rigid variable springs having different stiffness values, and the planar link mechanism is coupled to the rectangular block using a rigid variable spring selected from among the rigid variable springs having different stiffness values. Variable block system.
상기 복수 개의 강성 가변 스프링은 각각, X축 또는 Y축 방향에 따라 다른 강성값을 갖는 가변 스프링인 평면 링크 기구의 합성을 위한 가변 블록 시스템.
The method of claim 2,
And said plurality of rigid variable springs are variable springs each having a different stiffness value depending on the X-axis or Y-axis direction.
상기 세 개의 사각형 블록은 직사각 형상이며, 상기 사각형 블록의 가로 길이 및 세로 길이는 가변적인 평면 링크 기구의 합성을 위한 가변 블록 시스템.
The method of claim 1,
And said three rectangular blocks are rectangular in shape, and wherein the horizontal and vertical lengths of said rectangular blocks are variable.
상기 중간 노드는 하나의 사각형 블록이 다른 하나의 사각형 블록에 대해 슬라이딩 가능하도록 슬라이딩 조인트(sliding joint)로 마련되거나, 상기 중간 노드는 하나의 사각형 블록이 다른 하나의 사각형 블록에 대해 상대 회동 가능하도록 핀 조인트(pin joint)로 마련되는 평면 링크 기구의 합성을 위한 가변 블록 시스템.
The method of claim 1,
The intermediate node may be provided as a sliding joint such that one rectangular block is slidable with respect to the other rectangular block, or the intermediate node may be pinned such that one rectangular block is relatively rotatable with respect to the other rectangular block. Variable block system for the synthesis of planar link mechanisms provided by pin joints.
상기 세 개의 사각형 블록은, 제1 사각형 블록, 제2 사각형 블록 및 제3 사각형 블록이며,
상기 제1 사각형 블록과 상기 제2 사각형 블록은 상하로 배치되고 상기 제3 사각형 블록은 상기 제1 사각형 블록 및 제2 사각형 블록의 측부에 배치되며,
상기 중간 노드는 상기 제1 사각형 블록과 상기 제2 사각형 블록 사이, 상기 제2 사각형 블록과 상기 제3 사각형 블록 사이, 상기 제1 사각형 블록과 상기 제2 사각형 블록 및 상기 제3 사각형 블록의 사이에 각각 배치되는 평면 링크 기구의 합성을 위한 가변 블록 시스템.
The method of claim 1,
The three rectangular blocks are a first rectangular block, a second rectangular block, and a third rectangular block,
The first rectangular block and the second rectangular block is disposed up and down and the third rectangular block is disposed on the sides of the first rectangular block and the second rectangular block,
The intermediate node is between the first rectangular block and the second rectangular block, between the second rectangular block and the third rectangular block, between the first rectangular block and the second rectangular block and the third rectangular block. Variable block system for the synthesis of planar link mechanisms each disposed.
상기 평면 링크 기구의 자동 합성 문제를 정의하는, 정의 단계;
상기 설계 영역 내에서 상기 세 개의 사각형 블록을 구분되도록 배치하여 이산화(discretization)시키는, 이산화 단계;
상기 사각형 블록 또는 상기 사각형 블록 간을 연결하는 상기 강성 가변 스프링의 설계 변수의 초기값들을 설정하는, 변수 설정 단계;
상기 사각형 블록의 원하는 운동 경로를 미리 설정한 후, 입력에 대한 상기 사각형 블록의 운동 경로를 계산하는, 계산 단계;
상기 계산 단계에서 계산된 상기 사각형 블록의 실제 운동 경로와, 미리 설정된 상기 사각형 블록의 운동 경로를 비교하는, 비교 단계;
상기 비교 단계에서의 비교 결과, 상기 사각형 블록의 실제 운동 경로가 미리 설정된 상기 운동 경로의 일정 범위 내에 있는 경우 상기 설계 변수의 초기값들을 최적해로 도출하는 도출 단계;
를 포함하는 가변 블록 시스템을 이용한 평면 링크 기구의 합성 방법.
A method of synthesizing a variable block system for synthesizing a planar link mechanism according to any one of claims 1 to 6,
A defining step of defining an automatic synthesis problem of the planar link mechanism;
Discretizing the discs by arranging the three rectangular blocks in the design area to distinguish them;
Setting initial values of a design variable of the rigid variable spring that connects the rectangular block or the rectangular blocks;
Calculating a movement path of the square block with respect to an input after presetting a desired movement path of the square block;
A comparison step of comparing the actual motion path of the square block calculated in the calculation step with the motion path of the preset square block;
A derivation step of deriving an initial value of the design variable as an optimal solution when the actual movement path of the rectangular block is within a predetermined range of the predetermined movement path as a result of the comparison in the comparing step;
Synthesis method of planar link mechanism using a variable block system comprising a.
상기 비교 단계에서의 비교 결과, 상기 사각형 블록의 실제 운동 경로가 사각형 블록의 미리 설정된 운동 경로의 일정 범위 내에 있지 않은 경우 상기 변수 설정 단계에서 상기 사각형 블록의 설계 변수 또는 상기 강성 가변 스프링의 설계 변수를 재설정하는 가변 블록 시스템을 이용한 평면 링크 기구의 합성 방법.
The method of claim 7, wherein
As a result of the comparison in the comparing step, when the actual movement path of the square block is not within a predetermined range of the predetermined movement path of the square block, the design variable of the square block or the design variable of the stiffness variable spring is set in the variable setting step. Synthesis method of planar link mechanism using reconfigurable variable block system.
상기 사각형 블록의 설계 변수는 가로 및 세로 길이이며,
상기 강성 가변 스프링의 설계 변수는 X축 또는 Y축에 따른 강성값인 가변 블록 시스템을 이용한 평면 링크 기구의 합성 방법.The method of claim 7, wherein
The design variables of the rectangular block are horizontal and vertical length,
And a design variable of the stiffness variable spring is a stiffness value along an X axis or a Y axis.
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KR960035321A (en) * | 1995-03-17 | 1996-10-24 | 구자홍 | Optimal Design Method of Equipment Using Editorial Design |
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