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문제 정의
- 본 연구의 목표는 자체적인 무게에 비해서 들 수 있는 하중의 비율이 높은, 그러면서도 가볍고 유연한 팔꿈치 외골격을 개발하는 것이다. 이러한 외골격 시스템을 개발하기 위해서는 새로운 종류의 구동 미케니즘이 적용되어야 한다.
- 본 절에서는 회전형(Rotational) TSA(이하 RTSA)에 대한 기구학적 설명을 다룬다. 정확한 기구학의 수학적 모델은 모터의 필요한 최대 토크를 구해 적절한 모터를 선정하기 위해 매우 중요하다.
- 본 절에서는 줄 꼬임 기반 팔꿈치 외골격의 기구학적 모델을 제시하기 위한 실험적인 증명에 대해 설명한다. 이어지는 하위 절에서 실험 방법 및 다양한 하중이 가해지는 경우 외골격의 수학적 모델에 대한 실험적 연구에 대해 자세히 설명한다.
- 본 논문에서는 줄 꼬임 기반 구동방식에 기반을 둔 새로운 팔꿈치 외골격 시스템에 대한 선행 연구에 대해 소개하였다. 본 연구를 위해 개발된 구동 미케니즘은 기본적으로 유연하고 관성(inertia)이 작으며 백래쉬(backlash)가 존재하지 않는다.
가설 설정
- 정확한 기구학의 수학적 모델은 모터의 필요한 최대 토크를 구해 적절한 모터를 선정하기 위해 매우 중요하다. 줄 다발을 초기 반지름 r과 초기 길이 L+Lpul, 그리고 스프링 상수 K를 가지는 하나의 원통형 모델로 가정한다. 스프링 상수 K는 다음과 같은 실험적 방법으로 구한다.
- 과 r은 꼬여진 상태와 정상 상태의 반지름이다. 제안된 모델과 기존 모델의 가장 큰 차이점은 제안된 모델의 경우 원통이 항상 일정한 부피를 유지한다는 가정이다. 본 논문의 뒷부분에서 언급하겠지만, 이 가정은 이론적 모델과 실험적 데이터의 연관성을 키우는데 상당히 중요한 역할을 한다.
- 이를 통해 변하는 반지름을 가지는 경우에 대한 수학적 모델이 기존의 모델보다 실험 결과와 잘 일치하는 것을 확인 할 수 있다. 또한 실험값에 대한 그래프는 두 경우에 대해서 거의 동일한 곡선을 보여주는데 이를 통해 스트링은 매우 높은 스프링 상수를 갖는다는 가정 또한 확인 할 수 있다.
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