안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
기계공학
Q. 로봇 공학에서 관절을 설계할 때 중요한 점은?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.관절 설계 시직선운동/ 회전 운동 / 회전 시 한방향 / 3방향 회전관절의 종류관절의 정밀도/ 속도/ 토크 등 고려요소가 많은데요모든 요소가 계산이 되어야 하나의 설계 프로세스가 완성이 됩니다.이 요소 결정을 위해서는로봇의 목적, 기능이 우선 결정되어야 합니다.관절 구성 설계 시 고려해야하는 부분은1, 로봇관절의 자유도 관절이 몇개냐 라 생각하면 쉬운데요 한축으로 운동 = 1 자유도 수직으로 회전하고, 수평으로도 회전 = 2 자유도 이처럼 자유도가 많을 수록 다양한 동작이 가능한데 그렇다고 자유도가 무작정 높다면 수많은 모터사용에 기구가 복잡해지고 ,특히 제어가 불가능한 수준이 됩니다. 사람 팔과 비슷하게 하려면 6자유도 더 자유로운 운동을 목적으로 한다면 7 자유도가 일반적이나 목적상으로 자유도가 크게 필요없다면 1 자유도를 사용하기도 합니다.2, 관절 구성 조인트가 어떻든, 자유도가 어떻든 설계관점에서 기구물을 운동/회전 시키려면 구동장치가 필수인데요 전기모터/ 유압/ 공압 등 시스템이 있으나 그것또한 로봇의 목적과 사양에 따라 결정됩니다. 모터는 정밀제어는 가능하나 힘이 유압에 비해 작고 유압은 강력한 힘을 발휘하나 세밀한 제어가 힘든 부분 등 서로의 시스템마다 특징이 있는 것입니다.앞서도 말씀드렸듯이 결국은로봇의 목적, 기능이 우선 결정되어야 합니다.그에 따라 관절이 어떻게 구성될 지 결정될 것입니다.
기계공학
Q. 엔진에 시동걸기 위해 필요한것들은?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.엔진 시동 시스템에 관련된 부품을 알기위해전체적 시스템 동작 흐름을 보자면크랭크 샤프트의 링 기어(ring gear)를 기동(起動)하기 위한 시동 모터와 시동 모터를 구동하기 위한 고율 방전 특성의 배터리, 그리고 시동 회로의 접점 소손과 원격 제어가 가능하도록 스타트 릴레이, 그리고 AT(Automatic Transmission) 차량인 경우 자동 변속기의 변속 조작 스위치인 인히비터 스위치(inhibitor switch) 및 점화 스위치로 구성되어 있다는 것은 기본적으로 동일합니다.이들 구성품 중 시동장치에 중심이 되는 시동 모터는 엔진의 크랭크축을 구동하기 위해 구동력이 큰 토크(torque)를 요구하고 있어 보통 직권식 모터를 많이 사용하고 있습니다.시동 모터의 작동은 시동 시에만 모터의 피니온 기어(pinion gear)가 엔진의 링 기어와 치합하여 회전하고, 시동 후에는 치합이 이탈되어 원래의 자리로 돌아가 정지하도록 되어 있습니다. 따라서 시동 모터의 주요 구조는 회전력을 발생하는 모터부(아마추어 코일, 필드 코일)와 모터에 전원을 공급하기 위한 마그네틱 스위치, 피니언 기어를 엔진의 링 기어와 치합하기 위한 마그네틱 스위치의 플런저(plunger)와 시프트 레버, 시동 후 피니언 기어가 이탈해 원위치로 돌아오도록 하는 오버 런닝 클러치(Over running clutch), 그리고 무부하 시동 시에도 일정 부하를 걸 수 있도록 한 브레이크부로 구성되어 있습니다.
기계공학
Q. 기계 공학은 우리 실생활에 어디에 이용 되나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기계공학은 학문 분야로서 광범위한 응용 분야를 포괄합니다. 대부분의 사람들은 이를 기계 및 엔진의 설계 및 개발과 연관시키지만 그 영향력은 그 이상입니다.실생활 응용분야를 나열해 보면1, 자동차 산업 자동차 산업은 기계 공학의 혁신적인 기여를 보여주는 확실한 증거입니다. 효율적인 엔진 설계와 자동화된 제조 공정은 운송에 혁명을 일으켰고 연비 및 배출가스 감소에 대한 끊임없는 추구는 이 분야의 연구를 촉진하여 하이브리드 및 전기 자동차의 개발로 이어졌습니다.2, 로봇 공학 및 자동화로봇공학과 자동화의 등장은 다양한 산업을 변화시켜 효율적이고 간소화된 프로세스를 만들어냈습니다. 기계 엔지니어는 생산성을 향상하고 인적 오류를 줄이는 로봇과 자동화 시스템을 설계하면서 로봇공학의 선두에 있는데요기계 공학 원리는 로봇 팔, 자동화된 조립 라인, 산업 기계를 만드는 데 지침이 됩니다. 정밀도와 정확도를 결합한 이 시스템은 제조 공정을 최적화하여 생산성을 높이고 비용을 절감합니다.3, 항공우주공학 항공기 설계부터 우주 탐사에 이르기까지 기계 엔지니어는 자신의 전문 지식을 활용하여 가능성의 한계를 뛰어넘는데요.공기 역학 및 재료 과학 연구를 통해 기계 엔지니어는 극한 조건을 견디고 연료 효율성을 향상시킬 수 있는 항공기를 설계합니다. 또한 우주선과 위성 시스템에서도 작동하여 지구를 넘어선 가장 가혹한 환경에서도 안정적인 성능을 보장합니다.4, 재생에너지세계가 화석 연료에 대한 의존도를 줄이려고 노력함에 따라 기계 공학은 재생 가능 에너지원 개발에 중요한 역할을 합니다. 풍력 터빈, 수력 발전소, 태양광 패널은 모두 혁신적인 기계 설계의 산물입니다. 그들은 천연자원을 활용하여 청정 에너지를 생성하고 지속 가능한 미래를 위한 길을 닦습니다.기계 엔지니어는 에너지 변환과 관련된 동역학을 연구하고 이러한 시스템의 효율성을 개선하기 위해 노력합니다. 가볍고 내구성이 뛰어난 소재를 설계함으로써 재생 에너지 기술을 보다 쉽게 접근할 수 있고 비용 효율적으로 널리 사용할 수 있게 되었습니다.간단히 이렇게 나열해 보았습니다만기계 공학은 기존의 경계를 훨씬 뛰어넘어 우리 삶의 거의 모든 측면에 고유하게 적용됩니다. 우리가 운전하는 자동차부터 가정에 전력을 공급하는 재생 에너지에 이르기까지 기계 엔지니어는 효율성을 향상하고 삶의 질을 향상시키는 데 지울 수 없는 영향을 미칩니다.
기계공학
Q. 발명을 하면서 나오는 실패로 인한 발명품은 무엇이 있나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.발명 및 연구를 하면서실질적으로는 원래 목적과는 다른 결과가 나온일종의 실패를 실패라 보지 않고 생각의 전환을 통한 성공한 발명품으로가장 기억에 남는 발명품으로는 우리가 사무용품으로 자주 사용하는3M에서 나오는 포스트 잇 을 들 수 있습니다3M 사 연구원이었던 스펜서 실버가1970년대 기존 접착제 보다 강력한 접착제 생산을 위한 연구를 했는데요결국 만든 작품이 예상과는 달리 접착력이 약하고 끈적임이 없는 접착제를 발명했는데요원래 접착제라면 딱 잘붙어야 하는데 이것은 잘 떨어지기도 하는 접착제 였습니다.하지만 실버는 이 특이한 접착제를 사장시키지 않고시내 기술 세미나에 보고하게 됩니다.이것이 포스트잇의 시초가 되었습니다.이 접착제는 종이에 잘 붙었지만 쉽게 떨어지는 특성이 있었습니다.3M 회사는 처음에는 이 접착제의 출시를 반대했지만7년 동안의 개발과 초기 판매 실패라는 절망감에도 불구하고끝내 포스트잇으로 성공시켰습니다.만약 그 때 그냥 사장되었다면전 지금도 메모들을 보드에 압정으로 꽂거나아니면 메모지를 스카치 테이프로 붙였을 듯 하네요.
기계공학
Q. 기계공학 관련 연구원이 되면 어떤 일을 위주로 하나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.각종 연구원을 나열해 보면1, 국방과학연구원국가방위 필요한 병기/장비 및 물자에 대한 기술적 조사, 연구, 개발 , 시험을 수행한하는데요병기/장비 및 군용 물자에 관한 기술적 조사/연구/개발과이와 관련된 계통공학, 인간공학 관련 과학기술을 조사/연구합니다.또한 병기/장비 와 그 밖의 군용 물자의 제식 및 규격을 연구/ 조사 합니다.병기 / 장비의 시험제작을 위한 설계 및 설명서의 작성/검토 와 시험제작품의 기술 시험/ 성능시험을 합니다.병기/ 장비와 그 밖의 운용물자에 관한 연구위탁/ 연구보조 또는 지원 업무를 수행합니다.2, 발사체 기술 연구원 우주발사체를 연구/개발하고 각종시험, 재료시험, 단분리 시험, 조립 모델 시험등을 수행하빈다.시스템 설계, 시험 및 평가관리, 발사체의 시스템 체계, 기계, 전기, 지상 통합 및 발사시험 운용에 관련된 연구를 하구요.발사체 구조, 전자, 제어시스템, 유도조정 컴퓨터의 설계 및 개발을 합니다.열환경 설계 및 열 제어부 개발하고 발사체의 경량회 및 고성능화를 위한 첨단소재 연구/분석 도 합니다.3, 안드로이드 로봇 공학기술자 사람형태의 안드로이드 로봇을 연구/개발 하는데요사람 모습과 행동을 로봇에 구현하기위해 인간의 외형 모델링, 얼굴, 골격, 손 등 생체모방 로봇구조를 설계합닏.로봇 구동에 필요한 모터/ 기구를 설계하고, 제어시스템과 외부 정보를 수집 가능한 비전, 센서 부품들의인터페이스를 구성하고 구동을 위한 동력장치를 설계합니다.로봇구동 알고리즘과 프로그램의 구조를 설계하여 작성하고 로봇에 탑재합니다.완성 안드로이드 성능 테스트 및 인지능력과 가능행동 수준, 기계,전자,소프트웨어 성능향상 연구/개발에 임합니다.4, 지능형 로봇연구원 머니뮬레이터 , 장착형/부축형 보행보조 기기, 비전/음성 SoC , 실시간제어체게 등의 시스템통합 플랫폼 기술을 바탕으로, 모터와 관절 등 부품과 이를 제어하는 제어시스템 또한 개발합니다.외부환경 인식/외부물체 행동 인지하고 이를 해석하기 위한 카메라나 센서등의 부품과 정보를 해석하고분석하는 알고리즘을 개발합니다.대상의 행동이나 상황에 따라 GPS나 초음파센서, 전자지도, RFID 등 이용하여,자기 위치 파악 및 스스로이동, 로봇이 취할 대응행동양식을 제어위한 하드웨어 시스템과 프로그램 개발 또한 합니다.5, 항공기기술연구원 항공공학적 원리, 공기역학/추진 /구조/안정성/ 제어와 기술을 적용하여 항공기 개발/설계/시험을 합니다. 일반항공기 및 기타 관련 항공기 초기설계를 하고 초기 설계 후 항공기 부품을 설계/개발 합니다. 항공기 기체 구성품/ 날개/ 동체/ 착륙장치,/ 조종시스템 등 설계/ 개발을 전문으로 하기도하고 지상 또는 비행시험에 관한 프로그램 분석이나 소음/ 진동해석, 열역학적 해석, 추진시스템 개발을 전문으로 하기도 합니다. 간단히 기계공학 연구원이 하는 업무에 대해나열해 보았습니다.