R & E 활동 보고서 <Flex Senser를 이용한 로봇 손 탐구>

R & E 활동 보고서

문서 내 토픽

1. 사람의 손뼈

손뼈는 손의 기둥 역할을 하며, 많은 수의 작은 뼈로 구성되어 있어 관절이 있어 손의 섬세한 동작을 할 수 있도록 한다. 손뼈에는 손 내부의 근육과 손가락 및 손목을 움직이는 힘줄이 붙어 있다.
2. Flex Sensor

Flex Sensor는 편향 또는 벤딩의 양을 측정하는 센서로, 표면에 고정되어 센서 요소의 저항이 표면을 구부리면서 변화된다. 저항은 굽힘의 양에 정비례하기 때문에 각도계로 사용된다.
3. 로봇 손 제작

사람의 손 뼈 구조를 참고하여 플라스틱으로 손 모형을 만들고, Flex Sensor를 장갑에 부착하여 각 손가락의 저항 값을 구했다. 브레드보드를 이용해 손 모형과 Flex Sensor를 Arduino 보드와 연결하고, 컴퓨터로 직접 코딩하며 테스트를 진행했다.
4. 실험의 한계와 해결방안

제작 과정 중 서브모터의 힘이 약해 손 모형의 손가락이 잘 굽혀지지 않고, Flex Sensor의 센서 값이 유지되지 않는 문제가 있었다. 이를 해결하기 위해 더 강력한 서브모터를 준비하고, 다른 방법으로 서브모터를 제어하는 방안을 고려했다.
5. 기대효과

4차 산업 시대에 로봇 손 제작을 통해 사람이 할 수 없는 작업을 대신할 수 있게 되고, 사람의 신체와 기계를 융합함으로써 새로운 기술이 발명될 것으로 기대된다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 사람의 손뼈

사람의 손은 매우 복잡한 구조를 가지고 있습니다. 손에는 총 27개의 뼈가 있으며, 이 뼈들은 손가락, 손바닥, 손목 등 다양한 부분으로 구성되어 있습니다. 이러한 복잡한 구조로 인해 손은 다양한 동작을 수행할 수 있습니다. 손가락 관절의 움직임, 손목의 회전 등을 통해 사람은 물건을 잡거나 미세한 작업을 수행할 수 있습니다. 또한 손의 뼈는 단순히 구조적인 역할뿐만 아니라 감각 기능도 담당하고 있습니다. 손가락 끝의 신경 말단은 촉감을 감지하여 뇌로 전달하며, 이를 통해 사람은 물체의 질감, 무게 등을 인지할 수 있습니다. 이처럼 사람의 손은 매우 복잡하고 정교한 구조를 가지고 있으며, 이를 이해하는 것은 로봇 손 제작 등 다양한 분야에서 중요한 의미를 가질 것입니다.
2. Flex Sensor

Flex Sensor는 물체의 굽힘 정도를 감지하는 센서로, 로봇 손 제작에 널리 활용되고 있습니다. Flex Sensor는 내부에 저항체가 포함되어 있어, 물체가 굽혀질 때 저항값이 변화하는 원리를 이용합니다. 이를 통해 손가락의 굽힘 각도를 정확하게 측정할 수 있습니다. Flex Sensor는 크기가 작고 가벼우며, 유연성이 뛰어나 손가락의 움직임을 방해하지 않습니다. 또한 저렴한 가격으로 구입할 수 있어 로봇 손 제작에 적합합니다. 다만 Flex Sensor는 온도, 습도 등 외부 환경 변화에 민감할 수 있으며, 장기간 사용 시 센서 성능이 저하될 수 있다는 단점이 있습니다. 따라서 이러한 한계점을 보완하기 위한 추가적인 연구가 필요할 것으로 보입니다.
3. 로봇 손 제작

로봇 손 제작은 매우 복잡하고 어려운 과제입니다. 사람의 손은 27개의 뼈와 수많은 근육, 신경 등으로 구성되어 있어 그 구조가 매우 정교합니다. 이를 완벽하게 모방하기 위해서는 고도의 기술력과 첨단 부품이 필요합니다. 특히 손가락의 관절 움직임, 힘의 조절, 촉감 감지 등을 구현하는 것이 가장 큰 과제라고 할 수 있습니다. 최근 들어 3D 프린팅 기술, 스마트 재료, 센서 기술 등의 발전으로 보다 정교한 로봇 손 제작이 가능해지고 있습니다. 하지만 아직도 인간의 손과 같은 수준의 기능을 구현하기 위해서는 많은 연구와 개선이 필요한 상황입니다. 향후 로봇 손 기술이 더욱 발전한다면 의수 제작, 산업용 로봇, 서비스 로봇 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대됩니다.
4. 실험의 한계와 해결방안

로봇 손 제작 실험에는 다양한 한계점이 존재합니다. 첫째, 사람의 손과 같은 수준의 정교한 움직임을 구현하기 어렵습니다. 손가락 관절의 미세한 움직임을 정확하게 감지하고 제어하는 것이 쉽지 않습니다. 둘째, 촉감 및 힘 감지 기능을 구현하기 어렵습니다. 사람의 손은 피부와 신경 말단을 통해 물체의 질감, 무게 등을 감지할 수 있지만, 이를 모방하기는 쉽지 않습니다. 셋째, 내구성 및 내환경성이 부족할 수 있습니다. 실제 사용 환경에서 로봇 손이 견딜 수 있는 내구성과 내환경성을 확보하기 어려울 수 있습니다. 이러한 한계점을 해결하기 위해서는 다음과 같은 방안이 필요합니다. 첫째, 고성능 센서와 정밀한 구동 메커니즘을 개발하여 손가락 움직임의 정교성을 높여야 합니다. 둘째, 인간의 피부와 유사한 촉감 감지 기술을 개발하고, 힘 제어 기술을 향상시켜야 합니다. 셋째, 내구성과 내환경성이 뛰어난 재료와 구조를 적용해야 합니다. 이를 통해 실제 사용 환경에서도 안정적으로 작동할 수 있는 로봇 손을 구현할 수 있을 것입니다.
5. 기대효과

로봇 손 기술의 발전은 다양한 분야에서 큰 기대효과를 가져올 것으로 예상됩니다. 첫째, 의수 제작 분야에서 큰 발전이 있을 것입니다. 현재 의수는 외관은 유사하지만 기능이 제한적인 경우가 많습니다. 하지만 로봇 손 기술이 발전한다면 보다 정교하고 기능적인 의수를 제작할 수 있게 될 것입니다. 이를 통해 장애인들의 삶의 질 향상에 기여할 수 있습니다. 둘째, 산업용 로봇의 활용도가 높아질 것입니다. 현재 산업용 로봇은 단순 반복 작업에 주로 활용되고 있지만, 로봇 손 기술이 발전한다면 보다 복잡하고 정밀한 작업도 수행할 수 있게 될 것입니다. 이를 통해 생산성 향상과 제품 품질 향상을 기대할 수 있습니다. 셋째, 서비스 로봇의 활용도가 높아질 것입니다. 현재 서비스 로봇은 단순한 물건 운반 등의 작업을 수행하고 있지만, 로봇 손 기술이 발전한다면 보다 다양한 서비스를 제공할 수 있게 될 것입니다. 이를 통해 고령자 및 장애인 등 취약계층의 삶의 질 향상에 기여할 수 있을 것입니다. 이처럼 로봇 손 기술의 발전은 의수, 산업용 로봇, 서비스 로봇 등 다양한 분야에서 큰 기대효과를 가져올 것으로 예상됩니다.