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보행패턴을 접목한 직립주행 자전거용 크랭크 구동장치의 거동분석
형준호(Joonho Hyeong),노종련(Jongryun Roh),김사엽(Sayup Kim) 대한기계학회 2017 大韓機械學會論文集A Vol.41 No.10
인간의 보행에서 안정적인 디딤을 가능하게 하는 동작특성은 보행 일주기의 60%를 차지하는 긴 디딤국면이다. 본 연구에서는 이러한 보행패턴을 자전거의 크랭크 구동장치에 반영하여 직립자세에서 안정적으로 구동할 수 있는 자전거를 설계하고자 한다. 크랭크의 회전속도를 디딤국면에서는 느리게, 되돌림국면에서는 빠르게 움직이도록 급속귀환 기구를 크랭크 구동시스템에 적용하였다. 이 급속귀환 크랭크기구의 설계변수를 정의하고 설계변수의 변화가 크랭크의 거동에 미치는 영향을 시뮬레이션 하였다. 또한 실험장치를 제작한 후 탑승자의 구동동작을 분석한 결과 보행패턴을 접목한 크랭크는 사용자 무게중심 안정화에 기여하는 것으로 나타났다. 향후 보행패턴을 접목한 크랭크는 서서 타는 자전거의 구동시스템에 접목 가능할 것으로 보인다. Gait stability is partly characterized by an extended stance phase that comprises 60% of the gait cycle. In this study, a gait pattern was employed for a crank drive system that allows for stable lower limb kinematics during stand-up cycling. A quick return mechanism was applied to the crank system to allow for a slow rotation of the crank during the stance phase and for a quick return during the swing phase. Design parameters for the quick return crank mechanism were defined, and kinematic simulations were performed to understand the behavior of the mechanism. To evaluate the design, an experimental instrument was fabricated, and the cycling motion was analyzed. The results indicated that this new drive system can stabilize the center of mass of the user. This study can contribute to the development of a stand-up bicycle that allows for more comfortable leg kinematics.
형준호(Joonho Hyeong),노종련(Jongryun Roh),김사엽(Sayup Kim) 대한기계학회 2018 大韓機械學會論文集A Vol.42 No.11
사무용 의자는 착석자의 자세 변화에도 지속적으로 척추를 지지해 주는 것이 필요하다. 본 연구에서는 등판 기울임 시 요추전만과 흉추후만 이라는 자세변화를 능동적으로 지지하는 의자의 등판 굴곡메커니즘을 개발하였다. 연속적으로 배열된 다관절 링크의 동기화된 회전을 가능하게 하는 기본 원리를 파악하여 굴곡메커니즘 개념을 제시하였다. 제시된 개념안에 대해 동역학 해석을 통해 관절간의 회전량과 힘 전달특성을 분석하였다. 최종적으로 기어드 힌지(geared hinge) 타입의 메커니즘을 적용하여 등판 굴곡메커니즘을 설계하고 시작품을 제작하였다. 동작분석장비를 활용하여 등판 기울임 시 굴곡량을 측정하여 설계안을 검증하였다. 본 연구에서 제시한 연속적 굴곡메커니즘은 인체의 자세변화에 대응하여 능동적으로 지지해 주는 인체지지 제품 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. The human spine requires continuous support even though a postural changes have occurred in office chairs. This study develops a flexion mechanism for backrests to actively support lumbar lordosis and thoracic kyphosis during back reclines. The basic mechanism for the synchronous rotation of continuously joined linkages is investigated, and three types of flexion mechanism are proposed. Kinetic simulations are performed to analyze the rotation angle and the force on each pivot joint. A flexion mechanism that uses a geared hinge type is adopted, and a prototype chair is manufactured. The designed flexion angle was validated using a three-dimensional (3D) motion analysis system when reclining the backrest. The proposed continuous flexion mechanism is expected to be widely applicable to human support systems, resulting in body postural changes.
형준호(Joonho Hyeong),김사엽(Sayup Kim),노종련(Jongryun Rho),이재환(Jaehwan Lee) 한국HCI학회 2018 한국HCI학회 학술대회 Vol.2018 No.1
제품의 PUI 에서 촉각적 피드백의 한 종류인 힘과 관련된 경험이 중요해 지고 있다. 사용자가 장치를 조작하는 동안 겪게 되는 힘과 동작의 변화를 객관적으로 해석할 수 있는 수단으로서 햅틱프로파일이 활용되고 있다. 기존의 햅틱프로파일에서 주로 사용되는 파라미터는 힘과 위치가 있지만 이는 사용자 개인별 동작특성을 반영하지 못하는 문제점이 있다. 본 연구에서는 사용자의 실제 경험에 기반을 둔 파라미터로서 힘변화율이라고 하는 새로운 파라미터를 제안함으로써 해석할 수 있는 햅틱프로파일을 제시하고자 한다. 힘, 위치, 그리고 시간이라는 측정가능한 주요 파라미터를 기반으로 힘과 위치의 변화율을 제시하고 햅틱프로파일에 어떻게 사용될 수 있는지를 보였다. 본 연구는 이론적 고찰에 기반을 두었으며 향후 실험을 통해 다양한 조작장치의 햅틱프로파일을 실제적으로 분석해볼 것이다.