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근력 보조가 가능한 말단 장치 형태의 보행 재활 로봇의 개발
김정준(Jung-Joon Kim),김명주(Myeong-Ju Kim),곽노식(No-Sik Kwak),김창휘(Chang-Hwi Kim),김형식(Hyeongsic Kim),김정엽(Jung-Yup Kim) 대한기계학회 2018 大韓機械學會論文集A Vol.42 No.8
본 논문은 보행 재활이 필요한 환자들을 위해 하지 근력 보조가 가능한 보행 재활 로봇의 개발에 대하여 서술하였다. 최근 상용화된 대표적인 보행 재활 로봇들의 경우 비싼 가격, 큰 부피, 고 중량, 불편한 착용 등의 단점들로부터 대중화 및 시장성에 한계를 보여왔다. 이러한 한계점들을 해결하기 위하여 본 연구로부터 세 가지 전략이 적용된 새로운 보행 재활 로봇을 개발하였다. 첫째, 말단 장치의 위치 및 각도 궤적이 정상인의 발 보행 궤적과 일치하는 5절 링크 메커니즘 및 발 착지면을 최적화 설계하였다. 둘째, 두 개의 링크 메커니즘의 크랭크축을 단 하나의 기어드 모터 구동축으로 결합하여 전체 기구부를 구동시키도록 함으로써 비용, 무게 및 부피를 최소화하였다. 셋째, 환자의 장애 정도에 따른 세 가지 보행 재활 모드를 제안하였으며, 특히, 기구부에 장착된 센서들로부터 보행 의도를 인식하고 이로부터 하지 근력을 효과적으로 보조할 수 있도록 하였다. 최종적으로 EMG센서를 통해 각 보행 재활 모드에 따른 근력 보조 성능을 실험적으로 검증하였다. This paper describes the development of a walking rehabilitation robot capable of lower body power assistance. Recently commercialized walking rehabilitation robots have several drawbacks such as high price, large volume, heavy weight, and uncomfortable fit; hence, they still have limitations in terms of popularity and marketability. To resolve these issues, we developed a novel walking rehabilitation robot with three strategies. First, a five-link mechanism and curved foot landing surface were optimally designed so that the position and angle trajectories of the end-effector can coincide with the foot walking trajectory of a normal person. Second, the price, weight, and volume were minimized by connecting the two link mechanisms with a shaft and driving it using a single-gear motor. Third, we proposed three walking rehabilitation modes based on the degree of disability and walking intention. Finally, the power assist performance of each mode was experimentally verified through EMG measurement.
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