The safety of humans who work with robots is an important issue. Many studies have addressed related methods, but fundamental limits to meet safety requirements have been encountered owing to the absence of compliance in robot actuators. Pneumatic muscle is considered to be a basic actuator and offers the advantage of intrinsic elasticity to achieve joint compliance. In this study, joint compliance actuated by pneumatic muscle is actively utilized to enhance human safety during collisions. To this end, the authors present a novel approach to control compliance and associated positions independently with no cross-performance effects using pneumatic muscles. The proposed method is verified by experiments using a physical robot. In addition, methods to decrease damage from collisions between robots and humans due to operational faults are evaluated through experiments. The effectiveness of the proposed method is verified by measuring the impulse in collisions.
로봇이 사람에게 상해를 입혀서는 안된다는 것은 로봇 탄생 때부터 정의된 기본 조건이다. 국내에서 추진중인 로봇윤리에도 이런 기본적인 사항은 명기가 될 것으로 보인다. 최근 사람들에게 서비스를 제공하기 위한, 서비스 로봇이나 재활로봇이 많이 연구 개발되고 있다. 서비스 로봇의 경우 비서 로봇, 집사 로봇, 간호 로봇 등의 다양한 형태로 개발되고 있으며, 특성상 동작 오류로 인해서 언제든 사람에게 상해를 줄 수 있다. 노약자들을 위한 재활로봇의 경우에는 더욱더 많은 사람과의 접촉이 예상되고 안전성에 대한 고려가 필수다. 이런 소프트웨어적 동작 오류에 의한 상해는 소프트웨어적 접근만으로는 근본적 해결이 안되고, 기계적 메카니즘이 추가되어야 한다.
인공공압근육은 기본적 특성으로 가지고 있는 탄성때문에 안전한 매니퓰레이터의 조인트 구성에 유리하다. 또한 부가적으로 노약자를 위한 착용형 외골격 로봇의 경우에는 특유의 탄성에 의한 착용편의감도 확보할 수 있다. 이런 부분에 인공근육을 활용하기 위해서는 능동적으로 관절의 컴플라이언스를 조절할 방법이 제시되어야 하지만 기존 연구는 주어진 인공근육의 탄성을 그대로 쓰기만 했었다.
본 연구에서는 인공근육을 이용하여 매니퓰레이터의 관절 컴플라이언스를 능동적으로 조절하기 위한 방법론을 제시한다. 제시하는 방법은 병렬배열에 의한 구동 방법을 사용하며, 이 때 기본 압력을 조절함으로서 관절 컴플라이언스을 변화시킨다. 이렇게 안전을 위한 충분한 컴플라이언스를 확보하면서도, 매니퓰레이터 고유의 임무 수행을 위한 위치 추적 성능도 보장하기 위해서 별도의 독립적인 강인 위치 제어기를 사용한다. 구현된 방법론은 시물레이션과 제작된 매니퓰레이터에서의 실험으로 그 성능을 보였다. 실험구성 및 판단의 기준은, 안전성 판단을 위해서는 임의의 장애물과의 충돌시의 충격량을 측정했으며, 위치 추적 성능을 위해서는 주어진 궤적 추적을 수행하는 동안의 위치 추적 오차를 측정하여 그 성능을 판단했다.
본 연구에서 제안된 방법은 적절한 위치 및 컴플라이언스 제어를 수행함으로서, 안전성에서 다른 기존 연구보다 우수한 성능을 보였으며, 위치 추적 성능에서도 다른 연구에 비해서 떨어지지 않는 성능을 보였다.
