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지능형 상 · 하지 재활 휠체어 로봇 시스템의 관절각도 분석
Joint Angles Analysis of Intelligent upper limb and lower extremities Wheelchair Robot System 원문보기

Journal of Internet Computing and Services = 인터넷정보학회논문지, v.14 no.6, 2013년, pp.33 - 39  

송병호 (Home Service Robot Center) ,  김광진 (Home Service Robot Center) ,  이창선 (Co., Ltd. Shinhan Systems) ,  임창균 (Computer Engineering, Chonnam National Univ.)

초록
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거동이 불편한 노인 및 장애인의 이동을 위한 휠체어 사용 시, 사용하지 않는 상 하지의 근력 저하 등 운동 능력의 감소를 초래할 수 있다. 특히, 척수손상 및 뇌졸중 편마비와 같은 중증 장애인은 거동이 제한되어 운동이 부족하고 근력 유지가 어렵다. 본 논문에서는 이러한 중증 장애인의 특성을 고려하여 상 하지 운동 및 재활훈련이 가능한 지능형 휠체어 로봇 시스템을 설계하였다. 이 시스템은 전동 휠체어, 개인의 특성 파악을 위한 생체인식모듈, 그리고 상 하지 재활 로봇으로 구성되어 있다. 본 논문에서는 개발된 로봇의 설계 및 구성에 대해 설명하고 운용 방법을 제시한다. 또한, 제안한 시스템의 추종 성능을 검증하기 위하여, 비장애인 피험자를 대상으로 재활 운동 수행시 생체 신호 변화에 따른 위험상황 분석과 휠체어 로봇이 이동하면서 상 하지 재활운동 기능에 대한 성능평가를 수행한 결과, 피험자의 재활 운동 수행 시 위험상황 분석에 대한 평균 정확도는 86.7%, 관절각도 최대 오차는 상지 2.5도, 하지 2.3도로 재활 운동 수행에 충분한 추종성능을 나타냈다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

When the eldery with limited mobility and disabled use a wheelchairs to move, it can cause decreased exercise ability like decline muscular strength in upper limb and lower extremities. The disabled people suffers with spinal cord injuries or post stroke hemiplegia are easily exposed to secondary pr...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 노인 및 장애인의 특성 및 이동성을 고려하여 상·하지 운동 및 재활훈련이 가능한 지능형 휠체어 로봇 시스템을 제안하였다.
  • 본 논문에서는 이러한 중증 장애인의 특성 및 이동성을 고려하여 상·하지 운동 및 재활훈련이 가능한 지능형 휠체어 로봇 시스템을 제안한다.
  • 이에, 기본적인 휠체어 로봇에 상·하지 재활 기능을 탑재하고, 사용자의 생체신호를 인식하여 지능적인 재활이 가능하도록 설계하였으며, 사용자 친화적이고 효율적인 인터페이스를 제공하고자 한다.
  • 본 논문에서는 이러한 중증 장애인의 특성 및 이동성을 고려하여 상·하지 운동 및 재활훈련이 가능한 지능형 휠체어 로봇 시스템을 제안한다. 제안된 시스템의 주된 목적은 노인 및 장애인이 일상생활의 모든 동작을 가능한 한 혼자 수행할 수 있도록 유도하고 이차적인 기능장애의 정도를 최소한으로 줄이는 것이다. 이에, 기본적인 휠체어 로봇에 상·하지 재활 기능을 탑재하고, 사용자의 생체신호를 인식하여 지능적인 재활이 가능하도록 설계하였으며, 사용자 친화적이고 효율적인 인터페이스를 제공하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
휠체어 로봇은 무엇으로 구분되는가? 이에, 재활이 가능한 휠체어 로봇에 대한 연구 개발이 요구되고 있으며, 중증 장애인이 일상생활에서 쉽게 운동/재활 훈련을 수행할 수 있도록 도와주는 휠체어 로봇에 대한 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 휠체어 로봇은 크게 수동형 휠체어와 전동 휠체어로 나뉘며, 특히 전동휠체어를 조작[1]하는 연구 및 이에 따른 다양한 제품이 개발되었다. 또한, 지능형 전동 휠체어에서 센서를 이용한 장애물 회피 및 내비게이션 기능 구현, 휠체어에서 재활 기능이 가능하게 하는 방법들에 대한 연구들이 진행 되고 있다[2].
본 논문에서 제안한 상·하지 운동 및 재활훈련이 가능한 지능형 휠체어 로봇 시스템은 어떻게 설계되었는가? 제안된 시스템의 주된 목적은 노인 및 장애인이 일상생활의 모든 동작을 가능한 한 혼자 수행할 수 있도록 유도하고 이차적인 기능장애의 정도를 최소한으로 줄이는 것이다. 이에, 기본적인 휠체어 로봇에 상·하지 재활 기능을 탑재하고, 사용자의 생체신호를 인식하여 지능적인 재활이 가능하도록 설계하였으며, 사용자 친화적이고 효율적인 인터페이스를 제공하고자 한다. 본 논문은 다음과 같이 구성되었다.
재활 로봇 관련 연구로 무엇이 있는가? 또한, 지능형 전동 휠체어에서 센서를 이용한 장애물 회피 및 내비게이션 기능 구현, 휠체어에서 재활 기능이 가능하게 하는 방법들에 대한 연구들이 진행 되고 있다[2]. 재활 로봇 관련 연구는 노약자 및 하지마비 장애인의 기립 및 보행을 보조해주는 외골격 로봇인 SUBAR[3], 중증 장애인의 보행 재활 훈련을 목적으로 Lokomat[4][5]과 같이 트레드밀, 체중 탈부하 장치와 외골격이 결합된 재활 로봇[6], 착용형 로봇 HAL 등이 개발되 었다[7]. 그러나 장치가 차지하는 공간이 크기 때문에 일반적으로 재활 센터에 설치되며 일상생활에서 사용하기에는 어려움이 있다.
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참고문헌 (11)

  1. S. Katsura and K. Ohnishi, "Semiautonomous wheelchair Based on quarry of environmental information," IEEE Trans. on Industrial Electronics Society, Vol. 53, No. 4, pp. 1373-1382, 2006. 

  2. Richard Simpson, Edmund LoPresti, Steve Hayashi, ,Illah Nourbakhsh and David Miller, "The Smart Wheelchair Component System," Journal of Rehabilitation Research and Development, Vol. 41, No. 3B, pp. 429-442, 2004. 

  3. B. Hwang, Y. Kang, and D. Jeon, "Introduction of the Wearable Robot SUBAR for Lower-Limb Assistance," in proc. of the 26th Japanese Conference on Advancement of Assistive and Rehabilitation Technology(JCAART), 2011. 

  4. S. Jezernik, G. Colombo and M. Morari,"Automatic Gait-Pattern Adaptation Algorithms for Rehabilitation With a 4-DOF Robotic Orthosis," IEEE Trans. on Robotics and Autom., vol.20, no.3, pp.574-582, 2004. 

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

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

  7. Sakurai, T., Sankai, Y.,"Development of Motion Instruction System with Interactive Robot Suit HAL," Proceeding of the IEEE International Conference on Robotics and Biomimetisc, pp.1141-1147, 2009. 

  8. Yeon-Suk Choi, Byoung-Tae Park, Yong-Ju Choi, "Design and Implementation of Location Based Silver Town u-Service System," Journal of Korean Society for Internet Information, Vol.11, No.3, pp.53-63, 2010. 

  9. Chung-Sub Lee, Chang-Won Jeong, Su-Chong Joo, "Design and Implementation of Process Management Model applying Agent Technology," Journal of Korean Society for Internet Information, Vol.8, No.1, pp.57-70, 2007. 

  10. Moohyun Park, Chang-Won Jeong, Su-Chong Joo, "Design of platform supporting for healthcare context information service based on multi-agent," Journal of Korean Society for Internet Information, Vol.9, No.3, pp.9-24, 2008. 

  11. Sam-Gyu Lee, "Comparison of Treadmill and Swimming Exercises on the Cognitive Function in Cerebral Infarction Rats," American academy of physical medicine and rehabilitation, 2012. 

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