시뮬레이션을 활용한 하지 외골격 로봇 착용자의 크러치 조작법 최적화 연구

Abstract

본 논문에서는 하반신 완전마비 장애인의 보행 보조용 외골격 로봇의 시뮬레이션 환경에서 보행 안정성을 갖는 크러치 조작법을 소개한다. 크러치는 하지 보조용 외골격 로봇의 보행에 있어 균형 유지 및 보행 성능에 큰 영향을 끼치는 요소이지만 동시에 사람이 직접 제어하기 때문에 움직이는 규칙을 예측하기에 어려움이 있다. 따라서 본 논문에서는 보행 동작 중 신체의 균형 유지라는 크러치 본연의 목적을 지킬 수 있으면서 시뮬레이션 환경에 적용했을 때 예측하기 힘든 사람의 본능적인 반응을 대체하여 동역학을 기반으로 하는 크러치 조작법을 구현 및 제안한다. 추가적으로 동역학을 통해 얻어낸 새로운 크러치 지지점의 위치를 착용자에게 지시할 수 있다고 가정하면 시뮬레이션 상에서 제안된 크러치 조작법과 함께 적용된 관절 궤적의 성능을 실제 환경에서도 비슷하게 얻어내는 것이 가능할 것이다. 시뮬레이션을 통해 제안된 조작법을 적용했을 때 기존의 방법과 비교했을 때 보행 안정성을 더욱 잘 유지할 수 있음을 검증하였다. 또한 크러치를 지지하는 위치에 임의의 오차를 포함시켰을 때에도 균형을 잘 유지함을 보임으로써 실제 환경에 적용했을 때도 제안된 크러치 조작법은 안정성을 강인하게 유지할 것으로 예상된다.