KR101577029B1 - 청각자극을 통한 보행패턴 유도 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 청각자극을 통한 보행패턴 유도 시스템은 센서의 형태로 하지에 부착되어 사용자의 보행에 따른 위치, 속도 또는 가속도를 측정하는 보행신호 측정장치; 보행신호 측정장치가 측정한 각종 신호를 수신하여 사용자의 보행패턴을 분석하고, 청각자극 신호를 생성하는 보행특성 분석장치; 및 보행특성 분석장치가 생성한 청각자극 신호를 수신하여 사용자에게 제공하는 청각자극 제공장치;를 포함하여, 사용자의 보행패턴과 동기화된 청각자극 제공을 통해 자신의 보행을 모니터링 할 수 있도록 하고, 이와 동시에 청각자극을 제공하는 시점의 조작을 통해 사용자 보행의 좌우 대칭성을 개선하고 보행 속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

청각자극을 통한 보행패턴 유도 시스템{WALKING PATTERN GUIDANCE SYSTEM THROUGH AUDITORY STIMULUS}

본 발명은 청각자극을 통한 보행패턴 유도 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기본적으로 주기를 가지는 보행에 있어 하지 근처에 가속도 등의　움직임 변화를 감지할 수 있는 센서를 장착하고　센서 신호를 바탕으로 발꿈치가 지면에 닿는 특정 순간에　청각자극을 제공하고 청각자극이 보행에 동조화가 되면 청각자극이 되는 타이밍을 약간 늦추거나 약간 빠르게 하여 보행 패턴의 변화를 유도하여 전반적으로 보행 패턴을 개선할 수 있는 청각자극을 통한 보행패턴 유도 시스템에 관한 것이다.

종래 제안된 장치 또는 시스템은 청각자극 혹은 시각자극을 이용하여 사용자에게 보행 중, 장애물의 정보나 경로수정을 지원하기 위한 장치로 사용자에게 자극을 제공하는 방법은 포함하고 있으나, 사용자의 보행상태를 측정하는 방법은 포함하지 않고 있어 보행의 개선 등을 기대하기 어렵다는 문제점이 있다.

한편, 뇌졸중 등으로 인해 편마비 증상을 보이는 보행에 어려움이 있는 환자 또는 장애인들은 보행에 있어 활보장(stride length), 유각기 시간(swing time) 같은 시공간적 보행특성에 있어 마비측, 비마측의 비대칭성이 비장애인에 비해 증가할 수 있는 문제점이 있다.

또한, 상기 뇌졸중 환자 또는 파킨슨병 환자들은 대게 비정상적인 보행패턴을 보이게 되는데 이를 방치할 경우 비정상적인 보행 패턴은 고착화되고, 일상생활, 지역사회 내 보행이나 과제를 수행하기 위한 기능적 보행에 있어 큰 제약을 나타내게 된다.

대한민국 공개특허공보 제10-2010-0123036호(2010.11.24)

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여, 주기를 가지는 보행에 있어 하지 근처에 가속도 등의　움직임 변화를 감지할 수 있는 센서를 장착하고　센서 신호를 바탕으로 발꿈치가 지면에 닿는 특정 순간에　청각자극을 제공하고 청각자극이 보행에 동조화가 되면 청각자극이 되는 타이밍을 약간 늦추거나 약간 빠르게 하여 보행 패턴의 변화를 유도하여 전반적으로 보행 패턴을 개선할 수 있는 청각자극을 통한 보행패턴 유도 시스템의 제공을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여, 사용자의 보행패턴과 동기화된 청각자극 제공을 통해 자신의 보행을 모니터링 할 수 있도록 하고, 이와 동시에 청각자극을 제공하는 시점의 조작을 통해 사용자 보행의 좌우 대칭성을 개선하고 보행 속도를 향상 시킬 수 있는 청각자극을 통한 보행패턴 유도 시스템의 제공을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 청각자극을 통한 보행패턴 유도 시스템은 센서의 형태로 하지에 부착되어 사용자의 보행에 따른 위치, 속도 또는 가속도를 측정하는 보행신호 측정장치; 보행신호 측정장치가 측정한 각종 신호를 수신하여 사용자의 보행패턴을 분석하고, 청각자극 신호를 생성하는 보행특성 분석장치; 및 보행특성 분석장치가 생성한 청각자극 신호를 수신하여 사용자에게 제공하는 청각자극 제공장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 청각자극을 통한 보행패턴 유도 시스템은 보행 모니터링 모드시,보행특성 분석장치가 보행패턴과 동기화된 청각자극 신호를 생성하고, 생성된 청각자극 신호의 제공을 통해 자신의 보행을 모니터링 할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 청각자극을 통한 보행패턴 유도 시스템은 사용자의 보행패턴이 우측 편마비로 인해 오른발의 보행속도가 느린 경우, 보행특성 분석장치는 보행훈련 모드로 전환되어, 왼발 발뒤꿈치가 닿을 때 동기화된 청각자극 신호를 제공하고, 오른발 발뒤꿈치 닿을 때는 수십밀리초(milliseconds) 먼저 청각자극을 제공해 대칭적인 보행을 유도하고, 반대로, 사용자의 보행패턴이 좌측 편마비로 인해 왼발의 보행속도가 느린 경우, 오른발 발뒤꿈치가 닿을 때 동기화된 청각자극 신호를 제공하고, 왼발 발뒤꿈치 닿을 때는 수십밀리초(milliseconds) 먼저 청각자극을 제공해 대칭적인 보행을 유도하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 청각자극을 통한 보행패턴 유도 시스템 는사용자의 보행패턴과 동기화된 청각자극 제공을 통해 자신의 보행을 모니터링 할 수 있도록 하고, 이와 동시에 청각자극을 제공하는 시점의 조작을 통해 사용자 보행의 좌우 대칭성을 개선하고 보행 속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 청각자극을 통한 보행패턴 유도 시스템는 장애인 및 환자의 보행 훈련에 있어 청각자극을 스마트 기기와 움직임 센서를 바탕으로 제공함으로 다양한 보행 훈련 및 운동에 활용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 청각자극을 통한 보행패턴 유도 시스템도 이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 청각자극을 통한 보행패턴 유도 시스템을 도시한 도면이다.

도 1에 도시되 바와 같이, 본 발명에 따른 청각자극을 통한 보행패턴 유도 시스템은 보행신호 측정장치(10), 보행특성 분석장치(20), 및 청각자극 제공장치(30)를 포함한다.

상기 보행신호 측정장치(10)는 하지에 부착된 센서로 사용자의 보행특성을 측정한다.

즉, 상기 보행신호 측정장치(10)는 사용자가 착용한 신발이나, 발바닥, 발목 등에 설치된 센서로서, 사용자의 보행에 따른 해당 센서의 위치나 속도 혹은 가속도 등을 측정하고 이를 실시간으로 상기 보행특성 분석장치(20)로 전송한다.

상기 보행특성 분석장치(20)는 상기 보행신호 측정장치(10)로부터 해당 보행신호 측정장치(10)의 위치나 속도 혹은 가속도 등을 수신하여, 오른발의 보행속도와 왼발의 보행속도를 비교하여 어느 발의 보행속도가 빠르고 느린지 사용자의 보행패턴을 분석한다.

한편, 상기 보행특성 분석장치(20)는 노트북, 태블릿PC, 스마트폰과 같은 스마트 모바일 기기 형태로 상기 보행신호 측정장치(10)에서 전송된 신호를 이용해 사용자의 보행 사이클을 분석하여 청각자극 신호를 생성한다.

이러한 과정을 거쳐 발뒤꿈치 닿기(initial contact or- heel strike) 같은 보행 시점이나 활보장(stride length), 유각기 시간(swing time) 같은 시공간적 보행파라미터를 실시간으로 추출한다.

이와 더불어 상기 보행특성 분석장치(20)는 사용자의 보행 사이클을 기반으로 사용자가 지정한 특정 시점에 특정 청각자극 신호를 생성해 상기 청각자극 제공장치(30)에 무선으로 전송하는 기능도 함께 가진다.

상기 청각자극 제공장치(30)는 상기 보생특성 분석장치(20)가 생성한 청각자극 신호를 유선 또는 무선으로 수신하여 사용자에게 전달한다.

즉, 상기 청각자극 제공장치(30)는 무선 이어폰이나 헤드폰 형태의 구성으로 상기 보행특성 분석장치(20)가 생성한 상기 청각자극 신호를 사용자에게 직접적으로 제공한다.

이하에서 상술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 청각자극을 통한 보행패턴 유도 시스템의 동작에 대하여 상세히 설명한다.

기본적으로 동작 및 작용은 주기를 가지는 보행에 있어 하지 근처에 가속도 등의 움직임 변화를 감지할 수 있는 센서 형태의 상기 보행신호 측정장치(10)를 장착하고, 상기 보행신호 측정장치(10)가 측정한 신호를 바탕으로 상기 보행특성 분석장치(20)가 사용자의 보행 사이클을 분석하여 청각자극 신호를 생성한다.

이후, 상기 청각자극 제공장치(30)는 발꿈치가 지면에 닿는 특정 순간에 상기 청각자극 신호를 제공한다.

이때, 상기 청각자극 제공장치(30)는 상기 청각자극이 보행에 동조화가 되면, 상기 청각자극이 되는 타이밍을 약간 늦추거나 약간 빠르게 하여 보행 패턴의 변화를 유도하여 전반적으로 보행 패턴을 변경시킨다.

한편, 상기 보행특성 분석장치(20)는 보행 모니터링 모드와 보행훈련모드 등 다양한 동작모드로 작동할 수 있다.

특히, 상기 보행 모니터링 모드시, 상기 보행특성 분석장치(20)는 보행시 사용자의 매 발뒤꿈치 닿기(initial contact or heel strike)마다 특정한 시간적 맞춤없이 수 걸음 만으로 주기를 가진 걸음에서 적절한 타이밍에 청각자극 신호를 생성하여 제공함으로써 사용자 자신의 보행패턴을 직관적으로 인지할 수 있게 해주고 자발적인 보행패턴의 개선을 유도할 수 있다.

특정한 순간에 동조화 된 청각 신호를 용이하게 생성할 수 있다. 특정 순간에 동조화 기능이 없으면 동조화에 보조자의 많은 노력이 필요할 수 있다.

또한, 상기 보행훈련 모드시, 상기 보행특성 분석장치(20)는 보행특성의 좌우 대칭성이 떨어지는 경우 보행패턴의 개선을 위해 청각자극을 제공하는 시점을 조작하여 적용될 수 있다.

예를 들어, 우측 편마비로 인해 오른발의 보행속도가 느린 환자의 경우 상기 보행특성 분석장치(20)는 왼발 발뒤꿈치가 닿을 때 동기화된 청각자극신호를 제공하고, 오른발 발뒤꿈치 닿을 때는 수십밀리초(milliseconds) 먼저 청각자극을 제공해 좀 더 대칭적이고 빠른 보행을 유도한다.

반대로, 좌측 편마비로 인해 왼쪽발의 보행속도가 느린 환자의경우, 상기 보행특성 분석장치(20)는 오른발 발뒤꿈치가 닿을 때 동기화된 청각자극신호를 제공하고, 왼발 발뒤꿈치 닿을 때는 수십밀리초(milliseconds) 먼저 청각자극을 제공해 좀 더 대칭적이고 빠른 보행을 유도한다.

이때, 상기 보행특성 분석장치(20)는 외골격 로봇 등에 장착되어 보행 모니터링 모드와 보행훈련 모드로 동작가능하다.

한편, 상기 발뒤꿈치가 닿을 때 동기화된 청각자극 신호를 제공하는데 한정되지 않고, 발뒤꿈치가 떨어질 때 동기화된 청각자극 신호를 제공할 수도 있다.

참고로, 상기 보행특성 분석장치(20)는 하지 외골격 로봇과 함께 사용될 때는 하지 외골격 로봇의 관절 각도 센서 및 족압 센서의 신호를 함께 이용하여 청각자극을 제공할 수도 있다.

또한, 상기 보행특성 분석장치(20)는 시중에 출시되거나, 출시될 다양한 하지 외골격 로봇에 추가 적용되어 청각자극을 통한 보행패턴을 개선할 수도 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실 시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 하기에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10 : 보행신호 측정장치
20 : 보행특성 분석장치
30 ; 청각자극 제공장치

Claims (8)

1. 센서의 형태로 하지에 부착되어 사용자의 보행에 따른 위치, 속도 또는 가속도를 측정하는 보행신호 측정장치(10);
   상기 보행신호 측정장치(10)가 측정한 각종 신호를 수신하여 사용자의 보행패턴을 분석하고, 청각자극 신호를 생성하는 보행특성 분석장치(20); 및
   상기 보행특성 분석장치(20)가 생성한 청각자극 신호를 수신하여 사용자에게 제공하는 청각자극 제공장치(30);를 포함하되,
   상기 보행특성 분석장치(20)는
   보행 모니터링 모드와 보행훈련모드로 동작하고, 외골격 로봇에 장착되어 보행 모니터링 모드와 보행훈련 모드로 동작하며,
   사용자의 상기 보행패턴이 우측 편마비로 인해 오른발의 보행속도가 느린 경우, 상기 보행훈련 모드로 전환되어, 왼발 발뒤꿈치가 닿을 때 동기화된 청각자극 신호를 제공하고, 오른발 발뒤꿈치 닿을 때는 수십밀리초(milliseconds) 먼저 청각자극을 제공해 대칭적인 보행을 유도하고,
   사용자의 상기 보행패턴이 좌측 편마비로 인해 왼발의 보행속도가 느린 경우, 상기 보행훈련 모드로 전환되어, 오른발 발뒤꿈치가 닿을 때 동기화된 청각자극 신호를 제공하고, 왼발 발뒤꿈치 닿을 때는 수십밀리초(milliseconds) 먼저 청각자극을 제공해 대칭적인 보행을 유도하는 것을 특징으로 하는 청각자극을 통한 보행패턴 유도 시스템.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 보행 모니터링 모드시,
   상기 보행특성 분석장치(20)는
   상기 보행패턴과 동기화된 청각자극 신호를 생성하고, 생성된 상기 청각자극 신호의 제공을 통해 자신의 보행을 모니터링 할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 청각자극을 통한 보행패턴 유도 시스템.
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서,
   상기 보행특성 분석장치(20)는
   노트북, 태블릿PC, 스마트폰을 포함하는 스마트 모바일 기기 형태의 구성인 것을 특징으로 하는 청각자극을 통한 보행패턴 유도 시스템.
   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 청각자극 제공장치(30)는
   무선 이어폰 또는 헤드폰 형태의 구성인 것을 특징으로 하는 청각자극을 통한 보행패턴 유도 시스템.

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