이조

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 길이조절기능과 보행보조기능을 탑재한 로봇의족

영문 : Robot prosthetics with length control and waling aids

과제 팀명

이조

지도교수

김상주 교수님

개발기간

2019년 9월 ~ 2019년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 기계정보공학과 20144300** 이**(팀장)

서울시립대학교 기계정보공학과 20144300** 김**

서울시립대학교 기계정보공학과 20144300** 서**

서울시립대학교 기계정보공학과 20144300** 송**

서울시립대학교 기계정보공학과 20144300** 한**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

 하퇴 절단 장애인들에게 필요한 의족에 길이 조절 기능을 탑재하여 맞춤형 의족을 사용하지 않고도 많은 사람들이 사용할 수 있게 만들고, 충격 완화 장치를 추가하여 오랫동안 사용했을 때 피로감을 줄이며, 보행 보조 기능을 탑재하여 비장애인들과 유사한 보행을 할 수 있도록 하는 의족을 설계하고자 한다.

개발 과제의 배경 및 효과

 의족은 하지 절단 장애인의 이동 능력을 생성해줌으로써 일상생활 영위 및 직장생활에 절대적으로 필요한 신체기능 대체기기이다. 현재 상용으로 판매되고 있는 수동형 의족은 대부분 맞춤형 제작 형태로 이루어지기 때문에 가격이 수천만원 대이고 실제 사용자의 만족도도 크지 않다. 2018년 말, 스마트 의족이 등장하면서 사용자의 편의성과 피로도를 개선함으로써 만족도는 올랐지만 3000만원 대의 가격으로 인해 개인 사용자가 감당하기엔 여전히 큰 금액 부담이 존재한다. 이러한 의족을 주문제작 형태에서 보급형 형태로 전환하여 가격을 절감하면서 기존의 스마트 의족이 가지고 있는 우수한 만족도를 유지한다면 저소득층 하지 절단 장애인들도 큰 부담없이 의족을 사용할 수 있을 것이다.

개발 과제의 목표와 내용

제작하고자 하는 보급형 스마트 의족은 제작비를 최소화하여 하퇴 절단으로 의족을 사용해야 하는 저소득층 환자들이 저렴한 가격에 사용할 수 있는 의족으로 일반 보급형 의족이 가지고 있지 않은 기능들을 추가하여 경쟁력을 갖춘 제품이다. 우선 몸체 길이를 조절하여 다리 길이와 하지 절단 부위에 따라서 사용자에 맞춰서 사용할 수 있도록 길이 조절이 가능한 구조로 제작하려고 한다. 또한 사용자가 의족을 사용함으로써 느끼는 피로를 최소화할 수 있는 충격 완화 장치와, 사용자의 걸음을 보조하는 모터와 제어장치를 추가하여 보행을 더 편하게 만들어주는 기능을 추가하고자 한다. 이 제품을 제작함으로써 의족을 사용할 수 없는 저소득층 하퇴 절단 환자들에게 의족을 보급하고, 보행 보조기능을 통해서 환자들의 편리한 생활을 지원하는 것을 목표로 한다.
만들고자 하는 제품이 보급형 의족이므로 사용자의 조건에 맞게 길이를 조절할 필요가 있다. 사용자의 다리 길이와 하지 절단 부위에 따라서 의족의 길이가 달라져야 하므로, 이를 조절할 수 있다면 다양한 사용자들이 맞춤 의족을 사용할 필요가 줄어들 것이라고 예상한다. 사용자에 따라 20cm 정도를 조절하여 사용할 수 있도록 제품을 설계하고자 한다. 길이를 조절한 이후에 이를 고정할 수 있는 수단이 필요하다. 고정이 느슨하여 의족의 길이가 갑자기 줄어들 경우에 크게 다칠 수 있는 위험이 있으므로 오랫동안 고정할 수 있어야 한다. 자전거 안장과 같은 물건들에 사용하는 방법과 같이 나사를 이용하는 방법과 스크류를 이용하는 방법 중에서 하중을 잘 버티고 흔들리지 않는 안전성이 좋은 방법을 선택한다.

그리고 보행 보조기능을 추가함으로써 사용자가 걸을 때, 실제 발목처럼 움직여 사용자가 걷는 것을 도와주고자 한다. 발목 부분이 움직이지 않는 수동식 의족의 경우에 경사진 길을 걸어갈 때에 사용자에게 불편함을 주고, 절단부에 고통을 주게 된다. 이를 해결하기 위해서 의족에 압력 센서와 모터를 장착하여 실제 발목이 움직이는 것처럼 바닥 경사에 따라서 발목 부분이 회전하는 정도와 속도, 강도 등을 조절한다. 모터가 움직이는 방향과 힘이 의도에 맞지 않는 경우에 예상치 못한 사고가 발생할 수 있으므로, 다양한 상황에서의 검사를 통해서 정확하게 움직이는지 철저하게 확인할 필요가 있다.

 또한 보행 보조기능을 사용하기 위해서 필요한 전력을 공급할 배터리가 필요하고 의족을 사용하면서 불편함이 크지 않도록 배터리와 관련하여 여러가지 기능이 필요하다. 배터리가 방전되어 보행 보조기능이 정지하지 않도록 배터리 부족 알람 기능을 추가하고, 어플리케이션 등을 이용한 배터리 잔량 확인과 예상 사용 가능시간 등을 알리는 기능을 추가하여 사용자에게 편의성을 주고자 한다.
 마지막으로 하지절단 장애인이 의족을 사용함에 있어서 걸음을 옮길 때마다 절단부에 가해지는 압력에 의해서 피로감을 주게 되고 사용자가 불편함을 느끼게 된다. 이러한 불편함을 줄이기 위해서 의족에 쇼크 업소버와 같은 충격 완화 장치를 부착하여 사용자의 피로감을 줄이고 오래 사용할 수 있도록 하고자 한다. 의족의 길이 조절과 관련하여 충격 완화 장치가 큰 부피를 차지하면 안되므로 작은 크기의 충격 완화 장치를 선택하는 것이 필요하고, 외관상으로도 혐오스럽지 않도록 하는 것이 중요하다. 그리고 충격 ∙ 진동 해석을 통해 충격 완화 장치가 잘 기능하는지 확인하여야 한다.

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

내용

경제적 및 사회적 파급효과

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

조립도

내용

조립순서

내용

부품도

내용

제어부 및 회로설계

내용

소프트웨어 설계

내용

자재소요서

내용

결과 및 평가

완료작품 소개

프로토타입 사진

내용

포스터

내용

특허출원번호 통지서

내용

개발사업비 내역서

내용

완료 작품의 평가

내용

향후평가

내용

부록

참고문헌 및 참고사이트

내용

소프트웨어 프로그램 소스

내용

이조

목차