KR102397306B1 - Control method and system of wearable apparatus for assisting muscular strength - Google Patents
Control method and system of wearable apparatus for assisting muscular strength Download PDFInfo
- Publication number
- KR102397306B1 KR102397306B1 KR1020170101377A KR20170101377A KR102397306B1 KR 102397306 B1 KR102397306 B1 KR 102397306B1 KR 1020170101377 A KR1020170101377 A KR 1020170101377A KR 20170101377 A KR20170101377 A KR 20170101377A KR 102397306 B1 KR102397306 B1 KR 102397306B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- wearer
- upper body
- angle
- driving unit
- torque
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 230000003387 muscular Effects 0.000 title description 2
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 claims abstract description 22
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 78
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 22
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 3
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
- B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
- B25J9/1633—Programme controls characterised by the control loop compliant, force, torque control, e.g. combined with position control
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
- B25J19/02—Sensing devices
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/0006—Exoskeletons, i.e. resembling a human figure
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
- B25J9/1615—Programme controls characterised by special kind of manipulator, e.g. planar, scara, gantry, cantilever, space, closed chain, passive/active joints and tendon driven manipulators
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
- Manipulator (AREA)
- Rehabilitation Tools (AREA)
Abstract
착용자의 상체측에 장착된 구동부, 다리측에 장착된 링크, 구동부와 링크를 연결하는 와이어로 구성되어 구동부의 작동시 와이어에 걸리는 인장력을 통해 착용자의 허리 근력을 보조하는 착용식 근력 보조 장치를 제어하는 방법에 있어서, 착용자의 자세를 검출하는 단계; 검출된 착용자의 자세에 기반하여 구동부에서 인장력을 발생시킬 필요가 있는지 판단하는 단계; 구동부에서 인장력을 발생시킬 필요가 있는 경우, 구동모드로 진입하면서 착용자의 허리 근력을 보조하는데 필요한 보조 토크를 산출하는 단계; 및 산출된 보조 토크에 대응되는 인장력이 발생하도록 구동부를 제어하는 단계;를 포함하는 착용식 근력 보조 장치의 제어 방법이 소개된다.It is composed of a driving unit mounted on the wearer's upper body side, a link mounted on the leg side, and a wire connecting the driving unit and the link. Controls a wearable strength assisting device that assists the wearer's back muscle strength through the tensile force applied to the wire when the driving unit operates. A method comprising: detecting a posture of a wearer; determining whether it is necessary to generate a tensile force in the driving unit based on the detected posture of the wearer; when it is necessary to generate a tensile force in the driving unit, calculating an auxiliary torque required to assist the wearer's back muscle strength while entering the driving mode; and controlling the driving unit to generate a tensile force corresponding to the calculated auxiliary torque.
Description
본 발명은 착용식 근력 보조 장치의 제어 방법 및 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 착용자의 자세를 검출하여 착용자의 허리 근력을 보조하는 착용식 근력 보조 장치를 제어하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system for controlling a wearable strength assisting device, and more particularly, to a method of controlling a wearable strength assisting device that assists a wearer's back muscle strength by detecting a wearer's posture.
많은 종류의 작업 장비들이 개발되어 왔음에도 불구하고 다양한 산업 현장에서 여전히 사람이 직접 작업해야만 하는 업무 또는 사람이 작업할 때 효율이 증대되는 업무가 존재한다.Although many types of work equipment have been developed, there is still a task in which a person must work directly or a task in which the efficiency is increased when a person works in various industrial sites.
하지만, 이러한 작업에는 때로 사람의 신체적 한계를 넘어서는 신체 능력을 요구하는 경우가 발생될 수 있으며, 이 경우 다수의 사람이 함께 공동 작업을 수행하거나 또는 소수의 사람들이 자신의 능력을 넘어서 작업을 수행하게 되는 바, 작업의 효율성이 떨어지고 작업자의 신체 상해가 발생될 수 있는 위험성이 항상 존재한다.However, these tasks may sometimes require physical abilities that go beyond a person's physical limits, in which case many people may work together or a small number of people may perform tasks beyond their abilities. As a result, there is always a risk that the efficiency of the work may decrease and the bodily injury of the worker may occur.
이를 해결하기 위해 작업자가 직접 착용할 수 있으면서 작업자의 움직임에 보조력을 더하는 착용식 로봇이 개발되어 왔는데, 종래의 착용식 로봇의 경우 로봇의 강건성과 작동 안정성을 위해 작업자의 전신을 금속 재질로 감싸도록 함으로써 작업자가 받는 하중을 로봇이 대신 받는 형태로 이루어져 있었다.In order to solve this problem, wearable robots that can be worn directly by the operator and that add auxiliary power to the movement of the operator have been developed. It consisted of a form in which the robot receives the load received by the operator instead.
즉, 작업자가 로봇을 착용하여 로봇이 작업자의 각 관절을 구동하여 작업자의 관절이 받는 하중을 로봇이 대신 받아 구동하는 방식이었다.That is, it was a method in which the robot wore the robot and the robot drove each joint of the operator, and the robot received the load received by the operator's joints instead of driving it.
그러나 현재까지 착용 로봇은 대부분 각 관절을 개별적으로 구동하는 방식으로 구성으로, 이러한 구조는 각 관절별로 구동기 및 감속기가 필요하여 착용식 로봇의 경량화에 한계를 가지고, 고가의 비용이 요구되었다. 또한, 다수의 구동기를 제어함에 있어서 제어의 불안정성에 문제가 있었다.However, up to now, most wearable robots are configured in a way that each joint is individually driven, and this structure requires a actuator and a reducer for each joint, limiting the weight reduction of the wearable robot, and high cost is required. In addition, there was a problem in the instability of the control in controlling a plurality of actuators.
이에 따라 하나의 구동기 및 감속기를 통하여 착용자의 허리 근력을 보조하는 착용식 로봇이 개발되었다. 다만, 이러한 착용식 허리 근력 보조 로봇은 착용자가 굽히거나 펴는 동작을 할 때에는 착용자의 허리 근력을 보조하고, 착용자가 보행할 때에는 착용자가 불편하지 않도록 제어해야될 필요가 있다.Accordingly, a wearable robot that assists the wearer's back muscles through one actuator and a reducer has been developed. However, such a wearable waist strength assisting robot needs to be controlled so that the wearer's back strength is supported when the wearer bends or stretches, and the wearer is not uncomfortable when the wearer walks.
따라서, 제어부가 구동기가 작동하도록 구동하는 구동모드 또는 제어부가 구동부를 동작시키지 않는 보행모드인지를 판단하기 위해서는 착용자의 자세를 검출하기 할 필요가 있다. 착용자의 자세 검출을 위하여는 착용자의 허리 굽힘 각도 및 힙 각도 등을 각각 측정하는 센서가 필요하였다.Accordingly, in order to determine whether the control unit is in a driving mode in which the actuator is driven to operate or in a walking mode in which the control unit does not operate the driving unit, it is necessary to detect the wearer's posture. In order to detect the wearer's posture, sensors for measuring the wearer's waist bending angle and hip angle, respectively, were required.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.The matters described as the background art above are only for improving the understanding of the background of the present invention, and should not be accepted as acknowledging that they correspond to the prior art already known to those of ordinary skill in the art.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 착용식 근력 보조 장치의 제어 방법 및 시스템에 있어서 최소한의 센서를 이용하여 착용자의 자세 검출하고, 검출된 착용자의 자세에 따른 보조 토크를 산출하여 구동부의 인장력을 제어하는 제어 방법을 제공하고자 함이다.The present invention has been proposed to solve this problem, and in a method and system for controlling a wearable strength assisting device, the wearer's posture is detected using a minimum sensor, and an auxiliary torque is calculated according to the detected wearer's posture to thereby calculate the driving unit An object of the present invention is to provide a control method for controlling the tensile force of
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 착용식 근력 보조 장치의 제어 방법은 착용자의 상체측에 장착된 구동부, 다리측에 장착된 링크, 구동부와 링크를 연결하는 와이어로 구성되어 구동부의 작동시 와이어에 걸리는 인장력을 통해 착용자의 허리 근력을 보조하는 착용식 근력 보조 장치를 제어하는 방법에 있어서, 착용자의 자세를 검출하는 단계; 검출된 착용자의 자세에 기반하여 구동부에서 인장력을 발생시킬 필요가 있는지 판단하는 단계; 구동부에서 인장력을 발생시킬 필요가 있는 경우, 구동모드로 진입하면서 착용자의 허리 근력을 보조하는데 필요한 보조 토크를 산출하는 단계; 및 산출된 보조 토크에 대응되는 인장력이 발생하도록 구동부를 제어하는 단계;를 포함한다.The control method of the wearable muscle strength assisting device according to the present invention for achieving the above object is composed of a driving unit mounted on the upper body side of the wearer, a link mounted on the leg side, and a wire connecting the driving unit and the link when the driving unit is operated. A method of controlling a wearable strength assisting device that assists a wearer's back muscle strength through a tensile force applied to a wire, the method comprising: detecting a wearer's posture; determining whether it is necessary to generate a tensile force in the driving unit based on the detected posture of the wearer; when it is necessary to generate a tensile force in the driving unit, calculating an auxiliary torque required to assist the wearer's back muscle strength while entering the driving mode; and controlling the driving unit to generate a tensile force corresponding to the calculated auxiliary torque.
착용자의 자세를 검출하는 단계는 구동부에 마련된 회전센서의 회전각을 측정하고, 측정된 회전각을 기반으로 착용자의 상체가 숙여진 각도와 하체가 굽혀진 각도의 합인 총 굽힘 각도를 산출하여 착용자의 자세를 검출할 수 있다.The step of detecting the wearer's posture includes measuring the rotation angle of a rotation sensor provided in the driving unit, and calculating the total bending angle that is the sum of the angle at which the wearer's upper body is bent and the angle at which the lower body is bent based on the measured rotation angle to calculate the wearer's posture can be detected.
착용자의 자세를 검출하는 단계는 착용자의 상체에 마련된 절대각도센서의 절대각도를 측정하고, 측정된 절대각도를 기반으로 지면에 수직한 방향을 기준으로 착용자의 상체가 숙여진 상체 숙임 각도를 산출하며, 총 굽힘 각도 및 상체 숙임 각도를 기반으로 착용자의 하체 굽힘 각도를 산출하여 착용자의 자세를 검출할 수 있다.The step of detecting the wearer's posture measures the absolute angle of the absolute angle sensor provided on the wearer's upper body, and calculates the upper body bending angle at which the wearer's upper body is bent based on the direction perpendicular to the ground based on the measured absolute angle, The wearer's posture may be detected by calculating the wearer's lower body bending angle based on the total bending angle and the upper body bending angle.
착용자의 자세를 검출하는 단계에서 절대각도센서는 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서이고, IMU 센서에서 측정된 값을 기반으로 착용자의 상체 숙임 각도를 산출할 수 있다.In the step of detecting the wearer's posture, the absolute angle sensor is an IMU (Inertial Measurement Unit) sensor, and the upper body bending angle of the wearer can be calculated based on the value measured by the IMU sensor.
구동부에서 인장력을 발생시킬 필요가 있는지 판단하는 단계는 검출된 착용자의 자세가 기설정된 자세보다 더 굽은 경우에 구동부에서 인장력을 발생시킬 필요가 있는 것으로 판단할 수 있다.In the step of determining whether the driving unit needs to generate the tensile force, it may be determined that the driving unit needs to generate the tensile force when the detected posture of the wearer is more bent than a preset posture.
구동부에서 인장력을 발생시킬 필요가 있는지 판단하는 단계는 산출된 총 굽힘 각도가 기설정된 제1 각도보다 큰 경우에 구동부에서 인장력을 발생시킬 필요가 있는 것으로 판단할 수 있다.In the step of determining whether the driving unit needs to generate the tensile force, it may be determined that the driving unit needs to generate the tensile force when the calculated total bending angle is greater than a predetermined first angle.
구동부에서 인장력을 발생시킬 필요가 있는지 판단하는 단계는 산출된 상체 숙임 각도가 기설정된 제2 각도보다 크거나 산출된 하체 굽힘 각도가 기설정된 제3 각도보다 큰 경우에 구동부에서 인장력을 발생시킬 필요가 있는 것으로 판단할 수 있다.The step of determining whether there is a need to generate a tensile force in the driving unit is a case in which the calculated upper body bending angle is greater than the second preset angle or the calculated lower body bending angle is greater than the third preset angle. It can be judged that there is
보조 토크를 산출하는 단계에서 보조 토크는 상체의 중력을 보상하는 회전 토크와 하체 굽힘에 의한 지지 토크 및 상체의 회전을 보조하는 토크의 합으로 산출할 수 있다.In the step of calculating the auxiliary torque, the auxiliary torque may be calculated as the sum of the rotation torque compensating for the gravity of the upper body, the supporting torque due to bending of the lower body, and the torque supporting the rotation of the upper body.
보조 토크를 산출하는 단계에서 보조 토크는 상체의 중력을 보상하는 회전 토크와 하체 굽힘에 의한 지지 토크 및 상체의 회전을 보조하는 토크의 합으로 산출하고, 상체의 중력을 보상하는 회전 토크는 상체 숙임 각도를 기반으로 산출할 수 있다.In the step of calculating the auxiliary torque, the auxiliary torque is calculated as the sum of the rotation torque that compensates for the gravity of the upper body, the support torque caused by bending of the lower body, and the torque that assists the rotation of the upper body, and the rotation torque that compensates the gravity of the upper body is lowered It can be calculated based on the angle.
보조 토크를 산출하는 단계에서 보조 토크는 상체의 중력을 보상하는 회전 토크와 하체 굽힘에 의한 지지 토크 및 상체의 회전을 보조하는 토크의 합으로 산출하고, 하체 굽힘에 의한 지지 토크는 가상의 스프링 모델을 적용하여 하체 굽힘 각도에 비례하도록 산출할 수 있다.In the step of calculating the auxiliary torque, the auxiliary torque is calculated as the sum of the rotation torque compensating for the gravity of the upper body, the supporting torque by bending the lower body, and the torque supporting the rotation of the upper body, and the supporting torque by bending the lower body is a virtual spring model It can be calculated to be proportional to the lower body bending angle by applying .
보조 토크를 산출하는 단계에서 보조 토크는 상체의 중력을 보상하는 회전 토크와 하체 굽힘에 의한 지지 토크 및 상체의 회전을 보조하는 토크의 합으로 산출하고, 상체의 회전을 보조하는 토크는 상체 숙임 각도가 감소하는 경우에는 보조 토크에 가산하고, 상체 숙임 각도가 증가하는 경우에는 보조 토크에서 감산할 수 있다.In the step of calculating the auxiliary torque, the auxiliary torque is calculated as the sum of the rotation torque compensating for the gravity of the upper body, the supporting torque by bending the lower body, and the torque supporting the rotation of the upper body, and the torque supporting the rotation of the upper body is the upper body bending angle When is decreased, it can be added to the auxiliary torque, and when the upper body leaning angle is increased, it can be subtracted from the auxiliary torque.
상체의 회전을 보조하는 토크는 상체 숙임 각도의 변화율에 비례하도록 산출할 수 있다.The torque that assists the rotation of the upper body may be calculated to be proportional to the rate of change of the angle of the upper body leaning.
보조 토크를 산출하는 단계에서 산출된 보조 토크가 기설정된 상한치를 넘는 경우에는 보조 토크를 기설정된 상한치로 설정할 수 있다.When the auxiliary torque calculated in the step of calculating the auxiliary torque exceeds the preset upper limit, the auxiliary torque may be set as the preset upper limit.
구동부의 인장력을 제어하는 단계 이후에 다시 착용자의 자세를 검출하는 단계를 더 포함하고, 검출된 착용자의 자세가 상체 및 하체를 모두 편 상태인 경우에는 구동모드를 종료할 수 있다.The method may further include the step of detecting the wearer's posture again after controlling the tensile force of the driving unit.
구동부의 인장력을 제어하는 단계 이후에 착용자의 자세를 검출하는 단계를 더 포함하고, 산출된 착용자의 총 굽힘 각도가 0 이하가 되는 경우에는 구동모드를 종료할 수 있다.The method may further include detecting the wearer's posture after controlling the tensile force of the driving unit, and when the calculated total bending angle of the wearer is 0 or less, the driving mode may be terminated.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 착용식 근력 보조 장치의 제어 시스템은 착용자의 상체측에 장착된 구동부, 다리측에 장착된 링크, 구동부와 링크를 연결하는 와이어로 구성되어 구동부의 작동시 와이어에 걸리는 인장력을 통해 착용자의 허리 근력을 보조하는 착용식 근력 보조 장치를 제어하는 시스템에 있어서, 구동부에 마련되어 회전각을 측정하는 회전센서; 착용자의 상체에 마련되어 절대각도를 측정하는 절대각도센서; 및 회전센서 및 절대각도센서의 측정값을 기반으로 착용자의 자세를 검출하고, 검출된 착용자의 자세에 기반하여 구동부에서 인장력을 발생시킬 필요가 있는지 판단하며, 구동부에서 인장력을 발생시킬 필요가 있는 경우에는 구동모드로 진입하면서 착용자의 근력을 보조하는데 필요한 보조 토크를 산출하고, 산출된 보조 토크에 대응되는 인장력이 발생하도록 구동부를 제어하는 제어부;를 포함한다.The control system of the wearable strength assisting device according to the present invention for achieving the above object is composed of a driving unit mounted on the upper body side of the wearer, a link mounted on the leg side, and a wire connecting the driving unit and the link when the driving unit is operated. A system for controlling a wearable strength assisting device that assists a wearer's back muscle strength through a tensile force applied to a wire, comprising: a rotation sensor provided in a driving unit to measure a rotation angle; an absolute angle sensor provided on the wearer's upper body to measure an absolute angle; and detecting the wearer's posture based on the measured values of the rotation sensor and the absolute angle sensor, determining whether it is necessary to generate a tensile force in the driving unit based on the detected wearer's posture, and when it is necessary to generate a tensile force in the driving unit includes; a control unit that calculates an auxiliary torque required to assist the wearer's muscular strength while entering the driving mode, and controls the driving unit to generate a tensile force corresponding to the calculated auxiliary torque.
본 발명의 착용식 근력 보조 장치의 제어 방법 및 시스템에 따르면, 최소한의 센서를 통하여 신뢰성 높은 착용자의 자세 검출이 가능하여 착용식 로봇을 경량화하면서 생산 단가를 낮출 수 있는 효과를 갖는다. 또한, 착용자의 자세에 따라 착용자의 의도를 파악하고, 동작에 적합한 보조 토크를 산출하여 착용자의 근력을 보조할 수 있고, 착용자의 보행시에는 불편함을 느끼지 않는 효과를 갖는다. 즉, 착용식 근력 보조 장치가 착용자의 의도에 잘 순응하도록 제어할 수 있다.According to the control method and system of the wearable strength assisting device of the present invention, it is possible to detect a wearer's posture with high reliability through a minimum sensor, thereby reducing the production cost while making the wearable robot light weight. In addition, the wearer's intention can be grasped according to the wearer's posture, and an auxiliary torque suitable for the operation can be calculated to assist the wearer's muscle strength, and the wearer does not feel discomfort while walking. That is, it is possible to control the wearable strength assisting device to conform well to the intention of the wearer.
도 1은 본 발명의 제어 방법 및 시스템의 대상이 되는 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 제어 방법의 순서도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 착용자의 자세를 기반으로 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 보조 토크를 산출하는 공식을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 제어 시스템을 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 착용자의 자세를 기반으로 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 보조 토크를 도시한 그래프이다.1 is a view showing a wearable strength assisting device according to an embodiment that is a target of the control method and system of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a control method of a wearable strength assisting device according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows a formula for calculating the auxiliary torque of the wearable strength assisting device according to an embodiment based on the posture of the wearer of the present invention.
4 is a block diagram illustrating a control system of a wearable strength assisting device according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph illustrating an auxiliary torque of a wearable strength assisting device according to an embodiment based on a posture of a wearer of the present invention.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. Specific structural or functional descriptions of the embodiments of the present invention disclosed in the present specification or application are only exemplified for the purpose of describing the embodiments according to the present invention, and the embodiments according to the present invention may be implemented in various forms. and should not be construed as being limited to the embodiments described in the present specification or application.
본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Since the embodiment according to the present invention can have various changes and can have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the present specification or application. However, this is not intended to limit the embodiment according to the concept of the present invention with respect to a specific disclosed form, and should be understood to include all changes, equivalents or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Terms such as first and/or second may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one element from another element, for example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be called a second element, and similarly The second component may also be referred to as the first component.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다. When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it is understood that other components may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle. Other expressions describing the relationship between elements, such as "between" and "immediately between" or "neighboring to" and "directly adjacent to", etc., should be interpreted similarly.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that the described feature, number, step, operation, component, part, or a combination thereof exists, and includes one or more other features or numbers. , it should be understood that it does not preclude the existence or addition of steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having meanings consistent with the context of the related art, and unless explicitly defined in the present specification, they are not to be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. .
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in each figure indicate like elements.
본 발명의 제어 방법 및 시스템의 대상이 되는 착용식 근력 보조 장치는 착용자의 상체측에 장착된 구동부, 다리측에 장착된 링크, 구동부와 링크를 연결하는 와이어로 구성되어 구동부의 작동시 와이어에 걸리는 인장력을 통해 착용자의 허리 근력을 보조할 수 있다.A wearable muscle strength assisting device, which is the subject of the control method and system of the present invention, is composed of a driving unit mounted on the upper body side of the wearer, a link mounted on the leg side, and a wire connecting the driving unit and the link. Through tensile force, the wearer's back strength can be supported.
도 1은 본 발명의 제어 방법 및 시스템의 대상이 되는 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치를 도시한 것이다.1 is a view showing a wearable strength assisting device according to an embodiment that is a target of the control method and system of the present invention.
일 실시예에 따른 착용자에 장착된 착용식 근력 보조 장치는 착용자의 상체를 지지하는 메인바디(100); 메인바디(100) 양측에 각각 배치된 복수의 다리풀리(200); 일단은 착용자의 다리를 각각 지지하고 타단은 복수의 다리풀리(200) 각각에 연결되어 다리풀리(200) 각각에 연동되는 복수의 링크(300); 복수의 다리풀리(200)에 각각 연결된 복수의 와이어부(400); 및 메인바디(100)에 마련되고, 복수의 와이어부(400)와 연결되어 복수의 와이어부(400)에 인장력을 제공하여 복수의 다리풀리(200) 각각을 회전시키는 구동부(500);를 포함한다.A wearable strength assisting device mounted on a wearer according to an embodiment includes a
메인바디(100)에는 어깨 하네스 또는 벨트 등으로 착용자의 상체를 고정하도록 연결하여 착용자의 상체가 펴지는 방향으로 힘 또는 토크를 가할 수 있다.The
구동부(500)는 착용자의 상체에 마련되어 있고, 복수의 와이어부(400)에 인장력을 제공하여 복수의 다리풀리(200) 각각을 회전시키는 회전력을 발생시킨다. 즉, 구동부(500)에 의한 와이어부(400)의 인장력에 의하여 복수의 다리풀리(200)에 회전력이 가해진다. 이에 따라 다리풀리(200)에 가해지는 회전력이 착용자의 다리를 가압하고, 이에 대한 반력으로 착용자의 상체를 일으키는 방향으로 토크가 발생되어 허리 근력을 보조하는 것이다.The driving
다만, 구동부(500)에 의한 와이어부(400)의 인장력은 착용자의 허리 근력을 보조할 때만 발생되도록 구동되어야 할 것이고, 착용자가 보행시에는 보행을 방해하지 않도록 와이어부(400)의 인장력이 최소화되어야 할 것이다. 즉, 착용자의 보행시에는 와이어가 같은 방향으로 당겨질 것이므로 구동부(500)를 구동하지 않으면서 구동부(500) 전체가 회전되도록 할 수 있다.However, the tensile force of the
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 제어 방법의 순서도를 도시한 것이다.2 is a flowchart illustrating a control method of a wearable strength assisting device according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 제어 방법은 착용자의 상체측에 장착된 구동부, 다리측에 장착된 링크, 구동부와 링크를 연결하는 와이어로 구성되어 구동부의 작동시 와이어에 걸리는 인장력을 통해 착용자의 허리 근력을 보조하는 착용식 근력 보조 장치를 제어하는 방법에 있어서, 착용자의 자세를 검출하는 단계(S300); 검출된 착용자의 자세에 기반하여 구동부에서 인장력을 발생시킬 필요가 있는지 판단하는 단계(S400); 구동부에서 인장력을 발생시킬 필요가 있는 경우, 구동모드로 진입하면서(S500) 착용자의 허리 근력을 보조하는데 필요한 보조 토크를 산출하는 단계(미도시); 및 산출된 보조 토크에 대응되는 인장력이 발생하도록 구동부를 제어하는 단계(미도시);를 포함한다.Referring to FIG. 2 , the control method of the wearable strength assisting device according to an embodiment of the present invention includes a driving unit mounted on the upper body side of the wearer, a link mounted on the leg side, and a wire connecting the driving unit and the link. A method of controlling a wearable strength assisting device that assists a wearer's back muscle strength through a tensile force applied to a wire during operation of the method, the method comprising: detecting a wearer's posture (S300); determining whether there is a need to generate a tensile force in the driving unit based on the detected posture of the wearer (S400); When it is necessary to generate a tensile force in the driving unit, calculating an auxiliary torque required to assist the wearer's back muscle strength while entering the driving mode (S500) (not shown); and controlling the driving unit to generate a tensile force corresponding to the calculated auxiliary torque (not shown).
먼저, 로봇의 전원이 인가되는 경우에 로봇의 구동부에 마련된 홀 센서 및 IMU 센서의 값을 수집할 수 있다(S100). 이는 전원이 인가된 초기 상태의 로봇의 자세를 판단하는 것이다.First, when power of the robot is applied, the values of the Hall sensor and the IMU sensor provided in the driving unit of the robot may be collected (S100). This is to determine the posture of the robot in the initial state when power is applied.
그 다음으로 초기화 단계(S200)를 가질 수 있다. 해당 단계는 구동부를 동작하여 와이어를 감는 과정을 거치면서 착용자의 다리 측에 장착된 링크 및 구동부 등이 완전히 착용자에 밀착되도록 할 수 있다. 더 바람직하게는 착용자의 허리 및 하체가 숙여지지 않고 완전히 펴진 자세를 만들어 착용자의 완전히 펴진 자세에서의 구동부의 홀 센서의 값을 측정하고 저장하는 단계일 수 있다. 즉, 홀 센서를 통한 각도 측정의 기준이 되는 초기값을 저장하는 것이다.Next, it may have an initialization step (S200). In this step, the link and the driving unit mounted on the wearer's leg side may be completely in close contact with the wearer while going through the process of winding the wire by operating the driving unit. More preferably, it may be a step of measuring and storing the value of the hall sensor of the driving unit in the wearer's fully unfolded posture by creating a fully unfolded posture without bending the wearer's waist and lower body. That is, the initial value, which is a standard for angle measurement through the Hall sensor, is stored.
도 3은 본 발명의 착용자의 자세를 기반으로 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 보조 토크를 산출하는 공식을 나타낸 것이다.Figure 3 shows a formula for calculating the auxiliary torque of the wearable strength assisting device according to an embodiment based on the posture of the wearer of the present invention.
도 3을 더 참조하면, 착용자의 자세를 검출하는 단계(S300)는 보행하는 상태인지 보조 토크가 필요한 상태인지를 판단하기 위하여 착용자의 굽힘 정도를 검출하는 것이다. 이 단계에서는 구동부에 마련된 회전센서의 회전각을 측정하고, 측정된 회전각을 기반으로 착용자의 상체가 숙여진 각도와 하체가 굽혀진 각도의 합인 총 굽힘 각도()를 산출할 수 있다.Referring further to FIG. 3 , the step of detecting the wearer's posture ( S300 ) is to detect the degree of bending of the wearer in order to determine whether it is a walking state or a state requiring auxiliary torque. In this step, the rotation angle of the rotation sensor provided in the driving unit is measured, and based on the measured rotation angle, the total bending angle ( ) can be calculated.
여기서 회전센서는 구동부의 모터에 마련된 홀 센서일 수 있다. 구동부의 모터로 BLDC 모터를 이용하는 경우 홀 센서가 포함되는 것이 필수적이기 때문에 센서를 추가로 구비하지 않고도 착용자의 자세를 검출하는데 이용할 수 있다.Here, the rotation sensor may be a Hall sensor provided in the motor of the driving unit. When a BLDC motor is used as the motor of the driving unit, it is essential to include a hall sensor, so that it can be used to detect the posture of the wearer without additionally providing a sensor.
구동부에 마련된 홀 센서의 회전각을 측정하여 초기화 상태와 비교하여 착용자의 총 굽힘 각도를 산출할 수 있다. 여기서 총 굽힘 각도()란 착용자가 지면에 수직으로 서있는 상태를 기준으로 착용자의 상체 숙임 각도()와 하체 굽힘 각도()를 합한 값을 의미하는 것이다.The total bending angle of the wearer may be calculated by measuring the rotation angle of the hall sensor provided in the driving unit and comparing it with the initialized state. where the total bending angle ( ) is the angle of the wearer's upper body leaning ( ) and lower body bending angle ( ) is the sum of the values.
구체적으로, 홀 센서의 회전각을 기반으로 착용자의 총 굽힘 각도()를 산출하는 것은 홀 센서의 회전각에 일정 상수를 곱하면 당겨진 착용자가 자세를 굽힘으로 인하여 당겨진 와이어의 길이를 구할 수 있다. 당겨진 와이어의 길이로부터 또 다른 일정 상수를 곱하면 착용자의 굽힘 각도를 구할 수 있다. 착용자의 총 굽힘 각도()는 홀 센서의 회전각에 일정 상수를 곱하여 구해질 수 있다.Specifically, based on the rotation angle of the Hall sensor, the wearer's total bending angle ( ) is calculated by multiplying the rotation angle of the Hall sensor by a constant constant to obtain the length of the pulled wire due to bending of the pulled wearer's posture. By multiplying the length of the pulled wire by another constant constant, the bending angle of the wearer can be obtained. Total bending angle of the wearer ( ) can be obtained by multiplying the rotation angle of the Hall sensor by a constant constant.
이러한 일정 상수는 실험을 통해 구할 수 있을 것이고, 착용자의 굽힘 회전 중심으로부터 다리 측에 마련된 링크까지의 거리 및 착용자의 굽힘 회전 중심으로부터 구동부까지의 거리 등에 의해 달라질 것이다.This constant constant may be obtained through an experiment, and will vary depending on the distance from the wearer's bending rotational center to the link provided on the leg side and the distance from the wearer's bending rotational center to the driving unit.
착용자의 자세를 검출하는 단계(S300)는 착용자의 상체에 마련된 절대각도센서의 절대각도를 측정하고, 측정된 절대각도를 기반으로 지면에 수직한 방향을 기준으로 착용자의 상체가 숙여진 상체 숙임 각도()를 산출할 수 있다.The step of detecting the wearer's posture (S300) is to measure the absolute angle of the absolute angle sensor provided on the wearer's upper body, and based on the measured absolute angle, the upper body leaning angle ( ) can be calculated.
착용자의 상체에 마련된 절대각도센서는 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서를 이용할 수 있다. IMU 센서는 기울임 각도를 측정할 수 있는 센서이므로, 착용자의 상체가 기울어진 각도를 측정할 수 있는 것이다. 착용자의 상체 숙임 각도()는 IMU 센서에서 측정된 값을 기반으로 산출할 수 있다. The absolute angle sensor provided on the wearer's upper body may use an Inertial Measurement Unit (IMU) sensor. Since the IMU sensor is a sensor capable of measuring an angle of inclination, it is possible to measure an angle at which the wearer's upper body is inclined. The wearer's upper body leaning angle ( ) can be calculated based on the value measured by the IMU sensor.
총 굽힘 각도() 및 상체 숙임 각도()를 기반으로 착용자의 하체 굽힘 각도()를 산출하여 착용자의 자세를 검출할 수 있다. 예를 들어, 아래의 공식과 같이 하체 굽힘 각도()는 홀 센서를 통해 산출한 총 굽힘 각도()에서 IMU 센서를 통해 산출한 상체 숙임 각도()를 감산하여 산출할 수 있다.Total bending angle ( ) and upper body lean angle ( ) based on the wearer's lower body bending angle ( ) to detect the wearer's posture. For example, the lower body bending angle ( ) is the total bending angle ( ), the upper body leaning angle calculated through the IMU sensor ( ) can be calculated by subtracting
즉, 이에 따라 본 발명은 착용자의 상체에 마련된 IMU 센서만을 추가하여 상체 숙임 각도 및 하체 굽힘 각도 모두를 산출할 수 있는 효과를 갖는 것이다.That is, according to the present invention, it is possible to calculate both the upper body bending angle and the lower body bending angle by adding only the IMU sensor provided on the wearer's upper body.
다시 도 2를 참조하면, 구동부에서 인장력을 발생시킬 필요가 있는지 판단하는 단계(S400)는 검출된 착용자의 자세가 기설정된 자세보다 더 굽은 경우에 구동부에서 인장력을 발생시킬 필요가 있는 것으로 판단할 수 있다. 여기서 기설정된 자세는 착용자가 지면에 수직으로 서있는 상태에서 어느 정도 자유롭게 움직일 수 있는 정도로 기울어진 자세를 의미하는 것으로 착용자가 지면에 수직으로 서있는 자세에서 약간의 역치(Threshold) 값을 두는 정도의 자세를 미리 설정해놓을 수 있는 것이다.Referring back to FIG. 2 , the step of determining whether the driving unit needs to generate a tensile force ( S400 ) is when the detected wearer's posture is more bent than a preset posture, it can be determined that it is necessary to generate a tensile force in the driving unit. there is. Here, the preset posture refers to an inclined posture that allows the wearer to move freely to some extent while standing perpendicular to the ground. It can be set in advance.
구체적으로, 구동부에서 인장력을 발생시킬 필요가 있는지 판단하는 단계(S400)는 산출된 총 굽힘 각도()가 기설정된 제1 각도보다 큰 경우에 구동부에서 인장력을 발생시킬 필요가 있는 것으로 판단할 수 있다.Specifically, the step of determining whether it is necessary to generate a tensile force in the driving unit (S400) is the calculated total bending angle ( ) is greater than the first preset angle, it may be determined that the driving unit needs to generate a tensile force.
또는, 구동부에서 인장력을 발생시킬 필요가 있는지 판단하는 단계(S400)는 산출된 상체 숙임 각도()가 기설정된 제2 각도보다 크거나 산출된 하체 굽힘 각도()가 기설정된 제3 각도보다 큰 경우에 구동부에서 인장력을 발생시킬 필요가 있는 것으로 판단할 수 있다.Alternatively, the step of determining whether it is necessary to generate a tensile force in the driving unit (S400) is the calculated upper body bending angle ( ) is greater than the second preset angle or the calculated lower body bending angle ( ) is greater than the third preset angle, it may be determined that the driving unit needs to generate a tensile force.
여기서 제1 각도, 제2 각도 및 제3 각도는 착용자의 의도를 파악할 수 있는 정도로 설정할 수 있고, 제어부의 메모리에 미리 저장해놓을 수 있는 값이다. 예를 들어, 제2 각도는 상체 숙임 각도가 20[deg] 인 경우로 설정할 수 있고, 제3 각도는 하체 굽힘 각도가 40[deg] 인 경우로 설정할 수 있다. 제1 각도는 이와 별도로 설정할 수도 있고, 제2 각도와 제3 각도를 합한 값으로 예를 들어 60[deg]인 것으로 설정할 수도 있다.Here, the first angle, the second angle, and the third angle are values that can be set to a degree capable of grasping the intention of the wearer, and can be stored in advance in the memory of the controller. For example, the second angle may be set when the upper body bending angle is 20 [deg], and the third angle may be set when the lower body bending angle is 40 [deg]. The first angle may be set separately from this, or a value obtained by adding the second angle and the third angle may be set to be, for example, 60 [deg].
구동부에서 인장력을 발생시킬 필요가 없는 경우로 판단된 경우에는 보행 모드로 진입할 수 있다(S600). 보행 모드(S600)에서는 착용자의 다리가 앞뒤로 움직이면서 와이어가 움직이는 것으로 인장력에 의해 오히려 착용자의 보행이 불편해질 수 있다. 따라서 보행 모드로 진입된 경우에는 구동부가 와이어를 일정한 정도 더 풀어주도록 구동부를 제어할 수 있다. 이에 따라 보행모드에서 착용자가 불편함을 느끼지 않는 효과를 가질 수 있다.When it is determined that there is no need to generate a tensile force in the driving unit, the walking mode may be entered (S600). In the walking mode (S600), the wearer's legs move back and forth while the wire moves, and the wearer's walking may be rather uncomfortable due to the tensile force. Accordingly, when the walking mode is entered, the driving unit may be controlled so that the driving unit releases the wire further to a certain degree. Accordingly, it is possible to have an effect that the wearer does not feel discomfort in the walking mode.
구동부에서 인장력을 발생시킬 필요가 있는 경우, 구동모드로 진입하면서 착용자의 허리 근력을 보조하는데 필요한 보조 토크를 산출하는 단계(S500)로 진행할 수 있다.When it is necessary to generate a tensile force in the driving unit, the operation may proceed to a step (S500) of calculating an auxiliary torque required to assist the wearer's back muscle strength while entering the driving mode.
다시 도 3을 더 참조하면, 보조 토크를 산출하는 단계(S500)에서 보조 토크는 상체의 중력을 보상하는 회전 토크(Y)와 하체 굽힘에 의한 지지 토크(Z) 및 상체의 회전을 보조하는 토크(X)의 합으로 산출할 수 있다.Referring back to FIG. 3 , in the step of calculating the auxiliary torque ( S500 ), the auxiliary torque is a rotation torque (Y) that compensates for the gravity of the upper body, a support torque (Z) by bending the lower body, and a torque that assists the rotation of the upper body It can be calculated as the sum of (X).
상체의 중력을 보상하는 회전 토크(Y)는 상체가 지면에 수직한 방향을 기준으로 기울어지면서 발생하는 각도()와 상체의 중력(mg)에 의하여 발생하는 회전 토크를 보상해줄 수 있는 것이다.The rotation torque (Y) that compensates for the gravity of the upper body is the angle ( ) and the rotational torque generated by the gravity (mg) of the upper body can be compensated.
구체적으로, 상체의 중력을 보상하는 회전 토크(Y)는 상체의 중력과 상체 숙임 각도에 각각 비례할 수 있다. 예를 들어 가정을 통해 간단하게 구하면, 상체의 중력이 착용자의 머리 끝에 집중된 것으로 가정하는 경우 상체의 중력을 보상하는 회전 토크는 상체의 중력(mg)와 착용자의 회전 중심으로부터 상체의 길이(l) 및 상체 숙임 각도()의 sin 값을 곱한 값으로 산출될 수 있다. 실제로는 상체의 중력이 집중된 것이 아니므로 더 복잡한 수식에 의해 구해질 것이다.Specifically, the rotation torque Y for compensating for the gravity of the upper body may be proportional to the gravity of the upper body and the angle of bending of the upper body, respectively. For example, if it is simply obtained through assumptions, if it is assumed that the gravity of the upper body is concentrated at the end of the wearer's head, the rotation torque compensating for the gravity of the upper body is the gravity of the upper body (mg) and the length of the upper body from the center of rotation of the wearer (l) and upper body lean angle ( ) can be calculated as a value multiplied by the sin value. In reality, the gravity of the upper body is not concentrated, so it will be obtained by a more complex formula.
하체 굽힘에 의한 지지 토크(Z)는 가상의 스프링 모델을 적용하여 하체 굽힘 각도()에 비례하도록 산출될 수 있다. 가상의 스프링 모델은 도 3에 도시한 것과 같이 착용자 하체의 상부에 있을 수도 있고 하부에 있을 수도 있는 것으로, 착용자의 하체 굽힘 각도()에 비례하도록 산출될 수 있다.Support torque (Z) due to lower body bending is calculated by applying a virtual spring model to lower body bending angle ( ) can be calculated to be proportional to The virtual spring model may be in the upper or lower portion of the wearer's lower body as shown in FIG. 3, and the bending angle of the wearer's lower body ( ) can be calculated to be proportional to
구체적으로, 스프링 상수(K)가 하체 굽힘 각도()에 곱해져서 산출될 수 있는 것으로 하체 굽힘 각도()가 0인 경우에는 하체 굽힘에 의한 지지 토크도 0이 될 수 있다. 가상의 스프링 모델의 스프링 상수(K)는 착용자의 하중, 반응성 등에 따라 실험적으로 설정될 수 있는 값이다. 스프링 상수(K)가 커질수록 하체 굽힘에 의한 지지 토크가 커지는 것으로 착용자의 하체가 굽혀지는 경우 하체가 펴지는 방향으로 지지하는 토크가 커질 것임은 당업자에게 자명할 것이므로 상세한 설명은 생략한다.Specifically, the spring constant (K) is the lower body bending angle ( ) multiplied by the lower body bending angle ( ) is 0, the support torque due to bending of the lower body may also be 0. The spring constant (K) of the virtual spring model is a value that can be experimentally set according to the wearer's load, reactivity, and the like. As it will be apparent to those skilled in the art that as the spring constant (K) increases, the supporting torque due to bending of the lower body increases.
상체의 회전을 보조하는 토크(X)는 상체 숙임 각도()가 감소하는 경우에는 상체를 펴는 과정이므로 보조 토크에 가산하도록 정해질 것이고, 상체 숙임 각도()가 증가하는 경우에는 상체를 숙이는 과정이므로 착용자가 상체를 숙이는 동작을 방해하지 않아야 하므로 보조 토크에서 감산되도록 정해질 수 있다.The torque (X) that assists the rotation of the upper body is the upper body leaning angle ( ) decreases, since it is a process of straightening the upper body, it will be determined to be added to the auxiliary torque, and the upper body bending angle ( ) is increased, since it is a process of lowering the upper body, the wearer should not interfere with the lowering of the upper body, so it may be determined to be subtracted from the auxiliary torque.
즉, 상체의 회전을 보조하는 토크(X)는 상체 숙임 각도의 변화율()에 비례하도록 산출할 수 있다. 상체 숙임 각도의 변화율()은 상체 숙임 각도()를 시간에 따라 미분하여 구할 수 있다. 이때, 상체 숙임 각도의 변화율()이 양수인 경우에는 보조 토크에서 감산되어야 하고, 상체 숙임 각도의 변화율()이 음수인 경우에는 보조 토크에서 가산되어야 한다. 따라서 상체의 회전을 보조하는 토크는 (-) 부호를 붙여 보조 토크에 합산될 수 있다.That is, the torque (X) that assists the rotation of the upper body is the rate of change ( ) can be calculated to be proportional to Rate of change of upper body lean angle ( ) is the upper body leaning angle ( ) can be obtained by differentiating with time. At this time, the rate of change of the upper body leaning angle ( ) is a positive number, it must be subtracted from the auxiliary torque, and the rate of change ( ) is negative, it must be added from the auxiliary torque. Therefore, the torque that assists the rotation of the upper body may be added to the auxiliary torque by adding a (-) sign.
보조 토크를 산출하는 단계(S500)에서 산출된 보조 토크가 기설정된 상한치를 넘는 경우에는 보조 토크를 기설정된 상한치로 설정할 수 있다. 예를 들면, 보조 토크의 상한치를 45(Nm)로 설정하여 상한치 이상으로 산출되는 경우에는 보조 토크를 상한치로 설정하도록 할 수 있다.When the auxiliary torque calculated in the step of calculating the auxiliary torque ( S500 ) exceeds the preset upper limit, the auxiliary torque may be set as the preset upper limit. For example, when the upper limit of the auxiliary torque is set to 45 (Nm) and the upper limit is calculated to be greater than or equal to the upper limit, the auxiliary torque may be set as the upper limit.
이는 보조 토크가 너무 큰 경우 착용자가 어색하게 느껴지거나 심지어는 착용자가 급격하게 움직이게되어 위험한 상황이 발생될 수 있으므로 안정성 측면에서 상한치를 정해두는 것이다. 상한치는 착용자의 신체 상태, 의도에 대한 반응성 등을 고려하여 적당한 값으로 설정할 수 있고, 이는 제어부의 메모리에 기저장될 수 있다.This is to set an upper limit in terms of stability because, when the auxiliary torque is too large, a dangerous situation may occur due to the wearer feeling awkward or even the wearer moving rapidly. The upper limit value may be set to an appropriate value in consideration of the wearer's physical state, responsiveness to intention, and the like, and may be pre-stored in the memory of the controller.
산출된 보조 토크에 대응되는 인장력이 발생하도록 구동부를 제어하는 단계(미도시)는 구동부가 와이어를 감도록 구동하여 산출한 보조 토크에 대응되는 인장력이 발생되도록 제어할 수 있다. 즉, 착용자에게 산출한 보조 토크를 가할 수 있도록 구동부는 와이어를 감는 구동을 통해 인장력을 발생시킬 수 있는 것이다.The step of controlling the driving unit to generate a tensile force corresponding to the calculated auxiliary torque (not shown) may be performed by driving the driving unit to wind the wire so that a tensile force corresponding to the calculated auxiliary torque is generated. That is, the driving unit may generate a tensile force by winding the wire so as to apply the calculated auxiliary torque to the wearer.
구체적으로, 산출된 보조 토크가 착용자에게 가해질 수 있도록 구동부가 와이어를 감는 정도는 착용자의 상체 및 하체가 굽혀지는 회전 중심으로부터 상체 및 하체를 지지하여 힘이 가해지는 거리에 따라 달라질 것이다. 이러한 데이터는 실험에 의해서 구해질 수 있고, 제어부의 메모리에 맵 데이터가 저장되어 이를 이용할 수 있다.Specifically, the degree to which the driving unit winds the wire so that the calculated auxiliary torque can be applied to the wearer will vary depending on the distance at which the force is applied by supporting the upper and lower body from the center of rotation where the upper and lower body of the wearer are bent. Such data may be obtained by experimentation, and map data may be stored in the memory of the control unit and used.
다시 도 2를 참조하면, 구동부의 인장력을 제어하는 단계(미도시) 이후에 다시 착용자의 자세를 검출하는 단계(S700)를 더 포함하고, 검출된 착용자의 자세가 상체 및 하체를 모두 편 상태인 경우(S800)에는 구동모드를 종료할 수 있다. 구체적으로는 산출된 착용자의 총 굽힘 각도가 0 이하가 되는 경우(S800)에는 구동모드를 종료하는 것이다. 여기서 는 구동부에 마련된 홀 센서의 값()과 같은 의미로 착용자의 총 굽힘 각도()가 0 이하가 되는 경우로 착용자가 지면에 수직하게 서있는 상태를 이상으로 몸을 편 경우에는 구동모드를 종료할 수 있다.Referring back to FIG. 2 , the method further includes a step (S700) of detecting the wearer's posture again after the step (not shown) of controlling the tensile force of the driving unit, wherein the detected posture of the wearer is a state in which both the upper and lower body are stretched. In case (S800), the driving mode may be ended. Specifically, when the calculated total bending angle of the wearer becomes 0 or less (S800), the driving mode is terminated. here is the value of the Hall sensor provided in the driving unit ( ) with the same meaning as the wearer's total bending angle ( ) becomes 0 or less, and when the wearer stretches beyond the state of standing perpendicular to the ground, the driving mode can be terminated.
구동모드를 종료하면 다시 착용자의 자세를 검출하는 단계(S300)로 진행하여 구동모드로 진행할지 보행모드로 진행할지 판단하는 과정(S400)으로 돌아갈 수 있다.When the driving mode is terminated, the process proceeds to the step (S300) of detecting the posture of the wearer again, and may return to the process (S400) of determining whether to proceed to the driving mode or the walking mode.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 제어 시스템을 도시한 구성도이다.4 is a block diagram illustrating a control system of a wearable strength assisting device according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 제어 시스템은 착용자의 상체측에 장착된 구동부, 다리측에 장착된 링크, 구동부와 링크를 연결하는 와이어로 구성되어 구동부의 작동시 와이어에 걸리는 인장력을 통해 착용자의 허리 근력을 보조하는 착용식 근력 보조 장치를 제어하는 시스템에 있어서, 구동부(30)에 마련되어 회전각을 측정하는 회전센서(40); 착용자의 상체에 마련되어 절대각도를 측정하는 절대각도센서(10); 및 회전센서(40) 및 절대각도센서(10)의 측정값을 기반으로 착용자의 자세를 검출하고, 검출된 착용자의 자세에 기반하여 구동부(30)에서 인장력을 발생시킬 필요가 있는지 판단하며, 구동부(30)에서 인장력을 발생시킬 필요가 있는 경우에는 구동모드로 진입하면서 착용자의 근력을 보조하는데 필요한 보조 토크를 산출하고, 산출된 보조 토크에 대응되는 인장력이 발생하도록 구동부(30)를 제어하는 제어부(20);를 포함한다.4 , the control system of the wearable strength assisting device according to an embodiment of the present invention is composed of a driving unit mounted on the upper body side of the wearer, a link mounted on the leg side, and a wire connecting the driving unit and the link, and the driving unit A system for controlling a wearable muscle strength assisting device that assists a wearer's back muscle strength through a tensile force applied to a wire during operation of a system comprising: a
절대각도센서(10)는 착용자의 상체에 마련된 것으로 예를 들어 IMU 센서로 이용될 수 있는 각도센서이며, 회전센서(40)는 구동부(30)에 마련되어 모터의 회전각을 측정하는 것으로 예를 들어 홀 센서로 이용될 수 있다.The
구체적인 제어 내용은 상기 설명한 제어 방법과 동일하므로 이하 설명은 생략한다.Specific control contents are the same as those of the above-described control method, and thus a description thereof will be omitted.
도 5는 본 발명의 착용자의 자세를 기반으로 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 보조 토크를 도시한 그래프이다.5 is a graph illustrating an auxiliary torque of a wearable strength assisting device according to an embodiment based on a posture of a wearer of the present invention.
도 5를 참조하면, 처음 Walking 구간에서는 착용자의 보행에 의해 측정 각도들이 진동하나, 보행모드에서는 구동와이어를 느슨하게 유지하여 의 움직임을 최소화할 수 있다. 이 구간에서는 보조토크가 0이 될 수 있다.5, in the first walking section, the measurement angles vibrate by the wearer's walking, but in the walking mode, the driving wire is kept loose. movement can be minimized. In this section, the auxiliary torque may be zero.
다음은 Waist 구간으로 상체만 숙였다가 펴는 동작을 나타낸다. 상체를 숙이는 동작(flextion)에서는 보조 토크가 상체의 중력을 보상하는 회전 토크와 상체의 회전을 보조하는 토크의 합으로 산출된다. 여기서 상체의 회전은 숙이는 방향이므로 상체 숙임 각도의 변화율()은 양수이고, 이에 따라 상체의 회전을 보조하는 토크는 음수로 산출되고, 이에 따라 상체를 숙이는 회전 운동을 방해하지 않도록 보조 토크가 감소된다.The following is the Waist section, showing the motion of bending and straightening only the upper body. In the flexion of the upper body, the auxiliary torque is calculated as the sum of the rotation torque compensating for the gravity of the upper body and the torque supporting the rotation of the upper body. Here, the rotation of the upper body is in the bending direction, so the rate of change of the upper body bending angle ( ) is a positive number, and accordingly, the torque that assists the rotation of the upper body is calculated as a negative number, and accordingly, the auxiliary torque is reduced so as not to interfere with the rotational motion that lowers the upper body.
상체를 숙인 상태에서 지지하는 동작(support)에서는 보조 토크가 상체의 중력을 보상하는 회전 토크로 산출된다. 상체를 다시 펴는 동작(extention)의 동작에서는 보조 토크가 상체의 중력을 보상하는 회전 토크와 상체의 회전을 보조하는 토크의 합으로 산출된다. 여기서 상체 숙임 각도의 변화율()은 음수이고, 이에 따라 상체의 회전을 보조하는 토크는 양수가 되어 상체를 펴는 동작을 보조하기 위하여 보조 토크가 증가된다.In a support operation in a state where the upper body is bent, the auxiliary torque is calculated as a rotation torque that compensates for the gravity of the upper body. In the operation of extending the upper body again, the auxiliary torque is calculated as the sum of the rotation torque that compensates for the gravity of the upper body and the torque that assists the rotation of the upper body. Here, the rate of change of the upper body leaning angle ( ) is a negative number, and accordingly, the torque supporting the rotation of the upper body becomes positive, and the auxiliary torque is increased to assist the motion of stretching the upper body.
그 다음으로는 Waist-Hip 구간으로, 위와 거의 동일하나, 보조 토크 산출에 하체 굽힘에 의한 지지 토크가 더해지는 점에서만 차이가 있다. 하체 굽힘에 의한 지지토크는 하체 굽힘 각도()에 의해 산출되는 것으로, 하체를 굽히고 있는 동작 내내 지지 토크에 더해지는 것이다.Next is the Waist-Hip section, which is almost the same as above, except that the supporting torque by bending the lower body is added to the auxiliary torque calculation. Support torque by lower body bending angle ( ), which is added to the support torque throughout the lower body bending motion.
또한, 여기서 지지 토크에는 상한치를 45 []로 두고 있어, 산출된 지지 토크가 상한치를 넘는 경우에는 지지 토크를 상한치로 유지시킨다.In addition, here, the upper limit is 45 [ ], and if the calculated support torque exceeds the upper limit, the support torque is maintained at the upper limit.
본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Although shown and described with respect to specific embodiments of the present invention, it is within the art that the present invention can be variously improved and changed without departing from the spirit of the present invention provided by the following claims. It will be obvious to those of ordinary skill in the art.
100 : 메인바디 200 : 다리풀리
300 : 링크 400 : 와이어부
500 : 구동부
10 : 각도센서 20 : 제어부
30 : 구동부 40 : 홀센서100: main body 200: leg pulley
300: link 400: wire part
500: drive unit
10: angle sensor 20: control unit
30: driving unit 40: hall sensor
Claims (16)
착용자의 자세를 검출하는 단계;
검출된 착용자의 자세에 기반하여 구동부에서 인장력을 발생시킬 필요가 있는지 판단하는 단계;
구동부에서 인장력을 발생시킬 필요가 있는 경우, 구동모드로 진입하면서 착용자의 허리 근력을 보조하는데 필요한 보조 토크를 산출하는 단계; 및
산출된 보조 토크에 대응되는 인장력이 발생하도록 구동부를 제어하는 단계;를 포함하며,
착용자의 자세를 검출하는 단계는 구동부에 마련된 회전센서의 회전각을 측정하고, 측정된 회전각을 기반으로 착용자의 상체가 숙여진 각도와 하체가 굽혀진 각도의 합인 총 굽힘 각도를 산출하여 착용자의 자세를 검출하는 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치의 제어 방법.It is composed of a driving unit mounted on the wearer's upper body side, a link mounted on the leg side, and a wire connecting the driving unit and the link. Controls a wearable strength assisting device that assists the wearer's back muscle strength through the tensile force applied to the wire when the driving unit operates. in a way to
detecting a posture of the wearer;
determining whether it is necessary to generate a tensile force in the driving unit based on the detected posture of the wearer;
when it is necessary to generate a tensile force in the driving unit, calculating an auxiliary torque required to assist the wearer's back muscle strength while entering the driving mode; and
Including; controlling the driving unit to generate a tensile force corresponding to the calculated auxiliary torque;
The step of detecting the wearer's posture includes measuring the rotation angle of a rotation sensor provided in the driving unit, and calculating the total bending angle that is the sum of the angle at which the wearer's upper body is bent and the angle at which the lower body is bent based on the measured rotation angle to calculate the wearer's posture A control method of a wearable strength assisting device, characterized in that detecting a.
착용자의 자세를 검출하는 단계는 착용자의 상체에 마련된 절대각도센서의 절대각도를 측정하고, 측정된 절대각도를 기반으로 지면에 수직한 방향을 기준으로 착용자의 상체가 숙여진 상체 숙임 각도를 산출하며, 총 굽힘 각도 및 상체 숙임 각도를 기반으로 착용자의 하체 굽힘 각도를 산출하여 착용자의 자세를 검출하는 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치의 제어 방법.The method according to claim 1,
The step of detecting the wearer's posture measures the absolute angle of the absolute angle sensor provided on the wearer's upper body, and calculates the upper body bending angle at which the wearer's upper body is bent based on the direction perpendicular to the ground based on the measured absolute angle, A control method of a wearable strength assisting device, characterized in that the wearer's posture is detected by calculating the wearer's lower body bending angle based on the total bending angle and the upper body bending angle.
착용자의 자세를 검출하는 단계에서 절대각도센서는 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서이고, IMU 센서에서 측정된 값을 기반으로 착용자의 상체 숙임 각도를 산출하는 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치의 제어 방법.4. The method according to claim 3,
In the step of detecting the wearer's posture, the absolute angle sensor is an IMU (Inertial Measurement Unit) sensor, and a control method of a wearable strength assisting device, characterized in that the upper body bending angle of the wearer is calculated based on the value measured by the IMU sensor .
구동부에서 인장력을 발생시킬 필요가 있는지 판단하는 단계는 검출된 착용자의 자세가 기설정된 자세보다 더 굽은 경우에 구동부에서 인장력을 발생시킬 필요가 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치의 제어 방법.The method according to claim 1,
The step of determining whether there is a need to generate a tensile force in the driving unit includes determining that it is necessary to generate a tensile force in the driving unit when the detected posture of the wearer is more bent than a preset posture Control of a wearable strength assisting device Way.
구동부에서 인장력을 발생시킬 필요가 있는지 판단하는 단계는 산출된 총 굽힘 각도가 기설정된 제1 각도보다 큰 경우에 구동부에서 인장력을 발생시킬 필요가 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치의 제어 방법.The method according to claim 1,
The step of determining whether it is necessary to generate a tensile force in the driving unit is a wearable strength assisting device, characterized in that it is determined that it is necessary to generate a tensile force in the driving unit when the calculated total bending angle is greater than a predetermined first angle control method.
구동부에서 인장력을 발생시킬 필요가 있는지 판단하는 단계는 산출된 상체 숙임 각도가 기설정된 제2 각도보다 크거나 산출된 하체 굽힘 각도가 기설정된 제3 각도보다 큰 경우에 구동부에서 인장력을 발생시킬 필요가 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치의 제어 방법.4. The method according to claim 3,
The step of determining whether there is a need to generate a tensile force in the driving unit is a case in which the calculated upper body bending angle is greater than the second preset angle or the calculated lower body bending angle is greater than the third preset angle. A control method of a wearable strength assisting device, characterized in that it is determined that there is.
보조 토크를 산출하는 단계에서 보조 토크는 상체의 중력을 보상하는 회전 토크와 하체 굽힘에 의한 지지 토크 및 상체의 회전을 보조하는 토크의 합으로 산출하는 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치의 제어 방법.The method according to claim 1,
In the step of calculating the auxiliary torque, the auxiliary torque is calculated as the sum of the rotation torque compensating for the gravity of the upper body, the supporting torque by bending the lower body, and the torque supporting the rotation of the upper body. .
보조 토크를 산출하는 단계에서 보조 토크는 상체의 중력을 보상하는 회전 토크와 하체 굽힘에 의한 지지 토크 및 상체의 회전을 보조하는 토크의 합으로 산출하고,
상체의 중력을 보상하는 회전 토크는 상체 숙임 각도를 기반으로 산출하는 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치의 제어 방법.4. The method according to claim 3,
In the step of calculating the auxiliary torque, the auxiliary torque is calculated as the sum of the rotation torque compensating for the gravity of the upper body, the supporting torque by bending the lower body, and the torque supporting the rotation of the upper body,
A control method of a wearable strength assisting device, characterized in that the rotation torque compensating for the gravity of the upper body is calculated based on the angle of the upper body leaning.
보조 토크를 산출하는 단계에서 보조 토크는 상체의 중력을 보상하는 회전 토크와 하체 굽힘에 의한 지지 토크 및 상체의 회전을 보조하는 토크의 합으로 산출하고,
하체 굽힘에 의한 지지 토크는 가상의 스프링 모델을 적용하여 하체 굽힘 각도에 비례하도록 산출하는 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치의 제어 방법.4. The method according to claim 3,
In the step of calculating the auxiliary torque, the auxiliary torque is calculated as the sum of the rotation torque compensating for the gravity of the upper body, the supporting torque by bending the lower body, and the torque supporting the rotation of the upper body,
A control method of a wearable strength assisting device, characterized in that the support torque by bending the lower body is calculated to be proportional to the bending angle of the lower body by applying a virtual spring model.
보조 토크를 산출하는 단계에서 보조 토크는 상체의 중력을 보상하는 회전 토크와 하체 굽힘에 의한 지지 토크 및 상체의 회전을 보조하는 토크의 합으로 산출하고,
상체의 회전을 보조하는 토크는 상체 숙임 각도가 감소하는 경우에는 보조 토크에 가산하고, 상체 숙임 각도가 증가하는 경우에는 보조 토크에서 감산하는 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치의 제어 방법.4. The method according to claim 3,
In the step of calculating the auxiliary torque, the auxiliary torque is calculated as the sum of the rotation torque compensating for the gravity of the upper body, the supporting torque by bending the lower body, and the torque supporting the rotation of the upper body,
The torque for assisting the rotation of the upper body is added to the auxiliary torque when the upper body bending angle decreases, and is subtracted from the auxiliary torque when the upper body bending angle increases.
상체의 회전을 보조하는 토크는 상체 숙임 각도의 변화율에 비례하도록 산출하는 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치의 제어 방법.12. The method of claim 11,
A control method of a wearable strength assisting device, characterized in that the torque that assists the rotation of the upper body is calculated to be proportional to the rate of change of the angle of the upper body leaning.
보조 토크를 산출하는 단계에서 산출된 보조 토크가 기설정된 상한치를 넘는 경우에는 보조 토크를 기설정된 상한치로 설정하는 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치의 제어 방법.The method according to claim 1,
When the auxiliary torque calculated in the step of calculating the auxiliary torque exceeds the preset upper limit, the control method of the wearable strength assisting device, characterized in that the auxiliary torque is set to the preset upper limit.
구동부의 인장력을 제어하는 단계 이후에 다시 착용자의 자세를 검출하는 단계를 더 포함하고,
검출된 착용자의 자세가 상체 및 하체를 모두 편 상태인 경우에는 구동모드를 종료하는 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치의 제어 방법.The method according to claim 1,
Further comprising the step of detecting the posture of the wearer again after the step of controlling the tensile force of the driving unit,
A control method of a wearable strength assisting device, characterized in that the driving mode is terminated when the detected posture of the wearer is in a state in which both the upper body and the lower body are stretched.
구동부의 인장력을 제어하는 단계 이후에 착용자의 자세를 검출하는 단계를 더 포함하고,
산출된 착용자의 총 굽힘 각도가 0 이하가 되는 경우에는 구동모드를 종료하는 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치의 제어 방법.The method according to claim 1,
Further comprising the step of detecting the posture of the wearer after the step of controlling the tensile force of the driving unit,
When the calculated total bending angle of the wearer is 0 or less, the control method of the wearable strength assisting device, characterized in that the end of the driving mode.
구동부에 마련되어 회전각을 측정하는 회전센서;
착용자의 상체에 마련되어 절대각도를 측정하는 절대각도센서; 및
회전센서 및 절대각도센서의 측정값을 기반으로 착용자의 자세를 검출하고, 검출된 착용자의 자세에 기반하여 구동부에서 인장력을 발생시킬 필요가 있는지 판단하며, 구동부에서 인장력을 발생시킬 필요가 있는 경우에는 구동모드로 진입하면서 착용자의 근력을 보조하는데 필요한 보조 토크를 산출하고, 산출된 보조 토크에 대응되는 인장력이 발생하도록 구동부를 제어하는 제어부;를 포함하며,
제어부는 구동부에 마련된 회전센서의 회전각을 측정하고, 측정된 회전각을 기반으로 착용자의 상체가 숙여진 각도와 하체가 굽혀진 각도의 합인 총 굽힘 각도를 산출하여 착용자의 자세를 검출하는 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치의 제어 시스템.It is composed of a driving unit mounted on the wearer's upper body side, a link mounted on the leg side, and a wire connecting the driving unit and the link. Controls a wearable strength assisting device that assists the wearer's back muscle strength through the tensile force applied to the wire when the driving unit operates. In a system that
a rotation sensor provided in the driving unit to measure a rotation angle;
an absolute angle sensor provided on the wearer's upper body to measure an absolute angle; and
The wearer's posture is detected based on the measured values of the rotation sensor and the absolute angle sensor, and based on the detected wearer's posture, it is determined whether it is necessary to generate a tensile force in the driving unit. A control unit for calculating an auxiliary torque required to assist the wearer's muscle strength while entering the driving mode, and controlling the driving unit to generate a tensile force corresponding to the calculated auxiliary torque;
The control unit measures the rotation angle of the rotation sensor provided in the driving unit, and based on the measured rotation angle, calculates the total bending angle that is the sum of the angle at which the wearer's upper body is bent and the angle at which the lower body is bent to detect the posture of the wearer. control system for a wearable strength assistive device.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170101377A KR102397306B1 (en) | 2017-08-10 | 2017-08-10 | Control method and system of wearable apparatus for assisting muscular strength |
CN201711260690.4A CN109202863B (en) | 2017-07-04 | 2017-12-04 | Wearable muscle strength assisting device and control method and system thereof |
DE102017129021.4A DE102017129021A1 (en) | 2017-07-04 | 2017-12-06 | Portable muscle power assist device and method and system for controlling the same |
US15/836,671 US10987797B2 (en) | 2017-07-04 | 2017-12-08 | Wearable muscular strength assist apparatus and method and system of controlling the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170101377A KR102397306B1 (en) | 2017-08-10 | 2017-08-10 | Control method and system of wearable apparatus for assisting muscular strength |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20190018070A KR20190018070A (en) | 2019-02-21 |
KR102397306B1 true KR102397306B1 (en) | 2022-05-13 |
Family
ID=65585200
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020170101377A Active KR102397306B1 (en) | 2017-07-04 | 2017-08-10 | Control method and system of wearable apparatus for assisting muscular strength |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102397306B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024080565A1 (en) * | 2022-10-13 | 2024-04-18 | 삼성전자주식회사 | Wearable device |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102833373B1 (en) | 2019-10-28 | 2025-07-11 | 삼성전자주식회사 | Wearable apparatus and operating method thereof |
KR20220116616A (en) | 2021-02-15 | 2022-08-23 | 중앙대학교 산학협력단 | Lumbar Assistive Robot and Operation method thereof |
IT202100031298A1 (en) * | 2021-12-14 | 2023-06-14 | Torino Politecnico | Wearable exoskeleton device with active trunk support joint and related control method |
EP4585374A1 (en) * | 2022-11-16 | 2025-07-16 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Zero setting method for wearable device, and wearable device and electronic device performing same |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100904937B1 (en) * | 2005-01-26 | 2009-06-29 | 고쿠리쯔 다이가쿠 호징 츠쿠바 다이가쿠 | Wearing -type motion assistance device |
JP2013138848A (en) * | 2011-12-05 | 2013-07-18 | Wakayama Univ | Power-assisting robotic device and control method thereof |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101438968B1 (en) * | 2012-12-27 | 2014-09-15 | 현대자동차주식회사 | Method and system for controlling walking of robot |
KR101589679B1 (en) | 2015-05-15 | 2016-01-28 | 엘아이지넥스원 주식회사 | Back joint apparatus and wearable robot having the same |
KR102481533B1 (en) * | 2015-09-04 | 2022-12-26 | 삼성전자주식회사 | A motion assist apparatus and a method for controlling thereof |
KR101988078B1 (en) * | 2015-10-12 | 2019-06-12 | 현대자동차주식회사 | Wearable apparatus for assisting muscular strength |
-
2017
- 2017-08-10 KR KR1020170101377A patent/KR102397306B1/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100904937B1 (en) * | 2005-01-26 | 2009-06-29 | 고쿠리쯔 다이가쿠 호징 츠쿠바 다이가쿠 | Wearing -type motion assistance device |
JP2013138848A (en) * | 2011-12-05 | 2013-07-18 | Wakayama Univ | Power-assisting robotic device and control method thereof |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024080565A1 (en) * | 2022-10-13 | 2024-04-18 | 삼성전자주식회사 | Wearable device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20190018070A (en) | 2019-02-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102397306B1 (en) | Control method and system of wearable apparatus for assisting muscular strength | |
US10987797B2 (en) | Wearable muscular strength assist apparatus and method and system of controlling the same | |
JP4708421B2 (en) | Gravity compensation control system and method using feasibility multiple parameters | |
CN106562869B (en) | Wearable muscle strength auxiliary device | |
KR101836413B1 (en) | Tendon device of suit type exoskeleton for human power assistance | |
US8202234B2 (en) | Control device for walking assistance device | |
US9980842B2 (en) | Motion assist device and motion assist method, computer program, and program recording medium | |
KR102478064B1 (en) | Wearable robot and method for controlling the same | |
KR102146363B1 (en) | Wearable robot and control method for the same | |
US8251930B2 (en) | Walking assistance device | |
US7217247B2 (en) | Gravity compensation method in a human assist system and a human assist system with gravity compensation control | |
KR101517058B1 (en) | Robot for assisting the muscular strength for hip joint and control method of the same | |
JP5799608B2 (en) | Walking assist device | |
JP4608661B2 (en) | Stand-up training machine | |
KR101740253B1 (en) | Controlling method for gait transition of wearable robot | |
KR20190004854A (en) | Wearable apparatus for assisting muscular strength and control method of the same | |
US20220218552A1 (en) | Load compensation device, in particular of gravitational loads, applicable to exoskeletons | |
KR20130113063A (en) | Human power amplification robot estimating user's intension by detecting joint torque and control method thereof | |
EP3178619A1 (en) | Movement assistance device | |
JP5796365B2 (en) | Walking assist device | |
JP2008029566A (en) | Muscle training device | |
KR20170018219A (en) | Method and system for controlling walking wearable robot at stairs | |
JP5075783B2 (en) | Control device for walking assist device | |
JP6756002B2 (en) | Assist suit | |
JP2019037442A (en) | Lower limb function assistance device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20170810 |
|
PG1501 | Laying open of application | ||
A201 | Request for examination | ||
PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20200804 Comment text: Request for Examination of Application Patent event code: PA02011R01I Patent event date: 20170810 Comment text: Patent Application |
|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20210827 Patent event code: PE09021S01D |
|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20220209 |
|
GRNT | Written decision to grant | ||
PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20220509 Patent event code: PR07011E01D |
|
PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20220510 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
PG1601 | Publication of registration |