KR101705082B1 - A Gait Phase Recognition method based on EMG Signal for Stairs Ascending and Stairs Descending - Google Patents

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  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

본 발명은 상하향 계단보행을 위한 근전도 신호 기반 보행단계 인식 방법에 관한 것으로서, (a) 오르막 보행 또는 내리막 보행 시에 측정된 다수 근육의 근전도 신호의 훈련용 신호와, 보행 시에 측정된 발바닥 압력과 무릎 각도의 물리 데이터를 입력받는 단계; (b) 상기 물리 데이터를 이용하여 보행 단계를 판단하는 단계; (c) 상기 근전도 신호로부터 특징을 추출하는 단계; (d) 추출한 특징을 입력으로 하고, 판단된 보행 단계를 출력으로 하는 분류기를 생성하는 단계; 및, (e) 생성된 분류기를 이용하여, 상기 오르막 보행 또는 내리막 보행의 보행단계를 인식하는 단계를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 방법에 의하여, 근전도 신호만을 이용하여 오르막, 내리막 계산보행을 분류함으로써, 계단 보행 단계를 보다 정확하게 분류할 수 있다.
The present invention relates to a method of recognizing a gait step based on an EMG signal for an up and down stairs, comprising the steps of: (a) training signals of a plurality of muscle EMG signals measured during an uphill or downhill walk; Receiving physical data of a knee angle; (b) determining a walking step using the physical data; (c) extracting features from the EMG signal; (d) generating a classifier that takes the extracted features as input and outputs the determined gait steps; And (e) recognizing a walking step of the uphill or downhill walk using the generated classifier.
According to the above-described method, the stepping step can be more accurately classified by classifying the uphill and downhill walking using only the EMG signal.

Description

상하향 계단보행을 위한 근전도 신호 기반 보행단계 인식 방법 { A Gait Phase Recognition method based on EMG Signal for Stairs Ascending and Stairs Descending}[0001] The present invention relates to an EMG signal-based walking step recognition method for an up-down stairs,

본 발명은 물리센서를 사용하지 않고, 근전도 신호만을 이용하여 오르막, 내리막 계단보행을 각각 4단계로 분류하는, 상하향 계단보행을 위한 근전도 신호 기반 보행단계 인식 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of recognizing a gait step based on an EMG signal for an up / down stair walking, in which an up-and-down stairs gait is divided into four steps using only an EMG signal without using a physical sensor.

또한, 본 발명은 근전도 신호를 RMS, VAR, MAV, SSC, ZC, WAMP 특징으로 산출하여 LDA(Linear Discriminant Analysis) 분류기를 통해 보행단계를 인식하고, 훈련 단계에서는 AHRS센서를 이용하여 무릎각도 변화에 따른 보행단계 범위를 생성하는, 상하향 계단보행을 위한 근전도 신호 기반 보행단계 인식 방법에 관한 것이다.In the present invention, the EMG signal is calculated by RMS, VAR, MAV, SSC, ZC, and WAMP characteristics, and the gait step is recognized by the LDA (Linear Discriminant Analysis) classifier. In the training step, And a gait step recognition step for generating a gait step range according to an EMG signal for an up / down stairs walk.

최근 인간의 보행 특성을 분석하는 연구가 활발히 진행 중이다. 빠르게 걷기, 느리게 걷기, 계단 오르기, 계단 내려가기 등의 보행은 각 보행모드에 따라 사용되는 근육과 근활성도의 정도가 다르다[비특허문헌 1]. 특히, 상하향 계단보행은 몸의 균형과 무게중심을 유지하며 보행해야하기 때문에 평지와는 다른 보행 특성을 지닌다. 또한, 계단보행은 무릎 관절 움직임과 지면반력이 많이 요구되는 활동이라 평지보행에 비해 많은 하지 근력이 필요하다. 따라서 절단 환자나 하지 근력이 부족한 노약자를 위해 계단보행에서 사용되는 동력의족과 근력보조기기에 대한 필요성이 확대되고 있다.Recently, research is being actively conducted to analyze human walking characteristics. Walking such as fast walking, slow walking, stair climbing, and stair descending have different degrees of muscle and muscle activity depending on each walking mode [Non-Patent Document 1]. In particular, the upward and downward stairs have different gait characteristics from those of the flat because they need to keep walking and maintaining the body balance and center of gravity. In addition, since the stair walking requires a lot of movement of the knee joint and the ground reaction force, a lot of lower leg strength is needed compared to the flat walking. Therefore, there is a growing need for power prostheses and muscle aids for stair-climbing for severed patients and those with insufficient leg strength.

계단보행을 위한 동력의족을 자연스럽게 구동시키기 위해선 보행단계가 잘 분류되어야 한다. 동력의족을 이용한 계단보행단계 분류에 대한 기존 연구는 물리적인 센서(압력, 가속도, 각도, 모션카메라 등)를 통해 분류하고 있다[비특허문헌 2-4]. 이러한 방법은 센서가 항상 동력의족에 탑재되어야하기 때문에 의족 무게에 영향을 줄 수 있다. 또한, 사용자의 의도에 따른 보행이 아니라 물리센서를 이용하여 사전에 훈련된 속도로만 재현되어 사람이 동력의족에 이끌려 가는 느낌을 받을 수 있다는 단점을 지니고 있다[비특허문헌 5].Walking steps should be well classified to naturally drive power legs for stairs. Conventional studies on classification of stairway walking steps using power legs are classified through physical sensors (pressure, acceleration, angle, motion camera, etc.) [Non-Patent Document 2-4]. This method can affect the prosthetic weight because the sensor must always be mounted on the power leg. In addition, it has a disadvantage in that a physical sensor is used instead of walking according to the user's intention, and is reproduced only at a pre-trained speed, so that a person can receive a feeling of being attracted to a motorist's prosthesis.

[비특허문헌 1] H-J. Cho, K-H. Kang, H-C. Park, M-S. Kang, Y-S. Choi, T-K. Kim, S-J. Yoon, "Effect of Inclined Backward and Forward Walking Training on Muscle Strength and Electromyographic Activity", Journal of the Society of Living Environment System of Korea, Vol.16, No.2, pp186-193, April 2009.[Non-Patent Document 1] HJ. Cho, K-H. Kang, H-C. Park, M-S. Kang, Y-S. Choi, T-K. Kim, S-J. Yoon, "Effect of Inclined Backward and Forward Walking Training on Muscle Strength and Electromyographic Activity ", Journal of the Society of Living Environment System of Korea, Vol.16, No.2, pp186-193, April 2009. [비특허문헌 2] J-Y. Jung, Y-S. Yang, Y-W. Won, J-J Kim, "Development of Wireless Ambulatory Measurement System based on Inertial Sensors for Gait Analysis and its Application for Diagnosis on Elderly People with Diabetes Mellitus", Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea, Vol.48, No.2, pp38-46, March 2011.[Non-Patent Document 2] J-Y. Jung, Y-S. Yang, Y-W. Won, JJ Kim, "Development of Wireless Ambulatory Measurement System based on Inertial Sensors for Gait Analysis and its Application for Diagnosis on Elderly People with Diabetes Mellitus", Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea, Vol. 48, No. 2, pp38-46, March 2011. [비특허문헌 3] J-Y. Lee, K-J. Lee, Y-H. Kim, S-H. Lee, S-W. Park, "Development of Gait Analysis Algorithm for Hemiplegic Patients based on Accelerometry", Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea, Vol.41, No.4, pp.231-240, July 2004.[Non-Patent Document 3] J-Y. Lee, K-J. Lee, Y-H. Kim, S-H. Lee, S-W. Park, "Development of Gait Analysis Algorithm for Hemiplegic Patients Based on Accelerometry ", Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea, Vol.41, No.4, pp.231-240, July 2004. [비특허문헌 4] M-G. Chae, J-Y. Jung, C-J. Park, I-H. Jang, H-S. Park, "Gait Phases Classification using Joint angle and Ground Reaction Force: Application of Backpropagation Neural Networks", Journal of Institute of Control & Robotics and Systems, Vol.18, No.7, pp.644-649, July 2012.[Non-patent Document 4] M-G. Chae, J-Y. Jung, C-J. Park, I-H. Jang, H-S. Park, "Gait Phases Classification using Joint Angle and Ground Reaction Force: Application of Backpropagation Neural Networks ", Journal of Institute of Control & Robotics and Systems, Vol. 18, No. 7, pp. 644-649, July 2012. [비특허문헌 5] J-H. Ryu, D-H. Kim, "sEMG Signal Based Gait Phase Recognition Method for Selecting Features and Channels Adaptively", Journal of The Rehabilitation Engineering and Assistive Technology Society, Vol.7, No.2, pp.19-26, December 2013.[Non-Patent Document 5] J-H. Ryu, D-H. Kim, "sEMG Signal Based Gait Phase Recognition Method for Selecting Features and Channels Adaptively ", Journal of The Rehabilitation Engineering and Assistive Technology Society, Vol. 7, No. 2, pp. 19-26, December 2013. [비특허문헌 6] Alison C. Novak, Samantha M. Reid, Patrick A. Costigan, Brenda Brouwer "Stair negotiation alters stability in older adults", Lower Extremity Review, October 2010[Non-Patent Document 6] Alison C. Novak, Samantha M. Reid, Patrick A. Costigan, Brenda Brouwer, "Extension of Stair Negotiation in the Elderly", Lower Extremity Review, October 2010 [비특허문헌 7] H-S. Cho, Y-H. Chang, J-C Ryu, M-S. Mun, C-B. Kim, "Analysis of Stair walking characteristics for the development of Exoskeletal walking Assist Robot", Journal of The Rehabilitation Engineering and Assistive Technology Society of Korea, Vol.6, No.2, pp.15-22, December 2012.[Non-Patent Document 7] H-S. Cho, Y-H. Chang, J-C Ryu, M-S. Mun, C-B. Kim, "Analysis of Stair Walking Characteristics for the Development of Exoskeletal Walking Assist Robot", Journal of The Rehabilitation Engineering and Assistive Technology Society of Korea, Vol.6, No.2, pp.15-22, December 2012. [비특허문헌 8] E-S. Kim, "Trajectory Generation Schemes for Bipedal Ascending and Descending Stairs using Genetic Algorithm(GA)", University of Dong-A, February 2010.[Non-Patent Document 8] E-S. Kim, "Trajectory Generation Schemes for Bipedal Ascending and Descending Stairs using Genetic Algorithm (GA) ", University of Dong-A, February 2010. [비특허문헌 9] H.Huang, T.A. Kuiken and R.D. Lipschutz, "A Strategy for Identifying Locomotion Modes Using Surface Electromyography," The Journal of Biomedical Engineering, IEEE Transactions on, Vol. 56, No.1, pp.65-73,January 2009.[Non-Patent Document 9] H. Huang, T.A. Kuiken and R.D. Lipschutz, " A Strategy for Identifying Locomotion Modes Using Surface Electromyography, "The Journal of Biomedical Engineering, IEEE Transactions on, Vol. 56, No. 1, pp. 65-73, January 2009. [비특허문헌 10] A.Phinyomark, S.Hirunviriya, C.Limsakul, P.Phukpattaranont, "Evaluation of EMG Feature Extraction for Hand Movement Recognition Based on Euclidean Distance and Standard Deviation", in Proc. of ECTI-CON Conf. on 2010 International Conference, pp.856-860, Chiang Mai, Thailand, May 2010.[Non-Patent Document 10] A. Phinyomark, S. Hirunviriya, C. Limsakul, P. Phukttaranont, "Evaluation of EMG Feature Extraction for Hand Movement Recognition Based on Euclidean Distance and Standard Deviation", in Proc. of ECTI-CON Conf. on 2010 International Conference, pp. 856-860, Chiang Mai, Thailand, May 2010. [비특허문헌 11] Boris I. Prilutsky, Ludmila N. Petrova, Leonid M. Raitsin, "Comparison of Mechanical energy expenditure of joint moments and muscle forces during human locomotion", The Journal of Biomechanics, Vol.29, No.4, pp.405-415, April 1996.[Non-Patent Document 11] Boris I. Prilutsky, Ludmila N. Petrova, Leonid M. Raitsin, "Comparison of Mechanical Energy Expenditure of Joint Moments and Muscle Force During Human Locomotion ", The Journal of Biomechanics, Vol. , pp. 405-415, April 1996. [비특허문헌 12] S-H. Kim, J-H. Ryu, D-H. Kim, "Gait phase classification for Stair walking using Feature Extraction and Muscle selection based on EMG Signals", in Proc. of IEEK Conf. on Summer Conference, Vol.37, No.1, pp.1053-1056, Jeju, Korea, June 2014.[Non-Patent Document 12] S-H. Kim, J-H. Ryu, D-H. Kim, "Gait phase classification for staging walking using Feature Extraction and Muscle selection based on EMG Signals ", in Proc. of IEEK Conf. on Summer Conference, Vol. 37, No. 1, pp. 1053-1056, Jeju, Korea, June 2014. [비특허문헌 13] A.Phinyomark, P.Phukpattaranont, C.Limsakul, "Feature reduction and selection for EMG signal classification", The Journal of Expert Systems with Applications, Vol.39, No.8, pp.7420-7431, June 2012.[Non-Patent Document 13] A. Phinomark, P. Phukpattaranont, C. Limsakul, "Feature reduction and selection for EMG signal classification", The Journal of Expert Systems with Applications, Vol. 39, No. 8, pp. 7420-7431 , June 2012.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 근전도 신호를 RMS, VAR, MAV, SSC, ZC, WAMP 특징으로 산출하여 LDA(Linear Discriminant Analysis) 분류기를 통해 보행단계를 인식하고, 훈련 단계에서는 AHRS(Attitude & Heading Reference System) 센서를 이용하여 무릎각도 변화에 따른 보행단계 범위를 생성하는, 상하향 계단보행을 위한 근전도 신호 기반 보행단계 인식 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for calculating an electromyogram signal by RMS, VAR, MAV, SSC, ZC and WAMP characteristics and recognizing a walking step through an LDA (Linear Discriminant Analysis) The present invention provides a method for recognizing a gait step based on an EMG signal for an up / down stairs walk, which generates a gait step range according to a change in a knee angle using an AHRS (Attitude & Heading Reference System) sensor.

특히, 본 발명의 목적은 근전도 신호만으로 오르막과 내리막 계단보행단계를 분류하는 방법으로서, 정상인의 계단보행 관찰을 통해 무릎 각도 변화가 일정한 패턴을 보이며 이를 통해 각 보행단계 범위를 분류할 수 있다는 점을 이용하여, 훈련단계에서 AHRS센서를 이용하여 무릎각도 변화에 따른 보행단계 범위를 생성하며, 근전도 신호만을 이용하여 상하향 계단보행을 각각 4단계로 분류하는 방법을 제공하는 것이다.Particularly, the object of the present invention is to classify the steps of uphill and downhill stairs using EMG signals only. It is possible to classify the range of walking steps by using the stairway walking observation of a normal person, The present invention provides a method of classifying the walking steps of up and down stairs into four steps using only the EMG signal, generating a walking step range according to the knee angle change using the AHRS sensor in the training step.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 상하향 계단보행을 위한 근전도 신호 기반 보행단계 인식 방법에 관한 것으로서, (a) 오르막 보행 또는 내리막 보행 시에 측정된 다수 근육의 근전도 신호의 훈련용 신호와, 보행 시에 측정된 발바닥 압력과 무릎 각도의 물리 데이터를 입력받는 단계; (b) 상기 물리 데이터를 이용하여 보행 단계를 판단하는 단계; (c) 상기 근전도 신호로부터 특징을 추출하는 단계; (d) 추출한 특징을 입력으로 하고, 판단된 보행 단계를 출력으로 하는 분류기를 생성하는 단계; 및, (e) 생성된 분류기를 이용하여, 상기 오르막 보행 또는 내리막 보행의 보행단계를 인식하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention relates to a method for recognizing a gait step based on an EMG signal for up and down stairs, comprising: (a) training signals of a plurality of muscle EMG signals measured during an uphill or downhill walk; Receiving physical data of the measured sole pressure and the knee angle; (b) determining a walking step using the physical data; (c) extracting features from the EMG signal; (d) generating a classifier that takes the extracted features as input and outputs the determined gait steps; And (e) recognizing the walking step of the uphill or downhill walking using the generated classifier.

또한, 본 발명은 상하향 계단보행을 위한 근전도 신호 기반 보행단계 인식 방법에 있어서, 상기 (b)단계에서, 발바닥 압력으로 보행단계의 입각기와 유각기를 구분하고, 무릎 각도에 따라 보행단계를 세분화하는 것을 특징으로 한다.Further, the present invention provides an EMG signal-based walking step recognition method for an up / down stairs walking, wherein in step (b), the steps of the walking step are divided into the stance and the swinging step, .

또한, 본 발명은 상하향 계단보행을 위한 근전도 신호 기반 보행단계 인식 방법에 있어서, 상기 (b)단계에서, 오르막 보행인 경우, 입각기의 3단계와 유각기의 1단계로 구분하되, 입각기는 체중이동기(Weight acceptance), 풀업기(Pull-up), 및, 전방지속기(Forward continuance) 순으로 진행되는 것으로 판단하고, 체중이동기(Weight acceptance) 단계는 발바닥 압력이 초기값 부터 최대값 사이의 일정한 지점에 해당할 때까지로 판단하고, 풀업기(Pull-up) 단계는 체중이동기(Weight acceptance) 이후 무릎의 각도가 지면과 수직이 될 때까지로 판단하는 것을 특징으로 한다.Further, the present invention provides a method of recognizing a gait step based on an EMG signal for an up / down stair walking, wherein in step (b), in case of an on-going gait, the step is divided into three phases of a stance phase and one phase of a swing phase, A weight acceptance step, a pull-up step, and a forward continuance step, and the weight acceptance step determines that the sole pressure is at a predetermined point between the initial value and the maximum value And the pull-up step is performed until the angle of the knee becomes perpendicular to the ground after the weight acceptance.

또한, 본 발명은 상하향 계단보행을 위한 근전도 신호 기반 보행단계 인식 방법에 있어서, 상기 (b)단계에서, 체중이동기(Weight acceptance) 단계는 압력의 전압이 초기값 부터 다음 수식 1의 임계값 Threshold 까지일 때로 판단하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of recognizing a gait step based on an EMG signal for an up / down stair walking, wherein in step (b), a weight acceptance step is performed such that a voltage of a pressure is increased from an initial value to a threshold value Threshold As shown in FIG.

[수식 1][Equation 1]

Figure 112015060816528-pat00001
Figure 112015060816528-pat00001

단, iinit 와 imax 는 각각 발바닥 압력의 전압의 초기값 및 최대값임.I init and i max are the initial and maximum values of the plantar pressure, respectively.

또한, 본 발명은 상하향 계단보행을 위한 근전도 신호 기반 보행단계 인식 방법에 있어서, 상기 (b)단계에서, 내리막 보행인 경우, 입각기의 체중이동기(Weight acceptance), 입각기의 제어하강기(Controlled lowering), 유각기의 다리견인기(Leg pull through), 및, 유각기의 발착지기(Fool placement) 순으로 4개의 단계로 구분하여 판단하되, 입각기 보행이 시작된 후, 기준 다리로만 지탱하는 동안 무릎 각도가 최저가 되는 시점을 기준으로 체중이동기(Weight acceptance)와 제어하강기(Controlled lowering)를 구분하고, 유각기 보행이 시작된 후, 발바닥 압력이 초기값부터 윈도우 사이즈의 분산 Tvar이 최저 구간이 되는 전압값인 yrange까지를 다리견인기(Leg pull through)로 구분하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for recognizing a gait step based on an EMG signal for an up / down stair walking, wherein in step (b), in the case of a downward gait, a weight acceptance of a stance, Leg pull-through, and Fool placement. The knee angle was measured while standing on the reference leg only after the start of the stance gait. Weight acceptance and controlled lowering are distinguished based on the time point at which the floor is lowest. After the start of the walking, the sole pressure is changed from the initial value to the voltage value at which the variance T var of the window size is the lowest value y range is divided into leg pull throughs.

또한, 본 발명은 상하향 계단보행을 위한 근전도 신호 기반 보행단계 인식 방법에 있어서, 상기 yrange 는 다음 수식 2의 Tvar 가 최저구간이 되는 전압값인 것을 특징으로 한다.Further, the present invention is characterized in that the y- range is a voltage value in which T var of the following equation (2) becomes the lowest section, in the electromyogram signal-based gait step recognition method for walking up and down stairs.

[수식 2][Equation 2]

Figure 112015060816528-pat00002
Figure 112015060816528-pat00002

단, p는 윈도우 사이즈, m은 평균, n은 샘플 개수임.Where p is the window size, m is the average, and n is the number of samples.

또한, 본 발명은 상하향 계단보행을 위한 근전도 신호 기반 보행단계 인식 방법에 있어서, 상기 (a)단계에서, 보행자의 발바닥 압력은 압력센서에 의해 측정되고, 보행자의 무릎각도는 AHRS(Attitude & Heading Reference System) 센서에 의해 측정되는 것을 특징으로 한다.In the step (a), the foot pressure of the pedestrian is measured by a pressure sensor, and the pedestrian's knee angle is measured by an AHRS (Attitude & Heading Reference) System) sensor.

또한, 본 발명은 상하향 계단보행을 위한 근전도 신호 기반 보행단계 인식 방법에 있어서, 상기 (a)단계에서, 오르막 보행일 때 보행자의 허벅지의 내측광근(Vastus Medialis), 외측광근(Vastus lateralis), 대퇴직근(Rectus femoris), 종아리의 비복근(Gastrocnemius)을 사용하고, 내리막 보행일 때 보행자의 허벅지의 내측광근, 반건양근(Semitendinous), 외측광근, 종아리의 비복근을 사용하는 것을 특징으로 한다.The present invention also provides a method of recognizing a gait step based on an EMG signal for an up and down stairs, comprising the steps of: (a) detecting a Vastus medialis, a Vastus lateralis of the thigh of a pedestrian during an on- , Rectus femoris and Gastrocnemius are used in the lower limbs and Semitendinous of the thighs of the pedestrian when walking downhill and the gastrocnemius of the calf are used .

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 상하향 계단보행을 위한 근전도 신호 기반 보행단계 인식 방법에 의하면, 근전도 신호만을 이용하여 오르막, 내리막 계산보행을 분류함으로써, 계단 보행 단계를 보다 정확하게 분류할 수 있는 효과가 얻어진다.As described above, according to the EMG signal-based gait phase recognition method for walking up and down stairs according to the present invention, it is possible to more accurately classify the stair gait steps by classifying uphill and downhill gait using only EMG signals .

특히, 본 발명에 따른 실험 결과, 선행 연구의 경우 오르막 보행에서 평균 58.5%, 내리막 보행에서 35.3%의 정확도를 보인 반면, 본 발명에 따른 방법은 오르막 보행에서 평균 85.6%, 내리막 보행에서 69.5%의 인식률을 보이고 있다.Particularly, according to the experiment result of the present invention, the accuracy of the previous study was 58.5% on the uphill walking and 35.3% on the downhill walking, whereas the method according to the present invention showed an average of 85.6% on the uphill walking and 69.5% on the downhill walking Recognition rate.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 상하향 계단보행을 위한 근전도 신호 기반 보행단계 인식 방법을 실시하기 위한 전체 시스템의 구성에 대한 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 근전도 신호 패턴인식 방법을 설명하는 블록도.
도 3은 본 발명에 사용하는 인간의 계단 보행 4단계를 나타낸 예시도로서, (A) 오르막 보행 4단계, (B) 내리막 보행 4단계를 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 상하향 계단보행을 위한 근전도 신호 기반 보행단계 인식 방법을 설명하는 흐름도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 계단보행단계 분류에 대한 전체 블록도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 계단보행에서 AHRS를 이용한 무릎각도 패턴에 대한 그래프.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 무릎 각도에 따른 오르막 보행 계단 분류를 위한 무릎 각도 그래프.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 무릎 각도에 따른 오르막 보행단계 범위를 나타낸 표.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 무릎 각도에 따른 내리막 보행 계단 분류를 위한 무릎 각도 그래프.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 무릎 각도에 따른 내리막 보행단계 범위를 나타낸 표.
도 11은 본 발명의 실험에 따른 전극 부착위치 및 실험환경을 나타낸 도면.
도 12는 본 발명의 실험에 따른 실험 장비 및 시스템으르 나타낸 도면.
도 13은 본 발명의 실험에 따라, 단일 특징을 사용한 개별 근육 별 인식률에 대한 그래프로서, (a)오르막 입각기 (b)오르막 유각기 (c)내리막 입각기 (d)내리막 유각기에 대한 인식률 그래프.
도 14는 본 발명의 실험에 따라, 복수의 특징을 사용한 개별 근육 별 인식률에 대한 그래프로서, (a)오르막 입각기 (b)오르막 유각기 (c)내리막 입각기 (d)내리막 유각기에 대한 인식률 그래프.
도 15는 본 발명의 실험에 따른, 본 발명 방법의 인식률 비교를 나타낸 그래프.
1 is a block diagram of a configuration of an overall system for implementing a walking step recognition method based on an EMG signal for an up / down stairs walking according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating a method of recognizing an EMG signal pattern according to the present invention.
FIG. 3 is an exemplary view showing four steps of human walking in a staircase used in the present invention. FIG. 3 (A) is an example of a step 4 of an ascent and a step 4 of a downhill walk.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of recognizing a gait step based on an EMG signal for an up / down stairs walk according to an embodiment of the present invention.
5 is an overall block diagram of a stair-step walking step classification in accordance with an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph illustrating a knee angle pattern using AHRS in a stair walking according to an embodiment of the present invention. FIG.
7 is a knee angle graph for classifying an uphill walking step according to an angle of a knee according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a table showing the range of the step of the uphill walking according to the knee angle according to the embodiment of the present invention. FIG.
9 is a knee angle graph for the stepping down step according to the knee angle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a table showing the range of a downhill walking step according to a knee angle according to an embodiment of the present invention; FIG.
11 is a view showing an electrode attaching position and an experimental environment according to an experiment of the present invention.
12 is a diagram of experimental equipment and systems in accordance with the experiments of the present invention.
FIG. 13 is a graph showing recognition rates of individual muscles using a single feature according to the experiment of the present invention, wherein (a) graph.
FIG. 14 is a graph showing recognition rates of individual muscles using a plurality of features according to an experiment of the present invention. FIG. 14 (a) Recognition rate graph.
15 is a graph showing a comparison of recognition rates of the inventive method according to the experiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면에 따라서 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.In the description of the present invention, the same parts are denoted by the same reference numerals, and repetitive description thereof will be omitted.

먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 상하향 계단보행을 위한 근전도 신호 기반 보행단계 인식 방법을 실시하기 위한 전체 시스템의 구성에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다.First, a configuration of an overall system for implementing an EMG signal-based gait step recognition method for an up / down stairs walking according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 상하향 계단보행을 위한 근전도 신호 기반 보행단계 인식 방법은 훈련 데이터(11) 또는 근전도 신호(12)를 입력받아, 오르막 보행 또는 내리막 보행에서 특징 및 채널을 선택하거나 보행단계를 인식하는 컴퓨터 단말(20) 상의 프로그램 시스템(30)으로 실시될 수 있다. 즉, 상기 상하향 계단보행을 위한 근전도 신호 기반 보행단계 인식 방법은 프로그램으로 구성되어 컴퓨터 단말(20)에 설치되어 실행될 수 있다. 컴퓨터 단말(20)에 설치된 프로그램은 하나의 프로그램 시스템(30)과 같이 동작할 수 있다.As shown in FIG. 1, the EMG signal-based gait step recognition method for gait according to the present invention receives training data 11 or electromyogram signal 12 and selects characteristics and channels in an uphill or downhill walk Or to a program system 30 on a computer terminal 20 that recognizes a walking phase. That is, the EMG signal-based walking step recognition method for the up / down stairs walking can be implemented by a program and installed in the computer terminal 20 and executed. A program installed in the computer terminal 20 can operate as a single program system 30. [

한편, 다른 실시예로서, 상기 상하향 계단보행을 위한 근전도 신호 기반 보행단계 인식 방법은 프로그램으로 구성되어 범용 컴퓨터에서 동작하는 것 외에 ASIC(주문형 반도체) 등 하나의 전자회로로 구성되어 실시될 수 있다. 또는 오르막 또는 내리막 계단 보행에서의 보행단계 인식만을 전용으로 처리하는 전용 단말(30)로 개발될 수도 있다. 특히, 상기와 같은 전자회로는 동력의족을 제어하는 제어장치에 이용되거나, 제어장치의 일부로서 실시될 수 있다. 이를 근전도 신호기반 보행단계 분류 장치(30)라 부르기로 한다. 그 외 가능한 다른 형태도 실시될 수 있다.Meanwhile, as another embodiment, the EMG signal-based walking step recognition method for the up / down stairs walking may be implemented by a single electronic circuit such as an ASIC (on-demand semiconductor) in addition to the general purpose computer. Or a dedicated terminal 30 dedicated to only the recognition of the gait step in an uphill or downhill stair walking. Particularly, the electronic circuit as described above can be used as a control device for controlling the power regulator or as a part of the control device. This is called an electromyogram signal-based gait phase classifier 30. Other possible forms may also be practiced.

다음으로, 본 발명에 따른 보행단계 인식 방법을 도 2를 참조하여 설명한다.Next, a walking step recognizing method according to the present invention will be described with reference to FIG.

근전도 신호를 이용한 보행단계인식 방법은 도 2와 같다. 생체신호수집장비로부터 얻은 근전도 신호는 저주파통과필터(LPF, Low pass filter)나 밴드패스필터(Band pass filter)를 통해 노이즈가 제거된다. 각 신호의 특징이 되는 파라미터를 산출하는 특징추출(Feature Extraction)과정 후, 분류기(Classify)를 통해 분류된다.A walking step recognition method using an EMG signal is shown in Fig. The electromyogram signal obtained from the bio-signal collecting device is removed by a low-pass filter (LPF) or a band pass filter. After a feature extraction process that calculates parameters characteristic of each signal, it is classified through a classifier.

다음으로, 본 발명에서 분류하고자 하는 계단 보행단계를 도 3을 참조하여 설명한다.Next, the stair walking step to be classified according to the present invention will be described with reference to FIG.

본 발명에서는 오르막과 내리막 계단 보행을 각각 4단계로 분류한다. 이는 무릎 각도와 무게 중심을 이용한다.In the present invention, the uphill and downhill stairs are classified into four stages. It uses knee angle and center of gravity.

생체역학에서 인간의 보행 단계는 기준으로 정한 다리의 발이 지면에 닿아 있는 상태를 의미하는 입각기(stance) 단계와 기준 다리의 발이 지면에서 떨어져 있는 상태를 의미하는 유각기(swing) 단계로 나뉜다. 일반적으로 계단보행은 오르막 보행과 내리막 보행로 나눠진다.In the biomechanics, the human walking stage is divided into a stance phase, which means that the foot of the leg determined by the standard touches the ground, and a swing phase, which means that the foot of the standard leg is separated from the ground. Generally, stairs are divided into uphill and downhill.

먼저, 도 3(A)에서 보는 바와 같이, 오르막 보행은 기준다리가 계단 지면에 닿았을 때 체중이동기(Weight acceptance), 힘을 싣고 계단 지면을 오를 때인 풀업기(Pull-up) 단계, 기준다리가 지면과 수직이 되었을 때 전방지속기(Forward continuance) 단계, 및, 기준다리가 지면에서 떼어졌을 때 발인상기(Foot clearance) 단계로 구분한다.3 (A), as shown in FIG. 3 (A), the uphill walking includes a weight acceptance when the reference leg touches the floor of the stairs, a pull-up stage when the stairs are loaded with the force, Forward continuance when the foot is perpendicular to the ground and Foot clearance when the foot is removed from the ground.

도 3(B)에서 보는 바와 같이, 내리막 보행은 계단에 기준 다리를 내디뎠을 때 체중이동기(Weight acceptance) 단계, 기준다리 무릎이 가장 많이 굽혀졌을 때 제어하강기(Controlled lowering) 단계, 기준 다리를 지면에서 떼었을 때 다리견인기(Leg pull through) 단계, 유각기인 발착지기(Fool placement) 단계로 구분한다[비특허문헌 6].As shown in FIG. 3 (B), the downward walking is a step of weight acceptance when the reference leg is put on the stairs, a controlled lowering step when the reference leg knee is bent most, A leg pull-through step, and a fool placement step when the wire is pulled away from the wire. [Non-Patent Document 6]

이외에도 다양한 물리센서를 이용하여 계단보행단계를 분류할 수 있다. 모션 카메라를 통해 보행단계를 분류하는 연구에서는 8대의 적외선 카메라와 반사마커를 사용하여 관절토크 패턴, 관절각의 굽힘 방향과 파워 변화율 등을 통해 보행단계를 구분한다[비특허문헌 7]. 또한, 발목 관절 각도를 이용하여 계단보행을 분류하기도 한다[비특허문헌 8].In addition, we can classify the stair step by using various physical sensors. In the study of classifying the walking phase through the motion camera, 8 infrared cameras and reflection markers are used to distinguish the walking phase through the joint torque pattern, the bending direction of the angle of the joint, and the power change rate [Non Patent Document 7]. In addition, a stepping walk is classified using an ankle joint angle [Non-Patent Document 8].

반면, 물리센서를 사용하지 않고 근전도만을 이용하여 보행모드를 인식하는 연구가 진행 되었다[비특허문헌 9]. 이 연구에서는 발바닥의 앞/뒷꿈치를 기준으로 계단 내려가기, 오르기, 평지보행, 장애물 보행 등 총 7개의 보행모드를 분류하였다.On the other hand, research has been conducted to recognize a walking mode using only EMGs without using a physical sensor [Non-Patent Document 9]. In this study, seven walking modes such as stepping down, climbing, flat walking, and obstacle walking were classified based on the front and heel of the sole.

본 발명의 일실시예에 따른 상하향 계단보행을 위한 근전도 신호 기반 보행단계 인식 방법을 도 4를 참조하여 구체적으로 설명한다.A walking step recognition method based on an EMG signal for an up / down stairs walking according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

본 발명에서는 근전도 신호만을 이용하여 계단보행 4단계를 분류하고 이에 따른 개별 근육 별 보행단계 인식률을 산출한다. 보행단계는 동력의족 제어에 유용하도록 계단보행에서 핵심이 되는 보행 4단계로 분류된다. 즉, 오르막 보행은 체중이동기(Weight acceptance), 풀업기(Pull-up), 전방지속기(Forward continuance), 발인상기(Foot clearance)로 정의한다. 내리막보행은 체중이동기(Weight acceptance), 제어하강기(Controlled lowering), 다리견인기(Leg pull through), 발착지기(Fool placement)로 정의한다.In the present invention, the step 4 is divided into four steps using only the EMG signal, and the recognition rate of the gait step for each individual muscle is calculated. The walking stage is classified into four stages, which is the key to stair walking, to be useful for power control. That is, uphill walking is defined as weight acceptance, pull-up, forward continuance, and foot clearance. Downhill walking is defined as weight acceptance, controlled lowering, leg pull through, and fool placement.

도 4에서 보는 바와 같이, 상하향 계단보행을 위한 근전도 신호 기반 보행단계 인식 방법은 훈련용 근전도 신호 및 물리 데이터를 입력받는 단계(S10), 입력된 물리 데이터로 보행단계를 판단하는 단계(S20), 근전도 신호로부터 특징값을 추출하는 단계(S30), 추출된 특징값과 판단된 보행단계로 분류기를 학습시키는 단계(S40), 및, 학습된 분류기를 이용하여 보행단계를 인식하는 단계(S50)로 나뉜다.As shown in FIG. 4, the EMG signal-based gait step recognition method for walking up and down stairs includes steps of receiving a training electromyogram signal and physical data (S10), determining a walking step with input physical data (S20) (S30) of extracting the feature value from the electromyogram signal (S30), learning the classifier in the determined gait step with the extracted feature value, and recognizing the gait step using the learned classifier (S50) It is divided.

앞서 단계 S10 내지 S40은 보행단계 범위를 학습하여 분류기를 생성하는 과정이다. 훈련을 위한 훈련용 데이터, 즉, 보행자가 보행시 측정되는 근전도 신호 및 물리 데이터를 입력받는다(S10).Steps S10 to S40 are steps of learning the range of the walking step to generate a classifier. Training data for training, that is, an electromyogram signal and physical data measured when the pedestrian is walking (S10).

이때, 보행단계 범위를 학습하기 위해 훈련단계에서 압력센서와 AHRS센서를 사용한다. 압력센서와 AHRS 센서는 각각 보행자의 발바닥 압력과 무릅 각도를 측정하는 물리적 센서이고, 측정된 데이터를 물리 데이터라 부르기로 한다. 발바닥 압력 및 무릅 각도에 따라 보행단계 범위를 결정한다(S20).At this time, the pressure sensor and the AHRS sensor are used in the training phase to learn the range of the walking step. The pressure sensor and the AHRS sensor are physical sensors that measure the foot pressure and knee angle of a pedestrian, respectively, and the measured data is called physical data. The range of the walking step is determined according to the plantar pressure and the knee angle (S20).

학습된 4채널의 근전도 신호는 RMS(Root mean square), VAR(Variance), WAMP(Willison amplitude), MAV (Mean absolute), SSC(Slope sign change), ZC(Zero crossing)을 사용하여 특징 값을 산출한다[비특허문헌 10](S30). 앞서, 4개의 근육과 6개의 특징 추출 알고리즘으로 한 걸음 당 24개의 값을 갖는 훈련 데이터 그룹을 생성된다.The EMG signals of the four channels were analyzed using RMS (Root mean square), VAR (Variance), WAMP (Willison amplitude), MAV (Mean Absolute), SSC (Slope sign change) and ZC (Zero crossing) (Non-Patent Document 10) (S30). Previously, four muscle and six feature extraction algorithms were used to generate training data groups with 24 values per step.

다음으로, 특징값과 물리 데이터로 분류기를 학습시켜 생성한다(S40). 즉, 특징값들을 분류기의 입력으로 하고, 물리 데이터에 의해 결정된 보행단계를 분류기의 출력으로 하여, 분류기를 학습시킨다. 이때, 분류기는 LDA(Linear Discriminant Analysis)를 이용한다.Next, the classifier is generated by learning the feature value and the physical data (S40). That is, the characteristic values are input to the classifier, and the walking step determined by the physical data is used as the output of the classifier to learn the classifier. At this time, the classifier uses LDA (Linear Discriminant Analysis).

학습된 분류기를 이용하여 보행단계를 인식한다(S50). 새로 입력하는 근전도 신호는 훈련과정과 동일한 방법으로 특징 값을 산출하고 이전에 훈련된 분류기 그룹에 입력한 뒤 LDA(Linear Discriminant Analysis)를 이용하여 보행단계를 인식한다. The walking step is recognized using the learned classifier (S50). The newly inputted EMG signals are calculated in the same manner as the training process, entered into a previously trained classifier group, and recognized by the LDA (Linear Discriminant Analysis).

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 특징추출 및 계단 보행 분류 방법의 전체적인 흐름의 구성을 나타내고 있다. 도 5에서 보는 바와 같이, 훈련 과정에서는 압력센서 및 AHRS 센서 등을 이용하여 측정한 물리 데이터를 이용하는 반면, 실제 인식 과정에서는 물리 데이터를 이용하지 않는다. 훈련 과정 및 실제 인식 과정에서 모두, 보행자의 근육에서 근전도 신호를 측정하여, 특징값을 추출하고, 특징값으로 분류기를 적용한다.FIG. 5 shows the overall flow of the feature extraction and step-by-step walking classification method according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, in the training process, physical data measured by using a pressure sensor and an AHRS sensor are used, whereas physical data is not used during the actual recognition process. In both the training process and the actual recognition process, the EMG signal is measured in the pedestrian's muscles, the feature value is extracted, and the classifier is applied as the feature value.

이하에서, 세부적인 작업을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the detailed operation will be described in detail.

먼저, 데이터 수집 단계에 대하여 설명한다.First, the data collecting step will be described.

채널은 총 6개로 구성된다. 압력센서와 AHRS(Attitude & Heading Reference System) 센서는 훈련단계에서만 사용되며, 보행단계는 근전도 신호로만 분류된다.The total number of channels is six. The pressure sensor and the Attitude & Heading Reference System (AHRS) sensor are used only during the training phase, and the walking phase is classified only by the EMG signal.

압력센서는 발바닥에 부착하여 입각기와 유각기를 구분하고, AHRS센서는 무릎 슬관절 앞쪽에 착용하며 무릎각도 변화에 따라 보행단계를 세분화하기 위해 사용한다. 무릎 각도는 기준다리가 지면과 수직일 때를 90˚로 정하고, 최소 60˚에서 최대 110˚까지 범위에서 각도 값을 갖는다. 인간의 계단보행에 따른 무릎각도 변화는 도 6과 같이 일정한 패턴을 보인다.The pressure sensor is attached to the sole to separate the stance and the swinging, and the AHRS sensor is worn in front of the knee knee and used to segment the walking step according to the knee angle change. The knee angle is defined as 90 ° when the reference leg is perpendicular to the ground, and has an angle value in the range of 60 ° to 110 °. The change of the knee angle according to the walking of the human stairs shows a constant pattern as shown in Fig.

근육은 보행에서 흔히 사용되는 허벅지 근육과 계단보행에서 자주 사용되는 종아리 근육을 사용한다. 각 보행마다 발생되는 근전도 신호를 활용하기 위해 보행단계 별로 근육의 수축과 이완이 교차되는 근육들을 선정하였다[비특허문헌 11]. 오르막일 때 허벅지의 내측광근(Vastus Medialis), 외측광근(Vastus lateralis), 대퇴직근(Rectus femoris), 종아리의 비복근(Gastrocnemius)을 사용하고, 내리막보행일 때는 허벅지의 내측광근, 반건양근(Semitendinous), 외측광근, 종아리의 비복근을 사용한다.Muscles use the thigh muscles commonly used in walking and the calf muscles often used in stair walking. In order to utilize EMG signals generated at each step, muscles in which muscle contraction and relaxation cross each other at the gait step were selected [Non-Patent Document 11]. Vastus medialis, Vastus lateralis, Rectus femoris, and Gastrocnemius were used for the ascent of the thighs, and when using the downward gait, (Semitendinous), external beam, and calyx gastrocnemius.

다음으로, 오르막 보행 단계의 분류에 대하여 설명한다.Next, the classification of the uphill walking step will be described.

오르막 보행은 입각기 3단계와 유각기 1단계로 구분한다. 보행의 한 주기에서 무릎 각도 그래프는 도 7과 같다.Uphill walking is divided into three stages of stance phase and one stage of swing phase. The knee angle graph in one cycle of walking is shown in FIG.

체중이동기(Weight acceptance) 단계는 입각기 보행의 시작부터 기준다리가 계단 지면에 힘을 싣는 시점까지로 정의한다. 수학식 1과 같이, AHRS센서 전압의 초기값부터 최대값 사이에 일정 시점 R을 구하여 임계값으로 정의한다.The weight acceptance step is defined as the period from the start of the stance gait to the moment when the reference leg loads the stairs. As shown in Equation (1), a certain time point R is determined between the initial value and the maximum value of the AHRS sensor voltage to define a threshold value.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112015060816528-pat00003
Figure 112015060816528-pat00003

이때 전압의 초기값 iinit은 보행을 시작할 때를 나타내며, 최대값 imax은 무릎각도가 지면과 수직이 될 때를 나타낸다. 일정 시점 R은 기준다리가 계단 지면에 힘을 싣는 때이다. 관찰 결과, R은 보행이 시작되고 무릎각도가 지면에서 수직이 되는 구간의 30% 시점에 해당되는 것으로 나타났다.In this case, the initial value i init of the voltage indicates the start of walking, and the maximum value i max indicates the time when the knee angle becomes perpendicular to the ground. At a certain point in time R is the moment when the reference leg loads the stairs. As a result of observation, R was found to correspond to the point of 30% of the section where the walking starts and the knee angle is perpendicular to the ground.

체중이동기(Weight acceptance) 부터 무릎이 지면과 수직이 될 때까지 구간을 풀업기(Pull-up) 단계로 정하고, 이때부터 입각기가 끝나는 시점까지를 전방지속기(Forward continuance)로 정한다. 마지막으로 발바닥이 계단지면에서 떨어지는 유각기 단계를 발인상기(Foot clearance)로 정의한다. From the weight acceptance, the section is set to the pull-up phase until the knee is perpendicular to the ground, and the period from this moment until the end of the stance is defined as the forward continuance. Finally, the foot step is defined as foot clearance, in which the foot falls from the floor of the stairs.

도 8의 표는 본 발명에 따른 방법을 사용하여 보행단계를 학습한 대표적인 예로서, 1번 피험자의 첫 번째 오르막 보행을 분류한 관찰결과를 나타낸 표이다.The table of FIG. 8 is a table showing a result of observing the first ascent of the subject by classifying the first ascent of the patient, using the method according to the present invention as a representative example of learning the walking step.

다음으로, 내리막 보행 단계의 분류에 대하여 설명한다.Next, the classification of the downward walking step will be described.

도 9는 내리막 보행의 한 주기의 무릎 각도 그래프를 나타낸다. 내리막 보행의 입각기는 보행 시작 후, 계단 지면을 기준 다리로만 지탱하는 T 시간 안에서 무릎 각도가 최저가 되는 시점을 기준으로 2단계로 구분한다. 입각기 단계의 전체 시간은 평균 730ms이고, 이 시간 안에서 기준다리로만 계단지면을 지탱하는 시간이 통상 350ms이하여서 T를 350ms로 정하였다. 따라서 체중이동기(Weight acceptance)는 내리막 보행 시작 후 T 시점 안에 AHRS센서 전압의 최소값까지로 정한다. 제어하강기(Controlled lowering) 단계는 입각기가 끝나는 시점까지로 정의한다.Fig. 9 shows a knee angle graph of one cycle of downhill walking. The stance of the downward gait is divided into two stages based on the point at which the knee angle becomes the lowest in the T time that supports the stair ground only with the reference leg after the start of the gait. The total time of the stance phase was 730 ms on average, and the time required to support the stair surface only with the reference leg was 350 ms or less in this time, and T was set to 350 ms. Therefore, the weight acceptance is set to the minimum value of the AHRS sensor voltage within the time point T after the start of downhill walking. The controlled lowering step is defined as the point at which the stance ends.

내리막 보행의 유각기는 AHRS센서 전압의 초기값부터 yrange까지를 다리견인기(Leg pull through) 단계로 나눈다. yrange 범위는 수학식 2를 사용하여 구한다.The downhill gait cycle divides the AHRS sensor voltage from the initial value to y range by the leg pull through stage. The range of y range is obtained using equation (2).

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112015060816528-pat00004
Figure 112015060816528-pat00004

수학식 2는 AHRS센서 전압값의 분산을 나타내는 식이며, p는 윈도우 사이즈, m은 평균, n은 샘플 개수를 의미한다. 윈도우 사이즈란 전체 신호에 해당하는 전체 샘플들 중에 시간적으로 어떤 한 구간을 정한 것을 의미한다.Equation (2) represents the dispersion of the AHRS sensor voltage value, p is the window size, m is the average, and n is the number of samples. The window size means that a certain period of time is set among the entire samples corresponding to the entire signal.

여기서 분산을 구하기 위해 윈도우사이즈라 정의한 것은, 전체 내리막 보행 단계 중에 다리견인기(Leg pull through) 단계에서만 분산을 구하기 때문에 다리견인기(Leg pull through) 단계에 해당하는 샘플들의 구간을 윈도우 사이즈로 정하였다. 예를 들어, 전체 신호 샘플 수가 1500개, 다리견인기(Leg pull through) 단계가 350개 샘플들이 있다고 가정한다면, 윈도우 사이즈(p)는 350이 되고, n은 1, 2, 3, 4, …, 299, 300 이 된다.Here, the window size is defined as the window size. Since the variance is obtained only during the leg pull-through step during the entire downhill walking step, the window size is determined as the interval of the samples corresponding to the leg pull through step. For example, assuming that there are 1500 samples in the total signal sample and 350 samples in the leg pull through stage, the window size (p) is 350 and n is 1, 2, 3, 4, ... , 299, and 300, respectively.

수학식 2에서 n은 샘플들의 인덱스(index), 즉 위에서 설명하는 것처럼 윈도우 사이즈 내에서의 샘플의 관측계수(1, 2, 3, 4, …, 299, 300)가 되므로 n으로 정의한다. m은 AHRS 센서들의 전압 값 평균이다. 이는 윈도우 사이즈 내에서의 평균을 의미한다. T시간은 yrange전압값에 해당되는 시점을 의미한다.In Equation (2), n is defined as an index of samples, that is, an observation coefficient (1, 2, 3, 4, ..., 299, 300) of a sample within a window size as described above. m is the voltage value average of the AHRS sensors. This means the average within the window size. T time means time corresponding to y range voltage value.

Tvar는 임의의 구간(=윈도우사이즈) 만큼 입력 신호에 대해 분산을 구한 값이다. 예를 들어, 샘플링 레이트가 1KHz인, 즉 1초에 1000개가 입력되는 전체샘플에서 윈도우사이즈를 10ms라고 가정한다면, 한 번에 100개 샘플들의 분산을 구한 값이 Tvar로 정의된다.T var is the variance of the input signal by arbitrary interval (= window size). For example, if the sampling rate is 1 KHz, that is, assuming that the window size is 10 ms in the entire sample in which 1000 samples are input per second, the variance of 100 samples at a time is defined as T var .

수학식 2를 통해 계산된 Tvar가 최저구간이 되는 전압값을 yrange 로 지정한다. 최저구간은 분산이 통상 2×10-6 값을 갖고 있음을 관찰하였다. 즉, 윈도우 사이즈 내에서 산출된 분산들 중에 가장 최저가 되는 값을 찾는 것이 목적인데, 이 값은 관찰 결과 통상 2×10- 6 의 값을 확인하였다. 전체 샘플들 중에 AHRS 전압값이 2×10-6 이 되는 구간이 yrange 가 된다. 즉, Tvar는 윈도우 사이즈 내에서 산출한 분산들의 집합이고, yrange 는 산출한 분산들 중에 가장 최저값을 의미한다.The voltage value at which T var calculated through Equation (2) becomes the lowest section is designated as y range . The lowest interval was observed to have a variance of typically 2 × 10 -6 . That is, inde The goal of finding the most lowest value among the calculated dispersion in the window size, the value is usually 2 × 10 results observed was confirmed a value of 6. The range in which the AHRS voltage value is 2 × 10 -6 among all the samples is y range . That is, T var is the set of variances calculated within the window size, and y range is the lowest value among the variances calculated.

끝으로 yrange 부터 유각기가 끝나는 시점까지를 발착지기(Fool placement) 단계로 정한다.Finally, from the y range to the end of the swinging period, it is determined as the fool placement step.

도 10의 표는 본 발명에 따른 방법을 사용하여 보행단계를 학습한 대표적인 예로서, 1번 피험자의 첫 번째 내리막 보행을 분류한 관찰결과이다.The table of FIG. 10 is a representative example of learning the walking step using the method according to the present invention, and is a result of classifying the first downhill walking of the subject 1 time.

다음으로, 특징 추출 및 분류 단계에 대하여 설명한다.Next, the feature extraction and classification step will be described.

특징 추출은 패턴인식을 위해 대표할 수 있는 특징 값을 산출해내는 과정이다. 특징추출에는 시간 영역(Time domain), 주파수 영역(Frequency domain)과 주파수-시간 영역(Frequency-time domain)기법이 있다. 주파수 영역은 근육의 피로도를 조사할 때 유용하다. 시간 영역은 계산 효율이 좋기 때문에 근전도를 이용한 보행인식 시스템에서 자주 활용된다[비특허문헌 10].Feature extraction is a process of calculating characteristic values that can be represented for pattern recognition. There are time domain, frequency domain and frequency-time domain techniques for feature extraction. The frequency domain is useful when examining muscle fatigue. Since the time domain is computationally efficient, it is frequently used in a walking recognition system using EMG [Non-Patent Document 10].

본 발명에서는 시간영역 특징추출 알고리즘인 RMS(root mean square), VAR(variance of EMG), WAMP(Willision amplitude), MAV(mean absolutue), SSC(sign slope change), ZC(zero crossing)을 사용한다. RMS는 일정한 힘과 비피로도 상태에서의 근수축과 관련이 있고, VAR은 표준편차의 제곱 평균으로 구하며 근전도 신호의 힘을 구하는데 사용된다. WAMP는 근전도 신호 크기 변화가 임계값 이상일 때의 횟수를 구하여 나타낸다. MAV는 근육의 활동량과 힘을 추출하는데 주로 사용되며 근력이 증가함에 따라 값이 증가한다. ZC은 근신호가 0전위를 교차한 횟수, SSC는 근전도 신호 파형의 기울기가 바뀌는 횟수를 나타낸다[비특허문헌 10].In the present invention, root mean square (RMS), variance of EMG, WAMP, mean absolute value (MAV), sign slope change (SSC), and zero crossing . RMS is related to muscle contraction at constant force and non-fatigue state, VAR is the mean square of standard deviation and is used to determine the force of the EMG signal. WAMP represents the number of times when the EMG signal size change is above the threshold value. MAV is mainly used to extract muscle activity and strength and increases as muscle strength increases. ZC represents the number of times that the orthogonal arc crosses the zero potential, and SSC represents the number of times the slope of the electromyogram signal waveform is changed [Non-Patent Document 10].

특징 값들은 LDA분류기를 사용하여 보행단계가 인식된다. LDA는 클래스 간 분산과 클래스 내 분산의 비율을 최대화 하는 방식으로, 클래스를 선형적(Linear)으로 분류한다.Feature values are recognized using the LDA classifier. LDA classifies classes into linear classes in a way that maximizes the ratio between class-to-class variance and intra-class variance.

다음으로, 실험을 통한 본 발명의 효과를 구체적으로 설명한다.Next, the effects of the present invention through experiments will be described in detail.

먼저, 본 발명의 효과를 위한 실험환경을 설명한다.First, the experimental environment for the effect of the present invention will be described.

4명의 정상인 피험자들은 오르막, 내리막 계단을 각각 50걸음씩 걷는다. 25걸음은 훈련데이터에, 25걸음은 입력데이터에 사용된다. 실험에 사용된 계단은 도 11과 같고, 계단의 길이는 가로 145cm, 세로 27cm, 높이 16cm이다. 걸음 속도는 한 걸음 당 평균 1500ms이다. Four normal subjects walk up and down stairs 50 steps each. 25 steps are used for training data, and 25 steps are used for input data. The steps used in the experiment are as shown in Fig. 11, and the length of the stairs is 145 cm in width, 27 cm in height, and 16 cm in height. The pace is an average of 1500ms per step.

도 12는 구성된 실험 장비와 시스템이다. 장비로는 BIOPAC BN-EMG 2대, STM32F4 DISCOVERY 2대, FLEXIForce A201 압력센서, E2BOX EBIMU-9DOFV2 AHRS센서를 사용하였다. 먼저, BN-EMG로부터 얻은 근전도 신호는 이더넷을 통해 PC로 전송된다. 동시에 수집단말기(STM32F4)에는 압력센서와 AHRS센서를 장착하여 압력과 각도 데이터를 메인보드(STM32F4)로 전송한다. 메인보드에서는 이 데이터를 근전도 신호와 동기화시켜 PC로 전송한다.Figure 12 shows the constructed experimental equipment and system. Two BIOPAC BN-EMG, two STM32F4 DISCOVERY, FLEXIFORCE A201 pressure sensor and E2BOX EBIMU-9DOFV2 AHRS sensor were used as the equipment. First, the EMG signal from the BN-EMG is transmitted to the PC via Ethernet. At the same time, the pressure sensor and the AHRS sensor are attached to the collecting terminal (STM32F4), and pressure and angle data are transmitted to the main board (STM32F4). The main board synchronizes this data with the EMG signal and sends it to the PC.

다음으로, 본 발명의 실험에 따른 실험결과를 설명한다.Next, experimental results according to the experiment of the present invention will be described.

먼저, 개별 근육 별 보행단계 인식률에 대한 결과를 설명한다.First, we explain the results of recognition rate of walking step for individual muscle.

실험에는 특징추출 알고리즘을 모두(단일특징)를 사용한 경우와 정확도가 높은 2개의 특징추출알고리즘(복수의 특징)을 사용한 경우로 비교하였다. 복수의 특징은 LDA 분류기를 사용하여 보행단계를 인식할 때, 2개의 특징 값들을 사용하여 분류하는 방식이다. 이는 시간영역 특징추출 기법들 중 근전도 신호에 대해 비슷한 정보를 가진 특징 기법끼리 조합함으로써 특징 공간의 차이를 줄이며 더 많은 양의 클래스 정보를 얻을 수 있다[비특허문헌 13]. 특징은 RMS+VAR, MAV+SSC, WAMP+ZC으로 조합하여 실험하였다. Experiments were compared with the case of using all feature extraction algorithms (single feature) and the case of using two feature extraction algorithms (multiple features) with high accuracy. The plurality of features is a method of classifying using the two feature values when recognizing the walking phase using the LDA classifier. This makes it possible to obtain a larger amount of class information by reducing the difference of the feature space by combining the feature techniques having similar information about the EMG signal among the time domain feature extraction techniques [Non-Patent Document 13]. The characteristics were tested in combination with RMS + VAR, MAV + SSC and WAMP + ZC.

도 13은 단일특징을 사용하여 피험자(Subject)의 근육별 오르막/내리막 보행단계 인식률을 입각기/유각기로 나타낸 그래프이다. 실험 결과, 4명의 피험자들은 근육 발달도 및 활성도가 다르기 때문에 근육마다 인식률에 차이가 나타났다. 또한, 단일 특징을 사용했을 때, 근육 별 보행단계 인식률이 피험자마다 편차가 큰 것을 확인하였다.FIG. 13 is a graph showing the recognition rate of the uphill / downhill walking steps per the muscle of the subject using a single characteristic by the stance / diagonal period. As a result of the experiment, the recognition rate of muscle was different among the four subjects because the muscle development and activity were different. In addition, it was confirmed that the recognition rate of gait step for each muscle was large for each subject when using a single feature.

반면, 도 14는 복수의 특징을 사용하여 피험자의 근육 별 오르막/내리막 보행단계 인식률을 입각기/유각기로 나타낸 그림이다. 관찰 결과, 도 13의 단일 특징과 다르게 복수의 특징을 사용하였을 때, 보행단계 인식률이 보다 향상되었다. 또한, 모든 특징을 사용하지 않고 유사한 클래스 정보를 가진 특징 기법끼리 조합하여 사용함으로써 피험자마다 인식률의 편차가 적게 나타난 것을 확인하였다.On the other hand, FIG. 14 is a figure showing the recognition rate of the step-up / down-step walking step by the subject using the plurality of features by the stance / ergometer. As a result of observation, when a plurality of features are used differently from the single feature of Fig. 13, the recognition rate of the gait step is further improved. In addition, it was confirmed that the recognition rate variation was small for each subject by using characteristic features with similar class information without using all the features.

다음으로, 선행연구와 본 발명에 따른 방법의 인식률 비교 결과를 설명한다.Next, the results of comparing the recognition rate of the prior art and the method according to the present invention will be described.

물리센서를 사용하여 보행단계만을 나눈 기존연구와는 달리, 선행연구와 본 발명에서는 훈련단계에서 센서를 이용하여 보행범위를 생성하고, 인식단계에서 근전도 신호만을 이용하여 보행단계의 인식률을 산출한다. 선행연구와 본 발명를 통해 계단에서 사용되는 근육과 적합한 훈련데이터 생성 범위를 고찰하기 위해 두 방법의 보행단계 인식률을 확인하였다.Unlike the existing research using only the physical sensor, only the gait range is generated using the sensor in the training step and the recognition rate of the gait step is calculated using only the EMG signal in the recognition step. We confirmed the recognition rates of the walking steps of the two methods in order to examine the range of muscle training and appropriate training data used in the stairs through previous research and the present invention.

먼저, 선행 연구는 허벅지 근육 4채널을 사용하였다[비특허문헌 12]. 훈련데이터는 오르막 보행을 입각기 2단계, 유각기 2단계로 분류하였고, 내리막 보행은 체중이동기(Weight acceptance)와 전방지속기(Forward continuance)를 한 단계로 축소하였다. 본 발명에서는 허벅지 근육 3채널과 종아리 근육 1채널을 사용하였다. 훈련데이터 생성 범위는 오르막에서 입각기 3단계, 유각기 1단계로 분류하였고, 내리막에서 전방지속기(Forward continuance)와 제어하강기(Controlled lowering)을 축소하여 각각 4단계로 분류하였다. First, previous studies used four channels of the thigh muscles [Non-Patent Document 12]. The training data were classified into 2 stages of stance and 2 stages of uphill walking. Downward walking was reduced to weight acceptance and forward continuance. In the present invention, three channels of the thigh muscles and one channel of the calf muscles were used. The range of the training data was classified into 3 stages in the ascending phase and 1 stage in the irregular phase, and the Forward continuance and Controlled lowering in the downhill were reduced to 4 stages respectively.

도 15는 두 방법을 통해 얻은 보행단계 인식률이다. 선행연구에서 오르막 보행 평균(편차)은 58.5% (±17.63), 내리막 보행 평균(편차)은 35.3%(±1.41)의 인식률을 보였다[비특허문헌 12]. 제안하는 방법의 단일 특징을 사용할 경우, 오르막 보행은 76.1%(±6.80), 내리막 보행은 61.5%(±9.01)을 보였다. 복수의 특징을 사용할 경우, 오르막 보행은 85.6%(±5.19), 내리막 보행은 69.5%(±5.40)의 인식률을 나타낸다.Fig. 15 is the recognition rate of the walking step obtained by the two methods. In the previous study, the average of uphill walking (deviation) was 58.5% (± 17.63), and the average of downhill walking (deviation) was 35.3% (± 1.41) [Non-Patent Document 12]. When using the single feature of the proposed method, uphill walking was 76.1% (± 6.80) and downhill walking was 61.5% (± 9.01). When multiple features are used, 85.6% (± 5.19) of uphill walking and 69.5% (± 5.40) of downhill walking are recognized.

인식률은 피험자들의 전체 근육에 대한 보행단계 인식률로 계산된다. The recognition rate is calculated as the recognition rate of the walking step for the entire muscle of the subjects.

보행단계 인식률을 관찰한 결과, 전체적으로 본 발명의 방법이 선행연구의 보행단계 인식률보다 앞선 것을 확인할 수 있었다. 또한, 계단에서 사용되는 근육과 적합한 훈련데이터 생성 범위를 분석할 수 있었다. 그러나 오르막 Gait 2는 선행연구가 본 발명의 방법보다 보행단계 인식률이 약 1.2% 가량 높게 나타났다. 하지만, 일원배치 분산분석(one-way ANOVA)을 사용하여 통계처리를 해본 결과, 오르막 보행에서 선행연구는 F비 44.77, F기각치 6.591, p-value 0.001(유의수준 0.05); 본 발명의 방법 1은 F비 7.424, F기각치 3.490, p-value 0.004를 나타내었다. 따라서 선행연구와 제안하는 방법 1의 결과가 통계적으로 유의하지 않았다. 반면, 본 발명의 방법 2는 F비 1.635, F기각치 3.490, p-value 0.233(유의수준 0.05)로 통계적으로 유의하다는 것을 검증하였다. 내리막 보행에서는 세 방법 모두 F비가 F기각치보다 작고, p-value가 0.05보다 작았다.As a result of observing the recognition rate of the walking step, it can be confirmed that the method of the present invention is ahead of the recognition rate of the walking step of the previous study as a whole. In addition, we were able to analyze the muscles used in the stairs and the range of training data generated. However, uphill Gait 2 showed a higher recognition rate of the gait step than the method of the present invention by about 1.2%. However, as a result of statistical analysis using the one-way ANOVA, the preceding study showed an F-ratio of 44.77, a F-rejection of 6.591, and a p-value of 0.001 (significance level 0.05); The method 1 of the present invention showed an F ratio of 7.424, a F-rejection value of 3.490, and a p-value of 0.004. Therefore, the results of the previous study and the proposed method 1 were not statistically significant. On the other hand, the method 2 of the present invention proved statistically significant with an F ratio of 1.635, a F-rejection value of 3.490, and a p-value of 0.233 (significance level 0.05). In downhill walking, the F ratio was smaller than the F-rejection value and the p-value was less than 0.05 in all three methods.

본 발명에서는 근전도 신호만으로 오르막과 내리막 계단보행을 각각 4단계로 분류하는 방법을 제안하였다. 결과적으로 개별 근육 별 보행단계의 평균 인식률을 분석함으로써 각 보행단계에 도움이 되는 근육과 그렇지 않은 근육을 확인하였다. 또한, 특징조합을 사용하여 단일 특징기법보다 오르막 보행에서 약 9%, 내리막 보행에서 약 8% 인식률이 증가한 것을 확인할 수 있었다. 마지막으로 계단보행에서 사용하는 근육과 보행단계 범위를 다르게 함으로써 인식률을 고찰하였고, 사용되는 근육과 적합한 훈련데이터 생성 범위를 분석하였다.According to the present invention, a method of classifying uphill and downhill stairs into four steps by EMG signals alone is proposed. As a result, by analyzing the average recognition rate of individual gait steps, we identified the muscles that helped each gait phase and those that did not. Also, it was confirmed that the recognition rate was increased about 9% in uphill walking and 8% in downhill walking compared to single feature using feature combinations. Finally, we examined the recognition rate by differentiating the range of the stance gait and the gait used, and analyzed the range of training data and the appropriate training data.

이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.The invention made by the present inventors has been described concretely with reference to the embodiments. However, it is needless to say that the present invention is not limited to the embodiments, and that various changes can be made without departing from the gist of the present invention.

10 : 훈련데이터 12 : EMG 신호
20 : 컴퓨터 단말 30 : 계단 보행단계 인식 장치
10: training data 12: EMG signal
20: Computer terminal 30: Stair walking step recognition device

Claims (8)

상하향 계단보행을 위한 근전도 신호 기반 보행단계 인식 방법에 있어서,
(a) 오르막 보행 또는 내리막 보행 시에 측정된 다수 근육의 근전도 신호의 훈련용 신호와, 보행 시에 측정된 발바닥 압력과 무릎 각도의 물리 데이터를 입력받는 단계;
(b) 상기 물리 데이터를 이용하여 보행 단계를 판단하는 단계;
(c) 상기 근전도 신호로부터 특징을 추출하는 단계;
(d) 추출한 특징을 입력으로 하고, 판단된 보행 단계를 출력으로 하는 분류기를 생성하는 단계; 및,
(e) 생성된 분류기를 이용하여, 상기 오르막 보행 또는 내리막 보행의 보행단계를 인식하는 단계를 포함하고,
상기 (b)단계에서, 발바닥 압력으로 보행단계의 입각기와 유각기를 구분하고, 무릎 각도에 따라 보행단계를 세분화하는 것을 특징으로 하는 상하향 계단보행을 위한 근전도 신호 기반 보행단계 인식 방법.
A method for recognizing a gait phase based on an EMG signal for up and down stairs,
(a) receiving a training signal of an electromyogram signal of a plurality of muscles measured at the time of an uphill or downhill walk, and physical data of a foot pressure and a knee angle measured at the time of walking;
(b) determining a walking step using the physical data;
(c) extracting features from the EMG signal;
(d) generating a classifier that takes the extracted features as input and outputs the determined gait steps; And
(e) recognizing a walking step of the uphill or downhill walk using the generated classifier,
The method of claim 1, wherein, in step (b), the stance group and the swing group of the walking step are divided by the sole pressure, and the walking step is subdivided according to the knee angle.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 (b)단계에서, 오르막 보행인 경우, 입각기의 3단계와 유각기의 1단계로 구분하되, 입각기는 체중이동기(Weight acceptance), 풀업기(Pull-up), 및, 전방지속기(Forward continuance) 순으로 진행되는 것으로 판단하고,
체중이동기(Weight acceptance) 단계는 발바닥 압력이 초기값 부터 최대값 사이의 일정한 지점에 해당할 때까지로 판단하고, 풀업기(Pull-up) 단계는 체중이동기(Weight acceptance) 이후 무릎의 각도가 지면과 수직이 될 때까지로 판단하는 것을 특징으로 하는 상하향 계단보행을 위한 근전도 신호 기반 보행단계 인식 방법.
The method according to claim 1,
In step (b), in case of uphill walking, it is divided into three stages of stance phase and one stage of swing phase, and the stance phase includes weight acceptance, pull-up, continuance "),
The weight acceptance step is a step until the foot pressure reaches a predetermined point between the initial value and the maximum value. In the pull-up step, the angle of the knee after the weight acceptance Wherein the step of recognizing the gait step is based on an EMG signal for the up and down stairs.
제3항에 있어서,
상기 (b)단계에서, 체중이동기(Weight acceptance) 단계는 압력의 전압이 초기값 부터 다음 수식 1의 임계값 Threshold 까지일 때로 판단하는 것을 특징으로 하는 상하향 계단보행을 위한 근전도 신호 기반 보행단계 인식 방법.
[수식 1]
Figure 112015060816528-pat00005

단, iinit 와 imax 는 각각 발바닥 압력의 전압의 초기값 및 최대값임.
The method of claim 3,
In the step (b), the weight acceptance step determines that the voltage of the pressure is from the initial value to the threshold value Threshold of the following equation (1). The step of recognizing the walking step based on the EMG signal for the up / .
[Equation 1]
Figure 112015060816528-pat00005

I init and i max are the initial and maximum values of the plantar pressure, respectively.
제1항에 있어서,
상기 (b)단계에서, 내리막 보행인 경우, 입각기의 체중이동기(Weight acceptance), 입각기의 제어하강기(Controlled lowering), 유각기의 다리견인기(Leg pull through), 및, 유각기의 발착지기(Fool placement) 순으로 4개의 단계로 구분하여 판단하되,
입각기 보행이 시작된 후, 기준 다리로만 지탱하는 동안 무릎 각도가 최저가 되는 시점을 기준으로 체중이동기(Weight acceptance)와 제어하강기(Controlled lowering)를 구분하고, 유각기 보행이 시작된 후, 발바닥 압력이 초기값부터 윈도우 사이즈의 분산 Tvar이 최저 구간이 되는 전압값인 yrange까지를 다리견인기(Leg pull through)로 구분하는 것을 특징으로 하는 상하향 계단보행을 위한 근전도 신호 기반 보행단계 인식 방법.
The method according to claim 1,
In step (b), in case of downhill walking, the weight acceptance of the stance, controlled lowering of the stance, leg pull through of the swinging leg, Fool placement) are judged by dividing into four steps,
The weight acceptance and the control lowering are classified based on the point at which the knee angle becomes the lowest while the stance gait starts to be supported only with the reference leg. After the start of the gait walking, To a range of y range which is a voltage value at which the variance T var of the window size is the lowest, is divided into leg pull through. The method of recognizing the walking step based on the EMG signal for the up / down stairs walking.
제5항에 있어서,
상기 yrange 는 다음 수식 2의 Tvar 가 최저구간이 되는 전압값인 것을 특징으로 하는 상하향 계단보행을 위한 근전도 신호 기반 보행단계 인식 방법.
[수식 2]
Figure 112015060816528-pat00006

단, p는 윈도우 사이즈, m은 평균, n은 샘플 개수임.
6. The method of claim 5,
Wherein the y range is a voltage value at which T var in the following equation (2) becomes the lowest interval. The method of recognizing the walking step based on the EMG signal for the up / down stairs walking.
[Equation 2]
Figure 112015060816528-pat00006

Where p is the window size, m is the average, and n is the number of samples.
제1항에 있어서,
상기 (a)단계에서, 보행자의 발바닥 압력은 압력센서에 의해 측정되고, 보행자의 무릎각도는 AHRS(Attitude & Heading Reference System) 센서에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는 상하향 계단보행을 위한 근전도 신호 기반 보행단계 인식 방법.
The method according to claim 1,
In step (a), the pedestrian's foot pressure is measured by a pressure sensor, and the pedestrian's knee angle is measured by an AHRS (Attitude & Heading Reference System) sensor. Step recognition method.
제1항에 있어서,
상기 (a)단계에서, 오르막 보행일 때 보행자의 허벅지의 내측광근(Vastus Medialis), 외측광근(Vastus lateralis), 대퇴직근(Rectus femoris), 종아리의 비복근(Gastrocnemius)을 사용하고, 내리막 보행일 때 보행자의 허벅지의 내측광근, 반건양근(Semitendinous), 외측광근, 종아리의 비복근을 사용하는 것을 특징으로 하는 상하향 계단보행을 위한 근전도 신호 기반 보행단계 인식 방법.
The method according to claim 1,
In step (a), when the patient is on an uphill walk, the Vastus medialis, Vastus lateralis, Rectus femoris, and Gastrocnemius of the thigh of the pedestrian are used, Wherein the pedestrian's inner thigh, the semitendinous, the outer limb, and the calyx are used as the pedestrian's thighs.
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