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햅틱보조설계 기법과 요추각도의 예측을 이용한 의자등판의 인간중심적인 설계
Human-Oriented Design of Backrest of Office Chair Using Haptic-aided Design and Lumber Angle Prediction 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.34 no.11=no.302, 2010년, pp.1581 - 1586  

이상덕 (고려대학교 기계공학부) ,  이해아 (고려대학교 기계공학부) ,  송재복 (고려대학교 기계공학부) ,  채수원 (고려대학교 기계공학부)

초록
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인체와의 물리적인 접촉이 수반되는 제품의 설계 및 개발에서 필요한 시제품을 햅틱 시뮬레이터로 대체하는 설계 기법을 햅틱보조설계(Haptics-Adided Design, HAD)라 하는데, 이를 통하여 개발 비용 및 시간을 감소시킬 수 있다. 제품설계에 있어서 사용자의 감성적인 요소뿐만 아니라 제품이 사용자의 신체에 미치는 영향이 중요함에도 불구하고, 기존의 HAD 는 사용자의 감성적인 평가만을 설계에 반영하였다. 그 결과, 사용자가 편하게 느끼는 설계와 인체공학적인 측면에서 권장하는 설계 사이에 차이가 발생하였다. 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 연구에서는 기존의 HAD 과정에 제품의 사용 시에 사용자의 신체 변화를 관찰하는 단계를 추가하여 인간중심의 설계를 구현할 수 있는 방법을 제안하였다. 제안된 설계방식을 검증하기 위하여, 등판의 강성을 조절할 수 있는 햅틱의자 시뮬레이터를 사용하여 사무용 의자 등판의 틸트구조 설계에 HAD 를 적용하였고, MADYMO 를 이용한 시뮬레이션을 통하여 인체공학적인 측면에서 제품이 올바르게 설계 되었는지 검증하였다. 이를 바탕으로 제안한 설계방법이 감성적인 요소와 신체적인 요소를 모두 실시간으로 설계에 반영할 수 있음을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Haptic-aided design (HAD) involves the use of a haptic simulator in place of physical prototypes in the design and development of products with which human beings interact physically. The development time and cost can be significantly reduced by adopting this HAD scheme. Although both physical and e...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 기존 HAD에 사용자의 신체 변화를 관찰하는 단계를 추가하여 사용자의 감성적 요소와 육체적 요소를 모두 실시간으로 설계에 반영하였고, 이러한 과정을 통하여 HAD의 단점이 보완된 새로운 설계기법을 제시하였다. 이를 위하여 사무용 의자의 등판 설계에 HAD만 적용하였을 때 바람직하지 않은 제품설계가 이루어질 수있다는 점을 확인하였고, 요추의 변화를 관찰하는 단계를 추가하여 HAD의 단점을 보완하여 인간중심적인 설계를 하였다.
  • (3)(4)(5) 따라서 기존의 HAD를 통해 개발된 제품은 감성적으로는 우수한 평가를 받았지만, 인체공학적으로 권장되지 않는 설계가 수행될 가능성이 있다. 본 연구에서는 제품이 사용자의 신체에 미치는 영향을 고려하는 단계를 기존의 HAD에 추가하여 보다 인간친화적인 설계 방법을 제시한다. 제시한 설계방법의 타당성을 검증하기 위하여 우선 HAD 를 이용하여 의자 등판의 틸트 시스템을 설계하였다.

가설 설정

  • 5와 같이 업무 자세를 취하였을 때, 사용자의 요추 전만각을 살펴보았다. 이 때, 업무 자세는 사용자가 자연스럽게 의자에 몸을 기대어 등판의 반발력과 사용자의 하중이 평형을 이루었을 때의 자세로 가정하였다. 이와 같은 업무 자세는 흔히 사무용의자의 사용자가 가장 많은 시간 동안 취하게 되는 자세이므로, 의자 등판의 강성 설계는 사용자의 요추 건강에 큰 영향을 미칠 것이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Computer-aided design 시스템을 설계에 이용함으로써 어떤 장점이 있었는가? Computer-aided design (CAD) 시스템을 설계에 이용함으로써 설계단계에서 부품 사이의 간섭이나 조립 가능성 등을 확인할 수 있으며, 이로 인하여 제품의 설계과정이 간소화되었다. 그러나 CAD 시스템은 사용자의 감성적인 평가를 실시간으로 제품의 설계단계에서 반영하는 데에는 한계가 있으며, 실제 시제품을 여러 차례 제작하여 성능평가 등을 수행하여야 한다.
햅틱보조설계란 무엇인가? 인체와의 물리적인 접촉이 수반되는 제품의 설계 및 개발에서 필요한 시제품을 햅틱 시뮬레이터로 대체하는 설계 기법을 햅틱보조설계(Haptics-Adided Design, HAD)라 하는데, 이를 통하여 개발 비용 및 시간을 감소시킬 수 있다. 제품설계에 있어서 사용자의 감성적인 요소뿐만 아니라 제품이 사용자의 신체에 미치는 영향이 중요함에도 불구하고, 기존의 HAD 는 사용자의 감성적인 평가만을 설계에 반영하였다.
햅틱의자는 좌판과 등판으로 구성되어 있으며, 등판에 힘이 작용하면 회전축을 중심으로 등판이 회전하게 되는데, 이 때 회전축에 연결되어 있는 모터는 어떠한 작용을 하는가? 햅틱의자는 좌판과 등판으로 구성되어 있으며, 등판에 힘이 작용하면 회전축을 중심으로 등판이 회전하게 된다. 이 때, 회전축에 연결되어 있는 모터가 적절한 토크를 제공하여 등판의 다양한 강성효과를 구현할 수 있으며, 사용자에게 실제 의자에 앉는 것과 유사한 느낌을 제공할 수 있다.
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참고문헌 (8)

  1. Jin, Y. and Song, J.-B., 2009, “Design of Chair’s Tilt System Using Haptic Chair,” Proc. of KSPE Spring Annual Meeting, pp. 285-286. 

  2. Otaduty, M. A. and Lin M. C. , 2005, “Introduction to Haptic Rendering,” International Conference on Computer Graphics and Interactive Techniques archive ACM SIGGRAPH 2005 Courses, pp. A45-A71. 

  3. Huh, S.H., Jin, Y. and Song, J.B., 2008, “Design of Haptic Chair Based on Haptic-Aided Design Capable of Design Parameter Adjustment,” Proc. of KSME Autumn Annual Meeting, pp. 860-864. 

  4. Jin, Y., Lee, S. D. and Song, J.B., 2010, “Design of Backrest and Seat Pan of Chairs on the Basis of Haptics-Aided Design Method,” Trans. of the KSME (A), Vol. 34, No. 5, pp. 527-533. 

  5. Huh, S.H., Lee, S. D. and Song, J.-B., 2009, “Haptic-Aided Design Using a Haptic Chair with Adjustable Backrest,” Trans. of the KROS, Vol. 4, No. 3, pp. 243-249. 

  6. Burdea, G. C. , 1996, Force and Touch Feedback for Virtual Reality, Wiley-Interscience, pp. 35-39. 

  7. Faiks, F. S. Allie, P. and Reinecke, S. M., 1999, “Supporting the Torso Through Seated Articulation,” 43rd Annual Meeting of the Human Factors and Ergonomics Society, pp. 574 -578. 

  8. Adams, M. A. and Hutton, W. C., 1985, “The Effect of Posture on the Lumbar Spine,” British Editorial Society of Bone and Joint Surgery, Vol. 67-B, No. 4, pp. 625-629 

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