쾌속운동을 위한 인간형 로봇 팔의 경량화 설계

Abstract

손을 포함한 휴보 팔의 무게는 휴보 무게인 56kg의 6.96%를 차지한 3.897kg이다. 사람이 4.3%를 차지하는 것과 비교하였을 때, 휴보의 팔은 무겁고 질량관성모멘트가 크다. 그래서 많은 동적인 움직임이 제한된다. 예를 들면 태극권, 수화, 그리고 춤추기 등. 무게와 질량관성모멘트가 증가하면 전류 소비 역시 증가한다. 따라서 팔의 경량화 설계는 더 빨리 움직이고 에너지 효율을 높이기 위해서 필요하다. 이런 목표를 이루기 위해서 복합재료를 사용할 수 있지만 복합재료의 단점인 이방성이고 원하는 형상을 제작하기 위해선 금형이 필요하여 제작비가 많이 필요로 한 점 때문에 등방성 금속재료 중에서 알루미늄을 주재료로 사용한다. 재료는 휴보에 사용하는 거와 동일하게 하면서 엑추에이터 부분을 재 설계하고 손목에 새로운 메커니즘을 적용한다. 먼저 BLDC 모터와 유닛타입을 하모닉 드라이브를 사용하여 무게와 질량관성모멘트를 줄이고 모터출력을 높인다. 다음으로 두개의 선형 조인트와 하나의 회전 조인트를 사용하여, 하박의 무게를 줄이고 새로운 손목은 휴보 손목보다 1자유도가 많은, 즉 3자유도를 가지며, 인간의 손목처럼 움직인다. 이런 방법을 통해서, 팔의 무게는 52.73% 감소하고 팔의 질량관성모멘트는 60.27% 감소한다.