로봇 인공 의수의 개발은 절단 환자들의 삶의 질을 크게 증진시킬 수 있다. 그러나 다수의 기존 로봇 인공 의수들은 무거운 무게로 착용자의 불편함을 야기한다. 몇몇 의수들은 가벼운 무게를 위해 손목 관절의 자유도를 희생하였으나, 손목은 인체 및 의수에 있어 필수적인 관절이다. 본 연구에서는, 다자유도를 구사할 수 있으면서 가벼운 무게를 가지는 로봇 인공 의수를 위한 손목 관절이 개발되었다. 관절의 설계는 가벼운 무게와 다자유도를 동시에 지닌 인체 손목 관절을 모사하여 진행되었다. 인체 손목 관절의 해부학 및 운동을 분석하여 로봇 관절에 적용하기 좋은 특성을 파악하였다. 인체 손목의 복층 구조, 타원형 형상, 인대 구조를 모사하여 로봇 관절을 설계하였다. 복층 구조의 ...
로봇 인공 의수의 개발은 절단 환자들의 삶의 질을 크게 증진시킬 수 있다. 그러나 다수의 기존 로봇 인공 의수들은 무거운 무게로 착용자의 불편함을 야기한다. 몇몇 의수들은 가벼운 무게를 위해 손목 관절의 자유도를 희생하였으나, 손목은 인체 및 의수에 있어 필수적인 관절이다. 본 연구에서는, 다자유도를 구사할 수 있으면서 가벼운 무게를 가지는 로봇 인공 의수를 위한 손목 관절이 개발되었다. 관절의 설계는 가벼운 무게와 다자유도를 동시에 지닌 인체 손목 관절을 모사하여 진행되었다. 인체 손목 관절의 해부학 및 운동을 분석하여 로봇 관절에 적용하기 좋은 특성을 파악하였다. 인체 손목의 복층 구조, 타원형 형상, 인대 구조를 모사하여 로봇 관절을 설계하였다. 복층 구조의 설계 변수 선정을 통해 충분한 안전성을 가지고 큰 운동 범위를 얻을 수 있었다. 타원형 관절의 접촉면 설계를 통해 구동의 히스테리시스를 감소시켰다. 인대 구조를 모사한 신개념 관절 고정구조는 관절의 강성을 크게 증가시켰다. 인체 모사를 통해 설계된 관절의 프로토타입을 제작하였다. 관절의 구동을 위한 공압 인공근육을 제작하였다. 관절을 구동하여 특성 및 성능을 평가하기 위한 테스트베드를 제작하였다. 운동 범위, 히스테리시스, 강성에 대한 실험을 진행하여 설계를 통해 증진된 성능을 비교, 평가하였다. 본 연구를 통해 인체 모사 설계 기반의 가볍고 다자유도를 지닌 로봇 관절이 개발되었다. 개발된 관절은 복층 구조를 취함으로써 단층에 비해 150%의 운동 범위를 지니게 되었다. 타원형 관절의 접촉면은 곡률 설계를 통해 구동의 히스테리시스가 크게 줄어 들었다. 관절 고정을 위한 인대 구조는 신개념 구조로 개량되어 선형 하중에 대한 강성이 약 650% 증대되었다. 최종적으로 제작된 관절의 프로토타입은 같은 크기의 타 관절에 비해 20%의 무게를 가지며, 2자유도 회전에 대해 더 큰 작동 범위를 가진다. 개발된 관절은 로봇 인공 의수의 손목 관절에 사용될 수 있으며, 저중량과 다자유도가 동시에 요구되는 안전 로봇의 관절에 적용될 수 있다.
로봇 인공 의수의 개발은 절단 환자들의 삶의 질을 크게 증진시킬 수 있다. 그러나 다수의 기존 로봇 인공 의수들은 무거운 무게로 착용자의 불편함을 야기한다. 몇몇 의수들은 가벼운 무게를 위해 손목 관절의 자유도를 희생하였으나, 손목은 인체 및 의수에 있어 필수적인 관절이다. 본 연구에서는, 다자유도를 구사할 수 있으면서 가벼운 무게를 가지는 로봇 인공 의수를 위한 손목 관절이 개발되었다. 관절의 설계는 가벼운 무게와 다자유도를 동시에 지닌 인체 손목 관절을 모사하여 진행되었다. 인체 손목 관절의 해부학 및 운동을 분석하여 로봇 관절에 적용하기 좋은 특성을 파악하였다. 인체 손목의 복층 구조, 타원형 형상, 인대 구조를 모사하여 로봇 관절을 설계하였다. 복층 구조의 설계 변수 선정을 통해 충분한 안전성을 가지고 큰 운동 범위를 얻을 수 있었다. 타원형 관절의 접촉면 설계를 통해 구동의 히스테리시스를 감소시켰다. 인대 구조를 모사한 신개념 관절 고정구조는 관절의 강성을 크게 증가시켰다. 인체 모사를 통해 설계된 관절의 프로토타입을 제작하였다. 관절의 구동을 위한 공압 인공근육을 제작하였다. 관절을 구동하여 특성 및 성능을 평가하기 위한 테스트베드를 제작하였다. 운동 범위, 히스테리시스, 강성에 대한 실험을 진행하여 설계를 통해 증진된 성능을 비교, 평가하였다. 본 연구를 통해 인체 모사 설계 기반의 가볍고 다자유도를 지닌 로봇 관절이 개발되었다. 개발된 관절은 복층 구조를 취함으로써 단층에 비해 150%의 운동 범위를 지니게 되었다. 타원형 관절의 접촉면은 곡률 설계를 통해 구동의 히스테리시스가 크게 줄어 들었다. 관절 고정을 위한 인대 구조는 신개념 구조로 개량되어 선형 하중에 대한 강성이 약 650% 증대되었다. 최종적으로 제작된 관절의 프로토타입은 같은 크기의 타 관절에 비해 20%의 무게를 가지며, 2자유도 회전에 대해 더 큰 작동 범위를 가진다. 개발된 관절은 로봇 인공 의수의 손목 관절에 사용될 수 있으며, 저중량과 다자유도가 동시에 요구되는 안전 로봇의 관절에 적용될 수 있다.
Development of robotic prosthetic arms improves comfort of daily livings of amputees. Conventional robotic prosthetic arms have disadvantages of heavy weight. Some joints ignore the wrist DOF for obtaining light weight. However, wrist DOF is important for human and prosthetic arms. In this research,...
Development of robotic prosthetic arms improves comfort of daily livings of amputees. Conventional robotic prosthetic arms have disadvantages of heavy weight. Some joints ignore the wrist DOF for obtaining light weight. However, wrist DOF is important for human and prosthetic arms. In this research, we developed the wrist joint with multi DOF and light weight. Design of joint was conducted from inspiration of human wrist joint with light weight and multi DOF. Anatomy and kinematics of human wrist joint was analyzed for design of robotic joint. Robotic joint was designed with two-layer structure, ellipsoid shape, and ligament structure in human wrist joint. Selection of design variables of two-layer structure increases ROM of the joint with sufficient safety. Contact shape design of ellipsoid joint decreases the hysteresis of joint actuation. Novel fixing structure inspired from human ligament increased stiffness of the joint. Prototype of joint was designed by human inspiration. Pneumatic artificial muscles for joint actuation was manufactured. Testbed for experiment of characteristics and performance of the joint was developed. Experiment compared and evaluated ROM, hysteresis, and stiffness of the joint. Through human inspired design, the robotic wrist joint with light weight and multi DOF was developed. ROM of joint with two-layer structure was increased by 150% than one-layer structure. Contact shape design of ellipsoid joint largely decreased the hysteresis of joint actuation. Joint stiffness was improved by 650%, with novel ligament structure. Joint prototype with human inspired design has 20% weight of other conventional joints, with larger ROM of 2 DOF rotation. Developed joint can be used to wrist joint of robotic prosthetic arm, and applicable to safety robot that light weight and multi DOF is required simultaneously.
Development of robotic prosthetic arms improves comfort of daily livings of amputees. Conventional robotic prosthetic arms have disadvantages of heavy weight. Some joints ignore the wrist DOF for obtaining light weight. However, wrist DOF is important for human and prosthetic arms. In this research, we developed the wrist joint with multi DOF and light weight. Design of joint was conducted from inspiration of human wrist joint with light weight and multi DOF. Anatomy and kinematics of human wrist joint was analyzed for design of robotic joint. Robotic joint was designed with two-layer structure, ellipsoid shape, and ligament structure in human wrist joint. Selection of design variables of two-layer structure increases ROM of the joint with sufficient safety. Contact shape design of ellipsoid joint decreases the hysteresis of joint actuation. Novel fixing structure inspired from human ligament increased stiffness of the joint. Prototype of joint was designed by human inspiration. Pneumatic artificial muscles for joint actuation was manufactured. Testbed for experiment of characteristics and performance of the joint was developed. Experiment compared and evaluated ROM, hysteresis, and stiffness of the joint. Through human inspired design, the robotic wrist joint with light weight and multi DOF was developed. ROM of joint with two-layer structure was increased by 150% than one-layer structure. Contact shape design of ellipsoid joint largely decreased the hysteresis of joint actuation. Joint stiffness was improved by 650%, with novel ligament structure. Joint prototype with human inspired design has 20% weight of other conventional joints, with larger ROM of 2 DOF rotation. Developed joint can be used to wrist joint of robotic prosthetic arm, and applicable to safety robot that light weight and multi DOF is required simultaneously.
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