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직렬 탄성 구동장치(SEA; Series Elastic Actuator)에 구비된 와이어 부재를 통해 착용자의 발목 관절로 보행 보조력을 제공하기 위한 착용형 로봇의 제어방법에 있어서,상기 착용형 로봇의 보행 데이터를 기반으로 착용자의 보행 지면에 대한 대퇴부의 기울어진 각도에 대응하는 대퇴부 경사 각도를 산출하는 대퇴부 경사각 산출단계;상기 산출된 대퇴부 경사각을 기반으로 착용자의 보행 패턴을 감지하는 보행 패턴 감지단계;상기 감지된 착용자의 보행 패턴을 통해 보행 상태 또는 정지 상태를 판단하고, 보행 상태인 착용자의 발목 관절로 요구되는 레퍼런스 보조력을 도출하는 레퍼런스 보조력 도출단계; 및,상기 직렬 탄성 구동장치의 와이어 부재의 장력을 추정하고, 상기 도출된 레퍼런스 보조력을 기반으로 상기 추정된 와이어 부재의 장력을 제어하는 보조력 제어 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 착용형 로봇의 제어방법
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제1항에 있어서,상기 대퇴부 경사 각도 산출단계는,상기 착용형 로봇의 대퇴부에 구비되는 관성 측정 센서(Inertial Measurement Unit; IMU)로부터 대퇴부의 가속도 데이터 및 각속도 데이터를 획득하는 과정;상기 대퇴부의 가속도 데이터로부터 제1 대퇴부 경사각 데이터 및 상기 대퇴부의 각속도 데이터로부터 제2 대퇴부 경사각 데이터를 각각 계산하는 과정;상기 제1 대퇴부 경사각 데이터 및 상기 제2 대퇴부 경사각 데이터를 보행 주파수의 크기에 따라 필터링하는 과정; 및상기 필터링된 제1 대퇴부 경사각 데이터 및 제2 대퇴부 경사각 데이터를 합산하여 상기 대퇴부 경사각을 산출하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 착용형 로봇의 제어방법
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제2항에 있어서,상기 제1 대퇴부 경사각 데이터는 저주파 통과 필터를 통과하는 데이터로 필터링되고, 상기 제2 대퇴부 경사각 데이터는 고주파 통과 필터를 통과하는 데이터로 필터링되는 것을 특징으로 하는 착용형 로봇의 제어방법
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제1항에 있어서,상기 보행 패턴 감지단계는,상기 대퇴부 경사각 산출단계에서 산출된 대퇴부 경사각을 저주파 통과 필터로 필터링하는 과정;상기 필터링된 대퇴부 경사각을 수치 미분하여 대퇴부 각속도를 계산하는 과정;상기 필터링된 대퇴부 경사각 및 상기 대퇴부 각속도를 각각 정규화하여 2차원의 원 위상 그래프로 대응시키는 과정; 및상기 원 위상 그래프를 기반으로 착용자의 보행 상태 또는 정지 상태를 구분하는 착용자 보행 패턴을 감지하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 착용형 로봇의 제어방법
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제1항에 있어서,상기 레퍼런스 보조력 도출단계는 보행 패턴이 정지 상태로 판단되는 경우 레퍼런스 보조력은 일정하게 유지되고, 보행 패턴이 보행 상태로 판단되는 경우 레퍼런스 보조력이 증가 후 다시 감소되는 파형을 갖는 것을 특징으로 하는 착용형 로봇의 제어방법
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제1항에 있어서,상기 직렬 탄성 구동장치는 구동모터; 상기 구동모터의 외주면을 감싸는 탄성부재; 상기 탄성부재의 일측에 구비되고 상기 탄성부재의 비틀림 탄성 변형을 감지하기 위한 엔코더; 상기 구동모터의 타측에 구비되고 상기 구동모터에 의해 회전되는 풀리부재; 및 상기 풀리부재에 의해 당겨지거나 풀어지면서 상기 구동모터의 구동력을 착용자 발목 관절로 전달하기 위한 와이어 부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 착용형 로봇의 제어방법
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제6항에 있어서,상기 보조력 제어 단계는,상기 직렬 탄성 구동장치의 탄성부재의 비틀림 각도를 상기 엔코더를 통해 측정하는 과정;상기 측정된 비틀림 각도와 상기 탄성부재의 스프링 상수를 곱하여 상기 구동모터의 출력 토크를 추정하는 과정;상기 구동모터의 출력 토크를 사용하여 상기 와이어 부재의 장력을 추정하는 과정; 및상기 레퍼런스 보조력 도출단계에서 도출된 레퍼런스 보조력에 대응하여 상기 와이어 부재의 장력을 PID 제어하는 과정;을 수행하는 것을 특징으로 하는 착용형 로봇의 제어방법
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