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뇌졸중 환자의 엄지손가락 재활운동을 위한 직교형 엄지손가락 재활로봇 개발
Development of Rectangular-type Thumb Rehabilitation Robot for Stroke Patient's Thumb Rehabilitation Exercise 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.29 no.5, 2012년, pp.516 - 523  

김현민 (경상대학교 제어계측공학과) ,  김용국 (경상대학교 제어계측공학과) ,  신희석 (경상대학교 의학전문대학원 재활의학과) ,  윤정원 (경상대학교 기계공학부) ,  김갑순 (경상대학교 제어계측공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Stroke patients should exercise for the rehabilitation of their fingers, because they can't use their hand and fingers. The moving direction of thumb of five fingers is different that of four fingers (force finger, middle finger, ring finger, little finger). The thumb rehabilitation robot for rehabi...

주제어

#재활로봇   #손가락 재활로봇   #손가락 재활   #힘센서  

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

문제 정의

  • 뇌졸중 환자의 엄지손가락의 유연성 재활운동은 굳어 있는 엄지손가락을 재활운동을 통해 유연하게 하는데 목적이 있고, 이 재활운동은 엄지손가락의 이동궤도를 따라 젖히고 구부리는 반복되는 운동과정에서 손가락의 굳은 정도가 점점 부드러워져 많이 젖히고 구부릴 수 있다. 엄지손가락 재활로봇을 이용한 엄지손가락 유연성 재활운동을 안전하게 실시하기 위해서는 기준힘을 설정하고, 그 기준힘을 기준으로 로봇을 제어해야 한다.
  • 따라서 본 논문에서는 뇌졸중환자의 엄지손가락 유연성 재활운동을 할 수 있는 직교형 엄지손가락 재활로봇을 개발하였다. 엄지손가락이 굽혀진 상태에서 뒤로 완전히 젖혀진 상태까지를 엄지손가락의 첫째 마디가 궤적에 따라 움직일 수 있도록 엄지손가락 재활로봇의 각 링크의 길이는 결정되었다.
  • 본 논문에서는 뇌졸중환자의 엄지손가락 유연성 재활운동을 실시할 수 있는 엄지손가락 재활로봇을 개발하였다. 엄지손가락 유연성 재활운동에 관한 특성실험을 20 대 대학생 남성을 대상으로 실시한 결과, 엄지손가락에 힘을 주지 않은 상태와 주는 상태에서 모두 손가락을 뒤로 저치고 굽히는 동작을 안전하게 하는 것을 확인하였다.
  • 7 은 엄지손가락 유연성 재활운동을 위한 엄지손가락 재활로봇을 나타내고 있고, 이것을 이용하여 각 재활운동을 위한 기준힘 설정값을 얻기 위한 특성실험을 실시하였다. 실험대상자는 뇌졸중 환자가 대부분 손가락에 통증을 느낄 수 없으므로 20~30 대 정상인 남성을 대상으로 실험을 실시하여 개발한 재활로봇의 기본 특성을 파악하고자 한다. 유연성 재활운동을 위한 기준힘 설정값의 특성실험은 5 명의 남성을 대상으로 실시하였다.

가설 설정

  • 엄지손가락이 뒤로 젖혀지는 궤적을 따라 움직이는 시뮬레이션은 엄지손가락이 완전히 굽혀졌을 때(0°)부터 뒤쪽으로 84.0°까지 젖혀지는 것으로 가정하여 실시하였으며, 그 결과, 엄지손가락을 위한 링크 6 과 링크 3+링크 4 의 길이는 각각 46mm와 90m 이었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
손가락 재활운동은 어떻게 구분할 수 있는가? 뇌졸중 환자의 손가락들은 대부분 굳어있거나 움직일 수 있어도 근력이 약해 정상인과 같이 움직이거나 물건을 잘 잡을 수가 없다. 그러므로 환자의 손가락들을 정상인의 그것들과 같이 사용할 수 있도록 회복시키기 위해서는 손가락 재활운동을 실시해야 하고, 재활운동은 굳어있는 손가락 마디를 부드럽게 하는 유연성 재활운동과 힘이 없는 손가락의 근육을 발달시켜주는 근육강화 재활 운동으로 구분될 수 있다. 사람의 손가락 중 엄지손가락의 움직이는 방향은 나머지 4 손가락(검지, 중지, 약지, 소지)과 다르므로 엄지손가락의 재활 운동을 위한 재활로봇을 다르게 구성해야 된다.
뇌졸중 환자가 정상인처럼 손가락을 움직이기 어려운 이유는? 뇌졸중 환자의 손가락들은 대부분 굳어있거나 움직일 수 있어도 근력이 약해 정상인과 같이 움직이거나 물건을 잘 잡을 수가 없다. 그러므로 환자의 손가락들을 정상인의 그것들과 같이 사용할 수 있도록 회복시키기 위해서는 손가락 재활운동을 실시해야 하고, 재활운동은 굳어있는 손가락 마디를 부드럽게 하는 유연성 재활운동과 힘이 없는 손가락의 근육을 발달시켜주는 근육강화 재활 운동으로 구분될 수 있다.
손가락 재활운동장치 중 Bouzit가 개발한 손가락 끝에 링을 끼워 사용하는 장치의 단점은? Bouzit6 는 손가락 끝에 링을 끼워 고정하고 링에 연결되어 있는 스프링 힘을 이용하여 손가락을 굽히고 젖히는 손가락 재활운동장치를 개발하였다. 위의 논문에서 개발한 시스템의 단점은 손가락을 완전하게 뒤로 젖히는 재활훈련을 할 수 없는 것이고, 또한 대부분 힘센서가 부착되지 않아 손가락이 손상되지 않을 정도의 힘이 가해지면 재활로봇이 정지할 수 있는 안전한 제어시스템이 없는 것이다.
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참고문헌 (8)

  1. Brokaw, E. B., Holley, R. J. and Lum, P. S., "Hand Spring Operated Movement Enhancer (HandSOME) Device for Hand Rehabilitation after Stroke," 2010 Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), pp. 5867-5870, 2010. 

  2. Ren, Y., Park, H. S. and Zhang, L. Q., "Developing a whole-arm exoskeleton robot with hand opening and closing mechanism for upper limb stroke rehabilitation," IEEE International Conference on Rehabilitation Robotics, pp. 761-765, 2009. 

  3. Connelly, L., Jia, Y., Toro, M. L., Stoykov, M. E., Kenyon, R. V. and Kamper, D. G., "A Pneumatic Glove and Immersive Virtual Reality Environment for Hand Rehabilitative Training After Stroke," IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, Vol. 18, No. 5, pp. 551-559, 2010. 

    상세보기 crossref

  4. Yamaura, H., Matsushita, K., Kato, R. and Yokoi, H., "Development of Hand Rehabilitation System for Paralysis Patient -Universal Design Using Wire- Driven Mechanism-," Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, pp. 7122-7125, 2009. 

  5. Dovat, L., Lambercy, O., Gassert, R., Maeder, T., Milner, T., Leong, T. C. and Burdet, E., "HandCARE: A Cable-Actuated Rehabilitation System to Train Hand Function After Stroke," IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, Vol. 16, No. 6, pp. 582-591, 2008. 

    상세보기 crossref

  6. Bouzit, M., Burdea, G., Popescu, G. and Boian, R., "The Rutgers Master II-New Design Force- Feedback Glove," IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, Vol. 7, No. 2, pp. 256-263, 2002. 

    상세보기 crossref

  7. Kim, G. S. and Shin, H. J., "Development of intelligent robot's hand with three-axis finger force sensors for intelligent robot," Journal of Institute of Control, Robotics and Systems, Vol. 15, No. 3, pp. 300-305, 2009. 

    원문보기 상세보기 crossref

  8. Kim, G. S. and Yoon, J. W., "Development of Calibration System for Multi-Axis Force/Moment Sensor and its Uncertainty Evaluation," J. of KSPE, Vol. 24, No. 10, pp. 91-98, 2007. 

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