외골격 장치를 위한 정전기 클러치 기반 소프트 가변 강성 밴드 개발

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 외골격 로봇에 적용 가능한 정전기 클러치를 통한 가변 강성이 구현 가능한 인장 길이가 측정되는 실리콘 밴드를 개발했다. 최근 사람의 동작이나 움직임을 보조하기 위해 입을 수 있는 로봇이 개발 중이다. 외골격 로봇은 사용자의 자연 자유도에 운동학적 제한을 최소화하기 위해 낮은 기계적 임피던스로 역구동성이 보장 되어야하고, 무게를 최소화하여 사용자에게 부담이 적게 설계되야한다. 이에 딱딱하고 무거운 외골격 장치에서 벗어나 가볍고 부드러운 인체공학적인 외골격 로봇 개발이 트렌드이다. 기존의 소프트 외골격 장치는 모터나 펌프와 같이 외부 소스가 필요하며 추가적인 베터리는 사용자에 부담을 가할 수 있다. 이에 매력적인 대안으로 탄성체를 활용한 외부 전력이 필요 없는 외골격 장치가 있다. 동작 수행 중 근육 이완 시 탄성에너지를 저장하고 수축 시 탄성에너지를 소모하며 대사 비용과 근육 활성도를 낮출 수 있다. 하지만 동작의 간섭을 줄이기 위해 성능의 절충이 필요하다. 이를 극복하기 위해 다중 모드가 가능한 클러치를 활용한 외골격이 대안으로 특히, 정전기 클러치는 저전력으로 높은 성능을 보인다. 이론적 모델을 통해 적절한 밴드의 파라미터를 설정할 수 있고, 클러치 개수를 조절하여 전압과 크기를 조절하여 외골격 장치에 적합하게 구현하였다.