[논문]뇌졸중환자 보행보조로봇의 무릎관절 토크측정을 위한 토크센서 개발

박정현; 김갑순

doi:10.5369/jsst.2018.27.2.105

뇌졸중환자 보행보조로봇의 무릎관절 토크측정을 위한 토크센서 개발
Development of Torque Sensor for Measurement of Knee Joint Torque of Walking Assist Robot in Stroke Patients 원문보기

Journal of sensor science and technology = 센서학회지, v.27 no.2, 2018년, pp.105 - 111

박정현 (경상대학교 지능형메카트로닉스공학과) , 김갑순 (경상대학교 제어계측공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, a torque sensor is designed and fabricated to measure the knee joint torque of a walking assist robot for stroke patients. The torque sensor sensing part was modeled on the link of the part connected to the knee joint motor. The torque capacity of the knee joint was calculated by simulation and the size of the torque sensor sensing part was designed using the finite element method. The torque sensor was fabricated by attaching a strain gauge to the sensing part. Characteristic experiments were conducted to characterize the torque sensor, and the torque sensor was calibrated to utilize it for the control of the walking assist robot. As a result of the characteristics test, the reproducibility error and the nonlinearity error of the torque sensor were 0.03% and 0.04%, respectively. Therefore, it is considered that the developed torque sensor can be used to measure the torque applied to the knee joint when walking on a walking assist robot.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

따라서 본 논문에서는 뇌졸중환자가 사용할 수 있는 보행보조로봇의 무릎관절 토크를 측정할 수 있는 토크센서를 링크에 직접 설계 및 제작하였다. 이를 위해 무릎관절 모터와 연결되는 부분의 링크에 토크센서 감지부를 모델링하였고, 시뮬레이션을 통해 무릎관절 토크용량을 계산하였으며, 유한요소법을 이용하여 토크센서 감지부의 크기를 설계하였다.

제안 방법

이를 위해 무릎관절 모터와 연결되는 부분의 링크에 토크센서 감지부를 모델링하였고, 시뮬레이션을 통해 무릎관절 토크용량을 계산하였으며, 유한요소법을 이용하여 토크센서 감지부의 크기를 설계하였다. 그리고 토크센서 감지부에 스트레인게이지를 부착하여 토크 센서를 제작하였고, 토크센서의 특성을 파악하기 위한 특성 실험을 실시 하였으며, 보행보조로봇의 제어에 활용하기 위해 토크센서의 교정을 실시하였다.
따라서 본 논문에서는 뇌졸중환자가 사용할 수 있는 보행보조로봇의 무릎관절 토크를 측정할 수 있는 토크센서를 링크에 직접 설계 및 제작하였다. 이를 위해 무릎관절 모터와 연결되는 부분의 링크에 토크센서 감지부를 모델링하였고, 시뮬레이션을 통해 무릎관절 토크용량을 계산하였으며, 유한요소법을 이용하여 토크센서 감지부의 크기를 설계하였다. 그리고 토크센서 감지부에 스트레인게이지를 부착하여 토크 센서를 제작하였고, 토크센서의 특성을 파악하기 위한 특성 실험을 실시 하였으며, 보행보조로봇의 제어에 활용하기 위해 토크센서의 교정을 실시하였다.

대상 데이터

6의 (a)는 제작된 무릎관절 토크센서의 사진을 나타낸 것이고, (b)는 무릎관절 토크센서와 조립 된 종아리 링크를 나타내고 있다. 무릎관절 토크센서는 Fig. 3에 나타낸 무릎관절 토크센서의 게이지 부착 위치에 스트레인게이지(N2A-13-S1452-350, 게이지 상수 2.03, 크기 3 mm × 5.2 mm)를 순간접촉제(Mbond 200)을 이용하여 부착하였다. 그리고 휘스톤 브리지를 구성하여 제작하였다.

성능/효과

04%이내 이었고, 이것은 기존에 개발한 토크센서의 그것과 비슷하였다. 그리고 무릎관절 토크센서를 보행보조로봇 제어장치에 연결한 후 교정을 실시하였고, 그 결과 재현도오차와 비직선성오차가 각각 0.1%이내이었다. 그러므로 본 논문에서 개발한 토크센서는 종아리 링크와 고정되어 보행보조로봇의 무릎관절에 가해지는 회전력을 측정하는데 사용될 수 있다.
무릎관절 토크센서의 구조는 중심을 기준으로 십자형보가 위치하도록 모델링되었다. 제작된 무릎관절 토크센서의 특성실험결과, 토크센서의 재현도오차와 비직선성오차는 각각 0.03%와 0.04%이내 이었고, 이것은 기존에 개발한 토크센서의 그것과 비슷하였다. 그리고 무릎관절 토크센서를 보행보조로봇 제어장치에 연결한 후 교정을 실시하였고, 그 결과 재현도오차와 비직선성오차가 각각 0.

후속연구

1%이내이었다. 그러므로 본 논문에서 개발한 토크센서는 종아리 링크와 고정되어 보행보조로봇의 무릎관절에 가해지는 회전력을 측정하는데 사용될 수 있다. 추후 연구에서는 개발한 무릎관절 토크센서를 보행보조로봇에 고정하여 다리환자의 보행 시 무릎관절에 가해지는 토크를 측정하고, 이 값을 이용하여 다리가 장해물 등에 접촉하는 것을 감지하고 무릎관절 모터의 과부하를 예측하여 모터의 정지 등을 미연에 방지하는 실험을 실시하는 것이다.
그러므로 본 논문에서 개발한 토크센서는 종아리 링크와 고정되어 보행보조로봇의 무릎관절에 가해지는 회전력을 측정하는데 사용될 수 있다. 추후 연구에서는 개발한 무릎관절 토크센서를 보행보조로봇에 고정하여 다리환자의 보행 시 무릎관절에 가해지는 토크를 측정하고, 이 값을 이용하여 다리가 장해물 등에 접촉하는 것을 감지하고 무릎관절 모터의 과부하를 예측하여 모터의 정지 등을 미연에 방지하는 실험을 실시하는 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	다리환자는 대부분 어떻게 발생하는가?	다리환자는 대부분 사고, 뇌졸중 등에 의해 후천적으로 발생하는 경우가 많고, 이 경우 재활치료에 의해 정상적으로 움직일 수 있을 정도로 회복될 수 있다. 재활치료는 재활전문 치료사가 재활운동을 시킴으로써 수행되거나 다양한 종류의 재활로봇을 이용하여 수행되고 있다.
	편마비다리환자는 무엇을 착용하는가?	재활치료는 재활전문 치료사가 재활운동을 시킴으로써 수행되거나 다양한 종류의 재활로봇을 이용하여 수행되고 있다. 편마비다리환자의 경우에는 착용용 보행보조로봇을 착용하고, 재활훈련 및 일상생활을 위해 보행한다.
	보행보조로봇의 단점은?	Wu[1]은 다리환자가 보행운동 중에 넘어지는 사고를 방지하기 위해 벨트로 상부를 고정하고, 다리를 줄로 당기는 방식으로 운동을 시키는 보행보조로봇을 개발하였다. 이 로봇은 다리환자가 착용하고 보행을 수행하거나 평지 혹은 불규칙한 지면을걸으면서운동할수없는단점을가지고있다. M.

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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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