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Anybody Modeling System을 이용한 하지 보조 외골격의 인간공학적 평가 연구
공용구(Yong-Ku Kong),최경희(Kyeong-Hee Choi),김승연(Seoung-Yeon Kim),김민정(Min-Jung Kim),박상수(Sang-Soo Park),심진우(Jin-Woo Shim),심현호(Hyun-Ho Shim) 대한인간공학회 2021 대한인간공학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.11
Objective: 본 연구는 Anybody Modeling System을 이용한 인간공학적 평가를 통해 하지 보조 외골격의 신체부담 경감 정도를 평가하기 위해 수행되었다. Background: 중량물 취급, 무리한 작업 자세의 반복으로 인해 발생하는 근골격계 질환은 다양한 신체부위에 통증을 유발한다. 특히 무릎 부위에서 높은 발병율을 보이는데, 이는 장시간의 무릎을 꿇는 자세, 쪼그려 앉는 자세가 주된 원인이다. Exoskeleton은 신체 부위에 따라 상지, 하지, 허리 보조 외골격으로 분류할 수 있으며 군사용, 산업용, 재활 보조용 등 다양한 분야에서 활용된다. 이 중 대부분의 선행 연구가 상지 exoskeleton을 대상으로 수행된 반면, 하지 exoskeleton에 대한 평가는 다소 미비한 현실이다. 따라서 산업용 하지 보조 exoskeleton의 효용성 검증을 위한 연구가 필요할 것으로 사료된다. Method: 본 연구는 20~30대 남성을 대상으로 수행되었으며 2가지의 높이(60, 85cm)에 대한 bolting task를 수행하였다. 대상 작업은 하지 exoskeleton을 착용한 상태와 미착용한 상태에서 수행되었다. 실험 데이터는 Anybody Modeling System을 이용하여 4개의 상지 근육(중간 삼각근, 상완 이두근, 상완 삼두근, 상부 승모근)과 3개의 하지 근육(대퇴직근, 전경골근, 대퇴 이두근), 1개의 허리 근육(척추 기립근) 총 8개 근육의 근활성도를 분석하였다. Results: Exoskeleton 착용 여부, 작업 높이, 근육 종류에 따른 유의한 차이를 보였다. 착용 여부와 작업 높이에 따른 교호작용도 유의한 결과를 보였는데, 작업높이 60cm에서 exoskeleton 착용하였을 때 근활성도가 감소하는 결과를 보였다. 착용 여부와 근육 종류에 따른 차이도 유의하였는데, 허리근육과 하지근육은 exoskeleton을 착용하였을 때 근활성도가 유의미하게 감소하는 결과를 보였다. 삼중교호작용의 경우 작업높이 85cm에서 exoskeleton을 착용하였을 때 중간삼각근은 근활성도가 증가하지만 척추기립근은 감소하는 경향을 보였다. 하지근육의 경우 작업높이 65cm에서 exoskeleton을 착용하였을 때는 모든 근육의 근활성도가 감소하였지만 작업높이 85cm의 경우 대퇴직근의 근활성도가 증가하는 결과를 보였다. Conclusion: Exoskeleton 착용에 따른 근육 부하를 Anybody Modeling System을 이용하여 비교하였으며 기존 선행연구와 유사한 경향을 확인하였다. 다만, 실험실 기반의 정적인 대상 작업의 데이터를 이용하였기 때문에 실제 조립 라인과는 환경이 다르다는 한계점이 있다. Application: 본 연구를 통해 근육 부담 평가에 Anybody Modeling System을 활용 가능할 것으로 판단된다.
작업 부담 수준 별 작업자의 근육 부담 예측 가이드라인 제시
공용구(Yong-Ku Kong),최경희(Kyeong-Hee Choi),심현호(Hyun-Ho Shim),김승연(Seoung-Yeon Kim),박상수(Sang-Soo Park),심진우(Jin-Woo Shim),김민정(Min-Jung Kim) 대한인간공학회 2021 대한인간공학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.11
Objective: 본 연구는 APDF(Amplitude Probability Distribution Function)를 이용하여 작업 부담 수준 별 가이드라인을 도출하고, 이를 기반으로 위험 경고 수준을 수립하고, 이를 기반으로 작업자의 근피로도 및 근육 부담의 정도를 예측하기 위해 수행되었다. Background: APDF란 근전도 신호를 기반으로 전체 작업시간동안 발휘한 힘의 크기를 이용하여 근피로도나 근육 부담정도를 예측할 수 있는 모델이다(Jonsson, 1982). 다만, 작업 부담 수준에 대한 APDF에 적용되는 근전도 신호의 다양한 연구결과로 인해, 실제 산업현장에 바로 사용하는 것에는 다소 한계가 있다. 따라서 작업 부담 수준 별 APDF 가이드라인을 도출하는 연구를 수행하고자 하였다. Method: 본 연구는 3가지 작업 부담 수준에 대한 근활성도 분석을 진행하였다. 저 위험 작업은 110cm 높이, 중 위험 작업은 160cm, 고 위험 작업은 205cm 높이에 대해서 수행하였다. 피실험자를 대상으로 상부승모근(Upper Trapezius)을 분석하기 위해 근전도(Noraxon, TELemyo DTS)장비를 이용하여 데이터를 수집하였다. 근피로도 수준을 평가할 수 있도록 APDF50과 APDF90을 조합하여 3수준의 작업 부담 경고 수준을 도출하였다. Results: 작업 부담 수준에 대한 APDF 분석 결과, 저 위험 작업에서의 APDF50, APDF90의 %MVC값이 가장 낮았으며, 고 위험 작업에서 가장 높은 값이 도출된 것을 확인할 수 있었다. 작업 부담 경고 수준 또한 고 위험 작업에서 3단계로 높은 근피로도 수준이 나타났다. Conclusion: 본 연구의 결과, 작업 위험 수준 별 APDF50와 APDF90에 대한 가이드라인을 각각 도출하였다. Application: 본 연구는 근피로도 및 근육 부담의 정도를 정량적으로 예측하여 작업현장의 작업자들의 근골격계 질환을 예방할 수 있을 것으로 기대되며, 추후 다양한 산업 분야로의 적용 가능성을 확인할 수 있었다.
Biomechanical Analysis of the Lower-Limb Exoskeleton (CEX) in Harvesting Task
Yong-Ku Kong(공용구),Kyeong-Hee Choi(최경희),Seoung-Yeon Kim(김승연),Min-Jung Kim(김민정),Sang-Soo Park(박상수),Jin-Woo Shim(심진우),Dong Jin Hyun(현동진),Kihyeon Bae(배기현),Jong Kyu Choi(최종규),Sang Min Ko(고상민),Min-Uk Cho(조민 대한인간공학회 2021 대한인간공학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.6