수압구동 마이크로 인공근육을 이용한 밀착형 햅틱 장갑장치 개발 = Development of slim haptic glove using hydraulic micro artificial muscles

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Haptic feedback widely means tactile feedback or force feedback. That kind of devices are called haptic devices. A haptic glove can generate forces to user''s fingers to feel a virtual object.In this paper, a wearable haptic glove system is introduced which was designed for virtual environments. Many conventional haptic devices have electrical motors and bulky exoskeleton so they have large volume and heavy weight. It is not easy to move with haptic devices.In order to reduce the weight of the system, McKibben type micro artificial muscle was used and micro hydraulic system was developed for actuating micro artificial muscles. And we developed a small pressure sensor which needs little water flux, so it optimized this system. For sensing a user''s finger angle, slim Flex sensors are used. And we designed a 3-finger slim haptic glove frame for small size and efficient force transmission from artificial muscles to user''s fingers. A controller consists of industrial PC, multifunctional I/O board and motor driver. We realize force control of McKibben artificial muscles, which is based on the force generating function of the McKibben artificial muscle.Finally, we connect haptic glove with virtual environments for verifying functionality and usability. Also we compare the slim haptic glove with conventional haptic gloves.

국문 초록 (Abstract)

햅틱 피드백(Haptic feedback)은 넓은 의미로 촉각 피드백 및 힘 피드백을 의미한다. 이런 햅틱 피드백이 가능한 장치를 햅틱 장치라고 한다. 햅틱 장갑장치는 사용자의 손에 착용하는 햅틱 장치로 사용자가 손가락으로 가상의 물체를 느낄 수 있도록 손가락에 힘을 발생시킨다. 기존의 햅틱 장갑장치는 주로 전기모터를 사용하고 부피가 큰 외골격을 가지고 있어 장치의 크기가 크고 무게가 무거워 다른 햅틱 장치와의 병행 사용이나 장치의 이동이 불가능하였다. 사용자가 장비를 착용하고 이동하면서 가상환경을 체험하는 시스템을 구성하기 위해서는 가볍고 부피가 작은 햅틱 장갑장치가 필요하다.본 논문에서는 사용자가 장치를 착용하여 이동하면서 손가락으로 가상환경을 체험할 수 있는 밀착형 햅틱 장갑장치를 제안한다. 장치의 경량화를 위해 소형, 경량의 McKibben 인공근육을 사용하였고 인공근육을 구동하기 위해 높은 압력을 발생시킬 수 있는 소형 수압장치를 개발하였다. 또한 압력을 측정하기 위한 유량의 소모가 적고 크기가 작은 소형 압력센서를 개발하였다. 사용자의 손가락 각도를 측정하기 위해 구부림 측정 센서를 사용하였고 인공근육에서 발생하는 힘을 사용자의 손에 효과적으로 전달하며 사용자의 손에 밀착되는 형태를 가지는 3지 형태의 프레임을 설계, 제작하였다. 제어기는 인공근육의 힘 발생식을 기반으로 힘제어를 구현하였다. 그리고 가상환경을 구축하여 개발한 햅틱 장갑장치와 연동하면서 장치의 기능성과 사용성을 검증하였다. 마지막으로 본 논문의 햅틱 장갑장치를 기존의 햅틱 장갑장치들과 비교, 분석하였다.