The paper focuses on the terminal decision maker against ground impact for the safe locomotion of wearable robots based on contact-less distance measurement ToF module. The existence of human in the control loop of wearable robots leads to the enlarged involvement of human movement on the performance of the overall system. Two of the most representative control structures of wearable robots; joint trajectory and assistance torque based ones, are equally not free of this problem. Thus, they are both in need of a system that can adjust those human-induced errors by comparing the status of the robot with the surrounding environment. An inappropriate assistance resulting from the absence of such a system leads to the damage on the wearer’s bones and muscles. In addition, it greatly undermines the assistance performance where the wearer’s intended movement can get interrupted. Further, the unmitigated, repeated ground impact deteriorates the durability of the robot. Compared to previous research, the proposed method is based on contact-less distance measurement. From this feature, it has merit in durability and can take the change in the surrounding environment into consideration. The module and the algorithm are applied to an assistance torque based wearable robot, Angel Legs M20, and the performance is verified via experiments on a human subject.
본 논문은 비접촉식 ToF 센서 기반의 거리 측정 모듈과 이를 이용해 웨어러블 로봇의 보행 안정성을 높이기 위한 지면 접촉 발생 대비 최종 판단 및 대응 시스템에 대해 다룬다. 인간이 제어 시스템의 주 요소로 포함되어 있는 웨어러블 로봇은 전체 시스템의 거동이 인간의 움직임에 큰 영향을 받는다. 웨어러블 로봇의 대표적인 제어 방식으로는 미리 생성된 관절 각도 궤적을 추종하며 착용자를 보조하는 경우와 토크를 기반으로 보조를 하는 경우가 있는데 이 둘 모두 이러한 영향에서 자유롭지 못하다. 따라서 웨어러블 로봇에는 인간의 움직임으로 발생한 오차를 외부 환경과 비교해 보정해주는 시스템이 필요하다. 이것이 부재할 경우 잘못된 상황 판단으로 인해 로봇이 탑승자에게 적절치 못한 보조를 해주게 되고 착용자의 근육 혹은 골격에 위해를 가하게 된다. 뿐만 아니라 착용자의 의도에 맞게 보조력을 더해주기가 어려워 보조의 효과가 감소하고 과도한 지면 충격이 누적되어 로봇의 내구성도 떨어지게 된다. 선행 연구에서 제안된 방법들과 비교했을 때 본 연구에서 제안한 방식은 비접촉식 거리 측정 센서 기반이므로 내구성이 우수하고 주변 환경의 변화를 적극적으로 보행 분석에 포함할 수 있다는 장점이 있다. 제안된 분석 장치는 토크 기반으로 보조를 해주는 엔젤렉스 M20 플랫폼에 적용되어 인간 대상 실험을 통해 그 성능이 검증되었다.
