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논문 상세정보

근력과 관절력 예측을 위한 손의 생체역학 모델

Biomechanical Model of Hand to Predict Muscle Force and Joint Force

Abstract

Recently, importance of the rehabilitation of hand pathologies as well as the development of high-technology hand robot has been increased. The biomechanical model of hand is indispensable due to the difficulty of direct measurement of muscle forces and joint forces in hands. In this study, a three-dimensional biomechanical model of four fingers including three joints and ten muscles in each finger was developed and a mathematical relationship between neural commands and finger forces which represents the enslaving effect and the force deficit effect was proposed. When pressing a plate under the flexed posture, the muscle forces and the joint forces were predicted by the optimization technique. The results showed that the major activated muscles were flexion muscles (flexor digitorum profundus, radial interosseous, and ulnar interosseous). In addition, it was found that the antagonistic muscles were also activated rather than the previous models, which is more realistic phenomenon. The present model has considered the interaction among fingers, thus can be more powerful while developing a robot hand that can totally control the multiple fingers like human.

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
인간의 손을 대신할 수 있는 장치
인간의 손을 대신할 수 있는 장치가 필요하게 된 이유는?
현대 과학 기술의 눈부신 발전으로 사회 여러 분야에서 자동화가 빠른 속도로 전개되어

인간의 손은 다른 동물이나 인체 다른 부위에 비해 높은 정밀도와 조작 능력을 가지고 있기 때문에 산업 현장과 일상 생활에서의 일차적인 생산 수단 및 도구로서 중요한 위치를 차지한다. 하지만 현대 과학 기술의 눈부신 발전으로 사회 여러 분야에서 자동화가 빠른 속도로 전개되어 인간의 손을 대신할 수 있는 장치를 필요로 하게 되었다. 인간의 손을 대신할 장치들은 다양하고 복잡한 동작이 요구되므로 대체로 손의 기능을 모방한다.

인간의 손
인간의 손이 산업 현장과 일상 생활에서 중요한 위치를 차지하는 이유는?
다른 동물이나 인체 다른 부위에 비해 높은 정밀도와 조작 능력을 가지고 있기 때문에

인간의 손은 다른 동물이나 인체 다른 부위에 비해 높은 정밀도와 조작 능력을 가지고 있기 때문에 산업 현장과 일상 생활에서의 일차적인 생산 수단 및 도구로서 중요한 위치를 차지한다. 하지만 현대 과학 기술의 눈부신 발전으로 사회 여러 분야에서 자동화가 빠른 속도로 전개되어 인간의 손을 대신할 수 있는 장치를 필요로 하게 되었다.

인간의 손을 대신할 장치
인간의 손을 대신할 장치들이 손의 기능을 모방하기 위해 필요한 것은?
손의 구조와 신경의 명령체계 등에 대한 연구가 선행되어야 하며 이러한 연구 결과를 바탕으로 손의 생체역학적 모델을 개발하여 동작해석, 하중해석 등과 같은 다양한 공학적 해석을 수행할 필요가 있다

인간의 손을 대신할 장치들은 다양하고 복잡한 동작이 요구되므로 대체로 손의 기능을 모방한다. 손의 기능을 모방하기 위해서는 손의 구조와 신경의 명령체계 등에 대한 연구가 선행되어야 하며 이러한 연구 결과를 바탕으로 손의 생체역학적 모델을 개발하여 동작해석, 하중해석 등과 같은 다양한 공학적 해석을 수행할 필요가 있다.

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참고문헌 (12)

  1. 김윤혁, 김소연, 김경수, 권영하, 손가락 하중과 신경명령 사이의 다중 관계에 관한 연구, 대한인간공학회지, 25, 35-41, 2006. 
  2. Brook, N., Mizrahi, J., Shoham, M. and Dayan, J., A biomechanical modelof index finger dynamics, Medical Engineering and Physics, 17,54-63, 1995. 
  3. Chao, E. Y. S., Opgrande, J. D. and Axmear, F. E., Three-dimensional forceanalysis of finger joints in selected isometric hand functions, Journalof Biomechanics, 9, 387-396, 1976. 
  4. Chao, E. Y. S., An, K. N., Cooney, W. P. III and Linscheid, R. L.,Biomechanics of the Hand - A Basic Research Study, World ScientificPublishing Co. Pte. Ltd., Singapore, 1989. 
  5. Danion, F., Schoner, G., Latash, M. L., Li, S., Scholz, J. P. and Zatsiorsky,V. M., A mode hypothesis for finger interaction during multi-fingerforce-production tasks, Biological Cybernetics, 88, 91-98. 2003. 
  6. Dennerlein, J. T., Eiao, E., Mote, C. D. and Rempel, D. M., Tensions of theflexor digitorum superficialis are higher than a current model predicts,Journal of Biomechanics, 31, 295-301. 1998. 
  7. Harding, D. C., Brandt, K., D. and Hillberry, B., M., Finger joint forceminimization in pianists using optimization techniques, Journal ofBiomechanics, 26, 1403-1412. 1993. 
  8. Landsmeer, J. M. F., The coordination of finger joint motion, Journal ofBone and Joint Surgery, 45A, 1654-1662, 1963. 
  9. Leijnse, J. N. A. L. and Kalker, J. J., A two-dimensional kinematic modelof the lumbrical in the human finger, Journal of Biomechanics, 28,237-249, 1995. 
  10. Li, Z. M., Zatiorsky, V. M. and Latash, M. L., Contribution of the extrinsicand intrinsic hand muscles to the moments in finger joints, ClinicalBiomechanics, 15, 203-211, 2000 
  11. Smith, E. M., Juvinall, R. C., Bender, L. F. and Pearson, J. R., Role of thefinger flexors in rheumatoid deformities of the metacarpophalangealjoints, Arthritis and Rheumatism, 7, 467-480, 1964. 
  12. Weigthman, B. and Amis, A. A., Finger joint force prdictions related todesign of joint replacements, Journal of Biomedical Engineering, 4,197-205, 1982. 

이 논문을 인용한 문헌 (2)

  1. 김만호, 손준우, 이용태, 신승헌 2010. "실시간 운전 특성 모니터링 시스템을 위한 차량 환경 개발" Journal of the Ergonomics Society of Korea = 大韓人間工學會誌, 29(1): 17~24 
  2. 김윤정, 정광훈, 이계한, 이수진 2011. "두 점 집기 작업 시 손가락 관절토크의 역학적 해석" 한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society of Precision Engineering, 28(6): 657~682 

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