정밀 힘 제어에 적합한 줄꼬임 직렬 탄성 구동 메커니즘 설계 및 제어
Design and Control of Twisted String Series Elastic Actuator for the Precise Force Control
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 공경철
- 발행년도 2018
- 학위수여년월 2018. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000063157
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
근력 증강을 위한 상지 착용형 로봇이 인체와 밀접하게 상호 작용하기 때문에, 로봇 설계 시 로봇의 전체 무게, 구동기의 유연성 및 안전성 등은 주 고려 사항이다. 또한 로봇으로 상지 근력을 보조하기 위하여 큰 동력 전달이 가능한 구동기가 필수적이다. 전기모터, 공압 및 유압 구동기등의 다양한 구동 메커니즘들 중에서, 상지 착용형 로봇의 요구사항을 모두 만족하기 위한 메커니즘으로 줄꼬임 구동 메커니즘이 연구 개발 되고 있다. 줄꼬임 구동방식은 줄을 이용하여 동력을 전달하므로 유연하고 가벼움과 동시에 높은 감속비를 가지므로 큰 동력전달에 유리하다. 그러나 줄 꼬인 횟수에 따른 감속비의 급변함은 제어 성능 저하를 야기한다. 이러한 제어 성능 저하는 정밀한 동력전달이 요구되는 상지 착용형 로봇에 적합하지 않다. 따라서 상지 착용형 로봇에 요구되는 구동기의 특성을 모두 충족하고자 감속비의 변화를 줄이며 정밀한 힘 제어에 적합한 새로운 줄꼬임 기반 동력 전달 메커니즘을 제안하고자 한다. 본 논문에서는 직렬 탄성 구동 메커니즘과 감속비의 변화를 줄일 수 있는 새로운 줄꼬임 메커니즘을 결합하여 정밀한 힘 제어에 적합한 줄꼬임 직렬 탄성 구동 메커니즘을 제안한다. 제안된 메커니즘의 기구학적 분석을 통해 감속비의 변화가 줄어듬을 이론 및 실험으로 검증하였다. 또한, 제안하는 구동 메커니즘 모델링을 수행하고 그 모델을 활용한 힘 제어 시뮬레이션을 통하여 힘 제어에 적합한 구조임을 확인하였다. 최종적으로 제작한 줄꼬임 직렬 탄성 구동기를 활용하여 힘 제어 성능 향상을 검증 완료 하였다.
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