본 연구는 사람 팔의 움직임에 따른 신체 발생 신호인 근육의 근전도 데이터를 실시간으로 추출하여 신호 발생에 따른 외골격 로봇 팔의 동작을 통해 제어신호의 유효성을 평가하는데 그 목적이 있다. 지능형 알고리즘에 의해 인간의 인지와 판단의 결과가 팔의 근육을 통해서 제어 가능한 지를 실제 시스템을 구성하여 확인해 보는 것이다. 근육의 수축과 이완에 따른 근전도 센서 데이터는 외골격 로봇 팔을 구동하는 원신호로 사용되며 로봇 구동을 위한 힘을 전달하는 엑츄에이터가 인간의 팔의 동작을 모사한다. 이를 위해 아날로그 필터회로와 관련 회로를 설계하여 신호를 추출하였고 시스템의 동작을 위해 DSP컨트롤러를 통한 신호처리과정을 거친 후 지능 알고리즘을 통한 부하의 정확한 예측을 위한 퍼지 논리 알고리즘의 동작을 표현할 수 있는 외골격 로봇 팔을 제작하였다.
음함수 곡면은 부정형 물체의 모델링 성능이 탁월하여 다양한 골격요소가 사용된다. 골격요소의 모양이 다양할 수록 모델링 성능이 향상되는 반면 렌더링은 상대적으로 어려워진다. 따라서 본 논문에서는 다양한 골격요소를 사용하는 음함수 곡면을 interval method로 렌더링 하는 방법을 소개한다. 또한 정(point) 외에 복잡한 도형을 골격요소로써 사용할 때, interval method를 적용하는 경우 직면하게 되는 문제 해결 방법을 제안한다.
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.
유잉육종계열의 종양은 뼈와 연부조직에 발생하는 악성 소원형청색세포종양이다. 골격외 유잉씨 육종은 드문 악성 종양으로 연부조직에 발생한 유잉육종의 한 형태이며, 소아와 젊은 성인에서 호발한다. 흉폐부위에 발생한 골격외 유잉씨 육종은 임상적으로 만져지는 종괴나 통증으로 나타난다. 골격외 유잉씨 육종이 앞가슴벽을 침범한 경우에는 유방 종괴로 나타날 수 있으나, 이러한 보고는 드물다. 저자들은 22세 여성에서 유방 종괴로 나타난 앞가슴벽에 발생한 유잉씨 육종의 증례를 보고한다. 초기의 초음파에서 이 거대 종괴는 유방에서 발생한 종괴로 오인되었으나, 추가적인 전산화단층촬영 및 자기공명영상에서 종괴는 흉벽에서 기원하였음을 알 수 있었다. 영상의학과 의사는 골격외 유잉씨 육종의 영상 소견을 알고, 흉벽의 병변이 임상적으로 유방 병변으로 오인될 수 있음을 이해하는 것이 중요하다.
본 연구에서는 외골격 크기를 변화하여 효과적으로 구동력을 조절하고 우수한 장애물 통과능력을 가진 구형로봇을 구현하였다. 호버만구를 외골격으로 채택하고 슬라이더-크랭크 구조의 확대 수축 메커니즘을 설계하여 무선으로 로봇의 크기변화와 이동제어가 가능하도록 제어시스템을 구축하였다. 로봇의 효율적인 구동에 필요한 주요 변수를 확인하기 위하여 오일러-라그랑주 운동방정식을 세워 해석하였고, 이를 바탕으로 DC 모터를 선정하였다. 로봇의 성능을 평가하기 위해 Prototype 의 기초 구동실험을 진행함과 동시에 유한요소 해석을 통해 구조적 안정성을 보완한 최종 모델을 제작하였다. 결과적으로, 외경 기준 최대 650 mm 에서 최소 520 mm 까지 수축/팽창이 가능한 로봇이 0.85 m/s로 주행이 가능한 것을 확인하였다.
This paper is about the development of an insole sensor system that can determine the model of an exoskeleton robot for lower limb that is a multi-degree of freedom system. First, the study analyzed the kinematic model of an exoskeleton robot for the lower limb that changes according to the gait phase detection of a human. Based on the ground reaction force (GRF), which is generated when walking, to proceed with insole sensor development, the sensing type, location, and the number of sensors were selected. The center of pressure (COP) of the human foot was understood first, prior to the development of algorithm. Using the COP, an algorithm was developed that is capable of detecting the gait phase with small number of sensors. An experiment at 3 km/h speed was conducted on the developed sensor system to evaluate the developed insole sensor system and the gait phase detection algorithm.
가족성 저칼륨성 주기성 마비란 상염색체 우성 유전 질환으로 저칼륨혈증을 동반한 간헐적인 가역적 이완성 근육 마비를 특징으로 한다. 세포내 저류된 칼륨으로 인해 저칼륨혈증이 지속되고 근세포 활성이상으로 인해 마비가 발생하는 것으로 알려져 있다. 이러한 증상발현의 분자생물학적 기전을 확인하기 위해 세포 내 칼륨이온을 세포 밖으로 이동시키는 지연성 정류형 채널 단백질의 일종인 KCNQ3와 KCNQ5를 대상으로, 정상인과 환자에서 채취한 골격근 세포를 생리적 세포외 정상 칼륨농도인 4 mM과 탈분극 유도를 위한 고칼륨농도인 50mM에 노출시켜 단백질의 양적 변화 유무를 확인하였다. 유전자 발현양상을 확인하기 위해 mRNA의 양적 변화를 확인한 결과 모든 조건에서 유의한 변화가 관찰되지 않아 정상 칼륨조건과 고칼륨조건이 두 유전자발현의 변화를 야기하지 않음을 확인하였다. 그러나 단백질 양을 관찰한 결과 환자의 골격근 세포가 50 mM의 칼륨농도에 노출되는 경우 KCNQ3 단백질은 세포질 내에서 증가하고 세포막 내에서 감소하였다. 이는 환자의 골격근 세포가 고농도의 세포외 칼륨에 의해 탈분극 되는 경우 재분극에 중요한 기능을 담당하는 KCNQ3 채널 단백질이 세포질 내로 이동하여 재분극 형성의 장애를 초래하고 이로 인해 근세포 활성이 일어나지 않게 되어 마비를 유발할 수 있음을 시사하는 결과로 본 질환의 새로운 발병 기전을 설명할 수 있는 근거로 생각된다.
The purpose of this study is to verify the energy efficiency of the integrated system combining human and a lower extremity exoskeleton robot when it is applied to the proposed gait pattern. Energy efficient gait pattern of the lower limb was proposed through leg function distribution during stance phase and the dynamic-manipulability ellipsoid (DME). To verify the feasibility and effect of the redefined gait trajectory, simulations and experiments were conducted under the conditions of walking on level ground and ascending and descending from a staircase. Experiments to calculate the metabolic cost of the human body with or without the assistance of the exoskeleton were conducted. The energy consumption of the lower extremity exoskeleton was assessed, with the aim of improving the efficiency of the integrated system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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