When a human walks on level ground, the knee joint is structurally supported in the stance phase, allowing people to keep knee joints extended without much effort. However, when ascending a sloped gait environment corresponding to a staircase or a slope, humans have to exert a great deal of strength from the muscles that manage the knee joint. This makes people with gait disorders hard to ascend the slopes because they have issues generating precise and big torque from muscles. In order to guarantee the right to mobility in daily life for people with gait disorder, it is essential to reduce the energy consumption used in ascending gait and to decrease the knee joint torque requirement generated from the muscle. Therefore, in this paper, a cable-driven robot for assisting the knee joint in the ascending gait was designed for use in daily life. An inertial measurement unit(IMU) sensor was attached to the thigh for the application of the gait detection algorithm that adopts the angle and the angular velocity of the thigh. Then, predefined assistance at a predefined moment was provided in real-time. The performance of the robot developed in this study was evaluated with the measurement of energy expenditure and the measurement of muscle activity level. The result showed that the performance was better with assistance.
평지 보행 시의 무릎 관절은 입각기에서 구조적으로 잠금이 되어 보행자가 큰 노력을 들이지 않아도 무릎 관절을 쉽게 펴진 상태로 유지할 수 있다. 하지만 계단이나 경사로를 올라가는 보행에는 무릎 관절을 관장하는 근육의 쓰임이 아주 커지기 때문에 근육의 역할이 아주 중요하다. 보행 질환을 가지고 있는 사람들은 근육의 힘과 기능이 떨어지며, 이로부터 오는 몸의 부담도 크기 때문에 이들에게 이러한 경사 보행은 아주 치명적이게 된다. 따라서 보행 질환자의 일상 생활 이동권 보장을 위해 경사보행에서 사용하는 에너지 소모량의 감소와 무릎 관절에서의 필요 토크 감소는 필수적이다. 따라서 본 논문에서는 일상 생활에서의 사용을 위한 경사 보행 무릎 보조용 케이블 당김 형식의 보조 로봇을 설계하였다. 보행자의 허벅지에 관성 측정 센서(IMU)를 부착하여 허벅지 각도와 각속도를 이용하는 보행 검출 알고리즘을 내장하였으며, 피험자에 맞춰 보조 시점과 보조력 형태를 정하여 이를 이용하여 실시간으로 보조를 해주었다. 다양한 피험자의 경사 보행에 있어 보조의 유무에 따른 산소소모량과 근활성도를 측정함으로써 본 연구에서 개발한 보조 로봇의 성능을 평가하였고, 보조를
적용하는 것이 보조가 없을 때 보다 더 개선된 성능을 보였다.
