As treatment for the celebral palsy and other rehabilitation, hippotherapy have long history from ancient Greece. For the effectiveness on regulating tone and increase gross motor function of hippotherapy, several hippotherapy simulators were developed. Many studies were targeted on measuring trajectory of horse and developing appropriate simulator. Simulators are developed to duplicate measured data. However, recent researches say that repeating same data can makes bad effects on motor adaptation. To avoid bad effects and provide effectiveness of hippotherapy, generating various trajectories as real horse does is needed for hippotherapy simulator. Resent researches uses time scaling with measured trajectory, however, consider dynamic effects to generate various trajectory is necessary for similar hippotherapy sensation.
The purpose of this research is modeling a hippotherapy which can generate various trajectory and applying to horseback riding simulator. For generating various trajectory governed with dynamic effects, we designed dynamic model and controller of horseback riding to having limit cycle property. We designed control model for horse dynamic model on passing and recoil mode, and also weight factor from human aids to change walking speed. Horse walking trajectory with 3d motion capturing experiment is also used for controller design for model to generate as real horse does. With dynamic simulation, we showed model can generate various motion and also cover experiment data. For the application purpose, we choose XENMA horseback riding simulator as target system. We calculate inverse kinematics of XENMA, and get trajectory requirements from simulator property. We suggested trajectory modification method for generating original trajectory’s acceleration profile from hippotherapy dynamic model with minimum acceleration error, and controlled XENMA with PD control with gravity compensator.
뇌성마비 환자 등의 재활에 있어 치료 승마는 고대 그리스로부터 사용되어 온 오랜 역사를 지니고 있다. 리듬감 회복 및 대동작 운동 기능 향상 효과가 존재함에도 불구하고 실제 승마의 제약 조건에 따라 다양한 치료 승마 시뮬레이터가 개발되어왔다. 이런 대부분의 연구들은 승마 궤적을 측정한 후 이를 추종하기 위한 적합한 시뮬레이터를 설계하는데 집중되었다. 하지만 최근 연구는 동일한 궤적을 반복해서 전달하는 것은 운동 적응 능력에 악영향을 미친다고 하며 이에 따라 치료 승마 궤적의 다양화가 필요하게 되었다. 기존 연구들은 측정된 궤적의 time-scailing을 통해 궤적을 다양화하였지만 실제 치료 승마 시 다양한 궤적에 영향을 끼치는 동역학에 의한 영향은 고려되어 있지 않다.
본 연구에서는 치료 승마 시 발생하는 주기적, 비주기적 궤적을 모델링할 것이다. 특히 동역학 모델을 사용하여 궤적의 다양화를 시키려 한다. 이를 위해 말 평보 동역학 모델은 limit cycle 특성을 가지도록 하였고 말 보행 시 발생하는 passing 및 recoil model에 대한 제어기를 각각 모델링하였다. 궤적의 다양하는 사람의 부조에 따른 scailing과 지면의 변화 등에 의해 발생하게 하였다. 승마 모델이 실제 말이 생성하는것과 흡사한 궤적을 만들도록 하기 위해 3차원 모션 측정 역시 사용하였다. 동역학 시뮬레이션을 통해 치료 승마 모델이 다양한 궤적을 생성하며 실제 측정된 말과 흡사한 궤적을 생성하는 것을 확인하였다.
시뮬레이터 적용을 위해서 XENMA 승마 시뮬레이터를 사용하였으며 해당 시스템의 역기구학을 계산하였다. 이를 바탕으로 시뮬레이터 기기의 요구 조건을 만족시키며 적은 가속도 오차 내에서 치료 승마 동역학 모델에서 생성된 가속도를 재현할 수 있는 trajectory modification 방법론을 제안하였다. 이렇게 생성한 궤적은 최종적으로 PD+gravity compensator을 사용해 제어되었다.
