초록 ▼

Ⅰ. 최종목표
◇ 소프트 액추에이터와 센서를 결합한 구동모듈 개발 및 이를 이용한 근력재활용 웨어러블 상지로봇 개발
○ 2차 년도: 근력 재활용 의복형 웨어러블 로봇 제작
- 구동모듈 성능 고도화
- 사용자의 움직임 및 에너지 효율을 최대화하는 제어 프로그램 개발 및 구동모듈 제어
- 의복 형태의 상지 근력 강화를 위한 소프트 구동모듈 기반 로봇 제작 (2자유도: 손목, 팔꿈치)
- 재활 전문가 그룹과 사용성 평가 설계/수행 및 근력 재활/보조프로그램 개발

Ⅱ. 연구방법
● 근력 재

Ⅰ. 최종목표
◇ 소프트 액추에이터와 센서를 결합한 구동모듈 개발 및 이를 이용한 근력재활용 웨어러블 상지로봇 개발
○ 2차 년도: 근력 재활용 의복형 웨어러블 로봇 제작
- 구동모듈 성능 고도화
- 사용자의 움직임 및 에너지 효율을 최대화하는 제어 프로그램 개발 및 구동모듈 제어
- 의복 형태의 상지 근력 강화를 위한 소프트 구동모듈 기반 로봇 제작 (2자유도: 손목, 팔꿈치)
- 재활 전문가 그룹과 사용성 평가 설계/수행 및 근력 재활/보조프로그램 개발

Ⅱ. 연구방법
● 근력 재활/보조용 의복형 웨어러블 로봇 제작
· 1차년도에 도출된 재활/보조 목표에 적합하도록 소프트 구동모듈 성능 고도화
· 소프트 구동모듈 특성 및 재활/보조 목표를 고려한 착용이 간편한 의복 형태의 상지 근력 재활/보조용 소프트 구동 모듈 기반 로봇 제작
· 근력 재활/보조 로봇은 2 자유도(손목 1 자유도, 팔꿈치 1 자유도)를 갖도록 설계
· 작동 시나리오 선정을 위해, 분기별로 1회씩 전문가와 포커스 그룹과의 자문 회의 수행
● 구동 모듈 제어 프로그램 개발
· 사용자의 움직임을 잘 인식하여 에너지 효율을 최대화시킬 수 있도록 구동 모듈 제어
· 속도(주기) 및 운동범위를 설정할 수 있도록 제어 프로그램 개발
● 사용성 평가 및 재활 프로그램 개발
· 실사용자 14명 대상 System USability Scale(SUS) 평가 및 보조 전후 토크/ROM 비교
· 제작된 로봇의 효율 및 효과에 기반한 재활/보조 프로그램 개발
● 근력 재활용 의복형 웨어러블 로봇 안전성 검증 및 의료기기 인허가를 위한 전자파 적합성 시험검사 평가
● 선행 원천기술 및 관련 지식재산권 확보

Ⅲ. 연구결과
세부 연구목표 :근력 재활용 의복형 웨어러블 로봇 제작 (2차년도)

근력 재활/보조용 웨어러블 로봇 제작
· 구동모듈의 수축 움직임을 통해 팔꿈치/아래팔 회전 움직임을 구현하는 구동 매커니즘 개발
· 어깨/팔꿈치/손목 착용부 설계를 통한 착용성 증대 및 고정력 확보
· 사용성 평가 피드백을 통한 디자인 수정 및 개선

구동 모듈 제어 프로그램 개발
· 변위 센서를 통한 피드백 제어 시스템을 이용한 제어 프로그램 개발
· 변위 센서, 온도 센서를 함께 사용하여 로봇 구동시 안전성 확보
· 유연 변위 센서를 활용한 사용자 의도 인식 시스템 개발

액추에이터 고도화
· 부위별 필요 토크/변위 충족을 위한 구동모듈 성능 고도화 (최대 4kg 하중 시 70mm 이상 수축이완)
· 구동기 절연 코팅을 통한 구동 성능 개선, 표면온도 감소, 에너지 효율 증대

사용성 평가 및 재활 프로그램 개발
· System Usability Scale(SUS) 기반 사용성 평가 수행
· 보조 전후 팔꿈치 굽힘 토크/팔뚝 회전 각도 측정 및 비교
· SUS 결과 분석 및 토크/각도 측정값 분석을 통한 재활 프로그램 개발
(1단계 : Isometric Exercise를 통한 근력 재활 -> 2단계 : 팔꿈치/어깨 고정 하 단순 움직임 재활 -> 3단계 : 실제 움직임 하 로봇 보조를 통한 ADL
보조 및 재활

의료기기 인허가를 위한 전자파 적합성 시험검사
· 구동 모듈 전자파 적합성 시험 적합 판정
· 로봇의 경우 70% 통과, 추후 재시험 예정

Ⅳ. 연구성과
∘ 논문 게재: 0 건 (1건 투고 예정)
- ’Wrist Assisting Soft Wearable Robot with Stretchable Coolant Vessel integrated SMA Muscle’ 제목으로 IEEE/ASME Transactions on Mechatronics 투고 완료 및 Revision 진행 중
∘ 특허 출원: 국내 1 건, 해외(US) 1 건
∘ 기타 성과
학술대회 참가 및 발표(IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2020, 발표명 : “Modeling and Analysis of SMA Actuator Embedded in Stretchable Coolant Vascular Pursuing Artificial Muscle”

(출처 : 요약문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 최종보고서 ... 2
• 제출문 ... 3
• 요약문 ... 4
• 목차 ... 6
• 제 1 장 연구개발의 목적 및 필요성 ... 7
• 제 1 절 연구개발의 목표 및 목표달성도 ... 7
• 제 2 절 국내외 기술 현황 ... 12
• 제 2 장 연구개발 내용 및 방법 ... 14
• 제 1 절 연구개발 내용 및 방법 ... 14
• 제 3 장 연구 결과 ... 23
• 제 1 절 1차년도 연구개발 결과 ... 23
• 제 2 절 2차년도 연구개발 결과 ... 46
• 제 3 절 연구개발 고찰 및 결론 ... 79
• 제 4 장 연구 성과 및 활용계획 ... 82
• 제 1 절 연구개발성과 ... 82
• 제 2 절 연구성과 활용계획 ... 86
• 참고문헌 ... 88
• 끝페이지 ... 92