• 재활복지공학회논문지
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• 제10권4호
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• pp.305-313
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• 2016

두 발을 번갈아 옮기며 몸을 앞으로 움직이는 단순한 동작의 반복으로 보이는 보행이란 과정은 실제 인체 내의 대부분의 근육 및 인대, 뼈가 연관되어 이루어지는 복잡한 행동이다. 신체 일부가 소실된 하퇴 절단자의 경우 생체조직이 온전히 보전되어 있는 일반인과는 달리 남은 생체 부위와 의지의 공학적인 성능에만 의존해 보행을 해야 한다는 어려운 상황에 직면하게 된다. 따라서 하퇴절단자를 위한 하퇴의지는 우선 환자가 기본적인 보행이 가능케 함과 동시에 최대한 복잡한 지면 상태에 적응할 수 있도록 설계가 되어야 한다. 원활한 보행을 위해서는 배/저굴 방향의 발목의 회전이 매우 중요하고 고르지 못한 지면 상태를 극복하기 위해서는 내/외전 방향의 족부의 회전 기능이 요구된다. 최근 생체역학적인 연구를 접목한 다양한 하퇴의지가 개발되고 있으나, 이러한 고가의 고성능 하퇴의지의 경우 주로 활동성이 높은 하지절단 환자들에 초점이 맞춰져 있다. 본 연구에서는 하퇴의지 착용자의 대다수인 활동성이 낮은 K2 레벨의 환자들을 위한 하퇴의지를 개발했다. 기본적인 보행 능력 향상을 위해서 배/저굴 방향으로의 회전이 가능한 유압식 발목을 개발했고, 이를 통해서 배/저굴 방향으로 각각 $2.5^{\circ}$와 $4^{\circ}$의 회전이 가능함을 확인했다. 또한 수동 조절이 가능한 유압 노즐을 탑재해 환자 개개인에 적합한 발목 회전 저항력을 설정할 수 있도록 설계했다. 내/외전 방향으로의 족부의 회전이 가능하도록 이중고무 방식의 중간재를 삽입해 각각 $3.6^{\circ}$와 $4.1^{\circ}$의 회전이 가능하도록 설계되어 측경사나 작은 장애물들을 극복할 수 있도록 제작했다. 본 연구를 통해 개발된 하퇴의지는 K2 레벨의 하퇴절단자들이 일상생활 중에 겪게 되는 다양한 지면 환경을 극복하는데 도움을 줄 것이다.

• 대한기계학회논문집
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• 제18권8호
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• pp.2101-2112
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• 1994

A two-dimensional biomechanical model was developed in order to calculated the lower extremity kinematics and kinetics during level walking. This model consists of three segments : the thigh, calf, and foot. Each segment was assumed to be a rigid body ; its motion to be planar in the sagittal plane. Five young males were involved in the gait experiment and their anthropometric data were measured for the calculation of segmental masses and moments of inertial. Six markers were used to obtain the kinematic data of the right lower extremity for at least three trials of walking at 1.0m/s, and simultaneously a Kistler force plate was used to obtain the foot-floor reaction data. Based on the experimental data acquired for the stance phase of the right foot, calculated vertical joint forces reached up to 0.91, 1.05, and 1.11 BW(body weight) at the hip, the knee, the ankle joints, respectively. The flexion-extension moments reached up to 69.7, 52.3, and 98.8 Nm in magnitude at the corresponding three joints. It was found that the calculated joint loadings of a subject were statistically the same for all his three trials, but not the same for all five subjects involved in the gait study.

• 한국운동역학회지
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• 제21권2호
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• pp.189-196
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• 2011

The purpose of this study was to verify the difference in biomechanical variation and pattern of the lower limb between planned and unexpected termination, which is related to the prevention of fatal fall in the elderly. Therefore, selected twenty subjects for each group which composed of females(age: $73.5{\pm}4.63$ year, height: $153.2{\pm}6.46$ cm, body mass: $58.98{\pm}5.82$ kg) and women(age: $23.4{\pm}2.5$ year, height: $164.65{\pm}3.9$ cm, body mass: $58.47{\pm}5.53$ kg) in their twenties. As a result, lower limb's extension moment and power were increased significantly in statistics(p<.05). Also, knee joint power showed instant changes from concentric contraction to eccentric contraction and hip joint power from eccentric contraction to concentric contraction. During unexpected termination there were dramatical increase in eccentric contraction and power(p<.05). In both planned and unexpected termination, ankle joint moment were higher in young group, but the moment of the hip joint were higher in the elderly group(p<.05). In contrast to younger group, there were no changes in knee extension moment in elderly group(p<.05). but showed relatively higher hip joint extension moment and power(p<.05).

• 한국운동역학회지
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• 제20권2호
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• pp.129-137
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• 2010

The purpose of this study is to investigate the effect of a 12-week aquatic exercise on obstacle gait in older women. Originally, 20 healthy female elderly participated this study but 12 of them completed the program. All participants were trained in the aquatic exercise program by an authorized trainer. They had come to the authors' lab three times during training period(0, 6, 12 weeks) and performed obstacle gait with three different height(0, 30, and 50% of leg length). After performed 3-Dimensional motion analysis following results were found. (1) For the CV, MVHC, TC, HC, statistically significances were shown in obstacle height. Although significant training effects were not shown, all variables showed typical patterns and it was considered as efficient motion to overcome the height obstacles. (2) The anterior-posterior and vertical GRF of support leg during support phase were revealed in height effect but in training one. However, differences between Peak 1 and Peak 2 in vertical GRF increased as training period increased. (3) Knee and hip resultant joint moments were affected by training but ankle resultant moments remained unchanged.

• 한국운동역학회지
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• 제13권2호
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• pp.161-173
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• 2003

This study was performed to investigate the kinematic and kinetic differences between functional walking shoe(FWS) and general sports shoe(GSS). The subjects for this study were 4 male adults who had the walking pattern of rearfoot strike with normal feet. The movement of one lower leg was measured using force platform and 3 video cameras while the subjects walked at the velocity of 2/1.5 m/s. The findings of this study were as follows 1. The angle of lower leg-ground and angle of knee with FWS was greater than with GSS at the moment of strike the floor and the moment of second peak ground reaction force. The decreasing rate of angle of ankle was smaller in FWS from the strike phase to the second peak ground reaction force. These mean upright walking and round walking along the shoe surface. 2. The maximal Increased angle of Achilles tendon and the minimal decreased angle of rearfoot were smaller in FWS very significantly(p<0.001). Thus FWS prevent the excessive pronation of ankle and have good of rear-foot control. 3. The vortical ground reaction force and the rate of it to the BW were smaller in FWS statistically(p<0.001). The loading rate was smaller in FWS, too, and thess represent the reduction of load on ankle joint and prevention of injuries on it.

• 한국운동역학회지
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• 제23권3호
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• pp.245-252
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• 2013

The purpose of this study was to analyze the effect that various loads have on the lower limb biomechanics. The following variables were measured and analyzed; performance time for each phase, lower limb moments and joint angles, and ground reaction forces. The kinematic and kinetic data was recorded by 2 force platforms and a motion capture system while 12 healthy adults in their twenties stepped down three steps under loads of 0%, 10%, 20% BW. Results are as follows. First, the different loading conditions did not seem to significantly affect the performance times and the joint angles. Second, the largest ground reaction forces were observed at the 1 step at the 10% BW condition. Finally, at the 0% BW loading condition the right hip extension moment was the smallest and the left hip flexion moment was the largest. The results show that there are not any significant changes in the biomechanics of the lower limbs under loading conditions up to 20% BW. Further investigations including more loading conditions with more weights and more additional steps analyzed are needed.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제16권11호
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• pp.13-19
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• 2015

우리 주변에서 가장 흔한 재료인 흙을 이용한 건설재료는 많은 장점에도 불구하고 장기적인 내구성과 보도로서의 보행감 등이 포장재로써 문제시되어 다짐 후 사용하거나 강도보강용으로 석회나 시멘트 등 다양한 고화재를 혼합하여 포장용으로 사용하고 있다. 그러나 친환경 고화재나 기타 보행성을 증가시키기 위한 혼합재가 포함된 포장재의 거동에 대한 연구는 아직 미진한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 친환경 고화재와 목재칩과 같은 자연재료를 이용한 혼합토를 이용한 포장재의 적정 배합비와 현장적용 특성을 평가하기 위해 역학시험을 통해 합리적인 배합비를 평가하고 현장 적용성을 평가하기 위해 탄성도시험인 볼 테스트를 수행하였다. 시험결과 목재칩의 함량은 1.5% 이하에서 구조물의 목적에 따라 선택하고 고화재는 10~15% 함량의 범위 내에서 결정하며, 보행성을 표현하는 GB 계수/SB 계수 비의 평가결과, 보행감을 고려한 고화재의 비율은 15% 이하의 값이 적합하나 목재칩의 비율에 따라 상이한 배합비의 선정이 필요할 것으로 판단된다.

• 한국시뮬레이션학회논문지
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• 제25권2호
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• pp.1-11
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• 2016

Floor Field Model(이하 FFM)은 보행자의 행동을 모델링하기 위한 Cellular Automata(이하 CA) 기반 보행모델이다. FFM에 대한 기존 연구들은 간단한 구조(하나의 방 혹은 방 안에 장애물이 있는 경우), 다소 복잡한 구조(여러 개의 방을 가지는 경우) 등에 대한 실험을 진행하였다. 다만, 실제 건물에 FFM을 적용하기 위해서는 다수의 방, 층, 계단, 출입문 등에 대한 정보들을 처리하기 위한 추가적인 방법론이 요구된다. 특히 이 과정에서 출입문에 대한 처리가 필요하다. 보행자들이 인지하는 출입문은 방의 출입문, 복도와 연결된 계단, 건물의 출입문 등 여러 종류가 있다. FFM에서는 Static Floor Field(이하 SFF)를 계산할 때, 출입문에 대한 정보가 필요하며, 앞서 언급한 출입문 중 어떤 것을 이용하여 SFF를 계산하는지에 따라 시뮬레이션 결과가 달라진다. 본 연구에서는 FFM에서 요구하는 데이터 구조에 따른 XML 형태의 건물 데이터 모델을 제시한다. 또한, 다수의 출입문을 처리하는 방법론을 정의한다. 이에 따라 건물 데이터 구축 및 대피시뮬레이터를 개발하였으며, 대학 캠퍼스 건물에 대해 시뮬레이션 실험을 수행하였다.

• 한국운동역학회지
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• 제19권1호
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• pp.179-186
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• 2009

본 연구는 3축 가속도 센서를 허리와 발등에 부착하여 호흡가스분석기와 에너지 소비량을 비교하고, 가속도 센서를 이용한 에너지 소비량 예측과 센서 부착위치에 따른 에너지 소비량에 관한 정확도를 살펴보는 연구를 실시하였다. 8km/hr 이상의 보행속도에서 산소소비량은 속도의 증가에 따라 보다 급격한 직선적 증가를 보인다는 것을 토대로 성인남성 9명을 대상으로 트레드밀위에서 $1.5{\sim}8.5km$/hr의 속도로 걷는 동작을, $4.5{\sim}13.0km$/hr로 뛰는 동작을 수행하였다. 또한 발등에 부착된 센서모듈과 비교를 위해 현재 시판중인 Nike+iPod Sports kit에서 측정된 에너지 소비량과의 비교도 수행하였다. 실제 에너지 소비량은 가스분석 기를 통하여 측정되었으며 각 부착위치마다 보행과 주행을 구분하여 다중회귀식을 구현하였다. 실험결과 허리에 부착된 센서모듈의 에너지 소비량의 예측이 발등과 Nike+iPod Sports kit 보다 상관관계가 높음을 알 수 있었다. 또한 보행과 주행으로 구분된 에너지 소비량을 예측한 결과가 허리와 발등에서 모두 평균 7.5km/hr이상에서 에너지 소비량이 교차함을 알 수 있었다. 하지만 Nike+iPod Sports kit의 경우, 9명 모두에서 에너지 소비량의 교차점을 찾을 수 없었다. 따라서 허리에 센서모듈을 부착하고 보행과 주행에 대한 다중회귀식을 구분함으로써 더욱 정확한 예측을 수행할 수 있었다.

• 한국운동역학회지
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• 제19권2호
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• pp.399-406
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• 2009

본 연구의 목적은 롤러 신발과 조깅 신발 착용 후 보행 시 운동학적 변인에 대하여 비교 분석 하는데 있다. 이를 위해 하지 근골격계에 이상이 없는 중학생 8명을 피험자로 선정하여 3차원 동작 분석을 실시하였다. 분석 결과, 활보장, 인체무게 중심변위 및 선속도, 관절각 및 각속도에서 집단 간 통계적으로 유의한 차이를 보였다. 특히 롤러 집단의 경우 지지 시 발목 관절각이 증가하고 무릎각의 각속도가 감소하는 결과를 나타내었다. 이는 롤러 신발의 경우 장착된 휠에 의해 지지 시 적절한 배측굴곡이 이루지지 못하고, 불안정성을 극복하기 위해 무릎의 과도한 굴곡이 나타난 것으로 사료되어 진다. 이러한 운동학적 변인의 차이는 롤러 신발 보행 시 정상 패턴과는 다른 불안정한 보행 동작을 유발시키고 이러한 동작이 지속적으로 이루어진다면 하지 근골격계에 변화를 유발시켜 부상 유발의 가능성이 있을 것으로 생각된다. 따라서 본 연구 결과를 토대로 향후 보다 안정성 높은 롤러 신발을 개발할 수 있을 것으로 기대된다.