근골격 시뮬레이션을 통한 허리 보조 외골격 보조기기의 생체역학적 분석 (Biomechanical analysis of back-support exoskeleton using musculoskeletal simulation)

서지정보

· 발행기관 : 한국재활복지공학회
· 수록지 정보 : 재활복지공학회논문지 / 19권 / 2호 / 79 ~ 87페이지
· 저자명 : 정문기

초록

산업 현장에서 빈번히 이루어지는 리프팅(물건 들어올리기) 및 이에 수반한 허리 굴곡 동작은 작업자의 허리에 집중적인 하중을 가함으로써 다양한 근골격계 질환을 일으키는 주요 원인으로 알려져 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 최근에 허리 보조 외골격 보조기기를 사용하여, 허리에 가해지는 근골격 부담을 직접 완화하려는 노력이 이뤄지고 있다. 작업 현장에서 외골격 활용이 증가함에 따라 그 효과와 안전성을 객관적이고 정량적으로 평가하기 위한 다양한 연구들이 진행되고 있고, 관련 주요 평가지표는 근전도, 동작분석 등 실제 사용 실험을 통해 이뤄지고 있다. 제한된 실험환경 및 실제 실험을 통한 평가지표 도출의 한계를 극복하기 위해, 최근에는 외골격이 인체에 미치는 생체역학적 영향을 근골격 모델링 및 시뮬레이션으로 분석하는 연구들이 증가하고 있다. 본 연구에서는 근골격 인체모델 기반 디지털 트윈 인체-외골격 보조기기 모델을 통해 리프팅 동작에 대해 허리 보조 외골격 보조기기가 생체역학적으로 어떤 영향을 미치는지 제품 설계 단계에서 평가하는 프레임워크를 제시하고, 외골격 보조기기 설계를 위한 시뮬레이션 기반 평가 방법을 제시하고자 한다.

영어초록

Frequent lifting motions and the associated trunk flexion in industrial workplaces are widely recognized as key contributors to musculoskeletal disorders (MSDs), imposing substantial biomechanical loads on the lower back. Recent efforts to address this problem have focused on back-support exoskeletons, designed to directly reduce spinal stress. As exoskeleton adoption increases, numerous studies have sought to objectively and quantitatively evaluate their effectiveness and safety, often using electromyography (EMG) and motion analysis in real-use experiments. However, these experimental approaches are often limited by constrained conditions and the difficulty of directly measuring internal spinal loads. To overcome these limitations, an increasing number of studies are utilizing musculoskeletal modeling and simulation to analyze the biomechanical impact of exoskeletons. This study proposes a framework, using a musculoskeletal human model, for evaluating the biomechanical effects of back-support exoskeletons on lifting tasks during the product design phase. Furthermore, we present a simulation-based evaluation methodology to inform and improve exoskeleton design.

참고자료

· 없음