하모닉 드라이브를 이용한 토크 측정 기술의 정밀도 개선에 관한 연구

Abstract

하모닉 드라이브는 로봇 시스템에서 많이 쓰이는 감속기로써 가벼운 무게와 큰 토크용량, 큰 감속비의 이점을 가진다. 그리고 이론적으로는 백레쉬가 없어 위치제어 기반 로봇의 조인트용 감속기로 널리 활용되고 있다. 하지만 하모닉 드라이브는 큰 감속비와 출력축의 마찰 때문에 외부 힘에 의한 백드라이브(Back Drive)가 어려우며 이는 로봇이 외부환경과의 상호작용에 큰 걸림돌로 작용한다. 인간과의 교류가 많은 서비스용 로봇의 경우에는 외부 환경과 상호작용할 수 있는 토크 컨트롤을 필요로 하며 토크 컨트롤을 위해서는 관절 토크의 피드백이 필요하다. 본 연구에서는 추가적인 토크 센서 없이 로봇 조인트에 존재하는 하모닉 드라이브 자체를 이용하여 토크를 측정하는 방법에 대해 다룬다. 하모닉 드라이브에는 플렉스플라인이라는 유연한 파트가 존재하는데 하모닉 드라이브의 고정축과 출력축 사이의 토크 전달을 담당한다. 플렉스플라인에 직접 스트레인 게이지를 부착하여 토크를 측정 할 때에 웨이브 제너레이터의 움직임에 따라 큰 에러 신호가 같이 측정되는데 이를 상쇄시킬 수 있는 여러 가지 방법이 앞선 연구에 의해 제안 되었다. 본 연구에서는 기존의 연구에서 언급 되지 않았던 새로운 문제점을 제시하고 그 해결방안에 대해서 제안한다. 그리고 후 처리를 통해 센서의 성능을 더 개설 시킬 수 있는 방법에 대해서도 제안한다.