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문제 정의
- 본 논문에서는 Part 1[1]에서 이미 소개했던 기구학적 접근 방식과 최소-토크 변화 모델(minimum-torque-change model) [6] 기반의 동역학적인 방식이 선형 결합된 바이모달 (bimodal) 여유자유도 해결 기법을 이용하여 swivel angle로 대표되는 팔 운동의 여유 자유도를 수학적으로 모델링 하는 기법을 소개한다. 기구학적인 수준에서 구해진 swivel angle은 동역학적 제약조건 기반의 swivel angle과 선형적으로 결합될 수 있으며 결합 시 각각의 swivel angle에 적용되는 가중치는 실험을 통해 최적화 될 수 있다.
- 본 절에서는 swivel angle 추정을 위해 필요한 7자유도 기반의 인체 팔 모델과 part 1[1] 에서 유도한 기구학적 제약 조건 기반의 swivel angle 추정 모델에 대해 간략히 설명하고 동역학적인 제약 조건 기반의 swivel angle 추정 기법에 대해 소개한다. 기구학적 제약 조건 및 시스템 모델에 대한 보다 상세한 내용은 part 1[1]의 II 장과 III 장에 상세히 기술되어 있다.
- 최근 3차원 역기구학 문제의 해를 구하기 위해 매 순간각 관절 토크에 의해 수행된 전체 일의 크기를 최소화하는 기법이 제안되었는데[6] 이런 동역학적 기준은 어깨의 내전/외전, 굴곡/신전, 내부/외부 회전 및 팔꿈치의 굴곡/신전 등과 같은 사람 팔의 기본적인 동작에 관한 관절 공간에서의 경로를 예측하는 데 만족할 만한 결과를 제공하고 있다. 따라서 본 논문에서는 [6]에서 제안한 동역학적 제약 조건과 기구학적으로 추정된 Swivel Angle을 선형적으로 결합하는 방식을 적용하고자 한다. 하지만 추정 성능을 향상시키기 위해 다른 유형의 동역학적 기준이 추가로 고려될 수 있으며 선형 결합 이외에 보다 발전된 비선형적 결합 방식이 고려될 수 있다.
가설 설정
- 가설: 자연스러운 팔 뻗기 동작의 수행 시 사람의 운동 조절 중추에 의해 선택되는 swivel angle은 감각 기관의 집합체(cluster)인 머리가 있는 영역으로 팔을 효율적으로 움직이기 위해 선택되어진다.
- 본 가설은 머리에 위치한 가상의 목표 Pm을 향하여 언제든 손을 움직일 수 있는 가상의 직선 최단 경로가 정의되어 있을 때 swivel angle은 이 움직임의 효율성을 최적화 하도록 정의 된다는 것이다.
- 팔 뻗기 동작의 동역학적 특성을 분석하기 위해 Kane's method [10]에 의해 동역학 식을 생성하는 Autolev 패키지[9]를 이용하였다. 또한 자유 공간상에서 팔 뻗기 동작 수행 시 손목의 움직임은 무시할 수 있다고 가정하였으며 손목 관절은 초기 위치로 고정하였다.
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