[논문]3차원 동작분석시스템을 이용한 중량물 들기 작업의 평가

박재희; 강신길

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박재희 (한경대학교 안전공학과) , 강신길 (한국과학기술원 기계공학과)

그 동안 정부, 기업, 산업안전인의 노력으로 통계 상 국내의 산업재해 발생건수가 1991년 이후 크게 줄어들고 있는 것이 사실이다. 그러나 최근 들어 불편한 작업자세로 오랜 기간동안 작업할 때 나타날 수 있는 누적외상병 (CTD; Cumulative Trauma Disorder)에 대한 보고와 자각 증세를 호소하는 노동자들은 점차 늘고 있다. 특히 불편한 작업 자세로 장시간 중량물을 취급할 경우 요통재해로 발전할 가능성은 매우 높다. 정민근 등(1997)의 조사는 1992년부터 1994 년까지 포항 지역의 재해자 중 781 명 약 13.4 %가 요통재해자라는 것을 밝힌 적인 있는데, 이 사실만으로도 그 심각성을 쉽게 알 수 있다. 특히 요통재해의 원인 중 들기 작업이 26.9%로 가장 큰 비중을 차지하는 것으로 보고하고 있다.(중략)

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문제 정의

이에 본 연구에서는 3차원 동작분석 시스템과 힘판(force platform)을 사용한 인체 동작 부하 평가 시스템을 개발하였다(박재희 등, 1998). 이 시스템은 인체 애니메이션 생성, 보행분석(gait analysis) 등에도 사용될 수 있으나 산업안전 측면에서는 중량물 들기 작업에 대한 평가에 활용할 수 있다.

제안 방법

개발된 시스템을 우선적으로 산업안전 분야의 주요 문제인 중량물 들기 작업 평가에 이용해 보았다. 이를 통해 시스템에 대한 성능 평가 작업이 이루어졌다.
이를 통해 시스템에 대한 성능 평가 작업이 이루어졌다. 대상이 된 작업은 중량물의 부하가 0, 3, 6, 9 Kg중 인 네 개의 경우인데, 5 명의 피실험자에 대해 이를 무릎을 굽혀 드는 자세와 허리를 굽혀 드는 자세로 들도록 했다. 또한 바닥의 물건을 들은 후 몸통올 비틀며 올리는 작업에 대한 평가도 이루어졌다.
간혹 어떤 표식이 인체나 물체에 의해 가려진 범위에 대해서는 다양한 보간 방법들을 이용하여 적절한 좌표 값이 추정되도록 했다. 둘째, 각 관절의 3 차원 좌표 값 계산이 끝나면 지면반력 데이터와 결합하여 각 관절에서의 힘과 모멘트를 분석하도록 했다. 계산된 좌표와 힘의 변화는 시간 축 상의 그래프로 표시되게 했다.
대상이 된 작업은 중량물의 부하가 0, 3, 6, 9 Kg중 인 네 개의 경우인데, 5 명의 피실험자에 대해 이를 무릎을 굽혀 드는 자세와 허리를 굽혀 드는 자세로 들도록 했다. 또한 바닥의 물건을 들은 후 몸통올 비틀며 올리는 작업에 대한 평가도 이루어졌다.
이 시스템은 인체 애니메이션 생성, 보행분석(gait analysis) 등에도 사용될 수 있으나 산업안전 측면에서는 중량물 들기 작업에 대한 평가에 활용할 수 있다. 여기에서는 개발된 이 시스템에 대한 설명과 이를 이용한 들기 작업의 시험적 평가가 이루어졌다.
평가를 위한 종속변수로는 여러 관절이 고려될 수 있으나 여기서는 다섯 번째 허리등뼈(lumbar)와 첫 번째 엉치등뼈(sacrum) 사이 지점, 즉 L5/S1 지점에서의 모멘트 (moment)로 설정하였다. L5/S1 지점은 허리 디스크가 가장 많이 발생하는 지점으로 인체 역학 분석 시 기준으로 삼는 부위이다(Chaffin, 1984; Park, 1974; Winetr, 1990).
관절과 척추의 여러 점들이다. 피실험자들은 몸에 밀착하는 검은 색 싸이클 선수복올 착용시킨 후 지정된 18 곳의 신체 관절 부위에 표식(spherical marker)을 부착한 다음 중량물을 들어올리도록 했다. 피실험자는 물건을 정상 속도로 가슴까지 들어 올린 후 다시 내려놓도록 했다.

데이터처리

이를 보면 물건을 들어올리는 순간과 내려놓는 순간에 모멘트가 크게 첨두치(peak value)> 보이는 것을 알 수 있다. 분석을 위한 데이터는 이 두 첨두치의 평균을 사용하였다. 그 결과 작업부하 간에 L5/S1 지점에서의 모멘트에 통계적으로 유의한 차이(P=0.
피실험자는 물건을 정상 속도로 가슴까지 들어 올린 후 다시 내려놓도록 했다. 이러한 물건올 드는 동작은 3차원 동작 측정시스템으로 전 과정이 측정되었으며, 측정된 데이터는 소프트웨어를 이용해 분석되었다.

성능/효과

0047)가 있는 것으로 나타났다(박재희 1998). 또한 몸통을 비트는 작업에서는 수직 축에 대한 모멘트가 크게 증가하는 것을 관찰 할 수 있었다.

후속연구

본 연구에서 개발된 인체 동작부하 평가 시스템은 중량물 들기 작업의 안전도 평가에 매우 유용하게 사용될 수 있을 것이다. 특히 작업 간의 상대적 비교에는 매우 효과적일 것으로 판단된다.
특히 작업 간의 상대적 비교에는 매우 효과적일 것으로 판단된다. 이러한 방법이 NIOSH 의 평가 방법 등과 적절히 병행되어 사용된다면 위험한 중량물 들기 작업에 대한 제한과 개선 등이 정량적 평가를 통해 이루어질 수 있을 것이다. 추후 본 시스템 내에 NIOSH의 Lifting Index 식을 넣어주어 자동으로 Index 가 계산되어 나오도록 하는 과제가 계획 중이다.
이러한 방법이 NIOSH 의 평가 방법 등과 적절히 병행되어 사용된다면 위험한 중량물 들기 작업에 대한 제한과 개선 등이 정량적 평가를 통해 이루어질 수 있을 것이다. 추후 본 시스템 내에 NIOSH의 Lifting Index 식을 넣어주어 자동으로 Index 가 계산되어 나오도록 하는 과제가 계획 중이다.

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