• 로봇학회논문지
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• 제8권1호
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• pp.8-19
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• 2013

One of the important issues for structural and electrical specifications in developing a robot is to determine lengths of links and motor specifications, which need to be appropriate to the purpose of robot. These issues become more critical for a gait rehabilitation robot, since a patient wears the robot. Prior to developing an entire gait rehabilitation robot, designing of a 1DOF assistive knee joint of the robot is considered in this paper. Human gait motions were used to determine an allowable range of knee joint that was rotated with a linear type actuator (ball-screw type) and links. The lengths of each link were determined by using an optimization process, minimizing the stroke of actuator and the total energy (kinetic and potential energy). Kinetic analysis was performed in order to determine maximum rotational speed and maximum torque of the motor for tracking gait trajectory properly. The prototype of 1 DOF assistive knee joint was built and examined with a impedance controller.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제16권6호
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• pp.579-585
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• 2010

In this paper, an assistive device for a knee joint to help a disabled person to stand up by supporting power is presented. The device is designed and controlled by using damping characteristics of the MR (Magneto-Rheological) damper. The MR damper helps the person to sit slowly and safely. A DC motor supports muscle power in the case of standing motion. Thus the device helps the disabled person to sit down and stand up. Through the experiments, it is feasible that an assistive device can help the disabled person to standup according to the foot pressure change.

• 재활복지공학회논문지
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• 제6권2호
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• pp.9-14
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• 2012

본 연구에서는 선형 작동기로 동작하는 진보된 능동 의족 무릎 관절 구조를 제안한다. 기존의 연구에서 능동 의족은 일반적으로 3절링크 구조로 되어 있는 형태로 묘사된다. 그러나 이러한 의족은 통상 동작이 다리와 많은 차이가 있기 때문에 동작 시 노이즈에 민감하며, 제어 정밀도 역시 높게 요구된다. 본 연구에서는 이러한 점을 감안하여 4절링크로 된 새로운 의족구조를 제안하였다. 기구학을 이용하여 의족의 움직임을 예측하고 기존의 의족구조와 비교하였다. 동역학 해석 툴을 사용하여 보행 동작을 시뮬레이션 해 보고 그 결과를 해석하였다. 시뮬레이션 결과 기존의 3절링크 의족에 비해 절반의 최고 속력만으로도 인체 보행동작 모사가 가능한 것으로 나타났다.

• 대한인간공학회지
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• 제29권3호
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• pp.357-364
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• 2010

This study proposes a lower-limb exoskeleton system that is controlled by a wearer's muscle activity. This system is designed by following procedure. First, analyze the muscle activation patterns of human leg while walking. Second, select the adequate actuator to support the human walking based on calculation of required force of knee joint for step walking. Third, unit type knee and ankle orthotics are integrated with selected actuator. Finally, using this knee-assistive system (KAS) and developed muscle stiffness sensors (MSS), the muscle activity pattern of the subject is analyzed while he is walking on the stair. This study proposes an operating algorithm of KAS based on command signal of MSS which is generated by motion intent of human. A healthy and normal subject walked while wearing the developed powered-knee exoskeleton on his/her knees, and measured effectively assisted plantar flexor strength of the subject's knees and those neighboring muscles. Finally, capabilities and feasibility of the KAS are evaluated by testing the adapted motor pattern and the EMG signal variance while walking with exoskeleton. These results shows that developed exoskeleton which controlled by muscle activity could help human's walking acceptably.

• 재활복지공학회논문지
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• 제10권1호
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• pp.65-72
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• 2016

본 논문은 계단 보행 조건에서 작동할 수 있는 능동형 대퇴의지를 설계하고 구조 최적화를 통해 경량화를 진행하는 것을 목적으로 한다. 계단 보행 시 무릎에 걸리는 토크는 일반 보행에 비해 크므로 능동형 상대적으로 큰 토크를 낼 수 있는 동력 시스템이 필요하다. 또한 의지의 무게는 사용자의 착용감과 피로감과 연관이 되므로 의지의 경량화 설계 또한 필수적이다. 계단 보행 시 필요한 토크를 만들어내고 경량화와 소형화 구조를 적용하기 위해 플랫형 BLDC 모터를 사용하였다. 다양한 감속 장치를 이용해 필요 토크를 생성하고 작동각도 및 속도를 만족할 수 있게 감속비를 선정하였다. 구조 및 구동부 설계가 완료된 후 최적화를 통해 구조 경량화를 수행하였다. 계단 보행 시 나타나는 하중 조건을 고려하여 최적화를 수행하였으며, 해석 및 실험을 통해 최적화된 구조의 안정성을 검증하였다. 결과적으로 구조물의 강성은 유지하면서 위상 최적화와 형상 최적화를 통하여 무게를 감량하였으며, 공간 효율이 좋아졌다.

• 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.

• 재활복지공학회논문지
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• 제7권2호
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• pp.101-107
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• 2013

본 연구는 이중 벨트 트레드밀을 이용하여 좌우 독립적 보행 시 횡축 체중부하 감소 유무에 따른 하지 근력불균형 개선효과에 대해 고찰하고자 한다. 피험자들은 하지의 좌우 근력차이가 20% 이상인 자 20명이며 체중부하 감소 유무에 따라 각각 10명씩 그룹으로 나누었다. 실험은 보행운동을 격일로 40분씩 주 3회, 총 4주간 진행되었으며 2주마다 등속성 관절토크 검사를 실시하여 고관절, 슬관절 및 족관절의 최대근력과 평균일률을 평가하였다. 실험 결과, 고관절에서 가장 큰 하지의 좌우 최대근력 불균형 개선효과(12.51%)를 보였으며 슬관절에서는 근반응성 개선효과(10.66%)가 크게 나타났다. 체중부하 감소방법은 하지의 근력불균형 개선효과에 긍정적인 결과를 기대할 수 있다고 사료된다.

• 재활복지공학회논문지
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• 제7권2호
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• pp.41-46
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• 2013

본 논문은 대퇴 절단 환자를 위한 의지를 설계하고 최적화를 통해 경량화하는 것을 목적으로 한다. 대퇴절단환자의 경우 정상적인 보행을 위해서는 무릎 관절의 움직임을 모사하는 것이 무엇보다 중요하다. 따라서 무릎 관절 움직임을 모사할 수 있는 1자유도의 능동형 대퇴 의지를 설계하였다. 3개의 링크들로 이루어진 기구학 식을 통해 능동형 대퇴 의지의 작동범위 및 토크를 계산하였다. 또한 의지를 구성하는 주요 부품에 대한 유한요소해석을 통해 작동 환경에서의 안정성을 검증하고 최적화 기법을 통해 중요 부품의 경량화를 진행하였다. 동일한 조건에서 형상최적화를 수행하여 안정성을 확보하면서 최소부피를 가지는 형상을 구현하였다. 해석 결과를 통해 주요 부품의 경우 약 35%정도 무게가 감소한 것을 확인할 수 있다.(abstract)와 동일한 내용으로 국문으로 작성하시면 됩니다. 본 논문은 생체신호를 기반으로 하여 노약자들이 사용할 수 있는 재활기기들의 훈련 프로그램 및 데이터 관리에 대한 것이다. 노약자의 신체조건, 취향에 대한 기능적, 감성적 특성을 반영하여 개발된 프로그램으로서 남녀 구분이 되어 있다. 65세 이상의 노약자 20명을 대상으로 수행한 일련의 실험을 통하여 프로그램의 신뢰성과 우수성을 확인하였다.

• 재활복지공학회논문지
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• 제8권3호
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• pp.177-185
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• 2014

본 연구에서는 하지마비 장애인의 족하수 방지를 위하여 족배굴곡 보조를 위한 외골격 보조기를 개발하였다. 본 보조기는 인공 근육형 공압 액추에이터를 이용한 동력 전달부, 동력부의 고정을 위한 무릎 관절 착용부 및 보행 신호 검출을 위한 발목 관절 착용부로 구성되었다. 보조기는 무릎 관절 착용부와 발목 관절 착용부에 고정되어 족배굴곡 토크를 발생시켰으며, 발바닥 압력센서를 통해 사용자의 보행 단계를 검출하고, 족배굴곡 보조 타이밍을 감지하도록 하였다. 보행에 이상이 없는 건강한 65세 이상 고령자 7명과 20대 성인 10명을 대상으로 외골격 보조기의 족배굴곡 보조에 대한 성능을 확인한 결과, 인공 근육형 공압 액추에이터의 보조 시 전경골근의 근활성이 감소하는 결과가 나타났다. 향후 연구에서는 하지마비 환자를 대상으로 외골격 보조기의 효과를 검증할 것이다.