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탄성 및 감쇠소자 메커니즘을 활용한 중량물 이송용 유압식 외골격 로봇 개발

Title
탄성 및 감쇠소자 메커니즘을 활용한 중량물 이송용 유압식 외골격 로봇 개발
Other Titles
Development of Hydraulically Powered Exoskeletal Robot with Elastic and Dissipative Elements for Load-carrying Augmentation
Author
김효곤
Alternative Author(s)
Kim, Hyo-gon
Advisor(s)
한창수
Issue Date
2015-02
Publisher
한양대학교
Degree
Doctor
Abstract
본 연구에서는 착용자의 중량물 운반 능력을 증강하기 위한 목적으로 탄성 및 감쇠소자 메커니즘을 활용하여 부족 구동 방식의 유압식 외골격 로봇(HyPER)을 개발하였다. 인간의 동작은 기계적 에너지 발생 구간과 기계적 에너지 소산 구간이 존재한다. 인간은 관성 및 중력에 의한 과도한 힘을 줄이기 위해 기계적 에너지를 소산시킨다. 이를 위해 인간은 운동진행 방향과 반대 방향으로 힘을 발생시켜야 한다. 이 구간에 감쇠기를 이용하여 에너지를 소산시킬 수 있고 탄성체를 이용하면 소산되는 에너지를 저장하여 기계적 에너지 발생구간에 재사용할 수 있다. 따라서 본 연구에서 인간의 보행 및 앉고 일어서기 동작에서 감쇠기 및 탄성체를 사용할 수 있는 구간을 정의하고 이를 이용하여 질량대비 파워 밀도가 낮은 능동 구동기를 대신하거나 보완할 수 있는 관절 메커니즘을 개발하였다. 최적화 과정을 통해서 탄성 관절을 설계하고 기계적 에너지를 발생하고 소산해야 하는 슬관절 메커니즘을 위해 준능동 유압시스템을 개발하였다. 이에 따라 외골격 로봇이 경량화 되고 제어해야 하는 구동기의 수가 줄어듦으로써 센서의 수를 줄일 수 있어, 개발한 단순한 제어 알고리즘만으로 운용이 가능함을 확인하였다. 개발한 외골격 로봇의 중량물 운반 능력을 검증하기 위하여 착용자의 지면 반력을 측정하였다. 외골격 로봇을 착용하고 10kg, 20kg의 부하를 로봇에 장착하고 보행할 때 충격량이 줄어드는 것을 확인하였다. 그리고 외골격 로봇을 착용했을 때 앉고 일어서기 동작에서 부하뿐만 아니라 착용자의 체중도 지탱해 주는 것을 확인하였다. 따라서 개발된 외골격 로봇은 중량물 이송을 요하는 작업에서 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다.
URI
https://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/129292http://hanyang.dcollection.net/common/orgView/200000426649
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GRADUATE SCHOOL[S](대학원) > MECHATRONICS ENGINEERING(메카트로닉스공학과) > Theses (Ph.D.)
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