KR20110099489A - 평면 링크 기구의 합성을 위한 가변 블록 시스템 및 그를 이용한 평면 링크 기구의 합성 방법 - Google Patents

평면 링크 기구의 합성을 위한 가변 블록 시스템 및 그를 이용한 평면 링크 기구의 합성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 평면 링크 기구의 합성을 위한 가변 블록 모델은, 평면 링크 기구를 설계하기 위한 설계 영역 내에 배치되며, 이산화되는 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 모델을 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.

Description

평면 링크 기구의 합성을 위한 가변 블록 모델 및 그를 이용한 평면 링크 기구의 합성 방법{Changeable Block Model for Synthesis of Planar Linkage Mechanism and Synthesis Method of the Planar Linkage Mechanism using the Model}
본 발명은, 평면 링크 기구의 합성을 위한 가변 블록 모델 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 모델 및 그를 이용한 평면 링크 기구의 합성 방법에 관한 것이다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
본 발명의 목적은, 가변 블록 모델을 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 모델 및 그를 이용한 평면 링크 기구의 합성 방법을 제공하는 것이다.
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 모델 및 그를 이용한 평면 링크 기구의 합성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 평면 링크 기구의 합성을 위한 가변 블록 모델은, 평면 링크 기구를 설계하기 위한 설계 영역 내에 배치되며, 이산화되는 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 모델을 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.
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.
상기 복수 개의 강성 가변 스프링은 각각, X축 또는 Y축 방향에 따라 다른 강성값을 가질 수도 있다.
또한, 상기 세 개의 사각형 블록은 직사각 형상이며, 상기 사각형 블록의 가로 길이 및 세로 길이는 가변적일 수 있다.
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.
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.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 평면 링크 기구의 합성을 위한 가변 블록 모델의 합성 방법은, 상기 평면 링크 기구의 자동 합성 문제를 정의하는, 정의 단계; 상기 설계 영역을 상기 세 개의 사각형 블록으로 이산화하는, 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.
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.
상기 사각형 블록의 설계 변수는 가로 및 세로 길이이며, 상기 강성 가변 스프링의 설계 변수는 X축 또는 Y축에 따른 강성값일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 가변 블록 모델을 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.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 평면 링크 기구로 구현하고자 하는 출력 운동이 주어지면 최적화 과정을 통해서 자동으로 기구의 형태 또는 크기를 결정해줄 수 있다.
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 모델을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 블록 모델을 이용한 평면 링크 기구의 합성 방법의 순서도이다.
도 5a 및 도 5b는 4개의 링크를 구비하는 크랭크-로커 기구가 본 실시예의 가변 블록 모델에 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 모델로 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 모델로 모델링한 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 구성 및 작용에 관하여 상세히 설명한다.
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.
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 모델을 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 평면 링크 기구의 합성을 위한 가변 블록 모델(100)은, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 평면 링크 기구의 통합 합성을 위한 설계 영역(101) 내에 배치되며 이산화되는 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 모델(100)을 통해 기구 합성하고자 하는 평면 링크 기구는 총 4개의 링크를 갖는 4절 링크 기구이다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
이하에서는, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 실시예의 가변 블록 모델(100)을 이용한 평면 링크 기구의 합성 방법을 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 블록 모델을 이용한 평면 링크 기구의 합성 방법의 순서도이다.
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)을 세 개의 사각형 블록(111, 112, 113)으로 이산화하는 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.
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.
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 모델(100)로 모델링할 수 있다.
부연 설명하면, 본 실시예의 가변 블록 모델(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.
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.
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.
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.
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.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 기구 통합 합성을 위해 모델링된 가변 블록 모델(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.
이하에서는, 가변 블록 모델(100)을 통하여 평면 링크 기구가 실제 구현되는 동작을 설명하기로 한다.
먼저, 도 5a 및 도 5b는 4개의 링크를 구비하는 크랭크-로커 기구(200, crank-rocker mechanism)가 본 실시예의 가변 블록 모델(100)에 의해서 구현되는 동작을 설명하는 도면이다.
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 모델(100a)의 최적화 과정을 통해, 크랭크 로커 기구(200)를 설계할 수 있는 것이다.
따라서, 기구 통합 합성 시 종래와 같이 반복적인 설계 과정의 번거로움을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 아울러 설계의 정확성을 향상시킬 수 있다.
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 모델(100b)로 모델링한 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 도 6의 4절 링크 기구(300)의 운동 경로는 도 7에 도시된 것처럼 본 실시예의 가변 블록 모델(100b)에서 적절히 구현될 수 있다. 이때, 각 강성 가변 스프링(131b, 132b, 133b)의 강성값은 도 7에 도시된 최적화 결과물로 얻을 수 있다.
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.
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 모델(100c)로 모델링한 도면이다.
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 모델(100c)에서 적절히 구현될 수 있다. 따라서, 이러한 가변 블록 모델(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.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 블록 모델(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.
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 모델이 적용되는 경우에 대해 설명하였으나, 다른 형태의 4절 링크 기구 역시 가변 블록 모델이 적용될 수 있음은 당연하다.
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.
100, 100a, 100b, 100c : 가변 블록 모델
111, 112, 113 : 사각형 블록 모델
121, 122, 123, 124 : 중간 노드
131, 132 : 강성 가변 스프링
200, 300, 400 : 4절 링크 기구

Claims (9)

  1. 평면 링크 기구를 설계하기 위한 설계 영역 내에 배치되며, 이산화되는 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 포함하는 평면 링크 기구의 합성을 위한 가변 블록 모델.
  2. 제1항에 있어서,
    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 모델.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수 개의 강성 가변 스프링은 각각, X축 또는 Y축 방향에 따라 다른 강성값을 갖는 가변 스프링인 평면 링크 기구의 합성을 위한 가변 블록 모델.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 세 개의 사각형 블록은 직사각 형상이며, 상기 사각형 블록의 가로 길이 및 세로 길이는 가변적인 평면 링크 기구의 합성을 위한 가변 블록 모델.
  5. 제1항에 있어서,
    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 모델.
  6. 제1항에 있어서,
    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 모델.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 평면 링크 기구의 합성을 위한 가변 블록 모델의 합성 방법에 있어서,
    상기 평면 링크 기구의 자동 합성 문제를 정의하는, 정의 단계;
    상기 설계 영역을 상기 세 개의 사각형 블록으로 이산화하는, 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 모델을 이용한 평면 링크 기구의 합성 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    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 모델을 이용한 평면 링크 기구의 합성 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 사각형 블록의 설계 변수는 가로 및 세로 길이이며,
    상기 강성 가변 스프링의 설계 변수는 X축 또는 Y축에 따른 강성값인 가변 블록 모델을 이용한 평면 링크 기구의 합성 방법.
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