하이브리드 형 외골격 로봇과 사용자의 무릎 관절과의 상호관계에 의한 제어의 연구

Abstract

외골격 로봇은 사용자가 착용하여 보조를 받는 로봇이여서 입는 로봇이라고 표현ㄷㅚㄱ도 한다. 본 연구에서는 가속도 보조 알고리즘을 사용하여 외골격 로봇이 어떤 식으로 사용자의 무릎 토크를 보조하는 가에 대하여 연구를 수행하였다. 무릎 보조를 하기 위하여 외골격 로봇의 다리 하나를 제작하였다. 외골격 로봇이 사용자의 허리에 힘을 가하여 작동하는 외골격 로봇이다. 사용자의 가속도를 알기 위해서 발저반력을 측정하였고, 허리와 발 외에는 외골격 로봇과 사용자의 접촉이 없게 하였다. 작동원리는 힘 제어를 기본으로 하여 중력 보상을 위한 힘과 가속도 보조를 위한 힘을 더하여 외골격 로봇이 그만큼의 힘을 사용자에게 내게 하였다. 우선적으로 외골격 로봇의 기본적인 기능인 중력 보상이 되는지 확인하기 위하여 외골격 로봇을 착용하지 않았을 때와 착용한 상태에서의 실험을 수행하였다. 외골격의 높이와 외골격 로봇의 허리에서 측정된 힘을 바탕으로 사용자의 무릎 토크를 구하여, 외골격 로봇을 착용하였을 때 사용자가 내야 하는 토크가 줄었음을 확인 하였다. 두 번째 실험으로 단순히 중력 보상을 한 경우와 가속도 보조도 한 경우를 비교하였다. 중력 보상만 하였을 때는 무릎 토크가 사용자의 가속도 때문에 크게 변하는데, 가속도 보조도 한 경우에서는 무릎 토크의 변화량이 줄어들었다. 이를 통해서 가속도 보조도 했을 때 사용자가 더 편하게 움직인다는 것을 확인하였다.