KR101569477B1 - Method and Device for calculating inertia moment of segment using dynamometer - Google Patents
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Abstract
Description
본원은 동력계를 이용한 분절 관성모멘트 산출 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and an apparatus for calculating a moment of inertia of a segment using a dynamometer.
인체운동분석학에서 링크분절모델(link-segment model)은 인체를 기계적으로 서로 연결된 강체들로 표현한 것으로, 의학과 스포츠 과학 분야에서 다양한 운동을 이해하거나 분석, 진단하는 데 적용되고 있다.The link-segment model in human motion analysis is a representation of the human body as mechanically interconnected rigid bodies and is applied to understanding, analyzing and diagnosing various movements in the fields of medicine and sports science.
이러한 링크분절모델을 이용하기 위해서는 분절의 질량이나 관성모멘트와 같은 인체측정자료(anthropometric data)가 필요하다. 특히, 인체운동의 대부분은 관절의 회전운동을 기반으로 하므로 분절 관성모멘트는 인체운동을 분석하는 데 매우 필요한 정보이다.To use this link segment model, anthropometric data such as segment mass or moment of inertia is required. Especially, most of the human body motion is based on the rotational motion of the joint, so the segment moment of inertia is very necessary information to analyze the human body motion.
이러한 관성모멘트 측정과 관련하여 한국공개특허공보 제2002-0063646호에는 "관성 모멘트 측정 기구"가 개시되어 있다. 다만, 이는 피측정물을 조(jaw)에 고정시켜 측정하는 방식으로서, 인체운동분석학에 적합한 측정 방식이라고 보기는 어려웠다.In connection with the measurement of the moment of inertia, Korean Utility Model Publication No. 2002-0063646 discloses an " inertial moment measuring mechanism ". However, this is a method of measuring a subject by fixing the subject to a jaw, and it was difficult to see it as a measurement method suitable for human motion analysis.
한편, 인체운동분석학에 있어서 가장 보편적인 방법은 사체(cadaver)를 통해 직접 측정한 관성 파라미터로 도출한 회귀식(regression equation)을 이용하는 것이며, Dempster("Space requirements of the seated operator," Wright-Patterson Air Force Base, Ohio, 1955)의 회귀식을 이용한 방법이 대표적이다. 이 방법은 해당 관절에 대한 분절 관성모멘트의 대체적인 범위를 도출하는 일반적인 목적으로 사용하기엔 쉽고 유용하다고 할 수 있다.On the other hand, the most common method for analyzing human motion is to use a regression equation derived from the inertial parameters measured directly through the cadaver, Dempster ("Space requirements of the seated operator," Wright-Patterson Air Force Base, Ohio, 1955). This method is easy to use and useful for general purpose of deriving an alternative range of segment moment of inertia for a given joint.
하지만, 이 방법은 상술한 바와 같이 사체를 대상으로 관성 파라미터를 측정하고 분절 관성모멘트를 도출하는 것이어서, 해당 관절에 대하여 개개인마다 다르게 나타나는 특성을 반영하는 데 한계가 있었다.However, as described above, this method measures the inertia parameter of the carcass and derives the segment moment of inertia, so that there is a limit to reflect characteristics that are different for each individual.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 개개인마다 다른 특성을 갖는 관절의 분절 관성모멘트를 개인별 맞춤형으로 직접 산출할 수 있는 동력계를 이용한 분절 관성모멘트 산출 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for calculating a moment of inertia of a joint using a dynamometer capable of directly calculating a joint moment of inertia of a joint having different characteristics from one person to another, do.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제1 측면에 따른 동력계를 이용한 분절 관성모멘트 산출 방법은, (a) 동력계를 이용하여, 상기 동력계의 회전축으로부터 질량 중심이 이격되어 위치한 부가장치에 의해 발생되는 제1 중력모멘트를 각도에 따라 측정하고, 상기 부가장치가 상기 회전축을 중심으로 회전되었을 때 발생되는 제1 회전모멘트와 제1 각가속도를 시간에 따라 측정하는 단계; (b) 상기 동력계를 이용하여, 상기 회전축과 일치하는 축을 갖는 분절과 상기 부가장치에 의해 발생되는 제2 중력모멘트를 각도에 따라 측정하고, 상기 분절과 상기 부가장치가 상기 회전축을 중심으로 함께 회전되었을 때 발생되는 제2 회전모멘트와 제2 각가속도를 시간에 따라 측정하는 단계; (c) 상기 제1 중력모멘트, 상기 제1 회전모멘트, 및 상기 제1 각가속도를 기초로 모멘트 평형 관계를 통해 상기 부가장치의 관성모멘트를 산출하는 단계; (d) 상기 제2 중력모멘트, 상기 제2 회전모멘트, 및 상기 제2 각가속도를 기초로 모멘트 평형 관계를 통해 상기 분절의 관성모멘트와 상기 부가장치의 관성모멘트의 합산치를 산출하는 단계; 및 (e) 상기 (d) 단계에서 산출된 상기 합산치에서 상기 (c) 단계에서 산출된 상기 부가장치의 관성모멘트를 감하여 상기 분절의 관성모멘트를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.As a technical means for achieving the above object, a method for calculating a moment of inertia using a dynamometer according to the first aspect of the present invention is a method for calculating a moment of inertia using a dynamometer, comprising the steps of: (a) Measuring a first gravity moment generated by the first gravity moment by an angle and measuring a first rotation moment and a first angular acceleration generated when the attachment device is rotated about the rotation axis with time; (b) using the dynamometer to measure, with an angle, a segment having an axis coinciding with the rotation axis and a second gravity moment generated by the addition device, the segment and the attachment device rotating together Measuring a second rotation moment and a second angular acceleration that are generated when the first angular acceleration is generated; (c) calculating an inertial moment of the additional device based on the first gravity moment, the first rotation moment, and the first angular acceleration based on a moment balance relationship; (d) calculating a sum of the moment of inertia of the segment and the moment of inertia of the additional device based on the second gravity moment, the second rotational moment, and the second angular acceleration; And (e) calculating the moment of inertia of the segment by subtracting the moment of inertia of the additional device calculated in the step (c) from the sum calculated in the step (d).
또한, 상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제2 측면에 따른 동력계를 이용한 분절 관성모멘트 산출 장치는, 회전축으로부터 질량 중심이 이격되어 위치한 부가장치에 의해 발생되는 제1 중력모멘트를 각도에 따라 측정하고, 상기 부가장치가 상기 회전축을 중심으로 회전되었을 때 발생되는 제1 회전모멘트와 제1 각가속도를 시간에 따라 측정하며, 상기 회전축과 일치하는 축을 갖는 분절과 상기 부가장치에 의해 발생되는 제2 중력모멘트를 각도에 따라 측정하고, 상기 분절과 상기 부가장치가 상기 회전축을 중심으로 함께 회전되었을 때 발생되는 제2 회전모멘트와 제2 각가속도를 시간에 따라 측정하는 동력계; 및 상기 제1 중력모멘트, 상기 제1 회전모멘트, 및 상기 제1 각가속도를 기초로 상기 부가장치의 관성모멘트를 산출하고, 상기 제2 중력모멘트, 상기 제2 회전모멘트, 및 상기 제2 각가속도를 기초로 상기 분절의 관성모멘트와 상기 부가장치의 관성모멘트의 합산치를 산출하며, 상기 합산치에서 상기 부가장치의 관성모멘트를 감하여 상기 분절의 관성모멘트를 산출하는 제어부를 포함할 수 있다.As a technical means for achieving the above object, the present invention provides a segment inertia moment calculating apparatus using a dynamometer according to the second aspect of the present invention, wherein a first gravity moment generated by an additional device, Measuring a first rotation moment and a first angular acceleration, which are generated when the attachment device is rotated about the rotation axis, according to time, and a segment having an axis coinciding with the rotation axis, A dynamometer for measuring a second gravity moment according to an angle and measuring a second rotation moment and a second angular acceleration generated when the segment and the addition device are rotated together about the rotation axis, And calculating the moment of inertia of the attachment device based on the first gravity moment, the first rotation moment, and the first angular acceleration, and calculating the second gravity moment, the second rotation moment, and the second angular acceleration based on the first gravity moment, And a control unit for calculating a sum of the moment of inertia of the segment and the inertia moment of the additional device and calculating the moment of inertia of the segment by subtracting the moment of inertia of the additional device from the sum.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 동력계와 부가장치의 조합을 이용하여 분절의 관성모멘트를 용이하면서도 정확하게 산출할 수 있으며, 사체를 이용하였던 종래의 관성모멘트 측정 방식과 달리 생체에 대한 관성모멘트 산출이 이루어질 수 있어, 개개인별로 다르게 나타나는 분절관성모멘트를 개인 맞춤형으로 쉽게 산출할 수 있다.According to the above-mentioned problem solving means of the present invention, it is possible to easily and accurately calculate the moment of inertia of a segment by using a combination of a dynamometer and an additional device. Unlike the conventional method of measuring the moment of inertia, Can be achieved, and the segment moment of inertia, which appears differently for each individual, can be easily calculated in a personalized manner.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 동력계를 이용한 분절 관성모멘트 산출 방법의 흐름도이다.
도 2a 및 도 2b는 본원의 일 실시예에 따른 동력계를 이용한 분절 관성모멘트 산출 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 동력계에 부가장치만을 부착하고 측정된 제1 각도, 제1 각속도, 제1 각가속도, 제1 중력모멘트(gravity effect), 및 제1 회전모멘트(measured), 그리고 부가장치의 관성모멘트(acceleration effect)를 시간에 따라 도시한 그래프이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 동력계를 이용한 분절 관성모멘트 산출 장치를 설명하기 위한 블록도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a flowchart of a method for calculating a moment of inertia using a dynamometer according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are conceptual diagrams for explaining a method of calculating a segment inertia moment using a dynamometer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram of an embodiment of a dynamometer in which only an additional device is attached to the dynamometer and the first angular velocity, the first angular velocity, the first angular velocity, the first gravity effect, and the first rotation moment, effect over time in accordance with time.
4 is a block diagram for explaining a segment inertia moment calculating apparatus using a dynamometer according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it is not limited to a case where it is "directly connected" but also includes the case where it is "electrically connected" do.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is " on " another member, it includes not only when the member is in contact with the other member, but also when there is another member between the two members.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.Throughout this specification, when an element is referred to as "including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise. The terms "about "," substantially ", etc. used to the extent that they are used throughout the specification are intended to be taken to mean the approximation of the manufacturing and material tolerances inherent in the stated sense, Accurate or absolute numbers are used to help prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure. The word " step (or step) "or" step "used to the extent that it is used throughout the specification does not mean" step for.
이하에서는 본원의 일 실시예에 따른 동력계를 이용한 분절 관성모멘트 산출 방법(이하 '본 분절 관성모멘트 산출 방법'이라 함)에 대해 설명한다.Hereinafter, a method for calculating a segment inertia moment using a dynamometer according to an embodiment of the present invention will be described.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 동력계를 이용한 분절 관성모멘트 산출 방법의 흐름도이고, 도 2a 및 도 2b는 본원의 일 실시예에 따른 동력계를 이용한 분절 관성모멘트 산출 방법을 설명하기 위한 개념도이다.FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of calculating a moment of inertia using a dynamometer according to an embodiment of the present invention. FIGS. 2A and 2B are conceptual diagrams illustrating a method of calculating a moment of moment of inertia using a dynamometer according to an embodiment of the present invention.
본 분절 관성모멘트 산출 방법은, 부가장치(110)에 대한 제1 중력모멘트, 제1 회전모멘트 및 제1 각가속도를 측정하는 단계(S110), 부가장치(110)와 분절(10) 일체에 대한 제2 중력모멘트, 제2 회전모멘트 및 제2 각가속도를 측정하는 단계(S120), 부가장치(110)의 관성모멘트를 산출하는 단계(S130), 부가장치(110)와 분절(10) 일체의 관성모멘트 합산치를 산출하는 단계(S140), 분절(10)의 관성모멘트를 산출하는 단계(S150)를 포함한다.The segment inertia moment calculating method includes a step S110 of measuring a first gravity moment, a first rotation moment and a first angular acceleration with respect to the
여기서, S110 단계 및 S120 단계는 동력계(100)를 이용하여 수행될 수 있다. 또한, S130 단계 내지 S150 단계는 제어부(200; 후술할 도 4에 도시)를 통해 수행될 수 있다.Here, steps S110 and S120 may be performed using the
도 1 및 도 2a를 참조하면, S110 단계는 동력계(100)를 이용하여, 동력계(100)의 회전축(1)으로부터 질량 중심이 이격되어 위치한 부가장치(110)에 의해 발생되는 제1 중력모멘트를 각도에 따라 측정한다. 또한, S110 단계는 부가장치(110)가 회전축(1)을 중심으로 회전되었을 때 발생되는 제1 회전모멘트와 제1 각가속도를 시간에 따라 측정한다.1 and 2A, in step S110, a first gravity moment generated by the
동력계(100)(dynamometer)는 기계적 경첩관절(hinge jont)로 해석될 수 있는 인체 관절에서 발생되는 토크(모멘트), 각가속도 등을 직접적으로 측정할 수 있는 장치이다. 예시적으로, 동력계(100)는 Biodex System 3 Pro(Biodex Medical Systems, US)일 수 있다. 이러한 상용의 동력계(100)는 수동운동의 각속도를 최대 300 degree/sec정도까지 허용하여, 도달하고자 하는 각속도를 이와 같이 빠른 각속도로 설정하는 경우, 그 각속도에 도달하는 중간 과정으로서 후술할 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 거의 일정한 가속 구간(등가속도를 갖는 시간구간)이 발생할 수 있다.The
또한, 부가장치(110)(attachment)는 분절(10)과는 별도로, 또는 분절(10)과 일체적으로 동력계(100)에 부착 설치하여 활용할 수 있는 기구물이라 할 수 있다.The
도 2a를 참조하면, S110 단계에서는 분절(10)은 제외하고, 부가장치(110)만을 단독으로 동력계(100)에 부착한다. 이때, 부가장치(110)의 질량 중심이 회전축(1)으로부터 소정의 거리(la)만큼 이격되도록 부가장치(110)를 부착함으로써, 부가장치(110)의 질량에 대해 중력이 작용하여 발생되는 제1 중력모멘트()가 측정될 수 있다.Referring to FIG. 2A, in step S110, except for the
또한, 제1 중력모멘트가 각도에 따라 측정된다는 것은, 부가장치(110)가 회전되는 각도()에 따라 변화되는 팔길이()로 인해 달라지는 제1 중력모멘트를 이를 테면 일정 각도 간격으로 복수회 측정하는 것을 의미할 수 있다. 예시적으로, S110 단계에서는 부가장치(110)를 회전시킬 각도범위를 설정하고, 그 설정된 각도범위 내에서 각도에 따라 변화되는 제1 중력모멘트를 측정할 수 있다.The fact that the first gravity moment is measured in accordance with the angle means that the angle at which the
이러한 S110 단계는, 동력계(100)를 이용한 준정적 수동운동(quasi-static passive movement)을 통하여 제1 중력모멘트를 측정하는 단계, 그리고 동력계(100)를 이용한 동적 수동운동을 통하여 부가장치(110)가 회전되는 각도에 따른 제1 회전모멘트 및 제1 각가속도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.In operation S110, the first gravity moment is measured through a quasi-static passive movement using the
예시적으로, 준정적 수동운동은 1 degree/sec 정도의 초저속으로 이루어질 수 있다. 이러한 초저속 회전을 통하여 각도에 따라 변화되는 제1 중력모멘트가 측정될 수 있다. 또한, 동적 수동운동은 예를 들면 240 degree/sec 내지 300 degree/sec 정도의 각속도로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 준정적 수동운동은 정적(static) 상태에 가까울 정도로 매우 느린 회전 운동을 의미할 수 있으며, 동적 수동운동은 준정적 수동운동에 비해 훨씬 빠른 속도로 이루어지는 회전 운동(빠른 수동운동)을 의미할 수 있다.By way of example, quasi-static passive motion can be achieved at an ultra-low speed of 1 degree / sec. The first gravity moment, which varies with the angle, can be measured through this ultra low speed rotation. The dynamic passive motion may be, for example, an angular velocity of about 240 degrees / sec to 300 degrees / sec, but is not limited thereto. In other words, quasi-static passive motion can mean very slow rotational motion close to static, and dynamic passive motion means rotational movement (fast passive motion) at a much higher speed than quasi-static passive motion .
S110 단계에서, 준정적 수동운동은 각도에 따라 부가장치(110)의 질량에 의해 발생되는 모멘트를 측정하기 위한 것이고, 동적 수동운동은 부가장치(110)가 일정한 각가속도(등가속도)를 가질 수 있는 소정 이상의 시간구간을 확보하기 위한 것이라 할 수 있다.In step S110, the quasi-static passive motion is for measuring the moment generated by the mass of the
또한, 제1 회전모멘트 및 제1 각가속도는 부가장치(110)가 회전되었을 때 그 회전된 각도에 따라 측정될 수 있으며, 아울러 부가장치(110)의 회전이 진행되는 시간에 따라 측정될 수 있다. 후술할 도 3을 참조하면, 동력계(100)는 부가장치(110)가 회전되는 각도(제1 각도), 회전하는 각속도(제1 각속도), 회전시의 각가속도(제1 각가속도), 회전시 발생하는 모멘트(제1 회전모멘트) 등을 시간의 흐름에 따라 측정할 수 있다.In addition, the first rotation moment and the first angular acceleration can be measured according to the rotation angle when the
또한 도 1 및 도 2b를 참조하면, S120 단계는 동력계(100)를 이용하여, 회전축(1)과 일치하는 축을 갖는 분절(10)과 부가장치(110)에 의해 발생되는 제2 중력모멘트를 각도에 따라 측정한다. 또한, S120 단계는 분절(10)과 부가장치(110)가 회전축(1)을 중심으로 함께 회전되었을 때 발생되는 제2 회전모멘트와 제2 각가속도를 시간에 따라 측정한다.1 and 2B, in step S120, the second gravity moment generated by the
분절(10)은 인체의 분절일 수 있다. 예시적으로, 분절(10)은 팔꿈치관절을 축으로 하는 팔 부위(하완)일 수 있다. 또는 분절(10)은 무릎관절을 축으로 하는 다리 부위일 수 있다. 다만 분절(10)은 이러한 인체의 분절로만 한정되는 것은 아니며 링크분절(link-segment)로 모델링될 수 있는 다양한 대상들이 분절(10)에 해당될 수 있다.The
또한 예를 들어 분절(10)이 팔 부위인 경우, 회전축(1)과 분절(10)의 축을 일치시킨다는 것은, 동력계(1)의 회전축(1)과 팔꿈치관절의 화전중심이 동일 축 선상에 놓이도록 분절(10)과 동력계(100)를 상호 연계하여 배치하는 것을 의미할 수 있다.The reason why the axis of the
도 2b를 참조하면, S120 단계에서는 분절(10)과 부가장치(110)를 함께 일체적으로 동력계(100)와 연결한다. 이를 통해, 제2 중력모멘트()가 측정될 수 있다.Referring to FIG. 2B, in step S120, the
또한, 제2 중력모멘트가 각도에 따라 측정된다는 것은, 부가장치(110)가 회전되는 각도()에 따라 변화되는 팔길이(, )로 인해 달라지는 제2중력모멘트를 이를 테면 일정한 각도 간격으로 복수회 측정하는 것을 의미할 수 있다. 예시적으로, S120 단계에서는 분절(10)과 부가장치(110)를 함께 회전시킬 각도범위를 설정하고, 그 설정된 각도범위 내에서 각도에 따라 변화되는 제2 중력모멘트를 측정할 수 있다.The fact that the second gravity moment is measured in accordance with the angle means that the angle at which the
여기서, 각도범위는 측정 대상이 되는 분절(10)의 최대 가동범위 이내에서 설정될 수 있을 것이다. 예를 들어, 분절(10)이 팔 부위(하완)인 경우, 분절(10)과 부가장치(110)를 회전시킬 각도범위는 120 degree로 설정될 수 있다. 예시적으로 도 3의 (a)를 참조하면, 팔꿈치관절을 완전히 편 상태를 -20 degree, 그로부터 120 degree만큼 팔꿈치관절을 굽힌 상태를 100 degree로 설정할 수 있다.Here, the angular range may be set within the maximum operating range of the
이러한 S120 단계는, 동력계(100)를 이용한 준정적(quasi-static) 수동운동을 통하여 제2 중력모멘트를 측정하는 단계, 그리고 동력계(100)를 이용한 동적 수동운동을 통하여 분절(10)과 부가장치(110)가 회전되는 각도에 따른 제2 회전모멘트 및 제2 각가속도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.The step S120 may include measuring a second gravity moment through a quasi-static manual movement using the
S110 단계에서 설명한 바와 같이, 준정적 수동운동은 정적(static) 상태에 가까울 정도로 매우 느린 회전 운동을 의미할 수 있으며, 동적 수동운동은 준정적 수동운동에 비해 훨씬 빠른 속도로 이루어지는 회전 운동(빠른 수동운동)을 의미할 수 있다.As described in step S110, the quasi-static passive motion may mean a very slow rotational motion that is close to a static state, and the dynamic passive motion may be a rotational motion that occurs at a much faster speed than the quasi-static passive motion Movement).
S120 단계에서, 준정적 수동운동은 각도에 따라 분절(10) 및 부가장치(110)의 질량에 의해 발생되는 모멘트를 측정하기 위한 것이고, 동적 수동운동은 분절(10) 및 부가장치(110)가 일체적으로 일정한 각가속도(등가속도)를 가질 수 있는 소정 이상의 시간구간을 확보하기 위한 것이라 할 수 있다.In step S120, the quasi-static passive motion is for measuring a moment generated by the mass of the
또한, 제2 회전모멘트 및 제2 각가속도는 분절(10)과 부가장치(110)가 함께 일체적으로 회전되었을 때 그 회전된 각도에 따라 측정될 수 있으며, 아울러 분절(10) 및 부가장치(110)의 회전이 진행되는 시간에 따라 측정될 수 있다. 즉, 동력계(100)는 부가장치(110)가 회전되는 각도(제2 각도), 회전하는 각속도(제2 각속도), 회전시의 각가속도(제2 각가속도), 회전시 발생하는 모멘트(제2 회전모멘트) 등을 시간의 흐름에 따라 측정할 수 있다.The second rotation moment and the second angular acceleration can be measured according to the rotated angle when the
또한 도 1을 참조하면, S130 단계는 S110 단계에서 측정된 제1 중력모멘트, 제1 회전모멘트, 및 제1 각가속도를 기초로 모멘트 평형 관계()를 통해 부가장치(110)의 관성모멘트를 산출한다.Referring to FIG. 1, step S130 may be performed based on the first gravity moment, the first rotation moment, and the first angular acceleration measured in step S110, The inertia moment of the
도 3은 동력계에 부가장치만을 부착하고 측정된 제1 각도, 제1 각속도, 제1 각가속도, 제1 중력모멘트(gravity effect), 및 제1 회전모멘트(measured), 그리고 부가장치의 관성모멘트(acceleration effect)를 시간에 따라 도시한 그래프이다.FIG. 3 is a schematic diagram of an embodiment of a dynamometer in which only an additional device is attached to the dynamometer and the first angular velocity, the first angular velocity, the first angular velocity, the first gravity effect, and the first rotation moment, effect over time in accordance with time.
구체적으로, 도 3의 (a)는 제1 각도, 도 3의 (b)는 제1 각속도, 및 도 3의 (c)는 제1 각가속도에 관한 그래프이다. 또한, 도 3의 (d)에서 범례에 'Gravity effect'라 기재된 그래프는 준정적 수동운동시 측정된 제1 중력모멘트에 관한 그래프이고, 범례에 'Measured'라 기재된 그래프는 240 degree/sec의 동적 수동운동시 측정된 제1 회전모멘트에 관한 그래프이며, 범례에 'Acceleration effect'라 기재된 그래프는 위 측정값들을 기초로 산출된 부가장치(110)의 관성모멘트에 관한 그래프이다.3 (a) is a first angle, Fig. 3 (b) is a first angular velocity, and Fig. 3 (c) is a graph relating to a first angular acceleration. 3 (d) is a graph showing the first gravity moment measured during quasi-static passive motion, and the graph labeled 'Measured' in the legend shows a dynamic A graph of the first rotation moment measured during manual movement and a graph of 'Acceleration effect' in the legend is a graph relating to the moment of inertia of the
또한, 도 3은 전술한 Biodex System 3 Pro(Biodex Medical Systems, US)라는 동력계(100)를 이용하여, 건강한 남성(나이: 28세, 질량: 80.8 kg, 키: 1.67 m)의 하완을 120 degree의 각도범위(관절 가동범위)에서 회전시키며 측정한 각각의 패러미터들을 시간에 대하여 도시한 그래프이다.3 is a graph showing the results obtained by using a
도 3을 참조하면, S130 단계에서, 부가장치(110)의 관성모멘트는, 제1 각가속도가 등가속도를 유지한다고 판단되는 제1 시간구간(a)에서 측정된 제1 각가속도와 제1 회전모멘트, 그리고 제1 시간구간(a)에서 부가장치(110)가 회전축(1)을 중심으로 회전되는 각도에 대응하는 제1 중력모멘트를 기초로 산출될 수 있다.3, in step S130, the moment of inertia of the
여기서, 등가속도라 함은 각가속도가 변동 없이 완전히 일정하게 유지되는 것만을 의미하는 것은 아니다. 예를 들어 도 3을 참조하면, 제1 시간구간(a)에서 각가속도에 소정의 변동은 있다고 할 것이나, 그 변동폭이 설정된 허용범위(tolerance) 이내인 경우에는 등가속도가 유지되는 시간구간이라 판단할 수 있다.Here, the equivalent speed does not mean that the acceleration is kept completely constant without fluctuation. For example, referring to FIG. 3, it is assumed that there is a predetermined variation in the angular acceleration in the first time interval (a), but when the variation width is within the set tolerance, it is determined that the equivalent velocity is maintained in the time interval .
예시적으로, 부가장치(110)의 관성모멘트는 제1 시간구간(a)에 속하는 특정 시점에서 측정된 제1 각가속도와 제1 회전모멘트(도 3의 (c) 및 (d) 참조), 그리고 이러한 특정 시점에서 부가장치(110)가 위치하고 있는 제1 각도(도 3의 (a) 참조)에서의 제1 중력모멘트를 기초로 산출될 수 있다. 여기서, 제1 중력모멘트는 전술한 바와 같이 동력계(100)를 통한 준정적 수동운동을 통해 각도에 따라 측정하여 둔 상태일 수 있다.Illustratively, the moment of inertia of the
이렇게 특정 시점 및 특정 각도에 대하여 측정된 제1 각가속도, 제1 회전모멘트, 제1 중력모멘트를 모멘트 평형방정식에 대입함으로써, 유일한 미지수인 부가장치(110)의 관성모멘트가 산출될 수 있다. 이러한 모멘트 평형방정식에 대해서는 보다 구체적으로 후술하기로 한다.The moment of inertia of the
또한 예시적으로, S130 단계에서, 부가장치(110)의 관성모멘트는 제1 시간구간(a) 중 적어도 일부 구간에 대한 평균값으로 산출될 수 있다.Also, illustratively, in step S130, the moment of inertia of the
즉, 전술한 바와 같이 제1 시간구간(a)의 특정 시점에 대하여 부가장치(110)의 관성모멘트를 산출할 수도 있지만, 제1 시간구간(a) 중 적어도 일부 구간에 대한 평균값으로 산출함으로써, 평균 개념을 통해 산출시 발생할 수 있는 오차를 더욱 줄이고 관성모멘트를 더욱 신뢰성 있게 산출할 수 있다. That is, as described above, the moment of inertia of the
예를 들어, 제1 시간구간(a) 중 적어도 일부 구간은 제1 시간구간(a) 전체로 설정될 수도 있다. 또는 제1 시간구간(a) 중 적어도 일부 구간은 제1 시간구간(a) 중 각가속도의 변동폭이 적어 등가속도에 보다 가깝다고 판단되는 구간으로 설정될 수도 있을 것이다.For example, at least a part of the first time period (a) may be set as the whole of the first time period (a). Or the first time interval (a) may be set as a period in which it is determined that the fluctuation range of the angular acceleration in the first time interval (a) is small and is closer to the equivalent velocity.
또한 도 1을 참조하면, S140 단계는 S120 단계에서 측정된 제2 중력모멘트, 제2 회전모멘트, 및 제2 각가속도를 기초로 모멘트 평형 관계를 통해 분절(10)의 관성모멘트와 부가장치(110)의 관성모멘트의 합산치를 산출한다.1, in step S140, the moment of inertia of the
전술한 S130 단계는 부가장치(110)만의 관성모멘트를 산출하는 단계인 반면, S140 단계는 분절(10)과 부가장치(110)가 일체적으로 회전되는 경우에 대한 것으로서, 분절(10)과 부가장치(110) 각각의 관성모멘트의 합산치를 산출하는 단계이다.The step S130 is a step of calculating the moment of inertia of the
S140 단계에서, 분절(10)의 관성모멘트와 부가장치(110)의 관성모멘트의 합산치는, 제2 각가속도가 등가속도를 유지한다고 판단되는 제2 시간구간에서 측정된 제2 각가속도와 제2 회전모멘트, 그리고 제2 시간구간에서 분절(10)과 부가장치(110)가 회전축(1)을 중심으로 함께 회전되는 각도에 대응하는 제2 중력모멘트를 기초로 산출될 수 있다.The sum of the moment of inertia of the
S130 단계에서 설명한 바와 같이, 등가속도라 함은 변동 없이 완전히 일정한 각가속도가 유지되는 것만을 의미하는 것은 아니다. 예를 들어 각가속도가 시간에 따라 소정의 변동은 있다고 하더라도, 그 변동폭이 설정된 허용범위(tolerance) 이내인 경우에는 등가속도가 유지되는 시간구간이라 판단할 수 있을 것이다.As described in step S130, the equivalent speed does not mean that the constantly constant angular acceleration is maintained without fluctuation. For example, even if the angular acceleration has a predetermined variation with time, if the variation range is within the set tolerance, it can be determined that the equivalent velocity is maintained in the time interval.
예시적으로, 분절(10)과 부가장치(110) 각각의 관성모멘트의 합산치는 제2 시간구간에 속하는 특정 시점에서 측정된 제2 각가속도와 제2 회전모멘트, 그리고 이러한 특정 시점에서 분절(10)과 부가장치(110)가 위치하고 있는 제2 각도에서의 제2 중력모멘트를 기초로 산출될 수 있다. 여기서, 제2 중력모멘트는 전술한 바와 같이 동력계(100)를 통한 준정적 수동운동을 통해 각도에 따라 측정하여 둔 상태일 수 있다.Illustratively, the summation of the moments of inertia of each of the
이렇게 특정 시점 및 특정 각도에 대하여 측정된 제2 각가속도, 제2 회전모멘트, 제2 중력모멘트를 모멘트 평형방정식에 대입함으로써, 분절(10)의 관성모멘트 및 부가장치(110)의 관성모멘트의 합산치가 도출될 수 있다. 이러한 모멘트 평형방정식에 대해서는 보다 구체적으로 후술하기로 한다.By adding the second angular acceleration, the second rotation moment and the second gravity moment measured for the specific time and the specific angle to the moment equilibrium equation, the sum of the moment of inertia of the
S140 단계에서, 위 합산치는 제2 시간구간 중 적어도 일부 구간에 대한 평균값으로 산출될 수 있다.In step S140, the summed value may be calculated as an average value for at least a part of the second time interval.
즉, 전술한 바와 같이 제2 시간구간의 특정 시점에 대하여 부가장치(110)의 관성모멘트를 산출할 수도 있지만, 제2 시간구간 중 적어도 일부 구간에 대한 평균값으로 산출함으로써, 평균 개념을 통해 산출시 발생할 수 있는 오차를 더욱 줄이고 관성모멘트를 더욱 신뢰성 있게 산출할 수 있다. 이는 S130 단계에서 설명한 바와 유사하므로 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.That is, as described above, the moment of inertia of the
또한 도 1을 참조하면, S150 단계는, S140 단계를 통해 산출된 합산치에서 S130 단계를 통해 산출된 부가장치(110)의 관성모멘트를 감하여, 분절(10)의 관성모멘트를 산출한다.1, in step S150, the inertial moment of the
S130 단계 내지 S150 단계를 통한 분절(10)의 관성모멘트 산출 방법을 수학식을 통해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The method of calculating the moment of inertia of the
S130 단계에서, 부가장치(110)의 관성모멘트는 아래의 수학식 1에 의해 산출될 수 있다. 또한, S140 단계에서, 합산치는 아래의 수학식 2에 의해 산출될 수 있다.In step S130, the moment of inertia of the
[수학식 1][Equation 1]
[수학식 2]&Quot; (2) "
여기서, 는 제1 회전모멘트, 는 제1 중력모멘트, 는 부가장치(110)의 관성모멘트, 는 제1 각가속도, 는 제2 회전모멘트, 는 제2 중력모멘트, 는 분절(10)의 관성모멘트, 는 제2 각가속도이다.here, Is a first rotation moment, Is a first gravity moment, The moment of inertia of the
수학식 1에서 제1 회전모멘트, 제1 중력모멘트 및 제1 각가속도는 S110 단계를 통해 측정된 값이다. 따라서, 제1 각가속도가 0이 아니라면 수학식 1을 통해 부가장치(110)의 관성모멘트가 다음의 수학식 3과 같이 산출될 수 있다(S130 단계).In Equation (1), the first rotation moment, the first gravity moment, and the first angular acceleration are values measured through step S110. Accordingly, if the first angular acceleration is not 0, the moment of inertia of the
[수학식 3]&Quot; (3) "
또한, 수학식 2에서 제2 회전모멘트, 제2 중력모멘트 및 제2 각가속도는 S120 단계를 통해 측정된 값이다. 따라서, 제2 각가속도가 0이 아니라면 수학식 2를 통해 분절(10)의 관성모멘트와 부가장치(110)의 관성모멘트의 합산치가 다음의 수학식 4와 같이 산출될 수 있다(S140 단계).In Equation (2), the second rotation moment, the second gravity moment, and the second angular acceleration are values measured through step S120. Accordingly, if the second angular acceleration is not 0, the sum of the moment of inertia of the
[수학식 4]&Quot; (4) "
수학식 4를 통해 산출된 분절(10)의 관성모멘트와 부가장치(110)의 관성모멘트의 합산치()에서 수학식 3을 통해 산출된 부가장치(110)의 관성모멘트()를 차감하면, 분절(10)의 관성모멘트가 산출될 수 있다(S150 단계).The sum of the moment of inertia of the
한편, 이하에서는, 본원의 일 실시예에 따른 동력계를 이용한 분절 관성모멘트 산출 장치(이하 '본 분절 관성모멘트 산출 장치'라 함)에 대해 설명한다.Hereinafter, a segment moment of inertia calculation apparatus (hereinafter referred to as " the present segment moment of inertia calculation apparatus ") using the dynamometer according to the embodiment of the present application will be described.
다만, 본 분절 관성모멘트 산출 장치는 앞서 설명한 본 분절 관성모멘트 산출 방법을 실시하기 위해 이용 가능한 장치로서, 앞서 살핀 구성과 동일하거나 유사한 구성에 대하여는 동일한 도면 부호를 사용하고, 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략하기로 한다.However, the present segmented moment of inertia calculating device is a device that can be used for carrying out the above-described method of calculating the present moment of inertia moment of the segment, and the same reference numerals are used for the same or similar components as those of the previously described configuration, .
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 동력계를 이용한 분절 관성모멘트 산출 장치를 설명하기 위한 블록도이다.4 is a block diagram for explaining a segment inertia moment calculating apparatus using a dynamometer according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 분절 관성모멘트 산출 장치는 제어부(200)를 포함한다. 또한, 본 분절 관성모멘트 산출 장치는 동력계(100)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the present segmented moment of inertia computing device includes a
동력계(100)는 회전축(1)으로부터 질량 중심이 이격되어 위치한 부가장치(110)에 의해 발생되는 제1 중력모멘트를 각도에 따라 측정하고, 부가장치(110)가 회전축(1)을 중심으로 회전되었을 때 발생되는 제1 회전모멘트와 제1 각가속도를 시간에 따라 측정할 수 있다.The
여기서, 제1 중력모멘트는 전술한 바와 같이 동력계(100)를 이용한 준정적(quasi-static) 수동운동을 통하여 측정될 수 있다. 아울러, 제1 회전모멘트 및 제1 각가속도는 동력계(100)를 이용한 동적 수동운동을 통하여 부가장치가 회전되는 각도에 따라 측정될 수 있다.Here, the first gravity moment can be measured through quasi-static passive motion using the
또한, 동력계(100)는 회전축(1)과 일치하는 축을 갖는 분절(10)과 부가장치(110)에 의해 발생되는 제2 중력모멘트를 각도에 따라 측정하고, 분절(10)과 부가장치(110)가 회전축(1)을 중심으로 함께 회전되었을 때 발생되는 제2 회전모멘트와 제2 각가속도를 시간에 따라 측정할 수 있다.The
여기서, 제2 중력모멘트는 전술한 바와 같이 동력계(100)를 이용한 준정적(quasi-static) 수동운동을 통하여 측정될 수 있다. 아울러, 제2 회전모멘트 및 제2 각가속도는 동력계(100)를 이용한 동적 수동운동을 통하여 분절(10)과 부가장치(110)가 회전되는 각도에 따라 측정될 수 있다.Here, the second gravity moment can be measured through quasi-static passive motion using the
제어부(200)는 제1 중력모멘트, 제1 회전모멘트, 및 제1 각가속도를 기초로 부가장치(110)의 관성모멘트를 산출할 수 있다. 또한, 제어부(200)는 제2 중력모멘트, 제2 회전모멘트, 및 제2 각가속도를 기초로 분절(10)의 관성모멘트와 부가장치(110)의 관성모멘트의 합산치를 산출할 수 있다.The
그리고, 제어부(200)는 위 합산치에서 부가장치(110)의 관성모멘트를 감하여 분절(10)의 관성모멘트를 산출할 수 있다.Then, the
예시적으로, 이러한 제어부(200)로는 다양한 컴퓨팅 장치(computing device)가 적용될 수 있다.Illustratively, various computing devices may be applied to the
제어부(200)는, 제1 각가속도가 등가속도를 유지한다고 판단되는 제1 시간구간에서 측정된 제1 각가속도와 제1 회전모멘트, 그리고 제1 시간구간에서 부가장치(110)가 회전축(1)을 중심으로 회전되는 각도에 대응하는 제1 중력모멘트를 기초로 상기 부가장치(110)의 관성모멘트를 산출할 수 있다.The
이때, 제어부(200)는 부가장치(110)의 관성모멘트를 제1 시간구간 중 적어도 일부 구간에 대한 평균값으로 산출할 수 있다. 이에 대해서는 앞서 본 분절 관성모멘트 산출 방법에서 설명한 바 있으므로 상세한 설명은 생략한다.At this time, the
또한 제어부(200)는, 제2 각가속도가 등가속도를 유지한다고 판단되는 제2 시간구간에서 측정된 제2 각가속도와 제2 회전모멘트, 그리고 제2 시간구간에서 분절(10)과 부가장치(110)가 회전축(1)을 중심으로 함께 회전되는 각도에 대응하는 제2 중력모멘트를 기초로 분절(10)의 관성모멘트와 부가장치(110)의 관성모멘트의 합산치를 산출할 수 있다.In addition, the
이때, 제어부(200)는 위 합산치를 제2 시간구간 중 적어도 일부 구간에 대한 평균값으로 산출할 수 있다. 이에 대해서는 앞서 본 분절 관성모멘트 산출 방법에서 설명한 바 있으므로 상세한 설명은 생략한다.At this time, the
또한, 제어부(200)는 부가장치(110)의 관성모멘트를 전술한 수학식 1 및 3에 의해 산출할 수 있다. 또한, 제어부(200)는 분절(10)의 관성모멘트와 부가장치(110)의 관성모멘트의 합산치를 전술한 수학식 2 및 4에 의해 산출할 수 있다.In addition, the
또한, 제어부(200)는 수학식 2 및 4를 통해 산출된 분절(10)의 관성모멘트와 부가장치(110)의 관성모멘트의 합산치()에서 수학식 1 및 3을 통해 산출된 부가장치(110)의 관성모멘트()를 차감하여, 분절(10)의 관성모멘트를 산출할 수 있다.The
이상 살펴본 바와 같이, 본원에 의하면, 동력계(100)와 부가장치(110)의 조합을 이용하여 분절(10)의 관성모멘트를 용이하면서도 정확하게 산출할 수 있으며, 사체를 이용하였던 종래의 관성모멘트 측정 방식과 달리 생체에 대한 관성모멘트 산출이 이루어질 수 있어, 개개인별로 다르게 나타나는 분절관성모멘트를 개인 맞춤형으로 쉽게 산출할 수 있다. 즉, 본원에 의하면, 개인 특성을 명확하게 반영하여 분절(10)의 관성모멘트를 산출할 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to easily and accurately calculate the moment of inertia of the
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that the foregoing description of the embodiments is for illustrative purposes and that those skilled in the art can easily modify the invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.
100: 동력계 110: 부가장치
200: 제어부 10: 분절
1: 회전축100: Dynamometer 110: Additional device
200: control unit 10: segment
1:
Claims (10)
(b) 상기 동력계를 이용하여, 상기 회전축과 일치하는 축을 갖는 분절과 상기 부가장치에 의해 발생되는 제2 중력모멘트를 각도에 따라 측정하고, 상기 분절과 상기 부가장치가 상기 회전축을 중심으로 함께 회전되었을 때 발생되는 제2 회전모멘트와 제2 각가속도를 시간에 따라 측정하는 단계;
(c) 상기 제1 중력모멘트, 상기 제1 회전모멘트, 및 상기 제1 각가속도를 기초로 모멘트 평형 관계를 통해 상기 부가장치의 관성모멘트를 산출하는 단계;
(d) 상기 제2 중력모멘트, 상기 제2 회전모멘트, 및 상기 제2 각가속도를 기초로 모멘트 평형 관계를 통해 상기 분절의 관성모멘트와 상기 부가장치의 관성모멘트의 합산치를 산출하는 단계; 및
(e) 상기 (d) 단계에서 산출된 상기 합산치에서 상기 (c) 단계에서 산출된 상기 부가장치의 관성모멘트를 감하여 상기 분절의 관성모멘트를 산출하는 단계를 포함하는, 동력계를 이용한 분절 관성모멘트 산출 방법.(a) measuring a first gravity moment generated by an additional device located at a center of mass from a rotation axis of the dynamometer using an angular rate, and when the additional device is rotated around the rotation axis Measuring a first rotational moment and a first angular acceleration with time;
(b) using the dynamometer to measure, with an angle, a segment having an axis coinciding with the rotation axis and a second gravity moment generated by the addition device, the segment and the attachment device rotating together Measuring a second rotation moment and a second angular acceleration that are generated when the first angular acceleration is generated;
(c) calculating an inertial moment of the additional device based on the first gravity moment, the first rotation moment, and the first angular acceleration based on a moment balance relationship;
(d) calculating a sum of the moment of inertia of the segment and the moment of inertia of the additional device based on the second gravity moment, the second rotational moment, and the second angular acceleration; And
(e) calculating a moment of inertia of the segment by subtracting the moment of inertia of the additional device calculated in the step (c) from the sum calculated in the step (d) to calculate a moment of moment of inertia using the dynamometer Calculation method.
상기 (a) 단계는,
(a1) 상기 동력계를 이용한 준정적(quasi-static) 수동운동을 통하여, 상기 제1 중력모멘트를 측정하는 단계; 및
(a2) 상기 동력계를 이용한 동적 수동운동을 통하여, 상기 부가장치가 회전되는 각도에 따른 상기 제1 회전모멘트 및 상기 제1 각가속도를 측정하는 단계를 포함하고,
상기 (b) 단계는,
(b1) 상기 동력계를 이용한 준정적(quasi-static) 수동운동을 통하여, 상기 제2 중력모멘트를 측정하는 단계; 및
(b2) 상기 동력계를 이용한 동적 수동운동을 통하여, 상기 분절과 상기 부가장치가 회전되는 각도에 따른 상기 제2 회전모멘트 및 상기 제2 각가속도를 측정하는 단계를 포함하는 것인, 동력계를 이용한 분절 관성모멘트 산출 방법.The method according to claim 1,
The step (a)
(a1) measuring the first gravity moment through a quasi-static passive motion using the dynamometer; And
(a2) measuring the first rotation moment and the first angular acceleration according to an angle at which the additional device is rotated through dynamic manual motion using the dynamometer,
The step (b)
(b1) measuring the second gravity moment through quasi-static passive motion using the dynamometer; And
(b2) measuring the second rotation moment and the second angular acceleration according to an angle at which the segment and the additional device are rotated through dynamic passive motion using the dynamometer, wherein the segment inertia using the dynamometer Moment calculation method.
상기 (c) 단계에서,
상기 부가장치의 관성모멘트는, 상기 제1 각가속도가 등가속도를 유지한다고 판단되는 제1 시간구간에서 측정된 제1 각가속도와 제1 회전모멘트, 그리고 상기 제1 시간구간에서 상기 부가장치가 상기 회전축을 중심으로 회전되는 각도에 대응하는 제1 중력모멘트를 기초로 산출되며,
상기 (d) 단계에서,
상기 합산치는, 상기 제2 각가속도가 등가속도를 유지한다고 판단되는 제2 시간구간에서 측정된 제2 각가속도와 제2 회전모멘트, 그리고 상기 제2 시간구간에서 상기 분절과 상기 부가장치가 상기 회전축을 중심으로 함께 회전되는 각도에 대응하는 제2 중력모멘트를 기초로 산출되는 것인, 동력계를 이용한 분절 관성모멘트 산출 방법.The method according to claim 1,
In the step (c)
Wherein the inertia moment of the additional device is a value obtained by multiplying the first angular acceleration and the first rotational moment measured in the first time interval in which the first angular acceleration is judged to maintain the equivalent velocity and the first rotational moment measured in the first time interval, Is calculated on the basis of a first gravity moment corresponding to an angle of rotation about the center,
In the step (d)
Wherein the sum is calculated based on the second angular acceleration and the second rotation moment measured in the second time interval in which the second angular acceleration is determined to maintain the equivalent velocity and the second angular velocity and the second rotation moment in the second time interval, Is calculated on the basis of a second gravity moment corresponding to an angle that is rotated together with the second gravity moment.
상기 (c) 단계에서,
상기 부가장치의 관성모멘트는 상기 제1 시간구간 중 적어도 일부 구간에 대한 평균값으로 산출되고,
상기 (d) 단계에서,
상기 합산치는 상기 제2 시간구간 중 적어도 일부 구간에 대한 평균값으로 산출되는 것인, 동력계를 이용한 분절 관성모멘트 산출 방법.The method of claim 3,
In the step (c)
The inertia moment of the additional device is calculated as an average value for at least a part of the first time interval,
In the step (d)
Wherein the sum is calculated as an average value for at least a part of the second time period.
상기 (c) 단계에서, 상기 부가장치의 관성모멘트는 다음의 [식 1]에 의해 산출되고,
상기 (d) 단계에서, 상기 합산치는 다음의 [식 2]에 의해 산출되는 것인, 동력계를 이용한 분절 관성모멘트 산출 방법.
[식 1]
[식 2]
(여기서, 는 상기 제1 회전모멘트, 는 상기 제1 중력모멘트, 는 상기 부가장치의 관성모멘트, 는 상기 제1 각가속도, 는 상기 제2 회전모멘트, 는 상기 제2 중력모멘트, 는 상기 분절의 관성모멘트, 는 상기 제2 각가속도이다)The method according to claim 1,
In the step (c), the moment of inertia of the additional device is calculated by the following formula (1)
Wherein in the step (d), the summed value is calculated by the following formula (2).
[Formula 1]
[Formula 2]
(here, The first rotation moment, The first gravity moment, The inertial moment of the additional device, The first angular acceleration, The second rotation moment, The second gravity moment, Is the moment of inertia of the segment, Is the second angular acceleration)
상기 제1 중력모멘트, 상기 제1 회전모멘트, 및 상기 제1 각가속도를 기초로 상기 부가장치의 관성모멘트를 산출하고, 상기 제2 중력모멘트, 상기 제2 회전모멘트, 및 상기 제2 각가속도를 기초로 상기 분절의 관성모멘트와 상기 부가장치의 관성모멘트의 합산치를 산출하며, 상기 합산치에서 상기 부가장치의 관성모멘트를 감하여 상기 분절의 관성모멘트를 산출하는 제어부를 포함하는, 동력계를 이용한 분절 관성모멘트 산출 장치.Measuring a first gravity moment generated by an additional device located at a center of mass from the rotation axis in accordance with an angle and measuring a first rotation moment and a first angular acceleration generated when the attachment device is rotated about the rotation axis, And measuring a second gravitational moment generated by the additional device with an angle, wherein the second gravitational force is generated when the segment and the additional device are rotated together about the rotational axis, A dynamometer for measuring the second rotation moment and the second angular acceleration according to time; And
Calculating an inertia moment of the additional device on the basis of the first gravity moment, the first rotation moment, and the first angular acceleration, and based on the second gravity moment, the second rotation moment, and the second angular acceleration And a control unit for calculating a sum of the moment of inertia of the segment and the moment of inertia of the additional device and calculating the moment of inertia of the segment by subtracting the moment of inertia of the additional device from the sum, Device.
상기 제1 중력모멘트는 상기 동력계를 이용한 준정적(quasi-static) 수동운동을 통하여 측정되고,
상기 제1 회전모멘트 및 상기 제1 각가속도는 상기 동력계를 이용한 동적 수동운동을 통하여 상기 부가장치가 회전되는 각도에 따라 측정되며,
상기 제2 중력모멘트는 상기 동력계를 이용한 준정적(quasi-static) 수동운동을 통하여 측정되고,
상기 제2 회전모멘트 및 상기 제2 각가속도는 상기 동력계를 이용한 동적 수동운동을 통하여 상기 분절과 상기 부가장치가 회전되는 각도에 따라 측정되는 것인, 동력계를 이용한 분절 관성모멘트 산출 장치.The method according to claim 6,
Wherein the first gravity moment is measured through quasi-static passive motion using the dynamometer,
Wherein the first rotation moment and the first angular acceleration are measured according to an angle at which the attachment device is rotated through dynamic passive motion using the dynamometer,
Wherein the second gravity moment is measured through quasi-static passive motion using the dynamometer,
Wherein the second rotational moment and the second angular acceleration are measured according to an angle at which the segment and the additional device are rotated through dynamic passive motion using the dynamometer.
상기 제어부는,
상기 제1 각가속도가 등가속도를 유지한다고 판단되는 제1 시간구간에서 측정된 제1 각가속도와 제1 회전모멘트, 그리고 상기 제1 시간구간에서 상기 부가장치가 상기 회전축을 중심으로 회전되는 각도에 대응하는 제1 중력모멘트를 기초로 상기 부가장치의 관성모멘트를 산출하고,
상기 제2 각가속도가 등가속도를 유지한다고 판단되는 제2 시간구간에서 측정된 제2 각가속도와 제2 회전모멘트, 그리고 상기 제2 시간구간에서 상기 분절과 상기 부가장치가 상기 회전축을 중심으로 함께 회전되는 각도에 대응하는 제2 중력모멘트를 기초로 상기 합산치를 산출하는 것인, 동력계를 이용한 분절 관성모멘트 산출 장치.The method according to claim 6,
Wherein,
A first angular velocity and a first rotation moment measured in a first time interval in which the first angular velocity is maintained to maintain an equivalent velocity and a second rotation moment corresponding to an angle at which the additional device rotates about the rotation axis in the first time interval Calculates the moment of inertia of the attachment device based on the first gravity moment,
The second angular acceleration and the second rotation moment measured in the second time interval in which the second angular acceleration is determined to maintain the equivalent velocity, and the second time, in which the segment and the additional device are rotated together about the rotation axis And calculates the summation value based on the second gravity moment corresponding to the angle.
상기 제어부는,
상기 부가장치의 관성모멘트를 상기 제1 시간구간 중 적어도 일부 구간에 대한 평균값으로 산출하고,
상기 합산치를 상기 제2 시간구간 중 적어도 일부 구간에 대한 평균값으로 산출하는 것인, 동력계를 이용한 분절 관성모멘트 산출 장치.9. The method of claim 8,
Wherein,
The inertia moment of the additional device is calculated as an average value for at least a part of the first time interval,
And the summed value is calculated as an average value for at least a part of the second time period.
상기 제어부는,
상기 부가장치의 관성모멘트를 다음의 [식 1]에 의해 산출하고,
상기 합산치는 다음의 [식 2]에 의해 산출하는 것인, 동력계를 이용한 분절 관성모멘트 산출 장치.
[식 1]
[식 2]
(여기서, 는 상기 제1 회전모멘트, 는 상기 제1 중력모멘트, 는 상기 부가장치의 관성모멘트, 는 상기 제1 각가속도, 는 상기 제2 회전모멘트, 는 상기 제2 중력모멘트, 는 상기 분절의 관성모멘트, 는 상기 제2 각가속도이다)The method according to claim 6,
Wherein,
The inertial moment of the additional device is calculated by the following formula (1)
And the sum is calculated by the following formula (2): " (2) "
[Formula 1]
[Formula 2]
(here, The first rotation moment, The first gravity moment, The inertial moment of the additional device, The first angular acceleration, The second rotation moment, The second gravity moment, Is the moment of inertia of the segment, Is the second angular acceleration)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020140104667A KR101569477B1 (en) | 2014-08-12 | 2014-08-12 | Method and Device for calculating inertia moment of segment using dynamometer |
PCT/KR2015/007193 WO2016024725A1 (en) | 2014-08-12 | 2015-07-10 | Method and device for calculating segmental moments of inertia by using dynamometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020140104667A KR101569477B1 (en) | 2014-08-12 | 2014-08-12 | Method and Device for calculating inertia moment of segment using dynamometer |
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Publication Number | Publication Date |
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KR101569477B1 true KR101569477B1 (en) | 2015-11-16 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020140104667A KR101569477B1 (en) | 2014-08-12 | 2014-08-12 | Method and Device for calculating inertia moment of segment using dynamometer |
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KR (1) | KR101569477B1 (en) |
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Citations (1)
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---|---|---|---|---|
JP2006503635A (en) | 2002-10-23 | 2006-02-02 | ラモタット テル・アヴィヴ ユニヴァーシティ リミテッド | System and method for obtaining angular isokinetic measurements using a linear dynamometer |
-
2014
- 2014-08-12 KR KR1020140104667A patent/KR101569477B1/en active IP Right Grant
-
2015
- 2015-07-10 WO PCT/KR2015/007193 patent/WO2016024725A1/en active Application Filing
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2006503635A (en) | 2002-10-23 | 2006-02-02 | ラモタット テル・アヴィヴ ユニヴァーシティ リミテッド | System and method for obtaining angular isokinetic measurements using a linear dynamometer |
Non-Patent Citations (2)
Title |
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A.J. PEYTON, 'Determination of the moment of inertia of LIMB segments by a simple method' In: J. Biomechanics Vol. 19, No. 5, 1986, pp 405-410. |
DIMITRIOS E. TSAOPOULOS et al. 'Mechanical correction of dynamometer moment for the effects of segment motion during isometric knee-extension tests' In: J Appl Physiol. 111, 7 Apr. 2011. pp 68-74. |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2016024725A1 (en) | 2016-02-18 |
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