A Study on Control of Walking Assistance Robot for Hemiplegia Patients with EMG Signal

EMG 신호로 반신불수 환자의 보행 보조로봇 제어에 관한 연구

The exoskeleton robot to assist walking of hemiplegia patients or disabled persons has been studied in this paper. The exoskeleton robot with degrees of freedom of 2 axis has been developed and tested for joint motion. The obtained EMG signal from normal person was analyzed and the control signal was extracted from it for convenient and automotive performance of assistance robot to help hemiplegia patient walks as normal person does. the purpose of using FES(Functional Electrical Stimulation) for hemiplegia patient's walk is to restore damaged body function by this, but this could give fatal electrical shock to patients by wrong use or cause quick fatigue in muscle by continuous stimulation. The convenient movement of hemiplegia patients with minimum muscle fatigue was looked possibly by operation of assistance robot exoskeleton using control signal. and the walking assistance exoskeleton robot seemed works more efficiently than using FES stimulator. The experiment in this study was performed based on usual motion in our life like walking, standing-up, sitting-down, and particularly feedback control system using Piezo sensor along with button switch was applied for smooth swing motion in walking. The experiment also shows that hemiplegia patients can move conveniently by using electromyogram signal of healthy leg for the operation signal of assistance robot system attached at damaged symmetrical leg.

본 논문은 편마비 환자나 장애인의 보행을 지원하는 외골격 로봇에 대해 연구하였다. 2축 자유도를 가진 외골격 로봇 개발 및 관절 운동에 대해 테스트 하였다. 정상적인 사람으로부터 얻어진 EMG 신호를 분석하고, 편마비 환자를 정상적인 사람처럼 보행 할 수 있도록 보조 로봇을 편리하고 자동화된 보행이 되도록 제어신호를 추출 하였다. 편마비 환자의 보행을 위한 기능적 전기 자극(FES)를 사용하는 목적이 손상된 기능을 복원하는 것이다. 그러나 이것은 사용을 잘못하면 환자에게 치명적인 전기 충격을 줄 수 있거나 지속적인 자극으로 근육피로의 원인이 될 수 있다. 최소한의 근육 피로도로 편마비 환자의 편리한 걸음은 제어 신호로 외골격 보조 로봇의 조작을 통해 가능성을 제시하였다. 보행 보조 외골격로봇은 FES 자극기를 사용하는 것보다 보다 효율적으로 동작할 수 있음을 보였다. 본 연구 실험은 앉아, 서, 걷기같이 우리의 생활에 보통의 움직임을 수행하고, 버튼스위치, 피에조 센서와 특별히 피드백 제어 시스템은 부드러운 보행 모션이 되도록 하였다. 그리고 실험결과도 건강한 다리의 근전도 신호를 편마비 환자의 손상된 다리의 보조로봇 시스템의 동작신호로 이용하여 편리하게 이동할 수 있음을 보여준다.