• 대한기계학회논문집A
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• 제39권6호
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• pp.617-624
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• 2015

본 논문은 고령화되는 현대 사회에서 고령층 근로자들의 팔꿈치 근력 보조를 위한 웨어러블 로봇의 개발에 대해서 서술하였다. 기존에 연구 개발된 다양한 웨어러블 로봇들은 착용자가 사용하기에 가격, 휴대성 측면 뿐만 아니라 느린 착용자 의도 파악에 단점들이 있어왔다. 본 논문에서는 이러한 문제들을 최소화하기 위해 다음과 같은 특징을 강조하였다. 첫째, 양팔 작업 시 가장 많은 모멘트를 받는 팔꿈치 관절에만 구동기를 부착하여 무게와 부피 및 가격을 줄이고 실용성을 높였다. 둘째, 웨어러블 로봇의 작동을 추종 모드와 근력 증강 모드로 나누고, 본 연구에서 개발한 상박 근력 측정 장치로부터 착용자의 의지를 실시간 파악하여 모드가 자동적으로 전환 될 수 있도록 하였다. 이로부터 빠른 착용자 의도 파악과 동작 전환이 가능하도록 하였다. 개발된 로봇을 이용하여 무 부하 시 착용자의 모션 추종 성능을 측정하고, 부하 시 EMG (Electromyography) 센서로부터 상박의 근력을 측정함으로써 착용자의 근력 보조 성능을 실험적으로 입증하였다. 결과적으로, 초당 120 도의 모션 추종 성능과 60% 이상의 근력 보조 성능을 얻을 수 있었다.

• 전자공학회논문지SC
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• 제49권1호
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• pp.47-56
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• 2012

자전거는 균형을 유지하며 빠른 속도로 주행하는 과정에서 여러 형태의 상당한 운동 에너지가 내재되어 있어, 에너지 수확기술을 적용하는데 있어 큰 장점을 갖는 이동형 플랫폼이다. 자전거에 에너지 수확 기술을 적용해 높은 출력을 얻기 위해서는 주행 중인 자전거의 운동 특성을 면밀히 관찰하고 이해하는 것이 필요하지만 실제 도로를 주행하는 자전거의 움직임을 정밀하게 측정한 연구나 이를 위한 전용의 측정 장치는 거의 없는 실정이다. 본 연구는 MEMS 기반의 가속도 센서를 이용하여 주행 중인 자전거의 동적 상태를 측정하고 이를 토대로 자전거 주행에 동반되는 에너지의 특성을 분석함으로써 이에 적합한 에너지 수확 증진 기술을 개발하는 것을 목적으로 하였다. 일반 자전거를 이용한 도로 주행 실험에서 주행 속도와 무관한 주파수 특성을 갖는 평균 1g 전후의 잉여 진동 에너지가 수반됨을 확인하였으며, 임의진동 에너지의 효과적인 수확을 위해 비선형 특성을 갖는 자기부상형 전자기 유도 방식의 에너지 수확기 프로토타입을 개발하였다. 개발된 에너지 수확기를 자전거에 장착하여, 휴대용 센서 및 근거리 무선 통신 모듈의 구동이 가능한 평균 1.5 mW 의 전력 생산을 검증하였다. 현재 자전거 차체의 진동분리 및 변환 효율 향상을 위한 연구가 진행 중이며, 향후 증진된 출력을 바탕으로 각종 스마트 정보 기기의 지속적인 전력공급을 위한 기반 기술이 될 것으로 기대한다.

• 한국항공우주학회지
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• 제45권12호
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• pp.1039-1047
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• 2017

본 논문은 무선네트워크를 사용하는 비행제어시스템을 탑재한 고정익 무인항공기의 시험개발에 대해 소개한다. 무선네트워크를 기반으로 하는 항공기는 기존의 방식과 달리 센서와 구동기를 무선으로 연결하여 전선의 무게를 줄여 항공기를 경량화 할 수 있고, 이에 따라 기체 정비비용과 시간을 절약할 수 있다. 본 연구에서 사용된 무인항공기는 AHRS와 GPS, 엘리베이터와 에일러론을 구동하는 서보모터가 ZigBee 통신을 이용하여 FCC에 연결되었다. 또한 무선신호에 의한 지연이 비행안전성에 미치는 영향을 알아보고자 실내 및 비행시험을 수행하였으며, 유선비행제어시스템과의 결과 비교를 통해 이러한 영향은 매우 미미했음을 확인하였다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제49권6호
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• pp.18-24
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• 2012

본 논문에서는 $0.18-{\mu}m$ CMOS 공정으로 제작된 무선 센서네트워크 송신기에 적용 가능한 50MHz/s 저전력 10비트 DAC 측정 결과를 제시한다. 제작된 DAC는 일반적 세그멘티드 방식과는 다르게 2단 온도계 디코더를 이용한 전류 구동 방식으로, 10비트를 상위 6비트와 하위 4비트로 나누어 구현하였다. 상위 6 비트의 온도계 디코더는 3비트의 행 디코더와 3비트의 열 디코더로 행과 열을 대칭적으로 구성하여 상위 전류 셀을 제어하였고, 하위 4비트도 온도계 디코더 방식으로 하위 전류셀을 구동하도록 설계하였다. 상위와 하위 단위 전류 셀은 셀 크기를 바꾸는 대신 바이어스 회로에서 하위 단위 전류의 크기가 상위 단위 전류와의 크기에 비해 1/16이 되도록 바이어스 회로를 설계하였다. 그리고 상위와 하위 셀간의 온도계 디코더 신호의 동기를 위해 입력 신호 및 디코딩 된 신호에 모두 동기화 래치를 적용하여 Skew를 최소화하도록 설계하였다. 측정결과 DAC는 50MHz클럭에서 최대 출력구동범위가 2.2Vpp이고, 이 조건에서 DC전원은 3.3 V에서 DC전류 4.3mA를 소모하였다. 그리고 DAC의 선형성 특성은 최대 SFDR이 62.02 dB, 최대 DNL은 0.37 LSB, 최대 INL은 0.67 LSB로 측정되었다.

• 한국의학물리학회:학술대회논문집
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• 한국의학물리학회 2004년도 제29회 추계학술대회 발표논문집
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• pp.122-125
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• 2004

폐, 간 등의 상 복부에 위치한 종양의 방사선 조사 체적은 호흡에 의한 종양의 이동을 포함하기 때문에 방사선 조사체적이 증가되어 방사선 독성 및 정상조직 선량이 증가하게 된다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 동 팬텀과 초음파센서를 이용하여 호흡운동에 의한 환자 체표면의 움직임을 획득하고, 획득한 데이터의 역 값을 이용해 환자침대를 조절해줄 수 있는 호흡운동 조절 방사선치료 기술을 개발하고자 한다. 호흡운동에 의한 환자 체표면의 움직임을 평가하기 위해 제작한 팬텀은 조정기(BS II, 20 Mhz, 8K Byte), 센서(Ultra-Sonic, range 3 cm${\sim}$3 m), Computer(RS232C), Servo Motor (Torque 2.3 Kg)등으로 구성하였고, 제어와 구동을 위한 획득-보정-분석 프로그램을 작성하였다. 최대 2 cm 범위 내에서 팬텀을 움직이게 하였고, 팬텀의 움직임과 보정이 순차적으로 일어나도록 프로그램 하였으며, x, y, z가 연속적으로 움직이도록 구성하였다. 임의의 움직임 데이터(유격이 2 cm이 되도록 하여 3차원 데이터 형태)를 입력하여 동 팬텀을 조정하고, 동시에 팬텀 움직임을 초음파 센서를 이용하여 획득한 후, 두 데이터 간의 비교, 분석을 시행하였다. 이후 쥐(Guinea-pig, about 500g)를 이용하여 호흡운동에 의한 환자 체표면의 움직임을 획득한 후 획득한 데이터의 역 값으로 팬텀을 구동시킴으로써 실시간 호흡운동 조절 방사선치료 기술을 평가하였다. 팬텀 실험에서 3 차원 입력데이터에 대한 팬텀 보정 데이터 간의 정확성을 시간에 대한 거리 값으로 비교한 결과 ${\pm}$1% 이내의 정확성을 알 수 있었고, 이에 필요한 보정시간은 2.34 ${\times}$ 10-4 초임을 알 수 있었다. 또한 동물 실험에서도 동일한 방법으로 시간에 대한 거리 그래프와 획득-보정 간의 지연 시간 등을 분석한 결과 팬텀 데이터와 같은 결과를 얻을 수 있었다. 팬텀, 동물 실험 모두에서 시간에 대한 거리 값과 각각의 경우에 획득-보정 간의 지연 시간을 분석한 결과 데이터 값은 ${\pm}$1%이내에서 일치하였으며, 데이터 획득-보정 지연 시간은 2.34 ${\times}$ 10-4 초 이내 즉, 실시간으로 얻을 수 있어 새로운 호흡운동 조절 방사선치료 기술의 임상적용에의 가능성을 확인할 수 있었다.

• Radiation Oncology Journal
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• 제22권4호
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• pp.316-324
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• 2004

목적 : 간 등의 상 복부에 위치한 종양의 방사선 조사 체적은 호흡에 의한 종양의 이동을 포함하기 때문에 방사선 조사 체적이 증가되어 방사선 독성 및 정상조직 선량이 증가하게 된다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 동 팬텀과 초음파센서를 이용하여 호흡운동에 의한 환자 체표면의 움직임을 획득하고, 획득한 데이터의 역 값을 이용해 환자침대를 조절해줄 수 있는 호흡운동 조절 방사선치료 기술을 개발하고자 한다. 대상 및 방법 : 호흡운동에 의한 환자 체표면의 움직임을 평가하기 위해 제작한 팬텀은 조정기(BS II, 20 Mhz, 8K Byte), 센서(Ultra-Sonic, range $3\~3$ m), Computer (RS232C), Sewo Motor (Torque 2.3 Kg) 등으로 구성하였고, 제어와 구동을 위한 획득-보정-분석 프로그램을 작성하였다. 최대 2 cm 범위 내에서 팬텀을 움직이게 하였고, 팬텀의 움직임과 보정이 순차적으로 일어나도록 프로그램하였으며, x, y, z가 연속적으로 움직이도록 구성하였다. 임의의 움직임 데이터(유격이 2 cm이 되도록 하여 3차원 데이터 형태)를 입력하여 동 팬텀을 조정하고, 동시에 팬텀 움직임을 초음파 센서를 이용하여 획득한 후, 두 데이터간의 비교, 분석을 시행하였다. 이후 쥐(Guinea-pig, about 500g)를 이용하여 호흡운동에 의한 환자 체표면의 움직임을 획득한 후 획득한 데이터의 역 값으로 팬텀을 구동시킴으로써 실시간 호흡운동 조절 방사선치료 기술을 평가하였다. 결과 : 팬텀 실험에서 3 차원 입력데이터에 대한 팬텀 보정 데이터간의 정확성을 시간에 대한 거리 값으로 비교한 결과 ${\pm}1\%$ 이내의 정확성을 알 수 있었고, 이에 필요한 보정시간은 $2.34{times}10^{-4}$초임을 알 수 있었다. 또한 동물 실험에서도 동일한 방법으로 시간에 대한 거리 그래프와 획득-보정간의 지연 시간 등을 분석한 결과 팬텀 데이터와 같은 결과를 얻을 수 있었다. 결론 : 팬텀, 동물 실험 모두에서 시간에 대한 거리 값과 각각의 경우에 획득-보정간의 지연 시간을 분석한 결과 데이터 값은 ${\pm}1\%$ 이내에서 일치하였으며, 데이터 획득-보정 지연 시간은 2.34H10-4 초 이내 즉, 실시간으로 얻을 수 있어 새로운 호흡운동 조절 방사선치료 기술의 임상적용에의 가능성을 확인할 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제10권1호
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• pp.58-66
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• 2009

본 논문은 전동기에서 기계적인 파라미터의 변화와 함께 외란의 변화에 대하여 외란상쇄 피드포워드 루프 제어를 적용한 유도전동기의 벡터제어를 고려하였다. 제안한 시스템에서 부하토크는 유도전동기의 토크를 최소차원 상태관측기를 근거로 하여 추정한다. 최소차원 상태관측기를 통해 추정된 부하토크에 의해 토크 전류를 얻어내고 토크 전류분을 피드포워드 보상해 줌으로서 외란에 의한 영향을 상쇄시켜 외란이 유입되거나 부하가 가변되는 등의 조건에서도 안정되게 동작하는 강인한 속도제어 시스템을 실현할 수 있다. 본 연구에서는 속도 센서가 없이 검출된 전압과 전류에 의해 속도를 추정하여 사용 하므로서 신뢰도를 높일 수 있도록 하였다. 제시한 제어기의 타당성을 입증하기 위하여 Matlab Simulink를 이용하여 시뮬레이션을 수행하여 타당성과 안정성을 검토하였고, 이를 실제 시스템을 구성하여 ADMC300를 이용하여 실험을 수행한 결과 기존의 시스템에 비하여 강인한 시스템으로 구동됨을 증명할 수 있었다.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제20권2호
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• pp.239-246
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• 2020

본 논문에서는 우산의 물기를 건조하는 자동 제수 시스템을 제안한다. 우산의 물기 제거방법은 우산용 비닐을 씌우거나 사용자가 직접 우산을 털어 수동적으로 제거하는 번거로운 방법과, 수동으로 우산을 제수면에 접촉 시켜 물기를 제거하는 제수기를 사용하는 방법이다. 기본 방법은 수동으로 제거해야 하는 번거로움 뿐만 아니라 제수기의 물기 제거 성능도 만족할 만한 건조감을 기대하기 힘든 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 에어 컴프레셔를 이용하여 사용자가 우산을 넣으면 압력 센서가 넣어진 우산의 무게를 감지해, 모터를 구동시키는 방식으로 우산의 물기를 제거하는 시스템을 개발하였다. 본 발명품은 비닐을 사용하지 않아 폐비닐의 발생을 없앰으로써 경제적, 환경적인 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.

• 재활복지공학회논문지
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• 제5권1호
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• pp.17-25
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• 2011

본 논문은 전동 보행보조기의 편의성 향상을 위한 최적의 제어 이득을 찾고 제어 알고리즘을 설계하였다. 최근 노인의 인구가 의료 기술의 발달로 급속히 증가되고 있으며, 다양한 이동형 보행보조기구는 삶의 질을 개선하기 위해 개발되고 있다. 이러한 이동형 제품 중 수동형 보행보조기는 노인의 보행의 힘을 도와주는 전동모터를 가지고 있지 않아 노인들이 충분한 근력이 없기 때문에 경사로 및 문의 문턱 등 고르지 않는 지형에서 이동하는데 제안사항이 있다. 이러한 상황을 극복하기 위해 전동타입의 보행보조기를 개발하였다. 전동형 보행보조기는 수동형과 다르게 사용자가 조작을 해야 모터가 구동되는 구조이다. 이러한 구조는 사용자가 조작을 잘못 하였을 경우 상당한 불편함을 사용자에게 준다. 이러한 전동형 보행보조기를 수동형 보행보조기와 비교하여 조작의 편의성을 판단하고 기준을 만들어 사용자의 편의성에 대하여 제어 값을 변경하면서 사용자 편의성을 개선하였다. 본 논문에서는 보행의지를 인식하고 편의성의 성능을 측정할 수 있는 방법인 햅틱 센서를 소개하며 편의를 개선하는 제어 알고리즘을 제안한다. 또한 편의성의 평가는 COV(Center of Vehicle)와 사용자의 COP(Center of Position)과의 차이의 변화를 통해 상대적인 편의성을 평가하였다. 전동 타입 보행보조기와 새로운 측정방법을 도입하여 모든 과정을 실험을 통하여 확인 하였다.

• 전자공학회논문지
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• 제52권3호
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• pp.181-189
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• 2015

동력의족은 하지 절단 환자나 다리근력이 부족한 사람들의 보행 보조를 위해 사용된다. 동력의족의 자연스러운 구동을 위해 선 보행단계가 잘 분류되어야 한다. 물리센서를 이용하여 보행단계를 분류하는 기존 연구는 동력의족이 사전에 훈련된 보행속도로만 재현되는 단점이 있다. 따라서 본 논문에서는 물리센서를 사용하지 않고, 근전도 신호만을 이용하여 오르막, 내리막 계단보행을 각각 4단계로 분류하는 방법을 제안한다. 근전도 신호를 RMS, VAR, MAV, SSC, ZC, WAMP 특징으로 산출하여 LDA(Linear Discriminant Analysis) 분류기를 통해 보행단계를 인식한다. 훈련 단계에서는 AHRS센서를 이용하여 무릎각도 변화에 따른 보행단계 범위를 생성한다. 실험 결과, 선행 연구의 경우 오르막 보행에서 평균 58.5%, 내리막 보행에서 35.3%의 정확도를 보인다. 반면, 제안하는 방법은 오르막 보행에서 평균 85.6%, 내리막 보행에서 69.5%의 인식률을 보인다. 또한, 본 연구를 통해 개별 근육 별 보행단계 평균 인식률을 분석하였다.