초록 ▼

□ 연구개요
본 과제에서는 서비스 로봇의 구동기 시스템으로 주목을 받고 있는 탄성구동기 시스템을 고성능화하고 그를 이용한 로봇 이용 스포츠 트레이닝 시스템을 구축하여 로봇공학의 스포츠과학에의 응용을 개척하는 것을 목표로 함.
(1) 정확하고 신속한 상호작용력을 제공하고 측정할 수 있는 고성능 탄성구동기 설계/제어 연구
(2) 인체에 다양한 상호작용력/운동부하를 제공하고 동시에 근골격계의 동적특징을 측정하는 알고리즘 연구
(3) 로봇 이용 스포츠 운동 시스템 및 프로그램을 개발하는 로봇공학과 스포츠과학의 융합 연

□ 연구개요
본 과제에서는 서비스 로봇의 구동기 시스템으로 주목을 받고 있는 탄성구동기 시스템을 고성능화하고 그를 이용한 로봇 이용 스포츠 트레이닝 시스템을 구축하여 로봇공학의 스포츠과학에의 응용을 개척하는 것을 목표로 함.
(1) 정확하고 신속한 상호작용력을 제공하고 측정할 수 있는 고성능 탄성구동기 설계/제어 연구
(2) 인체에 다양한 상호작용력/운동부하를 제공하고 동시에 근골격계의 동적특징을 측정하는 알고리즘 연구
(3) 로봇 이용 스포츠 운동 시스템 및 프로그램을 개발하는 로봇공학과 스포츠과학의 융합 연구
먼저 신속한 상호작용력의 발생을 위하여 30Hz 이상의 힘제어 대역을 가지며, 높은 외력에의 감도를 위하여 20Hz 이상의 외력 관측 대역을 가지는 고성능 탄성구동기를 개발하여 제안하는 로봇 이용 스포츠 트레이닝의 핵심 원천 기술로 연구하고자 함. 또한 로봇이용 스포츠 트레이닝이라는 분야를 확립하기 위하여 ‘벤치 프레스 운동 로봇’과 ‘신체훈련을 위한 햅틱공간’을 훈련용 로봇 플랫폼으로 각각 제작하고 그를 이용한 운동 프로그램 개발 및 효과 검증연구를 진행하고자 함

□ 연구 목표대비 연구결과
본 과제의 목표에 대한 각 결과는 아래와 같이 정리 할 수 있음
(1) 정확하고 신속한 상호작용력을 제공하고 측정할 수 있는 고성능 탄성구동기 설계/제어 연구
- 차동기어를 이용한 탄성 구동기, Compact Planetary-geared SEA 개발
- 다양한 탄성구동기의 동역학 기반 분류 및 비교
- 임피던스 기반의 새로운 운동부하 프로그램 개발 및 부하생성 제어기 개발
(2) 인체에 다양한 상호작용력/운동부하를 제공하고 동시에 근골격계의 동적특징을 측정하는 알고리즘 연구
- 외력 측정용 탄성구동기용 상태 추정기 설계
- 운동 중의 인체 근육 활성도 측정 알고리즘 성능 개선
- 탄성구동기를 이용한 근육특성 분석 방법 개발 및 구현
(3) 로봇 이용 스포츠 운동 시스템 및 프로그램을 개발하는 로봇공학과 스포츠과학의 융합 연구
- 상완 운동용 2축 로봇 Dynamic Dumbbell 개발
- 밸런스 훈련용 3축 병렬 로봇 Virtual Ground Robot 개발
- 와이어와 탄성구동기를 결합한 신체 운동용 공간운동기구 개발

□ 연구개발결과의 중요성
- 본 과제를 통해, 스포츠 트레이닝으로 대표되는 인간과 로봇의 상호작용제어의 핵심기술이 되는 탄성구동기의 설계/분석/제어에 대한 전반적인 원천기술을 개발하였음
- 모터, 감속기, 스프링, 부하부분으로 구성되 는 탄성구동기의 다양한 설계적인 조합에 따른 동적인 특성을 각각 분석하였으며, 이를 기반으로 뛰어난 유연성과 힘전달 특성을 동시에 가지는 탄성구동기 모듈을 개발하였고, 스프링의 비선형성을 극복하고 높은 제어성능을 가질 수 있는 힘제어 알고리즘을 개발하였음
- 이러한 탄성구동기 모듈을 기반으로 1) virtual ground robot, 2) dynamic dumbbell, 3) body-weight support system, 4) leg extension training system을 개발하였음
- 탄성구동기의 개발로 시작해서 구동기를 활용한 로봇 개발로 끝나는 일련의 과정을 심도있게 연구하였기 때문에 국내 및 국제 연구 분야에서 다양한 기반기술들을 선점할 수 있었고, 그 활용가치를 인정받을만한 성능을 보였음
- 이 연구를 통하여 출판된 다양한 논문 및 특허를 통해 개발된 기술의 가치와 중요성을 보였음

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1-1. 최종 목표 ... 4
• 1-2. 주요 연구 변경사항 ... 4
• 1-3. 1차 년도 개발 목표 ... 5
• 1-4. 2차 년도 개발 목표 ... 5
• 1-5. 3차 년도 개발 목표 ... 6
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 7
• 2-1. 1차 년도 연구수행 내용 및 결과 ... 7
• 2-2. 2차 년도 연구수행 내용 및 결과 ... 9
• 2-3. 3차 년도 연구수행 내용 및 결과 ... 11
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 12
• 4. 참고문헌 ... 13
• 5. 연구성과 ... 15
• 대표적 연구실적 ... 19
• 끝페이지 ... 31