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몰입감 높은 햅틱스를 위한 개개인의 손 감각 및 그립 평가 메카트로닉 시스템

Title
몰입감 높은 햅틱스를 위한 개개인의 손 감각 및 그립 평가 메카트로닉 시스템
Other Titles
Mechatronic System for Individual Hand Sense and Grip Assessment towards Immersive Haptics
Author
김정훈
Alternative Author(s)
Kim, Junghoon
Advisor(s)
최영진
Issue Date
2017-08
Publisher
한양대학교
Degree
Doctor
Abstract
Recently, as the head mounted device (HMD) has been developed, it has become possible to transmit the virtual visual information to human satisfactorily, so that many people are interested in the haptic device. Particularly they want to use some devices that transmit specific senses to the hand. However, the developed haptic devices are not enough to transmit immersion senses, and there are less analyses of how to transmit senses. The human freely manipulates various objects by using the developed hand structure, tactile sense, kinesthesia, brain, etc. The author analyze what factors should be considered in the haptic device by researching the specific pinch grip among the various grip postures. For this, author analyze the personal data from the 14 normal persons without abnormality in the nervous system with developed evaluation devices for tactile sense, kinesthesia and pinch grip. The developed devices are four types according to the aim of assessment. The active von Frey (AvF) and speed controller of filament (SCoF) assess the light touch threshold (LTT) as ability of Meissner's corpuscle and the vibration generator (VG) assess the vibration perception threshold (VPT). The automatic load change apparatus(ALCA) changing the load of object arbitrary is also developed to assess the kinesthesia and analyze the pinch grip. Especially, SCoF is developed to demonstrate the excellence of AvF by controlling speed of commercial von Frey filaments. Experimental procedures have been developed to obtain meaningful results using developed devices. Data were collected from 14 participants. 7 male and 7 female are participated in the experiment and they are right handed person. Among them a male and three females were selected as old group to compare with the young group in the analyzation because it is known that the senses become dull as the age increases. Since most papers only consider the right thumb and index finger when analyzing sensory and pinch grips, the comparison information is insufficient. In this thesis the information relative with the index finger, middle finger, thumb of right hand or left hand is obtained and analyzed. But, it is hard to find the meaningful results when the data are separated. So the new results that were not explained in previous studies could be easily guessed by arranging the figures represented by $ 'boxplot' $ or $ 'errorbar' $ for each finger at a glance. However, since it is difficult to explain the specific phenomenon with the speculation, the data were compared and analyzed quantitatively using statistics such as mean, standard deviation and correlation analysis, and the conclusion was drawn. The author believes that the newly discovered facts help to develop immersive haptic devices, so that users using the haptic can feel the realistic tactile and kinesthetic senses.
최근에 HMD 장치가 개발됨에 따라 가상의 시각 정보를 사람이 만족할 수준으로 전달 할 수 있게 됨으로써 많은 사람이 햅틱 장치에 더 많은 관심을 가지게 되었고 특히 손에 감각을 잘 전달하는 장치에 관심이 증가하였다. 하지만 지금까지 개발 된 햅틱 장치는 아직 몰입감 있는 감각을 전달하기에 부족하고 또한 어떠한 감각을 전달해야 하는지도 분석이 덜 된 상황이다. 사람은 발달한 손의 구조, 촉감각, 운동감각, 두뇌 등을 이용하여 다양한 물체를 자유롭게 조작하게 되는데 저자는 이 중에서 핀치 그립이라는 특정 동작을 분석하여 햅틱장치에 어떠한 요소들이 고려되어야 하는지를 분석하고자 한다. 이를 위해 손 감각 평가 장치 및 핀치 그립 분석 장치를 개발하고 신경계에 이상이 없는 정상인 14명으로부터 얻은 개개인의 데이터를 다양한 방법으로 분석한다. 개발한 장치의 수는 4개로 사람이 가지고 있는 기계수용체 중에서 마이스너 소체(Meissner's corpuscle)의 능력 중 하나인 터치 감각 구분 능력(light touch theshold)을 측정하는 장치로 active von Frey (AvF)와 speed controller of filament (SCoF)를 개발하였고 느린 진동감각 구분 능력(vibration perception threshold) 평가 장치로는 vibration generator (VG)를 개발하였다. 또한 사람의 근감각(kinesthesia)을 측정하고 핀치 그립에 대해서 분석하기 위해 장치의 무게를 임의로 빠르게 바꿀 수 있는 automatic load chage apparatus (ALCA)를 개발하였다. 이중에서 SCoF는 저자가 개발한 AvF의 우수성을 보여주기 위해 개발된 장치로 상업용 von Frey filament의 속도를 제어하는 장치이다. 개발한 장치들을 이용하여 유의미한 결과를 얻기 위한 실험 절차를 설계하였고 실제로 14명으로부터 데이터를 얻었다. 실험에 참가한 사람은 남자 7명 여자 7명으로 총 14명이고 전부 오른손잡이이다. 일반적으로 나이가 들어감에 따라 감각이 무뎌진다고 알려져 있기 때문에 실험 참가자 남자 중 1명과 여자중 3명은 노인으로 선택하여 젊음 그룹과 비교를 할수 있도록 하였다. 대부분의 논문이 감각 및 핀치그립을 분석 할 때 오른손 엄지와 검지에 대해서만 고려했기 때문에 본 논문에서는 오른손 중지와 왼손 중지, 검지, 엄지에 대해서도 비교 분석함으로써 현재까지 해석되지 않았던 부분을 해석할 수 있었다. 하지만 총 6개의 손가락 정보를 분리하여 평가하였을 경우에 유의미한 결과를 추측하기 어렵기 때문에 손가락 별로 $'boxplot'$이나 $'errorbar'$로 표현된 그림을 한 눈에 보이도록 정리함으로써 기존의 연구에서 설명되지 않았던 새로운 결과를 쉽게 추측할 수 있었다. 이 추측을 기반으로 특이한 현상을 정량적으로 분석하기 위해서 평균, 표준편차 및 상관관계분석 같은 통계학을 이용하여 데이터를 비교 분석하고 결론을 이끌어 냈다. 저자는 새로 밝혀낸 사실이 몰입감 높은 햅틱 장치개발에 도움이 되어 미래에는 햅틱을 사용하는 사용자가 현실감있는 촉감각, 운동감각을 전달받을 수 있을 것으로 판단한다.
URI
http://dcollection.hanyang.ac.kr/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000000102487http://hdl.handle.net/20.500.11754/33588
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GRADUATE SCHOOL[S](대학원) > ELECTRONIC SYSTEMS ENGINEERING(전자시스템공학과) > Theses (Master)
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