• 한국지능시스템학회논문지
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• 제21권1호
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• pp.80-85
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• 2011

본 논문은 인휠형 휠체어에 있어 휠 림에 걸리는 외력을 차량의 전압과 회전 속도를 통해 예측하고 이를 통해 각 바퀴에 사용자의 힘에 따라 차량의 방향 및 속도를 제어할 수 있도록 고안된 제어기 설계에 관한 논문이다. 최근 노인 인구의 증가로 인해 노인 및 장애인을 위한 이동기기에 대한 관심이 증가되고 있다. 특히 많은 수의 고령자들이 휠체어를 이용하고 있다. 하지만 고령자의 경우 수동 휠체어 사용 시 국내 지형상의 문제로 인해 구동에 어려움을 겪는다. 또한 전동 휠체어의 경우 조이스틱으로 구동하므로 하체 근력 약화로 인해 휠체어를 이용하는 고령자의 경우, 상체 근력 또한 약화될 수 있다. 이를 극복하기 위해 림(rim)에 힘이 가해지는 힘의 크기를 파악하여 이에 상응하는 모터를 구동시키는 힘 보조형 인휠 전동기에 대한 연구가 진행되고 있다. 하지만 대부분의 힘 보조형 인휠 전동기의 경우 힘의 크기를 측정하기 위한 센서 모듈이 장착되어야 하며 이를 위해 힘의 크기를 측정하기 위한 별도의 림을 설계해야 하는 등 기구적 장치가 요구된다. 이에 본 논문에서는 이러한 힘의 크기를 측정하기 위한 림 설계 대신에 모터의 수학적 모델을 기초로 모터에 전달되는 전압과 바퀴의 현재 속도를 토대로 인휠형 모터에 걸리는 외력을 추정하고 이를 토대로 사용자의 이동 속도와 방향을 추정하여 모터를 이동시킬 수 있도록 하였다. 본 논문은 제안된 수학적 모델을 기초로 사용자의 구동 의지력을 정확하게 측정할 있었다. 또한 이를 기초로 한 제어기를 적용할 경우 인휠 휠체어를 사용자의 의지에 따라 이동할 수 있음을 시뮬레이션을 통해 검증하였다.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제7권2호
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• pp.146-151
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• 2001

The importance of sensing the force and torque with arbitrary direction and magnitude is becoming more crucial for robotic applications and manufacturing automations. Recently, several designs of a multi-axis force-torque sensor have been tried to sense this force and torque. This paper deals mainly with the signal processing of a six-axis force-torque sensor using cross-shaped elastic structures with circular holes. In this paper, we show principle of sensing force and torque, the signal processing methodology, and efficient methods of seeking strain gage positions in the sensor structure. The validity of the proposed method is shown via experiments.

• 한국컴퓨터정보학회:학술대회논문집
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• 한국컴퓨터정보학회 2014년도 제50차 하계학술대회논문집 22권2호
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• pp.17-18
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• 2014

현대사회와 미래사회는 가속화되어지는 IT기술에 의해서 융합되어진 작업의 효율 및 성능의 발전이 이슈화되고 있다. 따라서 1990년대부터는 군사 및 재활분야와 함께 제조업 및 유통업 등 전반적인 산업 모두에서 근력보조기구에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 과거에는 일반인이 무거운 짐을 운반하는 것을 완전한 로봇이 대체하거나 몸이 불편한 사회적 약자가 휠체어 및 지팡이 또는 전동 휠체어와 같은 보조 개념이 아닌 완전한 대체의 개념을 가지고 있었다. 그러나 웨어러블이 대두됨에 따라 기계와 인체가 합쳐지는 상호작용 근력보조기구가 탄생했다. 근력보조기구는 힘/토크 센서를 통한 인간과 로봇간의 상호작용에 의해 인간의 다양한 상지 및 하지 동작을 구현할 수 있는 근력 강화용 웨어러블 로봇 등이 있다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제41권8호
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• pp.771-782
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• 2017

본 논문은 노약자들의 발목근력보조를 위한 착용형 로봇에 대해서 서술하였다. 기존 착용형 로봇들은 보행 시 필요한 근력을 보조하기 위해 대부분 모터와 감속기를 사용하였다. 하지만 모터와 감속기의 조합은 무게가 무거울 뿐만 아니라 감속기 치차의 마찰때문에 실제 사람의 근육과 달리 강성과 토크를 동시에 제어하기 어려운 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 모터/감속기 조합보다 가볍고 안전하며 근력을 보조하는 힘을 충분히 발휘할 수 있는 Mckibben 공압 근육을 사용하였다. 발목의 피칭 모션에 이용되는 종아리 가자미근 및 앞정강근의 힘을 한 쌍의 공압 근육을 사용한 상극구동으로 보조하였으며, 상극구동제어를 위해 상극구동 모델 파라미터들을 실험적으로 도출하였다. 사용자의 보행의지를 판단하고자 발바닥에 부착된 압력변위센서로 압력과 압력중심위치를 측정하여 발바닥의 하중과 발목토크를 계산하였고, 이를 기반으로 공압 근육 관절의 강성과 토크를 동시에 제어하였다. 최종적으로, 트레드밀에서 근전도 신호를 측정하여 발목근력보조로봇의 성능을 실험적으로 입증하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제22권2호
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• pp.353-364
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• 1998

This paper describes the design processes and evaluation results of a small-sized six-axis force/torque sensor. The new six-axis force/torque sensor including S-type structure has been developed using a parallel plate structure as a basic sensing element. In order tominimize coupling errors, the location of strain gages has been determined based on the finite element analysis and the connections of strain gages have been made such that the bridge circuit with 4 strain gages becomes balanced. Several design modifications result in a similar strain sensitivity for six-axis forces and moments, and the reduced coupling errors of 2.6% FS between each forces and moments. Calibration test results show that the six-axis load cell developed which has light weight of 135g and the maximum capacities of 196 N in forces and 19.6 N.m in moments is estimated to be within 7.1% FS in coupling error.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제20권11호
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• pp.1147-1152
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• 2014

This paper describes the design of a four-axis force/torque sensor with PSPBs (Parallel Step Plate Beams). The sensor is composed of eight PSPBs, a force/torque transmitting block, and fixing blocks. It is designed by using the FEM(Finite Element Method), and fabricated by using strain gages. The characteristic tests of the sensor are carried out, and the interference error, repeatability error, and non-linearity error are less than 2.21%, 0.03% and 0.03%. Furthermore, the structure of the four-axis force/torque sensor with PSPBs has a larger rated capacity than that of the four-axis force/torque sensor with PPBs under the same overall sensor size and the same rated output. It is thought that the developed four-axis force/torque sensor with PSPBs can be used for measuring the forces and torques in an intelligent robot, automation devices, etc.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제22권7호
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• pp.524-529
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• 2016

We describe the design and fabrication of a two-axis force/torque sensor with parallel-plate beams (PPBs) and single beams for measuring force and torque in hip-joint rehabilitation exercise using a lower rehabilitation robot. The two-axis force/torque sensor is composed of an Fz force sensor and a Tz torque sensor, which detect z direction force and z direction torque, respectively. The two-axis force/torque sensor was designed using the FEM (Finite Element Method) and manufactured using strain gages. The characteristics experiment of the two-axis force/torque sensor was carried out. The test results show that the interference error of the two-axis force/torque sensor was less than 0.64% and the repeatability error and the non-linearity of the two-axis force/torque sensor were less than 0.03%. It is thought that the developed two-axis force/torque sensor could be used for a lower rehabilitation robot.

• 로봇학회논문지
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• 제13권1호
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• pp.55-62
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• 2018

In this paper, a method for estimation of external force on an end-effector using joint torque sensor is proposed. The method is based on portion of measure torque caused by external force. Due to noise in the torque measurement data from the torque sensor, a recursive least-square estimation algorithm is used to ensure a smoother estimation of the external force data. However it is inevitable to create a delay for the sensor to detect the external force. In order to reduce the delay, modified recursive least-square is proposed. The performance of the proposed estimation method is evaluated in an experiment on a developed six-degree-of-freedom robot. By using NI DAQ device and Labview, the robot control, data acquisition and The experimental results output are processed in real time. By using proposed modified RLS, the delay to estimate the external force with the RLS is reduced by 54.9%. As an experimental result, the difference of the actual external force and the estimated external force is 4.11% with an included angle of $5.04^{\circ}$ while in dynamic state. This result shows that this method allows joint torque sensors to be used instead of commonly used external sensory system such as F/T sensors.

• 로봇학회논문지
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• 제15권4호
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• pp.309-315
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• 2020

This study shows a control strategy that acquires both precision and manipulation sensitivity of remote center motion with manual traction for a surgical assistant robot. Remote center motion is an essential function of a laparoscopic surgical robot. The robot has to keep the position of the insertion port in a three-dimensional space, and general laparoscopic surgery needs 4-DoF (degree-of-freedom) motions such as pan, tilt, spin, and forward/backward. The proposed robot consists of a 6-axis collaborative robot and a 2-DoF end-effector. A 6-axis collaborative robot performs the cone-shaped trajectory with pan and tilt motion of an end-effector maintaining the position of remote center. An end-effector deals with the remaining 2-DoF movement. The most intuitive way a surgeon manipulates a robot is through direct teaching. Since the accuracy of maintaining the remote center position is important, direct teaching is implemented based on position control in this study. A force/torque sensor which is attached to between robot and end-effector estimates the surgeon's intention and generates the command of motion. The predefined remote center position and the pan and tilt angles generated from direct teaching are input as a command for position control. The command generation algorithm determines the direct teaching sensitivity. Required torque for direct teaching and accuracy of remote center motion are analyzed by experiments of panning and tilting motion.