There is a variety of actuators such as PZT, SMA, EAP, Electromagnet motor, Pneumatic generator for a unmanned vehicle, humanoid robot and industry machinery etc. A pneumatic generator among them is usually used in an automobile production line and an automatic machine. This device is always operated by compressor generating the air. However, it is difficult for a robot system to apply because the compressor is bulky and makes a lot of noise and vibration when operating and also, it consumes a lot of electric power. Therefore, the studies to solve these problems have been started from the beginning of 2000s, and there have been several studies on a pneumatic generator of the new type based on chemical reaction. The devices intro-duced these studies are not able to operate when the external power source such as Nitrogen gas, Heating, electric power is used up.
Thus, the aim of my study is to make a pneumatic generator based on catalytic decomposition of hydrogen peroxide without the external power source. Therefore, I suggest a pneumatic generator using a compression spring and feedback mechanism of generated pressure. Finally, I think that this device will be a semi-permanent pneumatic generator without an external power source.
For the development of the suggested pneumatic generator, catalytic decomposition mechanism of the hydrogen peroxide is studied to figure out the relationship between reactant and product and feasibility test is conducted to check the possibility of realization. Also, pneumatic generator prototype is modeled and analyzed theoretically to figure out the design parameters. Finally, Based on the parameters found, prototype of the pneumatic generator satisfying desired performance requirements is designed.
I compare simulation result with experimental result after performance test and am concerned about how to spray hydrogen peroxide into reactor and how to treat water generated by the chemical decomposition. Lastly, I try to apply this device to robot finger to confirm operation sustainability.
무인 자동차, 휴모노이드 로봇과 기계 산업 등의 분야에 PZT, SMA, EAP, 전기 모터, 공압 발생 장치와 같은 다양한 액추에이터들이 사용되고 있다. 이러한 것들 중 공압 발생 장치는 자동차 생산 라인이나 자동화 기계에 주로 사용되고 있다. 이 장치는 항상 에어를 발생시키는 콤프레셔에 의해 작동되는데, 이것은 사이즈가 크고 작동시에 소음과 진동이 발생시키며, 많은 전기 에너지를 소모하기 때문에 로봇 시스템에 적용하는데 어려움이 있다. 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위한 연구가 2000년대 초반부터 시작되었고, 화학 반응을 기반으로한 새로운 개념의 공압 발생 장치에 관한 연구가 있다. 이 연구에서 소개되는 장치는 질소 가스, 열, 전기 에너지와 같은 외부 에너지를 다 소모했을 때 더 이상 작동할 수가 없다.
따라서 이 논문의 연구 목적은 외부 에너지의 공급 없이 과산화수소 촉매 분해를 기반으로 한 공압 발생 장치를 만드는 것이며, 압축 스프링과 압력 피드백 매커니즘을 이용한 공압 발생 장치를 제안한다. 이것은 외부 에너지 없이 작동하는 반영구적인 공압 발생 장치라고 생각된다.
제안한 공압 발생 장치를 개발하기 위해 과산화수소 촉매 분해 매커니즘을 알아보고, 실현 가능성에 관한 실험을 진행하였다. 또한 공압 발생 장치 프로토 타입을 모델링하고 디자인 파라메타를 알아내기 위해 이론적 분석을 진행하였다. 여기에서 알아낸 파라메타를 가지고 원하는 성능 요구 조건을 만족시키는 공압 발생 장치를 제작하였다.
제작된 장치의 실험 결과와 이론적 분석 결과를 비교하였고, 과산화수소가 어떤 형태로 반응기에 분사되는지 실험을 하였으며, 화학 분해에 의해 발생된 물을 어떻게 처리할 것인지 고찰하였다. 마지막으로, 로봇 손가락에 적용하여 작동 지속성을 확인하였다.
