나언주 연구실
기계공학부 나언주
나언주 연구실은 기계공학부를 기반으로 자기베어링, 자기부상 시스템, MR 댐퍼, 햅틱 디바이스 등 첨단 동역학 시스템의 설계, 해석, 제어 기술을 선도적으로 연구하고 있습니다. 본 연구실은 자기베어링 및 자기부상 시스템의 구조적 혁신과 고장강건 제어 기술 개발을 통해 산업 현장에서 요구되는 고신뢰성, 고성능 기계 시스템 구현에 앞장서고 있습니다. 영구자석 바이어스, 전자석 바이어스, 디스크 없는 일체형 구조 등 다양한 자기베어링 설계 방식을 도입하여, 마찰 손실 최소화와 유지보수 효율성 향상에 기여하고 있습니다.
또한, MR 댐퍼를 활용한 능동 진동 제어 기술 연구를 통해 자동차, 건축, 정밀 기계 등 다양한 분야에서 진동 및 소음 저감, 시스템 내구성 향상에 기여하고 있습니다. MR 댐퍼의 비선형 특성을 정밀하게 모델링하고, 실시간 제어 시스템을 구축하여 실제 환경에서의 성능을 검증함으로써, 산업적 응용 가능성을 높이고 있습니다.
햅틱 디바이스 및 원격 조작 시스템 분야에서도 본 연구실은 6자유도 병렬 구조 설계와 임피던스 힘 제어 알고리즘 개발을 통해, 인간-기계 상호작용의 새로운 가능성을 제시하고 있습니다. 적응형 제어 기법과 정밀한 힘 추종 성능 구현을 통해, 의료, 제조, 교육 등 다양한 분야에서의 원격 조작 및 가상현실 기술 발전에 기여하고 있습니다.
이외에도, 자기베어링 및 자기부상 시스템의 고장강건 제어, MR 댐퍼의 선형화 제어, 햅틱 디바이스의 투명성 향상 등 다양한 연구 주제를 바탕으로, 국내외 유수 학술지에 다수의 논문을 발표하고 특허를 출원하는 등 활발한 연구 활동을 이어가고 있습니다. 정부 기관 및 산업체와의 협력 연구를 통해 실제 산업 현장에 적용 가능한 기술 개발에도 힘쓰고 있습니다.
나언주 연구실은 앞으로도 첨단 동역학 시스템의 설계, 해석, 제어 기술을 지속적으로 발전시켜, 기계공학 분야의 혁신을 선도하고 산업 발전에 기여할 것입니다.
자기베어링 및 자기부상 시스템의 설계와 해석
나언주 연구실은 자기베어링 및 자기부상 시스템의 설계와 해석 분야에서 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 자기베어링은 접촉이 없는 상태에서 회전체를 지지하는 기술로, 마찰 손실을 최소화하고 유지보수 비용을 줄일 수 있어 고속 회전체, 정밀 기계, 터보 기계 등 다양한 산업 분야에서 각광받고 있습니다. 본 연구실은 기존 자기베어링의 한계를 극복하기 위해 영구자석 바이어스, 전자석 바이어스, 디스크 없는 일체형 구조 등 다양한 혁신적 설계 방식을 도입하고 있습니다.
특히, 자기베어링의 동적 특성 해석과 고장강건 제어에 중점을 두고, 1차원 및 3차원 유한요소 해석을 통해 자기장 분포, 자속 경로, 자기력 특성 등을 정밀하게 분석합니다. 이를 통해 자기베어링의 성능을 극대화하고, 실제 산업 현장에 적용 가능한 신뢰성 높은 시스템을 개발하고 있습니다. 또한, 자기베어링의 고장 발생 시에도 안정적으로 동작할 수 있는 고장강건 제어 알고리즘을 연구하여 시스템의 안전성과 신뢰성을 높이고 있습니다.
이러한 연구는 과학기술부, 산업자원부 등 다양한 정부 기관의 지원을 받아 진행되고 있으며, 실제 산업용 장비에 적용되어 그 효용성을 입증받고 있습니다. 앞으로도 나언주 연구실은 자기베어링 및 자기부상 시스템의 설계, 해석, 제어 기술을 지속적으로 발전시켜 첨단 기계공학 분야의 혁신을 이끌어 나갈 것입니다.
MR 댐퍼 및 능동 진동 제어 기술
본 연구실은 MR(Magnetorheological) 댐퍼를 활용한 능동 진동 제어 기술 개발에 집중하고 있습니다. MR 댐퍼는 자기장에 의해 점성이 변화하는 특수 유체를 이용하여 진동을 효과적으로 제어할 수 있는 장치로, 자동차 서스펜션, 건축 구조물, 정밀 기계 등 다양한 분야에 적용되고 있습니다. 연구실에서는 MR 댐퍼의 비선형 히스테리시스 특성을 수학적으로 모델링하고, 역모델 기반의 선형화 제어 기법을 개발하여 실제 시스템에 적용하고 있습니다.
특히, 실험 데이터를 바탕으로 MR 댐퍼의 동특성을 정밀하게 파악하고, DSP 기반의 실시간 제어 시스템을 구축하여 다양한 운전 조건에서의 성능을 검증합니다. 이를 통해 MR 댐퍼가 요구하는 감쇠계수를 정확하게 구현할 수 있으며, 외란이나 환경 변화에도 강인한 진동 제어가 가능하도록 시스템을 최적화하고 있습니다. 또한, MR 댐퍼를 이용한 서스펜션 제어, 구조물의 내진 성능 향상 등 실제 응용 분야로의 확장 연구도 활발히 진행 중입니다.
이러한 연구는 진동 및 소음 저감, 시스템의 내구성 향상, 사용자 편의성 증대 등 다양한 산업적 가치를 창출하고 있습니다. 앞으로도 MR 댐퍼 및 능동 진동 제어 기술의 고도화를 통해 첨단 기계 시스템의 성능을 극대화하는 데 기여할 것입니다.
햅틱 디바이스 및 원격 조작 시스템의 동역학 제어
나언주 연구실은 햅틱 디바이스와 원격 조작 시스템의 동역학 제어 분야에서도 활발한 연구를 진행하고 있습니다. 햅틱 디바이스는 사용자가 원격 환경과 상호작용할 때 실제 촉각 및 힘을 느낄 수 있도록 해주는 장치로, 의료 로봇, 원격 조작 로봇, 가상현실 등 다양한 첨단 분야에서 중요한 역할을 합니다. 본 연구실은 6자유도 병렬 구조 햅틱 디바이스의 설계와 제어, 그리고 원격 조작 시스템의 임피던스 힘 제어 알고리즘 개발에 주력하고 있습니다.
연구실에서는 인간 손의 움직임이 힘 제어 시스템에 미치는 영향, 외란 및 센서 노이즈에 대한 적응형 제어 기법 등을 체계적으로 분석하고, 각 자유도별로 독립적인 참조 모델을 적용하여 정밀한 힘 추종 성능을 구현합니다. 이를 통해 햅틱 디바이스의 투명성을 극대화하고, 사용자가 실제 환경과 유사한 촉각 경험을 얻을 수 있도록 시스템을 최적화합니다. 또한, 6자유도 직렬 로봇의 원격 조작 실험을 통해 개발된 제어 알고리즘의 실효성을 검증하고 있습니다.
이러한 연구는 의료, 제조, 교육 등 다양한 분야에서 원격 조작 및 가상현실 기술의 발전에 크게 기여할 것으로 기대됩니다. 앞으로도 햅틱 디바이스와 원격 조작 시스템의 동역학 제어 기술을 지속적으로 발전시켜 인간-기계 상호작용의 새로운 패러다임을 제시할 것입니다.
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A New 6-DOF Haptic Device for Teleoperation of 6-DOF Serial Robots
Vu, MH (Minh Hung Vu), Na, UJ (Uhn Joo Na)
IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT, 2011
2
Fault Tolerant Homopolar Magnetic Bearings with Flux Invariant Control
나언주
Journal of Mechanical Science and Technology - 직접입력, 2006
3
Fault Tolerant Control of Magnetic Bearings with Force Invariance
나언주
Journal of Mechanical Science and Technology - 직접입력, 2005
1
릴럭턴스 힘을 이용한 디스크 없는 반경방향-축방향 일체형 자기베어링 개발
2
영구자석형 자기베어링의 고장강건제어 기술 개발