현재 뇌졸중 환자의 수는 매년 증가하고 있다. 이러한 상황과 장애인들에 대한 삶의 질을 향상시키고자 하는 관심이 높아지고 있는 가운데, 재활 로봇은 점점 그 중요성을 더하고 있다. 그 중 외골격 로봇은 많은 장애인들과 노인들이 정상적인 삶을 살 수 있도록 도울 것이다. 또한 이 재활로봇은 병원에서 물리치료와 ...
현재 뇌졸중 환자의 수는 매년 증가하고 있다. 이러한 상황과 장애인들에 대한 삶의 질을 향상시키고자 하는 관심이 높아지고 있는 가운데, 재활 로봇은 점점 그 중요성을 더하고 있다. 그 중 외골격 로봇은 많은 장애인들과 노인들이 정상적인 삶을 살 수 있도록 도울 것이다. 또한 이 재활로봇은 병원에서 물리치료와 작업치료에 활용될 수 있다. 본 논문은 임상적인 요구들을 충족시키는 임상적으로 의의가 있는 새로운 전완부 재활로봇을 설계하는 것이 목표이다. 먼저, 제안하는 로봇은 임상에서 실제로 환자의 경직된 팔을 치료하기 위한 충분한 토크를 가지도록 설계되었다. 그 이유는 경직도가 높아 상당한 뻣뻣함을 가진 환자들의 경우, 치료사들에게 부담이 될 수 있으며, 그에 따라 환자들은 치료를 충분히 받지 못할 수 있기 때문이다. 둘째로, 제안하는 로봇은 경직을 가진 환자의 로봇 재활 치료에 있어서 안전을 보장하도록 설계 되었다. 로봇 재활 치료는 힘이나 반복적인 동작 면에서는 장점이 있지만, 환자의 안전 문제에 있어서는 사람에 비해 믿을 만하지 못하다. 따라서 제안하는 로봇의 시스템에는 갑작스런 근육의 수축 등을 감지하여 환자의 팔에 로봇이 순응하도록 하는 안전 알고리즘이 적용되었다. 셋째로, 의료 로봇은 임상에서의 요구사항들을 충족시킬 필요가 있다. 따라서 제안하는 로봇은 병원에서의 실용적인 사용을 위하여, 모듈 식으로 기존의 손 로봇과 결합과 분리가 용이하도록 설계되었다. 이는 병원에서 치료사들이 사용할 때 유용한 점이 될 수 있으며, 저가로 공급할 수 있는 장점이 된다. 이 외에도 이 로봇은 한국인 인체 치수 측정 자료를 기초로 거의 모든 사람(90%)의 팔 길이에 따라 조절이 될 수 있도록 하였다. 또한 외골격 로봇을 설계하는데 있어서 물리치료사들의 사용의 편리성과 환자들이 편안함을 느낄 수 있도록 인간 공학적인 측면이 고려되었으며, 오른팔과 왼팔 둘 다에 적용 될 수 있다는 것이 특징이다. 마지막으로, 임상적으로 좀 더 실용적인 사용을 위해, 이 로봇이 가진 센서들을 통하여 환자의 상태를 평가하기 위한 특정한 지표를 치료사들에게 제공할 수 도 있다면 이 또한 장점이 될 수 있을 것이라 생각한다.
현재 뇌졸중 환자의 수는 매년 증가하고 있다. 이러한 상황과 장애인들에 대한 삶의 질을 향상시키고자 하는 관심이 높아지고 있는 가운데, 재활 로봇은 점점 그 중요성을 더하고 있다. 그 중 외골격 로봇은 많은 장애인들과 노인들이 정상적인 삶을 살 수 있도록 도울 것이다. 또한 이 재활로봇은 병원에서 물리치료와 작업치료에 활용될 수 있다. 본 논문은 임상적인 요구들을 충족시키는 임상적으로 의의가 있는 새로운 전완부 재활로봇을 설계하는 것이 목표이다. 먼저, 제안하는 로봇은 임상에서 실제로 환자의 경직된 팔을 치료하기 위한 충분한 토크를 가지도록 설계되었다. 그 이유는 경직도가 높아 상당한 뻣뻣함을 가진 환자들의 경우, 치료사들에게 부담이 될 수 있으며, 그에 따라 환자들은 치료를 충분히 받지 못할 수 있기 때문이다. 둘째로, 제안하는 로봇은 경직을 가진 환자의 로봇 재활 치료에 있어서 안전을 보장하도록 설계 되었다. 로봇 재활 치료는 힘이나 반복적인 동작 면에서는 장점이 있지만, 환자의 안전 문제에 있어서는 사람에 비해 믿을 만하지 못하다. 따라서 제안하는 로봇의 시스템에는 갑작스런 근육의 수축 등을 감지하여 환자의 팔에 로봇이 순응하도록 하는 안전 알고리즘이 적용되었다. 셋째로, 의료 로봇은 임상에서의 요구사항들을 충족시킬 필요가 있다. 따라서 제안하는 로봇은 병원에서의 실용적인 사용을 위하여, 모듈 식으로 기존의 손 로봇과 결합과 분리가 용이하도록 설계되었다. 이는 병원에서 치료사들이 사용할 때 유용한 점이 될 수 있으며, 저가로 공급할 수 있는 장점이 된다. 이 외에도 이 로봇은 한국인 인체 치수 측정 자료를 기초로 거의 모든 사람(90%)의 팔 길이에 따라 조절이 될 수 있도록 하였다. 또한 외골격 로봇을 설계하는데 있어서 물리치료사들의 사용의 편리성과 환자들이 편안함을 느낄 수 있도록 인간 공학적인 측면이 고려되었으며, 오른팔과 왼팔 둘 다에 적용 될 수 있다는 것이 특징이다. 마지막으로, 임상적으로 좀 더 실용적인 사용을 위해, 이 로봇이 가진 센서들을 통하여 환자의 상태를 평가하기 위한 특정한 지표를 치료사들에게 제공할 수 도 있다면 이 또한 장점이 될 수 있을 것이라 생각한다.
The number of stroke patients is increasing each year. In this situation and with growing interest in im-proving the quality of life for the handicapped, rehabilitation robots are growing in importance. Among them, exoskeleton robots will help many disabled and old people to be able to live normal l...
The number of stroke patients is increasing each year. In this situation and with growing interest in im-proving the quality of life for the handicapped, rehabilitation robots are growing in importance. Among them, exoskeleton robots will help many disabled and old people to be able to live normal lives. Also, it can be utilized in physiotherapy and occupational therapy. The purpose of this thesis is the design of a clinically relevant elbow exoskeleton that meets the clinical requirements. At first, the proposed robot was designed to have sufficient torque for passive exercise therapy of post-stroke patients with spasticity (≤ MAS grade 3). Because the therapy of patients with high level spasticity can be hard work for therapists by increased muscle tone, and the patients cannot get enough rehabilitation treatment. Secondly, the proposed robot was designed to guarantee the safety for the robot-aided passive training of patients with spasticity. Robot-aided therapy can be an advantage in the strength and repetitive motion for alleviation and prevention of spasticity, but it is not trustworthy in safety issues. Thus, a safety algorism that includes catch detection and mode change was applied to this robot system to insure the patient’s safety by providing compliant motion to spastic arm. Thirdly, medical robot needs to meet the requirements in clinical field. Thus, the proposed robot was de-signed to have modular feature that is easy to assemble and disassemble with existing hand robot for practi-cal use. It can be useful for therapist’s work and merits as it is able to undercut. In addition, this robot is also adjustable to 90% of Korean people's arms. In the design of this exoskeleton robot, ergonomic aspects are considered so that therapists can use this robot easily and the patient will be felt comfortable. This robot also can be applied to both the right arm and the left arm through segmentation and reassembly.
The number of stroke patients is increasing each year. In this situation and with growing interest in im-proving the quality of life for the handicapped, rehabilitation robots are growing in importance. Among them, exoskeleton robots will help many disabled and old people to be able to live normal lives. Also, it can be utilized in physiotherapy and occupational therapy. The purpose of this thesis is the design of a clinically relevant elbow exoskeleton that meets the clinical requirements. At first, the proposed robot was designed to have sufficient torque for passive exercise therapy of post-stroke patients with spasticity (≤ MAS grade 3). Because the therapy of patients with high level spasticity can be hard work for therapists by increased muscle tone, and the patients cannot get enough rehabilitation treatment. Secondly, the proposed robot was designed to guarantee the safety for the robot-aided passive training of patients with spasticity. Robot-aided therapy can be an advantage in the strength and repetitive motion for alleviation and prevention of spasticity, but it is not trustworthy in safety issues. Thus, a safety algorism that includes catch detection and mode change was applied to this robot system to insure the patient’s safety by providing compliant motion to spastic arm. Thirdly, medical robot needs to meet the requirements in clinical field. Thus, the proposed robot was de-signed to have modular feature that is easy to assemble and disassemble with existing hand robot for practi-cal use. It can be useful for therapist’s work and merits as it is able to undercut. In addition, this robot is also adjustable to 90% of Korean people's arms. In the design of this exoskeleton robot, ergonomic aspects are considered so that therapists can use this robot easily and the patient will be felt comfortable. This robot also can be applied to both the right arm and the left arm through segmentation and reassembly.
주제어
#Exoskeleton robot Elbow rehabilitation Stroke Spasticity Ergonomic design 외골격 로봇 팔꿈치 재활 인간공학적 설계 뇌졸중 경직
학위논문 정보
저자
이동진
학위수여기관
DGIST
학위구분
국내석사
학과
로봇공학전공
지도교수
장평훈,Pyunghun Chang
발행연도
2015
총페이지
68
키워드
Exoskeleton robot Elbow rehabilitation Stroke Spasticity Ergonomic design 외골격 로봇 팔꿈치 재활 인간공학적 설계 뇌졸중 경직
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