스쿼트 감지에서 관성 측정 장치(IMU)의 주요 역할은 제어 시스템을 위한 정밀하고 실시간적인 타이밍 트리거 역할을 하는 것입니다. IMU는 발목 관절의 각속도와 자세 각도를 지속적으로 모니터링함으로써 시스템이 스쿼트 동작을 정확하게 별개의 단계로 분할할 수 있도록 합니다. 이 분할은 장치의 기계적 출력을 인간의 움직임과 동기화하는 데 중요합니다.
IMU는 원시 모션 데이터와 지능형 제어 간의 격차를 해소합니다. 스쿼트의 각 단계(하강, 최하점 유지, 상승 또는 기립)를 식별함으로써 보조 토크가 최적의 순간에 적용되도록 하여 보조 장치의 기계적 효율성을 극대화합니다.
단계 감지의 역학
관절 운동학 모니터링
사용자의 의도를 이해하기 위해 IMU는 발목 관절의 특정 생체 역학에 중점을 둡니다.
각속도(각도 변화 속도) 및 자세 각도(다리 또는 지면에 대한 발의 방향)에 대한 실시간 데이터를 캡처합니다. 이 원시 데이터는 제어 알고리즘의 기본 입력으로 사용됩니다.
네 가지 주요 단계 식별
발목의 운동학 데이터를 사용하여 제어 시스템은 스쿼트의 네 가지 개별 단계를 구별할 수 있습니다.
- 하강 단계: 발목 각도가 닫히면서 하강하는 동작을 감지합니다.
- 최하점 유지 단계: 스쿼트의 가장 낮은 지점에서 일시 중지 또는 안정화를 인식합니다.
- 상승 단계: 발목 각도가 열리면서 상승하는 추진력을 식별합니다.
- 기립 단계: 중립적이고 똑바로 선 자세로 돌아왔음을 확인합니다.
감지에서 제어로
시간 트리거 메커니즘
이러한 단계를 식별하는 주요 가치는 시간 트리거 메커니즘을 만드는 것입니다.
시스템은 지속적이고 무차별적인 지원을 제공하는 대신 특정 단계 전환을 기다립니다. IMU 데이터는 "신호" 역할을 하여 현재 움직임 단계에 따라 액추에이터가 언제 작동하거나 해제되어야 하는지 정확하게 알려줍니다.
기계적 효율성 극대화
보조 장치의 효율성은 유용할 때만 에너지를 제공하는 데 달려 있습니다.
상승 단계를 사이클의 나머지 부분과 분리함으로써 시스템은 노력 집약적인 스쿼트 부분 동안에만 보조 토크가 전달되도록 합니다. 이렇게 하면 하강 또는 정적 단계 동안 에너지 낭비를 방지하고 사용자가 움직임을 자연스럽게 느끼도록 합니다.
절충점 이해
센서 드리프트 및 누적 오류
IMU는 매우 효과적이지만, 특히 자세 또는 방향 계산에서 시간이 지남에 따라 누적 오류가 발생하기 쉽습니다.
더 넓은 응용 분야에서 언급했듯이 가속도계 및 자이로스코프의 데이터는 드리프트될 수 있습니다. 긴 작동 주기 동안 높은 정밀도를 유지하기 위해 시스템은 종종 이러한 편차를 보상하기 위해 자력계 보정 또는 고급 필터링 알고리즘이 필요합니다.
배치 민감도
단계 감지의 정확도는 센서의 물리적 배치에 크게 좌우됩니다.
주요 응용 분야는 발목 관절에 의존하지만, 센서의 부적절한 장착 또는 이동은 각속도 판독값에 노이즈를 유발할 수 있습니다. 이렇게 하면 잘못된 단계 식별로 인해 보조 토크가 너무 빠르거나 너무 늦게 트리거될 수 있습니다.
목표에 맞는 올바른 선택
스쿼트 감지에 IMU를 효과적으로 활용하려면 특정 제어 목표에 맞게 구현을 조정하십시오.
- 주요 초점이 타이밍 정확도인 경우: 단계 전환을 위한 가장 깨끗한 각속도 데이터를 캡처하기 위해 발목 관절에 IMU를 정확하게 장착하는 데 우선순위를 두십시오.
- 주요 초점이 시스템 효율성인 경우: 알고리즘을 개선하여 토크 적용을 상승 단계로 엄격하게 제한하여 하강 및 기립 단계 동안 에너지 소비를 제로로 만드십시오.
IMU는 단순한 센서가 아니라 인간-기계 상호 작용의 성공을 결정하는 논리 게이트입니다.
요약 표:
| 단계 | 동작 설명 | IMU 데이터 초점 | 제어 시스템 동작 |
|---|---|---|---|
| 하강 | 하강 동작 | 발목 각도 닫힘 | 토크 없이 모니터링 |
| 최하점 유지 | 최저점에서 안정화 | 0 각속도 | 상승 준비 |
| 상승 | 상승 추진/일어남 | 발목 각도 열림 | 보조 토크 트리거 |
| 기립 | 중립적이고 똑바로 선 자세 | 일정한 자세 각도 | 대기/절전 |
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