최근 산업재해가 기업의 경영에 직.간접적으로 많은 손실을 끼치고 있는 가운데 협착 등의 재래형 산업재해는 감소하는 한편 용통 등의 근골격계통 직업성 재해가 급격히 증가하고 있는 추세이다. 이는 전공정에서 운반작업은 이루어 지고 있으며, 운반대상물, 기계설비, 작업방법 등이 작업자의 신체조건 을 고려하지 않은 부적절한 설계에 의한 무리한 동작의 유발이 그 원인으로 볼 수 있다. 따라서 본 연구에서는 현장의 데이터를 미국 및 일본의 인력작업기준 으로 한 기계설비의 인간공학적인 설계와 생체역학적인 인체의 요추부하의 분석을 통하여 중량물 취급 기준을 마련하여 작업공정 개선전과 개선후비를 비교 검토하고자 한다.
본 논문은 장비의 동작분석기법을 이용하여 운전자가 핸들을 돌릴 때 팔의 관절 운동에 대한 생체역학적 해석을 수행하였다. 모형 운전석에서 운전자가 핸들을 돌릴 때 모션 캡쳐(motion capture) 시스템을 이용하여 팔의 3차원 운동궤적을 구하고, 이 결과를 이용하여 팔의 근-골격계 모델에 대한 역기구학 해석과 역동역학 해석을 수행함으로써 팔 관절의 변위와 관절 토크의 크기를 계산하였다. 각 관절의 회전 운동은 동시에 복합적으로 발생하며, 관절 운동의 크기의 관점에서 팔꿈치 관절의 회내-회외, 어깨 관절의 내전-외전, 굴곡-신전, 손목 관절의 굴곡-신전 등이 주요한 운동임을 확인할 수 있었다. 모형 운전석의 운전 자세, 핸들의 각도 및 좌석에 대한 상대적 위치와 관련된 설계변수에 대한 관절운동의 민감도 해석을 통하여 운전 자세와 핸들의 위치가 조향 동작에 미치는 영향을 정량적으로 분석하였다.
본 연구의 목적은 보병용 휴대 배낭 설계를 위하여 인체공학적인 물자취급 중량을 검토하여 휴대 및 이동성능에 기초한 한계하중을 분석하는데있다. 제품설계시 인체공학적 설계가이드라인과 운용현황을 조사분석하여 효율적인 운용성능을 위한 기초자료로 제공하고자 한다. 본 연구에서는 인력물자취급시 역사적 관점에서 생리학적 연구방법, 생체역학적 연구방법, 인체심리학적 연구방법들을 검토하여 보병용 휴대배낭의 휴대성 및 이동성을 분석하였다. 휴대성과 이동성 간의 관계를 분석한 결과, 단거리의 짧은 기동거리에서는 생체역학적 기준치를, 1-2시간의 중간인 이동에서는 인체심리학적 기준치를, 4시간 혹은 그 이상의 장거리에서는 생리학적 기준치를 적용하여 각각의 가이드라인들을 상호 절충하는 것이 필요한 것으로 판단된다. 본 연구에서는 보병의 물자취급시 4가지 연구방법을 제안하였다. 이러한 기존의 설계 가이드라인을 분석한 결과, 병사의 인체사이즈 측면에서는 5%tile의 경우 -091kg으로 여유중량이 부족하지만, 95%tile에서는 34.17kg까지 여유중량이 발생하는 것으로 판단된다. 이러한 연구결과는 물자취급시 편하고, 효율적인 운용성능을 창출하기 위해서 휴대중량과 이동거리에 따라 여유중량을 관리해야 할 것으로 판단된다.
본 논문에서는 현재 진행 중인 인공 슬관절 연구에서 역학적 분석분야의 동향과 접촉 응력해석에 대하여 언급한다. 인공 관절 특히 슬관절은 인체에서 가장 크고 움직임이 복잡하여 인공 관절 설계가 어려우며 또한 이에 대한 생체역학적 실험이 쉽지 않다. 무엇보다도 외국에서 연구가 활발하고 제품 생산도 선진국에서 주도하고 있으며 그 기술 격차는 매우 큰 현실이다. 최근까지 발표된 논문과 특히 실험과 수치해석이 병행되어 우수한 결과가 발표된 논문 내용을 중심으로 역학 분야를 소개하고자 한다. 접촉 유한요소해석이 수행된 내용도 일부도 포함된다.
인체의 뼈와 같은 손상된 경조직을 치료 또는 대체하기위한 정형외과용 임플란트를 설계하는데 있어 뼈의 생체역학적 특성과 유사한 성질을 갖는 다공성 지지체에 대한 연구가 최근 관심을 끌고 있다. 다공성 지지체는 조직이 원활히 재생될 수 있어야 하며, 또한 주변 조직과도 생물학적인 고착이 잘 되도록 기공들이 상호 연결된 구조를 가져야 한다. 이와 같은 다공성 지지체용 소재를 제조하기 위하여 본 연구에서는 타이타늄 분말을 사용하여 3차원 적층조형공정으로 다공성 타이타늄 지지체를 제조하였다. 제조된 다공체의 물성 및 기계적 특성을 평가하기 위하여 압축시험과 변형해석을 수행하였으며, 아울러 제조된 지지체의 생체적합성 향상을 위하여 양극산화 공정 등의 표면처리를 수행하여 그에 대한 특성을 평가하였다. 분말야금 공정으로 제조된 지지체는 골조직의 성장에 적합한 약 $300\sim400{\mu}m$의 기공 크기를 갖도록 제어하였고, 기공도는 60~75%로 제어하였다. 아울러 다공성 타이타늄의 생체적합성을 부여하기 위하여 양극산화공정으로 지지체의 표면에 Ca 및 P을 포함하는 산화층을 형성시키는 표면처리를 수행하였다. 양극산화공정에 의하여 표면에 미세기공을 포함하는 산화층을 형성시킬 수 있었으나 이와 같은 표면구조는 조골세포의 부착과 영향에는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 확인되었다.
건강에 대한 관심이 높아지면서 헬스케어와 IT와의 결합으로 많은 IT관련 헬스 케어 시스템이 개발되고 있으며, 이러한 시스템의 수요 또한 증가하는 추세에 있다. 본 논문에서는 이와 같은 건강에 대한 관심을 반영하여 자신에 맞는 운동을 선택 및 수행하고 그에 따른 피드백을 받을 수 있는 시스템을 소개한다. 본 시스템은 헬스케어의 건강 관리 시스템을 피트니스 관점에 비중을 두어 이용자의 초기 운동 정보를 기반으로 몸에 맞는 운동을 처방하여 운동을 수행 시키고 그 결과를 저장한다. 운동 정보는 생체 신호 계측을 위한 물리량 센서 및 모듈에 의하여 측정된다. 저장된 운동 결과는 다음 운동 처방에 반영되어 피드백 방식으로 이용자의 운동에 적용된다. 운동 처방은 주단위로 수행되면서 지속적인 관리를 받을 수 있도록 설계되었다. 본 시스템은 운동 중 발생하는 무구속, 무자각적 생체 신호 계측을 위한 물리량 센서 및 모듈을 이용하여 다차원 생체 정보를 수집하고 생체 신호 표준화 및 생체 역학적 해석을 통해 데이터베이스를 구축하였다. 이렇게 구축한 데이터들을 통하여 지능형 바이오피드백 기반의 사용자 맞춤형 운동 관리 시스템을 개발하여 사용자의 건강 및 운동능력을 향상시키는데 그 목적이 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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