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(A) study of methodologies for enhancement of life cycle of twisted-string actuators = 줄 꼬임 구동기 수명주기 개선 방법론 연구
서명 / 저자 (A) study of methodologies for enhancement of life cycle of twisted-string actuators = 줄 꼬임 구동기 수명주기 개선 방법론 연구 / Usman Khan.
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2023].
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8041189

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학술문화관(도서관)2층 학위논문

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Twisted string actuator (TSA) is flexible, lightweight, and high power-to-weight ratio actuator widely used in robotics, especially in wearable robotics devices. However, the limited lifespan of the twisted string has been a key challenge that limits its application. There are no comprehensive studies that aim at improving the lifetime of a TSA and relate the reasons of string’s rupture to its material tribology. In this paper, we propose the effective methods to increase the lifespan of TSAs and also provide tribological analysis of the cause of the rupture of string. The proposed methodologies include pre-twisting, coating, lubrication, and the parallel string mechanism. The experiments consisted of conducting multiple trials using these individual methods, as well as their different combinations, to achieve maximum increase in life cycle of TSA. Pre-twisting is found to eliminate the impact force caused by initial offset between strings, resulting in improvement of life cycle by 20%. Coating the strings of TSA with skived PTFE tape provides a protective layer that reduces wear, and it extended the lifespan by 40%. Lubrication with synthetic grease reduced friction and enhanced lifetime of TSA by 100%. Combining these methods for a single-looped string resulted in an increase in life cycle of about 150%. The proposed parallel string mechanism divided the load evenly among multiple strings, increasing the lifespan of the TSA by 210%. Finally, combining all these methods further enhanced performance, resulting in a significant increase in the life cycle of more than 600%. Based on experimental results, the observations are made that the life cycle of the strings can be drastically improved by using methods to reduce wear and friction between the strings, as well as by minimizing the applied load.

줄꼬임 구동기는 유연하고 가볍지만 큰 힘을 발생시킬 수 있는 액추에이터로 로봇 공학, 특히 웨어러블 로봇에 널리 사용된다. 그러나, 줄의 손상에 의한 짧은 줄꼬임 구동기의 수명은 그것의 응용분야에 활용되기 위해 해결되어야 할 핵심적인 문제였다. 지금까지, 줄꼬임 구동기의 수명을 증가시키기 위한 포괄적인 연구가 제안되지 않았고 줄꼬임 구동기 줄의 손상 및 끊어짐에 대한 마찰학적인 분석이 존재하지 않았다. 본 논문에서, 우리는 줄꼬임 구동기의 수명을 증가시키기 위한 효과적인 방법을 제안하고, 또한, 줄의 손상 및 끊어짐에 대한 마찰학적인 해석을 제공한다. 본 연구에서는 줄꼬임 구동기의 수명을 증가시키기 위한 방법으로 예비꼬임, 코팅, 윤활 및 병렬 스트링 메커니즘을 제안한다. 실험은 제안된 각각의 방법 및 그들의 조합으로 여러 번 수행되었. 예비꼬임 방법은 초기 줄 간의 오프셋에 의한 충격력을 제거하여 수명을 약 20% 향상시켰다. 줄 꼬임 구동기 의 줄을 테플론 테이프로 코팅하는 방법은 줄에 보호층을 제공하여 마모를 줄여 수명을 약 40% 향상시켰다. 줄 꼬임 구동기 의 줄을 합성 그리스로 윤활하는 방법은 줄 간의 마찰을 감소시켜 수명을 약 100% 향상시켰다. 이러한 방법들의 결합은 단일 루프 줄에 대해 수명을 약 150% 증가시켰다. 병렬 스트링 메커니즘은 부하를 여러 줄로 균등하게 분배하여줄 꼬임 구동기 의 수명을 210% 향상시켰다. 최종적으로 제안된 모든 방법의 결합은줄 꼬임 구동기 의 수명을 600% 이상 크게 증가시켰다. 실험 결과에 따르면 외부 하중 감소와 줄꼬임 구동기의 손상 및 마찰 감소 방법을 사용하면 수명이 크게 증가할 수 있다는 것이 밝혀졌습니다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MRE 23010
형태사항 v, 58 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 칸 우스만
지도교수의 영문표기 : Jee-Hwan Ryu
지도교수의 한글표기 : 유지환
Including appendix
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 로봇공학학제전공,
서지주기 References : p. 55-56
주제 Twisted string actuator
Wearable robot
Life cycle
Wear
Friction
줄 꼬임 구동기
웨어러블 로봇
라이프 사이클
마모
마찰
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