준수동 보조 외골격의 의미

하지 외골격은 지난 수십 년 동안 활발하게 연구되어 왔으며 인상적이고 실질적인 전망을 갖고 있습니다(예를 들어 철저한 검토는 [1] 참조). 이러한 장치는 일반적으로 대사 비용, 부하 지지 능력, 피로 및 근력 생산 측면에서 건강한 사용자의 운동 능력을 향상시키도록 설계되었습니다(장애가 있는 피험자에게 자주 사용되는 유사한 하지 보조기와 비교). 개발 노력이 광범위했지만 하지 외골격 장치는 증강 목표를 달성하는 데 제한적인 성공을 거두었습니다[1], [4] - [5] [6]. 이는 인체 성능을 향상시킬 수 있는 인공 시스템 개발의 과제를 강조합니다. , 이는 엔지니어링 시스템보다 더 효과적인 경우가 많습니다. 성공적인 장치 개발의 부족으로 인해 하지와 착용 가능한 로봇 장치 사이의 상호 작용과 관련된 근본적인 과학적 질문을 탐구하기 위한 여러 연구 노력이 촉발되었습니다(예: [5], [7] - [8] [9] [10] [11 ]), 이 문서에 설명된 작업을 포함합니다. 이러한 상호 작용과 관련된 많은 문제 중 일부를 조사하기 위해 컨트롤러를 통해 활성화되고 안창 발 스위치를 해제하는 외부 스프링 및 클러치 시스템을 통해 관절의 스프링과 같은 동작을 복제하는 무릎 외골격 장치를 제안합니다(그림 참조). 1). 이 장치를 사용하면 수동 임피던스의 변화가 착용자의 보행 동작에 어떻게 영향을 미치는지 연구할 수 있지만 외부 강성을 주의 깊게 조정하는 방법은 궁극적으로 다른 사람들이 유사한 방법을 제안하고 구현한 성능 향상 전략이 될 수 있다고 믿습니다. ], [12], [13].

그림. 1. 준수동 무릎 외골격은 지원자들에게 착용되었습니다. 제어 장치는 벨트에 장착되어 호스트 컴퓨터에 무선으로 데이터를 전송합니다. 외골격과 컨트롤러는 어깨의 하네스로 지지됩니다.

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증강 외골격 개발을 위한 기술적 접근 방식 측면에서 엔지니어들은 다양한 지원 전략을 구현했습니다. 여기에는 스펙트럼의 한쪽 끝에서 완전히 연결된 외골격의 "감도 증폭" [14], "회피" [1], "관성 보상 모멘트" [15] [15], 공압식 작동 [16], [17]이 포함됩니다. 스펙트럼의 다른 쪽 끝은 수동 시스템의 "중력 보상"입니다[18]. 이 문서에 설명된 작업과 더 밀접하게 관련되어 있는 최근 설계 노력은 스프링 클러치 시스템을 사용하여 주로 에너지 저장/반동에 의존하는 준수동 시스템을 통해 하지 관절의 기능을 복제하는 데 중점을 두었습니다[2], [3]. [6],[9],[13],[19]. 이 접근 방식은 걷거나 달리는 동안 하지 관절에서 관찰되는 스프링 유형 동작에서 영감을 얻었으며 더 가벼운 무게와 더 기능적인 외골격으로 이어지는 것으로 나타났습니다[11].

사용자가 웨어러블 로봇 외골격 장치와 상호 작용하는 방식과 관련된 근본적인 과학적 질문을 조사하려는 노력의 일환으로, 하지 관절의 생리적, 생체 역학적 특성을 조사하는 연구는 점점 줄어들고 있습니다. 외골격 부근 [10], [20] - [21] [22] [23] [24]. 이러한 이유로