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지능재료를 활용한 손가락 근력 보조 착용형 외골격 장갑
강민채(M. C. Kang),이혜원(H. W. Lee),한예지(Y. J. Han),한민우(M. W. Han) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
외골격 로봇은 몸에 착용하는 형태의 기계 장치로써 움직임을 보조하여 인간의 근력을 증강시키는 것이 가능하다. 특히, 외골격 장갑은 착용 후에 파지력을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 손가락 사고 이후의 재활 치료의 목적으로도 활용될 수 있다. 이 연구에서는 3D 프린팅된 외골격 장갑과 SMA (Shape Memory Alloy)를 활용하여 손가락을 보조하는 외골격 장갑을 제작하였다. 외골격 장갑의 외형을 3D 프린터로 출력하므로 사람마다 다른 손의 모양과 크기에 맞게 조절할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 외골격 장갑의 움직임을 위하여, 동력원으로 SMA 를 사용하였고 이를 통하여 구조 경량화 및 동작 발생에 필요한 정격 전압을 낮추도록 하였다. 사람의 손가락은 개별 운동이 가능하다. 이의 모사를 위하여, 외골격 장갑 구성 손가락에 개별 전원을 인가하고 각 손가락마다 움직임을 제어할 수 있도록 설계하였다. 그 중에서도 SMA 는 전원의 세기에 따라 구동 속도와 힘을 조절할 수 있어 손가락의 개별 움직임에 도움을 줄 수 있다. 손가락 지문의 마찰력과 손톱은 물체를 잡을 때에 손가락 힘을 보조하는 역할을 수행한다. 이와 마찬가지로, 외골격 장갑의 손 끝 부분이 마찰력을 가질 수 있도록 실리콘을 추가하고, 손톱의 역할을 할 수 있도록 외골격 장갑 끝 단을 구성하였다. 개발된 외골격 장갑은 인가하는 전류의 세기에 따라 힘, 속도, 최대 움직임 각도 등이 달라지며 이를 평가하기 위하여 로드셀과 휨 센서 등을 활용하였다. 향후, 외골격 장갑의 세밀한 각도 제어를 달성하여 인공 손 및 의수용으로 활용할 것으로 기대한다.