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효율적 수중 추진을 위한 파동형 구동 메커니즘 개발 = Development of undulatory actuation mechanism for effective underwater propulsion
서명 / 저자 효율적 수중 추진을 위한 파동형 구동 메커니즘 개발 = Development of undulatory actuation mechanism for effective underwater propulsion / 배문선.
저자명 배문선 ; Bae, Mun-Seon
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2012].
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MME 12004

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초록정보

A research and use of underwater robot are largely expanding for ocean exploration or resource ex-traction in deep sea. However, underwater robot using propeller are generally insufficient for performance and efficiency. So, there is need to develop biomimetic underwater robot which copy fish swimming mode. Fish swimming mode can be classified into BCF(Body and/or Caudal fin) propulsion and MPF(Median and/or Paired fin) propulsion. MPF swimming mode is generally employed at slow speeds, of-fering greater maneuverability and better propulsive efficiency, while BCF swimming mode can achieve greater thrust and accelerations. For both BCF and MPF mode, these are also classified into undulatory and oscillatory mode based on fin movement. This study developed underwater robot using Rajiform swimming mode. Rajiform swimming mode which is exhibited by stingray is MPF undulatory swimming mode. New mechanism that has simple structure and is easily controlled is proposed. Basic concept for this mechanism is that flexible and stiff plate can modi-fy its shape by adjust slope of both its ends, so wave can be generated. This wave move from anterior to post-erior of the plate, and push water to made thrust. This mechanism enable underwater robot to move forward, backward and rotation locomotion, so maneuverability of the robot is improved. Underwater robot applying this mechanism is developed. To adjust velocity in rajiform swimming mode, research material is surveyed to find effect of kine-matic variable like frequency, amplitude, wavelength, phase velocity of wave, etc. Main elements for velocity are frequency and amplitude. To adjust wave amplitude for proposed mechanism, the relation between the slope and the length of the plate at both ends. Experiments are performed by manufactured robot. The experiments confirm the relation between the slope of the plate at both ends and velocity, and the relation between frequency and velocity. Also, to identify maneuverability, experiment is carried out for forward, backward and rotation locomotion.

수중로봇에 대한 연구와 이용은 심해에서의 해양 탐사 또는 자원 채취 등의 분야에서 크게 증가하고 있다. 그러나, 프로펠러를 이용한 수중로봇은 일반적으로 성능과 효율적인 면에서 불충분하다. 따라서, 실제 물고기의 유영 방법을 모방한 생체모방형 수중로봇의 개발이 필요하다. 물고기의 유영 방법은 크게 BCF(Body and/or Caudal fin)모드와 MPF(Median and/or Paired fin)모드로 분류할 수 있다. MPF모드는 일반적으로 속도가 느리지만 높은 기동성과 추진 효율을 가진다. 반면에 BCF모드는 높은 추력과 가속을 얻을 수 있다. BCF모드와 MPF모드는 또한 지느러미가 움직이는 방법에 따라 파동 모드와 진동 모드로 분류할 수 있다. 본 연구에서는 Rajiform 유영 모드를 이용하여 수중로봇을 개발한다. 가오리에게서 볼 수 있는 Rajiform 유영 모드는 MPF의 파동형 유영 모드이다. 간단한 구조를 가지고 쉽게 제어할 수 있는 새로운 메커니즘을 제안한다. 메커니즘의 기본 개념은 잘 휘어지지만 강성이 있는 재료로 만든 판의 양 끝의 기울기를 조절함에 따라 판의 전체 형태를 바꿀 수 있다는 것을 이용하였으며 이에 따라 웨이브를 발생시킬 수 있게 된다. 이러한 웨이브는 판의 앞쪽에서 뒤쪽으로 움직이며 물을 밀어냄으로써 추력을 발생시키게 된다. 이 메커니즘은 수중로봇이 전진, 후진, 회전 구동 운동을 할 수 있게 하며 따라서 로봇의 기동성이 개선된다. 이러한 메커니즘을 적용한 수중로봇을 개발하였다. Rajiform 유영 모드에서 속도를 조절하기 위하여 웨이브의 주파수, 진폭, 파장, 웨이브의 위상 속도 등과 같은 운동학적 변수들의 영향을 연구한 기존 연구를 조사하였다. 속도에서의 주요 요소는 웨이브의 주파수와 진폭이다. 제안된 메커니즘에서 웨이브의 진폭을 조절하기 위하여 판의 양 끝의 기울기와 판의 길이와의 관계를 계산하였다. 제작된 로봇을 이용하여 실험을 수행하였다. 실험은 판의 양 끝의 기울기와 속도, 그리고 웨이브의 주파수와 속도사이의 관계를 확인하였다. 또한, 기동성을 확인하기 위하여 전진, 후진, 회전 구동 실험을 수행하였다.

서지기타정보

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청구기호 {MME 12004
형태사항 vi, 54 p : 삽도 ; 30 cm
언어 한국어
일반주기 저자명의 영문표기 : Mun-Seon Bae
지도교수의 한글표기 : 김경수
지도교수의 영문표기 : Kyung-Soo Kim
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 기계공학전공,
서지주기 참고문헌 : p. 51-52
주제 수중 로봇
가오리
기동성
파동 운동
Underwater robot
stingray
maneuverability
undulatory motion
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