KR101331091B1 - 보행 패턴 분석 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보행 패턴 분석 방법에 관한 것으로서, 다수의 FSR(Force Sensing Resistor) 센서에서 발 압력값을 측정하여 출력하는 단계; 다수의 압력 국부 영역 중 각각의 압력 국부 영역에 포함된 FSR 센서들의 출력값의 합이 최대값을 가지는 최대 압력 국부 영역을 검색하는 단계; 상기 검출된 최대 압력 국부 영역에 대해 압력 중심점(Center of Pressure) 계산을 수행하는 단계; 및 상기 계산된 압력 중심점을 압력중심점 이동 궤적에 추가하여 보행 패턴을 분석하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 다수의 FSR 센서의 출력값에서 오류인 섬(Island)을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.

COG, COP, 보행 패턴, FSR, 압력 국부 영역

Description

보행 패턴 분석 방법{Method for Analyzing Walking Pattern}

본 발명은 보행 패턴 분석 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인솔형 FSR(Force Sensing Resistor) 센서의 특성과 발의 골격 구조의 특성을 반영하여 최대 FSR 합을 가지는 국부 영역을 이용하여 COP(Center of Pressure)를 계산하는 보행 패턴 분석 방법에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부의 공공R&D기술기반벤처육성사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호:2008-D-002-02, 과제명:차세대 IT기반 기술사업화 기반조성]

“운동, 균형 및 보행측정 방법 및 치료시스템"(국내등록특허 제10-0894895호)에서는 보행 측정과 관련하여 FSR(Force Sensing Resistor) 센서의 신호를 이용하여 중력 중심점(Center of Gravity, 이하 'COG'라 칭함) 및 압력 중심점(Center of Pressure, 이하 'COP'라 칭함)을 계산한다. 이때, 다수의 FSR 센서를 사용하며, 다수의 FSR 센서를 이용하여 측정된 값들 중에서 최대 FSR 출력값을 검출하여 이를 COP로 추정한다.

그러나, 최대 FSR 출력값을 COP로 추정하는 알고리즘은 신발의 인솔 형태로 제작된 일반적인 FSR 센서에 적용할 때 문제점을 가진다. 즉, FSR 센서는 특성상 정확한 지점에 압력이 가해졌을 때 높은 값을 발생시키는데, 발의 골격 구조를 고려했을 때, 실제 최대 압력이 가해지지 않은 FSR 센서가 더 높은 값을 가질 수도 있다. 예를 들면, 발가락뼈 끝 부분에 정확히 FSR 센서가 놓이게 될 경우, 실제로는 첫 번째 중족골 앞쪽 부분에 가장 높은 압력이 가해졌음에도 불구하고, 해당 발가락의 FSR 센서가 가장 높은 FSR 출력값을 가지게 된다.

따라서, 종래에는 발의 골격 구조와 FSR 센서의 특성을 제대로 반영하지 않아 부정확한 COP 계산을 수행하는 문제점이 있었고, 전체 FSR 압력값을 기반으로 단순 평균(Mean)하여 COP를 얻는 경우, 신발 착용으로 생기는 불필요한 압력값이 COP 계산에 반영되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 인솔형 FSR 센서의 특성과 발의 골격 구조의 특성을 반영하여 최대 FSR 합을 가지는 국부 영역을 이용하여 COP를 계산하는 보행 패턴 분석 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 다수의 FSR(Force Sensing Resistor) 센서에서 발 압력값을 측정하여 출력하는 단계; 다수의 압력 국부 영역 중 각각의 압력 국부 영역에 포함된 FSR 센서들의 출력값의 합이 최대값을 가지는 최대 압력 국부 영역을 검색하는 단계; 상기 검출된 최대 압력 국부 영역에 대해 압력 중심점(Center of Pressure) 계산을 수행하는 단계; 및 상기 계산된 압력 중심점을 압력중심점 이동 궤적에 추가하여 보행 패턴을 분석하는 단계를 포함하는 보행 패턴 분석 방법을 제공한다. 여기서, 상기 다수의 FSR 센서의 출력값에서 오류인 섬(Island)을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, FSR 센서의 특성과 발바닥뼈의 구조 특성을 반영하여 COP 이동 궤적을 계산하는 보행 패턴 분석 방법을 제공함 으로써, 발의 골격 구조와 FSR 센서의 특성을 제대로 반영하지 않아 발생할 수 있는 COP 계산의 오류를 해결할 수 있으며, 이에 따라 정확하게 보행 패턴을 분석할 수 있다.

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 인솔형 FSR 센서의 구조를 나타낸 평면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에서는 보행 패턴을 분석하기 위해 58 개의 FSR 센서(100)가 사용되며, FSR 센서(100)는 필요에 따라 더 적게 혹은 더 많이 사용될 수 있고, 더 큰 혹은 더 작은 크기의 FSR 센서가 사용될 수도 있다.

도 2는 발바닥의 골격 구조를 보여주는 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 발바닥뼈의 일부 부위가 돌출되어 있다. 따라서, 그 돌출된 부분들은 사용자가 인솔형 FSR 센서가 장착된 신발을 착용하였을 경우, FSR 센서를 바로 누를 수도 있다. 이로 인해, 실제 다른 곳에 더 큰 힘이 가해지더라도 돌출된 부분의 FSR 센서에 정확히 힘이 가해지는 경우, 작은 힘에 의해서도 높은 FSR 출력값을 유발할 수 있다.

한편, 보행시 중심이동 궤적 분석을 위한 일반적인 방법으로 압력 중심점(Center of Pressure, 이하 'COP'라 칭함)을 이용한 이동 궤적 방법이 있다. 이 COP 이동 궤적의 계산은 발이 지면에 닿고 있는 동안 이루어진다. 구체적으로는, 발이 처음 지면에 닿는 발뒤꿈치 접지(Heal Strike; HS)에서부터 발가락 끝 지면에서 떨어지는 발가락 탈지(Toe-Off; TO)까지의 기간 동안 COP 이동 궤적 계산이 이루어진다.

발뒤꿈치 접지 및 발가락 탈지는 FSR 센서로 감지된 압력값의 변화를 이용하여 감지할 수 있다. FSR 센서 또는 가속도 센서 등을 이용한 발뒤꿈치 접지 및 발가락 탈지의 감지 방법은 본 발명의 기술적 범위를 벗어나고, 공지된 기술이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 보행 패턴 분석 방법을 나타낸 흐름도이다.

본 발명에서는 발뒤꿈치가 접지되어 발가락이 탈지될 때까지의 COP 궤적 계산한다. 이때, 발뒤꿈치의 접지가 감지되면, 초기화된 COP 이동 궤적 상태에서 계산을 수행한다.

도 3을 참조하면, 다수의 FSR 센서(100)를 이용하여 발 압력값을 측정한 다(S310). 이때, FSR 센서(100)의 출력값은 발 입력값을 좌우 FSR 센서의 총 행수(예컨대, 한 쪽당 L 라인인 경우, 2L 라인) 이상으로 샘플링한 값이다. 예를 들면, 좌우 FSR 센서가 총 15 개의 행을 가지고 있다면, 발 입력값에 대해 초당 15 회 이상의 샘플링을 수행한다.

이어서, FSR 센서(100)의 출력값을 전처리한다(S320). 이 전처리 과정에서는 기설정된 기준치 이하의 FSR 센서(100)의 출력값을 0으로 초기화한다. 또한, FSR 센서(100)의 오류인 섬(Island)을 제거한다. 여기서, 섬이란 주변의 FSR 센서들은 모두 낮은 출력값을 가지는데, 자신만 높은 출력값을 가지는 FSR 센서를 의미한다. 이는 FSR 센서가 사용 중 구겨져서 발생하게 되는 문제이다.

전처리 과정 이후에, 다수의 압력 국부 영역 중 각각의 압력 국부 영역에 포함된 FSR 센서들의 출력값의 합이 최대값을 가지는 최대 압력 국부 영역을 검색한다(S330). 여기서, 압력 국부 영역이란 상호 연결된 FSR 센서들(100)의 집합을 의미하며, 이때 '연결된'은 이웃하는 FSR 센서들이 기설정된 기준치 이상의 출력값을 가질 때, 해당 FSR 센서들의 관계를 의미한다.

단계 S330에서 다수의 압력 국부 영역 중 최대 압력 국부 영역을 검출하는 방법은 다음과 같다.

압력 국부 영역들 각각에 대해, 각각의 압력 국부 영역에 포함된 FSR 센서들(100)의 출력값의 합을 구한다. 이 출력값의 합은 발에 가해진 압력이 FSR 센서들(100)에 분산된 것으로서, 실제 가해진 힘과 비례한 값을 가진다고 할 수 있다.

따라서, 이 출력값의 합을 압력 국부 영역의 전체 압력값(F_total(i), i 번째 압력 국부 영역의 전체 압력값)으로 정한다.

이어서, 다수의 압력 국부 영역 중에 최대 F_total(i) 값을 가지는 영역을 최대 압력 국부 영역으로 검출한다.

끝으로, 검출된 최대 압력 국부 영역에 대해 COP 계산을 수행하고(S340), 계산된 COP를 COP 이동 궤적에 추가함으로써 보행 패턴을 분석한다(S350).

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 인솔형 FSR 센서의 구조를 나타낸 평면도,

도 2는 발바닥의 골격 구조를 보여주는 도면,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 보행 패턴 분석 방법을 나타낸 흐름도이다.

Claims (5)

1. 다수의 FSR(Force Sensing Resistor) 센서에서 발 압력값을 측정하여 출력하는 단계;

   다수의 압력 국부 영역 중 각각의 압력 국부 영역에 포함된 FSR 센서들의 출력값의 합이 최대값을 가지는 최대 압력 국부 영역을 검색하는 단계;

   검색된 상기 최대 압력 국부 영역에 대해 압력 중심점(Center of Pressure) 계산을 수행하는 단계; 및

   상기 계산된 압력 중심점을 압력중심점 이동 궤적에 추가하여 보행 패턴을 분석하는 단계를 포함하고,

   상기 압력 국부 영역은 기설정된 기준치 이상의 출력값을 가지고 연결된 FSR 센서들의 집합인 것을 특징으로 하는 보행 패턴 분석 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 다수의 FSR 센서의 출력값에서 오류인 섬(Island)을 제거하는 단계;

   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 패턴 분석 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 다수의 FSR 센서의 출력값은 상기 발 입력값을 좌우 FSR 센서의 총 행 수 이상으로 샘플링한 값인 것을 특징으로 하는 보행 패턴 분석 방법.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 최대 압력 국부 영역을 검출하는 단계는,

   상기 각각의 압력 국부 영역에 포함된 FSR 센서들의 출력값의 합을 계산하는 단계;

   상기 계산된 출력값의 합을 각 압력 국부 영역을 대표하는 전체 압력값으로 결정하는 단계;

   상기 다수의 압력 국부 영역 중 최대 전체 압력값을 가지는 압력 국부 영역을 최대 압력 국부 영역으로 검출하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 패턴 분석 방법.

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