Stewart Platform-Based Master System for Tele-Operation of a Robot Arm

Teleoperation of a robot arm working in hazardous environments has been studied in the field of defense and security. A master system is an essential part that plays an important role in the teleoperation. We developed a master system, which is an essential part in the teleoperation, so that it can operate the slave robot arm intuitively and has excellent mobility and portability compared to conventional master systems. The master system adopted a Stewart platform to minimize the size and weight, and the legs of the Stewart platform are composed of wires to improve the operation range of the system. The experimental validation of the developed master system is conducted with a commercial IMU, and the experimental results show that the proposed master system can perform reliable and dexterous teleoperation. † Corresponding Author, jbsong@korea.ac.kr C 2015 The Korean Society of Mechanical Engineers 이상덕 · 유홍선 · 안국현 · 송재복 · 김종원 · 유재관 138 가 조작장치의 기능을 숙지하기 위한 숙련과정이 필요하다. 관절형 조작장치는 링크와 관절로 이루 어진 조작장치로, 사용자가 조작장치의 기구부에 직접 힘을 인가함으로써 발생한 조작장치의 관절 변위를 바탕으로 사용자의 의도를 파악하여 로봇 을 조작한다. 이러한 관절형 조작장치는 보다 직 관적인 로봇의 조작이 가능하다. 그러나 기존의 관절형 조작장치들은 링크를 바탕으로 기구부가 구성되어 있으며, 높은 자유도를 갖는 로봇 팔을 제어하기 위해서는 다수의 링크와 관절이 필요하 기 때문에 조작장치의 부피가 크고, 무거워서 휴 대 및 이동에 어려움이 있다. 또한, 조작장치를 구 성하는 링크 사이의 상호간섭으로 인하여 동작범 위가 제한적이다. 따라서 직관적인 로봇 팔이 조 작이 가능한 동시에 동작범위가 넓고 휴대성이 우 수한 조작장치의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 스튜어트 플랫폼과 와이어 기반 의 조작장치를 개발하였다. 스튜어트 플랫폼을 기 반으로 기구부를 설계하여 6자유도의 조작이 가능 하도록 하였으며, 동시에 조작장치의 부피 및 무 게를 최소화하였다. 또한, 와이어를 이용하여 조작 장치를 구성함으로써 조작장치의 조작범위를 극대 화하였다. 따라서 개발된 로봇 팔 조작장치는 직 관적인 로봇 팔의 제어가 가능하며, 이동성과 휴 대성이 우수하다. 본 논문의 구성은 다음과 같다. 2장에서는 개발 된 조작장치를 이용하여 로봇 팔을 원격제어 하는 원리에 대하여 설명한다. 3장에서는 개발된 조작장 치의 상세 설계에 대하여 설명한다. 4장에서는 개 발된 조작장치의 성능을 실험적으로 검증한다. 마