이 연구 주제는 다자유도 직렬 매니퓰레이터와 링크 기구에서 중력으로 인해 발생하는 부하를 기계적으로 상쇄하여, 보다 효율적이고 안전한 로봇 시스템을 구현하는 데 초점을 둔다. 연구실은 스프링 밸런서, 단위 중력보상기, 링크 기반 평형 메커니즘 등을 활용해 외부 전력 소모를 줄이면서도 로봇 관절에 걸리는 토크를 효과적으로 저감하는 설계 방법을 탐구해 왔다. 이는 산업용 로봇, 재활 로봇, 햅틱 장치와 같이 반복 동작이 많고 사용자의 직접 상호작용이 중요한 시스템에서 특히 큰 의미를 가진다. 구체적으로는 관절 공간에서 발생하는 중력 토크를 보상기 배치 공간으로 사상하는 설계 접근, 고유값 해석 기반의 보상기 수 결정, 평면 및 공간 기구에 적합한 정적 평형 구조 설계 등 이론과 실험을 아우르는 연구가 수행된다. 직렬 로봇뿐 아니라 슬라이더-크랭크, Stephenson 기구, 반구형 작업영역을 갖는 매니퓰레이터 등 다양한 메커니즘에 대해 적용 가능성을 검토하며, 실제 학술 논문과 국제학회 발표를 통해 설계 타당성을 검증해 왔다. 이러한 접근은 구동기 용량 감소, 에너지 효율 향상, 동작 부드러움 개선이라는 공학적 장점을 제공한다. 향후에는 중력보상 메커니즘을 웨어러블 로봇, 협동로봇, 의료보조 장치에 더욱 적극적으로 통합하는 방향으로 확장될 수 있다. 정적 평형 설계는 단순히 기계 요소의 최적화에 그치지 않고, 인간과 로봇이 함께 사용하는 환경에서 피로 저감과 안정성 향상에도 기여할 수 있다. 따라서 본 연구는 기구학, 동역학, 최적설계, 인간친화형 로봇공학을 잇는 핵심 기반 기술로서 연구실의 대표적인 축을 이룬다.

이 연구 주제는 사람이 직접 접촉하거나 힘을 주고받는 로봇 시스템에서 안정적이고 직관적인 상호작용을 구현하기 위한 햅틱 기술과 안전 관절 설계에 중점을 둔다. 연구실은 수동형 햅틱 장치, 에너지 기반 제어, 지연 환경에서의 안정적 햅틱 디스플레이, 관절 토크 센서를 활용한 안전 조인트 설계 등 인간 중심 로봇 기술을 지속적으로 다루어 왔다. 이러한 연구는 사용자가 로봇을 조작할 때 느끼는 힘의 자연스러움과 충돌 시의 안전성을 동시에 확보하는 데 목적이 있다. 기술적으로는 힘 반영 알고리즘, 임피던스 제어, 지연 보상, 다중속도 신호처리, 토크 감지 기반 관절 보호 메커니즘 등이 핵심 요소로 활용된다. 특히 저가 힘센서를 이용한 임피던스 제어, 안전 매니퓰레이터의 관절 구성 전략, 인간 팔 작업영역을 지원하는 마스터 시스템 설계 등의 연구는 실제 응용 가능성을 높여 준다. 이는 원격조작, 재활훈련, 교육용 시뮬레이터, 위험 환경 작업 보조 등에서 높은 활용도를 가지며, 로봇 시스템의 사용자 친화성을 향상시키는 기반이 된다. 향후 이 분야는 협동로봇, 재택 재활, 실감형 인터페이스, 디지털 트윈 기반 원격작업과 결합되며 더욱 중요해질 전망이다. 단순히 힘을 전달하는 수준을 넘어, 사용자의 의도와 상태를 해석하여 적절한 반력과 보조를 제공하는 지능형 햅틱 기술로 발전할 수 있다. 본 연구실의 햅틱 및 안전관절 연구는 기계적 안정성, 제어 신뢰성, 사용자 경험을 동시에 고려하는 통합형 인간-로봇 상호작용 연구로 평가할 수 있다.

이 연구 주제는 상지와 하지의 움직임을 보조하고 보행 훈련을 지원하는 웨어러블 로봇 및 재활 보조 장치 개발에 초점을 맞춘다. 연구실의 특허 성과를 보면 상지 보조 로봇, 하지 보조 로봇, 보행 보조 로봇용 견인장치 등 실제 사용자를 위한 장치 설계가 활발히 이루어지고 있음을 확인할 수 있다. 이러한 시스템은 근력 저하 환자, 고령자, 재활 치료 대상자의 운동 능력 회복과 일상 기능 향상을 목표로 한다. 핵심 기술로는 인체 관절 운동에 부합하는 링크 구조 설계, 중력 상쇄를 고려한 액추에이션 배치, 하중 감지를 위한 로드셀 메커니즘, 사용자 의도에 따라 힘의 방향과 크기를 조정하는 보조 제어 구조가 활용된다. 특히 상지·하지 보조 로봇 특허에서는 중력을 상쇄하면서 의도된 방향으로 힘을 발생시키는 조절 모듈 개념이 제시되어, 단순 구동이 아닌 인체 친화적 보조를 지향하고 있다. 또한 웨어러블 보행 로봇 제어 알고리즘 개발과 관련 학술발표는 기구 설계와 제어 기술이 함께 발전하고 있음을 보여준다. 앞으로 이 연구는 재활의료, 고령친화 산업, 스마트 헬스케어와의 연계를 통해 더욱 확장될 수 있다. 개인 맞춤형 보조 토크 생성, 생체신호 기반 의도 추정, 장시간 착용이 가능한 경량 구조, 실시간 안전 제어가 결합되면 실사용성이 크게 향상될 것이다. 따라서 본 연구는 로봇공학을 의료 및 복지 영역으로 확장하는 대표적인 응용 연구로서 연구실의 중요한 정체성을 형성한다.