석사학위 논문  (2012년 2월   숭실대학교 대학원 기계공학과  정 순 일, 지도교수 김 진 오)

 

보행 보조 로봇 설계를 위한 족관절의 근육 반응과 발의 운동학 연구

A Study on Ankle Muscle Reaction and Foot Kinematics for Walking-Assistance Robot Design

 

[국문초록]

   본 논문은 보행 보조 로봇 설계를 위한 인체의 족관절 근육의 반응 특성 파악과 발의 운동학을 다룬다.

   보행 시 족관절의 주요 기능과 운동형상을 살펴보고 가장 큰 역할을 하는 근육을 선정하여 실험 대상으로 하였다. 실험을 위해 근육 반응 측정 장치를 제작하였다. 첫 번째 실험으로 족관절 근육에 전기 자극을 인가하여 관절이 회전하는 각도를 측정하였다. 이를 통해 근육에 인가된 전기 자극의 세기와 관절의 회전 각도는 선형 비례함을 알 수 있었다. 두 번째 실험으로 족관절 근육의 전기 자극에 대한 반응 속도를 측정하였다. 결과로 근육 반응 속도는 전기 자극의 세기에 상관없이 1.5~2초로 일정함을 알 수 있었다.

   보행 보조 로봇의 중족관절 설계를 위하여 중족관절의 각 변위, 각속도, 각가속도, 모멘트를 산출하였다. 중족골을 기준으로 발을 두 분절로 나누고 각 분절의 수평에 대한 경사각의 차이로 중족관절의 각 변위를 구하였다. 각속도와 각가속도는 시간 차분법, 절대속도(가속도)와 상대속도(가속도)의 관계 등 두 가지 방법으로 산출하여 그 결과를 비교하였다. 구한 각가속도를 이용하여 관절의 모멘트를 계산하였다.

 

[목 차]

1. 서 론

2. 족관절 근육 반응

    2.1 근골격 구조 및 운동형상학

    2.2 기능적 전기 자극에 의한 각 변위

    2.3 근육 반응 속도

    2.4 고찰

3. 발 운동학

    3.1 골격구조 및 운동형상학

    3.2 중족관절의 각 변위 산출

    3.3 중족관절의 각속도, 각가속도 산출

    3.4 중족관절의 모멘트 산출

    3.5 고찰

4. 결 론