KR20190012986A - A dynamic harness rehabilitation training system based motion recognition - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to motion recognition based dynamic harness rehabilitation training systems.
잘못된 생활 습관과 운동으로 인해 신체 밸런스는 저하되고, 저하된 밸런스 상태에서 운동은 오히려 독(poison)으로 작용하여 다양한 근골격계 질환이나 건강 악화를 야기한다. 일상 생활에서 자신의 생활 습관에 의한 잘못된 자세로 업무, 수면, 활동 및 휴식 등을 하면서 본인의 의도와 상관없이 신체 밸런스 저하가 조금씩 인체 내부에서 발생되고 축척된다. 잘못된 운동 습관은 운동 시 전문가의 지도 없이 잘못된 운동 자세, 준비 운동 부재나 자신의 체형, 체력 등을 고려하지 않고 무리한 운동으로 인해 인체의 기능 변형으로 인한 신체 밸런스 저하가 발생된다. 또한, 고령이거나 질환을 가져 거동이 불편한 노인의 경우, 야외에서 운동을 하는 것은 위험하고 어려운 일이다. 그리고, 각종 산업 재해나 교통 사고, 중풍 등의 질환으로 신체를 잘 움직이지 못하는 재활 환자에게는 매일 정해진 시간 동안 규칙적으로 재활 훈련이 필요하다.The body balance is reduced due to erroneous lifestyle and exercise, and exercise in the lowered balance state acts as a poison rather than causing a variety of musculoskeletal diseases or health deterioration. Regardless of my intention, my body balance declines slightly within the body during work, sleep, activity, and rest in the wrong attitude due to my lifestyle in my daily life. In case of wrong exercise habits, the physical balance is lowered due to the functional deformation of the human body due to unreasonable exercise without considering the wrong exercise attitude, absence of preparation exercise, own body shape, physical strength, etc. In addition, it is dangerous and difficult to exercise in the outdoors when the elderly or the elderly are ill with inconveniences. In addition, rehabilitation patients who can not move their bodies easily due to various industrial accidents, traffic accidents, paralysis, etc. need to be regularly rehabilitated for a fixed time every day.
이러한 재활 훈련은 통상 보행 훈련 및 자세 균형 훈련으로 이루어지며, 그 훈련은 신체의 위치를 제어해 신체의 무게 중심과, 신체와 환경이 적절한 관계를 유지하는 능력을 높이는 것이다. 이러한 이유로 많은 훈련 장치의 개발이 최근에 더욱 많이 이루어지고 있다.These rehabilitation exercises consist of gait training and postural balance training, which is to control the position of the body and to increase the ability of the body to maintain the proper relationship between the center of gravity and the body and environment. For this reason many more training devices have been developed more recently.
그러나, 종래의 훈련 장치들은 단순히 물리적인 수행을 요구할 뿐, 훈련 도중에 훈련자의 균형을 정밀하게 제어할 수 없어 상기 훈련자가 힘이 빠지거나 발을 헛디디는 경우에 낙상과 같은 안전 사고가 발생할 수 있고, 상기 훈련자의 보행 균형을 제어하는데 어려움이 있었다. 또한, 사용자의 흥미를 유발하기에 한계가 있었으며, 이에 훈련 효과가 높지 않은 문제가 있었다.However, conventional training devices simply require physical performance, and the balance of the trainee can not be precisely controlled during the training, so that a safety accident such as a fall may occur when the trainee falls out of his or her feet, There is a difficulty in controlling the walking balance of the trainee. Also, there was a limit to induce the user's interest, and there was a problem that the training effect was not high.
따라서, 훈련 시의 안전을 담보하고, 실시간으로 훈련 모니터링 및 분석이 가능하며, 사용자에게 흥미를 유발할 수 있는 훈련 시스템의 개발이 필요한 상황이다.Therefore, it is necessary to develop a training system that can guarantee safety during training, monitor and analyze the training in real time, and can generate interest to the user.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 훈련 시스템의 사용자가 일정 거리 패턴을 유지하면서 이동할 수 있고, 진동 피드백을 통해 낙상을 방지할 수 있고, 시각적인 바이오 피드백을 이용하여 균형 능력을 증진할 수 있고, 사용자의 흥미를 유발할 수 있는 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템을 제공한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a training system in which a user of a training system can move while maintaining a certain distance pattern, can prevent falling through vibration feedback, And provides a motion recognition based dynamic harness rehabilitation training system that can induce user's interest.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other matters not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템은, 가이드 레일을 구비하여 사용자를 지지하면서 이동하며, 상기 사용자의 위치 변화를 감지하고, 상기 사용자에게 적합한 보행 위치를 제공하는 보행 훈련 장치; 상기 사용자의 좌우 족저면에 각각 구비되며, 상기 사용자의 족저압 및 족저 변화를 감지하고, 상기 사용자에게 촉각 자극을 제공하는 스마트 인솔(insole); 상기 사용자의 자세 변화를 감지하고, 상기 사용자의 보행 훈련 모습 및 상기 사용자의 보행 훈련에 관련된 정보를 오버랩하여 디스플레이하는 스마트 미러 장치; 및 상기 위치 변화에 관련된 정보와, 상기 족저압 및 족저 변화에 관련된 정보와, 상기 자세 변화에 관련된 정보를 수집하여 상기 사용자의 밸런스를 분석하여 상기 사용자에게 제공하는 단말 장치를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a motion recognition based dynamic harness rehabilitation training system including a guide rail for moving while supporting a user, detecting a change in position of the user, A gait training device providing a position; A smart insole provided on each of the left and right footprints of the user for sensing a change in footprint and footprint of the user and providing tactile stimulation to the user; A smart mirror device for detecting a change in the posture of the user and displaying the information related to the walking training of the user and information related to the walking training of the user; And a terminal device for collecting information related to the positional change, information related to the footprint, footstep change, and information related to the posture change, and analyzing the balance of the user and providing the analyzed information to the user.
또한, 상기 보행 훈련 장치는, 상기 가이드 레일을 따라 이동하는 훈련 이동부; 상기 사용자의 상체에 착용하며, 상기 이동부에 와이어로 연결되어 상기 사용자를 지지하는 하네스부; 상기 와이어의 장력 변화를 감지하는 장력 감지 센서 및 상기 사용자의 위치 변화를 감지하는 제1 키넥트 센서를 포함하는 훈련 센서부; 상기 위치 변화에 따라 상기 사용자의 적합한 보행 위치에 대응하는 가상의 스마트 인솔 마크를 상기 사용자의 전방에 투사하여 표시하는 훈련 투사부; 상기 스마트 인솔 및 상기 단말 장치와 통신하는 훈련 통신부; 및 상기 사용자의 족저압 및 족저 변화와 상기 위치 변화를 기초로 상기 사용자가 상기 제1 키넥트 센서와 일정 거리를 유지하도록 상기 훈련 이동부를 제어하며, 상기 사용자의 족저압 및 족저 변화와 상기 와이어의 장력 변화를 기초로 상기 사용자의 낙상을 방지하도록 상기 하네스부를 제어하는 훈련 제어부를 포함할 수 있다.The gait training apparatus may further include: a training moving unit moving along the guide rail; A harness unit which is worn on the upper body of the user and is connected to the moving unit by a wire to support the user; A training sensor unit including a tension sensor for sensing a change in tension of the wire and a first Kinect sensor for sensing a change in position of the user; A training projection unit for projecting a virtual smart insole mark corresponding to a suitable walking position of the user in front of the user according to the position change; A training communicator for communicating with the smart insole and the terminal device; And controlling the training moving unit such that the user maintains a predetermined distance from the first kinect sensor based on the user's foot pressure and footing change and the position change, And a training control unit for controlling the harness unit to prevent the user from falling based on the change in tension.
또한, 상기 보행 훈련 장치는, 상기 사용자의 시선 전방에 위치하는 훈련 디스플레이부를 더 포함하며, 상기 단말 장치는, 상기 분석된 사용자의 밸런스에 관련된 정보를 상기 훈련 통신부를 통해 상기 훈련 디스플레이부에 표시할 수 있다.Further, the gait training apparatus may further include a training display unit positioned in front of the user's eyes, and the terminal device displays information related to the balance of the analyzed user on the training display unit through the training communication unit .
또한, 상기 스마트 인솔은, 상기 족저압을 감지하는 압력 센서와, 상기 족저면의 움직임에 따른 가속도를 감지하는 가속도 센서와, 지면에 대한 상기 족저면의 각도를 검출하는 각도 센서를 포함하는 스마트 인솔 센서부; 전족부 및 후족부 중 적어도 하나의 영역에 배치되어 상기 사용자의 족저면에 촉각 자극을 제공하는 스마트 인솔 진동부; 및 상기 스마트 인솔 센서부에서 감지된 정보에 기초하여 상기 사용자의 낙상 위험을 판단하여 상기 사용자의 족저면에 촉각 자극을 제공하도록 상기 스마트 인솔 진동부를 제어하는 스마트 인솔 제어부를 포함할 수 있다.The smart insole may further include a pressure sensor for sensing the foot pressure, an acceleration sensor for detecting an acceleration in accordance with the movement of the plantar surface, and an angle sensor for detecting an angle of the plantar surface with respect to the ground. A sensor unit; A smart insole vibrating portion disposed in at least one region of the forefoot and hindquarters to provide tactile stimulation to the user's foot; And a smart insole control unit for controlling the smart insole unit to determine a risk of falling of the user based on information sensed by the smart toe sensor unit and provide tactile stimulation to the foot of the user.
또한, 상기 스마트 인솔은, 상기 보행 훈련 장치 및 상기 단말 장치와 통신하는 스마트 인솔 통신부; 및 무선 충전이 가능한 배터리를 구비한 스마트 인솔 전원부를 더 포함할 수 있다.The smart insole may include a smart insole communication unit for communicating with the walking training device and the terminal device; And a smart insole power supply unit having a battery that can be charged wirelessly.
또한, 상기 스마트 미러 장치는, 상기 보행 훈련 모습을 보여주는 미러 패널 및 상기 보행 훈련에 관련된 정보를 보여주는 디스플레이 패널을 포함하는 스마트 미러부; 상기 사용자의 보행 훈련에 따른 자세 변화를 인식하는 제2 키넥트 센서를 포함하는 미러 센서부; 및 상기 보행 훈련 장치 및 상기 단말 장치와 통신하는 미러 통신부를 포함할 수 있다.The smart mirror device may further include: a smart mirror unit including a mirror panel showing a state of the gait training and a display panel showing information related to the gait training; A mirror sensor unit including a second Kinect sensor for recognizing a posture change according to the user's gait training; And a mirror communication unit for communicating with the gait training apparatus and the terminal apparatus.
또한, 상기 단말 장치는, 상기 족저압을 이용하여 산출된 압력 중심을 기초로 상기 사용자의 자세 균형 능력을 평가할 수 있다.In addition, the terminal device can evaluate the posture balancing ability of the user based on the pressure center calculated using the foot pressure.
그리고, 상기 사용자의 머리에 착용 가능하며, 상기 단말 장치와 통신 가능한 HMD를 더 포함하며, 상기 단말 장치는, 보행 재활 훈련이나 인지 훈련에 관련된 컨텐츠를 상기 HMD에 디스플레이할 수 있다.The HMD further includes a HMD that is wearable on the head of the user and is capable of communicating with the terminal device. The terminal device can display contents related to walking rehabilitation training or cognitive training on the HMD.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템은, 트레드밀(treadmill)에서 훈련하는 사용자를 지지하며, 상기 사용자의 하중 및 위치 변화를 감지하는 트레드밀 지지용 훈련 장치; 상기 사용자의 좌우 족저면에 각각 구비되며, 상기 사용자의 족저압 및 족저 변화를 감지하고, 상기 사용자에게 촉각 자극을 제공하는 스마트 인솔(insole); 상기 사용자의 자세 변화를 감지하고, 상기 사용자의 주행 훈련 모습 및 상기 사용자의 주행 훈련에 관련된 정보를 오버랩하여 디스플레이하는 스마트 미러 장치; 및 상기 하중 및 위치 변화 정보와, 상기 족저압 및 족저 변화 정보와, 상기 자세 변화 정보를 각각 수집하여 상기 사용자의 밸런스를 분석하여 상기 사용자에게 제공하는 포터블 장치를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a motion recognition based dynamic harness rehabilitation training system for supporting a user training in a treadmill and for training a treadmill to sense a load and a position change of the user Device; A smart insole provided on each of the left and right footprints of the user for sensing a change in footprint and footprint of the user and providing tactile stimulation to the user; A smart mirror device for detecting a change in the attitude of the user and displaying the driving training image of the user and information related to the driving training of the user in an overlapping manner; And a portable device that collects the load and position change information, the foot pressure and foot change information, and the posture change information, analyzes the balance of the user, and provides the analyzed balance to the user.
또한, 상기 트레드밀 지지용 훈련 장치는, 가이드 레일을 따라 이동하는 훈련 이동부; 상기 사용자의 상체에 착용하며, 상기 훈련 이동부에 와이어로 연결되어 상기 사용자를 지지하는 하네스부; 상기 하네스부에 설치되어 상기 하중을 감지하는 하중 감지 센서 및 상기 훈련 이동부에 설치되어 상기 위치 변화를 감지하는 위치 변화 감지 센서를 포함하는 훈련 센서부; 상기 훈련 이동부에 연결되는 연결부재와, 상기 연결부재에 연결되어 상기 포터블 장치가 장착되는 장착부재를 포함하는 포터블 장치 장착부; 상기 스마트 인솔 및 상기 포터블 장치와 통신하는 훈련 통신부; 및 상기 사용자의 족저압 및 족저 변화와 상기 하중 및 위치 변화를 기초로 상기 하네스부를 제어하는 훈련 제어부를 포함할 수 있다.The training device for supporting the treadmill may further include: a training moving part moving along the guide rail; A harness part which is worn on the upper body of the user and is connected to the training moving part by a wire to support the user; A load sensor installed in the harness unit for sensing the load and a position change sensor installed in the training moving unit and sensing the position change; A portable device mounting portion including a connecting member connected to the training moving portion, and a mounting member connected to the connecting member and to which the portable device is mounted; A training communicator for communicating with the smart insole and the portable device; And a training control unit for controlling the harness unit on the basis of a change in footprint of the user and footprints and changes in the load and the position.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Other specific details of the invention are included in the detailed description and drawings.
본 발명에 따르면, 사용자자가 일정 훈련 패턴을 유지하면서 훈련할 수 있고, 측정되는 데이터를 분석하여 훈련자의 자세 균형을 유지하고, 하네스 제어 및 진동 피드백을 통해 낙상을 방지할 수 있다.According to the present invention, the user can train while maintaining a constant training pattern, analyze the measured data to maintain the posture balance of the trainee, and prevent falling through harness control and vibration feedback.
또한, 시각적인 바이오 피드백을 이용하여 균형 능력을 증진할 수 있고, 사용자의 흥미를 유발할 수 있다.In addition, visual biofeedback can be used to enhance the balance ability and to induce user's interest.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템을 설명하기 위한 개념 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템의 보행 훈련 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템의 스마트 인솔(insole)을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 4a는 지면에 대한 족저면의 각도(α,β)를 나타내는 도면이며, 도 4b는 지면에 대한 족저면의 각도(α,β,γ)를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템의 스마트 인솔을 이용한 보행 가이드 방식을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템의 스마트 인솔의 진동부의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 스마트 인솔에 구비된 배터리 및 무선 패치의 동작을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템의 스마트 미러 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템의 단말 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 10a는 압력 중심(COP)의 궤적을 도시한 그래프 및 이의 부분 확대도이며, 도 10b는 SDC(Sway Density Curve)를 도시한 그래프 및 이의 부분 확대도이고, 도 10c는 시간에 따른 COP 및 Sway density의 관계를 각각 도시한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템을 설명하기 위한 개념 구성도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템의 보행 훈련 장치 및 포터블 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.1 is a conceptual diagram illustrating a motion recognition based dynamic harness rehabilitation training system according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating a gait training apparatus of a motion recognition based dynamic harness rehabilitation training system according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram illustrating a smart insole of a motion recognition based dynamic harness rehabilitation training system according to an embodiment of the present invention.
Fig. 4A is a view showing angles? And? Of a plantar surface with respect to the ground, and Fig. 4B is a view showing angles?,?, And?
FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining a walking guidance method using a smart insole of a motion recognition based dynamic harness rehabilitation training system according to an embodiment of the present invention.
6 is a view for explaining the arrangement of vibration parts of the smart insole of the motion recognition based dynamic harness rehabilitation training system according to the embodiment of the present invention.
7 is a view showing the operation of a battery and a wireless patch provided in a smart insole.
FIG. 8 is a block diagram illustrating a smart mirror device of a motion recognition based dynamic harness rehabilitation training system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
9 is a block diagram illustrating a terminal device of a motion recognition based dynamic harness rehabilitation training system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10A is a graph showing the locus of the pressure center COP and its enlarged view, FIG. 10B is a graph showing SDC (Sway Density Curve) and its enlarged view, FIG. 10C is a graph showing the COP and Sway density of the sample.
11 is a conceptual diagram illustrating a motion recognition based dynamic harness rehabilitation training system according to another embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a block diagram illustrating a gait training device and a portable device of the dynamic recognition harness rehabilitation training system based on the motion recognition according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and the manner of achieving them, will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.Although the first, second, etc. are used to describe various elements, components and / or sections, it is needless to say that these elements, components and / or sections are not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one element, element or section from another element, element or section. Therefore, it goes without saying that the first element, the first element or the first section mentioned below may be the second element, the second element or the second section within the technical spirit of the present invention.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "이루어지다(made of)"는 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. As used herein, the terms "comprises" and / or "made of" means that a component, step, operation, and / or element may be embodied in one or more other components, steps, operations, and / And does not exclude the presence or addition thereof.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템을 설명하기 위한 개념 구성도이다.1 is a conceptual diagram illustrating a motion recognition based dynamic harness rehabilitation training system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템(10)은, 보행 훈련 장치(100), 스마트 인솔(200), 스마트 미러 장치(300)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템(10)은, 단말 장치(400), HMD(500)를 더 포함할 수 있다. 보행 훈련 장치(100)는 사용자의 보행 훈련을 위한 장치이며, 스마트 인솔(200)은 사용자의 족저면에 구비되는 장치이고, 스마트 미러 장치(300)는 사용자의 훈련 모습을 볼 수 있는 장치이다. 또한, 단말 장치(400)는 사용자의 훈련 시 데이터를 수집하여 훈련 밸런스를 분석하여 제공하는 장치이며, HMD(500)는 사용자(U)의 머리에 착용 가능한 디스플레이 장치이다.Referring to FIG. 1, a motion recognition based dynamic harness
예를 들어, 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템(10)은, 가이드 레일(105)을 구비하여 사용자(U)를 지지하면서 이동하며, 상기 사용자(U)의 위치 변화를 감지하고, 상기 사용자(U)에게 적합한 보행 위치를 제공하는 보행 훈련 장치(100), 사용자(U)의 좌우 족저면에 각각 구비되며, 상기 사용자(U)의 족저압 및 족저 변화를 감지하고, 상기 사용자(U)에게 촉각 자극을 제공하는 스마트 인솔(200), 사용자(U)의 자세 변화를 감지하고, 상기 사용자(U)의 보행 훈련 모습 및 상기 사용자(U)의 보행 훈련에 관련된 정보를 오버랩하여 디스플레이하는 스마트 미러 장치(300)를 포함할 수 있다. 또한, 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템(10)은, 상기 위치 변화에 관련된 정보와, 상기 족저압 및 족저 변화에 관련된 정보와, 상기 자세 변화에 관련된 정보를 수집하여 사용자(U)의 밸런스를 분석하여 상기 사용자(U)에게 제공하는 단말 장치(400)를 더 포함할 수 있다. 이하에서는, 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템(10)의 각 장치에 대해 상세히 살펴 보도록 한다.For example, the motion recognition based dynamic harness
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템의 보행 훈련 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.2 is a block diagram illustrating a gait training apparatus of a motion recognition based dynamic harness rehabilitation training system according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 보행 훈련 장치(100)는 가이드 레일(105), 훈련 이동부(110), 하네스부(120), 훈련 센서부(130), 훈련 투사부(140), 훈련 통신부(150), 훈련 제어부(160), 훈련 디스플레이부(170), 훈련 저장부(미도시) 등을 포함할 수 있다.1 and 2, the
예를 들어, 보행 훈련 장치(100)는 가이드 레일(105)을 따라 이동하는 훈련 이동부(110), 사용자(U)의 상체에 착용하며, 상기 훈련 이동부(110)에 와이어(122)로 연결되어 상기 사용자를 지지하는 하네스부(120), 상기 와이어(122)의 장력 변화를 감지하는 장력 감지 센서(132) 및 상기 사용자(U)의 위치 변화를 감지하는 제1 키넥트 센서(134)를 포함하는 훈련 센서부(130), 상기 위치 변화에 따라 상기 사용자(U)의 적합한 보행 위치에 대응하는 가상의 스마트 인솔 마크(145)를 상기 사용자(U)의 전방에 투사하여 표시하는 훈련 투사부(140), 스마트 인솔(200) 및 단말 장치(400)와 통신하는 훈련 통신부(150), 상기 사용자의 족저압 및 족저 변화와 상기 위치 변화를 기초로 상기 사용자(U)가 상기 제1 키넥트 센서(134)와 일정 거리를 유지하도록 상기 훈련 이동부(110)를 제어하며, 상기 사용자(U)의 족저압 및 족저 변화와 상기 와이어(122)의 장력 변화를 기초로 상기 사용자(U)의 낙상을 방지하도록 상기 하네스부(120)를 제어하는 훈련 제어부(160)를 포함할 수 있다. 또한, 보행 훈련 장치(100)는 사용자의 시선 전방에 위치하는 훈련 디스플레이부(170), 보행 훈련 장치(100)에서 생성되는 데이터 및 정보와, 훈련 통신부(150)를 통해 다른 장치로부터 전송받는 데이터 및 각종 정보를 저장하는 훈련 저장부를 더 포함할 수 있다.For example, the
가이드 레일(105)은 도 1에 도시한 바와 같이, 천장에 설치할 수도 있으나, 복수의 수직 프레임(미도시)을 이용하여 공중에 부양된 형태로 구비될 수도 있다. 가이드 레일(105)의 형상, 구조, 재질 등을 적절하게 채택할 수 있음은 당업자에게 자명하다 할 것이다.The guide rails 105 may be installed on the ceiling as shown in FIG. 1, but they may be provided in a floating form using a plurality of vertical frames (not shown). It will be apparent to those skilled in the art that the shape, structure, material, and the like of the
훈련 이동부(110)는 가이드 레일(105)을 따라 이동하며, 보행 훈련 장치(100)를 이동시키는 구동력을 제공한다. 이러한 훈련 이동부(110)는 가이드 레일(105)을 따라 이동하는 레일 주행용 롤러(미도시), 상기 레일 주행용 롤러에 구동력을 제공하는 주행용 모터 등을 포함할 수 있다. 물론, 기존의 레일 하네스 시스템에 이용되는 다양한 구조를 응용 및 적용할 수 있다. 훈련 이동부(110)에서 주행용 모터는 훈련 제어부(160)의 제어 신호에 의해 제어되며, 훈련 제어부(160)는 주행용 모터의 회전축을 정방향 또는 역방향으로 회전시키도록 제어함으로써, 레일 주행용 롤러의 이동 방향을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 훈련 제어부(160)는 CW(clockwise)/CCW(counterclockwise) 명령에 의해 주행용 모터를 정회전/역회전시킬 수 있고, 훈련 제어부(160)는 CW/CCW 신호를 생성하여 주행용 모터를 제어한다. 그리고, 주행용 모터에는 제어를 위한 드라이버 및 속도를 제어하기 위한 감속기 등이 더 설치될 수 있다.The
하네스부(120)는 사용자의 상체에 착용할 수 있는 자켓 하네스(124)와 자켓 하네스(124)를 훈련 이동부(110)와 연결하는 와이어(122)를 포함할 수 있다. The
여기에서, 와이어(122)는 길이 방향의 부재로 벨트, 편조부재, 로프, 케이블 등의 형상으로 제조될 수 있다. 한편, 와이어(122)는 사용자(U)의 하중을 지탱할 수 있을 정도의 인장 강도를 지닌 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 와이어(122)와 훈련 이동부(110)가 연결된 영역에는 와이어(122)를 끌어올리거나 내리기 위한 벨트 드라이브(미도시) 등의 수단을 더 포함할 수 있고, 자켓 하네스(124)의 이탈을 방지하기 위한 체결 수단(미도시) 등이 포함될 수 있다. 자켓 하네스(124)는 사용자(U)의 상체에 착용 가능하도록 조끼, 점퍼 등의 형태로 구현될 수 있다.Here, the
훈련 센서부(130)는 와이어(122)의 장력 변화를 감지하는 장력 감지 센서(132) 및 사용자(U)의 위치 변화를 감지하는 제1 키넥트 센서(134)를 포함한다. 이때, 장력 감지 센서(132)는 와이어(122)에 설치되며, 제1 키넥트 센서(134)는 사용자(U)의 전방 상부에 위치하도록 훈련 이동부(110)에 연결되어 이동하는 것이 바람직하다.The
여기에서, 장력 감지 센서(132)에 의해 장력 변화가 감지되는 경우, 이를 사용자(U)의 낙상 여부를 판단하는 기초 자료로 사용할 수 있다. 예를 들어, 훈련 이동부(110)에 의해 보행하고 있는 사용자(U)가 하네스부(120)에 의해 지지되고 있는 상태에서 사용자(U)가 전방 또는 후방으로 급격히 쓰러지면서 이동하는 경우, 장력 감지 센서(132)서 장력 변화를 감지할 수 있다. 이때, 장력 변화의 크기가 미리 설정된 기준을 벗어날 경우, 훈련 제어부(160)는 사용자(U)가 쓰러지지 않도록 하네스부(120)를 제어할 수 있다. 여기에서, 사용자의 족저압 및 족저 변화를 와이어(122)의 장력 변화와 함께 사용하여 낙상 여부를 더욱 정확히 판단할 수 있다.Here, when a tension change is detected by the
또한, 제1 키넥트 센서(134)는 사용자(U)의 전방 상부에서 사용자(U)의 위치 변화를 감지할 수 있으며, 사용자(U)의 위치 변화를 사용자(U)의 적절한 이동 여부를 판단하는 기초 자료로 사용할 수 있다. 예를 들어, 훈련 이동부(110)에 의해 사용자가 보행하는 경우, 제1 키넥트 센서(134)도 훈련 이동부(110)에 연결되어 이동하게 된다. 이때, 제1 키넥트 센서(134)는 사용자(U)의 두 발의 위치를 촬영하여 확인할 수 있고, 제1 키넥트 센서(134)와 사용자(U)의 위치 변화를 확인함으로써, 훈련 제어부(160)는 사용자(U)가 상기 제1 키넥트 센서(134)와 일정 거리를 유지하도록 훈련 이동부(110)를 제어할 수 있다. 여기에서, 사용자의 족저압 및 족저 변화를 사용자(U)의 위치 변화와 함께 사용하여 사용자의 적절한 이동 여부를 더욱 정확히 판단할 수 있다.The first
훈련 투사부(140)는 사용자(U)의 위치 변화에 따라 사용자(U)의 적합한 보행 위치에 대응하는 가상의 스마트 인솔 마크(145)를 상기 사용자(U)의 전방에 투사하여 표시한다. 이때, 훈련 투사부(140)는 사용자(U)의 상부에서 가상의 스마트 인솔 마크(145)를 투사하도록 훈련 이동부(110)에 연결되어 이동하는 것이 바람직하다. 사용자(U)는 가상의 스마트 인솔 마크(145)에 맞추어 보행함으로써, 적절한 보행 거리, 보행 속도 등을 유지할 수 있고, 이를 통해 재활 훈련의 효과를 극대화할 수 있다.The
훈련 통신부(150)는 스마트 인솔(200), 스마트 미러 장치(300), 단말 장치(400), HMD(500) 등 다른 장치들과 통신할 수 있다. 예를 들어, 훈련 통신부(150)는 스마트 인솔(200)로부터 사용자(U)의 족저압 및 족저 변화 등의 정보를 전송 받을 수 있고, 단말 장치(400)로부터 제어 신호를 받을 수 있다. 또한, 보행 훈련 장치(100)에서 획득되는 데이터, 생성되는 각종 정보 등을 단말 장치(400)나 스마트 미러 장치(300), HMD(500)로 전송할 수 있다.The
이때 훈련 통신부(150)와 스마트 인솔(200), 스마트 미러 장치(300), 단말 장치(400) 등 다른 장치들이 서로 근거리 무선 통신 또는 원거리 무선 통신할 수 있다. 바람직하게, 훈련 통신부(150)와 스마트 인솔(200), 스마트 미러 장치(300), 단말 장치(400) 등 다른 장치들이 근거리 통신을 이용할 수 있다. 여기에서, 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), NFC(Near Field Communication), 와이브리(Wibree) 중 하나일 수 있다. 예를 들어, 블루투스는 근거리 무선 통신 규격의 하나로, 반경 10~100m 안에서 각종 전자 및 정보통신 기기를 무선으로 연결 제어하며, 2.45Ghz 주파수를 사용하고, 와이브리는 2.4 Ghz 대역의 주파수를 사용하며, 10m 정도까지의 거리를 1Mbps의 통신 속도로 여러 기기를 무선으로 연결 제어한다. 물론, 상기 근거리 무선 통신에만 제한되지 않고, 다른 무선 통신 방식을 채택할 수 있음은 당업자에게 자명하다 할 것이다.At this time, other devices such as the
훈련 제어부(160)는 사용자(U)의 족저압 및 족저 변화와 사용자(U)의 위치 변화를 기초로 상기 사용자(U)가 제1 키넥트 센서(134)와 일정 거리를 유지하도록 훈련 이동부(110)를 제어하며, 사용자(U)의 족저압 및 족저 변화와 와이어(122)의 장력 변화를 기초로 상기 사용자(U)의 낙상을 방지하도록 하네스부(120)를 제어할 수 있다. The
즉, 훈련 제어부(160)는 스마트 인솔(200)로부터 전송되는 정보와 제1 키넥트 센서(134)로부터 획득되는 정보를 이용하여 사용자의 보행 속도, 보폭 등을 가이드할 수 있다. 또한, 훈련 제어부(160)는 스마트 인솔(200)로부터 전송되는 정보와 장력 감지 센서(132)로부터 획득되는 정보를 이용하여 사용자의 낙상 위험을 미연에 방지할 수 있다.That is, the
예를 들어, 스마트 인솔(200)에서 센싱한 족저압의 크기가 기설정된 기준 족저압 이하이고, 족저면의 각도가 기설정된 기준 각도 이상이면서, 장력 감지 센서(132)에서 센싱한 장력 변화가 기설정된 기준 장력 변화 이상인 경우, 훈련 제어부(160)는 사용자(U)의 낙상 위험이 크다는 것으로 판단하며, 훈련 제어부(160)는 하네스부(120)를 제어하여 와이어(122)를 당겨 사용자(U)의 낙상을 방지할 수 있다.For example, if the size of the low pressure sensed by the
또한, 스마트 인솔(200)에서 센싱한 족저압의 크기가 기설정된 기준 족저압 이하이고, 족저면의 각도가 기설정된 기준 각도 이상이면서, 제1 키넥트 센서(134)에서 센싱한 사용자(U)의 위치 변화가 기설정된 기준 위치 범위를 벗어난 경우, 훈련 제어부(160)는 사용자(U)의 보행 훈련이 부적절하다는 것으로 판단하며, 훈련 제어부(160)는 훈련 이동부(110)를 제어하여 적절한 속도로 훈련 이동부(110)가 이동하도록 할 수 있다.When the user U sensed by the
훈련 디스플레이부(170)는 사용자(U)의 시선 전방에 위치하며, 사용자(U)의 보행 정보, 보행 훈련 관련 컨텐츠 등을 디스플레이할 수 있다. 특히, 훈련 디스플레이부(170)는 단말 장치(400)에 의해 분석된 사용자(U)의 밸런스에 관련된 정보를 표시함으로써, 사용자(U)가 보행 밸런스를 유지하면서 훈련을 하도록 자극할 수 있다. 이때, 훈련 디스플레이부(170)는 사용자(U)의 전방에서 사용자(U)의 밸런스에 관련된 정보 등을 표시하도록 훈련 이동부(110)에 연결되어 함께 이동하는 것이 바람직하다. 또한, 훈련 디스플레이부(170)는 후술할 스마트 인솔(200)로부터 전송되는 낙상 위험 신호에 기초하여 낙상 위험 정보를 표시할 수 있다. 사용자(U)는 훈련 디스플레이부(170)를 눈으로 확인하며 보행 훈련을 수행하므로 낙상 위험의 존부를 즉각적으로 인식할 수 있게 된다.The
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템의 스마트 인솔(insole)을 설명하기 위한 블록 구성도이다. 또한, 도 4a는 지면에 대한 족저면의 각도(α,β)를 나타내는 도면이며, 도 4b는 지면에 대한 족저면의 각도(α,β,γ)를 나타내는 도면이다. 또한, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템의 스마트 인솔을 이용한 보행 가이드 방식을 설명하기 위한 개념도이다. 또한, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템의 스마트 인솔의 진동부의 배치를 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 7은 스마트 인솔에 구비된 배터리 및 무선 패치의 동작을 나타내는 도면이다.3 is a block diagram illustrating a smart insole of a motion recognition based dynamic harness rehabilitation training system according to an embodiment of the present invention. Fig. 4A is a view showing angles? And? Of a plantar surface with respect to the ground, and Fig. 4B is a diagram showing angles?,?, And? Of a plantar surface with respect to the ground. 5 is a conceptual diagram for explaining a walking guidance method using a smart insole of a dynamic harness rehabilitation training system based on motion recognition according to an embodiment of the present invention. 6 is a view for explaining the arrangement of vibration parts of the smart insole of the motion recognition based dynamic harness rehabilitation training system according to the embodiment of the present invention. 7 is a view showing the operation of the battery and the wireless patch provided in the smart insole.
도 1과, 도 3 내지 도 7을 참조하면, 스마트 인솔(200)은 사용자(U)의 좌우 족저면에 각각 구비되며, 스마트 인솔 센서부(210), 스마트 인솔 진동부(220), 스마트 인솔 제어부(230), 스마트 인솔 통신부(240), 스마트 인솔 전원부(210) 등을 포함한다.3 and 7, the
스마트 인솔(200)은 사용자(U)가 착용하는 신발 내부에 삽입되는 형태로 제조될 수도 있지만, 신발이나 슬리퍼와 일체화된 형태로 제조될 수도 있다. 이에, 본 명세서에서 지칭하는 스마트 인솔(200)은 별개로 제조된 제품뿐만 아니라 이를 포함하는 신발이나 슬리퍼 등을 포괄하는 개념이다.The
스마트 인솔 센서부(210)는 족저압을 감지하는 압력 센서(미도시)와, 족저면의 움직임에 따른 가속도를 감지하는 가속도 센서(미도시)와, 지면에 대한 상기 족저면의 각도를 검출하는 각도 센서(미도시)를 포함할 수 있다. 더욱 상세하게는, 스마트 인솔 센서부(210)는 압력 센서와, 3축 가속도 센서, 3축 자이로 센서 및 3축 지자기 센서로 구성된 9축 센서로 이루어질 수 있다.The smart
여기에서, 압력 센서는 사용자(U)가 스마트 인솔(200)에 대하여 가하는 압력, 힘, 발바닥에서의 사용자(U)의 무게 중심 등을 지득할 수 있다. 이러한 압력 센서는 FSR(Force Sensing Resistor) 또는 로드셀(Load Cell) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. FSR(Force Sensing Resistor) 및/또는 로드셀(Load Cell)로 이루어진 압력 센서는 스마트 인솔(200)에 복수개가 형성될 수 있다. 예를 들어, FSR(Force Sensing Resistor)은 표면에 힘을 증가시킬 때 감소하는 저항이 발생하는 폴리머 필름(Polymer Film)으로 자체의 저항 값을 가지고 있는 데 이 저항 값은 활동 영역에 가해지는 힘의 크기에 따라 반비례하는 특성을 가지고 있으며 이를 이용하여 사용자(U)의 족저압을 감지할 수 있다. 또한, 압력 센서를 스마트 인솔(200)에 설치된 필름 형태의 로드셀로 구성할 수도 있다. 이러한 FSR(Force Sensing Resistor) 및/또는 로드셀(Load Cell)은 전후좌우 방향으로 대칭으로 설치하는 것이 사용자(U)의 중심이나 이동 방향을 보다 정확하게 파악하는데 도움이 될 수 있다. 그리고, 압력 센서가 스마트 인솔(200)에 설치되어 사용자(U)의 족저압을 측정할 수 있는 센서이면 다른 형태의 센서가 적용될 수 있음은 물론이다. 족저압의 정보는 사용자(U)의 낙상 위험 여부를 판단하기 위한 기초 자료나 사용자(U)의 적절한 보행 속도 등을 산출하기 위한 자료로 이용될 수 있다.Here, the pressure sensor can acquire the pressure, the force, the center of gravity of the user U at the sole, etc., which the user U applies to the
또한, 가속도 센서(미도시)와, 각도 센서(미도시)는 각각 사용자(U)의 보행 중 족저면의 움직임 가속도나 지면에 대한 족저면의 각도(α,β)를 검출할 수 있다. 가속도 정보는 사용자(U)의 보행 속도 등을 판단하기 위한 기초 자료로 이용될 수 있고, 지면에 대한 족저면의 각도 정보는 사용자(U)의 적절한 보행 속도 등을 산출하기 위한 자료나 사용자(U)의 낙상 위험 여부를 판단하기 위한 기초 자료로 이용될 수 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 스마트 인솔 센서부(210)는 입각기(stance phase)에서 뒤꿈치가 닿을 때의 지면에 대한 족저면의 각도(β)와 뒤꿈치가 들리고 발가락 부위(앞꿈치)로 지탱할 때의 지면에 대한 족저면의 각도(α)를 검출할 수 있다. 이때, 족저면의 각도(α, β)는 사용자(U)의 보행 방향에 평행인 방향을 기준으로 측정된 값이다. 그리고, 도 4b에 도시된 바와 같이, 스마트 인솔 센서부(210)는 보행 방향에 수직인 방향을 기준으로 한 지면에 대한 족저면의 각도(γ)를 검출할 수도 있고, 이는 사용자(U)의 좌우측 방향으로의 낙상 위험을 감지하기 위한 기초 정보로 활용될 수 있다.Further, the acceleration sensor (not shown) and the angle sensor (not shown) can detect the motion acceleration of the plantar surface of the user U and the angles alpha and beta of the plantar surface with respect to the ground, respectively. The acceleration information may be used as basic data for determining the walking speed of the user U and the angular information of the plantar surface with respect to the ground may be data for calculating an appropriate walking speed of the user U, ) Can be used as a basic data for determining whether or not a fall risk exists. As shown in FIG. 4A, the smart
스마트 인솔 진동부(220)는 전족부 및 후족부 중 적어도 하나의 영역에 배치되어 사용자(U)의 족저면에 촉각 자극을 제공한다. 촉각 자극은 진동 자극, 전기 자극 등 다양한 방식의 자극일 수 있고, 진동 자극이나 전기 자극의 패턴, 세기, 주기 등은 사용자에 의하여 다양하게 설정될 수 있다. 나아가, 단말 장치(400) 등의 수단을 이용해 진동 자극이나 전기 자극의 패턴, 세기, 주기 등을 변경할 수도 있다.The
이때, 스마트 인솔 센서부(210)의 데이터에 기초하여 스마트 인솔 진동부(220)는 사용자의 보행 자세를 가이드할 수 있다. 스마트 인솔 센서부(210)에 의해 감지된 데이터에 기초하여 사용자(U)의 보행 속도나 보행 주기 등을 확인할 수 있으며, 이를 기초로 보행 자세를 가이드할 수 있다. 보행 주기는 초기 닿기(initial contact), 반대쪽 발가락 떼기(oppsite toe off), 발뒤꿈치 상승(heel rise), 반대쪽 초기 닿기(opposite contact), 발가락 떼기(toe off), 양발 인접(feet adjacent), 경골 수직(tibial vertical)과 다시 초기 닿기(initial contact)의 8개의 과정으로 세분화될 수 있다. 이를 크게 나누면, 한쪽 발 뒤꿈치가 닿을 때부터 같은 다리의 발가락이 떨어질 때까지의 보행주기인 입각기(stance phase)(대략 60% 차지)와 한쪽 발가락이 떨어질 때부터 같은 발의 뒤꿈치가 닿을 때까지의 보행주기인 유각기(swing phase)(대략 40% 차지)로 나뉘는데, 스마트 인솔 센서부(210)의 센싱 결과를 통해 사용자(U)의 보폭, 사용자가 보행하면서 지면에 닿아야 할 족저면의 영역 등을 검출할 수 있다.At this time, based on the data of the smart
예를 들어, 도 5에 도시한 바와 같이, (a)단계에서는 사용자(U)의 오른발 앞꿈치가 지면에 먼저 닿아야 하기 때문에, 전족부 영역에 배치된 스마트 인솔 진동부(220)가 촉각 자극을 인가한다. 그 다음 (b)단계에서는 사용자(U)의 오른발 뒤꿈치가 지면에 닿아야 하므로, 후족부 영역에 배치된 스마트 인솔 진동부(220)가 촉각 자극을 인가한다. 다시 (c)단계를 거쳐 (d)단계에 이르면, 사용자(U)의 오른발 뒤꿈치가 지면에 닿아야 하므로, 후족부 영역에 배치된 스마트 인솔 진동부(220)가 촉각 자극을 인가한다. 왼발에 대해서는 도시하지 않았지만, 왼발에 대해서도 스마트 인솔 진동부(220)가 동일한 원리로 동작하게 된다. 이러한 스마트 인솔 진동부(220)의 가이드 동작에 따라 보행이 제대로 이루어지는지를 판단하기 위하여, 압력 센서가 가이드를 위한 촉각 자극 인가 뒤에 해당 영역이 지면에 닿았는지를 판단한다.For example, as shown in FIG. 5, in step (a), since the right foref of the user U must touch the ground first, the smart
또한, 스마트 인솔 센서부(210)의 데이터에 기초하여 사용자(U)의 넘어질 위험을 판단하고, 이를 기초로 스마트 인솔 제어부(230)의 제어에 의해 스마트 인솔 진동부(220)가 촉각 자극을 제공할 수 있다. 도 4b에 도시한 바와 같이, 족저면의 각도(α,β)는 사용자(U)의 보행 방향에 평행인 방향을 기준으로 측정된 값이다. 또한, 보행 방향에 수직인 방향을 기준으로, 지면에 대한 족저면의 각도(γ)를 검출할 수도 있다. 즉, 스마트 인솔 센서부(210)의 각도 센서에 의한 족저면의 각도는 보행 방향에 평행한 방향을 기준으로 측정된 족저면의 각도일 수도 있고, 보행 방향에 수직인 방향을 기준으로 측정된 족저면의 각도일 수도 있다. 보행 방향에 평행한 방향을 기준으로 측정된 족저면의 각도는 사용자(U)가 전방 또는 후방으로 넘어질 위험에 있음을 판단하는 기준이 될 수 있고, 보행 방향에 수직인 방향을 기준으로 측정된 족저면의 각도는 사용자(U)가 좌측이나 우측으로 넘어질 위험에 있음을 판단하는 기준이 될 수 있다. The smart
도 6에 도시한 바와 같이, 스마트 인솔 진동부(220)는 전족부 및 후족부 영역에 각각 배치된 제1 및 제2 진동모듈(241, 242)과 함께, 우측족부 및 좌측족부 영역에 각각 배치된 제3 및 제4 진동모듈(243, 244)을 더 포함할 수 있다. 이에, 지면에 대한 뒤꿈치의 각도(α)가 기설정된 범위를 초과하는 경우 후족부에 위치한 영역의 제2 진동모듈(242)을 제어하여 진동 자극을 인가하고, 지면에 대한 앞꿈치의 각도(β)가 기설정된 범위를 초과하는 경우 전족부에 위치한 영역의 제1 진동모듈(241)을 제어하여 진동 자극을 인가하며, 사용자의 보행 방향에 수직인 방향을 기준으로 지면에 대한 족저면의 각도(γ)가 기설정된 범위를 초과하는 경우 좌측족부에 위치한 제3 진동모듈(243)이나 우측족부에 위치한 제4 진동모듈(244)을 제어하여 진동 자극을 인가함으로써, 사용자(U)에게 낙상의 위험뿐만 아니라 낙상의 방향까지 인식시킬 수 있게 된다.6, the smart
스마트 인솔 제어부(230)는 스마트 인솔 센서부(210)에서 감지된 정보에 기초하여 사용자(U)의 낙상 위험을 판단하여 상기 사용자(U)의 족저면에 촉각 자극을 제공하도록 스마트 인솔 진동부(220)를 제어한다.The smart
예를 들어, 스마트 인솔 제어부(230)는 스마트 인솔 센서부(210)에서 센싱한 센싱 정보(족저압, 족저면의 가속도, 지면에 대한 족저면의 각도 등)에 기초하여 사용자(U)의 낙상 위험이 존재한다고 판단되면 사용자(U)의 족저면에 촉각 자극을 제공하도록 스마트 인솔 진동부(220)를 제어한다.For example, the smart
구체적으로, 스마트 인솔 제어부(230)는 지면에 대한 족저면의 적정 각도를 기준으로, 스마트 인솔 센서부(210)에서 센싱한 족저면의 각도가 기설정된 적정 각도를 초과하는 경우, 사용자(U)의 낙상 위험이 크다는 것으로 인지하여 낙상 위험 신호를 생성한다. 지면에 대한 족저면의 적정 각도란 사용자(U)가 낙상 위험 없이 안정적으로 보행할 수 있는 각도로서, 사용자의 보행 방향을 기준으로 지면에 대한 족저면의 각도(α, β)나 사용자의 보행 방향에 수직인 방향을 기준으로 지면에 대한 족저면의 각도(γ)의 적정값을 의미한다. 족저면의 적정 각도는 사용자(U)마다 달리 설정될 수도 있고, 이를 미리 데이터베이스화하여 스마트 인솔 저장부(미도시) 등에 저장할 수 있다. Specifically, when the angle of the plantar surface sensed by the smart
스마트 인솔 제어부(230)가 생성한 낙상 위험 신호는 보행 훈련 장치(100)로 송신되고, 보행 훈련 장치(100)의 훈련 제어부(160)는 낙상 위험 신호를 참조하여 훈련 이동부(110)나 하네스부(120)를 제어한다. 즉, 낙상 위험 신호에 더해 제1 키넥트 센서(134)에서 감지되는 사용자(U)의 위치 변화나 장력 감지 센서(132)에서 감지되는 와이어의 장력 변화를 이용하여 사용자(U)가 적절한 보행 훈련을 수행하고, 사용자(U)의 낙상 위험을 미연에 방지할 수 있다.The fall risk signal generated by the smart
이에, 스마트 인솔 제어부(230)에 의한 스마트 인솔 진동부(220)를 제어함으로써, 사용자(U)에게 낙상 위험을 알릴 수 있고, 훈련 제어부(160)에 의한 훈련 이동부(110)나 하네스부(120)를 제어함으로써, 사용자(U)의 낙상 위험을 물리적으로 방지할 수 있다. 그러므로, 스마트 인솔(200)에서 1차적으로 사용자(U)에게 낙상 위험이나 부적절한 보행 자세 등을 경고할 수 있고, 사용자(U)가 낙상 위험에 있거나 부적절한 보행 훈련을 하고 있더라도 최종적으로 보행 훈련 장치(100)에서 낙상 위험이나 부적절한 보행 훈련의 문제를 해결할 수 있다.The smart
스마트 인솔 통신부(240)는 스마트 인솔 센서부(210)의 데이터나 스마트 인솔 제어부(230)의 낙상 위험 판단 결과 등을 보행 훈련 장치(100)나 스마트 미러 장치(300), 단말 장치(400), HMD(500) 등으로 전송할 수 있다. 또한, 스마트 인솔 통신부(240)는 보행 훈련 장치(100)나 스마트 미러 장치(300), 단말 장치(400), HMD(500) 등으로부터 데이터나 정보 등을 수신할 수 있다. 스마트 인솔 통신부(240)는 와이파이(Wi-fi), 블루투스(Bluetooth), 인터넷(internet), 지그비(Zigbee) 등 기공지된 다양한 무선 네트워크 기술을 응용한 통신 모듈로 구현될 수 있다. 스마트 인솔 통신부(240)를 통해 송수신되는 데이터나 정보 등은 저장 및 가공되어 사용자(U)의 보행 패턴 등을 분석하기 위한 빅데이터로 구축될 수 있다.The smart
스마트 인솔 전원부(250)는 무선 충전이 가능한 배터리(252)를 구비하며, 배터리(252)의 자동 충전을 위해 무선 패치(254)를 구비할 수 있다. 배터리(252)는 스마트 인솔(200)의 각 구성요소를 동작시키기 위한 전원을 공급하는 기능을 수행한다. 도 7에 도시한 바와 같이, 스마트 인솔(200)이 무선 충전기(50) 위에 놓이면 무선 패치(254)와 무선 충전기(50) 사이의 작용에 의하여 배터리(252)가 무선 충전될 수 있다. 무선 충전 방식으로는 코일 간 전자기 유도 현상을 이용한 자기 유도 방식, 코일 간 자기 공진 현상을 이용한 자기 공진 방식, 방사 현상을 이용한 안테나 방식 등이 있으며, 상기 무선 충전 방식을 비롯하여 기공지된 다양한 무선 충전 방식을 이용할 수 있다. 물론, 충전 방식에 따라 무선 패치(254)의 형태, 구성 및 재질 등이 상이해질 수 있다.The smart insole
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템의 스마트 미러 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.FIG. 8 is a block diagram illustrating a smart mirror device of a motion recognition based dynamic harness rehabilitation training system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
도 1 및 도 8을 참조하면, 스마트 미러 장치(300)는 스마트 미러부(310), 미러 센서부(320), 미러 통신부(330), 미러 제어부(340), 미러 저장부(350) 등을 포함할 수 있다.1 and 8, the
예를 들어, 스마트 미러 장치(300)는 보행 훈련 모습을 보여주는 미러 패널(312) 및 상기 보행 훈련에 관련된 정보를 보여주는 디스플레이 패널(314)을 포함하는 스마트 미러부(310), 상기 사용자(U)의 보행 훈련에 따른 자세 변화를 인식하는 제2 키넥트 센서를 포함하는 미러 센서부(320), 보행 훈련 장치(100) 및 단말 장치(200)와 통신하는 미러 통신부(330)를 포함하며, 상기 스마트 미러부(310), 미러 센서부(320), 미러 통신부(330) 등을 제어하는 미러 제어부(340), 미러 통신부(330)를 통해 전송되는 정보 등을 저장하고, 미러 센서부(320)에서 감지되는 데이터 등을 저장하는 미러 저장부(350)를 포함할 수 있다.For example, the
스마트 미러부(310)는 미러 패널(312)을 통해 사용자(U)가 보행 훈련 모습을 볼 수 있고, 디스플레이 패널(314)에서 상기 보행 훈련에 관련된 컨텐츠를 보여줄 수 있다. 예를 들어, 미러 저장부(350)에 내장되어 있거나 단말 장치(400)를 통해 외부로부터 전송받은 컨텐츠를 사용자에게 시각적으로 제공함과 동시에 사용자의 보행 훈련 모습을 미러 패널(312)의 거울을 통하여 시각적인 바이오피드백을 제공함으로써, 시각, 전정 기관, 체성 감각의 융합을 이용한 보행 균형 능력을 증진할 수 있고, 사용자의 흥미를 유발할 수 있다. 또한, 스마트 미러부(310)는 스마트 인솔(200)로부터 낙상 위험 정보를 수신하여 사용자 모습에 오버랩하여 디스플레이하거나, 스마트 인솔(200)로부터 수신된 사용자의 보행 정보, 예컨대, 족저면의 가속도, 지면에 대한 족저면의 각도, 보행 거리, 보행 속도 등을 사용자 모습에 오버랩하여 디스플레이할 수도 있다.The
미러 센서부(320)는 사용자의 보행 훈련에 따른 자세 변화를 인식하며, 제2 키넥트 센서를 구비한다. 보행 훈련 장치(100)의 키넥트 센서는 사용자(U)으 전방 상부에서 사용자(U)의 위치 변화를 주로 감지하는데 반해, 미러 센서부(320)의 키넥트 센서는 사용자(U)의 전방에서 사용자(U)의 자세 변화를 주로 감지한다. 제2 키넥트 센서는 영상 데이터로부터 깊이(depth) 데이터를 추출하고, 사용자 인식 및 배경 필터링 등을 거쳐 사용자의 관절 위치 및 이동 방향 등을 검출할 수 있고, 깊이 데이터를 감지하여 사용자의 움직임 등을 검출할 수 있다. The
이렇게 추출된 사용자(U)의 자세 변화는 미러 제어부(340)의 제어에 의해 스마트 미러부(310)의 디스플레이 패널(314)에 디스플레이되어 사용자(U)의 보행 훈련 모습에 오버랩되어 사용자(U)가 보행 훈련의 자세를 즉각적으로 인식할 수 있도록 한다.The change of the attitude of the user U thus extracted is displayed on the display panel 314 of the
미러 통신부(330)는 보행 훈련 장치(100), 스마트 인솔(200) 등과 통신하며, 근거리 무선 통신 또는 원거리 무선 통신을 이용하여 통신할 수 있음은 상술한 바와 같다.The mirror communication unit 330 communicates with the
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템의 단말 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다. 또한, 도 10a는 압력 중심(COP)의 궤적을 도시한 그래프 및 이의 부분 확대도이며, 도 10b는 SDC(Sway Density Curve)를 도시한 그래프 및 이의 부분 확대도이고, 도 10c는 시간에 따른 COP 및 Sway density의 관계를 각각 도시한 그래프이다.9 is a block diagram illustrating a terminal device of a motion recognition based dynamic harness rehabilitation training system according to an embodiment of the present invention. 10A is a graph showing the locus of the pressure center COP and a partially enlarged view thereof, FIG. 10B is a graph showing the SDC (Sway Density Curve) and its enlarged view, FIG. 10C is a graph showing the COP And Sway density, respectively.
도 1 및 도 9를 참조하면, 단말 장치(400)는 보행 훈련 장치(100), 스마트 인솔(200) 등과 통신하며, 근거리 무선 통신 또는 원거리 무선 통신을 이용하여 통신할 수 있음은 상술한 바와 같다.1 and 9, the
구체적으로, 단말 장치(400)는 위치 변화에 관련된 정보와, 족저압 및 족저 변화에 관련된 정보와, 자세 변화에 관련된 정보를 수집하여 상기 사용자의 밸런스를 분석하여 사용자(U)에게 제공할 수 있다.Specifically, the
예를 들어, 단말 장치(400)는 스마트 인솔(200)로부터 족저압에 관련된 정보를 전송받아 이를 기초로 산출된 압력 중심을 기초로 상기 사용자의 자세 균형 능력을 평가할 수 있다. 또한, 단말 장치(400)는 보행 훈련 장치(100)로부터 위치 변화에 관련된 정보를 전송받거나 스마트 미러 장치(300)로부터 자세 변화에 관련된 정보를 전송받아 사용자의 자세균형 능력을 평가할 수 있다. 이러한 평가 정보는 스마트 미러 장치(300), 보행 훈련 장치(100)의 훈련 디스플레이부(170), HMD(500) 등에 전송되어 사용자(U)에게 제공될 수 있다.For example, the
일례로, 단말 장치(400)는, 도 10a에 도시한 바와 같이, 스마트 인솔(200)에서 획득된 족저압으로부터 최대 족압을 압력 중심으로 추정할 수 있고, 상기 압력 중심의 궤적을 추적할 수 있다. 이러한 압력 중심의 궤적을 통해, 도 10b에 도시한 바와 같이, 보행 훈련의 시간 경과에 따른 SDC(Sway Density Curve)를 산출할 수 있다. 이때, SDC는 원 안에 COP(압력 중심)가 머무르는 시간으로 정의된다. 도 10c에 도시한 바와 같이, SDC의 peak 점은 보행 훈련 동안의 stable position을 의미하며, SDC의 valley 지점은 상대적으로 불안정한 부분을 의미한다. 이러한 SDC를 기초로 하여 사용자의 보행 시 균형 능력을 평가할 수 있다. 즉, 족저압으로부터 압력 중심을 산출하고, 상기 압력 중심의 궤적으로부터 SDC를 도출하여 사용자의 자세균형 능력을 평가하는 지표로 사용할 수 있다. SDC의 각 peak 및 valley 간에 거리, 시간 등을 평균한 평균 안정화 시간(Mean stabilization time), 평균 공간 거리(Mean spatial distance), 평균 전이 시간(Mean transition time) 등을 산출하여 사용자(U)의 보행 훈련 시 균형 능력을 평가할 수 있다.10A, the
이러한 단말 장치(400)는 일반적인 이동 통신 단말, 2G/3G/4G/5G, 와이브로 무선망 서비스가 가능한 단말, 팜 PC(Palm Personal Computer), 개인용 디지털 보조기(PDA: Personal Digital Assistant), 스마트폰(Smart phone), 왑폰(WAP phone: Wireless application protocol phone) 등 네크워크에 접속하기 위한 사용자 인터페이스를 갖는 모든 유무선 가전/통신 장치를 포괄적으로 의미할 수 있으며, IEEE 802.11 무선 랜 네트워크 카드 등의 무선랜 접속을 위한 인터페이스가 구비된 기기일 수 있다. 또한, 단말 장치(400)는 이동 통신 단말 이외에 컴퓨터, 노트북 등의 정보 통신 기기이거나 이를 포함하는 장치일 수도 있다.Such a
구체적으로, 단말 장치(400)는 정보를 입력 및 선택하는 단말 입력부(410), 보행 훈련 장치(100), 스마트 인솔(200), 스마트 미러 장치(300), HMD(500) 등과 통신하는 단말 통신부(420), 각종 정보 및/또는 데이터를 저장하는 단말 저장부(440), 정보를 표시하여 제공하는 사용자 단말 출력부(450), 이들을 제어하는 단말 제어부(430) 등으로 구성될 수 있다.Specifically, the
다시 도 1을 참조하면, 사용자(U)는 사용자의 머리에 HMD(500)를 착용할 수 있다. 이러한 HMD(500)는 사용자(U)가 스마트 미러 장치(300)와 훈련 디스플레이부(170)를 보기 위해, 시스루(see through) HMD인 것이 바람직하다.Referring again to FIG. 1, the user U may wear the
HMD(500)는 보행 훈련 장치(100), 스마트 인솔(200), 스마트 미러 장치(300), 단말 장치(400) 등과 통신하며, 근거리 무선 통신 또는 원거리 무선 통신을 이용하여 통신할 수 있음은 상술한 바와 같다.The
특히, HMD(500)는 단말 장치(400)로부터 보행 재활 훈련이나 인지 훈련에 관련된 컨텐츠를 전송받아 디스플레이할 수 있다. HMD(500)에서 보행 재활 훈련이나 인지 훈련에 관련된 컨텐츠를 디스플레이함으로써, 치매 예방이나 뇌졸증 예방 훈련 등을 위한 컨텐츠 제공이 가능하다. 또한, HMD(500)는 스마트(200)로부터 족저압을 표시한 족저압 영상을 전송받아 디스플레이할 수 있다. HMD(500)에서 족저압 영상을 표시함으로써, 균형 훈련 등을 위한 컨텐츠 제공이 가능하다. 이러한 HMD(500)에서 디스플레이되는 영상은 증강 현실(AR) 영상뿐만 아니라 가상 현실(VR) 영상도 가능함은 물론이다.In particular, the
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템을 설명하기 위한 개념 구성도이다. 또한, 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템의 보행 훈련 장치 및 포터블 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.11 is a conceptual diagram illustrating a motion recognition based dynamic harness rehabilitation training system according to another embodiment of the present invention. 12 is a block diagram for explaining a gait training apparatus and a portable device of the motion recognition based dynamic harness rehabilitation training system according to another embodiment of the present invention.
도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템(20)은, 트레드밀 지지용 훈련 장치(600), 스마트 인솔(700), 스마트 미러 장치(800)를 포함한다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템(20)은, 포터블 장치(900), HMD(1000)를 더 포함할 수 있다. 트레드밀 지지용 훈련 장치(100)는 사용자(U)의 주행 훈련을 위한 장치이며, 스마트 인솔(700)은 사용자의 족저면에 구비되는 장치이고, 스마트 미러 장치(800)는 사용자의 훈련 모습을 볼 수 있는 장치이다. 또한, 포터블 장치(900)는 트레드밀 지지용 훈련 장치(600)에 장착하여 사용자(U)가 디스플레이되는 영상 정보 등을 볼 수 있는 장치이며, HMD(1000)는 사용자(U)의 머리에 착용 가능한 디스플레이 장치이다.Referring to FIGS. 11 and 12, a motion recognition based dynamic harness
예를 들어, 본 발명의 다른 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템(20)은, 트레드밀(602)에서 훈련하는 사용자(U)를 지지하며, 상기 사용자(U)의 하중 및 위치 변화를 감지하는 트레드밀 지지용 훈련 장치(600), 상기 사용자(U)의 좌우 족저면에 각각 구비되며, 상기 사용자(U)의 족저압 및 족저 변화를 감지하고, 상기 사용자에게 촉각 자극을 제공하는 스마트 인솔(700), 상기 사용자(U)의 자세 변화를 감지하고, 상기 사용자(U)의 주행 훈련 모습 및 상기 사용자의 주행 훈련에 관련된 정보를 오버랩하여 디스플레이하는 스마트 미러 장치(800)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템(20)은, 하중 및 위치 변화 정보와, 족저압 및 족저 변화 정보와, 자세 변화 정보를 각각 수집하여 사용자(U)의 밸런스를 분석하여 상기 사용자(U)에게 제공하는 포터블 장치(900), 사용자(U)의 머리에 착용 가능한 디스플레이 장치인 HMD(1000)를 더 포함할 수 있다.For example, a motion recognition based dynamic harness
이때, 스마트 인솔(700), 스마트 미러 장치(800), HMD(1000)는 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템(10)의 스마트 인솔(200), 스마트 미러 장치(300), HMD(500)와 동일하므로, 이하에서는 트레드밀 지지용 훈련 장치(600)와 포터블 장치(900)에 대해서만 설명하도록 한다.The
다시 도 11 및 도 12를 참조하면, 트레드밀 지지용 훈련 장치(600)는, 트레드밀(602)에서 훈련하는 사용자가 트레드밀(602)에서의 훈련을 마친 후에 다음 단계로 이동할 수 있도록 가이드 레일(605)을 따라 이동하는 훈련 이동부(610), 사용자(U)의 상체에 착용하며, 상기 훈련 이동부(610)에 와이어(632)로 연결되어 상기 사용자(U)를 지지하는 하네스부(630), 상기 하네스부(630)에 설치되어 하중을 감지하는 하중 감지 센서(642) 및 상기 훈련 이동부(610)에 설치되어 위치 변화를 감지하는 위치 변화 감지 센서(644)를 포함하는 훈련 센서부(640), 상기 훈련 이동부(610)에 연결되는 연결부재(652)와, 상기 연결부재(652)에 연결되어 포터블 장치(900)가 장착되는 장착부재(654)를 포함하는 포터블 장치 장착부(650), 스마트 인솔(700), 포터블 장치(900) 등과 통신하는 훈련 통신부(660), 사용자(U)의 족저압 및 족저 변화와, 하중 및 위치 변화를 기초로 하네스부(630)를 제어하는 훈련 제어부(670) 등을 포함한다. 11 and 12, the
상술한 보행 훈련 장치(100)와 비교하여 트레드밀 지지용 훈련 장치(600)는 사용자(U)가 트레드밀(602)에서 주행 훈련을 하며, 사용자가 트레드밀(602)에서 주행 훈련을 마친 후에, 사용자를 하네스부(630)에 의해 지지하면서 이동하도록 훈련 이동부(610)의 고정이 필요하다. 즉, 사용자(U)가 훈련 이동부(610)에 연결된 하네스부(630)에 의해 지지되면서 트레드밀(610)에서 주행 훈련을 하는 경우, 훈련 이동부(610)는 고정되어 있으며, 사용자(U)가 트레드밀(602)에서 주행 훈련을 끝낸 후에, 사용자(U)가 하네스부(630)에 의해 지지되면서 훈련 이동부(610)에 의해 다음 훈련 단계로 이동할 수 있다. 이하에서는, 훈련 통신부(660) 및 훈련 제어부(670)에 대해서는 생략하도록 한다.Compared with the
하네스부(630)는 사용자의 상체에 착용할 수 있는 자켓 하네스(634)와 자켓 하네스(634)를 훈련 이동부(610)와 연결하는 와이어(632)를 포함할 수 있다. The
훈련 센서부(640)는 사용자(U)의 무게에 따른 하중을 감지하는 하중 감지 센서(642) 및 사용자(U)의 위치 변화를 감지하는 위치 변화 감지 센서(644)를 포함한다. 이때, 하중 감지 센서(642)는 와이어(632)에 설치되며, 위치 변화 감지 센서(644)는 사용자(U)의 전방 상부에 위치하도록 훈련 이동부(610)에 연결되어 설치하는 것이 바람직하다. 이에, 훈련 이동부(610)가 이동함에 따라, 와이어(632)에 설치된 하중 감지 센서(642)와 훈련 이동부(610)에 연결된 위치 변화 감지 센서(644)가 함께 이동하게 된다.The
여기에서, 하중 감지 센서(642)에 의해 하중의 급격한 변화가 감지되는 경우, 이를 사용자(U)의 낙상 여부를 판단하는 기초 자료로 사용할 수 있다. 예를 들어, 사용자(U)가 하네스부(630)에 의해 지지되고 있는 상태에서 사용자(U)가 급격히 쓰러지면서 이동함에 따라, 사용자의 하중 변화의 크기가 미리 설정된 기준을 벗어날 경우, 훈련 제어부(1670)는 사용자(U)가 쓰러지지 않도록 하네스부(63를 제어할 수 있다. 여기에서, 사용자의 족저압 및 족저 변화를 사용자(U)의 하중 변화와 함께 사용하여 낙상 여부를 더욱 정확히 판단할 수 있다.Here, when a sudden change in the load is detected by the
포터블 장치 장착부(650)는 포터블 장치(900)가 장착되는 곳으로, 상부 프레임에서 연결되는 연결부재(652)와, 상기 연결부재(652)에 연결되어 사용자(U)의 전방에 위치하며, 포터블 장치(900)가 장착되는 장착부재(654)를 포함한다. 포터블 장치(900)의 포터블 출력부(950)가 상술한 훈련 디스플레이부(170)의 역할을 수행한다. 이에, 트레드밀(610)에서 주행 훈련을 하는 각 사용자(U)가 자신이 휴대한 포터블 장치(900)를 사용하여 자신에게 맞는 맞춤형 프로그램을 보면서 주행 훈련을 할 수 있다.The portable
다시 도 11 및 도 12를 참조하면, 포터블 장치(900)는 정보를 입력 및 선택하는 포터블 입력부(910), 트레드밀 지지용 훈련 장치(600), 스마트 인솔(700), 스마트 미러 장치(800), HMD(1000) 등과 통신하는 포터블 통신부(920), 각종 정보 및/또는 데이터를 저장하는 포터블 저장부(940), 정보를 표시하여 제공하는 사용자 포터블 출력부(950), 이들을 제어하는 포터블 제어부(930) 등으로 구성될 수 있다.11 and 12, the
이러한 포터블 장치(900)는 트레드밀 지지용 훈련 장치(600)에 설치 가능하도록 이동 통신 단말이 일반적이나, 이에만 제한되지 않음은 물론이다. 포터블 장치 장착부(650)의 크기 및 형태에 맞추어 포터블 장치(900)는 네크워크에 접속하기 위한 사용자 인터페이스를 갖는 모든 유무선 가전/통신 장치를 포괄적으로 의미할 수 있다.It is a matter of course that such a
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, You will understand. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.
10: 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템
100: 보행 훈련 장치
200: 스마트 인솔(Smart insole)
300: 스마트 미러 장치
400: 단말 장치
500: HMD(Head Mount Display)10: Motion recognition based dynamic harness rehabilitation training system
100: Walking training device
200: Smart insole
300: Smart mirror device
400: terminal device
500: HMD (Head Mount Display)
Claims (10)
상기 사용자의 좌우 족저면에 각각 구비되며, 상기 사용자의 족저압 및 족저 변화를 감지하고, 상기 사용자에게 촉각 자극을 제공하는 스마트 인솔(insole);
상기 사용자의 자세 변화를 감지하고, 상기 사용자의 보행 훈련 모습 및 상기 사용자의 보행 훈련에 관련된 정보를 오버랩하여 디스플레이하는 스마트 미러 장치; 및
상기 위치 변화에 관련된 정보와, 상기 족저압 및 족저 변화에 관련된 정보와, 상기 자세 변화에 관련된 정보를 수집하여 상기 사용자의 밸런스를 분석하여 상기 사용자에게 제공하는 단말 장치를 포함하는, 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템.A gait training device provided with a guide rail for moving while supporting the user, detecting a change in the position of the user, and providing a walking position suitable for the user;
A smart insole provided on each of the left and right footprints of the user for sensing a change in footprint and footprint of the user and providing tactile stimulation to the user;
A smart mirror device for detecting a change in the posture of the user and displaying the information related to the walking training of the user and information related to the walking training of the user; And
And a terminal device for collecting information related to the positional change, information related to the footprint and footstep change, and information related to the posture change, and analyzing the balance of the user and providing the analyzed information to the user. Harness rehabilitation training system.
상기 보행 훈련 장치는,
상기 가이드 레일을 따라 이동하는 훈련 이동부;
상기 사용자의 상체에 착용하며, 상기 훈련 이동부에 와이어로 연결되어 상기 사용자를 지지하는 하네스부;
상기 와이어의 장력 변화를 감지하는 장력 감지 센서 및 상기 사용자의 위치 변화를 감지하는 제1 키넥트 센서를 포함하는 훈련 센서부;
상기 위치 변화에 따라 상기 사용자의 적합한 보행 위치에 대응하는 가상의 스마트 인솔 마크를 상기 사용자의 전방에 투사하여 표시하는 훈련 투사부;
상기 스마트 인솔 및 상기 단말 장치와 통신하는 훈련 통신부; 및
상기 사용자의 족저압 및 족저 변화와 상기 위치 변화를 기초로 상기 사용자가 상기 제1 키넥트 센서와 일정 거리를 유지하도록 상기 훈련 이동부를 제어하며, 상기 사용자의 족저압 및 족저 변화와 상기 와이어의 장력 변화를 기초로 상기 사용자의 낙상을 방지하도록 상기 하네스부를 제어하는 훈련 제어부를 포함하는, 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템.The method according to claim 1,
The gait training apparatus includes:
A training moving part moving along the guide rail;
A harness part which is worn on the upper body of the user and is connected to the training moving part by a wire to support the user;
A training sensor unit including a tension sensor for sensing a change in tension of the wire and a first Kinect sensor for sensing a change in position of the user;
A training projection unit for projecting a virtual smart insole mark corresponding to a suitable walking position of the user in front of the user according to the position change;
A training communicator for communicating with the smart insole and the terminal device; And
And controlling the training moving unit such that the user maintains a predetermined distance from the first kinect sensor based on the user's foot pressure and footing change and the position change, And a training control section for controlling the harness section to prevent a fall of the user based on the change.
상기 보행 훈련 장치는,
상기 사용자의 시선 전방에 위치하는 훈련 디스플레이부를 더 포함하며,
상기 단말 장치는,
상기 분석된 사용자의 밸런스에 관련된 정보를 상기 훈련 통신부를 통해 상기 훈련 디스플레이부에 표시하는, 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템.3. The method of claim 2,
The gait training apparatus includes:
And a training display unit positioned in front of the user's gaze,
The terminal apparatus comprises:
And displays information related to the analyzed balance of the user on the training display unit through the training communication unit.
상기 스마트 인솔은,
상기 족저압을 감지하는 압력 센서와, 상기 족저면의 움직임에 따른 가속도를 감지하는 가속도 센서와, 지면에 대한 상기 족저면의 각도를 검출하는 각도 센서를 포함하는 스마트 인솔 센서부;
전족부 및 후족부 중 적어도 하나의 영역에 배치되어 상기 사용자의 족저면에 촉각 자극을 제공하는 스마트 인솔 진동부; 및
상기 스마트 인솔 센서부에서 감지된 정보에 기초하여 상기 사용자의 낙상 위험을 판단하여 상기 사용자의 족저면에 촉각 자극을 제공하도록 상기 스마트 인솔 진동부를 제어하는 스마트 인솔 제어부를 포함하는, 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템.The method according to claim 1,
In the smart insole,
A smart insole sensor unit including a pressure sensor for detecting the foot pressure, an acceleration sensor for detecting an acceleration in accordance with the movement of the plantar surface, and an angle sensor for detecting an angle of the plantar surface with respect to the ground surface.
A smart insole vibrating portion disposed in at least one region of the forefoot and hindquarters to provide tactile stimulation to the user's foot; And
And a smart insole control unit for controlling the smart insole oscillator to determine a risk of falling of the user based on information sensed by the smart insole sensor unit and to provide tactile stimulation to the foot of the user, Rehabilitation training system.
상기 스마트 인솔은,
상기 보행 훈련 장치 및 상기 단말 장치와 통신하는 스마트 인솔 통신부; 및
무선 충전이 가능한 배터리를 구비한 스마트 인솔 전원부를 더 포함하는, 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템.5. The method of claim 4,
In the smart insole,
A smart insole communication unit for communicating with the gait training device and the terminal device; And
A dynamic awareness-based dynamic harness rehabilitation training system, further comprising a smart power supply unit with a battery capable of wireless charging.
상기 스마트 미러 장치는,
상기 보행 훈련 모습을 보여주는 미러 패널 및 상기 보행 훈련에 관련된 정보를 보여주는 디스플레이 패널을 포함하는 스마트 미러부;
상기 사용자의 보행 훈련에 따른 자세 변화를 인식하는 제2 키넥트 센서를 포함하는 미러 센서부; 및
상기 보행 훈련 장치 및 상기 단말 장치와 통신하는 미러 통신부를 포함하는, 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템.The method according to claim 1,
The smart mirror device includes:
A smart mirror unit including a mirror panel showing the gait training and a display panel showing information related to the gait training;
A mirror sensor unit including a second Kinect sensor for recognizing a posture change according to the user's gait training; And
And a mirror communication unit communicating with the gait training device and the terminal device.
상기 단말 장치는,
상기 족저압을 이용하여 산출된 압력 중심을 기초로 상기 사용자의 자세 균형 능력을 평가하는, 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템.The method according to claim 1,
The terminal apparatus comprises:
Wherein the motion recognition based dynamic harness rehabilitation training system evaluates the postural balance ability of the user based on the pressure center calculated using the foot pressure.
상기 사용자의 머리에 착용 가능하며, 상기 단말 장치와 통신 가능한 HMD를 더 포함하며,
상기 단말 장치는,
보행 재활 훈련이나 인지 훈련에 관련된 컨텐츠를 상기 HMD에 디스플레이하는, 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템.The method according to claim 1,
Further comprising an HMD which is worn on the head of the user and is capable of communicating with the terminal device,
The terminal apparatus comprises:
A motion recognition based dynamic harness rehabilitation training system for displaying contents related to walking rehabilitation training or cognitive training to the HMD.
상기 사용자의 좌우 족저면에 각각 구비되며, 상기 사용자의 족저압 및 족저 변화를 감지하고, 상기 사용자에게 촉각 자극을 제공하는 스마트 인솔(insole);
상기 사용자의 자세 변화를 감지하고, 상기 사용자의 주행 훈련 모습 및 상기 사용자의 주행 훈련에 관련된 정보를 오버랩하여 디스플레이하는 스마트 미러 장치; 및
상기 하중 및 위치 변화 정보와, 상기 족저압 및 족저 변화 정보와, 상기 자세 변화 정보를 각각 수집하여 상기 사용자의 밸런스를 분석하여 상기 사용자에게 제공하는 포터블 장치를 포함하는, 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템.A training device for supporting a user training in a treadmill and for sensing a change in load and position of the user;
A smart insole provided on each of the left and right footprints of the user for sensing a change in footprint and footprint of the user and providing tactile stimulation to the user;
A smart mirror device for detecting a change in the attitude of the user and displaying the driving training image of the user and information related to the driving training of the user in an overlapping manner; And
And a portable device that collects the load and position change information, the foot pressure and foot change information, and the posture change information, and analyzes the balance of the user and provides the analyzed result to the user. system.
상기 트레드밀 지지용 훈련 장치는,
가이드 레일을 따라 이동하는 훈련 이동부;상기 사용자의 상체에 착용하며, 상기 훈련 이동부에 와이어로 연결되어 상기 사용자를 지지하는 하네스부;
상기 하네스부에 설치되어 상기 하중을 감지하는 하중 감지 센서 및 상기 훈련 이동부에 설치되어 상기 위치 변화를 감지하는 위치 변화 감지 센서를 포함하는 훈련 센서부;
상기 훈련 이동부에 연결되는 연결부재와, 상기 연결부재에 연결되어 상기 포터블 장치가 장착되는 장착부재를 포함하는 포터블 장치 장착부;
상기 스마트 인솔 및 상기 포터블 장치와 통신하는 훈련 통신부; 및
상기 사용자의 족저압 및 족저 변화와 상기 하중 및 위치 변화를 기초로 상기 하네스부를 제어하는 훈련 제어부를 포함하는, 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템.10. The method of claim 9,
The training apparatus for supporting the treadmill,
A training moving part for moving along the guide rail, a harness part for worn on the upper body of the user and connected to the training moving part by a wire to support the user;
A load sensor installed in the harness unit for sensing the load and a position change sensor installed in the training moving unit and sensing the position change;
A portable device mounting portion including a connecting member connected to the training moving portion, and a mounting member connected to the connecting member and to which the portable device is mounted;
A training communicator for communicating with the smart insole and the portable device; And
And a training control unit for controlling the harness unit based on the change of the user's foot pressure and footsteps and the change of the load and the position of the harness.
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