Journal of Korea Society of Industrial Information Systems (한국산업정보학회논문지)

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Kinematic and dynamic analysis of a spherical three degree of freedom joint rehabilitation exercise equipment

3자유도 구형관절 재활운동기기의 기구학 및 동역학 해석

  • 김선필 (경주대학교 전기에너지전자공학과)
  • Published : 2009.12.30
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Abstract

This paper investigates the kinematic and dynamic analysis of a spherical three degree of freedom parallel joint module, which is used in the exercise equipment for balance and leg-strength improvement of aged people. The joint module has three dyads which consist of two links and three revolute joints, and their all joints intersect at the global point located at the module's center. The paper shows the explicit mathematical procedure for deriving the closed form solutions in the inverse and forward position analysis of this parallel joint module. In velocity and acceleration analysis, we derived relations for joint velocities and accelerations of dyads and rotational velocity and acceleration of the top plate. For applying this module to rehabilitation exercise, we determined the dynamic model of the Korean males in their 50s and examined the model's results by dynamic model simulation.

노인의 평형성 향상과 근력강화 운동을 병행할 수 있는 운동기기 개발을 위해 병렬형 구형관절 모듈을 채택하였다. 병렬형 구형관절 모듈은 링크 2개, 회전관절 3개의 조합으로 된 다이애드 3조가 병렬로 설치되어 있고 모든 회전축은 모듈의 중간 위치에 교차하여 3자유도 회전운동이 가능하다. 본 연구에서는 구형관절 모듈의 기구학 및 동역학 해석을 실시하였으며 제어프로그램을 위한 순방향 및 역방향 위치해석에 대한 수학적 해석해를 도출하였다. 속도 및 가속도해석에서는 임의의 다이애드 내의 관절속도 및 가속도에 대한 상판 속도 및 가속도의 관계식을 유도하였다. 본 연구에서는 재활운동기구로서 사용하기 위해서 50대 이상 한국인 표준 남성에 대한 모델을 선정하여 동역학 모델 시뮬레이션을 통하여 이러한 결과의 유효성을 검증하였다.

Keywords

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