동적 컨셉 설계(Dynamic Concept Design)

▣ 동적 컨셉 설계(Dynamic Concept Design)

단순히 치수를 입력하는 단계를 넘어, 메커니즘의 거동을 확인하거나 설계 변경에 유연하게 대응하는 모델을 구축하는 과정. 이를 효과적으로 수행하기 위한 4가지 핵심 전략을 설명합니다.

1. 2D 스케레톤 모델링 (Top-Down Design)

가장 먼저 해야 할 일은 상세 설계를 하기 전, 2D 레이아웃을 잡는 것입니다.

• Skeleton Model 생성:
  어셈블리 내에서 부품들이 어떻게 배치되고 움직일지 '뼈대' 역할을 하는 스케치를 작성합니다.
• 레이아웃 활용:
  중요한 참조 평면, 축, 스케치를 공유하여 하위 부품들이 이 뼈대를 따라가게 만듭니다.
  이렇게 하면 스켈레톤의 치수 하나만 바꿔도 전체 어셈블리가 동적으로 변합니다.

2. 메커니즘 연결 (Mechanism Connections)

단순히 부품을 고정(Constraint)하는 것이 아니라, 실제 움직임이 가능하도록 연결(Connection) 기능을 사용합니다.

• 핀(Pin) 및 슬라이더(Slider):
  회전이나 직선 운동을 정의합니다.
• 서보 모터(Servo Motor):
  특정 조인트에 모터를 부여하여 시간에 따른 움직임을 시뮬레이션합니다.
• 드래그(Drag) 기능:
  마우스로 부품을 직접 잡고 움직여보며 간섭이 발생하는지, 가동 범위가 충분한지 즉각적으로 확인할 수 있습니다.

 

[skeleton & Mechanism Connections]

 

 

[Motion Skeletons]

 

• 모션 스켈레톤 어셈블리 생성
모션 스켈레톤은 Creo Parametric에서 메커니즘을 탑다운 설계와 결합하는 데 사용되는 어셈블리입니다. 스켈레톤 어셈블리를 생성하고 전용 창에서 스케치를 통해 구성 요소를 정의하는 방식으로 진행됩니다.

• 모션 스켈레톤 내 구성 요소 정의
구성 요소는 모션 스켈레톤 어셈블리 내에서 "본체"로 생성됩니다. "지면" 구성 요소는 정적 스케치 엔티티로 정의되는 반면, 기어 및 랙과 같은 이동 구성 요소는 가능한 연결(예: 핀, 슬라이더, 베어링)을 결정하는 특정 스케치 엔티티를 선택하여 정의됩니다.

• 모션 및 구성 요소 생성을 위한 스케치
모션 스켈레톤 내 초기 스케치는 구성 요소의 지면과 잠재적인 모션 경로를 정의합니다. 이러한 엔티티를 계획하는 것은 매우 중요합니다. 왜냐하면 이러한 엔티티는 기능적인 메커니즘을 생성하기 위해 자동으로 생성되거나 수동으로 적용될 수 있는 모션 연결 유형을 결정하기 때문입니다.

 

[Motion Skeletons]

 

• 지면 구성 요소 생성
먼저 어셈블리 내에 "배치 지면" 구성 요소를 생성합니다. 이 구성 요소는 모션 스켈레톤의 지면 본체에 부착됩니다. 파트를 열면 외부 병합 기능을 사용하여 모션 스켈레톤의 형상을 통합합니다. 이를 통해 전면 기준 평면에 스케치하고 형상을 돌출시켜 지면의 솔리드 표현을 생성함으로써 네이티브 형상을 만들 수 있습니다.

• 기어 구성 요소 개발
다음으로 "기어" 구성 요소를 생성하고 모션 스켈레톤의 기어 본체에 부착합니다. 이 구성 요소 또한 전면 기준 평면을 사용하여 스케치하고 모션 스켈레톤에서 요소를 투영합니다. 돌출을 수행하고 회전을 시각적으로 나타내는 홈을 추가합니다. 어셈블리 뷰를 단순화하기 위해 외부 병합 기능을 숨깁니다.

• 랙 및 래치 구성 요소 생성
"배치 랙" 구성 요소는 모션 스켈레톤의 랙 파트에 부착하여 생성합니다. 이전 구성 요소와 마찬가지로 전면 기준 평면을 사용하여 스케치하고 돌출합니다. "전개 래치"는 모션 ​​스켈레톤 내의 본체에 부착하여 생성되는 최종 구성 요소입니다. 이를 위해서는 전면 기준 평면에 스케치를 하고, 엔티티를 투영한 다음, 돌출을 위해 원과 접선을 사용하여 더 복잡한 스케치를 생성해야 합니다.

• 메커니즘 동작 시뮬레이션
모든 구성 요소를 생성한 후, 비디오에서는 메커니즘 동작을 설정하는 방법을 보여줍니다. 메커니즘 모드로 들어가서 "기어" 명령을 사용하여 기어와 랙 사이에 랙 앤 피니언 연결을 정의합니다. 피치 원 직경을 지정하고 구성 요소를 드래그하여 동작을 테스트하면 기어와 랙 사이의 상호 작용을 확인할 수 있습니다.

 

[chain Mechanism Connections]

 

3. 유연한 모델링 (Flexible Modeling Extension - FMX)

컨셉 설계 단계에서는 히스토리에 얽매이지 않고 형태를 빠르게 수정해야 할 때가 많습니다.

• 직접 편집: 피처 이력(History)에 상관없이 면을 선택해 이동, 회전, 오프셋하거나 라운드를 제거할 수 있습니다.
• 신속한 대안 생성: "만약 이 구멍의 위치를 옮긴다면?" 같은 질문에 대해 모델 전체를 다시 설계할 필요 없이 즉석에서 형상을 변경하며 최적의 안을 찾습니다.

 

4. 설계 의도(Design Intent) 및 관계식(Relations) 활용

동적인 설계를 위해서는 부품 간의 논리적 연결이 중요합니다.

• Parameters & Relations: $d0 = d1 + 10$과 같은 수식을 사용하여 한 치수가 변할 때 다른 치수가 자동으로 계산되도록 설정합니다.
• BMX (Behavioral Modeling Extension): 특정 목표(예: "부피를 일정하게 유지하면서 길이를 최소화")를 설정하면 Creo가 자동으로 치수를 최적화해 줍니다.

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요약: 동적 컨셉 설계 프로세스

번호	단계	주요도구	목적
1	구조 잡기	Layout & Skeleton	전체적인 메커니즘 및 위치 결정
2	구동 확인	Mechanism (MDO)	간섭 체크 및 가동 범위 확인
3	형상 변경	Flexible Modeling	히스토리 제약 없는 자유로운 수정
4	최적화	Relations & BMX	설계 논리 부여 및 성능 최적화

 

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예시 : 로봇 팔(Robot Arm)

로봇 팔 설계 프로세스를 4단계로 나누어 설명 합니다.

1. 스켈레톤(Skeleton)을 이용한 뼈대 구성

먼저 상세 부품을 그리기 전에 로봇 팔의 가동 범위(Workspace)를 결정해야 합니다.

• 방법:
  어셈블리 내에 'Skeleton 모델'을 생성하고, 단순한 선(Line)과 점(Point)으로 로봇의 팔 길이와 관절 위치를 스케치합니다.
• 효과:
  "팔 길이가 500mm일 때와 700mm일 때 물체에 닿는가?"를 확인하고 싶다면, 스켈레톤의 선 길이만 수정하면 됩니다. 연결된 모든 부품이 동적으로 함께 길어집니다.

 

2. 메커니즘 연결 (Mechanism Connections)

부품들을 조립할 때 일반적인 '고정'이 아닌 '운동량'을 부여합니다.

• Pin Connection:
  로봇의 팔꿈치나 어깨처럼 회전이 필요한 곳에 적용합니다. (회전 각도 제한 설정 가능)
• Slider Connection:
  로봇 손가락이나 리니어 액추에이터처럼 직선 운동이 필요한 곳에 적용합니다.
• 동적 확인:
  마우스로 로봇 끝단(End-effector)을 잡고 드래그하여 실제 로봇처럼 움직여보며 설계 결함을 조기에 발견합니다.

 

3. 유연한 설계 수정 (Flexible Modeling)

컨셉 단계에서는 모터의 크기가 바뀌거나 프레임의 간섭을 피하기 위해 형상을 자주 바꿔야 합니다.

• 상황:
  로봇 팔의 중간 프레임이 구동 중 다른 부품과 부딪히는 것을 발견했습니다.
• 해결:
  Flexible Modeling(FMX)을 사용하여 모델링 히스토리를 뒤지지 않고도 간섭이 일어나는 면을 옆으로 밀어버리거나(Move), 두께를 즉시 조절하여 동적으로 형상을 최적화합니다.

 

4. 관계식 및 센서 활용 (Relations & BMX)

로봇 팔의 성능을 수치적으로 제어합니다.

• 관계식:
  예를 들어 "첫 번째 관절이 30도 회전할 때, 두 번째 관절은 반대 방향으로 15도 회전하라"는 논리를 Relations에 입력합니다.
• 분석:
  로봇 팔 끝에 10kg의 하중이 실렸을 때 관절에 걸리는 토크를 계산하여, 모터 사양이 적절한지 동적으로 시뮬레이션합니다.

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번호	설계 요소	적용 기능	동적 설계의 이점
1	팔 길이 조정	Skeleton Sketch	전체 레이아웃의 즉각적인 변경 반영
2	관절 구동	Pin Connection ( Mechanism ,MDO)	실제 가동 범위 및 간섭 유무 확인
3	간섭 제거	Flexible Modeling	복잡한 수정 없이 형상을 빠르게 최적화
4	동적 제어 및 최적화	Relations & bmx	관절 간의 연동 및 정밀한 제어 로직 테스트 및 최적화

 

 

ROBOTIC GRIPPER MECHANISM in Creo

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💡 기대 효과 요약

• 개발 시간 단축: 템플릿 기반 자동 설계로 파생 모델 대응력 강화.
• 품질 향상: 동적 시뮬레이션을 통한 사전 간섭 및 오류 제거.
• 비용 절감: 물리 시제품 최소화 및 제조 프로세스 최적화.

이 프로세스를 실제 업무에 이식하기 위해, "우리 회사의 주요 제품군을 Master Template으로 전환하는 파일럿 프로젝트"를 기획해 보시는 것은 어떨까요?

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