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[국내논문] 진보된 능동 의족 무릎 관절 구조 연구
Study on Advanced Knee Joint Linkage of Active Prosthesis Leg 원문보기

재활복지공학회논문지 = Journal of rehabilitation welfare engineering & assistive technology, v.6 no.2, 2012년, pp.9 - 14  

박정현 (인하대학교 기계공학과) ,  이광희 (인하대학교 기계공학과) ,  이철희 (인하대학교 기계공학과)

초록
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본 연구에서는 선형 작동기로 동작하는 진보된 능동 의족 무릎 관절 구조를 제안한다. 기존의 연구에서 능동 의족은 일반적으로 3절링크 구조로 되어 있는 형태로 묘사된다. 그러나 이러한 의족은 통상 동작이 다리와 많은 차이가 있기 때문에 동작 시 노이즈에 민감하며, 제어 정밀도 역시 높게 요구된다. 본 연구에서는 이러한 점을 감안하여 4절링크로 된 새로운 의족구조를 제안하였다. 기구학을 이용하여 의족의 움직임을 예측하고 기존의 의족구조와 비교하였다. 동역학 해석 툴을 사용하여 보행 동작을 시뮬레이션 해 보고 그 결과를 해석하였다. 시뮬레이션 결과 기존의 3절링크 의족에 비해 절반의 최고 속력만으로도 인체 보행동작 모사가 가능한 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, an advanced knee joint for active prosthesis leg driven by a linear actuator is suggested. The structure of knee joints of existing active prosthesis legs consists of three links. This kind of linkage requires large torque to drive the active prosthesis legs. Thus a new linkage struct...

주제어

#Active prosthesis leg   #Knee joint   #Linkage   #Amputee  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 논문에서는 작동기의 구동력 면에서 보다 효율적으로 인간 보행 동작을 모사할 수 있는 진보된 능동 의족 무릎 관절 구조에 대한 초기 연구를 진행하였다. 인간 보행 중 발목 관절의 굽힘 각도에 따른 무릎 관절의 회전 각속도 변화를 기준으로 하여 그와 비슷한 운동양상을 보이는 무릎 관절 구조를 설계하였다.
  • 그러나 이러한 의족의 힘 전달 구조는 실제 다리 구조와는 정반대로, 높은 토크 전달 비를 통한 토크 이득에 대비해 의족의 구동을 위해 소모되는 토크가 많다. 이에 본 연구에서는 이러한 3절링크로 된 기존의 능동 의족 무릎 관절 구조를 개선하여 효율적인 토크 소모와 더 쉬운 강건 제어를 도모하여 진보된 능동 의족 무릎 관절 구조를 제안한다. 인체의 무릎 관절 각도 변화는 그림 1.

가설 설정

  • 의족은 직립 보행 시만을 상정하여 무릎 관절의 각도는 0도에서 ±45도 까지만 변할 수 있도록 설계하였으며, 무릎 역할을 하는 슬라이더 링크의 최대 길이를 c, 기존의 무릎 역할을 하던 링크의 길이를 a, 새로 추가된 고정 링크의 길이를 l로 두었다. 다리 길이를 고려하여 세로로 길게 뻗은 고정링크는 30cm로 가정하고, 상용의 전동 실린더를 고려하여 선형 작동기의 최대 변위를 5cm 이하가 되도록 고려하였다. 상기의 가정들과 진보된 능동 의족 무릎 관절 구조로부터 식(1)의 조건이 나온다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
3절링크 구조로 되어 있는 능동 의족은 어떤 문제점이 있는가? 기존의 연구에서 능동 의족은 일반적으로 3절링크 구조로 되어 있는 형태로 묘사된다. 그러나 이러한 의족은 통상 동작이 다리와 많은 차이가 있기 때문에 동작 시 노이즈에 민감하며, 제어 정밀도 역시 높게 요구된다. 본 연구에서는 이러한 점을 감안하여 4절링크로 된 새로운 의족구조를 제안하였다.
능동형 의족의 장점은? 근래에 들어 공학기술의 발달로 인하여 전동 구동되는 능동형 의족에 대한 연구들이 곳곳에서 이뤄지고 있다. 능동형 의족은 모터나 실린더 등을 통해 다리를 직접 움직일 수 있으므로 수동형에 비해 인체의 보행 시 다리 동작을 더 정확하게 모사할 수 있다. 인체에 이러한 능동형 의지를 부착하려던 시도는 1960년대 후반에서 1970년대 무렵에 시작되었다.
1970년대까지 인체에 능동형 의지를 부착하려던 시도가 실패한 이유는? 인체에 이러한 능동형 의지를 부착하려던 시도는 1960년대 후반에서 1970년대 무렵에 시작되었다. 그러나 당시에는 부족한 기술력과 비싼 가격 등으로 인하여 대부분 실패하였다[1]. 그러나 근래에 들어서 과학기술이 발달함에 따라서 능동 의지의 성공적인 연구사례들이 늘어가고 있다.
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