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목차

Abstract 11

I. 서론 12

II. 6축 힘/모멘트 센서, 4축 힘/모멘트 센서와 2축 힘/모멘트 센서의 설계 및 제작 15

1. 스트레인게이지 15

2. 휘스톤 브리지 회로 16

3. 6축 힘/모멘트 센서의 설계 및 분석 18

4. 6축 힘/모멘트 센서의 제작 및 특성평가 26

5. 4축 힘/모멘트 센서의 설계 및 분석 30

6. 4축 힘/모멘트 센서의 제작 및 특성평가 36

7. 2축 힘/모멘트 센서의 설계 및 분석 40

8. 2축 힘/모멘트 센서의 제작 및 특성평가 45

III. 제어장치의 설계 및 제작 49

1. 제어장치 49

2. DSP(TMS320F2812) 51

3. 증폭부 51

4. 전원부 53

5. 스위치부 54

6. LCD부 54

IV. 어깨재활로봇 56

1. 어깨재활로봇의 구조 56

2. 어깨재활로봇의 기구학 해석 57

3. 어깨재활로봇의 설계 및 제작 61

4. 어깨재활로봇 제어 흐름도 63

5. 어깨재활로봇의 수직운동 실험방법 65

1) 어깨재활로봇의 수직운동기구 특성실험 65

2) 어깨재활로봇의 수직유연성운동 특성실험 66

3) 어깨재활로봇의 수직유연성운동 안정성 특성실험 69

4) PI제어 특성실험 72

5) 수직 근력운동 특성실험 74

5. 어깨재활로봇의 수평운동 실험방법 76

1) 어깨재활로봇의 수평운동기구 특성실험 76

2) 어깨재활로봇의 수평유연성운동 특성실험 77

3) 어깨재활로봇의 수평유연성운동 안정성 특성실험 80

4) PI제어 특성실험 82

5) 수평 근력운동 특성실험 84

V. 결론 86

참고문헌 87

List of Tables

Table 1. Strains from FEM analysis at each attachment location of... 25

Table 2. Rated output from FEM analysis and characteristic test of each... 29

Table 3. Interference error of each sensor of six-axis force/moment sensor 29

Table 4. Rpeatability error and non-linearity error of the six-axis... 29

Table 5. Strains from FEM analysis at each attachment location of... 36

Table 6. Rated output from FEM analysis and characteristic test of each... 39

Table 7. Interference error of each sensor of four-axis force/moment sensor 40

Table 8. Rpeatability error and non-linearity error of the four-axis... 40

Table 9. Strains from FEM analysis at each attachment location of... 45

Table 10. Rated output from FEM analysis and characteristic test of each... 48

Table 11. Interference error of each sensor of two-axis force/moment sensor 48

Table 12. Rpeatability error and non-linearity error of the two-axis... 48

Table 13. D-H prameter 58

List of Figures

Fig. 1. Strain gage 15

Fig. 2. Wheatstone bridge 16

Fig. 3. Sticking position of strain gage 17

Fig. 4. Structure of sensing element for 6-axis force/moment sensor 20

Fig. 5. Deformed shape of the sensing element of each sensor under each... 22

Fig. 6. Strain distribution on each beam under each rated force 24

Fig. 7. Attachment locations of strain gages on each sensing element of... 24

Fig. 8. Manufactured six-axis force/moment sensor 27

Fig. 9. Experimental setup for the characteristic test of the six-axis... 28

Fig. 10. Structure of sensing element for 4-axis force/moment sensor 31

Fig. 11. Deformed shape of the sensing element of each sensor under each... 32

Fig. 12. Strain distribution on each beam under each rated force 34

Fig. 13. Attachment locations of strain gages on each sensing element of... 35

Fig. 14. Manufactured four-axis force/moment sensor 37

Fig. 15. Experimental setup for the characteristic test of the four-axis... 38

Fig. 16. Structure of sensing element for 2-axis force/moment sensor 41

Fig. 17. Deformed shape of the sensing element of each sensor under each... 42

Fig. 18. Strain distribution on each beam under each rated force 43

Fig. 19. Attachment locations of strain gages on each sensing element of... 44

Fig. 20. Manufactured two-axis force/moment sensor 46

Fig. 21. Experimental setup for the characteristic test of the two-axis... 47

Fig. 22. Block diagram of developed controller 49

Fig. 23. Photograph of developed controller 50

Fig. 24. Basic connections for single and dual supplies 52

Fig. 25. Circuit of Power supply 53

Fig. 26. Circuit of switch 54

Fig. 27. Circuit of display 55

Fig. 28. 3D modeling of shoulder rehabilitation robot 57

Fig. 29. R-R manipulator 58

Fig. 30. Manufactured shoulder rehabilitation robot 63

Fig. 31. Flow chart of robot for the flexibility exercise 64

Fig. 32. Flow chart of robot for the muscular strength exercise 65

Fig. 33. Graph of vertical movement characteristic of the robot shoulder... 66

Fig. 34. Photographs of characteristic test for vertical flexibility... 68

Fig. 35. Characteristic test for vertical flexibility rehabilitation exercise 69

Fig. 36. Graphs of emergency characteristic tests of the manufactured... 71

Fig. 37. Characteristic test of PI control 73

Fig. 38. Graphs of characteristic test for vertical flexibility rehabilitation... 74

Fig. 39. Graphs of characteristic test for vertical muscular strength exercise 75

Fig. 40. Graph of horizontal movement characteristic of the robot shoulder... 76

Fig. 41. Photographs of characteristic test for horizontal flexibility... 78

Fig. 42. Characteristic test for horizontal flexibility rehabilitation exercise 79

Fig. 43. Graphs of emergency characteristic tests of the manufactured... 81

Fig. 44. Characteristic test of PI control 83

Fig. 45. Graphs of characteristic test for horizontal flexibility rehabilitation... 84

Fig. 46. Graphs of characteristic test for horizontal muscular strength... 85

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