원격 조종을 위한 7자유도 외골격 조종기 설계

Abstract

본 논문은 외골격 로봇을 이용한 마스터 - 슬레이브 방식의 원격 조종을 위한 조종기 설계를 제시한다. 기존 의 재난 현장 대응을 위한 굴삭기들이 많이 있지만 이를 위한 적절한 조종기는 제시되지 않고 있다. 기존의 레버를 이용한 조종 방식이 아닌 본 논문에서 제시한 외골격 로봇을 입고 조종 하는 것으로 더욱 직관적이고 빠르게 로봇 팔을 조종할 수 있다. 이를 위해 양 팔에 각각 사용자 의도 파악과 사용자에게 힘 피드백을 주기 위한 7 자유도의 외골격 로봇이 필요하다. 또한 장시간의 구조 활동 시 피로도가 높아 질 수 있기 때문에 사용자의 피로도 절감을 위한 팔걸이 기능이 필요하다. 가상 벽 기능이 존재해 슬레이브 역할의 굴삭기가 외부 요인들에 의해 받는 영향을 마스터 역할인 외골격 로봇 조종기를 통해 조종자가 그 영향을 파악하며 정밀하게 작업을 수행할 수 있을 것이다. 이를 위해 사람 상지의 움직임을 분석하고 해당 움직임을 모방하는데 요구되는 인체의 치수와 관절 작동 범위 등을 고려하여 설계를 진행 하였다. 그리고 조종기 말단부 시스템의 부피 및 질량을 최소화 하기 위해 손목 3 축의 구동 방식을 와이어를 이용한 tendon 방식으로 결정하였다. 그리고 사람 상지의 분절 무게를 통해 팔걸이 기능 및 가상 벽 기능을 위해 필요한 토크 값을 계산하며 RecurDyn 을 이용해 최대 속도로 움직일 때의 토크 값을 산출하여 모터 를 선정하는 과정을 설명하고 있다.