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문제 정의
- 따라서 본 논문은 인체와의 간섭을 최소화 하고 팔꿈치 관절 1 자유도와 어깨관절 3자유도를 구현할 수 있는 총 4 자유도의 착용형 외골격 로봇의 상지 메커니즘 설계에 관한 것이다.
- 본 논문은 인간의 근력 보조 및 증폭이나 감각장치(haptic device)를 위한 착용형 외골격 로봇의 어깨 관절 3자유도 구현 메커니즘에 관한 것이다. 이를 이용하여 근골격계 환자나 특수 임무 수행을 위한 군인, 건설현장에서 큰 힘을 필요로 하는 작업자 외에 여러 분야에서 상지 근력의 증폭이나 보조를 위하여 쓰이게 된다.
- 또한 어깨 관절 3 자유도가 구현되는 메커니즘이라고 하더라도 서론에서 언급한 구동부 설계 등의 문제로 인하여 크기가 큰 로봇을 설계하는 것이 불가피하였다. 본 논문을 통하여 어깨 3자유도 구현이 가능하고 경량화된 메커니즘을 제안하였으며 어깨 관절의 동작 범위를 로봇이 충분히 구현할 수 있다는 것을 검증하였다. 그러나 인체 어깨 관절의 해부학적인 구조를 바탕으로 로봇을 설계하였으므로 인체와 같이 어깨 관절만으로는 팔을 어깨 높이 이상으로 올릴 수가 없다는 단점이 있다.
- 상세설계에서는 어깨 관절부에 하나의 자유도를 더 추가하여 총 4 자유도의 메커니즘으로 구성하였다. 이는 餘자유도를 두어 개념 설계에서의 구조가 갖는 singular point 발생 문제를 해결하고 제어를 수월히 진행하기 위해서이다. 이러한 어깨 관절의 메커니즘은 Fig.
가설 설정
- FEM 해석은 상세 설계의 모든 링크와 부품에 적용하여 수행하였다. 또한 가반 하중 10 kgf을 기준으로 안전성을 고려하여 두 배의 하중이 링크에 가해진다고 가정한 후, 각 링크별 하중에 취약한 부분만을 선택하여 FEM 해석을 수행하였다. 상세 설계의 각 파트에 대하여 해석을 수행하였으며, 그 중 상박 링크(upper arm link) 부분을 해석한 결과 Fig.
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