CAD/CAM 기술을 활용한 아이스슬레지하키의 맞춤형 버킷 디자인 연구

장완호(Jang, Wan Ho),김정현(Kim, Jeong Hyun),김종배(Kim, Jong Bae) 한국전시산업융합연구원 2016 한국과학예술융합학회 Vol.26 No.-

본 연구는 CAD/CAM 기술을 기반으로 아이스슬레지하키 버킷 디자인을 개발하고자 하였다. 대상자는 국가대표 아이스슬레지하키 선수였으며, 척수손상장애인이었다. 아이스슬레지하키에서 버킷은 매우 중요한 요소임에도 불구하고 대부분의 선수들은 기성품을 사용하여 신체에 맞지 않고, 경기력 저하를 가져왔다. 또한 장애인 선수의 허벅지, 골반측면, 엉덩이, 꼬리뼈 등에 피부손상을 야기했다. 버킷 제작은 개인별 장애유형 및 특성에 따라 신체구조 및 기능이 다르기 때문에 맞춤형으로 제작되어야 한다. 특히, 척수손상장애인과 절단장애인의 경우 무게중심이 다르기 때문에 버킷 지지면의 형태가 다르게 디자인되어야 한다. 따라서 의학, 공학, 디자인을 융합한 연구가 실시되었다. 인간공학적인 디자인을 적용하기 위해 대상자의 좌면을 취형하고, 이를 스캔해서 3차원 인체형상 데이터를 추출하였다. 추출된 데이터 및 장애특성을 기반으로 CAD/CAM 기술을 활용하여 버킷을 디자인하였다. 이 과정은 기존 수작업 공정에 비해 더 효율적이다. 그 후 가공계획을 세우고, NC프로그래밍을 거쳐 모의가공을 실시하였다. 가공시간을 단축하기 위해 전체적인 형상은 황삭가공으로 설정하고, 정삭가공은 정밀하게 절삭이 요구되는 좌면만을 설정하였다. 모의가공 검증 후 NC가공기계로 맞춤형 버킷을 제작하였다. 본 연구는 아이스슬레지 버킷 디자인과 관련된 국내 연구가 부족하기 때문에 CAD/CAM 기술을 활용한 맞춤형 아이스슬레지 버킷 개발에 대한 기초연구가 될 것으로 사료된다. 추후 연구에서는 대상자 수를 늘려서 수행할 필요가 있으며, 사용성 평가를 실시하여 효율성, 효과성, 만족도에 대한 연구가 필요하다. 그리고 이 연구를 바탕으로 다른 장애인 종목에도 적용하는 것이 필요하다. The purpose of the study was to develop ice sledge hockey bucket design based on CAD/CAM technology. A subject was a national ice sledge hockey player with spinal cord injury. Although the bucket of ice sledge hockey is a very important factor, most of the athletes with disabilities using ready-made items not fit to the body resulting in poor performance. It also caused skin damage to the thighs, pelvis sides, hips, and coccyx area of athletes with disabilities. The development of bucket design should be customized because the body structure and function are different in accordance with the types and characteristics of the individual disabilities. In particular, people with spinal cord injury and amputation must be designed to have different shapes of bucket support surfaces due to different center of gravity. Therefore, the present study combining medicine, engineering, and design was conducted. To apply the ergonomic design, we molded into a seat-contacted area of the subject and scanned to extract three-dimensional human shape data. We designed the bucket using the CAD/CAM technology based on the extracted data and disability characteristics. This process was more efficient than the existing manual process. Then a process plan and NC programming were set up and simulation processing performed. In order to shorten the process time, the overall shape was set to roughing, and finishing only set the seating surface which required precise cutting. After simulation verification, customized buckets were made by NC machine. This study is expected to be a basic study on the development of customized ice sledge bucket using CAD/CAM technology because of lack of domestic studies related to ice sledge bucket design. In future research, it is necessary to increase the number of subjects, and to evaluate efficiency, effectiveness, and satisfaction using usability testing. Based on this research, it is necessary to apply it to other disabled sports.

수·전동 휠체어 개발을 위한 수동휠체어 간 비교 사용성 평가 : 지체장애인을 중심으로

김동완(Dong-Wan Kim),이윤환(Yun-Hwan Lee),장완호(Wan-Ho Jang),문광태(Kwangtae Moon),정성우(Seongwoo Jeong),김종배(Jongbae Kim) 한국산학기술학회 2023 한국산학기술학회논문지 Vol.24 No.3

본 비교 사용성 평가는 휠체어 사용자들이 지역사회에서 경험할 수 있는 지형 및 장애물이 설치된 연구 시설에서 지체장애인 5명을 대상으로 이동 보조기기에 대한 이해가 있는 연구자들에 의해 수행되었다. 수동휠체어 간 사용성을 비교하였으며, 이를 통해 사용자들의 휠체어 구매 의사결정 시 영향을 미치는 사용성과 사용자에게 더 적합한 수·전동휠체어를 만들기 위해 고려되어야 하는 요소를 분석하였다. 연구에서 사용된 수·전동휠체어는 대만 K사 제품으로, 연구 참여에 동의한 참여자들은 3개의 시나리오, 12개의 과제로 구성된 평가 순서에 따라 개인 휠체어로 1회, K사 수·전동휠체어로 1회 총 2회 코스를 주행하였다. 주행 결과 한 명의 참여자는 K사 제품으로 주행 시 1회 오류를 범하였다. 과제 소요 시간과 RPE(Borg Rating of Perceived Exertion Scale), DRS(Difficulty Rating Scale)를 통해 두 제품을 비교한 결과 K사 제품은 시간의 효율은 떨어졌지만(+0.2초), 노력의 정도(-2.38점)와 어려움의 정도(+1.24점)는 효율적인 것으로 확인되었다. 만족도는 ARS(Acceptability Rating Scale)의 비교를 통해 K사 제품이 더 수용할 수 있는 것(+1.1점)으로 확인하였고, SUS(System Usability Scale)의 점수를 분석한 결과 K사 수ㆍ전동휠체어에 대한 전체 참여자의 사용성 및 만족도는 75.2점으로 B등급/‘Good’ 정도의 사용성으로 확인되었다. 본 연구는 국제표준을 근거하여 사용성을 정의하고, 특정 집단인 휠체어 사용 장애인들을 직접 연구에 참여시킴으로써 학술적인 의의를 높였으며, 추후 국내업체에서는 실용적인 수ㆍ전동휠체어 개발을 위해 개발과정부터 실제 사용자의 사용성을 지속해서 연구하는 것이 필요하다고 사료된다. This comparative usability test was conducted by researchers with an understanding of mobility aids. Five physically disabled subjects were enrolled in research facilities having terrains and obstacles that wheelchair users experience in the community. The usability of manual wheelchairs was compared, and usability factors that affect the users wheelchair purchase decisions were analyzed. The results were applied to determine the factors that need to be considered in manufacturing a suitable manual and power hybrid wheelchair. Participants maneuvered the wheelchairs under test conditions comprising 3 scenarios and 12 tasks. The effectiveness of the two products under assessment was not significantly different. A comparison of the two products showed that the K product had a low driving efficiency (+0.2 seconds) but the degree of effort (-2.38 points) and difficulty (+1.24 points) were more efficient. The satisfaction was also confirmed to be more acceptable (+1.1 points) for Ks product. Analysis of the SUS (System Usability Scale) score determined that the overall usability and satisfaction of Ks manual and power wheelchair were 75.2 points, which is rated as B and Good usability. The academic significance of this study is augmented by defining the usability based on international standards and by the direct participation of a specific group of wheelchair users. We propose the necessity for domestic companies to conduct continuous usability studies for the development process.

3D 프린팅 기술을 적용한 노인의 맞춤형 손잡이 지팡이 개발

최원석(Won-Seuk Choi),장완호(Wan-Ho Jang),김종배(Jong-Bae Kim) 한국엔터테인먼트산업학회 2018 한국엔터테인먼트산업학회논문지 Vol.12 No.2

노인에게 건강한 삶을 영위하기 위해서는 보행이 중요하지만, 노화현상에 의해 자신의 능력만으로 걷기가 쉽지가 않다. 따라서 노인들의 보행을 도울 수 있는 보행보조기기의 역할은 날로 커지고 있지만 해외 기성품에 의존하고 있어 국내에서 체계적인 연구개발이 미비한 실정이다. 이에 따라 본 연구에서는 빠르게 진행되고 있는 고령사회에 대비하기 위해 3D 프린팅 기술을 적용한 새로운 형태의 맞춤형 손잡이 지팡이를 개발하여 노인의 삶의 질 향상과 독립성 증진에 기여하고자 한다. 연구 대상자로 지팡이를 3년 이상 사용하고 있는 65세 이상의 노인 1명을 선정하여 3D 스캐너로 신체 데이터를 수집하고, 수집된 데이터를 바탕으로 3D모델링과 3D프린팅, 후처리가공을 거쳐 맞춤형 손잡이 지팡이를 개발하였다. 제작된 맞춤형 손잡이 지팡이와 기존에 사용하던 기성품 지팡이에 대해서 한국판 보조기구 만족도 검사(QUEST 2.0)도구로 평가하여 제품만족도와 서비스 만족도를 비교하였다. 연구결과 제품만족도의 8개 항목 중에서 규격, 무게, 사용 및 설치 용이성, 안락감, 효과성의 6개 항목이 기존에 사용한 던 기성품 지팡이보다 높게나왔다, 나머지 2개 항목인 안전성과 내구성 항목의 점수는 변화가 없었다. 서비스만족도는 4개 항목 모두 맞춤형 손잡이 지팡이가 기성품 지팡이보다 높게 나왔다. Walking is important for the Senior to lead healthy lives, but aging makes it difficult for them to walk on their own. As a result, although walking aids for the senior are becoming increasingly important, they rely on ready-made devices, making systematic research and development useless in Korea. Therefore, this study aims to improve the quality of life and independence of senior by developing new types of custom handles cane with 3D printing technology to prepare for the rapidly aging society. We selected one senior aged 65 years and using the cane for more than 3 years. Then, body data was collected with a 3D scanner, and 3D modeling, 3D printing, and post-processing were performed to develop customized handle cane. The Korean-Quebec User Evaluation of Satisfaction with Assistive Technology, Version 2.0 (QUEST 2.0) was evaluated to compare the custom handle bars and the existing cane used, and compared their satisfaction with the service. The research result that Among the eight items of product satisfaction, six items such as size, weight, ease of use and ease of installation, comfort, and effectiveness were found to be higher than those of the existing cane. The scores of the other two items, safety and endurance, were unchanged. Service satisfaction was higher in all four items than the existing cane.

휠체어 사용자의 욕창 예방을 위한 맞춤형 융복합 하이브리드 오프로딩 방석의 소재에 관한 연구

양승완(Yang, Seung Wan),장완호(Jang, Wan Ho),김종배(Kim, Jong Bae) 한국전시산업융합연구원 2020 한국과학예술융합학회 Vol.38 No.5

욕창 예방 방석은 욕창을 예방하고 압력 감소를 위해 대표적으로 사용되는 방법이며, 스스로 적절한 자세 변경이 어려운 중증 장애인에게 필수적인 보조기기이다. 욕창 위험성이 있는 장애인은 여러 형태의 욕창 예방 방석을 사용하고 있지만, 65.2%가 여전히 욕창을 경험하는 것으로 보고되고 있다. 최근에는 오프로딩 기술을 여러 형태의 소재와 결합된 융복합 하이브리드 형태의 욕창 예방 방석이 보고되고 있다. 본 연구는 휠체어 사용자의 욕창 예방 방석 디자인을 근거로 다양한 소재를 적용한 맞춤형 융복합 하이브리드 오프로딩 방석의 시제품을 제작하고, 각 소재별 압력 및 만족도를 조사하였다. 각 대상자 별로 융복합하이브리드 미적용 방석, 3D메쉬, 메모리폼, 라텍스 적용 방석을 중재하였다. 선행 연구를 근거로 휠체어 사용자가 욕창이 주로 발생하는 부위인 IT, GT, Coccyx 부위에 소재에 따른 압력을 측정하였다. 압력을 비교한 결과, 비하이브리드 방석에 비해 융복합 하이브리드 방석의 압력 분산 효과가 우수한 것으로 조사되었으며, 융복합 하이브리드 방석 소재에 따른 압력 분산의 효과는 라텍스, 3D메쉬, 메모리폼 순으로 조사되었다. 소재에 따른 만족도는 3D메쉬, 라텍스, 메모리폼, 비하이브리드 방석 순으로 조사되었다. 융복합 하이브리드 방석 서비스 시 사용자에 따라 소재별 압력의 효과와 소재에 대한 만족도에 차이가 있는 점을 고려해서 적용해야 한다. 본 연구의 결과를 통해 앞으로 진행될 맞춤형 융복합 하이브리드 오프로딩 방석의 상용화에 긍정적인 영향을 줄 수 있을 거라고 기대한다. The pressure ulcer prevention cushion is a representative method used to prevent pressure ulcer and reduce pressure, and is an essential assistive device for people with severely disabilities changing their proper posture on their own. People with disabilities at risk of pressure ulcers use various types of cushions, but it is reported that 65.2% still experience pressure ulcers. Recently, a convergence hybrid type of pressure ulcer prevention cushion in which off-loading technology is combined with various types of materials has been reported. This study produced a prototype of a customized convergence hybrid off-loading cushion that applied various materials based on the design of preventive pressure ulcer cushions for wheelchair users, and investigated the pressure and satisfaction of each material. For each subject, including a non-hybrid cushion, 3D mesh, memory foam, and latex cushion were mediated. Based on previous studies, the pressure according to the material was measured on the IT, GT, and Coccyx areas, which are areas where pressure ulceres mainly occur in wheelchair users. As a result of comparing the pressure, it was investigated that the pressure dispersion effect of the convergence hybrid cushion was superior to that of the non-hybrid cushion, and the effect of pressure dispersion according to the convergence hybrid cushion material was investigated in the order of latex, 3D mesh, and memory foam. Satisfaction according to the material was surveyed in the order of 3D mesh, latex, memory foam, and non-hybrid cushion. In the case of convergence hybrid cushion service, it should be applied in consideration of differences in the effect of pressure for each material and satisfaction with materials depending on the user. It is expected that the results of this study will have a positive effect on the commercialization of customized convergence hybrid off-loading cushions in the future.

한국형 휠체어 탑승 고속버스에 대한 사용성 연구

김정현(Jeong-Hyun Kim),김종배(Jongbae Kim),황수빈(Su-Bin Hwang),장완호(Wan-Ho Jang) 한국산학기술학회 2019 한국산학기술학회논문지 Vol.20 No.7

본 연구에서는 휠체어 사용 장애인을 대상으로 한국형 휠체어 탑승 가능한 고속버스의 사용성 평가를 수행하여 휠체어 탑승 시스템에 대한 효과성, 효율성, 만족도에 대해 알아보았다. 지역사회에서 생활하는 수동휠체어 사용자 11명, 전동휠체어 사용자 9명을 모집하여 휠체어 탑승 버스 승차하기, 휠체어로 내부에서 이동하기, 휠체어 탑승 버스 하차하기의 3가지 시나리오를 이용하여 사용성 평가를 수행하였다. 효과성은 과제 성공 여부로 측정하였으며, 효율성은 과제의 난이도와 수행의 노력도, 만족도는 제품에 대한 수용도와 전반적인 시스템 사용도 지표를 이용하여 측정하였다. 연구결과, 휠체어 사용자 20명은 3가지 시나리오 수행을 완료하였으며, 효율성에서 난이도 측정결과0.33점(적당하다)과 1.36점(조금쉽다) 사이에 분포 하였다. 수행의 노력도는 8.36점(전혀 힘들지 않음)부터 11.78점(가벼움)으로 측정되었다. 만족도에서 수용도는 1.00점(조금은 받아들일 수 있다)부터 2점(받아들일 수 있다) 사이에 분포하였으며, 전반적인 시스템 사용도는 수동휠체어가 70.7점으로 C등급의 수용가능한 경계선의 시스템으로 측정되었고, 전동휠체어는 73.1점으로 B등급으로 측정되었다. 본 연구는 국내에서 개발된 한국형 휠체어 탑승 고속버스에 대하여 휠체어 사용 장애인을 대상으로 사용성 연구를 수행함으로써 장애인의 대중교통 접근성과 이동성 확보 및 연구 방법에 대한 기초적인 근거를 제공했다는 점에서 학술적 의의를 가진다. 추후에는 사용성에 대한 근거 수준의 질적 향상을 위해 다수의 연구 참여자와 다양한 휠체어 종류를 통한 연구가 진행되어야 할 것으로 사료된다. This study examined the usability of express buses for wheelchair users to identify the effectiveness, efficiency and satisfaction of wheelchair boarding systems. The usability of 11 manual wheelchair users and nine powered wheelchair users was evaluated using the following three scenarios: boarding the wheelchair accessible bus, moving inside, and alighting the bus. The results showed that 20 wheelchair users completed three scenarios, which was distributed between 0.33 and 1.36 in the difficulty rating scale of the efficiency. The task effort of the efficiency was measured from 8.36 to 11.78. The acceptability of the satisfaction was distributed between 1.00 and 2.00, and the system usability scale was measured in an acceptable boundary of the C grade at 70.7 points with manual wheelchair users and a B grade at 73.1 points with powered wheelchair users. This study has academic significance because it provides basic evidence for accessibility, securing the right to movement and research methods of public transportation for people with disabilities. To improve the quality level of usability in the future, more study with a larger number of research participants and various wheelchair types should be studied.

소비자의 견해를 중심으로 한 친환경 소재 착석 보조기기 개선점에 대한 질적연구

김미경(Mi Kyeong Kim),홍승표(Seung-Pyo Hong),장완호(Wan-ho Jang),박혜연(Hae Yean Park) 한국산학기술학회 2022 한국산학기술학회논문지 Vol.23 No.10

본 연구는 친환경 소재 보조기기의 필요성이 강조되고 수요도 계속 증가하고 있는 현 상황 속에서 소비자의 견해를 파악해보고자 질적연구방법 중 하나인 현상학적 연구방법을 적용하였다. 친환경 보조기기 경험 관련 인터뷰를 경기도 소재의 센터 보급사업 대상자의 보호자 3명과 기관 선생님 3명, 총 6명을 대상으로 진행하였다. Giorgi가 제시한 현상학적 연구방법 절차 4단계를 따라 비슷한 의미의 문장 단위를 묶어 총 4개의 구성요소(골판지 소재에 대한 이해, 조립에 대한 경험, 사용에 대한 경험, 보완의 필요성), 9개의 하위구성요소(골판지 소재의 장점, 골판지 소재의 특수성, 조립의 용이성, 조립과 관련된 부정적 경험, 사회적 가치 창출, 높은 활용성, 부정적 경험, 사용자가 요구한 개선사항, 추가로 필요한 보조기기), 30개의 의미단위를 도출하였다. 그 과정에서 질적연구의 엄격성과 신뢰성을 높이기 위해 참여자확인, 연구자간 검토, 감사흔적 남기기와 같은 방법을 이용하였다. 본 연구는 친환경 소재 착석 보조기기를 실제 경험한 소비자들의 다양한 경험을 제시해주고 있으므로 향후 친환경 소재 보조기기 연구는 본 연구에서 이루어진 고찰을 토대로 보완 및 지속적인 친환경 보조기기 제품 개발이 이루어지기를 기대한다. This study was undertaken to understand the current views of the consumer by examining the emphasis and increasing demand for the necessity of using eco-friendly material assistance devices. The study analysis was achieved by applying one of the qualitative research methods, the phenomenological research method. Interviews on the experience of eco-friendly aids were conducted for a total of 6 people, which included 3 caregivers and 3 institutional teachers of the enter supply project in Gyeonggi-do. According to Giorgis 4th phase of the Phenomenological Research Procedure, a total of 4 component elements (understanding of corrugated material, experience with assembly, experience with the use, and necessity for supplementation) and 9 subordinate components (concave material, ease of assembly, negative value, high utilization, 30 additional devices) were derived. Processes, including methods such as identifying participants, reviewing between researchers, and leaving audit trails, were used to increase the rigor and reliability of qualitative research. This research presents various experiences of consumers who have experienced eco-friendly material seating aids. Hence, we expect that the review results of the current study will supplement future research on eco-friendly material aids and help in the continuous development.

휠체어 사용자를 위한 고속/시외버스의 사용성평가 시나리오 및 지표 개발

황수빈 ( Hwang Su-bin ),김종배 ( Kim Jong-bae ),홍현 ( Hong Hyeon ),황모세 ( Hwang Mo-se ),장완호 ( Jang Wan-ho ),김정현 ( Kim Jeong-hyeon ),김정란 ( Kim Jeong-ran ) 대구대학교 특수교육재활과학연구소 2019 특수교육재활과학연구 Vol.58 No.2

본 연구는 휠체어 사용자를 위한 고속/시외버스의 사용성평가 시나리오 및 평가지표를 개발하기 목적으로 실시하였다. 연구방법은 문헌조사, 포커스그룹인터뷰, 델파이기법을 활용하였다. 문헌조사를 통해 사용성평가 항목을 도출하고, 포커스그룹인터뷰를 통해 사용성평가 시나리오 초안을 개발하였다. 12명의 전문가를 대상으로 1차 및 2차 델파이조사를 통해 사용성평가 시나리오 및 평가지표를 검증하였다. 1차 델파이조사 결과, 휠체어 사용 대상자 및 버스기사 대상자를 위한 사용성평가 시나리오가 각각 2가지 항목이 추가되었으며, 일부 시나리오 내용의 정의가 더 명확하게 수정되었다. 하위지표로는 성공여부, 오류횟수, 오류번호, 과제노력도, 수행시간, 기술수용도, 과제난이도, 제품만족도가 도출되었다. 2차 델파이 조사 결과, 휠체어 사용 대상자 및 버스기사 대상자를 위한 사용성 평가지표는 각각 3개의 사용성 상위지표와 12개의 하위지표, 10개의 세부지표로 구성되었다. 사용성평가 시나리오는 휠체어 사용 대상자를 위한 2개의 수행영역과 8개의 수행과제로 구성되었고, 버스 기사 대상자를 위한 4개의 수행영역과 14개의 수행과제로 구성되었다. 본 연구를 통해 도출된 사용성평가 시나리오 및 지표를 기반으로 향후 휠체어 사용자를 위한 고속/시외버스의 사용성 평가 연구가 필요하다. The purpose of this study was to develop scenarios and evaluation indicators for the usability test of express/intercity buses for wheelchair users. The research methods used literature review, focus group interview, delphi technique. Through the literature survey, usability evaluation items were derived and the usability evaluation scenario draft was developed through focus group interview. Twelve experts were tested for usability evaluation scenarios and evaluation indicators through the first and second delphi surveys. As a result of the first delphi survey, two usability evaluation scenarios for wheelchair users with disabilities and bus drivers were added, and some of the definition of scenarios were more clearly modified. Sub-indicators were success, error frequency, error number, task effort, performance time, task acceptance, task difficulty, product satisfaction. The results of the second delphi survey showed that the usability evaluation indicators for wheelchair user and bus driver subject was composed of three usability upper-indicators, 12 lower-indicators and 10 detailed-indicators, respectively. The usability evaluation scenarios consisted of 2 performance areas and 8 performance tasks for the wheelchair users and 4 performance areas and 14 performance tasks for bus driver subjects. Based on the usability evaluation scenarios and indicators derived from this study, further studies are needed to evaluate the usability of express/intercity buses for wheelchair users in the future.

배관내에서 자유수면 와동에 관한 연구

김상녕,이종원,오율권,장완호 慶熙大學校 1991 論文集 Vol.20 No.-

During mid­loop operation of nuclear power to prevent the residual heat removal system from failure due to air entrainment of free surface vortex in the piping system a set of simulating experiments was performed. Through these experiments, a relation between the non­dimensionalized numbers, such as submergence H/d. Froude number, Reynolds number, was found. However, the effect of the Reynolds number is not so dominant as that of the Froude number. It was also found that the boundary conditions of the free surface, that is, the perturbation of the free surface due to opening of closing pump and valves have significant effects on the free surface vortex. Futhermore a modified inlet device which reducer type with vortex breaker has strongly been recommended for the prevention of air entrainment.