KR101624615B1 - Method and apparatus for modeling dynamic muscle stiffness and method tereof - Google Patents

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KR101624615B1 KR1020140151985A KR20140151985A KR101624615B1 KR 101624615 B1 KR101624615 B1 KR 101624615B1 KR 1020140151985 A KR1020140151985 A KR 1020140151985A KR 20140151985 A KR20140151985 A KR 20140151985A KR 101624615 B1 KR101624615 B1 KR 101624615B1
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Abstract

본 기술은 근육 동특성 모델링 장치 및 방법이 개시된다. 구체적으로는, 소정 무게의 하중과 생체 무게를 합산한 질랑에 대한 근육 강성을 도출하고 질량이 부여된 생체에 가해진 가진력 및 가속도에 대한 관계식인 전달함수를 토대로 근육 강성을 도출하며 도출된 근육 강성을 토대로 손실 계수가 고려된 근육의 등가 강성을 도출하고 도출된 근육의 등가 강성으로 근육의 동특성을 추정함에 따라, 생체 내의 근육 강성에 대한 동특성을 용이하게 도출할 수 있고, 근육 강성을 도출하기 위한 물성을 정확하게 도출할 수 있게 된다.The present invention discloses an apparatus and method for modeling muscle dynamic characteristics. Specifically, we derive the muscle stiffness of a jugular that is a sum of a load of a predetermined weight and a living body weight, derive a muscle stiffness based on a transfer function, which is a relation to an excitation force and acceleration applied to a living body to which a mass is applied, Based on the derived equivalent stiffness of the muscle considering the loss factor and estimating the dynamic characteristics of the muscle by the equivalent stiffness of the derived muscle, it is possible to easily derive the dynamic characteristics of the muscle stiffness in the living body, Can be accurately derived.

Description

근육 동특성 모델링 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MODELING DYNAMIC MUSCLE STIFFNESS AND METHOD TEREOF}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and an apparatus for modeling muscular dynamics,

본 발명은 근육 동특성 모델링 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소정 무게의 하중 및 생체 무게의 합산으로 이루어진 질량에 대한 근육 강성과 생체에 가해진 가진력 및 가속도에 대한 근육 응답성을 토대로 손실 계수가 반영된 근육의 등가 강성을 도출하고 도출된 근육 등가 강성으로 생체 내의 근육 동특성을 추정할 수 있도록 한 장치 및 방법에 관한 것이다.
More particularly, the present invention relates to an apparatus and method for modeling muscular dynamics, and more particularly, to a system and method for modeling muscle dynamic characteristics, The present invention relates to an apparatus and a method for deriving an equivalent stiffness of a reflected muscle and estimating muscle dynamic characteristics in a living body with the derived equivalent muscle stiffness.

인체의 관절 운동을 일으키는 근육에 대한 수학적 모델링과 근력의 예측을 위한 개발은 힐(Hill)이 근육모델을 제시한 이후로 꾸준히 진행 발전하고 있다. 즉 근력-근육길이 관계를 모델링하였으며，이 후 근섬유의 우모각의 효과를 적용시켜 근력-근육길이 관계식을 더욱 발전하였으며. 근력-근육속도 효과를 고려한 동적 근육모델을 완성하였다.The development of mathematical modeling and muscle strength prediction for the muscles of the human body has been steadily progressing since Hill presented the muscle model. The muscle - muscle length relationship was modeled and then the muscle - muscle length relationship was further improved by applying the effect of the muscle angle. A dynamic muscle model with muscle force - muscle velocity effect was completed.

그러나, 근력은 연령，근육 발달 정도，즐겨 하는 운동의 종류，타고난 운동 반사 신경 등 개인의 상태에 따라 다르기 때문에 근육의 거동 및 역학적 특성은 이러한 조건에 따라 달라진다. 이러한 근육의 특성은 물리적으로 측정 가능한 신체，즉 골격의 크기，근육의 길이，부피 등에 의해 결정되는 특성과 순발력，집중력과 같이 직접적인 방법으로 측정이 불가능한 요소에 의한 특성의 두 가지 종류로 나눌 수 있다. 이러한 특성들은 근육의 수학적 모델에서 파라미터로 정의됨으로써 모델링에서 가장 중요한 요소는 이 파라미터들이다.However, muscle strength and mechanical properties of muscles depend on these conditions, because muscle strength varies with age, muscle development, type of exercise, and natural motor reflexes. The characteristics of these muscles can be divided into physically measurable bodies, that is, characteristics determined by the size of the skeleton, muscle length, volume, etc., . These characteristics are defined as parameters in the mathematical model of muscles, so these parameters are the most important factors in modeling.

이러한 근육의 수학적 모델링이 발전하여 완성되어감에 따라 이러한 근육의 모델링을 이용한 모의 실험이 활발히 진행되었고，그 결과의 신뢰성을 더욱 높이기 위하여 정확한 근육 파라미터 값들을 찾고자 하는 노력이 꾸준히 진행되어 왔다.As the mathematical modeling of these muscles has been developed and completed, simulations using such muscle modeling have been actively conducted, and efforts have been made to find accurate muscle parameter values to further improve the reliability of the results.

그러나, 대부분의 수학적 모델링은 힐 타입의 근육 모델로부터 제안되고 있으며, 힐이 고안한 기존의 근육모델에서는 생체 내의 근육의 동특성에 대한 정보를 얻기 힘들다는 한계가 존재하는 바, 이러한 한계점은 실시간으로 생체역학 컴퓨터 시뮬레이션 해석이 불가능하다.However, most of the mathematical modeling is proposed from a heel type muscle model, and existing heel-designed muscle models have limitations in that it is difficult to obtain information about the dynamic characteristics of the muscles in the living body. Mechanics Computer simulation analysis is impossible.

따라서, 상기 한계점을 극복하기 위해 손실 계수가 고려된 근육의 등가 강성을 도출하기 위한 수학적 모델링이 필요하고 그에 적합한 생체 역학을 이용한 근육의 동특성 시뮬레이션 알고리즘이 개발하여야 하였다.
Therefore, in order to overcome the limitations, mathematical modeling is needed to derive the equivalent stiffness of the muscle considering the loss factor, and a dynamic simulation algorithm for the muscle using biomechanics has to be developed.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 소정 무게의 하중과 생체 무게를 합산한 질랑에 대한 근육 강성을 도출하고 질량이 부여된 생체에 가해진 가진력 및 가속도에 대한 근육의 응답성을 도출하며 도출된 근육 응답성을 나타내는 전달 함수의 주파수 영역에서 기 정의된 손실 계수가 고려된 근육의 등가 강성을 도출하고 도출된 근육의 등가 강성으로 질량 변동에 따른 근육 강성 및 손실 계수를 분석하여 생체 내의 근육의 동특성을 추정함에 따라, 생체 내의 근육 강성의 동특성을 용이하게 도출할 수 있는 근육 동특성 모델링 장치 및 방법을 제공하고자 함에 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for deriving muscular rigidity for a jugular, which is a sum of a weight of a predetermined weight and a living body weight, The equivalent stiffness of the muscles was calculated by deducing the previously defined loss factor in the frequency domain of the transfer function, which represents the response of the muscles, and the muscle stiffness due to the mass variation And to provide a muscle kinetic modeling apparatus and method that can easily derive the dynamic characteristics of muscular rigidity in a living body by analyzing the loss coefficient and estimating the dynamic characteristics of the muscles in the living body.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따른 근육의 동특성 모델링 장치는,According to a first aspect of the present invention, there is provided an apparatus for modeling muscle dynamic characteristics,

생체에 부여된 소정 무게의 하중과 생체 무게의 합산으로 이루어진 질량에 대한 근육 강성을 도출하는 근육 강성 도출부와,A muscle stiffness deriving part for deriving a muscle stiffness with respect to a mass formed by summing a load of a predetermined weight given to a living body and a living body weight,

소정 무게의 질량(m)이 부여된 생체에 임펙트 해더를 이용하여 가속도로 가해진 가진력(

Figure 112015117120619-pat00023
) 및 가속도(
Figure 112015117120619-pat00024
)에 대한 근육의 응답성(
Figure 112015117120619-pat00025
)을 도출하는 근육 응답성 도출부와, An impulse force applied to the living body to which a mass m of a predetermined weight is applied,
Figure 112015117120619-pat00023
) And acceleration (
Figure 112015117120619-pat00024
) Of muscle response to
Figure 112015117120619-pat00025
A muscle response derivation part for deriving the muscle response response,

상기 근육의 응답성을 나타내는 전달 함수의 주파수 영역에서 기 정해진 손실 계수가 반영된 근육의 등가 강성을 도출하고 도출된 근육의 등가 강성을 토대로 질량 변동에 따른 근육 강성 및 손실 계수를 분석하여 생체 내의 근육 동특성을 추정하는 근육 동특성 분석부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Based on the equivalent stiffness of the derived muscle, the muscle stiffness and loss coefficient according to the mass fluctuation are analyzed based on the equivalent stiffness of the muscle reflecting the predetermined loss coefficient in the frequency domain of the transfer function indicating the responsiveness of the muscle, And a muscle dynamic characteristic analyzing unit for estimating a muscle dynamic characteristic analyzing unit.

여기서, 상기 근육 강성 도출부는,Here, the muscle stiffness derivation unit may include:

생체에 가해진 소정 무게의 하중에 대한 근육 강성을 기 정해진 질량 스프링 모델의 운동 방정식을 토대로 도출되며, 상기 근육 강성은 다음 식 1을 만족하는 것이 바람직하다.The muscle rigidity of the mass-spring model is determined based on the equation of motion of the mass-spring model with respect to the load of the predetermined weight applied to the living body, and the muscle rigidity preferably satisfies the following equation (1).

Figure 112014106091556-pat00001
... 식 1
Figure 112014106091556-pat00001
... Equation 1

여기서, m은 생체 무게에 소정의 하중을 더한 질량이고, k는 질량을 버티기 위해 활성화된 근육 강성이다.Here, m is the mass obtained by adding a predetermined load to the living body weight, and k is the muscle stiffness activated to block the mass.

그리고, 상기 근육 응답성 도출부는,In addition, the muscle response-

상기 질량(m)이 부여된 생체에 임펙트 해머를 이용하여 가속도(

Figure 112015117120619-pat00026
)로 가해진 가진력 (
Figure 112015117120619-pat00027
) 및 상기 가속도(
Figure 112015117120619-pat00028
)비로 근육의 응답성(
Figure 112015117120619-pat00029
)을 정의하고, 정의된 상기 근육의 응답성(
Figure 112015117120619-pat00030
)은 질량(m) 및 근육 강성(
Figure 112015117120619-pat00031
) 및 진동수(w)에 대해 기 정의된 관계식인 전달 함수로부터 도출하도록 구비되며, 상기 전달함수는 다음 식 2를 만족하는 것이 바람직하다.Using the impact hammer applied to the living body to which the mass (m) is imparted, the acceleration
Figure 112015117120619-pat00026
) Applied to the excitation force (
Figure 112015117120619-pat00027
) And the acceleration (
Figure 112015117120619-pat00028
) Responsiveness of muscle to rain
Figure 112015117120619-pat00029
), And the defined response of the muscles (
Figure 112015117120619-pat00030
) Is the mass (m) and the muscle stiffness (
Figure 112015117120619-pat00031
) And the frequency (w), and the transfer function preferably satisfies the following formula (2): " (2) "

Figure 112014106091556-pat00002
... 식 2
Figure 112014106091556-pat00002
... Equation 2

여기서, 상기 w는 진동수이다.Here, w is a frequency.

한편, 상기 등가 강성(

Figure 112015117120619-pat00032
)는 기 정해진 손실 계수(
Figure 112015117120619-pat00033
)를 반영한 근육 강성으로 정의하고 정의된 등가 강성(
Figure 112015117120619-pat00034
)는 질량(m), 근육 응답성(
Figure 112015117120619-pat00035
) 및 진동수(w)에 대해 기 정해진 관계식으로부터 도출되도록 구비되고, 상기 등가 강성(
Figure 112015117120619-pat00036
)은 다음 식 3을 만족하는 것이 바람직하다.On the other hand, the equivalent stiffness (
Figure 112015117120619-pat00032
) Is the predetermined loss factor (
Figure 112015117120619-pat00033
) Defined as the muscle stiffness reflecting the equivalent stiffness (
Figure 112015117120619-pat00034
) Is the mass (m), muscle response (
Figure 112015117120619-pat00035
) And the frequency (w), and the equivalent stiffness (
Figure 112015117120619-pat00036
) Satisfies the following expression (3).

Figure 112014106091556-pat00003
... 식 3
Figure 112014106091556-pat00003
... Equation 3

여기서, η는 손실 계수이다.Where eta is the loss factor.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 관점에 따른 근육의 동특성 모델링 방법은,According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of modeling muscle dynamic characteristics,

생체에 부여된 소정 무게의 하중과 생체 무게를 합산으로 이루어진 질량에 대한 근육 강성을 도출하는 근육 강성 도출 단계와,A muscle stiffness deriving step of deriving a muscle stiffness with respect to a mass obtained by summing a load of a predetermined weight given to a living body and a living body weight,

소정 무게의 질량(m)이 부여된 생체에 임펙트 해머를 이용하여 가속도(

Figure 112015117120619-pat00037
)및 가해진 가진력(
Figure 112015117120619-pat00038
)에 대한 근육의 응답성(
Figure 112015117120619-pat00039
)을 도출하는 근육 응답성 도출 단계와,(M) is applied to a living body to which an impact hammer is applied,
Figure 112015117120619-pat00037
) And the applied excitation force
Figure 112015117120619-pat00038
) Of muscle response to
Figure 112015117120619-pat00039
A muscle response response step of deriving a muscle response response,

상기 근육의 응답성을 나타낸 전달 함수의 주파수 영역에서 기 정의된 손실 계수가 반영된 근육의 등가 강성을 도출하고 도출된 등가 강성을 토대로 질량의 변동에 따른 근육 강성 및 손실 계수를 분석하여 근육 동특성을 추정하는 근육 동특성 분석 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Based on the equivalent stiffness of the muscle with the previously defined loss factor in the frequency domain of the response function of the muscle, we derive the equivalent stiffness of the muscle and analyze the muscle stiffness and loss coefficient according to the variation of mass based on the derived equivalent stiffness to estimate the muscle dynamics And analyzing the muscle dynamic characteristics.

여기서, 상기 근육 강성 도출 단계는,Here, in the deriving the muscle stiffness,

생체에 가해진 소정 무게의 하중에 대한 근육 강성을 기 정의된 질량 스프링 모델의 운동 방정식을 토대로 도출되며, 상기 근육 강성은 다음 식 1을 만족하는 것이 바람직하다.The muscle stiffness with respect to a load of a predetermined weight applied to a living body is derived on the basis of a motion equation of a predefined mass spring model, and the muscle stiffness preferably satisfies the following equation (1).

Figure 112014106091556-pat00004
... 식 5
Figure 112014106091556-pat00004
... Equation 5

여기서, m은 생체 무게에 소정의 하중을 더한 질량이고, k는 질량을 버티기 위해 활성화된 근육 강성이다.Here, m is the mass obtained by adding a predetermined load to the living body weight, and k is the muscle stiffness activated to block the mass.

그리고, 상기 근육 응답성 도출 단계는,In the deriving step,

상기 질량(m)이 부여된 생체에 임펙트 해머를 이용하여 가속도(

Figure 112015117120619-pat00040
)로 가해진 가진력 (
Figure 112015117120619-pat00041
) 및 상기 가속도(
Figure 112015117120619-pat00042
)비로 근육의 응답성(
Figure 112015117120619-pat00043
)을 정의하고, 정의된 상기 근육의 응답성(
Figure 112015117120619-pat00044
)은 질량(m) 및 근육 강성(
Figure 112015117120619-pat00045
) 및 진동수(w)에 대해 기 정의된 관계식인 전달 함수로부터 도출하도록 구비되며, 상기 전달함수는 다음 식 6를 만족하는Using the impact hammer applied to the living body to which the mass (m) is imparted, the acceleration
Figure 112015117120619-pat00040
) Applied to the excitation force (
Figure 112015117120619-pat00041
) And the acceleration (
Figure 112015117120619-pat00042
) Responsiveness of muscle to rain
Figure 112015117120619-pat00043
), And the defined response of the muscles (
Figure 112015117120619-pat00044
) Is the mass (m) and the muscle stiffness (
Figure 112015117120619-pat00045
) And the frequency (w), and the transfer function is derived from a transfer function which is a predefined relation for the frequency (w)

Figure 112015117120619-pat00005
... 식 6
Figure 112015117120619-pat00005
... Equation 6

여기서, 상기 w는 진동수이다.Here, w is a frequency.

한편, 상기 등가 강성(

Figure 112015117120619-pat00046
)는 기 정해진 손실 계수(
Figure 112015117120619-pat00047
)를 반영한 근육 강성으로 정의하고 정의된 등가 강성(
Figure 112015117120619-pat00048
)는 질량(m), 근육 응답성(
Figure 112015117120619-pat00049
) 및 진동수(w)에 대해 기 정해진 관계식으로부터 도출되도록 구비되고, 상기 등가 강성(
Figure 112015117120619-pat00050
)은 다음 식 7을 만족하는 것이 바람직하다.On the other hand, the equivalent stiffness (
Figure 112015117120619-pat00046
) Is the predetermined loss factor (
Figure 112015117120619-pat00047
) Defined as the muscle stiffness reflecting the equivalent stiffness (
Figure 112015117120619-pat00048
) Is the mass (m), muscle response (
Figure 112015117120619-pat00049
) And the frequency (w), and the equivalent stiffness (
Figure 112015117120619-pat00050
) Satisfies the following expression (7).

Figure 112014106091556-pat00006
... 식 7
Figure 112014106091556-pat00006
... Equation 7

여기서, η는 손실 계수이다.Where eta is the loss factor.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 근육 동특성 모델링 장치 및 방법은, 소정 무게의 하중과 생체 무게를 합산한 질랑에 대한 근육 강성을 도출하고 질량이 부여된 생체에 가해진 가진력 및 가속도에 대해 기 정의된 전달함수를 토대로 생체에 가해진 가진력 및 가속도에 대한 근육의 응답성을 도출하며 도출된 근육 강성을 토대로 손실 계수가 고려된 근육의 등가 강성을 도출하고 도출된 근육의 등가 강성으로 근육의 동특성을 추정함에 따라, 생체 내의 근육 강성에 대한 동특성을 용이하게 도출할 수 있고, 근육 강성을 도출하기 위한 물성을 정확하게 도출할 수 있는 효과를 얻는다.
As described above, the apparatus and method for modeling muscular dynamics according to the present invention derive the muscle stiffness of a jugular, which is a sum of a load of a predetermined weight and a living body weight, and calculate the excitation force and acceleration applied to the mass- Based on the derived transfer function, we derive the response of the muscle to the excitation force and acceleration applied to the living body, derive the equivalent stiffness of the muscle considering the loss factor based on the derived muscle stiffness and estimate the dynamic characteristics of the muscle by the derived stiffness of the derived muscle It is possible to easily derive the dynamic characteristics of the muscle stiffness in the living body and obtain the effect of accurately deriving the physical properties for deriving the muscle stiffness.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 근육 동특성 모델링 장치의 구성을 보인 도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 근육 동특성 모델링 장치의 근육 강성 도출부의 질량 스프링 모델을 보인 도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전달 함수에 따른 근육 강성의 크기를 보인 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전달 함수에 따른 근육 강성의 위상을 보인 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 근육 등가 강성을 보인 도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 손실 계수를 보인 도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 근육 동특성 모델링 과정을 보인 흐름도이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description of the invention given below, serve to further understand the technical idea of the invention. And should not be construed as limiting.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a muscle dynamic characteristic modeling apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG.
2 is a view showing a mass spring model of a muscle rigidity deriving part of a muscle dynamic characteristic modeling apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the magnitude of muscle stiffness according to the transfer function according to the embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the phase of muscle stiffness according to the transfer function according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a view showing muscle equivalent stiffness according to an embodiment of the present invention. FIG.
6 is a graph showing a loss coefficient according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a muscle dynamics modeling process according to another embodiment of the present invention.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다. In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Like reference symbols in the drawings denote like elements.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 근육 동특성 모델링 장치의 구성을 보인 도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 근육 동특성 모델링 장치의 근육 강성 도출부의 질량 스프링 모델을 보인 도이며, 도 3 및 도 4는 도 1에 도시된 근육 응답성 도출부의 근육 응답성의 크기 및 위상를 보인 그래프이고, 도 5 및 도 6은 도 1에 도시된 근육 동특성 분석부의 근육 등가 강성 및 손실 계수를 보인 도이다.2 is a view showing a mass-spring model of a muscle rigidity deriving unit of a muscle dynamic characteristic modeling apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a view showing a mass- And FIG. 4 is a graph showing the magnitude and phase of the muscle response of the muscle response-derived portion shown in FIG. 1, and FIGS. 5 and 6 are graphs showing muscle equivalent stiffness and loss coefficient of the muscle dynamic analyzer shown in FIG.

본 발명의 실시 예에 따른 근육 동특성 모델링 장치는, 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 소정 무게의 하중과 생체 무게를 합산한 질랑에 대한 근육 강성을 도출하고 질량이 부여된 생체에 가해진 가진력 및 가속도에 대해 기 정의된 전달함수를 토대로 생체에 가해진 가진력 및 가속도에 대한 근육의 응답성을 도출하며 도출된 근육 강성을 토대로 손실 계수가 고려된 근육의 등가 강성을 도출하고 도출된 근육의 등가 강성으로 근육의 동특성을 추정하도록 구비된다.1 to 6, the apparatus for modeling muscle dynamic characteristics according to an embodiment of the present invention derives muscle rigidity of a jugular that is a sum of a load of a predetermined weight and a body weight, Based on the predefined transfer function for acceleration, we derive the response of the muscle to the excitation force and acceleration applied to the living body, derive the equivalent stiffness of the muscle considering the loss factor based on the derived muscle stiffness, To estimate the dynamic characteristics of the muscles.

즉, 상기 근육 동특성 모델링 장치는, 근육 강성 도출부(10), 근육 응답성 도출부(30), 및 근육 동특성 분석부(50)를 포함한다.That is, the muscle dynamic characteristic modeling apparatus includes a muscle rigidity derivation unit 10, a muscle response derivation unit 30, and a muscle dynamic characteristic analysis unit 50.

상기 생체라 함은, 인체가 가지고 있는 모든 근육을 말하며 본 발명의 실시 예에서, 팔의 이두근을 일 례로 설명한다. 물론 인체가 가지는 모든 근육에 대해 본 발명의 실시 예에 따른 근육 동특성 모델링 장치의 적용이 가능하다.The living body refers to all muscles possessed by the human body, and in the embodiment of the present invention, the biceps of the arm will be described as an example. Of course, it is possible to apply the muscle dynamic characteristic modeling device according to the embodiment of the present invention to all the muscles of the human body.

우선, 근육 강성 도출부(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 이두근이 활성화를 최대로 향상시킬 수 있는 자세인 팔꿈치 아래 팔 부분을 90도로 유지한 후 팔에 소정 무게의 하중을 부여하고 부여된 각 소정 무게의 하중과 팔 무게를 합산한 질랑에 대해 활성화된 이두근의 근육 강성을 도출하도록 구비된다. As shown in Fig. 2, the muscle rigidity deriving unit 10 maintains the arm portion below the elbow 90 degrees, which is an attitude in which the biceps muscle can be maximally activated, to give a load of a predetermined weight to the arm, The muscular rigidity of the biceps being activated with respect to the jill which is the sum of the load of each predetermined weight and the arm weight.

이때 상기 손목 아래 부분의 손에 힘이 전달되는 경우 이두근이 아닌 전완근에 힘이 들어가는 경우 순수한 이두근의 강성의 측정이 불가능하므로, 순수 이두근에 대한 강성을 도출할 수 있는 기 자세의 유지는 필수적이다.In this case, when the force is transmitted to the hands of the lower part of the wrist, it is impossible to measure the rigidity of the pure biceps when the force is applied to the front biceps rather than the biceps, so it is essential to maintain the posture that can derive the rigidity against the pure biceps.

상기 이두근의 근육 강성은, 기 정해진 자유도 질량 스프링 모델의 운동 방정식으로부터 도출된다.The muscle stiffness of the biceps is derived from the equation of motion of a predetermined degree of freedom mass spring model.

즉, 상기 근육 강성 도출부(10)는 생체에 부여된 소정 무게의 하중 및 팔의 무게가 합산된 질량에 대해 활성된 이두근의 근육 강성을 도출하도록 구비되고, 상기 이두근의 근육 강성은 다음 식 11을 만족하는 것이 바람직하다.That is, the muscle stiffness deriving unit 10 is provided to derive the muscle stiffness of biceps biceps activated against the mass of the sum of the weight of the arm and the weight of the living body, and the muscle stiffness of the biceps is expressed by the following equation 11 Is satisfied.

Figure 112014106091556-pat00007
... 식 11
Figure 112014106091556-pat00007
... Equation 11

여기서, m은 생체 무게에 소정의 하중을 더한 질량이고, k는 질량을 버티기 위해 활성화된 근육 강성이다.Here, m is the mass obtained by adding a predetermined load to the living body weight, and k is the muscle stiffness activated to block the mass.

또한, 상기 근육 응답성 도출부(30)는 상기 생체에 부여된 질량을 가지는 생체의 팔 소정 위치(상지 또는 하지)에 임펙트 헤머를 이용하여 가속도로 상체에 가진력을 가하고 가해진 가속도 및 가진력에 대해 기 정해진 관계식인 전달 함수를 토대로 가해진 가속도 및 가진력에 대한 근육의 응답성을 도출하도록 구비된다. 이때 전달 함수의 하모닉 성분을 이용하여 근육의 응답성이 도출되며, 상기 근육의 응답성은 다음 식 12를 만족한다.  In addition, the muscle response deriving unit 30 applies an excitation force to the upper body with an acceleration using an impact hammer at a predetermined position (upper or lower) of an arm of a living body having a mass imparted to the living body, And to derive the responsiveness of the muscles to the acceleration and the excitation force applied based on the transfer function, which is a predetermined relational expression. At this time, the response of the muscle is derived using the harmonic component of the transfer function, and the response of the muscle satisfies the following expression (12).

Figure 112014106091556-pat00008
... 식 12
Figure 112014106091556-pat00008
... Equation 12

여기서, w는 진동수이다.Where w is the frequency.

그리고, 상기 근육 응답성은 근육 동특성 분석부(50)로 전달된다.The muscle responsiveness is transmitted to the muscle dynamic characteristic analyzer 50.

상기 근육 동특성 분석부(50)는 상기 전달 함수의 수학적 모델링을 통해 주파수 영역에서 기 정해진 손실 계수가 반영된 등가 강성(equivalent stiffness)을 도출하고 도출된 근육의 등가 강성을 토대로 질량 변동에 따른 근육 강성 및 손실 계수를 분석하여 근육 동특성을 추정하도록 구비된다.The muscle dynamic analysis unit 50 derives the equivalent stiffness reflecting the predetermined loss coefficient in the frequency domain through the mathematical modeling of the transfer function and calculates the muscle stiffness according to the mass fluctuation based on the equivalent stiffness of the derived muscle And estimating the muscle dynamic characteristics by analyzing the loss coefficient.

이때 상기 등가 강성은 다음 식 13을 만족한다.The equivalent stiffness satisfies the following equation (13).

Figure 112014106091556-pat00009
... 식 13
Figure 112014106091556-pat00009
... Equation 13

여기서, 상기 η는 손실 계수이며, 상기 손실 계수는 근육의 강도가 근육의 응답성에 미치는 물성을 의미하고, 이러한 물성은 다수의 실험을 통해 얻어진 결과값으로 기 저장되어 있다.Here, η is a loss coefficient, and the loss coefficient means a physical property of the muscle on the responsiveness of the muscle, and the physical property is stored as a result value obtained through a number of experiments.

즉, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 가해진 가진력 및 가속도에 대한 근육 응답성을 토대로 고유 주파수(natural frequency) 영역에서 근육 강성의 위상 및 크기에 대한 측정 및 추정이 가능하다.That is, as shown in FIGS. 3 and 4, it is possible to measure and estimate the phase and magnitude of muscle stiffness in the natural frequency region based on the muscle response to the applied excitation force and acceleration.

이에 반해 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 질량이 증가하여 근육 강성이 증가하는 경우 질량의 증가율 보다 근육 강성의 증가율이 크기 때문에 고유 주파수가 커지는 것을 알 수 있으며, 근육의 등가 강성은 질량이 증가함에 따라 증가하는데 반해 손실 계수의 평균과 표준 편차는 감소하는 것을 알 수 있다, 따라서, 질량이 기 정해진 임계치를 넘어서는 경우 근육 강성 및 손실 계수의 표준 편차가 커지는 것을 알 수 있다.On the other hand, as shown in FIG. 5 and FIG. 6, when the mass is increased and the muscle stiffness is increased, the natural frequency increases because the increase rate of the muscle stiffness is larger than the increase rate of the mass. The mean and standard deviation of the loss coefficient decrease, whereas the standard deviation of the muscle stiffness and loss coefficient increases when the mass exceeds the predetermined threshold.

즉, 상기 근육 동특성 분석부(50)는 상기 질량의 변동에 따라 근육 강성 및 손실 계수의 평균 및 표준 편차의 변동을 토대로 근육 동특성을 시뮬레이션하여 실시간으로 근육 동특성을 추정한다..That is, the muscle dynamic characteristic analyzer 50 simulates muscle dynamic characteristics based on variations in the mean and standard deviation of muscle rigidity and loss coefficient according to the change in mass, and estimates muscle dynamic characteristics in real time.

본 발명의 실시 예에 따르면, 소정 무게의 하중과 생체 무게를 합산한 질랑에 대한 근육 강성을 도출하고 질량이 부여된 생체에 가해진 가진력 및 가속도에 대한 관계식인 전달함수를 토대로 근육 강성을 도출하며 도출된 근육 강성을 토대로 손실 계수가 고려된 근육의 등가 강성을 도출하고 도출된 근육의 등가 강성으로 근육의 동특성을 추정함에 따라, 생체 내의 근육 강성에 대한 동특성을 용이하게 도출할 수 있고, 근육 강성을 도출하기 위한 물성을 정확하게 도출할 수 있게 된다.According to the embodiment of the present invention, the muscle stiffness of a jugular that is a sum of a load of a predetermined weight and a living body weight is derived, and a muscle stiffness is derived based on a transfer function, which is a relational expression for an excitation force and acceleration applied to a living body to which a mass is applied, Based on the derived muscle stiffness, we derive the equivalent stiffness of the muscle considering the loss factor, and estimate the dynamic characteristics of the muscle with the equivalent stiffness of the derived muscle. Thus, it is possible to easily derive the dynamic characteristics of the muscle stiffness in the living body, It is possible to accurately derive the physical properties to be derived.

소정 무게의 하중과 생체 무게를 합산한 질랑에 대한 근육 강성을 도출하고 질량이 부여된 생체에 가해진 가진력 및 가속도에 대한 관계식인 전달함수를 토대로 근육 강성을 도출하며 도출된 근육 강성을 토대로 손실 계수가 고려된 근육의 등가 강성을 도출하고 도출된 근육의 등가 강성으로 근육의 동특성을 추정하는 일련의 과정은 도 7을 참조하여 설명한다.Based on the derived muscle stiffness based on the transfer function, which is a relation to the excitation force and acceleration applied to the body to which the mass is applied, the loss coefficient is calculated based on the derived muscle stiffness A series of processes for deriving the equivalent stiffness of the considered muscle and estimating the dynamic characteristics of the muscle by the equivalent stiffness of the derived muscle will be described with reference to FIG.

도 7은 도 1에 도시된 근육 동특성 모델링 과정을 보인 흐름도로서, 도 1 및 도 7을 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 근육 동특성 모델링 과정을 설명한다.FIG. 7 is a flowchart illustrating the muscle dynamics modeling process shown in FIG. 1, and a muscle dynamics modeling process according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 7. FIG.

우선, 근육 강상 도출부(10)는 생체의 소정 영역에 소정의 하중을 가한 후 하중과 상체 무게를 합산한 질량에 대해 활성화된 근육 강성을 도출한다(단계 101, 103)First, the muscular rigidity deriving section 10 derives the activated muscle stiffness with respect to the mass obtained by adding a predetermined load to a predetermined region of the living body and summing the load and the weight of the upper body (Steps 101 and 103)

이때 상기 근육 강성은, 기 정해진 질량 스프링 모델에 대한 운동 방징식으로 도출된다.At this time, the muscle stiffness is derived as a dynamic equation for the predetermined mass spring model.

그리고, 상기 근육 응답성 도출부(30)는 상기 질량에 부여된 생체의 소정 위치에 임팩트 헤머를 통해 가해진 가속도 및 가진력에 대한 근육의 응답성을 도출한다(단계 105, 107). 이때 상기 가속도는 별도로 마련된 가속도 센서로부터 공급되고 가진력은 생체의 소정 위치에 마련된 센서로부터 공급된다.Then, the muscle response deriving unit 30 derives the response of the muscle to the acceleration and the excitation force applied through the impact hammer to a predetermined position of the living body given to the mass (steps 105 and 107). At this time, the acceleration is supplied from an acceleration sensor provided separately, and the excitation force is supplied from a sensor provided at a predetermined position of the living body.

즉, 이러한 가속도 및 지전력에 대한 근육의 응답성은 가속도 및 지전력에 대해 기 정의된 전달 함수를 토대로 도출되며, 상기 전달 함수는 상기의 식 12를 만족한다.That is, the response of the muscles to the acceleration and the ground power is derived on the basis of the transfer function predefined for the acceleration and the ground power, and the transfer function satisfies Equation (12).

이러한 전달 함수를 토대로 도출된 근육의 응답성은, 상기 근육 동특성 분석부(50)로 전달되며, 상기 근육 동특성 분석부(50)는 근육의 응답성을 나타내는 전달 함수를 이용하여 주파수 영역에서 기 정의된 손실 계수를 고려한 근육의 등가 강성을 도출한다(단계 107, 109).The responsiveness of the muscles derived based on the transfer function is transmitted to the muscle dynamic analysis unit 50. The muscle dynamic analysis unit 50 analyzes the response of the muscles using the transfer function representing the response of the muscles, And the equivalent stiffness of the muscle in consideration of the loss coefficient is derived (steps 107 and 109).

또한 근육 동특성 분석부(50)는 근육의 등가 강성을 토대로 상기 질량의 변동에 따른 근육 강성 및 손실 계수의 변동을 분석하여 근육의 동특성을 추정한다(단계 111).In addition, the muscle dynamic analysis unit 50 estimates the dynamic characteristics of the muscles by analyzing the variation of the muscle stiffness and the loss coefficient according to the variation of the mass based on the equivalent stiffness of the muscle (Step 111).

즉, 기 정의된 수학적 모델링을 통해 근육 강성에 대한 시뮬레이션을 실행하여 상기 근육의 동특성을 실시간으로 추정함에 따라, 생체 역학에 대한 근육 동특성을 용이하게 도출할 수 있게 된다.That is, by simulating muscle rigidity through predefined mathematical modeling and estimating the dynamic characteristics of the muscles in real time, it is possible to easily derive muscular dynamics for the biomechanics.

본 발명의 실시 예에 따르면, 소정 무게의 하중과 생체 무게를 합산한 질랑에 대한 근육 강성을 도출하고 질량이 부여된 생체에 가해진 가진력 및 가속도에 대한 관계식인 전달함수를 토대로 근육 강성을 도출하며 도출된 근육 강성을 토대로 손실 계수가 고려된 근육의 등가 강성을 도출하고 도출된 근육의 등가 강성으로 근육의 동특성을 추정함에 따라, 생체 내의 근육 강성에 대한 동특성을 용이하게 도출할 수 있고, 근육 강성을 도출하기 위한 물성을 정확하게 도출할 수 있게 된다. According to the embodiment of the present invention, the muscle stiffness of a jugular that is a sum of a load of a predetermined weight and a living body weight is derived, and a muscle stiffness is derived based on a transfer function, which is a relational expression for an excitation force and acceleration applied to a living body to which a mass is applied, Based on the derived muscle stiffness, we derive the equivalent stiffness of the muscle considering the loss factor, and estimate the dynamic characteristics of the muscle with the equivalent stiffness of the derived muscle. Thus, it is possible to easily derive the dynamic characteristics of the muscle stiffness in the living body, It is possible to accurately derive the physical properties to be derived.

여기에 제시된 실시 예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 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 본 발명을 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 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The steps of a method or algorithm described in connection with the embodiments disclosed herein may be embodied in the form of a program form which may be performed via a variety of computing 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 recorded on the medium may be those specially designed and constructed for the present invention 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 present invention, and vice versa.

지금까지 본 발명을 바람직한 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 상기한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 또는 수정이 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 미친다 할 것이다.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, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

소정 무게의 하중과 생체 무게를 합산한 질랑에 대한 근육 강성을 도출하고 질량이 부여된 생체에 가해진 가진력 및 가속도에 대한 관계식인 전달함수를 토대로 근육 강성을 도출하며 도출된 근육 강성을 토대로 손실 계수가 고려된 근육의 등가 강성을 도출하고 도출된 근육의 등가 강성으로 근육의 동특성을 추정함에 따라, 생체 내의 근육 강성에 대한 동특성을 용이하게 도출할 수 있고, 근육 강성을 도출하기 위한 물성을 정확하게 도출할 수 있는 근육 동특성 모델링 장치 및 방법에 대한 운용의 정확성 및 신뢰도 측면, 더 나아가 성능 효율 면에 매우 큰 진보를 가져올 수 있으며, 적용되는 생체 역학 시뮬레이터의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.Based on the derived muscle stiffness based on the transfer function, which is a relation to the excitation force and acceleration applied to the body to which the mass is applied, the loss coefficient is calculated based on the derived muscle stiffness By deriving the equivalent stiffness of the considered muscle and estimating the dynamic characteristics of the muscle with the equivalent stiffness of the derived muscle, it is possible to easily derive the dynamic characteristics of the muscle stiffness in the living body and to accurately derive the physical properties for deriving the muscle stiffness Which can make a great progress in terms of accuracy and reliability of operation of the device and method for modeling muscular dynamics of muscles, and furthermore, performance efficiency, and it is not only possible to market or operate the applied biomechanical simulator, It is possible that an invention that is industrially applicable .

Claims (8)

생체에 부여된 소정 무게의 하중과 생체 무게의 합산으로 이루어진 질량(m)에 대한 근육 강성(k)을 도출하는 근육 강성 도출부와,
소정 무게의 질량(m)이 부여된 생체에 임펙트 해머를 이용하여 가속도(
Figure 112015117120619-pat00051
)및 가해진 가진력(
Figure 112015117120619-pat00052
)에 대한 근육의 응답성(
Figure 112015117120619-pat00053
)을 도출하는 근육 응답성 도출부와,
상기 근육의 응답성을 나타내는 전달 함수의 주파수 영역에서 기 정해진 손실 계수가 반영된 근육의 등가 강성을 도출하고 도출된 근육의 등가 강성을 토대로 질량 변동에 따른 근육 강성 및 손실 계수를 분석하여 근육 동특성을 추정하는 근육 동특성 분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 근육 동특성 모델링 장치.A muscle stiffness deriving part for deriving a muscle stiffness (k) with respect to a mass m, which is a sum of a load of a predetermined weight given to a living body and a living body weight;
(M) is applied to a living body to which an impact hammer is applied,
Figure 112015117120619-pat00051
) And the applied excitation force
Figure 112015117120619-pat00052
) Of muscle response to
Figure 112015117120619-pat00053
A muscle response derivation part for deriving the muscle response response,
Based on the equivalent stiffness of the muscles of the muscles reflecting the predetermined loss coefficient in the frequency domain of the transfer function representing the responsiveness of the muscles and analyzing the muscle stiffness and loss coefficient according to the mass fluctuation based on the derived muscle rigidity, And a muscle dynamic characteristic analyzing unit for analyzing the muscular dynamic characteristic of the muscle. 제1항에 있어서, 상기 근육 강성 도출부는,
생체에 가해진 소정 무게의 하중에 대한 근육 강성을 기 정해진 질량 스프링 모델의 운동 방정식을 토대로 도출되며, 상기 근육 강성은 다음 식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 근육 동특성 모델링 장치.
Figure 112014106091556-pat00010
... 식 1
여기서, m은 생체 무게에 소정의 하중을 더한 질량이고, k는 질량을 버티기 위해 활성화된 근육 강성이다.The apparatus of claim 1, wherein the muscle stiffness derivation unit comprises:
The muscle kinetic modeling apparatus according to claim 1, wherein the muscle rigidity is derived based on an equation of motion of a mass-spring model, which is based on a predetermined weight of the living body.
Figure 112014106091556-pat00010
... Equation 1
Here, m is the mass obtained by adding a predetermined load to the living body weight, and k is the muscle stiffness activated to block the mass. 제2항에 있어서, 상기 근육 응답성 도출부는,
상기 질량(m)이 부여된 생체에 임펙트 해머를 이용하여 가속도(
Figure 112015117120619-pat00054
)로 가해진 가진력 (
Figure 112015117120619-pat00055
) 및 상기 가속도(
Figure 112015117120619-pat00056
)비로 근육의 응답성(
Figure 112015117120619-pat00057
)을 정의하고,
정의된 상기 근육의 응답성(
Figure 112015117120619-pat00058
)은 질량(m) 및 근육 강성(
Figure 112015117120619-pat00059
) 및 진동수(w)에 대해 기 정의된 관계식인 전달 함수로부터 도출하도록 구비되며,
상기 전달함수는 다음 식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 근육 동특성 모델링 장치.
Figure 112015117120619-pat00011
... 식 2
여기서, 상기 w는 진동수이다.3. The method according to claim 2,
Using the impact hammer applied to the living body to which the mass (m) is imparted, the acceleration
Figure 112015117120619-pat00054
) Applied to the excitation force (
Figure 112015117120619-pat00055
) And the acceleration (
Figure 112015117120619-pat00056
) Responsiveness of muscle to rain
Figure 112015117120619-pat00057
),
Responsiveness of the defined muscle (
Figure 112015117120619-pat00058
) Is the mass (m) and the muscle stiffness (
Figure 112015117120619-pat00059
) And the frequency (w), which is a predefined relationship,
Wherein the transfer function satisfies the following equation (2).
Figure 112015117120619-pat00011
... Equation 2
Here, w is a frequency. 제3항에 있어서, 상기 등가 강성(
Figure 112015117120619-pat00060
)은
기 정해진 손실 계수(
Figure 112015117120619-pat00061
)를 반영한 근육 강성으로 정의하고 정의된 등가 강성(
Figure 112015117120619-pat00062
)는 질량(m), 근육 응답성(
Figure 112015117120619-pat00063
) 및 진동수(w)에 대해 기 정해진 관계식으로부터 도출되도록 구비되고, 상기 등가 강성(
Figure 112015117120619-pat00064
)은 다음 식 3을 만족하는 것을 특징으로 하는 근육 동특성 모델링 장치.
Figure 112015117120619-pat00012
... 식 3
여기서, η는 손실 계수이다.
4. The method of claim 3, wherein the equivalent stiffness (
Figure 112015117120619-pat00060
)silver
The predetermined loss factor (
Figure 112015117120619-pat00061
) Defined as the muscle stiffness reflecting the equivalent stiffness (
Figure 112015117120619-pat00062
) Is the mass (m), muscle response (
Figure 112015117120619-pat00063
) And the frequency (w), and the equivalent stiffness (
Figure 112015117120619-pat00064
) Satisfies the following expression (3).
Figure 112015117120619-pat00012
... Equation 3
Where eta is the loss factor.
생체에 부여된 소정 무게의 하중과 생체 무게를 합산으로 이루어진 질량에 대한 근육 강성을 도출하는 근육 강성 도출 단계와,
소정 무게의 질량(m)이 부여된 생체에 임펙트 해머를 이용하여 가속도(
Figure 112015117120619-pat00065
)및 가해진 가진력(
Figure 112015117120619-pat00066
)에 대한 근육의 응답성(
Figure 112015117120619-pat00067
)을 도출하는 근육 응답성 도출 단계와,
상기 근육의 응답성을 나타내는 전달 함수의 주파수 영역에서 기 정의된 손실 계수가 반영된 근육의 등가 강성을 도출하고 도출된 등가 강성을 토대로 질량의 변동에 따른 근육 강성 및 손실 계수를 분석하여 근육 동특성을 추정하는 근육 동특성 분석 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 근육 동특성 모델링 방법.A muscle stiffness deriving step of deriving a muscle stiffness with respect to a mass obtained by summing a load of a predetermined weight given to a living body and a living body weight,
(M) is applied to a living body to which an impact hammer is applied,
Figure 112015117120619-pat00065
) And the applied excitation force
Figure 112015117120619-pat00066
) Of muscle response to
Figure 112015117120619-pat00067
A muscle response response step of deriving a muscle response response,
The equivalent stiffness of the muscle reflected in the frequency domain of the transfer function representing the responsiveness of the muscle is derived and the muscle stiffness and loss coefficient are analyzed according to the variation of the mass based on the derived equivalent stiffness to estimate the muscle dynamics And analyzing the muscle dynamic characteristics of the muscle. 제5항에 있어서, 상기 근육 강성 도출 단계는,
생체에 가해진 소정 무게의 하중에 대한 근육 강성을 기 정의된 질량 스프링 모델의 운동 방정식을 토대로 도출되며, 상기 근육 강성은 다음 식 4을 만족하는 것을 특징으로 하는 근육 동특성 모델링 방법.
Figure 112014106091556-pat00013
... 식 4
여기서, m은 생체 무게에 소정의 하중을 더한 질량이고, k는 질량을 버티기 위해 활성화된 근육 강성이다.6. The method of claim 5, wherein deriving the muscle stiffness comprises:
Wherein the muscle rigidity with respect to a load of a predetermined weight applied to a living body is derived on the basis of an equation of motion of a predefined mass-spring model, and the muscle rigidity satisfies the following equation (4).
Figure 112014106091556-pat00013
... Equation 4
Here, m is the mass obtained by adding a predetermined load to the living body weight, and k is the muscle stiffness activated to block the mass. 제6항에 있어서, 상기 근육 응답성 도출 단계는,
상기 질량(m)이 부여된 생체에 임펙트 해머를 이용하여 가속도(
Figure 112015117120619-pat00068
)로 가해진 가진력(
Figure 112015117120619-pat00069
) 및 상기 가속도(
Figure 112015117120619-pat00070
)비로 근육의 응답성(
Figure 112015117120619-pat00071
)을 정의하고,
정의된 상기 근육의 응답성(
Figure 112015117120619-pat00072
)은 질량(m) 및 근육 강성(
Figure 112015117120619-pat00073
) 및 진동수(w)에 대해 기 정의된 관계식인 전달 함수로부터 도출하도록 구비되며,
상기 전달함수는 다음 식 5를 만족하는것을 특징으로 하는 근육 동특성 모델링 방법.
Figure 112015117120619-pat00014
... 식 5
여기서, 상기 w는 진동수이다.7. The method of claim 6, wherein deriving the muscle response comprises:
Using the impact hammer applied to the living body to which the mass (m) is imparted, the acceleration
Figure 112015117120619-pat00068
) Applied to the excitation force (
Figure 112015117120619-pat00069
) And the acceleration (
Figure 112015117120619-pat00070
) Responsiveness of muscle to rain
Figure 112015117120619-pat00071
),
Responsiveness of the defined muscle (
Figure 112015117120619-pat00072
) Is the mass (m) and the muscle stiffness (
Figure 112015117120619-pat00073
) And the frequency (w), which is a predefined relationship,
Wherein the transfer function satisfies the following equation (5).
Figure 112015117120619-pat00014
... Equation 5
Here, w is a frequency. 제7항에 있어서, 상기 등가 강성(
Figure 112015117120619-pat00074
)는
기 정해진 손실 계수(
Figure 112015117120619-pat00075
)를 반영한 근육 강성으로 정의하고
정의된 등가 강성(
Figure 112015117120619-pat00076
)는 질량(m), 근육 응답성(
Figure 112015117120619-pat00077
) 및 진동수(w)에 대해 기 정해진 관계식으로부터 도출되도록 구비되고,
상기 등가 강성(
Figure 112015117120619-pat00078
)은 다음 식 6을 만족하는 것을특징으로 하는 근육 동특성 모델링 방법.
Figure 112015117120619-pat00015
... 식 6
여기서, η는 손실 계수이다.The method according to claim 7, wherein the equivalent stiffness (
Figure 112015117120619-pat00074
)
The predetermined loss factor (
Figure 112015117120619-pat00075
) As the muscle stiffness
Defined equivalent stiffness (
Figure 112015117120619-pat00076
) Is the mass (m), muscle response (
Figure 112015117120619-pat00077
) And the frequency (w).
The equivalent stiffness (
Figure 112015117120619-pat00078
) Satisfies the following Equation (6): " (6) "
Figure 112015117120619-pat00015
... Equation 6
Where eta is the loss factor.
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