• 한국지능시스템학회논문지
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• 제16권4호
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• pp.485-492
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• 2006

본 논문은 휴머노이드 로봇 ISHURO의 분산 제어를 위한 네트웍 구현에 대해 다루고 있다. 일반적으로 휴머노이드형 로봇은 기구학적으로 유연한 동작을 위해 다수의 자유도가 필요하다. 이를 구현하기 위해서는 중앙에서 일괄적으로 처리 하는 것 보다 간결 하면서도 유연성을 줄 수 있는 분산 처리 방법이 선호되고 있다. 분산 처리를 위한 제어기를 구성할 때는 로봇의 모터를 독립적으로 제어하기 위한 제어기가 별도로 필요하며 모듈 간에는 정해진 시간 내에 데이터를 교환할 수 있는 통신 기법이 필요하다. ISHURO의 각 관절은 자체 내에 독립된 DSP를 내장하고 있으며 CAN 네트웍을 이용하여 모듈간의 통신을 하여 구동기를 재어하거나 센서의 값을 모니터링 할 수 있게 되어 있다. 본 논문에서는 이를 위한 통신 구조를 제안하고 필요한 전송 메시지를 정의하고, 전송시간을 분석하여 로봇 분산 제어기 구조에 적절한 전송 프로토콜을 제시하였다. 모든 과정은 Matlab을 이용하여 컴퓨터모의실험을 수행하였고 실제 휴머노이드 로봇에 적용하여 보행실험을 통해 검증 하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제35권12호
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• pp.1585-1591
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• 2011

본 연구에서는 사용자의 손에 장착하여 손의 움직임을 측정하고 힘의 반영이 가능한 새로운 형태의 데이터 글로브(data glove)를 제안한다. 본 연구의 데이터 글로브는 인간의 외골격 구조의 분석이 기반하고 있으며 하나의 손가락 모듈은 4절기구의 조합을 통하여 1자유도로 구동이 되도록 고안되어 있다. 데이터 글로브는 펴기(extension)와 구부리기(flexion)를 할 수 있으며 내전(adduction)/외전(abduction)을 위해서 두 개의 유니버설 관절을 이용한 새로운 metacarpal joint 메커니즘을 고안하였다. 동 데이터 글로브의 유효성을 평가하기 위하여 검지손가락을 위한 구동회로와 센서를 포함한 전체 시스템을 제작하였으며 가상공간에 동적 시뮬레이션을 통해서 나타낸 물체를 조작하는 실험을 수행하였다.

• 한국컴퓨터정보학회:학술대회논문집
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• 한국컴퓨터정보학회 2014년도 제50차 하계학술대회논문집 22권2호
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• pp.21-24
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• 2014

본 연구는 뇌손상(뇌졸중, 외상성 뇌손상, 뇌성마비 등)으로 인하여 손의 능동적 움직임이 결여되어 발생하는 관절의 구축, 근육의 단축, 근육의 탄력성 저하 등의 문제점을 분석하여 인체 역학적 모델에 따른 과학적 설계를 기반으로 환자의 손 기능 회복을 위하여 로봇 기술과 스마트폰의 융합을 통한 재활 로봇 보조 치료기를 설계하고 구현하였다. 제안된 시스템은 일반적인 근 경직을 치료하는 방법을 응용하여 IT 기술과 로봇기술을 융합하여 치료사들의 부담을 덜어 주고, 환자들에게 오랫동안 정확한 운동을 반복적으로 할 수 있도록 하는데 목적이 있다. 하나의 구동기로 2자유도의 움직임을 조절 할 수 있는 링크 매커니즘과 링크의 길이를 조절하여 신전(extension)과 과신전(Hyperextension)의 범위 조절이 가능하도록 로봇 플랫폼을 설계하였다. 또한 환자의 재활정도 및 상태에 적합한 운동속도, 운동반복횟수 등을 손쉽게 조작할 수 있는 등의 개인 맞춤형 재활훈련이 가능한 사용자 인터페이스를 설계 및 구현하였다.

• 재활복지공학회논문지
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• 제7권2호
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• pp.55-62
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• 2013

본 논문은 편마비 환자나 장애인의 보행을 지원하는 외골격 로봇에 대해 연구하였다. 2축 자유도를 가진 외골격 로봇 개발 및 관절 운동에 대해 테스트 하였다. 정상적인 사람으로부터 얻어진 EMG 신호를 분석하고, 편마비 환자를 정상적인 사람처럼 보행 할 수 있도록 보조 로봇을 편리하고 자동화된 보행이 되도록 제어신호를 추출 하였다. 편마비 환자의 보행을 위한 기능적 전기 자극(FES)를 사용하는 목적이 손상된 기능을 복원하는 것이다. 그러나 이것은 사용을 잘못하면 환자에게 치명적인 전기 충격을 줄 수 있거나 지속적인 자극으로 근육피로의 원인이 될 수 있다. 최소한의 근육 피로도로 편마비 환자의 편리한 걸음은 제어 신호로 외골격 보조 로봇의 조작을 통해 가능성을 제시하였다. 보행 보조 외골격로봇은 FES 자극기를 사용하는 것보다 보다 효율적으로 동작할 수 있음을 보였다. 본 연구 실험은 앉아, 서, 걷기같이 우리의 생활에 보통의 움직임을 수행하고, 버튼스위치, 피에조 센서와 특별히 피드백 제어 시스템은 부드러운 보행 모션이 되도록 하였다. 그리고 실험결과도 건강한 다리의 근전도 신호를 편마비 환자의 손상된 다리의 보조로봇 시스템의 동작신호로 이용하여 편리하게 이동할 수 있음을 보여준다.

• 한국멀티미디어학회논문지
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• 제13권11호
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• pp.1715-1727
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• 2010

인간의 손은 현실의 사물과 인터랙션하는 가장 직접적이고 자연스러운 인터페이스라고 할 수 있으나, 가상 환경에서는 인간 손 관절체의 높은 자유도와 관련 인터페이스 장치의 한계로 말미암아 가상현실 애플리케이션에 활발히 도입되고 있지 못한 상황이다. 특히, 가상 조립 시뮬레이션은 제품 개발 단계에서 디지털 목업의 검증을 위한 프로세스로서 가상현실 애플리케이션 중 도전적인 주제라고 할 수 있다. 하지만, 가상의 객체를 파지(grasp)하기 어렵고 지속적으로 세밀하게 조작 할 수 없는 점 등은 핸드 햅틱 인터랙션이 가상 조립 등의 가상현실 애플리케이션에 적용 시 커다란 장벽으로 인식되고 있다. 본 논문에서는 핸드 햅틱 인터랙션을 두 관점에서 분석하여 각 단계별로 단계적 절차를 수행하는 방법을 제안하고자 한다. 인간이 사물을 쥐고 조작할 때, 손 안에서 사물이 빠져나가지 않도록 사물의 외형에 따라 손의 힘의 균형을 조절하는 견고함과 일단 사물을 쥐게 되면 손 안에서 인간의 의도를 반영한 정밀한 사물 조작이 가능한 세밀성이 가능한 핸드 햅틱 인터랙션을 제안하고자 한다. 제안된 알고리즘은 초기 grasp를 용이하게 하기 위해 품질평가척도를 통해 grasp의 견고함을 확보하고, 세밀한 조작성을 확보하기 위해 물리 기반의 시뮬레이션을 수행한다. 제안된 방법의 효율성을 평가하기 위하여 서로 다른 디스플레이 환경-모노, 입체 디스플레이-에서 실험을 수행하였다. 그리고 2-way ANOVA 테스트를 통하여 본 연구에서 제안한 충돌 전 grasp 단계와 충돌 후 조작 단계로 구분된 알고리즘이 앞서 언급한 두 관점을 모두 만족함을 보였다. 마지막으로, 제안된 인터랙션 방법을 이용하여 복잡한 그래픽 모델에 관한 가상 조립 시뮬레이션에 적용된 실 사례를 보였다.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제17권5호
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• pp.941-948
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• 2022

인간의 접근이 어려운 재난 현장에 투입되는 재난 대응 로봇은 재난의 확산 방지 및 피해 최소화를 위해 현장탐색, 인명구조 등의 임무를 수행한다. 재난 현장에는 다양한 장애물이 산재한 험지, 통신 장애, 비가시적인 환경 등 복합적인 요인으로 인해 로봇 운용에 어려움이 있다. 본 논문에서는 직렬연결이 가능한 바퀴 로봇 모듈을 개발하였다. 바퀴 로봇 모듈은 직접 구동이 가능한 로봇 모듈과 수동으로 구동되는 로봇 모듈 두 가지로 개발하였다. 두 개의 직접 구동이 가능한 로봇 모듈과 하나의 수동으로 구동되는 로봇 모듈을 직렬연결하여 하나의 바퀴 로봇을 구성하였다. 로봇 모듈은 1 자유도 회전 관절로 연결되어 바퀴 로봇은 수직 방향으로의 장애물 회피가 가능하다. 바퀴 로봇은 압력 센서만을 이용해 주행과 장애물 극복을 수행하도록 제어하여 비가시적 환경에서 운용할 수 있도록 하였다. 바퀴 로봇의 성능 평가를 위해 두 개의 직접 구동이 가능한 바퀴 로봇 모듈과 한 개의 수동으로 구동되는 바퀴 로봇 모듈을 연결하여 장애물 극복 실험을 수행하였다. 바퀴 로봇은 압력 센서만을 사용해 최대 높이 80 mm의 계단형 장애물을 24.5초의 시간 동안 성공적으로 극복하여 비가시적인 상황에서 주행 및 장애물 극복이 가능함을 확인하였다.

• 생명과학회지
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• 제32권4호
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• pp.325-330
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• 2022

수영은 육상과 더불어 대표적인 기초 종목으로 손, 발을 사용하여 물속에서 헤엄치는 종목이기 때문에 기술적 훈련과 더불어 물의 압력에 따른 신체적 적응이 매우 중요하게 고려된다. 수영은 지상의 운동과는 다르게 물속에서 손과 발을 이용해 나아가고, 물의 저항으로 인해 근육을 움직이는 전신운동으로 높게 평가되고 있으며, 비만의 예방과 혈관질환의 치료에 많이 사용되는 운동 중 하나이다. 비교적 안전한 종목에 속하지만 다른 스포츠 종목들과 비슷하게 크고 적은 스포츠 상해가 발생 한다. 하지만 현재까지 수영 종목에서 유발되는 상해와 재활에 관한 연구 자료는 부족한 상황이다. 수영 선수의 상해는 일반적으로 고강도의 훈련, 많은 훈련 량 등으로 인해 발생하며, 수영 선수들에게 가장 많이 발생하는 상해와 질환으로는 극상근건염(supraspinatus tendinitis), 이두근건염(biceps tendinitis), 슬관절의 내측 활액막염(synovitis), 발등의 신근 건염(extensor tendinitis), 요통(low back pain)을 동반하는 척추분리증(spondylolysis), 척주전방전위증(spondylolisthesis) 등이 있다고 보고되고 있다. 또한 수영 경영 선수의 스포츠상해 부위 및 빈도조사 연구분석에 의하면 상해부위는 어깨관절(50%), 허리(23%), 하지(22%) 등의 순으로 높게 나타났으며, 상해종류로는 근육 손상과 인대손상이 대부분을 차지한다. 본 연구결과 수영 종목의 상해 부위는 상지(목, 어깨, 팔, 손목), 하지상해(무릎, 발목), 및 허리상해 순으로 나타났다. 그리고 영법별 상해분석으로 자유형, 배영, 접영 영법에서는 어깨 부위 상해가 많이 발생하였고 회전근개손상, 충돌증후군, SLAP (superior labral tear from anterior to posterior) 병변 순으로 나타났다. 평영 영법은 하지손상인 무릎손상, 평영과 접영은 척수상해, 접영은 허리상해 순서로 나타났다. 따라서 지도자는 선수들이 부상을 당하지 않도록 충분한 준비운동과 정리운동을 실시하도록 하고, 응급처치를 숙지하여 부상 발생 시 빠른 응급처치로 2차 손상을 예방할 수 있도록 해야 한다. 아울러 코치 및 지도자는 선수들에게 알맞는 재활 방법들을 처치하고, 선수들의 상해 예방과 처치에 대한 이해와 교육이 수반되어야 할 것이다. 추후 수영 영법 별 상해 예방과 상해 처치 그리고 재활방법에 관한 구체적인 기전적 연구들이 수행 되어져야 할 것으로 사료된다.

• 대한치과보철학회지
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• 제61권4호
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• pp.257-267
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• 2023

목적. 이 연구의 목적은 치의학 교육을 위한 프로토타입 로봇 시뮬레이터를 제작하고, 하악운동을 시뮬레이션 할 수 있는지 여부를 테스트하며, 치과실습 중 자극에 대한 시뮬레이터의 반응 가능성을 평가하는 것이었다. 재료 및 방법. 가상 시뮬레이터 모델은 cone-beam computed tomography (CBCT) 데이터를 사용하여 경조직을 구획화한 후 제작되었다. 시뮬레이터의 프레임은 polylactic acid (PLA) 소재를 사용하여 3D 프린팅 되었으며, 덴티폼과 실리콘 얼굴 스킨을 장착하여 모델을 형성하였다. 서보 액추에이터는 시뮬레이터의 움직임을 제어하는데 사용되었고, 다양한 센서들로 시뮬레이터의 반응을 생성하였다. 수위 센서가 반응하는 물의 양을 측정하기 위해 수위테스트가 수행되었다. 또한, 컴퓨터 시뮬레이션과 실제 모델을 통해 시뮬레이터의 하악운동과 하악운동 범위를 테스트하였다. 결과. 프로토타입 로봇 시뮬레이터는 작동 장치, 전기 장치가 있는 상반신, 턱관절을 포함하는 머리 및 덴티폼으로 구성되었다. 시뮬레이터의 턱관절은 회전 및 병진 운동을 구현하면서 2자유도를 구동할 수 있었다. 수위 테스트에서 수위 센서의 특정 임계값은 10.35 ml였다. 컴퓨터 시뮬레이션과 실제 모델 모두에서 인간의 움직임을 모방하였고, 시뮬레이터의 하악운동 시 개구범위는 50 mm였다. 결론. 효율성과 안정성을 개선하기 위해서는 더 많은 발전이 필요하지만, 본 상반신 프로토타입의 시뮬레이터는 향후 치과실습 교육에 잠재적으로 유용할 것으로 기대된다.