KR101611474B1 - Walking System - Google Patents
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Abstract
Description
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 보행 시스템에 대한 것으로, 특히 하지마비 장애인을 위한 보행 시스템에 관한 것이다.Disclosure is generally directed to a walking system, particularly to a walking system for persons with paraplegia.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art). Herein, the background art relating to the present disclosure is provided, and these are not necessarily meant to be known arts.
하지마비 장애인의 보행을 보조하기 위한 보행 시스템에 있어서, 보행 보조기의 움직임을 제어하는 다양한 방법이 개발되어 왔다.Various methods have been developed to control the motion of the walking aids in a walking system to assist the disabled in the paraplegic.
도 1은 미국공개특허공보 제2013-0197408호에 기재된 보행 시스템에 대한 것이다.1 is directed to the gait system described in U.S. Patent Application Publication No. 2013-0197408.
도 1에 기재된 보행 시스템은 하지에 착용하는 보행 보조기(10)와 팔에 장착하여 기립 및 보행 시 몸의 균형을 잡도록 하는 클러치(20)를 포함하고 있다. 착용자 신체의 기울어짐 등을 감지하여 보행 보조기(10)를 움직이도록 한 것으로 동작이 제한적이지만 하지마비 장애인의 보행을 가능하게 하였다는 의의가 있다. 설명의 편의를 위하여 도면 부호를 새로이 부여하였다.The walking system shown in Fig. 1 includes a
도 2에 기재된 보행 시스템은 미국등록특허공보 제7153242호에 기재된 보행 시스템에 대한 것이다.The gait system described in Fig. 2 is related to the gait system disclosed in U.S. Patent No. 7,153,242.
도 2에 기재된 보행 시스템은 하지에 착용하는 보행 보조기(30)와 몸체(40) 부착된 센서를 포함하고 있다. 몸체(40)에 부착된 센서가 몸체의 기울기를 측정하여 몸체가 앞으로 기울어지면 보행 보조기는 앞으로 발걸음을 옮기게 된다. 설명의 편의를 위하여 도면 부호를 새로이 부여하였다.The walking system shown in Fig. 2 includes a
이외에도 피부에 부착된 센서가 하지 근육의 미세 움직임을 측정하여 외갑형 보행 보조기의 움직임을 제어하는 보행 시스템이 있다.In addition, there is a gait system in which the sensor attached to the skin measures the fine movement of the lower limb muscles to control the movement of the external gait.
그러나 도 1에 기재된 보행 시스템은 클러치를 사용해야 하고, 동작이 제한적이라서 험지를 보행할 수 없고, 발 디딜 곳을 마음대로 정할 수 없으므로 불규칙한 형상의 계단 등을 이동할 수 없는 문제점이 있으며, 도 2에 기재된 보행 시스템도 동작이 제한적이라는 문제점을 갖고 있다. 또한 피부에 부착된 센서를 이용하는 방식의 경우 하지마비로 하지 근육을 전혀 움직이지 못하는 환자에게는 사용할 수 없고, 피부에 부착하는 센서는 땀에 떨어지는 등 측정 안정성에도 문제가 있다.However, the walking system described in Fig. 1 has a problem in that it can not move the stairs due to an irregular shape because it can not freely walk on the rudder and can not arbitrarily determine the wake-up because the operation is limited, The system also has a problem that its operation is limited. In addition, in the case of using the sensor attached to the skin, it can not be used for patients who can not move the leg muscles at all by the paraplegia, and the sensor attached to the skin is also inferior in the measurement stability such as falling into sweat.
본 개시는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 보행 시스템에 관한 것이다.The present disclosure relates to a walking system for solving the above problems.
이에 대하여 '발명을 실시하기 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.This will be described later in the Specification for Enforcement of the Invention.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).SUMMARY OF THE INVENTION Herein, a general summary of the present disclosure is provided, which should not be construed as limiting the scope of the present disclosure. of its features).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 하지에 결합되는 보행 보조기; 팔의 움직임을 측정하는 1개 이상의 센서; 그리고, 센서로부터 측정된 정보에 따라 보행 보조기의 움직임을 제어하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 시스템이 제공된다.According to one aspect of the present disclosure, a walking aid that is coupled to the base; One or more sensors for measuring arm motion; And a controller for controlling the movement of the walking aid according to the information measured by the sensor.
이에 대하여 '발명을 실시하기 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.This will be described later in the Specification for Enforcement of the Invention.
도 1은 미국공개특허공보 제2013-0197408호에 기재된 보행 시스템에 대한 도면,
도 2는 미국등록특허공보 제7153242호에 기재된 보행 시스템에 대한 도면,
도 3 및 도 4는 본 개시에서 보행 제어 알고리즘에 대한 원리를 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 개시에 따른 보행 시스템을 설명하는 도면,
도 6은 보행 보조기의 자유도를 설명하는 도면,
도 7은 보행 보조기의 자유도를 설명하는 도면,
도 8은 본 개시에 따른 보행 시스템의 일 예를 보여주는 도면,
도 9는 도 8에 기재된 보행 시스템의 일 예를 보행 시스템 사용자가 착용한 모습을 나타내는 도면.1 is a diagram of a walking system described in U.S. Patent Application Publication No. 2013-0197408,
FIG. 2 is a view of the walking system disclosed in U.S. Patent No. 7,153,242,
FIGS. 3 and 4 are diagrams for explaining the principle of the gait control algorithm in the present disclosure; FIG.
5 is a diagram illustrating a walking system according to the present disclosure,
6 is a view for explaining the degree of freedom of the walking aids,
7 is a view for explaining the degree of freedom of the walking aids,
8 is a diagram illustrating an example of a walking system in accordance with the present disclosure;
Fig. 9 is a view showing an example of the walking system shown in Fig. 8 worn by a user of the walking system. Fig.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)). The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
종래 보행 시스템이 갖고 있는 문제점 중 첫 번째는 바닥 형상과 전방 인식 및 발을 놓을 위치를 실시간으로 결정할 수 없는 문제이고, 두 번째는 험지에서도 안정되게 걸을 수 있게 하는 보행 제어 알고리즘이 없다는 문제이다. 본 개시는 종래 기술이 갖고 있는 2 가지 문제를 해결하고자 한다. 종래 보행 시스템이 갖고 있는 첫 번째 문제를 해결하고자 본 개시에서는 하지마비 장애인 자신의 시각을 이용하여 주변 환경을 인식하고 발을 놓을 위치를 결정한다. 또한 두 번째 문제를 해결하고자 하지마비 장애인의 평형감각과 운동학습 기능을 활용하고, 하지마비 장애인의 팔의 움직임을 측정하여 보행 보조기의 움직임을 제어한다.The first problem of the conventional gait system is that it can not determine the position of floor shape, forward recognition, and foot position in real time. Second, there is no gait control algorithm that enables stable walking in rough conditions. The present disclosure addresses two problems of the prior art. In order to solve the first problem of the conventional gait system, the present invention uses the viewpoint of the disabled person to recognize the surrounding environment and determine the position of the foot. To solve the second problem, we use the equilibrium sense and exercise learning function of the paralyzed disabled person, and control the movement of the walking aids by measuring the arm motion of the paralyzed disabled person.
도 3 및 도 4는 본 개시에서 보행 제어 알고리즘에 대한 원리를 설명하기 위한 도면이다.3 and 4 are diagrams for explaining the principle of the gait control algorithm in the present disclosure.
도 3에서는 하지마비 장애인이 휠체어를 타고 있지만 앞바퀴를 들고 뒷바퀴만 이용하여 중심을 잡고 서있다. 이것은 하지마비 장애인의 운동과 자세제어를 담당하는 소뇌 등이 전정기관(100) 및 시각(110)으로부터 자세신호를 받은 후 자세신호에 따라 중심을 잡기 위한 제어신호(120)를 팔(130)의 근육으로 보내고, 제어신호(120)에 따라 팔(130)이 움직여서 바퀴(140)를 조정하여 중심을 잡고 서 있는 것이다. 이렇게 중심을 잡기 위해서는 처음에는 연습을 해야 하지만 인간의 평형감각과 운동학습 능력에 의해 이와 같은 동작을 할 수 있게 된다. In FIG. 3, the disabled person is in a wheelchair, but he or she is holding the front wheel and holding the center by using only the rear wheel. This is because the cerebellum or the like, which is responsible for movement and posture control of the paraplegic disabled person, receives the posture signal from the
도 4에서는 체조선수가 물구나무를 서서 걸어가는 모습이다. 이것은 체조선수의 운동과 자세제어를 담당하는 소뇌 등이 전정기관(100), 시각(110) 및 손바닥에 가해지는 압력분포로부터 자세신호를 받은 후 자세신호에 따라 물구나무서서 걸어가기 위한 제어신호(120)를 팔(130)의 근육으로 보내고, 제어신호(120)에 따라 팔(130)이 움직여서 체조선수가 중심을 잡고 물구나무서서 걸어가는 것이다. 도 3과 비교해보면 자세신호로서 손바닥에 가해지는 압력분포가 추가되었다. 도 3, 도 4에서는 주요한 자세신호로 전정기관, 시각, 손바닥 압력분포를 예로서 들었지만, 이외에도 몸의 각 부분에 가해지는 힘도 자세를 측정하기 위한 자세신호로 사용될 수 있다. 물구나무서서 걸어가는 것도 도 3에서의 앞바퀴를 들고 휠체어를 타는 것처럼 처음에는 연습을 해야 하지만 인간의 평형감각과 운동학습 능력에 의해 가능하게 된다. 본 개시의 보행 시스템에서는 험지나 불규칙한 계단 등 복잡한 환경에서도 하지마비 장애인이 안정적으로 걸을 수 있도록 보행 제어기를 제어하는 보행 제어 알고리즘의 일부 또는 전부를 인간의 평형감각과 운동학습 능력으로 대체하여 보행 제어 알고리즘을 안정적이고 단순하게 만들 수 있다.In Fig. 4, a gymnast is standing in the water and walking. This is because the cerebellum or the like, which is responsible for the movement and posture control of the gymnast, receives the posture signal from the
도 5는 본 개시에 따른 보행 시스템을 설명하는 도면이다.5 is a view for explaining a walking system according to the present disclosure;
본 개시에 따른 보행 시스템(200)은 팔(210)의 움직임을 측정하는 센서(220), 보행 보조기(230), 제어기(240)를 포함하고 있다. 보행 보조기(230)는 착용자의 하지와 구분하기 위해서 점선으로 표시하였다.The
본 개시에 따른 보행 시스템(200)의 작동원리는 다음과 같다. 먼저 전정기관(250), 시각(251), 또는 하지마비 장애인의 발바닥 감각이 살아 있는 경우에는 발바닥에 가해지는 압력분포로부터 자세신호가 만들어진다. 이후 자세신호를 받은 소뇌 등이 제어신호(260)를 팔(210)에 보낸다. 이후 팔(210)은 제어신호(260)에 따라 움직이고, 팔(210)이 움직이는 각 관절의 운동과 패턴을 센서(220)가 측정하여 팔(210)의 움직임 정보를 제어기(240)에 보낸다. 이후 제어기(240)는 적당한 변환함수를 거쳐 제어신호(270)를 만들어 보행 보조기(230)에 전달한다. 센서(220)에서 제어기(240)에 정보를 보내는 것과 제어기(240)에서 보행 보조기(230)로 제어신호(270)를 보내는 것은 무선,유선 모두 가능하다. 착용자의 편의를 위해서는 무선으로 보내는 것이 바람직하다. 무선으로 정보 및 신호를 보내는 방법으로는 블루투스, 지그비 등 상용화된 무선 통신 방법이 가능하다. 이후 보행 보조기(230)는 제어기(240)로부터 받은 제어신호(270)에 따라 보행 보조기(230)의 각 관절을 제어하여 보행 보조기(230)의 착용자가 중심을 잡고 보행을 하거나, 서있게 한다. 예를 들어 보행 시스템(200) 사용자의 어깨 관절(211), 팔꿈치 관절(212), 손목 관절(213)의 움직임에 따라 제어기(240)로부터 만들어진 제어신호(270)는 보행 보조기(230)의 고관절(231), 무릎 관절(232), 발목 관절(233)의 움직임을 제어할 수 있다. 이때 어깨 관절(211)의 움직임은 고관절(231)의 움직임을 제어하고, 팔꿈치 관절(212)의 움직임은 무릎 관절(232)의 움직임을 제어하고, 손목 관절(213)의 움직임은 발목 관절(233)의 움직임을 제어할 수 있다. 또한 오른 팔이 앞으로 갈 경우 보행 보조기의 오른 다리도 앞으로 가도록 제어기에 내재 된 변환함수를 정한다면, 직관적이어서 초기학습 속도는 빠를 수 있다. 다만 보행시 걷는 모습이 어색하여 실용화에 지장을 초래할 수 있다. 이에 보행에 관련된 제어기에 내재 된 변환함수를 정함에 있어서 오른 팔이 앞으로 갈 경우 보행 보조기의 오른 다리는 뒤로 가도록 할 수 있고, 팔꿈치 관절의 회전이 그대로 보행 보조기의 무릎 관절의 회전으로 대응되는 것이 아니라, 자연스런 보행 시의 팔 동작이 보행 보조기의 다리 동작과 대응이 되도록 시간에 따라 보행 보조기의 각 관절을 움직이는 변환함수를 정할 수 있다.The operation principle of the
본 개시에 따른 보행 시스템(200)에서 보행 시스템(200) 사용자의 팔(210)의 움직임을 측정하여 보행 보조기(230)의 움직임을 제어하는 것은 소뇌 등이 다리 근육을 직접 제어하여 걷거나, 도 4와 같이 소뇌 등이 팔 근육을 직접 제어하여 물구나무서서 걷는 경우와는 달리, 팔(210)의 움직임을 측정하여 분석하는 단계가 필요하나 이러한 작업들은 전기적으로 행해지는 것으로 다른 동작에 비하여 무시할 만큼 짧은 시간에 이루어지므로 보행의 구현에 지장을 주지 않는다.The motion of the
본 개시에 따른 보행 시스템(200)은 보행 시스템(200) 사용자의 팔(210)의 움직임에 따라 보행 보조기(230)를 직접제어하는 것과, 필요에 따라 관성센서를 이용하여 보행 보조기(230)를 자동제어하는 것이 가능하다. 자동제어가 필요한 이유는 직접제어와 관련된 팔(210)이 직접제어와 관련없는 다른 동작을 수행해야 하거나, 제어 안정성을 높이기 위함이다. 사람은 심장의 박동을 의지적으로 제어할 수는 없지만, 폐의 호흡작용은 무의식 중에 자율적으로 행해질 뿐 아니라 의지적으로 멈추거나 심호흡을 할 수도 있다. 본 개시에 따른 보행 시스템(200)은 험지를 보행하는 경우에는 보행 보조기(230)를 팔(210)의 움직임으로 직접제어하고, 제자리에 서서 물건을 살 때는 팔(210)의 움직임과 관련없이 자동으로 중심을 잡고 서 있을 수 있게 자동제어를 한다. 또한 외란 등에 의해 뜻하지 않게 팔(210)이 움직이게 되었을 때는 팔(210)의 움직임을 해석하는 제어기(240)에 내재 된 자동제어알고리즘에서 이를 판별하여 직접제어에서 자동제어로 순간적으로 전환하여 보행 보조기(230)를 제어한다. 즉 제어기(240)는 팔(210)의 움직임에 의해 보행 보조기(230)의 움직임을 제어하는 직접제어모드와 팔(210)의 움직임과 관계없이 보행 보조기(230)의 움직임을 제어하는 자동제어모드를 갖고 있다. 직접제어모드와 자동제어모드의 변경은 보행 시스템(200) 사용자의 선택에 의해 이루어질 수도 있으며, 자동제어알고리즘에 의해 자동으로 이루어질 수 있다. 보행 시스템(200) 사용자의 특정한 동작을 통해 직접제어모드와 자동제어모드 사이의 전환이 이루어질 수 있다. 예를 들어 양쪽 하측 팔을 빠르게 반대 방향으로 회전하는 것을 통해 직접제어모드와 자동제어모드의 전환을 행할 수 있다. 또한 제어기(240)는 직접제어모드와 자동제어모드로 각각 작동하기도 하지만, 두 모드가 동시에 작동할 수도 있다. 예를 들어 제어기(240)의 직접제어모드가 보행 보조기(230)의 고관절(231)과 무릎 관절(232)을 제어하지만, 발목 관절(233)은 제어기의 자동제어모드가 제어할 수 있다. 또한 제어기(240)는 도 5에서 외장형으로 도시되었지만, 보행 보조기(230)에 내장되어 있을 수도 있다. The
보행 시스템(200)을 구현하기 위한 보행 보조기(230)는 인간과 마찬가지로 각 다리마다 고관절(231)은 앞 및 뒤로 움직임(Hip flexion/extension), 좌측 및 우측으로 움직임(Hip abduction/adduction), 그리고 회전(Hip rotation)을 갖는 3 자유도, 무릎 관절(132)은 앞 및 뒤로 움직임(Knee flexion/extension)을 갖는 1 자유도, 발목 관절(233)은 앞 및 뒤로 움직임(Ankle plantarflexion/dorsiflexion) 좌측 및 우측으로 움직임(Ankle abduction/adduction), 그리고 회전(Ankle rotation)을 갖는 3 자유도를 가져 총 7 자유도로 구성하면 바람직하나, 메커니즘을 단순화하기 위하여 자유도를 일부 줄여서 구현할 수도 있다. 예를 들어 일반적인 휴머노이드와 같이 발목 관절의 자유도를 앞 및 뒤로 움직임, 그리고 좌측 및 우측으로 움직임을 갖는 2 자유도로 하거나, 발목 관절의 자유도를 생략하고 도 6에 도시한 블레이드 러너와 같이 4 자유도(고관절 3 자유도, 무릎 관절 1 자유도)로 구성하는 것도 가능하다. 반면 좀 더 메커니즘을 고도화하여 도 7과 같이 인간과 같이 발가락 부분(300)에 자유도를 추가할 수도 있다. 다만 보행 시스템(200)을 구현하기 위한 보행 보조기(230)의 구성은 상기 내용에 제한되지 않으며, 본 개시를 구현하기 위한 것이라면 모두 본 개시의 범위에 포함된다.The walking aids 230 for implementing the
보행 시스템(200)을 구현하기 위한 센서(220)는 보행 시스템(20) 사용자의 팔(210)의 각 관절의 움직임을 측정할 수 있게 각 관절마다 위치하는 것이 바람직하다. 센서(220)는 도 5에서와 같이 사용자의 각 관절에 직접 부착하는 것도 가능하며, 외갑형으로 센서가 부착된 측정기구를 사용자가 착용하는 것도 가능하다. 측정기구를 착용하는 것은 도 8에서 설명한다. 센서(220)는 엔코터, 포텐셔미터, 자이로센서, 가속도센서, 또는 자기센서 중 적어도 하나인 것이 바람직하다. 다만 보행 시스템(200)을 구현하기 위한 센서(220)는 상기 내용에 제한되지 않으며, 본 개시를 구현하기 위한 것이라면 모두 본 개시의 범위에 포함된다.The
도 8은 본 개시에 따른 보행 시스템의 일 예를 보여주는 도면이다.8 is a diagram illustrating an example of a walking system in accordance with the present disclosure;
본 개시 따른 보행 시스템의 일 예(400)는 하지마비 장애인이 착용할 수 있게 되어 있으며, 보행 시스템(400) 사용자의 팔 움직임을 측정하는 센서(410)가 부착된 측정기구(420), 보행 보조기(430), 제어기(440)를 포함하고 있다.One example of a
보행 시스템(400) 사용자의 팔의 움직임을 측정하는 측정기구(420)에 부착된 센서(410)는 어깨관절의 상하 움직임 각도를 측정하는 센서(411), 어깨관절의 앞뒤 움직임 각도를 측정하는 센서(412), 어깨관절의 좌우 움직임 각도를 측정하는 센서(413), 어깨관절과 팔꿈치 관절을 연결하는 상측 팔 회전 각도를 측정하는 센서(414), 팔꿈치 관절의 움직임 각도를 측정하는 센서(415), 팔꿈치 관절과 손목 관절을 연결하는 하측 팔의 회전 각도를 측정하는 센서(416), 손목 관절의 좌우 움직임 각도를 측정하는 센서(417), 손목 관절의 상하 움직임 각도를 측정하는 센서(418)를 포함하고 있다. 즉 본 개시에 따른 보행 시스템(400)의 측정기구(420)는 어깨 관절 4 자유도, 팔꿈치 관절 1 자유도, 손목 관절 3 자유도를 측정할 수 있도록 센서를 포함하였다. 보행 시스템(400) 사용자가 측정기구(420)를 착용하기 때문에 사용자의 편의를 위해 소형화/단순화가 필요하다. 측정기구(420)의 소형화/단순화를 위해 측정기구(420)의 상측 팔 및 하측 팔의 회전축은 사용자의 상측 팔 및 하측 팔의 실제 회전위치와 떨어진 사용자의 팔 외부에 설치하였고, 회전 시 비틀림에 의해 측정기구(420)의 관절 위치와 보행 시스템(400) 사용자의 팔 관절 위치가 어긋나지 않도록 측정기구(420)는 볼스플라인(419)을 포함한다. 볼스플라인(419)은 회전운동은 그대로 전달하면서 길이방향 변화를 흡수하는 역할을 한다. 도 8의 보행 시스템(400)에 포함된 측정기구(420)는 보행 시스템(400) 사용자의 팔의 8 자유도를 측정할 수 있도록 하였으나, 팔의 움직임에 의해 제어되는 보행 보조기(420)의 자유도를 고려하여 측정이 필요한 부분만을 측정할 수 있다. 예를 들어 어깨 관절의 앞뒤 움직임 각도를 측정하는 센서(412), 어깨 관절의 좌우 움직임 각도를 측정하는 센서(413), 팔꿈치 관절의 움직임을 측정하는 센서(415), 하측 팔의 회전 각도를 측정하는 센서(416) 4개를 이용하여 보행 보조기(430)의 고관절 3 자유도와 무릎 관절 1 자유도를 제어할 수 있다.The
보행 보조기(430)는 보행 보조기(430)의 각 관절을 움직이기 위한 액추에이터(431, 432, 433, 434, 435, 436)를 포함한다. 즉 보행 보조기(430)는 보행 보조기(430)의 고관절 회전 액추에이터(431), 고관절 앞 및 뒤로 움직임 액추에이터(432), 고관절 좌측 및 우측 움직임 액추에이터(433), 무릎 관절 앞 및 뒤로 움직임 액추에이터(434), 발목 관절 앞 및 뒤로 움직임 액추에이터(435), 발목 관절의 좌측 및 우측 움직임 액추에이터(436)를 포함하고 있다. 보행 보조기(430)의 발가락 관절(437)에도 액추에이터를 넣어도 좋으나, 보행 보조기(430)의 구조가 복잡해지므로 회전 스프링이나 평판 스프링 등을 설치하여 사용자 체중에 의해 수동적으로 회전할 수 있게 해도 좋다. 보행 보조기(430)는 고관절 3 자유도, 무릎 관절 1 자유도, 발목 관절 2 자유도로 움직일 수 있다. 보행 시스템(400) 사용자는 보행 보조기(430)를 착용하기 때문에 사용자의 편의를 위해 소형화/단순화가 필요하다. 보행 보조기(430)의 소형화/단순화를 위해 일반적인 보행에서 중요도가 비교적 적은 발목 관절의 회전 자유도를 제외하였고, 보행 보조기(430)의 고관절 회전 액추에이터(431)는 보행 시스템(400) 사용자의 고관절 회전 위치와 떨어진 등쪽 허리 받침대(438)에 설치되었다. The walking aids 430 include
제어기(440)는 보행 보조기(430)의 허리 받침대(438)에 설치되었다.The
또한 본 개시에 따른 보행 시스템(400)은 보행 시스템(400) 사용자의 상체의 기울기를 측정하는 관성센서 또는 기울기 센서(450)를 추가로 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 보행 시스템(200)과 비교했을 때, 팔 이외의 상체의 움직임을 측정하는 관성센서 또는 기울기 센서(450)를 추가하여 보행 시스템(400) 사용자의 평형감각과 운동학습능력을 더 잘 반영할 수 있다. 예를 들어 상체의 기울기를 측정하는 센서(450)를 추가함으로써 상체의 기울기 정보가 사용자의 팔 움직임 정보에 추가하여 보행 보조기(430)의 제어에 활용될 수 있다.In addition, the
본 보행 시스템(400)은 팔 움직임 패턴과 다리 움직임 패턴을 매칭시키므로, 보행 보조기(430)의 능동자유도와 팔 움직임 측정 자유도가 일치할 필요는 없고, 팔 운동 측정 자유도가 더 많거나 적을 수 있다. Since the
도 9는 본 개시에 따른 보행 시스템의 일 예(400)를 보행 시스템(400) 사용자가 착용한 모습을 나타내는 도면이다. 9 is a view showing an example of a
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.Various embodiments of the present disclosure will be described below.
(1) 하지에 결합되는 보행 보조기; 팔의 움직임을 측정하는 1개 이상의 센서; 그리고, 센서로부터 측정된 정보에 따라 보행 보조기의 움직임을 제어하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.(1) a walking aid coupled to the undergarment; One or more sensors for measuring arm motion; And a controller for controlling the movement of the walking aid according to the information measured by the sensor.
(2) 보행 보조기는 앞 및 뒤로 움직이거나(Hip flexion/extension) 우측 및 좌측으로 움직이는(Hip abduction/adduction) 2 자유도의 고관절과 앞 및 뒤로 움직이는(Knee flexion/extension) 1 자유도의 무릎 관절을 갖는 것을 특징으로 하는 보행 시스템. (2) The walking aids have a hip flexion / extension (Hip abduction / adduction) with two degrees of freedom hip joint and one knee joint with front and back (Knee flexion / extension) Wherein the walking system comprises:
(3) 고관절이 회전하는(Hip rotation) 자유도를 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.And (3) a degree of freedom in which the hip joint rotates (Hip rotation).
(4)보행 보조기는 앞 및 뒤로 움직이는(Ankle plantarflexion/dorsiflexion)발목 관절을 갖는 것을 특징으로 하는 보행 시스템. (4) The walking system has an ankle plantar flexion / dorsiflexion ankle joint moving forward and backward.
(5) 보행 보조기는 내번(inversion) 및 외번(eversion)으로 움직이는 자유도를 추가로 갖는 발목 관절을 갖는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.(5) The walking system has an ankle joint having an additional degree of freedom of movement in inversion and eversion.
(6) 보행 보조기는 내전(adduction) 및 외전(abduction)으로 움직이는 자유도를 추가로 갖는 발목 관절을 갖는 것을 특징으로 하는 보행 시스템. (6) The walking system has an ankle joint having an additional degree of freedom of movement due to adduction and abduction.
(7) 팔의 움직임을 측정하는 센서가 어깨관절, 상측 팔, 팔꿈치 관절, 하측 팔, 손목 관절의 움직임 중 적어도 하나의 움직임을 측정하는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.(7) A walking system, wherein the sensor for measuring the movement of the arm measures at least one of movement of the shoulder joint, the upper arm, the elbow joint, the lower arm, and the wrist joint.
(8) 어깨관절의 움직임은 고관절의 움직임을 제어하고, 팔꿈치 관절의 움직임은 무릎 관절의 움직임을 제어하고, 손목 관절의 움직임은 발목 관절의 움직임을 제어하는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.(8) The gait system, wherein the movement of the shoulder joint controls the movement of the hip joint, the movement of the elbow joint controls the movement of the knee joint, and the movement of the wrist joint controls the movement of the ankle joint.
(9) 센서에 의해 측정되는 팔의 공간상의 움직임 패턴이 보행 보조기의 공간상의 움직임 패턴에 일대응 대응하는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.(9) The walking system according to
(10) 팔의 움직임을 측정하는 센서로는 엔코터, 포텐션미터, 자이로센서, 가속도센서 또는 자기센서 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 보행 시스템.(10) The walking system as set forth in any of the preceding claims, wherein the sensor for measuring arm motion is at least one of an encoder, a potentiometer, a gyro sensor, an acceleration sensor, or a magnetic sensor.
(11) 제어기는 팔의 움직임을 측정한 센서 정보에 따라 보행 보조기를 제어하는 직접제어모드와 팔의 움직임과 관계없이 보행 보조기를 제어하는 자동제어모드를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.(11) The walking system according to any one of (1) to (9), wherein the controller has a direct control mode for controlling the walking aids according to sensor information measuring the movement of the arms and an automatic control mode for controlling the walking aids regardless of the movement of the arms.
(12) 보행 시스템 사용자의 특정 행동에 의해 제어기의 직접제어모드와 자동제어모드 사이에 전환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.(12) The walking system according to any one of (1) to (8), wherein a transition is made between a direct control mode and an automatic control mode of the controller according to a specific action of the user.
(13) 보행 시스템 사용자의 특정 행동은 사용자의 양쪽 하측 팔을 반대방향으로 회전하는 행동인 것을 특징으로 하는 보행 시스템.(13) The walking system according to any one of (1) to (3), wherein the specific action of the user of the walking system is the action of rotating both lower arms of the user in opposite directions.
(14) 자동제어알고리즘에 의해 제어기의 직접제어모드가 자동제어모드로 자동 전환되는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.(14) A walking system, wherein the direct control mode of the controller is automatically switched to the automatic control mode by an automatic control algorithm.
(15) 보행 보조기의 관절 중 일부는 직접제어모드로 일부는 자동제어모드로 동시에 제어되는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.(15) The walking system according to any one of (1) to (5), wherein a part of the joints of the walking aids are directly controlled and some are simultaneously controlled in an automatic control mode.
(16) 팔 이외의 상체 부분의 움직임을 측정하는 센서;를 추가하는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.(16) a sensor for measuring the movement of the upper body part other than the arm.
(17) 팔 이외의 상체 부분의 움직임을 측정하는 센서는 상체의 기울기를 측정하는 센서 또는 관성센서인 것을 특징으로 하는 보행 시스템.(17) The walking system as claimed in any one of the above claims, wherein the sensor for measuring the movement of the upper body part other than the arm is a sensor for measuring the inclination of the upper body or an inertial sensor.
본 개시에 따른 보행 시스템에 의하면, 하지마비 장애인은 평형감각 및 운동학습 능력을 통해 복잡한 보행 제어 알고리즘을 사용하지 않고도, 험지나 계단 등을 제한 없이 이동할 수 있다.According to the gait system of the present disclosure, the paralyzed disabled can move unrestrictedly without any complicated gait control algorithm through equilibrium sense and exercise learning ability.
본 개시에 따른 보행 시스템 의하면, 복잡한 보행 제어 알고리즘이 필요없으며, 팔의 움직임을 보행 보조기의 움직임에 대응시키는 변환함수만을 제어기가 갖고 있으면 되기 때문에, 제어기가 단순화될 수 있으며, 복잡한 보행 제어 알고리즘을 실행하지 않기 때문에 보행 제어기를 착용자의 운동 학습 능력에 의해 습득된 특정 행동이 즉각적으로 보행 제어기에 반영될 수 있다.According to the gait system of the present disclosure, a complicated gait control algorithm is not required, and only the controller needs to have a conversion function that corresponds to the movement of the arm relative to the motion of the walking aids. Therefore, the controller can be simplified, The specific behavior learned by the wearer's exercise learning ability of the walk controller can be immediately reflected to the walk controller.
200, 400 : 보행 시스템
210: 보행 시스템 사용자의 팔
220, 410 : 보행 시스템 사용자의 팔 움직임 측정 센서
450 : 보행 시스템 사용자의 상체 기울기 측정 센서
230, 430 : 보행 보조기
240, 440 : 제어기 200, 400: Walking system
210: arm of the user of the walking system
220, 410: Measuring arm motion of the user of the walking system
450: Upper body inclination sensor of walking system user
230, 430: Walking aids
240, 440: a controller
Claims (17)
보행 시스템 사용자의 팔의 움직임 및 팔의 움직임 패턴을 측정하는 1개 이상의 센서; 그리고,
센서로부터 측정된 정보에 따라 보행 보조기의 움직임을 제어하는 제어기;를 포함하며,
팔의 움직임 및 팔의 움직임 패턴을 측정하는 센서가 어깨관절, 상측 팔, 팔꿈치 관절, 하측 팔, 손목 관절의 움직임 중 적어도 하나의 움직임을 측정하고, 측정된 어깨관절의 움직임은 제어기에 의해 보행 보조기의 고관절의 움직임을 제어하고, 측정된 팔꿈치 관절의 움직임은 보행 보조기의 무릎 관절의 움직임을 제어하고, 측정된 손목 관절의 움직임은 보행 보조기의 발목 관절의 움직임을 제어하는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.A walking aid coupled to the base of the user of the walking system;
One or more sensors for measuring arm movement and arm movement patterns of a user of the walking system; And,
And a controller for controlling the movement of the walking aid according to the information measured from the sensor,
The sensor for measuring arm motion and arm motion pattern measures at least one movement of the shoulder joint, the upper arm, the elbow joint, the lower arm, and the wrist joint, and the movement of the measured shoulder joint is measured by a controller, Wherein the measured movement of the elbow joint controls the movement of the knee joint of the walking aids and the movement of the measured wrist joints controls the movement of the ankle joint of the walking aids.
보행 보조기는 앞 및 뒤로 움직이거나(Hip flexion/extension) 우측 및 좌측으로 움직이는(Hip abduction/adduction) 2 자유도의 고관절과 앞 및 뒤로 움직이는(Knee flexion/extension) 1 자유도의 무릎 관절을 갖는 것을 특징으로 하는 보행 시스템. The method according to claim 1,
The walking aids are characterized by a hip flexion / extension (Hip abduction / adduction) with two degrees of freedom hip joint and one knee joint with front and back movement (Knee flexion / extension) A walking system.
보행 보조기의 고관절이 회전하는(Hip rotation) 자유도를 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.The method of claim 2,
Wherein the walking system further has a degree of freedom of hip rotation of the walking aids.
보행 보조기는 앞 및 뒤로 움직이는(Ankle plantarflexion/dorsiflexion)발목 관절을 갖는 것을 특징으로 하는 보행 시스템. The method of claim 2,
Wherein the walking aid has an ankle plantar flexion / dorsiflexion ankle joint.
보행 보조기는 내번(inversion)/외번(eversion)으로 움직이는 자유도를 추가로 갖는 발목 관절을 갖는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.The method of claim 4,
Wherein the walking aids have an ankle joint having an additional degree of freedom of movement in inversion / eversion.
보행 보조기는 내전(adduction) 및 외전(abduction)으로 움직이는 자유도를 추가로 갖는 발목 관절을 갖는 것을 특징으로 하는 보행 시스템. The method of claim 4,
Wherein the walking aids have an ankle joint with additional degrees of freedom of movement due to adduction and abduction.
센서에 의해 측정되는 팔의 공간상의 움직임 패턴이 보행 보조기의 공간상의 움직임 패턴에 일대일 대응하는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the movement pattern on the space of the arm measured by the sensor corresponds to the movement pattern on the space of the walking aiding device in a one-to-one correspondence.
팔의 움직임을 측정하는 센서로는 엔코터, 포텐셔미터, 자이로센서, 가속도센서 또는 자기센서 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 보행 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the sensor for measuring the movement of the arm is at least one of an encoder, a potentiometer, a gyro sensor, an acceleration sensor or a magnetic sensor.
제어기는 팔의 움직임을 측정한 센서 정보에 따라 보행 보조기를 제어하는 직접제어모드와 팔의 움직임과 관계없이 보행 보조기를 제어하는 자동제어모드를 갖는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the controller has a direct control mode for controlling the walking aids according to the sensor information measuring the movement of the arms and an automatic control mode for controlling the walking aids regardless of the movement of the arms.
보행 시스템 사용자의 특정 행동에 의해 제어기의 직접제어모드와 자동제어모드 사이에 전환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.The method of claim 11,
Wherein the switching between the direct control mode and the automatic control mode of the controller is performed by a specific action of the user of the walking system.
보행 시스템 사용자의 특정 행동은 사용자의 양쪽 하측 팔을 반대방향으로 회전하는 행동인 것을 특징으로 하는 보행 시스템.The method of claim 12,
Wherein the specific behavior of the user of the gait system is an action of rotating both lower arms of the user in opposite directions.
자동제어알고리즘에 의해 제어기의 직접제어모드가 자동제어모드로 자동 전환되는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.The method of claim 11,
Wherein the direct control mode of the controller is automatically switched to the automatic control mode by the automatic control algorithm.
보행 보조기의 관절 중 일부는 직접제어모드로 일부는 자동제어모드로 동시에 제어되는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.The method of claim 11,
Wherein some of the joints of the walking aids are controlled in a direct control mode and some of them are simultaneously controlled in an automatic control mode.
보행 시스템 사용자의 팔 이외의 상체 부분의 움직임을 측정하는 센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.The method according to claim 1,
And a sensor for measuring the movement of the upper body part other than the arms of the user of the walking system.
팔 이외의 상체 부분의 움직임을 측정하는 센서는 상체의 기울기를 측정하는 센서 또는 관성센서인 것을 특징으로 하는 보행 시스템.18. The method of claim 16,
Wherein the sensor for measuring the movement of the upper body part other than the arm is a sensor for measuring the inclination of the upper body or an inertial sensor.
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