KR101955277B1 - 정적-동적 측정에 의한 신발깔창 생성 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정적-동적 측정에 의하여 신발의 깔창을 생성하는 시스템에 있어서: 피검자의 발을 지지하도록 형성되는 본체(10); 상기 본체(10)에 설치되어 족압의 변화를 검출하는 족압검출수단(20); 피검자의 발과 연결된 신체의 동작을 검출하도록 구비되는 모션검출수단(30); 및 상기 족압검출수단(20)과 모션검출수단(30)의 신호에 대응하여 시뮬레이션 결과를 산출하도록 제어하는 제어수단(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 발바닥의 압력 분포를 측정을 기반으로 환자별 맞춤형 깔창을 제작함에 신체의 전반적인 거동을 고려하는 정확하고 신속한 시뮬레이션으로 경제성과 더불어 교정기능을 제고하는 효과가 있다.

Description

정적-동적 측정에 의한 신발깔창 생성 시스템{Apparatus for forming shoe insole by static-dynamic detection}

본 발명은 신발용 깔창 생성 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 발바닥의 압력 분포를 측정하여 환자별 맞춤형 제품을 제작하기 위한 정적-동적 측정에 의한 신발깔창 생성 시스템에 관한 것이다.

신발의 깔창은 체중을 지탱하면서 하체 근육과 관절의 부담을 완화하는 중요성을 지니며, 특히 발에 장애가 있는 경우 정밀한 측정과 진단을 통하여 특수한 형태로 제작되기도 한다.

종래의 발스캔 장비들은 압력 센서가 설치된 평편한 판을 보행하는 동안 검출되는 압력값 및 무게중심의 이동을 고려하여 임의로 깔창을 제작하는 방식으로서, 동적인 무게중심의 이동을 고려하지만 실제 깔창을 착용하였을 때 바로 확인하기 어려무며 다리 정렬과 발바닥의 압력분포를 최적으로 맞추기 곤란하다.

이와 관련되는 선행기술문헌으로서 한국 공개특허공보 제2016-0042262호, 한국 등록특허공보 제0505765호 등을 참조할 수 있다.

전자는 양쪽 신발의 다수 압력센서로부터 피검자의 보행중 측정된 각 족압 측정값을 수집하고; 족압 측정값을 파라미터로 하여 족압분포 및 보행패턴을 분석 및 기 설정된 기준 족압분포 및 보행패턴을 비교하며, 비교결과에 따라 인솔의 형태 데이터를 산출한다. 이에, 보행 중의 족압분포를 획득하여 다양한 사용자에 맞춘 인솔정보를 제공하는 효과를 기대한다.

후자는 발바닥 보행시 나타나는 발바닥의 압력을 측정하고, 측정된 발바닥의 압력분포 데이타를 분석하여 압력의 중심점을 찾아내며, 획득된 압력의 중심점으로부터 해당 발의 움직임 유형을 분류 선별해내는 단계를 포함한다. 이에, 발의 잘못된 움직임을 제어하여 보행을 개선하는 동시에 하지, 근ㆍ골격계의 이상 발병을 미연에 예방하는 효과를 기대한다.

다만, 상기한 선행문헌에 의하면 맞춤형 신발 깔창의 생성을 위한 시뮬레이션의 정확성과 신속성을 높이는 측면에서 개선의 여지가 있다.

한국 공개특허공보 제2016-0042262호 "족압정보 분석을 통한 개인 맞춤형 인솔정보 제공방법" (공개일자 : 2016.04.19.) 한국 등록특허공보 제0505765호 "신발 맞춤 시스템 및 그 제작방법" (공개일자 : 2005.08.05.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 발바닥의 압력 분포를 측정을 기반으로 환자별 맞춤형 깔창을 제작함에 신체의 전반적인 거동을 고려하면서 시뮬레이션의 정확성과 신속성을 확보하는 정적-동적 측정에 의한 신발깔창 생성 시스템을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 정적-동적 측정에 의하여 신발의 깔창을 생성하는 시스템에 있어서: 피검자의 발을 지지하도록 형성되는 본체; 상기 본체에 설치되어 족압의 변화를 검출하는 족압검출수단; 피검자의 발과 연결된 신체의 동작을 검출하도록 구비되는 모션검출수단; 및 상기 족압검출수단과 모션검출수단의 신호에 대응하여 시뮬레이션 결과를 산출하도록 제어하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 본체는 피검자의 발바닥과 접촉되는 지지판을 기반으로 발등을 감싸는 커버를 선택적으로 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제1실시예로서, 상기 족압검출수단은 격자형으로 배치되는 다수의 실린더의 단부에 각각의 검출소자를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2실시예로서, 상기 족압검출수단은 균일 분포된 압력검출센서를 지닌 검출필름을 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 모션검출수단은 발목모션감지기, 무릎모션감지기, 골반모션감지기를 구비하고, 적외선감지기 및 열화상감지기를 선택적으로 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단은 제어기를 통하여 발바닥 압력분표, 무게중심의 이동, 다리의 정렬 상태를 분석하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단은 제어기의 연산에 의한 깔창의 모형을 생성하기 위한 3D프린터를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 발바닥의 압력 분포를 측정을 기반으로 환자별 맞춤형 깔창을 제작함에 신체의 전반적인 거동을 고려하는 정확하고 신속한 시뮬레이션으로 경제성과 더불어 교정기능을 제고하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 시스템의 일예를 전체적으로 나타내는 구성도
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 시스템의 다른 예를 나타내는 구성도
도 4는 본 발명에 따른 시스템의 또 다른 예를 나타내는 구성도
도 5는 본 발명에 따른 시스템의 주요 회로를 나타내는 블록도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 정적-동적 측정에 의하여 신발의 깔창을 생성하는 시스템에 관하여 제안한다. 정적 측정은 도 1과 같은 정지 상태로 진행되고, 동적 측정은 도 2와 같은 보행 상태로 진행된다. 피검자의 신발에 적용하기 위한 깔창을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 본체(10)는 피검자의 발을 지지하도록 형성된다. 도 1에서 본체(10)는 판재형 또는 블록형으로 예시되고, 도 2에서 본체(10)는 보행을 고려한 신발형으로 예시된다. 어느 경우에나 본체(10)는 피검자의 발바닥을 전체적으로 지지하는 지지판(11)의 영역을 확보한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 본체(10)는 피검자의 발바닥과 접촉되는 지지판(11)을 기반으로 발등을 감싸는 커버(12)를 선택적으로 구비하는 것을 특징으로 한다. 도 2의 경우 지지판(11)과 커버(12)로 신발 형태를 구현해야 피검자의 보행이 가능하다. 지지판(11)과 커버(12) 사이에는 벨크로테이프와 같은 연결체(13)가 설치된다. 이에 피검자는 자신의 발에 맞는 지지판(11)과 커버(12)를 선택하여 본체(10)를 완성할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 족압검출수단(20)이 상기 본체(10)에 설치되어 족압의 변화를 검출한다. 족압검출수단(20)은 피검자의 발바닥에 접촉한 상태로 압력 변화를 검출하여 신호를 발생한다. 정지 및 보행 상태 간에 족압에 차이가 있지만 정적-동적 측정이 연계되어 깔창 데이터의 신뢰성을 높인다.

본 발명의 제1실시예로서, 상기 족압검출수단(20)은 격자형으로 배치되는 다수의 실린더(21)의 단부에 각각의 검출소자(23)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 도 1 내지 도 3에서 다수의 실린더(21)와 검출소자(23)를 사용하여 구성된 방식을 예시한다. 실린더(21)는 피스톤과 에어쿠션을 지닌 형태 외에 단순한 막대형으로 형성될 수도 있다. 어느 경우에나 실린더(21)의 상단에 검출소자(23)가 고정되고 전체적으로 상하이동이 가능한 구조로 설치된다.

이때, 도 1을 참조하면 지지판(11)을 구성하는 실린더(21)의 하단에 구동기(22)가 설치되어 실린더(21)의 상하운동을 유발한다. 구동기(22)는 전기력으로 구동되는 마이크로 액츄에이터를 사용할 수 있다. 도 3을 참조하면 지지판(11)에 다수의 나선홈(25)을 격자형으로 형성하고 실린더(21)를 나선운동 가능하게 장착할 수 있다. 실린더(21)의 하단에는 드라이버 등의 공구로 회전시키기 위한 일자홈 또는 십자홈을 형성한다. 어느 경우에나 특정의 실린더(21)를 상승 또는 하강시켜 지지판(11)을 부분적으로 곡면화한 상태로 족압의 변화를 검출할 수 있다.

본 발명의 제2실시예로서, 상기 족압검출수단(20)은 균일 분포된 압력검출센서를 지닌 검출필름(27)을 사용하는 것을 특징으로 한다. 도 4에서 실린더(21)를 배제하고 검출필름(27)을 사용하여 구성된 방식을 예시한다. 검출필름(27)은 감압저항방식 압력분포 센서(Piezoresitive Tactile Sensor)와 정전용량방식 압력분포 센서(Capacitive Tactarray Sensor)를 사용하여 구성한다. 어느 경우에나 검출필름(27)을 사용하면 전술한 지지판(11)에 한정되지 않고 측정하기 용이하다. 도 4의 측정화(15)는 피검자가 신고 다니는 일반적인 신발을 의미하지만 특별하게 맞춤한 검사전용의 신발도 포함한다.

또한, 본 발명에 따르면 모션검출수단(30)이 피검자의 발과 연결된 신체의 동작을 검출하도록 구비된다. 부적합한 신발 또는 깔창은 신체의 정적-동적 상태와 무관하게 자세의 언밸런스를 유발한다. 모션검출수단(30)은 족압검출수단(20)에 의한 발바닥 데이터와 연계되는 신체의 동작 데이터를 검출한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 모션검출수단(30)은 발목모션감지기(31), 무릎모션감지기(32), 골반모션감지기(33)를 구비하고, 적외선감지기(35) 및 열화상감지기(37)를 선택적으로 구비하는 것을 특징으로 한다. 정적 및 동적 측정에서 공히 발목모션감지기(31), 무릎모션감지기(32), 골반모션감지기(33)가 사옹된다. 이러한 감지기는 자이로센서, 가속도센서와 같이 신호를 생성하는 것은 물론 마커와 같이 후술하는 카메라(44)와 연계되어 신호를 생성하는 것도 포함한다. 적외선감지기(35) 및 열화상감지기(37)는 보조적인 수단으로 활용되지만, 전술한 감지기(31)(32)(33)로 검출이 곤란한 신체의 물리적 변화도 검출한다. 이에 모션검출수단(30)에서 생성된 신호를 분석하면 피검자에게 부합되는 최적의 깔창을 생성하기 위한 보정 데이터를 확보할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 제어수단(40)이 상기 족압검출수단(20)과 모션검출수단(30)의 신호에 대응하여 시뮬레이션 결과를 산출하도록 제어한다. 제어수단(40)은 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스를 탑재한 제어기(42)를 기반으로 한다. 입력인터페이스에 족압검출수단(20), 모션검출수단(30), 카메라(44) 등이 연결되고, 출력인터페이스에 구동기(22), 모니터(46) 등이 연결된다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단(40)은 제어기(42)를 통하여 발바닥 압력분표, 무게중심의 이동, 다리의 정렬 상태를 분석하는 것을 특징으로 한다. 발바닥 압력분포는 족압검출수단(20)의 신호를 입력하여 분석되고, 무게중심의 이동은 발바닥 압력분포의 변화를 연산하여 분석되고, 다리의 정렬은 모션검출수단(30)의 신호를 입력하여 분석된다. 통상적인 깔창 생성용 풋스캔(foot scan) 장비들의 경우에도 동적인 무게 중심의 이동을 고려할 수 있으나 실제 신발에 적용하였을 때의 변화를 확인하기 어렵고 다리 정렬과 발바닥의 압력분포를 최적으로 맞추기 어렵다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단(40)은 제어기(42)의 연산에 의한 깔창의 모형을 생성하기 위한 3D프린터(48)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 3D프린터(48)는 폴리프로필렌(PP; Polypropylene)과 같은 탄력성을 지닌 수지재료 또는 고무재료를 이용하여 깔창을 생성하는 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식이 선호되지만 이에 한정되는 것은 아니다. 제어기(42)는 출력인터페이스에 3D프린터(48)를 연결하고 메모리에 제어를 위한 프로그램을 저장한다.

작동의 일예로서, 피검자가 도 1의 지지판(11)에 올라선 상태에서 정지 또는 약간의 관절운동을 하는 동안 제어기(42)는 족압검출수단(20), 모션검출수단(30)의 신호를 입력하여 연산된 결과를 모니터(46)에 표시하고 요청에 따라 3D프린터(48)를 통하여 깔창 모형을 생성한다. 이어서 도 2와 같이 피검자가 지지판(11)을 신은 상태에서 보행하는 동안 제어기(42)는 동일한 패턴으로 제어 알고리즘을 처리할 수 있다. 물론 정적-동적 검출을 반복하면서 보정을 통하여 최적의 깔창 데이터를 산출하는 것이 바람직하고, 3D프린터(48)에서 생성된 깔창은 모형에 그치지 않고 그대로 신발에 적용할 수 있는 상태이다.

한편, 전술한 데이터 보정은 구동기(22)를 통한 실린더(21)의 위치 변동, 적외선감지기(35)와 열화상감지기(37)를 통한 신체의 밸런싱 판단 등에 더하여 피검자가 모형 깔창을 착용하고 생활하는 가운데 느끼는 불편 사항을 개선하는 과정을 포함한다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 본체 11: 지지판
12: 커버 13: 연결체
15: 측정화 20: 족압검출수단
21: 실린더 22: 구동기
23: 검출소자 25: 나선홈
27: 검출필름 30: 모션검출수단
31: 발목모션감지기 32: 무릎모션감지기
33: 골반모션감지기 35: 적외선감지기
37: 열화상감지기 40: 제어수단
42: 제어기 44: 카메라
46: 모니터 48: 3D프린터

Claims (7)

1. 정적-동적 측정에 의하여 신발의 깔창을 생성하는 시스템에 있어서:
   피검자의 발을 지지하도록 형성되는 본체(10);
   상기 본체(10)에 설치되어 족압의 변화를 검출하는 족압검출수단(20);
   피검자의 발과 연결된 신체의 동작을 검출하도록 구비되는 모션검출수단(30); 및
   상기 족압검출수단(20)과 모션검출수단(30)의 신호에 대응하여 시뮬레이션 결과를 산출하도록 제어하는 제어수단(40);을 포함하여 이루어지되,
   상기 족압검출수단(20)은 격자형으로 배치되는 다수의 실린더(21)의 단부에 각각의 검출소자(23)를 구비하는 것을 특징으로 하는 정적-동적 측정에 의한 신발깔창 생성 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 본체(10)는 피검자의 발바닥과 접촉되는 지지판(11)을 기반으로 발등을 감싸는 커버(12)를 선택적으로 구비하는 것을 특징으로 하는 정적-동적 측정에 의한 신발깔창 생성 시스템.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 족압검출수단(20)은 균일 분포된 압력검출센서를 지닌 검출필름(27)을 사용하는 것을 특징으로 하는 정적-동적 측정에 의한 신발깔창 생성 시스템.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 모션검출수단(30)은 발목모션감지기(31), 무릎모션감지기(32), 골반모션감지기(33)를 구비하고, 적외선감지기(35) 및 열화상감지기(37)를 선택적으로 구비하는 것을 특징으로 하는 정적-동적 측정에 의한 신발깔창 생성 시스템.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어수단(40)은 제어기(42)를 통하여 발바닥 압력분표, 무게중심의 이동, 다리의 정렬 상태를 분석하는 것을 특징으로 하는 정적-동적 측정에 의한 신발깔창 생성 시스템.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어수단(40)은 제어기(42)의 연산에 의한 깔창의 모형을 생성하기 위한 3D프린터(48)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 정적-동적 측정에 의한 신발깔창 생성 시스템.

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