본 연구는 전통적인 고정식 부착 방식에서 비롯되는 사용자 불편감을 완화하기 위한, 웨어러블 로봇용 새로운 조절형 체결 메커니즘을 제시한다. 편조 슬리브(braided sleeves)의 독특한 가위(scissoring) 효과를 활용함으로써, 축 방향 조작이 반경 방향 크기 제어로 효과적으로 전환될 수 있음을 입증하였으며, 이를 통해 체결력을 정밀하게 조절할 수 있음을 보여주었다. 상용 편조 슬리브의 크기 제한을 해결하기 위해, 다수의 편조 슬리브 시트를 결합하여 대면적 체결 구조를 개발하였다. 또한, 와이어 텐던(wire tendon) 시스템을 도입하여 일상 모드(Daily Mode: 체결-해제)와 운동 모드(Exercise Mode: 체결-조임) 모두에서 능동적으로 작동할 수 있도록 하였다. 인체형(anthropomorphic) 모델에 대한 실험 결과, 본 조절형 체결 구조는 체결력의 가변성을 제공하며, 운동 모드와 일상 모드 간 4.8배의 차이를 구현하였다. 본 연구는 편조 슬리브의 포아송비(Poisson's ratio) 특성을 활용하여 동적 체결을 구현하는 새로운 접근을 제시하고, 대면적 구조 제작의 과제를 해결하며, 웨어러블 로봇 응용에서 사용자 편안함과 순응도(compliance)를 향상시키는 데 기여한다

, HRV 신호, 그리고 통증 정량화 및 예측을 위한 생체신호 특징들의 조합.

바퀴는 구조가 단순하고 에너지 효율이 높아 이동 로봇 및 운송 시스템에서 동력 이동을 위해 널리 사용되어 왔다. 그러나 장애물을 극복하는 데 있어 바퀴의 성능은 일반적인 평탄 지면에서 구동하는 데서 얻을 수 있는 장점에 비해 제한적이다. 여기서는 액체 방울의 표면장력에서 영감을 받은 가변 강성 바퀴를 제시한다. 액체 방울에서 바깥쪽 액체 분자들 사이의 응집력이 증가하면, 액체 분자들을 안쪽으로 끌어당기는 순힘 또한 증가한다. 그 결과 표면장력이 높아져, 중력에 의해 유도된 왜곡된 형상에서 다시 원형으로 되돌아간다. 이와 유사하게, 바퀴의 형상과 강성은 바깥쪽의 스마트 체인 블록에서 구동력(traction force)을 변화시켜 제어하였다. 각 체인 블록에 연결된 와이어 스포크의 인장(tension)이 증가할수록, 바퀴의 특성은 일반적인 원형-강성 바퀴의 특성을 반영하였는데, 이는 일반적인 평탄 지면에서 고속 주행에 유리하다. 반대로 와이어 스포크의 인장이 감소하면 바퀴의 탄성률(modulus)이 낮아지고, 바퀴는 장애물의 형상에 따라 쉽게 변형되었다. 이러한 특성은 복잡한 제어 또는 감지 시스템을 필요로 하지 않고도 장애물 극복에 적합하게 만든다. 이러한 메커니즘을 바탕으로, 120킬로그램의 질량을 갖는 2륜 휠체어 시스템에 바퀴를 적용하였으며, 휠체어를 실외 환경에서 구동하는 동안 원형의 고탄성률 상태와 변형 가능한 저탄성률 상태 간의 상태 전이가 실시간으로 구현되었다.

그리고 평균 SCL은 효과적인 지표임이 입증되었다. 이러한 분석 결과는 재활 로봇의 결합 부위에 대한 편안함 평가에 초점을 맞춘 연구에 매우 유용할 것이다.

본 연구는 전통적인 고정식 부착 방식에서 비롯되는 사용자 불편감을 완화하기 위한, 웨어러블 로봇용 새로운 조절형 체결 메커니즘을 제시한다. 편조 슬리브(braided sleeves)의 독특한 가위(scissoring) 효과를 활용함으로써, 축 방향 조작이 반경 방향 크기 제어로 효과적으로 전환될 수 있음을 입증하였으며, 이를 통해 체결력을 정밀하게 조절할 수 있음을 보여주었다. 상용 편조 슬리브의 크기 제한을 해결하기 위해, 다수의 편조 슬리브 시트를 결합하여 대면적 체결 구조를 개발하였다. 또한, 와이어 텐던(wire tendon) 시스템을 도입하여 일상 모드(Daily Mode: 체결-해제)와 운동 모드(Exercise Mode: 체결-조임) 모두에서 능동적으로 작동할 수 있도록 하였다. 인체형(anthropomorphic) 모델에 대한 실험 결과, 본 조절형 체결 구조는 체결력의 가변성을 제공하며, 운동 모드와 일상 모드 간 4.8배의 차이를 구현하였다. 본 연구는 편조 슬리브의 포아송비(Poisson's ratio) 특성을 활용하여 동적 체결을 구현하는 새로운 접근을 제시하고, 대면적 구조 제작의 과제를 해결하며, 웨어러블 로봇 응용에서 사용자 편안함과 순응도(compliance)를 향상시키는 데 기여한다

, HRV 신호, 그리고 통증 정량화 및 예측을 위한 생체신호 특징들의 조합.

바퀴는 구조가 단순하고 에너지 효율이 높아 이동 로봇 및 운송 시스템에서 동력 이동을 위해 널리 사용되어 왔다. 그러나 장애물을 극복하는 데 있어 바퀴의 성능은 일반적인 평탄 지면에서 구동하는 데서 얻을 수 있는 장점에 비해 제한적이다. 여기서는 액체 방울의 표면장력에서 영감을 받은 가변 강성 바퀴를 제시한다. 액체 방울에서 바깥쪽 액체 분자들 사이의 응집력이 증가하면, 액체 분자들을 안쪽으로 끌어당기는 순힘 또한 증가한다. 그 결과 표면장력이 높아져, 중력에 의해 유도된 왜곡된 형상에서 다시 원형으로 되돌아간다. 이와 유사하게, 바퀴의 형상과 강성은 바깥쪽의 스마트 체인 블록에서 구동력(traction force)을 변화시켜 제어하였다. 각 체인 블록에 연결된 와이어 스포크의 인장(tension)이 증가할수록, 바퀴의 특성은 일반적인 원형-강성 바퀴의 특성을 반영하였는데, 이는 일반적인 평탄 지면에서 고속 주행에 유리하다. 반대로 와이어 스포크의 인장이 감소하면 바퀴의 탄성률(modulus)이 낮아지고, 바퀴는 장애물의 형상에 따라 쉽게 변형되었다. 이러한 특성은 복잡한 제어 또는 감지 시스템을 필요로 하지 않고도 장애물 극복에 적합하게 만든다. 이러한 메커니즘을 바탕으로, 120킬로그램의 질량을 갖는 2륜 휠체어 시스템에 바퀴를 적용하였으며, 휠체어를 실외 환경에서 구동하는 동안 원형의 고탄성률 상태와 변형 가능한 저탄성률 상태 간의 상태 전이가 실시간으로 구현되었다.

그리고 평균 SCL은 효과적인 지표임이 입증되었다. 이러한 분석 결과는 재활 로봇의 결합 부위에 대한 편안함 평가에 초점을 맞춘 연구에 매우 유용할 것이다.

흡착 컵과 같은 접촉면에서 접착력으로부터 죄는 힘을 생성하는 수축형(astrictive-type) 집게(gripper)는 단순함과 협소한 작업 공간 때문에 집기(picking) 솔루션으로서 널리 사용되는 말단장치(end-effector)이다. 그러나 수축형 집게의 접착력은 물체 표면의 복잡도가 증가할수록 감소하므로, 평평한 표면을 가진 단순한 물체의 집기에 적용이 제한되어 왔다. 본 연구에서는 표면이 고르지 않은 매우 불규칙한 형상의 물체를 파지(grasp)하기 위한 직교이방성(orthotropic) 표면장력(surface tension)을 갖춘 전방위 다기능 벌집구조(all-round honeycomb) 수축형 집게를 제시한다. 이 설계는 문어 다리의 두 단계(거시- 및 중간-스케일) 형상 적응을 모사하는 데서 영감을 받았다. 또한 문어 다리의 기능과 유사하게 강성을 변화시키기 위해 강성 가변 구조(stiffness-variable structure)도 함께 구성하였으며, 이러한 구조들의 조합을 통해 기존의 수축형 집게로는 불가능했던 해머링, 아침 식사 제공, 예방접종(vaccination) 등 다양한 작업을 수행할 수 있게 한다.

레이어 잼 브레이크는 진공 압력에 따라 강성이 가변적이며, 두 지점 사이의 상대 운동을 제한할 수 있다. 이러한 장치는 경량이라는 특성과 하중 전달 또는 선택적 운동 제한을 위한 상당한 선형 장력을 생성할 수 있다는 점 때문에 웨어러블 응용 분야에서 큰 잠재력을 지닌다. 그러나 이들의 구조 내에 변위 센서를 통합하는 문제는 아직 해결되지 않았다. 본 논문에서는 저항성 센싱 잼 층을 갖춘 레이어 잼 시스템을 소개한다. 제안된 메커니즘은 내부에서 서로 중첩되는 센싱 잼 층의 상대 운동을 활용하여 저항의 변화를 생성하며, 이는 사용자가 상대 변위에 대해 알 수 있게 함과 동시에 마찰력을 발생시키는 역할을 한다. 이러한 센싱 방식은 장치의 메커니즘과 본질적으로 시너지적이며, 마찰을 동시에 생성하면서도 장치의 형상을 변경하지 않고 실시간 변위 측정을 가능하게 한다. 제안된 장치는 최대 1017 N의 인장력을 생성할 수 있으며, 잼 층 브레이크의 작동 전체 범위에 대해(최대 82% 변위) 변위를 감지할 수 있다. 게이지 팩터는 1.15이며, 선형성 오차는 1% 이내이다. 우리는 이 장치의 웨어러블 적용을 제어 가능한 제동 지점 알고리즘을 갖춘 장치와 상완 지지 시스템으로 시연한다.

제조 공정에서의 자동화 필요성은 변화하는 시장 수요에 쉽게 적응할 수 있는 유연 생산 시스템에 대한 수요를 창출하였다. 그러나 집게(그리퍼) 성능의 한계로 인해, 특히 서로 다른 물체를 취급하는 경우에는 여전히 많은 제조 공정에서 수작업이 필요하다. 본 논문은 산업 현장에서 사용되는 그리퍼의 분류를 제안하고, 각 그리퍼 범주의 특성을 분석한다. 물체를 집고 취급하는 효과는 사용되는 그리퍼의 유형에 따라 달라지므로, 통상적인 경계를 넘어 더 폭넓은 물체를 취급할 수 있는 그리퍼를 찾는 데 어려움이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 KIMM에서 개발한 두 가지 범용 그리퍼, 즉 충격형(impactive-type) 범용 그리퍼와 Astrictivetype 범용 그리퍼를 소개한다. 또한 산업 응용에서의 구현 과정에서 발견된 각 그리퍼의 한계를 논의하고, 이러한 한계를 극복하기 위한 연구를 제시한다. 아울러 더 넓은 분야를 커버하기 위한 가능한 해결책으로서 두 가지 유형의 하이브리드 범용 그리퍼도 소개한다. 이러한 그리퍼들을 분석함으로써, KIMM의 지속적인 연구개발 노력과 부합하는 미래 그리퍼 개발에 대한 예측을 제공한다.