KR101618706B1 - 근전 전동의수 진단 시스템 - Google Patents

Abstract

근전 전동의수 진단 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 근전전동의수 진단 시스템은 사용자가 착용하는 소켓에 연결되는 것으로, 배터리와, 소켓에 장착되어 사용자의 피부에 부착되는 복수의 근전도 센서와, 파지기구부를 제어하는 제어부를 상호 연결하는 브리지 모듈; 브리지 모듈에 연결되어 배터리 상태를 점검하고, 근전도센서로부터 전송된 근전도 신호를 신호처리하고 전송하며, 근전도 신호에 기반하여 제어신호를 산출하고 전송하는 시각피드백부; 근전도 신호의 파형을 화면에 표시하는 디스플레이부; 및 제어신호에 따라 제어되는 파지기구부를 포함한다.

Description

근전 전동의수 진단 시스템{DIAGNOSTIC SYSTEM FOR THE MYOELECTIC HAND}

본 발명은 진단 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 근전 전동의수(Myoelectric hand)를 신속하고 높은 신뢰성으로 유지보수 하기 위한 진단 시스템에 관한 것이다.

상지 절단환자를 위한 근전 전동의수(Myoelectic hand)는 팔의 근육에서나오는 전기 신호를 이용하여 인공손을 움직여 물건 등을 파지할 수 있도록 해줌으로써 장애인의 독립적인 사회활동과 일상생활을 보장하기 위한 대표적 재활 보조 장치다. 근전 전동의수는 사람의 손과 형태가 유사하고 파지동작을 위해 부가적인 장치(몸동작, 버튼)없이 남아있는 잔존근육의 움직임에 의해 발생하는 근전 신호를 이용하므로 매우 편리하게 사용 가능하다는 장점이 있다.

근전 전동의수는 크게 3개의 손가락으로 파지하는 3 finger 타입과 5개의 손가락으로 파지하는 5 finger 타입으로 구분될 수 있다. 후자의 경우에는 정밀한 파지가 가능하다는 장점이 있으나 파지력이 약하며 가격이 고가다. 따라서 단순 파지기능을 가지고 있으나 파지력이 상대적으로 강하고 유지보수가 저렴한 3 finger 타입의 근전 전동의수가 일반적으로 사용되고 있다.

근전 전동의수는 크게 세 부분으로 나누어 구성된다. 다른 몸동작이나 부가적인 장치 없이 절단부위의 잔존근육의 미세한 움직임으로 사용자의 파지의도를 파악하기 위한 근전 센서와, 자동락킹과 강한 파지력을 기반으로 하는 손목 및 파지 메커니즘과, 근전 센서로부터 받은 신호를 이용하여 쉽고 편하게 매커니즘을 구동하여 환자가 사용하기 위한 제어기가 그것이다.

이러한 근전 전동의수는 대표적 재활 보조 장치인 만큼, 유지보수가 매우 중요하다. 장애인의 일상생활에 큰 영향을 미치기 때문이다. 그러나 종래에는 근전 전동의수가 오동작하거나 작동이 되지 않을 때에 있어서, 원인 진단에 시간이 많이 소요되므로 신속하고 신뢰성 있는 유지보수를 할 수 없다는 문제가 있다.

박세훈, 홍범기 외, 2 자유도 자동손목관절을 가진 근전 전동의수 개발, 제어로봇시스템학회 논문지 제17권 제8호, 2011.8, pp.824-832

본 발명의 실시예들은 근전 전동의수의 신속하고 신뢰성 있는 유지보수를 위하여, 근전 전동의수가 오동작 또는 작동 불능시 그 원인을 용이하게 진단할 수 있는 근전 전동의수 진단 시스템을 제공하고자 한다.

사용자가 착용하는 소켓에 연결되는 것으로, 배터리와, 상기 소켓에 장착되어 상기 사용자의 피부에 부착되는 복수의 근전도 센서와, 하기 파지기구부를 제어하는 제어부를 상호 연결하는 브리지 모듈; 상기 브리지 모듈에 연결되어 상기 배터리 상태를 점검하고, 상기 근전도센서로부터 전송된 근전도 신호를 신호처리하고 전송하며, 상기 근전도 신호에 기반하여 제어신호를 산출하고 전송하는 시각피드백부; 상기 근전도 신호의 파형을 화면에 표시하는 디스플레이부; 및 상기 제어신호에 따라 제어되는 파지기구부를 포함하는 근전 전동의수 진단 시스템이 제공될 수 있다.

이 때, 상기 브리지 모듈은 상기 소켓과 연결되는 소켓 연결부와, 상기 소켓 연결부에 장착되고 상기 배터리, 근전도 센서 및 제어부와의 접속을 위한 단자를 구비하는 회로기판과, 상기 회로기판을 덮는 커버를 포함할 수 있다.

또한, 상기 시각피드백부는 상기 근전도 신호를 무선 송신하는 제1 모듈 및 무선 수신하는 제2 모듈을 포함할 수 있다.

이 때, 상기 제1 모듈은 상기 소켓 또는 브리지 모듈에 연결되고, 제1 MCU 모듈과, 상기 근전도 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analog Digital Converter) 모듈과, 상기 근전도 신호를 무선으로 송신하는 송신모듈과, 상기 근전도 신호에 기반하여 상기 파지기구부를 제어하는 제어신호를 산출하는 제어부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 모듈은 상기 디스플레이부와 연결되고, 제2 MCU 모듈과, 상기 근전도 신호를 무선으로 수신하는 수신모듈을 포함할 수 있다.

또한, 상기 근전도 신호는 제1 신호 및 제2 신호를 포함하고, 상기 근전도 신호의 파형은 상기 제1 신호 및 제2 신호가 오프셋 전압 파형을 갖는 오프셋 전압 모드, 기준치 이하 전압의 Low 전압 모드, 중첩 파형을 갖는 중첩 모드 및 기준치 이상 전압의 정상 파형을 갖는 정상 모드로 구분될 수 있다.

또한, 상기 시각피드백부는 상기 근전도 신호의 파형이 상기 오프셋 전압 모드, Low 전압 모드 또는 중첩 모드에 해당하는 경우 상기 근전도 센서의 게인(Gain)을 상향 또는 하향하는 센서제어모듈을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 근전 전동의수 진단 시스템은 단계별로 근전전동의수를 이루는 각 구성부품의 이상유무를 진단함으로써, 근전 전동의수의 오동작 또는 작동 불능의 원인이 배터리, 근전도 센서, 제어부, 소켓, 파지기구부 중 어디에서 기인하는지를 용이하게 파악할 수 있다. 따라서 근전 전동의수를 신속하고 높은 신뢰성으로 유지보수 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 근전 전동의수 진단 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 브리지 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 시각피드백부의 블록도이다.
도 4는 도 1의 근전 전동의수 진단 시스템에서 근전 전동의수를 진단하는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 5는 도 4에 표기된 근전도 신호의 파형 모드의 일 예를 나타내는 그래프이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 근전 전동의수 진단 시스템(100, 이하 진단 시스템)을 개략적으로 도시한 개념도이다.

도 1을 참조하면, 근전 전동의수는 크게 세 부분으로 나누어 구성된다. 사용자(환자)의 피부에 부착되는 근전도 센서(30)와, 상기 근전도 센서에 기반하여 제어신호를 산출하는 제어부(미도시)와, 상기 제어부로부터 획득한 제어신호에 따라 구동되는 파지지구부(140)가 그것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 진단 시스템(100)은 이러한 근전 전동의수의 기본 구성들과 통합됨으로써 근전 전동의수의 유지보수를 위한 점검 기능을 수행한다.

진단 시스템(100)은 배터리(20), 근전도 센서(30) 및 제어부(미도시)를 상호 연결하는 브리지 모듈(110)과, 브리지 모듈(110)에 연결되는 시각피드백부(120)와, 시각피드백부(120)로부터 근전도 신호를 수신 받아 화면에 표시하는 디스플레이부(130)와, 시각피드백부(120)로부터 제어신호를 수신 받아 제어되는 파지기구부(140)를 포함한다.

근전도 센서(30)는 근전 전동의수를 동작시키기 위해 상지절단 환자(이하,환자)의 잔존근육으로부터 미세한 근육의 움직임을 파악하여 전기적 신호(근전도 신호)를 발생시킨다. 근전도 센서(30)의 종류는 다양하며, 본 발명에서의 근전도 센서(30)는 특정 종류의 것으로 한정되지 않는다. 예컨대 근전도 센서(30)는 엔벨롭(envelop) 형태를 갖는 건식 근전센서일 수 있다.

근전도 센서(30)는 소켓(10)에 장착될 수 있다. 여기에서 소켓(10)은 상지절단 환자의 절단부위에 근전 전동의수를 착용하기 위해 마련되는 연결부품에 해당한다. 예컨대 소켓(10)에는 근전도 센서(30)가 장착될 수 있는 공간이 마련됨으로써 환자가 소켓(10)을 착용하면, 근전도 센서(30)가 환자의 피부에 부착된다. 한편, 소켓(10)의 단부에는 파지기구부(140)가 결합될 수 있으나, 본 발명에서는 근전 전동의수의 유지보수를 위한 진단을 주 목적으로 하므로 파지기구부(140)가 소켓(10)에 결합되지 않아도 무방하다.

근전도 센서(30)는 복수개 일 수 있다. 예컨대 두 개의 근전도 센서(30)가 각각 환자의 신근(extensor digitorum)과 굴근(flexor carpi ulnaris)이 있는 피부에 부착된 후, 근전도 센서(30)에서 검출되는 근전도 신호와 기 설정된 근전도 신호의 문턱치를 비교하는 방식을 이용할 수 있다. 물론 근전도 센서(30)는 경우에 따라 세 개 이상 이용될 수도 있다.

근전도 센서(30)가 작동하는 방식의 일 예를 설명하면 다음과 같다. 근전도 센서(30)는 환자의 잔존근육에서 나오는 10mV 이하의 미세신호를 근전 전동의수의 제어신호(0~5V)로 사용하기 위해 먼저 대역필터(0~1kHz)를 통과시켜 몸동작에서 발생하는 저주파 노이즈와 그 외 고주파 노이즈가 제거된다. 그리고 1차 증폭 후 일상생활에서 사용되는 가정용 전자 제품의 상용 노이즈를 제거하기 위해 60hz 노치필터를 통과하면 순수 근전도 신호는 2단 증폭단에 의해 0~5V로 증폭되어 근전 전동의수의 제어신호로 사용된다. 근전도 센서(30)가 엔벨롭(envelop) 형태를 갖는 건식 근전센서인 경우에는 엔벨롭 형태의 근전도 신호를 얻기 위해 500hz 저역 통과필터를 추가 구성할 수 있다.

브리지 모듈(110)은 환자가 착용하는 소켓(10)의 단부에 연결된다. 브리지 모듈(110)은 배터리(20), 소켓(10)에 장착되어 환자의 피부에 부착되는 복수의 근전도 센서(30), 그리고 파지기구부(140)를 제어하는 제어부(미도시)를 상호 연결하는 기능을 한다. 브리지 모듈(110)의 세부 구성에 대해서는 다른 도면을 참조하여 후술한다.

시각피드백부(120)는 브리지 모듈(110)에 연결되어 배터리(20) 상태를 점검하고, 근전도 센서(30)로부터 전송된 근전도 신호를 신호처리하고 디스플레이부(130)로 무선 전송한다. 또한 상기 근전도 신호에 기반하여 파지기구부(140)를 제어하기 위한 제어신호를 산출하고 파지기구부(140)로 상기 제어신호를 전송한다. 상기 제어신호의 전송은 무선 또는 유선 방식으로 이루어질 수 있으며, 본 명세서에서는 상기 제어신호의 전송이 유선 방식으로 이루어지는 경우를 중심으로 설명한다.

시각피드백부(120)는 제1 모듈(121)과 제2 모듈(122)를 포함한다. 그리고 제1,2 모듈(121,122)은 서로 다른 기능을 갖는 복수개의 모듈을 포함하여 구성될 수 있다. 제1,2 모듈(121,122)을 이루는 세부 모듈에 대해서는 다른 도면을 참조하여 후술한다.

제1 모듈(121)은 소켓(10) 또는 브리지 모듈(110)에 연결되고, 제2 모듈(122)은 디스플레이부(130)에 연결될 수 있다. 제1 모듈(121)과 제2 모듈(122)은데이터를 무선 송수신한다. 따라서 제1 모듈(121)로부터 제2 모듈(122)로 근전도 신호 데이터가 무선 송신되면, 제2 모듈(122)과 연결된 디스플레이부(130)를 통해 근전도 신호 파형을 화면에 출력할 수 있다.

구체적으로 소켓(10)에 장착된 근전도 센서(30)들로부터 생성되는 근전도 신호는 브리지 모듈(110)을 거쳐 제1 모듈(121)로 전송된다(도 1에 표기된 E 라인을 거침). 상기 근전도 신호는 제1 모듈(121)에서 신호처리되고 제2 모듈(122)로 무선 전송될 수 있다. 또한 제1 모듈(121)은 상기 근전도 신호에 기반하여 제어신호를 산출할 수 있다. 상기 제어신호는 브리지 모듈(110)을 거쳐 파지기구부(140)를 제어하는 데에 이용된다(도 1에 표기된 C 라인을 거침).

제1 모듈(121)의 전원은 배터리(20)로부터 공급받을 수 있다. 따라서 시각피드백부(120)의 전원 공급 상태가 불량하면 배터리(20)에 이상이 생긴 것으로 추정할 수 있다. 제2 모듈(122)의 전원은 디스플레이부(130)로부터 공급받을 수 있다.

디스플레이부(130)는 시각피드백부(120)로부터 전송 받은 근전도 신호 데이터를 기반으로 근전도 신호의 파형을 화면에 표시하는 기능을 한다. 디스플레이부(130)는 화면을 갖는 모든 형태의 단말일 수 있다. 예컨대 디스플레이부(130)는 데스크탑 PC, 노트북, 모바일 기기(스마트폰, 태블릿 PC 등), LCD/LED/OLED 등의 디스플레이 장치 등일 수 있다. 디스플레이부(130)에서 표시하는 근전도 신호의 파형 종류에 대해서는 다른 도면을 참조하여 후술한다.

파지기구부(140)는 전동의수에 해당하는 것으로, 근전도 신호에 기반하여 제1 모듈(121)에서 산출된 제어신호에 따라 제어된다. 파지기구부(140)는 3개의 손가락으로 파지하는 3 finger 타입, 5개의 손가락으로 파지하는 5 finger 타입 등 다양할 수 있으며, 도 1 에서는 파지기구부(140)가 3 finger 타입인 경우를 도시하고 있다. 파지기구부(140)는 물체를 파지할 수 있도록 프레임과, 상기 프레임에 동력을 전달하는 동력전달매커니즘(모터 및 기어 등으로 구성됨) 등으로 구성될 수 있다. 이러한 파지기구부(140)의 구성 등에 대해서는 비특허문헌 1(박세훈, 홍범기 외, 2 자유도 자동손목관절을 가진 근전 전동의수 개발, 제어로봇시스템학회 논문지 제17권 제8호, 2011.8, pp.824-832)등과 같은 여러 공지된 문헌에 개시되어 있으며, 파지기구부(140)의 구체적 구성은 본 발명의 기술적 요지와는 거리가 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.

이하, 브리지 모듈(110)에 대해 구체적으로 설명한다.

도 2는 도 1에 도시된 브리지 모듈(110)의 분해 사시도이다. 도 2를 참조하면, 브리지 모듈(110)은 소켓(10)에 연결되는 소켓 연결부(111)와, 소켓 연결부(111)에 장착되는 회로기판(112)과, 회로기판(112)을 덮는 커버(113)를 포함할 수 있다.

소켓 연결부(111)는 소켓(10)의 단부에 결합한다. 소켓 연결부(111)의 상부에는 회로기판(112)이 장착되어 고정될 수 있는 공간(미표기)이 마련될 수 있고, 중앙에는 소켓(10)과 파지기구부(140)의 연결을 위한 홀(미표기)이 형성될 수 있다.

회로기판(112)은 배터리(10, 도 1 참고), 근전도 센서(30, 도 1 참고) 및 제어부(미도시)와의 접속을 위한 단자를 구비한다. 회로기판(112)은 일반적인 인쇄회로기판(PCB)일 수 있다. 예컨대 도 2에 도시된 바와 같이 회로기판(112)은 도넛 형태로 형성될 수 있다. 그리고 상부면을 따라 두 개의 근전도 센서(30)가 접속하기 위한 센서 단자(112a), 배터리(20)가 접속하기 위한 배터리 단자(112b), 제어부가 접속하기 위한 제어부 단자(112c)가 각각 마련될 수 있다.

커버(113)는 회로기판(112)을 덮는 기능을 하며, 회로기판(112)이 소켓 연결부(111)의 상부에 마련된 공간에 수용되면 회로기판(112)의 상부를 덮는 형태로 하단이 소켓연결부(111)의 상단에 결합할 수 있다. 커버(113)에는 소켓 연결부(111)와 마찬가지로 중앙에 홀(미표기)이 형성될 수 있으며(도넛 형태), 회로기판(112)에 형성된 단자들을 수용하는 단자홀(113a)이 상부면을 따라 형성될 수 있다.

이하, 시각피드백부(120)에 대해 구체적으로 설명한다.

도 3은 도 1에 도시된 시각피드백부(120)의 블록도이다. 시각피드백부(120)는 상술한 바와 같이 제1 모듈(121)과 제2 모듈(122)을 포함하며, 제1,2 모듈(121,122)에 대해서는 중복 설명을 생략하고 이하에서는 세부 모듈을 중심으로 설명한다.

제1 모듈(121)은 소켓(10) 또는 브리지 모듈(110)에 연결된다. 제1 모듈(121)은 제1 MCU 모듈(121a), ADC 모듈(121b), 송신모듈(121c), 제어부(121d)를 포함할 수 있으며, 근전도 신호를 신호처리하는 신호처리모듈(미도시) 등을 더 포함할 수 있다.

제1 MCU 모듈(121a)은 제1 모듈(121)에 포함되는 각종 모듈을 제어하며, MCU(Micro Controller Unit)는 통상적인 모듈이므로 구체적인 설명은 생략한다.

ADC(Analog Digital Converter) 모듈(121b)은 근전도 센서(30)로부터 전송된 근전도 신호를 디지털 신호로 변환한다. 근전도 센서(30)가 상술한 바와 같이 두 개 구비되는 경우에는 각각의 근전도 센서(30)에 대응하여 ADC 모듈(121b)이 마찬가지로 두 개 구비될 수 있다.

송신모듈(121c)은 ADC 모듈(121b)에서 디지털로 변환된 근전도 신호 데이터를 제2 모듈(122)로 무선 전송 한다. 송신모듈(121c)은 와이파이 칩, 블루투스 칩, NFC칩, 무선 통신 칩 등과 같은 다양한 통신 칩을 포함할 수 있다. 이때, 와이파이 칩, 블루투스 칩, NFC 칩은 각각 WiFi 방식, 블루투스 방식, NFC 방식으로 통신을 수행한다. 이 중 NFC 칩은 135kHz, 13.56MHz, 433MHz, 860~960MHz, 2.45GHz 등과 같은 다양한 RF-ID 주파수 대역들 중에서 13.56MHz 대역을 사용하는 NFC(Near Field Communication) 방식으로 동작하는 칩을 의미한다. 와이파이 칩이나 블루투스 칩을 이용하는 경우에는 SSID 및 세션 키 등과 같은 각종 연결 정보를 먼저 송수신하여, 이를 이용하여 통신 연결한 후 각종 정보들을 송수신할 수 있다. 무선 통신 칩은 IEEE, 지그비, 3G(3rd Generation), 3GPP(3rd Generation Partnership Project), LTE(Long Term Evoloution) 등과 같은 다양한 통신 규격에 따라 통신을 수행하는 칩을 의미한다.

제어부(121d)는 근전도 신호에 기반하여 파지기구부(140, 도 1 참고)를 제어하기 위한 제어신호를 산출한다. 제어부(121d)는 근전 전동의수의 구동과 관련된 통상의 구성에 해당하며, 예컨대 디지털로 변환된 근전도 신호가 신호처리를 거쳐 파지기구부(140)의 구동정보로 인식되고 기 설정된 제어알고리즘으로부터 파지기구부(140)를 제어하기 위한 모터를 구동하는 PWM(펄스폭 변조) 레벨이 결정된다. 상기 PWM 레벨은 제1 모듈(121) 내의 신호처리모듈(미도시)로부터 결정될 수 있다. 또한 제어부(121d)는 상기 모터의 구동과정에서 검출되는 위치와 전류정보를 이용하여 손가락의 상태를 지속 감시하여 환자가 원하는 동작이 수행되도록 제어한다.

제어부(121d)에서 산출되는 제어신호는 브리지 모듈(110, 도 1 참고)을 거쳐(도 1에 표기된 C 라인을 거침), 파지기구부(140)로 전송된다(도 1에 표기된 C 라인을 거침).

제2 모듈(122)은 디스플레이부(130)에 연결된다. 제2 모듈(122)은 제2 MCU 모듈(122a), 수신모듈(122b)를 포함할 수 있다.

제2 MCU 모듈(122a)은 제2 모듈(122)에 포함되는 각종 모듈을 제어하며, MCU(Micro Controller Unit)는 통상적인 모듈이므로 구체적인 설명은 생략한다.

수신모듈(122b)은 제1 모듈(121)의 송신모듈(121c)로부터 무선 전송되는 근전도 신호 데이터를 수신한다. 수신모듈(122b)은 송신모듈(121c)과 마찬가지로 다양한 통신 칩을 포함할 수 있으며 중복설명은 생략한다.

이하, 진단 시스템(100)에서 근전 전동의수를 진단하는 과정을 설명한다.

도 4는 도 1의 진단 시스템(100)에서 근전 전동의수를 진단하는 과정을 나타내는 순서도이며, 도 5는 도 4에 표기된 근전도 신호의 파형 모드의 일 예를 나타내는 그래프이다.

도 4를 참조하면, 근전 전동의수 진단을 위해 환자는 소켓(10, 도 1 참고)을 착용한다. 소켓(10)의 단부에는 브리지 모듈(110, 도 1 참고)이 결합되고, 소켓(10) 또는 브리지 모듈(110)에는 제1 모듈(121, 도 1 참고)이 연결 설치되고, 제2 모듈(122, 도 1 참고)이 디스플레이부(130, 도 1 참고)에 연결 설치됨으로써 시각피드백부(120)가 설치된다.

근전 전동의수 진단시, 우선 시각피드백부(120)의 전원 상태를 확인한다. 시각피드백부(120)는 브리지 모듈(110)에 연결된 배터리(20, 도 1 참고)로부터 전원을 공급받기 때문이다. 시각피드백부(120)의 전원 상태가 양호하면 문제가 되지 않지만, 전원 상태가 불량이면 배터리(20)에 문제가 생긴 것으로 추정될 수 있다. 따라서 후자의 경우 배터리(20)를 교환하는 조치를 취할 수 있다(이상 S10 단계).

다음으로 환자의 움직임에 의해 근전도 센서(30)가 근전도 신호를 생성함으로써 시각피드백부(120)가 동작된다. 시각피드백부(120)의 제1 모듈(121)은 상기 근전도 신호를 디지털 신호로 변환하고 신호 처리 등을 하여 제2 모듈(122)로 무선 송신한다. 제2 모듈(122)은 상기 근전도 신호 데이터를 수신 받고 제2 모듈(122)에 연결된 디스플레이부(130)의 화면에는 상기 근전도 신호 파형이 출력된다(이상 S20 단계).

근전도 신호 파형은 크게 네 가지 종류로 구분될 수 있다(M1 내지 M4). 이러한 근전도 신호 파형은 도 5의 좌측에서부터 순서대로 M1, M2, M3, M4의 신호 파형으로 도시된다. 도 5를 참조하면, 두 개의 근전도 센서로부터 생성된 두 개의 근전도 신호 파형이 함께 화면에 표시된다. 즉 근전도 신호는 제1 신호(1) 및 제2 신호(2)를 포함한다. 제1 신호(1) 및 제2 신호(2)의 파형 형태에 따라 근전도 신호 파형은 네 가지 모드를 갖는다.

1. 오프셋 전압 모드(M1 모드)

오프셋 전압 모드(M1)는 입력 회로의 신호가 없음에도 불구하고 출력 회로의 신호가 발생하는 형태를 의미한다. 오프셋 전압 모드가 발생하는 원인은 두 가지 중 하나다. 하나는 소켓(10)의 착용상태가 불량한 것이고, 다른 하나는 근전도 센서(30) 자체가 불량한 경우다. 따라서 디스플레이부(130)에 오프셋 전압 모드(M1)가 나타나면 우선 소켓(10)의 착용 상태를 확인한다. 그리고 소켓(10)의 착용 상태가 불량인 경우에는 소켓을 교환하는 조치를 취한다(이상 S31 단계). 반면 소켓(10)의 착용 상태가 양호한 경우에는 근전도 센서(30)의 게인(gain)을 하향 제어한다. 근전도 센서(30)의 게인이 높게 설정된 경우에도 오프셋 전압 모드가 나타날 수 있기 때문이다. 근전도 센서(30)의 게인을 하향 제어했을 때 오프셋 전압 모드(M1)가 사라지면 센서 문제는 없는 것으로 추정될 수 있다. 반면 근전도 센서(30)의 게인을 하향 제어해도 계속 오프셋 전압 모드(M1)가 나타나면 센서 자체의 문제로 센서를 교환하는 조치를 취할 수 있다(이상 S32 단계).

2. Low 전압 모드(M2 모드)

Low 전압 모드(M2)는 근전도 신호 파형의 진폭(Amplitude)이 기준치 이하인 경우를 의미한다. Low 전압 모드가 발생하는 원인은 근전도 센서(30)의 게인이 낮게 설정된 경우에 나타날 수 있다. 따라서 디스플레이부(130)에 Low 전압 모드(M2)가 나타나면 근전도 센서(30)의 게인을 상향 제어한다. 근전도 센서(30)의 게인을 상향 제어했을 때 Low 전압 모드(M2)가 사라지면 센서 문제는 없는 것으로 추정될 수 있다. 반면 근전도 센서(30)의 게인을 상향 제어해도 계속 Low 전압 모드(M2)가 나타나면 센서 자체의 문제로 센서를 교환하는 조치를 취할 수 있다(이상 S41 단계).

3. 중첩 모드(M3 모드)

중첩 모드(M3)는 두 개의 근전도 신호 파형이 서로 중첩되어 나타나는 경우를 의미한다. 중첩 모드가 발생하는 원인은 두 가지 중 하나다. 하나는 소켓(10)이 불량하여 근전도 센서(30)의 배치가 잘못된 경우고, 다른 하나는 복수개의 근전도 센서(30)의 게인이 서로 잘못 설정된 경우다. 따라서 디스플레이부(130)에 중첩 모드(M3)가 나타나면 우선 근전도 센서(30)들의 게인을 상향 제어하거나 하향 제어한다. 근전도 센서(30)들의 게인을 제어함으로써 중첩 모드(M3)가 사라지면 문제가 해결된 것으로 추정될 수 있다. 반면 근전도 센서(30)들의 게인을 제어했음에도 계속 중첩 모드(M3)가 나타나면 소켓(10)이 불량한 경우로 소켓(10)을 교환하는 조치를 취할 수 있다(이상 S51 단계).

4. 정상 모드(M4 모드)

정상 모드(M4)는 두 개의 근전도 신호 파형이 이상 형태를 보이지 않는 경우를 의미한다. 이 경우에는 소켓(10)의 불량 문제나 근전도 센서(30)의 불량 문제가 없는 것으로 추정될 수 있다.

한편, 상기 근전도 신호의 파형이 정상 모드(M4)가 아닌 경우에는 근전도 센서(30)의 확인 점검을 위해 근전도 센서(30)의 게인을 제어하는 과정이 존재한다. 이 때 해당 근전도 신호의 파형에 맞추어 근전도 센서(30)의 게인을 상향 제어 또는 하향 제어하는 센서제어모듈(미도시)이 시각피드백부(120)에 추가적으로 포함될 수 있다. 상기 센서제어모듈은 제1 모듈(121) 내에 위치할 수 있으며, 제1 MCU(121a)를 통해 근전도 센서(30)의 게인을 조절할 수 있다.

근전 전동의수의 유지 보수자는 디스플레이부(130)에 출력되는 근전도 신호의 파형을 확인한 후, 각 파형 모드에 따른 조치를 취함으로써 신속하게 용이하게 근전 전동의수를 유지 보수할 수 있다. 특히 근전 전동의수가 오동작하거나 작동 불능인 경우에 그 원인이 배터리, 근전도 센서, 소켓 중 어디에서 기인하는지를 용이하게 파악 가능하다.

한편, 상술한 것과 같이 디스플레이부(130)에 출력되는 근전도 신호의 파형이 정상 모드(M4)인 경우에는 배터리, 근전도 센서, 소켓 모두에 이상이 없는 것으로 추정될 수 있으므로, 이어서 파지기구부(140)와 파지지구부(140)의 제어부를 진단하는 과정을 거칠 수 있다.

예컨대 파지기구부(140)를 제1 모듈(121)의 제어부(121d)와 연결한 후에, 파지기구부(140)로 제어신호를 주었을 때 파지기구부(140)가 반응하지 않거나 제어신호에 맞게 반응하지 않은 경우에는 제어 매커니즘에 문제가 생긴 것으로 추정될 수 있다. 그리고 파지기구부(140)가 제어신호에 맞게 반응은 하되 동작 수행이 원활하지 않은 경우(예컨대 불안정한 동작, 파지력이 약함, 폄동작 불능 등)에는 파지기구부(140) 자체에 문제가 생긴 것으로 추정될 수 있다. 전자의 경우에는 제어알고리즘 등을 확인 점검하는 조치를 취할 수 있으며, 후자의 경우에는 파지기구부(140)를 구성하는 모터, 변속기, 배터리, 브레이크, 감속기, 링크 등을 확인 점검하는 조치를 취할 수 있다.

파지기구부(140)와 파지기구부(140)의 제어부를 진단하는 과정은 파지기구부(140)를 연결한 후에 소모전류를 측정하는 방식으로도 이루어질 수 있다. 예컨대 도 4에 도시된 바와 같이, 파지기구부(140)를 연결한 후에 소모전류를 측정하고, 측정된 소모전류가 불량인 경우(즉 기준범위를 벗어나는 경우)에는 제어부의 문제로 추정될 수 있으므로 제어부를 교체하는 조치를 취할 수 있으며, 측정된 소모전류가 양호한 경우에는 파지기구부(140) 자체만을 추가 진단하는 단꼐로 넘어갈 수 있다(이상 S60 단계).

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 따른 근전 전동의수 진단 시스템은 단계별로 근전전동의수를 이루는 각 구성부품의 이상유무를 진단함으로써, 근전 전동의수의 오동작 또는 작동 불능의 원인이 배터리, 근전도 센서, 제어부, 소켓, 파지기구부 중 어디에서 기인하는지를 용이하게 파악할 수 있다. 따라서 근전 전동의수를 신속하고 높은 신뢰성으로 유지보수 할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였다. 그러나 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 기술의 구체적 적용에 따른 단순한 설계변경, 일부 구성요소의 생략, 단순한 용도의 변경 등의 형태로 본 발명을 다양하게 변형할 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함됨은 자명하다.

10: 소켓 20: 배터리
30: 근전도 센서 100: 근전 전동의수 진단 시스템
110: 브리지 모듈 111: 소켓연결부
112: 회로기판 113: 커버
120: 시각피드백부 121: 제1 모듈
121a: 제1 MCU 121b: ADC 모듈
121c: 송신모듈 121d: 제어부
122: 제2 모듈 122a: 제2 MCU
122b: 수신모듈 130: 디스플레이부
140: 파지기구부

Claims (7)

1. 사용자가 착용하는 소켓에 연결되는 것으로, 배터리와, 상기 소켓에 장착되어 상기 사용자의 피부에 부착되는 복수의 근전도 센서와, 하기 파지기구부를 제어하는 제어부를 상호 연결하는 브리지 모듈;
   상기 브리지 모듈에 연결되어 상기 배터리 상태를 점검하고, 상기 근전도센서로부터 전송된 근전도 신호를 신호처리하고 전송하며, 상기 근전도 신호에 기반하여 제어신호를 산출하고 전송하는 시각피드백부;
   상기 근전도 신호의 파형을 화면에 표시하는 디스플레이부; 및
   상기 제어신호에 따라 제어되는 파지기구부를 포함하고,
   상기 시각피드백부는 상기 근전도 신호를 무선 송신하는 제1 모듈 및 무선 수신하는 제2 모듈을 포함하는 근전 전동의수 진단 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 브리지 모듈은 상기 소켓과 연결되는 소켓 연결부와, 상기 소켓 연결부에 장착되고 상기 배터리, 근전도 센서 및 제어부와의 접속을 위한 단자를 구비하는 회로기판과, 상기 회로기판을 덮는 커버를 포함하는 근전 전동의수 진단 시스템.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 모듈은 상기 소켓 또는 브리지 모듈에 연결되고, 제1 MCU 모듈과, 상기 근전도 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analog Digital Converter) 모듈과, 상기 근전도 신호를 무선으로 송신하는 송신모듈과, 상기 근전도 신호에 기반하여 상기 파지기구부를 제어하는 제어신호를 산출하는 제어부를 포함하는 근전 전동의수 진단 시스템.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 제2 모듈은 상기 디스플레이부와 연결되고, 제2 MCU 모듈과, 상기 근전도 신호를 무선으로 수신하는 수신모듈을 포함하는 근전 전동의수 진단 시스템.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 근전도 신호는 제1 신호 및 제2 신호를 포함하고,
   상기 근전도 신호의 파형은 상기 제1 신호 및 제2 신호가 오프셋 전압 파형을 갖는 오프셋 전압 모드, 기준치 이하 전압의 Low 전압 모드, 중첩 파형을 갖는 중첩 모드 및 기준치 이상 전압의 정상 파형을 갖는 정상 모드로 구분되는 근전 전동의수 진단 시스템.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 시각피드백부는 상기 근전도 신호의 파형이 상기 오프셋 전압 모드, Low 전압 모드 또는 중첩 모드에 해당하는 경우 상기 근전도 센서의 게인(Gain)을 상향 또는 하향하는 센서제어모듈을 더 포함하는 근전 전동의수 진단 시스템.

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