KR101588281B1 - 재활 보조기기용 제어 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 재활 보조기기 사용자의 힘 작용으로 인한 동역학 반응에 따른 움직임을 피드백하여 재활 보조기기를 제어하는 재활 보조기기용 제어 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 의한 재활 보조기기용 제어 시스템은, 사용자로부터 모터를 구동시키기 위한 재활 보조기기의 운동방식과 모터의 토크 제한 범위와 모터의 임피던스 타입 및 변화 범위를 포함하는 제어 파라미터를 설정받고 사용자에 의해 설정된 제어 파라미터에 따라 제어 코드를 생성하는 제어 파라미터 설정부와, 모터의 토크를 검출하는 모터 토크 검출부와, 제어 파라미터 설정부에서 생성된 제어 코드를 수신함과 동시에 모터 토크 검출부로부터 모터의 토크를 피드백받아 모터를 제어하기 위한 임피던스를 계산하고 계산된 임피던스에 따라 모터를 어드미턴스 제어(admittance control)하는 제어부를 포함하는 점에 특징이 있다.
Description
본 발명은 재활 보조기기용 제어 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 재활 보조기기 사용자의 힘 작용에 따른 움직임을 피드백하여 재활 보조기기를 부드러운 움직임을 나타내도록 제어할 수 있는 재활 보조기기용 제어 시스템에 관한 것이다.
최근, 신경 손상이나 신경 장애로 인해 신체의 일부를 움직이지 못하는 사람이나 고령으로 근력이 약해진 사람을 돕기 위하여 환자의 신체에 착용되는 형태의 다양한 재활 보조기기가 개발되고 있다.
재활 보조기기는 환자의 장애 형태, 사용 관절의 종류 등에 따라 다양한 구조를 갖는다. 일반적으로, 재활 보조기기는 단단한 소재를 이용한 전통적인 기계 기술을 사용하여 제작된다. 이러한 재활 보조기기는 손가락이나 팔, 다리 등의 뼈를 지지하는 단단한 소재의 링크가 피봇 조인트 등으로 연결되고, 사람의 관절 운동을 모방할 수 있도록 다양한 메커니즘이 적용된 링크 관절 구조를 사용한다.
예컨대, 근육병이나 척수 손상 등으로 근력이 저하되어 본인의 팔의 무게도 버티지 못하여 손이나 팔을 움직이지 못하는 장애인이나 환자용으로 중력 보상을 위한 다양한 근력 보조 재활 보조기기가 개발된 바 있다. 또한 뇌졸중과 같은 신경손상으로 경직이나 구축 등의 특성이 나타나는 환자의 손가락 동작을 보조하는 재활 보조기기도 다양한 구조의 것이 제안된 바 있다.
그런데 현재 국내에서 제작되는 재활 보조기기는 대부분 모터의 속도 및 위치제어에 치중하는 제어 시스템을 채용하여 안전성 및 재활운동 효과에서 한계를 가지며, 해외 제품과 비교하여 경쟁력이 떨어진다.
즉, 종래의 재활 보조기기용 제어 시스템은 작동 모터를 제어하기 위해 운동 궤적을 생성하여 모터의 위치 제어 드라이버 또는 속도 제어 드라이버에 입력값을 넣어주는 방법이나, 모터 제어 드라이버 자체에 모터 위치와 속도 프로파일을 입력하는 방법을 이용한다. 두 기술 모두 모터에 작용하는 힘을 고려하지 않고 위치 혹은 속도 지령에 따라 모터를 구동하게 함으로써, 외부에서 모터의 움직임을 방해할 경우 모터에 과도한 힘을 발생시킬 수 있다. 이러한 제어 방식은 정밀한 위치 및 속도 제어가 필요한 산업용 장치에 사용되는 경우 문제가 없지만 재활 보조기기의 제어에 사용할 경우 재활 보조기기 사용자에게 과도한 힘을 가하여 안전 사고의 위험을 높일 수 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 필요성을 해결하기 위해 위하여 안출된 것으로, 재활 보조기기 사용자의 힘 작용으로 인한 동역학 반응에 따른 움직임을 피드백하여 재활 보조기기를 제어함으로써 재활 보조기기가 과도한 작용력을 발생하지 않고 부드러운 움직임을 통해 사용자의 사용감을 높일 수 있는 재활 보조기기용 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 본 발명에 의한 재활 보조기기용 제어 시스템은, 모터를 갖는 재활 보조기기를 제어하기 위한 것으로, 사용자로부터 상기 모터를 구동시키기 위한 상기 재활 보조기기의 운동방식과 상기 모터의 토크 제한 범위와 상기 모터의 임피던스 타입 및 변화 범위를 포함하는 제어 파라미터를 설정받고, 사용자에 의해 설정된 제어 파라미터에 따라 제어 코드를 생성하는 제어 파라미터 설정부; 상기 모터의 토크를 검출하는 모터 토크 검출부; 및 상기 제어 파라미터 설정부에서 생성된 제어 코드를 수신함과 동시에 상기 모터 토크 검출부로부터 상기 모터의 토크를 피드백받아 상기 모터를 제어하기 위한 임피던스를 계산하고, 계산된 임피던스에 따라 상기 모터를 어드미턴스 제어(admittance control)하는 제어부;를 포함하는 점에 특징이 있다.
본 발명에 따른 재활 보조기기용 제어 시스템은 재활 보조기기의 위치 기반 움직임에 재활 보조기기 사용자의 힘 작용에 따른 동역학 반응에 따른 움직임을 더해 재활 보조기기를 제어함으로써, 재활 보조기기의 과도한 작용력 발생을 억제하며 재활 보조기기의 부드러운 움직임을 유도한다. 따라서, 재활 보조기기의 사용감을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 재활 보조기기용 제어 시스템은 모터의 임피던스 제어에 안전제어 알고리즘을 추가함으로써, 재활 보조기기의 사용 중 사용자에게 강직이나 경직 등의 이상 현상이 일어날 때 사용자에게 과도한 힘이 작용하는 것을 방지할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 재활 보조기기용 제어 시스템은 기존 재활 보조기기의 작동 성능을 향상시킴으로써 이를 이용한 사용자의 재활 효과를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 재활 보조기기용 제어 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 재활 보조기기용 제어 시스템의 제어 파라미터 설정부의 제어 파라미터 설정 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 재활 보조기기용 제어 시스템의 제어부의 제어 알고리즘을 개략적으로 나타낸 블록 다이어그램이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 재활 보조기기용 제어 시스템의 제어부의 임피던스 제어 알고리즘을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 재활 보조기기용 제어 시스템의 제어부의 임피던스 계산 알고리즘을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 재활 보조기기용 제어 시스템의 제어부의 안전제어 알고리즘을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 재활 보조기기용 제어 시스템의 모바일 기기 사용 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 재활 보조기기용 제어 시스템의 제어 파라미터 설정부의 제어 파라미터 설정 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 재활 보조기기용 제어 시스템의 제어부의 제어 알고리즘을 개략적으로 나타낸 블록 다이어그램이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 재활 보조기기용 제어 시스템의 제어부의 임피던스 제어 알고리즘을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 재활 보조기기용 제어 시스템의 제어부의 임피던스 계산 알고리즘을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 재활 보조기기용 제어 시스템의 제어부의 안전제어 알고리즘을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 재활 보조기기용 제어 시스템의 모바일 기기 사용 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 재활 보조기기용 제어 시스템에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 재활 보조기기용 제어 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 재활 보조기기용 제어 시스템(100)은, 제어 파라미터 설정부(110)와, 제어부(120)와, 모터 토크 검출부(130)와, 모바일 기기(140)를 포함한다. 이러한 재활 보조기기용 제어 시스템(100)은 모터 구동부(210)를 갖는 재활 보조기기를 제어하기 위한 것으로, 재활 보조기기를 착용한 사용자의 힘 작용으로 인한 재활 보조기기의 움직임을 피드백하여 재활 보조기기를 과도한 작용력을 발생하지 않도록 제어할 수 있다.
제어 파라미터 설정부(110)는 사용자가 재활 보조기기의 모터 구동부(210)를 구동시키기 위한 각종 제어 파라미터를 설정하기 위한 것이다. 사용자가 모터 구동부(210)에 대한 운동 종류, 운동 궤적, 임피던스 범위, 힘 피드백 방식 등을 입력하면 제어 파라미터 설정부(110)는 입력된 제어 파라미터 값들이 반영된 제어 코드(예컨대, C 코드)를 생성한다. 생성된 제어 코드는 제어부(120)로 송신된다. 제어 파라미터 설정부(110)로는 윈도우(windows) 기반의 컴퓨터 등이 이용될 수 있다.
제어부(120)는 제어 파라미터 설정부(110)로부터 제어 코드를 수신하고 이에 따라 미리 설정된 제어 알고리즘을 구동시켜 재활 보조기기의 모터 구동부(210)를 제어한다. 또한 제어부(120)는 모터 토크 검출부(130) 및 모바일 기기(140)와도 신호를 주고 받는다. 제어부(120)는 프로세서 모듈(121)과, 입출력 포트(122)와, 근거리 통신 모듈(123)과, 내부 통신 포트(124)를 포함한다. 프로세서 모듈(121)은 제어 파라미터 설정부(110)에서 생성된 제어 코드를 수신하여 미리 설정된 제어 알고리즘을 구동시킨다. 프로세서 모듈(121)에 의한 제어 알고리즘에 대해서는 자세히 후술하기로 한다. 입출력 포트(122)는 외부 입출력부(220)와의 인터페이스를 담당한다. 여기에서, 외부 입출력부(220)는 재활 보조기기에 구비되는 동작 스위치, 리미트 스위치, 운동 선택 버튼, 디스플레이 등이 될 수 있다. 근거리 통신 모듈(123)은 모바일 기기(140)와 프로세서 모듈(121) 간의 통신을 중계한다. 근거리 통신 모듈(123)로는 블루투스 모듈 등이 이용될 수 있다. 내부 통신 포트(124)는 모터 토크 검출부(130)와 재활 보조기기의 모터 구동부(210)와의 통신을 담당한다. 프로세서 모듈(121)에서 생성된 제어 신호는 내부 통신 포트(124)를 통해 모터 구동부(210)의 모터 드라이버(212)에 전달될 수 있다. 내부 통신 포트(124)로는 CAN 통신 포트 등이 이용될 수 있다.
모터 토크 검출부(130)는 제어부(120)에 의한 모터 구동부(210) 작동시 모터(211)의 토크를 검출하여 이를 제어부(120)에 피드백한다. 모터 토크 검출부(130)로는 토크 센서 등의 힘 센서나 모터(211)의 전류 등으로부터 토크를 검출할 수 있는 장치가 이용될 수 있다.
모바일 기기(140)는 사용자가 동작 상태를 모니터링하고 재활 보조기기의 입출력부를 대신하여 재활 보조기기의 구동 제어값을 설정하는 용도로 이용된다. 이를 위해 모바일 기기(140)에는 전용 앱이 설치된다. 모바일 기기(140)는 블루투스 등의 근거리 통신을 통해 제어부(120)와 통신한다.
이하에서는, 본 실시예에 따른 재활 보조기기용 제어 시스템(100)을 이용한 재활 보조기기의 제어 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 도 2를 참조하여, 제어 파라미터 설정부(110)를 통한 제어 파라미터를 설정 방법에 대해 설명한다. 제어 파라미터 설정부(110)의 설정 프로그램 시작(S10) 후, 사용자는 재활 보조기기의 운동방식을 선택한다(S11). 재활 보조기기의 운동방식으로는 재활 보조기기의 운동 궤적이 회전운동을 보이는지 왕복운동을 보이는지에 따라 회전형 움직임(페달 운동기구의 한쪽 방향으로 무한 회전하는 움직임)과 왕복형 움직임(움직임 범위가 일정 범위 안에 한정된 왕복운동)이 있을 수 있고, 각각의 움직임에는 수동모드와 자동모드가 있을 수 있다.
재활 보조기기의 운동방식 선택 후, 각 운동방식에 따른 재활 보조기기의 모터 구동부(210)에 대한 임피던스를 설정한다(S12). 임피던스 설정은 프로세서 모듈(121)에서 어드미턴스 제어 알고리즘기에 사용할 임피던스의 타입(관성 모드, 댐핑 모드 등)과 범위를 설정하는 것이다. 회전형 움직임의 경우 자동모드 임피던스 설정 단계(S13)를 더 거친다. 사용자에 의한 임피던스 설정이 있으면, 제어 파라미터 설정부(110) 내의 임피던스 시뮬레이터를 활용하여 임피던스 시뮬레이션을 수행함으로써(S14) 임피던스 설정에 따른 재활 보조기기의 위치 출력을 확인할 수 있고, 필요하다면 시뮬레이션 결과에 따라 임피던스를 재설정할 수도 있다.
모터 토크 검출부 설정 단계(S15)에서는 재활 보조기기의 모터 구동부(210)의 토크를 검출하기 위한 구체적인 방식을 설정한다. 재활 보조기기에 외부 힘 센서를 사용하는 경우에는 센서의 스케일을 설정하고, 외부 힘 센서를 사용하지 않을 경우에는 모터(211)의 전류 등으로부터 토크를 검출하기 위한 각종 파라미터를 설정할 수 있다.
안전제어 알고리즘 설정 단계(S16)에서는 안전제어 알고리즘이 구동할 때의 힘 제한 범위와 임피던스 변화 범위를 설정한다. 외부 하드웨어 파라미터 설정 단계(S17)에서는 재활 보조기기에 구비되는 각종 외부 하드웨어에 대한 제어 파라미터를 설정한다. 예컨대, 이 단계에서 재활 보조기기의 모터 구동부(210)에 구비되는 엔코더의 카운트 수와 실제 재활 보조기기가 움직이는 거리 및 각도 사이의 스케일 변수를 설정한다. 호밍(Homing) 설정 단계(S18)에서는 재활 보조기기의 모터(211)에 대한 호밍 여부나, 모터(211)가 호밍을 하는 경우 호밍 속도와 방향을 설정할 수 있다.
이러한 각종 설정 단계가 끝나면, 제어 파라미터 설정부(110)는 제어 코드 생성 기능을 사용하여 설정 파라미터가 반영된 제어 코드를 생성하고(S19) 사용자 파라미터 설정을 마친다(S20).
도면에 나타내지는 않았으나, 생성된 제어 코드는 마이크로프로세서에 다운로드 된 후, 디버깅 단계를 거칠 수 있다.
상술한 것과 같은 제어 파라미터 설정부(110)를 통한 제어 파라미터를 설정 방법에서, 각각의 설정 단계가 도면에 나타낸 것과 같은 순서대로 수행될 필요는 없다. 각각의 설정 단계의 순서는 다양하게 바뀔 수 있다.
다음으로, 도 3을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 재활 보조기기용 제어 시스템(100)의 제어 알고리즘에 대하여 설명한다.
재활 보조기기용 제어 시스템(100)의 제어부(120)의 제어 알고리즘은 위치 기반 임피던스 제어인 어드미턴스 제어(admittance control)을 기본으로 하며, 제어 파라미터 설정부(110)를 통한 파라미터 설정을 통하여 선택된 재활 보조기기의 회전형 운동 또는 왕복형 운동에 대응할 수 있다. 왕복형 운동의 경우, 제어 알고리즘은 모터(211)의 홈(home) 위치를 찾는 호밍(homing)을 위한 알고리즘과 외부 입력으로부터 제어 파라미터를 변화시킬 수 있는 알고리즘을 포함한다.
도 3에 나타낸 것과 같이, 제어 알고리즘이 시작되고(S21) 재활 보조기기의 모터(211)의 호밍과 재활 보조기기에 대한 구동 지시가 있으면(S22), 호밍 실행 여부를 체크한다(S23). 호밍 지시가 있고 모터(211)에 대한 호밍이 필요한 경우, 호밍이 시작되며(S24) 호밍 알고리즘이 작동하여(S25) 호밍 알고리즘에 따라 모터(211)를 구동시킨다(S26). 호밍을 위해 모터(211)가 구동하는 동안 호밍 스위치(예컨대, 리미트 스위치)의 작동 여부가 체크되며(S27), 호밍 스위치의 신호가 있으면 호밍을 완료한다(S28). 모터(211)에 대한 호밍이 종료되면 모터(211)의 구동(operating) 여부를 체크하여(S29) 모터 구동 단계로 넘어간다. 제어 파라미터 설정부(110)에서 사용자가 모터(211)에 대한 호밍을 설정하지 않으면, 제어 알고리즘 시작과 동시에 모터 구동 단계로 넘어가게 된다.
모터 구동 단계로 넘어가면, 먼저 재활 보조기기의 동작 스위치가 켜져 있는지 확인하여(S30), 동작 스위치가 꺼져 있으면 다시 호밍 과정을 실시한다. 재활 보조기기의 동작 스위치가 꺼져 있는 경우, 먼저 사용자가 호밍을 선택하였는지 체크하고(S31), 호밍이 설정되어 있으면 앞서 설명한 것과 같은 호밍 과정을 수행하고, 호밍이 설정되어 있지 않으면 바로 재활 보조기기를 구동 정지시킨다(S32).
모터 구동 단계에서 재활 보조기기의 동작 스위치가 켜져 있는 경우, 모터(211)의 임피던스를 초기화 시킨 후(S33), 임피던스 제어 알고리즘을 작동하여(S34) 모터(211)를 구동시킨다(S35). 임피던스 제어 알고리즘에 따라 모터(211)가 구동하는 중, 재활 보조기기의 동작 스위치 상태를 체크하게 되며(S36), 동작 스위치가 꺼질 경우, 호밍 설정 여부에 따라 호밍 실행 후 재활 보조기기를 정지시키거나 바로 구동 정지시킨다.
이러한 제어부(120)의 제어 알고리즘 중에서 임피던스 제어 알고리즘은 도 4에 나타낸 것과 같다. 도 4를 참조하면, 임피던스 제어 알고리즘은 궤적 생성 알고리즘과, 임피던스 계산 알고리즘과, 어드미턴스 제어 알고리즘을 포함한다. 제어 파라미터 설정부(110)에서 재활 보조기기의 운동방식이나 임피던스 설정에 따른 제어 파라미터가 입력되면 제어부(120)의 프로세서 모듈(121)은 궤적 생성 알고리즘을 작동하여 재활 보조기기의 평형위치 등 재활 보조기기의 운동 궤적에 대한 데이터를 생성하고(S40), 임피던스 계산 알고리즘을 작동하여 제어를 위한 임피던스를 생성한다(S42). 궤적 생성 알고리즘은 제어 파라미터 설정부(110)에서 왕복형 운동을 설정한 경우에 작동하며, 제어 파라미터 설정부(110)에서 설정한 파라미터에 따라 사인파나 일정한 속도의 왕복 운동 궤적을 생성하여 어드미턴스 제어 알고리즘의 위치 입력값으로 제공한다. 프로세서 모듈(121)은 이러한 궤적 생성 알고리즘과 임피던스 계산 알고리즘을 통해 생성된 테이터를 이용하여 어드미턴스 제어 알고리즘을 작동시켜 재활 보조기기의 모터 구동부(210)를 작동시키기 위한 제어 신호를 생성한다(S42). 이때, 모터 토크 검출부(130)가 검출한 모터(211)의 토크가 프로세서 모듈(121)로 피드백되며, 프로세서 모듈(121)은 임피던스 계산 알고리즘과 어드미턴스 제어 알고리즘에 모터(211)의 토크를 이용한다. 어드미턴스 제어 알고리즘은 위치 궤적, 임피던스 파라미터, 모터의 토크를 입력받아 모터의 위치 지령을 출력으로 내보낸다. 이러한 어드미턴스 제어 알고리즘은 가상의 질량, 스프링, 댐퍼 시스템이 외부 힘에 의한 동역학 시스템을 시뮬레이션하여 그 위치 궤적을 출력으로 내보내는 것으로, 이에 대해서는 잘 알려져 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
임피던스 계산 알고리즘은 도 5에 나타낸 것과 같다. 도 5를 참조하면, 임피던스 계산 알고리즘은 어드미턴스 제어 알고리즘에 필요한 임피던스 파라미터 입력값을 만들기 위한 것이다. 먼저 제어 파라미터 설정부(110)에서 임피던스 타입(관성 모드, 댐핑 모드 등)이 입력된 후, 이에 따라 모터 제어에 필요한 임피던스를 디자인한다(S45). 그리고 디자인된 임피던스를 사용자가 재활 보조기기에 설치된 외부 입력부(230)를 통해 컨트롤된 운동 강도에 맞춰 조정한다(S46). 그리고 결정된 운동 강도에 따라 재활 보조기기의 모터(211)를 작동시키면서 모터 토크 검출부(130)로부터 모터(211)의 토크를 피드백받아 안전제어 알고리즘을 작동하여 적절한 임피던스를 생성하고(S47) 이를 어드미턴스 제어 알고리즘에 반영한다.
안전제어 알고리즘은 도 6에 나타낸 것과 같다. 도 6을 참조하면, 안전제어 알고리즘은 모터(211)의 부하에 따라 단계적으로 임피던스 파라미터를 조절해줌으로써 사용자에게 과도한 힘이 전달되지 않게 하기 위한 것이다. 안전제어 알고리즘이 시작되면(S50) 제어 파라미터 설정부(110)를 통해 안전제어가 설정되었는지 체크한다(S51). 안전제어가 설정되어 있으면, 모터(211)의 부하(모터의 토크, F)를 안전한계값 및 경고한계값과 비교한다.
안전제어 알고리즘의 상태는 안전구간(S52), 경고구간(S53), 위험구간(S54)으로 나뉜다. 재활 보조기기의 모터(211)의 부하(F)가 안전한계값 이하일 경우는 안전구간(S52)이며, 이때 먼저 생성된 임피던스 파라미터가 어드미턴스 제어 알고리즘에 그대로 반영된다. 반면, 모터(211)의 부하(F)가 안전한계값 이상이고 경고한계값 이하일 경우는 경고구간(S53)으로, 이 경우 제어 파라미터 설정부(110)에서 미리 설정된 제 1 감소분만큼 임피던스를 감소하여 모터(211)를 제어함으로써 사용자에게 전달되는 힘을 줄인다. 또한 모터(211)의 부하(F)가 경고한계값 이상일 경우는 위험구간(S54)으로, 이때 제어 파라미터 설정부(110)에서 미리 설정된 제 1 감소분보다 큰 제 2 감소분만큼 임피던스를 감소하여 모터(211)를 제어함으로써 사용자에게 전달되는 힘을 더욱 감소시킨다.
여기에서, 안전한계값이나 경고한계값, 임피던스 부하에 대한 제 1 감소분이나 제 2 감소분은 재활 보조기기의 종류 등에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 그리고 안전제어 알고리즘에서 안전한계값이나 경고한계값의 대상은 모터의 부하 이외에, 모터에 의해 움직이는 재활 보조기기의 동작부 부하가 될 수도 있다.
이러한 제어 방법에 따라 재활 보조기기가 구동하는 동안, 사용자는 모바일 기기(140)를 이용하여 동작 상태를 모니터링하고 재활 보조기기를 구동시키기 위한 구동 제어값을 설정할 수 있다. 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 재활 보조기기용 제어 시스템의 모바일 기기 사용 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 7을 참조하면, 사용자가 모바일 기기(140)의 앱을 실행시키면(S60), 제어부(120)와의 통신을 위한 근거리 통신 모듈 검색 단계(S61)가 수행된다. 근거리 통신 모듈이 검색되면 해당 모바일 기기(140)와 해당 제어부(120)에 대한 페어링 단계(S62)가 수행되고, 이들이 근거리 통신으로 연결된다(S63). 이후, 사용자는 앱을 통해 재활 보조기기를 구동시키기 위한 구동 제어값을 설정하거나(S64), 재활 보조기기의 동작 상태를 모니터링 할 수 있다(S65). 그리고 모바일 기기(140)를 활용할 필요가 없으면 앱을 종료시킨다(S66). 여기에서, 구동 제어값 설정 단계(S64)와 재활 보조기기의 동작 상태 모니터링 단계(S65)는 도시된 것과 같이 순서대로 수행될 필요는 없다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 재활 보조기기용 제어 시스템(100)은 재활 보조기기의 위치 기반 움직임에 재활 보조기기 사용자의 힘 작용에 따른 동역학 반응에 따른 움직임을 더하여 재활 보조기기를 제어함으로써, 재활 보조기기의 과도한 작용력 발생을 억제하며 재활 보조기기의 부드러운 움직임을 유도한다. 따라서, 재활 보조기기의 사용감을 향상시킬 수 있다. 또한 본 실시예에 따른 재활 보조기기용 제어 시스템(100)은 안전제어 알고리즘을 이용함으로써, 재활 보조기기의 사용 중 사용자에게 강직이나 경직 등의 이상 현상이 일어날 때 사용자에게 과도한 힘이 작용하는 것을 방지할 수 있다.
이상 본 발명에 대하여 바람직한 예를 들어 설명하였으나 본 발명의 범위가 앞에서 설명한 실시예로 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 모바일 기기없이 재활 보조기기용 제어 시스템을 구성할 수 있으며, 이 경우 제어부에서 근거리 통신 모듈은 생략될 수 있다.
또한 도면에는 모터(211)의 토크를 검출하고 이를 임피던스 제어 알고리즘에 반영하는 것으로 나타냈으나, 모터에 의한 재활 보조기기 동작부에 발생하는 힘을 임피던스 제어 알고리즘에 피드백하여 모터를 제어할 수도 있다.
100 : 재활 보조기기용 제어 시스템 110 : 제어 파라미터 설정부
120 : 제어부 121 : 프로세서 모듈
122 : 입출력 포트 123 : 근거리 통신 모듈
124 : 내부 통신 포트 130 : 모터 토크 검출부
140 : 모바일 기기 210 : 모터 구동부
211 : 모터 212 : 모터 드라이버
220 : 외부 입출력부 230 : 외부 입력부
120 : 제어부 121 : 프로세서 모듈
122 : 입출력 포트 123 : 근거리 통신 모듈
124 : 내부 통신 포트 130 : 모터 토크 검출부
140 : 모바일 기기 210 : 모터 구동부
211 : 모터 212 : 모터 드라이버
220 : 외부 입출력부 230 : 외부 입력부
Claims (9)
- 모터를 갖는 재활 보조기기를 제어하기 위한 재활 보조기기용 제어 시스템에 있어서,
사용자로부터 상기 모터를 구동시키기 위한 상기 재활 보조기기의 운동방식과 상기 모터의 토크 제한 범위와 상기 모터의 임피던스 타입 및 변화 범위를 포함하는 제어 파라미터를 설정받고, 사용자에 의해 설정된 제어 파라미터에 따라 제어 코드를 생성하는 제어 파라미터 설정부;
상기 모터의 토크를 검출하는 모터 토크 검출부; 및
상기 제어 파라미터 설정부에서 생성된 제어 코드를 수신함과 동시에 상기 모터 토크 검출부로부터 상기 모터의 토크를 피드백받아 상기 모터를 제어하기 위한 임피던스를 계산하고, 계산된 임피던스에 따라 상기 모터를 어드미턴스 제어(admittance control)하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는 상기 모터를 어드미턴스 제어하여 구동시키기 전에 상기 모터의 홈(home) 위치를 찾는 호밍(homing) 단계를 수행하도록 상기 모터를 구동시키는 것을 특징으로 하는 재활 보조기기용 제어 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 임피던스를 계산할 때, 상기 모터의 토크를 미리 설정된 안전한계값과 비교하여 상기 모터의 토크가 상기 안전한계값보다 크면 미리 설정된 제 1 감소분만큼 임피던스를 감소시키는 것을 특징으로 하는 재활 보조기기용 제어 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 제어부는 임피던스를 계산할 때, 상기 모터의 토크를 미리 설정된 상기 안전한계값보다 큰 경고한계값과 비교하여 상기 모터의 토크가 상기 경고한계값보다 크면 미리 설정된 상기 제 1 감소분보다 큰 제 2 감소분만큼 임피던스를 감소시키는 것을 특징으로 하는 재활 보조기기용 제어 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제어 파라미터 설정부를 통해 설정된 상기 재활 보조기기의 운동방식과 상기 모터의 토크 제한 범위와 상기 모터의 임피던스 타입 및 변화 범위에 따라 상기 모터의 임피던스를 디자인하고, 사용자에 의해 상기 재활 보조기기에 설정된 운동 강도에 맞춰 디자인된 임피던스로부터 상기 어드미턴스 제어를 위한 임피던스를 계산하는 것을 특징으로 하는 재활 보조기기용 제어 시스템. - 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 제어 파라미터 중 상기 재활 보조기기의 운동방식은 회전형 운동과 왕복형 운동 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 재활 보조기기용 제어 시스템. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제어 파라미터는 상기 모터에 대한 호밍 여부와 상기 모터의 호밍 속도 및 방향을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재활 보조기기용 제어 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어부와 근거리 통신으로 연결되어 상기 재활 보조기기의 동작 상태를 모니터링하기 위한 앱이 설치된 모바일 기기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재활 보조기기용 제어 시스템. - 제 8 항에 있어서,
상기 모바일 기기의 앱은 사용자가 상기 재활 보조기기를 구동시키기 위한 구동 제어값을 설정하는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 재활 보조기기용 제어 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140164139A KR101588281B1 (ko) | 2014-11-24 | 2014-11-24 | 재활 보조기기용 제어 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020140164139A KR101588281B1 (ko) | 2014-11-24 | 2014-11-24 | 재활 보조기기용 제어 시스템 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| KR101588281B1 true KR101588281B1 (ko) | 2016-02-01 |
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ID=55354110
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| KR1020140164139A KR101588281B1 (ko) | 2014-11-24 | 2014-11-24 | 재활 보조기기용 제어 시스템 |
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