As the patients suffering from shoulder disease are increasing, the need for upper arm rehabilitation is also growing. To meet the demand, various shoulder rehabilitation robots have been developed. However, they did not consider the anatomical mechanism of shoulder joint movement. It decreases effect of rehabilitation or may cause shoulder injuries, such as shoulder subluxation. This paper aims to develop and evaluate a passive shoulder joint tracker (PST). The PST allows natural shoulder movement by tracking shoulder joint in 3D space and compensating the gravity force. The motion analysis protocol of shoulder movement was developed to evaluate the effect of PST by 4 factors: the maximum elevation arm angle, the location of shoulder joint, the tracking performance of the device and the reaction force and moment on shoulder joint. As a result, it allows the natural shoulder movement and reduces the reaction force and moment on shoulder joint. In conclusion, the PST can allow comfortable movement of the upper limb by combining with commercial devices.
최근 견관절 질환이 있는 환자들이 증가하면서 상지 재활에 관한 관심이 커지고 있다. 이에 따라 다양한 상지 재활 로봇이 개발되고 있지만, 견관절의 생체학적인 고려가 미흡하여 견관절의 3차원 움직임을 허용하지 못하고 있다. 이 때문에 견관절과 로봇의 축이 어긋나 재활의 효과가 떨어지거나 환자에게 어깨 통증, 아탈구와 같은 어깨 질환을 유발할 수 있다. 본 연구에서는 수동형 견관절 추종장치를 개발하고 추종장치의 효과를 실험적으로 검증하였다. 견관절 추종장치는 3차원 방향의 견관절 움직임을 허용하고, 중력에 의한 부하를 보상해줌으로써 자연스러운 상지의 움직임을 허용한다. 견관절 동작 분석 프로토콜을 개발하고 상용 재활장치들과 결합해 팔을 들어 올린 최대 각도, 견관절의 위치 변화, 장치의 추종성능, 견관절에 가해지는 힘과 모멘트를 분석하여 견관절 추종장치의 성능을 평가하였다. 평가 결과 추종장치를 결합하였을 때 팔의 동작 범위를 더 허용해줄 수 있었으며, 보다 자연스러운 견관절의 움직임을 보였다. 또한, 견관절에 가해지는 힘과 모멘트가 기존 장치만을 사용했을 때에 비해 감소하였다. 이를 통해 견관절 추종장치가 상지의 편안한 움직임을 허용해줄 수 있다는 것을 확인하였다.
