KR101911221B1

KR101911221B1 - 복합 자극을 통한 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 시스템과, 방법

Info

Publication number: KR101911221B1
Application number: KR1020170081434A
Authority: KR
Inventors: 송원경; 권순철; 고병우
Original assignee: 대한민국
Priority date: 2017-06-27
Filing date: 2017-06-27
Publication date: 2018-12-28

Abstract

본 발명은 복합 자극을 통한 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 시스템과, 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 시스템은 미리 설정된 보행 속도에 대응하는 주기를 가지는 자극 신호를 사용자에게 제공하는 자극부, 그리고 자극 신호와 사용자 보행의 동조화 여부를 판단하고, 자극 신호와 사용자의 보행이 동조화된 상태에서 자극 신호와 사용자 보행의 보행 동조화 변화를 모니터링 하며, 보행 동조화 변화에 기초하여 사용자의 보행 의도를 분석하는 제어부를 포함한다. 본 발명에 의하면, 사용자에게 시각, 촉각, 청각 중 한 개를 선택하거나 두 개 이상을 조합한 자극을 제공하여 사용자의 보행 의도를 보다 효과적으로 파악하고, 보행 훈련 상황에서 보다 강한 보행 패턴의 변화를 유도할 수 있다.

Description

복합 자극을 통한 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 시스템과, 방법{Walking Pattern Training and Intension Analysis System Through Complex Stimulus, and Method thereof}

본 발명은 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 시스템과, 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 복합 자극을 통하여 보행 패턴 훈련 및 의도 분석을 위한 시스템과 방법에 관한 것이다.

뇌졸중 및 신경학적 장애를 통한 병적 보행 양상을 보이는 장애인들은 건강한 성인과 비교하여 시간적 또는 공간적 보행 패턴의 저하 특성을 나타내며, 이는 일상생활과 지역사회 내 역할 수행에 있어서 또 다른 어려움으로 작용한다.

이러한 병적 보행 패턴을 개선하기 위하여 한국등록특허 제10-1577029호와 같이 청각 자극을 통한 보행 훈련 방법이 제시되고 있다. 종래 방법으로는 사용자의 보행 패턴을 분석하여 청각 자극을 제공하는 것까지는 가능하였다. 하지만 청각 자극을 통한 보행 훈련 동안 사용자가 얼마나 이에 대하여 집중하고 있는지 동조화 여부와 보행 의도 파악을 확인할 수 있는 방법 및 정량적인 분석은 이루어지지 않고 있다.

뇌졸중 환자와 같이 보행 훈련이 필요한 사람에 대한 보행 의도는 기립, 착석, 속도 증가, 속도 감소, 오른쪽으로 회전, 왼쪽으로 회전 등과 같이 보행과 관련된 다양한 동작 패턴으로 나뉠 수 있다. 특히, 보행 속도 증가 또는 보행 속도 감소 등은 보행 상황에 따라 자주 발생할 수 있다. 또한 보행하고 있는 사람의 동기나 능력에 따라서도 자주 변화될 수 있다. 보행 속도의 변화는 다양한 상황에 대한 대처 능력을 향상시킬 수도 있다. 병원 등의 훈련 공간에서는 사용자의 의도에 따라 더 빠르게 보행하거나 더 느리게 보행할 수 있는데, 보행 속도 조정을 상황에 따라 조정하기가 어려운 문제점이 있었다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 복합 자극을 통하여 사용자의 보행 의도를 보다 정확하게 파악하고, 보행 훈련 상황에서 보다 강하게 보행 패턴의 변화를 유도할 수 있는 복합 자극을 통한 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 시스템과 방법을 제공하는 것이다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 시스템은 미리 설정된 보행 속도에 대응하는 주기를 가지는 자극 신호를 사용자에게 제공하는 자극부, 그리고 상기 자극 신호와 사용자 보행의 동조화 여부를 판단하고, 상기 자극 신호와 상기 사용자의 보행이 동조화된 상태에서 상기 자극 신호와 상기 사용자 보행의 보행 동조화 변화를 모니터링 하며, 상기 보행 동조화 변화에 기초하여 상기 사용자의 보행 의도를 분석하는 제어부를 포함한다.

상기 자극부는 시각, 촉각, 청각 중 한 개를 선택하거나 두 개 이상을 조합한 자극 신호를 상기 사용자에게 제공할 수 있다.

상기 자극부는 상기 자극 신호에 미리 정해진 노이즈를 포함시킬 수 있다.

상기 자극부는 상기 제어부로부터 시각 자극 신호를 전달받아 사용자에게 영상을 제공하는 시각 자극부, 상기 제어부로부터 촉각 자극 신호를 전달받아 사용자에게 진동을 제공하는 촉각 자극부 및 상기 제어부로부터 청각 자극 신호를 전달받아 사용자에게 소리를 제공하는 청각 자극부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 영상은 상기 사용자의 보행 진행 방향에 투사되고, 상기 주기에 대응하는 리듬을 나타내는 움직임 이미지를 포함할 수 있다.

상기 시각 자극부는 상기 사용자의 신체에 착용되어 상기 사용자의 보행 진행 방향에 상기 영상을 투사할 수 있다.

상기 사용자에 착용되어 상기 사용자의 보행에 따라 발생되는 신호를 감지하는 센서부를 더 포함할 수 있다.

상기 자극부는 시각, 촉각, 청각 중 두 개 이상을 조합한 복수의 자극 신호를 상기 사용자에게 제공할 경우, 보행 사이클 내에서 서로 다른 보행 시점에 상기 복수의 자극 신호를 상기 사용자에게 제공할 수 있다.

상기 제어부는 상기 보행 동조화 변화에 기초한 상기 사용자의 보행 의도 분석 결과에 따라 상기 자극 신호의 주기를 조정할 수 있다.

상기 제어부는 상기 보행 동조화 변화에 기초한 상기 사용자의 보행 의도 분석 결과에 따라 상기 사용자의 보행을 지원하는 보행 보조 장치의 동작을 조정할 수 있다.

상기 보행 동조화 변화는 상기 자극 신호의 인가 시점의 시간 정보와 상기 사용자의 보행 동작 중에서 미리 정해진 동작이 감지되는 시점의 시간 정보를 기초로 구해질 수 있다.

상기 미리 정해진 동작이 감지되는 시점은 상기 사용자에 착용된 센서부에서 측정되는 압력 값 또는 가속도 값을 기초로 구해질 수 있다.

상기 사용자의 보행 의도 분석은 아래 수학식에 의해 정의되는 보행 동조화율의 변화량을 기초로 수행되고,

여기서 ER는 자극 신호에 대한 보행 동조화율이고, t_sound,i는 i번째 자극 신호의 인가 시점에 대한 시간 정보이고, t_hs,i는 i번째 자극 신호에 대응하는 특정 보행 동작(예컨대 발꿈치 접지)의 감지 시점에 대한 시간 정보이며, T는 자극 신호를 사용자에게 인가하는 주기일 수 있다.

상기 보행 동조화율에 따라 상기 사용자의 보행 상태를 시각적으로 또는 청각적으로 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부는 상기 보행 동조화율에 따라 상기 사용자의 보행 상태를 표시하면서 상기 사용자의 보행 상태의 문제점을 음성으로 제공할 수 있다.

상기 제어부는 상기 보행에 따라 이상 보행 패턴이 발생하는 시점에서 음성 정보를 제공할 수 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 방법은 자극부가 미리 설정된 보행 속도에 대응하는 주기를 가지는 자극 신호를 사용자에게 제공하는 단계, 제어부가 상기 자극 신호와 상기 사용자 보행의 동조화 여부를 판단하는 단계, 상기 제어부가 상기 자극 신호와 상기 사용자의 보행이 동조화된 상태에서, 상기 자극 신호와 상기 사용자 보행의 보행 동조화 변화를 모니터링 하는 단계, 그리고 상기 제어부가 상기 보행 동조화 변화에 기초하여 상기 사용자의 보행 의도를 분석하는 단계를 포함한다.

상기 보행 동조화 변화에 기초한 상기 사용자의 보행 의도 분석 결과에 따라 상기 자극 신호의 주기를 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 보행 동조화 변화에 기초한 상기 사용자의 보행 의도 분석 결과에 따라 상기 사용자의 보행을 지원하는 보행 보조 장치의 동작을 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 보행 동조화율에 따라 상기 사용자의 보행 상태를 시각적으로 또는 청각적으로 표시할 수 있다.

상기 보행 동조화율에 따라 상기 사용자의 보행 상태를 표시하면서 상기 사용자의 보행 상태의 문제점을 음성으로 제공할 수 있다.

상기 보행에 따라 이상 보행 패턴이 발생하는 시점에서 음성 정보를 제공할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 보행 훈련 시스템은 사용자에 착용되어 상기 사용자의 보행에 따라 발생되는 신호를 감지하는 센서부, 상기 센서부로부터 상기 신호를 수신하여 사용자의 보행 패턴을 분석하고, 시각, 촉각 중 하나 이상을 포함한 자극 신호를 생성하는 제어부, 상기 생성된 자극 신호를 수신하여 사용자에게 제공하는 자극부, 그리고 상기 사용자의 보행을 지원하는 보행 보조 장치를 포함할 수 있다.

상기 자극부는 상기 제어부에서 생성된 시각 자극 신호를 수신하여 사용자에게 영상을 제공하는 시각 자극부 및 상기 제어부에서 생성된 촉각 자극 신호를 수신하여 사용자에게 진동을 제공하는 촉각 자극부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 영상은 상기 사용자의 보행 진행 방향에 투사되고, 리듬을 가지는 이미지의 움직임으로 이루어질 수 있다.

본 발명에 의하면, 사용자에게 시각, 촉각, 청각 중 한 개를 선택하거나, 두 개 이상을 조합한 자극을 사용자에게 제공하여 사용자의 보행 의도를 정확하게 파악하고, 보행 훈련 상황에서 보다 강하게 보행 패턴의 변화를 유도할 수 있다.

이와 같이, 시각, 촉각, 청각 자극을 복합적으로 제공하고 자극에 동조화된 패턴으로 보행 패턴의 변화를 유도하여 사용자의 보행 의도를 정확하게 파악할 수 있을 뿐만 아니라, 변화 양상에 따라 각 자극의 시점을 의도적으로 다르게 제어하여 보다 효과적인 보행 재활 훈련 보조를 가능하게 하는 장점이 있다. 특히, 보행 보조 장치와 함께 지면에서 보행 훈련하는 경우, 다양한 상황이 발생될 수 있기 때문에 복합 자극에 대한 동조화의 변화 정도와 복합 자극의 위상 차 변화를 통해 보행 의도를 안정적으로 파악할 수 있는 장점이 있다.

그리고 뇌졸중 또는 다양한 신경학적 장애로 인하여 보행에 어려움을 겪는 장애인들의 보행 훈련에 본 시스템을 적용할 경우, 청각 자극과 더불어 진동을 통한 촉각 자극, 투사 영상을 통한 시각 자극을 복합적으로 제공하고 복합 자극의 위상 차를 변화시킴으로써 동조화할 보행 패턴을 다양하게 제시할 수 있기 때문에 다양한 보행 훈련 및 운동에 활용할 수 있는 장점이 있다.

게다가, 운동 능력이 낮은 사람의 경우 보행 보조 장치와 함께 사용될 수 있으며, 독립 보행이 어느 정도 가능한 운동 능력이 상대적으로 높은 사람의 경우 보행 보조 장치 없이 복합 자극만을 이용하여 개선된 보행 패턴을 유도하고 보행 의도를 파악할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 시스템을 사용자가 착용한 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 시스템의 동작을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자극 신호와 사용자 보행 동작 감지 신호의 관계를 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자극 신호와 사용자 보행 동작의 동조화율을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 시스템의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 시스템을 사용자가 착용한 예를 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 복합 자극을 통한 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 시스템은 제어부(100), 자극부(110), 센서부(120), 표시부(130) 및 보행 보조 장치부(140)를 포함할 수 있다.

제어부(100)는 본 발명에 따른 복합 자극을 통한 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 시스템의 전체적인 동작을 제어하며, 구체적으로 자극 신호와 사용자의 보행이 동조화된 상태에서 자극 신호와 사용자 보행의 동조화 변화를 모니터링 한다. 그리고 제어부(100)는 자극 신호와 사용자 보행의 동조화 변화에 기초하여 사용자의 보행 의도를 분석한다. 게다가 제어부(100)는 사용자의 보행 의도 분석 결과에 따라 자극 신호의 주기를 조정하거나 사용자의 보행을 지원하는 보행 보조 장치부(140)의 동작을 조정하여 훈련 효과를 높일 수 있다.

제어부(100)는 메모리 수단을 구비하고 마이크로프로세서를 탑재하여 연산 능력을 갖춘 이동 통신 기능을 구비한 장치로 구현될 수 있으며, 스마트폰(Smart Phone), 태블릿(Tablet) PC, 개인 휴대 정보 단말기(Personal Digital Assistant, PDA)나 웹 패드(Web Pad) 등과 같은 범용 장치가 이용되거나, 본 발명에 따른 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 시스템 전용으로 개발되는 장치가 이용될 수도 있다.

제어부(100)는 도 2에 예시한 것과 같이 벨트 등의 착용 수단을 통해 사용자의 신체 일부에 착용된 상태로 이용될 수 있으며, 실시예에 따라서는 사용자의 몸에 착용되지 않은 상태로 이용될 수도 있다.

제어부(100)는 사용자의 몸에 착용되지 않은 경우, 블루투스, 지그비 또는 와이파이 등의 근거리 무선 통신을 통해 자극부(110), 센서부(120), 표시부(130) 및 보행 보조 장치부(140) 등과 각종 제어 신호나 데이터를 교환할 수 있다.

제어부(100)는 사용자의 몸에 착용된 경우, 자극부(110), 센서부(120), 표시부(130) 및 보행 보조 장치부(140)와 유선으로 연결될 수 있으며, 사용자의 몸에 착용된 경우도 자극부(110), 센서부(120), 표시부(130) 및 보행 보조 장치부(140) 중 하나 이상과 무선으로 연결되도록 구현하는 것도 가능하다.

자극부(110)는 시각, 촉각, 청각 중 한 개를 선택하거나, 두 개 이상을 조합한 자극 신호를 사용자에게 제공할 수 있다. 보다 자세하게는 자극부(110)는 시각, 촉각, 청각 중 어느 하나의 자극 신호를 선택하여 사용자에게 제공하거나, 시각, 촉각, 청각 중 두 개를 선택적으로 조합한 두 개의 자극 신호를 사용자에게 제공할 수 있다. 또한 자극부(100)는 시각, 촉각, 청각을 모두 조합한 3개의 자극 신호를 사용자에게 제공할 수 있다.

예를 들어, 청각 자극만을 이용하여 보행 훈련할 경우, 사용자의 청각 능력이 저하되어 있거나, 청각 자극이 제대로 전달되기 어려운 소음이 심한 환경 또는 청각 자극에만 집중하기 어려운 횡단보도 등과 같은 환경에서는 청각 자극을 통한 보행 훈련이 어려우며, 시각 자극만을 이용하여 보행 훈련할 경우, 시각적으로 혼란한 장소 또는 사용자의 주의가 분산되는 환경에서는 시각 자극을 통한 보행 훈련이 어려운 문제점이 있다. 이와 같이, 단일 자극에서 제공되는 리듬의 변화를 통해서는 다양한 보행 패턴으로의 변화를 유도하는데 한계가 있으므로 시각, 촉각, 청각 중 두 개 이상을 조합한 복수의 자극 신호를 사용자에게 제공하여 보행 훈련하는데 이용할 수 있다.

이때, 복수의 자극 신호를 사용자에게 제공할 경우, 복수의 자극 신호는 동시에 사용자에게 제공되거나 보행 사이클 내에서 서로 다른 보행 시점에 각각 제공될 수 있다. 복수의 자극 신호를 보행 시점별로 구분하여 서로 다른 시점에 제공하는 내용에 대해서는 하기의 도 5를 참조하여 자세히 설명하도록 한다.

자극부(110)는 시각 자극부(111), 촉각 자극부(112) 및 청각 자극부(113) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

시각 자극부(111)는 제어부(100)로부터 시각 자극 신호를 전달받아 사용자에게 영상을 제공하는 기능을 수행한다. 시각 자극부(111)는 도 2에 예시한 것과 같이, 목걸이 또는 벨트 등의 착용 수단을 통해 사용자의 신체 일부에 착용되어 사용자의 보행 진행 방향에 영상을 투사하는 영상 투사 장치 등으로 이루어질 수 있다. 시각 자극부(111)에서 제공되는 영상은 주기에 대응하는 리듬을 나타내는 움직임 이미지를 포함할 수 있다. 여기서 주기는 미리 설정된 보행 속도에 대응하는데, 주기가 짧다는 것은 보행 속도가 빠른 것을 나타내고 주기가 길다는 것은 보행 속도가 느린 것을 나타낼 수 있다. 그리고 움직임 이미지는 도형, 패턴, 아이콘 등으로 이루어질 수 있는데, 도형, 패턴, 아이콘 등이 영상 속에서 움직이는 속도가 빨라지거나 느려지는 것으로 리듬감을 나타낼 수 있거나, 도형이 사라지거나 나타나는 속도가 빨라지거나 느려지는 것으로 리듬감을 나타낼 수 있다. 또한, 이미지의 색상이 변화는 속도로도 리듬감을 나타낼 수 있으며, 이미지에 포함된 패턴이 변화하는 속도로도 리듬감을 나타낼 수 있다. 그리고 보행 사이클의 특정 시점에 움직임 이미지가 나타나거나 사라지게 하고, 주기에 따라 속도를 빠르게 하거나 느리게 하여 리듬을 나타낼 수 있다. 예컨대, 사용자가 발꿈치를 접지하는 경우, 움직임 이미지가 나타나고, 발꿈치가 떨어지는 경우 움직임 이미지가 사라지는 것을 보행 사이클의 일정 시점에 연동시키고 주기에 따라 속도를 빠르게 하거나 느리게 하여 리듬을 나타낼 수 있다.

촉각 자극부(112)는 제어부(100)로부터 촉각 자극 신호를 전달받아 사용자에게 진동을 제공하는 기능을 수행한다. 촉각 자극부(112)는 도 2에 예시한 것과 같이, 사용자의 손목, 장딴지, 허벅지, 종아리 등과 같은 신체 일부에 착용되어 리듬을 가진 진동 또는 힘(햅틱)을 제공할 수 있다.

청각 자극부(113)는 제어부(100)로부터 청각 자극 신호를 전달받아 사용자에게 소리를 제공하는 기능을 수행한다. 청각 자극부(113)는 유무선 헤드폰으로 구현되거나, 이어폰 등으로 구현될 수 있다. 물론 실시예에 따라서 스마트폰(Smart Phone), 태블릿(Tablet) PC, 개인 휴대 정보 단말기(Personal Digital Assistant, PDA)나 웹 패드(Web Pad) 등과 같은 범용 장치의 스피커로 구현되는 것도 가능하다.

이러한 자극 신호를 사용자에게 제공하는 주기는 제어부(100)의 제어에 따라 조정될 수 있으며, 제어부(100)에서 자극 신호의 주기를 조정하는 동작에 대해서는 아래에서 보다 자세히 설명한다.

자극부(110)는 자극 신호에 미리 정해진 노이즈를 포함시킬 수 있다. 여기서, 노이즈는 확률공명(Stochastic Resonance, 이하 SR) 원리에 따라 사용자의 지각을 향상시키는데 필요한 것으로서, 노이즈가 포함된 자극 신호를 사용자에게 제공할 경우 확률공명(SR) 상호작용으로 인하여 자극의 감응성을 향상시킬 수 있다.

이를 위하여 자극부(110)는 미리 정해진 레벨의 노이즈를 발생시키는 노이즈 발생기(미도시)를 구비할 수 있으며, 사용자에게 복수의 자극 신호를 동시에 제공할 경우 서로 다른 노이즈가 포함된 복수의 자극 신호를 사용자에게 가함으로써 복수의 자극에 대한 감응성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 청각 노이즈를 청각 자극 신호에 포함시켜 사용자에게 제공함으로써 촉각 감응성을 증가시킬 수 있고, 시각 노이즈를 시각 자극 신호에 포함시켜 사용자에게 제공함으로써 시각 감응성을 증가시킬 수 있다. 여기서 노이즈의 레벨은 사용자의 상태에 따라 조절될 수 있으며, 노이즈의 레벨을 적절하게 조절하여 감응성이 향상된 최적의 자극 신호를 사용자에게 제공할 수 있다.

센서부(120)는 사용자의 보행 동작에 따라 발생하는 신호를 감지할 수 있다. 센서부(120)는 사용자가 착용한 신발, 발바닥, 발목 등에 설치된 센서로, 사용자의 보행 동작에 따른 해당 센서부(120)의 위치, 속도 또는 가속도 등을 측정하고 이를 실시간으로 제어부(100)에 전송할 수 있다. 예컨대, 도 2에 예시한 것과 같이, 사용자의 손목 등에 착용된 센서부(120a)는 사용자가 보행하면서 팔을 스윙하는 동작에 따라 변화되는 가속도 값을 측정하기 위한 가속도 센서로 구현될 수 있다. 또한, 사용자가 착용한 신발의 인솔(insole) 부분에 부착된 센서부(120b)는 사용자가 보행하면서 발바닥이 지면에 닿을 때의 압력 등을 측정하기 위한 압력 센서로 구현될 수도 있다. 물론 여기서 설명하는 것 외에 다양한 형태의 센서 등이 이용될 수도 있으며, 사용자의 보행 주기에 따른 특정 보행 동작, 예컨대 발뒤꿈치가 지면에 닿는 동작(heel strike)을 하는 시점을 감지해낼 수 있으면 된다.

도 2에서 센서부(120)는 손목에 착용되고 사용자가 착용한 신발의 인솔 부분에 장착된 것으로 예시하였으나, 그 센서부(120)의 착용 위치나 개수는 실시예에 따라 달라질 수 있다.

사용자의 신체 일부 등에 착용된 센서부(120)를 통해 사용자의 보행 주기 중 특정 단계에 해당하는 동작이 이루어지는 시점을 감지하거나 보행 패턴 등을 분석하는 기술은 다양한 방법이 공지되어 알려져 있으므로 자세한 설명은 생략한다.

표시부(130)는 제어부(100)의 제어에 따라 사용자의 보행 상태를 시각적, 촉각적 또는 청각적으로 나타내는 기능을 수행한다. 예컨대 청각 자극 신호와 사용자 보행의 동조화율에 따라 사용자의 보행 상태를 시각적으로 표시할 수 있다. 가령 동조화율이 미리 정해진 기준 이상으로 높게 잘 유지되면 노란색 웃는 얼굴 아이콘을 화면에 표시해 줄 수 있으며, 동조화율이 낮아지면 단계적으로 주황색 무표정한 얼굴 아이콘, 붉은색 심각한 표정의 얼굴 아이콘으로 변경하는 방식으로 사용자나 치료사에게 사용자의 보행 상태를 피드백해줄 수 있다.

한편 표시부(130)에서 표시되는 시각적 정보는 경우에 따라 지면에서 보행할 때 알아보기 어려울 수 있다. 사용자의 보행 상태에 대한 시각적 정보를 대신하여 청각적인 정보를 표시하여 사용자에게 제공할 수 있다. 이를 위해 표시부(130)는 스피커 등과 같은 소리 출력 수단을 구비할 수 있다. 표시부(130)에서 출력되는 소리의 종류, 소리의 크기, 소리의 템포를 조정함으로써 청각적인 정보를 표시하는 것이 가능하다. 추가적으로, 음성을 통해 현재 보행 상태와 문제점을 제공받을 수 있다. 특히, 이상 보행 패턴이 발생하는 시점에서 음성 정보를 제공하면 치료사가 보행자 옆에 있으면서 음성으로 지시하는 것과 같은 효과를 볼 수 있다.

한편, 실시예에 따라 보행자가 착용한 자극부(110)에서 자극 신호 외에 자극 정보를 출력되게 구현할 수도 있다.

자극 신호와 사용자 보행의 동조화율을 구하는 방법에 대해서는 아래에서 자세히 설명한다.

표시부(130)는 사용자의 몸에 착용되거나, 사용자의 몸에 착용되지 않은 상태로 이용될 수도 있다. 그리고 표시부(130)는 제어부(100)와 마찬가지로 스마트폰(Smart Phone), 태블릿(Tablet) PC, 개인 휴대 정보 단말기(Personal Digital Assistant, PDA)나 웹 패드(Web Pad) 등과 같은 범용 장치의 디스플레이 수단이 이용될 수 있으며, 실시예에 따라서는 본 발명에 따른 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 시스템 전용으로 개발되는 장치가 이용될 수도 있다.

보행 보조 장치부(140)는 도 2에 예시한 것과 같이, 사용자의 하지 등에 착용되어 보행 동작을 지원하는 외골격 로봇 장치로 구현될 수 있다. 물론 보행 보조 장치부(140)는 캐스터워커 등과 같은 전동 보행 보조차로도 구현될 수 있다.

보행 보조 장치부(140)는 외골격 로봇 장치나 전동 보행 보조차 외에도 사용자의 보행 동작을 지원하되 제어부(100)의 제어에 따라 사용자의 보행 속도를 증감시킬 수 있도록 동작이 조정되는 장치이면 적용 가능하다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 시스템의 동작을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.

도 1 내지 도 3을 참고하면, 제어부(100)는 훈련 시작 초기에 사용자가 보행하기 편한 속도를 기준으로 보행 속도를 설정받을 수 있다(S310). 단계(S310)에서 보행 속도 설정은 사용자로부터 직접 설정받거나 사용자의 훈련을 코칭하는 치료사로부터 설정받을 수 있다. 또는 사용자가 훈련 초기에 일정 시간동안 편안하게 보행을 하도록 하고, 사용자의 몸에 부착된 센서부(120, 120a, 120b)로부터 감지된 신호를 분석하여 사용자의 보행 속도를 구하여 자동으로 설정되게 할 수도 있다. 초기 보행 속도 설정은 사용자의 상태에 따라 조정될 수 있다.

그리고 일정 주기로 반복되는 복합 자극 하에 특정 시간 보행이 계속되면 자연스럽게 자극 주기에 대한 보행의 동조화가 나타날 수 있다. 구체적으로, 일정 주기로 반복 제공되고 있는 복합 자극에 맞추어 발을 맞추면서 걷고 있으면 어느 정도 시간이 지난 후에는 자극 주기에 동조화된 주기의 보행이 발생한다.그리고 서로 다른 보행 시점에 복합 자극을 줄 경우, 예컨대, 시각 자극부(111)는 발뒤꿈치 접지(Heel Strike) 시점에서 시각 자극을 제공하고 촉각 자극부(112)는 발가락 탈지(Toe Off) 시점에서 촉각 자극을 제공할 수 있다.

다음으로, 초기 보행 속도가 설정되면, 제어부(100)는 설정된 보행 속도에 대응하는 주기로 자극 신호를 반복적으로 생성하여 자극부(110)에 전달함으로써 사용자에게 인가되게 할 수 있다(S320).

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자극 신호와 사용자 보행 동작 감지 신호의 관계를 설명하기 위해 제공되는 도면이다.

자극 하에 보행이 계속되면 자연스럽게 자극에 대한 보행의 동조화가 나타날 수 있다. 예컨대, "리듬 청각 자극 기법(Rhythmic Auditory Stimulation, RAS)"에 따르면 인간의 인지 기능에서 청각 자극의 수용이 시각보다 더 빠르게 나타나는데, 반복적인 청각 자극에 노출되면 자극에 대한 인지 기능은 저하되고 무의식적인 반응을 하게 된다. 예컨대, 사용자에게 제공되고 있는 자극에 발뒤꿈치를 맞추며 걷고 있으면 어느 정도 시간이 경과하면 도 4(a)에 예시한 것과 같이 자극에 보행 동조화가 발생한다.

도 4(a)에서 막대 형상 신호(A)는 일정한 주기로 사용자에게 자극 신호가 인가되고 있는 것을 나타내고, 곡선 그래프(B)는 사용자의 신발의 뒷꿈치 부분에 설치된 압력 센서에서 감지되는 압력값을 나타낸다. 즉 사용자의 보행과 자극이 동조화된 상태에서 자극 신호의 인가 시점과 사용자의 발뒤꿈치가 지면에 접지되는 시점이 거의 동시에 이루어진다.

자극 신호와 보행이 동조화된 후에 동조화 정도가 변화될 수 있다. 예컨대 보행 동조화된 이후에 사용자가 보다 빠르게 보행하면, 도 4(b)에서와 같이 발꿈치 접지(Heel Strike)(B)가 자극 신호(A)에 앞서 감지되면서 보행 동조화 정도가 감소하게 된다. 한편 보행 동조화된 상태에서 사용자가 보다 느리게 보행하면, 자극 신호(A)보다 발꿈치 접지(Heel Strike)(B)가 늦게 감지되면서, 보행 동조화 정도가 감소하게 된다.

단계(S330) 이후에 제어부(100)는 자극 신호를 지속적으로 사용자에게 인가하면서 센서부(120)로부터 감지되는 신호를 처리하여 자극에 따른 보행 동조화 여부를 판단할 수 있다(S330). 예를 들어 제어부(100)는 지속적으로 자극 신호와 센서부(120)로부터 감지되는 신호를 모니터링하면서 양 신호의 동조화율을 구하고, 동조화율이 미리 정해진 기준 이내에서 일정 시간 이상을 유지하면 보행 동조화가 된 것으로 판단할 수 있다. 그리고 자극 신호는 미리 정해진 노이즈가 포함될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자극 신호와 사용자 보행 동작의 동조화율을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.

도 5(a)는 사용자에게 주기(T)를 가지는 청각 자극 신호가 시점(t_sound,i)(t_sound,i ₊₁)(t_sound,i ₊ ₂)에 각각 인가되는 것을 나타내고, 도 5(b)는 사용자에게 청각 자극 신호와 위상차를 가지는 촉각 자극 신호가 시점(t_sound,i+Δ)(t_sound,i+1+Δ)(t_sound,i+2+Δ)에 각각 인가되는 것을 나타내고, 도 5(c)는 사용자의 보행 주기에 따른 특정 보행 동작(예컨대 발꿈치 접지)에 대한 가속도 감지 신호가 시점(t_hs,i ₊ ₁)(t_hs,i+2)(t_hs,i+2)에 각각 감지되는 것을 나타낸다.

도 5a와 같이 단일의 청각 자극 신호가 인가되는 시점(t_sound,i)(t_sound,i ₊₁)(t_sound,i ₊ ₂)과 보행 주기에 따른 특정 보행 동작이 감지되는 시점(t_hs,i)(t_hs,i ₊₁)(t_hs,i ₊ ₂)을 이용하여 아래 수학식 1과 같이 보행 동조화율을 구할 수 있다.

여기서 ER는 자극 신호에 대한 보행 동조화율을 나타낸다. t_sound,i는 i번째 자극 신호의 인가 시점에 대한 시간 정보이고, t_hs,i는 i번째 자극 신호에 대응하는 특정 보행 동작(예컨대 발꿈치 접지)의 감지 시점에 대한 시간 정보이며, T는 자극 신호를 사용자에게 인가하는 주기이다.

t_sound,i와 t_hs,i 가 완전히 일치하면 ER은 100으로 동조화율이 100%가 된다. t_sound,i와 t_hs,i 가 일치하지 않으면 ER은 100보다 작아지며 동조화율이 감소하게 된다.

그리고, 도 5a 및 도 5b와 같이 복합 자극을 이용하여 보행 훈련하는 경우, 사용자의 하지(발목) 등에 부착된 센서부(120)로부터 보행 중의 가속도, 각속도, 각도 또는 접촉 센서 등을 수신하여 발꿈치 접지(Heel Strike), 발가락 탈지(Toe Off) 등과 같이 보행에서의 특정 시점에 대한 반복 주기를 계산함으로써 보행 속도를 파악하고 보행 의도를 파악할 수 있다. 그리고 자극부(110)는 제어부(100)에서 분석된 보행 의도에 맞춘 각각의 복합 자극을 사용자에게 실시간으로 제공할 수 있다. 예를 들어, 초기에 인식한 보행 및 복합 자극의 주기보다 보행 속도가 느려지는 경우 감속 의도가 있음을 인식하고 복합 자극의 주기를 변화시킬 수 있다. 거꾸로 초기에 인식한 보행 및 복합 자극의 주기보다 보행 속도가 느려지는 경우 자극의 강도를 변화시키는 등으로 사용자의 보행 패턴 유지를 의도할 수 있다.

그리고 복합 자극을 동시에 사용자에게 제공할 수 있는데, 그 이유는 청각 자극이 제대로 전달되기 어려운 소음이 심한 환경 또는 청각 자극에만 집중하기 위험한 횡단보도 등과 같은 일상 환경에서는 청각 자극만을 통한 보행 훈련이 어려우며, 시각 자극만을 이용하여 보행 훈련할 경우, 시각적으로 혼란한 장소 또는 사용자의 주의가 분산되는 환경에서는 시각 자극을 통한 보행 훈련이 어렵기 때문에 시각, 촉각, 청각 중 두 개 이상을 조합한 자극 신호를 사용자에게 제공하여 보다 정확하고 효과적으로 자극을 줄 수 있다.

게다가 위상차가 있는 복합 자극을 사용자에게 제공하는 경우, 예컨대, 시각 자극부(111)에서는 발꿈치 접지(Heel Strike) 시점에서 시각 자극을 제공하고 촉각 자극부(112)에서는 발가락 탈지(Toe Off) 시점에서 촉각 자극을 제공하는 등과 같이 목표하는 보행 주기에 대한 보다 구체적인 자극 신호를 사용자에게 제공함으로써 보행 훈련 효과를 향상시킬 수 있다.

제어부(100)는 자극 신호와 보행 동조화 변화를 모니터링 할 수 있다(S340). 예컨대 보행 동조화율 등을 계산하고, 보행 동조화율의 변화량을 구해 보행 동조화 변화 정도를 모니터링할 수 있다.

다음으로 제어부(100)는 보행 동조화 변화를 모니터링하여 사용자의 보행 의도를 분석할 수 있다(S350). 예컨대 자극 신호와 보행이 동조화된 후, 도 4(b)에서와 같이 발꿈치 접지(Heel Strike)(B)가 자극 신호(A)에 앞서 감지되면서 보행 동조화 정도가 일정 시간 이상 계속적으로 감소하면, 사용자가 보행 속도를 증가시키기 원한다고 추정할 수 있다. 한편, 보행 동조화된 상태에서 자극 신호(A)보다 발꿈치 접지(Heel Strike)(B)가 늦게 감지되면서 보행 동조화 정도가 일정 시간 이상 계속적으로 감소하면, 사용자가 보행 속도를 감소시키기 원한다고 추정할 수 있다.

이와 같이, 자극부(110)는 예컨대, 발꿈치가 지면에 닿는 특정 순간에 자극 신호를 제공한다. 이때, 자극부(110)는 자극이 보행에 동조화가 되면, 자극이 되는 타이밍을 약간 늦추거나 약간 빠르게 하여 보행 패턴의 변화를 유도하여 전반적으로 보행 패턴을 변경시킬 수 있다.

다음으로 제어부(100)는 단계(S350)에서 파악된 사용자의 보행 의도를 반영하여 자극 신호의 인가 주기를 조정하거나, 보행 보조 장치부(140)의 동작을 조정할 수 있다(S360). 예컨대 사용자가 보행 속도를 증가시키려는 의도가 파악되면 자극 신호의 인가 주기를 짧아지게 하여 초기 설정 속도보다 빠른 보행 속도에서 청각 자극과 동조화 상태로 보행 훈련을 하게 할 수 있다. 반대로 사용자가 보행 속도를 감소시키려는 의도가 파악되면 자극 신호의 인가 주기를 길어지게 하여 초기보다 느린 보행 속도에서 청각 자극과 동조화 상태로 보행 훈련을 하게 할 수 있다. 마찬가지로 보행 보조 장치부(140)도 사용자가 보행 속도를 증가시키려는 의도가 파악되면 보다 빠르게 사용자가 보행할 수 있게 동작시키고, 반대로 보행 속도 감소 의도가 파악되면 보다 느리게 사용자가 보행하도록 동작시킬 수 있다.

한편 제어부(100)는 단계(S340)에서의 보행 동조화 변화 모니터링 결과에 따라 사용자의 보행 상태를 표시부(130)에 시각적으로 표시할 수 있다. 그리고 제어부(100)는 보행 동조화 변화 모니터링 데이터를 기록하고, 치료사의 요청에 따라 제공할 수도 있다. 치료사는 보행 동조화 변화 모니터링 데이터를 분석하여 훈련 효과나 치료 정도 등을 파악하고, 다음 훈련 계획 등을 수립할 때 활용할 수 있다.

한편 제어부(100)는 보행 동조화율에 따라 사용자의 보행 상태를 시각적, 촉각적 또는 청각적으로 표시하면서 사용자의 보행 상태의 문제점을 음성으로 제공할 수도 있다. 예컨대 제어부(100)는 사용자의 보행이 청각 자극에 동조화 된 상태에서 왼발과 오른발 중에서 하나의 발만 청각 자극 신호에 동조화율이 낮아지는 경우 이를 표시부(130)를 통해 음성으로 제공할 수 있으며, 그 외에도 보행 동조화율의 변화에 기초하여 사용자의 보행 상태의 문제점 및 그에 따른 보행 훈련 방법 등에 대한 정보를 음성으로 제공할 수 있다. 한편 제어부(100)는 보행 동조화율이 일정 기준 범위에서 벗어나는 등 이상 보행 패턴이 발생하는 시점에 이를 알리는 음성 정보를 표시부(130)를 표시되게 할 수도 있다.

이와 같이, 리듬을 가진 청각 자극, 리듬을 가진 진동을 통한 촉각 자극, 영상을 통한 시각 자극이 복합적으로 제공되는 상황에서 사용자가 복합 자극에 동조화시키는 훈련 및 이 과정에서의 보행 의도를 파악할 수 있다. 예컨대, 청각 자극만을 전달하는 환경에서 보행 훈련이 원활히 이루어지지 않는 사용자에게 촉각 또는 시작 자극을 함께 전달하고 자극들 발생 시점의 위상 차이를 만들어 보행 패턴의 변화를 유도할 수 있다. 예컨대, 리듬을 가진 청각 자극, 리듬을 가진 진동을 통한 촉각 자극을 제공하여 목표 보행 패턴을 전달하고, 이와 함께 신체에 부착된 영상 투사 장치를 이용하여 목표 보행 패턴을 시각적으로 제시하여 보행 패턴의 개선을 유도하고 보행 훈련 효과를 향상시킬 수 있다. 이때 단일 자극이 아니고 복합 자극간의 위상 차이를 활용하기 때문에 보행 패턴의 유도가 가능할 수 있다.

또 한편, 제어부(100)는 센서부(120)로부터 해당 센서부(120)의 위치나 속도 혹은 가속도 등을 수신하여 오른발의 보행속도와 왼발의 보행속도를 비교하여 어느 발의 보행속도가 빠르고 느린지 사용자의 보행 패턴을 분석한다.

제어부(100)는 센서부(120)에서 전송된 신호를 이용해 사용자의 보행 사이클을 분석하여 시각, 촉각 중 하나 이상을 포함한 자극 신호를 생성한다. 이러한 과정을 거쳐 발꿈치 닿기(heel strike) 같은 보행 시점이나 활보장(stride length), 유각기 시간(swing time) 같은 시공간적 보행 파라미터를 실시간으로 추출하고, 이와 더불어 제어부(100)는 사용자의 보행 사이클을 기반으로 사용자가 지정한 특정 시점에 특정 자극 신호를 생성해 자극부(110)에 무선으로 전송하는 기능도 함께 가질 수 있다.

자극부(110)는 제어부(100)에서 생성된 자극 신호를 사용자에게 제공한다. 자극부(110)는 시각 자극부(111) 및 촉각 자극부(112) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 시각 자극부(111)는 제어부(100)로부터 시각 자극 신호를 전달받아 사용자에게 영상을 제공하는 기능을 수행한다.

시각 자극부(111)는 제어부(100)로부터 시각 자극 신호를 전달받아 사용자에게 영상을 제공하는 기능을 수행한다. 시각 자극부(111)는 목걸이 또는 벨트 등의 착용 수단을 통해 사용자의 신체 일부에 착용되어 사용자의 보행 진행 방향에 영상을 투사하는 영상 투사 장치 등으로 이루어질 수 있다. 시각 자극부(111)에서 제공되는 영상은 주기에 대응하는 리듬을 나타내는 움직임 이미지를 포함할 수 있다. 여기서 주기는 미리 설정된 보행 속도에 대응하는데, 주기가 짧다는 것은 보행 속도가 빠른 것을 나타내고 주기가 길다는 것은 보행 속도가 느린 것을 나타낼 수 있다. 그리고 움직임 이미지는 도형, 패턴, 아이콘 등으로 이루어질 수 있는데, 도형, 패턴, 아이콘 등이 영상 속에서 움직이는 속도가 빨라지거나 느려지는 것으로 리듬감을 나타낼 수 있거나, 도형이 사라지거나 나타나는 속도가 빨라지거나 느려지는 것으로 리듬감을 나타낼 수 있다. 또한, 이미지의 색상이 변화는 속도로도 리듬감을 나타낼 수 있으며, 이미지에 포함된 패턴이 변화하는 속도로도 리듬감을 나타낼 수 있다. 그리고 보행 사이클의 특정 시점에 움직임 이미지가 나타나거나 사라지게 하고, 주기에 따라 그 속도를 빠르게 하거나 느리게 하여 리듬을 나타낼 수 있다. 예컨대, 사용자가 발꿈치를 접지하는 경우, 움직임 이미지가 나타나고, 발꿈치가 떨어지는 경우 움직임 이미지가 사라지는 것을 보행 사이클의 일정 시점에 연동시키고 그 속도를 주기에 따라 빠르게 하거나 느리게 할 수 있다.

촉각 자극부(112)는 제어부(100)로부터 촉각 자극 신호를 전달받아 사용자에게 진동을 제공하는 기능을 수행한다. 촉각 자극부(112)는 사용자의 손목, 장딴지, 허벅지, 종아리 등과 같은 신체 일부에 착용되어 리듬을 가진 진동 또는 힘(햅틱)을 제공할 수 있다.

제어부(100)는 보행 모니터링 모드와 보행 훈련 모드 등 다양한 동작 모드로 작동할 수 있다. 특히, 보행 모니터링 모드 시 제어부(100)는 보행 시 사용자의 매 발꿈치 닿기(Heel Strike)마다 특정한 시간적 맞춤 없이 수 걸음만으로 주기를 가진 걸음에서 적절한 타이밍에 자극 신호를 생성하여 제공함으로써 사용자 자신의 보행 패턴을 직관적으로 인지할 수 있게 해주고, 자발적인 보행 패턴의 개선을 유도할 수 있다. 보행 훈련 모드 시, 제어부(100)는 보행 특성의 좌우 대칭성이 떨어지는 경우 보행 패턴의 개선을 위해 자극을 제공하는 시점을 조작하여 적용될 수 있다. 예를 들어, 우측 편마비로 인해 오른발의 보행 속도가 느린 환자의 경우 제어부(100)는 왼발 발뒤꿈치가 닿을 때 동기화된 자극 신호를 제공하고, 오른발 발뒤꿈치 닿을 때는 수십밀리초(milliseconds) 먼저 자극을 제공해 좀 더 대칭적이고 빠른 보행을 유도한다.

반대로, 좌측 편마비로 인해 왼쪽발의 보행속도가 느린 환자의 경우, 제어부(100)는 오른발 발뒤꿈치가 닿을 때 동기화된 자극 신호를 제공하고, 왼발 발뒤꿈치 닿을 때는 수십밀리초(milliseconds) 먼저 자극을 제공해 좀 더 대칭적이고 빠른 보행을 유도한다. 이때, 제어부(100)는 외골격 로봇 등에 장착되어 보행 모니터링 모드와 보행 훈련 모드로 동작 가능하다.

한편, 발뒤꿈치가 닿을 때 동기화된 자극 신호를 제공하는데 한정되지 않고, 발뒤꿈치가 떨어질 때 동기화된 자극 신호를 제공할 수도 있다.

참고로, 제어부(100)는 하지 외골격 로봇과 함께 사용될 때는 하지 외골격 로봇의 관절 각도 센서 및 족압 센서의 신호를 함께 이용하여 자극을 제공할 수도 있다.

제어부(100)는 시중에 출시되거나, 출시될 다양한 하지 외골격 로봇에 추가 적용되어 자극을 통한 보행 패턴을 개선할 수도 있다.

본 발명의 실시예는 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체를 포함한다. 이 매체는 앞서 설명한 복합 자극을 통한 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한다. 이 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 이러한 매체의 예에는 하드디스크, 플로피디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 자기-광 매체, 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 구성된 하드웨어 장치 등이 있다. 또는 이러한 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 제어부
110: 자극부
120: 센서부
130: 표시부
140: 보행 보조 장치부

Claims

미리 설정된 보행 속도에 대응하는 주기를 가지는 자극 신호를 사용자에게 제공하는 자극부, 그리고
상기 자극 신호와 사용자 보행의 동조화 여부를 판단하고, 상기 자극 신호와 상기 사용자의 보행이 동조화된 상태에서 상기 자극 신호와 상기 사용자 보행의 보행 동조화 변화를 모니터링 하며, 상기 보행 동조화 변화에 기초하여 상기 사용자의 보행 의도를 분석하는 제어부
를 포함하고,
상기 자극부는 상기 자극 신호에 미리 정해진 노이즈를 포함시키는 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 시스템.
제 1 항에서,
상기 자극부는,
시각, 촉각, 청각 중 한 개를 선택하거나 두 개 이상을 조합한 자극 신호를 상기 사용자에게 제공하는 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 시스템.
삭제
제 2 항에서,
상기 자극부는,
상기 제어부로부터 시각 자극 신호를 전달받아 사용자에게 영상을 제공하는 시각 자극부, 상기 제어부로부터 촉각 자극 신호를 전달받아 사용자에게 진동을 제공하는 촉각 자극부 및 상기 제어부로부터 청각 자극 신호를 전달받아 사용자에게 소리를 제공하는 청각 자극부 중 적어도 하나를 포함하는 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 시스템.
제 4 항에서,
상기 영상은,
상기 사용자의 보행 진행 방향에 투사되고, 상기 주기에 대응하는 리듬을 나타내는 움직임 이미지를 포함하는 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 시스템.
제 4 항에서,
상기 시각 자극부는,
상기 사용자의 신체에 착용되어 상기 사용자의 보행 진행 방향에 상기 영상을 투사하는 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 시스템.
제 4 항에서,
상기 사용자에 착용되어 상기 사용자의 보행에 따라 발생되는 신호를 감지하는 센서부를 더 포함하는 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 시스템.
미리 설정된 보행 속도에 대응하는 주기를 가지는 자극 신호를 사용자에게 제공하는 자극부, 그리고
상기 자극 신호와 사용자 보행의 동조화 여부를 판단하고, 상기 자극 신호와 상기 사용자의 보행이 동조화된 상태에서 상기 자극 신호와 상기 사용자 보행의 보행 동조화 변화를 모니터링 하며, 상기 보행 동조화 변화에 기초하여 상기 사용자의 보행 의도를 분석하는 제어부
를 포함하고,
상기 자극부는,
시각, 촉각, 청각 중 두 개 이상을 조합한 복수의 자극 신호를 상기 사용자에게 제공할 경우, 보행 사이클 내에서 서로 다른 보행 시점에 상기 복수의 자극 신호를 상기 사용자에게 제공하는 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 시스템.
제 1 항에서,
상기 제어부는,
상기 보행 동조화 변화에 기초한 상기 사용자의 보행 의도 분석 결과에 따라 상기 자극 신호의 주기를 조정하는 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 시스템.
제 1 항에서,
상기 제어부는,
상기 보행 동조화 변화에 기초한 상기 사용자의 보행 의도 분석 결과에 따라 상기 사용자의 보행을 지원하는 보행 보조 장치의 동작을 조정하는 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 시스템.
제 1 항에서,
상기 보행 동조화 변화는,
상기 자극 신호의 인가 시점의 시간 정보와 상기 사용자의 보행 동작 중에서 미리 정해진 동작이 감지되는 시점의 시간 정보를 기초로 구해지는 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 시스템.
제 11 항에서,
상기 미리 정해진 동작이 감지되는 시점은 상기 사용자에 착용된 센서부에서 측정되는 압력 값 또는 가속도 값을 기초로 구해지는 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 시스템.
제 11 항에서,
상기 사용자의 보행 의도 분석은 아래 수학식에 의해 정의되는 보행 동조화율의 변화량을 기초로 수행되고,

여기서 ER는 자극 신호에 대한 보행 동조화율이고, t_sound,i는 i번째 자극 신호의 인가 시점에 대한 시간 정보이고, t_hs,i는 i번째 자극 신호에 대응하는 특정 보행 동작의 감지 시점에 대한 시간 정보이며, T는 자극 신호를 사용자에게 인가하는 주기인 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 시스템.
제 1 항에서,
상기 보행 동조화 변화에 따라 상기 사용자의 보행 상태를 시각적으로 또는 청각적으로 표시하는 표시부를 더 포함하는 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 시스템.
제 1 항에서,
상기 제어부는,
상기 보행 동조화 변화에 따라 상기 사용자의 보행 상태를 표시하면서 상기 사용자의 보행 상태의 문제점을 음성으로 제공하는 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 시스템.
제 15 항에서,
상기 제어부는,
상기 보행에 따라 이상 보행 패턴이 발생하는 시점에서 음성 정보를 제공하는 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 시스템.
자극부가 미리 설정된 보행 속도에 대응하는 주기를 가지는 자극 신호를 사용자에게 제공하는 단계,
제어부가 상기 자극 신호와 사용자 보행의 동조화 여부를 판단하는 단계,
상기 제어부가 상기 자극 신호와 상기 사용자의 보행이 동조화된 상태에서, 상기 자극 신호와 상기 사용자 보행의 보행 동조화 변화를 모니터링 하는 단계, 그리고
상기 제어부가 상기 보행 동조화 변화에 기초하여 상기 사용자의 보행 의도를 분석하는 단계
를 포함하고,
상기 자극부는,
상기 자극 신호에 미리 정해진 노이즈를 포함시키는 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 방법.
제 17 항에서,
상기 자극부는,
시각, 촉각, 청각 중 한 개를 선택하거나 두 개 이상을 조합한 자극 신호를 상기 사용자에게 제공하는 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 방법.
삭제
제 18 항에서,
상기 자극부는,
상기 제어부로부터 시각 자극 신호를 전달받아 사용자에게 영상을 제공하는 시각 자극부, 상기 제어부로부터 촉각 자극 신호를 전달받아 사용자에게 진동을 제공하는 촉각 자극부 및 상기 제어부로부터 청각 자극 신호를 전달받아 사용자에게 소리를 제공하는 청각 자극부 중 적어도 하나를 포함하는 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 방법.
제 20 항에서,
상기 영상은,
상기 사용자의 보행 진행 방향에 투사되고, 상기 주기에 대응하는 리듬을 나타내는 움직임 이미지를 포함하는 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 방법.
제 20 항에서,
상기 시각 자극부는,
상기 사용자의 신체에 착용되어 상기 사용자의 보행 진행 방향에 상기 영상을 투사하는 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 방법.
자극부가 미리 설정된 보행 속도에 대응하는 주기를 가지는 자극 신호를 사용자에게 제공하는 단계,
제어부가 상기 자극 신호와 사용자 보행의 동조화 여부를 판단하는 단계,
상기 제어부가 상기 자극 신호와 상기 사용자의 보행이 동조화된 상태에서, 상기 자극 신호와 상기 사용자 보행의 보행 동조화 변화를 모니터링 하는 단계, 그리고
상기 제어부가 상기 보행 동조화 변화에 기초하여 상기 사용자의 보행 의도를 분석하는 단계
를 포함하고,
상기 자극부는,
시각, 촉각, 청각 중 두 개 이상을 조합한 복수의 자극 신호를 상기 사용자에게 제공할 경우, 보행 사이클 내에서 서로 다른 보행 시점에 상기 복수의 자극 신호를 상기 사용자에게 제공하는 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 방법.
제 17 항에서,
상기 보행 동조화 변화에 기초한 상기 사용자의 보행 의도 분석 결과에 따라 상기 자극 신호의 주기를 조정하는 단계
를 더 포함하는 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 방법.
제 17 항에서,
상기 보행 동조화 변화에 기초한 상기 사용자의 보행 의도 분석 결과에 따라 상기 사용자의 보행을 지원하는 보행 보조 장치의 동작을 조정하는 단계
를 더 포함하는 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 방법.
제 17 항에서,
상기 보행 동조화 변화는,
상기 자극 신호의 인가 시점의 시간 정보와 상기 사용자의 보행 동작 중에서 미리 정해진 동작이 감지되는 시점의 시간 정보를 기초로 구해지는 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 방법.
제 26 항에서,
상기 미리 정해진 동작이 감지되는 시점은 상기 사용자에 착용된 센서부에서 측정되는 압력 값 또는 가속도 값을 기초로 구해지는 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 방법.
제 26 항에서,
상기 사용자의 보행 의도 분석은 아래 수학식에 의해 정의되는 보행 동조화율의 변화량을 기초로 수행되고,

여기서 ER는 자극 신호에 대한 보행 동조화율이고, t_sound,i는 i번째 자극 신호의 인가 시점에 대한 시간 정보이고, t_hs,i는 i번째 자극 신호에 대응하는 특정 보행 동작의 감지 시점에 대한 시간 정보이며, T는 자극 신호를 사용자에게 인가하는 주기인 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 방법.
제 17 항에서,
상기 보행 동조화 변화에 따라 상기 사용자의 보행 상태를 시각적으로 또는 청각적으로 표시하는 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 방법.
제 17 항에서,
상기 보행 동조화 변화에 따라 상기 사용자의 보행 상태를 표시하면서 상기 사용자의 보행 상태의 문제점을 음성으로 제공하는 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 방법.
제 30 항에서,
상기 보행에 따라 이상 보행 패턴이 발생하는 시점에서 음성 정보를 제공하는 보행 패턴 훈련 및 의도 분석 방법.
사용자에 착용되어 상기 사용자의 보행에 따라 발생되는 신호를 감지하는 센서부,
상기 센서부로부터 상기 신호를 수신하여 사용자의 보행 패턴을 분석하고, 시각, 촉각 중 하나 이상을 포함한 자극 신호를 생성하는 제어부,
상기 생성된 자극 신호를 수신하여 사용자에게 제공하는 자극부, 그리고
상기 사용자의 보행을 지원하는 보행 보조 장치를 포함하고,
상기 자극부는,
상기 자극 신호에 미리 정해진 노이즈를 포함시키는 보행 훈련 시스템.
제 32 항에서,
상기 자극부는,
상기 제어부에서 생성된 시각 자극 신호를 수신하여 사용자에게 영상을 제공하는 시각 자극부 및 상기 제어부에서 생성된 촉각 자극 신호를 수신하여 사용자에게 진동을 제공하는 촉각 자극부 중 적어도 하나를 포함하는 보행 훈련 시스템.
제 33 항에서,
상기 자극 신호는 미리 설정된 보행 속도에 대응하는 주기를 가지며,
상기 영상은,
상기 사용자의 보행 진행 방향에 투사되고, 상기 주기에 대응하는 리듬을 나타내는 움직임 이미지인 보행 훈련 시스템.
제 33 항에서,
상기 시각 자극부는,
상기 사용자의 신체에 착용되어 상기 사용자의 보행 진행 방향에 상기 영상을 투사하는 보행 훈련 시스템.
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