Effect of Exoskeleton Orthosis for Assistance of Dorsiflexion Torque in Walking Pattern and Lower-limb Muscle

족배굴곡 보조용 외골격 보조기가 보행자의 보행패턴 및 하지근육에 미치는 효과

In this study, the exoskeleton orthosis for the assistance of dorsiflexion torque in ankle joint to prevent foot-drop was developed. It was consist of three part; 1) the power part using artificial pneumatic actuator, 2) wearing part of ankle and knee joints to fix the orthosis, and 3) control part to detect the gait phase using physiological signal. The dorsiflexion torque was generated by the artificial pneumatic actuator connected with wearing part between ankle and knee joint. The accurate timing to assist dorsiflexion torque is made up of physiological signal in foot sole part that detect the gait phase, that is, stance and swing phase in each foot. We conduct the experiment to investigate the effect of exoskeleton orthosis to the 7 elderly people and 10 healthy people. The result showed that the muscular activities in tibialis anterior muscle were reduced because of the assistance of dorsiflexion torque in ankle joint using the exoskeleton orthosis.

본 연구에서는 하지마비 장애인의 족하수 방지를 위하여 족배굴곡 보조를 위한 외골격 보조기를 개발하였다. 본 보조기는 인공 근육형 공압 액추에이터를 이용한 동력 전달부, 동력부의 고정을 위한 무릎 관절 착용부 및 보행 신호 검출을 위한 발목 관절 착용부로 구성되었다. 보조기는 무릎 관절 착용부와 발목 관절 착용부에 고정되어 족배굴곡 토크를 발생시켰으며, 발바닥 압력센서를 통해 사용자의 보행 단계를 검출하고, 족배굴곡 보조 타이밍을 감지하도록 하였다. 보행에 이상이 없는 건강한 65세 이상 고령자 7명과 20대 성인 10명을 대상으로 외골격 보조기의 족배굴곡 보조에 대한 성능을 확인한 결과, 인공 근육형 공압 액추에이터의 보조 시 전경골근의 근활성이 감소하는 결과가 나타났다. 향후 연구에서는 하지마비 환자를 대상으로 외골격 보조기의 효과를 검증할 것이다.