보조 신체 로봇 팔의 작업 공간에 따른 사용자의 감각에 대한 연구

Abstract

보조 신체 로봇 팔(supernumerary robotic arm; SRA)은 착용형 로봇(wearable robot)의 한 유형으로 사용자에게 추가적인 사 지 상호작용을 제공하여 자유도를 증강할 수 있다. 그러나, SRA의 확장된 작업 공간이 사용자 경험에 미치는 영향에 대한 연 구는 매우 제한적이다. SRA 사용자는 확장된 활동 범위를 명확히 인지하고 이를 신체의 가동범위 일부로 받아들여야 한다. 그렇지 않으면 주변 환경이나 동료와의 충돌 위험이 증가할 수 있으며, 안전한 사용이 어려워질 가능성이 있다. 본 연구는 SRA의 가동 범위가 사용자 경험에 미치는 영향을 분석하는 것을 목표로 한다. 총 30명의 참가자를 대상으로 가상현실 환경 에서 상단 가동 범위의 SRA (SRA with Upper Range of Motion, SRA-URM)와 하단 가동 범위의 SRA (SRA with Lower Range of Motion, SRA-LRM)에 대한 신체수용감(proprioception)과 공간에 대한 인식(perception of peripersonal space; PPS), 신체 화 감각(sense of embodiment; SoE)을 측정하였다. 실험 결과, SRA-URM 사용시 SRA-LRM보다 proprioception이 높게 형성 되었다. 또한 본 연구를 통해 proprioception과 PPS가 유의미하게 증가함을 확인하였다. 본 연구의 결과는 SRA 작업 공간에 따라 사용자 감각이 상이함을 제시하며, 과제와 목적에 따라 SRA를 설계해야 함을 시사한다.

Supernumerary robotic arms (SRA) are a type of wearable robot that provides users with additional limbs and enhances the degrees of freedom of their body. Previous studies on SRAs have primarily focused on the relationship between the user and the SRA for the design and development of SRA. However, there has been a lack of consideration regarding how the workspace of SRA affects the user’s experiences. The SRA users need to perceive the expanded range of motion and integrate it as part of their body’s operational space. Otherwise, the risk of collisions with the surrounding environment or colleagues may increase, making safe use more difficult. This study aims to analyze the impact of SRA’s range of motion on user’s experience. A total of 30 participants were tested in a virtual reality environment to assess proprioception, perception of peripersonal space (PPS), and sense of embodiment (SoE) when usin g an SRA with an upper range of motion (SRA-URM) and an SRA with a lower range of motion (SRA-LRM). The results showed that proprioception was higher when using SRA-URM compared to SRA-LRM. Additionally, after the formation of SoE, both proprioception and PPS increased. These findings suggest that user sensory perception may vary depending on the workspace of the SRA, indicating the necessity of designing SRAs with consideration of their intended purpose and environment.