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A Fully Soft Tactile Sensor Capable of Displacement Measurement for Soft Robotic System
Y. J. Han(한예지),H. W. Lee(이혜원),M. C. Kang(강민채),M. W. Han(한민우) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
This study presents a soft sensor based on conductive fabric capable of sensing the magnitude, position of action, and degree of tension of the force acting. The sensor works using the tendency of conductive fabrics to reduce resistance when tension is applied. Conductive fabrics of a certain size (60*5 mm) are arranged between elastomer layers in a lattice pattern, and the intersection point of the conductive fabrics in which the maximum resistance decrease occurs in each of the x-axis component and the y-axis component is the position of action. The rate of decrease in resistance refers to the magnitude of the applied force or the degree of tension. By using this sensor as a switch, it was possible to control On/Off of LEDs and the color of the RGB LED could be changed by adjusting the magnitude of the force pressing the sensor. Since the sensor does not interfere with the movement of the soft actuator and has a light weight, it could contribute to improving the function of a soft robotic system such as a wearable device.
신축성 전도체와 텍스타일 구동기 개발을 위한 열과 변형률에 의한 전도성 섬유의 저항 변화
이혜원(H. W. Lee),한예지(Y. J. Han),강민채(M. C. Kang),이주희(J. H. Lee),한민우(M. W. Han) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
웨어러블 디바이스가 발전하면서 신축성 전도체와 텍스타일 구동기에 대한 수요가 증가하고 있다. 신축성 전도체와 텍스타일 구동기를 의류에 적용하면, 저항 및 전도도 등의 정보로 사용자의 심박수 및 각종 신체 정보 측정, 운동보조 등의 기능을 구현할 수 있다. 본 연구에서는 전도성 섬유, 형상 기억 합금, 폴리머로 구성된 텍스타일 구동기의 개발에 활용되는 전도성 섬유의 저항 변화 특성을 관찰하였다. 본 실험에서 사용된 전도성 섬유의 저항은 열과 변형 등에 영향을 받는데, 가열하면 저항이 증가, 냉각하면 저항이 감소하며 인장력을 가할 때 저항이 증가한다. 따라서, 개발된 텍스타일 구동기를 구성하는 전도성 섬유의 저항은 형상 기억 합금의 온도 변화와 구동기의 변형률에 따라 변화하였다. 형상 기억 합금에 인가되는 전류에 따라 변화하는 열 특성을 관찰하였고, 전류 인가량에 따른 형상 기억 합금의 구동 변형 특성을 측정하였다. 실험 결과, 구동기의 온도는 특정 한계값으로 수렴하는 로그 그래프와 같은 형태를 보였으며, 구동 힘은 일정한 값을 유지하는 상수 함수 형태로 나타났다. 형상 기억 합금을 포함한 텍스타일 구동기에 사용되는 전도성 섬유는 전류 인가에 따른 구동 온도 변화와 변형율에 따라 각기 다른 저항 특성을 보였으며, 구동 온도 상승에 따른 저항 증가 및 임계치 수렴 현상과 인장 변형에 따른 저항 감소가 복합적으로 작용하였다. 또한, 저항의 변화량과 변화 속도는 폴리머의 종류에 따라 상이한 결과를 보였으며, 본 실험에서는 폴리머의 열전도도, 쇼어 경도 등의 영향을 받는 것으로 확인하였다.
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.