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침습적 뇌신경세포 신호를 사용한 뇌-기계 인터페이스 시스템 구현 및 검증

  • 과제명

    침습적 뇌신경세포 신호를 사용한 뇌-기계 인터페이스 시스템 구현 및 검증

  • 주관연구기관

    서울대학교병원
    Seoul National University Hospital

  • 연구책임자

    방문석

  • 참여연구자

    서한길   김성완   김준식   이자호   정천기  

  • 보고서유형

    최종보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2015-11

  • 과제시작년도

    2015

  • 주관부처

    보건복지부

  • 사업 관리 기관

    국립재활원
    National Rehabilitation Center

  • 등록번호

    TRKO201600000818

  • 과제고유번호

    1465019754

  • DB 구축일자

    2016-05-07

  • 초록 


    ...


    Ⅲ. 연구결과
    1. ECoG를 이용한 움직임 예측 및 로봇팔 제어 시스템 개발
    1) 환자로부터 기록된 ECoG 신호를 이용한 grasp/release 및 reaching 움직임 예측
    - Grasp and releas...

    Ⅲ. 연구결과
    1. ECoG를 이용한 움직임 예측 및 로봇팔 제어 시스템 개발
    1) 환자로부터 기록된 ECoG 신호를 이용한 grasp/release 및 reaching 움직임 예측
    - Grasp and release 및 reaching 실험 프로토콜 개발 완료
    - Support vector machine 방법을 이용한 손 움직임 예측 알고리즘 개발
    - Grasp과 release에서 뚜렷한 차이를 보이는 40~90Hz 대역 gamma파의 power를 특징으로 사용
    - 3명의 환자를 대상으로 grasp/release 움직임 예측 정확도: 94.28±2.79% (평가 기준: 65% 이상)
    - Reaching 시 대체로 alpha, beta파에서 ERD, gamma파에서 ERS 현상이 특징적으로 나타남
    - 다중회귀 알고리즘 이용하여 reaching 예측 결과 3명 환자의 평균 상관계수는 0.459로 나타남
    - Reaching시 목표까지의 거리가 10cm 이내의 정확도: 62.5% (평가 기준: 55% 이상)
    2) 실시간 ECoG 신호를 이용한 reaching 움직임 예측 및 로봇팔 제어 시스템 구현
    - 실시간 ECoG 기반 reaching 예측을 위한 실험 프로토콜 및 자동 분석 알고리즘 개발 완료
    - JACO 로봇 팔을 구동하기 위한 제어 알고리즘 구현 및 안전성을 고려한 workspace 설정 완료
    - 실시간 ECoG 신호 처리에 의한 reaching 경로 예측 및 JACO arm 구동 시스템 통합
    - 뇌전증 환자를 대상으로 실시간 ECoG 신호로부터 reaching 움직임을 예측하고 로봇 팔을 제어하는 데에 성공함 (correlation coefficient: 0.4010(x축), 0.0711(y축), 0.4058(z축))
    2. 기능 구현을 위한 로봇팔 제어 개선
    1) 자세 보완을 통한 로봇팔의 6자유도 구동 구현
    - 로봇의 end-effector를 원하는 vector 방향으로 정렬하기 위한 로봇 제어 알고리즘 구현
    2) 물체 모양 및 방향에 따른 Gripper 조작 정밀도 향상
    - 영상처리기법을 이용한 목표물체의 2차원적 방향성 분석 및 로봇팔의 roll angle 보상 알고리즘 개발 완료
    - 물체 모양 인식 및 Grasp 동작 실험 수행 성공률: 100% (평가 기준: 80% 이상)
    3. 장애인의 실제 수요를 바탕으로 로봇 팔 시스템에 대한 조사
    1) 장애인 사용자들을 대상으로 실제 필요로 하는 팔동작 수요조사 및 우선순위 도출
    - 중증 장애인(근육병, 척수손상, 뇌졸중) 48명 대상으로 직접 설문을 통한 수요 조사 완료
    - 음식 다루기, 상의 착탈의, 컴퓨터 사용 항목에 대해 중요성 및 필요성이 높은 것으로 나타남
    2) 수요조사를 바탕으로 기존 로봇팔 시스템에 대한 조사 및 차후 개발에 대한 타당성 검토
    - 기존 로봇팔의 경우 고가의 장비(Barrett hand, DEKA arm, MPL arm)는 대부분의 일상생활동작 구현이 가능하나, 저비용으로 상위 수요 동작에 특화된 로봇팔 개발 필요성이 있는 것으로 판단됨


  • 목차(Contents) 

    1. 표지 ... 1
    2. 제출문 ... 2
    3. 최종보고서 ... 3
    4. 최종보고서 요약문 ... 4
    5. 목차 ... 6
    6. 표목차 ... 7
    7. 그림목차 ... 8
    8. 제 1 장 연구개발의 개요 ... 9
    9. 제 1 절 연구개발의 필요성 ... 9
    10. 제 2 절 ...
    1. 표지 ... 1
    2. 제출문 ... 2
    3. 최종보고서 ... 3
    4. 최종보고서 요약문 ... 4
    5. 목차 ... 6
    6. 표목차 ... 7
    7. 그림목차 ... 8
    8. 제 1 장 연구개발의 개요 ... 9
    9. 제 1 절 연구개발의 필요성 ... 9
    10. 제 2 절 예상되는 파급효과 및 활용방안 ... 17
    11. 제 2 장 연구개발 내용 및 방법 ... 20
    12. 제 1 절 연구개발 목표 및 세부계획 ... 20
    13. 제 2 절 연구개발 내용 및 방법 ... 22
    14. 제 3 장 결론 ... 40
    15. 제 1 절 연구개발의 목표 달성도 및 연구 성과 ... 40
    16. 제 2 절 연구개발 결과의 활용 계획 ... 51
    17. 제 3 절 연구 수행에 따른 문제점 및 대책 ... 51
    18. 참고문헌 ... 52
    19. 끝페이지 ... 53
  • 참고문헌

    1. 전체(0)
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    3. 특허(0)
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