초록 ▼

연구개발 목표 및 내용
최종 목표
• 산업종사자의 근골격계 질환 감소를 위한 유연구동 착용로봇 개발 및 이를 통한 제조업 부흥과 국민보건복지 향상에 기여
전체 내용
• 착용감이 편안한 저가형 근력보조용 상지 유연구동 착용로봇 개발을 통한 착용로봇 대중화 선도

1단계
(해당 시 작성)
목표
• 중량물을 운반하는 산업종사자(마트, 택배, 물류창고, 제조업 근무자 등)의 근골격계 질환 감소를 위한 근력보조용 유연구동 착용로봇 개발
• 멀티코어 프로세서기반 단일 제어기를 이용한 다축

연구개발 목표 및 내용
최종 목표
• 산업종사자의 근골격계 질환 감소를 위한 유연구동 착용로봇 개발 및 이를 통한 제조업 부흥과 국민보건복지 향상에 기여
전체 내용
• 착용감이 편안한 저가형 근력보조용 상지 유연구동 착용로봇 개발을 통한 착용로봇 대중화 선도

1단계
(해당 시 작성)
목표
• 중량물을 운반하는 산업종사자(마트, 택배, 물류창고, 제조업 근무자 등)의 근골격계 질환 감소를 위한 근력보조용 유연구동 착용로봇 개발
• 멀티코어 프로세서기반 단일 제어기를 이용한 다축 전기/기계 통합형 고성능 시스템 제어기술 개발
• 착용감이 편안하고 탈/착용이 용이한 인체공학적 착용로봇 메커니즘 개발
• 중량물을 파지할 때 발생하는 손가락 움직임을 감지 가능한 장갑협 입력장치를 이용한 직관적인 사용자 의도파악 기술 개발
• 착용감이 불편하고 높은 제조원가를 요구하는 강체기반의 기존 착용로봇을 유연소재 기반으로 대체하여, 편안한 착용감 보장과 원가절감형 착용로봇 개발을 1단계 목표로 함
내용
• 유연구동 상지착용로봇의 전기기기 제어 핵심기술 개발
- 멀티코어 프로세서를 이용한 다축 모터 및 다물체 동역학 통합제어기술 개발
- 유연구동 착용로봇의 핵심 제어 기술인 유연구동 제어기술 원천기술 확보
- 실험 데이터, 생체공학적 인간 모델, 착용로봇 모델의 수학적 상관관계 도출
- 착용로봇 시작품에 개발된 고성능 제어 알고리즘 탑재 후 시스템 성능 시험
- 착용로봇 제어 시스템 수치해석과 실험 결과 비교 분석을 통한 제어 정밀도 향상
- 사용성 평가를 통한 다축 동역학 제어기 성능 신뢰성 검증
• 인체공학적 착용로봇 메커니즘 및 사용자 의도파악 기술 개발
- 가상 앵커의 최적 위치 선정을 통한 인체공학적 착용로봇 메커니즘 설계
- 착용의 편리성을 고려한 유연구동 동력전달장치 설계
- 유효성 검증을 위한 장갑형 입력 장치 및 근전도 신호 측정 장치 개발
- 기기 사용성 평가 실험을 통한 유연구동 착용로봇의 편안한 착용감 검증
- 장갑형 사용자 의도파악 장치 모듈의 신뢰성 검증 및 인쇄 회로기판 수정
• 사용성 평가 가능한 수준의 유연구동 착용로봇 시작품 개발
- 참여연구원을 대상 실험을 통한 유연구동 상지착용로봇 성능 고도화
- 손바닥 기준 1.2 kg 이상의 보조력을 인가 가능한 유연구동 착용로봇 시작품 개발
- 중량 4.0 kg 미만의 착용로봇 개발을 통한 편안한 착용감과 신속한 탈/착용 보장
- 10명 이상 일반인을 대상으로 개발품의 기기 사용성 평가
- 유연구동 상지착용로봇 상용품의 최종 설계안 도출

해당 연도
목표
• 중량물을 운반하는 산업종사자(마트, 택배, 물류창고, 제조업 근무자 등)의 근골격계 질환 감소를 위한 근력보조용 유연구동 착용로봇 요소기술 개발
• 싱글코어 프로세서기반 단축 모터 구동 제어기 개발
• 착용감이 편안하고 탈/착용이 용이한 인체공학적 착용로봇 메커니즘 개발
• 중량물을 파지할 때 발생하는 손가락 움직임 분석을 통한 장갑협 입력장치 설계안 도출
내용
• 유연구동 상지착용로봇의 전기기기 제어 핵심기술 개발
- 1 자유도 실험 장치를 이용한 실험 데이터와 착용로봇의 수학적 모델을 이용한 시스템 모델 수립
- 싱글코어 프로세서를 이용한 다축 모터 및 다물체 동역학 통합제어기 회로 설계 및 실험용 인쇄기판 제작
- 실험을 통한 단축 제어기의 이론적 해석 및 제어 알고리즘 개발
- 1 자유도 위치 제어 성능 평가
• 인체공학적 착용로봇 메커니즘 및 사용자 의도파악 기술 개발
- 중량물 운반자의 상지 관절 운동 범위에 관한 문헌 조사 및 실험 데이터 분석
- 가상 앵커의 최적 위치 선정을 통한 인체공학적 착용로봇 메커니즘 설계
- 착용의 편리성을 고려한 강체/유연소재기반 동력전달장치 설계
- 유효성 검증을 위한 외팔의 근전도 신호 측정 장치 개발
• 사용성 평가 가능한 수준의 유연구동 착용로봇 시작품 개발
- 기기 중량 4 kg(배터리, 케이스 미포함) 미만, 손바닥 기준 1.0 kg 이상의 보조력을 인가 가능한 유연구동 착용로봇 시작품 개발
- 유연구동 착용로봇 개발을 통한 편안한 착용감과 신속한 탈/착용 보장

연구개발성과
• 상지 착용로봇의 구성요소인 액추에이터 모듈(2개), 제어장치(2개), 장갑형 입력장치(2개)를 결합한 1차 시작품 제작
• 저울을 이용하여 제작된 1차 시작품의 무게를 측정한 결과 3.49 kg로 측정됨
• 상지 착용로봇 시작품에 부착된 액추에이터 모듈을 허용하중 실험 장치에 결합하고, 실험 장치 말단에 2 kg 무게 추를 장착한 후 엑추에이터 모듈 구동
• 구동 모터 드라이브에서 발생된 모터 전류, 위치 값 취득과 이상 없이 2 kg 허용하중에서 정상 동작하는 것을 육안으로 확인
• 싱글 코어를 이용한 단축 모터 전류 제어 동작 주파수 40 kHz 확인
• 8번의 전류제어 시에 1번의 상위제어기를 작동시켜 5 kHz로 동작하는 것을 확인
• 1 개 코어에서 센서값 취득->제어기 연산-> PWM 발생을 순차적으로 반복으로 실행
• 1 개 코어에서 상기 연산별 소요시간을 토글 신호로 발생시켜 이를 오실로스코프로 확인

연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
• 인간-로봇 상호작용에 용이한 고성능 유연구동 제어기술 개발을 통한 학술적 파급효과 기대
• 착용로봇용 고성능 전기기기 제어장치는 상지/하지/전신 착용로봇으로 확장 가능하며 해당분야의 핵심기술임
• 고성능 제어기가 적용된 저가형 유연구동 착용로봇 개발을 통한 착용로봇 대중화 선도
• 국내 대학병원, 산업체 안전보건팀 및 개인 사용자 등을 대상으로 홍보 및 상용화 추진
• 제조 산업 종사자뿐만 아니라 재활/의료기기로 확장 가능한 비즈니스 모델 수립
• 제조 산업체의 경우, 중량물 운반자의 안전, 직원 복지, 근골격계 질환율 감소를 통한 산재비용 절감 할 수 있고, 추후 근골격계 질환으로 예측되는 사고를 미연에 방지할 수 있는 저가형 착용로봇을 공급
• 병원의 경우, 독립적인 상지 움직임이 불편한 장애인, 고령자, 환자에게 착용형 로봇을 보급, 또는 적재적소에 배치함으로써 환자에게는 재활 치료의 효능을 보장하고, 병원 경제적 측면에서는 환자 보조자가 필요 없기 때문에 인건비를 최소화 할 수 있음
• 의료 보조기기 제조회사의 경우, 노약자를 대상으로 한 제품 고급화 및 맞춤형 기술 개발 전략을 통해 제조업종사자/노약자/장애인용/간호사 보조기기산업 시장을 초기 선점

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 2
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 가. 연구개발 기술의 개요 ... 5
• 나. 해결하고자 하는 핵심 문제(기술적 측면) ... 6
• 다. 문제점의 해결 방법 ... 8
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 10
• ① (기구부) 시스템 분석 및 1차 시작품 개발을 통한 기기중량 및 허용하중 평가 ... 11
• ② (제어부) 착용로봇용 모터 드라이브 회로기판 및 펌웨어 개발 ... 12
• ③ (입력부) 사용자 의도 파악을 위한 장갑형 입력장치 개발 ... 13
• ④ 역동역학 제어에 유리한 유연구동 착용로봇 메커니즘 최적 설계 ... 14
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 15
• 1) 정성적 연구개발성과 ... 15
• 2) 정량적 연구개발성과 ... 16
• 3) 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
• 4) 계획하지 않은 성과 및 관련 분야 기여사항 ... 22
• 5) 연구개발비 사용실적 ... 22
• 4. 다음 연도 연구개발계획 ... 23
• 1) 연구개발 목표 및 내용 ... 23
• 2) 국내외 관련 분야 환경변화 ... 23
• 3) 연구개발 추진전략 ... 24
• 4) 연구개발 일정 및 기대 성과 ... 25
• 5) 연구개발비 사용 계획 ... 26
• 6) 사업화 추진 계획 ... 26
• 7) 연구개발 성과의 활용방안 및 기대효과 ... 27
• 증빙자료 ... 28
• 끝페이지 ... 32