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보행보조 로봇의 운동학적 특성
Kinematic Characteristics of Walking-Assistance Robot 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.35 no.5, 2011년, pp.503 - 515  

배하석 (이화여자대학교 의학전문대학원 재활의학과) ,  김진오 (숭실대학교 기계공학과) ,  전한용 (숭실대학교 기계공학과) ,  박광훈 ((주)피앤에스미캐닉스) ,  이경환 ((주)피앤에스미캐닉스)

초록
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보행 재활 훈련용 보행보조 로봇을 개발하고, 시제품의 운동학적 특성을 평가하였다. 이 보행보조 로봇은 고관절(hip), 슬관절(knee), 족관절(ankle) 등으로 구성되며, 각 관절은 감속기가 포함된 모터에 의해 구동된다. 인체 보행 운동을 이론적으로 해석하여, 보행 운동 중 각 관절의 각도 변위를 계산하는 식을 구하였고, 계산된 각도 변위를 로봇 구동기에 입력하였다. 트레드밀(treadmill) 위에서의 실험을 통해 다양한 보행 속도(walking speed) 및 보폭(stride)에서 각 관절의 출력 각도 변위를 측정하고 입력 값과 비교하였다. 입력 각도 변위와 출력 각도 변위의 차이가 고관절에서는 5.22%, 슬관절에서는 2.97% 이내로 일치함을 확인하여, 설계대로 보행보조 로봇이 작동함을 입증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

We developed a walking-assistance robot for walking rehabilitation and assessed the kinematic characteristics of a prototype. The walking-assistance robot is composed of hip, knee, and ankle joints, and each joint is driven by a motor with a decelerator. The equations of angular displacement while w...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문은 트레드밀을 이용하는 보행 재활 훈련용 보행보조 로봇을 개발하고, 시제품의 운동학적 특성을 평가한 내용을 다룬다. Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
본 논문에서 개발한 보행보조 로봇의 족관절은 무엇으로 구성되는가? 족관절은 거퇴관절(talocrural joint) 축과 동일하게 상하 10°와 앞뒤 6°의 각도로 기울어진 단일 축과 모터로 구성된다. 족관절은 또한 보행의 입각기(발이 지면에 닿아있는 상태) 때에 모터의 무부하 상태로 자연스럽게 동작이 가능하도록 되어 있다.
보행보조 로봇은 어떤 구조인가? 1(a)는 트레드밀 위에 놓인 시제품의 사진이며, (b)는 인체 모델이 착용한 모습이고, (c)는 로봇의 구조도이다. 보행보조 로봇은 고관절, 슬관절, 족관절 등으로 구성되어 있으며, 각 관절은 감속기가 포함된 모터에 의해 구동되는 구조이다. 인체 보행 운동을 이론적으로 해석하여, 보행 운동 중 각 관절의 각도 변위를 계산하는 식을 구하였다.
보폭이 작아짐에 따라 이론으로부터 계산한 각도 변위와 보행보조 로봇의 입력 각도 변위가 차이가 있는 이유는? 보폭이 작아짐에 따라 이론으로부터 계산한 각도 변위와 보행보조 로봇의 입력 각도 변위는 약간의 차이가 있다. 이는 발 끌림이 발생하지 않도록 각 관절의 각도를 수정하여 나타난 현상이다. 추후 족관절의 움직임을 반영하여 보행보조 로봇을 개선하면 해결될 것으로 예상된다.
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참고문헌 (15)

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  2. Kong, K. C. and Jeon, D. Y., 2005, "New Design of Tendon-Driven Exoskeletal Assistive Device," Proceedings of the KSME Spring Conference, pp. 1255-1260. 

  3. Hwang, S. J., Cho, Y. K., Lee, M. H., Lee, H. Y., Kim, H. S. and Kim, Y. H., 2010, "Gait Training Simulation with Robotic-Assisted Gait Training Modeling and Dynamic Analysis," Proceedings of the KSPE Spring Conference, pp. 997-998. 

  4. Uhm, H. W., Nam, Y. S. and Lee, W. E., 2008, "Modeling of Human Gait Motion and Analysis & Simulation of Gait motion," Proceedings of the KSME Spring Conference, pp. 58-63. 

  5. Hwang, S. J., Son, J. S., Kim, J. Y., Sohn, R. H. and Kim, Y. H., 2008, "Development of the Robotic Gait Trainer for Persons with Gait Disorder," Symposium of Information & Control, pp. 73-74. 

  6. Hwang, S. J., Kim, J. Y., Son, J. S., Sohn, R. H. and Kim, Y. H., 2008, "The Development of the Robotic Gait Training System for Paralysis," Proceedings of the KSME Spring Conference, pp. 82-83. 

  7. Kang, S. J., Ryu, J. C., Kim, G. S., Choi, H. J., Son, J. H., Kim, H. C. and Mun, M. S., 2010, "Development of AFO Fabraication Method for Wearable Gait Orthosis," Proceedings of the KSPE Spring Conference, pp. 1393-1394. 

  8. Kang, S. J., Ryu, J. C. and Mun, M. S., 2008, "Comparison of Energy Consumption of Reciprocating Gait Orthosis(RGO) and Powered Gait Orthosis(PGO) during Gait," Journal of KSPE, Vol. 25, No. 8, pp. 104-110. 

  9. Kim, G. S., Ryu, J. C., Kang, S. J., Mun. M. S. and Cho, K. H., 2010, "Clinical Evaluation and Gait Analysis of Unlockable Knee Joint for PGO," Proceedings of the KSPE Spring Conference, pp. 1361-1362. 

  10. Hidler, J., Wisman, W. and Neckel, N., 2008, "Kinematic Trajectories while Walking within the Lokomat Robotic Gait-Orthosis," Clinical Biomechanics, Vol. 23, No. 10, pp. 1251-1259. 

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  12. Zoss, A. B., Kazerooni, H. and Chu, A., 2006, "Biomechanical Design of the Berkeley Lower Extremity Exoskeleton (BLEEX)," IEEE/ASME Transaction on Mechatronics, Vol. 11, No. 2, pp. 128-138. 

  13. Chun, H. Y., Kim, J. O. and Park, K. H., 2010, "Correlation of Human Carpal Motion and Electromyogram," Journal of KSME(A), Vol. 34, No. 10, pp. 1391-1399. 

  14. Winter, D. A., 2005, Biomechanics and Motor Control of Human Movement, 3rd ed., John Wiley & Sons. 

  15. Neumann, D. A., 2002, Kinesiolgy of the Musculoskeletal System, Mosby. 

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