로봇핸드를 위한 소형 능동가변모드 줄꼬임 구동기 설계 및 제어

Abstract

본 논문에서는, 줄 꼬임 메커니즘을 응용한 새로운 개념의 로봇 핸드용 구동 메커니즘인 능동가변모드 줄꼬임 구동 메커니즘을 제시한다. 이 메커니즘을 통해, 로봇 핸드는 복잡하고 부피가 큰 기어변속 시스템 없이 상황에 따라 큰 힘과 빠른 속도를 낼 수 있다. 이 구동 메커니즘은 본 연구의 선행연구인 듀얼모드 줄꼬임 구동기에서 발전된 메커니즘이다. 기존의 선행 연구인 듀얼모드 줄꼬임 구동기에서는 다음과 같은 두 가지 문제가 존재하였다. 첫 번째로, 수동형 브레이크로 인해 모드 전환과정에 상당한 결점이 존재한다. 모드 전환 조건이 오직 수동형 브레이크의 마찰계수에만 의존하기 때문에 모드 전환 시점에 일관성이 없고 모드 전환을 능동적으로 할 수 없다. 두 번째로, 풀림 과정이 너무 복잡하다. 수동형 브레이크로 인하여, 폄 동작을 위한 풀림 과정에서 줄을 풀었다 꼬았다 하는 반복동작이 반드시 생기게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 우리는 능동가변모드 줄꼬임 구동기를 제시 하였다. 제시된 메커니즘은 기존의 듀얼모드 줄꼬임 구동기에 저 전력의 소형 모터를 추가하여 모드 전환을 위한 클러치로 작동하도록 하였다. 이러한 간단한 메커니즘을 통하여, 수동형 브레이크로부터 발생하는 문제들이 완전하게 해결되었다. 더불어, 다양한 제어 방법이 로봇 핸드의 운영 전략에 적용될 수 있게 되었다. 또한, 능동가변모드 줄꼬임 구동기의 장력 측정을 위한 포터 인터럽터 기반의 힘 센서를 개발하였다. 최종적으로 이러한 요소기술을 종합하여 능동가변모드 줄꼬임 구동기와 힘 센서가 내장된 로봇 손가락을 만들어 외부의 힘에 따라 능동적으로 모드를 전환할 수 있는 로봇 손가락 실험을 통해, 본 논문에서 제시하는 메커니즘을 검증하였다.