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노면 적응형 대퇴 의족개발을 위한 발목 관절 부하 가변형 하퇴 의족 적용에 대한 연구
The Study on Applying Ankle Joint Load Variable Lower-Knee Prosthesis to Development of Terrain-Adaptive Above-Knee Prosthesis 원문보기

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.23 no.3, 2019년, pp.883 - 892  

엄수홍 (Dept. of Electronics Engineering, Korea Polytechnic University) ,  나선종 (Dept. of Electronics Engineering, Korea Polytechnic University) ,  류중현 (Dept. of Electronics Engineering, Korea Polytechnic University) ,  박세훈 (Korea Orthopedics & Rehabilitation Engineering Center) ,  이응혁 (Dept. of Electronics Engineering, Korea Polytechnic University)

초록
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본 연구에서는 지능형 대퇴 의족의 노면 적응 기술 구현시 보행 환경이 변화하는 구간 및 약 경사로 보행에서의 보행 불평형 문제를 해결하기 위한 방법으로 발목 관절 운동을 제어 가능한 하퇴 의족을 적용하였다. 제안한 태퇴 의족의 개발을 위해서는 보행의 단계 구분이 필수적이다. 이러한 보행의 입각기의 단계별 구분과 유각기의 판단을 위하여 대퇴의족의 슬관절 데이터와 관성센서 데이터를 바탕으로 의사 결정 나무 학습법과 랜덤포레스트 기법을 융합한 머신러닝 기술을 제안 및 적용하였다. 이러한 방법으로 발목의 운동 상태를 제어 하였으며 보행 평형이 문제가 해소 되는지를 butterfly diagram을 측정하여 평가 하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study is the method which is adapted to control ankle joint movement for resolving the problem of gait imbalance in intervals where gait environments are changed and slope walking, as applying terrain-adaptive technique to intelligent above-knee prosthesis. In this development of above-knee pro...

주제어

표/그림 (13)

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

문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 데이터 전 처리 과정이 필요 없고 학습과 결과 값이 간단한 의사결정나무와 의사결정트리를 응용한 앙상블 기법인 랜덤 포레스트기법을 융합한 보행 단계 판별 모델을 제안한다.
  • 그러나 기계식 관절을 갖는 의족의 보행은 해당 보행 주기 에서 유의미한 특징을 찾기가 쉽지 않다. 따라서 본 논문에서는 머신러닝 기법을 활용한 방법을 제안하고자 한다.
  • 따라서 본 논문에서는 모호한 보행 환경에서 빠른 보행 단계 구분을 위하여 머신러닝 기반의 보행 단계 분류 모델을 제안한다. 현재 머신러닝을 활용한 보행 단계 분류의 유사 연구로는 H.
  • 또한 부트스트랩 샘플의 개수가 100개 이후는 학습시간과 학습에 소모하는 메모리에 비하여 정확도의 상승폭이 눈에 띄게 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 본 논문에서는 부트스트랩의 개수가 50개인 랜덤포레스트 기반의 보행 단계 판별 모델을 이용하여 이후의 실험을 진행하고자 한다.
  • 따라서 본 논문에서는 불필요하게 성장된 자식 마디를 제거하여 의사결정나무를 단순화시키는 가지치기 기법을 통하여 과대적합을 예방하고자 한다.
  • 따라서 본 논문은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 발목 관절에 가변 유압 실린더를 이용한 하퇴 의족을 적용하여 즉각적인 보행 모드 변화가 이루 어지지 못하여 발생되는 부분을 발목관절의 변화로 보행 불평형을 보상 하고자 한다.
  • 본 논문에서는 Passive 의족의 보행에서 관성 센서를 활용한 보행 단계 판별을 하기 위하여 의사 결정 나무 학습법을 제안하였다. 따라서 학습을 위한 훈련 데이터 취득을 위하여 그림 4와 같이 정상인이 착용할 수 있는 소켓에 ottobock사의 3R60의 족을 부착하고 관절의 변화를 절대적으로 확인하기 위하여 정밀 소형 엔코더를 부착하여 관성센서 데이터와 함께 취득 하였다.
  • 본 논문에서는 국내 재활공학연구소에서 개발한 발목 관절의 운동 부하 조절 하퇴의족을 활용하여 대퇴의족에 적용시 기존의 의족 시스템에서 보행 환경이 변화 되는 구간 및 약 경사에서 발생되는 보행 불평형을 해소를 위한 연구를 수행하였다. 연구는 발목 관절의 가변 구간 시점 도출을 위하여 머신러닝 기술을 적용하였다.
  • 또한 데이터의 스케일 전환 없이 데이터를 그대로 사용해도 된다는 장점이 있다. 의사결정나무는 가지 생성 방법에 따라 여러 의사결정나무 방법론으로 나뉘며, 본 논문에서는 가장 보편적으로 사용되는 CART(Classification And Regression Tree)기법을 사용하고자 한다[20].
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
2018년 전체 장애인 중 지체 장애인 비율은 얼마인가? 2018년 고용노동부와 한국장애인고용공단 고용 개발원의 보고서에 따르면 국내 장애인 수는 지속 적으로 증가하고 있으며, 전체 장애인 중 지체 장애인의 수는 전체의 약 50%를 차지하고 있다[1]. 절단으로 인한 지체 장애인은 약 17.
하지 절단은 절단 부위에 따라 무엇으로 나눌 수 있는가? 3%로 하지 절단 장애인이 가장 많다[2]. 하지 절단은 절단 부위에 따라 족부절단, 하퇴절단, 슬관절 이단, 대퇴 절단 등으로 나눌 수 있다. 그 중 대퇴절단 환자의 경우 다른 하지 절단 유형대비 하지의 잔존 영역이 적어 보행에 제약이 가장 크다 [3].
대퇴절단 환자의 보행을 지원하기 위한 보조기기 중 신체 기능 복원을 목적으로 사용되는 것은 무엇인가? 그 중 대퇴절단 환자의 경우 다른 하지 절단 유형대비 하지의 잔존 영역이 적어 보행에 제약이 가장 크다 [3]. 대퇴 절단 환자들의 보행을 지원하기 위한 보조기기 중 신체 기능 복원을 목적으로는 대퇴의족이 있다. 1990년대 대퇴의족의 목적은 보행을 가능 하도록 하는 것으로 별도의 편의사항이 없었다.
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