동역학 모의실험과 운동분석을 통한 보행훈련 시스템의 설계 및 평가

Abstract

[한글]본 논문에서는 편마비 환자들의 보행회복을 위해서 CAD 모델링에 입각한 동역학 모의실험을 통하여 하지관절의 운동궤적을 모사함으로써 최적에 가까운 보행형태를 유도할 수 있는 설계인자들을 보행훈련 시스템에 적용하여 시제품을 제작하였다. 또한 개발된 보행훈련 시스템에서 보행훈련을 하는 동안 발목관절과 무릎관절의 운동궤적을 삼차원 운동분석 시스템을 이용하여 측정하고 동역학 모의실험 결과와 비교 평가하였다.

본 연구를 통해 제작된 보행훈련 시스템은 보행능력이 약화된 환자들을 대상으로 보행재활을 위한 전동식 기구이다. 정상 보행에 가까운 보행궤적을 유도하기 위해 각각 두 개의 평기어가 맞물려 모터에 의해 서로 대칭적으로 정해진 궤적을 편심 회전하기 때문에 입각기와 유각기가 60 : 40 의 비율로 구동된다.

하지관절의 운동궤적을 결정하는데 있어서 기어의 직경, 보장, 발판가이드의 곡률반경, 발판길이 등의 보행훈련 시스템 설계인자들에 따라 모델링 조건을 설정한 후 동역학 모의실험을 통해서 얻은 하지관절의 운동궤적을 보행훈련 시스템 제작에 적용하였다.

제작된 보행훈련 시스템에서 보행훈련 하는 동안 정상인과 편마비 환자군에 대해 하지의 운동각도를 측정, 비교하여 임상 적용이 가능함을 확인해 보았다.

계속되는 임상실험을 통해서 개발된 보행훈련 시스템을 보완하고 보행훈련 효과를 검증한다면 편마비 환자의 보행회복에 크게 기여할 수 있을 것으로 생각된다.

[영문]A gait training system for patients with gait disorder was developed. These systems leads gait joint movements given the patient who cannot carry out an independent gait. It provided a normal stance-swing ratio of 60 : 40 because of the eccentricity revolution of a gear.

In this study, motion trajectory of a knee & ankle joint was evaluated and compared a measured trajectory with three-dimensional motion analyses system with the results of multi-body dynamics simulation during the gait training in a prototype of a developed gait training system.

A gait training system model of the driving part, foot plate part and the lower extremity model by the body segment length for dynamics simulation was designed using a CAD program and carried out simulation like a modeling condition of diameter of planetary gear, step length, curvature radius of an induction trajectory and foot plate length.

In general, predictions from the simulation study were in good agreement with experimental results from the motion analysis.

The clinical application by a continuous dynamics simulation studies and gait analysis was expected to be developed by gait training system which would be helpful to recover gait ability of patients with gait disorder.