6축 착용형 거울 치료 로봇 시스템 개발에 관한 연구

Abstract

본 연구의 목표는 기존의 거울 치료의 효과를 증진하기 위한 착용형 거울 치료 로봇 시스템의 개발이다. 특히 편마비 환자의 재활치료를 도와 일상생활로의 빠른 복귀를 돕는 것이 목적이다. 기존의 환영(Illusion)을 통한 착각으로 뇌를 자극하여 재활 하는 것에 더하여 실제적인 거울상의 움직임을 환자에게 부여함으로써 다양한 자극을 뇌에 준다. 이를 통해 더욱 효과적인 치료를 하는 것이다. 본 연구에서 개발된 6축 착용형 거울 치료 로봇 시스템은 크게 두 가지의 시스템으로 나누어 진다. 하나는 건강한 팔의 움직임을 계산해주는 모션 캡쳐 시스템이고, 다른 하나는 마비측 팔을 거울상으로 움직이게 해주는 6축 착용형 외골격 로봇 시스템이다. 모션 캡쳐 시스템에는 다른 방식에 비해 상대적으로 덜 구속적인 방식인 자세방위센서를 이용하여 사용자의 건측 움직임을 계산하는 방식을 적용하였다. 사용자 자신을 기준으로 하는 팔의 움직임을 계산할 수 있도록 하였고, 지자기 외란에 의한 오차를 보정하는 기술을 적용하였다. 6축 착용형 로봇 시스템은 사용자가 착용할 수 있도록 제작하였으며, 다양한 환자의 팔길에 따라 길이를 조절하고, 사용자의 안전을 위해 안전 각을 설정하였다. 또한 연속적인 움직임에 따라 입력되는 값을 보간하고 궤도를 생성하는 알고리즘으로 부드러운 움직임이 가능하도록 개발되었다. 전체적인 6축 착용형 거울 치료 로봇 시스템을 검증하기 위해 실험을 진행하였다. 본 두 가지 시스템 중 모션 캡쳐 시스템의 정확도를 확인하는 실험을 설계하여 진행하였다. 피험자의 앞에 놓은 9개의 목표점에 리칭(Reaching) 동작을 수행하여 실제 공간 좌표와 센서를 통해 계산된 좌표를 비교하여 정확도를 평가하였다. 또한 기준센서의 영향을 보기 위해 대조 실험을 진행하였다. 이 과정을 통하여 시스템의 보완이 필요한 부분을 파악하였고 앞으로 개선방향을 확립 할 수 있었다. 본 연구에서 제시한 6축 착용형 거울 치료 로봇 시스템은 환자의 치료에 효과적으로 적용 될 수 있을 것이다. 나아가 거울 치료만을 위해서가 아닌 다른 재활 치료에도 사용이 가능 할 것이다. 또한 의학계뿐만 아니라 산업계에서 사람의 모션에 따라 로봇을 움직이게 하는 기술, 착용형 로봇을 이용한 근력증강 및 일상 생활 보조의 영역에도 크게 기여할 수 있을 것이다.