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Development of an upper limb rehabilitation robot providing symmetric bilateral movements based on inertial measurement units = 관성센서 기반의 대칭성 양측 상지 재활 운동 보조 로봇 개발
서명 / 저자 Development of an upper limb rehabilitation robot providing symmetric bilateral movements based on inertial measurement units = 관성센서 기반의 대칭성 양측 상지 재활 운동 보조 로봇 개발 / Seulki Kyeong.
저자명 Kyeong, Seulki ; 경슬기
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2016].
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초록정보

Stroke is most of the causes of disability and loss of motor function with growing population of old people. Mirror image motion enabler reflects unimpaired side motion into impaired side movements and it is effective because rehabilitation with voluntary drive makes reorganizational changes in the motor cortex. We present an upper limb rehabilitation robot providing symmetric bilateral movement for the hemiplegic stroke to rehabilitate with bilateral movements. For the unimpaired arm, a sensing unit utilizing IMUs measured the rotation joint angles of forearm. For the impaired arm, an actuating unit equipped with BLDC motors helped movements of elbow flexion/extension, wrist flexion/extension, and forearm pronation/supination. Because there are 3 axis of forearm motions, the patients can use the forearm motions of daily living. The device is portable to carry around, the patients can make daily and longer lasting treatment by transporting the device to home, hospital, and so on. Because the actuating unit and sensing unit are in different system, we need to consider the measurement of unimpaired arm motion, and the desired trajectory for the asymmetric impaired arm. We suggest the solution to make the sensing unit based on IMU sensors, and the actuating unit to drive with cable driven mechanism. The actuation of the forearm pronation/supination and wrist flexion/extension used one motor using cable driven mechanism, and two kind of motions were designed to be selectable. Through the experiments with the device, we validate the device and we expect this device to use in upper limb rehabilitation.

뇌졸중은 전세계적으로 운동장애에 이르게 하는 원인이 되며, 그 중 80% 이상은 편마비 운동장애를 겪는다. 편마비 환자를 대상으로 하는 본 연구는, 거울을 사이에 두고 환상을 이용해 마비된 팔의 재활을 이루는 거울상 치료에 착안하여, 마비된 팔의 움직임을 기구를 이용하여 실제로 이룸으로써 재활 운동을 보조하는 것을 목표로 한다. 또한, 재활 운동시 환자의 의도가 들어가게 하여 훈련의 흥미를 높임과 동시에 뇌에서의 치료효과를 이루고, 반복적이고 지속적인 치료를 위하여 로봇을 쉽게 이동시킬 수 있도록 보다 간편하게 설계하고, 일상생활의 동작을 구현할 수 있게 함으로써 환자의 재활 치료에 효과를 높이는 것을 목표로 한다. 움직이고자 하는 상지의 움직임은 팔꿈치 관절과 손목 관절의 신전/굴곡 움직임과 손목 관절의 내전/외전 움직임이며, 재활 운동 보조 로봇을 이용하여 마비되지 않은 건측의 움직임을 따라 마비된 환측이 대칭적으로 움직임으로서 재활을 이루도록 하였다. 본 연구에서 제안하는 로봇은 크게 마비되지 않은 건측의 움직임을 측정하는 움직임 측정 유닛과, 마비된 환측의 움직임을 보조하는 움직임 동작 유닛으로 나뉜다. 움직임 측정 유닛은 관성센서를 기반으로 하여 기구자체의 이동성을 높이고, 사용자의 움직임의 자율성을 높였다. 움직임 동작 유닛은 2개의 모터로 3개 축의 움직임을 구현함으로써 전체 기구의 무게와 부피를 줄이고, 기구의 효율성을 높였다. 또한 케이블을 이용하여 구동함으로써 기구의 무게로 인하여 사용자가 느끼는 토크를 줄이고, 기구의 안전성을 확보하였다. 기존의 상지 재활 로봇에서와는 달리 손 부분을 개방하는 구조로 설계함으로써, 손을 이용한 다른 재활운동과 병행이 가능하도록 하였다. 측정 유닛의 정확도와, 대칭성 양측 움직임의 정확도를 확인할 수 있는 실험을 시행하여 제안하는 보조 로봇의 성능을 검증하였다. 본 연구가 로봇을 이용한 상지 재활에 있어서 기초적인 연구로써 후속 연구의 발판이 되길 기대한다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MME 16081
형태사항 vi, 79 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 경슬기
지도교수의 영문표기 : Jung Kim
지도교수의 한글표기 : 김정
Including appendix
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 기계공학과,
서지주기 References : p. 69-72
주제 Mirror image rehabilitation
symmetric bilateral movement
forearm rehabilitation
inertial measurement unit motion sensing
underactuated robotics
거울상 대칭 재활
양팔 대칭 움직임
상지 재활
관성센서를 이용한 움직임 측정
로봇 재활
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