제품과 인체의 통합 모델을 바탕으로 한 가상 설계 및 시험 프레임웍의 개발 :Development of Virtual Design and Test Framework Based on Integrated Product and Human Body Model

이해린

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자료유형: 학위논문

저자정보: 이해린 (국민대학교, 국민대학교 대학원)

지도교수: 이상헌

발행연도: 2016

저작권: 국민대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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2017

제품과 인체의 통합 모델을 바탕으로 한 스미스 스쿼트 운동의 가상 시험 프레임워크

이해린 , 정문기 , 이상헌 대한기계학회 논문집 A권 2017.08 학술저널

2016

제품과 인체의 통합 모델을 바탕으로 한 가상 설계 및 시험 프레임웍의 개발

이해린 친인간지능형자동차 2016.01 학위논문

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자동차를 비롯한 선진 제조 분야에서는 3차원 CAD시스템과 CAE 시스템을 이용한 제품의 설계 및 해석뿐만 아니라 디지털 인체 모델을 이용한 승객의 안전과 인간공학적인 특성을 사전 검증하는 단계에 이른 것에 비하여 스포츠 산업 분야에서는 각종 스포츠 용품 및 운동 장비 설계에 있어서 디지털 제품 및 인체 모델을 기반으로 한 설계가 이루어지지 않고 있을 뿐만 아니라 완성된 제품의 인체 영향 평가 기술도 전무한 실정이다. 이러한 스포츠 산업 분야에 기존에 개발된 제품 설계용 및 인체용 CAD 시스템과 생체역학적 해석 시스템을 활용하여 제품과 인체가 하나의 통합된 설계 및 해석 환경에서 모델링되고 이를 이용하여 가상의 시험 평가 과정을 수행하면 품질 향상 및 비용/납기 단축을 도모할 수 있다.
본 연구에서는 과학적인 스포츠 용품 설계를 위하여 인체용 CAD와 생체역학 해석시스템에서 디지털 인체 모델과 운동 기구에 대한 솔리드 모델을 완전히 통합시켜 운동역학적인 가상 실험을 컴퓨터 내에서 실시하고 그 운동이 인체에 미치는 영향을 평가할 수 있는 새로운 가상 설계 및 평가의 통합 프레임웍을 개발하고 이를 지원할 수 있는 시스템을 개발하고자 한다. 이를 구현하기 위해 첫째로 상용 생체역학 해석시스템 내에서 디지털 인체 모델과 운동 기구의 솔리드 모델의 상호작용 모델링과 관절 자유도에 대한 움직임 정의로 운동 동작을 구현할 수 있는 통합 모델을 구현하였다. 다음으로 구현된 인체-제품 통합 모델에 새로운 동작을 적용하여 가상 실험을 수행하기 위해 동작 데이터베이스를 구축하고 구축된 동작 데이터를 사용하여 새로운 동작에 대한 생성을 수행하였다. 이러한 방법을 통해서 운동 기기별, 유형별 다양한 가상의 운동 효과를 시뮬레이션하여 보다 효율적이고 과학적인 운동 장비 및 트레이닝 프로그램 개발할 수 있고, 신개념 복합 운동 기기의 설계하는 데 크게 활용할 수 있을 것이다.

1. 서 론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 관련 연구 3
1.2.1 근골격계 동역학 해석에 대한 연구 3
1.2.2 상호작용을 고려한 인체-제품 통합 모델을 이용한 연구 5
1.2.3 동작 생성에 대한 연구 6
1.3 연구 목적 8
2. 연구 방법 10
2.1 스쿼트 10
2.2 동작 데이터베이스 구축 12
2.3 인체-제품 통합 모델 구현 22
2.3.1 근골격계 인체 모델 22
2.3.2 운동 기구 모델링 30
2.3.3 인체-외부 환경 상호작용 모델링 33
2.3.4 근골격계 인체 모델의 효용성 38
2.3.5 동작 구현을 위한 인체 모델의 자유도 정의 43
2.4 동작 생성 55
2.4.1 자세 변화에 따른 주요 관절 자유도에 대한 동작 분석 55
2.4.2 동작 생성 기법 59
3. 결 과 68
4. 결 론 86
4.1 성과 86
4.2 향후 과제 87
참고문헌 88

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