[논문]사람 보행시 발바닥 힘정보를 측정하기 위한 지능형 신발시스템 개발

김갑순; 신희준; 허덕찬; 김현민; 윤정원

문제 정의

본 논문에서는 4개의 6축 힘/모멘트센서, 2개의 고속측 정장치로 구성되는 지능형 신발시스템을 개발하였다. 제작한 6축 힘/모멘트센서는 상호간섭오차가 3% 이내로 상용화된 센서의 그것과 비슷하며, 고속측정장치는 안정도실험결과 ±3mV 이내(0.
본 논문에서는 6축 힘/모멘트센서가 부착된 사람 보행시 발바닥 힘정보를 측정하기 위한 착용용 지능형 신발을 개발하였다. 4개의 6축 힘/모멘트센서를 설계 및 제작하였고, DSP(digital signal processor)를 이용한 2개의 고속측정장치를 설계 및 제작하였으며, 이들을 이용하여 착용용 지능형 신발을 개발하였다.
본 논문에서는 착용용 지능형 신발시스템을 제작하기 위한 6축 힘/모멘트센서를 제작하기 위하여 Kim³이 개발한 6축 힘/모멘트센서의 구조를 그대로 사용하고 용량만 다르게 설계하였다. 용량은 사람의 무게를 고려하여 힘 Fx, Fy 는 500N, Fz는 1000N이고, 모멘트는 Mx, My는 18Nm, Mz는 8Nm으로 결정하였다.

제안 방법

본 논문에서는 6축 힘/모멘트센서가 부착된 사람 보행시 발바닥 힘정보를 측정하기 위한 착용용 지능형 신발을 개발하였다. 4개의 6축 힘/모멘트센서를 설계 및 제작하였고, DSP(digital signal processor)를 이용한 2개의 고속측정장치를 설계 및 제작하였으며, 이들을 이용하여 착용용 지능형 신발을 개발하였다. 그리고 사람이 개발된 지능형 신발을 신고 보행실험을 실시하였다.
6축 힘/모멘트센서를 설계하기 위한 설계변수의 정격 출력은 약 0.5 , 센서의 사각형상의 크기와 높이가 각각 80mm×80mm×19mm, 힘/모멘트 전달블록의 사각크기가 20mm×20mm, 스트레인게이지의 부착위치가 길이방향으로는 1mm, 폭방향으로는 1/2, 스트레인게이지의 부착위치에서의 변형률은 약 250 μm / m , 정격하중은 힘 Fx, Fy 가 500N, Fz 센서가 1000N, 모멘트 Mx, My 가 18Nm, Mz 센서가 8Nm 로결정하였다.
m를 각각 가하였다. 개발한 고속측정기의 아날로그/디지털 컨버터(ADC: analog/digital converter)가 0~3300mV 범위로 변환이 가능하므로 4개의 6축 힘/모멘트센서의 각센서의 무부하에서의 출력을 1500mV로 증폭기의 가변저항을 가변시켜 조정하였고, 각 센서의 정격하중에서 +방향으로는 1200mV, 즉 2700mV가 되도록 조정하였으며, -방향으로는 -1200mV, 즉 300mV가 되도록 조정하였다. 따라서 지능형 신발시스템에 각각의 센서의 +정격하중을 가하였을때 최대는 2700mV가 출력되고 –정격하중을 가하였을 때에는 300mV가 출력된다.
4개의 6축 힘/모멘트센서를 설계 및 제작하였고, DSP(digital signal processor)를 이용한 2개의 고속측정장치를 설계 및 제작하였으며, 이들을 이용하여 착용용 지능형 신발을 개발하였다. 그리고 사람이 개발된 지능형 신발을 신고 보행실험을 실시하였다.
본 논문에서는 결정한 설계변수들을 ANSYS 소프트웨어에 적용하여 6축 힘/모멘트센서의 감지부를 설계하였다. 여러 번의 소프트웨어를 수행시켜 6축 힘/모멘트센서의 각각의 정격하중인 힘들과 모멘트들을 가하여 센서들의 감지부 크기, 즉 평행평판보의 폭 b₁, b₂, b₃, 두께 ₁, ₂, ₃, 길이 ₁, ₂, ₃를 결정하였다.
여러 번의 소프트웨어를 수행시켜 6축 힘/모멘트센서의 각각의 정격하중인 힘들과 모멘트들을 가하여 센서들의 감지부 크기, 즉 평행평판보의 폭 b1 , b2 , b3 , 두께 1 , 2 , 3 , 길이 1 , 2 , 3 를 결정하였다.
지능형 신발시스템의 교정은 4 개의 6축 힘/모멘트센서를 각각 6 축 힘/모멘트센서 교정장치 4 에 고정하고, 정격하중 Fx=Fy=50kg, Fz=100kg과 모멘트 Mx=My=1.8kg.m, Mz=0.8kg.m를 각각 가하였다. 개발한 고속측정기의 아날로그/디지털 컨버터(ADC: analog/digital converter)가 0~3300mV 범위로 변환이 가능하므로 4개의 6축 힘/모멘트센서의 각센서의 무부하에서의 출력을 1500mV로 증폭기의 가변저항을 가변시켜 조정하였고, 각 센서의 정격하중에서 +방향으로는 1200mV, 즉 2700mV가 되도록 조정하였으며, -방향으로는 -1200mV, 즉 300mV가 되도록 조정하였다.

대상 데이터

3 은 오른쪽 발을 위해 제작된 6축 힘/모멘트 센서의 고속측정기를 나타내고 있다. 이 측정기는 DSP(digital signal processor), 외부 메모리(memory), 증폭기부(amplifier), 통신부, 전원부, 스위치부 등으로 구성되었다. DSP 는 30MHz 크리스털을 사용하여 발생된 클럭 (clock)을 DSP 내부에서 5배 증폭시켜 150 MHz 로 동작되고, 내부 플레쉬롬에 프로그래밍된 동작 프로그램을 램에 임시로 저장한 상태에서 각각의 명령을 처리하며, A/D 컨버터, 병렬 인터페이스, 직렬 통신 인터페이스 등을 동작 시킨다.
1 은 본 논문에서 개발한 지능형 신발의 사진을 나타내고 있으며, (a)는 오른쪽 지능형 신발, (b)는 왼쪽 지능형 신발을 나타내고 있다. 지능형 신발은 Fig. 1에서 보는 것과 같이 290cm 이하의 발을 가진 성인이 신을 수 있도록 본체를 샌들로 구매하여 사용하였고, 본체의 뒤꿈치와 앞꿈치 부분에 각각 6축 힘/모멘트센서를 부착하였으며, 그 밑에 고무를 부착하여 일반적으로 신는 신발과 비슷하게 구성하였다.

성능/효과

5%)이내의 오차를 보였다. 그리고 지능형 신발시스템을 신고 걷는 특성실험결과 사람의 보행시 예상 했던 힘과 모멘트의 출력이 나타남을 확인할 수 있었다. 따라서 개발한 지능형 신발시스템은 사람의 보행특성실험에 사용될 수 있을 뿐만 아니라 인간형 로봇의 지능형 발에 기초실험 데이터로 사용될 수 있을 것으로 생각된다.
그리고 Fx, Fy, Mz 센서는 보행시 각 방향으로 가해지는 그들의 값을 나타내고 있다. 측정결과를 분석하면 사람이 보행할 때 예상하였던 것과 같이 힘과 모멘트들이 출력됨을 확인할 수 있었다.

후속연구

그리고 지능형 신발시스템을 신고 걷는 특성실험결과 사람의 보행시 예상 했던 힘과 모멘트의 출력이 나타남을 확인할 수 있었다. 따라서 개발한 지능형 신발시스템은 사람의 보행특성실험에 사용될 수 있을 뿐만 아니라 인간형 로봇의 지능형 발에 기초실험 데이터로 사용될 수 있을 것으로 생각된다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

사람 보행시 발바닥 힘정보를 측정하기 위한 지능형 신발시스템 개발
Development of Intelligent Shoe System to Measure Applied Force/Moment on the Sole of a Foot in Human Walking 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

사람 보행시 발바닥 힘정보를 측정하기 위한 지능형 신발시스템 개발 Development of Intelligent Shoe System to Measure Applied Force/Moment on the Sole of a Foot in Human Walking 원문보기

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

사람 보행시 발바닥 힘정보를 측정하기 위한 지능형 신발시스템 개발
Development of Intelligent Shoe System to Measure Applied Force/Moment on the Sole of a Foot in Human Walking 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper