[유체역학] 소금쟁이 로봇 설계 (Design Project)

목차

1. Abstract
2. Keyword
3. 서론
4. 기술 동향 분석
5. 설계
6. 핵심 요소 기술 분석
7. 설계 타당성 분석
8. 경제성 분석
9. 요약 및 소감
10. 참고문헌

본문내용

자연의 “소금쟁이”를 모사한 소금쟁이 로봇을 만들고자 한다. 이는 자연의 형태를 모사하는 자연모사공학의 일종으로 인간은 이러한 자연에 존재하는 생체물질의 기본구조와 작동원리 등을 빌려오거나 모방해 오고 있다.
소금쟁이 로봇을 설계하는데 있어서 가장 중요한 것은 물에 뜰 수 있도록 하는 것이다. 따라서 소금쟁이 로봇의 발부분발 부분은 초발수성 표면으로 코팅하여서 물에 쉽게 뜰 수 있도록 한다. 소금쟁이가 물위에서 움직이기 위해서는 소금쟁이의 다리를 적절히 설계하는 것이 중요하다. 소금쟁이 로봇의 발은 내부가 비어있는 형태로 설계하여 부력을 많이 생성하도록 고려하였다. 그리고 로봇이 발을 뒤쪽으로 움직여 추진력을 발생시킬 때는 물의 저항을 크게 하여 큰 추진력을 얻을수 있도록 하고, 이 추진력에 의해서 앞으로 나아갈 때 다리가 받는 저항을 최소화 하기 위하여 앞쪽은 유선형, 뒤쪽은 평평한 모양의 발 모양으로 설계하였다. 소금쟁이 로봇은 물 위에서 이동할 때 가운데 다리를 움직여 생기는 물에 대한 저항력을 추력으로하여 앞으로 전진하게 된다. 이때 다리가 뒤로 움직일때 가운데 다리에는 앞쪽으로의 항력(D)와 양력(L)이 발생하게 되는데 항력은 추력으로 작용하며 양력은 부력이 되어 소금쟁이 로봇이 앞으로 전진하는 것을 보다 더 쉽게 만든다.
소금쟁이 로봇이 수면 위에 있을 때 강풍이 불게 되면 위쪽 방향의 양력에 의해 로봇이 뒤집힐 우려가 있으므로, 몸체가 유동적으로 변할 수 있도록 몸체를 두 부분으로 제작한다. 강풍이 불게 되면 로봇 머리부분에 달린 풍속 센서로 이를 감지하여 몸체가 비행기 날개를 뒤집어 놓은 듯한 모양으로 변하게 하여 양력을 아래쪽으로 발생시켜 로봇이 뒤집히는 것을 방지하도록 설계하였다. 소금쟁이 로봇이 다른 곳으로의 이동을 할 경우 소금쟁이 로봇 등 뒤에 붙은 날개가 펼쳐지고 로봇에 부착된 소형 추진체에서 추진력을 발생시켜 비행하게 된다. 날개의 길이 b를 10cm, 익현장 c를 1.5cm로 하여 종횡비가 대략 7정도 되도록 설계하였다. 소금쟁이 로봇 개발비용은 2~3억원이고 개당 비용은 50만원이며 기대 투자회수 기간은 1년 4개월이다. 소금쟁이 로봇 개발시 연간 국방비 4488억원 절감효과 및 전국 600개소 폐․하수 처리장 원격 감시체계 적용시 연간 약 600억원 감소가 기대된다.

참고 자료

1. Munson, B.R., Young, D.F., and Okiishi, T.H., Fundamentals of Fluid Mechanics, 5th Edition, John Wiley & Sons, Inc., 2006
2. 김성훈, 오준호, 이기훈, “관절 3링크 2족 로봇과 걸음새에 관한 연구,”대한기계학회 2000년도 춘계학술대회논문집 A, pp.523-528.
3. 임승철, 고인환, “이족 로봇의 위치 이동: 정보행 대 동보행,”대한기계학회논문집 A권, 제30권 제6호, 2006, pp.643-652.
4. 정순영,“마이크로 돌기가 구비된 초소수성 시트를 이용한 소금쟁이 로봇의 제작”, 부산대학교 대학원 정밀기계공학과 학위논문(석사) 2008. 2
5. 이영종, “폴리머 기반의 초소수성 표면 공정 및 응용 연구” 건국대학교 대학원 항공우주정보시스템 공학과 학위논문(석사), 2009