로터리 하이브리드 대퇴의지의 개발

Abstract

하지 의지는 손실된 다리 기능을 대체하는 신체기능대체 보조기기로써 절단 장애인의 삶의 질에 큰 영향을 미친다. 현재 상용의 대퇴의지는 대부분 수동형 의지로써 일반적인 사용에서는 부족함이 없지만, 중증 절단 장애인을 위한 유각기 보행 패턴의 생성이나 계단이나 급경사로 오름 등의 능동형 에너지가 필요한 보행에 대해서는 분명한 한계점을 갖고 있다. 이와 같은 한계점을 극복하고자 최근 활발히 연구되고 있는 능동 동력형 의지는 무게와 사용 시간에서 비약적인 발전을 이루고 있는 것이 사실이나 아직은 상용화된 능동형 의지는 전무한 실정이다. 이 때문에 최근에는 능동 구동 모듈에 유압실린더 등과 같은 수동형 모듈을 접목해 사용시간과 무게 등에서 이점을 갖게 하는 하이브리드 의지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 수동 요소인 로터리 유압실린더와 100W급 능동 모터 시스템을 조합해 절단장애인이 자신의 보행 상태나 보행 지형에 맞춰서 수동과 능동을 선택적으로 구동할 수 있는 하이브리드 방식의 의지를 개발했다. 본 의지는 능동 모듈과 수동 모듈이 서로 디커플링되어 있어서 각 모드의 구동시 반대쪽 모듈이 부하로 작동하지 않아 에너지 효율이 높으며, 약 50-100ms 내의 짧은 시간 내에 수동과 능동 모드의 전환이 가능하다는 장점을 갖고 있다. 본 논문에서는 로터리 하이브리드 의지의 설계 및 제어 방법을 제시한 후, 모듈별 feasibility test 및 절단 장애인 임상 시험 결과를 제시했고, 이와 같은 결과를 통해서 본 의지가 절단 장애인에게 충분히 적용 가능하다는 것을 확인했다.