고 철 웅 한국생산기술연구원 의료복지연구실용화그룹 수석연구원 ㅣ e-mail : [email protected]
이 글에서는 요양시설에서 고령자의 수발에 필요한 실내이동 복합기능형 베드부 회전식 리프트의 핵심기술 개발 및 사용성 평가를 통한 유효성 검증 결과에 대하여 소개하고자 한다.
베드부 회전식 리프트 개발
최근 경제성장 및 의료기술의 발전에 따른 전 세계적 인 급격한 고령화는 국가적 사회적인 커다란 문제로 대 두되고 있다. 일본의 경우, 2009년 65세 이상 고령자 인 구는 2,898만 명(22.7%)으로 초고령 사회에 진입한 상 태이며, 여성 고령자 비율도 25%가 넘는 것으로 보고되 었다. 한편 한국은 2000년도에 이미 고령화 사회(7.2%) 에 진입하였고 2010년에는 전체 인구의 10.8%가 65세 이상으로 확인되었으며, 2026년에는 20%까지 차지할 것으로 예상되고 있다.
급속한 고령화를 대비하여 선진국에서는 이미 다양 한 고령친화용품에 대한 연구개발이 진행되어 왔다. 특 히, 고령자 전문 요양시설 등에서는 안전한 고령자 수 발과 적극적인 이동권 제공이 가능한 이동 보조용품이 도입되고 있으며, 실내이동 리프트는 이러한 용품 중의 하나로 대표되고 있다. 하지만, 리프트 개
발에 있어서 원천 및 핵심기술에 대한 연 구개발은 초기 단계이며 체계적인 연구개 발도 미흡한 실정이다.
이 글에서는 요양시설에서 고령자의 이 송/이동 행위에 요구되는 실내이동 리프트 개발에 있어서 고령자의 사용 안전성을 향 상시키고, 수발자의 근력부담 경감이 가능 한 복합기능형 베드부 회전식 리프트 개발 및 사용성 평가에 대하여 소개하였다.
베드부 회전식 리프트 개발 컨셉트
본 연구에서는 수발자의 근력부담 경감이 가능한 리 프트 구조를 구현하기 위하여, 고령자가 탑승하는 베드 부만을 회전시켜 협소한 사용 환경(실내 출입구 또는 복도 등)을 효율적으로 극복할 수 있는 베드부 회전식 의 신개념 실내이동 리프트를 개발하였다. 기존의 베드 부 고정식 리프트의 구조에서는, 베드부만 회전시킬 경 우에 탑승자의 무게중심 편중(e1)으로 인하여 리프트의 전도 위험성이 매우 크다. 따라서, 전도 안전성 확보를 위하여 베드부 중심축과 리프트 프레임 회전축과의 간 격(e2)을 최소화하여 무게중심의 편중을 최소화함으로 써, 베드부 회전 시 전도 안전성이 확보 가능한 베드부 회전식 리프트 구조를 고안하였다.(그림 1)
그림 1베드부 회전식 리프트 구조 개념도
컴퓨터 해석을 통한 리프트의 구조 안전성 검토
리프트의 구조 안정성 확보를 위하여 굽힘 모멘트 계 산을 통한 리프트 프레임 부위의 최소 두께를 산출하 고, 주요 설계변수를 설정하였다. 이를 토대로 베드부 회전식 리프트의 3차원 유한요소모델을 구축하였고, 고 령자 탑승 조건을 가정하여 컴퓨터 해석을 통한 베드부 처짐량을 해석하였다. 해석 조건은, 최대 허용하중
(200kgf)을 베드부에 적용하였고, 구조 보강을 통한 해 석 결과, 베드부의 최대 처짐량은 약 9mm로 확인되어, 본 연구에서 선행적으로 검토한 외국 경쟁제품의 해석 결과(Trautwein, Germany: 약 25mm)보다 매우 우수한 결과가 도출되었다. 본 연구에서는 구조해석 결과를 바 탕으로 실내이동 베드부 회전식 리프트의 상세 설계변 수를 설정하였고 리프트의 주요 기능 부위를 제작하였 다.(그림 2)
그림 2베드부 회전식 리프트의 상세 설계변수
가변형 조향 손잡이 개발
리프트의 실내이동 시 수발자는 리프트의 조향 손잡 이를 이용하여 이동하게 되는데, 이러한 행위에는 수발 자의 근력부담이 많이 요구된다. 따라서 수발자의 근력 부담 경감이 가능한 조향 손잡이의 최적설계가 요구되 나, 이에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 수발자에게 주행 편의성 제공이 가능한 조향 손잡이의 최적 설계변수를 도출하기 위하여 가변형 조향 손잡이
시험 장치를 고안하였다. 기판과 원형 막대로 구성된 가변형 조향 손잡이는 폭이 100～900mm까지 100mm 간격으로, 각도는 0～90°까지 15°간격으로 조절 가능 하도록 설계되었다.(그림 3)
조향 손잡이 조건에 따른 주행성 시험을 위하여 20대 남성 3인, 40～50대 여성 3인을 피검자로 선정하였다, 리프트 주행 중의 피검자 상반신에서의 최대 근활성도 측정을 위하여 근전도 장비(Electromyograph, Delsys Inc, USA)를 이용하였다. 근전도 센서 부착 위치로서, 리프트 주행 시 활성화가 예상되는 상반신 12개의 근육 (승모근, 대흉근, 상완이두근, 상완삼두근, 원회내근, 척 측수근신근, 척추기립근, 중둔근, 대퇴직근, 대퇴이두 근, 전경골근, 장딴지근)을 선정하였다.(그림 4)
주행조건은 직선과 회전주행으로 설정하였고, 고령 자의 탑승을 고려하여 인체 더미(60kg)를 베드부에 탑 재하였다. 시험조건은 피검자의 평균 어깨 폭 400mm 를 고려하여 조향 손잡이 폭을 각각 200mm, 400mm, 600mm, 800mm로 설정하였고, 피검자의 손잡이 각도 를 각각 0°, 45°, 90°로 설정하였다. 또한 손잡이 취부 높이에 대해서는 피검자의 팔꿈치, 어깨, 팔꿈치와 어 깨의 중간부위로 설정하여 주행성 시험을 진행하였다.
피검자 1인에 대하여 가변 조향 손잡이 조건별 8회의 시험(총 시험 288회=폭 4*각도 3*높이 3*8회)을 실시하 여, 최대값과 최소값을 제외한 6회의 평균값을 분석하
그림 3가변형 조향 손잡이 구조
그림 5조향 손잡이 개발을 위한 주행성 시험 그림 4피검자의 측정근육 선정
였다(그림 5). 주행성 시험을 통하여 얻어진 남성 및 여 성 피검자의 근육별 근활성도를 비교 분석한 결과에 기 초하여 복합구조의 리프트 조향 손잡이 형상을 도출하 였고, 신규로 개발된 조향 손잡이가 장착된 베드부 회 전식 리프트의 시제품을 제작하였다.(그림 6)
베드부 회전 기능의 유효성 검증
수발자의 근력부담 경감 목적으로 개발한 베드부 회 전 기능을 정량적으로 검증하기 위하여, 사용성 평가를 통한 베드부 회전기능의 유/무에 따른 피검자의 근활성 도를 비교하였다. 피검자는 20대 남성 3인, 40-50대 여 성 3인을 선정하였고, 측정 센서(Electromyograph, Delsys Inc, USA)의 부착 위치는 좌우측 어깨근육과 상 지근육으로 설정하였다. 시험조건은 리프트 전체를 회 전시키는 경우(A)와 베드부 회전기능을 이용하여 베드 부만 회전시키는 경우(B)로 구분하였으며, 복합구조 조 향 손잡이 조건(팔꿈치 높이, 폭 800mm, 각도 90°/ 폭 200mm, 각도 90°)을 이용하여 시험을 실시하였다. 시 험 횟수는 조건별 8회를 실시하였고, 최대값과 최소값 을 제외한 6회의 평균값을 분석하였다.(그림 7)
사용성 평가에 의한 베드부 회전기능 시험 결과, 남 녀 피검자 모두 베드부 회전기능에 의한 근활성도 감소
가 현저하게 얻어졌다. 근활성도의 감소 정도는 20대 남성의 경우 폭 800mm, 각도 90°조건에서는 우견이 -34.5%, 우완이 -17.0%, 좌견이 -28.0%, 그리고 좌완이 -25.8% 얻어졌고, 폭 200mm, 각도 0 °의 조건에서는 우 견이 -55.7%, 우완이 -4.6%, 좌견이 -2.0%, 좌완이
그림 6주행성 시험 결과 분석에 기초한 조향 손잡이 개발
그림 7사용성 평가를 통한 베드부 회전기능의 성능 검증
-33.7% 얻어졌다. 한편, 40-50대 여성의 경우 폭 800mm, 각도 90°조건에서는 우견이 -39.6%, 우완이 -16.5%, 좌견이 -9.1%, 그리고 좌완이 -8.6% 얻어졌고.
폭 200mm, 각도 0 °의 조건에서는 우견이 -50.1%, 우완 이 -25.4%, 좌견이 -1.1%, 좌완이 -6.0% 얻어졌다(그림 8). 따라서 실내이동 리프트에서 베드부 회전기능은 수 발자의 근력부담을 경감시킬 수 있으며, 특히 상대적으 로 육체적 근력이 약한 여성 수발자의 수발 행위에 매 우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구에서는 사용 안전성을 향상시키고 수발자의 근력부담 경감이 가능한 실내이동 복합기능형 베드부 회전식 리프트를 개발하였다. 베드부 회전기능 구조에 대한 컨셉트 설계 및 구조 해석을 통하여 주요 설계변 수를 도출하였으며, 조향 손잡이의 최적 개발을 위하여 가변형 조향 손잡이 시험장치를 이용한 주행성 시험을
실시하였다. 20대 남성 및 40～50대 여성 피검자의 최 대 근활성도를 측정 및 분석을 통하여 복합 구조의 조 향 손잡이 설계 변수를 도출할 수 있었고, 사용성 평가 를 통하여 베드부 회전기능의 유효성을 정량적으로 확 인하였다.
리프트 전체를 회전시킨 경우와 베드부 회전기능을 이용한 베드부만을 회전시킨 경우를 비교한 결과, 베드 부 회전기능 구조가 수발자의 근력 부담을 효과적으로 경감시키는 것으로 확인되었다. 본 연구를 통하여 개발 된 베드부 회전식 리프트는 향후 고령자 전문 요양시설 에서 주로 40～50대 여성 수발자의 수발 행위에 효과적 으로 적용 가능할 것으로 판단되며, 본 연구를 통하여 확보된 제품개발 방법은 다양한 고령친화용품 개발에 도 유효하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
그림 8사용성 평가를 통한 베드부 회전기능의 성능 검증(폭 200mm, 각도 90°)
