인구가 고령화됨에 따라 운동 기능 장애 사례가 증가했다. 전통적 치료는 재활치료사를 고용하지만 중국에서 일반인에 대한 재활의사의 비율은 10만 명당 0.4명으로 모든 환자를 커버할 수 없다.
로봇 시스템의 발전과 의공학 분야의 혁신으로 하지 외골격은 많은 환자에게 잠재적인 솔루션이 되었다. 이 외골격 로봇은 재활 훈련을 위해 인간의 보행 움직임을 시뮬레이션하고 하지 근육과 운동 신경을 운동하며 효과적인 재활 훈련으로 치료가 없는 환자를 도울 수 있다.
외골격 로봇의 개발에서 보행 주기는 휴머노이드 컨트롤러 및 실시간 훈련을 위해 최적화되고 설계되었다. 이처럼 포착된 동작 특성을 효과적으로 처리하는 방법을 찾고, 휴머노이드 컨트롤러를 설계하고, 이를 하지 재활 로봇의 실시간 훈련에 적용하는 것이 현장의 연구 핫스팟이 되고 있다.
중원 공과대학의 연구원들은 인간의 움직임 메커니즘을 연구한 후 하지 외골격의 로봇 동적 모델링 및 제어 시스템 설계에 대한 연구를 수행했다. 움직임 재활 기술 분야에서 움직임 과정의 정확한 측정은 생체 역학 모델의 평가와 동적 신체 정보의 분석에 매우 중요하다. 연구원들은 NOKOV 모션 캡처 시스템과 3D 힘 측정 플랫폼을 사용하여 보행 주기와 발바닥 힘 데이터를 수집했다.
동작 데이터는 길이 5m, 너비 4m, 높이 3m의 필드에서 수집되었다. 실험 중 피험자는 손을 가슴에 대고 발을 자연스럽게 평행하게 하여 걸었다. 이 연구는 대상의 움직임의 기본 골격을 포착하는 것을 목표로 했기 때문에 다양한 다리 관절에 총 15개의 반사 마커를 부착했다. 6개의 Mars 2H 모션 캡처 카메라는 각 마커에서 위치 및 이동 데이터를 수집하고 처리했다.
데이터를 이상적인 기준으로 하지 외골격 로봇에 직접 내보낼 수 없었기 때문에 푸리에 함수를 사용하여 맞춤 곡선을 생성한 다음 외골격 로봇 제어 시스템의 원하는 궤적에 대한 기준으로 사용했다. 수집된 데이터는 또한 인간의 운동학적 특성에 대해 분석되었다.
연구진은 신체의 움직임 메커니즘을 분석한 후 하지 외골격 로봇 제어 시스템을 설계하고 편안함을 위한 선형 피드백 제어, 편안함을 위한 적응 제어, 보행 주기 데이터를 기반으로 한 강력한 적응 PD 제어의 세 가지 제어 방법을 제안했다. 이들 각각의 방법을 평가하기 위해 연구진은 하지의 움직임 특성을 외골격 로봇의 원하는 궤적에 대한 기준으로 삼고 시뮬레이션을 수행하여 실험 데이터를 기반으로 로봇의 제어 시스템을 검증했다.
참조:
[1] Hu Ningning Design of lower limb exoskeleton robot control system based on human motion mechanism[D]. Zhongyuan Institute of Technology, 2020.DOI: 10.27774/d.cnki.gzygx.2020.000121.
문의하기
-
우리는 항상 귀하의 질문에 답변하고 더 많은 정보를 제공하게 되어 기쁩니다.
문제에 대해 알려주시면 최상의 솔루션을 안내해 드리겠습니다.
-
-
- 캡처 볼륨 * m m m
-
선택 해주세요 *
- 제안 수 (옵션)
-
카메라 유형(선택 사항)
-
카메라 수(선택 사항)
- 제출하다