센서화된 깔창은 무릎 외골격 시스템의 중요한 감각 피드백 루프 역할을 합니다. 압전 센서를 사용하여 실시간으로 족저 중량 분포를 모니터링함으로써, 이 깔창은 외골격이 보행 주기 중 입각기와 유각기를 구별하는 데 필요한 데이터를 제공합니다. 이 구별은 시스템에 언제 동력 보조를 적용하고 언제 양보해야 하는지를 정확히 알려주는 기본 트리거입니다.
압전 통합의 주요 가치는 기계적 작동과 인간의 의도 사이의 격차를 해소하여 단계별 정확한 보조를 가능하게 하는 동시에 재활 평가를 위한 임상 데이터를 생성하는 데 있습니다.
외골격 제어 최적화
실시간 보행 단계 감지
보조 로봇 공학의 핵심 엔지니어링 과제는 동기화입니다. 외골격은 사용자가 보행 주기에서 정확히 어디에 있는지 알아야 합니다.
압전 센서는 발이 지면에 닿거나 떨어지는 순간의 압력 변화를 감지합니다. 이를 통해 시스템 알고리즘은 입각기(발이 지면에 닿는 상태)와 유각기(발이 공중에 있는 상태)를 구별할 수 있습니다.
적절한 보조 트리거링
보행 단계에 대한 데이터는 기계의 동작을 결정합니다.
센서가 입각기를 감지하면 외골격은 사용자의 체중을 지지하기 위해 동력 보조를 트리거합니다. 반대로 유각기 동안 시스템은 부드러운 다리 움직임을 허용하도록 조정될 수 있습니다.
재활 결과 향상
균형 제어 정량화
즉각적인 운동 제어 외에도 이러한 센서는 진단 목적으로 사용됩니다. 재활 전문가는 환자의 무게 중심 제어 능력을 평가하기 위해 데이터를 사용합니다.
이는 평가를 주관적인 관찰에서 객관적인 측정으로 전환합니다. 이를 통해 임상의는 환자가 움직이는 동안 안정성을 얼마나 잘 관리하는지 정확하게 확인할 수 있습니다.
체중 이동 추적
회복에는 종종 다리 사이의 체중을 균등하게 분배하는 방법을 다시 배우는 것이 필요합니다.
깔창은 양측 체중 이동 패턴을 추적하여 사용자의 보행 비대칭성을 강조합니다. 이 데이터는 환자가 부상당하지 않은 다리를 선호하는지 여부를 보여주어 표적화된 교정을 가능하게 합니다.
절충점 이해
민감도 대 신호 노이즈
압전 센서는 동적 압력 변화에 매우 민감하여 충격 감지에 이상적입니다. 그러나 이러한 높은 민감도는 제어 알고리즘이 견고해야 함을 의미합니다.
시스템은 잘못된 트리거를 방지하기 위해 데이터를 효과적으로 필터링해야 합니다. 정확한 처리 없이는 체중의 사소한 변화가 단계로 잘못 해석되어 불안정한 보조로 이어질 수 있습니다.
목표에 맞는 올바른 선택
시스템을 설계하든 임상용으로 선택하든 센서 데이터의 역할은 매우 중요합니다.
- 주요 초점이 능동적인 보행 보조인 경우: 제어 알고리즘이 입각기 대 유각기 데이터의 저지연 처리를 우선시하여 부드러운 동력 전환을 보장하도록 하십시오.
- 주요 초점이 임상 재활인 경우: 환자 진행 상황을 시간에 따라 추적하기 위해 양측 체중 이동 및 무게 중심 지표를 시각화하는 시스템을 우선시하십시오.
정확한 감지는 기계 장치를 인체의 반응적인 확장으로 바꿉니다.
요약 표:
| 기능 | 외골격 시스템에서의 기능 | 임상 및 엔지니어링 이점 |
|---|---|---|
| 보행 단계 감지 | 입각기와 유각기 구분 | 동력 보조 트리거의 정확한 타이밍 가능 |
| 압력 모니터링 | 족저 중량 분포 실시간 추적 | 무게 중심 및 균형 분석을 위한 데이터 제공 |
| 양측 추적 | 양쪽 다리 간 체중 이동 비교 | 표적 재활을 위한 보행 비대칭성 식별 |
| 동적 민감도 | 바닥 접촉 시 빠른 압력 변화 포착 | 인간의 의도와 기계적 반응 간의 지연 감소 |
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참고문헌
- C. Cumplido‐Trasmonte, Elena García. Safety and usability of the MAK exoskeleton in patients with stroke. DOI: 10.1002/pri.2038
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