KR100959561B1 - 마그네틱센서 어레이를 이용한 보행 패턴 추출장치 - Google Patents

마그네틱센서 어레이를 이용한 보행 패턴 추출장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마그네틱센서 어레이를 이용한 보행 패턴 추출장치에 관한 것으로, 보행자가 특정 패턴의 마그넷이 바닥에 부착되어 있는 마그넷 신발을 착용하고 기존의 다른 압력센서에 비해 상대적으로 가격이 저렴한 마그네틱센서 어레이를 수용하는 보행 패널(panel) 위를 걷는 동안 상기 마그넷 신발 바닥의 마그넷 패턴의 자성을 감지하는 마그네틱센서 어레이에 대한 스캐닝(scanning)을 통해 보행 패턴을 추출하여 실시간으로 디스플레이한다.
본 발명은 마그네틱센서에 의해 감지되는 마그넷 신발의 자장을 스캐닝하여 보행 패턴을 추출하므로 압력센서를 활용하여 보행시 발바닥 압력 변화 감지를 위한 복잡한 연산 작업을 필요로 하는 종래의 장치에 비해 상대적으로 더 용이하게 보행 패턴을 추출하여 실시간으로 디스플레이할 수 있으며, 또한 압력센서보다 가격이 저렴한 마그네틱센서를 활용하므로 종래에 비해 상대적으로 더 저렴한 비용으로 제품 제작이 가능하고, 마그넷과 마그네틱센서를 비접촉방식으로 사용하므로 내구성이 높다.
마그넷 신발, 마그네틱센서 어레이, 보행 패턴

Description

마그네틱센서 어레이를 이용한 보행 패턴 추출장치{Apparatus for analyzing a gait pattern using magnetic sensor array}
본 발명은 보행 패턴 추출장치에 관한 것이며, 더욱 상세히는 마그네틱센서 어레이를 이용한 보행 패턴 추출장치에 관한 것이다.
일반적으로 보행 패턴 추출장치는 뇌졸중, 뇌성마비 등의 중추신경계 손상으로 인한 보행장애를 겪는 환자의 보행 감각을 회복시키는 재활 훈련용, 혹은 보행 자세 교정을 필요로 하는 사용자의 보행 자세 교정 훈련용 등으로 많이 사용된다.
종래의 보행 패턴 추출장치의 일 예로, 보행 훈련용 트레드밀(treadmil)의 벨트 바닥에 복수의 압력센서를 설치하고, 보행자의 발바닥이 트레드밀의 벨트를 밟을 때 감지되는 압력 변화를 보행자의 보행 패턴으로 검출하는 보행 패턴 검출 장치가 개발된 바 있다.
하지만, 상기한 복수의 압력센서를 활용하는 종래의 보행 패턴 검출 장치는 보행자의 발바닥이 트레드밀의 벨트를 밟을 때 감지되는 압력 변화를 보행자의 보행 패턴으로 검출하기 위한 연산 작업이 복잡하고 연산 시간 지연 문제로 인해 보행자의 보행 패턴을 실시간으로 판단하기 어려운 단점이 있고, 상용 압력센서의 가격 문제로 인해 제품이 고가로 제작되고 있는 실정이며, 특히 상용 압력센서는 보행자의 발에 맞게 잘라 사용하는 1회용이므로 특정 보행자의 보행 패턴을 검출할 때마다 비용이 소모되는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 보행자가 특정 패턴의 마그넷이 바닥에 부착되어 있는 마그넷 신발을 착용하고 압력센서에 비해 상대적으로 가격이 저렴한 마그네틱센서 어레이를 수용하는 보행 패널(panel) 위를 걷는 동안 상기 마그넷 신발 바닥의 마그넷 패턴의 자성을 감지하는 마그네틱센서 어레이에 대한 스캐닝(scanning)을 통해 보행 패턴을 추출하여 실시간으로 디스플레이하는 마그네틱센서 어레이를 이용한 보행 패턴 추출장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 마그네틱센서 어레이를 이용한 보행 패턴 추출장치는, 복수의 마그넷이 특정 패턴으로 바닥에 부착되어 있는 마그넷 신발과; 밑면에 복수의 요홈이 격자로 형성되어 있는 상부 패널의 하측이 하부 패널에 의해 커버되는 보행 패널; 상기 보행 패널에 수용되며, 상기 상부 패널의 복수의 격자 요홈에 각각 끼워져 고정되는 복수의 마그네틱센서를 포함하고, 보행자가 상기 마그넷 신발을 착용하고 상기 보행 패널 위를 걷는 동안 상기 각각의 마그네틱센서에 의해 감지되는 상기 복수의 마그넷의 자장을 전기신호로 변환하여 출력하는 마그네틱센서 어레이 기판; 상기 마그네틱센서 어레이 기판의 출력을 스캐닝하여 상기 복수의 마그네틱센서가 형성하는 격자 좌표 중 상기 복수의 마그넷이 감지되는 좌표를 특정 보행 패턴으로 추출하고, 추출한 보행 패턴 신호를 실시간으로 출력하는 센서 스캐닝부; 및 상기 센서 스캐닝부의 보행 패턴 신호가 나타내는 보행 패턴을 디스플레이하는 표시부;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 마그네틱센서에 의해 감지되는 마그넷 신발의 자장을 스캐닝하여 보행 패턴을 추출하므로 압력센서를 활용하고 보행시 발바닥 압력 변화 감지를 위한 복잡한 연산 작업을 필요로 하는 종래의 장치에 비해 상대적으로 더 용이하게 보행 패턴을 추출하여 실시간으로 디스플레이할 수 있으며, 또한 압력센서보다 가격이 저렴한 마그네틱센서를 활용하므로 종래에 비해 상대적으로 더 저렴한 비용으로 제품 제작이 가능하고, 마그넷과 마그네틱센서를 비접촉방식으로 사용하므로 내구성이 높으며, 마그넷 신발은 한 번의 제작으로 발 크기에 관계없이 거의 모든 보행자에게 반영구적으로 적용할 수 있도록 샌들 타입 등으로 제작 가능하므로 보행자의 보행 패턴을 검출할 때마다 종래의 1회용 압력센서 를 보행자의 발에 맞게 잘라 사용함에 따른 비용 소모 문제를 해결할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 마그넷 신발(10)에는 복수의 마그넷(11)이 특정 패턴으로 바닥에 부착되어 있으며, 한 번의 제작으로 발 크기에 관계없이 거의 모든 보행자에게 반영구적으로 적용할 수 있도록 샌들 타입 등으로 제작 가능하다.
상기 마그넷 신발(10)의 바닥에 부착되어 있는 복수의 마그넷(11)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 발바닥 전단 감지용 복수의 마그넷(11a)과, 발바닥 중간 감지용 복수의 마그넷(11b), 및 발바닥 후단 감지용 복수의 마그넷(11c)으로 구분된다.
상기 발바닥 전단 감지용 복수의 마그넷(11a)은 상기 마그넷 신발(10)의 바닥의 전단에 폭 방향으로 일정 간격으로 나열되며, 일 예로서 도 2에서는 5개의 마그넷(11a)이 일렬로 배치된 상태를 나타낸다.
상기 발바닥 중간 감지용 복수의 마그넷(11b)은 상기 마그넷 신발(10)의 바닥의 중간에 폭 방향으로 일정 간격으로 나열되며, 일 예로서 도 2에서는 2개의 마그넷(11b)이 일렬로 배치된 상태를 나타낸다.
상기 발바닥 후단 감지용 복수의 마그넷(11c)은 상기 마그넷 신발(10)의 바닥의 후단에 폭 방향으로 일정 간격으로 나열되며, 일 예로서 도 2에서는 3개의 마그넷(11c)이 일렬로 배치된 상태를 나타낸다.
보행 패널(20)은 도 3과 도 4에 나타낸 바와 같이, 밑면에 복수의 요홈(21a)이 격자로 형성되어 있는 상부 패널(21)의 하측이 하부 패널(22)에 의해 커버된다.
마그네틱센서 어레이 기판(30)은 상기 보행 패널(20)의 상부 패널(21)과 하부 패널(22) 사이의 공간에 수용되며, 상기 상부 패널(21)의 복수의 격자 요홈(21a)에 각각 끼워져 고정되는 복수의 마그네틱센서(31)를 포함한다. 상기 복수의 마그네틱센서(31)는 마그넷 신발(10)의 복수의 마그넷(11)과 비접촉방식으로 사용되므로 내구성이 높다.
상기 마그네틱센서 어레이 기판(30)은 보행자가 상기 마그넷 신발(10)을 착용하고 상기 보행 패널(20) 위를 걷는 동안 상기 마그넷(11)과는 비접촉 상태, 즉 직접적으로 접촉하지 않은 상태에서 상기 각각의 마그네틱센서(31)에 의해 감지되는 상기 복수의 마그넷(11)의 자장을 전기신호로 변환하여 출력한다.
상기 센서 스캐닝부(40)는 플랫 케이블(flat cable) 등과 같은 통신 케이블을 통해 상기 마그네틱센서 어레이 기판(30)의 출력을 수신하며, 필요에 따라서 RF 송수신 장치 등의 무선 장비를 이용하여 상기 마그네틱센서 어레이 기판(30)의 출력을 수신할 수 있다.
상기 센서 스캐닝부(40)는 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 마그네틱센서 어레이 기판(30)의 출력을 스캐닝하여 상기 복수의 마그네틱센서(31)가 형성하는 격자 좌표 중 상기 복수의 마그넷(11)이 감지되는 좌표를 특정 보행 패턴으로 추출하고, 추출한 보행 패턴 신호를 실시간으로 출력한다.
참고로, 도 5는 특정 보행 패턴으로 추출하기 위해 가로 30(개)×세로 54(개)로 된 마그네틱센서 어레이를 구성하는 1620개의 마그네틱센서의 출력을 1번째 열(row)부터 하나씩 순차적으로 54회 스캐닝하는 실시예를 나타낸다.
상기 센서 스캐닝부(40)는 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 상부 패널(21)의 복수의 격자 요홈(21a)에 각각 끼워져 고정되는 복수의 마그네틱센서(31) 중 어느 1개, 혹은 서로 연접한 2개, 혹은 서로 연접한 3개, 혹은 서로 연접한 4개의 센서에 의해 감지되는 특정 마그넷의 좌표를 특정 보행 패턴으로 추출한다.
참고로, 도 6의 (a)는 1개의 마그네틱센서(31)에 의해서만 상기 마그넷 신발(10)의 특정 마그넷(11)이 감지되었을 때, 해당 마그네틱센서(31)의 위치를 감지된 마그넷(11)의 좌표로 추출함을 나타낸다.
도 6의 (b)는 서로 연접한 2개의 마그네틱센서(31)에 의해서 상기 마그넷 신발(10)의 특정 마그넷(11)이 감지되었을 때, 상기 2개의 마그네틱센서(31)가 이루는 직선의 중간 지점을 감지된 마그넷(11)의 좌표로 추출함을 나타낸다.
도 6의 (c)는 서로 연접한 3개의 마그네틱센서(31)에 의해서 상기 마그넷 신발(10)의 특정 마그넷(11)이 감지되었을 때, 상기 3개의 마그네틱센서(31)가 이루는 삼각형의 중점을 감지된 마그넷(11)의 좌표로 추출함을 나타낸다.
도 6의 (d)는 서로 연접한 4개의 마그네틱센서(31)에 의해서 상기 마그넷 신발(10)의 특정 마그넷(11)이 감지되었을 때, 상기 4개의 마그네틱센서(31)가 이루는 사각형의 중점을 감지된 마그넷(11)의 좌표로 추출함을 나타낸다.
표시부(50)는 상기 센서 스캐닝부(40)의 보행 패턴 신호가 나타내는 보행 패턴을 디스플레이한다.
상기 표시부(50)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 마그넷 신발(10)의 바닥에 부착된 특정 패턴의 복수의 마그넷(11) 중에서 상기 마그네틱센서(31)에 의해 자장이 감지된 특정 마그넷(11)을 표시함으로써 보행자의 보행 패턴을 알려준다.
예컨대, 상기 표시부(50)에 상기 발바닥 전단 감지용 복수의 마그넷(11a)과, 발바닥 중간 감지용 복수의 마그넷(11b), 및 발바닥 후단 감지용 복수의 마그넷(11c)이 모두 표시되면 현재 보행자의 발바닥 전체가 상기 보행 패널(20)에 닿아 있음을 알려준다.
상기 표시부(50)에 상기 발바닥 전단 감지용 복수의 마그넷(11a)만 표시되면 현재 보행자의 발바닥 전단이 상기 보행 패널(20)에 닿은 상태로 보행자의 발이 상기 보행 패널(20)에서 떨어지기 전임을 알려준다.
상기 표시부(50)에 상기 발바닥 전단 감지용 복수의 마그넷(11a)과 발바닥 중간 감지용 복수의 마그넷(11b)이 표시되면 현재 보행자의 발바닥 전단과 중간이 상기 보행 패널(20)에 닿은 상태로 보행자의 발뒤꿈치가 들려있음을 알려준다.
상기 표시부(50)에 상기 발바닥 후단 감지용 복수의 마그넷(11c)만 표시되면 현재 보행자의 발바닥 후단이 상기 보행 패널(20)에 닿은 상태로 보행자의 발이 상기 보행 패널(20)에 닿은 직후임을 알려준다.
상기 표시부(50)에 상기 발바닥 중간 감지용 복수의 마그넷(11b)과 발바닥 후단 감지용 복수의 마그넷(11c)이 표시되면 현재 보행자의 발바닥 중간과 후단이 상기 보행 패널(20)에 닿은 상태로 보행자의 발 앞굽이 들려있음을 알려준다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 마그네틱센서 어레이를 이용한 보행 패턴 추출장치는 다음과 같이 작동한다.
본 발명에 따른 마그네틱센서 어레이를 이용한 보행 패턴 추출장치는 도 7에 나타낸 바와 같이 기존의 트레드밀에 보행 패널(20)을 설치하여 적용하거나, 혹은 건물의 실내에 마련된 보행 패턴 분석 구역의 평탄한 바닥 등에 상기 보행 패널(20)을 설치하여 적용할 수 있다.
도 7의 경우에는, 보행자가 상기 마그넷 신발(10)을 착용하고 트레드밀의 벨트 위를 걷는 동안, 상기 벨트 하단에 배치된 보행 패널(20)에 수용된 마그네틱센서 어레이 기판(30)이 상기 상부 패널(21)의 복수의 격자 요홈(21a)에 각각 끼워져 고정되는 복수의 마그네틱센서(31)에 의해 감지되는 상기 복수의 마그넷(11)의 자장을 전기신호로 변환하여 출력한다.
또한, 상기한 바와 같은 특정 보행 패턴 분석 구역의 평탄한 바닥 등에 상기 보행 패널(20)이 설치된 경우에는, 보행자가 상기 마그넷 신발(10)을 착용하고 상기 보행 패널(20) 위를 걷는 동안, 상기 보행 패널(20)에 수용된 마그네틱센서 어레이 기판(30)이 상기 상부 패널(21)의 복수의 격자 요홈(21a)에 각각 끼워져 고정되는 복수의 마그네틱센서(31)에 의해 감지되는 상기 복수의 마그넷(11)의 자장을 전기신호로 변환하여 출력한다.
상기한 바와 같이 마그네틱센서 어레이 기판(30)이 보행자의 마그넷 신발(10)의 복수의 마그넷(11)의 자장을 전기신호로 변환하여 출력하면, 상기 센서 스캐닝부(40)는 상기 마그네틱센서 어레이 기판(30)의 출력을 스캐닝한다.
이때, 상기 센서 스캐닝부(40)는 도 5에 나타낸 바와 같이, 마그네틱센서 어레이를 구성하는 복수의 마그네틱센서(31)의 출력을 1번째 열(row)부터 하나씩 순 차적으로 스캐닝한다.
스캐닝 결과, 도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이, 1개의 마그네틱센서(31)에 의해서만 상기 마그넷 신발(10)의 특정 마그넷(11)이 감지되면 상기 복수의 마그네틱센서(31)가 형성하는 격자 좌표 중 해당 마그네틱센서(31)의 위치를 감지된 마그넷(11)의 좌표로 추출한다.
스캐닝 결과, 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이, 서로 연접한 2개의 마그네틱센서(31)에 의해서 상기 마그넷 신발(10)의 특정 마그넷(11)이 감지되면 상기 복수의 마그네틱센서(31)가 형성하는 격자 좌표 중 상기 2개의 마그네틱센서(31)가 이루는 직선의 중간 지점을 감지된 마그넷(11)의 좌표로 추출한다.
스캐닝 결과, 도 6의 (c)에 나타낸 바와 같이, 서로 연접한 3개의 마그네틱센서(31)에 의해서 상기 마그넷 신발(10)의 특정 마그넷(11)이 감지되면 상기 복수의 마그네틱센서(31)가 형성하는 격자 좌표 중 상기 3개의 마그네틱센서(31)가 이루는 삼각형의 중점을 감지된 마그넷(11)의 좌표로 추출한다.
스캐닝 결과, 도 6의 (d)에 나타낸 바와 같이, 서로 연접한 4개의 마그네틱센서(31)에 의해서 상기 마그넷 신발(10)의 특정 마그넷(11)이 감지되면 상기 복수의 마그네틱센서(31)가 형성하는 격자 좌표 중 상기 4개의 마그네틱센서(31)가 이루는 사각형의 중점을 감지된 마그넷(11)의 좌표로 추출한다.
상기와 같이 추출되는 복수의 마그넷(11)이 감지되는 좌표가 현재 보행자의 보행 패턴이 되며, 상기 센서 스캐닝부(40)는 이렇게 추출한 보행 패턴 신호를 실시간으로 출력하여 상기 표시부(50)로 전달한다.
이에 따라서, 상기 표시부(50)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 마그넷 신발(10)의 바닥에 부착된 특정 패턴의 복수의 마그넷(11) 중에서 상기 마그네틱센서(31)에 의해 자장이 감지된 특정 마그넷(11)을 표시함으로써 보행자의 보행 패턴을 알려준다.
예컨대, 보행자가 두 발을 평행하게 하고 양측 발을 상기 트레드빌의 벨트에 닿게 한 상태이거나, 혹은 상기한 특정 보행 자세 교정 훈련 구역의 평탄한 바닥 등에 설치된 상기 보행 패널(20)에 닿게 한 상태에서, 좌측 발(L)을 들어 한걸음 걷고 연이어서 우측 발(R)을 들어 한걸음 걷는 과정 중에, 상기 표시부(50)는 도 8에 나타낸 바와 같이, 상기 마그네틱센서(31)에 의해 자장이 감지된 특정 마그넷(11)을 표시함으로써 보행자의 보행 패턴을 알려준다.
참고로, 도 8의 (a)는 바닥에 평행하게 양측 발이 닿은 상태이고, 도 8의 (b)는 보행을 위해 좌측 발을 들어올린 상태이고, 도 8의 (c)는 좌측 발의 뒤꿈치가 바닥에 닿아 발바닥 후단 감지용 마그넷(11c)이 감지된 상태이고, 도 8의 (d)는 좌측 발을 앞으로 나간 채 양측 발 모두 바닥에 닿은 상태이다.
도 8의 (e)는 좌측 발이 앞으로 나가고 우측 발의 뒤꿈치는 들려 발바닥 전단 및 중간 감지용 마그넷(11a,11b)이 감지된 상태이고, 도 8의 (f)는 보행을 위해 우측 발을 들어올린 상태이고, 도 8의 (g)는 우측 발의 뒤꿈치가 바닥에 닿아 발바닥 후단 감지용 마그넷(11c)이 감지된 상태이고, 도 8의 (h)는 우측 발을 앞으로 나간 채 양측 발 모두 바닥에 닿은 상태이다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 마그네틱센서 어레이를 이용한 보행 패턴 추출장치는 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있는 범위까지 그 기술적 정신이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 마그네틱센서 어레이를 이용한 보행 패턴 추출장치의 실시예.
도 2는 마그넷 신발의 저면도.
도 3은 보행 패널의 단면도.
도 4는 상부 패널의 저면도.
도 5는 마그네틱센서 어레이 기판의 출력 스캐닝 순서를 나타낸 실시예.
도 6은 마그넷 감지 좌표를 나타낸 실시예.
도 7은 본 발명에 따른 마그네틱센서 어레이를 이용한 보행 패턴 추출장치의 보행 패널을 트레드밀에 적용한 실시예.
도 8은 보행 패턴 디스플레이 화면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 마그넷 신발 11,11a,11b,11c: 마그넷
20: 보행 패널 21: 상부 패널
21a: 요홈 22: 하부 패널
30: 마그네틱센서 어레이 기판 31: 마그네틱센서
40: 센서 스캐닝부 50: 표시부

Claims (3)

  1. 복수의 마그넷(11)이 특정 패턴으로 바닥에 부착되어 있는 마그넷 신발(10)과;
    밑면에 복수의 요홈(21a)이 격자로 형성되어 있는 상부 패널(21)의 하측이 하부 패널(22)에 의해 커버되는 보행 패널(20);
    상기 보행 패널(20)에 수용되며, 상기 상부 패널(21)의 복수의 격자 요홈(21a)에 각각 끼워져 고정되는 복수의 마그네틱센서(31)를 포함하고, 보행자가 상기 마그넷 신발(10)을 착용하고 상기 보행 패널(20) 위를 걷는 동안 상기 각각의 마그네틱센서(31)에 의해 감지되는 상기 복수의 마그넷(11)의 자장을 전기신호로 변환하여 출력하는 마그네틱센서 어레이 기판(30);
    상기 마그네틱센서 어레이 기판(30)의 출력을 스캐닝하여 상기 복수의 마그네틱센서(31)가 형성하는 격자 좌표 중 상기 복수의 마그넷(11)이 감지되는 좌표를 특정 보행 패턴으로 추출하고, 추출한 보행 패턴 신호를 실시간으로 출력하는 센서 스캐닝부(40); 및
    상기 센서 스캐닝부(40)의 보행 패턴 신호가 나타내는 보행 패턴을 디스플레이하는 표시부(50);
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네틱센서 어레이를 이용한 보행 패턴 추출장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 마그넷 신발(10)의 바닥에 부착되어 있는 복수의 마그넷(11)은 보행자의 발바닥 전단 감지용이며 상기 바닥의 전단에 폭 방향으로 일정 간격으로 나열되어 복수의 마그넷(11a)과, 발바닥 중간 감지용이며 상기 바닥의 중간에 폭 방향으로 일정 간격으로 나열되는 복수의 마그넷(11b), 및 발바닥 후단 감지용 상기 바닥의 후단에 폭 방향으로 일정 간격으로 나열되는 복수의 마그넷(11c)으로 구분되는 것을 특징으로 하는 마그네틱센서 어레이를 이용한 보행 패턴 추출장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 센서 스캐닝부(40)는 상기 상부 패널(21)의 복수의 격자 요홈(21a)에 각각 끼워져 고정되는 복수의 마그네틱센서(31) 중 어느 1개, 혹은 서로 연접한 2개, 혹은 서로 연접한 3개, 혹은 서로 연접한 4개의 센서에 의해 감지되는 특정 마그넷의 좌표를 특정 보행 패턴으로 추출하는 것을 특징으로 하는 마그네틱센서 어레이를 이용한 보행 패턴 추출장치.
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