박막 압력 센서는 외골격과 지면 사이의 감각 인터페이스 역할을 합니다. 이 센서는 발판 전체에 걸친 지면 반력과 그 특정 분포를 지속적으로 모니터링하여 사용자의 보행 단계를 정확하게 식별합니다. 이 실시간 데이터는 적응형 임피던스 제어의 기본 입력으로, 발이 지면에 안정적으로 접촉하는 순간 시스템이 기계적으로 자체를 안정화할 수 있도록 합니다.
이 센서는 물리적 압력을 디지털 논리로 변환함으로써 외골격이 안정적인 서기(입각기)와 움직임(유각기)을 구별할 수 있게 하여, 지원이 안전하고 기계적으로 효과적일 때만 적용되도록 합니다.
보행 감지의 역학
지면 반력 모니터링
이 센서의 주요 임무는 지면 반력(GRF)을 실시간으로 측정하는 것입니다.
단순히 "접촉"을 감지하는 것이 아니라, 외골격 단말기와 보행 표면 사이의 접촉 강도를 정량화합니다.
이 데이터를 통해 시스템은 사용자가 장애물에 스치는 것이 아니라 단단히 고정되어 있음을 확인할 수 있습니다.
압력 중심 식별
단순한 힘을 넘어, 이 센서는 압력 중심(CoP)의 변화를 추적합니다.
발 전체에 걸쳐 무게가 어떻게 분산되는지 분석함으로써 시스템은 보행 주기가 전환되는 정확한 순간을 결정할 수 있습니다.
이 구분은 체중을 지지하는 입각기와 다리를 앞으로 움직이는 유각기를 분리하는 데 중요합니다.
적응형 제어 로직 활성화
유한 상태 기계 구동
압력 데이터는 종종 유한 상태 기계(FSM)로 구성된 외골격의 제어 로직으로 직접 공급됩니다.
시스템은 특정 임계값(예: 설정된 시간 동안 20N 초과 힘 감지)을 사용하여 상태 변경을 검증합니다.
이를 통해 컨트롤러는 환경의 물리적 법칙이 안정성을 보장할 때만 "지지" 상태로 전환됩니다.
안정성 메커니즘 트리거
센서가 안정적인 입각기를 확인하면 외골격은 안전 기능을 활성화합니다.
이는 잠금 메커니즘 활성화 또는 적응형 임피던스 제어를 통한 다리 강성 조정을 포함할 수 있습니다.
이러한 센서 확인 없이는 이러한 잠금을 활성화하면 사용자가 비틀거리거나 보행 중에 멈출 수 있습니다.
절충안 이해
교정 민감도
외골격의 효과는 압력 임계값의 정확한 교정에 전적으로 달려 있습니다.
임계값이 너무 낮게 설정되면 시스템이 "오탐지"를 등록하여 유각 중에 다리가 부적절하게 잠길 수 있습니다.
반대로 임계값이 너무 높으면 사용자가 가장 필요할 때 시스템이 지원을 활성화하지 못하여 불안정으로 이어질 수 있습니다.
응답 지연
박막 센서는 일반적으로 빠르지만, 전체 시스템 지연에는 신호 처리 및 기계적 잠금 작동이 포함됩니다.
설계자는 "압력 감지"와 "안정성 활성화" 사이의 시간을 사용자가 감지할 수 없도록 보장해야 합니다.
상당한 지연은 걷기의 자연스러운 리듬을 방해하여 외골격이 도구보다는 부담처럼 느껴지게 할 수 있습니다.
목표에 맞는 올바른 선택
단일 다리 외골격의 성능을 최적화하려면 특정 운영 우선순위에 따라 센서 통합을 조정해야 합니다.
- 최대 안전이 주요 초점인 경우: 잠금 메커니즘이 사용자가 완전히 안정적이고 정적인 위치에 있을 때만 작동하도록 보장하기 위해 더 높은 압력 임계값 및 지속 시간 확인을 우선시하십시오.
- 유연한 이동성이 주요 초점인 경우: 압력 중심(CoP)의 고주파 샘플링에 집중하여 적응형 임피던스 변화를 즉시 트리거하여 단계 간의 부드러운 전환을 허용하십시오.
이 센서의 궁극적인 가치는 단순히 압력을 감지하는 데 있는 것이 아니라, 외골격이 인간 작업자와 동기화하여 움직이는 데 필요한 "인지 능력"을 부여하는 데 있습니다.
요약 표:
| 주요 역할 | 기능 메커니즘 | 시스템 이점 |
|---|---|---|
| 보행 단계 감지 | 지면 반력(GRF) 모니터링 | 입각기와 유각기 구분 |
| 안정성 제어 | 압력 중심(CoP) 추적 | 적응형 임피던스 및 잠금 메커니즘 트리거 |
| 시스템 로직 | 유한 상태 기계(FSM) 공급 | 오탐지 방지 및 안전한 상태 전환 보장 |
| 사용자 동기화 | 고주파 압력 샘플링 | 원활하고 자연스러운 움직임 리듬 보장 |
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