과산화수소 촉매분해 기반 압력 피드백을 갖는 피스톤 실린더 타입의 공압 발생 장치 연구

Abstract

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.