하지용 입는 로봇을 위한 다양한 보조 알고리즘들의 일반화된 제어 구조
A Generalized Control Framework for Various Assistance Algorithms of Lower Limb Exoskeletons
- 주제(키워드) impedance control , hybrid control , and assistive robot
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 공경철
- 발행년도 2015
- 학위수여년월 2015. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000055521
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
거동이 불편한 사람에게 보조력을 제공해주는 입는 로봇에 대한 관심이 증대하고 있는 만큼 입는 로봇을 위한 다양한 제어 알고리즘이 개발되고 있다. 예를 들어, 사람과 로봇 간에 작용하는 힘을 제어하는 임피던스 제어 혹은 컴플라이언스 제어는 이미 다양한 입는 로봇에서 사용되고 있다. 근전도 센서와 같은 보조 장치를 이용하여 사람의 근력을 정확히 측정할 수 있다면 위와 같은 제어 알고리즘을 이용하여 사람에게 필요한 임피던스를 직접적으로 생성할 수 있다. 하지만 사람의 일상생활은 매우 다양한 동작들(걷기, 서기, 앉기 등)로 이루어져 있기 때문에 상황에 따라 필요한 임피던스의 크기도 달라지게 된다. 더욱이 걷는 동작은 더 세분화된 하위 동작들로 구성되므로 보다 자연스러운 보조력 생성을 위해서는 다양한 임피던스를 제공해 줄 수 있는 알고리즘이 필요하다. 이는 한 종류가 아닌 여러 종류의 임피던스 알고리즘을 함께 사용함으로써 해결할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 하지용 입는 로봇을 위한 다양한 보조 알고리즘들의 일반화된 제어 구조를 제안한다. 제안하는 제어 구조에서는 다양한 보조 알고리즘을 사람의 동작에 맞추어 부드럽고 연속적으로 전환하는 것이 가능하며 가변적인 전체 제어 구조에 대한 안정성 분석도 함께 수행하였다. 마지막으로 제안하는 제어 구조는 하지용 입는 로봇에 적용되어 그 성능을 증명하였다.
more초록/요약
Various control methods have been studied for the natural assistance of human motions by exoskeletal robots, i.e., wearable robots for assisting the human motions. For example, impedance control and compliance control are widely used for controlling interaction forces between a human and a robot. When an accurate measurement of the human muscular force is available (e.g., electromyography), a direct use of the estimated human joint torque is possible in the control of an assistive robot. The human motions in a daily living, however, are so complex that they are constituted by multiple phases, such as walking, sitting, standing, etc., where the walking can be further categorized into multiple sub-phases. Therefore, a single control method cannot be the best option for all the motion phases; a switch in the control algorithms may be necessary for assisting human movements in multiple motion phases. In this thesis, a generalized control framework is proposed to incorporate the various assistive control methods in one general controller structure. The proposed control framework enables the continuous and smooth switching of assistive control algorithms, and makes it possible to analyze the stability of the overall control loop. The proposed method is implemented into a lower-limb exoskeleton robot and is verified by experimental results.
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