과수작업 보조를 위한 상지 지지기구의 설계

Abstract

과수작업은 낮은 기계화율 때문에 수작업이 큰 부분을 차지한다. 어깨 위로의 반복적인 수작업은 과수작업의 특징으로, 작업과 관련된 어깨의 근골격계 질환을 유발한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 상지 지지기구가 필요하다. 이와 관련된 많은 연구와 제품이 있지만, 대부분은 특정한 작업영역 내에서만 사용되도록 설계되었다. 스프링은 일반적인 수동 형태의 지지기구의 구동기이다. 모터를 기반으로 한 지지기구는 무거운 무게와 짧은 작동시간과 같은 고질적인 문제로 인해 상용화가 어렵다. 본 논문에서는 과수작업을 위한 새로운 상지 지지기구를 제안하고자 한다. 스프링 베이스의 높이 조절은 스프링 기반의 기구들의 한계를 극복하기 위해 제안되었다. 제안된 메커니즘은 지지력의 필요에 따라 힘을 조절할 수 있고, 넓은 동작범위에서 상지를 지지할 수 있다. 스프링 베이스의 높이는 어깨 위의 작업을 할 때 일어나는 자연스러운 허리 신전에 의해서 조절된다. 허리의 신전은 3개의 단계로 나눠진다. 첫 번째 단계에서는 허리 신전에 관련된 다양한 근육들에 의해 어깨 굴곡이 보조된다. 두 번째 단계에서는 상체의 무게 중심이 허리관절 뒤로 이동하면서 발생하는 토크를 통해 상지 지지를 돕게 된다. 세 번째 단계에서는 과도한 허리 신전 토크가 추가된 스프링으로 인해 줄어들게 된다. 상지 지지기구의 최종설계는 무게와 부피, 착용성, 작동범위 등을 고려하여 실용적인 기구가 될 수 있도록 하였다. 본 논문에서 제안한 상지 지지기구의 설계가 수작업을 보조함으로써, 과수작업과 관련된 근골격계 질환을 줄일 수 있을 것이다.