초록 ▼

□ 연구개요
본 연구의 목표는 경량화된 사족 보행로봇의 개발로, 이를 위해 인공 근육 액추에이터 기술과 텐세그리티 구조를 활용하여 무게와 비용을 최소화하였으며, 레귤레이터, 솔레노이드 밸브, 그리고 릴레이 모듈을 이용한 공압 시스템을 도입하여 다양한 환경에서 작업을 수행할 수 있도록 설계되었다. 이를 통해 본 연구에서는 소형 감압식 액추에이터로 동작하는 텐세그리티 구조 다리를 가진 사족 보행 로봇을 개발하였으며, 실험을 통해 잠재적 가능성을 평가하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
감압식 액추에이터는 75% 수

□ 연구개요
본 연구의 목표는 경량화된 사족 보행로봇의 개발로, 이를 위해 인공 근육 액추에이터 기술과 텐세그리티 구조를 활용하여 무게와 비용을 최소화하였으며, 레귤레이터, 솔레노이드 밸브, 그리고 릴레이 모듈을 이용한 공압 시스템을 도입하여 다양한 환경에서 작업을 수행할 수 있도록 설계되었다. 이를 통해 본 연구에서는 소형 감압식 액추에이터로 동작하는 텐세그리티 구조 다리를 가진 사족 보행 로봇을 개발하였으며, 실험을 통해 잠재적 가능성을 평가하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
감압식 액추에이터는 75% 수축률에서 40kPa 감압을 적용하여 105N의 수축력을 달성하였으며, 최대 81%의 수축률을 달성했다. 실제 텐세그리티 모듈에 적용된 액추에이터를 사용할 때는 70kPa 감압이 적용되었기 때문에 측정된 수치보다 훨씬 큰 힘을 발생시켰으며, 목표했던 70% 수축률과 100N 이상의 수축력을 달성했다.
센싱 정확도는 외부에서 약한 빛, 강한 빛, 깜빡이는 빛 세 가지 유형의 광교란 상태에서 액추에이터의 목표 길이를 sine파로 입력하여 위치 제어를 수행했다. 실험 결과 RMSE 값이 약 0.4mm로 측정되었고, 이는 액추에이터의 최소 수축거리인 20mm에 대한 목표 정확도 5%를 적용한 값인 1mm보다 매우 낮은 수치로서, 목표한 정확도를 성공적으로 달성했다.
가변탄성은 인장력 시험기를 사용하여 인장 변위에 따른 저지력을 측정했다. 결과적으로 자연 길이의 95%까지 증가하여 70kPa 감압 시 최대 574.5N의 힘을 발생시켰으며, 대기압 상태일 때의 강성 대비 27배 증가하여 목표한 5배보다 높은 강성 증가율을 달성했다.
위치 정확도는 다리를 접은 상태와 펴진 상태에 대한 상승 시간, 최대 과도 반응, 설정 시간, 안정 상태에서 10초 동안의 평균 오차와 오차의 표준 편차를 측정하여 제어기의 성능을 평가했다. 목표 회전각에 대한 실제 회전각의 오차는 모두 0.1° 이내로, 목표한 5° 오차보다 훨씬 낮은 수치로서 높은 제어 정확도를 보여주었다.
보행 실험은 Trot 보행 방식을 사용하여 진행되었다. 실험 결과로는 로봇 몸체 길이의 48.75%에 해당하는 39cm의 보폭을 가지고, 속도는 3.23cm/s이며 62초 동안 200cm의 거리를 성공적으로 보행했다.
등반 실험은 10° 각도인 경사면 170cm를 등반하는 방식으로 진행되었다. 이를 위해 Trot 보행 방식 대신 다리를 하나씩 동작시켜 보행하는 방식으로 변경하여 경사에 따른 로봇의 무게 중심 변화에 대응했다. 실험 결과로는 제작된 로봇이 성공적으로 경사면을 등반하는 것을 확인할수 있었다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
인공 근육과 텐세그리티 구조를 활용한 본 연구의 결과물은 기존의 모터 기반 사족보행 로봇이 가지고 있던 무거운 무게와 높은 비용 문제를 성공적으로 해결했다. 이연구에서 채택된 인공 근육 기술과 텐세그리티 구조는 실제 동물의 뼈와 근육의 형태 및 움직임과 유사하여, 추가적인 연구를 통해 더 유연하고 민첩한 동물의 움직임을 모방하는 생체 모방 로봇으로의 활용 범위를 확장할 수 있다.
또한, 본 연구에서 사용된 소재로는 EcoFlex와 PVC 필름과 같은 유연하고 부드러운 재료가 다수 활용되었는데, 이는 미래에 인간과 로봇이 함께 작업하는 산업 현장에서 발생할 수 있는 충돌 문제를 근본적으로 해결할 수 있을 것이다. 따라서 본 연구의 결과물은 향후 산업 현장의 요구를 충족시킬 수 있는 저비용 경량 사족 보행 로봇으로 기대되며, 이는 사고 현장 조사, 터널 탐사, 수색 및 구조 작업과 같은 다양한 분야에서 사용될 것으로 예상된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 7
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 7
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 11
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 12
• 6. 자체점검표 ... 12
• 7. 참고문헌 ... 12
• 끝페이지 ... 30