초록

신경 손상으로 보행이 어려운 뇌졸중 환자의 운동 기능 회복을 목적으로 재활 로봇 연구가 활발해지고 있으며, 효과적인 재활을 위해 환자의 능동적인 운동 참여에 대한 중요성이 대두되고 있다. 이에 따라 능동 운동이 가능하도록 환자의 운동 수준을 고려하여 보행에 필요한 만큼만 보조하는 치료사의 논리를 하지 외골격 로봇에 구현하는 방법을 제안한다. 본 연구에서는 외란 관측기를 통해 센서 없이 로봇과 사용자의 상호작용 힘을 측정하고, 다양한 운동 평가 지표를 이용하여 보행 주기마다 사용자의 운동 수행 능력을 평가하였다. 이후, 환자의 수행 수준에 따른 치료사의 보조 조절 논리를 기반으로 다음 주기 로봇 보조를 조절하는 퍼지 추론 시스템을 구성하여 필요한 만큼 보조를 제공하였다. 검증을 위해 하지 외골격 로봇에 탑승한 건강한 피험자가 보행에 대한 시각적 피드백을 받으며, 경직, 수동, 능동의 보행 수준을 가정하여 100 주기의 보행을 수행하였다. 각 보행 수준에 대해 보행 마지막 주기에서 고관절 오차의 RMS가 첫 주기에 비해 78.5%, 72.5%, 38.4% 감소하였으며, 슬관절 오차의 RMS는 78.1%, 64.1%, 3.9% 감소함을 통해, 보행 동작 수행을 위한 보조 제공을 검증하였다. 또한 보조를 결정하는 임피던스 제어기 강성 계수의 수렴 값이 경직, 수동, 능동 순으로 감소함을 통해, 사용자의 운동 수행 능력에 따른 보조를 확인하였다. 능동 보행 시 마지막 주기 오차의 RMS가 타 수행 수준에 비해 큰 값으로 수렴하였다는 결과로부터, 제안 알고리즘이 일정 수준 동작 자유도를 부여하여 사용자의 능동 운동이 가능함을 확인하였다.