착석자세로부터 일어서는 동작 시 근골격계 모델을 이용한 인체 하지부 근력 및 무릎 관절 구속력 예측

Abstract

인체공학적 제품을 설계할 때 근력과 관절에 작용하는 힘 등을 예측할 수 있는 인체 해석 모델은 매우 유용하다. 따라서 본 연구의 목적은 인체와 외력간의 상호작용을 보다 쉽게 고려할 수 있는 신뢰할만한 인체 해석 모델을 개발하는 것이다. 이를 위해서 인체 하지부의 근골격계를 Hill의 근육 모델을 이용한 다물체 시스템으로 모델링 하였다. 근골격계 모델은 종아리, 허벅지, 골반, 상체의 네 분절로 이루어져 있고 각 분절은 마찰이 없는 레볼루트 조인트로 연결되어 있다. 또한 인체 하지부의 근육들을 시상면 운동에 거의 관여하지 않는 근육들은 제거하고 비슷한 역할을 하는 근육들은 하나의 근육으로 치환하여 7개의 근육으로 단순화 하였다. 일어서는 동안 인체는 시상면에서 평면운동을 하고 근력은 에너지 소모를 최소화 하도록 결정된다고 가정하였다. 이 근골격계 모델을 이용하여 착석자세로부터 일어서는 동작 시 하지부의 근력과 슬개골 압축력을 정적 평형 해석을 통해 예측해 보았다. 마지막으로 해석 결과의 유효성을 증명하기 위해 실험 결과와 비교해 보았다. 비교 결과 어느 정도 잘 일치하는 결과를 얻을 수 있었고 해석에 사용된 근골격계 모델과 가정들이 인체의 특성을 비교적 잘 반영하고 또한 합리적이라는 것을 알 수 있었다.