Design of Calf Link Force Sensor of Walking Assist Robot of Leg Patients

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http://dx.doi.org/10.5369/JSST.2017.26.5.353 pISSN 1225-5475/eISSN 2093-7563

편마비 다리환자를 위한 보행보조로봇의 발목 2축 힘센서 설계

최치훈· 김갑순⁺

Design of Calf Link Force Sensor of Walking Assist Robot of Leg Patients

Chi-Hun Choi and Gab-Soon Kim⁺

Abstract

This paper describes the design and manufacture of a ankle two-axis force sensor of a walking assist robot for hemiplegic leg patient.

The walking assist robot for the hemiplegic leg patient can safely control the robot by detecting whether the foot wearing the walking assist robot is in contact with the obstacle or not. To do so, a two-axis force sensor should be attached to the robot's ankle. The sensor is used to measure the force of a patient's ankle lower part. The two-axis force sensor is composed of a Fx force sensor, a Fy force sensor and a pulley, and they detect the x and y direction forces, respectively. The two-axis force sensor was designed using by FEM(Finite Element Method), and manufactured using by strain-gages. The characteristics experiment of the two-axis force sensor was carried out respectively. The test results indicated that the interference error of the two-axis force sensor was less than 1.2%, the repeatability error and the non-linearity of the two-axis force sensor was less than 0.04% respectively. Therefore, the fabricated two-axis force sensor can be used to measure the force of ankle lower part in the walking assist robot.

Keywords: Strain-gage, Two-axis force sensor, Force sensor, Rated output, Repeatability error, Non-linearity error

1. 서 론

편마비 다리환자의 다리는 정상인과 같이 활용하기 어려운 경 우가 많다. 특히 움직이기 어려운 환자의 다리는 전문재활치료 사로부터 누운 상태에서 재활치료를 받고, 조금 회복되면 전문 재활치료사의 도움 혹은 스스로 재활운동을 실시한다. 편마비 다리환자의 재활운동은 대부분 다리에 착용하고 재활운동을 실 시하는 보행보조로봇을 사용하는 경우가 많다.

Zhang Jia-fan[1] 은 다리 환자가 보행궤적을 따라 보행할 수 있도록 보행보조로봇을 모델링하고 제어를 실시하였고, 슬관절 과 고관절의 모델링한 위치와 시험위치를 비교 및 검토하였으 며, 시험적으로 고관절과 슬관절의 토크를 측정하였다. Nikos Karavas[2] 는 슬관절의 보행보조를 할 수 있는 보행보조로봇을

설계하고 제어하였다. 이 로봇은 종아리부분의 링크와 허벅지부 분의 링크 등 두 개의 링크를 관절로 연결하고 관절부분에 모 터를 부착하여 완성하였고, 이 로봇은 환자의 슬관절만을 재활 치료 혹은 보행보조를 할 수 있다. Vijaykumar Rajasekaran[3]

는 경증환자의 족관절, 슬관절, 고관절 부분에 회전력을 가할 수 있는 착용형 로봇을 개발하였고, 안전하게 위치 제어하였다. 이 로봇은 경미한 환자의 보행을 보조할 수 있을 뿐 재활운동에는 회전력이 약해 사용하기 어렵다. A. Pennycott[4]는 경미한 다 리환자가 보행보조로봇을 착용하고 보행하는 중 자세제어를 수 행하였고, 이 로봇은 보행이 가능한 환자를 대상으로 지정된 기 구 등과 함께 보행훈련을 수행할 수 있다. P. Malcolm[5]는 족 관절만 보행시 도움을 줄 수 있는 로봇을 단순하게 시린더와 램 시스템으로 설계하였고, 이 로봇은 종아리에 설치된 직선운동기 구를 이용하여 뒤꿈치 부분을 밀고 당기므로써 족관절을 회전 하게 하는 구조이다. 이것은 단지 환자가 발목만 불편한 때 사 용할 수 있는 단점이 있다. Ming Wu[6]는 환자의 몸체를 수직 으로 매달고, 하지에 줄을 묶으며, 로봇의 모터와 풀리를 이용 하여 보행훈련을 수행하는 로봇을 설계하였다. 이것은 경미한 환자를 대상으로 보행훈련에 적합하다. Maria M. Martins[7]는 세 개의 바퀴가 90도 간격 이고, 환자의 팔로 지지할 수 있는 몸체로 구성된 이동로봇을 설계하였다. 이 로봇은 하지가 불편 한 환자가 팔과 어깨의 힘으로 지지하면서 보행할 수 있고, 환 자의 보행재활치료를 위해 사용할 수 있다.

경상대학교 제어계측공학과(Department of Control & Instrumentation Engineering, ERI, Gyeongsang National Unversity)

405-504, Gyeongsang National University, 501 Jinju-daero, Jinju 660-701, Korea

+Corresponding author: [email protected]

(Received: Aug. 28, 2017, Revised: Sep. 20, 2017, Accepted: Sep. 21, 2017)

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License(http://creativecommons.org/

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이와 같은 보행보조로봇은 평지에서 장애물이 있거나 불규칙 한 지면, 계단 등에서 발이 부딪치는 것 등을 감지할 수가 없어 안전하게 제어하는데 어려움이 있다. 그러므로 이와 같은 것들 을 감지할 수 있는 2축 힘센서가 부착되어야 한다. 힘센서는 이 미 많이 개발되어 사용되고 있다. Kim[8]은 중중뇌졸중 환자의 슬관절 재활운동을 위한 재활로봇을 설계하였고, 재활로봇을 힘 제어와 가해지는 힘을 측정하기 위해 Fx 힘센서(정격용량: 400N) 과 Fz힘센서(정격용량: 500N )의 2축 힘센서를 설계 및 제작하 였다. Kim[9]는 중중뇌졸중 환자의 고관절 재활운동을 위한 재 활로봇을 설계하였고, 재활로봇을 힘제어와 가해지는 힘과 토크 를 측정하기 위해 Fz힘센서(정격용량: 600N)과 Tz토크센서(정 격용량: 30Nm )의 2축 힘/토크센서를 설계 및 제작하였다. Liu[10]

는 단순지지보를 이용하여 6축 힘센서를 개발하였고, Fx 힘센 서, Fy 힘센서의 용량이 각각 20kgf, Fz힘선서는 40kgf, Mx센 서, My센서, Mz센서의 용량이 각각 100kgfcm이었으며, 센서의 전체크기가 140mm× 140mm×90mm이었다. Song[11]은 Fx 힘 센서, Fy 힘센서, Fz힘센서의 용량이 각각 20N, Mz센서의 용량 이 4.5Nmm인 4축 힘센서를 사각단순보를 이용하여 개발하였 고, 센서의 전체크기가 ø120mm×85mm이었다. ATI[12]는 다양 한 종류2축~6축 힘센서를 판매하고 있고, 이들의 정격용량도 다 양하다. 지금까지 개발한 다축 힘센서는 센서의 전체 크기, 각 축의 정격용량 등이 적합하지 않아 부착하기가 어렵거나 정확 한 측정이 불가능하며, Kim[8,9]는 재활로봇의 링크에 직접 설 계하여 제작한 것이므로 사용이 어렵다.

그러므로 편마비 다리환자가 보행보조로봇을 착용하고 불규 칙한 지면 등을 보행 혹은 재활운동할 때 안전한 제어를 위해 서는 발끝 등이 장애물에 접촉되는지를 감지해야 한다. 이를 위 해서는 2축 힘센서가 필요하고, 2축 센서를 보행보조로봇에 부 착할 경우에는 센서의 크기, 무게 등 때문에 고관절 및 슬관절 의 모터 크기와 용량이 커지는 단점이 있으므로 보행보조로봇 의 발목링크에 직접 설계 및 제작하는 것이 필요하다. 편마비 환자가 착용한 보행보조로봇이 발끝 힘과 내외측의 힘을 측정 하는 2축 힘센서는 발끝 방향의 힘을 측정하는 Fx 힘센서와 발 의 내측과 외측의 힘을 측정하는 Fy 힘센서로 구성되어야 한다.

따라서 본 논문에서는 평행평판보를 이용하여 보행보조로봇 에서 발 부분의 x방향의 힘과 y방향의 힘을 측정할 수 있는 2 축 힘센서를 설계하였다. 센서 감지부의 크기를 설계하기 위해 유한요소법을 이용하였고, 스트레인게이지를 부착하여 2축 힘 센서를 제작하였으며, 제작된 2축 힘센서의 특성실험을 실시하였다.

2. 발목 힘감지 2축 힘센서 설계

2.1 보행보조로봇의 발의 구성 및 힘측정 원리

Fig. 1 은 보행보조로봇의 발구성과 힘측정원리를 나타내고 있

다. 이것은 2축 힘센서(two-axis force sensor), 풀리와 줄(pulley and wire), 신 고정구(shoe fixture), 종아리 링크(calf link), 신(shoe) 등으로 구성되었다. 2축 힘센서는 Fx 힘센서와 Fy 힘센서로 구 성되어 있고, Fx 힘센서는 보행보조로봇을 착용한 편마비환자 의 발끝이 장애물 등과 접촉되었을 때의 힘을 측정하는 데 사 용되고, Fy 힘센서는 발이 내측과 외측에 가해지는 힘을 측정 하기 위해 사용된다. 즉, 보행시 발끝에 장애물이 접촉되었을 때, 2축 힘센서가 Fx와 Fy의 힘을 측정하여 합력 F를 계산할 수 있고, 힘의 방향도 계산할 수 있으므로 장애물을 피해갈 수 있도록 제어할 수 있다. 합력 F와 힘의 방향 q를 계산하는 식은 다음과 같다.

(1)

(2) 풀리와 줄은 허리에 부착된 모터를 이용하여 발부분을 회전 시키기 위해 사용된다. 신 고정구는 2축 힘센서와 한 몸체로 고 정되어 있고, 환자의 발을 고정할 신을 고정한다. 종아리 링크 는 발부분과 연결되고, 신은 환자의 발을 고정한다. 보행보조로 봇의 발은 환자가 불규칙한 지면과 계단 등을 안전하게 걸을 수 있도록 제어하는데 필요한 발이 지면, 장애물과 접촉하는 것을 감지할 수 있도록 설계되었다.

2.2 발목 2축 힘센서 구조

Fig. 2(a)는 2축 힘센서 구조의 3차원 그림을 나타내고 있고, 2(b) 는 2축 힘센서의 감지부의 크기를 나타내고 있다. 2축 힘센 서의 Fx 힘센서의 감지부와 Fy 힘센서의 감지부는 평행평판보 (parallel plate beam)로 구성되어 있고, 이들은 서로 직각을 이 루도록 위치해 있으며, 당기는 줄과 끄는 줄을 감을 수 있는 풀 리로 구성되어 있다. 2축 힘센서 중 Fx 힘센서의 감지부 크기

F = Fx

²

+ Fy

²

θ Fy

Fx ---

⎝ ⎠ ⎛ ⎞

1 –

tan

=

Fig. 1. Principle of foot configuration and force measurement of

walking assist robot.

(3)

는 두께 t1, 길이 l1, 폭 b1이고, Fy 힘센서 감지부의 크기는 두 께 t2, 길이 l2, 폭 b2이다. 각 센서의 감지부의 크기는 센서 설 계시 설계변수로 사용된다.

2.3 2축 힘센서의 설계 및 제작

2 축 힘센서의 감지부를 설계하기 위해서는 일부의 설계변수 를 결정하고 나머지 설계변수를 결정해야 한다. 설계변수는 정 격출력, 정격용량, Fx 힘센서의 감지부의 크기인 두께 t1, 길이 l1, 폭 b1, Fz힘센서의 감지부의 크기인 두께 t2, 길이 l2, 폭 b2, 스트레인게이지 부착위치이다.

2 축 힘센서의 각 센서는 4개의 스트레인게이지로 휘스톤브리 지를 구성하고, 정격변형률은 정격용량이 가해질 때 휘스톤브리 지에서 출력되는 총 변형률을 의미하며, 변형률식[8]은 다음과 같아 표현할 수 있다.

(3) 여기서 ε은 휘스톤브리지의 총 변형률, 은 인장 스트레인 게이지 T

1

의 변형률, 은 압축 스트레인게이지 C

1

의 변형률, 은 인장 스트레인게이지 T

2

의 변형률, 은 압축 스트레인 게이지 C

2

의 변형률이다.

각 센서의 정격출력은 각 센서의 정격용량을 가했을 때 입력 전압과 출력전압의 비로 나타내며, 정격출력식

⁽⁸⁾

은 다음과 같다.

(4)

여기서, 는 휘스톤브리지의 입력전압, 는 휘스톤브리지 의 출력전압, K는 스트레인게이지의 상수(약 2.03), 는 식 (3) 으로 부터 얻은 총 변형률이다.

2 축 힘센서의 설계변수들은 Fx 힘센서와 Fy 힘센서의 정격용 량을 각각 400 N과 200 N, Fx 힘센서와 Fy 힘센서의 정격출력 을 약 0.5 mV/V(정격변형률: 1000 um/m), Fx 힘센서 감지부의 폭 b1을 12 mm, 길이 l1를 10 mm, Fy 힘센서 감지부의 폭 b2

을 30 mm, 길이 l2를 10 mm, 스트레인게이지 부착위치는 길이 방향으로는 1.5 mm이고 폭방향으로는 중심선 라인, 즉 폭의 1/

2인 중심선상이다. Fx 힘센서의 정격용량은 성인의 발의 무게와 성인이 서 있을 때의 지지하는 무게를 고려하여 400 N으로 결 정하였고, Fy 힘센서의 정격용량은 발의 안쪽과 바깥쪽으로 작 용되는 힘과 성인이 서 있을 때의 무게를 고려하여 200 N으로 결정하였다.

Fig. 3 은 2축 힘센서의 스트레인게이지 부착위치를 각각 나타 내고 있고, 이것들은 유한요소해석 결과를 토대로 결정되었다.

2 축 힘센서의 Fx 힘센서는 S1~S4이며, Fy 힘센서는 S5~S8이 다. 스트레인게이지의 부착위치는 길이방향으로 1.5 mm, 폭방 향으로는 중심선상으로 결정하였다. 이 위치는 식 (3)을 이용하 여 계산한 각 센서의 최대의 정격변형률이 발생되는 지점이고, 정격용량에서 상호간섭오차가 0%인 지점이다.

유한요소해석(FEM: Finite Element Method)을 위해 소프트웨 어에 입력한 재료상수 는 제작할 센서의 재질이 알루미늄이므 로 종탄성 계수가 70 GPa, 프와송의비가 0.3이며, 8절점 6면체 블록을 선택하였다. Fig. 4(a)는 2축 힘센서를 유한요소해석을 하기 위한 작게 나눈 형상, 즉 격자모습을 나타내고 있고, (b)는 2축 힘센서의 Fx 힘센서에 x방향으로 정격하중 400 N을 가했을 때, (c)는 Fy 힘센서에 y방향으로 정격하중 200 N을 가했을 때 유한요소번을 적용하여 해석한 결과인 변형된 모습을 각각 나 타내고 있다. 이 변형된 모습은 2축 힘센서의 구조를 모델링 할 때 예상했던 모습과 같다.

Fig. 5(a)는 2축 힘센서에 Fx 힘센서의 정격하중이 가해졌을 때, 5(b) Fy 힘센서의 정격하중이 가해졌을 때 각 센서 감지부 의 변형률분포를 각각 나타내고 있다. 각 센서 감지부의 2개의 그래프가 음과 양의 값으로 대칭인 것은 평행평판보가 2개의 보 로 구성되어 있으며, 이 보들이 서로 인장과 압축부분으로 대칭 되도록 변형되기 때문이다. 2축 힘센서의 Fx 힘센서와 Fy 힘센 서 감지부의 변형률분포에서 변형률이 0 um/m인 지점은 각각 ε ε =

_T1

– ε

_C1

+ ε

_T2

– ε

_C2

ε

_T1

ε

_C1

ε

_T2

ε

_C2

E

_o

E

_i

--- 1

4 ---K ε

=

E

_i

E

_o

ε Fig. 2. Structure of two-axis force sensor.

Fig. 3. Attachment locations of strain gages on each sensing element

of two-axis force sensor.

(4)

3.5mm와 1.50mm지점이었다. 각 변형률분포에서 좌측과 우측 의 끝의 변형률이 감소한 것은 유한요소 프로그램의 끝 효과 오 차 때문이다.

Table 1 은 2축 힘센서의 각 센서의 스트레인게이지 부착위치 에서의 유한요소해석 결과를 나타내고 있다. 이 정격변형률은 스트레인게이지 부착위치에서의 변형률들을 식 (3)에 대입하여 계산된 것이다. 2축 힘센서의 최대 정격변형률오차는 -1.6%이 었다. 이와 같은 오차는 설계시 가공의 가능성을 고려하여 감지 부의 두께를 0.1 mm 단위로 조절하였기 때문이다. 유한요소해 석 결과, 2축 힘센서의 Fx 힘센서 감지부는 폭 b1은 12mm, 길 이 l1은 10mm, 두께 t2는 4.9mm이었으며, Fy 힘센서 감지부는 폭 b2은 30mm, 길이 l2는 10mm, 두께 t2는 2.9mm이었다. 스 트레인게이지 부착위치는 길이방향으로는 1.5mm이고 폭 방향 으로는 중심선상이었다.

3. 2축 힘센서 제작 및 특성평가

2축 힘센서는 Fig. 3에 나타낸 각 센서의 스트레인게이지 부 착위치에 스트레인게이지(미국 MM사, N2A-13-S1452-350, 게 이지 상수 2.03, 크기 3mm × 5.2mm)를 부착하고 휘스톤브리 지를 구성하여 제작하였으며, Fig. 6은 제작된 2축 힘센서의 사 진을 나타내고 있다.

Fig. 7 은 제작한 2축 힘센서를 특성실험하기 위한 실험장치 및 실험장면을 나타내고 있다. Fig. 7(a)는 다축 힘센서 교정기 [13] 에 2축 힘센서를 고정한 실험장치를 나타내고 있고, 측정장 치로는 고성능측정장치 (DMP40)을 사용하였다. 그리고 Fig. 7(b) 는 2축 힘센서의 정격힘 Fx를 가하는 모습, Fig. 7(c)는 2축 힘 Fig. 4. Deformed shape of two-axis force sensor.

Fig. 5. Strain distribution on each beam of two-axis force sensor.

Table 1. Strains from FEM analysis at each attachment location of strain-gages of each sensor of two-axis force sensor.

Sensor Strain ( µm/m)

T

1

C

1

T

2

C

2

Total strainError (%)

Fx 136 -136 356 -356 984 -1.6

Fy 1 -1 -502 502 1006 -0.6

Fig. 6. Photograph of the manufactured two-axis force sensor.

(5)

센서의 정격힘 Fy를 가하는 모습을 각각 나타내고 있다. 정격 출력은 2축 힘센서의 Fx 힘센서의 정격용량 400N과 Fy 힘센서 의 정격용량 200N을 각각 2축 힘센서에 가하고 측정 하였고, 총 세 번을 실시하여 평균값을 각 센서의 정격출력으로 결정하였다.

Table 2 는 2축 힘센서의 유한요소해석과 실험결과의 정격출 력 및 오차를 나타내고 있다. 유한요소해석 결과에 의한 정격출 력은 식 (4)에 사용된 스트레인게이지 상수 2.03과 Table 1의 정 격변형률값들을 대입하여 계산한 것이고, 실험에 의한 정격출력 은 2축 힘센서에 각 센서의 정격하중을 가한 후 측정한 것이다.

유한요소해석 결과를 기준으로 실험결과의 오차는 최대 -3.0 % 이었고, 발생된 오차의 원인은 감지부의 가공오차, 유한 요소 소

프트웨어의 고유오차, 스트레인게이지의 부착오차 등으로 판단된다.

Table 3 은 2축 힘센서의 각 센서의 상호간섭오차를 나타내고 있다. 2축 힘센서의 최대상호간섭오차는 1.2 % 이내이었다. Table 4 는 2축 힘센서의 재현도오차와 비직선성오차를 나타낸 것이고, 그것들의 최대오차는 각각 0.04 % 이내이었다. 제작한 2축 힘 센서의 특성실험 결과 상호간섭오차, 재현도오차, 비직선성오차 가 이미 판매하고 있는 다축 힘센서[12]의 그것과 비슷한 수준이었다.

보행보조로봇의 발의 2축 힘센서를 사용하기 위해서는 별도 의 전용 측정장치와 각 센서를 연결하고 교정을 해야 한다. 그 러므로 2축 힘센서를 제어장치에 연결하여 Fig. 8에서 나타낸 것과 같이 교정을 실시하였다. Fig. 8(a)는 2축 힘센서의 Fx 힘 센서 교정방법을 나타낸 것이고, Fx 힘센서 교정은 다축 힘센 서 교정장치[13]에 2축 힘센서를 고정하고 x방향으로 400N의 정격하중을 가하여 제어장치에 400N이 지시하도록 증폭기의 증 폭률을 조정하였다. Fig. 8(b)는 2축 힘센서의 Fy 힘센서 교정 방법을 나타낸 것이고, Fy 힘센서 교정은 다축 힘센서 교정장 치[13]에 2축 힘센서를 고정하고 y방향으로 200N의 정격하중을 가하여 제어장치에 200N이 지시하도록 하였다. 각 센서의 비직 선성오차와 재현도오차를 계산하기 위해서 Fx 힘센서는 0N부 터 400N까지 40N 단계로 증가하면서 하중을 가하고 측정하였 고, 감소하면서 측정하는 과정을 3회 실시하였다. 그리고 Fy 힘 센서는 0N에서 200N까지 20N 단계로 하중을 증가 혹은 감소 하면서 Fx 힘센서와 같이 3회 측정하였다. Table 5는 교정으로 부터 계산한 2축 힘센서의 각 센서의 비직선성오차와 재현도오 차를 나타낸 것이다. 최대비직선성오차와 최대재현도오차는 각 Fig. 7. Experimental setup for the characteristic test of two-axis force

sensor.

Table 2. Rated output from FEM analysis and characteristic test of each sensor of two-axis force sensor.

Sensor Rated output ( mV/V) Error(%)

FEM Exp.

Fx 0.4994 0.4875 -2.4

Fy 0.5106 0.4952 -3.0

Table 3. Interference error of each sensor of two-axis force sensor.

Sensor Interference error(%)

Fx=400 N Fy=200 N

Fx - 1.2

Fy 0.7 -

Table 4. Repeatability error and non-linearity error of two-axis force sensor.

Error (%) Force sensor

Fx Fy Fz

Repeatability 0.04 0.04 0.03

Non-linearity 0.04 0.04 0.04

(6)

각 0.1%이내이었다. 이와 같이 오차가 크게 나타난 것은 보행 보조로봇의 제어장치에 사용된 아날로그/디지털컨버터(analog to digital converter)가 12비트(bit)를 사용하였기 때문이다. 즉, Fx 힘센서의 분해능은 0.2N(Fx 힘센서의 정격출력 ±400N(800N) 를 컨버터의 4000카운터로 나누면 약 0.2N임), Fy 힘센서의 분 해능은 0.1N으로 분해능이 크기 때문에 오차가 커졌다.

Fig. 9는 2축 힘센서의 특성실험의 사진을 나타내고 있다.

즉, 피실험자가 보행보조로봇을 착용하고 2축 힘센서의 특성 실험하는 모습이고, Fig. 9에서 원으로 표시한 부분이 본 논 문에서 설계 및 제작한 2축 힘센서이다. 특성실험은 보행시 오른쪽 엄지발가락 부위가 장애물과 3회 접촉하였고, 이때 2 축 힘센서의 출력값을 측정하였다. Fig. 10은 2축 힘센서의 특 성실험결과를 나타내고 있고, Fx와 Fy는 각각 x와 y 방향의 측정한 힘을 나타내고 있고, F는 합력식 (1), q는 합력 F의 방 향(각도)를 나타내고 ?다. Fx 힘센서의 출력은 최대 -61.7N, Fy 힘센서는 최대 -26.0N정도 나타났으며, 그리고 식 (1)과 (2) 로 계산한 합력 F와 힘의 방향 θ는 각각 63.2N, 57.1°이었 다. 이와 같이 본 논문에서 설계 및 제작한 발목 2축힘센서는 로봇에 부착되어 보행시 장애물과 접촉되었을 때 접촉력을 측 정할 수 있어 장애물 등을 회피하는데 유용하게 사용될 수 있 을 것으로 판단된다.

4. 결 론

본 논문에서는 편마비 다리환자가 보행보조로봇을 착용하고 보행시 발이 장애물과 접촉되었을 때 힘 Fx와 Fy를 감지하기 위한 2축 힘센서를 설계 및 제작하였다. 이 센서는 보행보조로 봇의 발 부분 링크에 직접 설계 및 제작한 것과 줄로 발을 회 전시킬 수 있는 풀리가 부착된 것이 특징이다. 제작한 2축 힘센 서의 최대상호간섭오차가 1.2% 이내이었고, 최대재현도오차와 최대비직선성오차는 각각 0.04% 이내이었다. 그리고 2축 힘센 서를 제어장치와 연결한 후 교정한 결과 최대비직선성오차와 최 대재현도오차가 0.1% 이내이었고, 보행보조로봇에 조립 후 특 성시험결과, 장애물과 접촉했을 때 접촉력을 측정하여 장애물 회피에 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 이 결과는 이미 판매 하고 있는 다축 힘센서의 그것과 비슷한 수준이므로 보행보조 로봇에 부착하여 보행시 발에 접촉되어 가해지는 힘을 측정하 는데 유용하게 사용될 것으로 판단된다.

Fig. 8. Experimental setup for the calibration test of two-axis force sensor.

Fig. 9. Characteristic test of two-axis force sensor.

Fig. 10. Characteristic test results of two-axis force sensor.

(7)

감사의 글

이 논문은 2016년도 정부(미래창조과학부) 의 재원으로 한국 연구재단의 기초연구사업 지원을 받아 수행된 연구임(No.

2015R1A2A2A01002952)

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