KR101958908B1 - 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템 - Google Patents

동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101958908B1
KR101958908B1 KR1020170096819A KR20170096819A KR101958908B1 KR 101958908 B1 KR101958908 B1 KR 101958908B1 KR 1020170096819 A KR1020170096819 A KR 1020170096819A KR 20170096819 A KR20170096819 A KR 20170096819A KR 101958908 B1 KR101958908 B1 KR 101958908B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
user
training
change
smart
unit
Prior art date
Application number
KR1020170096819A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190012986A (ko
Inventor
권대규
홍철운
오승용
강승록
Original Assignee
전북대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 전북대학교산학협력단 filed Critical 전북대학교산학협력단
Priority to KR1020170096819A priority Critical patent/KR101958908B1/ko
Publication of KR20190012986A publication Critical patent/KR20190012986A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101958908B1 publication Critical patent/KR101958908B1/ko

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/112Gait analysis
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B24/00Electric or electronic controls for exercising apparatus of preceding groups; Controlling or monitoring of exercises, sportive games, training or athletic performances
    • A63B24/0062Monitoring athletic performances, e.g. for determining the work of a user on an exercise apparatus, the completed jogging or cycling distance
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A43FOOTWEAR
    • A43BCHARACTERISTIC FEATURES OF FOOTWEAR; PARTS OF FOOTWEAR
    • A43B17/00Insoles for insertion, e.g. footbeds or inlays, for attachment to the shoe after the upper has been joined
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A43FOOTWEAR
    • A43BCHARACTERISTIC FEATURES OF FOOTWEAR; PARTS OF FOOTWEAR
    • A43B3/00Footwear characterised by the shape or the use
    • A43B3/34Footwear characterised by the shape or the use with electrical or electronic arrangements
    • A43B3/38Footwear characterised by the shape or the use with electrical or electronic arrangements with power sources
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B21/00Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
    • A63B21/40Interfaces with the user related to strength training; Details thereof
    • A63B21/4001Arrangements for attaching the exercising apparatus to the user's body, e.g. belts, shoes or gloves specially adapted therefor
    • A63B21/4009Arrangements for attaching the exercising apparatus to the user's body, e.g. belts, shoes or gloves specially adapted therefor to the waist
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B22/00Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements
    • A63B22/02Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements with movable endless bands, e.g. treadmills
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B24/00Electric or electronic controls for exercising apparatus of preceding groups; Controlling or monitoring of exercises, sportive games, training or athletic performances
    • A63B24/0087Electric or electronic controls for exercising apparatus of groups A63B21/00 - A63B23/00, e.g. controlling load
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B71/00Games or sports accessories not covered in groups A63B1/00 - A63B69/00
    • A63B71/06Indicating or scoring devices for games or players, or for other sports activities
    • A63B71/0619Displays, user interfaces and indicating devices, specially adapted for sport equipment, e.g. display mounted on treadmills
    • A63B71/0622Visual, audio or audio-visual systems for entertaining, instructing or motivating the user
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B2220/00Measuring of physical parameters relating to sporting activity
    • A63B2220/40Acceleration
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B2220/00Measuring of physical parameters relating to sporting activity
    • A63B2220/50Force related parameters
    • A63B2220/51Force
    • A63B2220/52Weight, e.g. weight distribution
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B2220/00Measuring of physical parameters relating to sporting activity
    • A63B2220/50Force related parameters
    • A63B2220/56Pressure
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B2220/00Measuring of physical parameters relating to sporting activity
    • A63B2220/80Special sensors, transducers or devices therefor
    • A63B2220/83Special sensors, transducers or devices therefor characterised by the position of the sensor
    • A63B2220/833Sensors arranged on the exercise apparatus or sports implement
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B2225/00Miscellaneous features of sport apparatus, devices or equipment
    • A63B2225/50Wireless data transmission, e.g. by radio transmitters or telemetry

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)

Abstract

동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템은, 가이드 레일을 구비하여 사용자를 지지하면서 이동하며, 상기 사용자의 위치 변화를 감지하고, 상기 사용자에게 적합한 보행 위치를 제공하는 보행 훈련 장치; 상기 사용자의 좌우 족저면에 각각 구비되며, 상기 사용자의 족저압 및 족저 변화를 감지하고, 상기 사용자에게 촉각 자극을 제공하는 스마트 인솔(insole); 및 상기 사용자의 자세 변화를 감지하고, 상기 사용자의 보행 훈련 모습 및 상기 사용자의 보행 훈련에 관련된 정보를 오버랩하여 디스플레이하는 스마트 미러 장치; 및 상기 위치 변화에 관련된 정보와, 상기 족저압 및 족저 변화에 관련된 정보와, 상기 자세 변화에 관련된 정보를 수집하여 상기 사용자의 밸런스를 분석하여 상기 사용자에게 제공하는 단말 장치를 포함한다.

Description

동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템{A DYNAMIC HARNESS REHABILITATION TRAINING SYSTEM BASED MOTION RECOGNITION}
본 발명은 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템에 관한 것이다.
잘못된 생활 습관과 운동으로 인해 신체 밸런스는 저하되고, 저하된 밸런스 상태에서 운동은 오히려 독(poison)으로 작용하여 다양한 근골격계 질환이나 건강 악화를 야기한다. 일상 생활에서 자신의 생활 습관에 의한 잘못된 자세로 업무, 수면, 활동 및 휴식 등을 하면서 본인의 의도와 상관없이 신체 밸런스 저하가 조금씩 인체 내부에서 발생되고 축척된다. 잘못된 운동 습관은 운동 시 전문가의 지도 없이 잘못된 운동 자세, 준비 운동 부재나 자신의 체형, 체력 등을 고려하지 않고 무리한 운동으로 인해 인체의 기능 변형으로 인한 신체 밸런스 저하가 발생된다. 또한, 고령이거나 질환을 가져 거동이 불편한 노인의 경우, 야외에서 운동을 하는 것은 위험하고 어려운 일이다. 그리고, 각종 산업 재해나 교통 사고, 중풍 등의 질환으로 신체를 잘 움직이지 못하는 재활 환자에게는 매일 정해진 시간 동안 규칙적으로 재활 훈련이 필요하다.
이러한 재활 훈련은 통상 보행 훈련 및 자세 균형 훈련으로 이루어지며, 그 훈련은 신체의 위치를 제어해 신체의 무게 중심과, 신체와 환경이 적절한 관계를 유지하는 능력을 높이는 것이다. 이러한 이유로 많은 훈련 장치의 개발이 최근에 더욱 많이 이루어지고 있다.
그러나, 종래의 훈련 장치들은 단순히 물리적인 수행을 요구할 뿐, 훈련 도중에 훈련자의 균형을 정밀하게 제어할 수 없어 상기 훈련자가 힘이 빠지거나 발을 헛디디는 경우에 낙상과 같은 안전 사고가 발생할 수 있고, 상기 훈련자의 보행 균형을 제어하는데 어려움이 있었다. 또한, 사용자의 흥미를 유발하기에 한계가 있었으며, 이에 훈련 효과가 높지 않은 문제가 있었다.
따라서, 훈련 시의 안전을 담보하고, 실시간으로 훈련 모니터링 및 분석이 가능하며, 사용자에게 흥미를 유발할 수 있는 훈련 시스템의 개발이 필요한 상황이다.
한국 등록특허 제1453482호 (2014.10.15. 공고) 한국 공개특허 제2008-0006437호 (2008.01.16. 공개)
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 훈련 시스템의 사용자가 일정 거리 패턴을 유지하면서 이동할 수 있고, 진동 피드백을 통해 낙상을 방지할 수 있고, 시각적인 바이오 피드백을 이용하여 균형 능력을 증진할 수 있고, 사용자의 흥미를 유발할 수 있는 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템은, 가이드 레일을 구비하여 사용자를 지지하면서 이동하며, 상기 사용자의 위치 변화를 감지하고, 상기 사용자에게 적합한 보행 위치를 제공하는 보행 훈련 장치; 상기 사용자의 좌우 족저면에 각각 구비되며, 상기 사용자의 족저압 및 족저 변화를 감지하고, 상기 사용자에게 촉각 자극을 제공하는 스마트 인솔(insole); 상기 사용자의 자세 변화를 감지하고, 상기 사용자의 보행 훈련 모습 및 상기 사용자의 보행 훈련에 관련된 정보를 오버랩하여 디스플레이하는 스마트 미러 장치; 및 상기 위치 변화에 관련된 정보와, 상기 족저압 및 족저 변화에 관련된 정보와, 상기 자세 변화에 관련된 정보를 수집하여 상기 사용자의 밸런스를 분석하여 상기 사용자에게 제공하는 단말 장치를 포함한다.
또한, 상기 보행 훈련 장치는, 상기 가이드 레일을 따라 이동하는 훈련 이동부; 상기 사용자의 상체에 착용하며, 상기 이동부에 와이어로 연결되어 상기 사용자를 지지하는 하네스부; 상기 와이어의 장력 변화를 감지하는 장력 감지 센서 및 상기 사용자의 위치 변화를 감지하는 제1 키넥트 센서를 포함하는 훈련 센서부; 상기 위치 변화에 따라 상기 사용자의 적합한 보행 위치에 대응하는 가상의 스마트 인솔 마크를 상기 사용자의 전방에 투사하여 표시하는 훈련 투사부; 상기 스마트 인솔 및 상기 단말 장치와 통신하는 훈련 통신부; 및 상기 사용자의 족저압 및 족저 변화와 상기 위치 변화를 기초로 상기 사용자가 상기 제1 키넥트 센서와 일정 거리를 유지하도록 상기 훈련 이동부를 제어하며, 상기 사용자의 족저압 및 족저 변화와 상기 와이어의 장력 변화를 기초로 상기 사용자의 낙상을 방지하도록 상기 하네스부를 제어하는 훈련 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 보행 훈련 장치는, 상기 사용자의 시선 전방에 위치하는 훈련 디스플레이부를 더 포함하며, 상기 단말 장치는, 상기 분석된 사용자의 밸런스에 관련된 정보를 상기 훈련 통신부를 통해 상기 훈련 디스플레이부에 표시할 수 있다.
또한, 상기 스마트 인솔은, 상기 족저압을 감지하는 압력 센서와, 상기 족저면의 움직임에 따른 가속도를 감지하는 가속도 센서와, 지면에 대한 상기 족저면의 각도를 검출하는 각도 센서를 포함하는 스마트 인솔 센서부; 전족부 및 후족부 중 적어도 하나의 영역에 배치되어 상기 사용자의 족저면에 촉각 자극을 제공하는 스마트 인솔 진동부; 및 상기 스마트 인솔 센서부에서 감지된 정보에 기초하여 상기 사용자의 낙상 위험을 판단하여 상기 사용자의 족저면에 촉각 자극을 제공하도록 상기 스마트 인솔 진동부를 제어하는 스마트 인솔 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 스마트 인솔은, 상기 보행 훈련 장치 및 상기 단말 장치와 통신하는 스마트 인솔 통신부; 및 무선 충전이 가능한 배터리를 구비한 스마트 인솔 전원부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 스마트 미러 장치는, 상기 보행 훈련 모습을 보여주는 미러 패널 및 상기 보행 훈련에 관련된 정보를 보여주는 디스플레이 패널을 포함하는 스마트 미러부; 상기 사용자의 보행 훈련에 따른 자세 변화를 인식하는 제2 키넥트 센서를 포함하는 미러 센서부; 및 상기 보행 훈련 장치 및 상기 단말 장치와 통신하는 미러 통신부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 단말 장치는, 상기 족저압을 이용하여 산출된 압력 중심을 기초로 상기 사용자의 자세 균형 능력을 평가할 수 있다.
그리고, 상기 사용자의 머리에 착용 가능하며, 상기 단말 장치와 통신 가능한 HMD를 더 포함하며, 상기 단말 장치는, 보행 재활 훈련이나 인지 훈련에 관련된 컨텐츠를 상기 HMD에 디스플레이할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템은, 트레드밀(treadmill)에서 훈련하는 사용자를 지지하며, 상기 사용자의 하중 및 위치 변화를 감지하는 트레드밀 지지용 훈련 장치; 상기 사용자의 좌우 족저면에 각각 구비되며, 상기 사용자의 족저압 및 족저 변화를 감지하고, 상기 사용자에게 촉각 자극을 제공하는 스마트 인솔(insole); 상기 사용자의 자세 변화를 감지하고, 상기 사용자의 주행 훈련 모습 및 상기 사용자의 주행 훈련에 관련된 정보를 오버랩하여 디스플레이하는 스마트 미러 장치; 및 상기 하중 및 위치 변화 정보와, 상기 족저압 및 족저 변화 정보와, 상기 자세 변화 정보를 각각 수집하여 상기 사용자의 밸런스를 분석하여 상기 사용자에게 제공하는 포터블 장치를 포함한다.
또한, 상기 트레드밀 지지용 훈련 장치는, 가이드 레일을 따라 이동하는 훈련 이동부; 상기 사용자의 상체에 착용하며, 상기 훈련 이동부에 와이어로 연결되어 상기 사용자를 지지하는 하네스부; 상기 하네스부에 설치되어 상기 하중을 감지하는 하중 감지 센서 및 상기 훈련 이동부에 설치되어 상기 위치 변화를 감지하는 위치 변화 감지 센서를 포함하는 훈련 센서부; 상기 훈련 이동부에 연결되는 연결부재와, 상기 연결부재에 연결되어 상기 포터블 장치가 장착되는 장착부재를 포함하는 포터블 장치 장착부; 상기 스마트 인솔 및 상기 포터블 장치와 통신하는 훈련 통신부; 및 상기 사용자의 족저압 및 족저 변화와 상기 하중 및 위치 변화를 기초로 상기 하네스부를 제어하는 훈련 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따르면, 사용자자가 일정 훈련 패턴을 유지하면서 훈련할 수 있고, 측정되는 데이터를 분석하여 훈련자의 자세 균형을 유지하고, 하네스 제어 및 진동 피드백을 통해 낙상을 방지할 수 있다.
또한, 시각적인 바이오 피드백을 이용하여 균형 능력을 증진할 수 있고, 사용자의 흥미를 유발할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템을 설명하기 위한 개념 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템의 보행 훈련 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템의 스마트 인솔(insole)을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 4a는 지면에 대한 족저면의 각도(α,β)를 나타내는 도면이며, 도 4b는 지면에 대한 족저면의 각도(α,β,γ)를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템의 스마트 인솔을 이용한 보행 가이드 방식을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템의 스마트 인솔의 진동부의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 스마트 인솔에 구비된 배터리 및 무선 패치의 동작을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템의 스마트 미러 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템의 단말 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 10a는 압력 중심(COP)의 궤적을 도시한 그래프 및 이의 부분 확대도이며, 도 10b는 SDC(Sway Density Curve)를 도시한 그래프 및 이의 부분 확대도이고, 도 10c는 시간에 따른 COP 및 Sway density의 관계를 각각 도시한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템을 설명하기 위한 개념 구성도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템의 보행 훈련 장치 및 포터블 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "이루어지다(made of)"는 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템을 설명하기 위한 개념 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템(10)은, 보행 훈련 장치(100), 스마트 인솔(200), 스마트 미러 장치(300)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템(10)은, 단말 장치(400), HMD(500)를 더 포함할 수 있다. 보행 훈련 장치(100)는 사용자의 보행 훈련을 위한 장치이며, 스마트 인솔(200)은 사용자의 족저면에 구비되는 장치이고, 스마트 미러 장치(300)는 사용자의 훈련 모습을 볼 수 있는 장치이다. 또한, 단말 장치(400)는 사용자의 훈련 시 데이터를 수집하여 훈련 밸런스를 분석하여 제공하는 장치이며, HMD(500)는 사용자(U)의 머리에 착용 가능한 디스플레이 장치이다.
예를 들어, 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템(10)은, 가이드 레일(105)을 구비하여 사용자(U)를 지지하면서 이동하며, 상기 사용자(U)의 위치 변화를 감지하고, 상기 사용자(U)에게 적합한 보행 위치를 제공하는 보행 훈련 장치(100), 사용자(U)의 좌우 족저면에 각각 구비되며, 상기 사용자(U)의 족저압 및 족저 변화를 감지하고, 상기 사용자(U)에게 촉각 자극을 제공하는 스마트 인솔(200), 사용자(U)의 자세 변화를 감지하고, 상기 사용자(U)의 보행 훈련 모습 및 상기 사용자(U)의 보행 훈련에 관련된 정보를 오버랩하여 디스플레이하는 스마트 미러 장치(300)를 포함할 수 있다. 또한, 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템(10)은, 상기 위치 변화에 관련된 정보와, 상기 족저압 및 족저 변화에 관련된 정보와, 상기 자세 변화에 관련된 정보를 수집하여 사용자(U)의 밸런스를 분석하여 상기 사용자(U)에게 제공하는 단말 장치(400)를 더 포함할 수 있다. 이하에서는, 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템(10)의 각 장치에 대해 상세히 살펴 보도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템의 보행 훈련 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 보행 훈련 장치(100)는 가이드 레일(105), 훈련 이동부(110), 하네스부(120), 훈련 센서부(130), 훈련 투사부(140), 훈련 통신부(150), 훈련 제어부(160), 훈련 디스플레이부(170), 훈련 저장부(미도시) 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 보행 훈련 장치(100)는 가이드 레일(105)을 따라 이동하는 훈련 이동부(110), 사용자(U)의 상체에 착용하며, 상기 훈련 이동부(110)에 와이어(122)로 연결되어 상기 사용자를 지지하는 하네스부(120), 상기 와이어(122)의 장력 변화를 감지하는 장력 감지 센서(132) 및 상기 사용자(U)의 위치 변화를 감지하는 제1 키넥트 센서(134)를 포함하는 훈련 센서부(130), 상기 위치 변화에 따라 상기 사용자(U)의 적합한 보행 위치에 대응하는 가상의 스마트 인솔 마크(145)를 상기 사용자(U)의 전방에 투사하여 표시하는 훈련 투사부(140), 스마트 인솔(200) 및 단말 장치(400)와 통신하는 훈련 통신부(150), 상기 사용자의 족저압 및 족저 변화와 상기 위치 변화를 기초로 상기 사용자(U)가 상기 제1 키넥트 센서(134)와 일정 거리를 유지하도록 상기 훈련 이동부(110)를 제어하며, 상기 사용자(U)의 족저압 및 족저 변화와 상기 와이어(122)의 장력 변화를 기초로 상기 사용자(U)의 낙상을 방지하도록 상기 하네스부(120)를 제어하는 훈련 제어부(160)를 포함할 수 있다. 또한, 보행 훈련 장치(100)는 사용자의 시선 전방에 위치하는 훈련 디스플레이부(170), 보행 훈련 장치(100)에서 생성되는 데이터 및 정보와, 훈련 통신부(150)를 통해 다른 장치로부터 전송받는 데이터 및 각종 정보를 저장하는 훈련 저장부를 더 포함할 수 있다.
가이드 레일(105)은 도 1에 도시한 바와 같이, 천장에 설치할 수도 있으나, 복수의 수직 프레임(미도시)을 이용하여 공중에 부양된 형태로 구비될 수도 있다. 가이드 레일(105)의 형상, 구조, 재질 등을 적절하게 채택할 수 있음은 당업자에게 자명하다 할 것이다.
훈련 이동부(110)는 가이드 레일(105)을 따라 이동하며, 보행 훈련 장치(100)를 이동시키는 구동력을 제공한다. 이러한 훈련 이동부(110)는 가이드 레일(105)을 따라 이동하는 레일 주행용 롤러(미도시), 상기 레일 주행용 롤러에 구동력을 제공하는 주행용 모터 등을 포함할 수 있다. 물론, 기존의 레일 하네스 시스템에 이용되는 다양한 구조를 응용 및 적용할 수 있다. 훈련 이동부(110)에서 주행용 모터는 훈련 제어부(160)의 제어 신호에 의해 제어되며, 훈련 제어부(160)는 주행용 모터의 회전축을 정방향 또는 역방향으로 회전시키도록 제어함으로써, 레일 주행용 롤러의 이동 방향을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 훈련 제어부(160)는 CW(clockwise)/CCW(counterclockwise) 명령에 의해 주행용 모터를 정회전/역회전시킬 수 있고, 훈련 제어부(160)는 CW/CCW 신호를 생성하여 주행용 모터를 제어한다. 그리고, 주행용 모터에는 제어를 위한 드라이버 및 속도를 제어하기 위한 감속기 등이 더 설치될 수 있다.
하네스부(120)는 사용자의 상체에 착용할 수 있는 자켓 하네스(124)와 자켓 하네스(124)를 훈련 이동부(110)와 연결하는 와이어(122)를 포함할 수 있다.
여기에서, 와이어(122)는 길이 방향의 부재로 벨트, 편조부재, 로프, 케이블 등의 형상으로 제조될 수 있다. 한편, 와이어(122)는 사용자(U)의 하중을 지탱할 수 있을 정도의 인장 강도를 지닌 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 와이어(122)와 훈련 이동부(110)가 연결된 영역에는 와이어(122)를 끌어올리거나 내리기 위한 벨트 드라이브(미도시) 등의 수단을 더 포함할 수 있고, 자켓 하네스(124)의 이탈을 방지하기 위한 체결 수단(미도시) 등이 포함될 수 있다. 자켓 하네스(124)는 사용자(U)의 상체에 착용 가능하도록 조끼, 점퍼 등의 형태로 구현될 수 있다.
훈련 센서부(130)는 와이어(122)의 장력 변화를 감지하는 장력 감지 센서(132) 및 사용자(U)의 위치 변화를 감지하는 제1 키넥트 센서(134)를 포함한다. 이때, 장력 감지 센서(132)는 와이어(122)에 설치되며, 제1 키넥트 센서(134)는 사용자(U)의 전방 상부에 위치하도록 훈련 이동부(110)에 연결되어 이동하는 것이 바람직하다.
여기에서, 장력 감지 센서(132)에 의해 장력 변화가 감지되는 경우, 이를 사용자(U)의 낙상 여부를 판단하는 기초 자료로 사용할 수 있다. 예를 들어, 훈련 이동부(110)에 의해 보행하고 있는 사용자(U)가 하네스부(120)에 의해 지지되고 있는 상태에서 사용자(U)가 전방 또는 후방으로 급격히 쓰러지면서 이동하는 경우, 장력 감지 센서(132)서 장력 변화를 감지할 수 있다. 이때, 장력 변화의 크기가 미리 설정된 기준을 벗어날 경우, 훈련 제어부(160)는 사용자(U)가 쓰러지지 않도록 하네스부(120)를 제어할 수 있다. 여기에서, 사용자의 족저압 및 족저 변화를 와이어(122)의 장력 변화와 함께 사용하여 낙상 여부를 더욱 정확히 판단할 수 있다.
또한, 제1 키넥트 센서(134)는 사용자(U)의 전방 상부에서 사용자(U)의 위치 변화를 감지할 수 있으며, 사용자(U)의 위치 변화를 사용자(U)의 적절한 이동 여부를 판단하는 기초 자료로 사용할 수 있다. 예를 들어, 훈련 이동부(110)에 의해 사용자가 보행하는 경우, 제1 키넥트 센서(134)도 훈련 이동부(110)에 연결되어 이동하게 된다. 이때, 제1 키넥트 센서(134)는 사용자(U)의 두 발의 위치를 촬영하여 확인할 수 있고, 제1 키넥트 센서(134)와 사용자(U)의 위치 변화를 확인함으로써, 훈련 제어부(160)는 사용자(U)가 상기 제1 키넥트 센서(134)와 일정 거리를 유지하도록 훈련 이동부(110)를 제어할 수 있다. 여기에서, 사용자의 족저압 및 족저 변화를 사용자(U)의 위치 변화와 함께 사용하여 사용자의 적절한 이동 여부를 더욱 정확히 판단할 수 있다.
훈련 투사부(140)는 사용자(U)의 위치 변화에 따라 사용자(U)의 적합한 보행 위치에 대응하는 가상의 스마트 인솔 마크(145)를 상기 사용자(U)의 전방에 투사하여 표시한다. 이때, 훈련 투사부(140)는 사용자(U)의 상부에서 가상의 스마트 인솔 마크(145)를 투사하도록 훈련 이동부(110)에 연결되어 이동하는 것이 바람직하다. 사용자(U)는 가상의 스마트 인솔 마크(145)에 맞추어 보행함으로써, 적절한 보행 거리, 보행 속도 등을 유지할 수 있고, 이를 통해 재활 훈련의 효과를 극대화할 수 있다.
훈련 통신부(150)는 스마트 인솔(200), 스마트 미러 장치(300), 단말 장치(400), HMD(500) 등 다른 장치들과 통신할 수 있다. 예를 들어, 훈련 통신부(150)는 스마트 인솔(200)로부터 사용자(U)의 족저압 및 족저 변화 등의 정보를 전송 받을 수 있고, 단말 장치(400)로부터 제어 신호를 받을 수 있다. 또한, 보행 훈련 장치(100)에서 획득되는 데이터, 생성되는 각종 정보 등을 단말 장치(400)나 스마트 미러 장치(300), HMD(500)로 전송할 수 있다.
이때 훈련 통신부(150)와 스마트 인솔(200), 스마트 미러 장치(300), 단말 장치(400) 등 다른 장치들이 서로 근거리 무선 통신 또는 원거리 무선 통신할 수 있다. 바람직하게, 훈련 통신부(150)와 스마트 인솔(200), 스마트 미러 장치(300), 단말 장치(400) 등 다른 장치들이 근거리 통신을 이용할 수 있다. 여기에서, 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), NFC(Near Field Communication), 와이브리(Wibree) 중 하나일 수 있다. 예를 들어, 블루투스는 근거리 무선 통신 규격의 하나로, 반경 10~100m 안에서 각종 전자 및 정보통신 기기를 무선으로 연결 제어하며, 2.45Ghz 주파수를 사용하고, 와이브리는 2.4 Ghz 대역의 주파수를 사용하며, 10m 정도까지의 거리를 1Mbps의 통신 속도로 여러 기기를 무선으로 연결 제어한다. 물론, 상기 근거리 무선 통신에만 제한되지 않고, 다른 무선 통신 방식을 채택할 수 있음은 당업자에게 자명하다 할 것이다.
훈련 제어부(160)는 사용자(U)의 족저압 및 족저 변화와 사용자(U)의 위치 변화를 기초로 상기 사용자(U)가 제1 키넥트 센서(134)와 일정 거리를 유지하도록 훈련 이동부(110)를 제어하며, 사용자(U)의 족저압 및 족저 변화와 와이어(122)의 장력 변화를 기초로 상기 사용자(U)의 낙상을 방지하도록 하네스부(120)를 제어할 수 있다.
즉, 훈련 제어부(160)는 스마트 인솔(200)로부터 전송되는 정보와 제1 키넥트 센서(134)로부터 획득되는 정보를 이용하여 사용자의 보행 속도, 보폭 등을 가이드할 수 있다. 또한, 훈련 제어부(160)는 스마트 인솔(200)로부터 전송되는 정보와 장력 감지 센서(132)로부터 획득되는 정보를 이용하여 사용자의 낙상 위험을 미연에 방지할 수 있다.
예를 들어, 스마트 인솔(200)에서 센싱한 족저압의 크기가 기설정된 기준 족저압 이하이고, 족저면의 각도가 기설정된 기준 각도 이상이면서, 장력 감지 센서(132)에서 센싱한 장력 변화가 기설정된 기준 장력 변화 이상인 경우, 훈련 제어부(160)는 사용자(U)의 낙상 위험이 크다는 것으로 판단하며, 훈련 제어부(160)는 하네스부(120)를 제어하여 와이어(122)를 당겨 사용자(U)의 낙상을 방지할 수 있다.
또한, 스마트 인솔(200)에서 센싱한 족저압의 크기가 기설정된 기준 족저압 이하이고, 족저면의 각도가 기설정된 기준 각도 이상이면서, 제1 키넥트 센서(134)에서 센싱한 사용자(U)의 위치 변화가 기설정된 기준 위치 범위를 벗어난 경우, 훈련 제어부(160)는 사용자(U)의 보행 훈련이 부적절하다는 것으로 판단하며, 훈련 제어부(160)는 훈련 이동부(110)를 제어하여 적절한 속도로 훈련 이동부(110)가 이동하도록 할 수 있다.
훈련 디스플레이부(170)는 사용자(U)의 시선 전방에 위치하며, 사용자(U)의 보행 정보, 보행 훈련 관련 컨텐츠 등을 디스플레이할 수 있다. 특히, 훈련 디스플레이부(170)는 단말 장치(400)에 의해 분석된 사용자(U)의 밸런스에 관련된 정보를 표시함으로써, 사용자(U)가 보행 밸런스를 유지하면서 훈련을 하도록 자극할 수 있다. 이때, 훈련 디스플레이부(170)는 사용자(U)의 전방에서 사용자(U)의 밸런스에 관련된 정보 등을 표시하도록 훈련 이동부(110)에 연결되어 함께 이동하는 것이 바람직하다. 또한, 훈련 디스플레이부(170)는 후술할 스마트 인솔(200)로부터 전송되는 낙상 위험 신호에 기초하여 낙상 위험 정보를 표시할 수 있다. 사용자(U)는 훈련 디스플레이부(170)를 눈으로 확인하며 보행 훈련을 수행하므로 낙상 위험의 존부를 즉각적으로 인식할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템의 스마트 인솔(insole)을 설명하기 위한 블록 구성도이다. 또한, 도 4a는 지면에 대한 족저면의 각도(α,β)를 나타내는 도면이며, 도 4b는 지면에 대한 족저면의 각도(α,β,γ)를 나타내는 도면이다. 또한, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템의 스마트 인솔을 이용한 보행 가이드 방식을 설명하기 위한 개념도이다. 또한, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템의 스마트 인솔의 진동부의 배치를 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 7은 스마트 인솔에 구비된 배터리 및 무선 패치의 동작을 나타내는 도면이다.
도 1과, 도 3 내지 도 7을 참조하면, 스마트 인솔(200)은 사용자(U)의 좌우 족저면에 각각 구비되며, 스마트 인솔 센서부(210), 스마트 인솔 진동부(220), 스마트 인솔 제어부(230), 스마트 인솔 통신부(240), 스마트 인솔 전원부(210) 등을 포함한다.
스마트 인솔(200)은 사용자(U)가 착용하는 신발 내부에 삽입되는 형태로 제조될 수도 있지만, 신발이나 슬리퍼와 일체화된 형태로 제조될 수도 있다. 이에, 본 명세서에서 지칭하는 스마트 인솔(200)은 별개로 제조된 제품뿐만 아니라 이를 포함하는 신발이나 슬리퍼 등을 포괄하는 개념이다.
스마트 인솔 센서부(210)는 족저압을 감지하는 압력 센서(미도시)와, 족저면의 움직임에 따른 가속도를 감지하는 가속도 센서(미도시)와, 지면에 대한 상기 족저면의 각도를 검출하는 각도 센서(미도시)를 포함할 수 있다. 더욱 상세하게는, 스마트 인솔 센서부(210)는 압력 센서와, 3축 가속도 센서, 3축 자이로 센서 및 3축 지자기 센서로 구성된 9축 센서로 이루어질 수 있다.
여기에서, 압력 센서는 사용자(U)가 스마트 인솔(200)에 대하여 가하는 압력, 힘, 발바닥에서의 사용자(U)의 무게 중심 등을 지득할 수 있다. 이러한 압력 센서는 FSR(Force Sensing Resistor) 또는 로드셀(Load Cell) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. FSR(Force Sensing Resistor) 및/또는 로드셀(Load Cell)로 이루어진 압력 센서는 스마트 인솔(200)에 복수개가 형성될 수 있다. 예를 들어, FSR(Force Sensing Resistor)은 표면에 힘을 증가시킬 때 감소하는 저항이 발생하는 폴리머 필름(Polymer Film)으로 자체의 저항 값을 가지고 있는 데 이 저항 값은 활동 영역에 가해지는 힘의 크기에 따라 반비례하는 특성을 가지고 있으며 이를 이용하여 사용자(U)의 족저압을 감지할 수 있다. 또한, 압력 센서를 스마트 인솔(200)에 설치된 필름 형태의 로드셀로 구성할 수도 있다. 이러한 FSR(Force Sensing Resistor) 및/또는 로드셀(Load Cell)은 전후좌우 방향으로 대칭으로 설치하는 것이 사용자(U)의 중심이나 이동 방향을 보다 정확하게 파악하는데 도움이 될 수 있다. 그리고, 압력 센서가 스마트 인솔(200)에 설치되어 사용자(U)의 족저압을 측정할 수 있는 센서이면 다른 형태의 센서가 적용될 수 있음은 물론이다. 족저압의 정보는 사용자(U)의 낙상 위험 여부를 판단하기 위한 기초 자료나 사용자(U)의 적절한 보행 속도 등을 산출하기 위한 자료로 이용될 수 있다.
또한, 가속도 센서(미도시)와, 각도 센서(미도시)는 각각 사용자(U)의 보행 중 족저면의 움직임 가속도나 지면에 대한 족저면의 각도(α,β)를 검출할 수 있다. 가속도 정보는 사용자(U)의 보행 속도 등을 판단하기 위한 기초 자료로 이용될 수 있고, 지면에 대한 족저면의 각도 정보는 사용자(U)의 적절한 보행 속도 등을 산출하기 위한 자료나 사용자(U)의 낙상 위험 여부를 판단하기 위한 기초 자료로 이용될 수 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 스마트 인솔 센서부(210)는 입각기(stance phase)에서 뒤꿈치가 닿을 때의 지면에 대한 족저면의 각도(β)와 뒤꿈치가 들리고 발가락 부위(앞꿈치)로 지탱할 때의 지면에 대한 족저면의 각도(α)를 검출할 수 있다. 이때, 족저면의 각도(α, β)는 사용자(U)의 보행 방향에 평행인 방향을 기준으로 측정된 값이다. 그리고, 도 4b에 도시된 바와 같이, 스마트 인솔 센서부(210)는 보행 방향에 수직인 방향을 기준으로 한 지면에 대한 족저면의 각도(γ)를 검출할 수도 있고, 이는 사용자(U)의 좌우측 방향으로의 낙상 위험을 감지하기 위한 기초 정보로 활용될 수 있다.
스마트 인솔 진동부(220)는 전족부 및 후족부 중 적어도 하나의 영역에 배치되어 사용자(U)의 족저면에 촉각 자극을 제공한다. 촉각 자극은 진동 자극, 전기 자극 등 다양한 방식의 자극일 수 있고, 진동 자극이나 전기 자극의 패턴, 세기, 주기 등은 사용자에 의하여 다양하게 설정될 수 있다. 나아가, 단말 장치(400) 등의 수단을 이용해 진동 자극이나 전기 자극의 패턴, 세기, 주기 등을 변경할 수도 있다.
이때, 스마트 인솔 센서부(210)의 데이터에 기초하여 스마트 인솔 진동부(220)는 사용자의 보행 자세를 가이드할 수 있다. 스마트 인솔 센서부(210)에 의해 감지된 데이터에 기초하여 사용자(U)의 보행 속도나 보행 주기 등을 확인할 수 있으며, 이를 기초로 보행 자세를 가이드할 수 있다. 보행 주기는 초기 닿기(initial contact), 반대쪽 발가락 떼기(oppsite toe off), 발뒤꿈치 상승(heel rise), 반대쪽 초기 닿기(opposite contact), 발가락 떼기(toe off), 양발 인접(feet adjacent), 경골 수직(tibial vertical)과 다시 초기 닿기(initial contact)의 8개의 과정으로 세분화될 수 있다. 이를 크게 나누면, 한쪽 발 뒤꿈치가 닿을 때부터 같은 다리의 발가락이 떨어질 때까지의 보행주기인 입각기(stance phase)(대략 60% 차지)와 한쪽 발가락이 떨어질 때부터 같은 발의 뒤꿈치가 닿을 때까지의 보행주기인 유각기(swing phase)(대략 40% 차지)로 나뉘는데, 스마트 인솔 센서부(210)의 센싱 결과를 통해 사용자(U)의 보폭, 사용자가 보행하면서 지면에 닿아야 할 족저면의 영역 등을 검출할 수 있다.
예를 들어, 도 5에 도시한 바와 같이, (a)단계에서는 사용자(U)의 오른발 앞꿈치가 지면에 먼저 닿아야 하기 때문에, 전족부 영역에 배치된 스마트 인솔 진동부(220)가 촉각 자극을 인가한다. 그 다음 (b)단계에서는 사용자(U)의 오른발 뒤꿈치가 지면에 닿아야 하므로, 후족부 영역에 배치된 스마트 인솔 진동부(220)가 촉각 자극을 인가한다. 다시 (c)단계를 거쳐 (d)단계에 이르면, 사용자(U)의 오른발 뒤꿈치가 지면에 닿아야 하므로, 후족부 영역에 배치된 스마트 인솔 진동부(220)가 촉각 자극을 인가한다. 왼발에 대해서는 도시하지 않았지만, 왼발에 대해서도 스마트 인솔 진동부(220)가 동일한 원리로 동작하게 된다. 이러한 스마트 인솔 진동부(220)의 가이드 동작에 따라 보행이 제대로 이루어지는지를 판단하기 위하여, 압력 센서가 가이드를 위한 촉각 자극 인가 뒤에 해당 영역이 지면에 닿았는지를 판단한다.
또한, 스마트 인솔 센서부(210)의 데이터에 기초하여 사용자(U)의 넘어질 위험을 판단하고, 이를 기초로 스마트 인솔 제어부(230)의 제어에 의해 스마트 인솔 진동부(220)가 촉각 자극을 제공할 수 있다. 도 4b에 도시한 바와 같이, 족저면의 각도(α,β)는 사용자(U)의 보행 방향에 평행인 방향을 기준으로 측정된 값이다. 또한, 보행 방향에 수직인 방향을 기준으로, 지면에 대한 족저면의 각도(γ)를 검출할 수도 있다. 즉, 스마트 인솔 센서부(210)의 각도 센서에 의한 족저면의 각도는 보행 방향에 평행한 방향을 기준으로 측정된 족저면의 각도일 수도 있고, 보행 방향에 수직인 방향을 기준으로 측정된 족저면의 각도일 수도 있다. 보행 방향에 평행한 방향을 기준으로 측정된 족저면의 각도는 사용자(U)가 전방 또는 후방으로 넘어질 위험에 있음을 판단하는 기준이 될 수 있고, 보행 방향에 수직인 방향을 기준으로 측정된 족저면의 각도는 사용자(U)가 좌측이나 우측으로 넘어질 위험에 있음을 판단하는 기준이 될 수 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 스마트 인솔 진동부(220)는 전족부 및 후족부 영역에 각각 배치된 제1 및 제2 진동모듈(241, 242)과 함께, 우측족부 및 좌측족부 영역에 각각 배치된 제3 및 제4 진동모듈(243, 244)을 더 포함할 수 있다. 이에, 지면에 대한 뒤꿈치의 각도(α)가 기설정된 범위를 초과하는 경우 후족부에 위치한 영역의 제2 진동모듈(242)을 제어하여 진동 자극을 인가하고, 지면에 대한 앞꿈치의 각도(β)가 기설정된 범위를 초과하는 경우 전족부에 위치한 영역의 제1 진동모듈(241)을 제어하여 진동 자극을 인가하며, 사용자의 보행 방향에 수직인 방향을 기준으로 지면에 대한 족저면의 각도(γ)가 기설정된 범위를 초과하는 경우 좌측족부에 위치한 제3 진동모듈(243)이나 우측족부에 위치한 제4 진동모듈(244)을 제어하여 진동 자극을 인가함으로써, 사용자(U)에게 낙상의 위험뿐만 아니라 낙상의 방향까지 인식시킬 수 있게 된다.
스마트 인솔 제어부(230)는 스마트 인솔 센서부(210)에서 감지된 정보에 기초하여 사용자(U)의 낙상 위험을 판단하여 상기 사용자(U)의 족저면에 촉각 자극을 제공하도록 스마트 인솔 진동부(220)를 제어한다.
예를 들어, 스마트 인솔 제어부(230)는 스마트 인솔 센서부(210)에서 센싱한 센싱 정보(족저압, 족저면의 가속도, 지면에 대한 족저면의 각도 등)에 기초하여 사용자(U)의 낙상 위험이 존재한다고 판단되면 사용자(U)의 족저면에 촉각 자극을 제공하도록 스마트 인솔 진동부(220)를 제어한다.
구체적으로, 스마트 인솔 제어부(230)는 지면에 대한 족저면의 적정 각도를 기준으로, 스마트 인솔 센서부(210)에서 센싱한 족저면의 각도가 기설정된 적정 각도를 초과하는 경우, 사용자(U)의 낙상 위험이 크다는 것으로 인지하여 낙상 위험 신호를 생성한다. 지면에 대한 족저면의 적정 각도란 사용자(U)가 낙상 위험 없이 안정적으로 보행할 수 있는 각도로서, 사용자의 보행 방향을 기준으로 지면에 대한 족저면의 각도(α, β)나 사용자의 보행 방향에 수직인 방향을 기준으로 지면에 대한 족저면의 각도(γ)의 적정값을 의미한다. 족저면의 적정 각도는 사용자(U)마다 달리 설정될 수도 있고, 이를 미리 데이터베이스화하여 스마트 인솔 저장부(미도시) 등에 저장할 수 있다.
스마트 인솔 제어부(230)가 생성한 낙상 위험 신호는 보행 훈련 장치(100)로 송신되고, 보행 훈련 장치(100)의 훈련 제어부(160)는 낙상 위험 신호를 참조하여 훈련 이동부(110)나 하네스부(120)를 제어한다. 즉, 낙상 위험 신호에 더해 제1 키넥트 센서(134)에서 감지되는 사용자(U)의 위치 변화나 장력 감지 센서(132)에서 감지되는 와이어의 장력 변화를 이용하여 사용자(U)가 적절한 보행 훈련을 수행하고, 사용자(U)의 낙상 위험을 미연에 방지할 수 있다.
이에, 스마트 인솔 제어부(230)에 의한 스마트 인솔 진동부(220)를 제어함으로써, 사용자(U)에게 낙상 위험을 알릴 수 있고, 훈련 제어부(160)에 의한 훈련 이동부(110)나 하네스부(120)를 제어함으로써, 사용자(U)의 낙상 위험을 물리적으로 방지할 수 있다. 그러므로, 스마트 인솔(200)에서 1차적으로 사용자(U)에게 낙상 위험이나 부적절한 보행 자세 등을 경고할 수 있고, 사용자(U)가 낙상 위험에 있거나 부적절한 보행 훈련을 하고 있더라도 최종적으로 보행 훈련 장치(100)에서 낙상 위험이나 부적절한 보행 훈련의 문제를 해결할 수 있다.
스마트 인솔 통신부(240)는 스마트 인솔 센서부(210)의 데이터나 스마트 인솔 제어부(230)의 낙상 위험 판단 결과 등을 보행 훈련 장치(100)나 스마트 미러 장치(300), 단말 장치(400), HMD(500) 등으로 전송할 수 있다. 또한, 스마트 인솔 통신부(240)는 보행 훈련 장치(100)나 스마트 미러 장치(300), 단말 장치(400), HMD(500) 등으로부터 데이터나 정보 등을 수신할 수 있다. 스마트 인솔 통신부(240)는 와이파이(Wi-fi), 블루투스(Bluetooth), 인터넷(internet), 지그비(Zigbee) 등 기공지된 다양한 무선 네트워크 기술을 응용한 통신 모듈로 구현될 수 있다. 스마트 인솔 통신부(240)를 통해 송수신되는 데이터나 정보 등은 저장 및 가공되어 사용자(U)의 보행 패턴 등을 분석하기 위한 빅데이터로 구축될 수 있다.
스마트 인솔 전원부(250)는 무선 충전이 가능한 배터리(252)를 구비하며, 배터리(252)의 자동 충전을 위해 무선 패치(254)를 구비할 수 있다. 배터리(252)는 스마트 인솔(200)의 각 구성요소를 동작시키기 위한 전원을 공급하는 기능을 수행한다. 도 7에 도시한 바와 같이, 스마트 인솔(200)이 무선 충전기(50) 위에 놓이면 무선 패치(254)와 무선 충전기(50) 사이의 작용에 의하여 배터리(252)가 무선 충전될 수 있다. 무선 충전 방식으로는 코일 간 전자기 유도 현상을 이용한 자기 유도 방식, 코일 간 자기 공진 현상을 이용한 자기 공진 방식, 방사 현상을 이용한 안테나 방식 등이 있으며, 상기 무선 충전 방식을 비롯하여 기공지된 다양한 무선 충전 방식을 이용할 수 있다. 물론, 충전 방식에 따라 무선 패치(254)의 형태, 구성 및 재질 등이 상이해질 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템의 스마트 미러 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 1 및 도 8을 참조하면, 스마트 미러 장치(300)는 스마트 미러부(310), 미러 센서부(320), 미러 통신부(330), 미러 제어부(340), 미러 저장부(350) 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 스마트 미러 장치(300)는 보행 훈련 모습을 보여주는 미러 패널(312) 및 상기 보행 훈련에 관련된 정보를 보여주는 디스플레이 패널(314)을 포함하는 스마트 미러부(310), 상기 사용자(U)의 보행 훈련에 따른 자세 변화를 인식하는 제2 키넥트 센서를 포함하는 미러 센서부(320), 보행 훈련 장치(100) 및 단말 장치(200)와 통신하는 미러 통신부(330)를 포함하며, 상기 스마트 미러부(310), 미러 센서부(320), 미러 통신부(330) 등을 제어하는 미러 제어부(340), 미러 통신부(330)를 통해 전송되는 정보 등을 저장하고, 미러 센서부(320)에서 감지되는 데이터 등을 저장하는 미러 저장부(350)를 포함할 수 있다.
스마트 미러부(310)는 미러 패널(312)을 통해 사용자(U)가 보행 훈련 모습을 볼 수 있고, 디스플레이 패널(314)에서 상기 보행 훈련에 관련된 컨텐츠를 보여줄 수 있다. 예를 들어, 미러 저장부(350)에 내장되어 있거나 단말 장치(400)를 통해 외부로부터 전송받은 컨텐츠를 사용자에게 시각적으로 제공함과 동시에 사용자의 보행 훈련 모습을 미러 패널(312)의 거울을 통하여 시각적인 바이오피드백을 제공함으로써, 시각, 전정 기관, 체성 감각의 융합을 이용한 보행 균형 능력을 증진할 수 있고, 사용자의 흥미를 유발할 수 있다. 또한, 스마트 미러부(310)는 스마트 인솔(200)로부터 낙상 위험 정보를 수신하여 사용자 모습에 오버랩하여 디스플레이하거나, 스마트 인솔(200)로부터 수신된 사용자의 보행 정보, 예컨대, 족저면의 가속도, 지면에 대한 족저면의 각도, 보행 거리, 보행 속도 등을 사용자 모습에 오버랩하여 디스플레이할 수도 있다.
미러 센서부(320)는 사용자의 보행 훈련에 따른 자세 변화를 인식하며, 제2 키넥트 센서를 구비한다. 보행 훈련 장치(100)의 키넥트 센서는 사용자(U)으 전방 상부에서 사용자(U)의 위치 변화를 주로 감지하는데 반해, 미러 센서부(320)의 키넥트 센서는 사용자(U)의 전방에서 사용자(U)의 자세 변화를 주로 감지한다. 제2 키넥트 센서는 영상 데이터로부터 깊이(depth) 데이터를 추출하고, 사용자 인식 및 배경 필터링 등을 거쳐 사용자의 관절 위치 및 이동 방향 등을 검출할 수 있고, 깊이 데이터를 감지하여 사용자의 움직임 등을 검출할 수 있다.
이렇게 추출된 사용자(U)의 자세 변화는 미러 제어부(340)의 제어에 의해 스마트 미러부(310)의 디스플레이 패널(314)에 디스플레이되어 사용자(U)의 보행 훈련 모습에 오버랩되어 사용자(U)가 보행 훈련의 자세를 즉각적으로 인식할 수 있도록 한다.
미러 통신부(330)는 보행 훈련 장치(100), 스마트 인솔(200) 등과 통신하며, 근거리 무선 통신 또는 원거리 무선 통신을 이용하여 통신할 수 있음은 상술한 바와 같다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템의 단말 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다. 또한, 도 10a는 압력 중심(COP)의 궤적을 도시한 그래프 및 이의 부분 확대도이며, 도 10b는 SDC(Sway Density Curve)를 도시한 그래프 및 이의 부분 확대도이고, 도 10c는 시간에 따른 COP 및 Sway density의 관계를 각각 도시한 그래프이다.
도 1 및 도 9를 참조하면, 단말 장치(400)는 보행 훈련 장치(100), 스마트 인솔(200) 등과 통신하며, 근거리 무선 통신 또는 원거리 무선 통신을 이용하여 통신할 수 있음은 상술한 바와 같다.
구체적으로, 단말 장치(400)는 위치 변화에 관련된 정보와, 족저압 및 족저 변화에 관련된 정보와, 자세 변화에 관련된 정보를 수집하여 상기 사용자의 밸런스를 분석하여 사용자(U)에게 제공할 수 있다.
예를 들어, 단말 장치(400)는 스마트 인솔(200)로부터 족저압에 관련된 정보를 전송받아 이를 기초로 산출된 압력 중심을 기초로 상기 사용자의 자세 균형 능력을 평가할 수 있다. 또한, 단말 장치(400)는 보행 훈련 장치(100)로부터 위치 변화에 관련된 정보를 전송받거나 스마트 미러 장치(300)로부터 자세 변화에 관련된 정보를 전송받아 사용자의 자세균형 능력을 평가할 수 있다. 이러한 평가 정보는 스마트 미러 장치(300), 보행 훈련 장치(100)의 훈련 디스플레이부(170), HMD(500) 등에 전송되어 사용자(U)에게 제공될 수 있다.
일례로, 단말 장치(400)는, 도 10a에 도시한 바와 같이, 스마트 인솔(200)에서 획득된 족저압으로부터 최대 족압을 압력 중심으로 추정할 수 있고, 상기 압력 중심의 궤적을 추적할 수 있다. 이러한 압력 중심의 궤적을 통해, 도 10b에 도시한 바와 같이, 보행 훈련의 시간 경과에 따른 SDC(Sway Density Curve)를 산출할 수 있다. 이때, SDC는 원 안에 COP(압력 중심)가 머무르는 시간으로 정의된다. 도 10c에 도시한 바와 같이, SDC의 peak 점은 보행 훈련 동안의 stable position을 의미하며, SDC의 valley 지점은 상대적으로 불안정한 부분을 의미한다. 이러한 SDC를 기초로 하여 사용자의 보행 시 균형 능력을 평가할 수 있다. 즉, 족저압으로부터 압력 중심을 산출하고, 상기 압력 중심의 궤적으로부터 SDC를 도출하여 사용자의 자세균형 능력을 평가하는 지표로 사용할 수 있다. SDC의 각 peak 및 valley 간에 거리, 시간 등을 평균한 평균 안정화 시간(Mean stabilization time), 평균 공간 거리(Mean spatial distance), 평균 전이 시간(Mean transition time) 등을 산출하여 사용자(U)의 보행 훈련 시 균형 능력을 평가할 수 있다.
이러한 단말 장치(400)는 일반적인 이동 통신 단말, 2G/3G/4G/5G, 와이브로 무선망 서비스가 가능한 단말, 팜 PC(Palm Personal Computer), 개인용 디지털 보조기(PDA: Personal Digital Assistant), 스마트폰(Smart phone), 왑폰(WAP phone: Wireless application protocol phone) 등 네크워크에 접속하기 위한 사용자 인터페이스를 갖는 모든 유무선 가전/통신 장치를 포괄적으로 의미할 수 있으며, IEEE 802.11 무선 랜 네트워크 카드 등의 무선랜 접속을 위한 인터페이스가 구비된 기기일 수 있다. 또한, 단말 장치(400)는 이동 통신 단말 이외에 컴퓨터, 노트북 등의 정보 통신 기기이거나 이를 포함하는 장치일 수도 있다.
구체적으로, 단말 장치(400)는 정보를 입력 및 선택하는 단말 입력부(410), 보행 훈련 장치(100), 스마트 인솔(200), 스마트 미러 장치(300), HMD(500) 등과 통신하는 단말 통신부(420), 각종 정보 및/또는 데이터를 저장하는 단말 저장부(440), 정보를 표시하여 제공하는 사용자 단말 출력부(450), 이들을 제어하는 단말 제어부(430) 등으로 구성될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 사용자(U)는 사용자의 머리에 HMD(500)를 착용할 수 있다. 이러한 HMD(500)는 사용자(U)가 스마트 미러 장치(300)와 훈련 디스플레이부(170)를 보기 위해, 시스루(see through) HMD인 것이 바람직하다.
HMD(500)는 보행 훈련 장치(100), 스마트 인솔(200), 스마트 미러 장치(300), 단말 장치(400) 등과 통신하며, 근거리 무선 통신 또는 원거리 무선 통신을 이용하여 통신할 수 있음은 상술한 바와 같다.
특히, HMD(500)는 단말 장치(400)로부터 보행 재활 훈련이나 인지 훈련에 관련된 컨텐츠를 전송받아 디스플레이할 수 있다. HMD(500)에서 보행 재활 훈련이나 인지 훈련에 관련된 컨텐츠를 디스플레이함으로써, 치매 예방이나 뇌졸증 예방 훈련 등을 위한 컨텐츠 제공이 가능하다. 또한, HMD(500)는 스마트(200)로부터 족저압을 표시한 족저압 영상을 전송받아 디스플레이할 수 있다. HMD(500)에서 족저압 영상을 표시함으로써, 균형 훈련 등을 위한 컨텐츠 제공이 가능하다. 이러한 HMD(500)에서 디스플레이되는 영상은 증강 현실(AR) 영상뿐만 아니라 가상 현실(VR) 영상도 가능함은 물론이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템을 설명하기 위한 개념 구성도이다. 또한, 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템의 보행 훈련 장치 및 포터블 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템(20)은, 트레드밀 지지용 훈련 장치(600), 스마트 인솔(700), 스마트 미러 장치(800)를 포함한다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템(20)은, 포터블 장치(900), HMD(1000)를 더 포함할 수 있다. 트레드밀 지지용 훈련 장치(100)는 사용자(U)의 주행 훈련을 위한 장치이며, 스마트 인솔(700)은 사용자의 족저면에 구비되는 장치이고, 스마트 미러 장치(800)는 사용자의 훈련 모습을 볼 수 있는 장치이다. 또한, 포터블 장치(900)는 트레드밀 지지용 훈련 장치(600)에 장착하여 사용자(U)가 디스플레이되는 영상 정보 등을 볼 수 있는 장치이며, HMD(1000)는 사용자(U)의 머리에 착용 가능한 디스플레이 장치이다.
예를 들어, 본 발명의 다른 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템(20)은, 트레드밀(602)에서 훈련하는 사용자(U)를 지지하며, 상기 사용자(U)의 하중 및 위치 변화를 감지하는 트레드밀 지지용 훈련 장치(600), 상기 사용자(U)의 좌우 족저면에 각각 구비되며, 상기 사용자(U)의 족저압 및 족저 변화를 감지하고, 상기 사용자에게 촉각 자극을 제공하는 스마트 인솔(700), 상기 사용자(U)의 자세 변화를 감지하고, 상기 사용자(U)의 주행 훈련 모습 및 상기 사용자의 주행 훈련에 관련된 정보를 오버랩하여 디스플레이하는 스마트 미러 장치(800)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템(20)은, 하중 및 위치 변화 정보와, 족저압 및 족저 변화 정보와, 자세 변화 정보를 각각 수집하여 사용자(U)의 밸런스를 분석하여 상기 사용자(U)에게 제공하는 포터블 장치(900), 사용자(U)의 머리에 착용 가능한 디스플레이 장치인 HMD(1000)를 더 포함할 수 있다.
이때, 스마트 인솔(700), 스마트 미러 장치(800), HMD(1000)는 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템(10)의 스마트 인솔(200), 스마트 미러 장치(300), HMD(500)와 동일하므로, 이하에서는 트레드밀 지지용 훈련 장치(600)와 포터블 장치(900)에 대해서만 설명하도록 한다.
다시 도 11 및 도 12를 참조하면, 트레드밀 지지용 훈련 장치(600)는, 트레드밀(602)에서 훈련하는 사용자가 트레드밀(602)에서의 훈련을 마친 후에 다음 단계로 이동할 수 있도록 가이드 레일(605)을 따라 이동하는 훈련 이동부(610), 사용자(U)의 상체에 착용하며, 상기 훈련 이동부(610)에 와이어(632)로 연결되어 상기 사용자(U)를 지지하는 하네스부(630), 상기 하네스부(630)에 설치되어 하중을 감지하는 하중 감지 센서(642) 및 상기 훈련 이동부(610)에 설치되어 위치 변화를 감지하는 위치 변화 감지 센서(644)를 포함하는 훈련 센서부(640), 상기 훈련 이동부(610)에 연결되는 연결부재(652)와, 상기 연결부재(652)에 연결되어 포터블 장치(900)가 장착되는 장착부재(654)를 포함하는 포터블 장치 장착부(650), 스마트 인솔(700), 포터블 장치(900) 등과 통신하는 훈련 통신부(660), 사용자(U)의 족저압 및 족저 변화와, 하중 및 위치 변화를 기초로 하네스부(630)를 제어하는 훈련 제어부(670) 등을 포함한다.
상술한 보행 훈련 장치(100)와 비교하여 트레드밀 지지용 훈련 장치(600)는 사용자(U)가 트레드밀(602)에서 주행 훈련을 하며, 사용자가 트레드밀(602)에서 주행 훈련을 마친 후에, 사용자를 하네스부(630)에 의해 지지하면서 이동하도록 훈련 이동부(610)의 고정이 필요하다. 즉, 사용자(U)가 훈련 이동부(610)에 연결된 하네스부(630)에 의해 지지되면서 트레드밀(610)에서 주행 훈련을 하는 경우, 훈련 이동부(610)는 고정되어 있으며, 사용자(U)가 트레드밀(602)에서 주행 훈련을 끝낸 후에, 사용자(U)가 하네스부(630)에 의해 지지되면서 훈련 이동부(610)에 의해 다음 훈련 단계로 이동할 수 있다. 이하에서는, 훈련 통신부(660) 및 훈련 제어부(670)에 대해서는 생략하도록 한다.
하네스부(630)는 사용자의 상체에 착용할 수 있는 자켓 하네스(634)와 자켓 하네스(634)를 훈련 이동부(610)와 연결하는 와이어(632)를 포함할 수 있다.
훈련 센서부(640)는 사용자(U)의 무게에 따른 하중을 감지하는 하중 감지 센서(642) 및 사용자(U)의 위치 변화를 감지하는 위치 변화 감지 센서(644)를 포함한다. 이때, 하중 감지 센서(642)는 와이어(632)에 설치되며, 위치 변화 감지 센서(644)는 사용자(U)의 전방 상부에 위치하도록 훈련 이동부(610)에 연결되어 설치하는 것이 바람직하다. 이에, 훈련 이동부(610)가 이동함에 따라, 와이어(632)에 설치된 하중 감지 센서(642)와 훈련 이동부(610)에 연결된 위치 변화 감지 센서(644)가 함께 이동하게 된다.
여기에서, 하중 감지 센서(642)에 의해 하중의 급격한 변화가 감지되는 경우, 이를 사용자(U)의 낙상 여부를 판단하는 기초 자료로 사용할 수 있다. 예를 들어, 사용자(U)가 하네스부(630)에 의해 지지되고 있는 상태에서 사용자(U)가 급격히 쓰러지면서 이동함에 따라, 사용자의 하중 변화의 크기가 미리 설정된 기준을 벗어날 경우, 훈련 제어부(1670)는 사용자(U)가 쓰러지지 않도록 하네스부(63를 제어할 수 있다. 여기에서, 사용자의 족저압 및 족저 변화를 사용자(U)의 하중 변화와 함께 사용하여 낙상 여부를 더욱 정확히 판단할 수 있다.
포터블 장치 장착부(650)는 포터블 장치(900)가 장착되는 곳으로, 상부 프레임에서 연결되는 연결부재(652)와, 상기 연결부재(652)에 연결되어 사용자(U)의 전방에 위치하며, 포터블 장치(900)가 장착되는 장착부재(654)를 포함한다. 포터블 장치(900)의 포터블 출력부(950)가 상술한 훈련 디스플레이부(170)의 역할을 수행한다. 이에, 트레드밀(610)에서 주행 훈련을 하는 각 사용자(U)가 자신이 휴대한 포터블 장치(900)를 사용하여 자신에게 맞는 맞춤형 프로그램을 보면서 주행 훈련을 할 수 있다.
다시 도 11 및 도 12를 참조하면, 포터블 장치(900)는 정보를 입력 및 선택하는 포터블 입력부(910), 트레드밀 지지용 훈련 장치(600), 스마트 인솔(700), 스마트 미러 장치(800), HMD(1000) 등과 통신하는 포터블 통신부(920), 각종 정보 및/또는 데이터를 저장하는 포터블 저장부(940), 정보를 표시하여 제공하는 사용자 포터블 출력부(950), 이들을 제어하는 포터블 제어부(930) 등으로 구성될 수 있다.
이러한 포터블 장치(900)는 트레드밀 지지용 훈련 장치(600)에 설치 가능하도록 이동 통신 단말이 일반적이나, 이에만 제한되지 않음은 물론이다. 포터블 장치 장착부(650)의 크기 및 형태에 맞추어 포터블 장치(900)는 네크워크에 접속하기 위한 사용자 인터페이스를 갖는 모든 유무선 가전/통신 장치를 포괄적으로 의미할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템
100: 보행 훈련 장치
200: 스마트 인솔(Smart insole)
300: 스마트 미러 장치
400: 단말 장치
500: HMD(Head Mount Display)

Claims (10)

  1. 가이드 레일을 구비하여 사용자를 지지하면서 이동하며, 상기 사용자의 위치 변화를 감지하고, 상기 사용자에게 적합한 보행 위치를 제공하는 보행 훈련 장치;
    상기 사용자의 좌우 족저면에 각각 구비되며, 상기 사용자의 족저압 및 족저 변화를 감지하고, 상기 사용자에게 촉각 자극을 제공하는 스마트 인솔(insole);
    상기 사용자의 자세 변화를 감지하고, 상기 사용자의 보행 훈련 모습 및 상기 사용자의 보행 훈련에 관련된 정보를 오버랩하여 디스플레이하는 스마트 미러 장치; 및
    상기 위치 변화에 관련된 정보와, 상기 족저압 및 족저 변화에 관련된 정보와, 상기 자세 변화에 관련된 정보를 수집하여 상기 사용자의 밸런스를 분석하여 상기 사용자에게 제공하는 단말 장치를 포함하며,
    상기 스마트 미러 장치는, 상기 보행 훈련 모습을 보여주는 미러 패널 및 상기 보행 훈련에 관련된 정보를 보여주는 디스플레이 패널을 포함하는 스마트 미러부와, 상기 사용자의 보행 훈련에 따른 자세 변화를 인식하는 제2 키넥트 센서를 포함하는 미러 센서부와, 상기 보행 훈련 장치 및 상기 단말 장치와 통신하는 미러 통신부를 포함하는, 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 보행 훈련 장치는,
    상기 가이드 레일을 따라 이동하는 훈련 이동부;
    상기 사용자의 상체에 착용하며, 상기 훈련 이동부에 와이어로 연결되어 상기 사용자를 지지하는 하네스부;
    상기 와이어의 장력 변화를 감지하는 장력 감지 센서 및 상기 사용자의 위치 변화를 감지하는 제1 키넥트 센서를 포함하는 훈련 센서부;
    상기 위치 변화에 따라 상기 사용자의 적합한 보행 위치에 대응하는 가상의 스마트 인솔 마크를 상기 사용자의 전방에 투사하여 표시하는 훈련 투사부;
    상기 스마트 인솔 및 상기 단말 장치와 통신하는 훈련 통신부; 및
    상기 사용자의 족저압 및 족저 변화와 상기 위치 변화를 기초로 상기 사용자가 상기 제1 키넥트 센서와 일정 거리를 유지하도록 상기 훈련 이동부를 제어하며, 상기 사용자의 족저압 및 족저 변화와 상기 와이어의 장력 변화를 기초로 상기 사용자의 낙상을 방지하도록 상기 하네스부를 제어하는 훈련 제어부를 포함하는, 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 보행 훈련 장치는,
    상기 사용자의 시선 전방에 위치하는 훈련 디스플레이부를 더 포함하며,
    상기 단말 장치는,
    상기 분석된 사용자의 밸런스에 관련된 정보를 상기 훈련 통신부를 통해 상기 훈련 디스플레이부에 표시하는, 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스마트 인솔은,
    상기 족저압을 감지하는 압력 센서와, 상기 족저면의 움직임에 따른 가속도를 감지하는 가속도 센서와, 지면에 대한 상기 족저면의 각도를 검출하는 각도 센서를 포함하는 스마트 인솔 센서부;
    전족부 및 후족부 중 적어도 하나의 영역에 배치되어 상기 사용자의 족저면에 촉각 자극을 제공하는 스마트 인솔 진동부; 및
    상기 스마트 인솔 센서부에서 감지된 정보에 기초하여 상기 사용자의 낙상 위험을 판단하여 상기 사용자의 족저면에 촉각 자극을 제공하도록 상기 스마트 인솔 진동부를 제어하는 스마트 인솔 제어부를 포함하는, 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 스마트 인솔은,
    상기 보행 훈련 장치 및 상기 단말 장치와 통신하는 스마트 인솔 통신부; 및
    무선 충전이 가능한 배터리를 구비한 스마트 인솔 전원부를 더 포함하는, 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 단말 장치는,
    상기 족저압을 이용하여 산출된 압력 중심을 기초로 상기 사용자의 자세 균형 능력을 평가하는, 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 사용자의 머리에 착용 가능하며, 상기 단말 장치와 통신 가능한 HMD를 더 포함하며,
    상기 단말 장치는,
    보행 재활 훈련이나 인지 훈련에 관련된 컨텐츠를 상기 HMD에 디스플레이하는, 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템.
  9. 트레드밀(treadmill)에서 훈련하는 사용자를 지지하며, 상기 사용자의 하중 및 위치 변화를 감지하는 트레드밀 지지용 훈련 장치;
    상기 사용자의 좌우 족저면에 각각 구비되며, 상기 사용자의 족저압 및 족저 변화를 감지하고, 상기 사용자에게 촉각 자극을 제공하는 스마트 인솔(insole);
    상기 사용자의 자세 변화를 감지하고, 상기 사용자의 주행 훈련 모습 및 상기 사용자의 주행 훈련에 관련된 정보를 오버랩하여 디스플레이하는 스마트 미러 장치; 및
    상기 하중 및 위치 변화 정보와, 상기 족저압 및 족저 변화 정보와, 상기 자세 변화 정보를 각각 수집하여 상기 사용자의 밸런스를 분석하여 상기 사용자에게 제공하는 포터블 장치를 포함하며,
    상기 스마트 미러 장치는, 상기 주행 훈련 모습을 보여주는 미러 패널 및 상기 주행 훈련에 관련된 정보를 보여주는 디스플레이 패널을 포함하는 스마트 미러부와, 상기 사용자의 주행 훈련에 따른 자세 변화를 인식하는 제2 키넥트 센서를 포함하는 미러 센서부와, 상기 트레드밀 지지용 훈련 장치 및 상기 포터블 장치와 통신하는 미러 통신부를 포함하는, 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 트레드밀 지지용 훈련 장치는,
    가이드 레일을 따라 이동하는 훈련 이동부;상기 사용자의 상체에 착용하며, 상기 훈련 이동부에 와이어로 연결되어 상기 사용자를 지지하는 하네스부;
    상기 하네스부에 설치되어 상기 하중을 감지하는 하중 감지 센서 및 상기 훈련 이동부에 설치되어 상기 위치 변화를 감지하는 위치 변화 감지 센서를 포함하는 훈련 센서부;
    상기 훈련 이동부에 연결되는 연결부재와, 상기 연결부재에 연결되어 상기 포터블 장치가 장착되는 장착부재를 포함하는 포터블 장치 장착부;
    상기 스마트 인솔 및 상기 포터블 장치와 통신하는 훈련 통신부; 및
    상기 사용자의 족저압 및 족저 변화와 상기 하중 및 위치 변화를 기초로 상기 하네스부를 제어하는 훈련 제어부를 포함하는, 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템.
KR1020170096819A 2017-07-31 2017-07-31 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템 KR101958908B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170096819A KR101958908B1 (ko) 2017-07-31 2017-07-31 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170096819A KR101958908B1 (ko) 2017-07-31 2017-07-31 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190012986A KR20190012986A (ko) 2019-02-11
KR101958908B1 true KR101958908B1 (ko) 2019-03-15

Family

ID=65370539

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170096819A KR101958908B1 (ko) 2017-07-31 2017-07-31 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101958908B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109999426A (zh) * 2019-04-26 2019-07-12 李佳霖 一种播音主持用综合训练装置
KR20210050602A (ko) * 2019-10-25 2021-05-10 (주)에스앤에스연구소 인지능력강화 기능이 향상된 보행 재활기기
KR20220051765A (ko) * 2020-10-19 2022-04-26 (주)투핸즈인터랙티브 라이다 센서를 이용한 증강현실 인터랙티브 스포츠 시스템
WO2023163454A1 (ko) * 2022-02-25 2023-08-31 삼성전자주식회사 줄의 장력을 제어하는 방법 및 장치

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102147595B1 (ko) * 2019-03-04 2020-08-24 순천향대학교 산학협력단 활동형 균형보더를 이용한 균형 운동 시스템 및 방법
KR102694786B1 (ko) 2019-09-25 2024-08-14 삼성전자주식회사 스마트 인솔 및 이를 포함하는 밸런스 향상 장치
CN111298289B (zh) * 2020-03-05 2024-08-02 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 沉浸式多人多感知监护虚拟现实装置
KR102270146B1 (ko) * 2020-06-29 2021-06-28 재단법인 오송첨단의료산업진흥재단 족저압 및 와이어 로드를 바탕으로 피검자의 평형기능을 측정하는 자세 측정시스템 및 이를 이용한 자세 측정방법
JP2022032104A (ja) * 2020-08-11 2022-02-25 トヨタ自動車株式会社 バランス訓練システム、その制御方法、及び、制御プログラム
CN112233771A (zh) * 2020-11-04 2021-01-15 无锡蓝软智能医疗科技有限公司 一种膝关节康复训练方法、存储介质、终端及系统
CN114099971A (zh) * 2021-12-17 2022-03-01 李信达 一种平衡康复装置
KR102450198B1 (ko) * 2021-12-23 2022-10-04 한국광기술원 놀이 기반의 고정식 능동형 재활 보조 장치 및 그 제어 방법
KR102448916B1 (ko) * 2021-12-23 2022-09-30 한국광기술원 보행 연동식 능동형 재활 보조 장치 및 그 제어 방법
WO2023163256A1 (ko) * 2022-02-28 2023-08-31 재단법인 오송첨단의료산업진흥재단 압력발판 및 손잡이를 이용한 신체 자세 측정시스템 및 이를 이용한 신체 자세 측정방법
CN115120952B (zh) * 2022-06-29 2024-04-19 陕西中医药大学 一种骨康智能屏
CN116869490B (zh) * 2023-09-08 2024-01-09 广州舒瑞医疗科技有限公司 基于人工智能的前庭康复训练动态评估系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002345994A (ja) * 2001-05-30 2002-12-03 Hitachi Ltd 歩行訓練装置
KR101453482B1 (ko) * 2013-04-26 2014-10-23 사단법인 전북대학교자동차부품금형기술혁신센터 압력 피드백이 적용된 하니스 및 이를 이용한 보행 재활훈련장치
KR101628117B1 (ko) * 2014-06-24 2016-06-08 군산대학교산학협력단 보행 패턴 분석 시스템 및 방법
KR101688016B1 (ko) 2015-12-11 2016-12-20 강신현 보행 분석기능을 갖춘 보행 재활기구
KR101764061B1 (ko) 2016-07-15 2017-08-02 건양대학교산학협력단 증강현실 기반의 보행훈련 시스템

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080006437A (ko) 2007-02-09 2008-01-16 박홍재 고령자 및 재활환자용 운동장치
KR101645617B1 (ko) * 2014-07-30 2016-08-05 고려대학교 산학협력단 낙상 방지장치
KR20160016263A (ko) * 2014-08-04 2016-02-15 엘지전자 주식회사 미러 디스플레이 장치 및 그의 동작 방법
KR101694402B1 (ko) * 2014-11-21 2017-01-24 대한민국 투사 영상을 이용한 보행 재활 치료 보조 시스템 및 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002345994A (ja) * 2001-05-30 2002-12-03 Hitachi Ltd 歩行訓練装置
KR101453482B1 (ko) * 2013-04-26 2014-10-23 사단법인 전북대학교자동차부품금형기술혁신센터 압력 피드백이 적용된 하니스 및 이를 이용한 보행 재활훈련장치
KR101628117B1 (ko) * 2014-06-24 2016-06-08 군산대학교산학협력단 보행 패턴 분석 시스템 및 방법
KR101688016B1 (ko) 2015-12-11 2016-12-20 강신현 보행 분석기능을 갖춘 보행 재활기구
KR101764061B1 (ko) 2016-07-15 2017-08-02 건양대학교산학협력단 증강현실 기반의 보행훈련 시스템

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109999426A (zh) * 2019-04-26 2019-07-12 李佳霖 一种播音主持用综合训练装置
CN109999426B (zh) * 2019-04-26 2020-11-27 李佳霖 一种播音主持用综合训练装置
KR20210050602A (ko) * 2019-10-25 2021-05-10 (주)에스앤에스연구소 인지능력강화 기능이 향상된 보행 재활기기
KR102282205B1 (ko) * 2019-10-25 2021-07-29 (주)에스앤에스연구소 인지능력강화 기능이 향상된 보행 재활기기
KR20220051765A (ko) * 2020-10-19 2022-04-26 (주)투핸즈인터랙티브 라이다 센서를 이용한 증강현실 인터랙티브 스포츠 시스템
WO2022086144A1 (ko) * 2020-10-19 2022-04-28 (주)투핸즈인터랙티브 라이다 센서를 이용한 증강현실 인터랙티브 스포츠 시스템
KR102430084B1 (ko) * 2020-10-19 2022-08-10 (주)투핸즈인터랙티브 라이다 센서를 이용한 증강현실 인터랙티브 스포츠 시스템
WO2023163454A1 (ko) * 2022-02-25 2023-08-31 삼성전자주식회사 줄의 장력을 제어하는 방법 및 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190012986A (ko) 2019-02-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101958908B1 (ko) 동작 인식 기반 동적 하네스 재활 훈련 시스템
JP6387425B2 (ja) 歩行分析システム及び方法
KR101858116B1 (ko) 자세균형 훈련 시스템
KR102110305B1 (ko) 운동량 체크를 위한 스마트 헬스케어 시스템
KR20190029175A (ko) 재활훈련시스템 및 그것을 이용한 재활훈련방법
KR101834077B1 (ko) 자세균형 훈련 시스템
KR101837284B1 (ko) 동적자세균형 기반 실감형 재활 운동 시스템
KR101453482B1 (ko) 압력 피드백이 적용된 하니스 및 이를 이용한 보행 재활훈련장치
KR101777755B1 (ko) 가상 현실을 이용한 재활훈련 장치 및 그 방법
US20150306440A1 (en) Gait training apparatus
KR101659154B1 (ko) 보행 알림 장치 및 보행 알림 장치의 동작 방법
CA2963072A1 (en) Walker-assist device
KR101342009B1 (ko) 능동형 보행보조 및 기립보조기, 및 능동 보행보조 및 기립보조방법
KR20170020352A (ko) 이동 보조기
US20200410892A1 (en) Processing system, walking training system, processing method, and program
JP4720349B2 (ja) 運動補助システム
KR101786367B1 (ko) 승마형 운동 시스템
KR20150118776A (ko) 가상 현실 체험 장치 및 보행 모사 신발
JP2008173365A (ja) 歩行分析システム
KR102259078B1 (ko) 가상현실과 경사 테이블을 이용한 하지 근육 활동을 유발하는 재활 훈련 시스템 및 그 재활 훈련 방법
KR20120042524A (ko) 사용자 인식 기능을 가지는 보행 보조 장치
KR102021349B1 (ko) 재활치료용 기립보조기
JP2008161228A (ja) 歩行解析システム
US12064390B2 (en) Powered walking assistant and associated systems and methods
KR101884275B1 (ko) 스마트 지팡이를 이용한 안전 모니터링 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant