KITECH 생산기술 전문지

높이조절 장치는 가구, 작업도구 그리고 신체보조기구 등 일상에서 널리 사용되는 인간중심의 기계시스템이다. 자동화가 발전하면서 전동 조절장치가 주로 사용되지만 이동성, 경량성 또는 착용성이 요구되는 경우 전동방식이 아닌 수동 방식이 더 유용하다. 이때 사용자에게 가볍고 편안한 조작 인터페이스를 제공하기 위해 중력 보상 메커니즘이 적용된다. 질량을 가진 대상물을 수직방향으로 움직일 때 위치에너지 변화가 발생하는데, 중력보상 메커니즘은 이를 다른 형태의 에너지로 변환 및 저장함으로써 총 에너지를 일정하게 유지하는 시스템이다. 대상물의 질량에 관계없이 높이조절에 추가적인 에너지가 들지 않아 사용자는 작은 힘 만으로도 빠르게 조작을 수행할 수 있다는 장점이 있다. 본 연구에서는 중력보상 메커니즘의 에너지 저장 방안으로 무게추의 수직이동, 코일스프링, 가스스프링 등 세 가지 요소기술을 선정하고 각 방식의 힘 작용 특성을 분석하였다. 세 가지 원리의 메커니즘에 대해 실험장치를 만들고 인가력을 정량적으로 측정하는 한편 사용성을 평가하여 메커니즘 유형이 사용자의 조작감에 미치는 영향을 평가하였다. 동작의 부드러움, 조절의 편안함, 조절 정확성 그리고 사용자 만족도 관점에서 주관적 평가를 수행하였다. 연구 결과, 각 메커니즘마다 조작력과 마찰력의 특성이 달랐으며 사용성에서도 차이가 나타났다. 본 연구는 일상의 다양한 수동 높이조절 장치의 사용성과 감성만족을 위해 중력보상장치 적용에 중요하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

키워드 Gravity Compensation, Height Adjustment, Applied Force, Human Centered Machine, Operational Feel