초록 ▼

1. 단계최종목표
하지 근력이 저하된 노인의 보행, 부축 및 앉기/서기 보조가 가능한 지능형 보행보조기기 및 제어 기술 개발
2. 개발내용 및 결과
$\bullet$ 차륜형 보행보조기기 시제품 제작 및 제어기술 개발
- 보행보조, 경사주행 및 턱 극복이 가능한 메커니즘 설계 및 구현
- 힘 센서 기반 보행의지파악 기술 개발
- 장애물 인식/회피 기능 구현
- GPS 기반 자기위치인식 기능 구현
- USB 기반 분산 제어 및 소형, 저전력 장착형 제어기 개발

1. 단계최종목표
하지 근력이 저하된 노인의 보행, 부축 및 앉기/서기 보조가 가능한 지능형 보행보조기기 및 제어 기술 개발
2. 개발내용 및 결과
$\bullet$ 차륜형 보행보조기기 시제품 제작 및 제어기술 개발
- 보행보조, 경사주행 및 턱 극복이 가능한 메커니즘 설계 및 구현
- 힘 센서 기반 보행의지파악 기술 개발
- 장애물 인식/회피 기능 구현
- GPS 기반 자기위치인식 기능 구현
- USB 기반 분산 제어 및 소형, 저전력 장착형 제어기 개발
$\bullet$ 노인 보행특성 연구 및 지팡이형 보행보조기기 시제품 제작
$\bullet$ 계단 승월 메커니즘 개념 설계
3. 기대효과(기술적 및 경제적 효과)
$\bullet$ 노인보행특성 연구를 통한 실버 산업 기반 기술 확보
$\bullet$ 독창적인 메커니즘, 제어 기술 개발 및 이를 통한 관련 연구 활성화
$\bullet$ 노인들의 노동력 활용과 경제활동 활성화
$\bullet$ 선진국 실버 산업과의 기술 격차극복
4. 적용분야
$\bullet$ 노인의 이동 보조 및 체력 증진 등을 통해 노인 복지 향상에 적용
$\bullet$ 하지 근력이 손상된 환자를 위한 재활 훈련용 보조 기구에 적용
$\bullet$ 지능형 휠 체어 시스템 개발 및 상용화에 적용

목차 Contents

• 제 1 장 서론...13
• 제 1 절 연구개발의 필요성...13
• 제 2 절 시장규모...17
• 1. 국내 시장규모...17
• 2. 세계시장 규모...17
• 제 3 절 지금까지의 연구개발 실적...19
• 1. 실외용 보행보조기기 개발...20
• 가. 국외 연구 현황...20
• 나. 국내 연구 현황...22
• 2. 계단적응형 보행보조기기 설계...23
• 가. 국외 연구 현황...24
• 나. 국내 연구 현황...31
• 3. 지팡이형 보행보조기기의 메카니즘 설계...35
• 가. 국외 연구 현황...35
• 나. 국내 연구 현황...35
• 제 2 장 기술개발 내용 및 방법...38
• 제 1 절 실외용 보행보조기기...38
• 1. 기구부...38
• 가. 환경 분석 및 보행 보조 기기의 요구 사항...38
• 나. 보행 보조 기기 개념 설계...39
• 다. 개념 설계된 보행보조기기...55
• 라. 보행보조기기 본체 상세설계 및 메커니즘 설계...60
• 마. 보행보조기기 해석, 제작 및 실험...63
• 바. 보행보조기기 외관 디자인...73
• 2. 제어부...75
• 가. 제어기 및 보행보조 알고리즘 설계...75
• 나. 보행보조로봇 제어기 개발...85
• 제 2 절 계단적응형 보행보조기기...104
• 1. 계단 승하강 메커니즘 개념 설계...104
• 가. 계단 승하강을 위한 고려 사항...104
• 나. 계단 승하강 메커니즘 분석...106
• 다. 계단 승하강 메커니즘의 모의 실험...110
• 2. 계단 적응형 차륜형 보행보조기기 개념 설계...116
• 가. 계단 적응형 차륜형 보행보조기기의 구조...116
• 나. 토크 계산...119
• 다. 계단 적응형 차륜형 보행보조기기의 개념 설계...120
• 3. 계단 적응형 차륜형 보행보조기기의 테스트 시스템 구축...122
• 가. 계단 적응형 차륜형 보행보조기기 테스트 시스템 설계...122
• 나. 계단 적응형 차륜형 보행보조기기 테스트 시스템 제작...123
• 다. 계단 적응형 차륜형 보행보조기기 테스트 시스템 실험...124
• 4. 계단 장애물 감지 기술...127
• 가. 거리센서를 이용한 계단 장애물 감지 방법...127
• 나. 단일 카메라 영상을 이용한 계단 장애물 감지방법...133
• 5. 테스트 시스템용 제어기 구축...144
• 제 3 절 지팡이형 보행보조기기...146
• 1. 모션 캡처링 기법 실험...146
• 2. 정상 보행 주기의 고찰...148
• 3. 일반인과 노인의 보행 분석...150
• 4. 지팡이 보행 분석...154
• 가. 첫 번째 피실험자에 대한 지팡이 보행 분석...154
• 나. 두 번째 피실험자에 대한 지팡이 보행 분석...158
• 다. 세 번째 피실험자에 대한 지팡이 보행 분석...159
• 라. 네 번째 피실험자에 대한 지팡이 보행 분석...161
• 5. 서기(Standing)시 분석...163
• 가. 첫 번째 피실험자에 대한 지팡이 사용 서기시 분석...163
• 나. 두 번째 피실험자에 대한 지팡이 사용 서기시 분석...164
• 다. 세 번째 피실험자에 대한 지팡이 사용 서기시 분석...165
• 라. 네 번째 피실험자에 대한 지팡이 사용 서기시 분석...166
• 6. 보행보조기기의 메카니즘 설계안...167
• 가. 설계 1안 - 수차이동방식...167
• 나. 설계 2안 - 병렬 스프링 방식...168
• 다. 설계 3안 - H자형 방식...169
• 7. 노인의 보행 특성 모델링 및 시뮬레이션...174
• 가. 목적...174
• 나. 데이터를 이용한 2차원 모델링 및 시뮬레이션...174
• 8. 보행보조기기의 설계 및 제작...177
• 가. 최종 설계안 선정...177
• 나. 설계 조건...177
• 다. 3-RPS 병렬형 매니플레이터의 설계 과정...177
• 라. 기하학적 형상...178
• 마. 역기구학 해석...178
• 바. 설계 변수의 결정...179
• 사. 최적화 목표...179
• 아. 모델링...180
• 자. 회전 조인트의 위치 결정...185
• 차. 동역학 프로그램을 이용한 시뮬레이션 및 지팡이 제작...187
• 카. 제작...193
• 타. 새로운 지팡이에 대한 설문조사...195
• 9. 노인의 보행 시뮬레이션 및 계단 적응형 보행보조기기...196
• 가. 노인의 보행분석 및 시뮬레이션...196
• 나. 계단 적응형 Passive-type 지팡이의 설계...200
• 제 3 장 결과 및 향후계획...203
• 참고문헌...205