KR101599142B1 - Method and Apparatus for Continuous Control of Electric Wheelchair using EMG - Google Patents

Method and Apparatus for Continuous Control of Electric Wheelchair using EMG Download PDF

Info

Publication number
KR101599142B1
KR101599142B1 KR1020140086001A KR20140086001A KR101599142B1 KR 101599142 B1 KR101599142 B1 KR 101599142B1 KR 1020140086001 A KR1020140086001 A KR 1020140086001A KR 20140086001 A KR20140086001 A KR 20140086001A KR 101599142 B1 KR101599142 B1 KR 101599142B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
emg
signal
signals
user
signal processing
Prior art date
Application number
KR1020140086001A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20160006843A (en
Inventor
최영진
장기호
Original Assignee
한양대학교 에리카산학협력단
재단법인 실감교류인체감응솔루션연구단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한양대학교 에리카산학협력단, 재단법인 실감교류인체감응솔루션연구단 filed Critical 한양대학교 에리카산학협력단
Priority to KR1020140086001A priority Critical patent/KR101599142B1/en
Publication of KR20160006843A publication Critical patent/KR20160006843A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101599142B1 publication Critical patent/KR101599142B1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61GTRANSPORT, PERSONAL CONVEYANCES, OR ACCOMMODATION SPECIALLY ADAPTED FOR PATIENTS OR DISABLED PERSONS; OPERATING TABLES OR CHAIRS; CHAIRS FOR DENTISTRY; FUNERAL DEVICES
    • A61G5/00Chairs or personal conveyances specially adapted for patients or disabled persons, e.g. wheelchairs
    • A61G5/04Chairs or personal conveyances specially adapted for patients or disabled persons, e.g. wheelchairs motor-driven
    • A61G5/041Chairs or personal conveyances specially adapted for patients or disabled persons, e.g. wheelchairs motor-driven having a specific drive-type
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/316Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/389Electromyography [EMG]
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F4/00Methods or devices enabling patients or disabled persons to operate an apparatus or a device not forming part of the body 
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61GTRANSPORT, PERSONAL CONVEYANCES, OR ACCOMMODATION SPECIALLY ADAPTED FOR PATIENTS OR DISABLED PERSONS; OPERATING TABLES OR CHAIRS; CHAIRS FOR DENTISTRY; FUNERAL DEVICES
    • A61G5/00Chairs or personal conveyances specially adapted for patients or disabled persons, e.g. wheelchairs
    • A61G5/04Chairs or personal conveyances specially adapted for patients or disabled persons, e.g. wheelchairs motor-driven

Abstract

EMG를 이용한 전동 휠체어 제어 방법 및 장치가 제시된다. 제안하는 EMG를 이용한 전동 휠체어 제어 방법은 상기 휠체어 사용자에게 부착된 EMG센서를 이용하여 복수의 근전도 신호를 입력 받는 단계, 상기 입력 받은 복수의 근전도 신호로부터 사용자의 의도를 추출하고, 상기 복수의 근전도 신호를 복합적으로 사용하기 위한 신호처리 및 보정을 수행하여 제어신호를 생성하는 단계, 상기 생성된 제어신호를 이용하여 상기 휠체어의 방향 및 속도를 연속 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 입력 받은 복수의 근전도 신호로부터 사용자의 의도를 추출하고, 상기 복수의 근전도 신호를 복합적으로 사용하기 위한 신호처리 및 보정을 수행하여 제어신호를 생성하는 단계는 상기 입력 받은 복수의 근전도 신호의 RMS 신호를 이용하여 포락선을 획득하는 단계, 상기 입력 받은 복수의 근전도 신호의 레벨을 맞추기 위해 상기 RMS 신호를 정규화 하는 단계, 상기 복수의 근전도 신호를 복합적으로 사용하기 위해 SPW 신호처리 및 보정을 수행하는 단계, 상기 RMS 신호 및 상기 SPW 신호처리를 이용하여 상기 사용자의 의도에 따라 상기 휠체어를 연속제어하기 위한 제어신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다An electric wheelchair control method and apparatus using EMG are presented. An electric wheelchair control method using the proposed EMG includes receiving a plurality of EMG signals using an EMG sensor attached to a wheelchair user, extracting a user's intention from the received plurality of EMG signals, And controlling the direction and the velocity of the wheelchair by using the generated control signal. Wherein the step of extracting a user's intention from the received plurality of EMG signals and performing a signal processing and a correction for using the plurality of EMG signals in combination to generate a control signal includes generating an RMS signal Acquiring an envelope using the EMG signal, normalizing the RMS signal to match the levels of the inputted plurality of EMG signals, performing SPW signal processing and correction to use the plurality of EMG signals in combination, And generating a control signal for continuously controlling the wheelchair according to the intention of the user using the RMS signal and the SPW signal processing

Figure R1020140086001
Figure R1020140086001

Description

EMG를 이용한 전동 휠체어 연속제어 방법 및 장치{Method and Apparatus for Continuous Control of Electric Wheelchair using EMG}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method and apparatus for continuous control of an electric wheelchair using EMG,

본 발명은 사지 마비환자나 손을 사용하지 못하는 환자의 전동 휠체어를 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다The present invention relates to a method and an apparatus for controlling an electric wheelchair of a patient suffering from limb paralysis or a patient who can not use the hand

전동 휠체어는 조이스틱이나 키보드, 음성인식 인터페이스, 그리고 입이나 혀를 이용한 인터페이스를 사용하여 조작이 되고 있다. 전동 휠체어를 필요로 하는 다양한 환자 중에서 일부는 사지마비나, 근력부족 등의 이유로 종래의 방식으로는 휠체어를 조작할 수 없다. 센싱 기술의 발전으로 근육신호나, 뇌신호를 사용하여 의료 보조기구를 조작하는 인터페이스가 개발 및 연구 되고 있다. Electric wheelchairs are being manipulated using joysticks, keyboards, voice recognition interfaces, and interfaces using mouth or tongue. Some of the patients who require an electric wheelchair can not operate the wheelchair in the conventional way due to limb paralysis, lack of strength, and the like. With the development of sensing technology, interfaces for manipulating medical aids by using muscle signals and brain signals have been developed and studied.

하지만, 이러한 종래의 인터페이스는 근육신호의 자의적인 운동의 크기보다는 신호들의 패턴을 분석하여 불연속적으로 사용자의 의도를 파악하였다. 이런 방법을 다양한 환경이나 복잡한 조건에서 인터페이스로 사용하려면 다양한 패턴이 필요하므로 인터페이스가 복잡하게 된다. 또한 같은 입력을 여러 번 반복하여야 하는 문제점을 가지고 있다.However, such a conventional interface has discontinuously grasped the intention of the user by analyzing the pattern of the signals rather than the magnitude of the self-motional movement of the muscle signals. To use this method as an interface in various environments or complex conditions, the interface becomes complicated because it requires various patterns. Also, the same input is repeated several times.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 사지 마비환자나 손을 사용하지 못하는 환자가 얼굴근육의 자의적 움직임으로 전동휠체어를 연속적으로 제어하기 위한 방법 및 장치를 제공하는데 있다. 따라서, 다양한 거주환경에서 이동 가능한 EMG를 이용한 전동 휠체어 연속제어 방법 및 장치를 제공고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for continuously controlling an electric wheelchair by an arbitrary movement of a facial muscle by a limb paralysis patient or a patient who can not use the hand. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an electric wheelchair continuous control method and apparatus using movable EMG in various residential environments.

일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 EMG(Electromyography, 근전도)를 이용한 전동 휠체어 제어 방법은 상기 휠체어 사용자에게 부착된 EMG센서를 이용하여 복수의 근전도 신호를 입력 받는 단계, 상기 입력 받은 복수의 근전도 신호로부터 사용자의 의도를 추출하고, 상기 복수의 근전도 신호를 복합적으로 사용하기 위한 신호처리 및 보정을 수행하여 제어신호를 생성하는 단계, 상기 생성된 제어신호를 이용하여 상기 휠체어의 방향 및 속도를 연속 제어하는 단계를 포함할 수 있다.In one aspect, an electric wheelchair control method using electromyography (EMG) proposed in the present invention includes receiving a plurality of EMG signals using an EMG sensor attached to a wheelchair user, And generating a control signal by performing signal processing and correction for using the plurality of electromyogram signals in combination, and controlling the direction and speed of the wheelchair to be continuously controlled using the generated control signal .

상기 입력 받은 복수의 근전도 신호로부터 사용자의 의도를 추출하고, 상기 복수의 근전도 신호를 복합적으로 사용하기 위한 신호처리 및 보정을 수행하여 제어신호를 생성하는 단계는 상기 입력 받은 복수의 근전도 신호의 RMS (Root Mean Squaring) 신호를 이용하여 포락선(Envelope)을 획득하는 단계, 상기 입력 받은 복수의 근전도 신호의 레벨을 맞추기 위해 상기 RMS 신호를 정규화(Normalization)하는 단계, 상기 복수의 근전도 신호를 복합적으로 사용하기 위해 SPW(Sum of Product Window) 신호처리 및 보정을 수행하는 단계, 상기 RMS 신호 및 상기 SPW 신호처리를 이용하여 상기 사용자의 의도에 따라 상기 휠체어를 연속제어하기 위한 제어신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. Wherein the step of extracting a user's intention from the received plurality of EMG signals and performing a signal processing and correction for using the plurality of EMG signals in combination to generate a control signal comprises: Obtaining an envelope using a root mean squaring (RMSK) signal, normalizing the RMS signal to match the levels of the received plurality of EMG signals, and using the plurality of EMG signals in combination Performing a Sum of Product Window (SPW) signal processing and correction for the wheelchair, and generating a control signal for continuously controlling the wheelchair according to the intention of the user using the RMS signal and the SPW signal processing .

상기 휠체어 사용자에게 부착된 EMG센서를 이용하여 복수의 근전도 신호를 입력 받는 단계는 상기 사용자의 의도를 추출하기 위해 상기 사용자의 자의적인 운동 크기를 상기 복수의 근전도 신호로 입력 받을 수 있다. The step of receiving a plurality of EMG signals using the EMG sensor attached to the wheelchair user may receive the user's voluntary exercise size as the plurality of EMG signals to extract the intention of the user.

상기 복수의 근전도 신호를 복합적으로 사용하기 위해 SPW 신호처리 및 보정을 수행하는 단계는 ZSW(Zero Searching Window)를 사용함으로써 제어신호의 원하지 않는 부분을 제거할 수 있다. Performing the SPW signal processing and correction to use the plurality of electromyogram signals in combination may remove an unwanted portion of the control signal by using a Zero Searching Window (ZSW).

상기 RMS 신호 및 SPW 신호처리는 상기 복수의 근전도 신호가 동시에 발생할 경우, 상기 복수의 근전도 신호를 중첩하여 상기 제어신호에 적용할 수 있다. The RMS signal and the SPW signal processing may be applied to the control signal by superimposing the plurality of EMG signals when the plurality of EMG signals occur at the same time.

상기 중첩된 복수의 근전도 신호의 크기 구간을 구별하여 사용함으로써 다양한 입력으로 사용 가능하다. By using the magnitude intervals of the plurality of superimposed EMG signals separately, they can be used as various inputs.

상기 RMS 신호 및 상기 SPW 신호를 이용하여 상기 사용자의 의도에 따라 상기 휠체어를 연속제어하기 위한 제어신호를 생성하는 단계는 상기 제어신호의 노이즈를 제거하기 위해 필터링을 수행할 수 있다. The step of generating a control signal for continuously controlling the wheel chair according to the intention of the user using the RMS signal and the SPW signal may perform filtering to remove noise of the control signal.

일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 EMG를 이용한 전동 휠체어 제어 장치는 상기 휠체어 사용자에게 부착된 근전도센서를 이용하여 복수의 근전도 신호를 입력 받는 입력부, 상기 입력 받은 복수의 근전도 신호로부터 사용자의 의도를 추출하고, 상기 복수의 근전도 신호를 복합적으로 사용하기 위한 신호처리 및 보정을 수행하여 제어신호를 생성하는 EGM 신호 처리부, 상기 생성된 제어신호를 이용하여 상기 휠체어의 방향 및 속도를 연속 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for controlling an electric wheelchair using an EMG, the apparatus comprising: an input unit for receiving a plurality of EMG signals using an EMG sensor attached to a wheelchair user; An EGM signal processing unit for extracting a plurality of EMG signals, performing signal processing and correction for using the plurality of EMG signals in combination, and generating a control signal, and a control unit for continuously controlling the direction and speed of the wheelchair using the generated control signal .

상기 EGM 신호 처리부는 상기 입력 받은 복수의 근전도 신호의 RMS 신호를 이용하여 포락선을 획득하고 상기 입력 받은 복수의 근전도 신호의 레벨을 맞추기 위해 상기 RMS 신호를 정규화 하는 RMS 신호 정규화부, 상기 복수의 근전도 신호를 복합적으로 사용하기 위해 SPW 신호처리 및 보정을 수행하는 SPW 신호 처리부, 상기 RMS 신호 및 상기 SPW 신호처리를 이용하여 상기 사용자의 의도에 따라 상기 휠체어를 연속제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제어신호 생성부를 포함할 수 있다. The EGM signal processing unit may include an RMS signal normalization unit for obtaining an envelope using the RMS signals of the received plurality of EMG signals and for normalizing the RMS signals so as to match the levels of the received plurality of EMG signals, A SPW signal processing unit for performing SPW signal processing and correction to use the RMS signal and the SPW signal processing, a control signal generating unit for generating a control signal for continuously controlling the wheel chair according to the intention of the user using the RMS signal and the SPW signal processing Section.

상기 입력부는 상기 사용자의 의도를 추출하기 위해 상기 사용자의 자의적인 운동 크기를 상기 복수의 근전도 신호로 입력 받을 수 있다. The input unit may receive the user's voluntary exercise size as the plurality of EMG signals to extract the intention of the user.

상기 SPW 신호 처리부는 ZSW를 사용함으로써 제어신호의 원하지 않는 부분을 제거할 수 있다. The SPW signal processing unit can remove an undesired portion of the control signal by using the ZSW.

상기 RMS 신호 정규화부 및 상기 SPW 신호 처리부는 상기 복수의 근전도 신호가 동시에 발생할 경우, 상기 복수의 근전도 신호를 중첩하여 상기 제어신호에 적용할 수 있다. The RMS signal normalization unit and the SPW signal processing unit may superimpose the plurality of EMG signals to the control signal when the plurality of EMG signals occur at the same time.

상기 제어신호 생성부는 상기 제어신호의 노이즈를 제거하기 위한 필터를 포함할 수 있다.The control signal generator may include a filter for removing noise of the control signal.

본 발명의 실시예들에 따르면 신호가 발생하는 패턴이 아닌 신호 자체의 크기를 반영한 제어 인터페이스를 제안하여 시스템의 복잡성을 줄였고, 입력신호를 반복적으로 입력하지 않고 근육의 자의적 운동 크기를 조절하여 시스템을 제어할 수 있다.According to the embodiments of the present invention, the complexity of the system is reduced by proposing a control interface reflecting the size of the signal itself rather than a pattern generated by the signal, and the size of the motion of the muscles is adjusted without inputting the input signal repeatedly. Can be controlled.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 EMG를 이용한 전동 휠체어 연속제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 받은 복수의 근전도 신호로부터 사용자의 의도를 추출하고, 신호처리 및 보정을 수행하여 제어신호를 생성하는 단계를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 EMG를 이용한 전동 휠체어 연속제어 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 RMS 신호와 정규화된 RMS 신호를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 EMG 신호로부터의 가속 및 감속 프로파일(Profile)을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 EMG를 이용한 전동 휠체어 연속제어 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 EMG를 이용한 전동 휠체어 연속제어 장치를 이용한 실험과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 실험과정 동안 사용자 의도 결정 벡터를 추출하기 위한 EMG 신호 처리과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 오른쪽 및 왼쪽 바퀴의 요구되는 각 속도를 나타내는 도면이다.
FIG. 1 is a flowchart for explaining an electric wheelchair continuous control method using an EMG according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart for explaining a step of extracting a user's intention from a plurality of input EMG signals according to an embodiment of the present invention and performing a signal processing and a correction to generate a control signal.
FIG. 3 is a diagram for explaining an electric wheelchair continuous control process using an EMG according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating an RMS signal and a normalized RMS signal according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating acceleration and deceleration profiles from an EMG signal according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing a configuration of an electric wheel chair continuous control apparatus using an EMG according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram for explaining an experimental procedure using an electric wheelchair continuous control apparatus using an EMG according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram for explaining an EMG signal processing process for extracting a user's intention determination vector during an experiment process according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a graph showing required angular velocities of right and left wheels according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 EMG를 이용한 전동 휠체어 연속제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. FIG. 1 is a flowchart for explaining an electric wheelchair continuous control method using an EMG according to an embodiment of the present invention.

EMG를 이용한 전동 휠체어 연속제어 방법은 상기 휠체어 사용자에게 부착된 EMG센서를 이용하여 복수의 근전도 신호를 입력 받는 단계(110), 상기 입력 받은 복수의 근전도 신호로부터 사용자의 의도를 추출하고, 상기 복수의 근전도 신호를 복합적으로 사용하기 위한 신호처리 및 보정을 수행하여 제어신호를 생성하는 단계(120), 상기 생성된 제어신호를 이용하여 상기 휠체어의 방향 및 속도를 연속 제어하는 단계(130)를 포함할 수 있다. An electric wheelchair continuous control method using an EMG includes receiving (110) a plurality of EMG signals using an EMG sensor attached to a wheelchair user, extracting a user's intention from the received plurality of EMG signals, (Step 120) of performing a signal processing and correction for using the electromyogram signal in combination to generate a control signal, and continuously controlling the direction and speed of the wheelchair using the generated control signal .

단계(110)에서, 상기 휠체어 사용자에게 부착된 EMG센서를 이용하여 복수의 근전도 신호를 입력 받을 수 있다. 예를 들어, 사용자 얼굴의 양쪽 근육에 전극을 부착하여 근전도 신호를 입력 받을 수 있다. 사용자 얼굴의 양쪽 근육으로부터 입력 받은 근전도 신호는 사용자의 의도를 포함할 수 있다. 다시 말해, 사용자의 의도를 추출하기 위해 상기 사용자의 자의적인 운동 크기를 상기 복수의 근전도 신호로 입력 받을 수 있다. 이러한 근육의 자의적인 수축력을 측정하여 전동 휠체어의 연속제어를 가능하도록 할 수 있다. In step 110, a plurality of EMG signals may be received using the EMG sensor attached to the wheelchair user. For example, an electromyogram signal can be input by attaching an electrode to both muscles of a user's face. The EMG signal received from both muscles of the user's face may include the intention of the user. In other words, the user can arbitrarily input the magnitude of motion of the user into the plurality of electromyogram signals to extract the user's intention. It is possible to measure the self-contraction force of the muscles to enable continuous control of the electric wheelchair.

단계(120)에서, 상기 입력 받은 복수의 근전도 신호로부터 사용자의 의도를 추출하고, 상기 복수의 근전도 신호를 복합적으로 사용하기 위한 신호처리 및 보정을 수행하여 제어신호를 생성할 수 있다. 제어신호를 생성하는 단계는 상기 입력 받은 복수의 근전도 신호의 RMS 신호를 이용하여 포락선을 획득하는 단계, 상기 입력 받은 복수의 근전도 신호의 레벨을 맞추기 위해 상기 RMS 신호를 정규화 하는 단계, 상기 복수의 근전도 신호를 복합적으로 사용하기 위해 SPW 신호처리 및 보정을 수행하는 단계, 상기 RMS 신호 및 상기 SPW 신호처리를 이용하여 상기 사용자의 의도에 따라 상기 휠체어를 연속제어하기 위한 제어신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 도 2를 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
In step 120, a control signal may be generated by extracting a user's intention from the input plurality of electromyogram signals, and performing signal processing and correction for using the plurality of electromyogram signals in combination. The generating of the control signal may include acquiring an envelope using the RMS signals of the received plurality of EMG signals, normalizing the RMS signal to match the levels of the received plurality of EMG signals, The method comprising the steps of: performing a SPW signal processing and correction to use a signal in combination, and generating a control signal for continuously controlling the wheel chair according to the intention of the user using the RMS signal and the SPW signal processing . Will be described in more detail with reference to FIG.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 받은 복수의 근전도 신호로부터 사용자의 의도를 추출하고, 신호처리 및 보정을 수행하여 제어신호를 생성하는 단계를 설명하기 위한 흐름도이다. 입력 받은 복수의 근전도 신호로부터 사용자의 의도를 추출하고, 신호처리 및 보정을 수행하여 제어신호를 생성하는 단계는 상기 입력 받은 복수의 근전도 신호의 RMS 신호를 이용하여 포락선을 획득하는 단계(210), 상기 입력 받은 복수의 근전도 신호의 레벨을 맞추기 위해 상기 RMS 신호를 정규화 하는 단계(220), 상기 복수의 근전도 신호를 복합적으로 사용하기 위해 SPW 신호처리 및 보정을 수행하는 단계(230), 상기 RMS 신호 및 상기 SPW 신호처리를 이용하여 상기 사용자의 의도에 따라 상기 휠체어를 연속제어하기 위한 제어신호를 생성하는 단계(240)를 포함할 수 있다.2 is a flowchart for explaining a step of extracting a user's intention from a plurality of input EMG signals according to an embodiment of the present invention and performing a signal processing and a correction to generate a control signal. The step of extracting the intention of the user from the received plurality of EMG signals and performing the signal processing and the correction to generate the control signal includes a step 210 of acquiring an envelope using the RMS signals of the inputted plurality of EMG signals, (220) normalizing the RMS signal to match the levels of the received plurality of EMG signals, performing (230) SPW signal processing and correction to use the plurality of EMG signals in combination, And generating (240) a control signal for continuously controlling the wheelchair according to the intention of the user using the SPW signal processing.

단계(210)에서, 상기 입력 받은 복수의 근전도 신호의 RMS신호를 이용하여 포락선을 획득할 수 있다. In step 210, an envelope may be obtained using the RMS signals of the plurality of EMG signals.

이후 단계(220)에서, 상기 입력 받은 복수의 근전도 신호의 레벨을 맞추기 위해 상기 RMS신호를 정규화할 수 있다. 측정된 사용자 얼굴의 양쪽 근육 신호의 레벨이 다르므로 RMS신호의 정규화를 수행할 수 있다. In step 220, the RMS signal may be normalized to match the levels of the input EMG signals. Normalization of the RMS signal can be performed since the levels of the muscle signals of both sides of the measured user face are different.

단계(230)에서, 상기 복수의 근전도 신호를 복합적으로 사용하기 위해 SPW 신호처리 및 보정을 수행할 수 있다. 이때, SPW 신호는 두 개의 신호가 서로 중첩될 때 발생하며, 중첩된 신호의 크기 또한 획득할 수 있다. 이러한 크기를 전동 휠체어의 선형 속도 증가에 반영할 수 있다. 그리고 일정 값 이상으로 증가할 경우, 휠체어의 선형 속도를 감속하도록 할 수 있다. 또한, 신호의 크기의 구간을 구별할 때 발생하는 노이즈 값을 제거하기 위해 ZSW(Zero Searching Window)을 사용할 수 있다.In step 230, SPW signal processing and correction may be performed to use the plurality of EMG signals in combination. At this time, the SPW signal occurs when two signals are superimposed on each other, and the magnitude of the superimposed signal can also be obtained. This size can be reflected in the linear speed increase of the electric wheelchair. And if it increases above a certain value, the linear velocity of the wheelchair can be decelerated. In addition, a Zero-Searching Window (ZSW) can be used to eliminate the noise value generated when the signal size interval is discriminated.

단계(240)에서, 상기 RMS 신호 및 상기 SPW 신호처리를 이용하여 상기 사용자의 의도에 따라 상기 휠체어를 연속제어하기 위한 제어신호를 생성할 수 있다. 다시 말해, RMS 신호 및 SPW 신호처리는 상기 복수의 근전도 신호가 동시에 발생할 경우, 상기 복수의 근전도 신호를 중첩하여 상기 제어신호에 적용할 수 있다. 그리고, 중첩된 복수의 근전도 신호의 크기 구간을 구별하여 사용함으로써 다양한 입력으로 사용 가능하다. 이러한 방법으로, RMS 처리된 사용자 얼굴의 양쪽 근육으로부터 얻은 근전도 신호와 SPW 신호처리 된 신호를 이용하여 전동 휠체어의 선형 속도와 회전속도를 생성하고, 이를 통해 전동 휠체어를 연속적으로 제어할 수 있다.
In step 240, the RMS signal and the SPW signal processing may be used to generate a control signal for continuously controlling the wheelchair according to the intention of the user. In other words, the RMS signal and the SPW signal processing can be applied to the control signal by overlapping the plurality of EMG signals when the plurality of EMG signals occur at the same time. By using the magnitude sections of the plurality of superimposed electromyogram signals separately, they can be used as various inputs. In this way, the linear velocity and the rotational velocity of the electric wheelchair can be generated by using the electromyogram signal and the SPW signal processed signal obtained from both muscles of the RMS-processed user's face, thereby controlling the electric wheelchair continuously.

다시 도1을 참조하면, 단계(130)에서, 상기 생성된 제어신호를 이용하여 상기 휠체어의 방향 및 속도를 연속 제어할 수 있다. 이때, 상기 제어신호의 노이즈를 제거하기 위해 필터링을 수행할 수 있다. Referring again to FIG. 1, in step 130, the direction and speed of the wheelchair may be continuously controlled using the generated control signal. At this time, filtering may be performed to remove noise of the control signal.

다시 말해, 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 사용자 얼굴의 양쪽 근육으로부터 얻은 근전도 신호의 자의적인 운동 크기를 제안하는 방법의 제어에 적용하였다. 이때, 신호들이 동시에 발생할 경우 신호를 중첩하여 이 크기를 제어신호에 적용하였다. 또한, 중첩된 신호의 크기 구간을 구별하여 사용함으로써 다양한 입력이 가능하도록 하였다. 구체적으로 전동 휠체어의 회전 속도 제어는 오른쪽이나 왼쪽 얼굴에서 측정되는 근전도 신호의 크기로 생성하였다. 얼굴 근육 신호가 동시에 발생할 경우 이 신호의 크기가 특정 값 이하이면 휠체어의 선형속도 증가에 반영하였다. 반면에 얼굴 근육 신호가 동시에 발생할 경우 이 신호의 크기가 특정 값 이상이면 휠체어의 선형속도 감소에 반영하였다. 또한 왼쪽 얼굴 근육신호의 크기에 따라서 좌회전 회전속도를 결정하고, 오른쪽 얼굴 근육신호의 크기로 우회전 회전속도를 결정한다. 결론적으로 두 개의 얼굴 근육 신호만으로 네 개의 (가속, 감속, 우회전, 좌회전) 연속적인 제어신호를 생성하여 시스템의 복잡성을 줄일 수 있다. 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 EMG를 이용한 전동 휠체어 연속제어 과정을 더욱 상세히 설명한다.
In other words, in order to solve the problems of the prior art, the present invention is applied to the control of a method of proposing an autonomous motion magnitude of an EMG signal obtained from both muscles of a user's face. At this time, when the signals occur at the same time, the signals are superimposed and this size is applied to the control signal. In addition, by using the size interval of the superimposed signal differently, various inputs are made possible. Specifically, the rotational speed control of the electric wheelchair was generated by the magnitude of the EMG signal measured on the right or left face. When facial muscle signals occur at the same time, they are reflected in the linear velocity increase of the wheelchair when the signal is below a certain value. On the other hand, if the signal of the facial muscles is generated at the same time, it is reflected in the decrease of the linear velocity of the wheelchair when the signal is above a certain value. Also, the left rotation speed is determined according to the size of the left facial muscle signal, and the right rotation speed is determined by the size of the right facial muscle signal. In conclusion, it is possible to reduce the complexity of the system by generating four control signals (acceleration, deceleration, right turn, left turn) with only two facial muscle signals. 3, the process of continuously controlling the electric wheelchair using the EMG according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 EMG를 이용한 전동 휠체어 연속제어 과정을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 3 is a diagram for explaining an electric wheelchair continuous control process using an EMG according to an embodiment of the present invention.

먼저, 전동 휠체어를 이용하는 사용자(350)에게 전극을 부착(311)하여 EMG 센서(312)를 통해 사용자의 의도를 포함하는 EMG신호를 입력 받을 수 있다. 다시 말해, 사용자의 얼굴 표정에 사용된 오른쪽 왼쪽 두 개의 근육 신호인 RZM (Right of Zygomaticus Major Muscle) 및 LZM (Left of Zygomaticus Major Muscle)으로부터 EMG 신호가 측정될 수 있다. 이러한 RZM 및 LZM으로부터 측정된 EMG 신호의 크기는 사용자 얼굴 근육의 자발적 움직임 때문에 증가하거나 감소할 수 있다. RZM 및 LZM을 이용하여 전동 휠체어의 두 바퀴의 독립된 속도 및 방향 조절이 가능하다. 이렇게 입력 받은 EMG 신호를 이용하여 전동 휠체어를 제어하기 위한 EMG 신호처리(320)를 수행할 수 있다. First, an electrode is attached (311) to a user 350 using an electric wheelchair to receive an EMG signal including an intention of the user through the EMG sensor 312. In other words, the EMG signal can be measured from the right and left two muscle signals (Right of Zygomaticus Major Muscle) and LZM (Left of Zygomaticus Major Muscle) used in the facial expression of the user. The magnitude of the EMG signal measured from such RZM and LZM may increase or decrease due to spontaneous movement of the user's facial muscles. With the RZM and LZM, the independent speed and direction of the two wheels of the electric wheelchair is adjustable. The EMG signal processing 320 for controlling the electric wheelchair can be performed using the received EMG signal.

EMG 신호처리(320)는 먼저 RMS 신호를 생성(321)하는 과정을 거칠 수 있다. 측정되는 EMG 신호(Raw EMG signal)는 운동 뉴런에 의한 각 신경 지배 근육 섬유로부터 생성된 SMUAP(Single Motor Unit Action Potential)의 집합이고, 따라서 사용자의 의사를 포함하고 있다. 하지만, 측정되는 EMG 신호(Raw EMG signal)는 노이즈가 많기 때문에 우리는 RMS(root mean squares) 신호처리과정을 이용한 평균값을 추출해야 한다. 이때, EMG 신호는 사람의 피부로부터 측정되기 때문에 아래의 몇 가지 사항을 고려해야 한다. EMG 신호는 사람의 신체적 조건(예를 들어, 땀 및 피로), 센서 부착위치, 주위 온도와 같은 환경 조건에 따라 변할 수 있다. 도 4를 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
The EMG signal processing 320 may first generate an RMS signal (step 321). The measured EMG signal (Raw EMG signal) is a set of SMUAP (Single Motor Unit Action Potential) generated from each neuron-dominated muscle fiber by motor neurons, and thus includes the intention of the user. However, since the measured EMG signal (Raw EMG signal) has a large amount of noise, we must extract the average value using the root mean squares (RMS) signal processing. At this time, since the EMG signal is measured from the human skin, several points to be considered are as follows. The EMG signal can vary depending on the physical conditions of the person (e.g., sweat and fatigue), the location of the sensor attachment, and environmental conditions such as ambient temperature. This will be described in more detail with reference to FIG.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 RMS 신호와 정규화된 RMS 신호를 나타내는 도면이다. 4 is a diagram illustrating an RMS signal and a normalized RMS signal according to an embodiment of the present invention.

앞서 설명한 것과 같이 EMG 신호는 환경 조건에 따라 측정값이 변할 수 있다. 이러한 이유 때문에, 도 4(a)와 같이 RZM의 EMG 신호(410a) 및 LZM의 EMG 신호(420a)는 근육의 수축 동안 다른 크기 레벨을 가질 수 있다. 그러므로 크기 레벨을 매칭하기 위해 정규화(Normalization) 과정이 필요하다. 정규화 과정은 수학식(1)을 이용할 수 있다.
As described above, the measurement value of the EMG signal may vary depending on the environmental conditions. For this reason, as shown in FIG. 4A, the EMG signal 410a of the RZM and the EMG signal 420a of the LZM may have different magnitude levels during muscle contraction. Therefore, a normalization process is required to match the magnitude level. The normalization process can use Equation (1).

Figure 112014064509834-pat00001
수학식(1)
Figure 112014064509834-pat00001
Equation (1)

여기에서, xrms,i(t)는 300 샘플의 윈도우 사이즈를 갖는 RMS 신호이고, 여기에서 1 샘플은 샘플링 타임 T = 0.001[s]를 나타낸다. ni(t)는 표준화된 신호를 나타낸다. Lrms,i 와 Urms,i 는 i=r 일 때 RZM와, i=1일 때 LZM 에 대한 RMS 신호의 하한값과 상한값을 나타낸다.Here, x rms, i (t) is an RMS signal with a window size of 300 samples, where one sample represents a sampling time T = 0.001 [s]. n i (t) represents the normalized signal. L rms, i and U rms, i represent the lower and upper bounds of RZM for i = r and RZM for LZM when i = 1.

사실상, MVIC(Maximum Voluntary Isomeric Contraction)와 RVC(Reference Voluntary Contraction)와 같은 생체 의학의 신호 프로세싱에 대한 두 개의 대표적인 표준화 방법이 있다. MVIC는 근육이 최대 수축되었을 때 사용될 수 있고, 생체 의학의 신호의 민첩성을 향상 시키기 위해 RVC는 근육이 적당히 수축되었을 때 사용될 수 있다. 다시 말해, RVC는 보통의 근육 수축을 위해 사용될 수 있다. 최대 근육 수축은 근육을 쉽게 피로하게 만들기 때문에 휠체어 제어를 위해 MVIC보다 RVC이 선호된다. RVC의 상한값은 수학식(2)를 이용하여, MVIC의 반으로 선택될 수 있다.
In fact, there are two representative standardization methods for biomedical signal processing such as Maximum Voluntary Isomeric Contraction (MVIC) and Reference Voluntary Contraction (RVC). MVIC can be used when the muscle is at maximum contractile, and RVC can be used when the muscle is moderately contracted to improve the biomedical signal agility. In other words, RVC can be used for normal muscle contraction. RVC is preferred over MVIC for wheelchair control because maximal muscle contraction can make muscles tired easily. The upper limit value of the RVC can be selected in half of the MVIC using Equation (2).

Figure 112014064509834-pat00002
수학식(2)
Figure 112014064509834-pat00002
Equation (2)

여기에서, MVICi 는 i=r,l에 (오른쪽, 왼쪽에) 대하여 근육이 최대 수축되었을 때 요구된 RMS 신호를 나타낸다. 한편, 근육의 안정 조건에서 하한값은 수학식(3)과 같이 계산될 수 있다.
Here, MVICi represents the required RMS signal when the muscle is maximally contracted for i = r, l (right, left). On the other hand, the lower limit value in the stable condition of the muscles can be calculated as Equation (3).

Figure 112014064509834-pat00003
수학식(3)
Figure 112014064509834-pat00003
Equation (3)

여기에서 ML,i 값은 윈도우 사이즈를 나타내고, 여기에서 ML,i=10,000 은 i=r,l에 (오른쪽, 왼쪽에) 대하여 10[s]를 의미한다. 예를 들어, 도 4(a)에 보여진 것과 같이 LZM 의 RMS 신호의 상한값과 하한값은, [V·sc]로 12bit 아날로그-디지털 변환기로부터 얻어진 스케일된 전압 단위를 나타내고, sc는 스케일 상수를 나타낼 수 있다. 이러한 수학식(2) 와 수학식(3)에서 나타낸 상한값 하한값은 모두 전처리 과정을 통해 미리 결정될 수 있다. Where M L, i represents the window size, where M L, i = 10,000 means 10 [s] for i = r, l (right, left). For example, as shown in FIG. 4 (a), the upper and lower limits of the RMS signal of the LZM represent a scaled voltage unit obtained from a 12-bit analog-to-digital converter at [V · sc], and sc represents a scale constant have. The upper limit value lower limit values shown in the formulas (2) and (3) can all be determined in advance through the preprocessing process.

이러한 RMS 신호를 이용하여 RMS의 정규화(322)를 수행할 수 있다. RMS의 정규화는 도 4(a)에 보여진 RMS 신호를 이용하여 수행되고, 도 4(b)에 보여진 것과 같이 정규화된 RZM 신호(410b) 및 정규화된 LZM 신호(420b)는 유사한 크기를 갖는 신호로써 얻어질 수 있다.Normalization (322) of the RMS may be performed using this RMS signal. Normalization of the RMS is performed using the RMS signal shown in FIG. 4 (a), and the normalized RZM signal 410b and the normalized LZM signal 420b are signals having similar sizes as shown in FIG. 4 (b) Can be obtained.

다음 단계에서, SPW (sum of product window) 신호처리(323)가 수학식(4)를 이용하여 수행될 수 있다.
In the next step, a sum of product window (SPW) signal processing 323 may be performed using equation (4).

Figure 112014064509834-pat00004
수학식(4)
Figure 112014064509834-pat00004
Equation (4)

여기에서 Mζ 는 해당하는 윈도우 사이즈를 나타내고, 여기에서 Mζ = 50, nl 및 nr 은 각각 표준화된 LZM 신호 및 표준화된 RZM 신호들을 나타낸다. Where M ? Represents the corresponding window size, where M ? = 50, nl and nr denote the normalized LZM signal and normalized RZM signals, respectively.

이후 SPW 신호를 구별(324)할 수 있다. SPW 동작은 RZM 및 LZM이 동시에 수축되었는지 그렇지 않은지 찾기 위해 사용될 수 있다. SPW ζ(t)는 RZM 또는 LZM 중 하나가 수축되는 동안 거의 활성화(activated)되지 않고, 반대로, RZM 및 LZM이 둘 다 동시에 수축되었을 때 크게 활성화(activated)된다. 그러므로 SPW 동작은 두 근육의 동시 동작을 나타내기 위해 사용될 수 있다. 이 것은 요구되는 휠체어의 선형 가속 및 감속을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 계산량의 부담을 줄이기 위해 수학식(4)는 수학식(5)와 같이 변형될 수 있다.
The SPW signals can then be distinguished (324). The SPW operation can be used to find out whether RZM and LZM are simultaneously deflated or not. SPW < RTI ID = 0.0 > zeta < / RTI > (t) is not activated nearly as long as either RZM or LZM is constricted, while conversely, RZM and LZM are largely activated when both are contracted at the same time. Therefore, SPW operation can be used to indicate the simultaneous operation of two muscles. This can be used to generate the linear acceleration and deceleration of the required wheelchair. In order to reduce the burden of the calculation amount, the equation (4) can be transformed into the equation (5).

Figure 112014064509834-pat00005
수학식(5)
Figure 112014064509834-pat00005
Equation (5)

수학식(5)에서 두 개의 곱셈과 덧셈만이 요구된다. 상기 전동 휠체어의 가속 및 감속의 명령은 도 5에 제안한 것과 같이 SPW 신호에 대한 상한값과 하한값을 적용한 후에 생성될 수 있다. 도 5를 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
In equation (5), only two multiplications and additions are required. The command to accelerate and decelerate the electric wheelchair can be generated after applying the upper limit value and the lower limit value for the SPW signal as suggested in FIG. This will be described in more detail with reference to FIG.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 EMG 신호로부터의 가속 및 감속 프로파일(Profile)을 나타내는 도면이다. 가속 및 감속 명령 프로파일은 수학식(6) 및 수학식(7)을 사용하여 나타낼 수 있다.
5 is a diagram illustrating acceleration and deceleration profiles from an EMG signal according to an embodiment of the present invention. The acceleration and deceleration command profile can be expressed using Equations (6) and (7).

Figure 112014064509834-pat00006
수학식(6)
Figure 112014064509834-pat00006
Equation (6)

Figure 112014064509834-pat00007
수학식(7)
Figure 112014064509834-pat00007
Equation (7)

여기에서 a(t) 및 d(t)는 각각 휠체어의 선형 가속 및 감속을 나타내고, UT 및 LT는 각각 상한값 및 하한값을 나타낸다. 도 5(a)에서 하한값과 상한값 사이에 SPW 신호(510a)는 도 5(b)에 보여진 것과 같이 가속 신호(510b)를 생성하기 위해 활용될 수 있다. 한편, 도 5(a)에서 상한값 이상의 SPW 신호는 도 5(c)에서 보여진 것과 같이 감속 신호(510c)을 생성하기 위해 활용될 수 있다. 하지만, 가속 신호(510b)는 도 5(b)에서 보여진 것과 같이 한계값(threshold) 때문에 컷 부분(cut part)을 포함할 수 있다. 이러한 부분은 가속에 영향을 주지 않기 위해 제거해야 한다. 다시 말해, SPW 신호에 대한 상한값과 하한값을 이용하여 가속 신호 보정(325)을 수행할 수 있다. 그러기 위해서, 수학식(8) 같이 ZSW(zero searching window)가 사용될 수 있다.
Where a (t) and d (t) denote the linear acceleration and deceleration of the wheelchair, respectively, and U T and L T denote the upper and lower limits, respectively. In FIG. 5A, the SPW signal 510a between the lower limit value and the upper limit value can be utilized to generate the acceleration signal 510b as shown in FIG. 5 (b). 5 (a), the SPW signal higher than the upper limit value may be utilized to generate the deceleration signal 510c as shown in FIG. 5 (c). However, the acceleration signal 510b may include a cut part due to the threshold as shown in FIG. 5 (b). These parts must be removed in order not to affect the acceleration. In other words, the acceleration signal correction 325 can be performed using the upper limit value and the lower limit value for the SPW signal. To do so, a zero searching window (ZSW) can be used as in equation (8).

Figure 112014064509834-pat00008
수학식(8)
Figure 112014064509834-pat00008
Equation (8)

여기에서 ac(t)는 보정된 가속을 나타내고, ζ(t)는 ZSW의 형태를 나타내고,

Figure 112014064509834-pat00009
와 같이 나타낼 수 있다. Ma는 해당 윈도우 사이즈를 나타내고, 여기에서 Ma=150이다. ZSW를 사용함으로써, 도 5(c)에 보여진 것과 같이 가속의 원하지 않는 부분을 제거할 수 있다. 위 과정을 통해, EMG 신호로부터 요구되는 가속 및 감속 명령 프로파일 모두를 찾을 수 있다. 그리고, 더 활성화된 SPW 신호들이 전동 휠체어의 감속을 위해 사용될 수 있다.Where a c (t) represents the corrected acceleration, ζ (t) represents the shape of the ZSW,
Figure 112014064509834-pat00009
As shown in Fig. M a represents the corresponding window size, where M a = 150. By using ZSW, unwanted portions of the acceleration can be removed as shown in Fig. 5 (c). Through the above procedure, both the acceleration and deceleration command profiles required from the EMG signal can be found. Further activated SPW signals can be used for deceleration of the electric wheelchair.

다음 단계에서 우회전, 좌회전, 가속, 감속과 같은 사용자의 의사를 추출(331)하고, 이때 사용자 의도 결정행렬 및 결정벡터를 이용할 수 있다.

Figure 112014064509834-pat00010
으로 나타낸 결정 벡터는 수학식(1)의 표준화된 RZM RMS 신호 및 표준화된 LZM RMS 신호를 수집함으로써 얻어질 수 있고, 수학식(8)의 수정된 가속 신호 및 수학식(7)의 감속 신호는 수학식(9)과 같이 나타낼 수 있다.
In the next step, a user's intention such as a right turn, a left turn, an acceleration, and a deceleration may be extracted (331). At this time, a user's intention determination matrix and a decision vector may be used.
Figure 112014064509834-pat00010
Can be obtained by collecting the normalized RZM RMS signal and the normalized LZM RMS signal of Equation (1), and the modified acceleration signal of Equation (8) and the deceleration signal of Equation (7) (9). &Quot; (9) "

Figure 112014064509834-pat00011
수학식(9)
Figure 112014064509834-pat00011
Equation (9)

여기에서 제1 요소 및 제2 요소는 각각 RZM 및 LZM의 활성화(activations)를 나타낼 수 있고, 제3 및 제4 요소는 각각 동시 활성 레벨(simultaneous activation levels)에 따른 가속 신호 및 감속 신호를 나타낼 수 있다. 그리고, H로 나타낸 상기 사용자 의도 결정 행렬은 수학식(10)과 같이 나타낼 수 있다. Wherein the first and second elements may represent activations of the RZM and LZM respectively and the third and fourth elements may respectively represent an acceleration signal and a deceleration signal according to simultaneous activation levels have. Then, the user's intention determination matrix denoted by H can be expressed by Equation (10).

Figure 112014064509834-pat00012
수학식(10)
Figure 112014064509834-pat00012
Equation (10)

여기에서,

Figure 112014064509834-pat00013
은 우회전 의사를 추출하기 위해 선택된 기저 벡터(basis vector)이고, 이것은 오직 RZM 활성화만을 반영한다.
Figure 112014064509834-pat00014
은 좌회전 의사를 추출하기 위해 선택된 기저 벡터이고, 오직 LZM 활성화만을 반영한다. From here,
Figure 112014064509834-pat00013
Is the basis vector chosen to extract the right-handed physician, which reflects only RZM activation.
Figure 112014064509834-pat00014
Is the base vector selected to extract the left-turn physician, and reflects only LZM activation.

Figure 112014064509834-pat00015
은 휠체어의 선형 가속 의사를 추출하기 위해 선택된 기저 벡터이고, 그러므로 이것은 RZM 및 LZM 활성화뿐만 아니라, 가속도를 반영할 수 있다.
Figure 112014064509834-pat00016
은 휠체어의 선형 감속의사를 추출하기 위해 선택된 기저 벡터이고, 이것은 RZM 및 LZM 활성화뿐만 아니라, 감속도 반영할 수 있다.
Figure 112014064509834-pat00015
Is the base vector selected to extract the linear acceleration intent of the wheelchair, and thus can reflect acceleration as well as RZM and LZM activation.
Figure 112014064509834-pat00016
Is a base vector selected to extract a linear deceleration impression of a wheelchair, which can reflect RZM and LZM activation as well as deceleration.

실시간으로 측정되는 결정벡터

Figure 112014064509834-pat00017
는 수학식(11)과 같이 예상되는 벡터
Figure 112014064509834-pat00018
를 얻기 위해 결정 행렬 H의 기저벡터로 투사하여 얻어질 수 있다.
The decision vector measured in real time
Figure 112014064509834-pat00017
(11): < EMI ID =
Figure 112014064509834-pat00018
Lt; RTI ID = 0.0 > H < / RTI >

Figure 112014064509834-pat00019
수학식(11)
Figure 112014064509834-pat00019
Equation (11)

여기에서

Figure 112014064509834-pat00020
Figure 112014064509834-pat00021
로 나타낼 수 있는 모션 벡터이다. 모션 벡터의 각각의 요소는 전동 휠체어의 요구되는 모션 발생을 위해 이동 의사를 반영할 수 있다. 따라서, 상기 예상된 벡터는 종종 생체 의학 간섭으로부터 영향을 받을 수 있고, 예상되는 벡터의 고주파 요소를 제거하기 위해 LPF(Low Pass Filter, 저주차통과필터)가 적용될 수 있다. 그러면 전동 휠체어 장치를 위해 요구되는 선형속도 및 회전속도의 연속적 생성을 위해 LPF를 갖는 모션 벡터가 사용될 수 있다.From here
Figure 112014064509834-pat00020
silver
Figure 112014064509834-pat00021
Which is a motion vector. Each element of the motion vector may reflect movement intention for the required motion generation of the electric wheelchair. Thus, the predicted vector can often be affected by biomedical interference, and a low pass filter (LPF) can be applied to remove the high frequency components of the expected vector. The motion vector with the LPF can then be used for the continuous generation of the linear velocity and the rotational velocity required for an electric wheelchair apparatus.

전동 휠체어 구동에 요구되는 선형속도 및 회전속도는 모션 벡터

Figure 112014064509834-pat00022
의 요소들의 선형 조합을 사용함으로써 생성될 수 있다. 예를 들어, 수학식(12) 및 수학식(13)과 같이 선형 속도는 가속과 감속 사이의 차이를 적분함으로써 결정될 수 있고, 회전 속도는 RZM 및 LZM 활성화 사이의 차이로부터 직접적으로 결정될 수 있다.
The linear velocity and rotational speed required for driving an electric wheelchair are determined by the motion vector
Figure 112014064509834-pat00022
Lt; RTI ID = 0.0 > of < / RTI > For example, linear velocities such as (12) and (13) can be determined by integrating the difference between acceleration and deceleration, and the rotation rate can be determined directly from the difference between RZM and LZM activation.

Figure 112014064509834-pat00023
수학식(12)
Figure 112014064509834-pat00023
Equation (12)

Figure 112014064509834-pat00024
수학식(13)
Figure 112014064509834-pat00024
Equation (13)

여기에서 vd(t) 및

Figure 112014064509834-pat00025
은 각각 요구되는 전동 휠체어의 선형속도 및 회전속도를 나타내고, vd(t - T)은 이전 샘플에서 요구되는 속도를 나타낸다. T는 샘플링 타임을 나타내고, 여기에서 T=0.001[s]이고, Ka, Kd 및 Kq는 각각 가속, 감속 및 회전속도를 위한 이득(Gain, 게인)을 나타내고, Ka=5, Kd=10, Kq=5을 사용할 수 있다. 그리고, σi(t)와 같은 형태의 한계값 동작은 작은 이동 의사를 무시할 뿐만 아니라, 이동 의사의 잦은 변화를 방지하기 위해 적용될 수 있다.
Where v d (t) and
Figure 112014064509834-pat00025
Respectively represent the required linear speed and rotational speed of the electric wheelchair and v d (t - T) represents the speed required in the previous sample. T represents the sampling time, where T = 0.001 [s], K a , K d and K q represent gains for acceleration, deceleration and rotation speed, respectively, and K a = 5, K d = 10, and K q = 5 can be used. And, the threshold operation like the form σ i (t) can be applied not only to ignore small movements but also to prevent frequent changes of movement intention.

Figure 112014064509834-pat00026

Figure 112014064509834-pat00026

여기에서 모션 벡터의 요소는 요소들의 평균보다 더 클 때만 휠체어의 이동에 영향을 줄 수 있고, 그렇지 않으면 무시할 수 있다. 또한, 안전을 위해 감속의 이득은 가속의 이득보다 더 커야 한다. 선형 가속도 및 감속의 기저 벡터

Figure 112014064509834-pat00027
Figure 112014064509834-pat00028
이 RZM 및 LZM의 활성화를 포함하기 때문에 선형속도 및 회전속도를 동시에 갖는 복잡한 모션이 가능할 수 있다.Here, the elements of the motion vector can affect the movement of the wheelchair only when it is greater than the average of the elements, otherwise it can be ignored. Also, for safety reasons, the gain of deceleration must be greater than the gain of acceleration. Basis vector of linear acceleration and deceleration
Figure 112014064509834-pat00027
And
Figure 112014064509834-pat00028
This involves the activation of RZM and LZM, so complex motions with both linear velocity and rotational velocity can be possible.

제안하는 방법에 따른 전동 휠체어의 선형/회전속도 및 두 바퀴의 속도 사이의 비율 관계는 수학식(14)와 같이 나타낼 수 있다.
The ratio relation between the linear / rotational speed of the electric wheelchair and the speed of the two wheels according to the proposed method can be expressed as Equation (14).

Figure 112014064509834-pat00029
수학식(14)
Figure 112014064509834-pat00029
Equation (14)

여기에서, jω는 아래와 같이 자코비안(Jacobian)을 나타낼 수 있다.Here, j omega can represent Jacobian as follows.

Figure 112014064509834-pat00030

Figure 112014064509834-pat00030

R은 바퀴의 반지름을 나타내고, 여기에서 R=170mm이다. W는 오른쪽 바퀴 중심과 왼쪽 바퀴 중심 사이의 거리를 나타내고, 여기에서, W=695[mm]이다. v및

Figure 112014064509834-pat00031
는 각각 휠체어의 선형속도 및 회전속도를 나타낸다. ωr 및 ωl 은 각각 오른쪽 및 왼쪽 바퀴의 각속도를 나타낸다.R represents the radius of the wheel, where R = 170 mm. W represents the distance between the center of the right wheel and the center of the left wheel, where W = 695 [mm]. v and
Figure 112014064509834-pat00031
Respectively represent the linear velocity and the rotational velocity of the wheelchair. ? r and? l represent angular velocities of the right and left wheels, respectively.

다음 단계에서는 제어부(300)에서 전동 휠체어의 두 바퀴를 제어(332)할 수 있다. 두 바퀴의 요구되는 각속도는 수학식(15)를 이용함으로써 수학식(12) 및 수학식(13)으로부터 얻어질 수 있다.
In the next step, the control unit 300 can control two wheels of the electric wheel chair (332). The required angular velocity of the two wheels can be obtained from Equations (12) and (13) by using Equation (15).

Figure 112014064509834-pat00032
수학식(15)
Figure 112014064509834-pat00032
Equation (15)

여기에서,

Figure 112014064509834-pat00033
이고, ωd,r 및 ωd,l 은 각각 전동 휠체어의 오른쪽 및 왼쪽 바퀴의 각 속도를 나타낸다. 두 바퀴의 요구되는 각속도는 전동 휠체어(340)의 DC 모터 증폭기의 구동(341)을 위해 PWM(pulse width modulation) 레벨로 변환될 수 있다. 그리고, 기계적 부분(342)과 증분형 인코더(343)를 이용하여 전동 휠체어(340)를 제어할 수 있다. 이를 위해, 모션 컨트롤러는 수학식(16)과 같이 나타낼 수 있다.
From here,
Figure 112014064509834-pat00033
Ω d, r and ω d, l denote angular velocities of the right and left wheels of the electric wheelchair, respectively. The required angular velocity of the two wheels can be converted to a pulse width modulation (PWM) level for driving 341 the DC motor amplifier of the electric wheelchair 340. The mechanical wheel part 342 and the incremental encoder 343 can be used to control the electric wheelchair 340. For this purpose, the motion controller can be expressed by the following equation (16).

Figure 112014064509834-pat00034
수학식(16)
Figure 112014064509834-pat00034
Equation (16)

여기에서 Kp

Figure 112014064509834-pat00035
의 대각선 요소를 갖는 PWM 변환 행렬을 나타낸다. 여기에서 i=r,l, (오른쪽 및 왼쪽의) Kv에 대하여 Kp,i=49.95이고, 대각선 이득 행렬은 단위 값보다 조금 더 큰 요소를 가질 수 있고, Kv,i=1.1이다. 그리고, ψ는 대각선 보상 행렬은 아래와 같이 바퀴에서 각각 요구되는 각속도가 아래에 해당하는 바퀴의 실제 각속도보다 작을 때만 활성화 된다. Where K p is
Figure 112014064509834-pat00035
Lt; RTI ID = 0.0 > of diagonal < / RTI > Where K p, i = 49.95 for i = r, l, K v (right and left), and the diagonal gain matrix can have an element slightly larger than the unit value and K v, i = 1.1. And, ψ is activated only when the diagonal compensation matrix is smaller than the actual angular velocity of the corresponding wheel below, as shown below.

Figure 112014064509834-pat00036
Figure 112014064509834-pat00036

여기에서 위 요소들은 바퀴의 즉각적인 감속을 실현할 수 있다.
Here, the above elements can realize the immediate deceleration of the wheel.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 EMG를 이용한 전동 휠체어 연속제어 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 6 is a view showing a configuration of an electric wheel chair continuous control apparatus using an EMG according to an embodiment of the present invention.

EMG를 이용한 전동 휠체어 연속제어 장치는 입력부(610), EGM 신호 처리부(620), 제어부(630)를 포함할 수 있다. The electric wheelchair continuous control apparatus using EMG may include an input unit 610, an EGM signal processing unit 620, and a control unit 630.

입력부(610)는 휠체어 사용자에게 부착된 EMG센서를 이용하여 복수의 근전도 신호를 입력 받을 수 있다. 예를 들어, 사용자 얼굴의 양쪽 근육에 전극을 부착하여 근전도 신호를 입력 받을 수 있다. 사용자 얼굴의 양쪽 근육으로부터 입력 받은 근전도 신호는 사용자의 의도를 포함할 수 있다. 다시 말해, 사용자의 의도를 추출하기 위해 상기 사용자의 자의적인 운동 크기를 상기 복수의 근전도 신호로 입력 받을 수 있다. 이러한 근육의 자의적인 수축력을 측정하여 전동 휠체어의 연속제어를 가능하도록 할 수 있다. The input unit 610 can receive a plurality of EMG signals using the EMG sensor attached to the wheelchair user. For example, an electromyogram signal can be input by attaching an electrode to both muscles of a user's face. The EMG signal received from both muscles of the user's face may include the intention of the user. In other words, the user can arbitrarily input the magnitude of motion of the user into the plurality of electromyogram signals to extract the user's intention. It is possible to measure the self-contraction force of the muscles to enable continuous control of the electric wheelchair.

EMG 신호 처리부(620)는 입력 받은 복수의 근전도 신호로부터 사용자의 의도를 추출하고, 상기 복수의 근전도 신호를 복합적으로 사용하기 위한 신호처리 및 보정을 수행하여 제어신호를 생성할 수 있다. The EMG signal processing unit 620 may extract a user's intention from the received plurality of EMG signals, and may generate a control signal by performing signal processing and correction for using the plurality of EMG signals in combination.

EMG 신호 처리부(620)는 RMS 신호 정규화부(621), SPW 신호 처리부(622),제어신호 생성부(623)를 포함할 수 있다. The EMG signal processing unit 620 may include an RMS signal normalization unit 621, an SPW signal processing unit 622, and a control signal generation unit 623.

RMS 신호 정규화부(621)는 입력 받은 복수의 근전도 신호의 RMS 신호를 이용하여 포락선을 획득하고 상기 입력 받은 복수의 근전도 신호의 레벨을 맞추기 위해 상기 RMS 신호를 정규화할 수 있다. The RMS signal normalization unit 621 may normalize the RMS signal to obtain an envelope using the received RMS signals of the plurality of EMG signals and adjust the level of the received plurality of EMG signals.

SPW 신호 처리부(622)는 복수의 근전도 신호를 복합적으로 사용하기 위해 SPW 신호처리 및 보정을 수행할 수 있다. 또한, SPW 신호 처리부(622)는 ZSW를 사용함으로써 제어신호의 원하지 않는 부분을 제거할 수 있다. The SPW signal processing unit 622 can perform SPW signal processing and correction to use a plurality of electromyogram signals in combination. Further, the SPW signal processing unit 622 can remove unwanted portions of the control signal by using the ZSW.

제어신호 생성부(623)는 RMS 신호 및 상기 SPW 신호처리를 이용하여 상기 사용자의 의도에 따라 상기 휠체어를 연속제어하기 위한 제어신호를 생성할 수 있다. The control signal generator 623 may generate a control signal for continuously controlling the wheel chair according to the intention of the user using the RMS signal and the SPW signal processing.

상기 RMS 신호 정규화부(621) 및 상기 SPW 신호 처리부(622)는 상기 복수의 근전도 신호가 동시에 발생할 경우, 상기 복수의 근전도 신호를 중첩하여 상기 제어신호에 적용할 수 있다. The RMS signal normalization unit 621 and the SPW signal processing unit 622 may apply the plurality of EMG signals to the control signal when the plurality of EMG signals occur at the same time.

제어부(630)는 생성된 제어신호를 이용하여 상기 휠체어의 방향 및 속도를 연속 제어할 수 있다. 그리고, 제어부(630)는 제어신호의 노이즈를 제거하기 위한 필터를 포함할 수 있다. The control unit 630 can continuously control the direction and speed of the wheel chair using the generated control signal. The control unit 630 may include a filter for removing noise of the control signal.

본 발명의 일 실시예에 따른 EMG를 이용한 전동 휠체어 연속제어 장치는 도 1 내지 도 5에서 설명한 EMG를 이용한 전동 휠체어 연속제어 방법에 따라 동작할 수 있다.The apparatus for continuously controlling the electric wheelchair using the EMG according to the embodiment of the present invention can operate according to the method for continuously controlling the electric wheelchair using the EMG described with reference to FIGS.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 EMG를 이용한 전동 휠체어 연속제어 장치를 이용한 실험과정을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 7 is a diagram for explaining an experimental procedure using an electric wheelchair continuous control apparatus using an EMG according to an embodiment of the present invention.

제안하는 EMG를 이용한 전동 휠체어 연속제어 장치의 효과를 보여주기 위해 도 7에 보여진 것과 같이 실험적인 환경에서 장애물 피하기를 수행했다. 도 7과 같이 5개 지점의 장애물(731, 732, 734, 735, 736 )을 설치했다. 그리고, 사용자는 제안하는 EMG를 이용한 전동 휠체어 연속제어 장치를 이용하여 출발지점(710)에서 시작하여 루트(711, 721)를 따라 도착지점(720)까지 전동 휠체어를 제어한다. 여기에서 실선(711)은 정방향 루트를 나타내고, 점선(721)은 되돌아 오는 루트를 각각 나타낸다. 이러한 실험은 종래 차량의 바퀴를 조정하고, 가속 페달을 밞는 경우와 같이, RZM 및 LZM의 활성화에 의해 전동 휠체어의 선형속도 및 회전속도 각각 제어할 수 있다.
In order to show the effect of the electric wheelchair continuous control system using the proposed EMG, obstacle avoidance was performed in an experimental environment as shown in FIG. 7, obstacles 731, 732, 734, 735, and 736 at five points are installed as shown in FIG. Then, the user controls the electric wheelchair from the starting point 710 to the arrival point 720 along the routes 711 and 721 by using the electric wheelchair continuous control apparatus using the proposed EMG. Here, the solid line 711 indicates the forward route, and the dotted line 721 indicates the return route. These experiments can control the linear speed and the rotational speed of the electric wheelchair by activating the RZM and LZM, respectively, as in the case of adjusting the wheels of a conventional vehicle and pressing the accelerator pedal.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 실험과정 동안 결정 벡터를 추출하기 위한 EMG 신호 처리과정을 설명하기 위한 도면이다. 8 is a view for explaining an EMG signal processing process for extracting a decision vector during an experiment according to an embodiment of the present invention.

위에서 설명한 실험을 수행하기 전에, EMG는 주변 환경 및 물리적인 조건에 따라 변할 수 있으므로 RMS 신호의 상한값 및 하한값은 미리 결정되어야 한다. 예를 들어, EMG 신호의 전처리 과정을 통해, RMS의 상한값 및 하한값은 정규화 수학식(1)에 대하여 Urms,r = 40, Urms,l = 38, Lrms,r = 9, 및 Lrms,l = 10로 결정될 수 있다. 또한, 상기 하한값 및 상한값은 실시간으로 장애물 피하기에서 활용될 수 있다. EMG 신호 처리 및 제어 방법은 먼저, 표준화된 신호들은 도 8(a)와 같이 RMS 신호로부터 얻을 수 있다. 도 8(a)는 장애물 피하는 동안 RZM(오른쪽 얼굴 근육신호)으로부터 RMS 신호(810a) 및 LZM(왼쪽 얼굴 근육신호)으로부터 표준화된 RMS 신호(820a)를 나타낸다. Before performing the experiment described above, the upper and lower limits of the RMS signal should be predetermined, since the EMG may vary depending on the environment and physical conditions. For example, through the preprocessing of the EMG signal, the upper and lower limits of the RMS can be expressed as U rms, r = 40, U rms, l = 38, L rms, r = 9, and L rms , and l = 10. In addition, the lower limit value and the upper limit value can be utilized in obstacle avoidance in real time. In the EMG signal processing and control method, first, the standardized signals can be obtained from the RMS signal as shown in FIG. 8 (a). Figure 8 (a) shows the normalized RMS signal 820a from the RMS signal 810a and the LZM (left facial muscle signal) from the RZM (right facial muscle signal) during obstacle avoidance.

다음으로, 수학식(4)에 의해 도 8(b)와 같이 SPW 신호를 얻을 수 있다. 그리고, 가속 및 감속 신호들은 수학식(6) 및 수학식(7)의 한계값 동작을 SPW 신호에 적용하고, 수학식(8)을 통해 ZSW를 이용하여 가속의 불필요한 부분을 제거함으로써 도 8(c)와 같이 얻어질 수 있다. 도 8(c)와 같이 가속 명령 프로파일(810c) 및 감속 명령 프로파일(820c)를 얻을 수 있다. Next, the SPW signal can be obtained by the equation (4) as shown in Fig. 8 (b). Then, the acceleration and deceleration signals are applied to the SPW signal by applying the threshold operation of Equations (6) and (7) to the SPW signal and by eliminating an unnecessary portion of the acceleration using ZSW via Equation (8) c). An acceleration command profile 810c and a deceleration command profile 820c can be obtained as shown in Fig. 8 (c).

다음으로, 상기 수학식(9)의 결정 벡터는 도 8(a) 및 도 8(c)의 신호를 사용함으로써 얻어질 수 있고, 상기 모션 벡터는 수학식(11)로부터 계산될 수 있다. 이때, 요구되는 선형속도 및 회전속도는 수학식(12) 및 수학식(13)으로부터 각각 계산될 수 있다.Next, the decision vector of the equation (9) can be obtained by using the signals of Figs. 8 (a) and 8 (c), and the motion vector can be calculated from the equation (11). At this time, the required linear velocity and rotational velocity can be calculated from equations (12) and (13), respectively.

다음으로, 두 바퀴의 요구되는 각속도는 수학식(15) 및 수학식(16)으로부터 얻어질 수 있다. 그 결과는 도 9에 나타내었다.
Next, the required angular velocity of the two wheels can be obtained from equations (15) and (16). The results are shown in Fig.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 오른쪽 바퀴의 요구되는 각속도(910) 및 왼쪽 바퀴의 요구되는 각속도(920)를 나타내는 도면이다. 두 바퀴의 요구되는 각속도는 수학식(15) 및 수학식(16)으로부터 얻어질 수 있다. 다시 말해, 도 9는 왼쪽 및 오른쪽 바퀴의 요구되는 각속도가 수학식(11)의 모션 벡터로부터 생성되는 방법을 나타내는 도면이다. 도 8(a) 및 도 9에 나타낸 T1 에서 T6까지 6개의 시점에서 실험결과를 설명한다.9 is a graph showing the required angular velocity 910 of the right wheel and the required angular velocity 920 of the left wheel according to an embodiment of the present invention. The required angular velocity of the two wheels can be obtained from equations (15) and (16). In other words, FIG. 9 is a diagram showing how the required angular velocity of the left and right wheels is generated from the motion vector of equation (11). Experimental results are described at six points from T1 to T6 shown in Fig. 8 (a) and Fig.

오른쪽 바퀴의 각속도는 도 8(a) 및 도 9에 나타낸 T1의 시점에서 RZM 이 활성화 될 때 증가할 수 있다. 왼쪽 바퀴의 각속도는 T2의 시점에서 LZM이 활성화될 때 증가할 수 있다. 전동 휠체어는 T3의 시점에서 SPW 가 UT보다 크게 활성화될 때 정지할 수 있다. RZM 은 각각 T4 및 T5의 시점에서 크게 활성화될 수 있고, 오른쪽 바퀴의 각속도는 장애물을 피하기 위해 크게 증가될 수 있다. 결국 RZM 은 도 8(a)에 나타낸 T6의 시점에서 유턴을 위해 오랫동안(대략 5초 동안) 크게 활성화될 수 있다. 실험 결과를 통해 전동 휠체어의 우회전 좌회전, 유턴, 직진 및 정지와 같이 다양하게 연속제어 명령이 생성되는 것을 확인할 수 있다. 더우기 도 9를 통해 제안된 방법에 의해 생성된 제어신호가 항상 연속적이고, 유연한 것을 확인할 수 있다.
The angular velocity of the right wheel may increase when RZM is activated at the time point of T1 shown in Figs. 8 (a) and 9. The angular velocity of the left wheel can increase when LZM is activated at the time of T2. The electric wheelchair can be stopped at the time of T3 when the SPW is activated larger than UT. RZM can be largely activated at time points T4 and T5, respectively, and the angular velocity of the right wheel can be greatly increased to avoid obstacles. As a result, the RZM can be largely activated for a long time (for about 5 seconds) at the time point T6 shown in FIG. 8 (a). From the experimental results, it can be seen that various continuous control commands such as left turn, right turn, straight run and stop of the electric wheelchair are generated. Furthermore, it can be confirmed that the control signal generated by the method shown in FIG. 9 is always continuous and flexible.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시 예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components. For example, the apparatus and components described in the embodiments may be implemented within a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA), a PLU a programmable logic unit, a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For ease of understanding, the processing apparatus may be described as being used singly, but those skilled in the art will recognize that the processing apparatus may have a plurality of processing elements and / As shown in FIG. For example, the processing unit may comprise a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as a parallel processor.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, and may be configured to configure the processing device to operate as desired or to process it collectively or collectively Device can be commanded. The software and / or data may be in the form of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage media, or device , Or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave. The software may be distributed over a networked computer system and stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on one or more computer readable recording media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to an embodiment may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (13)

EMG를 이용한 전동 휠체어 제어 방법에 있어서,
상기 휠체어 사용자에게 부착된 EMG센서를 이용하여 복수의 근전도 신호를 입력 받는 단계;
상기 입력 받은 복수의 근전도 신호로부터 사용자의 의도를 추출하고, 상기 복수의 근전도 신호를 복합적으로 사용하기 위한 신호처리 및 보정을 수행하여 제어신호를 생성하는 단계; 및
상기 생성된 제어신호를 이용하여 상기 휠체어의 방향 및 속도를 연속 제어하는 단계
를 포함하고,
상기 입력 받은 복수의 근전도 신호로부터 사용자의 의도를 추출하고, 상기 복수의 근전도 신호를 복합적으로 사용하기 위한 신호처리 및 보정을 수행하여 제어신호를 생성하는 단계는,
상기 복수의 근전도 신호를 복합적으로 사용하기 위해 SPW 신호처리 및 보정을 수행하는 단계
를 포함하는 EMG를 이용한 전동 휠체어 제어 방법.
In an electric wheelchair control method using an EMG,
Receiving a plurality of EMG signals using an EMG sensor attached to the wheelchair user;
Extracting a user's intention from the input plurality of EMG signals, and performing a signal processing and a correction for using the plurality of EMG signals in combination to generate a control signal; And
Continuously controlling the direction and speed of the wheel chair using the generated control signal
Lt; / RTI >
Wherein the step of extracting a user's intention from the received plurality of EMG signals and performing a signal processing and a correction for using the plurality of EMG signals in combination to generate a control signal,
Performing SPW signal processing and correction to use the plurality of electromyogram signals in combination
Wherein the wheelchair is controlled by an electric motor.
제1항에 있어서,
상기 입력 받은 복수의 근전도 신호로부터 사용자의 의도를 추출하고, 상기 복수의 근전도 신호를 복합적으로 사용하기 위한 신호처리 및 보정을 수행하여 제어신호를 생성하는 단계는,
상기 입력 받은 복수의 근전도 신호의 RMS 신호를 이용하여 포락선을 획득하는 단계;
상기 입력 받은 복수의 근전도 신호의 레벨을 맞추기 위해 상기 RMS 신호를 정규화 하는 단계; 및
상기 RMS 신호 및 상기 SPW 신호처리를 이용하여 상기 사용자의 의도에 따라 상기 휠체어를 연속제어하기 위한 제어신호를 생성하는 단계
를 더 포함하는 EMG를 이용한 전동 휠체어 제어 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of extracting a user's intention from the received plurality of EMG signals and performing a signal processing and a correction for using the plurality of EMG signals in combination to generate a control signal,
Acquiring an envelope using the received RMS signals of the plurality of EMG signals;
Normalizing the RMS signal to match levels of the plurality of input EMG signals; And
Generating a control signal for continuously controlling the wheel chair according to the intention of the user using the RMS signal and the SPW signal processing
Further comprising: an electromagnetically coupled wheelchair (EMG).
제1항에 있어서,
상기 휠체어 사용자에게 부착된 EMG를 이용하여 복수의 근전도 신호를 입력 받는 단계는,
상기 사용자의 의도를 추출하기 위해 상기 사용자의 자의적인 운동 크기를 상기 복수의 근전도 신호로 입력 받는
EMG를 이용한 전동 휠체어 제어 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of receiving a plurality of EMG signals using the EMG attached to the wheelchair user comprises:
Wherein the user's intentional motion magnitude is input to the plurality of electromyogram signals to extract the intention of the user
An electric wheelchair control method using EMG.
제2항에 있어서,
상기 복수의 근전도 신호를 복합적으로 사용하기 위해 SPW 신호처리 및 보정을 수행하는 단계는,
ZSW를 사용함으로써 제어신호의 원하지 않는 부분을 제거하는
EMG를 이용한 전동 휠체어 제어 방법.
3. The method of claim 2,
Performing SPW signal processing and correction to use the plurality of electromyogram signals in combination,
The use of ZSW eliminates unwanted parts of the control signal
An electric wheelchair control method using EMG.
제2항에 있어서,
상기 RMS 신호 및 SPW 신호처리는 상기 복수의 근전도 신호가 동시에 발생할 경우, 상기 복수의 근전도 신호를 중첩하여 상기 제어신호에 적용하는
EMG를 이용한 전동 휠체어 제어 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the RMS signal and the SPW signal processing are performed by superimposing the plurality of EMG signals on the control signal when the plurality of EMG signals are simultaneously generated
An electric wheelchair control method using EMG.
제5항에 있어서,
상기 중첩된 복수의 근전도 신호의 크기 구간을 구별하여 사용함으로써 다양한 입력으로 사용 가능한
EMG를 이용한 전동 휠체어 제어 방법.
6. The method of claim 5,
By using the magnitude intervals of the plurality of superimposed EMG signals separately, it can be used as various inputs
An electric wheelchair control method using EMG.
제2항에 있어서,
상기 RMS 신호 및 상기 SPW 신호를 이용하여 상기 사용자의 의도에 따라 상기 휠체어를 연속제어하기 위한 제어신호를 생성하는 단계는,
상기 제어신호의 노이즈를 제거하기 위해 필터링을 수행하는
EMG를 이용한 전동 휠체어 제어 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the step of generating a control signal for continuously controlling the wheel chair according to the intention of the user using the RMS signal and the SPW signal comprises:
And performs filtering to remove noise of the control signal
An electric wheelchair control method using EMG.
EMG를 이용한 전동 휠체어 제어 장치에 있어서,
상기 휠체어 사용자에게 부착된 EMG센서를 이용하여 복수의 근전도 신호를 입력 받는 입력부;
상기 입력 받은 복수의 근전도 신호로부터 사용자의 의도를 추출하고, 상기 복수의 근전도 신호를 복합적으로 사용하기 위한 신호처리 및 보정을 수행하여 제어신호를 생성하는 EGM 신호 처리부; 및
상기 생성된 제어신호를 이용하여 상기 휠체어의 방향 및 속도를 연속 제어하는 제어부
를 포함하고,
상기 EGM 신호 처리부는,
상기 복수의 근전도 신호를 복합적으로 사용하기 위해 SPW 신호처리 및 보정을 수행하는 SPW 신호 처리부
를 포함하는 EMG를 이용한 전동 휠체어 제어 장치.
An electric wheelchair control apparatus using an EMG,
An input unit for receiving a plurality of EMG signals using an EMG sensor attached to the wheelchair user;
An EGM signal processing unit for extracting a user's intention from the received plurality of EMG signals and performing signal processing and correction for using the plurality of EMG signals in combination to generate a control signal; And
A controller for continuously controlling the direction and speed of the wheel chair using the generated control signal,
Lt; / RTI >
The EGM signal processing unit,
A SPW signal processing unit for performing SPW signal processing and correction to use the plurality of electromyogram signals in combination,
And an electric wheelchair control device using the EMG.
제8항에 있어서,
상기 EGM 신호 처리부는,
상기 입력 받은 복수의 근전도 신호의 RMS 신호를 이용하여 포락선을 획득하고 상기 입력 받은 복수의 근전도 신호의 레벨을 맞추기 위해 상기 RMS 신호를 정규화 하는 RMS 신호 정규화부; 및
상기 RMS 신호 및 상기 SPW 신호처리를 이용하여 상기 사용자의 의도에 따라 상기 휠체어를 연속제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제어신호 생성부
를 더 포함하는 EMG를 이용한 전동 휠체어 제어 장치.
9. The method of claim 8,
The EGM signal processing unit,
An RMS signal normalization unit that obtains an envelope using the RMS signals of the received plurality of EMG signals and normalizes the RMS signals to match levels of the received plurality of EMG signals; And
A control signal generator for generating a control signal for continuously controlling the wheelchair according to the user's intention using the RMS signal and the SPW signal processing,
And an electric wheelchair control device for controlling the wheelchair.
제8항에 있어서,
상기 입력부는,
상기 사용자의 의도를 추출하기 위해 상기 사용자의 자의적인 운동 크기를 상기 복수의 근전도 신호로 입력 받는
EMG를 이용한 전동 휠체어 제어 장치.
9. The method of claim 8,
Wherein the input unit comprises:
Wherein the user's intentional motion magnitude is input to the plurality of electromyogram signals to extract the intention of the user
An electric wheelchair control system using EMG.
제9항에 있어서,
상기 SPW 신호 처리부는,
ZSW를 사용함으로써 제어신호의 원하지 않는 부분을 제거하는
EMG를 이용한 전동 휠체어 제어 장치.
10. The method of claim 9,
The SPW signal processing unit,
The use of ZSW eliminates unwanted parts of the control signal
An electric wheelchair control system using EMG.
제9항에 있어서,
상기 RMS 신호 정규화부 및 상기 SPW 신호 처리부는 상기 복수의 근전도 신호가 동시에 발생할 경우, 상기 복수의 근전도 신호를 중첩하여 상기 제어신호에 적용하는
EMG를 이용한 전동 휠체어 제어 장치.
10. The method of claim 9,
Wherein the RMS signal normalization unit and the SPW signal processing unit superimpose the plurality of EMG signals and apply the plurality of EMG signals to the control signal
An electric wheelchair control system using EMG.
제9항에 있어서,
상기 제어신호 생성부는,
상기 제어신호의 노이즈를 제거하기 위한 필터를 포함하는
EMG를 이용한 전동 휠체어 제어 장치.
10. The method of claim 9,
Wherein the control signal generator comprises:
And a filter for removing noise of the control signal
An electric wheelchair control system using EMG.
KR1020140086001A 2014-07-09 2014-07-09 Method and Apparatus for Continuous Control of Electric Wheelchair using EMG KR101599142B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140086001A KR101599142B1 (en) 2014-07-09 2014-07-09 Method and Apparatus for Continuous Control of Electric Wheelchair using EMG

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140086001A KR101599142B1 (en) 2014-07-09 2014-07-09 Method and Apparatus for Continuous Control of Electric Wheelchair using EMG

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160006843A KR20160006843A (en) 2016-01-20
KR101599142B1 true KR101599142B1 (en) 2016-03-04

Family

ID=55307617

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140086001A KR101599142B1 (en) 2014-07-09 2014-07-09 Method and Apparatus for Continuous Control of Electric Wheelchair using EMG

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101599142B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102635017B1 (en) 2023-10-19 2024-02-08 (주)로보라이프 Smart wheelchair power assistance device gain control system and method based on big data according to occupants

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111887869A (en) * 2020-08-06 2020-11-06 复旦大学附属中山医院 Muscle strength measuring system and application

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003220046A (en) 2001-12-27 2003-08-05 General Electric Co <Ge> Method and system for reducing noise of electromyogram signal
KR100516151B1 (en) 2003-01-06 2005-09-21 한국전자통신연구원 Apparatus for direction control using a face muscle signal and method therefor
KR101032798B1 (en) 2009-10-09 2011-05-06 (주)라파앤라이프 Spinal Stereotactic System by Analyzing Muscle Bioelectrical Signals

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100791883B1 (en) * 2004-02-17 2008-01-07 재단법인 산재의료관리원 Electronotive wheelchair for controlling an electromyogram an its controlling method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003220046A (en) 2001-12-27 2003-08-05 General Electric Co <Ge> Method and system for reducing noise of electromyogram signal
KR100516151B1 (en) 2003-01-06 2005-09-21 한국전자통신연구원 Apparatus for direction control using a face muscle signal and method therefor
KR101032798B1 (en) 2009-10-09 2011-05-06 (주)라파앤라이프 Spinal Stereotactic System by Analyzing Muscle Bioelectrical Signals

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102635017B1 (en) 2023-10-19 2024-02-08 (주)로보라이프 Smart wheelchair power assistance device gain control system and method based on big data according to occupants

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160006843A (en) 2016-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6884526B2 (en) Standing assistance method and equipment
US9125788B2 (en) System and method for motor learning
Jang et al. EMG-based continuous control scheme with simple classifier for electric-powered wheelchair
US10449106B2 (en) Method and apparatus for walking assistance
US10092205B2 (en) Methods for closed-loop neural-machine interface systems for the control of wearable exoskeletons and prosthetic devices
EP3025692B1 (en) Assisting torque setting method and apparatus
Oonishi et al. A new control method for power-assisted wheelchair based on the surface myoelectric signal
US10143613B2 (en) Step counter, step assist device, and computer-readable medium having stored thereon a step count program
Banerjee et al. Classifying electrooculogram to detect directional eye movements
KR102094852B1 (en) Method and apparatus for setting torque
Lu A motion control method of intelligent wheelchair based on hand gesture recognition
Scheidegger et al. A novel multimodal cognitive interaction for walker-assisted rehabilitation therapies
KR20230074105A (en) Apparatus for gait assistance and operating method thereof
KR101599142B1 (en) Method and Apparatus for Continuous Control of Electric Wheelchair using EMG
Jang et al. EMG-based continuous control method for electric wheelchair
Neto et al. Smart walkers: Advanced robotic human walking-aid systems
CN111565680B (en) System for recognizing information represented by biological signal
Ruzaij et al. Multi-sensor robotic-wheelchair controller for handicap and quadriplegia patients using embedded technologies
KR20150135018A (en) A rehabilitation robot control system and control method based on brain-machine interface
Glackin et al. Gait trajectory prediction using Gaussian process ensembles
EP3352951B1 (en) Rehabilitation system and method
Kim et al. Development of human-mobile communication system using electrooculogram signals
Jameel et al. Electroencephalograph-based wheelchair controlling system for the people with motor disability using advanced brainwear
Jin et al. Wearable sensor-based step length estimation during overground locomotion using a deep convolutional neural network
KR101911506B1 (en) Virtual brainwave generator and simulation apparatus for controlling external assisting equipment for brain signal-based three dimensional upper limb movement and method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190211

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200203

Year of fee payment: 5