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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 具承範
- 발행연도
- 2014
- 저작권
- 중앙대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수14
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인체 동역학해석은 정형외과적인 연구나 일반적인 보행분석에서 이용되어왔다. 근 골격 해석 프로그램을 이용하여 보행 시 인체의 동역학 분석을 하기 위해 인체의 관절 운동정보와 지면반력 정보가 필요하다. 지면반력은 일반적으로 지면반력기를 이용하여 측정이 되는데, 지면반력기는 설치가 어렵기 때문에 경사로나 계단 또는 트레드밀 걷기 시 측정이 어렵다. 지면반력을 측정하기 어려울 때, 안창형식의 압력매트를 이용하여 지면반력을 측정한다. 압력매트는 수직 방향 힘과 압력중심점을 측정 할 수 있으나, 지면 전단력을 측정하지 못한다.
본 연구에서는 최적화 기반의 지면반력을 예측 알고리즘을 개발하였다. 지면반력 예측을 위해 설치된 반력요소는 발과 지면 사이의 힘을 예측하였다. 지면반력과 각 관절의 힘은 인체의 운동에 맞게 최적화 되어 예측된다. 다양한 환경에서 세가지 연구를 통하여 지면반력 예측 알고리즘을 분석하였다. 첫 번째 연구는 간단한 이차원 인체모델을 개발하여 anterior-posterior 방향과 수직방향의 지면반력을 예측하였다. 두 번째 연구에서는 두 가지 예측모델을 사용하였다. 첫번째 모델은 (Type-I) 인체의 운동정보를 이용하여 모든 지면반력과 압력중심점의 위치를 예측하는 모델이다. 두 번째 모델은 (Type-II) 인체의 운동정보와 압력매트를 이용할 때, 지면 전단력을 예측하는 모델이다. 두 모델을 사용하여 다양한 상황에서 지면반력을 예측하였다. 세 번째 연구는 두 번째 연구의 두 가지 모델을 (Type-I, Type-II) 이용하여 트레드밀 보행 시 세가지 다른 속도의 보행시 (1.0 m/s, 1.4 m/s, 3.0 m/s) 지면반력을 예측하는 연구이다. 지면 전단력과 수직 힘의 예측 시 평균 오차는 각 2~7 %BW, 13 %BW 으로 정확하게 예측됨을 볼 수 있었다. 지면반력 예측은 중간-한발-입각기 일 때와 보행속도가 느리고 인체 모델이 정확하게 구성이 되었을 때 정확하게 예측됨을 볼 수 있었다. 또한 Type-I 와 Type-II 의 예측결과는 유의한 차이를 보이지 않았다.
본 연구를 통하여 개발된 지면반력 알고리즘을 이용하여 인체 동역학 해석 시 지면반력 측정이 어려운 다양한 상황에서 지면반력을 예측을 가능하게 하여 해석을 가능하게 할 것이다.
본 연구에서는 최적화 기반의 지면반력을 예측 알고리즘을 개발하였다. 지면반력 예측을 위해 설치된 반력요소는 발과 지면 사이의 힘을 예측하였다. 지면반력과 각 관절의 힘은 인체의 운동에 맞게 최적화 되어 예측된다. 다양한 환경에서 세가지 연구를 통하여 지면반력 예측 알고리즘을 분석하였다. 첫 번째 연구는 간단한 이차원 인체모델을 개발하여 anterior-posterior 방향과 수직방향의 지면반력을 예측하였다. 두 번째 연구에서는 두 가지 예측모델을 사용하였다. 첫번째 모델은 (Type-I) 인체의 운동정보를 이용하여 모든 지면반력과 압력중심점의 위치를 예측하는 모델이다. 두 번째 모델은 (Type-II) 인체의 운동정보와 압력매트를 이용할 때, 지면 전단력을 예측하는 모델이다. 두 모델을 사용하여 다양한 상황에서 지면반력을 예측하였다. 세 번째 연구는 두 번째 연구의 두 가지 모델을 (Type-I, Type-II) 이용하여 트레드밀 보행 시 세가지 다른 속도의 보행시 (1.0 m/s, 1.4 m/s, 3.0 m/s) 지면반력을 예측하는 연구이다. 지면 전단력과 수직 힘의 예측 시 평균 오차는 각 2~7 %BW, 13 %BW 으로 정확하게 예측됨을 볼 수 있었다. 지면반력 예측은 중간-한발-입각기 일 때와 보행속도가 느리고 인체 모델이 정확하게 구성이 되었을 때 정확하게 예측됨을 볼 수 있었다. 또한 Type-I 와 Type-II 의 예측결과는 유의한 차이를 보이지 않았다.
본 연구를 통하여 개발된 지면반력 알고리즘을 이용하여 인체 동역학 해석 시 지면반력 측정이 어려운 다양한 상황에서 지면반력을 예측을 가능하게 하여 해석을 가능하게 할 것이다.
목차
1. 서 론 11.1 연구의 배경 11.2 연구의 중요성 및 목표 42. 이차원 지면반력 예측모델 62.1 연구의 배경 및 목표 62.2 실험 및 해석 82.2.1 피험자 준비 및 모션캡쳐 영상획득 82.2.2 이차원 인체모델의 구성 102.2.3 반력요소의 설정 132.2.4 지면반력 예측 최적화 방법 152.3 결과 162.4 결과 분석 183. 지면 보행 시 지면반력 예측 모델 193.1 연구의 배경 및 목표 193.2 실험 및 해석 213.2.1 피험자 준비 및 모션캡쳐 영상획득 213.2.2 인체모델의 구성 223.2.3 반력요소의 설정 243.2.4 인체 동역학 모델 283.2.5 지면반력 예측 최적화 방법 313.2.6 통계적 분석 333.3 결과 343.4 결과 분석 394. 트레드밀 보행 시 지면반력예측 모델 424.1 연구의 배경 및 목표 424.2 실험 및 해석 444.2.1 피험자 준비 및 모션캡쳐 영상 획득 444.2.2 인체모델의 구성 464.2.3 반력요소의 설정 474.2.4 지면반력 예측 최적화 방법 494.2.5 통계적 분석 514.3 결과 524.4 결과 분석 595. 결 론 60참고문헌 62국문초록 66ABSTRACT 68
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