KR101307515B1 - Apparatus for sensing bio-signal and method thereof - Google Patents
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Abstract
생체 신호 인식 장치는, 생체에 각각 부착되어 근전도 신호를 센싱(sensing)하는 복수 개의 센서부, 상기 복수 개의 센서부로부터 각각 센싱된 복수 개의 근전도 신호중 일부를 선택적으로 추출하는 신호 추출부 및 상기 추출된 근전도 신호를 기초로 상기 생체의 움직임 패턴 또는 근육 피로도 중 적어도 하나를 인식하는 생체 상태 인식부를 포함한다. 이에 따라, 사용자의 생체 움직임에 대한 패턴을 인식하거나 혹은 그 움직임 패턴에 따른 근육 피로도 정도를 판단할 수 있다.The apparatus for recognizing a biological signal may include a plurality of sensor units attached to a living body, respectively, for sensing a EMG signal, a signal extractor for selectively extracting a part of a plurality of EMG signals sensed from the plurality of sensor units, and the extracted And a biometric state recognition unit configured to recognize at least one of a movement pattern of the living body and muscle fatigue based on an EMG signal. Accordingly, the pattern of the user's biological movement may be recognized or the degree of muscle fatigue according to the movement pattern may be determined.
Description
본 발명은 생체 신호 인식 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 근전도 신호를 인식하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a biosignal recognition apparatus and a method thereof, and more particularly, to an apparatus and method for recognizing an EMG signal.
근전도 신호는 특정 근육이 수축할 때, 그 특정 근육에서 발생하는 생체 신호 중 하나로서, 전자 장치에 의하여 사용자에게 충격을 주지 않으면서 측정될 수 있다. 측정된 근전도 신호는 다양한 방법에 의하여 해석됨에 따라서, 인간과 전자 장치간의 인터페이스의 구현을 가능하게 한다. The EMG signal is one of biological signals generated in the specific muscle when the specific muscle contracts, and may be measured without impacting the user by the electronic device. The measured EMG signal is interpreted by various methods, thereby enabling the implementation of an interface between a human and an electronic device.
종래의 근전도 신호를 측정하는 장치는 채널의 수가 한정되어 있으며, 이로써 근육의 움직임을 정확하게 파악하는 데에 어려움이 있다. 채널의 수가 한정적인 이유는, 채널의 수가 증가함에 따라서, 측정된 근전도 신호를 해석하는 데 소요되는 시간 및 메모리가 급증하기 때문이다. Conventional devices for measuring EMG signals have a limited number of channels, which makes it difficult to accurately determine the movement of muscles. The reason for the limited number of channels is that as the number of channels increases, the time and memory required to interpret the measured EMG signals increase rapidly.
근전도 신호를 해석하는 데 소요되는 시간이 증가함에 따라서, 근전도 신호 측정 장치의 실시간 작동의 구현이 힘들어지며, 또한 소요 메모리가 증가함에 따라서 근전도 신호 장치의 가격이 증가한다는 문제점이 존재한다.As the time required to interpret the EMG signal increases, the real-time operation of the EMG signal measuring device becomes difficult, and there is a problem that the price of the EMG signal device increases as the required memory increases.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 멀티-센서에서 수집된 근전도 신호 중 일부의 근전도 신호만을 이용하는 생체 신호 인식 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide an apparatus and method for recognizing a biological signal using only EMG signals of some EMG signals collected by a multi-sensor.
이상과 같은 문제점을 해결하기 위한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체 신호 인식 장치는, 생체에 각각 부착되어 근전도 신호를 센싱(sensing)하는 복수 개의 센서부, 상기 복수 개의 센서부로부터 각각 센싱된 복수 개의 근전도 신호중 일부를 선택적으로 추출하는 신호 추출부 및 상기 추출된 근전도 신호를 기초로 상기 생체의 움직임 패턴 또는 근육 피로도 중 적어도 하나를 인식하는 생체 상태 인식부를 포함한다.In order to solve the above problems, a biosignal recognition apparatus according to an embodiment of the present invention, a plurality of sensor units respectively attached to the living body to sense the EMG signal (sensing), respectively sensed from the plurality of sensor units And a signal extractor configured to selectively extract some of a plurality of EMG signals and a biometric state recognizer configured to recognize at least one of a movement pattern of the living body and muscle fatigue based on the extracted EMG signals.
그리고, 상기 근전도 신호의 유효성을 판정하기 위한 근전도 신호 임계값을 저장하는 저장부를 더 포함하며, 상기 신호 추출부는, 상기 저장부로부터 추출한 상기 근전도 신호 임계값을 상기 근전도 신호와 비교하여 상기 근전도 신호 임계값 이상인 근전도 신호만을 추출할 수 있다.The apparatus may further include a storage unit configured to store an EMG signal threshold value for determining the validity of the EMG signal, wherein the signal extracting unit compares the EMG signal threshold value extracted from the storage unit with the EMG signal threshold. Only EMG signals above the value can be extracted.
또한, 상기 신호 추출부로부터 추출된 상기 근전도 신호에 대하여 아날로그-디지털 변환을 수행하여, 상기 근전도 신호에 대한 디지털 값을 생성하는 ADC(analog-to-digital converter)부를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include an analog-to-digital converter (ADC) unit for performing an analog-to-digital conversion on the EMG signal extracted from the signal extractor to generate a digital value for the EMG signal.
그리고, 상기 움직임 패턴 또는 상기 근육 피로도 중 적어도 하나에 대응하는 영역이 디지털 값으로 표시된 특징맵을 저장하는 저장부를 더 포함하며, 상기 생체 상태 인식부는 상기 디지털 값 및 상기 저장부로부터 추출한 상기 특징맵에 기초하여 상기 움직임 패턴 또는 상기 근육 피로도 중 적어도 하나를 인식할 수 있다.The apparatus may further include a storage unit configured to store a feature map in which a region corresponding to at least one of the movement pattern or the muscle fatigue level is represented by a digital value, wherein the biometric recognition unit is configured to extract the digital value and the feature map extracted from the storage unit. At least one of the movement pattern and the muscle fatigue may be recognized based on the movement pattern.
또한, 상기 저장부는 기설정된 시간 동안의 상기 디지털 값에 대응하는 시계열적 데이터를 더 저장하며, 상기 생체 상태 인식부가 상기 움직임 패턴 또는 상기 근육 피로도 중 적어도 하나를 인식하는데 이용되는 상기 디지털 값은 절대 차분 표준 편차, 절대 적분 평균치, 누적 적분치, 영점 교차횟수 중 적어도 하나를 이용하여 산출될 수 있다.The storage unit may further store time-series data corresponding to the digital value for a predetermined time, and the digital value used by the biometric recognition unit to recognize at least one of the movement pattern or the muscle fatigue degree is an absolute difference. It may be calculated using at least one of a standard deviation, an absolute integral average, a cumulative integral, and a zero crossing count.
그리고, 상기 근전도 신호와 상기 움직임 패턴 또는 상기 근육 피로도 간의 대응 관계를 저장하는 저장부를 더 포함하며, 상기 신호 추출부는, 상기 센서부로부터 수신한 상기 근전도 신호 및 상기 저장부로부터 추출한 상기 근전도 신호와 상기 움직임 패턴 또는 상기 근육 피로도 간의 대응 관계에 기초하여, 하나 이상의 근전도 신호를 추출할 수 있다.The apparatus may further include a storage unit configured to store a corresponding relationship between the EMG signal and the movement pattern or the muscle fatigue, wherein the signal extractor may include the EMG signal received from the sensor unit and the EMG signal extracted from the storage unit, and Based on the correspondence relationship between the movement pattern or the muscle fatigue, one or more EMG signals may be extracted.
또한, 상기 신호 추출부는, 주성분 분석(Principle component analysis:PCA) 혹은 독립 성분 분석(Independent Component analysis:ICA)를 이용하여 상기 복수 개의 근전도 신호 중 유효한 근전도 신호를 추출할 수 있다.The signal extractor may extract a valid EMG signal from the plurality of EMG signals using principal component analysis (PCA) or independent component analysis (ICA).
그리고, 상기 생체 상태 인식부는 k-최근린(k-nearest neighbor) 방법, 퍼지 c-민스(fuzzy c-means)방법 및 QDA(quadratic discriminant analysis), LDA(linear discriminant analysis) 알고리즘 중 적어도 하나를 이용하여 클러스터링된 상기 특징맵을 이용하여 패턴을 인식할 수 있다.The biometric state recognition unit uses at least one of a k-nearest neighbor method, a fuzzy c-means method, a quadratic discriminant analysis (QDA), and a linear discriminant analysis (LDA) algorithm. The pattern may be recognized using the clustered feature maps.
또한, 상기 생체 상태 인식부로부터 수신한 상기 움직임 패턴 또는 상기 근육 피로도 정보를 유선 또는 무선의 통신 장치를 이용하여 외부로 출력하는 출력부를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include an output unit configured to output the movement pattern or the muscle fatigue information received from the biometric state recognition unit to the outside using a wired or wireless communication device.
그리고, 상기 복수 개의 센서부 중 일부 센서부를 선택하는 외부 신호를 수신하는 사용자 인터페이스부, 상기 생체 신호 인식 장치에 전력을 공급하는 전원부 및 상기 외부 신호에 기초하여, 상기 전원부로부터 전력을 공급받아 해당하는 상기 일부 센서부에 전력을 공급하는 스위칭부를 더 포함하며, 상기 신호 추출부는 상기 스위칭부로부터 전력을 공급받은 상기 센서부로부터 근전도 신호를 추출할 수 있다.The user interface unit receives an external signal for selecting some sensor units from the plurality of sensor units, a power unit for supplying power to the biosignal recognition apparatus, and the external signal, and receives power from the power unit. The apparatus may further include a switching unit configured to supply power to the sensor unit, wherein the signal extracting unit may extract an EMG signal from the sensor unit supplied with power from the switching unit.
또한, 상기 복수 개의 센서부로부터 상기 근전도 신호를 전송받아, 아날로그 값을 디지털 값으로 변환하여 상기 신호 추출부로 전송하는 ADC부를 더 포함하며, 상기 신호 추출부는 중앙 주파수 또는 평균 주파수 관련 식으로부터 산출된 절대 차분 표준 편차를 이용하여 복수 개의 상기 디지털 값으로부터 일부의 디지털 값을 추출할 수 있다.The apparatus may further include an ADC unit receiving the EMG signal from the plurality of sensor units, converting an analog value into a digital value and transmitting the analog value to the signal extracting unit. The differential standard deviation may be used to extract some digital values from the plurality of digital values.
그리고, 상기 디지털 값의 유효성을 판정하기 위한 임계 범위를 저장하는 저장부를 더 포함하며, 상기 ADC부에서 출력된 디지털 근전도 신호에 FFT(fast Fourier transformation)를 수행하여 디지털 주파수 값을 생성하며, 상기 신호 추출부는, 상기 저장부로부터 추출한 상기 임계 범위 내에 포함되는 상기 디지털 주파수 값을 추출할 수 있다.And a storage unit storing a threshold range for determining the validity of the digital value, generating a digital frequency value by performing a fast fourier transformation (FFT) on the digital EMG signal output from the ADC unit. The extractor may extract the digital frequency value included in the threshold range extracted from the storage unit.
한편 본 발명의 다른 실시 예에 따른 생체에 부착된 복수 개의 센서를 이용하는 생체 신호 인식 방법은 상기 복수 개의 센서를 이용하여 기설정된 시간 동안 생체에 대한 복수 개의 근전도 신호를 센싱하는 단계, 상기 센싱된 복수 개의 근전도 신호 중 일부를 선택적으로 추출하는 단계 및 상기 추출된 근전도 신호를 기초로 상기 생체의 움직임 패턴 또는 근육 피로도 중 적어도 하나를 인식하는 단계를 포함한다.Meanwhile, in a biosignal recognition method using a plurality of sensors attached to a living body, sensing a plurality of EMG signals of a living body for a predetermined time using the plurality of sensors, the sensed plurality Selectively extracting some of the EMG signals from the dog, and recognizing at least one of a movement pattern or muscle fatigue of the living body based on the extracted EMG signals.
그리고, 상기 복수 개의 근전도 신호 중 일부를 선택적으로 추출하는 단계는, 기저장된 상기 근전도 신호의 유효성을 판정하기 위한 근전도 신호 임계값을 상기 근전도 신호와 비교하여, 상기 근전도 신호 임계값 이상의 움직임 패턴 관련 근전도 신호만을 추출할 수 있다.In the extracting of the plurality of EMG signals, the EMG signal threshold value for determining the validity of the pre-stored EMG signal may be compared with the EMG signal, and the EMG-related EMG signal is greater than the EMG signal threshold value. Only signals can be extracted.
또한, 상기 추출된 상기 근전도 신호에 대하여 아날로그-디지털 변환을 수행하여, 상기 근전도 신호에 대한 디지털 값을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include generating a digital value of the EMG signal by performing an analog-digital conversion on the extracted EMG signal.
그리고, 상기 디지털 값은 절대 차분 표준 편차, 절대 적분 평균치, 누적 적분치, 영점 교차횟수 중 적어도 하나를 이용하여 산출될 수 있다.The digital value may be calculated using at least one of absolute difference standard deviation, absolute integral average value, cumulative integral value, and zero crossing count.
또한, 상기 추출된 일부 근전도 신호를 기초로 상기 움직임 패턴 또는 상기 근육 피로도 중 적어도 하나를 인식하는 단계는, 상기 디지털 값 및 기저장된 상기 움직임 패턴 또는 근육 피로도에 대응하는 영역이 디지털 값으로 표시된 특징맵에 기초하여, 상기 움직임 패턴 또는 상기 근육 피로도를 인식할 수 있다.The recognizing of at least one of the movement pattern or the muscle fatigue degree based on the extracted partial EMG signal may include: a feature map in which a digital value and a region corresponding to the previously stored movement pattern or muscle fatigue degree are displayed as a digital value; Based on the movement pattern or the muscle fatigue.
그리고, 상기 특징맵은 k-최근린(k-nearest neighbor) 방법, 퍼지 c-민스(fuzzy c-means)방법, QDA(quadratic discriminant analysis), LDA(linear discriminanat analysis) 알고리즘 중 적어도 하나를 이용하여 클러스터링될 수 있다.The feature map may include at least one of a k-nearest neighbor method, a fuzzy c-means method, a quadratic discriminant analysis (QDA), and a linear discriminanat analysis (LDA) algorithm. Can be clustered.
또한, 상기 센싱된 복수 개의 근전도 신호 중 일부를 선택적으로 추출하는 단계는, 기저장된 상기 근전도 신호와 상기 생체의 움직임 패턴 간의 대응 관계에 기초하여, 수집된 상기 근전도 신호 중 저장된 상기 패턴에 대응하는 근전도 신호만을 추출할 수 있다.In addition, selectively extracting a part of the sensed plurality of EMG signals, based on the corresponding relationship between the pre-stored EMG signal and the movement pattern of the living body, EMG corresponding to the stored pattern of the EMG signals collected Only signals can be extracted.
그리고, 상기 패턴을 유선 또는 무선의 통신 장치를 이용하여 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include outputting the pattern using a wired or wireless communication device.
또한, 상기 센싱된 복수 개의 근전도 신호 중 일부를 선택적으로 추출하는 단계는, 주성분 분석(Principle component analysis:PCA) 혹은 독립 성분 분석(Independent Component Analysis:ICA)를 이용하여 상기 복수 개의 근전도 신호 중 유효한 근전도 신호를 추출할 수 있다.In addition, selectively extracting a part of the sensed plurality of EMG signals may include effective EMG of the plurality of EMG signals using principal component analysis (PCA) or independent component analysis (ICA). The signal can be extracted.
그리고, 상기 복수 개의 센서 중 일부 센서를 선택하는 외부 신호를 수신하는 단계 및 상기 외부 신호에 기초하여, 해당하는 상기 일부 센서에 전력을 공급하는 단계를 더 포함하며, 상기 센싱된 복수 개의 근전도 신호 중 일부를 선택적으로 추출하는 단계는, 전력을 공급받은 상기 센서로부터 근전도 신호를 추출할 수 있다.And receiving an external signal for selecting some of the plurality of sensors and supplying power to the corresponding some sensor based on the external signal, wherein the plurality of sensed EMG signals are included. Selectively extracting a part may extract the EMG signal from the powered sensor.
한편 본 발명의 다른 실시 예에 따른 생체에 부착된 복수 개의 센서를 이용하는 생체 신호 인식 방법은 상기 복수 개의 센서를 이용하여 기설정된 시간 동안 생체에 대한 복수 개의 근전도 신호를 센싱하는 단계, 상기 복수 개의 신호에 대하여 복수 개의 디지털 주파수 값을 생성하는 단계, 상기 복수 개의 디지털 주파수 값 중 일부를 선택적으로 추출하는 단계 및 상기 추출된 디지털 주파수 값을 기초로 상기 생체의 움직임 패턴 또는 근육 피로도 중 적어도 하나를 인식하는 단계를 포함한다.Meanwhile, in a biosignal recognition method using a plurality of sensors attached to a living body, sensing a plurality of EMG signals of a living body for a predetermined time using the plurality of sensors, wherein the plurality of signals Generating a plurality of digital frequency values, selectively extracting a portion of the plurality of digital frequency values, and recognizing at least one of a movement pattern or muscle fatigue of the living body based on the extracted digital frequency values Steps.
그리고, 상기 디지털 주파수 값은 FFT에 의하여 생성되며, 상기 복수 개의 디지털 주파수 값 중 일부를 선택적으로 추출하는 단계는, 기저장된 상기 디지털 주파수 값의 유효성을 판정하기 위한 임계 범위 내에 포함되는 디지털 주파수 값을 선택적으로 추출할 수 있다.The digital frequency value is generated by an FFT, and selectively extracting a part of the plurality of digital frequency values comprises selecting a digital frequency value within a threshold range for determining the validity of the digital frequency value. Can be extracted selectively.
본 발명의 다양한 실시 예에 의하여, 멀티-센서에서 수집된 복수 개의 근전도 신호 중 일부의 근전도 신호만이 이용되어, 생체 신호 인식 처리 시간 및 메모리를 비약적으로 감축할 수 있다. 다양한 근육으로부터 추출된 신호를 이용하므로 근육의 운동 상태 및 방향에 대한 정보들을 정확하게 찾아낼 수 있을 뿐만 아니라, 근육 피로도 정도를 파악할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, only the EMG signals of some of the EMG signals collected by the multi-sensor may be used to drastically reduce the biosignal recognition processing time and memory. By using signals extracted from various muscles, it is possible not only to accurately find information on the state and direction of muscle movement, but also to determine the degree of muscle fatigue.
도 1은 멀티-센서로부터 근전도 신호를 수집하여 일부의 근전도 신호를 추출하는 것을 설명하기 위한 개념도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체 신호 인식 장치를 설명하기 위한 블록도,
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시 예들에 따른 신호 추출부가 복수 개의 근전도 신호 중 일부를 추출하는 과정을 설명하기 위한 블록도,
도 3e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 사용자 인터페이스부를 구현한 예시도,
도 4a 내지 도 4d는 특징 맵의 형성 과정 및 클러스터링 과정을 설명하기 위한 그래프,
도 5는 본 발명의 또 다른 예에 따른 생체 신호 인식 장치를 설명하기 위한 블록도,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체 신호 인식 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 7은 본 발명의 또 다른 생체 신호 인식 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 1 is a conceptual diagram illustrating the extraction of some EMG signals by collecting EMG signals from a multi-sensor;
2 is a block diagram illustrating an apparatus for recognizing a physiological signal according to an embodiment of the present invention;
3A to 3D are block diagrams illustrating a process of extracting a part of a plurality of EMG signals by a signal extractor according to embodiments of the present disclosure;
3E is an exemplary view of implementing a user interface unit according to an embodiment of the present invention;
4A to 4D are graphs illustrating a process of forming and clustering feature maps;
5 is a block diagram for explaining a biosignal recognition apparatus according to another embodiment of the present invention;
6 is a flowchart illustrating a biosignal recognition method according to an embodiment of the present invention;
7 is a flowchart for explaining another biosignal recognition method of the present invention.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예를 더욱 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, various embodiments of the present disclosure will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 멀티-센서로부터 근전도 신호를 수집하여 일부의 근전도 신호를 추출하는 것을 설명하기 위한 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating the extraction of some EMG signals by collecting EMG signals from a multi-sensor.
도 1에 도시된 바와 같이, 생체 신호 인식 장치는 복수 개의 센서(100), 신호 추출부(200) 및 생체 상태 인식부(400)를 포함할 수 있다. As illustrated in FIG. 1, the biosignal recognition apparatus may include a plurality of
본 발명의 일 실시 예에 따른 생체 신호 인식 장치는 사용자의 손과 손목 등 신체 일부에 부착될 수 있다. 종래의 생체 신호 인식 장치가 신체에 이격되어 배치된 전극을 포함하는 것에 비하여, 본 발명의 일 실시 예는 도 1에 도시된 바와 같이 신체의 일부분을 전부 포함하여 부착될 수 있다. 도 1은 사용자의 손 부분에 부착된 생체 신호 인식 장치로 도시되었지만 본 발명의 다양한 실시 예는 신체의 임의의 부분에도 적용될 수 있다. 또한 생체 신호 인식 장치는 이용이 용이하도록 신체에 탈부착이 가능할 수 있다. 또한 사용자가 신체에 부착하였을 때 불편함이 없도록, 생체 신호 인식 장치는 유연하게 제작될 수 있다. The biosignal recognition apparatus according to an embodiment of the present invention may be attached to a body part such as a user's hand and wrist. Compared to a conventional biosignal recognition apparatus including electrodes disposed spaced apart from a body, one embodiment of the present invention may be attached to include a part of the body as shown in FIG. Although FIG. 1 is shown as a biosignal recognition device attached to a user's hand, various embodiments of the present invention may be applied to any part of the body. In addition, the biosignal recognition apparatus may be detachable to the body to facilitate use. In addition, the biosignal recognition apparatus may be flexibly manufactured so that there is no inconvenience when the user attaches to the body.
복수 개의 센서(100) 각각은 사용자의 근전도 신호를 수집할 수 있는 수단을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 의한 센서부(100)는 복수 개의 전극의 형태로 구현될 수 있다. 전극의 개수는 사용되는 목적에 맞게 조절될 수 있다. 또한 개별 전극은 반영구적 이용이 가능하도록 건식 타입으로 제작될 수 있으며 은으로 구성될 수 있다. Each of the plurality of
도 1에 도시된 바와 같이, 복수 개의 전극의 형태로 구현된 센서부(100-1, 100-2, 100-n)는 신체의 각종 근육에 부착되어 부착된 근육에서 발생하는 근전도 신호를 센싱(Sensing)할 수 있다. 전극에 의한 근전도 신호의 센싱에 관한 내용은 잘 알려진 공지 기술이기 때문에 이에 대한 더욱 상세한 설명은 생략하도록 한다. As shown in FIG. 1, the sensor units 100-1, 100-2, and 100-n implemented in the form of a plurality of electrodes sense an EMG signal generated from muscles attached to and attached to various muscles of a body ( Sensing). Since the contents of the sensing of the EMG signal by the electrode are well known technologies, a detailed description thereof will be omitted.
센서부(100-1, 100-2, 100-n)에서 센싱되어 수집된 근전도 신호는 아날로그 신호의 형태로 표현된다. 도 1에는, 센서부(100-1, 100-2, 100-n)에 의하여 센싱되어 수집된 n개의 근전도 신호가 각각의 채널의 형태로 표시되어 있다. The EMG signals sensed and collected by the sensor units 100-1, 100-2, and 100-n are expressed in the form of analog signals. In FIG. 1, n EMG signals sensed and collected by the sensor units 100-1, 100-2, and 100-n are displayed in the form of respective channels.
즉, ch 1은 센서부(100-1)에서 센싱되어 수집된 아날로그 형태의 근전도 신호를 의미하며 ch n은 센서부(100-n)에서 센싱되어 수집된 아날로그 형태의 근전도 신호를 의미할 수 있다. 다만, 도 1에는 각각의 채널이 모두 결합된 상태로 도시되어 있지만 이는 채널에 해당하는 신호가 각각 통합되어 운용된다는 의미는 아니며 단순한 설명의 편의를 위한 것이다.That is,
센서부(100-1, 100-2, 100-n)에서 센싱되어 수집된 n개의 근전도 신호는 신호 추출부(200)로 전송된다. The n EMG signals sensed and collected by the sensor units 100-1, 100-2, and 100-n are transmitted to the
신호 추출부(200)는 센서부(100-1, 100-2, 100-n)로부터 n개의 근전도 신호를 수신하여 n개의 신호 중 일부의 신호만을 추출할 수 있다. The
사용자가 신체를 움직이는 경우에 있어 움직이는 신체에 포함된 모든 근육들이 함께 이완되거나 수축되는 것은 아니기 때문에, 복수 개의 센서부(100-1, 100-2, 100-n) 모두에서 근전도 신호가 검출되지 않을 수 있다. When the user moves the body, not all the muscles included in the moving body are relaxed or contracted together. Therefore, the EMG signal may not be detected in all of the plurality of sensor units 100-1, 100-2, and 100-n. Can be.
또한, 사용자의 움직임에 대하여, 예를 들어 손목을 안쪽으로 구부리는 상태 등에서는 전완근에서 수집된 근전도 신호가 유용한 데이터로 이용되며 손가락에서 수집된 근전도 신호는 유용하지 못하다. In addition, the EMG signal collected from the forearm muscle is used as useful data in the state of bending the wrist inward, for example, and the EMG signal collected from the finger is not useful.
상술한 바와 같이 n개의 근전도 신호를 수집한다고 하여 모든 근전도 신호가 사용자의 움직임을 파악하는데 유용되는 것은 아니며 유용되지 않은 데이터에 대하여 후술할 ADC작업, 클러스터링 작업 등을 수행한다면 작업 시간 및 이용되는 메모리가 증가될 것이다. Collecting n EMG signals as described above does not mean that all EMG signals are useful for grasping the user's movements. Will be increased.
신호 추출부(200)는 사용자의 움직임을 파악하는 데에 적합한 근전도 신호만을 추출하여 다음 단계로 전송함으로써 작업 시간 및 이용되는 메모리를 감축할 수 있다. 신호 추출부(200)가 사용자의 움직임을 파악하는 데에 적합한 근전도 신호만을 추출하는 구성에 대하여서는 더욱 상세하게 후술하도록 한다.The
생체 상태 인식부(400)는 신호 추출부(200)로부터 수신한 일부 근전도 신호를 이용하여, 사용자의 움직임 패턴을 인식하거나 사용자의 근육에 대한 근육 피로도 정도를 판단할 수 있다. 생체 상태 인식부(400)가 사용자의 움직임 패턴 및 근육 피로도를 인식하는 구성에 대하여서는 더욱 상세하게 후술하도록 한다. The biometric
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체 신호 인식 장치를 설명하기 위한 블록도이다.2 is a block diagram illustrating a biosignal recognition apparatus according to an exemplary embodiment.
도 2에 도시된 바와 같이 생체 신호 인식 장치는 센서부(100), 신호 추출부(200), ADC부(300), 생체 상태 인식부(400), 저장부(500) 및 출력부(600)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 2, the apparatus for recognizing a biosignal includes a
도 2와 관련한 실시 예에서, 센서부(100)는 여섯 개의 전극을 포함할 수 있다. 센서부(100)는 여섯 개의 전극에서 각각 근전도 신호를 기 설정된 시간 동안 센싱되어 수집한다. 이는 도면 식별 부호 10에 표현되어 있다. In the embodiment related to FIG. 2, the
센서부(100)에서 센싱되어 수집된 6개의 근전도 신호는 신호 추출부(200)로 전송된다. 신호 추출부(200)는 상술한 바와 같이, 사용자의 움직임을 파악하는 데에 있어 적합한 근전도 신호를 추출하며, 본 실시 예에서 신호 추출부(200)는 세 개의 센서부(100-1, 100-3, 100-5)에서 센싱되어 수집된 근전도 신호를 추출할 수 있다.추출된 이후의 근전도 신호는 도면 식별 부호 20으로 표현되어 있다.The six EMG signals sensed and collected by the
추출된 근전도 신호(20)는 신호 추출부(200)로부터 ADC부(300)로 전송될 수 있다. ADC부(300)는 아날로그 신호 형태인 추출된 근전도 신호(20)에 대하여 아날로그-디지털 변환을 수행할 수 있다. ADC부(300)는 아날로그 신호 형태로 추출된 근전도 신호(20)를 디지털 값(30)으로 변환할 수 있다. 이는 도면 식별 부호 30에 표현되어 있다. 변환된 디지털 값(30)은 생체 상태 인식부(400)로 전송된다.The extracted
생체 상태 인식부(400)는 ADC부(300)로부터 수신한 디지털 값(30)을 이용하여 사용자의 움직임에 대한 패턴을 인식하거나 사용자의 근육 피로도 정도를 판단할 수 있다. 생체 상태 인식부(400)는 기 설정된 시간 동안 수신한 디지털 값(30)을 시계열적으로 저장부(500)에 저장할 수 있다. 기 설정된 시간 동안, 센서부(100)에서의 근전도 신호 수집이 이루어지면 생체 상태 인식부(400)는 저장부(500)로부터 시계열적 디지털 값을 추출하여 각 채널별로 시계열적 디지털 값은 절대 차분 표준 편차, 절대 적분 평균치, 누적 적분치, 영점 교차횟수 중 적어도 하나의 값으로 산출된다. 이 같은 절대 차분 표준 편차, 절대 적분 평균치, 누적 적분치, 영점 교차횟수 등은 수학식 1~4을 통해 산출할 수 있다.The biometric
먼저, 절대 차분 표준 편차는 아래 수학식 1로부터 산출할 수 있다.First, the absolute difference standard deviation may be calculated from
위 수학식 1은 절대 차분 표준 편차에 대한 식으로써, 여기서, X는 측정된 근전도 신호이며, i는 획득한 신호의 순서이고, N은 획득된 신호의 개수를 의미한다.
절대 적분 평균치(IAV)는 아래 수학식 2로부터 산출할 수 있다.The absolute integrated average value IAV can be calculated from
위 수학식 2은 절대 적분 평균치에 대한 식으로써, 여기서, X는 측정된 근전도 신호이며, i는 획득한 신호의 순서이고, N은 획득된 신호의 개수를 의미한다.
누적 적분치(IEMG)는 아래 수학식 3으로부터 산출할 수 있다.The cumulative integral value IEMG may be calculated from
위 수학식 3은 누적 적분치에 대한 식으로써, 여기서, X는 측정된 근전도 신호이며, i는 획득한 신호의 순서이고, N은 획득한 신호의 개수를 의미한다.
영점 교차횟수(ZCR)에 대한 식은 아래 수학식 4로부터 산출할 수 있다.The equation for the zero crossing frequency (ZCR) can be calculated from
위 수학식 4는 영점 교차횟수에 대한 식으로써, 여기서, X는 측정된 근전도 신호이며, i는 획득한 신호의 순서이고, N은 획득한 신호의 개수를 의미한다.
이와 같이, 생체 상태 인식부(400)는 수학식 1 내지 수학식 4 중 적어도 하나의 수학식으로부터 산출된 절대 차분 표준 편차에 기초하여 저장부(500)에 기저장된 클러스터링된 특징맵과 생성된 절대 차분 표준 편차를 비교하여 사용자의 생체움직임에 대한 패턴 또는 근육 피로도 정도를 판단할 수 있다.As such, the
구체적으로, 생체 상태 인식부(400)는 채널별로 수학식 1 내지 수학식 4 중 적어도 하나의 수학식으로부터 절대 차분 표준 편차를 생성한다. 수학식 1 내지 수학식 3 중 적어도 하나의 수학식으로부터 절대 차분 표준 편차가 생성되면 생체 상태 인식부(400)는 생성된 절대 차분 표준 편차를 저장부(500)로부터 추출된 특징맵에 표시할 수 있다. 여기서, 특징맵은 복수 개의 사용자 움직임 패턴 또는 근육 피로도 정도가 절대 차분 표준 편차를 이용하여 영역으로 표시되어 있는 맵으로써, 생체 상태 인식부(400)는 생성한 절대 차분 표준 편차가 특징맵 내에서 어느 영역에 속하는 지를 판별함으로써 사용자의 움직임 패턴 또는 근육 피로도 정도를 판단할 수 있다.Specifically, the biometric
특징맵의 차원은 신호 추출부(200)에서 추출된 채널의 갯수와 동일하다. 예를 들어, 신호 추출부(200)에서 p개의 채널에 대하여 근전도 신호를 추출하였다면, 특징맵은 p차원으로 형성될 것이다. 이에 관하여서는 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 더욱 상세하게 후술하도록 한다.The dimension of the feature map is equal to the number of channels extracted by the
출력부(600)는 생체 상태 인식부(400)로부터 인식된 패턴을 전송받아 외부로 전송할 수 있다. 실제 구현 시에는, 출력부는 USB 포트, 블루투스, 유/무선 LAN 등으로 구현될 수 있다.The
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시 예들에 따른 신호 추출부가 복수 개의 근전도 신호 중 일부를 추출하는 과정을 설명하기 위한 블록도이다.3A to 3D are block diagrams illustrating a process of extracting a part of a plurality of EMG signals by the signal extractor according to embodiments of the present disclosure.
도 3a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 추출부가 복수 개의 근전도 신호 중 일부의 신호를 추출하는 과정을 설명하는 블록도이다.3A is a block diagram illustrating a process of extracting a part of a plurality of EMG signals by a signal extractor according to an exemplary embodiment.
도 3a를 참조하면, 센서부(100)는 신호 추출부(200)에 복수 개의 근전도 신호를 전송할 수 있다. 시간 경과에 따라 센서부(100)는 반복적으로 저장부(500)에 근전도 신호를 전송할 수 있으며, 따라서, 저장부(500)는 센서부(100)로부터 전송된 근전도 신호에 대한 시계열적 데이터를 저장할 수 있다.Referring to FIG. 3A, the
신호 추출부(200)는 저장부(500)로부터 근전도 신호에 대한 시계열적 데이터를 추출할 수 있다. 이 같은 신호 추출부(200)는 추출된 시계열적 데이터를 분석하여, 시간 경과에 따라 근전도 신호에 변화가 없는 채널을 판별할 수 있다. 이후, 신호 추출부(200)는 센서부(100)로부터 수신한 복수 개의 근전도 신호에서 상술한 시간 경과에 따라 근전도 신호에 변화가 없는 채널을 제외한 나머지 채널의 근전도 신호를 추출하여 ADC부(300)로 전송할 수 있다. 시간 경과에 따라서 근전도 신호에 변호가 없는 채널에 대하여 생체 신호 인식 장치는 근육이 일정한 긴장을 유지하고 있는 것으로 판단하여 근전도 신호에 대한 수집을 중단할 수 있다. 이에 따라, 신호 추출부(200)는 센서부(100)가 수집한 복수 개의 근전도 신호 중 일부 근전도 신호를 추출할 수 있다.The
도 3b는 본 발명의 또 다른 실시 예로 신호 추출부가 복수 개의 근전도 신호 중 일부의 신호를 추출하는 과정을 설명하는 블록도이다.3B is a block diagram illustrating a process of extracting a signal of a portion of a plurality of EMG signals by a signal extractor according to another embodiment of the present invention.
도 3b를 참조하면, 센서부(100)는 신호 추출부(200)에 복수 개의 근전도 신호를 전송할 수 있다. Referring to FIG. 3B, the
저장부(300)는 근전도 신호의 유효성을 판별할 수 있는 근전도 신호 임계값을 저장할 수 있다.The
신호 추출부(200)는 기저장된 근전도 신호 임계값을 신호 추출부(200)로부터 수신한 근전도 신호 강도와 비교하여 주어진 임계값보다 큰 채널의 근전도 신호만을 추출하여 ADC부(300)로 전송할 수 있다. The
사용자가 특정한 움직임을 수행하려고 하는 경우, 특정한 움직임에 의하여 수축 및 이완이 발생하지 않는 근육들도 외부의 다른 영향에 의하여 근전도가 발생할 수 있으며 실제로 사용자가 의도하고자 하는 특정한 움직임을 판단하는 데에 있어 잡음으로 영향을 미칠 수 있다. 따라서 근전도 신호가 특정한 임계값보다 작은 경우의 근전도 신호는 잡음으로 처리되며, 이에 따라서 신호 추출부(200)는 센서부(100)에서 수집한 복수 개의 근전도 신호 중 일부 근전도 신호만을 추출할 수 있다. When a user tries to perform a specific movement, muscles that do not contract or relax due to a specific movement may also have electromyography due to other external influences, and noise in determining the specific movement that the user intends. Can affect. Therefore, the EMG signal when the EMG signal is smaller than a specific threshold is processed as noise. Accordingly, the
도 3c는 본 발명의 또 다른 실시 예로, 신호 추출부(200)가 복수 개의 근전도 신호 중 일부 근전도 신호를 추출하는 과정을 설명하는 블록도이다.3C is a block diagram illustrating a process of extracting some EMG signals from a plurality of EMG signals by the
도 3c를 참조하면, 센서부(100)는 복수 개의 근전도 신호를 수집하여 신호 추출부(200)로 전송할 수 있다. 저장부(500)는 센서부(100)로부터 수신한 채널 별 아날로그 신호의 세기에 대한 정보 및 신호추출 조건을 저장할 수 있다.Referring to FIG. 3C, the
신호 추출부(200)는 센서부(100)로부터 복수 개의 근전도 신호를 수신할 수 있다. 이 후, 도 2에서 상술한 바와 같이, 생체 상태 인식부(400)는 실제로 사용자가 의도한 움직임에 대한 패턴을 인식하여 저장부(500)에 저장할 수 있다. The
저장부(500)는 상기 근전도 신호의 세기에 대한 정보를 생체 상태 인식부(400)에서 인식된 사용자의 움직임 패턴 또는 근육 피로도와 대응하여 함께 저장할 수 있다. 수 회의 반복된 인식 작업을 수행함에 따라 저장부(500)에는 복수 개의 다양한 움직임 패턴이 근육 피로도 정보와 근전도 신호의 세기에 대한 정보와 함께 대응되어 저장될 수 있다. The
신호 추출부(200)는 저장부(500)로부터 인식된 움직임 패턴 또는 근육 피로도 정보 및 이에 대응하는 근전도 신호의 세기에 대한 정보를 함께 추출할 수 있다. 신호 추출부(200)에서 추출한 근전도 신호의 세기에 대한 정보는, 새롭게 센서부(100)로부터 수신한 근전도 신호의 세기와 비교할 수 있다.The
신호 추출부(200)는 저장된 근전도 신호의 세기 및 새롭게 센서부(100)로부터 수신한 근전도 신호의 세기의 차이가 소정의 값을 가지는 문턱치 이하인 경우 대응하는 움직임 패턴 또는 근육 피로도 정보가 입력된 것으로 인식하여 움직임 패턴 또는 근육 피도로 정보에 해당하는 채널의 근전도 정보를 산출할 수 있다. 이에 따라서, 신호 추출부(200)는 복수 개의 근전도 신호 중 일부의 근전도 신호를 추출할 수 있고 저장부(500)는 문턱치 등의 신호추출 조건을 만족하는 신호를 저장할 수 있다.The
본 발명의 추가적인 양상에 따라, 신호 추출부(200)는 주성분 분석(Princilpe component analysis : PCA) 방법 혹은 독립 성분 분석(Independent component Analsis : ICA) 방법을 이용하여 센서부(100)로부터 수신한 복수의 근전도 신호들 중 유효한 근전도 신호를 추출할 수 있다. 이 같은 주성분 분석 방법은 방대한 데이터 수에서 유효한 근전도 신호만을 선별하기 위한 하나의 방법으로써 서로 연관되는 P 종류의 변수에 의해 표현되는 일군의 데이터를 좌표축의 변환에 의해 서로 상관이 없는 P 종류의 특성 치로 변환하여 그 가운데 원래의 변수의 정보를 가장 많이 반향(反響)한 것만을 주성분으로 추출하는 방법이다. 이 같은 방법을 통해 변수 내에 존재하는 구조를 밝힐 수 있으며 요인으로 속하지 않는 즉, 중요도가 낮은 변수들을 제거할 수 있다.According to an additional aspect of the present invention, the
도 3d는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 신호 추출부(200)가 복수 개의 근전도 신호 중 일부 근전도 신호를 추출하는 과정을 설명하는 블록도이다.3D is a block diagram illustrating a process of extracting some EMG signals from a plurality of EMG signals by the
도 3d를 참조하면 복수 개의 센서부(100-1, 100-2, 100-n)는 신호 추출부(200), 스위칭부(150), 사용자 인터페이스부(180), 전원부(130), ADC부(300), 생체 상태 인식부(400)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3D, the plurality of sensor units 100-1, 100-2, and 100-n may include a
사용자 인터페이스부(180)는 외부 사용자로부터 활성화할 센서를 선택하는 외부 신호를 수신할 수 있다. 사용자 인터페이스부(190)는 도 3e에 도시된 바와 같이 컴퓨터 스크린 화면으로 구현될 수 있으며 또한 터치 스크린이나 여타의 전자 장치로 구현될 수 있다.The
스위칭부(150)는 전원부(130)로부터 전력을 공급받아 각각의 센서부(100-1, 100-2, 100-n)에 공급할 수 있다. 또한 스위칭부(150)는 사용자 인터페이스부(180)로부터 활성화할 센서를 선택하는 외부 신호를 수신하여 이에 대응하는 센서를 활성화할 수 있다. 더욱 상세하게는 스위칭부(150)는 외부 신호에 기초하여 전원부(130)로부터 센서(100-1, 100-2, 100-n)로 연결된 전선 중 선택된 센서에 해당하는 전선만을 연결하며, 나머지 전선은 오픈 상태로 유지할 수 있다. The
도 3e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 사용자 인터페이스부를 구현한 예시도이다.3E is an exemplary view of implementing a user interface unit according to an embodiment of the present invention.
도 3e에 도시된 바와 같이, 사용자는 자신의 신체 중 근육의 움직임을 측정할 부분을 선택할 수 있다. 도 3d에서는 예시적으로 사용자가 자신의 왼팔을 측정하는 것이 표현되어 있다. As shown in FIG. 3E, the user may select a portion of the body to measure muscle movement. In FIG. 3D, the user measures his left arm as an example.
사용자가 자신의 왼팔의 움직임을 측정하도록 외부 신호를 사용자 인터페이스부(180)에 입력하면 사용자 인터페이스부(180)는 이를 스위칭부(150)에 전송하며 스위칭부(150)는 왼팔에 해당하는 센서를 활성화하고 나머지 센서들은 비활성화 한다. 이에 따라서, 신호 추출부(200)는 복수 개의 근전도 신호 중 일부의 근전도 신호를 추출할 수 있다.When the user inputs an external signal to the
도 3a 내지 3e와 관련한 실시 예에 따라서, 신호 추출부(200)는 복수 개의 근전도 신호 중 일부의 근전도 신호를 추출할 수 있으며, 이에 따라서 데이터를 처리하는 시간 및 데이터 처리 시 요구되는 메모리를 비약적으로 감축시킬 수 있다. 아울러 추출되지 않은 근전도 신호를 제외함으로써 에러의 영향을 줄일 수 있어 더욱 정확한 움직인 패턴 및 근육 피로도 인식 작업이 수행될 수 있다.According to the embodiments related to FIGS. 3A to 3E, the
도 4a 내지 도 4d는 저장부(500)에 기 저장되어, 사용자의 움직임 패턴 또는 해당 사용자의 근육 피로도를 인식하는데 이용되는 특징맵의 형성 과정 및 클러스터링 과정을 설명하기 위한 그래프이다. 도 4a 내지 4d와 관련하여서는, 신호 추출부(200)에서 두 개의 채널에 대한 근전도 신호를 추출한 실시 예에 기초하여 설명을 진행하도록 한다. 4A to 4D are graphs for explaining a process of forming and clustering a feature map that is pre-stored in the
신호 추출부(200)에서는 센서부(100)의 채널1 및 채널2에서 수집한 근전도 신호를 ADC부(300)로 전송하여, 아날로그 근전도 신호에 아날로그-디지털 변환 작업이 수행되도록 할 수 있다.The
생체 상태 인식부(400)는 시간 흐름에 따른 채널별 디지털 값을 시계열적으로 저장부(500)에 저장할 수 있다. 생체 상태 인식부(400)는 소정의 시간에 도달하여 센서부(100)에서 더 이상의 근전도 신호를 수집하지 않는 경우에 소정의 시간 동안 저장부(500)에 저장된 시계열적 디지털 값을 추출할 수 있다.The biometric
생체 상태 인식부(400)는 상술한 바와 같이, 시계열적 디지털 값에 대하여 절대 차분 표준 편차, 절대 적분치, 누적 적분치, 영점 교차 회 수를 생성할 수 있으며 생성된 디지털 값을 이용하여 특징맵을 생성할 수 있다.As described above, the
도 4a는 특징맵의 일례로써, 신호 추출부(200)에서 두 개의 채널에 대하여 신호를 추출하였기 때문에 2차원으로 구성된다. 편의를 위하여 x축 및 y축을 각각 채널1 및 채널2로 명명하기로 한다. 본 실시 예에서는 사용자의 손목이 좌측(left), 우측(right), 상방(up), 하방(down), 정지(rest)상태인 경우에 대하여, 각각 30회에 걸쳐서 근전도 신호를 소정의 시간 동안 수집하였다. 각 채널별로 30회에 걸쳐 수집된 근전도 신호의 시계열적 데이터에 대하여 수학식 1 내지 수학식 4 중 적어도 하나의 수학식을 적용하면, 30개의 절대 차분 표준 편차가 생성된다. 또한 두 개의 채널에 대하여 실험이 수행되었기 때문에 총 30개의 절대 차분 표준 편차의 2차원적 순서쌍이 생성된다. 상술한 과정을 통하여 얻은 30개의 순서쌍을 특징맵에 표시하도록 한다. 4A is an example of a feature map. Since the
예를 들어, 피실험자가 손목을 상방으로 향하게 한 경우 채널 1에서는 0.8의 절대 차분 표준 편차가 생성되며 채널 2에서는 0.2의 절대 차분 표준 편차가 생성되었다면 이를 x축 0.2, y축 0.8이 교차하는 지점에 표시하도록 한다. For example, if the subject faces the wrist upward, an absolute differential standard deviation of 0.8 will be generated in
도 4a를 참조하면 피실험자의 동작에 대하여 각각 30개의 점들이 도시되어 있으며, 이는 점의 형태에 따라서 원형은 정지 상태, 정사각형은 상방, 마름모형은 하방, 십자가형은 우측, 점은 좌측으로써 구별된다. 다섯 손목 운동의 상태에 대하여 각각 30회의 실험이 수행되었기 때문에 총 150개의 점이 도시되며, 이로써 특징맵에 형성된다.Referring to FIG. 4A, thirty points are respectively shown for the operation of the test subject, which is distinguished by a circle in a stationary state, a square in the top, a diamond in the bottom, a cross in the right, and a point in the left according to the shape of the point. . Since 30 experiments were performed on each of the five wrist movements, a total of 150 points are shown, thereby forming on the feature map.
특징맵이 형성되면, 특징맵에 대하여 클러스터링이 수행된다. 클러스터링은 k-최근린 방법, QDA(quadratic discriminant analysis), LDA(linear discrimineant analysis) 알고리즘을 통해서 수행될 수 있으며 도 4b는 k-최근린 방법, 도 4c는 QDA 알고리즘, 도 4d는 LDA 알고리즘에 의하여 클러스터링된 결과를 나타내는 그래프이다. 특징맵에 도시된 점들의 데이터를 기초로 손목의 움직임에 대한 영역이 도시된 것을 알 수 있다.Once the feature map is formed, clustering is performed on the feature map. Clustering can be performed by k-near method, quadratic discriminant analysis (QDA), linear discrimineant analysis (LDA) algorithm, and FIG. 4B is k-near neighbor method, FIG. 4C is QDA algorithm, and FIG. 4D is LDA algorithm. Graph showing clustered results. It can be seen that the area of the wrist movement is shown based on the data of the points shown in the feature map.
생체 상태 인식부(400)는 상술한 과정을 통하여 얻어진 클러스터링된 특징맵을 저장부(500)로부터 추출하여 생성된 절대 차분 표준 편차를 클러스터링된 특징맵에 매칭시켜 해당하는 영역을 판별하고 손목 움직임의 패턴을 인식할 수 있으며그 인식된 손목 움직임의 패턴 정보를 참조하여 사용자의 손목 사용에 대한 피로도 정도를 판단할 수 있다.The biometric
도 4b 내지 4d에서는 k-최근린 방법, QDA, LDA 알고리즘에 의하여서만 클러스터링이 수행되는 것과 같이 설명되었지만 이는 예시적인 것으로 클러스터링은 K-means, Fuzzy C-means 방법 등 다양한 클러스터링 방법에 의하여 수행될 수 있다.In FIGS. 4B to 4D, clustering is performed only by the k-near method, the QDA, and the LDA algorithm, but this is merely an example. Clustering may be performed by various clustering methods such as the K-means and Fuzzy C-means methods. have.
도 5는 본 발명의 또 다른 예에 따른 생체 신호 인식 장치를 설명하기 위한 블록도이다.5 is a block diagram illustrating an apparatus for recognizing a biosignal according to still another example of the present invention.
도 5에 도시된 바와 같이, 생체 신호 인식 장치는 센서부(100), 신호 추출부(200), ADC부(300), 생체 상태 인식부(400), 저장부(500) 및 출력부(600)를 포함할 수 있다. 다만, 본 실시 예의 구성 요소 중 도 2에서 설명된 구성 요소와 기능이 동일한 것에 대하여서는 설명이 생략된다.As shown in FIG. 5, the biosignal recognition apparatus includes a
본 실시 예는 도 2에서 설명된 실시 예와는 달리, 센서부(100)에서 추출된 복수 개의 근전도 신호는 일부의 근전도 신호가 추출되는 작업이 수행되기 전에 ADC 작업이 수행된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 센서부(100)에서 추출된 6개의 신호는 ADC부(300)로 전송되어, 6개의 채널에 해당하는 근전도 신호 모두가 디지털 신호로 변환되어 디지털 값이 생성된다. Unlike the embodiment described with reference to FIG. 2, the ADC operation is performed before the operation of extracting some EMG signals from the EMG signals extracted from the
신호 추출부(200)는 6개의 디지털 값 중 일부의 디지털 값을 추출할 수 있다. 신호 추출부(200)에서 일부의 디지털 값을 추출하는 방법은 도 3a 내지 3d와 관련되어 설명된 바와 같다.The
본 발명의 일 실시 예에 따른 ADC부(300)에서 추출된 디지털 근전도 신호에 FFT(fast Fourier transformation)를 수행할 수 있다. FFT가 수행되어 생성된 디지털 값은 근전도 신호에 대한 주파수 정보를 포함한다. Fast Fourier transformation (FFT) may be performed on the digital EMG signal extracted by the
신호 추출부(200)는 디지털 값의 주파수 정보에 기초하여 복수 개의 디지털 값에서 일부의 디지털 값을 추출할 수 있다. 이 같은 신호 추출부(200)는 아래 수학식 5 및 수학식 6을 통해 달성할 수 있다. 수학식 5 및 6은 복수 개의 디지털 주파수 값에서 일부의 디지털 주파수 값을 추출할 때 이용되는 중앙 주파수 및 평균 주파수를 나타내기 위한 수식이다.The
신호 추출부(200)는 6개의 디지털 값 중 일부의 디지털 값을 추출할 수 있다. 신호 추출부(200)에서 일부의 디지털 값을 추출하는 방법은 도 3a 내지 3d와 관련되어 설명된 바와 같다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 ADC부(300)에서 추출된 디지털 근전도 신호에 FFT(fast Fourier transformation)를 수행할 수 있다. FFT가 수행되어 생성된 디지털 값은 근전도 신호에 대한 주파수 정보를 포함한다. 신호 추출부(200)는 디지털 값의 주파수 정보에 기초하여 복수 개의 디지털 값에서 일부의 디지털 값을 추출할 수 있다. 이 같은 신호 추출부(200)는 아래 수학식 5 및 수학식 6을 통해 달성할 수 있다. 수학식 5 및 수학식 6은 복수 개의 디지털 주파수 값에서 일부의 디지털 주파수 값을 추출할 때 이용되는 중앙 주파수 및 평균 주파수를 나타내기 위한 수식이다.The
위 수학식 5는 중앙 주파수에 대한 식으로써, 여기서, s(f)는 디지털 값의 주파수 f 에 대응하는 면적 밀도 함수이다. 그리고 fmed는 중앙 주파수를 의미한다. 따라서, 중앙 주파수에 대한 식은 주파수에 의함 면적 밀도 함수의 하부의 전체 면적의 1/2가 되는 주파수를 중앙 주파수라고 정의할 수 있다.
평균 주파수에 대한 식은 아래 수학식 6으로부터 달성할 수 있다.The equation for the average frequency can be achieved from
위 수학식 5는 평균 주파수에 대한 식으로써, 여기서, fi는 i번째 주파수를 의미하며, Ii는 fi에 대응하는 강도(Intensity)를 의미한다. 또한, fmean은 평균 주파수를 의미한다. 따라서, 평균 주파수에 대한 식은 강도를 도수로, 주파수를 변량으로 기초하여 측정한 평균값이라 할 수 있다.
저장부(500)는 중앙 주파수 및 평균 주파수에 대하여 기설정된 임계 범위를 저장할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 이두근을 5초간 수축하고 5초간 이완하는 운동을 수행하는 경우에 있어, 수학식 4 및 5를 이용하여 생성된 중앙 주파수는 72.98±4.15이며, 평균 주파수는 90.14±4.17이다. 기존의 측정된 데이터를 이용하여 신호 추출부(200)는 기설정된 임계 범위 내에 존재하는 경우에 해당하는 디지털 값만을 추출할 수 있다.The
지금까지, 복수의 센서들로부터 감지된 근전도 신호들 중 일부를 선택적으로 추출하여 사용자의 움직임 패턴 또는 사용자의 근육 피로도 정도를 판단하는 생체 신호 인식 장치의 각 구성들에 대해 상세히 설명하였다. 이하에서는 본 발명에 따른 생체 인식 장치에서 복수의 센서들로부터 감지된 근저도 신호들 중 일부의 근전도 신호를 추출하여 사용자의 움직임 패턴 또는 근육 피로도 정도를 판단하는 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.Until now, the respective components of the biosignal recognition apparatus for selectively extracting some of the EMG signals detected from the plurality of sensors to determine the degree of movement of the user or the degree of muscle fatigue of the user have been described in detail. Hereinafter, a method of determining a user's movement pattern or muscle fatigue degree by extracting an EMG signal of some of the EEG signals detected by the plurality of sensors in the biometric device according to the present invention will be described in detail.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체 신호 인식 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating a method of recognizing a biosignal according to an exemplary embodiment.
도 6에 도시된 바와 같이, 생체 신호 인식 장치는 사용자의 생체에 부착된 복수의 센서들로부터 센싱된 복수 개의 근전도 신호를 수집한다(S510). 이후, 생체 신호 인식 장치는 수집된 복수 개의 근전도 신호에 대하여 ADC 작업이 수행되기 전 수집된 복수 개의 근전도 신호 중 일부의 신호만 선택적으로 추출한다(S520). 일 실시 예에 따라, 생체 신호 장치는 전술한 도 3a와 같이 저장부에 기저장된 근전도 신호의 유효성을 판정하기 위한 근전도 신호 임계값을 복수의 센서들로부터 센싱된 복수의 개의 근전도 신호와 비교하여 근전도 신호 임계값 이상의 움직임 패턴 관련 근전도 신호만을 추출할 수 있다.As shown in FIG. 6, the biosignal recognition apparatus collects a plurality of EMG signals sensed from a plurality of sensors attached to a user's living body (S510). Thereafter, the biosignal recognition apparatus selectively extracts only a portion of signals collected from the plurality of collected EMG signals before the ADC operation is performed on the collected plurality of EMG signals (S520). According to an embodiment, the biosignal apparatus may compare the EMG signal thresholds for determining the validity of the EMG signal previously stored in the storage unit with a plurality of EMG signals sensed by the plurality of sensors, as shown in FIG. 3A. Only EMG signals related to the movement pattern above the signal threshold may be extracted.
또 다른 실시 예에 따라, 생체 신호 장치는 전술한 도 3b와 같이, 저장부에 기저장된 근전도 신호와 생체의 움직임 패턴 간의 대응 관계에 기초하여 센서들로부터 센싱된 근전도 신호 중 저장부에 기저장된 패턴에 대응하는 근전도 신호만을 추출할 수 있다. 구체적으로, 저장부에는 복수 개의 다양한 패턴들이 근전도 신호의 세기에 대한 정보와 함께 대응되어 저장될 수 있다. 따라서, 생체 신호 장치는 복수의 센서들로부터 근전도 신호들이 센싱되어 복수의 근전도 신호들이 수집되면 수집된 근전도 신호들 중 저장부에 기저장된 패턴에 대응하는 근전도 신호만을 추출할 수 있다.According to another embodiment of the present disclosure, the biosignal device may include a pattern previously stored in the storage unit of the EMG signal sensed by the sensors based on a correspondence between the EMG signal previously stored in the storage unit and the movement pattern of the living body, as shown in FIG. 3B. Only EMG signals corresponding to the E can be extracted. In detail, a plurality of various patterns may be stored in the storage unit in correspondence with information on the strength of the EMG signal. Therefore, when the EMG signals are sensed from the plurality of sensors and the plurality of EMG signals are collected, the biosignal device may extract only EMG signals corresponding to patterns previously stored in the storage unit from the collected EMG signals.
또 다른 실시 예에 따라, 생체 신호 인식 장치는 주성분 분석(Princilpe component analysis: PCA) 방법 혹은 독립 성분 분석(Independent component Analsis : ICA) 방법을 이용하여 복수의 센서들부터 센싱된 근전도 신들 중 유효한 근전도 신호만을 추출할 수 있다. 이 같은 주성분 분석 방법에 대한 설명은 위에서 상세히 설명하였기에 이하에서는 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이 같은 다양한 실시 예를 통해 복수의 센서들로부터 센싱된 근전도 신호들 중 일부 근전도 신호가 추출되면 생체 신호 인식 장치는 추출된 일부의 근전도 신호를 ADC 작업를 통해 디지털 값으로 변환한다(S530). 이후, 생체 신호 인식 장치는 ADC 작업을 통해 채널별로 변환된 디지털 값이 시계열적 데이터로써 저장부에 저장되도록 처리한다. 소정의 시간에 걸쳐 채널별로 변환된 디지털 값에 저장부에 저장되면 생체 신호 인식 장치는 저장부에 기저장된 시계열적 디지털 값에 대한 절대 차분 표준 편차를 산출한다. 이 같은 생체 신호 인식 장치는 전술한 수학식 1 내지 수학식 4 중 적어도 하나의 수학식을 이용하여 저장부에 기저장된 시계열적 데이터 값에 대한 절대 차분 표준 편차를 산출할 수 있다. 여기서, 절대 차분 표준 편차는 절대 적분 평균치, 누적 적분치, 영점 교차횟수 중 적어도 하나를 이용하여 산출되는 것으로써, 이 같은 절대 차분 표준 편차를 산출하는 절대 적분 평균치, 누적 적분치, 영점 교차횟수는 전술한 바와 같이, 수학식 1 내지 수학식 4를 통해 달성할 수 있다.According to another embodiment, the biosignal recognition apparatus may use an effective EMG signal among EMG signals sensed from a plurality of sensors using a Principal Component Analysis (PCA) method or an Independent Component Analsis (ICA) method. Only bays can be extracted. Since the description of the principal component analysis method has been described above in detail, a detailed description thereof will be omitted. According to various embodiments of the present disclosure, when some EMG signals of the EMG signals sensed by the plurality of sensors are extracted, the biosignal recognition apparatus converts the extracted EMG signals into digital values through an ADC operation (S530). Thereafter, the biosignal recognition apparatus processes the digital value converted for each channel through the ADC operation to be stored in the storage unit as time series data. When the digital signal converted for each channel is stored in the storage unit over a predetermined time, the biosignal recognition apparatus calculates an absolute difference standard deviation with respect to the time-series digital values previously stored in the storage unit. Such a biosignal recognition apparatus may calculate an absolute difference standard deviation with respect to time series data values previously stored in a storage unit by using at least one of
수학식 1 내지 수학식 4 중 하나의 수학식을 통해 디지털 값이 산출되면 생체 신호 인식 장치는 채널 개수만큼 생성된 절대 차분 표준 편차와 저장부에 기저장된 클러스터링된 특징맵과 비교하여, 그 비교 결과에 따라서 사용자의 생체 움직임에 대한 패턴을 인식하거나 또는 근력 피로도 정보를 판단한다(S540). 이후, 생체 신호 인식 장치는 인식한 움직임 패턴 정보 또는 근육 피로도 정도에 대한 정보를 저장부에 저장하거나 또는 다른 어플리케이션(Application)으로 전송되도록 외부로 출력한다(S550).When the digital value is calculated through one of
도 7은 본 발명의 또 다른 생체 신호 인식 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 7 is a flowchart for explaining another biosignal recognition method of the present invention.
도 7에 도시된 바와 같이, 생체 신호 인식 장치는 사용자의 신체의 다양한 부위에 부착된 센서들로부터 센싱된 복수 개의 근전도 신호를 수집한다(S710). 여기서, 복수의 센서들로부터 센싱된 복수 개의 근전도 신호는 아날로그 신호이다. 따라서, 생체 신호 인식 장치는 복수의 센서들로부터 센싱된 복수 개의 아날로그 근전도 신호가 수집되면 ADC 작업을 통해 복수 개의 아날로그 근전도 신호를 디지털 값으로 변환한다(S720). 이후, 생체 신호 인식 장치는 아날로그 근전도 신호로부터 변환된 디지털 값들 중 일부의 디지털 값에 해당하는 디지털 근전도 신호를 추출한다(S730). 일부의 근전도 신호만을 추출하는 방법에 대해서는 상기에서 상세히 설명하였기에 이하에서는 근전도 신호 추출 방법에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.As illustrated in FIG. 7, the biosignal recognition apparatus collects a plurality of EMG signals sensed from sensors attached to various parts of the user's body (S710). Here, the plurality of EMG signals sensed from the plurality of sensors are analog signals. Therefore, when the plurality of analog EMG signals sensed by the plurality of sensors are collected, the biosignal recognition apparatus converts the plurality of analog EMG signals into digital values through an ADC operation (S720). Thereafter, the biosignal recognition apparatus extracts a digital EMG signal corresponding to a digital value of some of the digital values converted from the analog EMG signal (S730). Since a method of extracting only some EMG signals has been described above in detail, a detailed description of EMG signal extraction methods will be omitted.
기설정된 조건에 따라, 일부의 디지털 근전도 신호가 추출되면 생체 신호 인식 장치는 추출된 디지털 근전도 신호에 FFT를 수행하여 디지털 주파수 값을 생성한다. 이후, 생체 신호 인식 장치는 전술한 바와 같이 수학식 5 및 수학식 6을 통해 복수 개의 디지털 주파수 값에서 일부의 디지털 주파수 값을 추출할 수 있다. 수학식 5 및 수학식 6을 통해 복수의 디지털 주파수 값에서 일부의 디지털 주파수 값이 추출되면 생체 신호 인식 장치는 추출된 일부의 디지털 주파수 값을 기초로 생체의 움직임 패턴을 인식하거나 또는 움직임 패턴에 따라 근육 피로도 정도를 판단할 수 있다(S740). 이 같이, 단계 S740을 통해 사용자의 움직임 패턴에 대한 인식 혹은 움직임 패턴에 따른 근육 피로도 정도가 결정되면 생체 신호 인식 장치는 인식한 움직임 패턴 정보 또는 근육 피로도 정도에 대한 정보를 저장부에 저장하거나 또는 다른 어플리케이션(Application)으로 전송되도록 외부로 출력한다(S750).According to a predetermined condition, when some digital EMG signals are extracted, the biosignal recognition apparatus generates a digital frequency value by performing an FFT on the extracted digital EMG signals. Thereafter, the biosignal recognition apparatus may extract some digital frequency values from the plurality of digital frequency values through
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 누구든지 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범주 내에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다. 따라서 본 발명은 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는다면 다양한 변형 실시가 가능할 것이며, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.In the above described and described with respect to the preferred embodiment of the present invention anyone of ordinary skill in the art belongs to the preferred embodiment of the present invention within the scope without departing from the spirit and scope of the present invention Of course, it can be changed in various ways. Accordingly, it is intended that the present invention cover the modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents.
100 : 센서부 200 : 신호 추출부
300 : ADC부 400 : 생체 상태 인식부
500 : 저장부 600 : 출력부100: sensor unit 200: signal extraction unit
300: ADC unit 400: biological state recognition unit
500: storage unit 600: output unit
Claims (24)
상기 복수 개의 센서부로부터 각각 센싱된 복수 개의 근전도 신호중 일부를 선택적으로 추출하는 신호 추출부; 및
상기 추출된 근전도 신호를 기초로 상기 생체의 움직임 패턴 또는 근육 피로도 중 적어도 하나를 인식하는 생체 상태 인식부;를 포함하는 생체 신호 인식 장치에 있어서,
상기 근전도 신호의 유효성을 판정하기 위한 근전도 신호 임계값을 저장하는 저장부;를 더 포함하며,
상기 신호 추출부는,
상기 저장부로부터 추출한 상기 근전도 신호 임계값을 상기 근전도 신호와 비교하여 상기 근전도 신호 임계값 이상인 근전도 신호만을 추출하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 인식 장치.A plurality of sensor units respectively attached to a living body to sense an EMG signal;
A signal extractor configured to selectively extract some of a plurality of EMG signals sensed from the plurality of sensor units, respectively; And
In the bio-signal recognition apparatus comprising: a biometric state recognition unit for recognizing at least one of the movement pattern or muscle fatigue of the living body based on the extracted EMG signal,
And a storage unit configured to store an EMG signal threshold value for determining the validity of the EMG signal.
The signal extractor,
And extracting only an EMG signal which is greater than or equal to the EMG signal by comparing the EMG signal threshold value extracted from the storage unit with the EMG signal.
상기 신호 추출부로부터 추출된 상기 근전도 신호에 대하여 아날로그-디지털 변환을 수행하여, 상기 근전도 신호에 대한 디지털 값을 생성하는 ADC(analog-to-digital converter)부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 인식 장치.The method of claim 1,
An analog-to-digital converter (ADC) unit for performing an analog-to-digital conversion on the EMG signal extracted from the signal extractor to generate a digital value for the EMG signal;
Biological signal recognition device further comprising.
상기 저장부는 상기 움직임 패턴 또는 상기 근육 피로도 중 적어도 하나에 대응하는 영역이 디지털 값으로 표시된 특징맵을 더 저장하며,
상기 생체 상태 인식부는 상기 디지털 값 및 상기 저장부로부터 추출한 상기 특징맵에 기초하여 상기 움직임 패턴 또는 상기 근육 피로도 중 적어도 하나를 인식하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 인식 장치.The method of claim 3, wherein
The storage unit may further store a feature map in which an area corresponding to at least one of the movement pattern or the muscle fatigue level is displayed as a digital value.
And the biological state recognition unit recognizes at least one of the movement pattern and the muscle fatigue degree based on the digital value and the feature map extracted from the storage unit.
상기 저장부는 기설정된 시간 동안의 상기 디지털 값에 대응하는 시계열적 데이터를 더 저장하며,
상기 생체 상태 인식부가 상기 움직임 패턴 또는 상기 근육 피로도 중 적어도 하나를 인식하는데 이용되는 상기 디지털 값은 절대 차분 표준 편차, 절대 적분 평균치, 누적 적분치, 영점 교차횟수 중 적어도 하나를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 생체 신호 인식 장치.5. The method of claim 4,
The storage unit further stores time series data corresponding to the digital value for a preset time,
The digital value that is used by the biometric state recognition unit to recognize at least one of the movement pattern or the muscle fatigue is calculated using at least one of absolute difference standard deviation, absolute integral average value, cumulative integral value, and zero crossing count. Biometric signal recognition device.
상기 저장부는 상기 근전도 신호와 상기 움직임 패턴 또는 상기 근육 피로도 간의 대응 관계를 더 저장하며,
상기 신호 추출부는,
상기 센서부로부터 수신한 상기 근전도 신호 및 상기 저장부로부터 추출한 상기 근전도 신호와 상기 움직임 패턴 또는 상기 근육 피로도 간의 대응 관계에 기초하여, 하나 이상의 근전도 신호를 추출하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 인식 장치.The method of claim 1,
The storage unit further stores a correspondence relationship between the EMG signal and the movement pattern or the muscle fatigue,
The signal extractor,
And extracting at least one EMG signal based on a corresponding relationship between the EMG signal received from the sensor unit and the EMG signal extracted from the storage unit and the movement pattern or muscle fatigue.
상기 신호 추출부는,
주성분 분석(Principle component analysis:PCA) 혹은 독립 성분 분석(Independent Component analysis:ICA)를 이용하여 상기 복수 개의 근전도 신호 중 유효한 근전도 신호를 추출하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 인식 장치.The method of claim 1,
The signal extractor,
A biosignal recognition apparatus, comprising extracting a valid EMG signal from the plurality of EMG signals using principal component analysis (PCA) or independent component analysis (ICA).
상기 생체 상태 인식부는 k-최근린(k-nearest neighbor) 방법, 퍼지 c-민스(fuzzy c-means)방법 및 QDA(quadratic discriminant analysis), LDA(linear discriminant analysis) 알고리즘 중 적어도 하나를 이용하여 클러스터링된 상기 특징맵을 이용하여 패턴을 인식하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 인식 장치.5. The method of claim 4,
The biometric state recognition unit clusters using at least one of a k-nearest neighbor method, a fuzzy c-means method, a quadratic discriminant analysis (QDA), and a linear discriminant analysis (LDA) algorithm. The apparatus for recognizing a biosignal, characterized in that for recognizing a pattern using the feature map.
상기 생체 상태 인식부로부터 수신한 상기 움직임 패턴 또는 상기 근육 피로도 정보를 유선 또는 무선의 통신 장치를 이용하여 외부로 출력하는 출력부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 인식 장치.5. The method of claim 4,
And an output unit configured to output the movement pattern or the muscle fatigue information received from the biometric state recognition unit to the outside using a wired or wireless communication device.
상기 복수 개의 센서부 중 일부 센서부를 선택하는 외부 신호를 수신하는 사용자 인터페이스부;
상기 생체 신호 인식 장치에 전력을 공급하는 전원부; 및
상기 외부 신호에 기초하여, 상기 전원부로부터 전력을 공급받아 해당하는 상기 일부 센서부에 전력을 공급하는 스위칭부;를 더 포함하며,
상기 신호 추출부는 상기 스위칭부로부터 전력을 공급받은 상기 센서부로부터 근전도 신호를 추출하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 인식 장치.The method of claim 1,
A user interface unit configured to receive an external signal for selecting some of the plurality of sensor units;
A power supply unit supplying power to the biosignal recognition apparatus; And
And a switching unit receiving power from the power supply unit based on the external signal to supply power to the corresponding some sensor units.
The signal extracting unit extracts an EMG signal from the sensor unit supplied with power from the switching unit.
상기 복수 개의 센서부로부터 상기 근전도 신호를 전송받아, 아날로그 값을 디지털 값으로 변환하여 상기 신호 추출부로 전송하는 ADC부;를 더 포함하며,
상기 신호 추출부는 중앙 주파수 또는 평균 주파수 관련 식으로부터 산출된 절대 차분 표준 편차를 이용하여 복수 개의 상기 디지털 값으로부터 일부의 디지털 값을 추출하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 인식 장치.The method of claim 1,
And an ADC unit receiving the EMG signal from the plurality of sensor units, converting an analog value into a digital value and transmitting the analog value to a digital signal.
And the signal extracting unit extracts a part of digital values from the plurality of digital values by using an absolute difference standard deviation calculated from a center frequency or an average frequency related equation.
상기 저장부는 상기 디지털 값의 유효성을 판정하기 위한 임계 범위를 더 저장하며,
상기 ADC부에서 출력된 디지털 근전도 신호에 FFT(fast Fourier transformation)를 수행하여 디지털 주파수 값을 생성하며,
상기 신호 추출부는,
상기 저장부로부터 추출한 상기 임계 범위 내에 포함되는 상기 디지털 주파수 값을 추출하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 인식 장치.The method of claim 11,
The storage unit further stores a threshold range for determining the validity of the digital value,
A digital frequency value is generated by performing FFT (fast fourier transformation) on the digital EMG signal output from the ADC,
The signal extractor,
And extracting the digital frequency value included in the threshold range extracted from the storage unit.
상기 센싱된 복수 개의 근전도 신호 중 일부를 선택적으로 추출하는 단계; 및
상기 추출된 근전도 신호를 기초로 상기 생체의 움직임 패턴 또는 근육 피로도 중 적어도 하나를 인식하는 단계;를 포함하는 생체 신호 인식 방법에 있어서,
상기 복수 개의 근전도 신호 중 일부를 선택적으로 추출하는 단계는,
기저장된 상기 근전도 신호의 유효성을 판정하기 위한 근전도 신호 임계값을 상기 근전도 신호와 비교하여, 상기 근전도 신호 임계값 이상의 움직임 패턴 관련 근전도 신호만을 추출하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 인식 방법.Sensing a plurality of EMG signals to a living body for a predetermined time using the plurality of sensors;
Selectively extracting some of the sensed EMG signals; And
Recognizing at least one of the movement pattern or muscle fatigue of the living body based on the extracted EMG signal, comprising:
Selectively extracting some of the plurality of EMG signals,
And comparing only the EMG signal threshold value for determining the validity of the pre-stored EMG signal with the EMG signal, and extracting only an EMG signal related to a movement pattern equal to or greater than the EMG signal threshold value.
상기 추출된 상기 근전도 신호에 대하여 아날로그-디지털 변환을 수행하여, 상기 근전도 신호에 대한 디지털 값을 생성하는 단계;를 더 포함하는 생체 신호 인식 방법.The method of claim 13,
And performing a digital-to-digital conversion on the extracted EMG signal to generate a digital value for the EMG signal.
상기 디지털 값은 절대 차분 표준 편차, 절대 적분 평균치, 누적 적분치, 영점 교차횟수 중 적어도 하나를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 생체 신호 인식 방법.The method of claim 15,
And the digital value is calculated using at least one of absolute difference standard deviation, absolute integral average value, cumulative integral value, and zero crossing count.
상기 추출된 일부 근전도 신호를 기초로 상기 움직임 패턴 또는 상기 근육 피로도 중 적어도 하나를 인식하는 단계는,
상기 디지털 값 및 기저장된 상기 움직임 패턴 또는 근육 피로도에 대응하는 영역이 디지털 값으로 표시된 특징맵에 기초하여, 상기 움직임 패턴 또는 상기 근육 피로도를 인식하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 인식 방법.The method of claim 15,
Recognizing at least one of the movement pattern or the muscle fatigue based on the extracted partial EMG signal,
And recognizing the movement pattern or the muscle fatigue on the basis of the digital value and a feature map in which regions corresponding to the previously stored movement pattern or muscle fatigue are displayed as digital values.
상기 특징맵은 k-최근린(k-nearest neighbor) 방법, 퍼지 c-민스(fuzzy c-means)방법, QDA(quadratic discriminant analysis), LDA(linear discriminanat analysis) 알고리즘 중 적어도 하나를 이용하여 클러스터링된 것을 특징으로 하는 생체 신호 인식 방법.The method of claim 17,
The feature map is clustered using at least one of a k-nearest neighbor method, a fuzzy c-means method, a quadratic discriminant analysis (QDA), and a linear discriminanat analysis (LDA) algorithm. A biosignal recognition method, characterized in that.
상기 센싱된 복수 개의 근전도 신호 중 일부를 선택적으로 추출하는 단계는,
기저장된 상기 근전도 신호와 상기 생체의 움직임 패턴 간의 대응 관계에 기초하여, 수집된 상기 근전도 신호 중 저장된 상기 패턴에 대응하는 근전도 신호만을 추출하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 인식 방법.The method of claim 13,
Selectively extracting a part of the sensed plurality of EMG signals,
And extracting only an EMG signal corresponding to the stored pattern from the collected EMG signals based on a corresponding relationship between the pre-stored EMG signal and the movement pattern of the living body.
상기 패턴을 유선 또는 무선의 통신 장치를 이용하여 출력하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 인식 방법.The method of claim 19,
Outputting the pattern using a wired or wireless communication device;
Biological signal recognition method further comprises.
상기 센싱된 복수 개의 근전도 신호 중 일부를 선택적으로 추출하는 단계는,
주성분 분석(Principle component analysis:PCA) 혹은 독립 성분 분석(Independent Component Analysis:ICA)를 이용하여 상기 복수 개의 근전도 신호 중 유효한 근전도 신호를 추출하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 인식 방법.The method of claim 13,
Selectively extracting a part of the sensed plurality of EMG signals,
A biosignal recognition method comprising extracting a valid EMG signal from the plurality of EMG signals using principal component analysis (PCA) or Independent Component Analysis (ICA).
상기 복수 개의 센서 중 일부 센서를 선택하는 외부 신호를 수신하는 단계; 및
상기 외부 신호에 기초하여, 해당하는 상기 일부 센서에 전력을 공급하는 단계;를 더 포함하며,
상기 센싱된 복수 개의 근전도 신호 중 일부를 선택적으로 추출하는 단계는,
전력을 공급받은 상기 센서로부터 근전도 신호를 추출하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 인식 방법.The method of claim 13,
Receiving an external signal for selecting some of the plurality of sensors; And
Based on the external signal, supplying power to the corresponding some sensor;
Selectively extracting a part of the sensed plurality of EMG signals,
Extracting an EMG signal from the powered sensor.
상기 복수 개의 신호에 대하여 복수 개의 디지털 주파수 값을 생성하는 단계;
상기 복수 개의 디지털 주파수 값 중 일부를 선택적으로 추출하는 단계; 및
상기 추출된 디지털 주파수 값을 기초로 상기 생체의 움직임 패턴 또는 근육 피로도 중 적어도 하나를 인식하는 단계;를 포함하는 생체 신호 인식 방법에 있어서,
상기 디지털 주파수 값은 FFT에 의하여 생성되며,
상기 복수 개의 디지털 주파수 값 중 일부를 선택적으로 추출하는 단계는,
기저장된 상기 디지털 주파수 값의 유효성을 판정하기 위한 임계 범위 내에 포함되는 디지털 주파수 값을 선택적으로 추출하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 인식 방법.Sensing a plurality of EMG signals to a living body for a predetermined time using the plurality of sensors;
Generating a plurality of digital frequency values for the plurality of signals;
Selectively extracting some of the plurality of digital frequency values; And
Recognizing at least one of the movement pattern or muscle fatigue of the living body based on the extracted digital frequency value, comprising:
The digital frequency value is generated by FFT,
Selectively extracting a part of the plurality of digital frequency values,
And selectively extracting a digital frequency value included in a threshold range for determining the validity of the previously stored digital frequency value.
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Families Citing this family (5)
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---|---|---|---|---|
KR101973784B1 (en) * | 2017-08-25 | 2019-04-30 | 김태완 | Apparatus for assisting the drive of electric wheel chair and electric wheel chair having the same |
KR102058789B1 (en) * | 2017-11-27 | 2020-01-22 | 숭실대학교산학협력단 | Appratus for determining a change in hand motion using surface electromyogram signals and method thereof |
KR102476801B1 (en) * | 2020-07-22 | 2022-12-09 | 조선대학교산학협력단 | A method and apparatus for User recognition using 2D EMG spectrogram image |
KR102489647B1 (en) * | 2021-05-13 | 2023-01-17 | 엘아이지넥스원 주식회사 | Wearable monitoring system |
KR20240000980A (en) * | 2022-06-24 | 2024-01-03 | (주) 로임시스템 | Apparatus and method for physical performance comparaive analysis using fatigue analysis based on electromyography, and recording medium storing computer program for executing the method, and recording medium storing program for executing the method |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20050117253A (en) * | 2004-06-10 | 2005-12-14 | 삼성전자주식회사 | Electric stimulus generating device and method, and health training/monitoring apparatus and method using it |
KR20090077823A (en) * | 2006-11-14 | 2009-07-15 | 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. | System for fall prevention and a method for fall prevention using such a system |
-
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20050117253A (en) * | 2004-06-10 | 2005-12-14 | 삼성전자주식회사 | Electric stimulus generating device and method, and health training/monitoring apparatus and method using it |
KR20090077823A (en) * | 2006-11-14 | 2009-07-15 | 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. | System for fall prevention and a method for fall prevention using such a system |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101618820B1 (en) | 2014-08-25 | 2016-05-18 | 한상호 | Apparatus and mehtdo for determiing musclar movement |
US10751002B2 (en) | 2015-07-27 | 2020-08-25 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Biosignal processing apparatus and method |
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