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지능적 족형 보행 재활 보조 로봇의 개발
Development of an Intelligent Legged Walking Rehabilitation Robot 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.41 no.9, 2017년, pp.825 - 837  

김현 (서울과학기술대학교 기계설계로봇공학과) ,  김정엽 (서울과학기술대학교 기계설계로봇공학과)

초록
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본 논문에서는 하지 보행 장애를 가진 환자가 사용하는 크러치에 로봇 기술이 적용된 새로운 타입의 착용식 족형 보행 재활 로봇에 대해 서술하였다. 개발된 로봇의 주된 특징은 크게 세 가지로 나뉜다. 첫 번째, 착용 방식의 특징으로서, 팔꿈치에 착용하여 환자를 보조하는 엘보 크러치와 달리 환자의 가슴부에 족형 로봇을 착용함으로써 보행 시 넓은 가슴 면적으로부터 하중을 분산시키고 팔에 작용하는 집중 하중을 제거하였으며, 팔과 손의 움직임을 자유롭게 하였다. 두 번째, 사용자의 보행 의지를 파악하는 방법으로서, 족형 로봇의 발에 부착된 3축 힘센서를 이용하여 지면 반발력의 크기와 방향으로부터 사용자의 보행의도를 추정하는 알고리즘을 제안하였고 이에 따라 가슴 착용형 로봇을 보행시켰다. 마지막으로, 계단 보행을 위한 근력 강화 방법으로서, 둔턱을 오르내리는 근력 훈련이 가능하도록 바닥 높낮이에 따라 상하 운동 궤적이 변화할 수 있는 둔턱 보행 기능을 구현하였다. 최종적으로 개발된 로봇이 보행 의도를 인지하고 로봇 다리로부터 보행 보조를 효과적으로 수행할 수 있다는 것을 실험을 통하여 확인하였고, 하지 근전도 측정을 통하여 보행 시 로봇이 하지 근력을 보조하는 성능을 정량적으로 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper describes a novel type of a walking rehabilitation robot that applies robot technologies to crutches used by patients with walking difficulties in the lower body. The primary features of the developed robot are divided into three parts. First, the developed robot is worn on the patient's ...

주제어

#보행재활   #착용 로봇   #족형  

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
재활치료 로봇의 시장 규모는? 최근 의료분야에서 로봇이 차지하는 비중이 늘어나고 있다. 그 중 재활치료 로봇은 의료용 로봇 시장의 10 %에 해당하는 규모라고 알려져 있다. 90년대 초반 재활치료용 로봇으로 시작된 로봇 연구는 2000년대 중반부터 폭발적으로 늘어났으며 현재는 록히드마틴, 도요타 등 세계적인 기업들 및 한국의 현대차 등도 재활치료용 로봇에 대한 연구를 진행하고 있는 사례들이 화제가 되고 있다.
로봇 재활은 어떻게 구분되는가 로봇 재활은 크게 환자 치료용과 보조용으로 구분할 수 있다. 치료용으로는 상지운동 재활, 하지 운동 재활, 보행 재활 등이 지속적인 연구로 점차 보완되고 있는 상황이다.
Haptice walker 로봇의 특징은? 먼저, 말단장치 타입의 재활로봇으로서, 독일 Fraunhofer 대학의 Haptice walker라는 보행 재활 로봇이 개발 되었다. 각 발판이 3자유도를 가지는 구조로 설계되었고, 상체를 하네스를 이용하여 들어올린다. 또한, 6축 Force/Torque 센서를 이용하여 계단, 경사로 등의 다양한 보행환경에서 시뮬레이션이 가능 하다.(2) 규슈산업대학의 Kanta Aoki 외 6명은 사용자 하지와 로봇이 연결되는 발 패드에 장착되어 있는 압력센서와 마이크로 스위치를 통해 사용자의 의도를 파악하고 궤적 계획에 따라 사용자의 하지가 움직일 수 있도록 제어한다.
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참고문헌 (11)

  1. http://www.knnews.co.kr/news/articleView.php?idxno1176430 

  2. Schmidt, H., Volkmar, M., Werner, C., Helmich, I., Piorko, F., Kruger, J. and Hesse, S., 2007, "Muscle Activation Patterns of Healthy Subjects during Floor Walking and Stair Climbing on an End-effector-based Gait Rehabilitation Robot," IEEE 10th Int. Conf. on Rehabilitation Robotics. 

  3. Sakaki, T., Shimokawa, T., Ushimi, N., Murakami, K., Lee, Y.-K., Tsuruta, K. and Aoki, K., 2015, "Rehabilitation Robot in Primary Walking Pattern Training for SCI Patient," IEEE. 

  4. Han, J.-w. and Kim, Y. H., 2015, "Torque Compensation Mechanism for End-Effector Type Gait Rehabilitation Robot," Proceedings of the KSME 2015 Fall Annual Meeting, pp. 714-718. 

  5. Park, M.-J. and Kim, J.-Y., 2014, "Development of Intelligent Walking Assistive Robot Using Stereo Cameras," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A , Vol. 38, No. 8, pp. 837-848. 

  6. Han, R., Tao, C., Huang, J., Wang, Y., Van, H. and Ma, L., 2014, "Design and Control of an Intelligent Walking-Aid Robot," Int. Conf. on Modelling, Identification and Control. 

  7. MacNamara, S. and Lacey, G., 2000, "A Smart Walker for the Frail Visually Impaired," IEEE Int. Conf. on Robotics and Automaton, San Francisco. 

  8. Lunenburger, L., Colombo, G., Riener, R. and Dietz, V., 2005, "Clinical Assessments Performed during Robotic Rehabilitation by the Gait Training Robot Lokomat," IEEE 9th Int. Conf. on Rehabilitation Robotics. 

  9. Jung, C.-Y., Choi, J., Park, S., Lee, J. M., Kim, C.H. and Kim, S.-J., 2014, "Design and Control of an Exoskeleton System for Gait Rehabilitation Capable of Natural Pelvic Movement," IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems (IROS 2014). 

  10. Banala, S. K., Agrawal, S. K. and Scholz, J. P., 2007, "Active Leg Exoskeleton (ALEX) for Gait Rehabilitation of Motor-Impaired Patients," IEEE 10th Int. Conf. on Rehabilitation Robotics. 

  11. https://youtu.be/TNhi1MsP00I 

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