힘줄 구동 웨어러블 보행 보조 로봇 착용에 의한 무릎 대퇴경골 접촉 부하 변화 분석

Abstract

많은 하지 웨어러블 로봇은 주로 하반신 마비 환자의 재활이나 노년층의 일상 운동 보조 목적으로 개발되었다. 로봇의 구조나 작동방식 역시 연구 방향에 따라 다양해졌으며 사용 목적에 따라 여러 지표들을 선택적으로 적용해 평가해왔다. 하지만 다수의 웨어러블 로봇 평가 연구는 로봇의 성능에 주로 초점을 두었으며, 그것을 착용하는 사람의 안전에 대한 연구는 여전히 미흡하다. 인체 안전성에 대해 평가하려면 로봇과 사람을 서로 다른 동작 시스템으로 분류하여 해석해야 하지만, 현재까지 대부분의 연구는 둘을 하나의 시스템으로 간주하여 그 한계가 명확하다. 따라서 본 연구에서는 보행 중 웨어러블 로봇 착용 시 인체에 가해지는 외력을 고려하여 무릎 관절 대퇴경골 접촉 힘의 변화를 관찰하고 안전성에 주는 영향을 알아보고자 한다. 유연 응력센서가 로봇과 사람 사이 접촉부위에 삽입되어 보행 중 외력을 측정하였다. 또한, 분석의 정확도를 높이기 위해 근골격 모델과 근전도 신호를 조합하여 근육 힘 추정의 정확도를 높였다. 분석 결과, 웨어러블 로봇 착용 시 전체 대퇴경골 접촉 힘의 변화는 없었으나, 외측 힘이 증가하고 내측 힘이 감소한 것을 확인하였다. 로봇의 작동 힘보다는 구조에 영향을 더 크게 받는 것을 파악하였다. 본 연구에서 사용한 로봇의 구조는 악영향을 주지 않았으나, 다양한 구조의 로봇을 대상으로 연구를 진행할 경우 다른 경향성을 보일 것으로 생각한다.