발목 보조용 소프트 웨어러블 로봇을 위한 형상기억합금 기반 인공 근섬유 개발
- 주제(키워드) 웨어러블 로봇 , 소프트 액추에이터 , 인공 근섬유 , 보행 보조 , 발목 보조 , 힘 제어 , 형상 기억 합금
- 주제(DDC) 621.8
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 최영만
- 발행년도 2026
- 학위수여년월 2026. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000036666
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
경량성과 유연한 구동 특성을 갖는 소프트 웨어러블 로봇（soft wearable robot）은 보행 보조를 포함한 다양한 보조 응용 분야에서 유망 한 가능성을 보여주고 있다. 그러나 이러한 시스템이 일상생활에서 완전한 착용 편의성과 실사용 적합성을 동시에 확보할 수 있는지에 대해서는 여전히 명확히 규명되지 않았다. 본 연구에서는 발목 저측굴곡 （Plantarflexion, PF） 보조를 위해 형상기억합금（Shape Memory Alloy, SMA） 기반 인공 근섬유를 의복 형태에 통합한 소프트 웨어러블 로봇을 제안한다. SMA 와이어의 직경, 인가 전류, 변형률, 와이어 개수에 따른 출력 특성을 분석하여 힘 특성화를 수행하였다. 이를 기반으로 최대 80 N의 보조력을 생성할 수 있도록 액추에이터를 설계하였으며, 정밀한 힘 및 변위 제어를 위해 PI 제어기를 포함한 폐루프 제어 시스템을 구현하였다. 마지막으로 벤치 테스트를 통해 제안된 시스템이 제어 가능하고 반복성 있는 힘을 안정적으로 출력함을 확인하였고, 사용자 보행 실험을 통해 목표 보조 수준에 따라 발목에서의 최대 보조력이 조절 가능함을 입증하였다.
more목차
1. 서론 1
2. 본론 6
2.1. 형상기억합금 기반 인공 근섬유 설계 6
2.1.1. 인공 근섬유 구조 및 제작 6
2.1.2. 의복 통합을 위한 인공 근섬유 설계 8
2.2. 형상기억합금 기반 인공 근섬유 특성화 11
2.2.1. 형상기억합금 와이어의 구동 원리 11
2.2.2. 형상기억합금 와이어의 출력 특성 분석 14
2.3. 인공 근섬유 제어 시스템 설계 18
2.3.1. 폐루프 제어 알고리즘 설계 19
2.3.2. 인공 근섬유의 변위 및 힘 제어 성능 평가 22
2.4. 웨어러블 로봇 적용 및 사용자 평가 29
2.4.1. 보조력 프로파일 제어 알고리즘 설계 30
2.4.2. 보조력 제어에 따른 로봇 성능 평가 33
3. 결론 40
참고문헌 43
