사이즈 체계 기반 3D 프린팅 pHRI와 기존 우레탄 폼 pHRI의 체형맞춤성 단일사례 비교 연구 - 하지마비장애인용 웨어러블 로봇을 중심으로 -

권칠용,장중식,권칠용 디자인융복합학회(구.한국인포디자인학회) 2023 디자인융복합연구 Vol.22 No.5

본 연구에서는 하지 마비 장애인용 웨어러블 로봇의 체형-맞춤을 개선할 수 있는 사이즈 체계 기반의 3D 프린팅 pHRI(Physical Human-Robot Interface)를 개발하여 제안하고자 하였다. 제안하는 새로운 pHRI 개발을 위해 사이즈 구간 세분화와 구간별 평균 인체모델 생성 기법을 활용한 사 이즈 체계 생성을 첫 번째 인체공학적 설계 전략으로 수립했으며, pHRI의 결합 위치와 형상을 조절할 수 있는 가변구조 적용을 두 번째 인체공학적 설계 전략으로 수립하였다. 기존 우레탄 폼 pHRI와의 단일사례 비교 평가 (압력 분포 실험과 사용 만족도 평가)를 통해 제안하는 pHRI의 체형-맞춤 성능을 확인하였다. 본 연구에서는 사이즈 체계와 위치 및 형상 조절 기능 을 적용한 3D 프린팅 pHRI를 개발하였고 웨어러블 로봇의 간편/최적 체형 -맞춤을 구현할 수 있는 새로운 접근 방법을 제시했다는 측면에서 의의가 있다. 또한, 개발된 사이즈 체계는 다양한 유형의 웨어러블 로봇 pHRI에 적용할 수 있으며, 표준화된 pHRI 템플릿 라이브러리로도 그 활용가치를 기대할 수 있다. In this study, the research develops and advocates for a sizing system-based 3D printing Physical Human–Robot Interface (pHRI) as a new approach that can improve the simple/optimal body-shape-fit problem of wearable robots for paralyzed people. The first ergonomic design step was to create a sizing system using the segmentation of size sections and an average human model generation technique for each section, and the second was to apply a variable structure that can adjust the position and shape of pHRI. It was established as a strategy and the research developed a 3D printing pHRI based on the sizing system. Through a single case comparison evaluation (pressure distribution and user satisfaction), it was confirmed that the sizing system-based 3D printing pHRI showed more effective body-shape-matching performance than the existing pHRI, and thus, its effectiveness was confirmed. The study is significant in that it presents a new approach to realizing the simple/optimal body-shape-fit of a wearable robot through 3D printing pHRI applying the sizing system and position and shape adjustment functions. In addition, the developed sizing system can be applied to various types of wearable robot pHRI, and its utility value can be expected from a standardized pHRI template library.

3D프린팅 웨어러블 로봇 디자인 개발 연구 - 물리적 휴먼 로봇 인터페이스를 중심으로 -

권칠용(주저자) ( Kwon Chilyong(주저자) ),권칠용(교신저자) ( Kwon Chilyong(교신저자) ) 디자인융복합학회(구.한국인포디자인학회) 2021 디자인융복합연구 Vol.20 No.2

웨어러블 로봇의 물리적 휴먼-로봇 인터페이스(p-HRI)는 인체와 일체화된 연결성이 확보될 수 있도록 구성되어야 한다. 그러나 기존 웨어러블 로봇의 p-HRI 적용 사례를 살펴보면 기성화 된 p-HRI를 적용하여 체형-맞춤이 부적합한 경우가 대부분이다. 이에 본 연구는 웨어러블 로봇의 일체화된 연결성을 제공할 수 있는 3D프린팅 기반의 물리적 휴먼-로봇 인터페이스(3D 프린팅 p-HRI)를 개발하여 제안하고자 한다. 따라서 본 연구에서는 보행기능 장애를 가지는 고령자를 위한 웨어러블 로봇을 연구대상으로 선정하였다. 3D프린팅 p-HRI 디자인에서는 3D 스캐닝, 3D 서피스 추출, 바디 서피스와 로봇 모델 커플링, p-HRI 형상 디자인의 절차로 허리, 대퇴, 하퇴, 발 고정부 p-HRI에 대한 디자인 개발을 진행하였다. 1차 평가에서는 고령자 1인을 대상으로 개발된 3D프린팅 p-HRI를 평가하였으며, 디자인 개선을 진행하였다. 2차 평가에서는 고령자 2인을 대상으로 개선된 3D프린팅 p-HRI를 평가하였으며, 효용성을 확인하였다. 본 연구의 의의는 기존의 기성화 된 p-HRI의 체형-맞춤 부적합의 문제를 개선할 수 있는 새로운 대안으로 1대1 맞춤 방식의 3D프린팅 기반 p-HRI 개발하여 제시했다는 점에 있다. The wearable robot's physical human-robot interface(p-HRI) must be configured to ensure integrated connectivity with the human body. However, conventional wearable robots are in most cases inadequate for body shape-fit by applying ready-made p-HRI. Therefore, in this study, a 3D printing-based physical human-robot interface (3D printing p-HRI) was developed and proposed. In this study, a wearable robot for the elderly with walking dysfunction was selected as the subject of the study. In the p-HRI design, the design of the waist, thigh, lower leg, and foot fixing parts was developed as a procedure of 3D scanning, 3D surface extraction, coupling of body surface and robot model, and shape design. In the first evaluation, the developed 3D printing p-HRI was evaluated for one elderly person, and the design was improved. In the second evaluation, the improved 3D printing p-HRI was evaluated for two elderly people, and the effectiveness was confirmed. The significance of this study is that it has developed and proposed p-HRI based on 3D printing of a one-to-one customized method as a new alternative that can improve the problem of the existing p-HRI.

고령자용 보행보조기의 보행안정성과 제동방식에 관한 연구

권칠용(주저자) ( Kwon Chilyong(주저자) ),권칠용(교신저자) ( Kwon Chilyong(교신저자) ) 디자인융복합학회(구.한국인포디자인학회) 2021 디자인융복합연구 Vol.20 No.2

본 연구에서는 보행안정성을 중심으로 보행보조기 제동방식에 적용 가능한 기초 자료를 도출하고자 하였다. 실험1에서는 보행보조기 사용 시의 낙상사고의 위험성을 정량적으로 규명하기 위해 3차원 보행분석 실험을 계획하였다. 실험2에서는 보행보조기 디자인 시 제동방식에서 고려해야할 요구조건을 도출하기 위해 Ink foot print test법을 통해 일반적인 제동방식과 반전된 제동방식의 보행안정성 비교 실험을 계획하였다. 실험1을 통해 보행보조기는 단순히 자세유지를 위한 지지대 역할만을 수행하며, 보행 시 낙상의 위험을 내포하고 있음을 확인할 수 있었다. 실험2를 통해 불안정적인 보행 행태를 보완적으로 보조해주기 위해서는 보행보조기에 부과하는 힘을 지속적으로 조절해 줄 수 있는 반전된 방식의 제동장치가 필요함을 확인할 수 있었다. 본 연구는 운동학적 차원의 보행안정성을 중심으로 고령자용 보행 보조기 제동방식에 적용 가능한 기초 자료를 도출했다는 점에 의의가 있다. 본 연구에서는 조작부에 국한된 연구를 진행하였으며, 디자인 개발 전반에 대한 연구내용을 다루지 못하였다. 후속연구에서는 본 연구에서의 결과를 토대로 보다 더 총체적이며 종합적인 측면에서의 후속 연구가 필요하겠다. In this study, we tried to derive basic data applicable to the braking method of a walker. In Experiment 1, a three-dimensional gait analysis experiment was planned to quantitatively determine the risk of a fall accident. In Experiment 2, an experiment was planned to compare the walking stability of the general braking method and the reversed braking method through the ink foot print test method. Through experiment 1, it was confirmed that the walker simply acts as a support for maintaining posture, and that there is a risk of falling when walking. Through experiment 2, it was confirmed that an inverted braking system that can continuously adjust the force imposed on the walker is needed. This study is meaningful in that it derives basic data that can be applied to the braking method of walking aids for the elderly, focusing on gait stability in the kinematic dimension. In this study, a study limited to the operation unit was conducted, and the contents of research on overall design development were not covered. In the follow-up study, based on the results of this study, a more comprehensive and comprehensive follow-up study is needed.

소켓 데이터베이스화를 통한 디지털 소켓 제작 기법 연구

권칠용(C. Y. Kwon),강성재(S. J. Kang),류제청(J. C. Ryu),김수동(S. D. Kim),문무성(M. S. Mun) 한국정밀공학회 2016 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2016 No.10월

무구속/무자각 생체신호 측정용 휠체어 조종기 노브 형상 디자인 개발

권칠용(C. Y. Kwon),홍응표(E. P. Hong),류제청(J. C. Ryu),문무성(M. S. Mun) 한국재활복지공학회 2015 한국재활복지공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.11

This study started as a part of development of smart wheelchair technologies which can actively detect and manage physical emergency circumstances that can occur when an elderly uses a wheelchair. Examples of bio-signals which can diagnose physical emergencies are ECG and PPG and the purpose of this study is to draw out layout of a knob form suitable to detect ECG and PPG on the controller knob of a wheelchair. This study drew out an alternative knob form of controller by applying ergonomic method such as clay modeling/3D scanning/3D modeling/3D printing, and selected final alternative knob form and worked on detailed design through observance and analysis of motions and evaluation on qualitative convenience of manipulation. This study has its meaning that it drew out alternative knob form which can measure ECG/PPG bio-signals by reinterpreting knob form of the controller.

노인의 보행안정성을 향상시킬 수 있는 전동워커 조작핸들부의 ‘주행조작 방식 및 파지 각도’에 관한 연구

권칠용(Kwon Chil-Yong),송복희(Song Bok-Hee),정동택(Chung Dong-Teak) 한국디자인학회 2008 한국디자인학회 학술발표대회 논문집 Vol.- No.-

텍스트 마이닝을 활용한 재활보조기기 디자인 트렌드 분석 연구

권칠용(C. Y. Kwon),류제청(J. C. Ryu),문무성(M. S. Mun) 한국재활복지공학회 2014 한국재활복지공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.11

대퇴 절단 장애인용 디지털 소켓 디자인 연구

권칠용 ( Chilyong Kwon ),고창용 ( Changyong Ko ),유제청 ( Jeicheong Ryu ) 한국산업디자이너협회(한국인더스트리얼디자인학회) 2020 산업디자인학연구 Vol.14 No.4

연구배경 대퇴 절단 장애인을 위한 소켓은 수제작 공정으로 인해 소켓에 대한 사용 만족도 편차가 크다는 문제점과 소켓 제작에 상당한 시일이 소요되는 생산성의 문제점을 동시에 내포하고 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점들을 해결하기 위해 수제작 공정을 디지털 공정으로 대체하여 소켓의 제작 품질을 표준화하고 생산성을 높이기 위한 연구를 진행하였다. 연구방법 본 연구에서는 소켓 스캔 데이터베이스 구축, 디지털 소켓 모델링 테스트, 사용성 평가의 세 단계로 연구를 진행하였다. 소켓 스캔 데이터베이스 구축에서는 치수화 작업을 진행하였으며, 디지털 소켓 모델링 테스트에서는 대퇴 절단 장애인 3명을 섭외하여 모델링 테스트 연구를 진행하였다. 사용성 평가에서는 착용감에 대한 정성적 평가와 정량적 형상 편차 비교를 진행하였다. 연구결과 소켓 스캔 데이터베이스 구축에서는 특징 형상 구분이 가능하도록 치수화 된 45개의 소켓 스캔 데이터베이스를 구축하였으며, 디지털 소켓 모델링 테스트에서는 대퇴 절단 장애인 3명을 대상으로 디지털 공정을 활용하여 소켓을 제작하였다. 사용성 평가에서는 안정적인 좌골 안착감을 제공하며, 압박감 및 피팅감은 전체적으로 양호한 편임을 확인하였으며, 일부 통증과 관련된 불편감을 유발하는 부위가 국부적으로 존재함을 확인하였다. 결론 본 연구에서는 소켓 데이터베이스화를 기본으로 하는 디지털 소켓 제작 기법의 유효성을 확인했으며, 소켓 제작에서 이루어지는 석고 모델링을 디지털 모델링으로 대체하는 것에 대한 유효성을 검증하였다는 점에서 연구의 의의가 있다. 후속 연구에서는 풍부한 소켓스캔 데이터 DB를 확보하여, 많은 케이스의 적용이 필요하겠다. Background In this study, a study was conducted to standardize the manufacturing quality of sockets and increase productivity by replacing the hand-made process with a digital process in order to solve the problem of low productivity and the variation in satisfaction of using the socket for the disabled with femoral amputation. Methods In the construction of the socket scan database, dimensioning work was carried out, and in the digital socket modeling test, three persons with disabilities were recruited to conduct a modeling test study. In the usability evaluation, a qualitative evaluation of the fit and a quantitative shape deviation comparison were conducted. Results In the socket scan database construction, 45 socket scan databases were constructed, and in the digital socket modeling test, sockets were produced for three persons with disabilities with amputation. In the usability evaluation, it was confirmed that it provided a stable sciatic seating feeling, and that the feeling of pressure and fitting were generally good. Conclusion This study is meaningful in that it confirmed the effectiveness of the digital socket manufacturing technique. In a subsequent study, a rich socket scan data DB is secured, and application of many cases is required.

DHM(Digital Human Model)을 이용한 체어스키용 바스켓 Inner 개발

권칠용(C. Y. Kwon),김규석(G. S. Kim),김신기(S. K. Kim),류제청(J. C. Ryu),김진영(J. Y. Kim),문무성(M. S. Mun) 한국정밀공학회 2014 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2014 No.5월

고령층을 위한 스마트 휠체어 디자인 개발

권칠용(C.Y. Kwon),홍응표(E.P. Hong),김신기(S.G. Kim),류제청(J.C. Ryu),문무성(M.S. Mun) 한국정밀공학회 2017 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2017 No.5월