• 재활복지공학회논문지
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• 제7권2호
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• pp.55-62
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• 2013

본 논문은 편마비 환자나 장애인의 보행을 지원하는 외골격 로봇에 대해 연구하였다. 2축 자유도를 가진 외골격 로봇 개발 및 관절 운동에 대해 테스트 하였다. 정상적인 사람으로부터 얻어진 EMG 신호를 분석하고, 편마비 환자를 정상적인 사람처럼 보행 할 수 있도록 보조 로봇을 편리하고 자동화된 보행이 되도록 제어신호를 추출 하였다. 편마비 환자의 보행을 위한 기능적 전기 자극(FES)를 사용하는 목적이 손상된 기능을 복원하는 것이다. 그러나 이것은 사용을 잘못하면 환자에게 치명적인 전기 충격을 줄 수 있거나 지속적인 자극으로 근육피로의 원인이 될 수 있다. 최소한의 근육 피로도로 편마비 환자의 편리한 걸음은 제어 신호로 외골격 보조 로봇의 조작을 통해 가능성을 제시하였다. 보행 보조 외골격로봇은 FES 자극기를 사용하는 것보다 보다 효율적으로 동작할 수 있음을 보였다. 본 연구 실험은 앉아, 서, 걷기같이 우리의 생활에 보통의 움직임을 수행하고, 버튼스위치, 피에조 센서와 특별히 피드백 제어 시스템은 부드러운 보행 모션이 되도록 하였다. 그리고 실험결과도 건강한 다리의 근전도 신호를 편마비 환자의 손상된 다리의 보조로봇 시스템의 동작신호로 이용하여 편리하게 이동할 수 있음을 보여준다.

• 한국생산제조학회지
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• 제22권3_1spc호
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• pp.587-592
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• 2013

Until recently, the primary users of wheelchairs were people with lower body disabilities. However, the number of patients recovering from accidents or surgery, as well as the number of elderly people using wheelchairs, is constantly increasing. This study examined the design and manufacture of standing and gait assist wheelchairs that assist temporary gait disturbed patients to take rehabilitation training and elderly people to engage in walking exercise. A kinematic analysis was used to select a drive motor and design a four-bar linkage mechanism for lifting the backrest vertically. Using a multibody dynamic simulation, detailed design was performed taking into consideration the spatial motion and partial interference, and the necessary push force and stroke of the linear actuator were also calculated. To ensure structural safety, the von-Mises equivalent stresses of the upper and lower brackets of the linear actuator were verified through a finite element analysis. The manufactured wheelchair was shown to operate successfully as intended, using the developed controller for the drive motors and linear actuator.

• Physical Therapy Rehabilitation Science
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• 제6권3호
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• pp.134-139
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• 2017

Objective: Dual-task interference is defined as decrements in performance observed when people attempt to perform two tasks concurrently, such as a verbal task and walking. The purpose of this study was to investigate the changes of gait ability according to the dual task interference in chronic stroke survivors. Design: Cross-sectional study. Methods: Ten chronic stroke survivors (9 male, 1 female; mean age, 55.30 years; mini mental state examination, 19.60; onset duration, 56.90 months) recruited from the local community participated in this study. Gait ability (velocity, paretic side step, and stride time and length) under the single- and dual-task conditions at a self-selected comfortable walking speed was measured using the motion analysis system. In the dual task conditions, subjects performed three types of cognitive tasks (controlled oral word association test, auditory clock test, and counting backwards) while walking on the track. Results: For velocity, step and stride length, there was a significant decrease in the dual-task walking condition compared to the single walking condition (p<0.05). In particular, higher reduction of walking ability was observed when applying the counting backward task. Conclusions: Our results revealed that the addition of cognitive tasks while walking may lead to decrements of gait ability in stroke survivors. In particular, the difficulty level was the highest for the calculating task. We believe that these results provide basic information for improvements in gait ability and may be useful in gait training to prevent falls after a stroke incident.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제21권6호
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• pp.518-523
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• 2015

This paper proposes a gait phase classifier using a Recurrent Neural Network (RNN). Walking is a type of dynamic system, and as such it seems that the classifier made by using a general feed forward neural network structure is not appropriate. It is known that an RNN is suitable to model a dynamic system. Because the proposed RNN is simple, we use a back propagation algorithm to train the weights of the network. The input data of the RNN is the lower body's joint angles and angular velocities which are acquired by using the lower limb exoskeleton robot, ROBIN-H1. The classifier categorizes a gait cycle as two phases, swing and stance. In the experiment for performance verification, we compared the proposed method and general feed forward neural network based method and showed that the proposed method is superior.

• 재활복지공학회논문지
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• 제7권2호
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• pp.139-144
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• 2013

다양한 신경계 및 근골격계 질환이 있을 때 나타나는 증상으로 보행변화가 일어나며, 이에 대한 보행분석은 병의 진행 정도를 판단하는 데 매우 중요하다. 대부분의 보행분석 방법으로는 고가의 장비 사용과 공간의 제약을 받고 있다. 본 연구는 스마트 폰을 이용한 촬영 영상과 보행궤적 분석 프로그램을 사용하여, 보행 시 슬관절 각도의 변화와 활보장 측정을 바탕으로 보행분석을 진행하였다. 보행분석에 필요한 실험은 건강한 성인남성 7명을 대상으로 진행하였으며, 오른쪽 및 왼쪽 무릎관절 각도 및 활보장에 대한 데이터를 이용하여 보행분석이 이루어졌다. 본 연구에서 얻어진 보행분석은 기존의 보행분석 연구들과 비교하여 유사한 결과를 획득하였다. 여기서 제안한 방법을 이용한다면 고가의 장비와 공간의 제약없이 보행 분석을 할 수 있을 것이다.

• 재활복지공학회논문지
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• 제8권4호
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• pp.259-265
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• 2014

본 논문은 보행의지를 파악하기 위해 IR 센서 기반 보행보조기를 이용하여 보행 시 슬관절 전방변위 측정과 하지의 근육활성도를 고찰하였다. 슬관절 전방변위 측정을 위해 보행보조기에 IR센서를 장착하였고, 근전도 (Bagnoli-8ch, Delsys Inc, USA)장비를 이용하여 대퇴직근, 대퇴이두근, 전경골근, 비복근을 측정 하였다. 실험에 참가한 피험자들은 성인 8명(나이 $23.7{\pm}0.5years$, 신장 $175.4{\pm}2.3cm$, 체중 $70.6{\pm}5.6kg$)이며 매주 30분씩 총 3주간 진행되었다. 보행 시 경사조건과 보행 속도의 증가에 따라서 슬관절 전방변위가 변화되는 결과를 확인할 수 있었다. 또한 근육활성도 결과, 전방경사 시 대퇴부 근육의 활성도가 증가하였고 후방경사 시 하퇴부 근육이 많이 활성화 되어 IR센서 결과와 유사한 경향을 확인할 수 있었다.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제21권6호
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• pp.503-509
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• 2015

In this paper, we designed and tested an ankle joint mechanism for a gait rehabilitation robot. Gait rehabilitation programs are designed to improve the natural leg motion of patients who have lost their walking capabilities by accident or disease. Strengthening the muscles of the lower-limbs and stimulation of the nervous system corresponding to walking helps patients to walk again using gait assistive devices. It is an obvious requirement that the rehabilitation system's motion should be similar to and as natural as the normal gait. However, the system being used for gait rehabilitation does not pay much attention to ankle joints, which play an important role in correct walking as the motion of the ankle should reflect the movement of the center of gravity (COG) of the body. Consequently, we have designed an ankle mechanism that ensures the safety of the patient as well as efficient gait training. Also, even patients with low leg muscle strength are able to operate the ankle joint due to the direct-drive mechanism without a reducer. This safety feature prevents any possible adverse load on the human ankle. The additional degree of freedom for the roll motion achieves a gait pattern which is similar to the normal gait and with a greater degree of comfort.

• 대한기계학회논문집A
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• 제41권8호
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• pp.771-782
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• 2017

본 논문은 노약자들의 발목근력보조를 위한 착용형 로봇에 대해서 서술하였다. 기존 착용형 로봇들은 보행 시 필요한 근력을 보조하기 위해 대부분 모터와 감속기를 사용하였다. 하지만 모터와 감속기의 조합은 무게가 무거울 뿐만 아니라 감속기 치차의 마찰때문에 실제 사람의 근육과 달리 강성과 토크를 동시에 제어하기 어려운 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 모터/감속기 조합보다 가볍고 안전하며 근력을 보조하는 힘을 충분히 발휘할 수 있는 Mckibben 공압 근육을 사용하였다. 발목의 피칭 모션에 이용되는 종아리 가자미근 및 앞정강근의 힘을 한 쌍의 공압 근육을 사용한 상극구동으로 보조하였으며, 상극구동제어를 위해 상극구동 모델 파라미터들을 실험적으로 도출하였다. 사용자의 보행의지를 판단하고자 발바닥에 부착된 압력변위센서로 압력과 압력중심위치를 측정하여 발바닥의 하중과 발목토크를 계산하였고, 이를 기반으로 공압 근육 관절의 강성과 토크를 동시에 제어하였다. 최종적으로, 트레드밀에서 근전도 신호를 측정하여 발목근력보조로봇의 성능을 실험적으로 입증하였다.

• 재활복지공학회논문지
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• 제9권4호
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• pp.319-329
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• 2015

본 논문에서는 다자유도 동적 하네스 시스템 개발을 위해 일상동작에서와 트레드밀 보행 시 하네스 체중 지지에 따른 하지 동작 패턴에 관한 연구를 수행하였다. 건강한 성인 남성 5명을 대상으로 일상생활 동작과 하네스 체중지지에 따른 좌, 우 대퇴직근, 외측광근, 전경골근, 외측 비복근과 족압을 측정하였다. 실험 결과, 일상생활 동작 수행 시 EMG는 각 구분 동작들에 따른 특이적인 근육 활성을 나타내었다. 슬관절의 굴곡과 신전을 요하는 앉기, 서기, 계단 오르기, 계단 내리기 동작에서의 외측광근의 활성이 두드러졌다. 족압 분포의 경우 일상생활 동작 중 중력방향으로 내려오는 계단 내려오기 동작에서 가장 큰 족압 분포 값을 보였다. 수동형 하네스 체중 지지율이 증가에 따라 근육 활성도와 족압 분포 값은 감소하는 경향을 보였다. 이러한 결과를 토대로 체중지지를 통한 보행 훈련이 체중지지율 변화에 따라 다양한 환자 군에 적용 시킬 수 있을 것이다 판단된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제11권10호
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• pp.3658-3665
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• 2010

최근 고령화 사회로의 진입 및 장애 인구의 증가로 인해, 인간의 복지를 위한 자동화 시스템에 대한 수요가 늘고 있다. 특히 재활 자동화와 관련한 로봇 시스템은 환자 본인 및 치료 보조자에 대한 수고를 덜어주면서도 기존의 전통적인 재활효과에 상응하는 성과를 얻을 수 있을 것으로 기대되고 있다. 본 연구는 하지 근력이 약화된 사용자들의 신체 자중을 보상해줌과 동시에 정상인과 같은 패턴의 보행 훈련을 수행할 수 있는 모바일형 보행 재활 시스템을 제안하고자 한다. 특히, 자중보상 시스템은 신체의 자세 변화 특징을 반영하여, 기구학적인 분석을 통해 구현하였으며 보행 가이드를 위한 제어 알고리즘과 더불어 메인 컨트롤 시스템이 내장된 모바일 플랫폼에 통합 적용되었다. 이러한 모바일 플랫폼은 사용자의 보행 속도의지를 반영하는 UCS(User Command System)와 플랫폼 자체에 내장된 자율주행 알고리즘의 병합되어 운용되도록 고안되었으며, 본 논문에서는 보행 훈련시의 BWS(Body Weight Support)의 효과에 대한 검증에 집중하고자 한다. 이를 위해 인체의 근전도 신호를 측정할 수 있는 EMG(Electromyography) 센서를 활용하여, BWS 및 모바일로봇을 활용한 자중 보상 시의 피험자의 하지 근력 패턴을 측정 및 분석하여, 정상 보행자와의 차이점을 비교함으로서 본 연구의 타당성을 검증하였다.