기울기 센서와 근전도를 이용한 보행패턴 특징 추출에 관한 연구

A study on extract in gait pattern characteristic using a tilt sensor and EMG

본 연구에서는 근전도 신호를 이용하여 보행주기에 따른 패턴 및 특징을 시간영역과 주파수영역으로 나누어 분석하였다. 보행주기를 입각기와 유각기로 나누어 평지보행과 계단보행 실험을 실시하여 그 결과를 분석하였으며, 이때 시상면에서의 하퇴부 각도와 대퇴사두근과 대퇴이두근의 근전도 신호를 대상으로 하였다. 하퇴부의 기울기는 모든 보행에서 HS일 때 가장 큰 기울기 값을 나타내었으며, TO일 때 가장 낮은 값을 나타내었다. 시간영역에서의 근전도 분석은 모든 보행에서 보행주기에 따라 IEMG가 일정한 패턴을 보였으며, 보행 종류 및 주기 판단에 가장 용이할 것으로 판단된다. 주파수영역에서의 분석은 시간에 따른 주파수 분석이 가능한 STFT법을 사용하였으며, 기울기센서를 이용하여 보행주기를 구분하고자 하였다. 또한 STFT한 결과를 스펙트럼으로 나타내어 분석하였으며, 모든 보행에서 입각기가 유각기보다 더 높은 주파수를 가지는 것을 확인하였다. 본 연구를 통하여 근전도와 시상면에서의 하퇴부 기울기를 이용하여 보행주기 판단 및 분석의 가능성을 확인하였으며, 이를 활용하면 하지 절단환자의 보행의지를 판단하여 의족제어 및 효율적 재활에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

In this study, the patterns and characteristics according to gait cycle were analyzed using to EMG signals during walking, and analyzed in the time domain and frequency domain. The experiments was performed divide to level-ground walking and stair walking, and gait cycle was analysis by stance and swing. In the sagittal plane by using the tilt sensor measures the angle of the lower leg, and EMG was measured from the quadriceps and biceps femoris. The tilt of the lower leg was showed the biggest tilt at HS, and showed lowest value at TO. All in walking according to the gait cycle IEMG showed a specific pattern, and is expected useful to determine the gait cycle and kind. In the frequency domain analysis was using STFT on able to frequency analysis according to time, and using the tilt sensor was identify gait cycle. We analyzed also spectrum of the results of the STFT in all gait types, and recognized that stance had broad bandwidth than that of swing. Through this study, it was confirmed the possibility of judgment and analysis of the gait cycle using EMG and the tilt in the sagittal plane of the lower leg. When used it, can improve the quality of life of amputation patients