초록 ▼

□ 연구개요
본연구의 목표는 특정 자세를 유지하거나 큰 하중이 가해지는 농작업 수행 시 텐던(Tendon)의 장력을 이용하여 근육을 보조하기 위한 스마트 의류 및 이를 위한 요소기술을 개발하는 것이다. 기존에 개발된 근력 보조 수트의 경우 필요한 힘을 얻기 위하여 크고 무거운 구동기가 필요하였기 때문에, 구동기 자체의 무게를 극복해야하는 문제가 있었고, 크기가 커져 일상적인 활동에 사용하기에 제약이 있었다. 개발하고자 하는 근육을 보조하기 위한 텐던의 장력을 구동기에서 얻지 않고, 제동 메커니즘을 통해 텐던의 길이 및 위치를

□ 연구개요
본연구의 목표는 특정 자세를 유지하거나 큰 하중이 가해지는 농작업 수행 시 텐던(Tendon)의 장력을 이용하여 근육을 보조하기 위한 스마트 의류 및 이를 위한 요소기술을 개발하는 것이다. 기존에 개발된 근력 보조 수트의 경우 필요한 힘을 얻기 위하여 크고 무거운 구동기가 필요하였기 때문에, 구동기 자체의 무게를 극복해야하는 문제가 있었고, 크기가 커져 일상적인 활동에 사용하기에 제약이 있었다. 개발하고자 하는 근육을 보조하기 위한 텐던의 장력을 구동기에서 얻지 않고, 제동 메커니즘을 통해 텐던의 길이 및 위치를 제한함으로서 얻을 수 있도록 구성하여, 이를 통해 큰 힘을 얻기 위한 구동기를 사용하지 않는 소형, 경량화된 시스템을 개발 하는 것을 목표로 하고 있다. 또한, 근육 보조가 필요하지 않을 때에는 제동을 풀고, 텐던을 느슨하게 유지함으로써 텐던 구조에 의한 동작방해는 원천적으로 배제될 수 있는 텐던 구동 및 제동 시스템을 개발하는 것을 목표로 한다. 개발하고자 하는 기술은 농작업의 다양한 동작에 응용될 수 있지만, 연구 목표를 명확히 하기 위해 농작업에서 자주 수행되는 쪼그려 앉았다 일어서는 동작 및 과수의 관리 및 수확을 위한 팔을 들어 유지하는 동작의 보조를 목표로 기술 개발을 진행하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
당초 목표하였던 생체 역학 분석을 통한 제동 메커니즘 기반의 농작업 보조 가능성을 검증하였고, 핵심 요소기술인 semi-active 방식의 제동 메커니즘 개발을 완료하였다. 또한 구동 텐던의 연결을 위해 당초 계획에 없던 추가적인 핵심 요소인 Soft anchor를 개발하였고, 개발한 요소기술을 이용하여 허리, 하지, 상지의 동작을 보조할 수 있는 의복형 착용형 로봇(스마트 의류) 시제품을 각각 개발하였다.
정량적인 측면에서는 제동 메커니즘과 관련된 목표인 텐던 구동장력, 제동 유지를 위한 에너지, 제동장치의 크기, 최대 제동력, 제동 거리에 대한 정량 목표를 모두 달성하였으며, 개발된 시제품의 성능평가를 통해 착용자가 하지에서는 약 14 %, 상지에서는 38 %의 근활성도 감소율을 보였다. 당초 목표인 하지 30 %, 상지 50 %에는 미치지 못하는 결과이지만, 기존 외골격 로봇과 비교할 수 없을 정도로 경량화, 소형화된 착용형 로봇을 이용하여 기존의 보조 정도에 근접하는 결과를 얻을 수 있었다.

□ 연구개발결과의 중요성
본 연구에서는 얇고 초소형 이며 큰 힘을 지지할 수 있는 제동 메커니즘과 유연하며 의복과 같은 형태의 텐던 연결 요소인 Soft anchor를 새로이 제안하여 개발하였다. 두 요소 기술 모두 의복형 착용형 로봇을 구성하기 위한 핵심 요소 기술로써, 기존의 전통적 기계구조 기반의 구동기와 텐던 연결 구조가 해결하지 못했던 경량화 및 의복화를 달성할 수 있었다. 의복형 착용형 로봇은 농작업 뿐 아니라 다양한 산업, 의료, 일상생활에 적용 가능할 것으로 예상되기 때문에 확보된 핵심 원천 요소기술을 활용하여 넓은 분야에 활용될 수 있는 의복형 착용형 로봇의 연구 및 상용화에 기여할 수 있을 것으로 예상한다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구의 필요성 ... 4
• 2) 연구의 목표 ... 4
• 3) 최종 연구 목표 ... 5
• 4) 연구 내용 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 1) 농작업 동작 분석 및 보조 가능한 텐던의 강성 연구 ... 7
• 2) 제동 메커니즘 개발 ... 9
• 3) 텐던의 신체 연결 구조 개발 ... 10
• 4) 제동 메커니즘을 이용한 착용형 로봇 시제품 개발 및 성능검증 ... 13
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 16
• 4. 참고문헌 ... 16
• 5. 연구성과 ... 17
• 대표적 연구실적 ... 18
• 끝페이지 ... 23