[논문]고령자를 위한 무동력 기립보조의자 개발

김현준; 여현진; 김성수; 장성호; 이상호; 배익순

doi:10.11627/jkise.2015.38.4.226

[국내논문] 고령자를 위한 무동력 기립보조의자 개발
Development of Non-Motorized Lifting Chair For the Elderly 원문보기

Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering = 한국산업경영시스템학회지, v.38 no.4, 2015년, pp.226 - 232

김현준 (금오공과대학교 산업공학과) , 여현진 (금오공과대학교 산업공학과) , 김성수 (금오공과대학교 산업공학과) , 장성호 (금오공과대학교 산업공학과) , 이상호 (금오공과대학교 산업공학과) , 배익순 (금오공과대학교 산업공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The aging of Korea is rapidly advancing in an unprecedented rate in the world. Indoor and outdoor safety accidents involving the elderly frequently occur, with elderly population increasing. Because the physical strength of elderly is decreased, it is necessary to develop devices that aid the everyday life of the elderly to prevent safety accidents. Among many activities, the motions of standing from and sitting on a chair require much physical strength from particular body parts, which causes an overload for particular body parts. To the elderly the repeating motion of standing from and sitting down on a chair is burdensome, because they do not have enough physical strength compare to young persons. As a result the elderly could be injured or falling during standing or sitting. Therefore, the development of a lift chair that considers the problems mentioned above is necessary to prevent the safety accidents of the elderly. The study designed a non-motorized lift chair that comfortably aids the standing and sitting down motion for the use of the elderly by reflecting the anthropometric data of the Korean elderly over 65 years old. Also the design was implemented to smoothly aid the standing motion by considering the knee angle of the elderly when standing. Because the regained strength to stand from a chair is depend on the knee angle. Unlike existing lift devices, this device utilizes a tilting mechanism that does not use electric power so that the product could be composed inexpensively than existing chairs released in the market.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

일반 고령자의 경우 중증환자와 달리 좀 더 활동적이며 보조기기에 탑승하여 선채로 다양한 활동을 한다. 따라서 본 연구에서는 고령자의 안전사고 방지와 사용자가 적은 근력을 사용하여 쉽게 조작이 가능하도록 경량의 저가 기립 및 착석 보조기기를 개발 하는 것을 목적으로 한다.
근력이 떨어지는 고령자의 경우 의자에서 기립하거나 착석 시 타인의 도움을 필요로 한다. 따라서 자신의 힘으로 기립 및 착석을 보조하기 위한 의자를 개발하고자 한다.
선행연구 조사를 통해 무릎각도에 따른 근력변화를 찾아 사용자가 기립 동작 시 근육에 가장 부담이 되는 각도를 조사하였고, 이를 설계될 의자에 반영하였다. 또한 이중 지렛대를 이용하여 무동력으로 사용자가 최소의 근력을 사용하여 앉은 상태에서 기립을 할 경우 레버를 앞으로 밀면 의자 시트가 상승과 동시에 기울어져 기립 및 착석시 관절에 발생하는 충격 및 하중을 최소화 하고자 하였다.
본 논문에서는 고령자를 위한 기립보조의자의 필요성 및 설계를 제안하였다. 향후에는 위에 제시한 설계를 토대로 프로토타입을 제작 후 각 구성품의 동작이 완벽하게 수행되는지 평가 할 예정이며, 노형봉, 이정희[11] 등이 제시한 제품안전경영을 위한 단계별 실행 모형 4단계를 참조하여 기립보조의자의 신뢰성 확보를 위해 정량적, 정성적으로 평가할 예정이다.

제안 방법

3차원 모션캡쳐를 위해 피실험자 몸에 장비의 일반적인 마커셋인 plug in gait full body marker set을 사용하여 35개의 marker를 부착했고, 3가지 근육의 EMG 측정을 위해 좌우 양쪽에 EMG electrode 6개 채널을 부착한 후 총 -5deg부터 -35deg까지 총 9개의 단계의 각도에서 STS 모션을 3번식 반복하여 총 27번 반복 동작을 캡쳐·측정하는 것으로 실험이 진행되었다.
[Table 1]은 최소치수에 해당하는 사람뿐만 아니라 이보다 크거나 여유가 있는 사람도 아무런 문제없이 수용할 수 있도록 최소치수를 이용한 설계 원리를 적용하였다. 최소 집단치를 위한 설계를 위해 인체 측정 변수 분포의 5%값을 이용하여 65세 이상 5%에 해당하는 값을 의자 높이, 의자 길이 설계 시 적용하였다.
[Table 2]는 최대치수에 해당하는 사람뿐만 아니라 이보다 작거나 여유가 있는 사람도 아무런 문제없이 수용할 수 있도록 최대치수를 이용한 설계 원리를 적용하였다. 최대 집단치를 위한 설계를 위해 인체 측정 변수 분포의 95% 값을 이용하여 65세 이상 95% 해당하는 값을 의자 너비, 의자 등받이, 적정 하중 설계 시 적용하였다.
고령자가 의자에서 기립 시 무릎에 많은 근력이 필요하기 때문에 기립 시 무릎 각도에 따른 근력변화조사를 하였다.
첫 번째 선행연구는 일반적인 인체에 대한 모델로 의자에서 일어서는 동작 시 발생하는 근력의 예측 값이며, 또한 두 번째 여성 고령자를 대상으로 실험한 결과 값이 모든 고령자를 포함한 값은 아니지만 일반적으로 여성 근력이 남성의 근력보다 적다. 따라서 두 실험의 교집합이 되는 각도(30도)까지 좌판의 상승각도로 설정하였다.
본 연구에서 기립보조의자는 2가지 방식의 설계를 제안한다. 첫 번째, 사용자의 기립을 보조할 수 있도록 시트의 기울기를 조정할 수 있는 레버를 가지고 있다.
회전된 캠은 T형 봉의 상부를 눌러 T형 봉의 하부에 부착된 제1이동방지장치가 바닥에 밀착되도록 하여 사용자가 기립할 때 의자가 미끄러지지 않도록 한다. 사용자가 기립을 완료하여 레버를 복귀시키면 캠도 초기상태로 회전하고 T형 봉에 의해 압축된 스프링이 탄성력으로 T형 봉이 상승하여 제1이동방지장치가 바닥에 이격 되도록 하였다.
레버는 시트 하부에 쌍으로 형성된 브라켓에 관통되어 고정되는 레버축의 끝단과 결합하였다. 이때 레버 축으로부터 레버의 끝단까지의 수직선 길이가 길도록 하여 사용자가 레버의 끝단에서 힘을 가하면 큰 모멘트가 발생해 작은 힘으로도 레버 축을 쉽게 회전 시킬 수 있도록 하였다.
따라서 이러한 장치와 시설을 사용하는 사람의 신체치수에 맞게 설계되지 않으면 불편뿐만 아니라 통증을 가져오기도 한다. 적절한 의자 설계를 위해 사이즈 코리아에서 측정한 자료를 통해 65세 이상 고령자의 신체치수를 토대로 의자 높이, 의자길이, 의자 너비, 의자등받이 길이 등을 의자설계 시 적용하였다.
제1이동방지장치를 레버와 연동하여 작동하기 위한 내부 시스템은 시트 지지부 내에 위치하여 시트 지지부 축에 관통되어 회전이 되는 제4링크 및 캠과, 상부의 지름은 크고 길이가 짧고 하부는 상부에 비해 지름은 작고 길이가 길며 제1이동방지장치와 결합되고 캠에 의해 상부가 눌려 제1이동방지장치를 바닥과 밀착시켜 T형 봉과 시트 지지부 내에 고정되어 중앙에는 구멍이 형성되어 T형 봉의 하부가 관통되는 스프링 고정 장치와, T형 봉의 하부 지름을 둘러싸고 스프링 고정 장치 상부에 위치하여 캠이 T형 봉을 누르지 않는 상태가 되면 탄성력으로 제1이동장치를 바닥에 이격시키는 스프링으로 구성하였다.
[Table 2]는 최대치수에 해당하는 사람뿐만 아니라 이보다 작거나 여유가 있는 사람도 아무런 문제없이 수용할 수 있도록 최대치수를 이용한 설계 원리를 적용하였다. 최대 집단치를 위한 설계를 위해 인체 측정 변수 분포의 95% 값을 이용하여 65세 이상 95% 해당하는 값을 의자 너비, 의자 등받이, 적정 하중 설계 시 적용하였다.
[Table 1]은 최소치수에 해당하는 사람뿐만 아니라 이보다 크거나 여유가 있는 사람도 아무런 문제없이 수용할 수 있도록 최소치수를 이용한 설계 원리를 적용하였다. 최소 집단치를 위한 설계를 위해 인체 측정 변수 분포의 5%값을 이용하여 65세 이상 5%에 해당하는 값을 의자 높이, 의자 길이 설계 시 적용하였다.

대상 데이터

선행연구에 따르면 승강의자 설계 시 고려사항 중 하나로 기립 시 손을 짚을 수 있는 받침대가 있어야 한다[7]. 따라서 본 연구에서는 이중 지렛대를 이용한 레버를 손잡이 역할로써 사용하였다.

이론/모형

본 연구에서는 Jo[6]가 제시한 인체 하지부 근골격계 모델을 이용하여 의자에서 일어서는 동작 시 발생하는 근력의 예측 값을 이용하였다.

성능/효과

또한 가정 내 노인 안전사고 실태조사 사고사례 분석 결과 물품에 의한 사고는 침대(22%), 의자(16%)를 이용하다가 떨어져서라고 나타났다[1]. 가정이 사고 발생률이 가장 높은 곳으로 고령자의 안전사고의 사각지대로 나타났다. ‘노인실태 조사’에 따르면 노인들은 안전사고 중 25.
3차원 모션캡쳐를 위해 피실험자 몸에 장비의 일반적인 마커셋인 plug in gait full body marker set을 사용하여 35개의 marker를 부착했고, 3가지 근육의 EMG 측정을 위해 좌우 양쪽에 EMG electrode 6개 채널을 부착한 후 총 -5deg부터 -35deg까지 총 9개의 단계의 각도에서 STS 모션을 3번식 반복하여 총 27번 반복 동작을 캡쳐·측정하는 것으로 실험이 진행되었다. 그 결과 고령자의 근육활성도 결과 값은 무릎각도가 10도에서부터 30도일때 대체적으로 완만한 곡선을 그리고 있고, 15도와 30도에서는 낮은 결과 값을 나타내고 있다. 또한 고령자의 관절모멘트 결과 그래프에서도 10도에서부터 두 그래프(Knee, Hip)의 곡선이 나누어지기 시작한다.

후속연구

민윤기 등[10]의 연구에서는 고령자의 신체적 능력 및 시각처리 능력이 교차로 운전수행에 미치는 영향에 대하여 분석 하였다. 추후 연구에서는 기립 시 고령자의 시각정보처리능력이나 인지능력에 따른 안전장치 등을 설계에 반영할 예정이다.
본 논문에서는 고령자를 위한 기립보조의자의 필요성 및 설계를 제안하였다. 향후에는 위에 제시한 설계를 토대로 프로토타입을 제작 후 각 구성품의 동작이 완벽하게 수행되는지 평가 할 예정이며, 노형봉, 이정희[11] 등이 제시한 제품안전경영을 위한 단계별 실행 모형 4단계를 참조하여 기립보조의자의 신뢰성 확보를 위해 정량적, 정성적으로 평가할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	노인실태 조사에서 나타난 낙상의 원인별 비율은 어떠한가?	8%가 평소 낙상에 대한 두려움을 지니고 있다고 나타났다. 낙상의 원인으로는 다리에 힘이 풀려서(29.5%), 바닥이 미끄러워서(26.8%), 다리를 접질려서(발을 헛디뎌서)(13.8%)로 나타났다[4]. 이처럼 고령화로 인해 사회 전반적으로 고령자의 일상생활을 지원해 줄 수 있는 기기들이 요구된다.
	OECD에 따르면 고령화 사회란 무엇을 말하는가?	OECD에 따르면 고령화 사회란 65세 이상 인구 비중이 전체 인구 7%에서 14% 미만인 사회를 말한다. 2015년 대한민국 인구통계에 따르면 인구 중 65세 이상의 인구는 13.
	2015년 인구 중 65세 이상의 인구 비율은?	OECD에 따르면 고령화 사회란 65세 이상 인구 비중이 전체 인구 7%에서 14% 미만인 사회를 말한다. 2015년 대한민국 인구통계에 따르면 인구 중 65세 이상의 인구는 13.1%를 차지한다고 나타났다[3]. ‘가정에서 발생하는 고령자 안전사고’에 따르면 가정 내에서 일어나는 고령자 관련 안전사고는 2007년 1,339건, 2008년 2082건, 2009년 2,191건으로 점점 늘어나는 추세이며 고령자의 안전사고가 가장 많이 발생하는 장소는 가정(48.

참고문헌 (11)

A survey of elderly safety accidents in the home, Korea Consumer Agency, 1998.
Elderly safety accidents in the home, Korea Consumer Agency, 2011.
Elderly Statistics, Statistics Korea, 2015.
Elderly Status Survey, Ministry of Health and Welfare, 2015.
Hong, J.S., Chun, K.J., and Kim, J.H., A study on Evaluation of Seat pan inclination during Sit-to-Stand for development of elderly lifting-chair. Ergonomics Society of Korea, 2011, Vol. 30, No. 2, pp. 357-363.

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Jo, Y.N. and Yoo, H.H., A Musculoskeletal Model of A Human Lower Extremity and Estimation of Muscle Forces While Rising from a seated Position. Transaction of the Korea Society for Noise and Vibration Engineering, 2012, Vol. 22, No. 6, pp. 502-508.

원문보기 상세보기
Kim, I.H., Jung, K.J., Hong, J.S., Yu, U.S., and Jeong, G.T., A study on Standing Action for Development of Lift. Ergonomics Society of Korea, 2009, pp. 176-180.
Kim, S.W., Secondary non-motorized stand as office chairs private development organizations tiltu, Kyungil University, 2013.
Kwak, W.M., Hong. S.S., Jung, S.G., Lee, S.D., Lee, D.C., and Yoon, H.Y., Ergonomic Design of Office Chair. Journal of Korean Society of Design Science, 1999, Vol. 31, No. 1, pp. 73-80.
Min, Y.K., Kim, H.W., Lim, D.H., Min, B.C., and Kim, B.S., Effect of Visual Information Processing Skills on Intersection's Driving Performance of Elderly Drivers. Journal of the Society of Korea Industrial and System Engineering, 2009, Vol. 32, No. 4, pp. 107-112.
Ro, H.Y. and Lee, J.H., A Stepwise Approach to Product Safety Management. Journal of Korean Society for Quality Management, 2009, Vol. 37, No. 3, pp. 83-93.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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