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[국내논문] 관절각 측정을 위한 적외선 각도 센서 연구
Design of Infrared Angular Sensor for Human Joint Angle 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.64 no.5, 2015년, pp.792 - 798  

오한별 (Dept. of Biomedical Engineering, BK21 Plus Research Institute of Biomedical Engineering, College of Biomedical and Health Science, Konkuk University) ,  김지선 (Dept. of Biomedical Engineering, BK21 Plus Research Institute of Biomedical Engineering, College of Biomedical and Health Science, Konkuk University) ,  김아희 (Dept. of Biomedical Engineering, BK21 Plus Research Institute of Biomedical Engineering, College of Biomedical and Health Science, Konkuk University) ,  고봉준 (Dept. of Biomedical Engineering, BK21 Plus Research Institute of Biomedical Engineering, College of Biomedical and Health Science, Konkuk University) ,  김준식 (Dept. of Biomedical Engineering, BK21 Plus Research Institute of Biomedical Engineering, College of Biomedical and Health Science, Konkuk University) ,  이은숙 (Dept. of Biomedical Engineering, BK21 Plus Research Institute of Biomedical Engineering, College of Biomedical and Health Science, Konkuk University) ,  최주현 (Dept. of Biomedical Engineering, BK21 Plus Research Institute of Biomedical Engineering, Colle) ,  전재훈

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Joint angle generally can be measured to check the recovery process in rehabilitation field. This paper suggests to measure joint angle with Infrared sensor based on triangulation principle. We performed various experiments to find the optimal condition of the sensor’s attached distance, heig...

주제어

#Goniometer   #Joint angle   #Position sensitive detector   #Rehabilitation   #Triangulation  

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

문제 정의

  • 본 논문에서는 삼각측량의 원리를 이용한 적외선 센서를 사용하여 관절 각도를 측정할 수 있는 새로운 방법을 고안하였다. 각도 센서로 적용하기 위해 다양한 실험을 통해 측정범위 및 해상도를 향상 시킬 수 있는 최적의 조건을 연구하였다. 물리적 변형, 저항의 마모가 없는 광학적 측정 방법으로 LabVIEW 프로그램을 적용하여 일반인도 쉽게 측정할 수 있도록 하였고, 역변환 수학 모델을 적용하여 실시간으로 각도 정보를 PC로 모니터링 할 수 있도록 디자인하였다.
  • 본 논문에서는 광센서를 이용하여 각 변위 측정에 적용할 수 있는 새로운 계측 장비를 연구하였다. 그림 1 (a)는 실험에 사용된 적외선 발광소자(IR LED)와 광검출기(light detector)가 하나로 구성되어 있는 삼각측량 기반 적외선 센서(GP2Y0A21YK, Sharp, Japan)를 보여준다.
  • 본 논문에서는 삼각측량의 원리를 이용한 적외선 센서를 사용하여 관절 각도를 측정할 수 있는 새로운 방법을 고안하였다. 각도 센서로 적용하기 위해 다양한 실험을 통해 측정범위 및 해상도를 향상 시킬 수 있는 최적의 조건을 연구하였다.
  • 본 연구에서는 광학센서를 이용하여 관절 각 변위 측정 센서로 적용 가능한 새로운 모델을 연구하였다. 관절 모델을 제작하여 다양한 변수 실험을 통해 각 변위 측정을 위한 최적의 조건을 확인하였다.
  • 본 연구의 목적은 기존 관절각도 측정방법들의 단점을 보완하고 경제성과 편의성 등을 갖춘 각도 센서를 연구하는 것이다. 본 논문에서는 삼각측량의 원리를 이용한 적외선 센서를 사용하여 관절 각도를 측정할 수 있는 새로운 방법을 고안하였다.

가설 설정

  • 그림 6(a) ∼ (c)에서 센서 부착거리(d)가 회전 중심축과 멀어질수록 출력 신호의 피크와 기울기가 감소한다. 이러한 경향은 센서의 부착 각도(c)가 증가할수록 두드러진다. h = 4 cm, 5 cm의 결과와 마찬가지로  = 6 cm 조건에서도 각도 센서로 적용할 경우 부착 각도 ∅ = 2.
  • 부착 거리(d)가 중심축과 가까워질수록, 출력 신호의 피크와 기울기가 증가한다. 굽힘각 θ = 0˚ ~ 150˚ 에서 데이터의 기울기 변화가 관찰된다.
  • 센서 부착거리(d)가 회전 중심축과 멀어질수록 출력 신호의 피크와 기울기가 감소한다. 이러한 경향은 센서의 부착 각도(c)가 증가할수록 두드러진다.
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참고문헌 (12)

  1. K. J. O’Donovan, R. Kamnik, D. T. O’Keeffe, and G. M.m Lyons, “An inertial and magnetic sensor based technique for joint angle measurement,” Journal of biomechanics, vol. 40, no. 12, pp. 2604-2611, 2007. 

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  2. B. G. Steele, B. Belza, K. Cain, C. Warms, J. Coppersmith, J. Howard, “Bodies in motion: Monitoring daily activity and exercise with motion sensors in people with chronic pulmonary disease,” Journal of Rehabilitation Research and Development, vol. 40, no. 5, pp. 45-58, 2003. 

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  11. G. I. Jung, J. S. Kim, D. H. Hur, H. D. Yu, S. H. Lim, J. H. Choi, J. H. Lee, G. M. Eom, and J. H. Jun, “Angular Displacement Measurement Using Optical Sensor,” The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, vol. 60, no. 10, pp.1959-1965, 2011. 

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  12. American Academy of Orthopaedic Surgeons, “Joint motion: Method of measuring and recording,” Edinburgh : Churchill Livingstone., 2011. 

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