일반적으로 힘 제어는 힘 센서의 사용 여부에 따라 능동적 힘 제어와 피동적 힘 제어로 분류시킬 수 있다. 능동적 힘 제어는 힘 세서를 이용하여 구속력을 목표한 힘에 근접하도록 제어한다. 유연 매니퓨레이터의 함수(위치, 속도, 가속도)를 이용하여 일정한 힘에 근접하도록 제어한다. 유연 매티퓨레이터에 있어서 링크 선단의 강성 증대는 힘 제어뿐만이 아니라, 링크의 진동을 크게 유발함으로서 위치 제어에 불리하게 작용한다. 주로 사용되고 있는 힘 센서는 많은 변형 게이지(strain gauge)로 구성되어 있다. 유연 매니퓨레이터 또한 링크 선단의 변형을 측정하기 위해 변형 게이지를 사용하고 있다. 본 논문에서는 이점에 착안하여, 유연 매니퓨레이터의 선단의 탄성 변형을 측정하기 위해 장착한 변형 게이지를 이용한 위치/힘 제어를 제안한다. 먼저, 유연 매니퓨레이터의 집중 정수 모델로부터 링크의 탄성 변형과 구속력 관계를 도출한 후 이 관계를 이용하여 3차원 실험 유연 매니퓨레이터를 실시간 위치/힘 제어 실험을 수행하였다. 또한 범용 동력학 해석 소프트웨어인 ADAMS FEM 을 이용하여 해석하였다. 마지막으로, 실험 결과와 해석 결과를 비교 분석하여 본 논문에서 제안한 유연 매니퓨레이터의 위치/힘 제어의 타당성을 입증시켰다.
본 연구에서는 촉각 센서와 에너지 수확소자가 한 소자에 융합되어있는 구조를 제안한다. 이 소자는 압전 스트랩과 유연한 튜브, 폴리머 필름으로 구성되어있으며, 유연하며 잘 늘어나는 직물구조를 갖는다. 완성된 소자에 수평방향의 인장 및 수축 힘이 가해지면 전압이 발생하여 에너지 수확소자로 동작하며, 수직방향의 힘이 가해지면 정전용량이 변화하여 촉각센서로 동작한다. 제작한 소자가 에너지 수확소자로 동작할 때 최대 36.6 V의 출력 전압이 측정되었으며, 소자를 누르는 수직힘이 증가할수록 정전용량이 커지는 것을 확인하였다.
사물인터넷 시대를 맞이하여 센서의 중요성이 증가하고 있고 특히 신체에 착용 가능한 웨어러블 전자 센서에 대한 요구가 급격히 증가하고 있다. 플렉서블 유기 트랜지스터는 유연성과 뛰어난 감도를 지니고 있고 값싼 생산이 가능하여 웨어러블 전자센서의 구현을 위한 가장 적합한 후보 중 하나이다. 본 글에서는 플렉서블 유기 박막 트랜지스터의 물리 센서와 생체 센서로의 응용에 대해 살펴보고 관련 기술의 발전방향에 관하여 살펴본다.
본 연구에서는 유연하고 투명한 특성을 지닌 유연 투명 정전용량형 압력 센서를 제안하여 기존의 X, Y 좌표 위치 인식이 가능할 뿐만 아니라 3차원 인식이 가능한 터치스크린을 제작하였다. 유연 투명 정전용량형 압력 센서는 상부 기판, 압력 감지층, 하부 기판의 3 중 구조로 구성되어 있다. 은나노와이어 전도성고분자 하이브리드 필름이 상부 및 하부 기판으로 사용되었다. 유연 투명 정전용량형 압력 센서의 터치 면적은 5인치이며, 전기적 신호를 인가하기 위한 11개의 driving line과 정전용량의 변화를 감지하기 위한 19개의 sensing line으로 구성되었다. 은나노와이어 전도성고분자 하이브리드 필름 및 유연 투명 정전용량형 압력 센서의 전기적, 광학적 특성을 평가하였다. 또한 기계적 유연성을 평가하기 위하여 굽힘 시험을 수행하였다. 제작된 은나노와이어 전도성고분자 하이브리드 필름은 평균 투과율 91.1%, 평균 탁도 1.35%로서 매우 우수한 광학 특성을 나타내었고, 평균 면저항은 $44.1{\Omega}/square$이었다. 굽힘 시험 결과 은나노와이어 전도성고분자 필름은 곡률 반경 3 mm까지 저항의 변화가 거의 없어 매우 우수한 유연성을 갖고 있음을 알 수 있었다. 또한 200,000회의 반복 굽힘 피로 시험 결과, 저항의 증가는 매우 미미하여, 유연 내구성이 매우 우수함을 알 수 있었다. 유연 투명 정전용량형 압력 센서의 평균 투과율은 84.1%, 탁도는 3.56%이었다. 또한, 직경 2 mm의 팁으로 눌렀을 경우, 누르는 압력에 따라 센서가 잘 작동함을 알 수 있었으며, 이를 통하여 멀티 터치 및 멀티 포스 터치가 가능함을 확인하였다. 본 연구에서 제작한 유연 투명 정전용량형 압력 센서는 유저인터페이스, 사용자 경험이 강조되고 있는 현재 상황에서 새로운 인터페이스의 터치스크린 패널에 대한 발전 가능성을 제시할 수 있을 것이라 판단된다.
소나 센서부 설계 시 개별 센서에 대한 정합회로의 설계는 전체 가중회로의 특성에 매우 큰 영향을 미친다. 그러나 많은 경우 정합회로를 설계하는데 있어서 경험에 의한 수작업으로 수행하거나 매우 간단한 모델을 설정하여 그것을 바탕으로 설계하는 예가 많다. 다양한 센서에 대해서 유연하게 대응하는데 한계를 갖고 있고 또 많은 오류를 동반하기 때문에 정합회로 설계에 많은 시행착오를 초래한다. 본 연구에서는 다양한 센서에 유연하게 대응하는 정합회로 설계 도구를 구성하는 첫 단계로써 실제 소나 센서의 특성 측정 및 그를 바탕으로 한 소자 모델링을 일괄 작업화한 설계 프로그램을 구성하여, 그 구성과 기능에 대해서 설명하고자 한다.
소나 센서부 설계 시 개별 센서에 대한 정합회로의 선계는 전체 가중회로의 특성에 매우 큰 영향을 미친다. 피러나 많은 경우 정합회로를 설계하는데 있어서 경험에 의한 수작업으로 수행하거나 매우 간단한 모델을 설정하여 그것을 바탕으로 설계하는 예가 많다. 다양한 센서에 대해서 유연하게 대응하는데 한계를 갖고 있고 또 많은 오류를 동반하기 때문에 정합회로 설계에 많은 시행착오를 초래한다. 본 연구에서는 다양한 센서에 유연하게 대응하는 정합회로 설계 도구를 구성하는 첫 단계로써 실제 소나 센서의 특성 측정 및 그를 바탕으로 한 소자 모델링을 일괄 작업화 한 선계 프로그램을 구성하여, 그 구성과 기능에 대해서 선명하고자 한다.
본 논문에서는 유궤도 이동로봇의 이점을 활용하고 궤도의 유연성을 높여주기 위해 금속 테잎형태의 유궤도를 갖는 이동로봇 시스템을 제작하였다 제작된 무인 운반용 이동로봇은 초음파 및 광(적외선)센서가 탑재된 센서부, 모터 및 엔코더로 이루어진 모터부. 사용자 인터페이스부, 중앙제어부, 컴퓨터 인터페이스부로 구성된다. 초음파센서를 이용하여 이동 경로상의 장애물을 감지하고, 광(적외선)센서를 이용하여 금속 테잎의 궤도를 정확히 감지하여 원하는 위치에 이동할 수 있도록 하였다 개발된 유궤도 이동로봇은 금속 테잎형태의 궤도를 사용함으로써 궤도의 유연성을 높여줄 백만 아니라 무인 이동로봇들의 하드웨어적 소프트웨어적인 비용을 상당부분 절감할 수 있도록 하였다.
본 논문에서는 외부의 힘을 효율적으로 감지하기 위한 촉각센서의 설계 및 이론적인 해석해 관한 것이다. 일반적으로 촉각센서가 표면의 변화를 감지하기 위해서는 외부의 자극을 센서부에 효과적으로 전달할 수 있어야 하기 때문에 미세한 힘에도 변화를 감지할 수 있는 센서의 설계가 필요하다. 이에 본 논문에서는 양전극 사이에 유연성을 갖는 유전체를 사용하여 서 보다 효율적인 감지가 가능하도록 하였다. 즉, 상층부에 설치되어 있는 센서부가 하층부에 설치되어 있는 센서들과 형성하는 전계의 변화로 인하여 발생하는 전압의 차이를 감지하도록 하였으며, 상층부와 하층부의 사이에 일정의 유연성을 갖는 유전체를 삽입함으로써 효율적인 촉각 감지를 할 수 있도록 설계하였다.
피부 모사형 다기능 유연 센서는 인체 피부의 높은 자극 감지 성능과 기계적 안정성을 모사하고자 다학계적 접근을 통해 발전되어 왔다. 하지만, 실제 적용을 위해서는 일상생활 속에서 접하는 다양한 종류의 자극을 명확히 구분하고 각 자극의 세기를 정확히 감지하는 높은 수준의 자극 구별 능력이 필수적임에도 불구하고, 아직까지 낮은 수준의 자극 구별 능력을 보이는 실정이다. 본고에서는 기존 피부 모사형 유연 센서의 기본적인 작동 메커니즘과 대표적인 연구들을 간략히 소개하고, 최근 보고된 피부 모사형 다기능 유연 센서 관련 연구들의 연구 결과 및 자극 구별 능력에 대해 깊이 있게 다루고자 한다.
본 논문에서는 유연관절 로봇 팔 제어를 위한 토크센서 기반의 외란에 강인한 제어기 설계를 다루고 있다. 로봇은 관절의 토크센서를 통해 관절에서 발생하는 토크의 측정이 가능하며 외란에 강인한 제어기 설계를 위해 외란 관측기가 적용 되었다. 외란관측기는 시스템에 작용하고 있는 외란을 상쇄하는 역할을 한다. 본 논문에서 설계된 제어기의 성능은 컴퓨터 모의실험을 통하여 확인하도록 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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