3. 시뮬레이션 및 결과
3.1. 시뮬레이션 모델 구축
3.1.3. 유압 시스템 모델링
시뮬레이션 결과 중력의 영향으로 매니퓰레이터가 하강하며 각 관절의 제한각도로 인해 작 업 반경 내에서 동작하는 것을 확인할 수 있으며, 팔의 움직임이 자연스럽게 나오므로 Multi-Body 모델링 작업이 잘 이루어졌다 할 수 있다.
시뮬레이션 모델의 유량과 이론적인 계산식을 통한 유량을 비교하기 위해 펌프가 10초 동 안 작동한다고 가정하고 두 유량을 비교하였다. 결과는 Fig. 3-6과 같다.
Fig. 3-6 시뮬레이션 결과 (유량 비교)
비교 결과 시뮬레이션 모델의 유량과 이론적인 계산식을 통한 유량이 일치함을 확인하였 다.
3.1.3.2 유압 모터 모델링
3축 유압 매니퓰레이터에 장착된 유압 모터는 더블 베인 모터이며 용적은 13ml/rad, 최대 토크는 400Nm, 최대 압력은 210bar, 제한 각도는 이다. 모터 체적 효율은 92%라 가정 하고 모델링된 모터의 모습과 파라미터는 Table 3-8, Fig. 3-7과 같다.
Displacement 1.3m^3/rad
Volumetric efficiency 0.92
Table 3-8 유압 모터 모델링 파라미터
Fig. 3-7 유압 모터 모델링 형상
시뮬레이션 모델의 토크와 이론적인 계산식을 통한 토크를 비교하기 위해 모터가 10초 동 안 회전한다고 가정하고 두 토크를 비교하였다. 결과는 Fig. 3-8과 같다.
Fig. 3-8 시뮬레이션 결과 (토크 비교)
비교 결과 시뮬레이션 모델의 토크와 이론적인 계산식을 통한 토크가 일치함을 확인하였 다.
3.1.3.3 유압 실린더 모델링
3축 유압 매니퓰레이터에 장착된 실린더는 싱글 로드 실린더이며 최대 힘 32kN, 최대 압 력은 210bar, Rod Diameter는 25mm, Head Diameter는 44.2mm Stroke는 55.5mm이다.
모델링된 실린더의 모습과 파라미터는 Table 3-9, Fig. 3-9와 같다.
Piston area A
× mm^2
Piston area B
× mm^2
Stroke 55.5mm
Table 3-9 유압 실린더 모델링 파라미터
Fig. 3-9 유압 실린더 모델링 형상
시뮬레이션 모델의 힘 이론적인 계산식을 통한 힘을 비교하기 위해 실린더가 10초 동안 직선 운동을 한다고 가정하고 두 힘을 비교하였다. 결과는 Fig. 3-10과 같다.
Fig. 3-10 시뮬레이션 결과 (힘 비교)
비교 결과 시뮬레이션 모델의 힘과 이론적인 계산식을 통한 힘이 일치함을 확인하였다.
3.1.3.4 서보 밸브 모델링
본 논문의 유압 매니퓰레이터에는 실린더를 제어하는 서보 밸브와 유압 모터를 제어하는 서보 밸브 두 가지가 장착되어 있다. 시뮬레이션 모델에서는 서보 밸브를 방향 제어 밸브로 대 체하여 시뮬레이션을 수행하였다. 모델링된 밸브와 파라미터는 Table 3-10, Fig. 3-11과 같 다.
Flow coefficient 0.7
Maximum opening area 300mm^2
Table 3-10 밸브 모델링 파라미터
Fig. 3-11 밸브 모델링 형상
시뮬레이션 모델의 유량과 이론적인 계산식을 통한 유량을 비교하기 위해 밸브에 10초 동 안 압력이 가해진다고 가정하고 두 유량을 비교하였다. 결과는 Fig. 3-12와 같다.
Fig. 3-12 시뮬레이션 결과 (유량 비교)
비교 결과 시뮬레이션 모델의 유량과 이론적인 계산식을 통한 유량이 일치함을 확인하였 다.
3.1.3.5 유압 회로 모델링
SymHydraulics를 활용하여 모델링한 펌프, 유압 모터, 실린더, 밸브를 결합해 만든 가상 매니퓰레이터의 전체 유압 회로 모델링 형상은 Fig. 3-13과 같다.
Fig. 3-13 유압 회로 모델링 형상
모델링된 유압 회로가 실제 시스템과 비슷하게 동작하는지 검증하기 위해 파워팩에서 유량 을 토출하여 최종적으로 유압 모터와 실린더가 작동하는지 확인하였으며, 그 결과는 Fig.
3-14, 3-15, 3-16과 같다.
Fig. 3-14 시뮬레이션 결과 (유압 모터 1)
Fig. 3-15 시뮬레이션 결과 (유압 모터 2)
Fig. 3-16 시뮬레이션 결과 (유압 실린더)
시뮬레이션 결과 유압 모터와 실린더에 유량을 공급하여 토크와 힘을 만들어낼 수 있음을 확인하였다. 따라서 SimHydraulics를 활용한 전체 유압 회로 모델링은 타당하다 할 수 있다.