KR20210008659A - Method and apparatus for controlling wearable robot - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 착용형 로봇을 위한 제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 착용자의 의도 파악을 위한 별도의 센서를 사용하지 않으면서도 다양한 활동을 보조할 수 있는 착용형 로봇을 위한 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a control method and apparatus for a wearable robot, and more particularly, a control method and apparatus for a wearable robot capable of assisting various activities without using a separate sensor for identifying the wearer's intention. It is about.
현대사회에서 로봇은 극한 환경 내지 정밀 작업, 단순 작업이 요구되는 산업 현장에서 노동자들의 부상 방지 및 효율 향상을 위해 많이 사용되는 것은 물론, 신체의 임피던스 측정을 이용한 의료 진단, 재활/물리 치료, 근력 보조 목적 등을 위해 의료분야에서도 많이 사용되고 있다.In modern society, robots are widely used to prevent injuries and improve efficiency of workers in industrial sites that require extreme environments, precision work, and simple work, as well as medical diagnosis, rehabilitation/physical therapy, and muscle support using body impedance measurement. It is also widely used in the medical field for purposes, etc.
근력 보조를 목적으로 사용되는 로봇은 일반적으로 사람의 손이나 팔, 다리 등에 착용하여 사용하는 경우가 많다. 이러한 착용형 로봇(Wearable Robot)은 인간의 팔이나 다리의 움직임을 감지하여 구동기가 장착된 로봇 팔이나 다리를 움직이며 인간의 움직임을 보조하고 힘을 증폭시키는 로봇을 의미한다.Robots used for the purpose of supporting muscle strength are generally used by being worn on human hands, arms, and legs. Such a wearable robot refers to a robot that detects the movement of a human arm or leg and moves a robot arm or leg equipped with an actuator to assist human movement and amplify power.
일반적으로, 착용형 로봇은 사용자가 움직이고자 하는 의도를 각종 센서를 통해 검출하여 관절에 설치된 모터 등의 액추에이터를 작동시킴으로써 착용자의 근력을 지원하게 된다. 즉, 착용자의 움직임이 로봇에 전달되고 로봇에 전달된 힘과 그에 따른 움직임을 로봇 내에 설치된 각종 센서(EMG센서, 힘/토크센서 등)를 통해 검출함으로써 착용자의 움직임 의도를 판단하게 된다. 또한, 로봇은 착용자의 의도를 판단한 결과를 이용하여 관절에 구비된 액추에이터를 구동시킴으로써 착용자의 움직임에 부합되도록 근력을 지원하게 되는 것이다.In general, a wearable robot detects a user's intention to move through various sensors and operates an actuator such as a motor installed in a joint to support the wearer's muscle strength. That is, the movement of the wearer is transmitted to the robot, and the movement intention of the wearer is determined by detecting the force transmitted to the robot and the corresponding movement through various sensors (EMG sensor, force/torque sensor, etc.) installed in the robot. In addition, the robot uses the result of determining the wearer's intention to drive an actuator provided in the joint to support muscle strength so as to match the wearer's movement.
그러나, 착용자의 동작 의도를 파악하는 데 있어 센서의 배치와 그에 따른 비용 및 부피 증가, 복잡한 신호처리 과정이 요구되는 문제가 있다.However, there is a problem in that a sensor arrangement, an increase in cost and volume, and a complicated signal processing process are required to grasp the operation intention of the wearer.
이에 따라, 착용형 로봇에 관련된 기술 분야에서는 착용자가 의도한 다양한 활동을 보조할 수 있으면서 시스템을 단순화하여 부피를 줄이고 구성 비용을 절감할 수 있는 제어 방법이 요구되고 있다.Accordingly, in the technical field related to a wearable robot, there is a need for a control method capable of supporting various activities intended by the wearer while simplifying the system to reduce the volume and reduce the construction cost.
한국공개특허 제10-2017-0128712 (2017.11.23)호는 착용자의 배면을 지지하고 구동모터가 구비된 바디부와, 착용자의 하체에 연결되고 구동모터와 와이어부를 통해 연결되며 회전각을 측정하는 회전각센서부가 구비된 레그부로 이루어진 착용식 로봇의 제어 방법에 있어서, 회전각센서부에서 측정된 회전각에 대한 측정값을 입력받고 측정값이 기설정된 기준값에 도달하는지 체크하는 확인단계; 및 상기 측정값이 기준값에 도달한 경우 착용자가 허리를 굽힌 각도에 따라 기설정된 보조토크값으로 구동모터가 작동되도록 하여 와이어부를 당겨줌으로써 보조력을 제공하는 구동단계;를 포함하여, 착용자의 움직임에 따라 보조력을 가변적으로 제공함으로써 착용자의 움직임 및 작업 상황에 맞추어 원활한 움직임이 수행되도록 하는 착용식 로봇 및 착용식 로봇의 제어 방법이 소개된다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2017-0128712 (2017.11.23) supports the back of the wearer and is connected to the body part equipped with the driving motor, the lower body of the wearer, and connected to the drive motor and the wire part, and measures the rotation angle. A method of controlling a wearable robot comprising a leg portion having a rotation angle sensor unit, comprising: a check step of receiving a measurement value for a rotation angle measured by a rotation angle sensor unit and checking whether the measured value reaches a preset reference value; And a driving step of providing an assisting force by pulling the wire portion by operating the driving motor at a predetermined auxiliary torque value according to the angle at which the wearer bends the waist when the measured value reaches the reference value. Accordingly, a wearable robot and a control method of the wearable robot are introduced that allow a smooth movement to be performed according to the movement and work situation of the wearer by variably providing assistance.
한국등록특허 제10-1766033 (2017.08.01)호는 와이어 구동방식의 착용식 로봇 제어시 사용자의 로봇 구동 의도를 파악하기 위한 착용식 로봇의 사용자 의도 판단 방법에 있어서, 로봇의 와이어에 작용되는 장력을 지속적으로 측정하고 측정된 장력데이터를 이용하여 순간 장력 변화율을 산출하는 산출 단계; 상기 순간 장력 변화율을 기반으로 사용자 의도값을 연산하는 도출단계; 상기 사용자 의도값과 사전 설정된 동작의도 민감도를 비교하는 비교 결과를 기반으로 로봇 구동 여부를 판단하는 구동 판단 단계; 및 상기 구동 판단 단계에서 로봇을 구동하도록 판단하여 로봇 구동이 이루어지는 중에 상기 사용자 의도값이 상기 동작 의도 민감도 보다 큰 값에서 작은 값으로 변동?斌킬? 보다 작은 값에서 큰 값으로 변동되는 경우 로봇 구동을 정지하는 이상 동작 판단 단계;를 포함하는, 와이어 구동 방식의 관절 연동기구를 갖는 착용식 로봇의 사용자 의도 판단 방법 및 시스템이 개시된다.Korean Patent Registration No. 10-1766033 (2017.08.01) is a method for determining user intention of a wearable robot to determine the user's robot driving intention when controlling a wearable robot using a wire driving method. Tension applied to the wire of the robot A calculation step of continuously measuring and calculating an instantaneous tension change rate using the measured tension data; A derivation step of calculating a user intention value based on the instantaneous tension change rate; A drive determination step of determining whether to drive the robot based on a comparison result of comparing the user intention value and a preset motion intention sensitivity; And in the drive determination step, it is determined to drive the robot, and while the robot is being driven, the user intention value changes from a value greater than the motion intention sensitivity to a smaller value? Disclosed is a method and system for determining user intention of a wearable robot having a wire-driven joint linkage mechanism including; determining an abnormal motion of stopping the driving of the robot when it is changed from a smaller value to a larger value.
본 발명의 일 실시예는 착용자의 의도 파악을 위한 별도의 센서를 사용하지 않으면서도 다양한 활동을 보조할 수 있는 착용형 로봇을 위한 제어 방법 및 장치를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a control method and apparatus for a wearable robot that can assist various activities without using a separate sensor for determining the intention of the wearer.
본 발명의 일 실시예는 착용자가 외력의 영향 없이 의도한 동작을 행하기 위한 힘만 로봇에 가하면 로봇이 동작을 완수할 수 있는 착용형 로봇을 위한 제어 방법 및 장치를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a control method and apparatus for a wearable robot in which the robot can complete the motion when the wearer applies only a force to perform an intended motion without the influence of an external force.
본 발명의 일 실시예는 위치 제어를 활성화시켜 로봇이 움직일 수는 없지만 작용한 외력이 보상될 수 있고, 위치 제어를 비활성화(deactivate)시켜 외력을 보상하기 위한 구동기 출력 힘이 유지되며 착용자의 힘에 의해 로봇이 움직일 수 있는 착용형 로봇을 위한 제어 방법 및 장치를 제공하고자 한다.According to an embodiment of the present invention, the robot cannot move by activating the position control, but the applied external force may be compensated, and the actuator output force to compensate for the external force by deactivating the position control is maintained, and Thus, it is intended to provide a control method and apparatus for a wearable robot that can move the robot.
실시예들 중에서, 착용형 로봇을 위한 제어 방법은 로봇의 위치 벡터 값(q)과 위치 지령 값(qd)을 입력받아 위치 제어 값(u)을 출력하는 위치 제어 단계, 상기 위치 제어 값(u)을 입력받아 외력을 관측하여 외력 보상 값을 출력하는 외력 관측 단계, 상기 위치 제어 값(u)을 입력받아 적분이득(ρ)을 통해 이중 적분하여 상기 위치 지령 값(qd)으로 피드백하는 이중 적분 단계, 및 상태 천이 조건에 따라 상기 위치 제어 단계에서 출력되는 상기 위치 제어 값(u)을 선택적으로 상기 이중 적분 단계에 제공하는 스위치 단계를 포함한다.Among embodiments, the control method for a wearable robot includes a position control step of receiving a position vector value (q) and a position command value (q d ) of the robot and outputting a position control value (u), the position control value ( An external force observing step of receiving u) and observing the external force to output an external force compensation value, receiving the position control value (u), double-integrating it through an integral gain (ρ), and feeding back the position command value (q d ) And a switch step of selectively providing the position control value u output in the position control step to the double integration step according to a double integration step and a state transition condition.
상기 위치 제어 단계는 로봇의 동역학 방정식에 의해 구해지는 로봇에 가해지는 힘들에 의해 변화하는 로봇의 각 관절 위치를 나타내는 위치 벡터 값(q)과 상기 위치 지령 값(qd) 사이의 위치 오차를 토대로 위치 제어를 수행할 수 있다. The position control step is based on a position error between a position vector value (q) representing the position of each joint of the robot that changes by a force applied to the robot obtained by the robot's dynamic equation and the position command value (q d ). Position control can be performed.
상기 외력 관측 단계는 상기 위치 제어 값(u)이 외력(Fe)에 도달할 때까지 적분하고 적분 이득(γ)을 적용하여 외력을 관측하고 상기 위치 제어 값(u)에 외력을 보상하기 위한 힘을 포함하는 구동기 힘 지령값(τd)을 출력할 수 있다.In the step of observing the external force, the position control value (u) is integrated until it reaches the external force (Fe), and an integral gain (γ) is applied to observe the external force, and a force for compensating the external force to the position control value (u). It is possible to output the actuator force command value (τ d ) including.
상기 외력 관측 단계는 상기 구동기 힘 지령값(τd)이 하기 수학식으로 정의될 수 있다.In the step of observing the external force, the actuator force command value τ d may be defined by the following equation.
[수학식][Equation]
여기에서, u는 위치 제어 값으로 dU/dt이고, 는 자코비안 전치행렬을, 는 관측된 외력을, γ는 양의 상수를, 는 자코비안 전치행렬의 역행렬을 각각 나타낸다.Where u is dU/dt as the position control value, Is the Jacobian transposition matrix, Is the observed external force, γ is the positive constant, Represents the inverse of the Jacobian transposed matrix.
상기 이중 적분 단계는 상기 스위치 단계가 "온(ON)" 상태일 때 상기 위치 제어 값(u)에 대해 이중 적분을 수행하여 상기 위치 제어 단계에 위치 지령 값(qd)으로 제공하여 위치 제어를 비활성화할 수 있다.In the double integration step, when the switch step is in the "ON" state, double integration is performed on the position control value (u) to provide the position command value (q d ) to the position control step to provide position control. Can be disabled.
상기 스위치 단계는 상기 로봇에 작용하는 외력의 보상을 위해 "턴-오프" 상태가 되고, 외력 보상 후 사용자가 상기 로봇에 가하는 힘에 의한 상기 로봇의 동작을 위해 "턴-온" 상태가 되도록 자동적으로 제어될 수 있다.The switch step automatically becomes a "turn-off" state for compensation of an external force acting on the robot, and a "turn-on" state for the operation of the robot by a force applied by a user to the robot after external force compensation. Can be controlled by
상기 스위치 단계는 "오프(OFF)" 상태에서 외력이 보상되어 상기 로봇의 구동기 출력 힘이 외력과 평형을 이룬 후 사용자가 움직이기 위해 힘을 가하면 "온(OFF)" 상태로 천이 될 수 있다.In the switch step, an external force is compensated in an "OFF" state, so that the output force of the actuator of the robot is in equilibrium with the external force, and then, when a user applies a force to move, it may transition to an "ON" state.
상기 스위치 단계는 "온(ON)" 상태에서 사용자의 힘에 의한 동작이 완료되어 상기 로봇의 말단부의 속도가 "0"에 수렴하거나 상기 로봇에 작용하는 힘이 갑자기 변화하여 동작이 중단되면 "오프(OFF)" 상태로 천이 될 수 있다.The switch step is "OFF" when the operation by the user's force is completed in the "ON" state and the speed of the end of the robot converges to "0" or the operation is stopped due to a sudden change in the force acting on the robot. (OFF)" state can be transitioned.
실시예들 중에서, 착용형 로봇을 위한 제어 방법은 로봇의 위치 제어를 활성화하여 로봇의 자세를 고정하고 상기 로봇에 가해지는 외력을 보상하는 정적 단계, 및 외력이 보상된 상태에서 상기 로봇 착용자의 힘이 가해지면 상기 로봇의 위치 제어를 비활성화하여 상기 외력을 보상하는 힘을 유지하며 상기 로봇 착용자가 가하는 힘에 따라 상기 로봇을 움직여 상기 착용자가 의도한 동작을 수행하는 동적 단계를 포함하고, 상기 정적 단계와 상기 동적 단계를 반복 수행하여 근력을 보조해줄 수 있다.Among the embodiments, the control method for the wearable robot is a static step of activating the position control of the robot to fix the posture of the robot and compensating for an external force applied to the robot, and the force of the robot wearer in a state where the external force is compensated. When this is applied, a dynamic step of deactivating the position control of the robot to maintain a force to compensate for the external force, and performing a motion intended by the wearer by moving the robot according to the force applied by the robot wearer, and the static step And it is possible to support muscle strength by repeatedly performing the dynamic step.
실시예들 중에서, 착용형 로봇을 위한 제어 장치는 로봇의 위치 벡터 값(q)과 위치 지령 값(qd)을 입력받아 위치 오차(e)를 산출하는 위치 오차 산출부, 상기 위치 오차(e)를 입력받아 PID(Proportion Integral Derivative) 제어를 수행하여 위치 제어 값(u)을 출력하는 위치 제어부, 상기 위치 제어 값(u)을 입력받아 비례적분을 수행하여 외력을 관측하는 외력 관측부, 상기 위치 오차(e)와 상기 관측된 외력 값을 입력받아 외력을 보상하는 힘을 포함하는 구동기 힘 지령값(τd)을 출력하는 외력 보상부, 상기 위치 제어 값(u)을 입력받고 "온(ON)/오프(OFF)" 상태에 따라 상기 위치 제어 값(u) 또는 "0"을 출력하는 스위치부, 및 상기 스위치부의 출력을 입력받아 이중 적분하고 적분이득(ρ)을 적용하여 위치 지령 값(q)을 출력하는 위치 지령부를 포함한다.Among the embodiments, a control device for a wearable robot receives a position vector value (q) and a position command value (q d ) of the robot and calculates a position error (e), the position error (e ), a position control unit that performs PID (Proportion Integral Derivative) control and outputs a position control value (u), an external force observing unit that receives the position control value (u) and performs proportional integration to observe an external force, the An external force compensating unit that receives the position error (e) and the observed external force value and outputs an actuator force command value (τd) including a force that compensates the external force, and receives the position control value (u) and is "ON. )/Off (OFF)” a switch unit that outputs the position control value (u) or “0”, and receives the output of the switch unit and double-integrates it and applies the integral gain (ρ) to the position command value ( It includes a position command unit that outputs q).
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The disclosed technology can have the following effects. However, since it does not mean that a specific embodiment should include all of the following effects or only the following effects, it should not be understood that the scope of the rights of the disclosed technology is limited thereby.
본 발명의 일 실시예에 따른 착용형 로봇을 위한 제어 방법 및 장치는 착용자의 의도 파악을 위한 별도의 센서를 사용하지 않으면서도 다양한 활동을 보조할 수 있다.The control method and apparatus for a wearable robot according to an embodiment of the present invention may assist various activities without using a separate sensor for determining the intention of the wearer.
본 발명의 일 실시예에 따른 착용형 로봇을 위한 제어 방법 및 장치는 착용자가 외력의 영향 없이 의도한 동작을 행하기 위한 힘만 로봇에 가하면 로봇이 동작을 완수할 수 있다.In the control method and apparatus for a wearable robot according to an embodiment of the present invention, if the wearer applies only a force to perform an intended motion without the influence of an external force, the robot can complete the motion.
본 발명의 일 실시예에 따른 착용형 로봇을 위한 제어 방법 및 장치는 위치 제어를 활성화시켜 로봇이 움직일 수는 없지만 작용한 외력이 보상될 수 있고, 위치 제어를 비활성화(deactivate)시켜 외력을 보상하기 위한 구동기 출력 힘이 유지되며 착용자의 힘에 의해 로봇이 움직일 수 있다.In the control method and apparatus for a wearable robot according to an embodiment of the present invention, the robot cannot move by activating the position control, but the applied external force can be compensated, and the position control is deactivated to compensate for the external force. The output force of the actuator is maintained, and the robot can be moved by the force of the wearer.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 착용형 로봇을 위한 제어 방법 및 장치는 위치 센서만으로 다양한 활동을 보조할 수 있어 착용형 로봇 구성 비용을 절감할 수 있고, 위치 측정이 가능한 모든 착용형 로봇에 적용될 수 있는 범용성을 가질 수 있다.Therefore, the control method and apparatus for a wearable robot according to an embodiment of the present invention can assist various activities with only a position sensor, thereby reducing the cost of configuring the wearable robot, and for all wearable robots capable of measuring position. It can have versatility that can be applied.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용형 로봇을 위한 제어 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 있는 착용형 로봇 제어 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2에 있는 스위치부의 상태 머신을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 착용형 로봇 제어 방법이 적용된 로봇 동작의 시뮬레이션 시나리오를 나타내는 예시도이다.
도 5는 도 4의 시뮬레이션 시나리오를 위한 사용자 힘과 로봇 힘을 나타내는 그래프이다.1 is a view for explaining a control system for a wearable robot according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining the wearable robot control device in FIG. 1.
3 is a diagram for explaining a state machine of a switch unit in FIG. 2.
4 is an exemplary diagram illustrating a simulation scenario of a robot motion to which a wearable robot control method according to an embodiment is applied.
5 is a graph showing user force and robot force for the simulation scenario of FIG. 4.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.Since the description of the present invention is merely an embodiment for structural or functional description, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, since the embodiments can be variously changed and have various forms, the scope of the present invention should be understood to include equivalents capable of realizing the technical idea. In addition, since the object or effect presented in the present invention does not mean that a specific embodiment should include all of them or only those effects, the scope of the present invention should not be understood as being limited thereto.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.Meanwhile, the meaning of terms described in the present application should be understood as follows.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Terms such as "first" and "second" are used to distinguish one component from other components, and the scope of rights is not limited by these terms. For example, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may be referred to as a first component.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions are to be understood as including plural expressions unless the context clearly indicates otherwise, and terms such as “comprise” or “have” refer to implemented features, numbers, steps, actions, components, parts, or It is to be understood that it is intended to designate that a combination exists and does not preclude the presence or addition of one or more other features or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the field to which the present invention belongs, unless otherwise defined. Terms defined in commonly used dictionaries should be construed as having meanings in the context of related technologies, and cannot be construed as having an ideal or excessive formal meaning unless explicitly defined in the present application.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용형 로봇을 위한 제어 시스템을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a control system for a wearable robot according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 착용형 로봇을 위한 제어 시스템(100)은 착용형 로봇 제어 장치(110), 구동기 힘 제어 장치(120), 외력 변환 장치(130), 로봇 작용힘 합산 장치(140) 및 로봇 동역학 장치(150)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a
착용형 로봇 제어 장치(110)는 로봇의 각 관절 각도를 피드백 입력받아 로봇의 각 구동기들이 출력해야 할 힘 지령값을 계산할 수 있고, 계산한 힘 지령값을 구동기 힘 제어 장치(120)로 전달할 수 있다. 일 실시예에서, 착용형 로봇 제어 장치(110)는 로봇 동역학 장치(130)로부터 로봇의 동역학에 따라 로봇의 가해지는 힘들에 의해 변화하는 로봇의 위치벡터(q)를 피드백(feedback) 받을 수 있다. 착용형 로봇 제어 장치(110)는 위치 지령과 로봇의 위치 사이의 오차를 토대로 위치 제어를 수행할 수 있다. 이때, 착용형 로봇 제어 장치(110)는 외력을 관측할 수 있고 위치 제어값에 대해 관측된 외력을 상쇄시킬 수 있는 외력 보상값을 포함하여 구동기 힘 제어 장치(120)에 구동기 힘 지령을 내릴 수 있다. 일 실시예에서, 착용형 로봇 제어 장치(110)는 스위치(switch) 기능을 통해 위치 제어를 "온(ON)/오프(OFF)" 하여 로봇의 움직임 여부를 제어할 수 있다. 착용형 로봇 제어 장치(110)는 로봇이 움직일 수 없는 정적 단계와 로봇이 움직일 수 있는 동적 단계를 순환하며 동작할 수 있다. 착용형 로봇 제어 장치(110)는 정적 단계에서 로봇이 움직일 수는 없지만 로봇에 작용한 외력을 보상하는 동작을 수행할 수 있다. 착용형 로봇 제어 장치(110)는 동적 단계에서 외력 보상을 유지하여 로봇 착용자가 외력의 영향 없이 의도한 동작을 행하기 위한 힘만 로봇에 가하면 로봇이 움직여 착용자가 의도한 동작을 완수할 수 있다.The wearable
구동기 힘 제어 장치(120)는 로봇의 각 구동기들의 힘을 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 구동기 힘 제어 장치(120)는 착용형 로봇 제어 장치(110)로부터 힘 지령(τd)을 받아 착용형 로봇의 각 관절에 구비된 구동기를 동작시킬 수 있고 각 구동기의 출력 힘(τr)을 로봇 작용힘 합산 장치(140)로 전달할 수 있다.The actuator
외력 변환 장치(130)는 외력(Fe)을 자코비안 전치행렬(JT)에 대입하여 각 관절에서의 힘으로 변환할 수 있다. 직교좌표계에서 자코비안 전치행렬을 통한 관절 힘과 외력의 관계는 아래 수학식 1과 같다.The external
[수학식 1][Equation 1]
τ = JT*Feτ = J T *Fe
로봇 작용힘 합산 장치(140)는 로봇에 작용하는 힘의 총합을 구할 수 있다. 일 실시예에서, 로봇 작용힘 합산 장치(140)는 로봇 구동기 출력 힘(τr)과 로봇 관절에서의 힘으로 변환된 외력 및 사용자가 로봇에 가하는 힘(τh)을 합하여 로봇에 작용하는 힘의 총 합을 구할 수 있다.The robot acting
로봇 동역학 장치(150)는 로봇의 동역학(Dynamics)에 따라 로봇에 가해지는 힘들에 의해 변화하는 로봇의 위치벡터(q)를 구할 수 있다. 여기에서, 로봇의 위치벡터(q)는 로봇의 각 관절의 각도를 의미할 수 있다. 로봇 동역학 장치(150)는 로봇에 작용하는 힘의 총 합을 입력으로 하고 동역학 방정식을 통해 로봇의 위치벡터(q)를 도출하여 착용형 로봇 제어 장치(110)로 피드백 할 수 있다. 전형적인 외골격 로봇 시스템의 동역학 방정식은 아래 수학식 2와 같다.The
[수학식 2][Equation 2]
여기서, q∈Rnx1 는 관절 위치(joint position), D(q)∈Rnxn 는 관성 행렬(inertia matrix), C(q,q’)∈Rnxn 는 코리올리 힘(Corilolis force)과 원심 행렬(centrifugal term)이고, g(q)∈Rnx1 는 중력 벡터(gravity term)이다. τ r , τ h ∈Rnx1 는 로봇, 사용자에 의해 발휘된 일반적인 힘을 각각 나타낸다. J(q)∈R6xn 는 p∈R3x1 지점의 자코비안 행렬이고, F e ∈R6x1 는 외력이다.Here, q ∈R nx1 is the joint position, D ( q ) ∈R nxn is the inertia matrix, and C ( q,q' ) ∈R nxn is the Coriolis force and the centrifugal matrix ( centrifugal term), and g ( q )∈R nx1 is the gravity term. τ r , τ h ∈R nx1 represent the general forces exerted by the robot and the user, respectively. J ( q )∈R 6xn is the Jacobian matrix at point p ∈R 3x1 , and F e ∈R 6x1 is the external force.
시스템의 총 관성은 물체가 고정되어 있는 경우에 로봇, 사용자(착용자), 및 외부 소스의 관성으로 구성됨으로, 따라서 D(q), C(q,q’) 및 g(q)는 아래 수학식 3과 같이 정의될 수 있다.The total inertia of the system is composed of the inertia of the robot, user (wearer), and external source when the object is fixed, so D ( q ), C ( q,q' ) and g(q) are the following equations: It can be defined as 3.
[수학식 3][Equation 3]
여기서, 첨자 r, h, e는 각각 로봇, 사용자(착용자), 및 외부 요인을 표시한다.Here, the subscripts r, h, and e denote robots, users (wearers), and external factors, respectively.
도 2는 도 1에 있는 착용형 로봇 제어 장치를 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining the wearable robot control device in FIG. 1.
도 2를 참조하면, 착용형 로봇 제어 장치(110)는 위치 오차 산출부(210), 위치 제어부(220), 외력 관측부(230), 외력 보상부(240), 스위치부(250) 및 위치 지령부(260)를 포함한다.2, the wearable
위치 오차 산출부(210)는 위치 지령부(260)로부터 위치 지령값(qd)을 입력받고 로봇 동역학 장치(150)로부터 로봇의 위치벡터값(q)을 피드백 입력받아 위치 오차(e)를 산출할 수 있다. 일 실시예에서, 위치 오차 산출부(210)는 위치 지령값(qd)에서 위치벡터값(q)을 감산하여 위치 오차(e)를 산출하는 연산기로 구현될 수 있다.The position
위치 제어부(220)는 위치 오차 산출부(210)로부터 위치 오차(e)를 입력받아 로봇의 위치를 제어하는 위치 제어값(u)을 출력할 수 있다. 일 실시예에서, 위치 제어부(220)는 PID(Proportion Integral Derivative) 제어 방식을 통해 로봇의 움직임 위치를 제어할 수 있다. 여기에서, 위치 제어 방식으로 PID를 사용하였지만 이에 한정되지 않고 위치 제어를 수행할 수 있는 다양한 방법이 사용될 수 있다.The
외력 관측부(230)는 위치 제어부(22)로부터 위치 제어값(u)을 입력받아 외력을 관측할 수 있다. 일 실시예에서, 외력 관측부(230)는 위치 제어값(u)에 대해 자코비안 전치행렬의 역행렬(J-T), 적분(-γ/s), 자코비안 전치행렬(JT)을 통해 외력을 관측할 수 있다. 외력 관측부(230)는 비례 적분기로 구현될 수 있다. 지속적인 외력(Fe)의 경우, 위치 제어부(220)의 출력(u)은 외력(Fe)에 도달할 때까지 외력 관측부(230)의 적분기에 누적될 수 있고, 적분 후 이득(γ)이 적용될 수 있다. 외력 관측부(230)에 의해 관측된 외력은 외력 보상부(240)로 전달될 수 있다.The external
외력 보상부(240)는 위치 제어부(220)의 출력(u)에 대해 외력 관측부(230)에 의해 관측된 외력을 보상하기 위한 구동기 힘 지령값(τd)을 출력할 수 있다. 구동기 힘 지령값(τd)은 아래 수학식 4로 정의될 수 있다.The external
[수학식 4][Equation 4]
여기에서, u는 위치 제어 값으로 dU/dt이고, 는 자코비안 전치행렬을, 는 관측된 외력을, γ는 양의 상수를, 는 자코비안 전치행렬의 역행렬을 각각 나타낸다. 및 τh=g(q)가 되도록 구동기 힘 제어 장치(120)를 바르게 설계하고 사용자가 사용자와 로봇의 무게를 처리하면, 수학식 4는 아래 수학식 5와 같이 될 수 있다.Where u is dU/dt as the position control value, Is the Jacobian transposition matrix, Is the observed external force, γ is the positive constant, Represents the inverse of the Jacobian transposed matrix. And if the actuator
[수학식 5][Equation 5]
여기에서, 이고, K는 양의 상수이다.From here, And K is a positive constant.
스위치부(250)는 위치 제어부(220)의 위치 제어 출력(u)을 선택적으로 위치 지령부(260)로 전달하여 위치 제어부(220)의 동작을 활성화 혹은 비활성화시킬 수 있다. 일 실시예에서, 스위치부(250)는 위치 제어부(220)의 출력단과 위치 지령부(260)의 입력단 사이에 위치하여 "오프(OFF)" 상태인 경우 위치 제어 출력(u)이 위치 지령부(260)로 피드백되는 것을 차단시키고, "온(ON)" 상태인 경우에만 위치 제어 출력(u)이 위치 지령부(260)로 전달되도록 한다. 스위치부(250)와 위치 지령부(260)는 스위치부(250)가 "온(ON)" 상태일 때 이중 적분 루프를 형성할 수 있다. 여기에서, 스위치부(250)가 "턴-오프(turn-off)" 될 때 정적 단계가 수행될 수 있고, "턴-온(turn-on)" 될 때 동적 단계가 수행될 수 있다. 정적 단계는 위치 지령(qd)이 갱신되지 않고 위치 제어가 시작되며 관측된 외력()이 갱신되게 된다. 이때, 위치 제어부(220)에 위치 지령(qd)이 고정되면 로봇은 움직일 수 없다. 동적 단계는 이중 적분 루프가 형성되어 위치 제어가 중지되고 관측된 외력()이 고정되게 된다. 이때, 관측된 외력()이 유지되면서 이 상태에서 로봇은 움직일 수 있다. 스위치부(250)의 상태에 따른 구동기 힘 지령(τd)은 아래 수학식 6과 같다.The
[수학식 6][Equation 6]
여기에서, udeact는 거의 0에 가까운 이중 적분 루프에 의해 비활성화된 위치 제어 출력을 나타낸다.Here, u deact represents a position control output deactivated by a double integral loop that is close to zero.
따라서, 외력을 보상하고자 할 때 스위치부(250)를 "오프(OFF)" 상태로 하고 외력 보상이 완전하게 되고 사용자가 움직이기를 원할 때 스위치부(250)를 "온(ON)" 상태로 할 수 있게 자동적으로 제어가 수행된다.Therefore, when the external force is to be compensated, the
위치 지령부(260)는 스위치부(250)의 출력을 충분히 큰 적분 이득(ρ)를 적용해 이중 적분하여 위치 오차 산출부(210)를 통해 위치 제어부(220)로 피드백 할 수 있다. 위치 제어부(220)는 위치 지령부(260)에 의해 위치 제어 출력(u)이 "0"에 수렴하여 로봇은 움직일 수 있게 되며 외력 관측부(230)에 의해 관측된 외력을 보상하기 위한 힘은 유지될 수 있다. 일 실시예에서, 위치 지령부(260)는 이중 적분 루프(double integration loop)를 형성하여 관측된 외력()이 유지되는 동안 위치 제어부(220)를 비활성화하는 것에 의해 로봇이 사용자의 힘을 준수할 수 있다.The
도 3은 도 2에 있는 스위치부의 상태 머신을 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining a state machine of the switch unit in FIG. 2.
도 3을 참조하면, 초기 상태(Phase )에서는 스위치부(250)가 "오프(OFF)"인 정적 단계로, 로봇의 자세가 고정되고 로봇에 작용한 외부 힘을 관측하게 된다. 이때, 로봇의 출력한 힘이 작용한 외부 힘과 평형을 이루면 다음 상태(Phase II)로 천이한다. 로봇의 출력한 힘이 작용한 외부 힘과 평형을 이루면 위치 제어부(220)의 위치 제어 출력(u)은 "0"에 수렴하므로 ∥u∥(u의 norm)의 크기가 일정시간 t1 동안 δ1 보다 작게 유지되면 다음 상태(Phase II)로 천이한다.Referring to FIG. 3, in the initial state (Phase), the
Phase II 상태에서는 스위치부(250)가 "오프(OFF)"인 정적 단계로, 자세를 고정하여 로봇이 움직일 수는 없으나 작용한 외력을 보상할 수 있다. 외력을 보상하여 로봇이 외부 힘과 평형을 이룬 후, 사용자가 움직이기 위해 힘을 가하면 Phase III 상태로 천이한다. 이때, ∥u∥가 δ2 보다 커지면 다음 상(Phase)으로 천이한다.In the phase II state, the
Phase III 상태에서는 스위치부(250)가 "온(ON)"인 동적 단계로, 이전 상태에서 외력을 보상하기 위해 출력된 힘이 유지되며 사용자의 힘에 의해 로봇이 움직일 수 있다. 사용자의 힘에 의해 하나의 동작이 완료되면 초기 상태인 Phase I으로 천이한다. 사용자의 힘에 의해 로봇이 사용자가 의도한 동작을 완전히 마쳐 로봇의 말단(end effector) 속도(vd)가 다시 "0"에 수렴하고, ∥vd∥가 최대값에 도달한 후 도달한 최대값의 ηm배 보다 작아지면 다음 상으로 천이한다. 또는 로봇에 작용한 힘이 갑자기 변화하여 동작을 중단하고 감소하기 시작하여 일정시간 t3 이내에 감소하기 시작한 시점의 값 보다 ηd 배 작아지면 다음 상으로 천이한다. 여기에서, 상태 천이 조건에 사용되는 변수들은 다음과 같이 정의될 수 있다.In the phase III state, the
도 4는 일 실시예에 따른 착용형 로봇 제어 방법이 적용된 로봇 동작의 시뮬레이션 시나리오를 나타내는 예시도이고, 도 5는 도 4의 시나리오에 따른 사용자 힘과 로봇 힘을 나타내는 그래프이다.4 is an exemplary diagram showing a simulation scenario of a robot motion to which a wearable robot control method according to an embodiment is applied, and FIG. 5 is a graph showing a user force and a robot force according to the scenario of FIG. 4.
도 4 및 도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 착용형 로봇 제어 방법이 적용된 로봇을 모델로 5㎏ 물체를 들어올려 옮기는 동작에 대한 시나리오이다. 도 4에 보여진 바와 같이, 물체는 잠시 들어올려졌다가 더 높은 곳으로 옮겨진다. 이 시나리오를 따라 시뮬레이션을 수행한 결과, 사용자가 로봇에 가하는 힘(τh)과 구동기 출력 힘(τr)은 도 5a 및 5b에 보여진 그래프와 같다.Referring to FIGS. 4 and 5, a scenario for an operation of lifting and moving a 5 kg object as a model to a robot to which a wearable robot control method according to an exemplary embodiment is applied. As shown in Figure 4, the object is lifted briefly and then moved to a higher place. As a result of performing the simulation according to this scenario, the force (τ h ) and the actuator output force (τ r ) exerted by the user to the robot are the same as the graphs shown in FIGS. 5A and 5B.
도 5a 및 5b의 그래프는 가로축은 시간(t)을, 세로축 τ1, τ2는 각각 어깨와 팔꿈티의 굴곡/확장 토크를 나타내고, Phase는 도 3에 보여진 바와 같은 상태 천이를 나타낸다. 초기에는 사용자 팔과 로봇의 무게 자체가 보상되고 물체는 0.3에서 0.6초까지 들어올려지는데, 이 물체는 사용자만 지지하기 때문에 물체의 무게가 로봇에 있지 않다. 물체는 0.6에서 1.5초까지 잡고 사용자의 토크가 감소하고 로봇이 물체의 무게를 상쇄시키기 시작한다. 이는 물체의 무게가 로봇에 의해 보상되고 물체는 그 기간 동안 사용자의 노력없이 잡을 수 있다. 사용자에게 필요한 토크가 적은 경우, 물체는 1.5에서 2초까지 더 높은 위치로 옮겨진다. τh의 크기는 대략 1.8에서 2초 τh* 보다 크고, 이는 외력(물체의 무게)과 같은 방향에서 힘이 요구되기 때문이다. 물체의 무게는 로봇에 의해 보상되므로, 사용자는 보상력에 대해 힘을 가해야 한다.In the graphs of FIGS. 5A and 5B, the horizontal axis represents time (t), the vertical axes τ 1 and τ 2 represent the flexion/extension torque of the shoulder and elbow tee, respectively, and the phase represents the state transition as shown in FIG. 3. Initially, the weight of the user's arm and robot is compensated, and the object is lifted from 0.3 to 0.6 seconds. Since this object is supported only by the user, the weight of the object is not on the robot. The object is held from 0.6 to 1.5 seconds, the user's torque decreases, and the robot starts to offset the weight of the object. This means that the weight of the object is compensated by the robot and the object can be grasped without user effort during that period. If the user needs less torque, the object is moved to a higher position by 1.5 to 2 seconds. τ h the size is greater than 2 seconds at about 1.8 * τ h, This is because the force required in the same direction as the external force (the weight of an object). Since the weight of the object is compensated by the robot, the user has to apply a force to the compensation force.
일 실시예에 따른 착용형 로봇을 위한 제어 방법 및 장치는 외력과 크기가 같고 방향이 반대인 힘을 출력하여 외력을 상쇄하는 외력 보상 단계과, 외력을 상쇄시키는 힘을 유지하며 사용자가 가하는 힘에 따라 움직이는 단계로 작동하도록 제어함으로써, 로봇의 관절 위치 정보만을 사용하여 사용자의 활동을 보조할 수 있다. 따라서, 일반적인 상지 외골격 로봇 플랫폼에 범용 적용할 수 잇다.A control method and apparatus for a wearable robot according to an embodiment includes an external force compensating step of offsetting the external force by outputting a force having the same magnitude as the external force and in the opposite direction, and maintaining the force to cancel the external force, and according to the force applied by the user. By controlling to operate in a moving step, it is possible to assist the user's activities using only the joint position information of the robot. Therefore, it can be applied to a general upper limb exoskeleton robot platform.
상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 통상의 기술자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the preferred embodiments of the present application, those skilled in the art will variously modify the present invention within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. And it will be appreciated that it can be changed.
100: 착용형 로봇 제어 시스템
110: 착용용 로봇 제어 장치 120: 구동기 힘 제어 장치
130: 외력 변환 장치 140: 로봇 작용힘 합산 장치
150: 로봇 동역학 장치
210: 위치 오차 산출부 220: 위치 제어부
230: 외력 관측부 240: 외력 보상부
250: 스위치부 260: 위치 지령부100: wearable robot control system
110: wearable robot control device 120: actuator force control device
130: external force conversion device 140: robot action force summing device
150: robot dynamics device
210: position error calculation unit 220: position control unit
230: external force observation unit 240: external force compensation unit
250: switch unit 260: position command unit
Claims (10)
상기 위치 제어 값(u)을 입력받아 외력을 관측하여 외력 보상 값을 출력하는 외력 관측 단계;
상기 위치 제어 값(u)을 입력받아 적분이득(ρ)을 통해 이중 적분하여 상기 위치 지령 값(qd)으로 피드백하는 이중 적분 단계; 및
상태 천이 조건에 따라 상기 위치 제어 단계에서 출력되는 상기 위치 제어 값(u)을 선택적으로 상기 이중 적분 단계에 제공하는 스위치 단계를 포함하는 착용형 로봇을 위한 제어 방법.
A position control step of receiving a position vector value (q) and a position command value (q d ) of the robot and outputting a position control value (u);
An external force observing step of receiving the position control value u, observing an external force, and outputting an external force compensation value;
A double integration step of receiving the position control value (u), double-integrating it through an integral gain (ρ), and feeding back the position command value (q d ); And
A control method for a wearable robot comprising a switching step of selectively providing the position control value (u) output in the position control step to the double integration step according to a state transition condition.
로봇의 동역학 방정식에 의해 구해지는 로봇에 가해지는 힘들에 의해 변화하는 로봇의 각 관절 위치를 나타내는 위치 벡터 값(q)과 상기 위치 지령 값(qd) 사이의 위치 오차를 토대로 위치 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 착용형 로봇을 위한 제어 방법.
The method of claim 1, wherein the position control step
Position control is performed based on the position error between the position vector value (q) representing the position of each joint of the robot that is changed by the forces applied to the robot obtained by the robot's dynamic equation and the position command value (q d ). Control method for a wearable robot, characterized in that.
상기 위치 제어 값(u)이 외력(Fe)에 도달할 때까지 적분하고 적분 이득(γ)을 적용하여 외력을 관측하고 상기 위치 제어 값(u)에 외력을 보상하기 위한 힘을 포함하는 구동기 힘 지령값(τd)을 출력하는 것을 특징으로 하는 착용형 로봇을 위한 제어 방법.
The method of claim 1, wherein the step of observing the external force
Integral until the position control value (u) reaches the external force (Fe), apply the integral gain (γ) to observe the external force, and the actuator force including the force to compensate the external force to the position control value (u) Control method for a wearable robot, characterized in that outputting the command value (τ d ).
상기 구동기 힘 지령값(τd)이 하기 수학식으로 정의되는 것을 특징으로 하는 착용형 로봇을 위한 제어 방법.
여기에서, u는 위치 제어 값으로 dU/dt이고, 는 자코비안 전치행렬을, 는 관측된 외력을, γ는 양의 상수를, 는 자코비안 전치행렬의 역행렬을 각각 나타낸다.
The method of claim 3, wherein the step of observing the external force
The control method for a wearable robot, characterized in that the actuator force command value (τ d ) is defined by the following equation.
Where u is dU/dt as the position control value, Is the Jacobian transposition matrix, Is the observed external force, γ is the positive constant, Represents the inverse of the Jacobian transposed matrix.
상기 스위치 단계가 "온(ON)" 상태일 때 상기 위치 제어 값(u)에 대해 이중 적분을 수행하여 상기 위치 제어 단계에 위치 지령 값(qd)으로 제공하여 위치 제어를 비활성화하는 것을 특징으로 하는 착용형 로봇을 위한 제어 방법.
The method of claim 1, wherein the double integration step
When the switch step is in the "ON" state, the position control is deactivated by performing double integration on the position control value (u) and providing the position command value (q d ) to the position control step. Control method for a wearable robot.
상기 로봇에 작용하는 외력의 보상을 위해 "턴-오프" 상태가 되고, 외력 보상 후 사용자가 상기 로봇에 가하는 힘에 의한 상기 로봇의 동작을 위해 "턴-온" 상태가 되도록 자동적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 착용형 로봇을 위한 제어 방법.
The method of claim 1, wherein the switching step
It is automatically controlled to be in a "turn-off" state for compensation of an external force acting on the robot, and a "turn-on" state for the operation of the robot by a force applied by a user to the robot after external force compensation. Control method for a wearable robot, characterized in that.
"오프(OFF)" 상태에서 외력이 보상되어 상기 로봇의 구동기 출력 힘이 외력과 평형을 이룬 후 사용자가 움직이기 위해 힘을 가하면 "온(OFF)" 상태로 천이 되는 것을 특징으로 하는 착용형 로봇을 위한 제어 방법.
The method of claim 6, wherein the switching step
A wearable robot, characterized in that when an external force is compensated in an "OFF" state and the output force of the actuator of the robot is in equilibrium with the external force, it transitions to an "OFF" state when a user applies a force to move. Method for control.
"온(ON)" 상태에서 사용자의 힘에 의한 동작이 완료되어 상기 로봇의 말단부의 속도가 "0"에 수렴하거나 상기 로봇에 작용하는 힘이 갑자기 변화하여 동작이 중단되면 "오프(OFF)" 상태로 천이 되는 것을 특징으로 하는 착용형 로봇을 위한 제어 방법.
The method of claim 7, wherein the switching step
In the "ON" state, when the motion by the user's force is completed and the speed of the end of the robot converges to "0" or the force acting on the robot suddenly changes and the motion is stopped, "OFF" Control method for a wearable robot, characterized in that the transition to the state.
외력이 보상된 상태에서 상기 로봇 착용자의 힘이 가해지면 상기 로봇의 위치 제어를 비활성화하여 상기 외력을 보상하는 힘을 유지하며 상기 로봇 착용자가 가하는 힘에 따라 상기 로봇을 움직여 상기 착용자가 의도한 동작을 수행하는 동적 단계를 포함하고,
상기 정적 단계와 상기 동적 단계를 반복 수행하여 근력을 보조해주는 착용형 로봇을 위한 제어 방법.
A static step of activating the position control of the robot to fix the posture of the robot and compensate for an external force applied to the robot; And
When a force of the robot wearer is applied while the external force is compensated, position control of the robot is deactivated to maintain a force that compensates for the external force, and the robot is moved according to the force applied by the robot wearer to perform the motion intended by the wearer. Contains dynamic steps to perform,
Control method for a wearable robot that assists muscle strength by repeatedly performing the static step and the dynamic step.
상기 위치 오차(e)를 입력받아 PID(Proportion Integral Derivative) 제어를 수행하여 위치 제어 값(u)을 출력하는 위치 제어부;
상기 위치 제어 값(u)을 입력받아 비례적분을 수행하여 외력을 관측하는 외력 관측부;
상기 위치 오차(e)와 상기 관측된 외력 값을 입력받아 외력을 보상하는 힘을 포함하는 구동기 힘 지령값(τd)을 출력하는 외력 보상부;
상기 위치 제어 값(u)을 입력받고 "온(ON)/오프(OFF)" 상태에 따라 상기 위치 제어 값(u) 또는 "0"을 출력하는 스위치부; 및
상기 스위치부의 출력을 입력받아 이중 적분하고 적분이득(ρ)을 적용하여 위치 지령 값(q)을 출력하는 위치 지령부를 포함하는 착용형 로봇을 위한 제어 장치.
A position error calculator configured to calculate a position error (e) by receiving a position vector value (q) and a position command value (q d ) of the robot;
A position control unit configured to receive the position error (e) and perform proportion integral derivative (PID) control to output a position control value (u);
An external force observing unit for observing an external force by receiving the position control value u and performing proportional integration;
An external force compensating unit for receiving the position error e and the observed external force value and outputting a driver force command value τd including a force compensating for the external force;
A switch unit receiving the position control value u and outputting the position control value u or 0 according to an "ON/OFF"state; And
Control device for a wearable robot comprising a position command unit for receiving the output of the switch unit and outputting a position command value (q) by double-integrating and applying the integral gain (ρ).
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2019
- 2019-07-15 KR KR1020190085062A patent/KR102228527B1/en active IP Right Grant
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