KR101203669B1 - walking assisting device having user recognition function - Google Patents
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Abstract
사용자 인식 기능을 가지는 보행 보조 장치가 개시된다. 보행 보조 장치는 제어부의 제어 하에 바퀴를 구동하여 보행 보조 장치의 진행 방향 및 속도 중 적어도 하나를 제어하기 위한 바퀴 구동부, 하부에 바퀴가 연결되고 상부에 사용자가 자세를 안정적으로 유지하도록 보조하기 위한 자세 유지 보조부가 연결되며, 그 상하 방향이 연직방향으로부터 이루는 수직 기울기 및 길이 중 적어도 하나가 조절되는 몸체, 사용자가 의도하는 진행 방향 및 속도를 파악하여 제어부에 통지하기 위한 사용자 조작부, 및 사용자를 인식하여 제어부에 통지하기 위한 사용자 인식부를 포함한다. 제어부는 사용자 인식부에서 인식한 사용자에 대한 사용자 정보에 기반하여 자세 유지 보조부가 수평면 이루는 각도인 수평 기울기, 몸체의 수직 기울기 및 길이, 진행 방향, 및 속도 중 적어도 하나를 제어한다. 본 발명에 의하여 사용자의 신체에 적합하도록 보행 보조 장치의 높이 및 손잡이의 기울기 등을 조절하여 사용자에게 가장 최적화된 보행 상태를 제공하고, 인식된 사용자의 건강 상태에 적합하도록 보행 보조 장치의 속도를 조절할 수 있다. A walking assistance device having a user recognition function is disclosed. The walking assistance device is a wheel drive unit for controlling at least one of a moving direction and a speed of the walking assistance device by driving the wheel under the control of a controller, a wheel connected to the lower part, and a posture for assisting the user to stably maintain the upper part. The holding aid is connected, the body of which at least one of the vertical inclination and the length of the vertical direction is adjusted from the vertical direction, the user operation unit for notifying the control unit to identify the direction and speed of the user intended, and the user to recognize the And a user recognition unit for notifying the control unit. The control unit controls at least one of a horizontal inclination, a vertical inclination and length of the body, a moving direction, and a speed, which are angles formed by the posture maintaining auxiliary unit, based on the user information recognized by the user recognition unit. The present invention provides the most optimized gait state by adjusting the height of the gait assist device and the inclination of the handle to be suitable for the user's body, and adjusts the speed of the gait assist device to be suitable for the recognized health state of the user. Can be.
Description
본 발명은 노약자나 장애인들의 보행을 돕기 위한 보행 보조 장치에 관한 것으로서, 특히, 사용자를 인식하여 사용자에 적합하도록 보행 보조 장치의 높이 등을 조절하고, 사용자에게 최적화된 방식으로 이동 속도 등을 제어함은 물론 장애물을 검출함으로써, 사용자가 안전하게 보행할 수 있도록 돕기 위한 보행 보조 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a walking aid device for helping the elderly and the disabled to walk, and more particularly, to adjust the height of the walking aid device to recognize the user and to suit the user, and to control the moving speed and the like in an optimized manner for the user. Of course, the present invention relates to a walking assistance device for helping a user to walk safely by detecting an obstacle.
기술의 발전과 경제적 발전에 힘입어 인간의 평균 수명이 점점 길어지고 있다. 그런데, 단지 평균 수명을 늘이는 것에 중점을 두었던 과거와는 달리, 얼마나 양호한 삶의 질을 유지하면서 오래 사느냐가 점점 관심의 대상이 되고 있다. 즉, 수명 연장도 중요하지만, 연장된 수명의 삶의 질에 대해서도 관심이 증대되고 있다. The life expectancy of human beings is getting longer due to the development of technology and economic development. However, unlike the past, where the focus was only on extending life expectancy, it is increasingly interesting to see how long a person lives while maintaining a good quality of life. In other words, the extension of life is important, but there is increasing interest in the quality of life of extended life.
그런데, 삶의 질을 향상시키는 데에는 일상 생활의 가장 기본적인 동작들을 얼마나 잘 수행하느냐가 매우 중요하다. 예를 들어, 양손의 사용이 불편한 사람의 경우 옷을 갈아입거나 머리를 감는 등의 기본적인 일상 동작들을 원활하게 수행할 수 없기 때문에 일상 생활이 매우 불편해지고, 일상 생활이 불편한 만큼 삶의 질이 저하된다. 그러므로, 기본적인 일상 생활의 동작을 잘 수행하는 능력은 삶의 질을 향상시키는 가장 기본적이면서도 중요한 요소이다. However, how to perform the most basic movements of everyday life is very important for improving the quality of life. For example, a person who is inconvenient to use both hands can't perform basic daily operations such as changing clothes or washing their hair, which makes daily life very uncomfortable and deteriorates the quality of life. do. Therefore, the ability to perform basic daily activities well is the most basic and important factor in improving the quality of life.
최근 들어 점점 더 많은 관심을 받고 있는 일상 생활 동작에는 보행 동작이 있다. 흔히, 정상적인 신체를 가지고 있으면 누구나 쉽게 할 수 있기 때문에 사람들은 걷는 것에 특별한 관심을 기울이지 않지만, 이것은 신경과 골격근이 총괄적으로 사용되는 아주 복잡한 과정이다. 즉, 보행 동작이란 한쪽 다리가 입각기의 안정된 상태를 유지하는 동시에 다른 다리가 몸을 앞으로 전진시키는 연속적이고 반복적인 동작이다. 또한 100여 개의 골격근이 상지와 하지의 여러 관절과 협응을 이루어야 가능한 복합적인 동작이며 호흡 작용이나 심장 박동 등 여러 신체 활동의 협응으로 이루어진다. 따라서, 복잡한 신체 기관들의 원활한 협응이 이뤄지지 않는 경우 단기간에 보행 능력을 현저히 향상시키는 것은 곤란하다. 또한, 복잡한 기관들 중 어느 곳이 관절염이나 신경계의 이상으로 인하여 기능성이 떨어진 경우, 그 사람의 보행 능력은 현저히 저하되고 쉽게 회복되기 곤란하다. 또한, 보행 동작은 장애인이나 노인 등의 이동권이라는 측면에서 사회과학적으로도 매우 중요한 동작이다. 다른 동작을 원활하게 수행할 수 있는 사람이라도 보행 동작이 원활하지 않다면 그만큼 활동 범위가 축소되게 되고, 축소된 활동 범위는 곧바로 그 사람의 삶의 질과 직결된다. 뿐만 아니라, 보행을 제대로 하지 못하는 환자의 경우 근육의 퇴행으로 인한 추가적인 합병증까지도 발생하게 된다. 또한, 보행 조건이 나쁜 경우에는 중심이 불안정해지므로 신체 각 부위의 평형성 및 호흡과 심장 활동에 영향을 미쳐 피로가 증가한다. 그러므로 보행을 원활히 하는 능력은 삶의 질을 향상시키기 위한 가장 기본적인 필수 요소라고 할 수 있다. In recent years, there is a walking movement in daily life movements, which are getting more and more attention. Often, people don't pay special attention to walking because anyone with a normal body can do it easily, but this is a very complex process in which nerves and skeletal muscle are used collectively. In other words, the walking motion is a continuous and repetitive motion in which one leg maintains a stable state of the standing position while the other leg moves forward. In addition, more than 100 skeletal muscles are complex movements that require coordination with various joints of the upper and lower extremities, and coordination of various physical activities such as breathing and heartbeat. Therefore, it is difficult to significantly improve walking ability in a short time when smooth coordination of complex body organs is not achieved. In addition, when any of the complex organs are deteriorated due to arthritis or abnormalities of the nervous system, the walking ability of the person is significantly lowered and it is difficult to recover easily. In addition, the gait motion is a very important motion in terms of social science in terms of mobility of the disabled and the elderly. Even if a person who can perform other movements smoothly does not move smoothly, the range of activities is reduced by that amount, and the reduced range of activities is directly related to the quality of life of the person. In addition, patients who do not walk properly will have additional complications due to muscle degeneration. In addition, when the walking condition is bad, the center becomes unstable, and thus the fatigue is increased by affecting the equilibrium of each part of the body and breathing and cardiac activity. Therefore, the ability to walk smoothly is the most essential element to improve the quality of life.
이와 같이 중요한 보행 능력을 보조하기 위한 연구가 오랜 동안 진행되어 왔다. 특히, 유럽은 1990년대부터 10년간 고령자와 장애인을 위한 종합 기술 지원 프로그램인 TIDE(Technology for Inclusive Design and Equality) 프로그램을 수행하여 왔으며, 우리나라의 실버 산업 시장 규모도 2010년에 약 41조에 달할 것으로 추정된다. 이러한 기술 중 하나로 보행 보조 장치를 들 수 있으며, 이 장치는 보행 능력이 저하된 사용자의 보행을 보조함으로써 사용자가 다른 사람의 도움이 없이도 스스로 걸어다닐 수 있도록 함으로써 삶의 질을 향상시키는 것은 물론 보행 중 발생할 수 있는 사고를 방지하는 중요한 역할을 담당한다. Research to assist in this important walking ability has been in progress for a long time. In particular, Europe has been carrying out the TIDE (Technology for Inclusive Design and Equality) program, a comprehensive technical support program for the elderly and the disabled for 10 years since the 1990s, and Korea's silver industry market is expected to reach about 41 trillion won in 2010. do. One such technology is pedestrian aids, which assist users in walking with reduced ability to walk so that they can walk on their own without the help of others, improving their quality of life as well as walking. It plays an important role in preventing accidents that may occur.
그런데, 모든 사람이 동일한 보행 보조 장치를 이용하여 동일한 효과를 얻는 것은 아니다. 예를 들어, 관절염 초기 증상을 앓는 사람과 인공 관절 치환 수술을 받은 사람의 경우 동일한 속도로 이동할 수 없음은 명백하다. 그런데, 종래의 보행 보조 장치의 경우 평균적인 사용자를 기준으로 설계되기 때문에 이를 이용하는 사용자마다 만족도가 달라질 수밖에 없다. However, not everyone obtains the same effect by using the same walking assistance device. For example, it is clear that people with early arthritis symptoms and those who have had joint replacement surgery cannot move at the same speed. However, since the conventional walk assistance apparatus is designed based on an average user, satisfaction of users using the same may vary.
그러므로, 사용자를 인식하여 사용자의 신체에 가장 적합하도록 보행 보조 장치의 높이 및 손잡이의 기울기 등을 조절하여 보행시 사용자의 편의를 도모하는 것은 물론, 사용자의 건강 상태에 가장 적합한 속도로 보행 보조 장치를 이동시킴으로써 보행 중 발생할 수 있는 치명적인 사고를 방지하는 보행 보조 장치가 절실히 요구된다. Therefore, the user can recognize the user and adjust the height of the walking aid device and the inclination of the handle so as to best fit the user's body. There is an urgent need for a walking aid that prevents fatal accidents that may occur during walking by moving.
본 발명의 목적은 사용자를 인식하여 사용자의 신체에 적합하도록 보행 보조 장치의 높이 및 손잡이의 기울기 등을 조절하여 사용자에게 가장 최적화된 보행 상태를 제공하기 위한 보행 보조 장치를 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a walking assistance device for providing the most optimized walking state to the user by adjusting the height of the walking aid and the inclination of the handle so as to recognize the user to fit the user's body.
본 발명의 다른 목적은 인식된 사용자의 건강 상태에 적합하도록 보행 보조 장치의 속도를 조절함으로써 사용자의 안정성을 극대화하면서 사용자의 보행을 보조하여 보행 운동 효과를 극대화하기 위한 보행 보조 장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a walking assistance device for maximizing the walking motion by maximizing the stability of the user by maximizing the stability of the user by adjusting the speed of the walking assistance device to be suitable for the recognized health state of the user.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일면은 사용자 인식 기능을 가지는 보행 보조 장치에 관한 것으로서, 보행 보조 장치는 제어부의 제어 하에 바퀴를 구동하여 보행 보조 장치의 진행 방향 및 속도 중 적어도 하나를 제어하기 위한 바퀴 구동부, 하부에 바퀴가 연결되고 상부에 사용자가 자세를 안정적으로 유지하도록 보조하기 위한 자세 유지 보조부가 연결되며, 그 상하 방향이 연직방향으로부터 이루는 수직 기울기 및 길이 중 적어도 하나가 조절되는 몸체, 사용자가 의도하는 진행 방향 및 속도를 파악하여 제어부에 통지하기 위한 사용자 조작부, 및 사용자를 인식하여 제어부에 통지하기 위한 사용자 인식부를 포함한다. 특히, 제어부는 사용자 인식부에서 인식한 사용자에 대한 사용자 정보에 기반하여 자세 유지 보조부가 수평면 이루는 각도인 수평 기울기, 몸체의 수직 기울기 및 길이, 진행 방향, 및 속도 중 적어도 하나를 제어한다. 또한, 보행 보조 장치는 보행 보조 장치의 진행 방향에 위치한 장애물, 진행 방향의 노면 상태, 및 현재 날씨 중 적어도 하나를 포함하는 주변 상태를 감지하여 제어부로 통지하기 위한 주변 상태 감지부를 더 포함하며, 제어부는, 주변 상태에 더욱 기반하여 몸체의 기울기, 길이, 진행 방향, 및 속도 중 적어도 하나를 제어하고, 주변 상태를 분석한 결과 위험 요소가 인지되면 경고 메시지를 출력하는 것을 특징으로 한다. 더 나아가, 주변 상태 감지부는 보행 보조 장치 주변을 촬영하는 카메라, 레이저 센서, 적외선 센서, 온도 센서, 및 습도 센서 중 적어도 하나를 포함하며, 제어부는, 카메라, 레이저 센서, 레이더 센서, 적외선 센서, 온도 센서, 및 습도 센서 중 적어도 하나로부터 수신된 신호를 분석하여 장애물 및 노면 상태를 감지한다. 또한, 본 발명에 의한 보행 보조 장치는 사용자의 신체 정보를 감지하여 제어부로 전달하기 위한 신체 정보 감지부를 더 포함하며, 제어부는 신체 정보에 더욱 기반하여 몸체의 기울기, 길이, 진행 방향, 및 속도 중 적어도 하나를 제어하고, 신체 정보를 분석한 결과 위험 요소가 인지되면 경고 메시지를 출력한다. 특히, 본 발명에 의한 보행 보조 장치는 외부 장치와 데이터를 송수신하기 위한 인터페이스를 더 포함하고, 제어부는, 운행 기록 및 신체 정보를 인터페이스를 통하여 외부 장치로 전송한다. 바람직하게는, 신체 정보 감지부는 사용자의 신체에 부착되어 신체 정보를 측정하기 위한 근전도 센서, 심전도 센서, 가속도 센서, 체온 센서, 혈압 센서, 및 체지방 센서 중 적어도 하나를 포함한다. 특히, 사용자 인식부는 사용자가 소지한 RFID 카드를 식별하거나 사용자의 얼굴 또는 지문을 이용하여 사용자를 인식한다. One aspect of the present invention for achieving the above object relates to a walking assistance device having a user recognition function, the walking assistance device controls at least one of the direction and speed of the walking assistance device by driving the wheel under the control of the controller. Wheel drive for connecting, the lower part is connected to the wheel and the posture maintenance assistant for assisting the user to maintain the posture on the top, the body is adjusted at least one of the vertical inclination and length of the vertical direction from the vertical direction A user manipulation unit for grasping the direction and speed intended by the user and notifying the control unit, and a user recognition unit for recognizing the user and notifying the control unit. In particular, the controller controls at least one of a horizontal inclination, a vertical inclination and length of the body, a moving direction, and a speed, which are angles formed by the posture maintenance assistant, based on the user information about the user recognized by the user recognition unit. The walking assistance apparatus may further include a peripheral state sensing unit configured to detect and notify a controller of an ambient state including at least one of an obstacle located in a traveling direction of the walking assistance device, a road surface state of a traveling direction, and current weather, and the controller. The controller may further control at least one of a tilt, a length, a moving direction, and a speed of the body based on the surrounding state, and output a warning message when a risk factor is recognized as a result of analyzing the surrounding state. Furthermore, the ambient state detection unit includes at least one of a camera, a laser sensor, an infrared sensor, a temperature sensor, and a humidity sensor for photographing a walk assistance device, and the controller includes a camera, a laser sensor, a radar sensor, an infrared sensor, a temperature. The signal received from at least one of the sensor and the humidity sensor is analyzed to detect obstacles and road conditions. In addition, the walking assistance apparatus according to the present invention further includes a body information detection unit for detecting and transmitting the user's body information to the control unit, the control unit further based on the body information of the inclination, length, progress direction, and speed of the body At least one is controlled and a warning message is output if a risk factor is recognized as a result of analyzing the body information. In particular, the walking assistance apparatus according to the present invention further includes an interface for transmitting and receiving data with the external device, and the control unit transmits driving records and body information to the external device through the interface. Preferably, the body information sensor includes at least one of an electrocardiogram sensor, an electrocardiogram sensor, an acceleration sensor, a body temperature sensor, a blood pressure sensor, and a body fat sensor attached to a user's body to measure body information. In particular, the user recognition unit identifies the RFID card possessed by the user or recognizes the user by using the user's face or fingerprint.
본 발명에 의하여, 사용자의 신체에 적합하도록 보행 보조 장치의 높이 및 손잡이의 기울기 등을 조절하여 사용자에게 가장 최적화된 보행 상태를 제공할 수 있다. According to the present invention, the height of the walking assistance device and the inclination of the handle may be adjusted to be suitable for the user's body, thereby providing the most optimized walking state to the user.
또한, 본 발명에 의하여 인식된 사용자의 건강 상태에 적합하도록 보행 보조 장치의 속도를 조절함으로써 사용자의 안정성을 극대화할 수 있다. In addition, it is possible to maximize the stability of the user by adjusting the speed of the walking assistance device to suit the health state of the user recognized by the present invention.
도 1은 본 발명에 의한 보행 보조 장치를 개념적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명에 의한 보행 보조 장치의 일 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 의한 주변 상태 감지부(260)가 주변 상태를 감지하는 동작을 설명하는 도면이다.
도 4는 생체 정보 측정 센서를 이용하여 측정된 보행 패턴을 예시하는 도면들이다. 1 is a block diagram conceptually illustrating a walking assistance apparatus according to the present invention.
2 is a perspective view showing an embodiment of a walking assistance device according to the present invention.
3A to 3C are diagrams illustrating an operation of sensing the surrounding state by the surrounding
4 is a diagram illustrating a walking pattern measured using a biometric information sensor.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the present invention can be implemented in various different forms, and is not limited to the embodiments described. In order to clearly describe the present invention, parts that are not related to the description are omitted, and the same reference numerals in the drawings denote the same members.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it may further include other components, without excluding the other components unless otherwise stated. In addition, the terms "... unit", "... unit", "module", "block", etc. described in the specification mean a unit for processing at least one function or operation, which means hardware, software, or hardware. And software.
도 1은 본 발명에 의한 보행 보조 장치를 개념적으로 나타내는 블록도이다. 1 is a block diagram conceptually illustrating a walking assistance apparatus according to the present invention.
도 1에 도시된 보행 보조 장치(100)는 몸체(110), 자세 유지 보조부(120), 바퀴 구동부(190), 및 두 개의 바퀴(192, 194)를 포함한다. 몸체(110)에는 중앙 제어부(150)와 신호를 송수신할 수 있는 사용자 조작부(130), 사용자 인식부(140), 주변 상태 감지부(160), 신체 정보 감지부(170), 및 인터페이스(180)가 연결된다. The
우선, 도 1에 도시된 사용자 인식부(140)는 사용자가 보행 보조 장치(100)에 접근할 때 사용자를 인식한다. 사용자를 인식하기 위하여, 사용자 인식부(140)는 사용자가 소지한 RFID(Radio Frequency IDentification) 카드로부터 고유 ID를 독출하여 RFID 카드를 식별하고, 식별된 RFID를 소지하는 것으로 사전 등록된 사용자를 인식할 수 있다. 또는, 지문이나 홍체 지문과 같은 생체 고유 정보를 이용하여 사용자를 인식할 수도 있으며, 사용자마다 등록된 고유한 사용자 번호를 수신함으로써 사용자를 식별할 수도 있다. 또한, 사용자 인식부(140)는 사용자의 안면을 인식하여 사용자를 식별할 수도 있다. First, the
사용자 인식부(140)에 의하여 사용자가 식별되면, 중앙 제어부(150)는 식별된 사용자에 상응하는 사용자 정보를 메모리(미도시)로부터 독출한다. 사용자 정보에는 사용자를 사용자의 신장이나 허리 전위 상태 및 사용자의 건강 상태와 같은 생체 고유 정보는 물론, 사용자의 과거 운행 기록 등이 포함될 수 있다. 사용자의 생체 고유 정보는 사용자를 식별하는 것은 물론, 사용자에게 적합한 운행 속도를 결정하는데 이용된다. When the user is identified by the
또한, 사용자에게 적합한 운행 속도는 사용자의 과거 운행 기록을 참조하여 결정될 수도 있다. 예를 들어, 사용자의 신장이 160cm인 경우에는 신장이 180cm인 사용자의 경우에 비하여 보행 보조 장치(100)의 높이가 낮을 것이 필요하다. 또한, 동일한 신장을 가지는 사용자라고 하더라도 척추 전위 증세가 심각한 사용자의 경우에는 상대적으로 증세가 경미한 사용자에 비하여 운행 속도를 더 늦게 유지하는 것이 필요하다. In addition, the driving speed suitable for the user may be determined with reference to the user's past driving record. For example, when the height of the user is 160cm, the height of the
사용자의 평소 보폭과 이동 속도와 같은 정보는 사용자의 과거 운행 기록에 저장된다. 예를 들어, 동일한 신장과 동일한 증상을 가지는 사용자라고 하더라도 개인적으로 보폭의 차이나 걷는 속도 등에 차이가 있을 수 있다. 평균 이동 속도가 1m/s인 사용자 A와 2m/s인 사용자 B가 있다고 할 때, 두 사용자를 같은 속도로 이동시키는 것은 적절하지 않다. 만일, 사용자 A를 2m/s의 평균 속도로 이동시킨다면, 사용자 A는 보행 보조 장치(100)가 유도하는 속도를 따라가는 것을 매우 힘들어할 것이다. 이 경우 사용자 A의 보행 운동은 운동이 아니라 고역이 될 것이며, 신체적으로 무리가 가해지므로 사용자 A에게 사고가 발생할 확률도 증가한다. 전술한 바와 같이, 보행 보조 장치(100)를 이용하는 사용자들은 신체적으로 약한 사람들이므로, 이들에게 전도 의 사고가 발생할 경우 그 피해는 일반인의 경우에 비해 비교할 수 없을 만큼 치명적일 수 있다. 그러므로, 본 발명에 의한 보행 보조 장치(100)에서 사용자 정보를 이용하여 사용자마다 차등적인 방식으로 사용자를 유도하는 것은 매우 필요하다. Information such as your usual stride length and travel speed is stored in your past driving record. For example, even a user who has the same symptoms as the same height may have a difference in personal stride length or walking speed. Given that user A has an average moving speed of 1 m / s and user B has a 2 m / s, moving two users at the same speed is not appropriate. If user A is moved at an average speed of 2 m / s, user A will find it very difficult to follow the speed guided by the
사용자는 사용자 조작부(130)를 이용하여 자신이 원하는 속도 및 방향을 결정할 수 있다. 사용자 조작부(130)는 원하는 방향의 버튼이 구비된 버튼식으로 사용자 입력을 수신할 수도 있고, 조이스틱과 같은 간단한 방식으로 사용자 입력을 수신할 수도 있다. 이 경우, 조이스틱을 조작하는 사용자의 힘을 인식하여 어느 방향으로 인가되는 힘이 강할 경우 해당 방향의 속도를 증가시킬 수도 있다. 또한, 중앙 제어부(150)는 사용자 정보를 이용하여 최대 속도를 조절할 수도 있다. 예를 들어, 전술된 사용자 A의 경우 사용자가 사용자 조작부(130)를 조작하여 최대 속도가 5m/s가 되도록 조절한다고 하더라도, 중앙 제어부(150)는 사용자 A의 사용자 정보를 참조하여 최대 속도가 2.5m/s이상일 경우 보행 중 위험 요인이 발생될 가능성이 높다고 판단하여 최대 속도를 2.5m/s로 한정할 수 있다. 반면에, 사용자 B의 경우 중앙 제어부(150)는 최대 속도를 사용자 A의 경우에 비하여 더 높은 4m/s로 제한할 수 있다. 이와 같이, 중앙 제어부(150)는 인식된 사용자의 사용자 정보에 기반하여 보행 보조 장치(100)의 높이 등은 물론, 평균 이동 속도와 최대 이동 속도 등을 제어함으로써 사용자의 편의 및 안정성을 극대화한다. The user may determine a desired speed and direction by using the
주변 상태 감지부(160)는, 사용자가 보행하는 동안에 보행 보조 장치(100)의 주변 상태를 감지한다. 본 명세서에서 주변 상태란 진행 방향에 위치한 장애물, 진행 방향의 노면 상태, 및 현재 날씨와 같이 보행 보조 장치(100)를 이용하여 사용자가 보행하는 현재 상황에서 사용자의 안전에 영향을 미칠 수 있는 모든 외적 조건을 의미하는 것으로 이해된다. 주변 상태 감지부(160)로부터 주변 상태가 수신되면, 중앙 제어부(150)는 이를 이용하여 보행 보조 장치(100)의 운행 상태를 변경한다. 예를 들어, 전방에 장애물이 감지될 경우 중앙 제어부(150)는 보행 보조 장치(100)가 이를 사용자에게 경고하고 자동으로 장애물을 회피하여 기동하도록 바퀴 구동부(190)를 제어할 수 있다. 또한, 노면이 울퉁불퉁할 경우 보행 보조 장치(100)의 이동 속도를 감소시키고, 노면에 웅덩이 등이 감지되는 경우 이를 경고하고 웅덩이를 회피하여 기동하도록 바퀴 구동부(190)를 제어할 수 있다. 뿐만 아니라, 중앙 제어부(150)는 현재의 날씨, 온도, 습도 등을 감지하여 현재의 기상 상황에 적합하도록 보행 보조 장치(100)를 제어할 수도 있다. 예를 들어, 현재 기온이 낮을 경우 사용자가 보행하기에 적합하지 않다고 판단하여 보행 속도를 감소시키거나, 현재의 습도가 높을 경우 천식 등과 같은 가진 환자에게는 보행 속도를 감소시키도록 보행 보조 장치(100)를 제어할 수 있다. The surrounding
도 1에 도시된 신체 정보 감지부(170)는 사용자가 보행하는 동안에 사용자의 신체 상태를 측정하여 중앙 제어부(150)로 전송한다. 신체 정보 감지부(170)가 감지하는 신체 정보에는 심박수, 체온, 혈압과 같은 기본적인 정보는 물론, 심전도, 근전도, 신체 각 부위의 이동 가속도 등이 포함될 수 있다. 신체 정보 감지부(170)에서 감지된 신체 정보는 중앙 제어부(150)로 전달되고, 중앙 제어부(150)는 수신된 신체 정보에 기반하여 위험 요소가 인지되면 경고 메시지를 출력하고 이에 상응하여 보행 보조 장치(100)의 속도 등을 제어할 수 있다. 예를 들어, 사용자의 현재 혈압이 과도하게 높다고 판단되면 중앙 제어부(150)는 보행을 잠시 중단하도록 경고하거나, 보행 보조 장치(100)의 이동 속도를 감소시킴으로써 위험 요소를 제거할 수 있다. 보행 보조 장치(100)가 정지된 이후 소정 시간이 지나 사용자의 혈압이 다시 정상 수치로 떨어지면 중앙 제어부(150)는 보행 보조 장치(100)로 하여금 이동을 재개하도록 명령할 수 있다. 그러므로, 중앙 제어부(150)는 보행 중 사용자에게 갑작스럽게 발생될 수 있는 건강상의 위험 요인을 제거한다. The
인터페이스(180)는 중앙 제어부(150)와 외부 장치와의 데이터 송수신을 담당한다. 예를 들어, 인터페이스(180)는 USB(Universal Serial Bus) 연결 단자를 구비하여 외부 장치로 측정된 신체 정보 및 보행 보조 장치(100)의 운행 정보를 전송할 수 있다. 또는, 인터페이스(180)는 인터넷과 같은 외부 네트워크와 보행 보조 장치(100)를 연결할 수도 있다. 이 경우, 측정된 신체 정보는 외부 네트워크와 연결된 서버로 전송되어 사용자에게 적합한 영양 처방이나 운동 처방 등을 생성하는데 이용될 수도 있다. The
도 1에 도시된 보행 보조 장치(100)에 포함되는 몸체(110)는 사용자가 가장 편하게 보행할 수 있도록 그 물리적 속성도 자동적으로 조절될 수 있다. 보행 보조 장치(100)의 물리적 속성에는 보행 보조 장치(100)의 높이, 몸체(110)의 수직 기울기, 자세 유지 보조부(120)의 길이, 자세 유지 보조부(120)의 수평 기울기 등이 포함될 수 있으며, 이는 도 2를 이용하여 상세히 후술된다. The
도 2는 본 발명에 의한 보행 보조 장치의 일 실시예를 나타내는 사시도이다. 2 is a perspective view showing an embodiment of a walking assistance device according to the present invention.
도 2에 도시된 보행 보조 장치(200)는 몸체(210), 체중 완화부(214), 자세 유지 보조부(220), 바퀴 구동부(290), 및 바퀴(292, 294, 296, 298)들을 포함하고, 몸체(210)에는 중앙 제어부(250)와 신호를 송수신할 수 있는 사용자 조작부(230), 사용자 인식부(240), 주변 상태 감지부(260), 및 신체 정보 감지부(270), 및 인터페이스(280)가 연결된다. The
도시된 바와 같이, 보행 보조 장치(200)는 사용자가 자세 유지 보조부(220)를 잡고서 보행을 할 때, 사용자를 인식하여 사용자에 따라서 최적의 자세를 유지시키고 보행 속도 등 보행 환경을 제어한다. As illustrated, when the user walks while holding the
즉, 중앙 제어부(250)는 사용자 인식부(240)로부터 인식된 사용자에 따라서 몸체(210)의 수직 길이 및 수직 기울기와 자세 유지 보조부(220)의 수평 길이 및 수평 기울기 등을 조절할 수 있다. That is, the
예를 들어, 중앙 제어부(250)는 인식된 사용자의 신장을 독출하고 독출된 신장에 따라 몸체(210)의 길이를 조절할 수 있다. 몸체(210)의 길이가 증가하면 신장이 큰 사용자가 편리하게 보행 보조 장치(200)를 이용할 수 있으며, 신장이 작은 사용자의 경우에는 상대적으로 몸체(210)의 길이를 감소시킬 수 있다. 또한, 몸체(210)의 수직 기울기란 몸체(210)가 연직 방향과 이루는 각도를 의미한다. 만약 수직 기울기가 0도라면 이것은 몸체(210)가 지면에 대해서 수직으로 서있는 상태를 의미한다. 하지만, 신장이 작거나 척추 전위 증상이 심각한 사용자의 경우에는 몸체(210)의 수직 기울기가 커지도록 하여 사용자가 지면과 더욱 가깝게 몸을 숙인 상태에서 보행할 수 있도록 할 필요가 있다. 뿐만 아니라, 보행 보조 장치(200)는 체중 완화부(214)를 이용하여 사용자가 걷는 동안에 체중을 저감시켜 관절에 무리가 가해지지 않도록 할 수도 있다. 체중 완화부(214)는 사용자의 신체에 부착되는 착용구(미도시)를 매달수 있는 구조를 가진다. 또한, 사용자 정보에 따라서 유압 피스톤(212)에 의하여 체중 완화부(214)의 높이가 조절될 수 있으므로, 완화되는 체중의 정도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 관절 수술 직후의 환자의 경우는 체중의 거의 전부를 완화시켜 재활을 돕고, 수술한지 어느 정도 시간이 경과한 경우에는 점점 완화되는 체중을 줄임으로써 운동 효과를 높일 수 있다. For example, the
뿐만 아니라, 중앙 제어부(250)는 자세 유지 보조부(220)의 길이 및 수평 기울기 역시 조절할 수 있다. 본 명세서에서 '자세 유지 보조부'란 사용자가 보행을 하는 동안 보행 보조 장치(200)에 편하게 의지하여 중심을 잡을 수 있도록 도와주는 기구를 의미한다. 도 2에는 자세 유지 보조부(220)가 사용자가 양 손을 이용하여 잡을 수 있는 손잡이의 형태를 가지지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 자세 유지 보조부(220)는 양 손을 움직이기 곤란한 사용자를 위하여 양 팔을 올려놓을 수 있는 팔걸이의 형태를 가질 수도 있다. 따라서, 도 2에 도시된 자세 유지 보조부(220)의 구조는 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 사용자가 보행하는 동안에 의지할 수 있는 모든 구조가 가능하다는 점에 유의한다. In addition, the
자세 유지 보조부(220)의 길이는 사용자와 보행 보조 장치(200)가 밀착되는 정도를 결정한다. 자세 유지 보조부(220)의 길이가 길어질수록 사용자와 보행 보조 장치(200)의 거리가 떨어지게 되므로 복부 비만이 심한 사용자가 용이하게 보행 보조 장치(200)를 이용할 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 보행 보조 장치(200)는 사용자의 체형과 증상에 따라 자세 유지 보조부(220)의 길이 및 수평 기울기를 조절함으로써 사용자의 편의성을 향상시키면서 안정된 보행 운동을 할 수 있도록 돕는다. 또한, 본 명세서에서 자세 유지 보조부(220)의 수평 기울기란 지평면과 자세 유지 보조부(220)가 이루는 각도를 의미한다. 예를 들어, 수평 기울기가 0이라면 자세 유지 보조부(220)가 수평면과 완전히 평행하게 된다는 것을 의미한다. 이 경우, 사용자는 평평한 자세 유지 보조부(220)에 자신의 팔을 걸치거나 하여 보행 보조 장치(200)에 의지할 수 있다. 또는, 보행을 처음 시작할 때는 자세 유지 보조부(220)의 수평 기울기를 높게 하여 사용자가 자세 유지 보조부(220)를 양 손으로 잡고 빠르게 보행할 수 있도록 하다가, 일정 시간이 지나면 자세 유지 보조부(220)의 수평 기울기를 0으로 하여 사용자가 이를 의지하여 쉴 수 있도록 할 수도 있다. The length of the
도 2에 도시된 자세 유지 보조부(220)에는 급박한 상황에서 보행 보조 장치(200)를 정지시키기 위한 핸드브레이크(미도시) 및 사용자의 소지품을 수납하기 위한 수납대(미도시)도 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 보행 보조 장치(200)는 자세 유지 보조부(220)와 사용자 조작부(230)가 분리된 형태로 도시되나 이는 예시를 위한 것일 뿐 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니다. 오히려, 사용자 조작부(230)는 자세 유지 보조부(220)의 손잡이에 내장될 수도 있으며, 또는 손잡이와 핸들에 내장되어 2륜차를 조종하는 것과 같이 손잡이와 핸들을 조작함으로써 보행 보조 장치(200)를 조작할 수도 있다. The
도 2에 도시된 보행 보조 장치(200)는 사용자의 거동 불편함을 해소하기 위한 것으로서 위급 상황에 대한 높은 안정성을 확보하기 위하여 애커만(Ackerman) 구동 방식으로 설계될 수 있다. 애커만 구동 방식에서 보행 보조 장치(200)는 순간 회전 중심(Instantaneous Center of Rotation, ICR)을 기준으로 회전한다고 가정되며, ICR을 기준으로 장애물 회피 알고리즘이 구동될 수 있다. The
신체 정보 감지부(270)는 혈압, 체온, 심박수 등 보행하는 동안의 사용자의 신체 정보를 감지하여 중앙 제어부(250)로 전달한다. 그러면, 중앙 제어부(250)는 전달된 신체 정보에 기반하여 위험 요소가 인지되면 경고 메시지를 출력할 수 있다. 예를 들어, 사용자의 심박수가 지나치게 높을 경우 중앙 제어부(250)는 보행을 중단하고 잠시 쉴 것을 사용자에게 지시할 수 있다. 이 경우, 중앙 제어부(250)는 기저장된 사용자 정보를 참조할 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 현재 사용자의 건강 상태를 참조하여 위험 요인을 판단할 수 있다. 또한, 중앙 제어부(250)는 사용자의 신체 상태에 따라서 몸체(210)의 몸체의 수직 기울기 및 길이, 진행 방향, 및 속도 등을 추가적으로 제어할 수 있다. 즉, 중앙 제어부(250)는 심전도를 분석한 결과 사용자가 지친 것으로 판단되면 속도를 늦추거나 정지하도록 바퀴 구동부(290)를 제어하고, 몸체(210)의 수직 길이를 증가시키고 수직 기울기를 0이로 만들어 사용자가 보행 보조 장치(200)에 편하게 기대어 쉴 수 있도록 할 수 있다. 신체 정보 감지부(270)로는 전도 센서, 심전도 센서, 가속도 센서, 체온 센서, 혈압 센서, 및 체지방 센서 등이 이용될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 사용자의 신체에 부착되거나 사용자를 모니터링 함으로써 다양한 신체 정보를 수집할 수 있는 모든 장치가 본 발명에 의한 신체 정보 감지부(270)에 포함될 수 있음은 물론이다. 신체 정보 감지부(270)에 대해서는 본 명세서의 해당 부분에서 상세히 후술된다. The
도 2에 도시된 보행 보조 장치(200)는 프레임(282)에 연결된 네 개의 바퀴(292, 294, 296, 298)를 포함하는 것으로 도시되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다. 오히려, 바퀴의 수가 증가할수록 보행 보조 장치(200)의 안정도가 향상된다. 예를 들어, 바퀴가 6개 이상 존재한다면 노면이 울퉁불퉁할 경우에도 많이 흔들리지 않고 안정감 있게 걸을 수 있다. The
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 의한 주변 상태 감지부(260)가 주변 상태를 감지하는 동작을 설명하는 도면들이다. 3A to 3C are diagrams illustrating an operation of sensing the surrounding state by the surrounding
주변 상태 감지부(도 2의 260)는 카메라, 적외선 센서, 레이저 센서, 및 레이더 센서 등 다양한 장치로 구현되어 진행 방향에 존재하는 장애물이나 단턱(step difference) 등을 감지한다. 장애물 감지를 위하여 2D 레이저 파인더를 이용하여 TOF(Time Of Flight) 원리를 적용할 수 있다. 즉, 방사된 레이저 빔이 장애물에 반사되어 되돌아오는 거리를 주변 상태 감지부(260)가 측정할 수 있다. 또한, 장애물을 회피하기 위하여 보렌스타인(Borenstein)이 제안한 VFH(Vector Field Histogram)이 이용될 수도 있다. The ambient
도 3a는 레이저 스캐너에 의해 생성된 활성 벡터 윈도우(active vector window)를 나타낸다. 도시된 도면에서는 하나의 레이저 스캐너를 사용하므로 360도의 활성 벡터 윈도우 중에서 전방의 180도만 재구성하여 작성하지만 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 3A shows an active vector window generated by a laser scanner. In the illustrated drawing, since only one laser scanner is used, only the front 180 degrees of the 360 degree active vector windows are reconstructed, but the present invention is not limited thereto.
도 3b는 레이저 스캐너에 의하여 전방 180도에 의해 얻어진 데이터이며, 이에 의해 얻어진 폴라 히스토그램(polar histogram)이 도 3c에 도시된다. FIG. 3B is data obtained by 180 degrees forward by the laser scanner, and the polar histogram obtained thereby is shown in FIG. 3C.
생성한 폴라 히스토그램에 의하여 보행 보조 장치가 장애물을 검출하고 회피하는 공간을 결정하고 ICR 생성을 통한 조향각 연산을 수행한다. 즉, 도 3c에 도시된 문턱치에 의해서 장애물의 유무를 판단하고, 각각의 폴라 히스토그램의 인자인 k값 및 H(k)에 의하여 회피하는 방향을 결정한다. 장애물 검출 및 회피를 위한 알고리즘을 간략히 설명하면 다음과 같다. Based on the generated polar histogram, the walk assistance apparatus determines a space for detecting and avoiding obstacles and performs a steering angle calculation through ICR generation. That is, the presence or absence of an obstacle is determined based on the threshold shown in FIG. 3C, and the direction to avoid is determined by k value and H (k) which are factors of each polar histogram. The algorithm for obstacle detection and avoidance is briefly described as follows.
1) 2D 레이저 레인지 파인더를 180도에 대해 스캐닝함. 1) Scan the 2D laser range finder for 180 degrees.
2) 장애물이 검출되면, ICR의 위치를 폴라 히스토그램을 이용하여 결정. 2) If an obstacle is detected, determine the position of the ICR using the polar histogram.
3) R을 계산.3) Calculate R.
4) 새로운 조향각을 산출.4) Calculate the new steering angle.
5) 보행 보조 장치의 주행 속도를 고려한 후륜의 구동 휠에 대한 속도를 결정. 5) Determine the speed for the driving wheel of the rear wheel, taking into account the running speed of the walking aid.
6) 안전한 경로로 사용자를 유도. 6) Drive users to a safe path.
애커만 구동방식이나 VFH 등 도 3a 내지 도 3c에 도시된 동작에 대한 더 상세한 설명에 대해서는 본 명세서에 참조되어 통합되는 2006년 5월 31일에 발행된 논문인 "지능형 실외용 보행보조기기 개발(1단계 보고서)", 산업자원부를 참조한다. For a more detailed description of the operation shown in FIGS. 3A-3C, such as the Ackermann drive system or the VFH, a paper published on May 31, 2006, which is incorporated herein by reference, is "Development of Intelligent Outdoor Walking Aids (1). Step report) ”, Ministry of Commerce, Industry and Energy.
이제, 도 2에 도시된 신체 정보 감지부에 신체 정보를 전달하기 위한 측정 장치를 예를 들어 설명하면 다음과 같다. Now, an example of a measuring device for transmitting body information to the body information detecting unit shown in FIG. 2 will be described.
우선, 신체 정보 감지부는 사용자의 팔에 부착되어 EMG 신호 및 생체 신호를 측정하는 EMG(electromyogram)/생체 신호 측정 센서로서 구현될 수 있다. 생체 신호 측정 센서는 아날로그 신호를 증폭하는 증폭기 및 이 신호를 디지털 신호로 변환하여 처리하기 위한 처리부를 포함한다. 처리부는 PCB(Printed Circuit Board)에 부착된 전극 및 이를 감싸는 하우징으로 구성된다. 또한, 측정 센서는 버튼 형식으로 사용자의 팔에 감겨질 수 있고, 장시간 사용한 이후에는 세척이 가능하도록 방수 처리될 수도 있다. 또한, 측정 센서가 3차원 가속도 센서를 포함할 경우 도시된 바와 같은 팔 움직임을 감지할 수 있다. 그러므로, 감지된 팔 움직임을 이용하여 보행 보조 장치의 구동을 제어할 수도 있다. 이 경우, 측정 센서는 도 1의 사용자 조작부로서의 기능도 담당하게 된다. First, the body information detector may be implemented as an electromyogram (EMG) / biosignal measurement sensor attached to an arm of a user to measure an EMG signal and a biosignal. The biosignal measuring sensor includes an amplifier for amplifying an analog signal and a processing unit for converting and processing the signal into a digital signal. The processing unit is composed of an electrode attached to a printed circuit board (PCB) and a housing surrounding the same. In addition, the measurement sensor may be wound around the user's arm in the form of a button, and may be waterproofed to be washed after long use. In addition, when the measurement sensor includes a three-dimensional acceleration sensor, it is possible to detect arm movement as shown. Therefore, the driving of the walking assistance device may be controlled by using the sensed arm movement. In this case, the measurement sensor also takes charge of the function as the user operation unit of FIG. 1.
또한, 측정 센서는 신발의 밑창에 내장되는 깔창의 형식으로 구현될 수도 있다. 깔창은 상부 및 하부층 사이에 구현되는 센서 및 무선 통신 모듈을 포함할 수 있다. 센서가 가속도계인 경우 사용자의 발의 움직임을 3차원으로 모니터링할 수 있으며, 압전 소자인 경우에는 사용자의 발이 지면에 닿을 때 인가되는 압력을 측정할 수 있다. 센서에 의하여 측정된 신호는 중앙 제어부(도 1의 150)로 전송되고, 중앙 제어부는 수신된 생체 신호를 이용하여 사용자가 현재 보행하는 상태를 정밀하게 측정하고, 사용자가 느끼는 피로도도 추정할 수 있다. 예를 들어, 압전 소자에 인가되는 부하가 클수록, 사용자가 보행하는 것을 힘들어한다고 판단할 수 있다. 그러면, 중앙 제어부는 사용자의 체력이 회복될 때까지 보행 보조 장치의 속도를 감소시키도록 명령할 수 있다. 또한, 중앙 제어부는 사용자의 발걸음 수를 계산하고, 계산된 걸음수와 사용자 정보를 이용하여 현재 사용자가 소모한 총 칼로리 등도 연산할 수 있다. In addition, the measuring sensor may be implemented in the form of an insole that is embedded in the sole of the shoe. The insole can include a sensor and a wireless communication module implemented between the upper and lower layers. When the sensor is an accelerometer, the movement of the user's foot can be monitored in three dimensions, and in the case of a piezoelectric element, the pressure applied when the user's foot touches the ground can be measured. The signal measured by the sensor is transmitted to the
도 4는 생체 정보 측정 센서를 이용하여 측정된 보행 패턴을 예시하는 도면들이다. 4 is a diagram illustrating a walking pattern measured using a biometric information sensor.
도 4(a)는 러닝머신과 같이 플레이트가 움직이는 측정 장치 상에서 사용자가 보행을 시작한 후 센서에 의하여 모델링된 발의 각도를 나타낸다. 실선으로 표시된 그래프는 샘플 데이터로부터 추출한 발의 각도를 나타내며, 점선으로 표시된 그래프는 발과 지면 사이의 각도를 나타낸다. 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 사용자의 발은 지면과 수평인 상태로부터 보행을 하는 동안 최대값까지 증가하다가 다시 감소하는 형태를 가진다. 각각의 지점(A, B, C, D, E, F, G)들에서의 발의 모양은 도 4(b) 및 4(c)에 용이하게 도시된다. Figure 4 (a) shows the angle of the foot modeled by the sensor after the user starts walking on the measuring device moving plate, such as a treadmill. The graph indicated by the solid line represents the angle of the foot extracted from the sample data, and the graph indicated by the dotted line represents the angle between the foot and the ground. As shown in (a) of FIG. 4, the user's foot increases from the level parallel to the ground to the maximum value while walking, and then decreases again. The shape of the foot at each of the points A, B, C, D, E, F, G is easily shown in FIGS. 4 (b) and 4 (c).
도 4(b)를 보면, 플레이트가 후방으로 이동할 때 사용자의 보행 패턴을 알 수 있다. 우선, 지점 C부터 지점 D까지에서는 사용자가 걸음을 내딛기 위하여 뒷발을 플레이트로부터 떼어내는 과정을 알 수 있다. 떼어낸 발을 전방으로 전진시키는 과정이 바로 지점 B부터 지점 C까지의 과정이고, 내딛은 발이 플레이트에 닫는 과정은 지점 A 내지 지점 B에 해당한다. Referring to Figure 4 (b), it can be seen that the walking pattern of the user when the plate moves to the rear. First, from point C to point D, it can be seen that the user removes the back foot from the plate in order to walk. The process of advancing the detached foot forward is the process from point B to point C, and the process of closing the foot on the plate corresponds to point A to point B.
또한, 도 4(c)를 보면, 플레이트가 전방으로 이동하는 동안에 사용자가 뒷발을 떼어내서 앞으로 이동시키는 과정을 알 수 있다. 즉, 뒷발을 떼어내는 과정이 지점 D 내지 지점 E에 해당하고, 떼어낸 뒷발을 앞으로 밀어내는 과정이 지점 E로부터 지점 G에 해당한다. 도 4(b)를 도 4(c)와 비교하면, 사용자가 전진하는 것에 비하여 후진할 경우에 발의 각도가 더 커진다는 것을 알 수 있다. In addition, referring to Figure 4 (c), it can be seen that the user removes the hind feet to move forward while the plate is moving forward. That is, the process of detaching the back foot corresponds to the point D to the point E, and the process of pushing the detached back foot forward corresponds to the point G from the point E. Comparing Fig. 4 (b) with Fig. 4 (c), it can be seen that the angle of the foot becomes larger when the user moves backward compared to moving forward.
도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 가속도계와 자이로센서를 이용하여 발의 각도와 위치 모니터링 함으로써, 정상 보행 동작시 사용자 특이적인 보행시 발의 위치와 각도를 모델링할 수 있다. 이와 같이 사용자의 정상 보행 동작이 모델링되면, 보행 보조 장치를 이용한 보행 시 비정상적 상황이 발생하는 것을 정확하게 감지할 수 있다는 장점을 가진다. As can be seen from Figure 4, by monitoring the angle and position of the foot using the accelerometer and gyro sensor, it is possible to model the position and angle of the foot during user-specific walking during normal walking operation. As such, when the normal walking motion of the user is modeled, it is possible to accurately detect that an abnormal situation occurs when walking using the walking assistance device.
이와 같이, 본 발명에 의한 보행 보조 장치는 다양한 신체 정보 감지 장치를 이용하여 보행 중인 사용자의 다양한 사용자 특이적 정보를 획득하고, 이를 저장한 뒤 동일한 사용자가 보행 보조 장치를 이용할 경우 기저장된 사용자 특이적 정보를 이용하여 보행 보조 장치를 제어한다. 그러므로, 사용자가 보행 보조 장치를 이용하는 것이 편리해질 뿐만 아니라, 보행시 발생할 수 있는 위험 상황에 능동적으로 대처할 수 있다. As described above, the walking assistance apparatus according to the present invention acquires various user specific information of a walking user using various body information sensing apparatuses, and stores the user specific information if the same user uses the walking assistance apparatus after storing the same. The walk assistance apparatus is controlled using the information. Therefore, it is not only convenient for the user to use the walking assistance device but also actively cope with a dangerous situation that may occur when walking.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
본 발명은 보행이 곤란한 사용자를 높은 안정성을 가지고 보조할 수 있는 보행 보조 장치에 적용될 수 있다. The present invention can be applied to a walking assistance device capable of assisting a user having difficulty walking with high stability.
Claims (7)
제어부의 제어 하에 바퀴를 구동하여 상기 보행 보조 장치의 진행 방향 및 속도 중 적어도 하나를 제어하기 위한 바퀴 구동부;
하부에 바퀴가 연결되고 상부에 사용자가 자세를 안정적으로 유지하도록 보조하기 위한 자세 유지 보조부가 연결되며, 그 상하 방향이 연직방향으로부터 이루는 수직 기울기 및 길이 중 적어도 하나가 조절되는 몸체;
사용자가 의도하는 진행 방향 및 속도를 파악하여 상기 제어부에 통지하기 위한 사용자 조작부; 및
사용자를 인식하여 상기 제어부에 통지하기 위한 사용자 인식부를 포함하며,
상기 제어부는 상기 사용자 인식부에서 인식한 사용자에 대한 사용자 정보에 기반하여 상기 자세 유지 보조부가 수평면 이루는 각도인 수평 기울기, 상기 몸체의 상기 수직 기울기 및 상기 길이, 상기 진행 방향, 및 상기 속도 중 적어도 하나를 제어하는 것을 특징으로 하고, 상기 보행 보조 장치는,
상기 보행 보조 장치의 진행 방향에 위치한 장애물, 진행 방향의 노면 상태, 및 현재 날씨 중 적어도 하나를 포함하는 주변 상태를 감지하여 제어부로 통지하기 위한 주변 상태 감지부를 더 포함하며,
상기 제어부는, 상기 주변 상태에 더욱 기반하여 상기 몸체의 상기 수직 기울기 및 상기 길이, 상기 진행 방향, 및 상기 속도 중 적어도 하나를 제어하고, 주변 상태를 분석한 결과 위험 요소가 인지되면 경고 메시지를 출력하는 것을 특징으로 하는 사용자 인식 기능을 가지는 보행 보조 장치. In the walking assistance apparatus having a user recognition function,
A wheel driver for controlling at least one of a moving direction and a speed of the walking assistance device by driving the wheel under the control of a controller;
A body having a wheel connected to the lower part and a posture maintaining auxiliary part connected to the upper part to stably maintain the user's posture, and having at least one of a vertical tilt and a length of the vertical direction formed from the vertical direction;
A user operation unit for notifying the controller by grasping the direction and speed of the user's intended direction; And
A user recognition unit for recognizing a user and notifying the control unit;
The controller may include at least one of a horizontal inclination, the vertical inclination and the length of the body, the moving direction, and the speed of the body, based on user information about the user recognized by the user recognition unit. Characterized in that to control, the walk assistance device,
It further includes a peripheral state detection unit for detecting and notifying the surrounding state including at least one of the obstacle located in the progress direction of the walking assistance device, the road surface state of the progress direction, and the current weather,
The controller is further configured to control at least one of the vertical tilt and the length, the moving direction, and the speed of the body based on the surrounding state, and outputs a warning message when a risk factor is recognized as a result of analyzing the surrounding state. A walking assistance device having a user recognition function, characterized in that.
상기 보행 보조 장치 주변을 촬영하는 카메라, 레이저 센서, 레이더 센서, 적외선 센서, 온도 센서, 및 습도 센서 중 적어도 하나를 포함하며,
상기 제어부는, 상기 카메라, 상기 레이저 센서, 상기 적외선 센서, 상기 온도 센서, 및 상기 습도 센서 중 적어도 하나로부터 수신된 신호를 분석하여 상기 장애물 및 상기 노면 상태를 감지하는 것을 특징으로 하는 사용자 인식 기능을 가지는 보행 보조 장치. The method of claim 2, wherein the peripheral state detection unit,
At least one of a camera, a laser sensor, a radar sensor, an infrared sensor, a temperature sensor, and a humidity sensor for photographing the periphery of the walking assistance device,
The controller may detect the obstacle and the road surface state by analyzing a signal received from at least one of the camera, the laser sensor, the infrared sensor, the temperature sensor, and the humidity sensor. Gait aids to have.
사용자의 신체 정보를 감지하여 상기 제어부로 전달하기 위한 신체 정보 감지부를 더 포함하며,
상기 제어부는, 상기 신체 정보에 더욱 기반하여 상기 몸체의 상기 수직 기울기 및 상기 길이, 상기 진행 방향, 및 상기 속도 중 적어도 하나를 제어하고, 상기 신체 정보를 분석한 결과 위험 요소가 인지되면 경고 메시지를 출력하는 것을 특징으로 하는 사용자 인식 기능을 가지는 보행 보조 장치. The said walking assistance apparatus of Claim 2 or 3,
Further comprising a body information detecting unit for detecting the body information of the user to pass to the control unit,
The controller is further configured to control at least one of the vertical tilt and the length, the moving direction, and the speed of the body based on the body information, and analyzes the body information, and if a risk factor is recognized as a warning message, A walking assistance device having a user recognition function, characterized in that the output.
외부 장치와 데이터를 송수신하기 위한 인터페이스를 더 포함하고,
상기 제어부는, 운행 기록 및 상기 신체 정보를 상기 인터페이스를 통하여 외부 장치로 전송하는 것을 특징으로 하는 사용자 인식 기능을 가지는 보행 보조 장치. According to claim 4, The walk assistance device,
Further comprising an interface for transmitting and receiving data with the external device,
The control unit is a walking assistance device having a user recognition function, characterized in that for transmitting the driving record and the body information to the external device through the interface.
사용자의 신체에 부착되어 신체 정보를 측정하기 위한 근전도 센서, 심전도 센서, 가속도 센서, 체온 센서, 혈압 센서, 및 체지방 센서 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 인식 기능을 가지는 보행 보조 장치. The method of claim 4, wherein the body information sensor,
A walking assistance device having a user recognition function, comprising at least one of an electrocardiogram sensor, an electrocardiogram sensor, an acceleration sensor, a body temperature sensor, a blood pressure sensor, and a body fat sensor attached to a body of a user to measure body information.
사용자가 소지한 RFID 카드를 식별하거나 사용자의 얼굴 또는 지문을 이용하여 사용자를 인식하는 것을 특징으로 하는 사용자 인식 기능을 가지는 보행 보조 장치. The method of claim 2, wherein the user recognition unit,
A walk assistance device having a user recognition function, characterized in that a user identifies an RFID card possessed by a user or recognizes a user using a face or a fingerprint of the user.
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