KR20090025074A - A method for design humanoid robot parts and device - Google Patents

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KR20090025074A
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김창환
유범재
박경진
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Abstract

A method for designing the parts of a humanoid robot and a design apparatus thereof are provided to design the parts systematically and efficiently in consideration of the internal dynamic load which is generated due to various operations. The rigid multi-body dynamics is interpreted(S201). By using the interpreted result, the linear dynamic analysis(for example, the transient-response analysis) is performed(S202). Equivalent static loads are calculated by using the displacement field obtained from the dynamic analysis(S203). The linear static analysis is performed by using the equivalence static load (S204). By using the result obtained through the linear static analysis, the linear optimal design is performed (S205). The size, shape and property of each part are updated through the result obtained from the linear optimal design(S206).

Description

휴머노이드 로봇 부품의 설계 방법 및 그 설계 장치{A METHOD FOR DESIGN HUMANOID ROBOT PARTS AND DEVICE}A design method of a humanoid robot component and its design apparatus {A METHOD FOR DESIGN HUMANOID ROBOT PARTS AND DEVICE}

본 발명은 로봇의 설계 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휴머노이드 로봇의 동작 시 발생하는 동적인 효과를 고려하여 각각의 부품을 설계하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for designing a robot, and more particularly, to a method for designing each part in consideration of the dynamic effects occurring during the operation of a humanoid robot.

유용한 서비스의 제공을 목적으로 하는 휴머노이드 로봇이 최근 개발되어 공개되는 사례가 늘고 있다.Humanoid robots aimed at providing useful services have recently been developed and released.

휴머노이드 로봇이 인간에게 유용한 서비스를 제공하기 위해서는, 휴머노이드 로봇이 인간처럼 동작할 수 있어야 한다. 휴머노이드 로봇이 인간처럼 동작하는 경우, 각 부품에서는 동적인 하중이 끊임없이 발생한다. 이 경우, 동적인 하중에 의한 부품에 손상이나 심하게는 파손을 가져오는 경우가 발생한다. 따라서, 동적 하중을 고려해서 설계를 해야 한다.In order for humanoid robots to provide useful services to humans, humanoid robots must be able to operate like humans. When a humanoid robot behaves like a human, dynamic loads are constantly generated on each part. In this case, damage to the parts due to dynamic load or severe damage may occur. Therefore, the design should take into account the dynamic load.

Feyerabend(F. Feyerabend, "Systematic optimisation of a robot arm structure," The Industrial Robot, Vol. 15, No. 4, 219-222, 1998)는 로봇의 부품의 설계시 하중이 가장 크게 발생한다고 예상되는 정적인 상태를 고려하여 로봇 부품을 설계하였다.Feyerabend (F. Feyerabend, "Systematic optimization of a robot arm structure," The Industrial Robot, Vol. 15, No. 4, 219-222, 1998) is the static that is expected to generate the greatest loads in the design of robot parts. The robot parts were designed in consideration of the phosphorus state.

또한, Saravanos(D. A. Saravanos and J. S. Lamancusa, "Optimum structural design of robotic manipulators with fiber reinforced composite materials," Computers and Structures, Vol. 36, No. 1, pp. 119-132, 1990)는 로봇의 설계를 위해 중요하다고 판단되는 몇 가지 동작 상태를 선정하고, 각각의 상태에 정적인 하중이 작용하는 경우를 가정하여 로봇 부품을 설계하였다. In addition, Saravanos (DA Saravanos and JS Lamancusa, "Optimum structural design of robotic manipulators with fiber reinforced composite materials," Computers and Structures, Vol. 36, No. 1, pp. 119-132, 1990) for the design of robots The robot parts were designed on the basis of several operating states deemed important and assuming that a static load acts on each state.

그러나, 언급한 연구들은 로봇의 정적인 상태만을 고려하여 설계를 수행하거나, 로봇의 전체 동작 중에서 가장 취약하다고 판단되는 몇 가지 대표 동작을 선정하고, 선정된 각 대표 동작에 대해 정적인 특성만을 고려하여 설계를 수행한다. 하지만, 이와 같이 정적인 특성만을 고려하여 설계를 수행하는 방법은 부품의 진동 특성이나 관성에 의한 효과를 고려할 수 없다는 단점을 가지고 있다. 또한, 상기 연구들은 주로 동작이 작은 구조물을 대상으로 한 연구이며, 실제 기계 장치들과 같이 동작이 크고, 반복적인 메커니즘의 설계에 대해서는 연구되지 않았다. However, the above-mentioned studies are designed by considering only the static state of the robot, selecting some representative motions that are considered the most vulnerable among the overall motions of the robot, and considering only the static characteristics of each selected representative motion. Perform the design. However, the method of performing the design in consideration of the static characteristics as described above has a disadvantage in that the effects of the vibration characteristics and the inertia of the component cannot be considered. In addition, the above studies are mainly aimed at structures with small movements, and have not been studied for the design of large movements and repetitive mechanisms like actual mechanical devices.

한편, 전술한 연구들은 컴퓨터 모사를 이용하는 유한요소법과 최적설계 방법을 이용하여 주로 설계가 이루어진다. 그러나, 이러한 설계들은 정적 시스템을 가정하여 발전되어 왔기 때문에, 많은 수의 정적 유한요소해석(이하, 선형 정적 해석이라고도 함) 결과를 이용하도록 개발되었다. 그러나, 로봇과 같은 동적 시스템에 대한 동적 유한요소해석(이하, 선형 동적 해석이라고도 함)은 매우 고가이며, 많은 시간이 요구되기 때문에 기존의 최적설계 알고리즘을 적용하는데 무리가 있다. 또한, 과도응답해석을 기반으로 하는 동적 최적설계 기법은 실제 문제에 적용하는데 어려움이 있는 방법이다. 이 두 기법은 휴머노이드 부품과 같이 복잡하고, 동적 변화가 큰 구조물의 설계에는 부적합하다.On the other hand, the above studies are mainly designed using the finite element method and the optimal design method using computer simulation. However, since these designs have been developed assuming static systems, they have been developed to use a large number of static finite element analyzes (also referred to as linear static analyzes). However, dynamic finite element analysis (hereinafter, also referred to as linear dynamic analysis) for dynamic systems such as robots is very expensive and requires a lot of time, which makes it difficult to apply existing optimal design algorithms. In addition, the dynamic optimization design based on transient response analysis is a difficult method to apply to real problems. Both techniques are inadequate for the design of complex, highly dynamic structures such as humanoid components.

따라서, 이런 기존의 설계 방법들의 단점을 극복하고 동적인 효과와 관성 효과를 고려한 로봇 부품의 최적설계 방법이 필요하다. Therefore, there is a need for an optimal design method of a robot component that overcomes the disadvantages of these existing design methods and considers dynamic and inertial effects.

휴머노이드 로봇 부품의 설계를 위해서는 동적인 하중을 고려한 실제적인 설계 방법의 개발이 필요하다.For the design of humanoid robot parts, it is necessary to develop a practical design method considering dynamic loads.

따라서, 본 발명은 다양한 동작으로 인해 그 내부에서 복잡한 형태의 동적인 하중이 발생하는 휴머노이드 로봇의 부품을 동적 하중을 고려하여 체계적이고, 효율적으로 설계하는 방법을 개발하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to develop a method for systematically and efficiently designing a part of a humanoid robot in which dynamic loads of complex shapes are generated due to various operations in consideration of dynamic loads.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다물체동역학 기법을 이용하여 휴머노이드 각 부품의 동적인 특성을 파악하고, 이를 등가 정하중법을 결합하여 휴머노이드 부품을 효율적이고, 체계적으로 설계할 수 있도록 한다. 여기서, 등가 정하중은 동적 하중을 이용한 선형 동적 해석(또는, 과도 응답 해석)으로부터 얻어지는 변위 또는 응력 등의 반응값과 동일한 반응값을 선형 정적 해석에서 얻어낼 수 있도록 해주는 정적 하중을 의미한다. 즉, 동적 하중을 이용한 선형 동적 해석의 결과는 등가 정하중을 이용한 선형 정적 해석의 결과와 동일하다는 특징을 가진다.In order to achieve the above object, the present invention uses the multibody dynamics technique to grasp the dynamic characteristics of each part of the humanoid, and combine the equivalent static load method to efficiently and systematically design the humanoid part . Here, the equivalent static load refers to a static load that allows a linear static analysis to obtain a response value equal to a response value such as displacement or stress obtained from a linear dynamic analysis (or transient response analysis) using the dynamic load. In other words, the result of the linear dynamic analysis using the dynamic load is the same as the result of the linear static analysis using the equivalent static load.

구체적으로는, 본 발명은 다물체동역학 기법을 이용하여 휴머노이드 각 부품에서 발생하는 "동적 하중"을 추출하고, 상기 동적 하중을 동적인 상태에서와 동일한 특성을 나타내는 "등가 정하중"으로 변환한 후, 최적설계 기법을 적용하여 휴머노이드 각 부의 부품을 설계할 수 있도록 한다.Specifically, the present invention extracts the "dynamic load" generated in each part of the humanoid by using a multibody dynamics technique, and converts the dynamic load into "equivalent static load" which exhibits the same characteristics as in the dynamic state. Optimal design technique is applied to design parts of humanoid parts.

더욱 구체적으로는, 본 발명은 a) 로봇의 각 부품에서 발생하는 동적 하중을 계산하는 단계와; b) 상기 획득된 동적 하중을 이용한 부품의 동적 특성을 산출하는 단계와; c) 상기 얻어진 동적 하중을 이용하여 각 부품의 전체적인 형상 설계 및 세부적인 치수를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇의 부품 설계 방법을 제공한다.More specifically, the present invention comprises the steps of: a) calculating the dynamic loads generated in each part of the robot; b) calculating dynamic characteristics of the part using the obtained dynamic load; and c) determining the overall shape design and detailed dimensions of each part by using the obtained dynamic load.

또한, 본 발명은 a) 휴머노이드 로봇에 대해 다물체 동역학 해석을 수행하는 단계와; b) 상기 다물체 동역학 해석의 결과를 이용하여 선형 동적 해석을 수행하는 단계와; c) 상기 선형 동적 해석의 결과를 이용하여 등가 정하중을 계산하는 단계와; d) 상기 계산된 등가 정하중을 이용하여 선형 정적 해석을 수행하는 단계와; e) 상기 선형 정적 해석의 결과를 이용하여, 휴머노이드 로봇의 각 부품에 대한 최적 설계를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇의 부품 설계 방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of: a) performing a multi-body dynamics analysis on the humanoid robot; b) performing a linear dynamic analysis using the results of the multibody dynamics analysis; c) calculating an equivalent static load using the results of the linear dynamic analysis; d) performing a linear static analysis using the calculated equivalent static load; e) by using the results of the linear static analysis, to provide a component design method of the humanoid robot comprising the step of performing an optimal design for each component of the humanoid robot.

한편, 본 발명은 휴머노이드 로봇의 설계 변수를 저장하는 저장장치와; 상기 저장장치 내의 설계 변수들을 로딩하여, 로봇의 각 부품에서 발생하는 동적 하중을 계산하고, 상기 획득된 동적 하중을 이용한 부품의 동적 특성을 산출한 후, 상기 얻어진 동적 하중을 이용하여 각 부품의 전체적인 형상 및 세부적인 치수를 계산하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 설계 장치를 또한 제공한다. On the other hand, the present invention and the storage device for storing the design variables of the humanoid robot; After loading the design variables in the storage device, the dynamic load generated in each part of the robot is calculated, the dynamic characteristics of the part are calculated using the obtained dynamic load, and then the overall dynamics of each part are obtained using the obtained dynamic load. Also provided is a design device comprising a processor for calculating shape and detailed dimensions.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 휴머노이드 부품의 설계 시 동적인 효과를 고려함으로써, 실제 휴머노이드의 동작 상태에서 강건하고 경제적인 부품을 설계할 수 있도록 한다. As described above, the present invention allows the design of a robust and economical component in the actual humanoid operating state by considering the dynamic effect in the design of the humanoid component.

이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the present invention will be described in detail.

도 1은 등가 정하중(equivalent static loads)을 이용한 동적 시스템의 최적 설계 방법을 나타낸 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating an optimal design method of a dynamic system using equivalent static loads.

등가 정하중은 선형 동적 해석(또는, 과도 응답 해석)으로부터 발생하는 변위 또는 응력 등의 반응값과 동일한 반응값을 발생시키는 선형 정적 해석에서의 정적 하중을 의미한다. 선형 동적 시스템에서의 등가 정하중은 유한요소모델의 선형강성행렬과 동적 해석의 결과로부터 얻어진 변위장을 곱하여 계산한다. Equivalent static load means a static load in a linear static analysis that generates a response value equal to a response value such as displacement or stress generated from the linear dynamic analysis (or transient response analysis). The equivalent static load in a linear dynamic system is calculated by multiplying the linear stiffness matrix of the finite element model by the displacement field obtained from the results of the dynamic analysis.

1) 먼저, 등가 정하중을 계산하기 위해서는 선형 동적 해석을 수행한다(S101). 여기서, 선형 동적 해석은 특정한 구조물에 동적인 하중(시간에 따라 크기나 방향이 변하는 하중)이 작용하는 경우, 이 하중에 의해 발생하는 구조물의 구조적 특성을 구하기 위한 해석 과정이다. 휴머노이드의 각 부품에 작용하는 모든 하중은 동적인 하중이다. 따라서 휴머노이드 각 부의 구조적인 특성은 동적 하중을 이용한 선형 동적 해석을 통하여 얻을 수 있다. 이런 선형 동적 해석의 결과로서 각 부의 변형의 정도나, 변형률이나, 응력의 크기 등의 여러가지 특성들을 얻을 수 있다.1) First, in order to calculate an equivalent static load, a linear dynamic analysis is performed (S101). Here, the linear dynamic analysis is an analysis process for determining the structural characteristics of the structure generated by dynamic loads (loads whose size and direction change with time) are applied to a specific structure. All loads acting on each part of the humanoid are dynamic loads. Therefore, the structural characteristics of each part of humanoid can be obtained through linear dynamic analysis using dynamic load. As a result of the linear dynamic analysis, various characteristics such as the degree of deformation of each part, the strain rate, and the magnitude of the stress can be obtained.

도시된 수식은 선형 동적 해석을 위한 구조물의 운동방정식이다. 여기서 M은 질량행렬, z는 동하중에 의한 변위벡터, K는 강성행렬, f는 동적 해석을 위한 동하중이다. 동적 해석으로부터 모든 시간 단계에서의 변위벡터인 z(t)를 얻을 수 있 다. The equation shown is the equation of motion of the structure for linear dynamic analysis. Where M is the mass matrix, z is the displacement vector by dynamic load, K is the stiffness matrix, and f is the dynamic load for dynamic analysis. From the dynamic analysis we can obtain z (t), the displacement vector at all time steps.

2) 다음으로, 등가 정하중을 계산한다(S102). 여기서, 등가 정하중이란 구조물이 동적인 하중을 받는 경우 나타나는 구조적 특성과 동일한 구조적 특성이 나타나도록 하는 일련의 정하중의 집합을 의미한다. 등가정하중은 임의의 시간의 동적 변위장 z와 선형 강성행렬 K를 곱하여 산출할 수 있다. 여기서 선형 강성행렬 K는 유한요소해석기로부터 얻을 수 있다. 이렇게 하여 구한

Figure 112007064653915-PAT00001
는 모든 시 절점에서의 변위장을 일치시키기 위한 정적 해석을 위한 하중이다. 만약 시간 t를 n계의 시간 단계로 나누어 동적 해석을 수행하였다면 등가 정하중은 총 n개의 하중 집합을 가지게 되는 것이다. 2) Next, an equivalent static load is calculated (S102). Here, the equivalent static load means a set of static loads such that structural characteristics identical to those exhibited when the structure is subjected to dynamic loads are expressed. The equivalent static load can be calculated by multiplying the dynamic displacement field z at any time by the linear stiffness matrix K. The linear stiffness matrix K can be obtained from the finite element analyzer. So obtained
Figure 112007064653915-PAT00001
Is the load for static analysis to match the displacement field at all time nodes. If the dynamic analysis is performed by dividing time t into n time steps, the equivalent static load has a total of n load sets.

3) 다음으로, 등가 정하중을 이용항 선형 정적 해석을 수행한다(S103). 3) Next, a linear static analysis is performed using the equivalent static load (S103).

기존에는 동적인 하중이 작용하는 구조물을 설계할 때, 정적 하중을 이용한 선형 정적 해석을 수행하여 설계를 하였다. 이때, 정적 하중은 휴머노이드에 작용하는 동적인 하중을 최대값이나, 평균값으로 표현한 것이다. 이런 정적 하중을 이용하여 설계를 수행하는 경우, 동적인 상태에서의 특성을 정확히 알 수 없다는 단점과, 동적인 효과에 의해 발생하는 여러가지 특성들을 전혀 고려할 수가 없다는 단점이 있다. 한편, 동적 하중을 직접 이용하는 선형 동적 해석을 이용한 최적 설계 기법을 사용하여 구조물을 설계할 수 있다. 그러나 선형 동적 해석을 이용한 최적 설계는 실제 문제에 적용하기 매우 힘든 여러 가지 문제점들을 가지고 있다. Previously, when designing a structure with dynamic loads, the design was performed by performing a linear static analysis using static loads. In this case, the static load is expressed as the maximum value or the average value of the dynamic load acting on the humanoid. In the case of designing using such static loads, there are disadvantages in that the characteristics in the dynamic state cannot be accurately known, and various characteristics generated by the dynamic effects cannot be considered at all. On the other hand, the structure can be designed using an optimal design technique using linear dynamic analysis using the dynamic load directly. However, the optimal design using linear dynamic analysis has various problems that are very difficult to apply to the real problem.

따라서, 본 발명은 이런 단점들을 극복하기 위하여 등가 정하중을 이용하여, 선형 정적 해석을 수행한다. 등가 정하중을 이용한 선형 정적 해석의 경우, 한 번의 해석에 상대적으로 많은 하중 조건이 작용하는데, 이는 다중하중조건이라는 기법을 통하여 해석되기 때문에 선형 동적 해석에 비해 해석 시간이 매우 짧고, 비용이 적게 든다는 장점을 가진다. Accordingly, the present invention performs linear static analysis using equivalent static loads to overcome these disadvantages. In the case of linear static analysis using equivalent static load, a relatively large load condition is applied to one analysis, which is very short and expensive compared to the linear dynamic analysis because it is analyzed by a technique called multiple load condition. Has

도시된 수식은 정적 해석을 위한 유한요소 방정식이다. 등가 정하중이 외력으로 작용하며 이 해석으로부터 계산되는 것은 선형 변위 벡터이다. 이 선형 변위 벡터는 모든 시 절점에서의 동적 변위벡터와 정확하게 일치한다. 따라서, 등가 정하중을 이용하여 선형 정적 해석을 수행하면 동적 변위장과 동일한 변위장을 얻을 수 있음을 알 수 있다. The equation shown is a finite element equation for static analysis. Equivalent static load acts as an external force and what is calculated from this analysis is a linear displacement vector. This linear displacement vector exactly matches the dynamic displacement vector at all time nodes. Therefore, it can be seen that a linear static analysis using an equivalent static load yields the same displacement field as the dynamic displacement field.

4) 다음으로, 상기 등가 정하중을 이용하여 선형최적설계를 수행한다(S104). 선형 최적 설계는 개략적으로 설계된 구조물에서 변경하고자 하는 부분의 크기나 형상을 선정하고, 설계자의 목적에 가장 잘 맞는 크기와 형상을 결정하는 과정을 말한다. 선형 최적 설계는 구조물에 가해지는 하중이 선형 하중인 경우에 적용되는 방법으로 매우 유용하고 효율적인 설계 방식이다. 그러나, 상기 선형 최적 설계 기법은 동적인 하중이 작용하는 경우에는 적용할 할 수 없다는 단점이 있다. 따라서, 본 발명은 등가정하중을 이용하여 선형 최적 설계를 수행함으로써, 이러한 문제점을 해결한다. 등가 정하중은 앞서 설명한 바와 같이 동적 하중 상태에서와 동일한 구조적 특성을 나타내기 때문에, 등가 정하중을 이용한 선형 최적 설계는 동적인 하중이 작용하는 구조물에 대한 최적설계를 수행할 수 있다는 장점과 함께, 비용과 효율이 뛰어나다는 장점을 가지게 된다.4) Next, linear optimization design is performed using the equivalent static load (S104). Linear optimal design refers to the process of selecting the size or shape of the part to be changed in the roughly designed structure and determining the size and shape that best fits the purpose of the designer. Linear optimal design is a very useful and efficient design method that is applied when the load applied to the structure is a linear load. However, the linear optimization design technique has a disadvantage in that it cannot be applied when dynamic load is applied. Therefore, the present invention solves this problem by performing linear optimal design using equivalent static loads. Equivalent static loads have the same structural characteristics as in the dynamic load state as described above, so that the linear optimum design using equivalent static loads can achieve the optimal design for the structure under dynamic loads. The efficiency is excellent.

5) 마지막, 상기 선형최적설계(S104)의 결과가 제한 조건을 만족시키는지를 판단한다(S105). 상기 선형최적설계(S104)의 결과만을 이용하여 초기 설계값을 변경하고 동적 해석을 수행하면 설계 개선의 효과는 있으나, 설계자가 초기에 원했던 상기 제한 조건을 만족하기 못하는 경우가 발생한다. 이는 동적 해석의 민감도와 정적 해석의 민감도 차이에 따른 것이다. 민감도란 설계변수의 변화에 따른 반응의 변화율을 의미한다. 5) Finally, it is determined whether the result of the linear optimal design (S104) satisfies the constraint condition (S105). If the initial design value is changed and the dynamic analysis is performed using only the result of the linear optimal design (S104), the effect of design improvement may occur, but the designer may not satisfy the desired constraint condition initially desired. This is due to the difference between the sensitivity of dynamic analysis and that of static analysis. Sensitivity refers to the rate of change in response to changes in design variables.

따라서, 상기 선형최적설계(S104)의 결과가 제한 조건을 만족시키는지 못하는 경우, 전술한 민감도의 차이를 극복하기 위하여 상기 선형최적설계(S104)로부터 얻어진 해를 초기값으로 하여, 다시 전체 과정을 수행한다. 이러한 과정의 반복을 통하여 민감도의 차이는 점차 좁혀지게 되며, 최종적으로는 모든 반응과 민감도가 거의 일치하게 되어 설계자가 의도한 제한조건을 만족하는 최적해를 얻을 수 있게 된다.Therefore, when the result of the linear optimization design (S104) does not satisfy the constraint condition, in order to overcome the above-described difference in sensitivity, the solution obtained from the linear optimization design (S104) is set as an initial value, and the entire process is performed again. To perform. Through the repetition of this process, the difference in sensitivity is gradually narrowed, and finally, all responses and sensitivity are almost identical to obtain the optimal solution satisfying the designer's intended constraint.

상기 과정의 반복은 이전 단계에서의 등가 정하중 값과 현재 단계에서의 등가 정하중 값의 차가 아주 작은 경우, 종료된다.The repetition of the above process ends when the difference between the equivalent static load value in the previous step and the equivalent static load value in the current step is very small.

그러나, 지금까지 설명한 과정은 동작이 거의 없고 변형이 존재하는 구조물을 대상으로 한 것이여서, 휴머노이드와 같이 동작이 크고, 동시에 변형이 존재하는 부품을 설계하기 위해서는, 도 2와 같은 방법을 수행하는 것이 보다 바람직하다.However, the process described so far is aimed at a structure in which there is almost no movement and deformation. Therefore, in order to design a component having a large movement and a deformation at the same time as a humanoid, performing the method of FIG. 2 is performed. More preferred.

도 2는 다물체동역학계의 구조물에 대한 최적 설계 수행 방법을 나타낸 흐름 도이다. 2 is a flow chart showing a method for performing optimal design of a structure of a multibody dynamics system.

도 2를 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 다물체 동역학계의 구조물에 대한 최적 설계는 전술된 동적 특성을 고려한 최적 설계와 비슷한 과정을 거치게 된다. 다만, 도 1의 과정과 달리 선형 동적 해석을 하기 이전에 다물체 동역학 해석을 선행하게 된다. 이는, 성형 동적 해석을 위해서는 구조물에 작용하는 하중을 알아야만 하기 때문이다. As can be seen with reference to Figure 2, the optimal design of the structure of the multi-body dynamics system is subjected to a similar process to the optimal design in consideration of the above-described dynamic characteristics. However, unlike the process of FIG. 1, the multibody dynamics analysis is preceded before the linear dynamic analysis. This is because the load acting on the structure must be known for the molding dynamic analysis.

1) 먼저, 강체 다물체 동역학을 해석한다(S201). 여기서, 다물체 동역학 해석은 다수의 부재와 조인트가 연결되어 이루어진 메커니즘의 특성을 파악하기 위한 해석 방법이다. 이때, 각각의 부재가 강체로 이루어져 있는 경우를 강체 다물체 동역학 해석이라고 한다. 강체 다물체 동역학의 각각의 부재들은 모두 강체로 이루어져 있기 때문에, 변형이 발생하지 않는다는 특성을 가진다. 상기 강체 다물체 동역학계는 일반적으로 다수의 부재들이 다수의 조인트에 의해 연결되어 구속을 받는 상태에서 초기 조건에 의해 동적으로 움직이지만, 각 부재에서는 변형이 발생하지 않는다.1) First, a rigid multibody dynamics is analyzed (S201). Here, the multi-body dynamics analysis is an analysis method for grasping the characteristics of the mechanism formed by connecting a plurality of members and joints. At this time, the case where each member consists of rigid bodies is called rigid multibody dynamics analysis. Each member of the rigid multibody dynamics is characterized by the fact that no deformation occurs because all members are rigid. The rigid multibody dynamics system generally moves dynamically under initial conditions with a number of members connected and constrained by a number of joints, but no deformation occurs in each member.

간단한 예로 자동차의 와이퍼를 들면, 자동차의 와이퍼는 유리를 닦는 고무와 고무를 잡아주는 판재, 와이퍼를 구동하는 모터와 연결된 연결대로 이루어져 있다. 판재와 고무, 연결대는 모두 조인트를 통하여 연결되어 있다. 고무와 판재는 미끄러짐이 가능한 슬라이딩 조인트로, 연결대와 판재는 회전이 가능한 회전 조인트로 연결이 되어있다. 이들은 모터에 의한 입력에 의해, 조인트의 구속상태 하에서 적절하게 작업을 수행하게 설계된 다물체 동역학 계인 것이다. 상기 와이퍼와 마찬가지로, 휴머노이드 로봇은 여러 종류의 부재와 조인트로 이루어진 매우 복잡한 강체 다물체 동역학 계이다. A simple example is a car wiper, which consists of a glass wiping rubber, a plate holding the rubber, and a connecting rod connected to a motor driving the wiper. Plate, rubber and connecting rod are all connected through the joint. Rubber and plate are connected by sliding sliding joints, and connecting rod and plate are connected by rotatable joints. These are multibody dynamics systems, designed by the input by the motor, to perform the work properly under the confinement of the joint. Like the wiper, the humanoid robot is a very complex rigid multibody dynamics system consisting of various types of members and joints.

이런 강체 다물체 동역학 계가 동작하는 경우 발생하는 하중의 크기나 방향 등의 정보는 강체 다물체 동역학 해석을 통하여 얻을 수 있다. 즉, 강체 다물체 동역학 해석을 수행하면, 각 조인트에 발생하는 하중, 각 부재의 동작에 의해 생기는 위치변화, 속도, 가속도 등을 얻을 수 있다. 더욱 구체적으로, 강체 다물체 동역학 해석을 수행하면, 구조물의 기하학적 형상과 특성, 구조물에 가해지는 위치나 속도, 및 가속도 등의 다양한 구조적 정보를 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 휴머노이드의 구조를 설계하기 위하여, 다물체 동역학 해석을 수행함으로써, 휴머노이드 각 구조에서 발생하는 각 조인트에서의 하중을 구할 수 있도록 한다.Information such as the magnitude and direction of the load generated when the rigid multibody dynamics system is operating can be obtained through the rigid multibody dynamics analysis. In other words, when the rigid multibody dynamics analysis is performed, the load generated in each joint, the change in position caused by the motion of each member, the speed, the acceleration, and the like can be obtained. More specifically, when the rigid multibody dynamics analysis is performed, various structural information such as the geometry and characteristics of the structure, the position or velocity applied to the structure, and the acceleration may be obtained. Therefore, in the present invention, in order to design the structure of the humanoid, by performing a multibody dynamics analysis, the load at each joint generated in each structure of the humanoid can be obtained.

2) 다음으로, 상기 강체 다물체 동역학 해석(S201)을 통하여 산출된 결과를 이용하여, 선형 동적 해석(예컨대, 과도 응답 해석)을 수행한다(S202). 상기와 같이 선형 동적 해석의 수행(S202)을 통하여, 변위장을 얻을 수 있다. 2) Next, a linear dynamic analysis (eg, transient response analysis) is performed using the result calculated through the rigid multibody dynamic analysis (S201) (S202). Through the linear dynamic analysis (S202) as described above, the displacement field can be obtained.

3) 다음으로, 상기 동적 해석으로부터 얻어지는 변위장을 이용하여 등가 정하중을 계산한다(S203). 3) Next, an equivalent static load is calculated using the displacement field obtained from the dynamic analysis (S203).

4) 다음으로, 상기 등가 정하중을 이용하여 선형 정적 해석을 수행한다(S205).4) Next, a linear static analysis is performed using the equivalent static load (S205).

5) 그리고, 상기 선형 정적 해석을 통하여 얻어진 결과를 이용하여, 선형 최적 설계를 수행한다(S205). 5) And, using the result obtained through the linear static analysis, a linear optimization design is performed (S205).

6) 상기 선형 최적 설계를 통하여 획득된 부품의 크기, 형상, 특성 등과 같 은 설계 변수를 갱신한다(S206). 6) The design variables such as the size, shape, characteristics, etc. of the parts obtained through the linear optimization design is updated (S206).

7~8) 그리고, 상기 설계 변수가 변경되었기 때문에, 상기 변경된 설계 변수를 반영하여, 다시 선형 동적 해석을 수행하고(S207), 등가 정하중을 계산한다(S208). 7-8) Since the design variable has been changed, the linear dynamic analysis is performed again by reflecting the changed design variable (S207), and the equivalent static load is calculated (S208).

9) 그러면, 제 1 조건이 충족되는지 판단한다(S209). 여기서, 상기 제 1 조건은 직전의 등가 정하중 계산 결과(S203)와 현재의 등가 정하중 계산 결과(S208)의 차이가 일정한 수준의 값보다 작은지 여부이다. 여기서, 상기 일정한 수준의 값이란 0에 가까운 아주 작은 값이다. 9) Then, it is determined whether the first condition is satisfied (S209). Here, the first condition is whether a difference between the previous equivalent static load calculation result (S203) and the current equivalent static load calculation result (S208) is smaller than a predetermined level value. Here, the constant level value is a very small value close to zero.

만약, 상기 직전의 등가 정하중 계산 결과(S203)와 상기 현재의 등가 정하중 계산 결과(S208)의 차이가 상기 일정 수준의 값보다 크다면, 상기 선형 최적 설계 수행 과정(S205)로 궤환한다.If the difference between the previous constant static load calculation result (S203) and the current equivalent static load calculation result (S208) is greater than the predetermined level value, the linear optimum design execution process (S205) is returned.

10) 그러나, 상기 직전의 등가 정하중 계산 결과(S203)와 상기 현재의 등가 정하중 계산 결과(S208)의 차이가 상기 일정 수준의 값보다 작다면, 강체 다물체 동역학 해석을 다시 한번 수행한다(S210).10. However, if the difference between the previous equivalent static load calculation result (S203) and the current equivalent static load calculation result (S208) is smaller than the predetermined level value, the rigid body multibody dynamics analysis is performed once again (S210). .

11) 그리고, 제 2 조건을 충족하는지 판단한다(S211). 여기서, 상기 제 2 수렴 조건은 직전의 강체 다물체 동역학 해석의 결과(S201)과 현재의 강체 다물체 동역학 해석의 결과(S210)의 차이가 작은지 여부이다. 휴머노이드의 구조가 변경되는 경우에, 구조물에 발생하는 하중도 변하게 되기 때문이다.11) Then, it is determined whether the second condition is satisfied (S211). Here, the second convergence condition is whether the difference between the result of the previous rigid body multibody dynamics analysis (S201) and the current result of the rigid body multibody dynamics analysis (S210) is small. This is because when the structure of the humanoid is changed, the load generated on the structure is also changed.

상기 직전의 강체 다물체 동역학 해석의 결과(S201)과 상기 현재의 강체 다물체 동역학 해석의 결과(S210)의 차이가 크다라면, 상기 선형 동적 해석 과 정(S202)로 궤환한다. 그러나, 차이가 작다라면, 과정을 종료한다.If the difference between the result of the previous rigid body multi-body dynamics analysis (S201) and the current result of the rigid body multi-body dynamics analysis (S210) is large, the linear dynamic analysis process (S202) is fed back. However, if the difference is small, the process ends.

도 3은 본 발명의 로봇 부품의 설계 방법을 나타낸 다른 흐름도이다.3 is another flowchart illustrating a method of designing a robot component of the present invention.

도 3을 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 도 2의 방법을 실행함으로써, 휴머노이드 부품의 위상(즉, 부품의 개략적인 형상)을 최적화한다(즉, 위상 최적 설계). 그리고, 이어서 상기 도 2의 방법을 도시된 바와 같이 다시 한번 수행함으로써, 휴머노이드 부품의 크기 및 상세 형상을 최적화한다(즉, 형상 최적 설계).As can be seen with reference to FIG. 3, by implementing the method of FIG. 2, the phase of the humanoid component (ie, the schematic shape of the component) is optimized (ie, the phase optimal design). Then, the method of FIG. 2 is again performed as shown, thereby optimizing the size and detailed shape of the humanoid component (ie, shape optimization design).

지금까지 설명된, 본 발명에 따른 설계 방법은 휴머노이드 로봇의 부품 설계뿐만 아니라, 동적인 메커니즘이 적용되는 여러 기계장치들의 부품을 동적 효과를 고려하여 설계하는 데에도 적용될 수 있다.The design method according to the present invention, which has been described so far, can be applied not only to the design of parts of a humanoid robot, but also to the design of parts of various mechanisms to which dynamic mechanisms are applied in consideration of dynamic effects.

여기까지 설명된 본 발명에 따른 방법은 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 방법은 저장 매체(예를 들어, 내부 메모리, 플래쉬 메모리, 하드 디스크, 기타 등등)에 저장될 수 있고, 프로세서(예를 들어, 마이크로 프로세서)에 의해서 실행될 수 있는 소프트웨어 프로그램 내에 코드들 또는 명령어들로 구현될 수 있다. The method according to the invention described thus far can be implemented in software, hardware, or a combination thereof. For example, the method according to the present invention may be stored in a storage medium (eg, internal memory, flash memory, hard disk, etc.) and may be executed by a processor (eg a microprocessor). It can be implemented as codes or instructions within a program.

구체적으로, 상기 설계 변수, 설계 결과들은 저장 매체에 저장될 수 있고, 상기 도 2 및 도 3에 도시된 방법은 마이크로 프로세서에 의해서 수행될 수 있다.Specifically, the design variable, design results may be stored in a storage medium, and the method shown in FIGS. 2 and 3 may be performed by a microprocessor.

실 시 예Example

이하에서는, 본 발명에 따른 방법에 따라 설계된 휴머노이드 골반부 부품(Pelvis)의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings an embodiment of a humanoid pelvic part (Pelvis) designed according to the method according to the present invention will be described in detail.

도 4는 본 발명에 따라 설계할 대상인 휴머노이드와 로봇의 부품을 나타낸 예시도이다.Figure 4 is an exemplary view showing the parts of the humanoid and the robot to be designed in accordance with the present invention.

도 4에 도시된 휴머노이드 부품은 펠비스라는 상체와 하체를 연결하는 부품이다. 상기 펠비스는 보행 중에 상체를 지지하면서, 두 다리에서 생성되는 하중을 동시에 받기 때문에, 상대적으로 큰 하중을 받게 된다. 이런 이유로 본 발명에서는 펠비스를 설계 대상으로 선정하였다. 또한 직선 보행 시에 발생하는 동적 하중을 고려하여 펠비스를 설계하였다.The humanoid part shown in FIG. 4 is a part connecting the upper body and the lower body called Pelvis. Since the pelvis supports the upper body while walking, the pelvis is subjected to a relatively large load because it simultaneously receives the load generated from both legs. For this reason, in the present invention, Pelvis was selected as the design target. In addition, Pelvis was designed in consideration of the dynamic load generated when walking in a straight line.

발과 지면 사이에서 발생하는 하중과, 상체의 흔들림으로부터 발생하는 변위가 펠비스로 동시에 전달된다. 펠비스에 작용하는 하중은 휴머노이드 시뮬레이터로 얻어진 조인트 각도에 대한 정보를 입력으로 사용하여, 다물체 동역학 소프트웨어를 동하여 계산할 수 있다.The load generated between the foot and the ground and the displacement resulting from the shaking of the upper body are simultaneously transmitted to Pelvis. The load acting on Pelvis can be calculated using the multibody dynamics software using as input the information on the joint angles obtained by the humanoid simulator.

도 5는 도 4에 도시된 휴머노이드 부품을 본 발명에 따른 다물체동역학 해석을 수행하여 동적 하중을 구한 예이고, 도 6은 도 5에 도시된 동적 하중이 작용하는 경우, 펠비스에서 발생하는 최대 하중과 응력 분포로 나타낸 예시도이다.FIG. 5 illustrates an example of obtaining dynamic loads by performing a multibody dynamics analysis of the humanoid component illustrated in FIG. 4, and FIG. 6 illustrates a maximum generated in Pelvis when the dynamic loads illustrated in FIG. Illustrated diagram of load and stress distribution.

도 5 및 도 6을 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 펠비스의 초기 상태를 확인하기 위하여 다물체 동역학 해석과 동적 해석을 수행하였다. 응력분포와 최대 응력이 발생하는 점에서의 응력값을 얻었다. 최대응력은 휴머노이드의 발이 바뀌는 4.4초에서 발생하고 78.4 MPa의 크기를 가지는 것을 확인하였다.As can be seen with reference to FIGS. 5 and 6, multibody dynamics analysis and dynamic analysis were performed to confirm the initial state of Pelvis. The stress values at the stress distribution and the maximum stress are obtained. The maximum stress occurred at 4.4 seconds when the foot of the humanoid changed and it was confirmed that it had a size of 78.4 MPa.

도 7은 휴머노이드 로봇의 부품에 대한 위상 최적 설계를 위한 설계 영역을 나타내는 예시도이고, 도 8은 도 7의 부품에 대하여 본 발명에 따라 위상 최적 설 계를 수행하여 설계된 부품을 나타내는 예시도이다.FIG. 7 is an exemplary view showing a design area for a phase optimum design for a part of a humanoid robot, and FIG. 8 is an exemplary view showing a part designed by performing a phase optimum design according to the present invention with respect to the part of FIG. 7.

도 7을 참조하여 알 수 있는 바와 같이, Type (a)와 Type(b)는 두께가 일정한 평판의 형태이고, Type(c)는 강성을 보강해 줄 수 있을 것이라 판단되는 평판 가운데 부분에 재료를 추가하였다. 펠비스의 질량이 현재의 모델보다 작거나 같도록 하는 구속조건을 적용하여 아래와 같이 설계문제를 정식화하였다.As can be seen with reference to Figure 7, Type (a) and Type (b) is in the form of a flat plate of a constant thickness, Type (c) is a material in the middle of the plate is determined to be able to reinforce the rigidity Added. The design problem is formulated as follows by applying constraint that Pelvis mass is less than or equal to the current model.

Find optimal topologyFind optimal topology

to minimize strain energy to minimize strain energy

subject to mass < massinitial subject to mass <massinitial

도 8을 참조하여, 위상최적설계를 통하여 얻어진 결과를 보면, Type (a)의 경우 상체와 하체가 연결되는 부분에 재료들이 배치되어있는 전형적인 형태를 가지는 것을 확인할 수 있다. Type (b)의 경우에는 장착 부 뒤쪽의 재료가, Type (c)의 경우에는 새롭게 추가된 바닥면의 재료가 강성에 영향을 주는 것을 확인할 수 있다. 이때 각 모델의 질량은 현재 모델 질량과 같다.Referring to FIG. 8, the results obtained through the phase optimization design show that the type (a) has a typical shape in which materials are arranged at the portion where the upper and lower bodies are connected. In the case of type (b), the material behind the mounting part, and in the case of type (c), the material of the newly added bottom surface affects the rigidity. The mass of each model is equal to the current model mass.

도 9는 도 8의 위상 최적 설계가 수행된 부품의 개략적인 형상을 이용하여 형상최적설계를 수행하기 위한 기준 형태를 준비하는 과정을 나타낸 예시도이며, 도 10은 도 8에 도시된 부품에 대하여 본 발명에 따라 형상최적설계를 수행하여 설계된 부품을 나타낸 예시도이다. 그리고, 도 11은 본 발명에 따라 설계되기 전의 부품과 본 발명에 따라 설계된 부품간의 차이를 나타낸 예시도이다.FIG. 9 is an exemplary diagram illustrating a process of preparing a reference form for performing a shape optimization design using a schematic shape of a component on which the phase optimization design of FIG. 8 is performed, and FIG. Exemplary diagram showing a part designed by performing a shape optimization design according to the present invention. And, Figure 11 is an exemplary view showing the difference between the part designed according to the present invention and the part before it is designed according to the present invention.

도 9를 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 위상최적설계를 통하여 얻어진 도 8 의 기준 형상을 이용하여, 형상 최적 설계를 수행하기 위하여 형상 최적 설계를 수행하기 전에, 중간 과정 즉, 펠비스의 중량을 최소화하면서, 최대 응력이 충분히 안정된 영역이라고 판단되는 50 MPa 이하가 되도록 최적설계 문제를 아래와 같이 정식화하였다.As can be seen with reference to Figure 9, using the reference shape of Figure 8 obtained through the phase optimization design, before performing the shape optimization design to perform the shape optimization design, the intermediate process, that is, the weight of the Pelvis While minimizing, the optimal design problem was formulated as follows to ensure that the maximum stress is below 50 MPa, which is considered to be a sufficiently stable region.

Find optimal shapeFind optimal shape

to minimize mass to minimize mass

subject tosubject to

상기 정식화를 토대로 부품에 대한 실제 제품화 가능한 상세 형상 및 치수 선정을 위한 형상 최적 설계를 수행한다.Based on the formulation, the shape optimization design for selecting actual shape and dimension of the actual product for the part is performed.

도 10을 참조하면, 본 발명에 따라 설계되기 전 부품의 형성과 본 발명에 따라 설계된 펠비스의 형상의 차이를 알 수 있다.Referring to Figure 10, it can be seen that the difference between the formation of the part before it is designed according to the present invention and the shape of the Pelvis designed according to the present invention.

도 11을 참조하면, 본 발명의 방법을 통하여 얻어진 결과들을 보면, 중량이 약 6 ~ 20 % 가량 감소하고, 최대 응력이 약 35 ~ 41 % 가량 감소하는 결과를 볼 수 있다. 이를 통하여 본 발명에 따른 방법을 이용하여 동적 상황에서 휴머노이드 부품을 체계적이고 효율적으로 설계할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 11, the results obtained through the method of the present invention show that the weight is reduced by about 6-20% and the maximum stress is reduced by about 35-41%. Through this, it can be confirmed that the method according to the present invention can systematically and efficiently design humanoid components in a dynamic situation.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시 예에만 한정되는 것은 아니므로, 본 발명은 본 발명의 사상 및 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있다.In the above described exemplary embodiments of the present invention by way of example, but the scope of the present invention is not limited only to these specific embodiments, the present invention in various forms within the scope of the spirit and claims of the present invention Can be modified, changed, or improved.

도 1은 기존 발명 등가 정하중을 이용한 동적 구조물 최적설계 방법을 나타낸 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a method for optimal design of a dynamic structure using an equivalent static load of the present invention.

도 2는 본 발명의 로봇 부품의 설계 방법을 나타낸 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a method of designing a robot component of the present invention.

도 3은 본 발명의 로봇 부품의 설계 방법을 나타낸 다른 흐름도이다.3 is another flowchart illustrating a method of designing a robot component of the present invention.

도 4는 본 발명에 따라 설계할 대상인 휴머노이드와 로봇의 부품을 나타낸 예시도이다.Figure 4 is an exemplary view showing the parts of the humanoid and the robot to be designed in accordance with the present invention.

도 5는 도 4에 도시된 휴머노이드 부품을 본 발명에 따른 다물체동역학 해석을 수행하여 동적 하중을 구한 예이다.5 is an example in which the dynamic load is obtained by performing the multibody dynamics analysis of the humanoid component shown in FIG. 4.

도 6은 도 5에 도시된 동적 하중을 최대 하중과 응력 분포로 나타낸 예시도이다.FIG. 6 is an exemplary view showing the dynamic load shown in FIG. 5 as the maximum load and the stress distribution. FIG.

도 7은 휴머노이드 로봇의 부품에 대한 설계 영역을 나타내는 예시도이다.7 is an exemplary view showing a design area for a part of the humanoid robot.

도 8은 도 7의 부품에 대하여 본 발명에 따라 위상 최적 설계를 수행하여 설계된 부품을 나타내는 예시도이다.FIG. 8 is an exemplary view illustrating a component designed by performing a phase optimization design according to the present invention with respect to the component of FIG. 7.

도 9는 도 8의 위상 최적 설계가 수행된 부품을 형상최적설계를 수행하기 위하여 준비하는 과정을 나타낸 예시도이다.FIG. 9 is an exemplary diagram illustrating a process of preparing a component in which the phase optimization design of FIG. 8 is performed to perform a shape optimization design.

도 10은 도 8에 도시된 부품에 대하여 본 발명에 따라 형상최적설계를 수행하여 설계된 부품과 본 발명에 따라 설계되기 전의 부품과의 차이를 나타낸 예시도이다.FIG. 10 is an exemplary view showing a difference between a part designed by performing a shape optimization design according to the present invention with respect to the part shown in FIG. 8 and a part before being designed according to the present invention.

도 11은 본 발명에 따라 설계되기 전의 부품과 본 발명에 따라 설계된 부품 간의 구조적인 특성의 차이를 나타낸 예시도이다.11 is an exemplary view showing a difference in structural characteristics between a part before it is designed according to the present invention and a part designed according to the present invention.

Claims (12)

a) 로봇의 각 부품에서 발생하는 동적 하중을 계산하는 단계와; a) calculating dynamic loads generated at each part of the robot; b) 상기 획득된 동적 하중을 이용한 부품의 동적 특성을 산출하는 단계와; b) calculating dynamic characteristics of the part using the obtained dynamic load; c) 상기 얻어진 동적 하중을 이용하여 각 부품의 전체적인 형상 설계 및 세부적인 치수를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇의 부품 설계 방법.and c) determining the overall shape design and detailed dimensions of each part by using the obtained dynamic load. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 동적 하중은 다물체 동역학 해석을 통하여 계산되는 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇의 부품 설계 방법.The dynamic load is a component design method of the humanoid robot, characterized in that calculated through the multi-body dynamics analysis. 제 1항에 있어서, 상기 b) 단계는 The method of claim 1, wherein b) 상기 동적 하중을 이용하여 선형 동적 해석을 수행하는 단계와;Performing a linear dynamic analysis using the dynamic load; 상기 선형 동적 해석의 결과를 이용하여 등가 정하중을 계산하는 단계와; Calculating an equivalent static load using the result of the linear dynamic analysis; 상기 계산된 등가 정하중을 이용하여 선형 정적 해석을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇의 부품 설계 방법.And performing a linear static analysis using the calculated equivalent static load. a) 휴머노이드 로봇에 대해 다물체 동역학 해석을 수행하는 단계와; a) performing a multibody dynamics analysis on the humanoid robot; b) 상기 다물체 동역학 해석의 결과를 이용하여 선형 동적 해석을 수행하는 단계와;b) performing a linear dynamic analysis using the results of the multibody dynamics analysis; c) 상기 선형 동적 해석의 결과를 이용하여 등가 정하중을 계산하는 단계와; c) calculating an equivalent static load using the results of the linear dynamic analysis; d) 상기 계산된 등가 정하중을 이용하여 선형 정적 해석을 수행하는 단계와;d) performing a linear static analysis using the calculated equivalent static load; e) 상기 선형 정적 해석의 결과를 이용하여, 휴머노이드 로봇의 각 부품에 대한 최적 설계를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇의 부품 설계 방법.and e) using the result of the linear static analysis, to perform an optimal design for each part of the humanoid robot. 제 4항에 있어서, 상기 다물체 동역학 해석 단계에서는The method of claim 4, wherein the multibody dynamics analysis step 상기 휴머노이드 로봇의 각 부품에 발생하는 힘, 변위, 속도, 가속도, 하중 조건을 획득할 수 있는 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇의 부품 설계 방법.The component design method of the humanoid robot, characterized in that it is possible to obtain the force, displacement, speed, acceleration, load conditions generated in each component of the humanoid robot. 제 4항에 있어서, The method of claim 4, wherein f) 상기 최적 설계의 수행 결과를 바탕으로 설계 변수를 갱신하는 단계와;f) updating a design variable based on a result of performing the optimal design; g) 상기 갱신된 설계 변수를 바탕으로 휴머노이드 로봇의 선형 동적 해석을 수행하는 단계와;g) performing a linear dynamic analysis of the humanoid robot based on the updated design parameters; h) 상기 선형 동적 해석의 결과를 이용하여 등가 정하중을 계산하는 단계와;h) calculating an equivalent static load using the results of the linear dynamic analysis; i) c) 단계에서 등가 정하중 계산 결과와 h) 단계에서의 등가 정하중 계산 결과의 차이가 미리 결정된 제 1 값 이하인지 판단하는 단계를 더 포함하고,i) determining whether the difference between the equivalent static load calculation result in step c) and the equivalent static load calculation result in step h) is equal to or less than a first predetermined value; 여기서, 상기 차이가 상기 미리 결정된 제 1 값 보다 큰 경우, 상기 e) 최적 설계 수행 단계로 궤환하는 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇의 부품 설계 방법.Here, if the difference is greater than the predetermined first value, e) the component design method of the humanoid robot, characterized in that feedback to the step of performing the optimal design. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 차이가 상기 미리 결정된 제 1 값 이하인 경우, 강체 다물체 동역학 해석을 수행하는 단계와;If the difference is less than or equal to the predetermined first value, performing a rigid multibody dynamics analysis; 상기 강체 다물체 동역학 해석의 결과와 상기 a) 강체 다물체 동역학 해석의 결과의 차이가 미리 결정된 제 2 값 이하인지 판단하는 단계를 더 포함하고,Determining whether a difference between the result of the rigid multibody dynamics analysis and the result of the a) rigid multibody dynamics analysis is equal to or less than a second predetermined value; 여기서, 상기 차이가 상기 제 2 값 이하인 경우 설계를 종료하는 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇의 부품 설계 방법.Here, the component design method of the humanoid robot, characterized in that the design is terminated when the difference is less than the second value. 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 차이가 상기 제 2 값보다 큰 경우, 상기 b) 선형 동적 해석 단계로 궤한하는 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇의 부품 설계 방법.If the difference is greater than the second value, b) the part design method of the humanoid robot, characterized in that the tracking by the linear dynamic analysis step. 제 4항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 방법에 따라 설계된 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇의 부품.Component of a humanoid robot, characterized in that it is designed according to the method of any one of claims 4 to 8. 휴머노이드 로봇의 설계 변수를 저장하는 저장장치와;A storage device for storing design variables of the humanoid robot; 상기 저장장치 내의 설계 변수들을 로딩하여, 로봇의 각 부품에서 발생하는 동적 하중을 계산하고, 상기 획득된 동적 하중을 이용한 부품의 동적 특성을 산출 한 후, 상기 얻어진 동적 하중을 이용하여 각 부품의 전체적인 형상 및 세부적인 치수를 계산하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 설계 장치.After loading the design variables in the storage device, the dynamic load generated in each part of the robot is calculated, the dynamic characteristics of the part are calculated using the obtained dynamic load, and then the overall dynamics of each part are obtained using the obtained dynamic load. And a processor for calculating shapes and detailed dimensions. 제 10항에 있어서, 상기 동적 하중은 다물체 동역학 해석을 통하여 계산되는 것을 특징으로 하는 설계 장치.11. The design apparatus of claim 10, wherein the dynamic load is calculated through multibody dynamics analysis. 제 10항에 있어서, 상기 동적 특성은The method of claim 10, wherein the dynamic characteristics 상기 프로세서가 상기 동적 하중을 이용하여 선형 동적 해석을 수행하고, 상기 선형 동적 해석의 결과를 이용하여 등가 정하중을 계산하고, 그리고 상기 계산된 등가 정하중을 이용하여 선형 정적 해석을 수행함으로써, 산출되는 것을 특징으로 하는 설계 장치.Calculated by the processor performing a linear dynamic analysis using the dynamic load, calculating an equivalent static load using the result of the linear dynamic analysis, and performing a linear static analysis using the calculated equivalent static load. Design device characterized in that.
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