하드웨어의 물리적 발자국을 분리하는 것은 베어 모드와 패시브 모드를 비교하는 중요한 목표입니다. 이 비교는 외골격의 고유한 물리적 특성(예: 무게, 관성 및 기계적 저항)이 보조 장치가 비활성화되었을 때 착용자의 자연스러운 보행을 어떻게 변화시키는지 구체적으로 평가합니다.
자연스러운 움직임(베어)과 비활성 장치(패시브)를 착용한 상태에서의 움직임 간의 차이를 측정함으로써 엔지니어는 로봇 착용의 물리적 "비용"을 정량화할 수 있습니다. 이 기준 데이터는 외골격이 보조를 시작하기도 전에 착용자와 싸우지 않도록 하드웨어를 최적화하는 데 필수적입니다.
물리적 영향 정량화
무게 및 관성 측정
이 비교의 주요 목표는 장치의 질량 효과를 분리하는 것입니다.
이러한 모드를 비교함으로써 연구원들은 외골격의 무게와 관성이 사용자의 사지에 과도한 부담을 주는지 여부를 결정할 수 있습니다.
기계적 저항 식별
모터가 꺼져 있어도 외골격의 관절은 마찰을 일으킵니다.
이 평가는 시스템에 내재된 기계적 저항 수준을 보여주며, 사용자가 기계의 관절을 움직이기 위해 얼마나 많은 노력을 기울여야 하는지를 보여줍니다.
"투명성" 추구
간섭 최소화
하드웨어 최적화의 궁극적인 목표는 장치가 원래의 움직임 패턴에 미치는 간섭을 줄이는 것입니다.
이 비교에서 파생된 데이터는 엔지니어에게 장치가 착용자의 자연스러운 생체 역학에 미치는 간섭을 최소화하도록 설계를 개선하는 데 도움이 됩니다.
상호 작용 품질 향상
웨어러블 로봇은 장애물이 아니라 신체의 확장처럼 느껴져야 합니다.
베어 모드와 패시브 모드 성능 간의 격차를 줄이면 투명성이 향상되어 인간과 기계 간의 상호 작용 품질이 향상됩니다.
절충점 이해
구조의 부담
패시브 모드가 베어 모드와 동일하게 느껴지도록 하는 것이 목표이지만, 물리적 현실은 한계를 부과합니다.
장치는 사용자에게 지지력을 제공하기 위해 일정 수준의 구조적 강성이 필요하며, 이는 필연적으로 무게와 잠재적인 제약을 추가합니다.
잘못된 측정의 결과
패시브 모드가 베어 모드와 크게 다르면 외골격 모터는 장치 자체의 열악한 기계적 성능을 보상하기 위해 에너지를 낭비해야 합니다.
이는 보조 장치가 사용자를 돕는 대신 장치 자체의 물리적 결함을 극복하는 데 부분적으로 소비되므로 시스템의 효율성이 떨어집니다.
목표에 맞는 올바른 선택
이 비교를 자체 평가에 효과적으로 활용하려면 특정 목표를 고려하십시오.
- 주요 초점이 하드웨어 설계인 경우: 베어 모드와 패시브 모드 간의 운동학 데이터 편차를 최소화하기 위해 무게와 관절 마찰을 줄이는 데 집중하십시오.
- 주요 초점이 제어 전략인 경우: 패시브 모드 데이터를 사용하여 장치의 고유 저항을 상쇄하기 위해 모터가 얼마나 많은 토크를 적용해야 하는지 정확하게 계산하십시오.
가장 성공적인 외골격은 패시브 모드가 통계적으로 베어 모드와 거의 구별되지 않는 외골격입니다.
요약 표:
| 모드 | 보조 | 하드웨어 존재 여부 | 측정 목적 |
|---|---|---|---|
| 베어 모드 | 없음 | 장치 없음 | 자연스러운 인간 생체 역학의 기준선 설정. |
| 패시브 모드 | 없음 (꺼짐) | 장치 착용 | 무게, 관성 및 기계적 저항 정량화. |
| 차이 | 해당 없음 | 해당 없음 | 하드웨어의 물리적 '비용' 및 간섭 식별. |
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참고문헌
- Denis Mosconi, Adriano A. G. Siqueira. Exploring Human–Exoskeleton Interaction Dynamics: An In-Depth Analysis of Knee Flexion–Extension Performance across Varied Robot Assistance–Resistance Configurations. DOI: 10.3390/s24082645
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