형상 닫힘 (Form Closure)
한 줄 정의: 마찰에 기대지 않고 접촉점의 기하학적 배치만으로 물체의 모든 움직임을 막는 구속 상태입니다.
쉽게 풀면
물체를 여러 개의 단단한 핀으로 빙 둘러싸서, 어느 방향으로 움직이려 해도 반드시 어떤 핀에 부딪히게 만든 상태를 떠올리면 됩니다. 이때는 표면이 아무리 미끄러워도 물체가 빠져나가지 못합니다. 이런 순수한 기하학적 구속을 형상 닫힘이라고 합니다.
왜 중요한가
지그·고정구 설계, 부품 조립, 파지 이론에서 가장 엄격한 고정 조건으로 쓰입니다. 마찰 계수를 모를 때도 고정을 보장할 수 있어 고정 장치 설계의 기준이 됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"고정구의 로케이터 배치는 1차 형상 닫힘 조건을 만족하도록 결정하였다."
고정 장치 설계 목표로 형상 닫힘을 쓴 예입니다.
조금 더 깊게 보면
무마찰 점 접촉은 접촉면의 법선 방향 힘만 낼 수 있으므로, 법선 렌치들의 양의 결합이 렌치 공간 전체를 덮어야 형상 닫힘이 됩니다. 1차(속도 수준) 해석에서는 평면 물체에 최소 4개, 3차원 물체에 최소 7개의 접촉점이 필요하다는 결과가 알려져 있습니다. 접촉면의 곡률까지 고려하는 2차 형상 닫힘에서는 이보다 적은 접촉으로도 구속이 가능할 수 있습니다.
주의할 점
힘 닫힘은 마찰을 이용하므로 더 적은 접촉으로 성립하지만, 형상 닫힘은 마찰 없이도 성립해야 한다는 점이 다릅니다. 문헌마다 두 용어를 느슨하게 섞어 쓰는 경우가 있어 정의를 확인해야 합니다.