KR101179159B1

KR101179159B1 - 착용형 로봇의 발 센서 장치 및 이를 이용한 착용자의 보행 의도 파악 방법

Info

Publication number: KR101179159B1
Application number: KR1020100003207A
Authority: KR
Inventors: 이종원; 김효곤; 장재호; 박상덕; 손웅희
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2010-01-13
Filing date: 2010-01-13
Publication date: 2012-09-03
Also published as: KR20110083144A

Abstract

본 발명은 착용형 로봇의 발 센서 장치 및 이를 이용하여 착용형 로봇의 착용자의 보행 중 보행 의도를 파악하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 한 실시예에 따른 착용형 로봇의 발 센서 장치는, 착용형 로봇의 발 부재의 상면 중 착용자의 발의 발가락이 위치하는 영역에 설치되는 제1 센서, 상기 발 부재의 상면 중 상기 착용자의 발의 볼이 위치하는 영역에 설치되는 제2 센서, 상기 발 부재의 상면 중 상기 착용자의 발의 뒤꿈치가 위치하는 영역에 설치되는 제3 센서, 그리고 상기 제1 내지 제3 센서의 신호를 기초로 상기 착용자의 보행 의도를 판단하는 컨트롤러를 포함한다. 본 발명에 의하면, 착용형 로봇의 발 부재의 상면의 세 개의 영역에 세 개의 센서를 각각 설치하고 그 온 오프 신호를 기초로 착용자의 보행 중 보행 의도를 정확하게 판단할 수 있다.

Description

착용형 로봇의 발 센서 장치 및 이를 이용한 착용자의 보행 의도 파악 방법{Foot sensor apparatus for wearable robot and method for determining intention of user using the same}

본 발명은 착용형 로봇의 발 센서 장치 및 이를 이용하여 착용형 로봇의 착용자의 보행 중 보행 의도를 파악하는 방법에 관한 것이다.

로봇 기술이 발달하면서 인체에 착용되어 인체의 근력을 지원하는 착용형 로봇이 개발되고 있다.

일반적으로 이러한 근력 지원을 위한 인체 착용형 로봇은 착용자가 움직이고자 하는 동기 신호를 받아 구동하도록 형성되며, 구동력 확보를 위한 모터, 유압 실린더 등을 구비한다.

이러한 착용형 로봇의 보다 효과적으로 구동하여 착용형 로봇의 발 부재의 바닥면에 압력 센서를 설치하여 그 정보를 이용하여 로봇과 지면 사이의 상태 및 환경에 대한 정보를 획득하였다.

그러나 이러한 종래의 방식에서는 단순히 로봇과 지면 사이의 환경 정보를 획득할 수 있을 뿐이며, 착용자와 로봇, 로봇과 지면 등의 상호 작용을 파악할 수 있는 정보 및 착용자의 보행 의도를 파악할 수 없다는 한계가 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 착용형 로봇에서 로봇과 지면 사이의 환경에 대한 정보뿐만 아니라 보행 중 착용자의 보행 의도를 정확하게 파악할 수 있는 착용형 로봇의 발 센서 장치 및 이를 이용하는 착용자의 보행 의도 판단 방법을 제공하는 것이다.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 착용형 로봇의 발 센서 장치는, 착용형 로봇의 발 부재의 상면 중 착용자의 발의 발가락이 위치하는 영역에 설치되는 제1 센서, 상기 발 부재의 상면 중 상기 착용자의 발의 볼이 위치하는 영역에 설치되는 제2 센서, 상기 발 부재의 상면 중 상기 착용자의 발의 뒤꿈치가 위치하는 영역에 설치되는 제3 센서, 그리고 상기 제1 내지 제3 센서의 신호를 기초로 상기 착용자의 보행 의도를 판단하는 컨트롤러를 포함하며, 상기 제1 내지 제3 센서는 하중이 가해지는 경우 온(on) 되고 하중이 가해지지 않는 경우 오프(off) 되도록 구성될 수 있으며, 이때 상기 컨트롤러는, 상기 제1 내지 제3 센서가 모두 오프 된 경우 착용자의 발이 허공에 위치하는 상태인 것으로 판단하고, 상기 제1 센서가 온 되고 상기 제2 센서와 상기 제3 센서는 오프 된 경우 발바닥 굽힘(plantar-flexion) 상태인 것으로 판단하며, 상기 제1 센서와 상기 제2 센서는 오프 되고 상기 제3 센서는 온 된 경우 뒤꿈치 닿음(heel strike) 상태인 것으로 판단하고, 상기 제1 내지 제3 센서가 모두 온 된 경우 상기 착용자가 발바닥 전체를 상기 발 부재에 부착한 상태로 서 있는 상태인 것으로 판단한다.

삭제

한편, 본 발명의 실시예에 따른 착용형 로봇을 착용한 착용자의 보행 의도를 판단하는 방법은, 상기 착용형 로봇의 발 부재의 상면 중 착용자의 발의 발가락이 위치하는 영역에 설치되는 제1 센서, 상기 발 부재의 상면 중 상기 착용자의 발의 볼이 위치하는 영역에 설치되는 제2 센서, 그리고 상기 발 부재의 상면 중 상기 착용자의 발의 뒤꿈치가 위치하는 영역에 설치되는 제3 센서의 신호를 기초로 상기 착용자의 보행 의도를 판단하며, 상기 제1 내지 제3 센서는 하중이 가해지는 경우 온(on) 되고 하중이 가해지지 않는 경우 오프(off) 되도록 구성될 수 있고, 상기 제1 내지 제3 센서가 모두 오프 된 경우 착용자의 발이 허공에 위치하는 상태인 것으로 판단하고, 상기 제1 센서가 온 되고 상기 제2 센서와 상기 제3 센서는 오프 된 경우 발바닥 굽힘(Plantar-flexion) 상태인 것으로 판단하며, 상기 제1 센서와 상기 제2 센서는 오프 되고 상기 제3 센서는 온 된 경우 뒤꿈치 닿기(heel strike) 상태인 것으로 판단하고, 상기 제1 내지 제3 센서가 모두 온 된 경우 상기 착용자가 발바닥 전체를 상기 발 부재에 부착한 상태로 서 있는 상태인 것으로 판단한다.

삭제

본 발명에 의하면, 착용형 로봇의 발 부재의 상면의 세 개의 영역에 세 개의 센서를 각각 설치하고 그 온 오프 신호를 기초로 착용자의 보행 중 보행 의도를 정확하게 판단할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 착용형 로봇의 발 센서 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 착용형 로봇의 발 센서 장치의 센서들이 설치되는 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 착용형 로봇의 발 센서 장치에 의해 착용자의 보행 의도를 판단하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 발 센서 장치는 인체의 하반신에 착용되어 착용자의 근력을 지원하는 역할을 하는 착용형 로봇에 설치될 수 있다.

이러한 착용형 로봇은 착용자의 하반신 운동이 자연스럽게 이루어질 수 있도록 다수의 부재가 회동 가능하게 연결되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 착용형 로봇은 골반 부재, 골반 부재에 회동 가능하게 연결되는 대퇴골 부재, 대퇴골 부재에 회동 가능하게 연결되는 경골 부재, 경골 부재에 회동 가능하게 연결되는 발 부재 등을 포함할 수 있다.

착용형 로봇의 서로 회동 가능한 부재들의 상대 회동을 위한 구동력을 제공하기 위한 모터나 유압장치 등의 구동장치가 구비될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 착용형 로봇의 발 센서 장치의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 발 센서 장치는 제1 센서(100), 제2 센서(200), 제3 센서(300)를 포함하고, 컨트롤러(400)는 세 개의 센서(100, 200, 300)에 전기적으로 연결되어 신호를 수신할 수 있도록 형성된다.

제1 내지 제3 센서(100, 200, 300)은 압력이 가해지는지의 여부에 따라 온(on) 되거나 오프(off) 될 수 있는 종래의 압력 센서로 구현될 수 있다.

컨트롤러(400)는 마이크로프로세서, 메모리, 및 관련 하드웨어와 소프트웨어를 포함하고, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자가 용이하게 이해할 수 있는 것처럼 센서들과 통신하고 이하에서 기술할 본 발명의 한 실시예에 따른 착용형 로봇의 착용자의 보행 의도 판단 방법을 수행하도록 형성된다. 예를 들어, 마이크로프로세서는 본 발명의 한 실시예에 따른 보행 의도 판단 방법에 해당하는 각 단계를 수행하도록 프로그램된 설정된 프로그램에 의해 구동되도록 형성되며, 메모리에는 이를 수행하기 위한 각종 데이터가 저장될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 착용형 로봇의 발 센서 장치의 센서들이 설치되는 위치를 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 착용형 로봇의 발 부재(500)의 상면을 부호 1 내지 10의 10개 영역으로 구분할 때, 제1 센서(100)는 발 부재(500)의 상면 중 착용자의 발가락이 위치하는 영역(1, 2, 3)에 설치되며, 제2 센서(200)는 발 부재(500)의 상면 중 착용자의 발의 볼(ball)이 위치하는 영역(4, 5, 6)에 설치되고, 제3 센서(300)는 발 부재(500)의 상면 중 착용자의 발 뒤꿈치가 위치하는 영역(9, 10)에 설치된다. 특히, 제1 센서(100)는 발가락 중 첫 번째 및 두 번째 발가락이 위치하는 영역(1, 2)에 설치될 수 있다.

즉, 제1 센서(100)는 발 부재(500)의 상면 중 A1에 의해 지시된 영역에 설치되며, 제2 센서(200)는 발 부재(500)의 상면 중 A2에 의해 지시된 영역에 설치되고, 제3 센서(300)는 발 부재(500)의 상면 중 A3에 의해 지시된 영역에 설치될 수 있다.

이때, 제1 내지 제3 센서(100, 200, 300)는 하중이 가해지는 경우 온(on) 되고 하중이 가해지지 않는 경우 오프(off) 되도록 구성될 수 있다.

컨트롤러(400)는 위에서 설명한 바와 같이 설치된 제1 내지 제3 센서(100, 200, 300)의 신호를 기초로 다음 표의 기준에 따라 착용형 로봇의 착용자의 보행 의도를 결정할 수 있다.

제1 센서	제2 센서	제3 센서	결과
off	off	off	허공(on air)
on	off	off	발바닥 굽힘(plantar-flexion)
off	off	on	뒤꿈치 닿음(heel strike)
on	on	on	서 있는 상태(stand)

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 착용형 로봇의 발 센서 장치에 의해 착용자의 보행 의도를 판단하는 방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 3을 참조하여 위의 표와 같이 판단하는 이유에 대해 설명한다.

먼저, 도 3에서와 같이 보행 중 발 뒤꿈치가 지면에 닿는 순간에는 발 뒤꿈치 부분에만 하중이 가해지고 발의 볼과 발가락에는 하중이 가해지지 않을 것이므로, 발 뒤꿈치가 위치하는 영역에 설치된 제3 센서(300)만 온 되고 나머지 두 개의 센서(100, 200)는 오프 될 것이다. 따라서 위 표에서와 같이 제1 센서(100)와 제2 센서(200)가 오프 상태이고 제3 센서(300)가 온 된 경우 뒤꿈치 닿음(heel strike) 상태인 것으로 판단한다.

한편, 도 3에서와 같이 발바닥 전체가 바닥에 닿아 있는 서 있는 상태에서는 발 뒤꿈치, 볼, 발가락 모두에 의해 하중이 가해질 것이므로, 제1 내지 제3 센서(100, 200, 300)가 모두 온 될 것이다. 따라서 위 표에서와 같이 제1 내지 제3 센서(100, 200, 300)가 모두 온 된 경우 발바닥 전체를 바닥에 붙인 상태로 서 있는 상태(stand)로 판단한다.

한편, 도 3에서와 같이 보행 중 뒷발의 발바닥을 굽혀 앞으로 내디디려고 할 때에는 발가락 부분에만 하중이 가해지고 발 뒤꿈치와 발의 볼에 의해서는 하중이 가해지지 않을 것이므로, 발가락이 위치하는 영역에 설치된 제1 센서(100)만 온 되고 나머지 두 개의 센서(200, 300)는 오프 될 것이다. 따라서 위 표에서와 같이 제1 센서(100)만 온 되고 제2 및 제3 센서(200, 300)가 오프 된 경우 발바닥 굽힘(plantar-flexion) 상태인 것으로 판단한다.

마지막으로, 도 3에서와 같이 보행 중 발이 허공에 위치하는 경우 발에 의해 하중이 가해지지 않으므로, 제1 내지 제3 센서(100, 200, 300)가 모두 오프 될 것이다. 따라서 위 표에서와 같이 제1 내지 제3 센서(100, 200, 300)가 모두 오프 된 경우에 착용형 로봇의 발 부재 및 착용자의 발이 허공에 위치(on air)하는 상태인 것으로 판단한다.

위와 같이 착용형 로봇의 발 부재(500)의 상면의 세 개의 영역에 세 개의 센서(100, 200, 300)를 설치하고 그 온 오프 신호를 기초로 착용자의 보행 중 보행 의도를 정확하게 판단할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.

100: 제1 센서 200: 제2 센서
300: 제3 센서 400: 컨트롤러
500: 착용형 로봇의 발 부재

Claims

착용형 로봇의 발 부재의 상면 중 착용자의 발의 발가락이 위치하는 영역에 설치되는 제1 센서,
상기 발 부재의 상면 중 상기 착용자의 발의 볼이 위치하는 영역에 설치되는 제2 센서,
상기 발 부재의 상면 중 상기 착용자의 발의 뒤꿈치가 위치하는 영역에 설치되는 제3 센서, 그리고
상기 제1 내지 제3 센서의 신호를 기초로 상기 착용자의 보행 의도를 판단하는 컨트롤러를 포함하며,
상기 제1 내지 제3 센서는 하중이 가해지는 경우 온(on) 되고 하중이 가해지지 않는 경우 오프(off) 되도록 구성되고,
상기 컨트롤러는, 상기 제1 내지 제3 센서가 모두 오프 된 경우 착용자의 발이 허공에 위치하는 상태인 것으로 판단하고, 상기 제1 센서가 온 되고 상기 제2 센서와 상기 제3 센서는 오프 된 경우 발바닥 굽힘(plantar-flexion) 상태인 것으로 판단하며, 상기 제1 센서와 상기 제2 센서는 오프 되고 상기 제3 센서는 온 된 경우 뒤꿈치 닿음(heel strike) 상태인 것으로 판단하고, 상기 제1 내지 제3 센서가 모두 온 된 경우 상기 착용자가 발바닥 전체를 상기 발 부재에 부착한 상태로 서 있는 상태인 것으로 판단하는 착용형 로봇의 발 센서 장치.
삭제
착용형 로봇을 착용한 착용자의 보행 의도를 판단하는 방법으로서,
상기 착용형 로봇의 발 부재의 상면 중 착용자의 발의 발가락이 위치하는 영역에 설치되는 제1 센서, 상기 발 부재의 상면 중 상기 착용자의 발의 볼이 위치하는 영역에 설치되는 제2 센서, 그리고 상기 발 부재의 상면 중 상기 착용자의 발의 뒤꿈치가 위치하는 영역에 설치되는 제3 센서의 신호를 기초로 상기 착용자의 보행 의도를 판단하며,
상기 제1 내지 제3 센서는 하중이 가해지는 경우 온(on) 되고 하중이 가해지지 않는 경우 오프(off) 되도록 구성되고,
상기 제1 내지 제3 센서가 모두 오프 된 경우 착용자의 발이 허공에 위치하는 상태인 것으로 판단하고, 상기 제1 센서가 온 되고 상기 제2 센서와 상기 제3 센서는 오프 된 경우 발바닥 굽힘(Plantar-flexion) 상태인 것으로 판단하며, 상기 제1 센서와 상기 제2 센서는 오프 되고 상기 제3 센서는 온 된 경우 뒤꿈치 닿기(heel strike) 상태인 것으로 판단하고, 상기 제1 내지 제3 센서가 모두 온 된 경우 상기 착용자가 발바닥 전체를 상기 발 부재에 부착한 상태로 서 있는 상태인 것으로 판단하는 착용형 로봇의 착용자의 보행 의도 판단 방법.
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