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로봇 의족과 착용자의 상호 작용력을 이용한 가감속 의도 추정 기술
박수연(S. Y. Park),박신석(S. Park),최준호(J. Choi) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
본 연구에서는 로봇 의족의 보행 속도를 착용자의 의도에 따라 제어하기 위해 가감속 의도에 대한 착용자와 로봇 의족간 상호 작용력을 외란 관측기(Disturbance Observer)를 이용하여 추정한다. 로봇 의족은 하지 절단 환자가 정상인에 준하는 보행을 실현할 수 있도록 하기 위해 개발되어왔다. 대부분 보행 위상 추정을 통해 사용자의 보행 상태를 파악하여 로봇 의족을 제어하는 방법을 사용하며, 사용자의 몸에 센서들을 부착하여 측정된 개별 보행 정보를 로봇 의족에 전달한다. 이러한 방식은 의족 외에 신체 부위에 센서를 추가로 부착하는 불편함이 있으며, 센서 수가 증가함에 따라 알고리즘의 복잡성과 연산 시간이 증가하는 단점이 있다. 그러므로 추가 센서 없이 의도를 추정하는 알고리즘을 개발하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 의족 시스템의 수학적 모델을 바탕으로 외부로부터 인가되는 외란(Disturbance)이 시스템에 미치는 영향을 관측하여 보상하는 외란 관측기를 적용하여 착용자와 로봇의 상호 작용력을 추정하고 사용자의 보행 의도를 추정하여 의족을 제어한다. 설계된 제어기의 성능을 검증하고 속도 변화 의지에 따른 상호 작용력의 변화를 예측하기 위한 시뮬레이션 결과, 속도 변화 의지에 대해 유의미한 상호 작용력의 변화가 예측되었다. 본 연구는 외란 관측기를 이용한 보행 속도 변화에 따른 상호 작용력 추정을 통해 로봇 의족의 속도 조절 제어 기술을 개발하는데 유용할 것으로 기대된다.