시리즈 탄성 액추에이터(SEA)는 로봇 시스템에서 충돌 안전성과 정밀한 힘 제어를 동시에 달성할 수 있는 핵심 기술로 주목받고 있습니다. 본 연구실에서는 SEA의 임피던스 제어 한계를 극복하고, 더욱 넓은 범위의 강성과 순응성을 구현하기 위한 다양한 제어 기법을 개발하고 있습니다. 특히, 임피던스 제어의 안정성과 성능 향상을 위한 새로운 가속도 추정 기법, 고강성 제어를 위한 노이즈 저감 방해 관측기, 그리고 로드 포트 기반의 패시비티 제어 프레임워크 등 혁신적인 방법론을 제시하고 있습니다. 이러한 연구는 로봇이 인간과 안전하게 상호작용할 수 있도록 하면서도, 고정밀 작업이나 복잡한 환경에서의 신뢰성 있는 동작을 가능하게 합니다. 예를 들어, SEA 기반 병렬 로봇을 활용한 인간 균형 측정 및 훈련 시스템에서는, 기존 플랫폼보다 2.38배 높은 강성 타원체를 구현함으로써, 더욱 정밀하고 다양한 균형 훈련이 가능해졌습니다. 또한, 고강성 제어를 통해 충돌 시에도 안전성을 유지하면서, 높은 제어 성능을 실현할 수 있습니다. 본 연구실의 SEA 관련 연구는 이론적 분석과 실험적 검증을 모두 아우르며, 실제 로봇 시스템에 적용 가능한 실용적인 제어 알고리즘 개발에 중점을 두고 있습니다. 이를 통해, 차세대 협동로봇, 재활로봇, 산업용 로봇 등 다양한 분야에서의 응용 가능성을 넓히고 있습니다.

로봇이 인간과 자연스럽게 상호작용하기 위해서는, 다양한 환경에서의 접촉력을 정확하게 측정하고 해석하는 기술이 필수적입니다. 본 연구실에서는 섬유 브래그 격자(FBG) 기반의 소프트 센서와 스프링 기반의 강체 액추에이터를 통합하여, 넓은 범위의 힘을 정밀하게 추정할 수 있는 새로운 힘 센싱 메커니즘과 알고리즘을 개발하고 있습니다. 이 과정에서, 딥러닝을 활용한 접촉 위치 추정과 상태공간 옵저버를 결합하여, 동적 상황에서도 높은 정확도의 힘 추정이 가능하도록 하였습니다. 이러한 통합 힘 센싱 기술은 기존의 분산형 소프트 센서와 집중형 강체 센서의 장점을 모두 살리면서, 각각의 한계를 보완합니다. 소프트 센서는 인간과의 부드러운 접촉을 가능하게 하지만, 측정 범위가 제한적이고 복원력이 낮은 단점이 있습니다. 반면, 강체 액추에이터는 넓은 힘 범위를 다룰 수 있으나, 민감한 접촉 감지가 어렵습니다. 본 연구실의 통합 접근법은 두 센서의 출력을 정교하게 융합하여, 로봇 링크 전체 영역에서 넓은 범위의 힘을 빠르고 정확하게 추정할 수 있도록 합니다. 이 기술은 인간-로봇 상호작용, 재활 및 헬스케어 로봇, 정밀 조작 로봇 등 다양한 응용 분야에서 활용될 수 있으며, 실제 실험을 통해 빠른 복원 특성과 높은 정확성을 입증하였습니다. 앞으로는 더욱 복잡한 환경에서의 실시간 힘 추정과, 다양한 센서 융합 기술로의 확장이 기대됩니다.