손목 수근관 증후군 재활치료를 위한 운동 보조기구

Abstract

일상생활에서 스마트폰, 컴퓨터 사용이나 가사노동으로 인하여 손목 수근관 증후군 환자가 증가하고 있다. 치료 방법의 하나인 재활치료를 위하여 본 논문에서는 케이블 구조를 갖는 운동 보조기구를 제안하였고 이를 사용하여 정확한 운동 궤적과 속도로 재활 운동이 가능하다. 보조기구는 4개 모터에 의하여 장력을 발생하는 4개 케이블이 한 점에 연결된 손잡이의 위치를 제어하는 구조이며 사용자는 이 손잡이를 잡고 손잡이의 움직임을 따르며 운동한다. 재활 운동 궤적은 손목 중심의 회전 운동으로 국지 좌표계를 기준으로 기술하지만, 케이블 제어를 위하여 보조기구 손잡이의 움직임은 전역좌표계를 기준으로 나타내어야 하므로 두 좌표계의 상관관계를 실험적으로 구하는 방법을 제시하였다. 이 상관관계는 사용자의 신체 치수 및 팔뚝 고정 위치 및 방향에 따라 결정되므로 비선형 최적화 방법을 적용하여 기구학적 매개변수들인 손목 중심의 위치와 초기 각도를 추정하였다. 모터에 연결된 케이블의 방향 벡터 정사영을 이용함으로써 각 케이블 장력으로 인하여 사용자에게 가해지는 힘을 실시간으로 계산할 수 있고 설정된 값 이상의 과도한 힘이 가해지는 것을 방지할 수 있다. 이 기구를 사용하여 의료인의 처방에 따른 다양한 재활 운동 궤적을 구현할 수 있으며, 재활 운동을 반복적으로 정확히 유도할 수 있으므로 재활 운동 시 필요 전문인력의 감소 및 운동 효과 상승을 기대한다.