• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제20권8호
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• pp.875-881
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• 2014

The redundancy resolution of the seven DOF (Degree of Freedom) upper limb exoskeleton is key to the synchronous motion between a robot and a human user. According to the seven DOF human arm model, positioning and orientating the wrist can be completed by multiple arm configurations that results in the non-unique solution to the inverse kinematics. This paper presents analysis on the kinematic and dynamic aspect of the human arm movement and its effect on the redundancy resolution of the seven DOF human arm model. The redundancy of the arm is expressed mathematically by defining the swivel angle. The final form of swivel angle can be represented as a linear combination of two different swivel angles achieved by optimizing two cost functions based on kinematic and dynamic criteria. The kinematic criterion is to maximize the projection of the longest principal axis of the manipulability ellipsoid of the human arm on the vector connecting the wrist and the virtual target on the head region. The dynamic criterion is to minimize the mechanical work done in the joint space for each of two consecutive points along the task space trajectory. The contribution of each criterion on the redundancy was verified by the post processing of experimental data collected with a motion capture system. Results indicate that the bimodal redundancy resolution approach improved the accuracy of the predicted swivel angle. Statistical testing of the dynamic constraint contribution shows that under moderate speeds and no load, the dynamic component of the human arm is not dominant, and it is enough to resolve the redundancy without dynamic constraint for the realtime application.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권7호
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• pp.799-807
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• 2014

본 논문에서는 가용공간이 적은 실내에서의 사용을 중점으로 한 새로운 방식의 구동방식을 갖는 전동 볼체어의 개발을 소개하고자 한다. 볼체어의 가장 큰 특징은 크게 두 가지로 나뉜다. 첫째는, 구조적 특징으로서 부피와 무게를 최소화하기 위해 원형에 가까운 모양의 팔각형 외골격 프레임 설계를 수행하였고, 공을 포함한 모든 구동부가 로봇 내부에 장착되어 크기뿐만 아니라 사용안전성 면에서 실내용으로 적합하도록 설계하였다. 둘째는, 구동 메커니즘의 특징으로서 볼마우스의 동작 원리를 역발상하여 로봇의 구동방식에 적용하였다. x축, y축의 회전을 담당하는 두 개의 옴니휠이 공을 굴리는 방식으로 각각 모터의 속도를 제어하여 두 개의 바퀴만으로 전 방향 구동이 가능한 홀로노믹 시스템을 구현하였다. 이러한 두 가지의 특징으로부터 볼체어가 좁은 이동 공간에서 전방위 이동을 효과적으로 수행할 수 있음을 실험적으로 구현하였으며, 본 로봇의 자세한 개발 과정을 본 논문에 서술하였다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제40권6호
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• pp.223-229
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• 2019

The number of knee-related disease patients and knee joint surgeries is steadily increasing every year, and for knee rehabilitation training for these knee joint patients, it is necessary to strengthen the muscle of vastus medialis and quadriceps femoris. However, because of the cost and time-consuming difficulties of receiving regular hospital treatment in the course of knee rehabilitation, we developed knee exoskeleton using rapid prototype for knee rehabilitation with feedback from the electromyogram (EMG) and inertia motion unit (IMU) sensor. The modules was built on the basis of EMG and an IMU sensor applied complementary filter, measuring muscle activity in the vastus medialis and the range of joint operation of the knee, and then performing the game based on this measurement. The IMU sensor performed up to 97.2% accuracy in experiments with ten subjects. The functional game contents consisted of an exergaming platform based on EMG and IMU for the real-time monitoring and performance assessment of personalized isometric and isotonic exercises. This study combined EMG and IMU-based functional game with knee rehabilitation training to enable voluntary rehabilitation training by providing immediate feedback to patients through biometric information, thereby enhancing muscle strength efficiency of rehabilitation.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제16권5호
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• pp.941-946
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• 2021

본 논문은 3D프린터와 모터를 활용해 무게와 부피를 줄인 재활용 웨어러블 로봇 손의 설계 및 구현에 관한 연구이다. 재활용 웨어러블 로봇은 재활의 효과도 중요하지만, 사용의 간편성 또한 중요하다. 하지만 현재 연구 및 개발된 재활용 외골격 로봇은 부피와 무게가 무겁거나 제자리에서 사용해야 하는 것이 대부분이다. 따라서 착용에 용이하고 사용자에게 중량이 부담되지 않는 웨어러블 로봇이 필요하므로 경량화된 전동식 재활용 웨어러블 로봇 손을 제안하였다. 3D프린터를 사용하여 무게와 부피를 줄이고 착용에 용이하도록 설계를 진행하였다. 또한, 휴대성을 높이기 위해 공압 방식이 아닌 모터기반의 전동방식을 채택해 구조를 간단하게 구성하였다. 최종적으로 경량화된 전동식 재활용 웨어러블 로봇 손의 실험을 통해 제안한 방식의 효용성을 검토하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권12호
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• pp.1521-1527
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• 2013

본 논문에서는 마스터 조정자인 인간의 근육강도과 관절변위를 측정하여 슬레이브장치가 외부환경에 맞는 작업능력을 발휘할 수 있는 마스터/슬레이브 원격조정시스템을 제안한다. 외골격형 기구부와 경량의 관성센서를 사용하여 마스터 착용자의 편리성을 높였으며 인간의 근육과 동일한 운동특성을 가진 공압인공근육으로 슬레이브 기구장치를 구성하여 운동의 모사능력을 향상시켰다. 실험을 통해서 단순히 마스터의 위치정보만 전달하는 원격조정에 비해서 제안된 마스터는 인간 조정자가 근력의 세기를 조절함으로써 슬레이브에 작용하는 가반하중의 변화에 관계없이 균일한 제어성능을 가질 수 있었다.

• 대한정형외과학회지
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• 제56권3호
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• pp.234-244
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• 2021

목적: 현재까지 군에서 발생하는 총기 및 폭발물 손상은 그 중요성에 비해 연구된 것이 제한적이었다. 이를 극복하기 위해 최근 4년간 총기 및 폭발물에 의해 수상한 군인 환자의 근골격계 손상에 대한 특징을 확인하고자 하였다. 대상 및 방법: 2015년 1월부터 2019년 7월까지 총기 및 폭발물에 의해 근골격계 손상을 당한 군인 환자를 대상으로 하였다. 의무 기록과 의료영상저장전송시스템 영상자료를 분석하고, 전화 면담을 통해 short musculoskeletal function assessment (SMFS)를 이용한 기능평가를 후향적으로 시행하였다. 기능평가에 대한 통계 분석으로 무기종류에 따른 분석은 t-test를, 다른 요인에 따른 분석은 ANOVA 분석을 실시하였다. 결과: 총기 및 폭발물에 의한 손상으로 치료받은 총 61명의 환자 중 30명(49.2%)이 근골격계 손상으로 정형외과적 치료를 시행받았다. 평균 수상 나이는 26.4세(21-52세)였다. 간부와 병사의 수는 비슷하였다. 총기 손상이 11명, 폭발물 손상이 19명이었다. 30명 중 수도병원에서 16명(53.3%)이, 민간병원에서 10명(33.3%)이 치료받았다. 12명에게 복수부위 손상이 있었고, 골절이 동반된 16명(53.3%)의 환자 중 절반 이상인 7명의 환자가 다발성 골절이었다. 수부와 하퇴부가 가장 흔한 수상 부위였다. 2명을 제외하고는 모두 개방창이 있었으며, 연부조직 재건술이 필요한 환자는 14명(46.7%)이었다. SMFS 기능평가에는 15명이 응답하였다. 계급에 따른 분석 결과, Borther Index에서 간부의 결과가 통계적으로 유의하게 낮은 것으로 분석되었다(p=0.05). 치료 병원에 따른 분석 결과, Dysfunction Index와 Bother Index 모두 수도병원에서 치료 받은 인원의 점수가 통계적으로 유의하게 낮은 것으로 분석되었다. (p=0.0008, p=0.0149) 결론: 국내 무기에 의해 수상한 군인 환자에 대해 분석한 첫 연구이다. 무기 손상 환자의 치료에 있어 orthopedic burden이 높음을 확인하였으며, 장기적으로 이런 환자들에 대한 치료평가 및 군 외상 시스템 발전을 위해 총기 및 폭발물에 의한 손상 환자를 포함한 군 외상환자 레지스트리 구축이 필요하겠다.