초록 ▼

3. 개발결과 요약

최종목표
근력증강로봇 제어를 위한 피부부착형 온도/습도/근전도/심박센서/IMU 통합모듈 및 강건한 운동의도 인식/명령생성 기술

개발내용 및 결과
◦ 착용자의 생체신호 및 운동의도 파악을 위한 초고감도, 피부 부착형(곡률반경 5mm 이내에서 기계적, 전기적 안정성 확보) 생체신호(EMG) 통합 모듈 개발
◦ 피부부착 EMG센서는 인체의 땀에서 오는 오신호를 막기 위해 땀을 흡수할 수 있는 재질로 제작
◦ 신속/강건한 운동의도 파악을 위해서 인공피부형 EMG 센서는 인체

3. 개발결과 요약

최종목표
근력증강로봇 제어를 위한 피부부착형 온도/습도/근전도/심박센서/IMU 통합모듈 및 강건한 운동의도 인식/명령생성 기술

개발내용 및 결과
◦ 착용자의 생체신호 및 운동의도 파악을 위한 초고감도, 피부 부착형(곡률반경 5mm 이내에서 기계적, 전기적 안정성 확보) 생체신호(EMG) 통합 모듈 개발
◦ 피부부착 EMG센서는 인체의 땀에서 오는 오신호를 막기 위해 땀을 흡수할 수 있는 재질로 제작
◦ 신속/강건한 운동의도 파악을 위해서 인공피부형 EMG 센서는 인체에 부착이 용이한 Stretchable/flexible한 전극 소재를 활용하여, 또한 착용자의 근육의 위치에 따른 오차를 줄이고자 다채널 구조를 갖음
◦ 강건한 운동의도 인식을 위한 온도센서, 습도센서, 심박센서, 삼축 가속도센서, EMG센서 통합 모듈 개발
◦ 인체부착형 인공피부센서 (심박, 온도, 습도)는 착용자의 건강상태를 체크하여, 외부환경 (열사, 혹한) 및 근력증가 로봇의 오작동 시 발생하는 응급적 상황을 모니터링
◦ 생체신호와 물리 센서의 신호를 통합한 데이터 마이닝 기술개발 - 생체신호를 이용하여 빠른 운동의도 인식 및 물리센서와 융합을 통한 근력증강로봇의 강건한 제어 명령생성 기술 개발

기술개발 배경
◦ 근력증강로봇 제어에 필요한 착용자의 운동의도는 근전도 신호 등의 생체 신호를 이용하는 방법(cognitive HRI)과 구동부의 힘/토크 또는 발바닥의 압력, 관절각의 변화 등의 물리적인 신호(Force Sensor)를 이용하여 인식하는 방법(physical HRI)으로 나눌 수 있음. 인체의 운동은 뇌에서 명령을 내리고 근육이 이 명령에 따라 움 직임이 일어나게 되므로 근전도(EMG) 신호와 같은 생체신호를 이용하면 착용자의 동작의도를 빨리 인식할 수 있음.
◦ 따라서, 근력증강의 고속 기동구현을 위하여 근전도 신호를 이용하여 빠른 운동의도 인식 및 물리센서와 융합을 통한 근력증강로봇의 강건한 제어 명령생성을 위한 기술개발이 필요함.
◦ 피부부착형 다중센서 통합 모듈은 사람의 피부처럼 유연하면서, 인체의 피부에서 나오는 다양한 미센 생체신호 (근전위, 온도, 습도, 심박)을 감지하는 초박막형 부착형 인공피부 센서 개발을 하고자 함. 이를 통하여 인체의 어떤 부위도 붙일 수 있어 정확한 신호와 근피로도를 얻을 수 있어서 신속/강건한 운동의도 파악에 도움을 주고자 함. 또한, 무더운 여름이나 추운 겨울에 착용자의 건강상태를 확인하고자 다양한 생체신호 (심박, 온도, 습도)를 확인하여 착용자의 응급적 상황을 예비하고자 함. 인공피부의 소재는 상처치료용 밴드로 활용되는 실리카재질의 접착제를 활용하여 땀을 흡수하여 EMG 신호의 오작동을 방지하고자 함.

핵심개발 기술의 의의
성균관대: 레이저 패터닝 공정 기반으로 피부부착형 신축성 센서에 적용할 구조 및 공정을 신규 개발하였으며 특히 핵심 패터닝 기술을 국산화하였음.
경희대 : 다채널 피부부착형 EMG 센서 통합 모듈 개발하였으며 센서 파라미터 학습을 통하여 착용형 로봇 제어에 필요한 정확하고 신속한 관절 토크 데이터를 추정하는 기술을 연구함.
명지대: 힘 제어가 가능한 1축 근력증강로봇을 개발하였으며, 서보 구동기의 토크제어 알고리즘을 제안하였음
아주대: 다채널 피부부착형 EMG 센서 모듈과 물리센서 융합을 통해 보다 신속하고 강인한 동작의도 감지 알고리즘을 개발하였음

적용 분야
헬스케어산업, 재활 및 의료용, 군용, 산업용 착용로봇, 다관절로봇, 착용로봇

(출처 : 초록 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 13
• 목차 ... 20
• 제 1 장 서론 ... 21
• 제 1 절 과제의 개요 ... 21
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 23
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 23
• 제 2 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 26
• 제 3 절 수행 결과의 보안등급 ... 45
• 제 3 장 결과 ... 45
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 45
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 110
• 제 3 절 자체보안관리진단표 ... 113
• 제 4 장 사업화 계획 ... 114
• 제 1 절 시장 현황 및 전망 ... 114
• 제 2 절 사업화 계획 ... 117
• 제 3 절 향후 추가 기술 개발 계획(개발기술 응용 등) ... 120
• 끝페이지 ... 121