KR101940898B1 - Downhill walking control method of wearable exoskeleton robot - Google Patents
Downhill walking control method of wearable exoskeleton robot Download PDFInfo
- Publication number
- KR101940898B1 KR101940898B1 KR1020170009764A KR20170009764A KR101940898B1 KR 101940898 B1 KR101940898 B1 KR 101940898B1 KR 1020170009764 A KR1020170009764 A KR 1020170009764A KR 20170009764 A KR20170009764 A KR 20170009764A KR 101940898 B1 KR101940898 B1 KR 101940898B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- foot
- robot
- walking
- joint
- hip
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
- B25J9/1656—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators
- B25J9/1664—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators characterised by motion, path, trajectory planning
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
- B25J19/02—Sensing devices
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/0006—Exoskeletons, i.e. resembling a human figure
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
- B25J9/1656—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators
- B25J9/1661—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators characterised by task planning, object-oriented languages
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
- B25J9/1674—Programme controls characterised by safety, monitoring, diagnostic
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manipulator (AREA)
- Rehabilitation Tools (AREA)
Abstract
본 발명은, 착용형 외골격 로봇의 하강보행 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 상기 로봇의 양발의 전단부의 수직방향 위치 차이를 토대로 하강보행상태임을 판단하여, 로봇의 하강보행에 따른 자세를 제어하는 착용형 외골격 로봇의 하강보행 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of controlling a downward walking control of a wearable type exoskeleton robot, and more particularly, to a method of controlling a downward walking control method of a wearable exoskeletal robot by determining a downward walking state on the basis of a vertical positional difference of a front end portion of a foot of the robot, The present invention relates to a method of controlling a walking type exoskeleton robot.
Description
본 발명은, 착용형 외골격 로봇의 하강보행 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 상기 로봇의 양발의 전단부의 수직방향 위치 차이를 토대로 하강보행상태임을 판단하여, 로봇의 하강보행에 따른 자세를 제어하는 착용형 외골격 로봇의 하강보행 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of controlling a downward walking control of a wearable type exoskeleton robot, and more particularly, to a method of controlling a downward walking control method of a wearable exoskeletal robot by determining a downward walking state on the basis of a vertical positional difference of a front end portion of a foot of the robot, The present invention relates to a method of controlling a walking type exoskeleton robot.
착용형 외골격 로봇은 사람이 입는 로봇 시스템으로 착용자의 힘 또는 동작을 보조해 주기 위한 장치이다. 하지 근력 보조 또는 증강을 위한 외골격 로봇은 주로 노약자/장애인의 재활치료 또는 일상생활의 근력보조를 위해, 그리고 산업현장에서 근로자의 근력보조를 통한 작업효율 향상을 위해 개발되어왔으며 최근에는 보다 다양한 노면환경에서의 운용이 필요한 군사용 목적의 근력증강 외골격 로봇 개발이 진행되고 있다.A wearable exoskeleton robot is a robot system to be worn by a person to assist the wearer with the force or motion. Exoskeleton robots for supporting or strengthening lower extremity muscles have been developed mainly for rehabilitation of elderly persons / persons with disabilities, for supporting muscular strength in daily life, and for improving work efficiency by supporting worker's strength in industrial fields. Recently, The development of a muscle-strengthening exoskeleton robot for military purposes is required.
외골격로봇의 평지보행은 지면에 발이 닿아 로봇의 하중을 지지하는 스탠스 모드와 지면에서 발이 떨어지는 스윙모드를 반복적으로 판단하여 이에 맞게 로봇의 제어하여 착용자의 보행을 돕도록 하는 것이 일반적인 방법이다. 그러나 군사용 근력증강 외골격로봇은 경사, 계단, 참호 등 다양한 노면에서의 운용이 필요하며, 이를 위한 외골격로봇의 제어는 노면상태 추정을 통한 제어기법 변환, 파라메터 최적화 등이 추가적으로 필요하게 된다. 상대적으로 상승경사에서는 선행다리의 지면접촉시 계단 또는 경사로의 상승보행임을 판단하는 것이 용이하나, 하강경사의 경우 후행 스탠스 모드 다리가 평지로 인식하고 고관절(160,260) 및 슬관절(140,240)을 굽혀주지 않는다면 선행다리의 스윙상태에서 하강경사 또는 하강 계단임을 판단하기 어려우며 특히 부하 등을 짊어진 상태에서는 보행안정성을 확보하기가 더욱더 어려워지는 문제가 있다. It is a common practice to repeatedly judge the stance mode of the exoskeleton robot to support the load of the robot as the foot touches the ground and the swing mode in which the foot is dropped from the ground, and to control the robot so as to assist the wearer. However, military muscle strengthening exoskeleton robots need to be operated on various road surfaces such as slopes, stairs, and trenches. To control the exoskeleton robots, control method conversion and parameter optimization through road surface condition estimation are additionally needed. In the case of a relatively rising slope, it is easy to judge that the step or the ramp is on the rise when the front leg contacts the ground. However, in the case of the downward slope, if the posterior stance mode leg is recognized as being flat and the
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 착용형 외골격 로봇의 양발의 전단부의 수직방향 위치 차이를 토대로 하강보행상태임을 판단하여, 로봇의 하강보행에 따른 자세를 제어하는 착용형 외골격 로봇의 하강보행 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived to solve the problems described above, and it is an object of the present invention to provide a wearable exoskeleton robot for judging a downward walking state based on a vertical positional difference of a front end portion of a pair of wearable exoskeleton robots, The present invention provides a method for controlling a downward walk.
본 발명의 실시예에 따른 착용형 외골격 로봇의 하강보행 제어 방법은The downward walking control method of the wearing-type exoskeletal robot according to the embodiment of the present invention
착용형 외골격 로봇의 제어방법에 있어서, 착용자의 보행상태를 판단하는 단계; 상기 발바닥 링크(110,120) 전단부의 수직방향 위치 차이를 계산하는 단계; 상기 계산 결과를 토대로 착용자의 하강보행 여부를 판단하는 단계; 착용자가 하강보행중인 경우 상기 로봇의 자세를 제어하는 단계;를 포함할 수 있다. A method of controlling a wearable exoskeletal robot, comprising: determining a walking state of a wearer; Calculating a vertical position difference of the front end of the plantar links (110, 120); Determining whether the user is walking downhill based on the calculation result; And controlling the posture of the robot when the wearer is walking downhill.
또한, 상기 보행상태 판단 단계는 상기 발바닥 링크(110,120)에 장착된 센서를 통해 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the step of determining the walking state may be performed through a sensor mounted on the
또한, 상기 발바닥 링크(110,120) 전단부의 수직방향 위치 차이는 수학식 1에 따른 각 발바닥 링크(110,120)의 A값을 비교하여 계산되는 것을 특징으로 할 수 있다. The vertical position difference of the front ends of the
[수학식 1][Equation 1]
A = Lpelvis X sin(θroll) + Lthigh X cos(θhip - θtrunk _pitch) + Lshank X cos(θhip +θknee - θtrunk_pitch) + Lfoot X sin(-θhip - θknee - θankle + θtrunk _pitch) Pelvis X = L sin A (θ roll) + L thigh X cos (θ hip - θ _pitch trunk) + L shank X cos (θ + θ hip knee - θ trunk_pitch) + L foot X sin (-θ hip - θ knee - ankle θ + θ trunk _pitch)
(식중 Lpelvis , Lthigh , Lshank , Lfoot는 각각 골반링크(170,270)의 좌우방향 길이, 허벅지 링크(150,250) 길이, 종아리 링크(130,230) 길이, 발바닥 링크(110,120) 길이를 의미하고, θroll , θhip , θknee , θankle , θtrunk _pitch 는 각각 로봇몸체 기준 골반관절(180,280)의 롤각도, 골반관절(180,280)의 수직 기준 고관절(160,260)의 피치각도, 허벅지 링크(150,250) 기준 슬관절(140,240) 피치각도, 종아리 링크(130,230) 수직 기준 족관절(120,220) 피치각도, 로봇 상체의 피치방향각도를 의미함)(L pelvis , L thigh , L shank , and L foot mean the length of the pelvis links 170 and 270 in the lateral direction, the lengths of the
또한, 상기 발바닥 링크(110,120) 전단부의 수직방향 위치 차이는 상기 보행상태 판단결과 상대적으로 전방에 위치한 발이 스윙 단계인 경우에 계산하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the vertical position difference of the front ends of the
또한, 상기 하강보행 여부는 상기 각 발바닥 링크(110,120)의 A값의 차이를 기 설정된 임계값과 비교하여 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the step of determining whether or not the walking is a downward movement may be performed by comparing the difference of the A values of the
또한, 상기 자세제어 단계는 스탠스 상태인 다리를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.Further, the posture control step may be characterized by controlling the leg in a stance state.
또한, 상기 스탠스 상태인 다리의 고관절(160,260), 슬관절(140,240), 족관절(120,220) 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 관절을 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.Further, it is possible to control at least one joint selected from among the
본 발명은 착용형 외골격 로봇의 양발의 전단부의 수직방향 위치 차이를 토대로 하강보행상태임을 판단함으로써, 하강보행에서 착용자가 안정성을 잃지 않으면서 하강보행상태임을 판단하여 로봇의 하강보행에 따른 자세를 제어하는 효과가 있다.According to the present invention, it is determined that the wearer is in the downward walking state based on the difference in the vertical position of the front end of the foot of the wearable exoskeleton robot. Thus, it is determined that the wearer is in the downward walking state, .
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 착용형 외골격 로봇의 하강보행 제어 방법에서 로봇의 각 링크 길이 및 관절 각도를 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 착용형 외골격 로봇의 하강보행 제어 방법에서 착용자의 하강보행 여부를 판단하는 방법을 개략적으로 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 착용형 외골격 로봇의 하강보행 제어 방법에서 외골격로봇의 계단 하강보행 시험결과를 보여주는 그래프.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 착용형 외골격 로봇의 하강보행 제어 방법을 개략적으로 보여주는 흐름도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing a link length and a joint angle of a robot in a downward walking control method of a wearable exoskeletal robot according to an embodiment of the present invention; FIG.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a walking-type exoskeletal robot, and more particularly,
FIG. 3 is a graph showing a step-down walking test result of the exoskeleton robot in the downward walking control method of the wearable exoskeletal robot according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart schematically illustrating a method of controlling a downward walking control of a wearable exoskeletal robot according to an embodiment of the present invention. FIG.
본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.It is to be understood that the words or words used in the present specification and claims are not to be construed in a conventional or dictionary sense and that the inventor can properly define the concept of a term in order to describe its invention in the best way And should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, various equivalents It should be understood that water and variations may be present. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시예에 따른 외골격 로봇의 하강보행제어 방법은 착용자의 양발의 보행상태를 판단하는 단계(S100); 로봇의 발바닥 링크(110,120) 전단부의 수직방향 위치 차이를 계산하는 단계(S200); 상기 계산 결과를 토대로 착용자의 하강보행 여부를 판단하는 단계(S300); 착용자가 하강보행중인 경우 상기 로봇의 자세를 제어하는 단계(S400);를 포함하여 구성될 수 있다. A method of controlling a downward walking control of an exoskeletal robot according to an exemplary embodiment of the present invention includes: determining a walking state of a foot of a wearer (S100); Calculating a vertical position difference of the front end of the
이때, 보행상태를 판단하여 착용자의 양발중 어느 하나의 발이 스윙상태에고, 다른 하나의 발이 스탠스상태인 경우에 후술할 바와 같이, 각발에 착용된 로봇의 발바닥 링크(110,120) 전단부 끝부분의 수직방향 위치를 계산하게 된다. At this time, when the foot is in the swing state and the other foot is in the stance state, it is determined that the vertical position of the end portion of the front end of the
상기 보행상태의 판단(S100)은 로봇의 양발 즉, 발바닥 링크(110,120)에 장착된 압력센서등을 통해 이루어 질 수 있고. 일반적으로, 발바닥 링크(110,120)가 지면과 접촉한 상태인 스탠스 상태와 지면에 접촉되지 않은 스윙 상태로 구분된다. 다만, 이를 구분하여 판단하는 방법은 여기서의 구체적인 설명은 생략한다. The determination of the walking state (S100) may be performed through the foot of the robot, that is, the pressure sensor mounted on the soles of the
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 착용형 외골격 로봇의 하강보행 제어 방법에서 로봇의 각 링크 길이 및 관절 각도를 개략적으로 보여주는 도면이고,FIG. 1 is a view schematically showing a link length and a joint angle of a robot in a downward walking control method of a wearable exoskeletal robot according to an embodiment of the present invention,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 착용형 외골격 로봇의 하강보행 제어 방법에서 착용자의 하강보행 여부를 판단하는 방법을 개략적으로 보여주는 도면이다.FIG. 2 is a schematic view illustrating a method for determining whether a wearer is walking downward in a walking-down control method for a wearable exoskeletal robot according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참고하여 설명하면, 상기 발바닥 링크(110,120) 전단부의 수직방향 위치의 차이(S200)는 하기 수학식 1의 방법으로 구할 수 있다. 여기서 수학식 1의 A값은 도 2에 도시된 Dtoe 값, 즉 골반관절(180,280)의 롤방향 회전중심을 기준으로 발바닥 링크(110,120) 끝부분까지의 수직방향 거리를 계산한 값이다. Referring to FIGS. 1 and 2, a difference (S200) in the vertical direction of the front end of the
구체적으로 상기 양발의 수직방향 위치 차이는 수학식 1에 따른 각 발의 A값을 비교하여 계산될 수 있으며, 수학식 1은 다음과 같다.Specifically, the positional difference of the feet in the vertical direction can be calculated by comparing A values of each foot according to Equation (1). Equation (1) is as follows.
[수학식 1][Equation 1]
A = Lpelvis X sin(θroll) + Lthigh X cos(θhip - θtrunk _pitch) + Lshank X cos(θhip + θknee - θtrunk_pitch) + Lfoot X sin(-θhip - θknee - θankle + θtrunk _pitch) Pelvis X = L sin A (θ roll) + L thigh X cos (θ hip - θ _pitch trunk) + L shank X cos (θ + θ hip knee - θ trunk_pitch) + L foot X sin (-θ hip - θ knee - ankle θ + θ trunk _pitch)
이때, 하기 [표 1]에 기재된 바와 같이, 상기 식중 Lpelvis , Lthigh , Lshank , Lfoot는 각각 골반링크(170,270)의 좌우방향 길이, 허벅지 링크(150,250) 길이, 종아리 링크(130,230) 길이, 발바닥 링크(110,120) 길이를 의미하고, θroll , θhip , θknee , θankle, θtrunk _pitch 는 각각 로봇몸체 기준 골반관절(180,280)의 롤각도, 골반관절(180,280)의 수직 기준 고관절(160,260)의 피치각도, 허벅지 링크(150,250) 기준 슬관절(140,240) 피치각도, 종아리 링크(130,230) 수직 기준 족관절(120,220) 피치각도, 로봇 상체의 피치방향각도를 의미한다. In this case, L pelvis , L thigh , L shank , and L foot are the lengths of the
또한, 각 관절의 롤방향, 피치방향의 각도는 도 1의 화살표 방향이 (+)방향이다.In addition, the roll direction and the pitch direction angle of each joint are (+) direction in the arrow direction in Fig.
(전방으로 숙이는 방향이 +)Pitch direction angle of robot body
(Forward direction +)
이렇게 하여, 각 발에 대한 도 2에 도시된 Dtoe 값, 즉 골반 롤방향 회전중심을 기준으로 발끝까지의 수직방향 거리를 계산한 값 A를 구할 수 있고, 각 발에 대한 A 값을 비교하여 그 차이값이 기 설정된 임계값과 비교하여 임계값보다 큰 경우에는 착용자가 계단(300) 또는 경사면의 하강보행 중임을 판단(S300)할 수 있는 것이다.In this way, a value A obtained by calculating the distance Dtoe shown in FIG. 2 for each foot, that is, the distance in the vertical direction from the center of rotation of the pelvis roll to the toe can be obtained. If the difference value is greater than the predetermined threshold value, the wearer can determine whether the wearer is going down the
다만, 상술한 A값을 계산하는 단계(S200)는 상기 보행상태 판단결과 상대적으로 전방에 위치한 발이 스윙 상태인 경우에 수행하게 되고, 구체적으로 좌우 다리의 θhip을 비교하여 θhip이 상대적으로 더 큰 전방에 있는 다리가 스윙 일때만 진행하게 된다. 이는 계단(300)/경사 노면의 상승보행에서 본 조건이 적용되는 것을 방지하기 위함이다.However, the step (S200) of calculating the above-mentioned A value is performed when the foot is a swing state is located at the front in the walking state determined that the relative, and specifically, comparing θ hip of the right and left leg θ hip is relatively more It is only when the big front leg is swinging. This is to prevent the condition from being applied in the step-up (step) 300 / inclined road surface.
상기 자세제어 단계(S400)는 하중을 지지하는 다리인 스탠스 상태인 다리를 제어하는 것이 바람직하나, 하중의 이동을 원활히 하기 위해 스윙 상태인 다리의 자세 역시 제어될 수 있다. In the posture control step S400, it is preferable to control the leg in the stance state, which is the leg supporting the load, but the posture of the leg in the swing state can also be controlled to smooth the movement of the load.
또한, 상기 자세제어 단계(S400)는 상기 스탠스 상태인 다리의 고관절(160,260), 슬관절(140,240), 족관절(120,220) 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 관절에 대해 작용하는 힘과 각도를 조절함으로써 이루어질 수 있다. The posture control step S400 may be performed by adjusting a force and an angle acting on any one or more of the joints selected from the stance state of the
구체적으로, 상기 계산된 A값을 이용하여 양발 끝의 수직방향 거리를 각각 계산하고 발접촉을 확인할 수 있는 센서를 이용하여 양 다리의 스윙 또는 스탠스 상태를 판단한 후, 스윙상태 발의 수직방향거리가 스탠스 상태 발의 수직방향 거리 대비 일정값 이상 커지는 경우 외골격로봇은 착용자가 하강보행을 하는 것으로 판단하고 로봇과 부가 하중을 지지하고 있는 로봇의 스탠스다리의 고관절과 슬관절의 힘 및/또는 각도를 조정하여 로봇의 자세를 낮추어주는 제어를 하게 되는 것이다. Specifically, the vertical distance of the ends of the feet is calculated using the calculated A value, and a swing or stance state of both legs is determined by using a sensor capable of confirming the foot contact, When the vertical distance of the state foot exceeds a predetermined value, the exoskeleton robot judges that the wearer is going downhill and adjusts the force and / or angle of the hip joint and the knee joint of the stance leg of the robot supporting the robot and the additional load, The control of lowering the posture is done.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 착용형 외골격 로봇의 하강보행 제어 방법에서 외골격로봇의 계단(300) 하강보행 시험결과를 보여주는 그래프이다.FIG. 3 is a graph showing a step-down walking test result of the
이는 외골격로봇 양 다리의 모드(스윙/스탠스)와 골반링크(170,270) 회전중심기준 발끝까지의 수직방향 거리를 계단(300) 하강보행시험을 통하여 측정한 시험 결과를 보여주는 것으로, 본 발명의 실시예에 따라, 각 발의 발끝의 수직방향 위치 값의 변화를 계산함으로써 착용자의 하강보행여부를 판단할 수 있고, 그에 따라 스탠스 상태인 다리의 관절을 제어하여 계단(300)이나 경사면의 하강보행 시에도 착용자의 보행안정성을 확보할 수 있게 된다. This is a result of a test in which the mode (swing / stance) of both legs of the exoskeletal robot and the vertical distance from the
구체적으로 도 3에서는 오른발을 내리는 경우에 대한 시험결과로, 왼발 스탠스, 오른발 스윙상태에서 오른쪽 발끝을 계단아래쪽 방향으로 내려서 양 발끝간의 위치차이를 발생시키면 로봇의 스탠스모드 다리(도 3에서는 왼쪽다리)의 각도 및/또는 힘을 변화시켜 오른쪽 다리가 계단하부에 착지 할 수 있도록 자세를 숙이도록 하는 제어를 수행하게 되는 것이다.Specifically, in FIG. 3, as a result of a test for lowering the right foot, when the left foot stance is lowered in the downward direction of the right foot from the right foot swing state, So that the posture of the right leg can be lowered so as to land on the lower part of the stairs.
앞서 살펴본 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 (이하 '당업자'라 한다)가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 실시 예 일 뿐, 전술한 실시 예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니므로 이로 인해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 당업자에게 있어 명백할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 변경 가능한 부분도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 자명하다.Although the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, The present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various substitutions, modifications and variations are possible within the scope of the present invention, and it is obvious that those parts easily changeable by those skilled in the art are included in the scope of the present invention .
100: 왼 다리
110,210: 발바닥 링크
120,220: 족 관절
130,230: 종아리 링크
140,240: 슬 관절
150,250: 허벅지 링크
160,260: 고 관절
170,270: 골반링크
180,280: 골반관절
200: 오른 다리
300: 계단
400: 몸체부100: left leg
110, 210: sols link
120,220: Ankle joint
130,230: Calf Link
140,240: knee joint
150,250: Thigh Link
160,260:
170,270: Pelvic Link
180,280: Pelvic Joint
200: Right leg
300: Stairs
400:
Claims (7)
착용자의 보행상태를 판단하는 단계;
상기 로봇의 양 발의 발바닥 링크 전단부의 수직방향 위치 차이를 계산하는 단계;
상기 계산 결과를 토대로 착용자의 하강보행 여부를 판단하는 단계;
착용자가 하강보행중인 경우 상기 로봇의 자세를 제어하는 단계;를
포함하고,
상기 수직방향 위치 차이를 계산하는 단계는,
상기 착용형 외골격 로봇의 골반관절의 롤(roll) 방향 회전중심을 기준으로 상기 양 발의 발바닥 링크 전단부까지의 수직 거리의 차이를 계산하는 것을 특징으로 하고,
상기 하강보행 여부를 판단하는 단계는,
상기 수직방향 위치 차이를 기 설정된 임계값과 상시적으로 비교하여 각 발의 지면접촉여부와 상관없이 상기 임계값보다 큰 경우에 하강보행하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하며,
상기 로봇의 자세를 제어하는 단계는 상기 하강보행 여부를 판단하는 단계에 의해 하강보행하는 것으로 판단 즉시 제어하는 것을 특징으로 하는 외골격 로봇의 하강보행제어 방법.A method of controlling a wearable exoskeletal robot,
Determining a wearer's walking state;
Calculating a vertical position difference of the front leg link of the legs of the robot;
Determining whether the user is walking downhill based on the calculation result;
Controlling the posture of the robot when the wearer is walking downhill;
Including,
Wherein the calculating the vertical position difference comprises:
And calculating a difference in vertical distance from the center of rotation of the pelvic joint of the wearing type exoskeletal robot to the front end of the soles of the foot of the wearer,
The step of determining whether the person is walking downhill comprises:
And comparing the vertical position difference with a preset threshold value to determine whether to walk down when the foot is greater than the threshold regardless of whether the foot is in contact with the ground,
Wherein the step of controlling the posture of the robot is performed immediately after deciding that the robot is going to descend by the step of determining whether the robot is going to be walked downhill.
상기 보행상태 판단 단계는 상기 발바닥 링크에 장착된 센서를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 외골격 로봇의 하강보행제어 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of determining the walking state is performed through a sensor mounted on the plantar link.
상기 발바닥 링크 전단부의 수직방향 위치 차이는 수학식 1에 따른 각 발의 A값을 비교하여 계산되는 것을 특징으로 하는 외골격 로봇의 하강보행제어 방법.
[수학식 1]
A = Lpelvis X sin(θroll) + Lthigh X cos(θhip - θtrunk _pitch) + Lshank X cos(θhip + θknee - θtrunk_pitch) + Lfoot X sin(-θhip - θknee - θankle + θtrunk _pitch)
(식중 Lpelvis , Lthigh , Lshank , Lfoot는 각각 골반링크의 좌우방향 길이, 허벅지 링크 길이, 종아리 링크 길이, 발바닥 링크 길이를 의미하고, θroll , θhip , θknee , θankle , θtrunk _pitch 는 각각 로봇몸체 기준 골반관절의 롤각도, 골반관절의 수직 기준 고관절의 피치각도, 허벅지 링크 기준 슬관절 피치각도, 종아리 링크 수직 기준 족관절 피치각도, 로봇 상체의 피치방향각도를 의미함)
The method according to claim 1,
Wherein the vertical position difference of the front foot of the foot link is calculated by comparing A values of each foot according to Equation (1).
[Equation 1]
Pelvis X = L sin A (θ roll) + L thigh X cos (θ hip - θ _pitch trunk) + L shank X cos (θ + θ hip knee - θ trunk_pitch) + L foot X sin (-θ hip - θ knee - ankle θ + θ trunk _pitch)
(Where L pelvis , L thigh , L shank , and L foot mean the length of the pelvis link in the left and right direction, thigh link length, calf link length, and foot link length, respectively, and θ roll , θ hip , θ knee , θ ankle , trunk _pitch refers to the roll angle of the pelvic joint according to the robot body, the pitch angle of the vertical hip joint of the pelvis joint, the pitch angle of the knee joint of the thigh link, the pitch angle of the ankle joint of the vertical reference ankle, and the pitch direction of the robot upper body)
상기 발바닥 링크 전단부의 수직방향 위치 차이는 상기 보행상태 판단결과 상대적으로 전방에 위치한 발이 스윙 상태인 경우에 상시적으로 계산하는 것을 특징으로 하는 외골격 로봇의 하강보행제어 방법.
The method of claim 3,
Wherein the vertical position difference of the front foot of the soles of the foot is calculated at a time when the feet located relatively forward as a result of the walking state determination are in a swing state.
상기 자세제어 단계는 스탠스 상태인 다리를 제어하는 것을 특징으로 하는 외골격 로봇의 하강보행제어 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the posture controlling step controls a leg in a stance state.
상기 스탠스 상태인 다리의 고관절, 슬관절, 족관절 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 관절을 제어하는 것을 특징으로 하는 외골격 로봇의 하강보행제어 방법.
The method according to claim 6,
And controlling at least one joint selected from among the hip, knee, and ankle joints of the leg in the stance state.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170009764A KR101940898B1 (en) | 2017-01-20 | 2017-01-20 | Downhill walking control method of wearable exoskeleton robot |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170009764A KR101940898B1 (en) | 2017-01-20 | 2017-01-20 | Downhill walking control method of wearable exoskeleton robot |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20180085983A KR20180085983A (en) | 2018-07-30 |
KR101940898B1 true KR101940898B1 (en) | 2019-01-21 |
Family
ID=63048364
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020170009764A KR101940898B1 (en) | 2017-01-20 | 2017-01-20 | Downhill walking control method of wearable exoskeleton robot |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101940898B1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112388616B (en) * | 2020-11-27 | 2022-02-22 | 合肥工业大学 | Adaptive robust force control method and device for under-actuated support leg assistance exoskeleton |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003116893A (en) | 2001-10-18 | 2003-04-22 | Honda Motor Co Ltd | Device and method for judging waking state |
KR101490885B1 (en) | 2013-12-18 | 2015-02-06 | 국방과학연구소 | Wearable robot determinable intention of user and method for controlling of the same |
KR101687630B1 (en) | 2010-01-11 | 2016-12-20 | 삼성전자주식회사 | Walking robot and method for controlling balancing the same |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101074494B1 (en) * | 2009-02-17 | 2011-10-17 | 동아대학교 산학협력단 | Method for Generating Optimal Trajectory of a Biped Robot for Walking Up a Staircase |
KR101049526B1 (en) | 2009-12-15 | 2011-07-15 | 한국기술교육대학교 산학협력단 | Powered walking aids |
KR20130049029A (en) * | 2011-11-03 | 2013-05-13 | 삼성전자주식회사 | Walking robot and control method for thereof |
KR101985790B1 (en) * | 2012-02-21 | 2019-06-04 | 삼성전자주식회사 | Walking robot and control method thereof |
KR102292683B1 (en) * | 2014-09-12 | 2021-08-23 | 삼성전자주식회사 | Method and apparatus for gait task recognition |
-
2017
- 2017-01-20 KR KR1020170009764A patent/KR101940898B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003116893A (en) | 2001-10-18 | 2003-04-22 | Honda Motor Co Ltd | Device and method for judging waking state |
KR101687630B1 (en) | 2010-01-11 | 2016-12-20 | 삼성전자주식회사 | Walking robot and method for controlling balancing the same |
KR101490885B1 (en) | 2013-12-18 | 2015-02-06 | 국방과학연구소 | Wearable robot determinable intention of user and method for controlling of the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20180085983A (en) | 2018-07-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ikeuchi et al. | Walking assist device with bodyweight support system | |
Lu et al. | Comparisons of the lower limb kinematics between young and older adults when crossing obstacles of different heights | |
CN102762171B (en) | Method and device for controlling an artificial orthotic or prosthetic joint | |
US20170119550A1 (en) | Prosthesis-mounted action-assist device and wearable action-assist device | |
Wang et al. | Response of able-bodied persons to changes in shoe rocker radius during walking: Changes in ankle kinematics to maintain a consistent roll-over shape | |
US20170014297A1 (en) | Exoskeleton slipper | |
CN103932868B (en) | Control method for paraplegia waling-assisted power exoskeleton | |
JP2010110381A (en) | Walking aid device | |
KR20160135348A (en) | Exoskeleton comprising a foot structure | |
KR102578261B1 (en) | Method for walking assist, and devices operating the same | |
JPWO2012118143A1 (en) | Walking training apparatus and walking training system | |
KR101730909B1 (en) | Wearing robot and variable impedance controlling method thereof | |
KR101787557B1 (en) | The method of judging a fall of a pedestrian using a walking assist device | |
KR101025512B1 (en) | Walking Assistant Apparatus for High Walking Stability | |
Xu et al. | Adaptive stair-ascending and stair-descending strategies for powered lower limb exoskeleton | |
JP2022534686A (en) | How to control a knee prosthesis | |
KR101940898B1 (en) | Downhill walking control method of wearable exoskeleton robot | |
KR102162485B1 (en) | Controlling method of lower body assisting robot | |
US20140114218A1 (en) | Method of providing a leg crutch | |
KR20070032026A (en) | Artificial foot | |
McHugh | Analysis of body-device interface forces in the sagittal plane for patients wearing ankle-foot orthoses | |
Nahorniak et al. | Kinematic compensations as children reciprocally ascend and descend stairs with unilateral and bilateral solid AFOs | |
KR101846276B1 (en) | Walking assistant device adaptable to plurality of situations | |
US20230293320A1 (en) | Method for controlling a prosthesis or orthosis | |
Yang et al. | Automatic walking pattern transformation method of an assistive device during stair-ground transition |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |