상지 보조 소프트로봇의 의복화를 위한 디자인 개발 프로세스

홍유화 ( Yuhwa Hong ),박주연 ( Juyeon Park ),남윤자 ( Yun Ja Nam ),박대근 ( Daegeun Park ),조규진 ( Kyu-jin Cho ),김연주 ( Youn Joo Kim ) 한국의류산업학회 2021 한국의류산업학회지 Vol.23 No.1

This study proposes a design process for an upper limb assistive wearable soft robot that will enable the development of a clothing product for an upper limb assistive soft robot. A soft robot made of a flexible and soft material that compensates for the shortcomings of existing upper limb muscle strength assistive devices is being developed. Consequently, a clothing process of the upper limb assistive soft robot is required to increase the possibility of wearing such a device. The design process of the upper limb auxiliary soft robot is presented as follows. User analysis and required performance deduction-Soft robot design-upper limb assistive wearable soft robot prototype design and production-evaluation. After designing the clothing according to the design process, the design was revised and supplemented repeatedly according to the results of the clothing evaluation. In the post-production evaluation stage, the first and second prototypes were attached to actual subjects, and the second prototype showed better results. The developed soft robot evaluated if the functionality as a clothing function and the functionality as the utility of the device were harmonized. The convergence study utilized a process of reducing friction conducted through an understanding and cooperation between research fields. The results of this study can be used as basic data to establish the direction of prototype development in fusion research.

정전 발전 기반 소프트 로봇 응용 최신 기술

성정빈 ( Zhengbing Ding ),최덕현 ( Dukhyun Choi ) 한국복합재료학회 2022 Composites research Vol.35 No.6

마찰전기 나노발전기(이하 TENG)의 새로운 발전 기술은 에너지 수집 및 자가 전력 공급 감지 응용 분야의 긍정적 전망으로 인해 점점 더 많은 관심을 받고 있다. 또한 최근 소프트로봇의 부상은 플렉시블과 소프트센서, 액추에이터 개발에 대한 폭넓은 관심을 불러 일으키고 있다. TENG는 액추에이터와 자가 전력 공급 센서를 구동하는 유망한 전원으로 간주되어 소프트웨어 로봇, 소프트 센서 및 액추에이터 개발을 위한 독창적인 방법을 제공한다. 이 리뷰에서는 TENG를 기반으로 다양한 형태와 기능을 가진 소프트웨어 로봇을 소개하려 한다. 그 중 자연계의 구조, 표면 형태, 재료 특성과 센싱/발전 메커니즘을 모방한 바이오닉 소프트 로봇의 설계는 TENG 성능 향상에 큰 도움이 되었다. 또한 다양한 바이오닉 소프트 로봇은 TENG의 간단한 구조, 자체 전력 공급 특성 및 조정 가능한 출력으로 인해 이전 구동 방식보다 향상되었다. 그리하여 이 리뷰에서는 TENG가 활성화한 소프트 로봇 응용의 특정 핵심 영역에서 다양한 연구를 종합적으로 검토하려 한다. 리뷰를 요약하자면 먼저 최근 개발된 다양한 TENG 기반 소프트웨어 로봇을 정리하고 다양한 장비 구조, 표면 형태 및 자연적으로 영감을 받은 재료를 비교 분석하여 그에 따른 TENG 성능 개선을 수행한다. 자연계에 사용되는 다양한 유비쿼터스 감지 원리와 발전 메커니즘 및 유사한 인공 TENG 설계가 확인되었고 촉각 디스플레이 및 웨어러블 기기, 인공 전자 피부 등의 기기에 TENG를 활성화하는 바이오닉 응용에 대해 논의한다. 마지막으로 TENG 기반 센서 및 구동 장비의 로봇 실제 적용에 대한 발전 기회, 도전 및 미래 전망을 분석한다. As an emerging power generation technology, triboelectric nanogenerators (TENGs) have received increasing attention due to their boundless promise in energy harvesting and self-powered sensing applications. The recent rise of soft robotics has sparked widespread enthusiasm for developing flexible and soft sensors and actuators. TENGs have been regarded as promising power sources for driving actuators and self-powered sensors, providing a unique approach for the development of soft robots with soft sensors and actuators. In this review, TENG-based soft robots with different morphologies and different functions are introduced. Among them, the design of biomimetic soft robots that imitate the structure, surface morphology, material properties, and sensing/generating mechanisms of nature has greatly benefited in improving the performance of TENGs. In addition, various bionic soft robots have been well improved compared to previous driving methods due to the simple structure, self-powering characteristics, and tunable output of TENGs. Furthermore, we provide a comprehensive review of various studies within specific areas of TENG-enabled soft robotics applications. We first explore various recently developed TENG-based soft robots and a comparative analysis of various device structures, surface morphologies, and nature-inspired materials, and the resulting improvements in TENG performance. Various ubiquitous sensing principles and generation mechanisms used in nature and their analogous artificial TENG designs are demonstrated. Finally, biomimetic applications of TENG enabled in tactile displays as well as in wearable devices, artificial electronic skin and other devices are discussed. System designs, challenges and prospects of TENGs-based sensing and actuation devices in the practical application of soft robotics are analyzed.

소프트 웨어러블 로봇을 통한 인체 운동의 가속

김남호(Namho Kim),정경석(Gyeongseok Jeong),신동준(Dongjun Shin) 국방로봇학회 2024 국방로봇학회 논문집 Vol.3 No.2

Soft wearable robots are garnering interest in various fields due to their lightweight, comfortable, and easy-to-use equipment. However, achieving high assistive force for accelerating the human body with soft wearable robots remains a challenge due to their compliant characteristics. To utilize soft wearable robots in military applications, we developed pneumatic artificial muscles with high power density and unisotropic stiffness interfaces with high force transmit efficiency. Based on biomechanical analyses of running, we designed the soft wearable robot with the proposed actuators and interfaces, and experimentally validated its assistive performance. Our findings suggest that the integration of these advancements significantly enhances the practical applicability of soft wearable robots in military settings, promising improved performance and usability in diverse operational scenarios.

소프트 컴퓨팅에 의한 지능형 주행 판단 시스템

최우경(Woo-Kyung Choi),서재용(Jae-Yong Seo),김성현(Seong-Hyun Kim),유성욱(Sung-Wook Yu),전홍태(Hong-Tae Jeon) 한국지능시스템학회 2006 한국지능시스템학회논문지 Vol.16 No.5

본 논문은 인간의 보조 역할을 하기 위해 자율적인 명령을 내리고 사용자가 직접 제어할 수 있는 지능형 주행 판단 시스템(Judgment System for Intelligent Movement; JSIM)에 대한 연구이다. 본 논문에서는 제어 대상은 이동 로봇으로 한정 한다. 이동 로봇은 지능형 주행 판단 모듈을 휴대한 사용자에게 영상정보와 초음파 센서 정보를 제공하고 가이드 역할을 수행한다. 그리고 PDA와 센서박스로 구성된 지능형 주행 판단 시스템은 이동로봇으로부터 얻은 정보와 사용자 명령을 입력으로 사용하는 소프트 컴퓨팅 기법을 이용하여 이동로봇의 속도와 방향을 결정하고 다양한 기능을 수행하도록 로봇을 원격으로 제어한다. 본 논문에서는 몸에 착용하고 주변장치들과 통신을 하며 지능적 판단을 할 수 있는 지능형 주행 판단 시스템을 구성하고 실제 환경에서 지능적 판단 알고리즘 적용과 이동로봇을 제어하는 시스템을 구현하여 제안한 시스템의 실현 가능성을 검증한다. 지능 알고리즘은 계층적 퍼지 구조와 신경망을 융합한 구조이다. This research is to introduce about Judgment System for Intelligent Movement(JSIM) that can perform assistance work of human brain. JSIM can order autonomous command and also it can be directly controlled by user. This research assumes that control object is limited to Mobile Robot(MR). Mobile robot offers image and ultrasonic sensor information to user carrying JSIM and it performs guide to user. JSIM having PDA and Sensor-box controls velocity and direction of the mobile robot by soft-computing method that inputs user's command and information that is obtained to mobile robot. Also it controls mobile robot to achieve various movement. This paper introduces wearable JSIM that communicates with around devices and that can do intelligent judgment. To verify the possibility of the proposed system, in real environment, the simulation of control and application problem for mobile robot will be introduced. Intelligent algorithm in the proposed system is generated by mixed hierarchical fuzzy and neural network.

공압 기반의 피아노 치는 소프트로봇

현하영(Ha Young Hyun),최정일(Jungil Choi) 대한기계학회 2020 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2020 No.12

Due to the development of high technologies, a great amount of work in the world has been performed by robots instead of human beings. However, numerous accidents have occurred since current robots require complicated structures and are composed of hard materials. To compensate for these problems, soft robots have been made by soft materials and are still developed these days. Soft robots which are different from hard robots consist of simple structures and are designed by using tender stuff. This paper suggests a finger-like device which is composed of soft robotic devices by using pneumatic principle. These finger-like structures are designed with mild resources. At the beginning of the experiment, the device is operated by connecting the Arduino and Solenoid valve. After the pairing, micro fluidic air is poured into the air chamber of finger-like device. By analyzing a pressure against variation of volume, affordable pressure is detected.

손 동작 인식을 위한 소프트 웨어러블 장갑의 센서 캘리브레이션과 노이즈 처리 기술 개발

이강호,김진형,헤라르도 사카레로,원윤재 한국통신학회 2024 韓國通信學會論文誌 Vol.49 No.4

다양한 원인에 의하여 신체의 운동 기능을 담당하는 중추신경계 또는 말초신경계가 손상되어 사지 마비를 갖게된 환자들의 삶의 질 향상과 생활 자립 및 보조를 위한 연구들이 진행되고 있고, 그 방법으로 외골격 또는 소프트로봇의 연구가 진행되고 있다. 본 연구팀은 사지마비 환자의 손 움직임을 보조하는 소프트로봇 개발 과정에서손의 움직임과 자세를 측정할 수 있도록 하기 위하여 실리콘과 액체금속 기반의 스트레인 센서를 이용하여 손의움직임을 측정할 수 있는 웨어러블 장갑을 개발하고자 하였다. 환자들마다 서로 다른 손의 크기와 움직임의 형태를 정확하고 원활하게 측정하고 인식할 수 있도록 하기 위하여 비교적 낮은 성능의 MCU (Microcontroller unit) 에서도 동작할 수 있는 효과적인 캘리브레이션 방법을 고안하였고, 손 인식 과정에서의 오동작 또는 불필요한 인식 결과가 나타나는 것을 줄이기 위하여 신호의 노이즈를 감쇠시키는 방법을 고안하여 적용하였다. 본 연구팀이개발한 웨어러블 장갑을 이용한 손의 자세 및 움직임을 측정하는 기술은 실제 사지마비 환자에게 적용되었을 때소프트로봇의 동작 효과를 측정하거나, 소프트로봇의 작동을 모니터링하고 조정할 수 있는 과정에 효과적으로 사용될 것으로 기대되며, 나아가 손뿐만 아니라, 팔, 다리 등 다른 신체 부위에도 적용할 수 있으며, 소프트로봇의성능을 평가하는 평가 기술로도 활용될 수 있을 것으로 기대한다. Many studies on developing assistive technologies such as Soft robots or Exoskeletons for paralyzed patients by damaged central or peripheral nervous system are carried on. For these technologies, a device can measure patients’ body movements or poses will be required. In this study, therefore, we devised a wearable glove including small-thin silicon-based strain sensors filled with liquid metal. First, to serves as an accurate hand poses measurement device from different hands size of paralyzed patients, we established a simple calibration method that can be applied on low-power MCUs. Second, we established a noise reduction algorithm that assures our wearable gloves can measure patients’ hands movement in stable. Our methods for wearable gloves will be applied for recognizing patients’ hands movement, monitoring movement aids to decide working well or not and finally can be applied for a criterion for testing wearable robots such as Soft robots and Exoskeletons. Also, we are expecting that our methods can be used for other body parts such as arms, legs and feet.

공압-힘줄 하이브리드 구동 3D 프린팅 오리가미 소프트 로봇

윤준상(Junsang Yoon),김종우(Jongwoo Kim) 대한기계학회 2023 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2023 No.11

ResQBot: 재해 상황에서 수색 · 구조용 소프트 로봇 개발

김혜민,신유림,홍수진,엘리엇,한민우 한국스마트치안학회 2023 스마트치안연구 Vol.4 No.2

지진과 같은 불가피한 재난 상황에서 신속한 수색 및 구출 작업은 무엇보다 중요하지만 추가 피해에 대한 우려가 이를 막고 있는 상황이다. 따라서 본 연구는 재난 구조 상황에서 수색 작업을 선행할 수 있는 구조용 소프트 로봇, ‘ResQBot’을 개발하였다. ‘ResQbot’은 불균질한 잔해 속에서 구조 작업이 용이하도록 공압 작동기를 동작하며, 비강체 조직으로 기존 강체 로봇의 파손 위험성을 해소하는 방안을 제시한다. 본 연구에서는 ResQBot의 구조 작업에 대한 적용 가능성을 살펴보기 위해 이동 속도를 평가하고, 팽창부 한계치 및 잔해물 허용치를 측정하는 실험을 수행하여 ResQBot이 실제 구조 작업에서 효율적으로 활용될 수 있는가에 대한 고찰을 진행하고자 한다.

단방향 형상기억합금 기반 소형 브레이크 시스템 개발

이경섭,박형순 한국기계기술학회 2023 한국기계기술학회지 Vol.25 No.5

Tendon-driven mechanisms have gained prominence in a range of applications, including soft robots, exoskeletons, and prosthetic devices. These mechanism use flexible tendons or cables to transmit force and control joint movement. As the popularity of these mechanisms grows, there is an increasing demand for solutions to enhance stability and safety. The use of brakes is a well-known solution, but existing models are difficult to customize for small soft robots. In this paper, we present a one-way shape memory alloy-based compact brake for tendon-driven mechanisms. The proposed soft brake featured a thin design and was tailored for seamless integration within a tendon-driven mechanism. In addition, the use of the one-way shape memory alloys enabled the design of the brakes that are both compact and powerful. This brake is expected to be widely used in miniaturized tendon-driven robots.

딥러닝을 이용한 텐던 구동 소프트 웨어러블 손 로봇의 손가락 끝 힘 예측

강병현,김대겸,최형민,정우석,김규범,조성호,조규진 대한기계학회 2020 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2020 No.8