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Assistive and Rehabilitation
Robotics Lab

Domestics

패브릭 폴딩 방식을 활용하여 의복 쓸림을 최소화한 초소형 패브릭-드리븐 엑소슈트
Author
임경민, 양재하, 이기욱*
Journal
국방로봇학회 학술대회
Year
2023
사람의 근력을 보조하기 위한 외골격형 로봇에서 소프트 엑소슈트가 제안된 배경에는 여러가지 이유가 있지만, 수많은 엑소슈트를 관통하는 개념은 편안함이다. 소프트 엑소슈트는 케이블의 수축을 활용하여 근육을 모사하는 보조력을 인가함과 동시에, 착용자의 움직임 범위를 제한하지 않기 때문에 편안함을 제공한다.
하지만 스틸 케이블, 로프를 활용한 엑소슈트는 케이블-의복 간의 상대적인 움직임으로 인한 마찰로 의복에 손상을 가한다. 또한 신체에 강한 선 압력이 가해지기 때문에 추가적인 보호 장치가 없다면 보행시 통증을 야기한다. 이를 해결하기 위하여 구동부를 패브릭으로 감싸는 방식이나, Series-Wedge 구조 등 다양한 형태의 엑소슈트가 제안되었다. 본 연구에서는 소형경〮량 구동기를 제작함과 동시에 의복 쓸림 문제를 해결한 패브릭 기반 구동기를 제안한다. 
과거 웨빙을 활용한 구동기가 제안된 적은 있지만, 두꺼운 웨빙은 풀리 두께에 영향을 주어 실시간 토크 변동성이 매우 크다. 또한 풀리 직경이 제한된다는 단점이 있어 구동기 소형화에 어려움을 겪는다. 따라서 더 얇은 소재의 재료가 요구되었고, 패브릭 소재를 활용하면 풀리의 소형화와 구동기의 경량화가 가능해진다. 작은 풀리 지름을 활용하여 액추에이터의 크기를 최소화하고, 짧은 모멘트 암은 더 높은 토크를 만들어낸다.  넓은 패브릭은 패브릭은 착용자가 느끼는 압력을 분산시켜 착용성을 개선하였으며, 폴딩 방식을 활용한 패브릭 간의 상대운동으로 의류 손상을 방지한다. 이를 통해 보행 보조에 요구되는 보조력을 만족시키면서, 의복 손상이 없는 편안한 엑소슈트 구동기를 제작하였다. 구동기의 무게는 228g으로 평상시 휴대하고 다니는 스마트폰의 무게와 비슷하다.
본 논문에서는 패브릭 선정 및 폴딩 메커니즘 방식, 구동기 구조, 보조 성능에 대하여 다루며, 패브릭 기반 구동기의 우수성을 입증한다. 이는 엑소슈트 착용자의 일상 속 재활, 보조에 도움을 줄 것으로 기대되며, 추후 연구에서 진행할 배터리, 제어 보드 및 구동기 통합 모듈을 연구하는데 활용될 예정이다.