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[국내논문] 산업현장 적용을 위한 착용식 근력증강 로봇의 설계
Wearable Robot Design for Industrial Application 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.29 no.4, 2012년, pp.433 - 440  

하태준 (현대로템 기술연구소 제어연구팀) ,  이지석 (현대로템 기술연구소 제어연구팀) ,  백성훈 (현대로템 기술연구소 중기선행개발팀) ,  김석환 (현대로템 기술연구소 중기선행개발팀) ,  이정엽 (현대로템 기술연구소 중기선행개발팀)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Various studies to improve the physical abilities of the human have been steadily continued from the past to the present. Only recently such technology has been realized, and those are expected to replace or complement human beings in large part. In this paper, the current status of developed wearab...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 1 에 나타내었다. 근골격계 질환의 주요 유해요인인 부자연스러운 자세 및 과도한 힘을 사용하는 작업이 개선되어야 할 작업으로 선정되었으며 본 연구에서는 25kg 이상의 중량물을 취급하는 작업, 부자연스런 자세로 장비투입이 난해한 작업 및 로봇 적용으로 인한 공정개선 효과가 큰 작업을 대상공정으로 선정하고자 하였으며 그 결과 근골격계 질병의 주원인인 중량물을 대상으로 하는 작업에 대한 근력을 증폭해주는 로봇의 개발을 목표로 선정하였다.
  • 본 논문에서는 착용식 근력증강로봇을 산업현장에 적용하기 위하여 현장작업자를 대상으로 한 설문조사 및 현장 작업 실태를 분석하였다. 그 중 개선이 필요하며 착용식 근력증강 로봇을 적용 가능한 대상 작업을 선정하고 해당 작업을 모션캡쳐 장비를 통하여 동작을 분석하였다.
  • 큰 가반하중에 대응하기 위하여 본 연구에서는 공급압력 조절을 통한 출력힘 또는 출력 토오크를 조절하기가 용이한 유압식 구동기를 사용하도록 하였다. 유압식 구동기는 크게 회전형(Fig.

가설 설정

  • 설계된 외골격 로봇 하지부의 구조적 강성을 확인하기 위하여 상지부 중량 40kg 에 가반 하중 80kg 을 고려하여 상하지 체결부에 집중되는 것으로 가정하고 Inertia Relief 해석방법을 통해 구조해석을 실시하였다. 모듈간 체결은 힌지 고정으로 하였고 하중 적용 시 모든 힌지부는 잠금 상태가 되는 것으로 가정하였다. 하지로 내려오는 하중은 양 발에 고르게 분배된다는 가정 하에 좌측 다리에 대한 해석을 실시하였으며 Fig.
  • 설계된 외골격 로봇 하지부의 구조적 강성을 확인하기 위하여 상지부 중량 40kg 에 가반 하중 80kg 을 고려하여 상하지 체결부에 집중되는 것으로 가정하고 Inertia Relief 해석방법을 통해 구조해석을 실시하였다. 모듈간 체결은 힌지 고정으로 하였고 하중 적용 시 모든 힌지부는 잠금 상태가 되는 것으로 가정하였다.
  • 모듈간 체결은 힌지 고정으로 하였고 하중 적용 시 모든 힌지부는 잠금 상태가 되는 것으로 가정하였다. 하지로 내려오는 하중은 양 발에 고르게 분배된다는 가정 하에 좌측 다리에 대한 해석을 실시하였으며 Fig. 8 과 9 에 3D 모델과 해석을 위해 변환된 좌측다리의 FE 모델을 나타내었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
현재 착용식 외골격 로봇의 대표적 성과물은 어디에서 개발 되었는가? 현재 착용식 외골격 로봇의 대표적 성과물은 미국 Raytheon 社와 Lockheed Martin 社 그리고 일본의 CyberDyne 社에 의해 개발되었다. 그 중 Raytheon 社의 XOS6 는 버전 1 에 이어 최근 버전 2 를 공개하였으며 전신 착용형 외골격 로봇이다.
유압식 구동기 중 회전형 구동기의 한계 및 단점은 무엇인가? 또한 입력되는 유압 및 유량을 조절하여 출력 토오크를 조절할 수 있는 장점이 있다. 하지만 내부실링이 어려워 실린더 내부의 작동유가 누유 되는 단점이 있고 구동기의 단위 질량당 출력 토오크는 낮은 것이 단점으로 꼽힌다.
현재 개발된 로봇들이 근로자의 사용에 있어서 효율뿐만 아니라 비용 면에서도 적합하지 못하다는 것의 이유는? 앞서 언급되지는 않았지만 산업용으로 개발된 혼다社의 보행 보조 장치(WAD10 –Walking Assist Device)는 작업자의 불편한 자세를 보조해 주기 위한 장치로 작업자의 근력을 증강시키는 용도로 보기에는 어려움이 있다. 이와 같이 현재 개발된 착용식 근력 증강 로봇은 제한된 목적에 맞게 제작되어 있으며 산업현장작업을 목표로 개발되지 않아 근로자의 사용에 있어서 효율뿐만 아니라 비용 면에서도 적합하지 못하다는 것을 알 수 있다.
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참고문헌 (10)

  1. Zoss, A., Kazerooni, H. and Chu, A., "On the Mechanical Design of the Berkeley Lower Extremity Exoskeleton (BLEEX)," IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems, pp. 3132-3139, 2005. 

  2. Kazerooni, H., Racine, J.-L., Huang, L. and Steger, R., "On the Control of the Berkeley Lower Extremity Exoskeleton (BLEEX)," IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, pp. 4353-4360, 2005. 

  3. Kazerooni, H., "The Human Power Amplifier Technology at the University of California, Berkeley," Journal of Robotics and Autonomous Systems, Vol. 19, No. 2, pp. 179-187, 1996. 

  4. Ha, T.-J., Kim, D. J., Kim, S. H. and Lee, J. Y., "Augmentative Exoskeleton Structure Design Based on Working Motion Analysis," Proc. of KSPE Spring Conference, pp. 295-296, 2011. 

  5. Jang, J. H., Lee, H. D., Jang, H. Y., Han, J. S., Han, C. S. and Shon, W. H., "Development of Wearable Robot System based the Analysis of the Lower Limbs," Journal of Korean Society for Precision Engineering, Vol. 26, No. 7, pp. 7-14, 2009. 

  6. Raytheon, http://www.raytheon.com/newsroom/technology/rtn08_exoskeleton/ 

  7. Missiles and Fire Control, Lockheed Martin, HULC, http://www.lockheedmartin.com.products/hulc/ 

  8. Kawamoto, H. and Sankai, Y., "Power Assist System HAL-3 for Gait Disorder Person," Lecture Notes in Computer Science, Vol. 2398, pp. 19-29, 2002 

  9. Lee, S. and Sankai, Y., "Power Assist Control for Walking Aid with HAL-3 Based on EMG and Impedance Adjustment around Knee Joint," IEEE/RSJ International Conf. on Intelligent Robots and Systems, Vol. 2, pp. 1499-1504, 2002. 

  10. Honda, http://corporate.honda.com/innovation/walkassist/ 

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