착용로봇의 동적 안정성 평가 지표검증 및 균형회복을 위한 제어 = Dynamic stability evaluation of wearable robot verification of indicators and control for balance recovery
저자
발행사항
서울 : 세종대학교 대학원, 2019
학위논문사항
학위논문(석사)-- 세종대학교 대학원 : 기계공학과 2019. 8
발행연도
2019
작성언어
한국어
주제어
DDC
629.892 판사항(22)
발행국(도시)
서울
형태사항
89 p. : 삽도 ; 26cm
일반주기명
지도교수:곽관웅
참고문헌: p.85-87
UCI식별코드
I804:11042-200000222525
소장기관
Wearable robot means a robot that imitates human behavior by attaching it to the outside of the human body, which produces motion signals based on user recognition and which acts as an aid to the wearer's strength. Recently, wearable robots have been researched and developed in various fields, especially in the medical, industrial, and defense sectors, with a lot of investment and development taking place. In particular, many domestic and foreign companies are developing rehabilitation and muscle support robots for the elderly and the weak, and the use of muscle-assisted and muscle-enhancing robots for industrial workers' convenience and productivity are commercialized. Many of the current light and comfortable wearable robot products have been developed to develop wearable robots that focus on user convenience or productivity enhancement. However, research on the safety of wearable robots is insufficient compared to the technological development of these wearable robots, and due to the characteristics of wearable robots that move in close proximity to the users, the safety accidents that can occur due to loss of balance of the user, misinterpretation of intentions, and defect of instruments can cause serious damage to users. Currently, there is little research on how to prevent accidents, such as stopping the automatic mode or sounding the alarm to warn users, as a way to deal with safety accidents that can occur while wearing a robot.
In this study, we introduced the method of detection of falls, the most frequent of accidents that could occur to users of wearable robots, and conducted simulations and experiments to find out if the method of detection of falls among the elderly is applicable to wearable robots. From the results, it was verified that the elderly fall detection method could be applied to wearing robots. In addition, the process of recovering a person's reflexes in case of a fall was analyzed.
Wearable robots are designed and manufactured to apply the Balanced Recovery Mechanism when users fall. In addition, the wearable robot used an Impedance control to estimate the speed at which the robot had to move from the input action force considering the characteristics of the wearable robot, which receives the action force as input and grasps the purpose of operation. The user wore a wearable robot and developed a mechanism to help restore balance in the event of a fall, and the effects were verified through experiments.
착용로봇이란 인체 외부에 부착하여 사람의 행동을 모방하는 로봇으로서 상황인식에 따른 동작신호를 착용자가 생성하며 로봇은 착용자의 힘을 보조해주는 역할을 하는 로봇을 의미한다. 최근 착용로봇은 다양한 분야에서 연구 개발되고 있으며 특히 의료, 산업, 국방 분야에서 수요가 증가하고 있으며 많은 투자와 개발이 이루어지고 있다. 특히 하지마비 환자 혹은 근력이 부족한 노약자들을 위한 재활, 근력 보조용 착용로봇은 국내외의 많이 기업들이 앞 다투어 개발하고 있고 산업 노동자의 편의와 생산성 향상을 위한 근력 보조용, 근력증가용 착용로봇은 상용화가 이루어지고 있다. 사용자의 편의 혹은 생산성 향상에 초점을 맞춘 착용로봇 개발에 현재는 가볍고 편안한 착용로봇 제품들이 많이 개발되었다. 그러나 이러한 착용로봇의 기술적 개발에 비해 착용로봇의 안전에 관한 연구는 미비하며, 사용자와 밀착하여 움직이는 착용로봇의 특성상 착용자의 균형 상실 및 잘못된 의도 파악, 기구적 결함 등 여러 가지 원인으로 발생할 수 있는 안전사고가 발생하였을 때 사용자에게 큰 피해를 입힐 수 있다. 현재 착용로봇을 입고 발생 할 수 있는 안전사고에 대한 대처 방법으로는 자동을 중지하거나 경보를 울려 사용자에게 주의를 주는 등 근본적인 사고 예방 방법은 연구가 미비한 실정이다.
본 연구에서는 착용로봇 사용자에게 발생 할 수 있는 사고 중 가장 빈번하게 일어날 수 있는 사고인 넘어짐에 대해 넘어짐 감지 방법을 소개하고 많은 연구가 이루어지고 있는 노인 낙상 검출법이 착용로봇에게 적용 가능한지 알아보기 위해 시뮬레이션과 실험을 수행하였다. 결과로부터 노인 낙상 검출법을 착용로봇에 적용 할 수 있는 것을 검증하였다. 또한 넘어짐 발생시 사람의 반사기전으로 균형회복을 하는 과정에 대해 분석하였다.
착용로봇 사용자의 넘어짐이 발생했을 때 균형회복 메커니즘을 적용하기 위한 착용로봇을 설계하고 제작하였다. 그리고 착용로봇은 사용자와 로봇이 밀착되어 작용력을 입력으로 받아 동작의도를 파악하는 착용로봇의 특성을 고려하여 입력받은 작용력으로부터 로봇이 움직여야 하는 속도를 추정하는 Impedance 제어를 사용하였다. 사용자가 착용로봇을 착용하고 넘어짐이 발생했을 때 균형회복을 도와주는 메커니즘을 개발하고 실험을 통해 효과를 검증하였다.
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