사례 연구
가상현실 기술을 이용한 유연한 상지 재활 로봇
충칭공과대학
유연한 상지 재활 로봇
상지

상지 재활 로봇은 뇌졸중 환자의 상지 재활 치료에 주로 사용되며, 주로 환자의 관절 가동 범위를 유지 및 확장하고, 근력과 협응력을 강화하고, 근육 위축 및 관절 경련과 같은 다양한 증상의 출현을 예방하고, 마지막으로 정상 생활로의 복귀를 위해 사지 기능을 재건한다.

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기존 상지 재활 로봇은 단일 훈련 모드, 복잡한 구조 및 어려운 제어 시스템을 가지고 있다. 이러한 상황을 바탕으로 충칭 공과대학의 Yang Yan 교수팀은 밧줄로 당기는 유연한 상지 재활 로봇을 설계했다. 이 유연한 상지 재활 로봇은 또한 가상 현실 기술을 통합하여 안전하고 신뢰할 수 있는 치료 환경에서 특정 작업으로 반복적인 훈련을 환자에게 제공하여 환자가 다양한 시나리오와 다른 작업을 시도할 수 있도록 하여 재활 치료의 재미를 높인다.

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가상현실 기술의 적용에서 연구진은 공간에서 환자의 상지(손목과 팔꿈치)의 모션 좌표 정보를 얻기 위해 NOKOV 모션 캡처 시스템을 사용했다. 환자의 상지 재활 과정에서 다량의 훈련 데이터를 이용하여 환자의 상지 움직임에 적합한 속도는 V0이다. 유연한 상지 재활 로봇은 능동 재활 훈련을 수행하고 NOKOV 모션 캡처 시스템을 통해 모션 공간에서 상지의 위치 변화 매개변수를 실시간으로 측정한다.

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CPAC 컨트롤러에서는 모션 캡처 시스템에서 각 프레임의 공간 좌표 변화(V)를 계산하여 제안된 속도(V0)와 비교한다. 환자의 상지 운동 속도 V < V0를 측정한 경우, 이는 환자의 자발적인 운동 능력이 부족하다는 의미이며, 재활 로봇의 견인 하에 운동 훈련이 이루어져야 한다. CPA 컨트롤은 엔드 이펙터를 구동하기 위해 펄스 신호를 보내 로프가 상지를 움직여 움직이도록 한다. 상지 운동 속도 V ≥ V0 일 때 환자가 자발적으로 움직일 수 있음을 의미하므로 엔드 이펙터가 상지를 따라 능동적인 움직임을 한다.

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NOKOV 모션 캡처 시스템을 통해 상지 움직임의 공간 좌표 위치를 얻은 후 SDK 플러그인을 사용하여 Unity에서 공간 좌표 위치를 읽고 이를 가상의 동적 모델 노드 좌표계로 변환하여 가상 현실 모션 인터랙션을 구현한다.

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