KR101317354B1 - Control method of walking assistance torque and walking assistance apparatus - Google Patents
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Abstract
보행자의 보행 보조를 위한 보행보조토크 제어방법은, 압력센서를 이용하여 발바닥에 가해지는 발바닥 압력을 측정하는 단계; 측정된 발바닥 압력을 이용하여, 보행자의 보행주기(gait cycle)가 발바닥이 지면에 닿아 있는 입각기(stance phase)인지 발바닥이 지면에서 떨어져 있는 유각기(swing phase)인지를 판단하는 단계; 보행주기가 입각기에 해당하는 경우, 측정된 발바닥 압력을 근거로 입각기의 보행패턴을 결정하며, 보행주기가 유각기에 해당하는 경우, 대퇴골(femur) 및 경골(tibia) 사이의 각도를 측정하는 각도측정센서를 통해서 측정된 대퇴골 및 경골 사이의 각도를 근거로 유각기의 보행패턴을 결정하는 단계; 및 결정된 입각기 또는 유각기의 보행패턴에 대응하여 대퇴골 및 경골의 회전을 위한 보조토크를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.A walking assistance torque control method for assisting pedestrians in walking includes measuring sole pressure applied to the sole using a pressure sensor; Using the measured sole pressure, determining whether the gait cycle of the pedestrian is a stance phase in which the sole is in contact with the ground or a swing phase in which the sole is away from the ground; When the walking cycle corresponds to the standing period, the walking pattern of the standing foot is determined based on the measured sole pressure, and when the walking period corresponds to the stinging period, the angle between the femur and tibia is measured. Determining a gait pattern of the stipple device based on an angle between the femur and the tibia measured by the angle sensor; And providing an auxiliary torque for rotation of the femur and tibia in response to the determined walking pattern of the standing or staging device.
Description
본 발명은 보행자의 보행을 보조하기 위한 보행보조토크를 제어하는 방법 및 보행보조장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는, 보행 시 고관절에서 회전하는 대퇴골 및 슬관절에서 회전하는 경골의 원활한 회전을 돕기 위한 보행보조토크를 제어하는 보행보조토크 제어방법 및 보행보조장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and a walking assistance device for controlling walking assistance torque for assisting a pedestrian's walking. More specifically, the walking assistance for helping smooth rotation of the femur and the tibia rotating in the hip joint during walking. A walk assistance torque control method for controlling torque and a walk assistance apparatus.
한국공개특허 10-2006-0039970의 근력증강을 위한 보행보조기기 및 그 제어방법을 살펴보면, 일반인의 근력증강이나 노약자의 거동보조 등의 역할을 수행하는 근력증강을 위한 보행보조기기 및 그 제어방법이 개시되어 있다. Looking at the pedestrian assisting device and the control method for strengthening the muscle of Korea Patent Publication No. 10-2006-0039970, the pedestrian assisting device and the control method for strengthening the muscle that performs the role of strengthening the strength of the general public or the behavior of the elderly Is disclosed.
상기 한국공개특허 10-2006-0039970에 개시된 도 1(a) 및 도 1(b)를 살펴보면, 보행보조기기는 동력발생장치가 설치되어 있는 캐스터워커(10)와 사용자가 직접 착용하는 보행보조기구(11)와 캐스터워커(10)측 동력을 보행보조기구(11)측으로 전달하는 동력전달기구(12)로 이루어져있으며, 사용자는 캐스트워커(10)를 손으로 밀고 다니면서 걷거나 제자리에서 앉기, 서기 등을 할 수 있게 된다. 1 (a) and 1 (b) disclosed in the Korean Laid-Open Patent Publication No. 10-2006-0039970, the walking aid device includes a walking aid mechanism worn by a user and a
동력발생장치를 포함하는 별도의 캐스터워커(10)와 와이어를 이용한 작동메커니즘을 채용함으로써, 보행보조기구의 부피와 무게를 줄일 수 있고, 이에 따라 착용자가 느끼는 무게와 불편함을 최소화할 수 있으며, 특히 보행보조기구의 동작에 대한 행동프로파일을 구비하여 몸이 불편한 노인이나 장애인을 보조하는 역할 뿐만 아니라 일반인이나 환자들의 근력증강을 도와주는 역할을 수행할 수 있도록 하였다.By employing a
사용자가 직접 착용하는 보행보조기구(11)는 상기 특허에 개시된 도 2 내지 도 4에 도시된 보행보조기구의 정면도, 측면도, 및 부분 사시도를 참고하여 설명할 수 있으며, 본 명세세에서 상기 특허의 도 2만을 도 1로 삽입하였다. The
상기 특허에 개시된 도 2 내지 도 4를 참조하면, 허리나 무릎 관절의 동작을 위한 동력을 전달해주는 허리동작용 풀리장치(21) 및 무릎동작용 풀리장치(22)가 제공된다.2 to 4 disclosed in the patent, there is provided a waist action pulley device 21 and a knee
여기서, 허리동작용 풀리장치(21)에 의한 동력의 전달은 허리를 굽히기 위한 동력으로 설명되고 있으나, 허리가 굽혀졌다 펴지는 것은 상대적으로 고관절에서 허벅지에 대응하는 대퇴골이 회전하는 것과 동일한 것으로, 상기 허리동작용 풀리장치(21)에 의한 동력은 고관절에서 회전하는 대퇴골의 회전을 위한 동력으로 이해될 수 있다. Here, the transmission of power by the lumbar pulley device 21 is described as a power to bend the waist, but the bent and stretched waist is relatively the same as the rotation of the femur corresponding to the thigh in the hip joint, the Power by the waist action pulley device 21 can be understood as the power for the rotation of the femur rotating in the hip joint.
또한, 무릎동작용 풀리장치(22)는 무릎에 배치되는 회전축(23)을 기준으로 무릎 이하 부분의 회전을 위한 동력을 제공하는 것으로, 이는 슬관절에서 종아리에 대응하는 경골이 회전하는 것과 동일한 것으로, 상기 무릎동작용 풀리장치(22)에 의한 동력은 슬관절에서 회전하는 경골의 회전을 위한 동력으로 이해될 수 있다. In addition, the knee
즉, 상기 공개특허에서는 신체의 허벅지나 종아리를 회전시킬 수 있는 동력을 제공할 수 있는 보행보조기구(11)의 구성이 개시되어 있다. In other words, the disclosed patent discloses a configuration of the
그리고, 보행보조기구(11)를 통해서 신체의 허벅지나 종아리를 회전시킬 수 있는 동력을 제어하는 방법에 대해서는 7페이지에 설명되어 있으며, 이를 살펴보면, 착용자의 행동을 측정하고, 캐스터워커에 장착된 컴퓨터에서는 사용자가 앉기, 서기, 걷기 중의 한 동작을 할 것을 결정하고 있다. 그 후에, 컴퓨터에 의해 동작이 결정되면 이미 저장되어 있는 행동프로파일 중 적합한 것을 선택하고 적용하여 근력을 보조하고 있다고 설명하고 있다. And, how to control the power to rotate the thigh or calf of the body through the walking aid mechanism (11) is described on page 7, looking at this, to measure the behavior of the wearer, computer mounted on the caster walker Determines that the user will do one of the following: sitting, standing, or walking. After that, when the operation is determined by the computer, it explains that it supports muscle strength by selecting and applying the appropriate one among the stored behavior profiles.
다만, 보행자의 보행주기는 여러 단계의 보행패턴을 갖고 있고, 각 보행패턴마다 허벅지나 종아리의 회전 방향이 서로 다르기 때문에, 각 보행패턴에 적합한 방향으로 동력이 제공되어야 한다. However, since the pedestrian walking cycle has a walking pattern of several stages, and the direction of rotation of the thigh or calf is different for each walking pattern, power must be provided in a direction suitable for each walking pattern.
하지만, 앞서 상기 공개특허에서의 보행보조기구(11)에 대한 제어방법에 대한 설명에는, 보행주기의 보행패턴을 구분하는 방법조차 개시되어 있지 않고, 각 보행패턴에 따라서 달라져야 하는 대퇴부나 경골의 회전 여부나 각 회전의 적합한 방향으로 동력을 제공 방법에 대해서도 개시되어 있지 못하다.However, the above description of the control method for the
본 발명은 보행자의 보행을 보조하기 위하여, 보행 시 고관절에서 회전하는 대퇴골 및 슬관절에서 회전하는 경골의 원활한 회전을 위한 보행보조토크를 제공할 수 있는 보행보조토크 제어방법 및 보행보조장치를 제공한다. The present invention provides a walking assistance torque control method and walking assistance apparatus that can provide walking assistance torque for smooth rotation of the femur and tibia rotating in the hip joint when walking.
본 발명은 보행자의 보행주기에 따른 다양한 보행패턴을 구분할 수 있는 방법을 제공하고, 각 보행패턴에 적합한 보조토크를 대퇴골 및 슬관절에 제공할 수 있는 방법 및 보행보조장치를 제공한다.The present invention provides a method for distinguishing various walking patterns according to a pedestrian's walking cycle, and provides a method and a walking assistance device capable of providing auxiliary torques suitable for each walking pattern to the femur and knee joint.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 보행자의 보행 보조를 위한 보행보조토크 제어방법은, 압력센서를 이용하여 발바닥에 가해지는 발바닥 압력을 측정하는 단계; 측정된 발바닥 압력을 이용하여, 보행자의 보행주기(gait cycle)가 발바닥이 지면에 닿아 있는 입각기(stance phase)인지 발바닥이 지면에서 떨어져 있는 유각기(swing phase)인지를 판단하는 단계; 보행주기가 입각기에 해당하는 경우, 측정된 발바닥 압력을 근거로 입각기의 보행패턴을 결정하며, 결정된 입각기의 보행패턴에 대응하여 대퇴골 및 경골의 회전을 위한 보조토크를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. According to one exemplary embodiment of the present invention, a walk assistance torque control method for walking assistance of a pedestrian may include: measuring sole pressure applied to a sole using a pressure sensor; Using the measured sole pressure, determining whether the gait cycle of the pedestrian is a stance phase in which the sole is in contact with the ground or a swing phase in which the sole is away from the ground; If the walking cycle corresponds to the standing period, determining the walking pattern of the standing unit on the basis of the measured foot pressure, and providing an auxiliary torque for the rotation of the femur and tibia in response to the determined walking pattern of the standing unit Can be.
한편, 입각기인지 유각기인지를 판단하는 단계에서, 보행주기가 유각기에 해당하는 경우, 대퇴골(femur) 및 경골(tibia) 사이의 각도를 측정하는 각도측정센서를 통해서 측정된 대퇴골 및 경골 사이의 각도를 근거로 유각기의 보행패턴을 결정하고, 결정된 유각기의 보행패턴에 대응하여 대퇴골 및 경골의 회전을 위한 보조토크를 제공할 수 있다. On the other hand, in the step of judging whether it is a standing period or a stinging period, when the walking period corresponds to the stinging period, between the femur and the tibia measured by an angle measuring sensor measuring an angle between the femur and the tibia. The gait pattern of the lagoon may be determined based on an angle of, and an auxiliary torque for rotation of the femur and tibia may be provided in response to the determined gait pattern of the lagoon.
보행자의 보행주기(gait cycle)라 함은, 기립상태에서 어느 쪽이든지 한쪽 다리의 발뒤꿈치가 접지하고 나서, 다시 그 다리의 발뒤꿈치가 지지면에 접할 때 까지를 보행주기라고 한다. 보행주기는 두주기로 되어 있다. 발뒤꿈치가 접지하고 나서 발가락이 지지면에서 떨어질 때까지의 입각기와 발가락이 지지면을 떨어지고 나서 동축의 발꿈치가 접지할 때까지의 유각기로 이루어져 있다. 좌우각의 입각기는 일부 겹쳐 있을 수 있고, 보통 보행에서는 60%가 입각기이며 40%가 유각기이다. The gait cycle of a pedestrian is called a walking cycle until either the heel of one leg is grounded in the standing state and then the heel of the leg is in contact with the support surface. The walking cycle has two cycles. It consists of a stance from when the heel is grounded until the toes fall off the support surface and a stir until the toe falls off the support surface until the coaxial heel is grounded. The left and right angles can be partially overlapped, usually in walking, 60% are standing and 40% are walking.
앞서 설명한 바와 같이, 입각기 및 유각기는 발이 지면에 붙어 있는지 혹은 떨어지는지를 기준으로 구분될 수 있다. 따라서, 입각기 및 유각기의 구분은 발바닥에 제공되는 압력센서를 사용하여 확인할 수 있으며, 발바닥의 압력센서에서 압력이 측정되면, 보행자의 보행주기는 입각기에 해당할 수 있고, 압력센서에서 압력이 측정되지 않는다면, 보행자의 보행주기는 유각기에 해당할 수 있다. As described above, the stance and staging may be classified based on whether the foot is attached to the ground or falls. Therefore, the classification of the stance and the stirrup can be confirmed using a pressure sensor provided on the sole. When the pressure is measured by the pressure sensor of the sole, the walking period of the pedestrian may correspond to the stance, and the pressure in the pressure sensor If not measured, the pedestrian's walking cycle may correspond to a stippled phase.
또한, 입각기 및 유각기에서는 보행을 위하여 근육은 관절에서 뼈가 회전하도록 하는 회전력을 제공한다. 다만, 입각기나 유각기 중 관절에서 회전하는 뼈의 방향이나 회전력은 항상 동일하지는 않다. 따라서, 입각기와 유각기는 회전하는 뼈의 방향이나 회전력에 따라서 보다 복잡한 “보행패턴”으로 구분될 수 있는데, 이하, 이에 대해서 상세하게 설명하되, 그 전에 입각기와 유각기 중에 회전하는 뼈와 관절 부위에 대한 설명을 아래에 먼저 간단히 언급한다. In addition, in the standing and swinging phases, the muscles provide rotational force to rotate the bones in the joints for walking. However, the direction or rotational force of the bones rotating in the joints of the standing or stinging are not always the same. Thus, the standing and stinging devices can be divided into more complex "walking patterns" according to the direction or rotational force of the rotating bone, which will be described in detail below. The description is briefly mentioned first below.
고관절이라 함은, 하지의 굴신 운동을 가능케 하는 작용을 하는 관절로서, 대퇴골이 회전하는 부분이다. 대퇴골은 무릎 위부터 골반 아래까지의 넓적다리의 뼈를 말한다. 그리고, 슬관절이라 함은, 무릎의 굴신 작용을 가능하게 하는 작용을 하는 관절로서, 경골과 비골(fibula)이 나란하게 배치되어 경골과 비골이 함께 회전하는 부분이다. 경골은 무릎부터 발목까지 이어지는 정강이뼈를 지칭하며, 비골은 하퇴를 구성하는 2개의 뼈 가운데 외측에 있는 길고 가느다란 뼈로서, 경골을 보조하는 역할 정도를 한다.The hip joint is a joint functioning to enable the lower extremity flexion movement, and the femur is rotated. The femur is the bone of the thigh, from above the knee to the bottom of the pelvis. And, the knee joint is a joint that acts to enable the flexion of the knee, and the tibia and fibula are arranged side by side so that the tibia and fibula rotate together. The tibia refers to the tibia, which extends from the knee to the ankle, and the fibula is a long, slender bone on the outside of the two bones that make up the lower leg.
입각기의 보행패턴은, 측정된 발바닥 압력을 근거로 초기접촉단계(initial contact), 부하반응단계(loading response), 중간입각기(mid stance), 최종입각기(terminal stance), 및 유각전기(pre swing)로 구분될 수 있다. The walking pattern of the stator is based on the measured sole pressure, the initial contact, the loading response, the mid stance, the terminal stance, and the sting electric. pre swing).
본 발명에서는 상술한 입각기의 보행패턴에 따라서 발바닥에 가해지는 압력이 부분적으로 다르다는 점에 착안하여 입각기의 보행패턴을 보다 구체적으로 구분할 수 있으며, 구체적으로, 지골(phalange)에 인접하게 제공되는 토우 압력센서, 중족골(metatarsal bone)을 기준으로 좌우측에 각각 좌측 압력센서 및 우측 압력센서, 및 족근골(tarsal bone)에 인접하게 제공되는 뒤꿈치 압력센서를 제공하고, 뒤꿈치 압력센서에서만 발바닥 압력이 측정되면, 입각기의 보행패턴은 초기접촉단계에 대응할 수 있고, 뒤꿈치 압력센서 및 우측 압력센서에서만 발바닥 압력이 측정되면, 입각기의 보행패턴은 부하반응단계에 대응할 수 있으며, 뒤꿈치 압력센서, 우측 압력센서, 및 좌측 압력센서에서만 발바닥 압력이 측정되면, 입각기의 보행패턴은 중간입각기에 대응할 수 있고, 우측 압력센서, 좌측 압력센서, 및 토우 압력센서에서만 발바닥 압력이 측정되면, 입각기의 보행패턴은 최종입각기에 대응할 수 있으며, 토우 압력센서에서만 발바닥 압력이 측정되면, 입각기의 보행패턴은 유각전기에 대응할 수 있다. In the present invention, in view of the fact that the pressure applied to the sole of the foot according to the above-described walking pattern of the footrest is partially different, it is possible to more specifically distinguish the walking pattern of the footrest, specifically, provided adjacent to the phalanges (phalange) When the toe pressure sensor, the metatarsal bone, the left pressure sensor and the right pressure sensor on the left and right, and the heel pressure sensor provided adjacent to the tarsal bone, respectively, and when the sole pressure is measured only in the heel pressure sensor If the foot pressure is measured only at the heel pressure sensor and the right pressure sensor, the walking pattern of the stand can correspond to the load response step, and the heel pressure sensor and the right pressure sensor If the sole pressure is measured only at the, and left pressure sensors, the walking pattern of the standing position can correspond to the middle standing position. If sole pressure is measured only at the high, right pressure sensor, left pressure sensor, and toe pressure sensor, the walking pattern of the stand can correspond to the final standing. If the sole pressure is measured only at the toe pressure sensor, the walking pattern of the standing is Corresponds to the stinging electric.
상술한 바와 같이, 입각기의 보행패턴이 파악되면, 각각의 보행패턴에 적합한 방향이나 힘으로 대퇴골 및 경골이 회전할 수 있도록 보조토크를 제공할 수 있으며, 이에, 보행자의 생체 토크(physiologic torque)만으로 모자란 토크에 보조토크가 더해져 원활한 보행이 이루어질 수 있다. 여기서 생체 토크라 함은, 보행자의 근육에 의해서 발생하는 토크로 이해될 수 있다. As described above, when the walking pattern of the stance is known, an auxiliary torque may be provided to allow the femur and tibia to rotate in a direction or a force suitable for each walking pattern, thereby physiologic torque of the pedestrian. Auxiliary torque is added to the insufficient torque to smoothly walk. Here, the bio torque may be understood as a torque generated by the muscle of a pedestrian.
구체적으로, 초기접촉단계에서는, 대퇴골을 전방으로 회전시키며, 경골이 대퇴골과 나란하게 배치되도록 경골을 전방으로 회전시키기 위한 보조토크를 제공할 수 있으며, 부하반응단계에서는, 경골이 대퇴골에 대해서 구부러지도록 경골을 후방으로 회전시키기 위한 보조토크를 제공할 수 있다. 여기서, 경골이 대퇴골에 대해서 구부러지는 것은, 무릎이 구부러지는 것으로 이해할 수 있다. 그리고, 중간입각기에서는, 대퇴골을 후방으로 회전시키며, 경골이 대퇴골과 나란하게 배치되도록 경골을 전방으로 회전시키기 위한 보조토크를 제공할 수 있다. 그리고, 최종입각기에서는, 대퇴골을 후방으로 회전시키며, 경골이 대퇴골과 나란하게 배치되도록 경골을 전방으로 회전시키기 위한 보조토크를 제공할 수 있으며, 유각전기에서는, 대퇴골을 전방으로 회전시키며, 경골이 대퇴골에 대해서 구부러지도록 경골을 후방으로 회전시키기 위한 보조토크를 제공할 수 있다. Specifically, in the initial contacting step, the femur can be rotated forward, and the tibia can be provided side by side with the femur to provide an auxiliary torque for rotating the tibia forward. In the load reaction step, the tibia bends against the femur. An auxiliary torque may be provided for rotating the tibia backward. Here, the bending of the tibia relative to the femur can be understood as the bending of the knee. And, in the intermediate stand, it is possible to provide an auxiliary torque for rotating the femur backwards, and for turning the tibia forward so that the tibia is arranged side by side with the femur. And, in the final stand, it is possible to rotate the femur backwards, and to provide an auxiliary torque for rotating the tibia forward so that the tibia is arranged side by side with the femur. Auxiliary torque may be provided for turning the tibia backward so as to bend against the femur.
이상, 입각기의 보행패턴을 파악하고, 각각의 보행패턴에 적합한 보조토크를 적절한 방향으로 제공할 수 있는 방법에 대해서 알아보았다. In the above, the walking pattern of the standing machine was identified, and the method of providing the auxiliary torque suitable for each walking pattern in the proper direction was examined.
이하, 유각기의 보행패턴을 파악하고, 각각의 보행패턴에 적합한 보조토크를 제공할 수 있는 방법을 설명한다. Hereinafter, a method of identifying the walking pattern of the swinging device and providing an auxiliary torque suitable for each walking pattern will be described.
일단, 유각기는 압력센서에서 발바닥 압력이 측정되지 않으면 보행주기는 유각기에 해당할 수 있으며, 유각기는, 구체적으로, 유각기는 초기유각기(initial swing), 중간유각기(mid swing), 및 최종유각기(terminal swing)로 구분될 수 있다. Once the footing device is unable to measure the sole pressure in the pressure sensor, the walking cycle may correspond to the footing device, which is specifically, the initialing device or mid swinging device. , And final swing.
본 발명에서는 상술한 유각기의 보행패턴에 따라서 대퇴골 및 경골 사이의 각도가 달라진다는 점에 착안하여 유각기의 보행패턴을 보다 구체적으로 구분할 수 있으며, 구체적으로, 각도측정센서는 대퇴골에 인접하게 제공되는 대퇴골 관성센서 및 경골에 인접하게 제공되는 경골 관성센서를 포함할 수 있으며, 2개의 관성센서를 사용하여 대퇴골 및 경골의 사이 각을 얻을 수 있다. 대퇴골 관성센서 및 경골 관성센서에서 측정되는 대퇴골과 경골 사이의 각도가 140 내지 120°로 감소하는 경우, 유각기의 보행패턴은 초기유각기에 대응할 수 있으며, 120 내지 150°로 증가하며, 경골이 지면과 수직이 될 때까지인 경우, 유각기의 보행패턴은 중간유각기에 대응할 수 있고, 150 내지 180°로 증가하는 경우, 유각기의 보행패턴은 최종유각기에 대응할 수 있다. In the present invention, the angle between the femur and the tibia varies according to the above-described walking pattern of the stiletto, so that the walking pattern of the stiletto can be more specifically classified. Specifically, the angle measuring sensor is provided adjacent to the femur. It may include a femoral inertial sensor and a tibial inertial sensor provided adjacent to the tibia, and the angle between the femur and tibia may be obtained using two inertial sensors. When the angle between the femur and the tibia, measured by the femoral inertial sensor and the tibial inertial sensor, decreases from 140 to 120 °, the walking pattern of the pedestrian may correspond to the initial phase of the incline, and increases to 120 to 150 °. When it is perpendicular to the ground, the walking pattern of the stinger may correspond to the intermediate stinger, and when it is increased to 150 to 180 °, the walking pattern of the stinger may correspond to the final stinger.
참고로, 관성센서는 종아리와 허벅지에 제공되어 두 부분의 각을 측정하기 위한 것으로, 관성센서 외에도 두 부분의 각을 측정하기 위한 다른 구성으로 대체할 수 있음은 자명하다. For reference, the inertial sensor is provided on the calf and thigh to measure the angle of the two parts, it is obvious that it can be replaced with another configuration for measuring the angle of the two parts in addition to the inertial sensor.
상술한 바와 같이, 유각기의 보행패턴이 파악되면, 각각의 보행패턴에 적합한 방향이나 힘으로 대퇴골 및 경골이 회전할 수 있도록 보조토크를 제공할 수 있으며, 이에 보행자의 생체 토크만으로 모자란 토크에 기계적인 보조토크가 더해져 원활한 보행이 이루어질 수 있다. As described above, when the walking pattern of the stator is known, an auxiliary torque may be provided to allow the femur and tibia to rotate in a direction or a force suitable for each walking pattern. Auxiliary torque is added and smooth walking can be achieved.
구체적으로, 초기유각기에서는, 대퇴골을 전방으로 회전시키며, 경골이 대퇴골에 대해서 구부러지도록 경골을 후방으로 회전시키기 위한 보조토크를 제공할 수 있으며, 중간유각기에서는, 대퇴골을 전방으로 회전시키며, 경골이 대퇴골과 나란하게 배치되도록 경골을 전방으로 회전시키기 위한 보조토크를 제공할 수 있고, 최종유각기에서는, 경골이 대퇴골과 나란하게 배치되도록 경골을 전방으로 회전시키기 위한 보조토크를 제공할 수 있다. Specifically, in the initial flannel, the femur can be rotated forward, and an auxiliary torque can be provided for rotating the tibia backward so that the tibia bends against the femur. In the middle flutter, the femur rotates forward, and the tibia Auxiliary torque may be provided for rotating the tibia forward to be parallel to this femur, and in the final drier, an auxiliary torque may be provided for rotating the tibia forward to arrange the tibia parallel to the femur.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 보행보조토크 제어방법은 입각기 혹은 유각기 각각의 보행패턴에서 보행자가 자신의 근력만으로 보행이 어려운 경우, 적합한 보조토크를 제공함으로써 원활한 보행을 할 수 있도록 한다. As described above, the pedestrian assist torque control method according to the present invention enables smooth pedestrians by providing a suitable auxiliary torque when the pedestrian is difficult to walk only by his or her strength in each walking pattern of the standing or staging device.
그리고, 보조토크는 기계적인 구성에 의해서 제공될 수 있는데, 이는 앞서 언급한 상기 한국공개특허 10-2006-0039970에 이미 개시되어 있는 보행보조기기의 허리동작용 풀리장치(21) 및 무릎동작용 풀리장치(22)와 같은 보조토크를 제공할 수 있는 기기를 통해서 제공할 수 있다. In addition, the auxiliary torque may be provided by a mechanical configuration, which is a waist action pulley device 21 and a knee action pulley of the walking aid already disclosed in the above-mentioned Korean Patent Publication No. 10-2006-0039970. It may be provided through a device capable of providing auxiliary torque such as the
참고로, 허리동작용 풀리장치(21)에 의한 동력의 전달은 허리를 굽히기 위한 동력으로 설명되고 있으나, 허리가 굽혀졌다 펴지는 것은 상대적으로 고관절에서 허벅지에 대응하는 대퇴골이 회전하는 것과 동일한 것으로, 상기 허리동작용 풀리장치(21)에 의한 동력은 고관절에서 회전하는 대퇴골의 회전을 위한 동력으로 사용될 수 있다. For reference, the transmission of power by the waist action pulley device 21 is described as a power for bending the waist, but the waist is bent and stretched is the same as the rotation of the femur corresponding to the thigh in the hip joint, Power by the waist action pulley device 21 may be used as the power for the rotation of the femur rotating in the hip joint.
또한, 무릎동작용 풀리장치(22)는 무릎에 배치되는 회전축(23)을 기준으로 무릎 이하 부분의 회전을 위한 동력을 제공하는 것으로, 이는 슬관절에서 종아리에 대응하는 경골이 회전하는 것과 동일한 것으로, 상기 무릎동작용 풀리장치(22)에 의한 동력은 슬관절에서 회전하는 경골의 회전을 위한 동력으로 사용될 수 있다. In addition, the knee
즉, 상기 공개특허에서 제시되는 신체의 허벅지나 종아리를 회전시킬 수 있는 동력을 제공할 수 있는 보행보조기구(11)를 통해서 본 발명의 보행보조토크 제어방법을 구현할 수 있다. 물론, 대퇴골이나 경골을 회전시킬 수 있는 다른 기기를 통해서도 얼마든지 본 발명의 제어방법을 구현할 수 있다. That is, the walk assistance torque control method of the present invention can be implemented through the
본 발명에 따른 다른 실시예에 따르면, 고관절에서 회전하는 대퇴골의 회전을 돕는 대퇴골 회전풀리장치 및 슬관절에서 회전하는 경골의 회전을 돕는 경골 회전풀리장치를 포함하는 보행보조장치가 개시된다. According to another embodiment according to the present invention, a walking aid device including a femoral rotational pulley device for helping the rotation of the femur rotating in the hip joint and a tibia rotational pulley device for the rotation of the tibia rotating in the knee joint is disclosed.
보행보조장치는 발바닥에 가해지는 압력을 측정하는 압력센서; 및 압력센서에서 제공되는 압력을 근거로, 보행자의 보행주기가 발바닥이 지면에 닿아 있는 입각기인지 발바닥이 지면에서 떨어져 있는 유각기인지를 판단하며, 보행주기가 입각기에 해당하는 경우, 측정된 발바닥 압력을 근거로 입각기의 보행패턴을 결정하고, 결정된 입각기의 보행패턴에 대응하여 대퇴골 및 경골의 회전을 위한 보조토크를 제공하도록 대퇴골 회전풀리장치 및 경골 회전풀리장치를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. The walking aid device includes a pressure sensor for measuring the pressure applied to the sole of the foot; And based on the pressure provided by the pressure sensor, it is determined whether the pedestrian's gait period is a stance with which the sole is in contact with the ground or the sole is a stipple with which the foot is apart from the ground. A control unit for controlling the femoral rotation pulley device and the tibial rotation pulley device to determine a walking pattern of the stance machine based on the pressure, and to provide an auxiliary torque for the rotation of the femur and tibia in response to the determined walking pattern of the stance device. Can be.
또한, 보행보조장치는 대퇴골 및 경골 사이의 각도를 측정하는 각도측정센서를 포함할 수 있으며, 압력센서에서 압력이 측정되지 않아 제어부가 보행주기를 유각기로 판단하면, 제어부는 각도측정센서를 통해서 측정된 대퇴골 및 경골 사이의 각도를 근거로 유각기의 보행패턴을 결정할 수 있다. 그리고, 결정된 유각기의 보행패턴에 대응하여 대퇴골 및 경골의 회전을 위한 보조토크를 제공할 수 있다. In addition, the walking aid device may include an angle measuring sensor for measuring the angle between the femur and tibia, and if the pressure is not measured in the pressure sensor and the control unit determines the walking period as a slaughter, the control unit uses the angle measuring sensor Based on the measured angles between the femur and tibia, the gait pattern of the stent can be determined. In addition, an auxiliary torque for rotation of the femur and the tibia may be provided in response to the determined walking pattern of the stator.
참고로, 토우 압력센서, 좌측 압력센서, 우측 압력센서, 및 뒤꿈치 압력센서 중 적어도 어느 하나는 외압에 의해서 압축 및 팽창하는 탄성부 및 탄성부의 압축 및 팽창에 의한 내압의 변화를 측정하도록 탄성부에 연결되는 압력 측정부를 포함할 수 있다. For reference, at least one of the tow pressure sensor, the left pressure sensor, the right pressure sensor, and the heel pressure sensor may include an elastic part that compresses and expands by external pressure and an elastic part so as to measure a change in internal pressure due to compression and expansion of the elastic part. It may include a pressure measuring unit connected.
사람의 발바닥은 평탄하지 않고 굴곡을 가지기 때문에, 동일한 보행패턴에서도 부분적으로 서로 다른 압력이 가해질 수 있다. 그러나, 본 발명의 탄성부는 압력이 가해지면 어느 특정한 부분이 눌러지는 지와 무관하게 내부 압력이 동일하게 변하기 때문에 사람의 발바닥 모양과 무관하게 압력을 측정할 수 있다. 예를 들어, 탄성부는 똬리 형상으로 제공되는 튜브관을 포함할 수 있다.Since the sole of a person is not flat and curved, partly different pressures may be applied even in the same walking pattern. However, the elastic part of the present invention can measure the pressure irrespective of the shape of the sole of the person because the internal pressure changes the same regardless of which particular portion is pressed when pressure is applied. For example, the elastic portion may include a tube tube provided in a spiral shape.
보행자의 보행주기는 다양한 보행패턴으로 구분되며, 각 보행패턴마다 뼈의 회전 여부나 회전 방향이 달라지게 된다. 하지만, 종래의 공개특허에서의 보행보조기구에서는 보행자의 보행을 도울 수 있도록 대퇴부나 경골에 회전력을 제공할 수 있으나, 보행패턴을 구분하는 방법이나 각 보행패턴마다 달라지는 뼈의 회전 여부나 회전 방향에 대한 언급이 없으며, 이에, 보행자의 자연스러운 보행을 위한 보조토크를 제공하는데 어려움이 있다. The walking cycle of a pedestrian is divided into various walking patterns, and whether or not the bone is rotated or rotates in each walking pattern. However, the walking aid in the prior art can provide a rotational force to the thigh or tibia so as to help the pedestrians to walk, but the way of distinguishing the walking pattern or the rotation or direction of rotation of bones that vary for each walking pattern There is no mention of this, and therefore, there is a difficulty in providing an auxiliary torque for a natural pedestrian's walking.
하지만, 본 발명에 따른 보행보조토크 제어방법 및 장치는 압력센서를 통해서 입각기와 유각기를 구분하고, 압력센서와 각도측정센서를 통해서 보다 구체적으로 입각기와 유각기의 보행패턴을 구분할 수 있고, 이렇게 구분된 보행패턴마다 적합한 보조토크를 대퇴골 및 슬관절에 제공할 수 있다. However, the walk assist torque control method and apparatus according to the present invention can distinguish the stance and inclinometer through a pressure sensor, and in more detail, the gait pattern of the stance and inclinometer can be distinguished through a pressure sensor and an angle measuring sensor. Appropriate auxiliary torque can be provided to the femur and knee joint for each walking pattern.
따라서, 본 발명에 따른 보행보조토크의 제어방법 및 장치는 각각의 보행패턴에 적합한 보조토크를 제공할 수 있고, 실지로 보행자의 근력이 부족한 경우, 보행자가 자신의 근력만으로 보행이 어려운 경우, 적합한 보조토크를 제공함으로써 원활한 보행을 할 수 있도록 도와줄 수 있다.Therefore, the method and apparatus for controlling the walking assistance torque according to the present invention can provide an auxiliary torque suitable for each walking pattern, and in fact, when the pedestrian lacks the strength of the pedestrian, if the pedestrian is difficult to walk with his own strength, the appropriate assistance is provided. Providing torque can help you to walk smoothly.
도 1은 한국공개특허 10-2006-0039970에 개시된 보행보조기구의 정면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 보행보조토크의 제어방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 보행보조토크의 제어방법에 따라서 배치되는 압력센서의 위치를 설명하기 위한 발바닥의 뼈 구조이다.
도 4는 입각기의 보행패턴에 따라서 대퇴골 및 경골에 제공되는 제공되는 생체 토크를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 입각기 및 유각기의 보행패턴에 따라서 압력센서에 측정되는 압력 및 각각의 보행패턴에서 제공될 수 있는 보조토크의 방향을 설명하기 위한 도면이다.1 is a front view of a walking aid mechanism disclosed in Korean Patent Laid-Open No. 10-2006-0039970.
2 is a flowchart illustrating a control method of walking assistance torque according to the present invention.
Figure 3 is a bone structure of the sole for explaining the position of the pressure sensor disposed in accordance with the control method of the walking aid torque according to the present invention.
4 is a view for explaining the provided bio torque provided to the femur and tibia according to the walking pattern of the stance.
5 is a view for explaining the pressure measured in the pressure sensor and the direction of the auxiliary torque that can be provided in each walking pattern in accordance with the walking pattern of the riser and the swing device.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout. For reference, the same numbers in this description refer to substantially the same elements and can be described with reference to the contents described in the other drawings under these rules, and the contents which are judged to be obvious to the person skilled in the art or repeated can be omitted.
도 2는 본 발명에 따른 보행보조토크의 제어방법의 흐름도이며, 도 3은 본 발명에 따른 보행보조토크의 제어방법에 따라서 배치되는 압력센서의 위치를 설명하기 위한 발바닥의 뼈 구조이며, 도 4는 입각기의 보행패턴에 따라서 대퇴골 및 경골에 제공되는 제공되는 생체 토크를 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 입각기 및 유각기의 보행패턴에 따라서 압력센서에 측정되는 압력 및 각각의 보행패턴에서 제공될 수 있는 보조토크의 방향을 설명하기 위한 도면이다.Figure 2 is a flow chart of the control method of the walk assist torque according to the present invention, Figure 3 is a bone structure of the sole for explaining the position of the pressure sensor disposed in accordance with the control method of the walk assist torque according to the present invention, Figure 4 Is a view for explaining the provided bio torque provided to the femur and tibia according to the walking pattern of the stator, Figure 5 is the pressure measured by the pressure sensor according to the walking pattern of the stance and the stiletto and in each walking pattern The figure for explaining the direction of the auxiliary torque that can be provided.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 보행자의 보행 보조를 위한 보행보조토크 제어방법은, 압력센서를 이용하여 발바닥에 가해지는 발바닥 압력을 측정하는 단계, 측정된 발바닥에 압력이 측정되는지 여부에 따라 입각기인지 유각기인지를 판단하는 단계, 보행주기가 입각기에 해당하는 경우, 측정된 발바닥 압력을 근거로 입각기의 보행패턴을 결정하며, 보행주기가 유각기에 해당하는 경우, 대퇴골 및 경골 사이의 각도를 측정하는 각도측정센서를 통해서 측정된 대퇴골 및 경골 사이의 각도를 근거로 유각기의 보행패턴을 결정하는 단계, 및 결정된 입각기 또는 유각기의 보행패턴에 대응하여 대퇴골 및 경골의 회전을 위한 보조토크를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. Referring to Figure 2, the walk assistance torque control method for assisting the pedestrian walking of the present embodiment, the step of measuring the foot pressure applied to the sole using a pressure sensor, according to whether the pressure is measured on the measured sole Determining whether the period or walking period, if the walking period corresponds to the standing period, the walking pattern of the standing period is determined based on the measured foot pressure, and if the walking period corresponds to the swinging period, between the femur and tibia Determining the walking pattern of the stilts based on the angle between the femur and tibia measured by the angle measuring sensor for measuring the angle, and for the rotation of the femur and tibia in response to the determined walking pattern of the staging or stiletto Providing an auxiliary torque.
입각기 및 유각기는 발이 지면에 붙어 있는지 혹은 떨어지는지를 기준으로 구분될 수 있다. 따라서, 입각기 및 유각기의 구분은 발바닥에 제공되는 압력센서를 사용하여 확인할 수 있으며, 발바닥의 압력센서에서 압력이 측정되면, 보행자의 보행주기는 입각기에 해당할 수 있고, 압력센서에서 압력이 측정되지 않는다면, 보행자의 보행주기는 유각기에 해당할 수 있다. The staging and staging periods can be classified based on whether the foot is attached to the ground or falling. Therefore, the classification of the stance and the stirrup can be confirmed using a pressure sensor provided on the sole. When the pressure is measured by the pressure sensor of the sole, the walking period of the pedestrian may correspond to the stance, and the pressure in the pressure sensor If not measured, the pedestrian's walking cycle may correspond to a stippled phase.
또한, 입각기 및 유각기에서는 보행을 위하여 근육은 관절에서 뼈가 회전하도록 하는 회전력을 제공한다. 다만, 입각기나 유각기 중 관절에서 회전하는 뼈의 방향이나 회전력은 항상 동일하지는 않다. 따라서, 입각기와 유각기는 회전하는 뼈의 방향이나 회전력에 따라서 보다 복잡한 “보행패턴”으로 구분될 수 있는데, 이하, 이에 대해서 상세하게 설명한다. In addition, in the standing and swinging phases, the muscles provide rotational force to rotate the bones in the joints for walking. However, the direction or rotational force of the bones rotating in the joints of the standing or stinging are not always the same. Therefore, the standing and stirrups can be classified into more complicated "walking patterns" according to the direction or rotational force of the rotating bone, which will be described in detail below.
입각기의 보행패턴은, 측정된 발바닥 압력을 근거로 초기접촉단계(initial contact), 부하반응단계(loading response), 중간입각기(mid stance), 최종입각기(terminal stance), 및 유각전기(pre swing)로 구분될 수 있다. The walking pattern of the stator is based on the measured sole pressure, the initial contact, the loading response, the mid stance, the terminal stance, and the sting electric. pre swing).
본 실시예에서는 상술한 입각기의 보행패턴에 따라서 발바닥에 가해지는 압력이 부분적으로 다르다는 점에 착안하여 입각기의 보행패턴을 보다 구체적으로 구분할 수 있다. In this embodiment, the pressure applied to the sole is partially different according to the above-described walking pattern of the standing device, and thus the walking pattern of the standing device can be more specifically classified.
발바닥에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 지골(11)의 전방에 토우 압력센서(110), 중족골(12)의 전방에서 좌우측에 각각 좌측 압력센서(120) 및 우측 압력센서(130), 및 족근골(13)에 뒤꿈치 압력센서(140)를 제공할 수 있다. 도면 상에서는 발바닥 저부에 상기 압력센서들이 제공되는 것으로 도시하고 있으나, 상기 압력센서들의 위치는 보행자가 착용하는 신발의 저면이나 발과 신발 사이 어디든지 보행자의 체중에 의한 압력을 측정할 수 있는 위치면 가능하다. 3, the
도 5(b)에는 각각의 압력센서에서 측정되는 압력을 정도를 보행패턴 별로 표시하였으며, ①과 같이, 뒤꿈치 압력센서(140)에서만 발바닥 압력이 측정되면, 입각기의 보행패턴은 초기접촉단계에 대응할 수 있고, ②와 같이, 뒤꿈치 압력센서(140) 및 우측 압력센서(130)에서만 발바닥 압력이 측정되면, 입각기의 보행패턴은 부하반응단계에 대응할 수 있다. 물론, 보행자의 발바닥 모양에 따라서 토우 압력센서(110)에서도 약간의 압력이 측정될 수도 있는데, 이러한 미세한 차이는 무시할 수 있다. 그리고, ③과 같이, 뒤꿈치 압력센서(140), 우측 압력센서(130), 및 좌측 압력센서(120)에서만 발바닥 압력이 측정되면, 입각기의 보행패턴은 중간입각기에 대응할 수 있고, ④와 같이, 우측 압력센서(130), 좌측 압력센서(120), 및 토우 압력센서(110)에서만 발바닥 압력이 측정되면, 입각기의 보행패턴은 최종입각기에 대응할 수 있으며, ⑤와 같이, 토우 압력센서(110)에서만 발바닥 압력이 측정되면, 입각기의 보행패턴은 유각전기에 대응할 수 있다. 참고로, 도 5(b)에서는 우측 발 기준이며, 왼발이 기준이 되는 경우에도 우측과 동일한 방법으로 보행패턴을 구분할 수 있다. In FIG. 5 (b), the pressure measured by each pressure sensor is displayed for each walking pattern. As shown in ①, when sole pressure is measured only at the
참고로, 아래의 [표 1]은 보행자의 입각기 중 발바닥에 가해지는 압력을 각각의 센서에서 측정되는 압력의 크기를 대(largr), 소(small), 및 측정 안됨(N/A; not applicable)으로 표시하였다. For reference, Table 1 below shows the pressures applied to the soles of the pedestrian's footrests in terms of the size of the pressures measured by each sensor (largr), small, and not measured (N / A; not applicable).
[표 1] 입각기의 보행패턴에 따라서 각각의 압력센서에서 측정되는 압력의 크기[Table 1] The magnitude of pressure measured by each pressure sensor according to the walking pattern
참고로, 도 4에 도시된 바와 같이, 토우 압력센서(110), 좌측 압력센서(120), 우측 압력센서(130), 및 뒤꿈치 압력센서(140)는 각각 보행자의 체중에 의한 외압에 의해서 압축 및 팽창하는 탄성부(111, 121, 131, 141) 및 압력 측정부(112, 122, 132, 142)를 포함한다. For reference, as shown in FIG. 4, the
사람의 발바닥은 평탄하지 않고 굴곡을 가지기 때문에, 일정한 면적 내에서도 부분적으로 서로 다른 압력이 가해질 수 있다. 이러한 발바닥의 형상을 고려하여, 본 실시예에서 탄성부(111, 121, 131, 141)를 압력을 측정하고자 원하는 발바닥 부분에 대응하도록 펼쳐 제공하여, 탄성부(111, 121, 131, 141)가 배치되는 면적 내에서는 어느 특정한 부분이 눌러지는 지와 무관하게 내부 압력이 동일하게 변화하도록 한다. 예를 들어, 탄성부(111, 121, 131, 141)를 똬리 형상의 튜브관으로 제공하고, 튜브관 외측에서 탄성부(111, 121, 131, 141)의 압축 및 팽창에 의한 내압의 변화를 측정하도록 압력 측정부(112, 122, 132, 142)를 연결할 수 있다. Since the sole of a person is not flat and curved, partly different pressures may be applied even within a certain area. In consideration of the shape of the sole, in the present embodiment, the
상술한 바와 같이, 입각기의 보행패턴이 파악되면, 각각의 보행패턴에 적합한 방향이나 힘으로 대퇴골 및 경골이 회전할 수 있도록 보조토크를 제공할 수 있다. As described above, when the walking pattern of the standing foot is known, an auxiliary torque may be provided to allow the femur and tibia to rotate in a direction or a force suitable for each walking pattern.
도 4(a)에는 고관절에서 회전하는 대퇴골의 회전 방향 및 생체 토크의 크기를 표시하였으며, 도 4(b)에는 슬관절에서 회전하는 경골의 회전 방향 및 생체 토크의 크기를 표시하였으며, 도 4(a)에서 생체 토크의 크기가 양의 값인 경우는, 대퇴골이 전방을 향하여 회전하는 것을 의미하며, 음의 값인 경우는, 대퇴골이 후방을 향하여 회전하는 것을 의미한다. 그리고, 도 4(b)에서 생체 토크의 크기가 양의 값인 경우는, 보행자의 근육에 의해서 경골이 대퇴골에 대해서 구부러지도록 경골이 후방으로 회전하는 것을 의미하며, 음의 값인 경우는, 경골이 대퇴골과 나란하게 배치되도록 경골이 전방으로 회전하는 것을 의미한다. 4 (a) shows the rotational direction and the magnitude of the bio torque of the femur rotating in the hip joint, and FIG. 4 (b) shows the rotational direction and the magnitude of the bio torque of the tibia rotating in the knee joint. If the magnitude of the bio torque is a positive value, it means that the femur rotates toward the front, a negative value means that the femur rotates toward the rear. In addition, in FIG. 4 (b), when the magnitude of the biotorque is a positive value, it means that the tibia rotates backward so that the tibia is bent relative to the femur by the pedestrian's muscle, and in the case of a negative value, the tibia is the femur It means that the tibia rotates forward so that it is arranged side by side.
따라서, 도 4(a) 및 4(b)에서 확인되는 생체 토크가 정상적인 보행을 위한 일반적인 토크에서 모자라는 만큼, 도 5(a)에 표시되는 것처럼, 초기접촉단계에서는, 대퇴골을 전방으로 회전시키며, 경골이 대퇴골과 나란하게 배치되도록 경골을 전방으로 회전시키기 위한 보조토크를 제공할 수 있으며, 부하반응단계에서는, 경골이 대퇴골에 대해서 구부러지도록 경골을 후방으로 회전시키기 위한 보조토크를 제공할 수 있다. 여기서, 경골이 대퇴골에 대해서 구부러지는 것은, 무릎이 구부러지는 것으로 이해할 수 있다. 그리고, 중간입각기에서는, 대퇴골을 후방으로 회전시키며, 경골이 대퇴골과 나란하게 배치되도록 경골을 전방으로 회전시키기 위한 보조토크를 제공할 수 있다. 그리고, 최종입각기에서는, 대퇴골을 후방으로 회전시키며, 경골이 대퇴골과 나란하게 배치되도록 경골을 전방으로 회전시키기 위한 보조토크를 제공할 수 있으며, 유각전기에서는, 대퇴골을 전방으로 회전시키며, 경골이 대퇴골에 대해서 구부러지도록 경골을 후방으로 회전시키기 위한 보조토크를 제공할 수 있다. Therefore, as shown in Fig. 5 (a), as the bio torque identified in Figs. 4 (a) and 4 (b) is less than the normal torque for normal walking, in the initial contacting step, the femur is rotated forward. It can provide an auxiliary torque for rotating the tibia forward so that the tibia is arranged side by side with the femur, and in the load reaction step, it can provide an auxiliary torque for rotating the tibia backward so that the tibia bends against the femur. . Here, the bending of the tibia relative to the femur can be understood as the bending of the knee. And, in the intermediate stand, it is possible to provide an auxiliary torque for rotating the femur backwards, and for turning the tibia forward so that the tibia is arranged side by side with the femur. And, in the final stand, it is possible to rotate the femur backwards, and to provide an auxiliary torque for rotating the tibia forward so that the tibia is arranged side by side with the femur. Auxiliary torque may be provided for turning the tibia backward so as to bend against the femur.
이상, 입각기의 보행패턴을 파악하고, 각각의 보행패턴에 적합한 보조토크를 적절한 방향으로 제공할 수 있는 방법에 대해서 알아보았으며, 이하, 유각기의 보행패턴을 파악하고, 각각의 보행패턴에 적합한 보조토크를 제공할 수 있는 방법을 설명한다. Above, the walk pattern of the stance machine is identified and the auxiliary torque suitable for each walk pattern can be provided in the proper direction. Hereinafter, the walk pattern of the swing machine is identified, and the walk pattern is applied to each walk pattern. The method by which suitable auxiliary torque can be provided is explained.
일단, 유각기는 압력센서에서 발바닥 압력이 측정되지 않으면 보행주기는 유각기에 해당할 수 있으며, 유각기는, 구체적으로, 유각기는 초기유각기(initial swing), 중간유각기(mid swing), 및 최종유각기(terminal swing)로 구분될 수 있다. Once the footing device is unable to measure the sole pressure in the pressure sensor, the walking cycle may correspond to the footing device, which is specifically, the initialing device or mid swinging device. , And final swing.
본 발명에서는 상술한 유각기의 보행패턴에 따라서 대퇴골 및 경골 사이의 각도가 달라진다는 점에 착안하여 유각기의 보행패턴을 보다 구체적으로 구분할 수 있으며, 구체적으로, 각도측정센서는 대퇴골에 인접하게 제공되는 대퇴골 관성센서 및 경골에 인접하게 제공되는 경골 관성센서를 포함할 수 있으며, 2개의 관성센서를 사용하여 대퇴골 및 경골의 사이 각을 얻을 수 있다. 대퇴골 관성센서 및 경골 관성센서에서 측정되는 대퇴골과 경골 사이의 각도가 140 내지 120°로 감소하는 경우, 유각기의 보행패턴은 초기유각기에 대응할 수 있으며, 120 내지 150°로 증가하는 경우, 유각기의 보행패턴은 중간유각기에 대응할 수 있고, 150 내지 180°로 증가하는 경우, 유각기의 보행패턴은 최종유각기에 대응할 수 있다. In the present invention, the angle between the femur and the tibia varies according to the above-described walking pattern of the stiletto, so that the walking pattern of the stiletto can be more specifically classified. Specifically, the angle measuring sensor is provided adjacent to the femur. It may include a femoral inertial sensor and a tibial inertial sensor provided adjacent to the tibia, and the angle between the femur and tibia may be obtained using two inertial sensors. When the angle between the femur and the tibia, measured by the femoral inertial sensor and the tibial inertial sensor, decreases from 140 to 120 °, the walking pattern of the stator may correspond to the initial phase of the incline, and when it increases to 120 to 150 °, Each walking pattern may correspond to the intermediate basin, and when increased to 150 to 180 °, the walking pattern of the basin may correspond to the final basin.
상술한 바와 같이, 유각기의 보행패턴이 파악되면, 각각의 보행패턴에 적합한 방향이나 힘으로 대퇴골 및 경골이 회전할 수 있도록 보조토크를 제공할 수 있다. As described above, when the gait pattern of the stinger is known, an auxiliary torque may be provided to allow the femur and tibia to rotate in a direction or a force appropriate for each gait pattern.
구체적으로, 생체 토크가 일반적인 토크에 모자라는 만큼, 초기유각기에서는, 대퇴골을 전방으로 회전시키며, 경골이 대퇴골에 대해서 구부러지도록 경골을 후방으로 회전시키기 위한 보조토크를 제공할 수 있으며, 중간유각기에서는, 대퇴골을 전방으로 회전시키며, 경골이 대퇴골과 나란하게 배치되도록 경골을 전방으로 회전시키기 위한 보조토크를 제공할 수 있고, 최종유각기에서는, 경골이 대퇴골과 나란하게 배치되도록 경골을 전방으로 회전시키기 위한 보조토크를 제공할 수 있다. Specifically, as the biotorque is short of the general torque, in the initial stage, the initial tendon rotates the femur forward, and may provide an auxiliary torque for rotating the tibia backward so that the tibia bends against the femur. In, the femur can be rotated forward, and an auxiliary torque can be provided for rotating the tibia forward so that the tibia is placed side by side with the femur, and in the final stage, the tibia is rotated forward so that the tibia is placed side by side with the femur. Auxiliary torque can be provided for
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 보행보조토크 제어방법은 입각기 혹은 유각기 각각의 보행패턴에서 보행자가 자신의 근력 즉, 생체 토크만으로 보행이 어려운 경우, 적합한 보조토크를 제공함으로써 원활한 보행을 할 수 있도록 한다. As described above, the pedestrian assist torque control method according to the present invention can smoothly walk by providing an appropriate auxiliary torque when the pedestrian is difficult to walk only by his or her strength, that is, the bio torque, in the walking pattern of each of the standing and staging machines. To help.
참고로, 아래의 [표 2]는 입각기 및 유각기의 보행패턴에 따라서 결정되는 뼈의 회전 방향이나 보조토크의 크기를 구체화한 일 예를 표시하였으며, 아래의 표에서 대퇴골의 경우, 구부림(flexion)은 대퇴골이 전방으로 나가도록 제공되는 힘을, 폄(extension)은 대퇴골이 후방으로 나가도록 제공되는 힘을 의미한다. 경골의 경우, 구부림(flexion)은 경골이 대퇴골에 대해서 구부러지도록 제공되는 힘을 의미하며, 폄(extension)은 경골이 대퇴골과 나란하게 배치되도록 제공되는 힘을 의미할 수 있다. 참고로, 일반인이 걸을 때 발생하는 일반적인 토크에서 모자라는 만큼 보조토크를 제공할 수 있고, 경우에 따라서, 노약자나 재활을 하는 환자 등에 적합한 보조토크를 제공함으로써, 원활한 보행을 구현할 수 있다. For reference, Table 2 below shows an example in which the direction of rotation of the bone or the size of the auxiliary torque determined according to the walking pattern of the stance and stirrups is specified. In the table below, the bending of the femur ( flexion refers to the force provided for the femur to go forward, and extension refers to the force provided to the posterior to the femur. In the case of tibia, flexion refers to the force provided to bend the tibia relative to the femur, and extension may refer to the force provided to arrange the tibia parallel to the femur. For reference, the auxiliary torque can be provided as much as the general torque generated when the general person walks, and in some cases, by providing the auxiliary torque suitable for the elderly and rehabilitation patients, it is possible to implement smooth walking.
[표 2] 입각기 및 유각기의 보행패턴에 따라서 결정되는 대퇴부 및 경골의 회전 방향 및 보조토크의 크기 [Table 2] Rotational direction of thigh and tibia and size of auxiliary torque determined by walking pattern
앞서 설명한 적절한 보조토크는 기계적인 구성에 의해서 제공될 수 있는데, 이는 앞서 언급한 상기 한국공개특허 10-2006-0039970에 이미 개시되어 있는 보행보조기기의 허리동작용 풀리장치(21) 및 무릎동작용 풀리장치(22)와 같은 보조토크를 제공할 수 있는 기기를 통해서 제공할 수 있다. The appropriate auxiliary torque described above can be provided by a mechanical configuration, which is the waist action pulley device 21 and the knee action of the walking aid already disclosed in the above-mentioned Korean Patent Publication No. 10-2006-0039970. It may be provided through a device capable of providing an auxiliary torque such as the pulley device (22).
참고로, 허리동작용 풀리장치(21)에 의한 동력의 전달은 허리를 굽히기 위한 동력으로 설명되고 있으나, 허리가 굽혀졌다 펴지는 것은 상대적으로 고관절에서 허벅지에 대응하는 대퇴골이 회전하는 것과 동일한 것으로, 상기 허리동작용 풀리장치(21)는 사실상 본 발명에서 고관절에서 회전하는 대퇴골의 회전을 위한 대퇴골 회전풀리장치로서 사용할 수 있다. For reference, the transmission of power by the waist action pulley device 21 is described as a power for bending the waist, but the waist is bent and stretched is the same as the rotation of the femur corresponding to the thigh in the hip joint, The waist action pulley device 21 can be used as a femoral rotation pulley device for the rotation of the femur, which is actually rotated in the hip joint in the present invention.
또한, 무릎동작용 풀리장치(22)는 무릎에 배치되는 회전축(23)을 기준으로 무릎 이하 부분의 회전을 위한 동력을 제공하는 것으로, 이는 슬관절에서 종아리에 대응하는 경골이 회전하는 것과 동일한 것으로, 상기 무릎동작용 풀리장치(22)는 사실상 본 발명에서 슬관절에서 회전하는 경골의 회전을 위한 경골 회전풀리장치로서 사용될 수 있다. In addition, the knee
즉, 상기 공개특허에서 제시되는 신체의 허벅지나 종아리를 회전시킬 수 있는 동력을 제공할 수 있는 보행보조기구(11)를 통해서 본 발명의 보행보조토크 제어방법을 구현할 수 있다. 물론, 대퇴골이나 경골을 회전시킬 수 있는 다른 기기를 통해서도 얼마든지 본 발명의 제어방법을 구현할 수 있다. 또한, 상기 공개특허에서는 보행보조기구(11)에 동력을 제공하는 본체(15)가 별도로 제공되나, 보행보조기구(11)의 허리동작용 풀리장치(21) 및 허리동작용 풀리장치(21)로 동력을 제공하기 위한 모터와 모터의 회전 방향이나 회전 토크를 결정하는 제어부가 보행보조기구(11)에 직접 장착되는 경우 혹은 보행자의 다른 신체 부분에 장착되는 경우에도 본 발명의 제어방법을 적용할 수 있음은 자명하다. That is, the walk assistance torque control method of the present invention can be implemented through the
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although described with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art various modifications and variations of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.
110:토우 압력센서 120:좌측 압력센서
130:우측 압력센서 140:뒤꿈치 압력센서110: toe pressure sensor 120: left pressure sensor
130: Right pressure sensor 140: Heel pressure sensor
Claims (34)
압력센서를 이용하여 발바닥에 가해지는 발바닥 압력을 측정하는 단계;
측정된 상기 발바닥 압력을 이용하여, 보행자의 보행주기(gait cycle)가 발바닥이 지면에 닿아 있는 입각기(stance phase)인지 발바닥이 지면에서 떨어져 있는 유각기(swing phase)인지를 판단하는 단계;
상기 보행주기가 상기 입각기에 해당하는 경우, 측정된 상기 발바닥 압력을 근거로 상기 입각기의 보행패턴을 결정하는 단계; 및
결정된 상기 입각기의 보행패턴에 대응하여 대퇴골 및 경골의 회전을 위한 보조토크를 제공하는 단계;
를 포함하며, 상기 압력센서에서 상기 발바닥 압력이 측정되면 상기 보행주기는 상기 입각기에 해당하며, 측정된 상기 발바닥 압력을 근거로 상기 입각기의 보행패턴은, 초기접촉단계(initial contact), 부하반응단계(loading response), 중간입각기(mid stance), 최종입각기(terminal stance), 및 유각전기(pre swing)로 구분되며,
상기 압력센서는 지골(phalange)에 인접하게 제공되는 토우 압력센서, 중족골(metatarsal bone)을 기준으로 좌우측에 각각 배치되는 좌측 압력센서 및 우측 압력센서, 및 족근골(tarsal bone)에 인접하게 제공되는 뒤꿈치 압력센서를 포함하고,
상기 뒤꿈치 압력센서에서만 상기 발바닥 압력이 측정되면, 상기 입각기의 보행패턴은 상기 초기접촉단계에 대응하며, 상기 뒤꿈치 압력센서 및 우측 압력센서에서만 상기 발바닥 압력이 측정되면, 상기 입각기의 보행패턴은 상기 부하반응단계에 대응하며, 상기 뒤꿈치 압력센서, 상기 우측 압력센서, 및 상기 좌측 압력센서에서만 상기 발바닥 압력이 측정되면, 상기 입각기의 보행패턴은 상기 중간입각기에 대응하며, 상기 우측 압력센서, 상기 좌측 압력센서, 및 상기 토우 압력센서에서만 상기 발바닥 압력이 측정되면, 상기 입각기의 보행패턴은 상기 최종입각기에 대응하며, 상기 토우 압력센서에서만 상기 발바닥 압력이 측정되면, 상기 입각기의 보행패턴은 상기 유각전기에 대응하는 것을 특징으로 하는 보행보조토크 제어방법. In the walking assistance torque control method for walking assistance of pedestrians,
Measuring sole pressure applied to the sole using a pressure sensor;
Using the measured sole pressure, determining whether a gait cycle of a pedestrian is a stance phase in which the sole is in contact with the ground or a swing phase in which the sole is away from the ground;
Determining a walking pattern of the standing unit based on the measured sole pressure when the walking period corresponds to the standing unit; And
Providing auxiliary torque for the rotation of the femur and tibia in response to the determined walking pattern of the stance machine;
The foot sensor when the sole pressure is measured by the pressure sensor corresponds to the stand, and the walking pattern of the stand based on the measured sole pressure, the initial contact step (initial contact), load response It is divided into loading response, mid stance, terminal stance, and pre swing.
The pressure sensor is a toe pressure sensor provided adjacent to the phalange, a left pressure sensor and a right pressure sensor disposed on the left and right sides based on the metatarsal bone, respectively, and a heel provided adjacent to the tarsal bone. Including a pressure sensor,
When the sole pressure is measured only at the heel pressure sensor, the walking pattern of the standing unit corresponds to the initial contact step, and when the sole pressure is measured only at the heel pressure sensor and the right pressure sensor, the walking pattern of the standing unit is When the sole pressure is measured only in the heel pressure sensor, the right pressure sensor, and the left pressure sensor, the walking pattern of the standing part corresponds to the intermediate standing part, and the right pressure sensor, When the sole pressure is measured only at the left pressure sensor and the tow pressure sensor, the walking pattern of the standing unit corresponds to the final standing unit, and when the sole pressure is measured only at the toe pressure sensor, the walking pattern of the standing unit The walk assist torque control method, characterized in that corresponding to the stipple electric.
상기 초기접촉단계에서는,
상기 대퇴골을 전방으로 회전시키며, 상기 경골이 상기 대퇴골과 나란하게 배치되도록 상기 경골을 전방으로 회전시키기 위한 상기 보조토크를 제공하는 것을 특징으로 하는 보행보조토크 제어방법. The method of claim 1,
In the initial contact step,
And rotating the femur forward, and providing the auxiliary torque for rotating the tibia forward so that the tibia is disposed side by side with the femur.
상기 부하반응단계에서는,
상기 경골이 상기 대퇴골에 대해서 구부러지도록 상기 경골을 후방으로 회전시키기 위한 상기 보조토크를 제공하는 것을 특징으로 하는 보행보조토크 제어방법. The method of claim 1,
In the load reaction step,
Walking assistance torque control method, characterized in that for providing the auxiliary torque for rotating the tibia to the rear so that the tibia bends with respect to the femur.
상기 중간입각기에서는,
상기 대퇴골을 후방으로 회전시키며, 상기 경골이 상기 대퇴골과 나란하게 배치되도록 상기 경골을 전방으로 회전시키기 위한 상기 보조토크를 제공하는 것을 특징으로 하는 보행보조토크 제어방법.The method of claim 1,
In the intermediate position,
And rotating the femur to the rear, and providing the auxiliary torque for rotating the tibia forward so that the tibia is disposed side by side with the femur.
상기 최종입각기에서는,
상기 대퇴골을 후방으로 회전시키며, 상기 경골이 상기 대퇴골과 나란하게 배치되도록 상기 경골을 전방으로 회전시키기 위한 상기 보조토크를 제공하는 것을 특징으로 하는 보행보조토크 제어방법.The method of claim 1,
In the final position,
And rotating the femur to the rear, and providing the auxiliary torque for rotating the tibia forward so that the tibia is disposed side by side with the femur.
상기 유각전기에서는,
상기 대퇴골을 전방으로 회전시키며, 상기 경골이 상기 대퇴골에 대해서 구부러지도록 상기 경골을 후방으로 회전시키기 위한 상기 보조토크를 제공하는 것을 특징으로 하는 보행보조토크 제어방법. The method of claim 1,
In the said pentagonal electric,
And said auxiliary torque for rotating said tibia forward to rotate said femur forward and said tibia bend with respect to said femur.
압력센서를 이용하여 발바닥에 가해지는 발바닥 압력을 측정하는 단계;
측정된 상기 발바닥 압력을 이용하여, 보행자의 보행주기(gait cycle)가 발바닥이 지면에 닿아 있는 입각기(stance phase)인지 발바닥이 지면에서 떨어져 있는 유각기(swing phase)인지를 판단하는 단계;
상기 보행주기가 상기 입각기에 해당하는 경우, 측정된 상기 발바닥 압력을 근거로 상기 입각기의 보행패턴을 결정하는 단계; 및
결정된 상기 입각기의 보행패턴에 대응하여 대퇴골 및 경골의 회전을 위한 보조토크를 제공하는 단계;를 포함하고,
상기 입각기인지 유각기인지를 판단하는 단계에서, 상기 보행주기가 상기 유각기에 해당하는 경우,
상기 대퇴골 및 상기 경골 사이의 각도를 측정하는 각도측정센서를 통해서 측정된 상기 대퇴골 및 상기 경골 사이의 각도를 근거로 상기 유각기의 보행패턴을 결정하는 단계; 및
결정된 상기 유각기의 보행패턴에 대응하여 상기 대퇴골 및 상기 경골의 회전을 위한 보조토크를 제공하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행보조토크 제어방법.In the walking assistance torque control method for walking assistance of pedestrians,
Measuring sole pressure applied to the sole using a pressure sensor;
Using the measured sole pressure, determining whether a gait cycle of a pedestrian is a stance phase in which the sole is in contact with the ground or a swing phase in which the sole is away from the ground;
Determining a walking pattern of the standing unit based on the measured sole pressure when the walking period corresponds to the standing unit; And
And providing an auxiliary torque for rotation of the femur and tibia in response to the determined walking pattern of the stance device.
In the determining of whether the standing period or the stinging period, when the walking period corresponds to the stinging period,
Determining a walking pattern of the stilt machine based on an angle between the femur and the tibia measured through an angle measuring sensor measuring an angle between the femur and the tibia; And
Providing an auxiliary torque for rotation of the femur and the tibia in response to the determined walking pattern of the stiletto;
Walking assistance torque control method comprising a.
상기 압력센서에서 상기 발바닥 압력이 측정되지 않으면 상기 보행주기는 상기 유각기에 해당하며,
상기 각도측정센서를 통해서 측정된 상기 대퇴골 및 상기 경골 사이의 각도를 근거로 상기 유각기의 보행패턴은, 초기유각기(initial swing), 중간유각기(mid swing), 및 최종유각기(terminal swing)로 구분되는 것을 특징으로 하는 보행보조토크 제어방법.The method of claim 10,
If the sole pressure is not measured by the pressure sensor, the walking period corresponds to the stirrup,
Based on the angle between the femur and the tibia measured by the angle measuring sensor, the walking pattern of the incline may include an initial swing, a mid swing, and a final swing. Walking assistance torque control method, characterized in that divided into.
상기 초기유각기에서는,
상기 대퇴골을 전방으로 회전시키며, 상기 경골이 상기 대퇴골에 대해서 구부러지도록 상기 경골을 후방으로 회전시키기 위한 상기 보조토크를 제공하는 것을 특징으로 하는 보행보조토크 제어방법.12. The method of claim 11,
In the initial stage,
And said auxiliary torque for rotating said tibia forward to rotate said femur forward and said tibia bend with respect to said femur.
상기 중간유각기에서는,
상기 대퇴골을 전방으로 회전시키며, 상기 경골이 상기 대퇴골과 나란하게 배치되도록 상기 경골을 전방으로 회전시키기 위한 상기 보조토크를 제공하는 것을 특징으로 하는 보행보조토크 제어방법.12. The method of claim 11,
In the intermediate basin,
And rotating the femur forward, and providing the auxiliary torque for rotating the tibia forward so that the tibia is disposed side by side with the femur.
상기 최종유각기에서는,
상기 경골이 상기 대퇴골과 나란하게 배치되도록 상기 경골을 전방으로 회전시키기 위한 상기 보조토크를 제공하는 것을 특징으로 하는 보행보조토크 제어방법.12. The method of claim 11,
In the final basin,
Walking assistance torque control method, characterized in that for providing the auxiliary torque for rotating the tibia forward so that the tibia is disposed parallel to the femur.
상기 각도측정센서는 상기 대퇴골에 인접하게 제공되는 대퇴골 관성센서 및 상기 경골에 인접하게 제공되는 경골 관성센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행보조토크 제어방법. 12. The method of claim 11,
The angle measuring sensor is a walk assist torque control method comprising a femoral inertial sensor provided adjacent to the femur and a tibial inertial sensor provided adjacent to the tibia.
상기 대퇴골 관성센서 및 상기 경골 관성센서에서 측정되는 대퇴골 및 경골 사이의 각도가 140 내지 120°로 감소하는 경우, 상기 유각기의 보행패턴은 상기 초기유각기에 대응하며,
120 내지 150°로 증가하는 경우, 상기 유각기의 보행패턴은 상기 중간유각기에 대응하며,
150 내지 180°로 증가하는 경우, 상기 유각기의 보행패턴은 상기 최종유각기에 대응하는 것을 특징으로 하는 보행보조토크 제어방법.16. The method of claim 15,
When the angle between the femur and the tibia measured by the femoral inertial sensor and the tibial inertial sensor decreases to 140 to 120 °, the walking pattern of the stilt unit corresponds to the initial stage.
When increasing to 120 to 150 °, the walking pattern of the stirrup corresponds to the intermediate stirrup,
When increasing to 150 to 180 °, the walking assist torque control method, characterized in that the walking pattern of the stirrup corresponds to the final stinger.
발바닥에 가해지는 압력을 측정하는 압력센서; 및
상기 압력센서에서 제공되는 상기 압력을 근거로, 보행자의 보행주기가 발바닥이 지면에 닿아 있는 입각기인지 발바닥이 지면에서 떨어져 있는 유각기인지를 판단하며,
상기 보행주기가 상기 입각기에 해당하는 경우, 측정된 상기 발바닥 압력을 근거로 상기 입각기의 보행패턴을 결정하고, 결정된 상기 입각기의 보행패턴에 대응하여 상기 대퇴골 및 상기 경골의 회전을 위한 보조토크를 제공하도록 상기 대퇴골 회전풀리장치 및 상기 경골 회전풀리장치를 제어하는 제어부;
를 포함하며, 상기 압력센서에서 상기 발바닥 압력이 측정되면 상기 보행주기는 상기 입각기에 해당하며, 측정된 상기 발바닥 압력을 근거로 상기 입각기의 보행패턴은, 초기접촉단계, 부하반응단계, 중간입각기, 최종입각기, 및 유각전기로 구분되며,
상기 압력센서는 지골에 인접하게 제공되는 토우 압력센서, 중족골을 기준으로 좌우측에 각각 배치되는 좌측 압력센서 및 우측 압력센서, 및 족근골에 인접하게 제공되는 뒤꿈치 압력센서를 포함하며,
상기 뒤꿈치 압력센서에서만 상기 발바닥 압력이 측정되면, 상기 입각기의 보행패턴은 상기 초기접촉단계에 대응하며, 상기 뒤꿈치 압력센서 및 우측 압력센서에서만 상기 발바닥 압력이 측정되면, 상기 입각기의 보행패턴은 상기 부하반응단계에 대응하며, 상기 뒤꿈치 압력센서, 상기 우측 압력센서, 및 상기 좌측 압력센서에서만 상기 발바닥 압력이 측정되면, 상기 입각기의 보행패턴은 상기 중간입각기에 대응하며, 상기 우측 압력센서, 상기 좌측 압력센서, 및 상기 토우 압력센서에서만 상기 발바닥 압력이 측정되면, 상기 입각기의 보행패턴은 상기 최종입각기에 대응하며, 상기 토우 압력센서에서만 상기 발바닥 압력이 측정되면, 상기 입각기의 보행패턴은 상기 유각전기에 대응하는 것을 특징으로 하는 보행보조장치. In the walking aid device comprising a femur rotational pulley device for helping the rotation of the femur rotation in the hip joint and the tibia rotational pulley device for the rotation of the tibia rotating in the knee joint,
A pressure sensor for measuring a pressure applied to the sole; And
On the basis of the pressure provided by the pressure sensor, it is determined whether the walking period of the pedestrian is a stance with which the sole is in contact with the ground or a foot with which the sole is away from the ground,
When the gait period corresponds to the standing device, the walking pattern of the standing device is determined based on the measured foot pressure, and the auxiliary torque for the rotation of the femur and tibia corresponding to the determined walking pattern of the standing device. A control unit for controlling the femur rotational pulley device and the tibial rotational pulley device to provide a;
Includes, when the sole pressure is measured in the pressure sensor is the gait period corresponds to the standing unit, the walking pattern of the standing unit based on the measured sole pressure, initial contact step, load reaction step, intermediate standing angle Period, final stance, and stipple electricity,
The pressure sensor includes a tow pressure sensor provided adjacent to the phalanx, a left pressure sensor and a right pressure sensor disposed on the left and right sides based on the metatarsal bone, and a heel pressure sensor provided adjacent to the ankle bone,
When the sole pressure is measured only at the heel pressure sensor, the walking pattern of the standing unit corresponds to the initial contact step, and when the sole pressure is measured only at the heel pressure sensor and the right pressure sensor, the walking pattern of the standing unit is When the sole pressure is measured only in the heel pressure sensor, the right pressure sensor, and the left pressure sensor, the walking pattern of the standing part corresponds to the intermediate standing part, and the right pressure sensor, When the sole pressure is measured only at the left pressure sensor and the tow pressure sensor, the walking pattern of the standing unit corresponds to the final standing unit, and when the sole pressure is measured only at the toe pressure sensor, the walking pattern of the standing unit The walk assisting device, characterized in that corresponding to the stipple electric.
상기 초기접촉단계에서,
상기 대퇴골 회전풀리장치는 상기 대퇴골을 전방으로 회전시키기 위한 상기 보조토크를 제공하도록 상기 제어부에 의해서 제어되며,
상기 경골 회전풀리장치는 상기 경골이 상기 대퇴골과 나란하게 배치되도록 상기 경골을 전방으로 회전시키기 위한 상기 보조토크를 제공하도록 상기 제어부에 의해서 제어되는 것을 특징으로 하는 보행보조장치.18. The method of claim 17,
In the initial contact step,
The femur rotational pulley device is controlled by the controller to provide the auxiliary torque for rotating the femur forward,
And the tibial rotational pulley device is controlled by the controller to provide the auxiliary torque for rotating the tibia forward so that the tibia is disposed side by side with the femur.
상기 부하반응단계에서,
상기 경골 회전풀리장치는 상기 경골이 상기 대퇴골에 대해서 구부러지도록 상기 경골을 후방으로 회전시키기 위한 상기 보조토크를 제공하도록 상기 제어부에 의해서 제어되는 것을 특징으로 하는 보행보조장치. 18. The method of claim 17,
In the load reaction step,
And the tibial rotational pulley device is controlled by the control unit to provide the auxiliary torque for rotating the tibia backward so that the tibia bends with respect to the femur.
상기 중간입각기에서,
상기 대퇴골 회전풀리장치는 상기 대퇴골을 후방으로 회전시키기 위한 상기 보조토크를 제공하도록 상기 제어부에 의해서 제어되며,
상기 경골 회전풀리장치는 상기 경골이 상기 대퇴골과 나란하게 배치되도록 상기 경골을 전방으로 회전시키기 위한 상기 보조토크를 제공하도록 상기 제어부에 의해서 제어되는 것을 특징으로 하는 보행보조장치.18. The method of claim 17,
In the intermediate position,
The femur rotational pulley device is controlled by the control unit to provide the auxiliary torque for rotating the femur backwards,
And the tibial rotational pulley device is controlled by the controller to provide the auxiliary torque for rotating the tibia forward so that the tibia is disposed side by side with the femur.
상기 최종입각기에서,
상기 대퇴골 회전풀리장치는 상기 대퇴골을 후방으로 회전시키기 위한 상기 보조토크를 제공하도록 상기 제어부에 의해서 제어되며,
상기 경골 회전풀리장치는 상기 경골이 상기 대퇴골과 나란하게 배치되도록 상기 경골을 전방으로 회전시키기 위한 상기 보조토크를 제공하도록 상기 제어부에 의해서 제어되는 것을 특징으로 하는 보행보조장치.18. The method of claim 17,
In the final position,
The femur rotational pulley device is controlled by the control unit to provide the auxiliary torque for rotating the femur backwards,
And the tibial rotational pulley device is controlled by the controller to provide the auxiliary torque for rotating the tibia forward so that the tibia is disposed side by side with the femur.
상기 유각전기에서,
상기 대퇴골 회전풀리장치는 상기 대퇴골을 전방으로 회전시키기 위한 상기 보조토크를 제공하도록 상기 제어부에 의해서 제어되며,
상기 경골 회전풀리장치는 상기 경골이 상기 대퇴골에 대해서 구부러지도록 상기 경골을 후방으로 회전시키기 위한 상기 보조토크를 제공하도록 상기 제어부에 의해서 제어되는 것을 특징으로 하는 보행보조장치. 18. The method of claim 17,
In the horn electricity,
The femur rotational pulley device is controlled by the controller to provide the auxiliary torque for rotating the femur forward,
And the tibial rotational pulley device is controlled by the control unit to provide the auxiliary torque for rotating the tibia backward so that the tibia bends with respect to the femur.
상기 토우 압력센서, 상기 좌측 압력센서, 상기 우측 압력센서, 및 뒤꿈치 압력센서 중 적어도 어느 하나는 외압에 의해서 압축 및 팽창하는 탄성부 및
상기 탄성부의 압축 및 팽창에 의한 내압의 변화를 측정하도록 상기 탄성부에 연결되는 압력 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행보조장치. 18. The method of claim 17,
At least one of the tow pressure sensor, the left pressure sensor, the right pressure sensor, and the heel pressure sensor is an elastic portion that is compressed and expanded by external pressure;
And a pressure measuring part connected to the elastic part to measure a change in internal pressure due to compression and expansion of the elastic part.
상기 탄성부는 똬리 형상으로 제공되는 튜브관을 포함하는 것을 특징으로 하는 보행보조장치. The method of claim 26,
The walk assist device, characterized in that the elastic portion includes a tube tube provided in a conical shape.
발바닥에 가해지는 압력을 측정하는 압력센서; 및
상기 압력센서에서 제공되는 상기 압력을 근거로, 보행자의 보행주기가 발바닥이 지면에 닿아 있는 입각기인지 발바닥이 지면에서 떨어져 있는 유각기인지를 판단하며,
상기 보행주기가 상기 입각기에 해당하는 경우, 측정된 상기 발바닥 압력을 근거로 상기 입각기의 보행패턴을 결정하고, 결정된 상기 입각기의 보행패턴에 대응하여 상기 대퇴골 및 상기 경골의 회전을 위한 보조토크를 제공하도록 상기 대퇴골 회전풀리장치 및 상기 경골 회전풀리장치를 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 대퇴골 및 상기 경골 사이의 각도를 측정하는 각도측정센서를 포함하며,
상기 압력센서에서 압력이 측정되지 않아 상기 제어부가 상기 보행주기를 상기 유각기로 판단하면,
상기 제어부는 상기 대퇴골 및 상기 경골 사이의 각도를 측정하는 각도측정센서를 통해서 측정된 상기 대퇴골 및 상기 경골 사이의 각도를 근거로 상기 유각기의 보행패턴을 결정하며, 결정된 상기 유각기의 보행패턴에 대응하여 상기 대퇴골 및 상기 경골의 회전을 위한 보조토크를 제공하는 것을 특징으로 하는 보행보조장치.In the walking aid device comprising a femur rotational pulley device for helping the rotation of the femur rotation in the hip joint and the tibia rotational pulley device for the rotation of the tibia rotating in the knee joint,
A pressure sensor for measuring a pressure applied to the sole; And
On the basis of the pressure provided by the pressure sensor, it is determined whether the walking period of the pedestrian is a stance with which the sole is in contact with the ground or a foot with which the sole is away from the ground,
When the gait period corresponds to the standing device, the walking pattern of the standing device is determined based on the measured foot pressure, and the auxiliary torque for the rotation of the femur and tibia corresponding to the determined walking pattern of the standing device. And a control unit for controlling the femoral rotational pulley device and the tibial rotational pulley device to provide a;
It includes an angle measuring sensor for measuring the angle between the femur and the tibia,
When the pressure is not measured by the pressure sensor and the controller determines the walking period as the angle of incidence,
The control unit determines a walking pattern of the stilt device based on an angle between the femur and the tibia measured through an angle measuring sensor measuring an angle between the femur and the tibia, and determines the walking pattern of the stiletto. Corresponding walk apparatus, characterized in that to provide an auxiliary torque for the rotation of the femur and tibia.
상기 압력센서에서 상기 발바닥 압력이 측정되지 않으면 상기 보행주기는 상기 유각기에 해당하며,
상기 각도측정센서를 통해서 측정된 상기 대퇴골 및 상기 경골 사이의 각도를 근거로 상기 유각기의 보행패턴은, 초기유각기, 중간유각기, 및 최종유각기로 구분되는 것을 특징으로 하는 보행보조장치.29. The method of claim 28,
If the sole pressure is not measured by the pressure sensor, the walking period corresponds to the stirrup,
The walk assistance apparatus of the stator is based on an angle between the femur and the tibia measured by the angle measuring sensor.
상기 초기유각기에서,
상기 대퇴골 회전풀리장치는 상기 대퇴골을 전방으로 회전시키기 위한 상기 보조토크를 제공하도록 상기 제어부에 의해서 제어되며,
상기 경골 회전풀리장치는 상기 경골이 상기 대퇴골에 대해서 구부러지도록 상기 경골을 후방으로 회전시키기 위한 상기 보조토크를 제공하도록 상기 제어부에 의해서 제어되는 것을 특징으로 하는 보행보조장치.30. The method of claim 29,
In the initial stage,
The femur rotational pulley device is controlled by the controller to provide the auxiliary torque for rotating the femur forward,
And the tibial rotational pulley device is controlled by the control unit to provide the auxiliary torque for rotating the tibia backward so that the tibia bends with respect to the femur.
상기 중간유각기에서,
상기 대퇴골 회전풀리장치는 상기 대퇴골을 전방으로 회전시키기 위한 상기 보조토크를 제공하도록 상기 제어부에 의해서 제어되며,
상기 경골 회전풀리장치는 상기 경골이 상기 대퇴골과 나란하게 배치되도록 상기 경골을 전방으로 회전시키기 위한 상기 보조토크를 제공하도록 상기 제어부에 의해서 제어되는 것을 특징으로 하는 보행보조장치.30. The method of claim 29,
In the intermediate basin,
The femur rotational pulley device is controlled by the controller to provide the auxiliary torque for rotating the femur forward,
And the tibial rotational pulley device is controlled by the controller to provide the auxiliary torque for rotating the tibia forward so that the tibia is disposed side by side with the femur.
상기 최종유각기에서,
상기 경골 회전풀리장치는 상기 경골이 상기 대퇴골과 나란하게 배치되도록 상기 경골을 전방으로 회전시키기 위한 상기 보조토크를 제공하도록 상기 제어부에 의해서 제어되는 것을 특징으로 하는 보행보조장치. 30. The method of claim 29,
In the final basin,
And the tibial rotational pulley device is controlled by the controller to provide the auxiliary torque for rotating the tibia forward so that the tibia is disposed side by side with the femur.
상기 각도측정센서는 상기 대퇴골에 인접하게 제공되는 대퇴골 관성센서 및 상기 경골에 인접하게 제공되는 경골 관성센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행보조장치. 30. The method of claim 29,
The angle measuring sensor is a walking aid device comprising a femur inertial sensor provided adjacent to the femur and a tibial inertial sensor provided adjacent to the tibia.
상기 대퇴골 관성센서 및 상기 경골 관성센서에서 측정되는 상기 대퇴골 및 상기 경골 사이의 각도가 140 내지 120°로 감소하는 경우, 상기 유각기의 보행패턴은 상기 초기유각기에 대응하며,
120 내지 150°로 증가하는 경우, 상기 유각기의 보행패턴은 상기 중간유각기에 대응하며,
150 내지 180°로 증가하는 경우, 상기 유각기의 보행패턴은 상기 최종유각기에 대응하는 것을 특징으로 하는 보행보조장치.34. The method of claim 33,
When the angle between the femur and the tibia measured by the femoral inertial sensor and the tibial inertial sensor decreases to 140 to 120 °, the gait pattern of the incline corresponds to the initial incline,
When increasing to 120 to 150 °, the walking pattern of the stirrup corresponds to the intermediate stirrup,
In the case of increasing to 150 to 180 °, the walking aid device, characterized in that the walking pattern of the stirrup corresponds to the final stirrup.
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