35.1 병렬 기구의 정의와 기본 구조
병렬 기구(parallel mechanism)의 정의와 기본 구조는 병렬 로봇 공학의 기초 개념이다. 직렬 매니퓰레이터와 구조적으로 구별되며, 독특한 학술적·실무적 특성을 가진다. 본 절에서는 병렬 기구의 정의와 기본 구조를 다룬다.
1. 병렬 기구의 학술적 정의
1.1 기본 정의
병렬 기구는 기저와 움직이는 플랫폼이 둘 이상의 병렬 체인(다리)으로 동시에 연결된 기구이다.
1.2 폐쇄 루프
여러 체인이 공통 플랫폼에 연결되어 폐쇄 루프 구조를 이룬다.
1.3 직렬과의 차이
직렬 매니퓰레이터는 한 개의 개방 체인이지만, 병렬은 여러 폐쇄 체인이다.
2. 주요 구성 요소
2.1 기저
로봇이 고정된 기저(base) 링크이다.
2.2 플랫폼
움직이는 엔드 이펙터 역할의 플랫폼(moving platform)이다.
2.3 다리
기저와 플랫폼을 연결하는 여러 병렬 체인(다리)이다.
3. 능동 관절과 수동 관절
3.1 능동 관절
구동기로 제어되는 능동(active) 관절이다.
3.2 수동 관절
구동기 없이 플랫폼 운동에 따라 움직이는 수동(passive) 관절이다.
3.3 자유도
로봇의 자유도는 능동 관절 수와 같다.
4. 병렬 기구의 자유도
4.1 그뤼블러 공식
그뤼블러(Grübler) 공식으로 자유도를 계산한다.
F = 6(l - j - 1) + \sum_i f_i
35.1.4.2 매개변수
l은 링크 수, j는 관절 수, f_i는 각 관절의 자유도이다.
35.1.4.3 일반 원리
자유도 계산이 구조 분석의 기본이다.
35.1.5 구조적 분류
35.1.5.1 3자유도 병렬 기구
델타 로봇, 3RRR 평면 기구 등이다.
35.1.5.2 6자유도 병렬 기구
스튜어트-고프 플랫폼이 대표적이다.
35.1.5.3 특수 구조
다양한 특수 구조의 병렬 기구가 존재한다.
35.1.6 다리의 구조
35.1.6.1 UPS 체인
Universal-Prismatic-Spherical 체인이다.
35.1.6.2 RPS 체인
Revolute-Prismatic-Spherical 체인이다.
35.1.6.3 기타
다양한 관절 조합의 체인이 있다.
35.1.7 구동 방식
35.1.7.1 직동 구동
직동 관절을 능동으로 하는 방식이다.
35.1.7.2 회전 구동
회전 관절을 능동으로 하는 방식이다.
35.1.7.3 설계 선택
응용에 따라 적절한 구동 방식을 선택한다.
35.1.8 병렬 기구의 장점
35.1.8.1 고강성
구조적으로 높은 강성을 가진다.
35.1.8.2 고정밀
오차 평균화로 높은 정밀도를 가진다.
35.1.8.3 고속
구동기가 기저에 고정되어 고속 운동이 가능하다.
35.1.9 병렬 기구의 단점
35.1.9.1 작은 작업 공간
직렬 매니퓰레이터보다 작은 작업 공간이다.
35.1.9.2 특이점
복잡한 특이점 구조이다.
35.1.9.3 설계의 복잡성
설계와 분석이 복잡하다.
35.1.10 학술적 활용
본 절에서 다룬 병렬 기구의 정의와 기본 구조는 병렬 로봇 공학의 학술적 기초이다. 구조적 이해가 심화된 분석과 설계의 기반이 된다.
출처
- Merlet, J.-P., Parallel Robots, 2nd edition, Springer, 2006.
- Tsai, L.-W., Robot Analysis: The Mechanics of Serial and Parallel Manipulators, Wiley, 1999.
- Gogu, G., Structural Synthesis of Parallel Robots, Springer, 2008.
- Hunt, K. H., Kinematic Geometry of Mechanisms, Oxford University Press, 1978.
- Angeles, J., Fundamentals of Robotic Mechanical Systems, 4th edition, Springer, 2014.
버전
- 문서 버전: 1.0
- 작성일: 2026-04-18