손가락환자를 위한 링크형 엄지손가락 재활로봇 설계
Design of Link-type Thumb Rehabilitation Robot for Finger Patients
김현민1, 김갑순1,
Hyeon Min Kim1 and Gab Soon Kim1,
1 경상대학교 제어계측공학과 (Department of Control & Instrumentation Engineering, ERI, Gyeongsang National Univ.)
Corresponding author: [email protected], Tel: +82-55-772-1745 Manuscript received: 2013.1.3 / Revised: 2013.3.21 / Accepted: 2013.6.4
Rehabilitation of finger patients requires that the patients exercise their hands and fingers for proper functioning to return. A thumb rehabilitation robot, equipped with a two-axis force sensor, can prevent injury to the thumb by monitoring the applied pulling force. In this paper, we describe a link-type thumb rehabilitation robot designed for patients' thumb rehabilitation exercise. Tests of the manufactured link-type thumb rehabilitation robot were performed on normal male patients.
Our results show that the robot can be used for flexibility and muscle-strength rehabilitation exercises for a patient’s thumb.
Key Words: Finger Rehabilitation Robot (손가락 재활로봇), Finger Rehabilitation (손가락 재활), Stroke Patient (뇌졸중환 자), 2-axis force sensor (2 축 힘센서)
1. 서론
뇌졸중환자를 포함한 선천적 혹은 후천적인 손 가락환자는 정상적으로 움직이거나 힘을 가할 수 없으므로 일상생활에 큰 어려움을 격고있다. 손가 락 환자가 정상적인 생활을 하기 위해서는 손가락 재활운동을 통해 정상화되어야 한다. 재활운동은 전문치료사 혹은 가족이 실시하고 있는데, 환자의 수에 비해 그들의 수가 적기 때문에 충분한 훈련 이 이루어질 수 없을 뿐만 아니라 재활치료비도 매우 많이 든다. 그러므로 손가락 재활운동을 위 한 재활로봇 개발이 필요하다.
사람의 손가락의 방향은 엄지손가락과 나머지 4개 손가락(검지, 중지, 약지, 소지)의 방향이 다르 므로 손가락 재활로봇을 설계할 때 손가락의 움직 이는 방향을 고려해야 한다.
Kim1은 뇌졸중환자의 엄지손가락을 재활훈련할 수 있는 재활로봇을 개발하였으나 엄지손가락을
운동시킬 때 손가락에 가해지는 힘을 정확하게 측 정할 수 없을 뿐만 아니라 구조가 직교형으로 구 성되어 크기가 큰 단점을 가지고 있다. 가해지는 힘을 정확하게 측정할 수 없는 이유는 손가락을 가해지는 힘의 방향이 일정한 방향이 아니고 손가 락의 위치에 따라 변화하는 각을 갖는데, 로봇에 부착된 힘센서는 한쪽방향의 힘만 측정되는 단축 힘센서이기 때문이다. 즉, Kim1이 개발한 로봇은 Fig. 1에 나타낸 것과 같이 링크에 부착된 힘센서 가 x방향의 힘만 측정할 수 있다. 그래서 손가락 에 가해지는 힘 F가 θ만큼 기울어졌을 경우에는 힘센서는 Fcosθ 만큼 밖에 측정되지 않는다. 정확 하게 가해지는 힘을 측정하기 위해서는 x방향의 힘 Fx와 y방향의 힘 Fy를 동시에 측정하는 2축 힘 센서를 이용하여 각각의 힘들을 측정하고 그것들 로 합력을 계산해야 한다. 이렇게 하기 위해서는 x와 y 방향의 힘을 동시에 측정할 수 있는 2축 힘 센서가 필요하다.
Fig. 1 Principal of force measurement using force sensor 참고문헌2-6은 손가락을 재활훈련할 수 있는 재 활로봇 혹은 시스템을 개발하였으나 손가락을 완 전하게 뒤로 젖히는 재활훈련을 할 수 없을 뿐만 아니라 대부분 힘센서가 부착되지 않아 손가락이 손상되지 않도록 제어할 수 있는 안전한 제어시스 템이 없는 것이다. 그러므로 환자의 손가락의 안 전을 위해 손가락에 가해지는 힘을 정확하게 측정 할 수 있는 2축 힘센서가 부착된 손가락 재활로봇 이 필요하다.
따라서 본 논문에서는 뇌졸중환자 등의 손가락 환자의 재활운동을 할 수 있는 링크형 엄지손가락 재활로봇을 설계하였다. 매트랩(matlab)을 이용한 시뮬레이션으로 링크길이를 결정하였고, 링크형 엄지손가락 재활로봇의 본체를 설계 및 제작하였 으며, 손가락 당김 힘측정을 위해 2축 힘센서를 설계 및 제작하였다. 그리고 개발된 링크형 엄지 손가락 재활로봇을 이용하여 정상인을 대상으로 특성실험을 실시하였다.
2. 재활로봇 설계 및 제작 2.1 재활로봇의 링크길이 설계
엄지손가락 재활로봇의 링크길이를 설계하기 위해 손의 크기와 엄지손가락의 크기,1 즉 엄지손 가락의 첫 번째 마디(first knuckle)의 길이 28mm, 두 번째 마디의 길이 38mm와 엄지손가락이 뒤로 젖혀지는 각도1 약 85°이하를 적용한다.
Fig. 2는 링크형 엄지손가락 재활로봇을 구성하 는 링크들의 개략도를 나타내고 있다. 이것은 링 크1~4로 구성되어 있고, 각 링크의 길이를 l1, l2, l3 이며, 수평축과 링크1의 길이방향의 중심선과의 각을 θ 링크1과 링크2의 중심선 사이각을 1, θ 2, 링크1의 중심선과 링크1과 2의 회전관절을 잇는 선과의 사이각을 θ3이다. 그리고 링크 1과 4의 회
전관절 (연결핀)을 원점으로 한다. 손가락 운동의 동작은 링크3의 끝에는 첫 번째 손가락 마디를 끼 운 후 고정하고, 링크1의 좌측 끝과 링크2의 아래 쪽 끝을 밀거나 당기면 링크1과 2가 회전운동을 한다. 시뮬레이션에서 링크2와 링크3의 연결지점(x, y)의 이동에 따라 링크1과 2의 회전각 θ1과 θ2로 회전하여 엄지손가락이 폄과 굽힘운동을 한다.
본 논문에서는 엄지손가락 길이의 폄과 굽힘운 동을 위해 링크1과 링크2의 길이를 결정하기 위한 시뮬레이션을 매틀랩을 이용하여 실시하였다. 시 뮬레이션을 수행하기 위해서는 정기구학 해석식 및 역기구학 해석식을 유도해야 한다. 정기구학 해석식은 손가락 끝이 x방향과 y방향으로 이동시 키는 변수를 x, y라 하고 x와 y식을 유도할 수 있 다. Fig. 2로부터 기구학적으로 x와 y를 구하면 다음 과 같다.
( )
1cos 1 2cos 1 2
x l= θ +l θ θ+ (1)
( )
1sin 1 2sin 1 2
y l= θ +l θ θ+ (2)
위의 식(1), (2)를 이용하여 변수 θ1과 θ2를 구 하기 위한 역기구학 해석식을 유도하면 각각 식 다음과 같다.
( )
2 2 2 2
1 2
1 2
1 2
( )
cos 2
x y l l θ − ⎛ + l l− + ⎞
⎜ ⎟
= ⎜⎝ ⎟⎠
(3)
( )
1 1 2 2
1
1 2 2
tan tan sin
cos
y l
x l l
θ θ
θ
− ⎛ ⎞ − ⎛ ⎞
= ⎜ ⎟⎝ ⎠− ⎜⎜⎝ + ⎟⎟⎠ (4) Fig. 2 Schematic diagram of links of link-type thumb
rehabilitation robot
rehabilitation robot
No. Angle
θ1 (°) θ2 (°)
1 63.9 83.4
2 59.2 82.0
3 52.7 83.9
4 44.7 89.3
5 35.7 98.0
6 27.0 109.3
7 20.6 122.2
8 19.5 135.2
9 28.5 145.9
R.A.(°) 44.4 63.8 Min(°) 19.5 82.0 Max(°) 63.9 145.9
-250 -200 -150 -100 -50 0 50 100
-50 0 50 100 150 200 250 300
x-direction moving length of thumb(mm)
y-direction moving length of thumb(mm)
Fig. 3 Graph of the simulation results of link-type thumb rehabilitation robot
엄지손가락이 뒤로 젖혀지는 궤적을 따라 움직 이는 시뮬레이션은 유도한 식(1)~(4)를 적용하여 엄지손가락이 완전히 굽혀졌을 때(0°)부터 뒤쪽으 로 85.0°까지 젖혀지는 것으로 가정하여 실시하였 다. Table 1은 링크 1과 2의 회전각 θ 과 1 θ 를 나2
타내었고, Fig. 3은 시뮬레이션 결과를 그래프로 나 타낸 것이다. 엄지손가락이 굽어있는 초기위치 0°
부터 85°까지, 9단계으로 엄지손가락의 두 번째 마 디의 중간이 뒤로 젖혀지는 각도일 때, 회전각 θ1
은 최소 19.5°부터 63.9°까지 총 44.4°이었고, θ2는 최소 82.0°부터 145.9°까지 총 63.8°이었다.
Fig. 4 Manufactured link-type thumb rehabilitation robot 시뮬레이션 결과, 링크형 엄지손가락 재활로봇 은 링크1과 2의 길이는 각각 180mm와 140m이었다.
2.2 재활로봇의 설계 및 제작
시뮬레이션 결과를 토대로 링크형 엄지손가락 재활로봇을 설계하였고, Fig. 4에 제작된 재활로봇 의 사진을 나타내었으며, 이것은 회전기구1(rotation system1), 회전기구2(rotation system2), 링크1~3(link1
~3), 고정블록(fixture block), 2축 힘센서(2-axis force sensor) 등으로 구성되어 있다. 고정블록은 로봇의 본체에 고정되어 엄지손가락 재활로봇이 동작되는 데 발생하는 전체 힘을 지지하는 역할을 한다. 그 리고 고정블록의 우측은 회전기구1의 고정지지대 와 핀으로 회전할 수 있도록 조립(회전관절)되어 있고, 상부는 링크1의 우측중간 부분과 핀으로 회 전할 수 있도록 조립(회전관절)되어 있다.
회전기구1은 고정지지대, 이동블록, LM가이드 (RSR9KM), 볼나사, 모터 및 기어(349380, 29:1) 등 으로 구성되어 있고, 모터가 회전하면 중간에 위 치한 이동블록이 볼나사와 LM 가이드를 타고 이 동한다. 이동블록은 링크1의 우측부분과 핀으로 회전활 수 있도록 조립(회전관절)되어있고, 이동블 록의 이동에 따라 링크1이 44.4° 이상 회전한다.
그리고 이동블록의 최대 이동거리는 37mm이다.
회전기구2는 회전기구1과 같은 구조 및 사양으로 되어있고, 하나의 고정지지대는 링크1의 우측중간 부분에 핀으로 회전할 수 있도록 조립(회전관절)되 어 있으며, 이동블록은 링크2의 끝과 핀으로 회전 할 수 있도록 조립(회전관절)되어 있다. 모터가 회 전하면 중간에 위치한 이동블록이 볼나사와 LM 가이드를 타고 이동하고, 이동블록의 이동에 따라
링크2가 63.8° 이상 회전한다. 링크1은 길이가 180mm이고, 회전기구1의 이동블록의 이동에 따라 회전한다. 링크2는 길이가 140mm이고, 회전기구2 의 이동블록의 이동에 따라 회전하며, 중간부분에 2축 힘센서가 부착되어 있다. 링크2의 한쪽 끝에 는 링크3이 핀으로 회전할 수 있도록 조립되어 있 다. 링크3은 엄지손가락을 고정할 수 있는 고정구 가 부착되어 있고, 링크2의 회전에 따라 엄지손가 락을 뒤로 잡아당기는 역할을 한다. 2축 힘센서의 설계와 제작은 다음절에서 자세히 설명한다.
엄지손가락 재활로봇의 동작은 회전기구1과 2 의 동작에 따라 링크1과 2가 회전하여 링크3에 고 정되어 있는 엄지손가락을 잡아당기는 형태로 손 가락을 뒤로 젖히거나 굽히는 재활운동을 하게 된 다. 이때 뒤로 잡아당기는 힘을 2축 힘센서로 측 정하여 설정한 힘 이하가 되도록 제어하여 안전한 재활운동을 할 수 있다.
2.3 2축 힘센서의 설계 및 제작
링크형 엄지손가락 재활로봇의 엄지손가락을 당기는 힘을 측정하는 2축 힘센서는 Fig. 5(a)에 나 타낸 것과 같고, x방향의 Fx센서와 y방향의 Fy센서 가 한 몸체로 구성되었으며, 2개의 평행평판보 (PPB: Parallel Plate Beam, PPB1과 PPB2), 상부블록, 중간블록, 좌측블록으로 구성되었다. PPB1은 수평 으로, PPB2는 수직으로 놓여있고, 좌측블록을 고정 하고 상부블록에 힘을 가하면 2개의 평행평판보에 힘이 전달된다. 평행평판보 PPB1은 Fy 힘센서용 감 지부이고, PPB2는 Fx 힘센서용 감지부로 사용된다.
Fx 힘센서 감지부(PPB1)의 크기는 길이 l1, 두 께 t1, 폭 b1이고, Fy 힘센서 감지부(PPB2)의 크기 는 길이 l2, 두께 t2, 폭 b2이다. 힘센서를 설계하 기 위한 설계변수는 정격출력이 약 0.5mV/V, 정격 하중이 100N, 센서의 길이가 42mm, 높이가 25mm, 폭이 12mm이다. 그리고 스트레인게이지의 부착위 치는 Fig. 5(b)와 같고, 길이 방향으로는 1.5mm, 폭 방향으로는 1/2, 스트레인게이지의 부착위치에서의 변형률은 약 250µm/m로 결정하였다. 2축 힘센서의 각 감지부의 크기를 결정하기 위해 ANSYS 소프 트웨어를 이용하여 해석하였다. 유한요소해석을 위해 소프트웨어에 입력한 재료상수는 제작할 센 서의 재질이 알루미늄이므로 종탄성계수가 70GPa, 프와송의비가 0.3이며, 8절점 6면체 블록을 선택하 였다. 격자(mesh) 크기는 해석하고자 하는 평행평 판보를 길이방향으로는 0.5mm, 두께방향으로는 3
등분, 폭방향으로는 10등분하였다. Fig. 6(a)는 2축 힘센서를 유한요소법으로 해석하기 위해 격자를 나눈 모습을 나타내고, Fig. 6(b)와 (c)는 각각의 정 격힘이 가해졌을 때의 센서 감지부의 변형된 모습 을 나타내고 있으며, 모두 센서의 구조를 모델링 할 때 예상했던 것과 같이 보의 끝단에서 인장과 압축된 모습으로 변형되었다.
유한요소법을 이용하여 2축 힘센서를 설계한 결과, Fx 힘센서 감지부의 길이 l1이 10mm, 두께 t2가 2.1mm, 폭 b2가 12mm이었고, Fy 힘센서 감지 부의 길이 l2가 8mm, 두께 t2가 1.9mm, 폭 b2가 12mm이었다.
Table 1은 유한요소법을 이용하여 2축 힘센서의 각 스트레인게이지 부착위치(Fig. 6(b))에서의 변형 률을 나타낸 것이다. 식(1)에 변형률들을 대입하여 계산한 Fx힘센서의 총 변형률은 984 µm/m이었고, Fy 힘센서의 총 변형률은 1054 µm/m이었다. 힘센 서들의 정격변형률 오차는 설계변수로 결정한 정 격변형률 1000 µm/m를 기준으로 계산한 결과 각각
(a) Structure of sensor
(b) Strain-gage attaching locations
Fig. 5 Structure and strain-gage attaching locations of force sensor for thumb
Table 1 Strains from FEM analysis at each attachment location of strain-gages of each sensor of two- axis force sensor.
Sensor Strain (μm/m)
T1 C1 T2 C2 ε Error (%) Fx 382 -145 145 -382 984 -1.6 Fy 307 -185 185 -307 1054 5.4
-1.6%와 5.4%이었다. 이와 같은 오차는 설계시 가 공의 가능성을 고려하여 감지부의 두께를 0.1mm 단위로 나타내었기 때문이다.
각 센서는 4개의 스트레인게이지로 휘스톤브리 지를 구성한다. 정격변형률은 정격 하중이 가해질 때 휘스톤브리지에서 출력되는 총 변형률을 의미 하고 이것의 값은 다음과 같은 식으로부터 계산된 다.1
1 1 2 2
T C T C
ε ε= −ε +ε −ε (5) 여기서 ε 은 휘스톤브리지의 총 변형률, εT1은 인 장 스트레인게이지 T 의 변형률, 1 ε 은 압축 스트C1
레인게이지 C1의 변형률, εT2은 인장 스트레인게 이지 T2의 변형률, εC2은 압축 스트레인게이지C2
의 변형률이다.
2축 힘센서는 Fig. 6(b)에 나타낸 스트레인게이 지 부착위치에 스트레인게이지 (N2A-13-S1452-350, micro-measurement company사 제작, 게이지 상수 2.03, 크기 35.2mm)를 부착하고 휘스톤브리지1를 구성하여 제작하였으며, Fig. 7은 제작된 2축 힘센 서의 사진을 보이고 있다.
Fx 힘센서의 정격출력은 유한요소해석 결과인 식(5)에 의해 계산한 정격변형률 984µm/m와 사용 한 스트레인게이지의 상수 2.03을 식(6)에 대입하 여 계산한 결과 0.49938mV/V이었고, Fy 힘센서의 정격출력은 계산한 정격변형률 1054µm/m와 사용 한 스트레인게이지의 상수 2.03을 식(6)에 대입하
여 계산한 결과 0.53491mV/V이었다. 정격출력은 정격하중을 가했을 때 입력전압과 출력전압의 비 로 나타내며, 다음과 같은 식에 의해 계산될 수 있다.1
1 4
o i
E K
E = ε (6)
여기서 Ei는 휘스톤브리지의 입력전압, Eo는 휘 스톤브리지의 출력전압, K는 스트레인게이지의 상 수(약 2.03), ε 는 식(5)로부터 얻은 총 변형률이다.
제작한 엄지손가락 2축 힘센서의 특성실험은 다축 힘/모멘트센서 교정기7를 이용하였고, 이교정 기는 힘 Fx, Fy, Fz를 모두 2000N, 모멘트 Mx, My, Mz를 모두 500Nm를 연속적으로 발생시킬 수 있 으며, 1×10-4의 상대확장불확도를 가지고 있다. 엄 지손가락 2축 힘센서의 정격출력을 결정하고, 비 직선성오차와 재현성오차를 구하기 위한 특성실험 은 교정장치7를 이용하여 10N부터 100N까지 10N 단계로 증가 및 감소순으로 3회 실시하였다. 센서 의 정격출력은 100N일 때의 출력값을 평균하여 결 정하였다. Fx힘센서의 정격출력은 0.52683mV/V이 었고, 유한요소해석 결과인 0.49938mV/V 을 기준 으로 분석한 오차는 -5.50%이었다. 그리고 Fy힘센 서의 정격출력은 0.51836mV/V 이었고, 유한요소해 석 결과인 0.53491mV/V 을 기준으로 분석한 오차 는 -3.09%이었다. 그리고 비직선성오차와 재현성오 차를 계산한 결과 각 0.04%와 0.03%이내이었고, 상호간섭오차는 최대 0.54%이었다. 제작한 2축 힘 센서는 엄지손가락 재활로봇에 부착하기 적합하고, 오십만원 이하의 매주 저렴하여 타 장치의 힘측정 에도 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
(a) Meshed shape (b) Deformed shape under Fx
(c) Deformed shape under Fy
Fig. 6 Meshed shape for FEM analysis and deformed shape under rated force
Fig. 7 Photograph of manufactured thumb force sensor
2.4 엄지손가락 재활로봇의 특성실험
Fig. 8은 엄지손가락 재활운동을 위한 링크형 엄지손가락 재활로봇을 나타내고 있고, 링크형 엄 지손가락 재활로봇, 2축 힘센서, 손지지대, 접착천 (velcro), 전지, 몸체, 제어장치 등으로 구성되었다.
로봇의 동작은 실험대상자의 팔을 접착천으로 고 정하고, 엄지손가락을 로봇의 링크에 고정한 후 제어장치를 이용하여 로봇을 동작시키면 손가락을 젖히고 굽혀진다. 이때 손가락을 당기는 힘을 2축 힘센서로 측정하여 손가락이 손상되지 않도록 안 전하게 제어한다. 링크2에 부착된 2축 힘센서는 손가락을 당기는 힘을 Fx와 Fy로 분류하여 측정하 고, 이것을 제어장치 내에서 합력으로 계산하여 최종 손가락을 당기는 힘을 출력한다. 본 논문에 서 사용된 제어장치는 Kim1이 작성한 논문의 그것 을 사용하였다.
재활운동에는 유연성 재활운동과 근육강화 재 활운동으로 구분될 수 있다. 유연성 재활운동은 손가락이 굳어있는 것을 굽힘과 젖힘을 반복하게 함으로써 유연하게 운동을 말하고, 근육강화 재활 운동은 유연성운동이 끝난 환자의 손가락을 힘을 키우기 위한 운동이다. 링크형 엄지손가락 재활로 봇을 이용하여 유연성 재활운동을 위한 기준힘 설 정값은 20대 남성 5명을 대상으로 특성실험한 결 과값인 19.9N 보다 4.9N이 적은 15N으로 결정하였 다.1
Fig. 9(a)~(d)는 링크형 엄지손가락 재활로봇을 이용한 엄지손가락의 유연성 재활운동과정을 나타 낸 사진이고, 이것은 엄지손가락이 굽어진 상태에 서 완전히 젖혀지는 상태까지를 나타낸 것이며, 다시 원위치로 돌아올 경우에는 사진의 역순이다.
유연성 재활운동의 특성실험은 엄지손가락 재활로 봇의 손지지대에 접착천(velcro)로 손목을 고정하고, 엄지손가락을 손가락 고정링크에 접착천을 이용하 여 안전하게 고정한 후 제어장치에 설정된 기준힘 설정값(15N)이 2축 힘센서로 출력될 때까지 엄지 손가락의 위치경로를 따라 손가락을 뒤로 잡아당 기며, 이후에는 손가락 운동링크를 다시 초기위치 로 돌아가게 제어한다.
Fig. 10은 링크형 엄지손가락 재활로봇을 이용 한 엄지손가락의 유연성 재활운동 중 엄지손가락 에 가해지는 힘을 2축 힘센서를 이용하여 측정한 결과이다. 2축 힘센서 출력값(Fx 힘센서와 Fy 힘센 서의 출력값으로 계산한 합력)을 보면, 손가락을 뒤로 저칠 때는 시작 후 10초 부근까지에서는
Fig. 8 Experimental setup for characteristic test of thumb rehabilitation exercise
Fig. 9 Characteristic test for flexibility rehabilitation exercise of thumb using link-type thumb rehabilitation robot
Fig. 10 Graph of flexibility rehabilitation exercise of thumb using link-type thumb rehabilitation robot
0~7N정도의 값을 나타내고 손가락이 거의 저쳐질 때 급격히 손가락에 가해지는 힘이 커지며, 12초 부근에서 엄지손가락의 안전을 위해 설정한 힘 15N에서 재활로봇은 정지하고 원상태로 복귀할 때 는 손가락에 가해지는 힘이 수초 내에 급격히 감 소함을 알 수 있다.
Fig. 11은 링크형 엄지손가락 재활로봇을 이용 한 근육강화 재활운동을 실시할 때 2축 힘센서에 출력되는 합력을 그래프로 나타낸 것이다. 특성실 험은 Fig. 9(b)와 (c)의 손가락 위치를 반복하는데, Fig. 11(a)는 손가락이 설정한 5N 이상의 힘을 가하 면 로봇이 손가락 굽힘 방향(Fig. 9(c)방향)으로 끌 려오고 5N 이하일 때는 반대방향(Fig. 9(b)방향)으 로 움직인다. 처음 설정한 값이 5N이고, Fig. 11(b) 는 설정값이 10N일 경우이다. 손가락 근육 힘이 강해지면 점점 설정값을 증가시켜 근육을 더욱 강 화시킬 수 있으며, 결국 원래의 손가락 힘까지 손 가락 근육을 강화시킬 수 있다. 정상인을 대상으 로 설계 및 제작한 링크형 엄지손가락 재활로봇을 이용하여 유연성 재활운동과 근육강화 재활운동을
확인할 수 있었다.
본 논문에서 개발한 로봇은 Kim1이 개발한 로 봇과의 차이점은 첫째, 손가락의 당기는 힘을 정 확하게 측정하기 위해 x와 y축 방향의 힘을 측정 하는 2축 힘센서를 설계 및 제작하여 부착한 것이 고, 둘째, 로봇기구를 소형화를 위해 직교형에서 링크형으로 바꾸어 설계 및 제작한 것이다. 개선 결과, 손가락에 가해지는 힘을 정확하게 측정할 수 있었고, 크기는 로봇의 전체 크기를 약 20cm 이상 줄일 수 있었다.
3. 결론
본 논문에서는 뇌졸중환자 등의 손가락환자의 재활운동을 실시할 수 있는 링크형 엄지손가락 재 활로봇을 설계하였다. 제작된 로봇은 엄지손가락 을 잡아당기는 힘을 정확하게 측정함을 확인하였 고, 엄지손가락 유연성 재활운동과 근육강화 재활 운동을 안전하고 원활하게 수행할 수 있음을 확인 하였다. 따라서 본 논문에서 설계한 링크형 엄지 손가락 재활로봇은 손가락환자의 엄지손가락 재활 운동을 실시할 수 있을 것으로 판단된다. 추후 연 구에서는 실제 손가락환자의 엄지손가락 재활을 주기적으로 실시하여 환자의 재활운동방법을 제시 하는 것이다.
후 기
이 논문은 2011년도 정부(교육과학기술부)의 재 원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 기초연 구임(No. 2009-0087281), (2012R1A1A2A1004 1417).
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(a) Reference value of 5N
(b) Reference value of 10N
Fig. 11 Graph of muscle-strength rehabilitation exercise of thumb using link-type thumb rehabilitation robot
5867-5870, 2010.
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