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• 그림 임피던스 추정 자세
• 표 임피던스 추정 자세
• 그림 (a) Mussa-Ivaldi 등의 상지 강성 측정 실험 장치 셋업. 손가락과 손목은 움직일 수 없도록 고정되고, 팔꿈치는 천정에서부터 내려온 로프로 팔꿈치에 걸리는 중력을 잡아주고 있음. (b) 측정데이터 샘플. 위에서부터 아래로 상지의 y방향 저항력, x방향 저항력, 상지 끝단의 속력
• 그림 (a) Dolan 등의 상지 다관절 임피던스 추정 실험 셋업, (b) 측정된 변위 및 저항력: 상단 왼쪽과 오른쪽은 각각 x, y 방향의 변위, 하단 왼쪽과 오른쪽은 각각 x, y 방향의 측정된 저항력
• 그림 (a) Tsuji 등의 상지 다관절 임피던스 추정 실험 셋업. (b) 측정된 변위(상) 및 저항력(하)
• 그림 Gomi등의 상지 끝단 강성측정 실험 장비
• 그림 (a) Acosta 등의 상지 기계적 임피던스 측정 실험 셋업. (b) 측정된 비장애인 상지의 수평면상 2자유도 기계적 임피던스 Bode plot
• 그림 (a) Palazzolo 등이 실험에 이용한 평면 2자유도 MIT-MANUS 로봇을 사용 중인 환자. (b) MIT-MANUS의 손 연결 부위. (c) 추정된 평면 2자유도 기계적 임피던스값의 bode plot. (d) 신뢰도(reliability measure)로써 사용된 부분 기여도(partial coherence)와 다중기여도(multiple coherence)
• 그림 Gomi 등이 실험에 사용한 수평 2자유도 로봇. 인체 실험을 위하여 직접 제작되었으며, 임피던스 측정만이 아니라 다른 인체 실험 등도 가능하도록 제작되어 임피던스 추정을 위해서 필요한 실험 등에 비하여 크기가 큼
• 그림 MIT-MANUS. 재활 훈련을 위하여 제작된 로봇으로 기계적 임피던스 측정을 위하여서 필요한 공간보다 훨씬 크게 제작되었음
• 그림 햅틱마스터 도면. 상지 임피던스 추정에 필요한 변위보다 매우 큰 범위를 움직이도록 설계되어 임피던스 추정 목적을 위해서는 너무 크다는 것을 알 수 있다
• 그림 상지 수평 2자유도의 기계적 임피던스 추정에 사용된 산업용 로봇 (삼성 SCARA 로봇)
• 그림 (a) 상지 끝단의 수평 2자유도 기계적 임피던스 추정 시뮬레이션 개략도. (b) 기존의 (MIT에서 제안한) 추정방법을 쓸 때의 상지와 로봇 전체의 블록다이어그램. (c) 시뮬레이션에서 사용된 상지 및 로봇의 자세
• 그림 (a) 실제 상지의 임피던스 값(검정 실선)과 로봇에 비선형 마찰이 없을 때 추정된 상지의 임피던스 값(빨간 파쇄선)의 Bode plot. (b) 실제 상지의 임피던스 값(검정 실선)과 작은 비선형 마찰이 있을 경우 (파란색 점선), 중간 정도의 비선형 마찰이 있을 경우 (녹색 파쇄선), 그리고 큰 마찰이 있는 경우 (갈색 일점쇄선). (c) 신뢰도 (reliability) 변화를 보기 위한 부분기여도(partial coherence)값들과 다중기여도(multiple coherence) 값들. 빨간 실선은 로봇에 비선형 마찰이 없는 경우 파란 파쇄선은 작은 비선형 마찰이 있는 경우, 녹색 점선은 중간 정도 크기의 비선형 마찰이 있는 경우, 갈색 일점쇄선은 큰 비선형 마찰이 있는 경우이다. 마찰이 증가함과 동시에 실제와 추정된 임피던스 값이 완전히 다른 양상을 보임을 알 수 있으며, 신뢰도 역시 급격히 나빠지는 것을 확인할 수 있다
• 그림 (a) 내부모델제어기반 임피던스제어(IMBIC)를 이용하여 상지 다관절의 기계적 임피던스 추정하는 블록다이어그램. (b) IMBIC로 제어된 비선형 마찰이 있는 로봇을 이용한 상지 다관절 기계적 임피던스 추정 결과 Bode plot. 검정 실선: 실제 상지 다관절 기계적 임피던스값; 빨간색 파선: 마찰이 없을 때의 추정값; 파란색 점선: 작은 비선형 마찰이 있는 경우의 추정값; 녹색 일점쇄선: 중간크기의 마찰이 있을 때의 추정값; 갈색 긴 파선: 큰 마찰이 존재할 때의 추정값; 보라색 점선: 작은 마찰이 있을 경우에 기존의 방법을 사용한 추정값. IMBIC를 사용한 경우 마찰력의 크기에 크게 상관없이, 상지 다관절의 임피던스가 거의 정확하게 측정됨을 알 수 있다. (c) 신뢰도를 알아보기 위한 부분기여도와 다중기여도 값들. 마찰력이 증가하여도 다중기여도 값이 거의 1에 유지됨을 확인할 수 있다. (d) 추정된 상지 다관절 임피던스의 정확도. 왼쪽 4개(2 x 2) 그래프는 각각 임피던스값의 정확도를 나타내며, 제일 오른쪽 상단의 값은 2x2 행렬 전체의 정확도를 나타낸다. 이 정확도 값들은 0에 가까울수록 좋은 값을 의미한다. 파란색 열십자는 작은 힘 섭동 값 하에서의 정확도, 빨간색 원은 중간크기의 힘 섭동 값 하에서의 정확도, 검은색 세모는 가장 큰 힘 섭동 (최고치: 4.5 N)하에서의 정확도를 나타낸다. 녹색 x 표시는 기존의 (MIT에서 제안한) 방법을 사용하였을 때(가장 큰 힘 섭동 사용 시)의 상지 다관절 임피던스 추정의 정확도를 나타낸다
• 그림 (a) 다자유도 상지 외골격로봇(IntelliArm)을 이용한 뇌졸중 환자의 상지 다관절(어깨, 팔목, 손목)의 강성 측정 실험. (b) 관절 각도와 관절 토크 그래프. 10°/s의 등속으로 각 관절은 양 끝단까지 움직여졌으며, 양 끝단 근처에서 관절 각도와 토크 사이의 기울기를 구하여 강성이 구하여졌다. 양 끝단은 양쪽 방향의 최고 토크값 Mp와 Mn에 실제 관절 토크 값이 도달하였을 때의 값, 혹은 최대 관절가동범위 값으로 정하여졌다. 뇌졸중 환자의 경우, 본 실험이 시작하기 전에 측각기(goniometer)를 사용하여 환자가 도달할 수 있는 관절가동 범위(range of motion; ROM)를 미리 측정하였다. (c) 각 관절의 강성 값. 왼쪽의 비장애인(파란색 바)에 비하여 오른쪽의 뇌졸중 환자(주황색 바)의 경우가 거의 대부분 조인트에서 큰 값을 보임을 확인할 수 있다. (d) 어깨관절의 수평 내/외전과 팔꿈치 토크 사이의 커플된 강성 (오른쪽 두 바 그래프)와 어깨관절의 수평 내/외전과 손목 토크 사이의 커플된 강성 (오른쪽 두 바 그래프). 비장애인(파란색 바)의 커플된 강성에 비교하여, 뇌졸중 환자의 경우 큰 커플된 강성(주황색 바)을 보임을 알 수 있다
• 그림 비장애인 손목 및 전완부 3자유도 기계적 임피던스 추정실험. (a) 산업용 로봇을 이용한 손목 및 전완부 기계적 임피던스 추정 실험. (b) 추정실험결과의 신뢰도를 볼수 있는 부분기여도 및 다중기여도 그래프. 대부분의 주파수 대역에서 부분기여도 및 다중기여도가 거의 1에 근접하여 매우 높은 신뢰도로 측정이 가능함을 알 수 있다. (c) 측정된 손목 및 전완부 3자유도의 기계적 임피던스 Bode plot. 붉은 점선이 추정치이며, 검정 실선이 선형 2차 시스템으로 실험 데이터를 fitting한 결과이다
• 그림 상지 다관절의 기계적 임피던스 추정 로봇 시스템 개념도
• 그림 착용형 로봇 인터페이스 개념도
• 그림 상지 재활을 위해 엔드 이펙터 타입의 재활로봇과 연결가능한 재활 로봇
• 그림 착용형 로봇의 인터페이스
• 그림 상하 구동장치 개념도
• 그림 임피던스 추정 로봇용 신체 연결 장치
• 그림 기계적 임피던스 추정 로봇의 신뢰도 및 정확도 검증용 스프링 어레이 장치 및 이의 로봇 연결 구조
• 그림 임피던스 추정 로봇용 3차원 운동 구동 장치
• 표 임피던스 추정 자세
• 그림 임피던스 추정 자세
• 그림 임피던스 측정 절차
• 그림 케이블 글랜드 설치
• 그림 grounding방법 변경
• 그림 컨트롤박스에 DAQ부착
• 그림 좌판 흔들림 없는 의자
• 그림 인서트코일 개선 전 후
• 그림 손잡이를 잡은 상태에서도 위치 조정이 가능하도록 수정
• 그림 짐벌 링크간 겹침 방지를 위한 링크 길이 조절
• 그림 2차 필터를 이용한 가진입력의 acceleration power spectral density(PSD) dsired acceleration PSD(파랑)가 constant한 입력으로 들어가고 있고, 측정된 end-point acceleration PSD(초록)는 그 입력을 따라가지 못함
• 그림 2차 필터를 이용한 가진 입력의 Position power spectral density(PSD)
• 그림 8차 필터를 이용한 가진 입력의 acceleration PSD
• 그림 8차 필터를 이용한 가진 입력의 position PSD
• 그림 position PSD와 partial coherence
• 그림 가진입력 변화, acceleration PSD
• 그림 개선된 가진 입력(8차 필터 + 2차 필터로 필터링)을 이용한 Spring array test 결과
• 그림 개선된 가진입력에 따라 향상된 Partial coherence multiple coherence, Impedance
• 그림 호흡에 따른 가속도 분석 데이터
• 표 연령에 따른 호흡 주기 데이터 [1]Mower, W. R., Sachs, C., Nicklin, E. L., Safa, P., & Baraff, L. J. (1996). A comparison of pulse oximetry and respiratory rate in patient screening. Respiratory medicine, 90(10), 593-599
• 그림 Base 진동에 의한 저주파 노이즈
• 그림 Base 진동에 의한 저주파 노이즈를 제거하기 위해 input 개선 후 partial coherence
• 그림 상지더미를 이용한 기계적 임피던스 추정
• 그림 상지 더미를 이용한 기계적 임피던스 추정 (a) partial coherence (b)multiple coherece (c) 임피던스
• 표 임피던스 추정 자세
• 그림 임피던스 추정 자세
• 그림 피험자 임상연구 과정
• 그림 피험자 실험 절차