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제안 방법
- 따라서 본 논문에서 제안한 재활운동 시스템을 개발하기 위하여 인체의 상지 및 하지에 대한 기구학적 특성을 조사하여 각관절의 회전 특성 및 좌표관계를 연구 하였으며, 이러한 기구학적 특성을 이용하여 재활운동에 알맞은 메커니즘을 제시하고 다양한 재활 부위와 이를 운동시키는 헤드부의 위치관계를 조사하였다. 또한 기구학 해석과 시뮬레이션을 통하여 다관절 재활에 필요한 기구를 설계하였으며, 재활 위치 자동화를 위한 베이스 프레임을 설계하였다.
- 따라서 본 논문에서 제안한 재활운동 시스템을 개발하기 위하여 인체의 상지 및 하지에 대한 기구학적 특성을 조사하여 각관절의 회전 특성 및 좌표관계를 연구 하였으며, 이러한 기구학적 특성을 이용하여 재활운동에 알맞은 메커니즘을 제시하고 다양한 재활 부위와 이를 운동시키는 헤드부의 위치관계를 조사하였다. 또한 기구학 해석과 시뮬레이션을 통하여 다관절 재활에 필요한 기구를 설계하였으며, 재활 위치 자동화를 위한 베이스 프레임을 설계하였다.
- 본 논문에서 제시한 재활기구의 재활 가능성에 대해 알아보기 위해 기존에 알려진 관절 재활운동 중 대표적인 Elbow Extension/Flexion, Shoulder Extension/Flexion, Shoulder Abduction /Adduction, Knee Extension/Flexion. 운동에 대한 기구학적 해석을 수행하였으며, 해석에서 얻어진 결과를 바탕으로 헤드부와 의자부의 베이스 프레임을 설계하였다.
- 그러나 국내 재활 치료 현장에서 이용되는 Dynamometer는 고가의 외국 제품이다. 따라서 본 논문은 각 관절에서 이루어지는 다양한 재활운동을 하나의 시스템으로 통합하여 총 8개의 구동기(Actuator)를 이용하여 자동 위치 조정이 가능한 장치인 CMRS(C&R Lab Multi-joint Rehabilitation System)을 개발 하였다.
- 보철, 보조의학 장치 및 스포츠 손상 시 재활치료 장치, 물리치료 장치를 개발하는데 있어서 인체의 기구학적 특성이 중요하게 다루어지고 있다. 이에 따라 본 논문에서 제시한 다관절 재활운동 장치의 설계 및 운동위치에 대한 기준을 위해 인체의 관절에 대한 기구학적 특성을 Fig. 1과 같이 조사하였다.
- 인체의 관절에 대한 기구학적 특성을 조사하기 위해 치골(Pubis)을 중심으로 상지와 하지의 좌표 및 관절 사이의 길이를 정의하였다. 상지 관절의 어깨는 각각의 Z축으로 회전하는 3자유도로 구성되어 있으며, 팔꿈치는 Z축 방향으로 1자유도의 회전, 손목은 각 Z축으로 회전하는 3자유도로 구성된다.
- 의자부는 재활운동을 위해 환자를 원하는 위치로 조정 및 고정을 하는 역할을 한다. 기구학적 측면에서 보면 의자는 단순히 사용자의 위치만을 고려하므로 해석이 간단하여 생략하고, 사용자의 위치 및 관절에 대한 회전 위치만을 고려하였다.
- 본 논문에서 제시한 재활기구의 재활 가능성에 대해 알아보기 위해 기존에 알려진 관절 재활운동 중 대표적인 Elbow Extension/Flexion, Shoulder Extension/Flexion, Shoulder Abduction /Adduction, Knee Extension/Flexion. 운동에 대한 기구학적 해석을 수행하였으며, 해석에서 얻어진 결과를 바탕으로 헤드부와 의자부의 베이스 프레임을 설계하였다.
- 본 논문에서 제시한 재활기구가 기존에 재활 기기 들이 수행하는 재활 운동이 가능한지를 알아보기 위해 앞에서 분석한 재활장치의 기구학적 해석과 재활운동 할 때 발생되는 인체의 기구학적 해석을 가지고 시뮬레이션을 하였다. 이 시뮬레이션을 위해 우선 신장 180[cm]를 가진 인체를 선정 후 Drills, R.
- 본 논문에서 제시한 재활기구가 기존에 재활 기기 들이 수행하는 재활 운동이 가능한지를 알아보기 위해 앞에서 분석한 재활장치의 기구학적 해석과 재활운동 할 때 발생되는 인체의 기구학적 해석을 가지고 시뮬레이션을 하였다. 이 시뮬레이션을 위해 우선 신장 180[cm]를 가진 인체를 선정 후 Drills, R. 과 R. Contini가 제안한 방법에 의해 관절 사이의 길이를 구한 후 재활장치와 인체의 시뮬레이션을 실시하였다[5].
- 기존의 재활 운동 장치들은 대부분 수동적인 움직임에 의해 운동이 구현된다. 이러한 단점을 보완하기 위해서는 CMRS는 각각의 회전 장치 및 프레임의 이동장치를 자동으로 구현하기 위하여 Fig. 3에서 보는 바와 같이 총 6개의 구동기를 설치하였다. 이러한 Hardware를 바탕으로 환자의 성별과 신장을 기본 데이터로 하여 각 관절 재활 운동을 구현하기 위한 구동기의 위치를 신속하고 정확하게 조정할 수 있는 자동화 시스템을 구현하였다.
- 3에서 보는 바와 같이 총 6개의 구동기를 설치하였다. 이러한 Hardware를 바탕으로 환자의 성별과 신장을 기본 데이터로 하여 각 관절 재활 운동을 구현하기 위한 구동기의 위치를 신속하고 정확하게 조정할 수 있는 자동화 시스템을 구현하였다. 이를 위해 Fig.
- 이러한 Hardware를 바탕으로 환자의 성별과 신장을 기본 데이터로 하여 각 관절 재활 운동을 구현하기 위한 구동기의 위치를 신속하고 정확하게 조정할 수 있는 자동화 시스템을 구현하였다. 이를 위해 Fig. 4와 같이 위치 제어 자동화를 위한 인체 치수 인자를 총 6부분으로 정의하였다. 이러한 6부분의 인자를 이용하여 재활운동을 할 수 있도록 각 구동기의 위치를 제어하여 재활 운동을 할 수 있도록 하였다.
- 4와 같이 위치 제어 자동화를 위한 인체 치수 인자를 총 6부분으로 정의하였다. 이러한 6부분의 인자를 이용하여 재활운동을 할 수 있도록 각 구동기의 위치를 제어하여 재활 운동을 할 수 있도록 하였다. 이와 같은 방식으로 관절 위치에 따른 프레임 기본적인 위치 제어를 한 후, 세부적인 위치조정을 하여 재활운동을 진행 할 수 있다.
- 우리는 다양한 관절 운동을 하나의 통합시스템으로 구현하는 CMRS를 개발하였다. 이 시스템을 설계하기 위해 인체모델링 및 기구학적 해석을 이용하여 다양한 관절 재활 운동들을 시뮬레이션해 보았고, 실제 시스템을 개발 하였다. 개발된 CMRS를 이용 기존에 재활 장치들이 수행하는 CPM, Isotonic, Isokinetic, Isometric등의 다양한 재활 모션을 구현 할 수 있는 시스템과 실제 대한민국 국민의 나이와 성별 그리고, 신장에 따른 인체 치수 데이터를 적용하여 재활 운동 위치제어 자동화를 구현하는 시스템에 대한 개발이 진행 중이다.
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