캡스톤디자인 경영대회에서 기계시스템공학과선배들의 졸업작품을 볼수있었습니다. 저희 전공은 설계뿐만 아니라 제어까지할수있어 4족 보행로봇, 물류로봇 등 근사한 로봇을 만들어 대외수상을 휩쓰는게 인상깊었습니다.그런 선배들은 로봇 연구실 출신이였습니다. 학점도 4.5에 근접하고 설계뿐만 아니라 제어도 잘하는것을 보니 나도 들어 갈수있을까?라는 의문이들었지만 도전해서 실패해봤자 본전이라는 마인드로 면담을 신청했습니다.메카트로닉스 창의 설계과목에 아크릴판을 가공해서 DC모터로 작동하는 볼슈터를 설계해 10발을 빠르고 정확하게 맞추는 과목에서 CATIA로 설계하고 A+를 받은 경험과 4점대 학점으로 설계능력과 학습능력을 강조드렸습니다. 저보다 좋은 능력을 가진 친구들은 많았겠지만 연구실에 합류하고자 하는 강한 의지를 보여주어서 받아주셨고 감사한 마음뿐입니다. 그리고 저는 간직하고 있었던 설계와 제어능력을 키워나갑니다.
#1
연구실에 온 후 스마트팩토리 구축과 로봇 프로그래밍 교육을 해주는 박사선배님이 직접시간을 내 기구 제어를 할 수 있는 아두이노에 대해서 교육을 해주었습니다. 작은 컴퓨터 같이 생긴 아두이노라는 초록색 장치에 스위치, LED, 컴퓨터를 연결하고 프로그래밍 코드를 업로드 시키면 프로그래밍한데로 LED가 순서대로 켜지거나 버튼으로 온오프가 되는 등 원하는 동작을 할 수 있는 방법을 익혔습니다. 코드를 그대로 따라해도 작동이 안되거나 미숙한점이 많아 따라가는게 벅찼지만 교육이 끝나고 시간을 더내어 따라갔습니다.
일주일 가량 교육을 받은 후 나머지 2주 동안은 연구실에 다양한 센서와 로봇 키트가 많으니 이를 이용해서 프로젝트를 해보는 것이였습니다. 5개의 서보모터로 움직이는 로봇팔 키트있었습니다. 오락실에서 사용하는 조이스틱으로 제어되었는데 원하는 동작을 하기는 직관성이 떨어진다고 느껴 로봇팔을 쉽게 조종할수있는 장치를 개발하는 주제로 잡았습니다.우선 로봇팔에서 물건을 쥐는 부분은 구분리면 저항값이 높아지는 가변저항센서를 손가락에 부착하는 형태로 만들었습니다. 그리고 좌우 상하를 움직이는 부분은 자이로/가속도 센서를 이용하기로 계획했습니다. 자이로/가속도 센서를 읽을수 있게해주는 라이브러리 코드와 예제코드를 응용해서 구현을 완료했습니다. 이 과정에서 로봇제어에 경우 설계를 할때 다른 디자인을 참고하는것 처럼 제어코드도 다른 예제코드들을 참고하면서 서로 연결시켜 구현가능하다는것을 알게됩니다.
#2
교수님의 연구주제 중 기립형 휠체어 개발과정에서 동역학 CAE 리커다인 프로그램을 기반하여 기립형 휠체어의 기립 힘을 도출하는 부분을 맡기로 했습니다. 연구실에 들어온 지 얼마 되지 않아 연구를 맡게 되어 잘 할 수 있을지 염려되었지만, 책임을 다해 저녁까지 남아 과제를 수행했습니다. 이때 프로그램상에서 기어의 회전 동작이 되지 않아 기립형 휠체어의 발판 하강이 동작하지 않고, 모터 힘을 측정하기 위해 기립 속도를 사다리꼴 파형으로 만드는 부분을 알지 못해 진행에 차질이 발생했습니다. 매뉴얼을 통해 기어와 같은 입체는 접촉기능으로 힘을 전달해 회전하는 것을 이해하고 기어들이 서로 접촉해서 발판이 내려가는 동작을 구현할 수 있었습니다. 그 다음 파형을 측정하거나 조정하기 위해 FUNCTION 기능을 찾았고 그중 시간에 따라 수치를 조정할 수 잇는 STEP 함수를 적용하여 모터 속도를 사다리꼴 파형으로 만들 수 있었습니다. 그다음 기립형 휠체어의 100kgf의 집중하중을 줘 측정했고 최대 2350N이 필요하다는 것을 도출할 수 있었습니다. 이후 새로 들어오게 되는 학부 연구생들에게 기술지원을 받은 강의자료와 막혔던 자료를 인수해줌으로써 빠르게 습득할 수 있는 발판을 마련했습니다.
그다 음으로 기립형 휠체어의 구조 최적화 연구를 맡았습니다. Recurdyn 동역학 시뮬레이터로 기립 힘을 측정하고, Solidworks로 설계수정을 했습니다. 최적화를 위해 기립 구조의 초기 전달 각을 90도에 가깝게 설계해야했지만, 기립 모터는 리니어 모터로 초기 길이의 약 2배까지 확장되는 제한이 있었습니다. 제2코사인 법칙으로 확장길이를 계산하여 엑셀에 기재하고 초기 전달각을 1도씩 늘려가며 데이터를 분석했습니다. 이때 최적 전달각 35도를 도출했고 30도에서 35도로 전달각 구조를 수정했습니다. 그 결과 기립 모터 힘은 구조 변경 전 2300N 구조 변경 후 2000N으로 약 20%의 힘을 절감했습니다. 이를 통해 설계능력향상과 데이터 분석능력을 키울수있었습니다.
