본 논문은 물리적 운동에 필요한 하중을 제공하기 위해 토크 제어를 통해 원하는 장력을 생성할 수 있는 새로운 액추에이터를 제안한다. 필요한 모터 토크 수준을 줄이기 위해, 본 액추에이터 설계에는 스프링을 통합하여 토크(따라서 장력)가 모터뿐만 아니라 스프링에서도 생성될 수 있도록 한다. 제안된 메커니즘은 Parallel Elastic Actuator (PEA)의 한 유형으로서, 모터, 스프링, 감속기(reduction gear)로 구성된다. 본 논문에서는 PEA의 작동 원리를 올바르게 이해하기 위해 PEA에 대한 동적 모델과 분석을 개발한다. 개발된 모델에 기초하여 제안 메커니즘에 대한 정밀한 분석을 수행한다. 모터 토크를 효율적으로 활용하면서도 큰 토크를 생성하기 위해 스프링의 특성과 기어비(gear ratio)의 최적 특성을 결정한다. 또한 이러한 최적 설계에 더해, PEA의 동적 특성을 고려하여 제안된 액추에이터 모듈에 대한 힘 제어기를 개발한다. 마지막으로, 제안된 PEA 및 제어기의 성능은 실험을 통해 검증된다.

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