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3-RPS 평형기구를 이용한 노인용 지팡이형 보행보조기기 메커니즘 개발
Mechanism Design of Cane-like Passive Type Walking Aid For the Elderly Using 3-RPS Parallel Manipulator 원문보기

대한기계학회 2004년도 추계학술대회, 2004 Nov. 03, 2004년, pp.725 - 730  

김정훈 (연세대학교 대학원 기계공학과) ,  장대진 (연세대학교 대학원 기계공학과) ,  박태욱 (연세대학교 CISD) ,  양현석 (연세대학교 기계공학부) ,  이상무 (고등기술연구원)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper has regarded mechanism design of cane-like passive type walking aid for the elderly using 3-RPS parallel manipulator. First, gait patterns of the elderly have been experimented. By means of motion capturing and image processing, we decided loaded forces and places of the cane when the eld...

AI 본문요약
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문제 정의

  • 3-RPS 평형기구의 디자인에서도 앞의 2 가지 극단적인 경우 외에도 기본 디자인을 변화하면서 어떠한 형태를 갖는 것이 가장 효율적이며 최적화된 보행보조기기인지 연구한다. 그리고 병진 조인트에 해당하는 스프링 상수를 결정하며, 그 결정된 스프링이 보행 시에 필요한 힘을 보완해 줄 수 있는지를 판단하고, 충분한 보행보조를 할 수 있도록 노인을 위한 지팡이형 보행보조기기의 메커니즘을 개발한다.
  • 이전 모션 캡쳐링과 이미지 프로세싱을 통하여 자료를 구축하였으므로, 이를 이용하여 노인의 보행 특성을 모델링하고, 그 모델링에 대한 시뮬레이션을 통하여 실제 노인의 보행 특성과 유사성 여부를 판단한다. 또한 개발하려고 하는 보행보조기기를 모델링한 후, 노인의 보행 특성의 모델링과 결합하여 보행의 안전성 여부와 보행보조기기가 노인에게 보행 특성의 향상을 가져오는 정도를 수치적으로 보이는 것이 시뮬레이션의 목적이다.
  • 없었다. 이 논문에서는 노인의 보행 및 행동 패턴을 분석하고 이에 근거한 몸에 부착하지 않는 보행 보조기기를 설계. 평가하여, 향후 노인에게보다 친숙한 보행보조기기를 개발하는 것을 목표로 한다.
  • 이 논문에서는 패시브 타입의 보행 보조기기를 개발하기 위한 기초연구가 주를 이루었다. 먼저 노인들의 보행 패턴을 알기 위하여 모션 캡쳐링실험을 하였으며, 지팡이의 데이터와 동기화시키기 위해서 이미지 프로세싱 방법을 사용하였다.
  • 이 연구는 지팡이의 데이터를 3-RPS 평형 기구에 적용시켰을 때의 각 다리(limb)의 길이를 선정하기 위한 것이다. 각 다리의 길이는 식 (11) 에서계산된다.
  • 하지만, 마음처럼 활동을 왕성하게 할 수 있는 노인들은 그 수가 많지 않다. 이런 노인들을 위한 지팡이형 보행보조기기를 개발하는 것이 이 논문의 목적이다. 현재 휠체어, 워커(walker), 지팡이 등 많은 보행보조기기들이 있다.
  • 이 논문에서는 노인의 보행 및 행동 패턴을 분석하고 이에 근거한 몸에 부착하지 않는 보행 보조기기를 설계. 평가하여, 향후 노인에게보다 친숙한 보행보조기기를 개발하는 것을 목표로 한다.

가설 설정

  • 가장 간단한 형태로 아래 판의 각 꼭지점이 한 평 면 상에 존재하면서 정삼각형을 이루고, 위판의 각 꼭지점 역시 한 평면상에 존재하면서 정삼각형을 이룬다고 가정한다. 각 프레임의 원점은 정삼각형의 무게중심에 위치하며, 첫 번째 꼭지점으로 향한 축을 각각 x 축, u 축이라고 가정한다.
  • 이룬다고 가정한다. 각 프레임의 원점은 정삼각형의 무게중심에 위치하며, 첫 번째 꼭지점으로 향한 축을 각각 x 축, u 축이라고 가정한다. 아래 판의 원점(O)에서 꼭지점까지의 거리를 g 라고 하고, 위 판의 원점(P)에서 꼭지점까지의 거리를 h 라고 한다.
  • 여기서 지팡이가 수축하는 방향인 z 방향의 움직임은 지팡이를 사용하는 사람에게 직접적으로 영향을 미칠 수 있는 변수이므로 실험을 통하여 구해야 하는 디자인 파라미터이다. 이번 실험에서는 z 방향의 움직임(수축길이)을 -10mm 로 가정하고 보행 보조기기를 설계한다.
  • 지팡이의 지면에 닿는 위치를 기준으로 아래 판의 반경은 50mm, 위 판의 반경은 20mm 라고 선정하였고, 다리 의 길이는 60mm 라고 가정 한다.
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