Anterior-posterior(A-P) ground reaction force(GRF) can be used to analyze properties of gait, such as gait abnormalities and mechanical work rates. However, commercial wearable GRF sensing systems usually lack A-P GRF measurements due to the limited accuracy or possible influence on gait. Thus, in this study, methods for estimating A-P GRF from limited measurement data is proposed. Results from previous biomechanics studies such as walking model are applied to supplement measurements. Compliant legged walking model with center of pressure(CoP) movement was simulated to estimate A-P GRF. Framework for estimating A-P GRF under various measurement conditions was suggested and verified with experimental data. Compared with force plate data, estimated A-P GRF showed 7.8% NRMS error in estimating A-P GRF with accurate vertical GRF data. A method for estimating CoP under the limited condition of measuring vertical GRF, was also suggested. With this approach, A-P GRF could still be estimated with 10.0% NRMS error. In conclusion, the method for estimating A-P GRF using the biomechanical walking model, under the limited sensor data was proposed.
전후 방향 지면반력을 이용하여 보행 이상이나 역학적 일률 등 보행의 특성을 분석할 수 있다. 그런데 지면반력을 측정하는 상용 제품들은 대부분 전후 방향 지면반력을 측정하지 않는데, 전후 방향 지면반력의 정확도가 제한적이거나 자연스러운 보행에 영향을 미칠 가능성이 있기 때문이다. 그러므로 이 연구에서는 제한적인 지면반력 측정 정보로부터 전후 방향 지면반력을 추정하는 기법을 제안한다. 보행 모델 등 생체 역학 분야의 선행 연구를 기반으로 부족한 측정 정보를 보완하였다. 전후 방향 지면반력을 추정하기 위해서 압력 중심이 이동하는 탄성각 보행 모델을 시뮬레이션 했다. 다양한 측정 조건에 대하여 전후 방향 지면반력을 추정하는 기법을 제시하였으며, 실험 데이터를 이용하여 제안한 기법을 검증하였다. 수직 지면반력 데이터가 정확한 경우에는 추정한 전후 방향 지면반력이 힘판 데이터와 비교해 약 7.8%의 RMS 오차를 가졌다. 수직 지면반력에 대한 측정이 제한적인 경우에는 정확도 향상을 위하여 압력 중심 궤적을 생성하는 방법을 제안하였다. 이 방식을 이용했을 때, 수직 지면반력 정보가 제한적이더라도 10.0%의 RMS 오차로 전후 방향 지면반력을 추정할 수 있었다. 이 연구를 통하여 보행 모델 등 생체 역학의 지식을 이용하여, 한정된 지면반력 정보 조건 하에서 전진 방향 지면반력을 추정하는 기법을 제안하였다.
