거동이 불편한 노인 및 장애인의 이동을 위한 휠체어 사용 시, 사용하지 않는 상 하지의 근력 저하 등 운동 능력의 감소를 초래할 수 있다. 특히, 척수손상 및 뇌졸중 편마비와 같은 중증 장애인은 거동이 제한되어 운동이 부족하고 근력 유지가 어렵다. 본 논문에서는 이러한 중증 장애인의 특성을 고려하여 상 하지 운동 및 재활훈련이 가능한 지능형 휠체어 로봇 시스템을 설계하였다. 이 시스템은 전동 휠체어, 개인의 특성 파악을 위한 생체인식모듈, 그리고 상 하지 재활 로봇으로 구성되어 있다. 본 논문에서는 개발된 로봇의 설계 및 구성에 대해 설명하고 운용 방법을 제시한다. 또한, 제안한 시스템의 추종 성능을 검증하기 위하여, 비장애인 피험자를 대상으로 재활 운동 수행시 생체 신호 변화에 따른 위험상황 분석과 휠체어 로봇이 이동하면서 상 하지 재활운동 기능에 대한 성능평가를 수행한 결과, 피험자의 재활 운동 수행 시 위험상황 분석에 대한 평균 정확도는 86.7%, 관절각도 최대 오차는 상지 2.5도, 하지 2.3도로 재활 운동 수행에 충분한 추종성능을 나타냈다.
일반적으로 부유식 해상풍력발전 에너지의 수급성과 효율을 극대화하기 위해서는 하부구조물의 파랑 감쇠로 인한 운동을 저감시키는 것이 중요하다. 선행 연구들에 따르면 파도 중 하부구조물에 설치된 감쇠판에 의해서 발생한 와류점성으로 인해 운동 응답이 감소되는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 5MW급 반잠수식 OC5 플랫폼과 감쇠판이 부착된 두가지 플랫폼을 설계하고, 와류점성으로 인한 운동저감효과를 확인하기 위해 자유감쇠실험과 수치계산을 수행하였다. 모형시험 결과로 낙하 높이를 30 mm, 40 mm, 50 mm에서의 상하 자유감쇠실험을 수행하였을 때 OC5 플랫폼 대비 두 가지의 형태의 감쇠판이 부착된 플랫폼이 상대적으로 운동감쇠성능이 향상되었다. 모형시험과 수치계산 결과에서 형상화한 감쇠판 모델(KSNU Plate 1, KSNU Plate 2)들이 각각 OC5 대비 상하운동 진폭이 1.1배, 1.3배 각각 감소했으며, KSNU Plate 2 플랫폼은 KSNU Plate 1 플랫폼보다 OC5 대비 약 2배 감쇠성능이 좋아진 것으로 나타났다. 본 연구에서는 감쇠판의 면적과 와류점성이 상하동요의 감쇠율과 밀접한 관련을 보여준다.
본 연구는 한 발 지지 유무에 따른 상하지 협응운동이 만성 뇌졸중 환자의 보행 능력에 어떠한 영향을 미치는지를 알아보고자 실시하였다. 만성 뇌졸중 환자 14명을 대상으로 하여 한 발을 지지하여 상하지 협응운동(주 3회, 4주간)을 적용한 군(n=7)과 한 발 지지없이 상하지 협응운동을 적용한 군(n=7)으로 무작위 배정하였다. 보행능력검사는 10MWT, F8WT를 이용하여 측정하였고, 동적균형능력검사는 FSST를 이용하여 측정하였다. 정규분포를 한 10MWT는 두 군의 측정시점에 따른 유의성 검정을 위해 이요인 분산분석을 실시하였다. 정규분포를 하지 않은 F8WT, FSST는 두 군의 측정시점에 따른 유의성 검정을 위해 Friedman 검정을 하였고, 두 군간 비교를 위하여 Mann-Whitney 검정을 실시하였다. 그 결과, 모든 측정에서 두군 모두 측정시점간 유의한 차이가 있었다. 본 연구의 결과로 보아 상하지 협응운동은 뇌졸중 환자의 보행 능력에 유용한 전략으로 사용될 수 있음을 증명하였다.
2kW급 선형 압축기용 액츄에이터로 직선 왕복 운동을 동작하게 하기 위하여 2상 영구자석형 횡자속 선형 전동기(Permanent Magnet Transverse Flux Linear Machine; PM-TFLM)와 스프링을 조합하여 선형 공진 시스템을 구성하였다. 선형전동기의 이동자를 공진점부근에서 왕복 운동을 하기 위해서 빠른 왕복 운전과 적절한 운전 알고리즘이 필요하게 된다. 먼저 2상으로 이루어진 PM-TFLM의 순시 토오크 제어를 위하여 벡터 제어 알고리즘을 설계하여 구현하고 피스톤, 스피링 및 부하에 따라 운전제어를 수행하는 방법에 대하여 연구를 하였다. 종래의 3상 교류 전동기의 순시 토오크 제어에 적용하는 벡터제어 알고리즘을 2상 PM-TFLM에 적용하여 그 타당성을 보이고 빠른 왕복운전을 안정적으로 수행함을 실험을 통하여 입증하였다.
매우 큰 편심하중을 지지하면서 상하로 수직위치를 제어하는 의료용 리프트 칼럼은 수직위치의 정확도를 확보하기 위해 매우 낮은 구조적 변형과 진동은 물론 높은 피로강도가 요구된다. 리프트 칼럼은 일반적으로 3단 슬라이딩 붐구조로 유도전동기로 작동되며, 상하운동에 따라 변동응력을 나타낸다. 본 연구에서는 리프트 칼럼의 상하운동으로 야기되는 변동응력에 따른 피로강도를 수치해석적으로 예측하였다. 한 주기 상하운동에 따른 응력변동은 유한요소해석으로 구하였으며, 피로수명은 Palmgren-miner기법과 재료의 S-N선도를 적용하여 예측하였다. 수치해석의 신뢰성을 확보하기 위하여 리프트 칼럼의 상세형상과 체결부위을 반영한 3차원 FEM모델을 생성하였으며, 칼럼과 패드사이 계면은 접촉조건으로 처리하였다.
운동거리이상(dysmetria)은 운동경로, 속도 및 힘에 대한 조절 능력이 감소되는 것으로서 운동 기능에 심각한 지장을 초래할 수 있다. 본 논문에서는 운동거리이상을 과학적으로 계측하고 분석함으로써 환자의 운동 조절능력을 정량적으로 평가할 수 있는 도구를 개발하였다. 이를 위하여, 터치 스크린상에 그려진 수직 및 수평선의 모든 위치좌표를 추출하기 위한 거북이 알고리즘을 제안하였으며, 이를 이용하여 운동 경로와 운동성을 분석함으로써 상지의 운동실조를 정량적으로 측정할 수 있는 알고리즘을 제안하고 구현하였다.
최근 홈트레이닝에 대한 관심과 라이프스타일의 변화에 따른 헬스케어 분야의 시장이 확대되고 있으며, 덤벨이 코노미 현상을 반영한 고부가가치의 패션 상품들이 출시되고 있다. 이에, 본 연구의 목적은 시간과 장소에 상관없이 상·하체 근력운동을 원하는 운동 초보자를 위한 스마트폰 앱의 UI/UX 개발 및 덤벨 이코노미 현상에 활용 가능한 스마트 애슬레저 패션을 개발하는 것이다. 연구의 내용은 첫째, 상·하체의 각도별 근력운동 자세 고찰을 통해 운동 초보자를 위한 운동방법, 호흡법, 운동범위에 대한 요소를 추출하고 이를 바탕으로 근력운동 전문가를 대상으로 사용자 요구조사를 실시하여 연구의 필요성 검증으로 활용하였다. 둘째, 카운팅, 운동 자세, 운동 캘린더 기능의 3가지 콘텐츠로 구성된 스마트폰 앱 UI/UX 개발과 사용자 중심의 기술적·디자인적 측면에서 필요한 콘셉트와 특성을 분석하고 이를 바탕으로 탈·부착 커스터마이징 형태의 스마트 애슬레저 패션을 개발하였다.
바다에서 운항하는 선박은 바람과 파도 등의 외란 때문에 횡동요(Rolling), 종동요(Pitching), 상하동요(Heaving) 등의 운동을 하게 되며, 이러한 운동은 가속도 형태로 승객이 느끼게 된다. 따라서, 선박내의 특정 지점에서 좌우방향, 상하방향 가속도와 각속도 등을 계측하면 선원 또는 승객이 선박 운동에 어느 정도 피폭되었는가를 알 수 있다. 본 연구에서 개발한 운동 운항환경 모니터링 시스템은 4개의 가속도계와 가속도계, 자이로가 포함된 관성 자세계측장치, 데이터 취득장치를 포함한 계측 및 통신부, 중앙에서 데이터를 관리하고, 운항환경 지수를 계산하는 전산기로 구성되고, 계측된 가속도와 각속도를 이용하여 운항환경을 나타내는 정량적 지수인 뱃멀미 지수(Motion Sickness Incidence, MSI), 운동유발 작업방해회수(Motion Induced Interrupt, MII)를 실시간으로 계산한다. 개발된 시스템은 한국해양대학교 실습선인 한나라호의 부산-목포, 부산-제주 연안항해시 실선시험을 통하여 유효성을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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