KR102133939B1 - 보조력 계산 방법 및 장치 - Google Patents

보조력 계산 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102133939B1
KR102133939B1 KR1020150121886A KR20150121886A KR102133939B1 KR 102133939 B1 KR102133939 B1 KR 102133939B1 KR 1020150121886 A KR1020150121886 A KR 1020150121886A KR 20150121886 A KR20150121886 A KR 20150121886A KR 102133939 B1 KR102133939 B1 KR 102133939B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
force
auxiliary
distortion
calculating
assisting
Prior art date
Application number
KR1020150121886A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170025440A (ko
Inventor
이주석
Original Assignee
삼성전자주식회사
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 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020150121886A priority Critical patent/KR102133939B1/ko
Priority to US14/988,382 priority patent/US10034811B2/en
Publication of KR20170025440A publication Critical patent/KR20170025440A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102133939B1 publication Critical patent/KR102133939B1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H3/00—Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50—Prostheses not implantable in the body
    • A61F2/68—Operating or control means
    • A61F2/70—Operating or control means electrical
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F5/00—Orthopaedic methods or devices for non-surgical treatment of bones or joints; Nursing devices; Anti-rape devices
    • A61F5/01—Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces
    • A61F5/0102—Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces specially adapted for correcting deformities of the limbs or for supporting them; Ortheses, e.g. with articulations
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0237—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the lower limbs
    • A61H1/0244—Hip
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0237—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the lower limbs
    • A61H1/0255—Both knee and hip of a patient, e.g. in supine or sitting position, the feet being moved together in a plane substantially parallel to the body-symmetrical plane
    • A61H1/0262—Walking movement; Appliances for aiding disabled persons to walk
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • B25J13/085—Force or torque sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • B25J13/088—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices with position, velocity or acceleration sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0006—Exoskeletons, i.e. resembling a human figure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/12—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements electric
    • B25J9/126—Rotary actuators
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F5/00—Orthopaedic methods or devices for non-surgical treatment of bones or joints; Nursing devices; Anti-rape devices
    • A61F5/01—Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces
    • A61F5/0102—Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces specially adapted for correcting deformities of the limbs or for supporting them; Ortheses, e.g. with articulations
    • A61F2005/0132—Additional features of the articulation
    • A61F2005/0155—Additional features of the articulation with actuating means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2250/00—Special features of prostheses classified in groups A61F2/00 - A61F2/26 or A61F2/82 or A61F9/00 or A61F11/00 or subgroups thereof
    • A61F2250/0058—Additional features; Implant or prostheses properties not otherwise provided for
    • A61F2250/0073—Force-limiting means
    • A61F2250/0074—Torque-limiting means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/01—Constructive details
    • A61H2201/0165—Damping, vibration related features
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/12—Driving means
    • A61H2201/1207—Driving means with electric or magnetic drive
    • A61H2201/1215—Rotary drive
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16—Physical interface with patient
    • A61H2201/1602—Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
    • A61H2201/164—Feet or leg, e.g. pedal
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16—Physical interface with patient
    • A61H2201/1602—Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
    • A61H2201/165—Wearable interfaces
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A61H2201/5005—Control means thereof for controlling frequency distribution, modulation or interference of a driving signal
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A61H2201/5007—Control means thereof computer controlled
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A61H2201/5023—Interfaces to the user
    • A61H2201/5048—Audio interfaces, e.g. voice or music controlled
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A61H2201/5058—Sensors or detectors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A61H2201/5058—Sensors or detectors
    • A61H2201/5061—Force sensors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A61H2201/5058—Sensors or detectors
    • A61H2201/5069—Angle sensors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A61H2201/5058—Sensors or detectors
    • A61H2201/5071—Pressure sensors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A61H2201/5058—Sensors or detectors
    • A61H2201/5079—Velocity sensors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A61H2201/5058—Sensors or detectors
    • A61H2201/5084—Acceleration sensors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A61H2201/5097—Control means thereof wireless
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2205/00—Devices for specific parts of the body
    • A61H2205/10—Leg
    • A61H2205/108—Leg for the upper legs
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2230/00—Measuring physical parameters of the user
    • A61H2230/60—Muscle strain, i.e. measured on the user, e.g. Electromyography [EMG]
    • A61H2230/605—Muscle strain, i.e. measured on the user, e.g. Electromyography [EMG] used as a control parameter for the apparatus

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Rehabilitation Therapy (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Pain & Pain Management (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Nursing (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)

Abstract

보행 보조 장치가 제공하는 보조력을 계산하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 보조력 계산 방법은 보행 보조 장치를 착용한 사용자에게 제공할 제1 보조력을 계산하고, 보행 보조 장치의 미리 정해진 부분의 뒤틀림의 정도를 측정하고, 뒤틀림의 정도에 기반하여 사용자에게 전달된 제2 보조력을 계산하고, 제1 보조력 및 제2 보조력에 기반하여 뒤틀림을 보정한 제3 보조력을 계산할 수 있다.

Description

보조력 계산 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CALCULATING ASSISTANCE TORQUE}
아래의 실시예들은 보조력을 계산하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보행 보조 장치가 제공하는 보조력을 계산하기 위한 방법 및 이 방법이 수행되는 장치에 관한 것이다.
최근 고령화 사회가 심화되면서 관절에 문제가 있어서 이에 대한 고통과 불편을 호소하는 사람들이 증가하고 있고, 관절이 불편한 노인이나 환자들이 보행을 원활하게 할 수 있는 보행 보조 장치에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한, 군사용 등의 목적으로 인체의 근력을 더 크게 늘리기 위한 위한 보행 보조 장치들이 개발되고 있다.
일 측면에 따른, 보조력 계산 방법은 보행 보조 장치를 착용한 사용자에게 제공할 제1 보조력을 계산하는 단계, 상기 보행 보조 장치의 미리 정해진 부분의 뒤틀림의 정도를 측정하는 단계, 상기 뒤틀림의 정도에 기반하여 상기 사용자에게 전달된 제2 보조력을 계산하는 단계 및 상기 제1 보조력 및 상기 제2 보조력에 기반하여 상기 뒤틀림을 보정한 제3 보조력을 계산하는 단계를 포함한다.
상기 뒤틀림의 정도를 측정하는 단계는 상기 미리 정해진 부분에 부착된 굽힘 센서를 이용하여 상기 뒤틀림의 정도를 측정하는 단계일 수 있다.
상기 굽힘 센서는 플렉스 센서(flex sensor) 및 광섬유 격자 센서(fiber bragg grating sensor) 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 제3 보조력을 계산하는 단계는 상기 제1 보조력 및 상기 제2 보조력 간의 차이를 상기 제3 보조력으로 계산하는 단계일 수 있다.
상기 보조력 계산 방법은 상기 보행 보조 장치가 상기 제3 보조력을 출력하도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제3 보조력을 출력하도록 제어하는 단계는 모터 상수에 기반하여 제3 보조력을 발생시키는 전류 값을 계산하는 단계 및 상기 전류 값을 이용하여 모터를 구동시킴으로써 상기 제3 보조력을 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2 보조력을 계산하는 단계는 변환 함수(transformation function)를 이용하여 상기 제2 보조력을 계산하는 단계일 수 있다.
상기 보조력 계산 방법은 상기 변환 함수를 미리 생성하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 변환 함수는 상기 뒤틀림의 정도를 상기 제2 보조력에 대응시킬 수 있다.
상기 변환 함수를 미리 생성하는 단계는 테스트 보조력을 출력하도록 모터를 제어하는 단계, 상기 테스트 보조력에 의해 상기 사용자의 신체 일부분에 발생한 압력에 관한 정보를 수신하는 단계, 상기 압력에 기반하여 인가 보조력을 계산하는 단계, 상기 테스트 보조력에 의해 발생한 상기 미리 정해진 부분의 뒤틀림의 정도를 측정하는 단계 및 상기 뒤틀림의 정도 및 상기 인가 보조력에 기반하여 상기 변환 함수를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 압력에 관한 정보는 압력 센서에 의해 생성될 수 있다.
상기 신체의 일부분은 대퇴부(thigh)일 수 있다.
상기 제1 보조력을 계산하는 단계는 기 보행 보조 장치의 동작 상태에 기반하여 상기 제1 보조력을 계산하는 단계일 수 있다.
상기 동작 상태는 상기 사용자의 움직임에 대응하여 결정될 수 있다.
상기 미리 정해진 부분은 상기 사용자의 허리를 지지하는 부분일 수 있다.
다른 일 측면에 따른, 보조력 계산 장치는 보행 보조 장치의 미리 정해진 부분의 뒤틀림의 정도를 측정하는 굽힘 센서 및 상기 보행 보조 장치를 착용한 사용자에게 제공할 제1 보조력을 계산하고, 상기 뒤틀림의 정도에 기반하여 상기 사용자에게 전달된 제2 보조력을 계산하고, 상기 제1 보조력 및 상기 제2 보조력에 기반하여 상기 뒤틀림을 보정한 제3 보조력을 계산하는 프로세서를 포함한다.
상기 굽힘 센서는 플렉스 센서(flex sensor) 및 광섬유 격자 센서(fiber bragg grating sensor) 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 프로세서는 변환 함수(transformation function)를 이용하여 상기 제2 보조력을 계산할 수 있다.
상기 프로세서는 테스트 보조력을 출력하도록 제어하고, 상기 테스트 보조력에 의해 상기 사용자의 신체 일부분에 발생한 압력에 관한 정보를 수신하고, 상기 압력에 기반하여 인가 보조력을 계산하고, 상기 굽힘 센서는 상기 테스트 보조력에 의해 발생한 상기 미리 정해진 부분의 뒤틀림의 정도를 측정하고, 상기 프로세서는 상기 뒤틀림의 정도 및 상기 인가 보조력에 기반하여 상기 변환 함수를 생성할 수 있다.
상기 신체의 일부분은 대퇴부(thigh)일 수 있다.
도 1 및 도 2는 일 예에 따른 보행 보조 장치를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 보조력 계산 장치의 구성도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 보조력 계산 방법의 흐름도이다.
도 5는 일 예에 따른 보행 보조 장치에서 뒤틀림이 발생하는 부분을 도시한다.
도 6은 일 예에 따른 보행 보조 장치의 구성도이다.
도 7은 일 예에 따른 변환 함수를 생성하는 방법의 흐름도이다.
도 8은 일 예에 따른 압력 센서가 부착되는 위치를 도시한다.
도 9는 일 예에 따른 변환 함수의 그래프를 도시한다.
도 10는 일 예에 따른 지지 프레임의 뒤틀림을 모델링한 구조를 도시한다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
<보행 보조 장치의 개요>
도 1 및 도 2는 일 예에 따른 보행 보조 장치를 도시한다.
도 1을 참조하면, 보행 보조 장치(100)는 사용자에게 장착되어 사용자의 보행을 보조한다. 보행 보조 장치(100)는 웨어러블 장치(wearable device)일 수 있다.
도 1은 힙 타입(hip-type)의 보행 보조 장치를 도시하고 있으나, 보행 보조 장치의 타입은 힙 타입에 제한되는 것은 아니며, 보행 보조 장치는 하지 전체를 지원하는 형태 또는 하지 일부를 지원하는 타입일 수 있다. 그리고, 보행 보조 장치는 하지 일부를 지원하는 형태, 무릎까지 지원하는 형태, 발목까지 지원하는 형태 및 전신을 지원하는 형태 중 어느 하나일 수 있다.
도 1 등을 참조하여 설명되는 실시예들은 힙 타입에 대해 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것이 아니며 사용자의 보행을 보조하는 장치에 대해서 모두 적용될 수 있다.
일 측면에 따르면, 보행 보조 장치(100)는 구동부(110), 센서부(120), 관성 센서(Inertial Measurement Unit; IMU)(130) 및 제어부(140)를 포함한다.
구동부(110)는 사용자의 고관절(hip joint)을 구동시킬 수 있다. 예를 들어, 구동부(110)는 사용자의 오른쪽 힙 및/또는 왼쪽 힙 부분에 위치할 수 있다.
예를 들어, 구동부(110)는 회전 토크를 발생시킬 수 있는 모터를 포함할 수 있다. 구동부(110)는 회전 토크를 발생시키고, 회전 토크로부터 다리를 움직이도록 하는 보조력(assistance torque)이 발생한다.
센서부(120)는 보행 시 사용자의 고관절의 각도를 측정할 수 있다. 센서부(120)에서 센싱되는 고관절의 각도에 대한 정보는 오른쪽 고관절의 각도, 왼쪽 고관절의 각도, 양쪽 고관절 각도들 간의 차이 및 고관절 운동 방향을 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서부(120)는 구동부(110) 내에 위치할 수 있다.
일 측면에 따르면, 센서부(120)는 포텐셔미터를 포함할 수 있다. 포텐셔미터는 사용자의 보행 동작에 따른 R축, L축 관절 각도 및 R축, L축 관절 각속도를 센싱할 수 있다.
IMU(130)는 보행 시 가속도 정보와 자세 정보를 측정할 수 있다. 예를 들어, IMU(130)는 사용자의 보행 동작에 따른 X축, Y축, Z축 가속도 및 X축, Y축, Z축 각속도를 센싱할 수 있다.
보행 보조 장치(100)는 IMU(130)에서 측정된 가속도 정보에 기반하여 사용자의 발이 착지하는 지점을 검출할 수 있다.
압력 센서(도시되지 않음)는 사용자의 발바닥에 위치하여 사용자의 발의 착지 시점을 검출할 수 있다.
보행 보조 장치(100)는 앞서 설명한 센서부(120) 및 IMU(130) 이외에, 보행 동작에 따른 사용자의 운동량 또는 생체 신호 등의 변화를 센싱할 수 있는 다른 센서(예를 들어, 근전도 센서(ElectroMyoGram sensor: EMG sensor))를 포함할 수 있다.
제어부(140)는 구동부(110)가 사용자의 보행을 돕기 위한 보조력를 출력하도록, 구동부(110)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 힙 타입의 보행 보조 장치(100)에서, 구동부(110)는 두 개(왼쪽 힙 및 오른쪽 힙)일 수 있고, 제어부(140)는 토크가 발생하도록 구동부(110)를 제어하는 제어 신호를 출력할 수 있다.
구동부(110)는 제어부(140)가 출력한 제어 신호에 기반하여, 토크를 발생시킬 수 있다.
토크는 유무선 네트워크로 연결된 외부 장치에 의해 설정될 수도 있고, 제어부(140)에 의해 설정될 수도 있다.
일 측면에 따르면, 보행 보조 장치(100)는 오른쪽 다리를 위한 구동부(110) 및 왼쪽 다리를 위한 구동부(110)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제어부(140)는 어느 하나의 구동부(110)를 제어하도록 설계될 수 있다. 제어부(140)가 어느 하나의 구동부(110)를 제어하는 경우, 제어부(140)는 복수 개일 수 있다.
다른 예로, 제어부(140)는 양쪽의 구동부(110)들을 모두 제어하도록 설계될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 보조력 계산 장치의 구성도이다.
제어부(300)는 통신부(310), 굽힘 센서(bend sensor)(320), 프로세서(330) 및 저장부(340)를 포함할 수 있다. 제어부(300)는 전술된 제어부(140)에 대응할 수 있다. 제어부(300)는 보조력 계산 장치(300)(이하에서, 보조력 계산 장치(300)는 장치(300)로 약술된다)로 명명될 수 있다.
통신부(310)는 굽힘 센서(320), 프로세서(330) 및 저장부(340)와 데이터를 교환할 수 있고, 다른 장치들과 통신을 수행할 수 있다.
프로세서(330)는 통신부(310)가 수신한 데이터 및 저장부(340)에 저장된 데이터를 처리한다.
저장부(340)는 통신부(310)가 수신한 데이터 및 프로세서(330)가 처리한 데이터를 저장한다.
통신부(310), 굽힘 센서(320), 프로세서(330) 및 저장부(340)에 대해, 아래의 도 4 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명한다.
<보행 보조 장치의 보조력 계산 방법>
도 4 내지 도 9를 설명하기에 앞서, 도 10에 대해 설명된다.
도 10은 일 예에 따른 토크 센서를 모델링한 구조를 도시한다.
토크 센서는 사용자에게 전달되는 토크를 측정하기 위해 토크를 생성하는 부분 및 토크를 전달받는 부분 사이에 위치할 수 있다. 예를 들어, 토크 센서는 Serial Elastic Actuator (SEA)일 수 있다.
SEA는 질량 및 스프링으로 구성될 수 있다. Jm은 질량을 나타내고, ks는 스프링 상수, Tm은 입력 토크, T1은 출력 토크이다.
두 개의 인코더(encoder)들을 이용하여 스프링 양 측면의 각도들(θm 및 θ1)을 측정할 수 있다. θm 및 θ1간의 차이 및 스프링 상수를 이용하면 출력 토크(T1)가 계산될 수 있다.
일 측면에 따르면, SEA를 이용하는 경우 입력단(예를 들어, 모터)에서 갑작스럽게 강한 토크가 발생한 경우, 중간에 위치한 스프링에 의해 출력단에 상기 토크가 그대로 전달되지 않고, 완화되어 전달되는 효과를 얻을 수 있다(inherent compliance).
다른 일 측면에 따르면, SEA를 이용하는 경우 출력단에서 갑작스럽게 충격이 발생한 경우, 중간에 위치한 스프링에 의해 충격이 흡수될 수 있다. 상기 충격이 스프링에 의해 흡수되면, 입력단에 가해지는 충격은 감소될 수 있다. 입력단에 가해지는 충격이 감소됨에 따라 입력단이 열화를 막을 수 있다(shock tolerance).
일 측면에 따르면, 보행 보조 장치(100)의 지지 프레임을 통해 SEA와 유사한 효과를 얻을 수 있다. 예를 들어, 보행 보조 장치(100)의 지지 프레임을 SEA의 스프링에 대응시킬 수 있다. 지지 프레임이 탄소 섬유(carbon fiber)와 같이 외력에 의해 그 형태가 변형될 수 있는 재질인 경우, 지지 프레임은 SEA의 스프링의 기능을 수행할 수 있다.
지지 프레임이 SEA의 스프링의 기능을 수행하는 경우, 전달되어야 하는 보조력이 지지 프레임에 의해 감소될 수 있다. 아래의 도 4 내지 도 9를 참조하여 지지 프레임에 의해 감소되는 보조력을 고려하여, 출력 보조력을 계산하는 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 4는 일 실시예에 따른 보조력 계산 방법의 흐름도이다.
아래의 단계들(410 내지 440)을 통해 보행 보조 장치의 보조력 계산 방법이 수행된다. 단계(450)는 보행 보조 장치가 계산된 보조력을 출력하는 방법에 관한 것이고, 단계(450)는 단계들(410 내지 440)이 수행된 후 추가적으로 수행될 수 있다.
단계(410)에서, 프로세서(330)는 보행 보조 장치(100)를 착용한 사용자에게 제공할 제1 보조력을 계산할 수 있다. 예를 들어, 제1 보조력은 지지 프레임의 스프링 효과를 고려하지 않은 보조력일 수 있다.
일 측면에 따르면, 프로세서(330)는 보행 보조 장치(100)의 동작 상태에 기반하여 제1 보조력을 계산할 수 있다. 동작 상태는 사용자의 움직임에 대응하여 결정될 수 있다.
예를 들어, 보행 보조 장치(100)는 구동부(110)에 부착된 관절 센서를 이용하여 관절의 각도를 측정할 수 있다. 관절은 고관절, 무릎 관절(knee joint) 및 발목 관절(ankle joint) 중 적어도 하나일 수 있다.
프로세서(330)는 측정된 관절 각도에 기반하여 사용자의 움직임을 분석할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(330)는 분석된 사용자의 움직임을 미리 설정된 복수의 동작 상태들 중 하나로 결정할 수 있다.
프로세서(330)는 결정된 동작 상태에 기반하여 사용자의 움직임에 대응하는 제1 보조력을 계산할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(330)는 결정된 동작 상태에 대응하는 보행 싸이클(gait cycle)을 이용하여 사용자의 움직임에 대응하는 제1 보조력을 계산할 수 있다.
단계(420)에서, 굽힘 센서(320)는 보행 보조 장치(100)의 미리 정해진 부분의 뒤틀림의 정도를 측정할 수 있다.
일 측면에 따르면, 보행 보조 장치(100)의 미리 정해진 부분은 전술된 지지 프레임일 수 있다. 예를 들어, 지지 프레임은 허리를 지지하는 부분일 수 있다. 보행 보조 장치(100)의 미리 정해진 부분에 대해, 아래에서 도 5를 참조하여 상세히 설명된다.
보행 보조 장치(100)의 지지 프레임은 외력이 가해지는 경우 모양이 변형될 수 있다. 예를 들어, 지지 프레임이 탄소 섬유의 재질이라면, 지지 프레임의 일부분에 외력이 가해지는 경우 원래의 모양이 변형될 수 있다.
지지 프레임이 변형되는 경우, 전달되는 보조력의 크기가 달라질 수 있다. 지지 프레임의 변형에 따라 전달되는 보조력의 크기가 달라질 수 있으므로, 지지 프레임의 변형되는 정도를 측정함으로써 전달되는 보조력의 크기를 측정할 수 있다.
굽힘 센서(320)는 보행 보조 장치(100)의 미리 정해진 부분에 부착되고, 상기의 부분이 뒤틀림에 따라 뒤틀림의 정도를 측정할 수 있다.
예를 들어, 굽힘 센서(320)는 플렉스 센서(flex sensor) 및 광섬유 격자 센서(fiber bragg grating sensor)를 포함할 수 있다.
단계(430)에서, 프로세서(330)는 측정된 뒤틀림의 정도에 기반하여 사용자에게 전달된 제2 보조력을 계산할 수 있다.
일 측면에 따르면, 프로세서(330)는 변환 함수(transformation function)를 이용하여 제2 보조력을 계산할 수 있다. 예를 들어, 변환 함수는 뒤틀림의 정도를 입력으로 하고, 제2 보조력을 출력으로 하는 함수일 수 있다.
변환 함수 및 변환 함수를 생성하는 방법에 대해, 아래의 도 6 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명한다.
단계(440)에서, 프로세서(330)는 제1 보조력 및 제2 보조력에 기반하여 지지 프레임의 뒤틀림을 보정한 제3 보조력을 계산할 수 있다.
일 측면에 따르면, 프로세서(330)는 제1 보조력 및 제2 보조력 간의 차이를 제3 보조력으로 계산할 수 있다.
단계(450)에서, 프로세서(330)는 보행 보조 장치(100)가 제3 보조력을 출력하도록 제어할 수 있다.
일 측면에 따르면, 프로세서(330)는 보행 보조 장치(100)의 구동부(110)에 제3 보조력에 대응하는 전류가 제공되도록 보행 보조 장치(100)를 제어할 수 있다.
프로세서(330)는 모터 상수에 기반하여 제3 보조력을 발생시키는 전류 값을 계산할 수 있다.
프로세서(330)는 전류 값을 이용하여 구동부(110)를 구동시킴으로써 제3 보조력이 출력되도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 구동부(110)는 모터를 포함할 수 있다.
도 5는 일 예에 따른 보행 보조 장치에서 뒤틀림이 발생하는 부분을 도시한다.
사용자(510)는 보행 보조 장치(100)를 착용할 수 있다. 도 5는 보행 보조 장치(100)를 착용한 사용자(510)의 후면을 도시한다.
일 측면에 따르면, 보행 보조 장치(100)는 지지 프레임(520)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 지지 프레임(520)은 사용자의 허리에 위치할 수 있다.
지지 프레임(520)은 다양한 재질로 구현될 수 있다. 예를 들어, 지지 프레임(520)은 탄소 섬유의 재질로 구현될 수 있고, 이에 한정되지는 않는다.
구동부(110)에 의해 보조력이 출력되는 경우, 보조력에 의해 지지 프레임(520)의 모양이 변형될 수 있다. 예를 들어, 지지 프레임(510)의 제1 부분(522) 및 제2 부분(524)이 가장 크게 변형될 수 있다.
왼쪽 모터가 보조력을 출력하는 경우 제1 부분(522)이 보조력에 의해 뒤틀릴 수 있다. 오른쪽 모터가 보조력을 출력하는 경우 제2 부분(524)이 보조력에 의해 뒤틀릴 수 있다.
또한, 왼쪽 모터가 보조력을 출력하는 경우 제1 부분(522) 및 제2 부분(524)이 함께 뒤틀릴 수 있다. 예를 들어, 제1 부분(522)이 안쪽으로 뒤틀리는 경우, 제1 부분(522)의 뒤틀림에 따라 제2 부분(524)는 바깥쪽으로 뒤틀릴 수 있다.
일 측면에 따르면, 굽힘 센서(320)는 지지 프레임(520)의 미리 정해진 부분에 부착되어, 상기의 부분이 뒤틀리는 정도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 미리 정해진 부분은 뒤틀림이 가장 크게 발생하는 제1 부분(522) 및 제2 부분(524) 중 적어도 하나일 수 있다.
도 6은 일 예에 따른 보행 보조 장치의 구성도를 도시한다.
보행 보조 장치(600)는 보조력 계산 장치(300), 구동부(610) 및 압력 센서(620)를 포함할 수 있다. 도 6에서는 보조력 계산 장치(300), 구동부(610) 및 압력 센서(620)가 도시되었으나, 보행 보조 장치(600)는 다른 장치들을 더 포함할 수 있으며, 도시된 구성에 한정되는 것이 아니다.
구동부(610)는 위에서 상세히 설명한 구동부(110)에 대응할 수 있다.
구동부(610) 및 압력 센서(620)에 대해, 아래의 도 7 및 도 8을 참조하여 상세히 설명한다.
도 7은 일 예에 따른 변환 함수를 생성하는 방법의 흐름도이다.
전술된 단계(430)의 변환 함수는 단계(410)가 수행되기 전에 미리 생성될 수 있다. 변환 함수를 생성하는 단계(710)는 단계(410)가 수행되기 전에 수행될 수 있다.
단계(710)는 하기의 단계들(711 내지 715)을 포함할 수 있다.
단계(711)에서, 프로세서(330)는 테스트 보조력을 생성할 수 있다. 테스트 보조력은 사용자에게 실제로 전달되는 인가 보조력을 측정하기 위한 것으로, 일정한 범위 내에서 임의의 크기를 가질 수 있다.
프로세서(330)는 테스트 보조력을 출력하도록 구동부(610)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 구동부(610)는 모터를 포함할 수 있다.
단계(712)에서, 프로세서(330)는 테스트 보조력에 의해 사용자의 신체 일부분에 발생한 압력에 관한 정보를 수신할 수 있다. 예를 들어, 신체 일부분은 대퇴부(thigh)일 수 있다.
일 측면에 따르면, 발생한 압력은 압력 센서(620)에 의해 측정될 수 있다. 압력 센서(620)는 측정된 압력에 관한 정보를 생성할 수 있다. 압력 센서(620)에 대해, 아래에서 도 8을 참조하여 상세히 설명된다.
압력 센서(620) 및 통신부(310)는 서로 연결되어 있을 수 있다. 예를 들어, 압력 센서(620) 및 통신부(310)는 유선 통신 방식으로 연결될 수 있다. 다른 예로, 압력 센서(620) 및 통신부(310)는 근거리 무선 통신 방식으로 연결될 수 있다.
프로세서(330)는 통신부(310)를 통해 압력 센서(620)가 생성된 압력에 관한 정보를 수신할 수 있다.
단계(713)에서, 프로세서(330)는 압력에 기반하여 인가 보조력을 계산할 수 있다. 인가 보조력은 사용자에게 실제 제공된 보조력일 수 있다.
일 측면에 따르면, 프로세서(330)는 고관절 및 상기의 신체 일부분 간의 거리 및 측정된 압력을 이용하여 인가 보조력을 계산할 수 있다.
단계(714)에서, 굽힘 센서(320)는 테스트 보조력에 의해 발생한 미리 정해진 부분의 뒤틀림의 정도를 측정할 수 있다.
단계(714)는 단계들(712 및 713)과 병렬적으로 수행될 수 있다.
단계들(711 내지 714)은 반복적으로 수행될 수 있다. 단계들(711 내지 714)이 반복적으로 수행됨에 따라, 복수의 인가 보조력들 및 복수의 뒤틀림의 정도들 간의 관계가 획득될 수 있다. 상기의 관계는 저장부(340)에 저장될 수 있다.
단계(715)에서, 프로세서(330)는 인가 보조력 및 뒤틀림의 정도에 기반하여 변환 함수를 생성할 수 있다.
일 측면에 따르면, 프로세서(330)는 복수의 인가 보조력들 및 복수의 뒤틀림의 정도들 간의 관계를 이용하여 변환 함수를 생성할 수 있다. 예를 들어, 변환 함수는 3차 함수 및 4차 함수의 형태일 수 있다. 다른 예로, 프로세서(330)는 스플라인 피팅(spline fitting)을 이용하여 변환 함수를 생성할 수 있다.
일 측면에 따르면, 단계(710)는 왼쪽 구동부(610) 및 오른쪽 구동부(610)에 대해 각각 수행될 수 있다. 예를 들어, 왼쪽 구동부(610)에 대한 변환 함수 및 오른쪽 구동부(610)에 대한 변환 함수가 생성될 수 있다.
일 측면에 따르면, 전술된 단계(710)는 양 쪽의 구동부(610)들 중 왼쪽 구동부(610)가 발생시킨 테스트 보조력이 오른쪽 대퇴부 및 제2 부분(524)에 영향을 주지 않는 것을 가정하여 설명하였다.
다른 일 측면에 따르면, 왼쪽 구동부(610)가 발생시킨 테스트 보조력이 오른쪽 대퇴부 및 제2 부분(524)에 영향을 주는 경우(예를 들어, 크로스 커플링(cross coupling)가 있을 수 있다.
상기의 경우 왼쪽 구동부(610)가 발생시킨 테스트 보조력에 대해, 단계(712)에서 오른쪽 대퇴부에 발생하는 압력이 측정되고, 단계(713)에서 압력에 기반하여 오른쪽 대퇴부에 제공되는 인가 보조력이 추가적으로 계산될 수 있다. 또한, 상기의 경우 왼쪽 구동부(610)가 발생시킨 테스트 보조력에 대해, 단계(714)에서 제2 부분(524)의 뒤틀림의 정도가 측정될 수 있다. 단계(715)에서, 프로세서(330)는 왼쪽 대퇴부에 제공되는 인가 보조력, 제1 부분(522)의 뒤틀림 정도, 오른쪽 대퇴부에 제공되는 인가 보조력 및 제2 부분(524)의 뒤틀림 정도에 기반하여 왼쪽 구동부(610)에 대한 변환 함수를 생성할 수 있다.
상기의 일 실시예는 왼쪽 구동부(610)에 대한 변환 함수를 생성하는 것으로 설명되었으나, 오른쪽 구동부(610)에 대해서도 유사하게 적용될 수 있다.
도 8은 일 예에 따른 압력 센서가 부착되는 위치를 도시한다.
일 측면에 따르면, 구동부(610)가 허리와 다리를 벌리는 방향으로 테스트 보조력을 출력하는 경우, 구동부(610)와 연결된 연결부(810)를 통해 실제의 인가 보조력이 대퇴부에 제공된다. 이 경우 압력 센서(830)는 대퇴부의 윗부분 및 대퇴부 착용부(820) 사이에 위치할 수 있다.
다른 일 측면에 따르면, 구동부(610)가 허리와 다리를 오므리는 방향으로 테스트 보조력을 출력하는 경우, 압력 센서(830)는 대퇴부의 아랫부분 및 대퇴부 착용부(820) 사이에 위치할 수 있다.
도 9는 일 예에 따른 변환 함수의 그래프를 도시한다.
포인트들(911 내지 913)은 전술된 단계들(711 내지 714)이 반복적으로 수행됨으로써 생성될 수 있다.
프로세서(330)는 포인트들(911 내지 913)을 이용하여 변환 함수(920)를 생성할 수 있다.
전술된 단계(430)에서, 프로세서(330)는 변환 함수(920)를 이용하여 뒤틀림의 정도에 대응하는 제2 보조력을 간접적으로 획득할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
　
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
100: 보행 보조 장치
300: 보조력 계산 장치
310: 통신부
320: 굽힘 센서
330: 프로세서
340: 저장부

Claims (19)

  1. 보행 보조 장치를 착용한 사용자에게 제공할 제1 보조력을 계산하는 단계;
    플렉스 센서(flex sensor) 및 광섬유 격자 센서(fiber bragg grating sensor) 중 적어도 하나를 포함하는 굽힘 센서에 기초하여 상기 보행 보조 장치의 프레임의 미리 정해진 부분의 뒤틀림의 정도를 측정하는 단계 - 상기 뒤틀림은 상기 프레임에 가해지는 외력에 의해 발생함 -;
    상기 뒤틀림의 정도에 기반하여 상기 사용자에게 전달된 제2 보조력을 계산하는 단계; 및
    상기 사용자에게 상기 제1 보조력을 제공하기 위해, 상기 제1 보조력 및 상기 제2 보조력에 기반하여 상기 뒤틀림을 고려한 제3 보조력을 계산하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제2 보조력을 계산하는 단계는,
    미리 생성된 변환 함수(transformation function)를 이용하여 상기 제2 보조력을 계산하는 단계 - 상기 변환 함수는 상기 뒤틀림의 정도를 입력으로 하고, 상기 제2 보조력을 출력으로 함 -
    를 포함하는,
    보조력 계산 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프레임은 상기 외력에 의해 형태가 변형될 수 있는 재질인,
    보조력 계산 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프레임은 탄소 섬유의 재질인,
    보조력 계산 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3 보조력을 계산하는 단계는,
    상기 제1 보조력 및 상기 제2 보조력 간의 차이를 상기 제3 보조력으로 계산하는 단계인,
    보조력 계산 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보행 보조 장치가 상기 제3 보조력을 출력하도록 제어하는 단계
    를 더 포함하는,
    보조력 계산 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제3 보조력을 출력하도록 제어하는 단계는,
    모터 상수에 기반하여 제3 보조력을 발생시키는 전류 값을 계산하는 단계; 및
    상기 전류 값을 이용하여 모터를 구동시킴으로써 상기 제3 보조력을 출력하는 단계
    를 포함하는,
    보조력 계산 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 변환 함수를 미리 생성하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 변환 함수는 상기 뒤틀림의 정도를 상기 제2 보조력에 대응시키는,
    보조력 계산 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 변환 함수를 미리 생성하는 단계는,
    테스트 보조력을 출력하도록 모터를 제어하는 단계;
    상기 테스트 보조력에 의해 상기 사용자의 신체 일부분에 발생한 압력에 관한 정보를 수신하는 단계;
    상기 압력에 기반하여 인가 보조력을 계산하는 단계;
    상기 테스트 보조력에 의해 발생한 상기 미리 정해진 부분의 뒤틀림의 정도를 측정하는 단계; 및
    상기 뒤틀림의 정도 및 상기 인가 보조력에 기반하여 상기 변환 함수를 생성하는 단계
    를 포함하는,
    보조력 계산 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 압력에 관한 정보는 압력 센서에 의해 생성된,
    보조력 계산 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 신체의 일부분은 대퇴부(thigh)인,
    보조력 계산 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 보조력을 계산하는 단계는,
    상기 보행 보조 장치의 동작 상태에 기반하여 상기 제1 보조력을 계산하는 단계
    를 포함하는,
    보조력 계산 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 동작 상태는 상기 사용자의 움직임에 대응하여 결정되는,
    보조력 계산 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 미리 정해진 부분은 상기 사용자의 허리를 지지하는 부분인,
    보조력 계산 방법.
  15. 보행 보조 장치의 프레임의 미리 정해진 부분의 뒤틀림의 정도를 측정하는 굽힘 센서 - 상기 굽힘 센서는 플렉스 센서(flex sensor) 및 광섬유 격자 센서(fiber bragg grating sensor) 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 뒤틀림은 상기 프레임에 가해지는 외력에 의해 발생함 -; 및
    상기 보행 보조 장치를 착용한 사용자에게 제공할 제1 보조력을 계산하고, 상기 뒤틀림의 정도에 기반하여 상기 사용자에게 전달된 제2 보조력을 계산하고, 상기 사용자에게 상기 제1 보조력을 제공하기 위해 상기 제1 보조력 및 상기 제2 보조력에 기반하여 상기 뒤틀림을 고려한 제3 보조력을 계산하는 프로세서
    를 포함하고,
    상기 프로세서는 미리 생성된 변환 함수(transformation function)를 이용하여 상기 제2 보조력을 계산하고,
    상기 변환 함수는 상기 뒤틀림의 정도를 입력으로 하고, 상기 제2 보조력을 출력으로 하는,
    보조력 계산 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 프레임은 상기 외력에 의해 형태가 변형될 수 있는 재질인,
    보조력 계산 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 프레임은 탄소 섬유의 재질인,
    보조력 계산 장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 프로세서는 테스트 보조력을 출력하도록 제어하고, 상기 테스트 보조력에 의해 상기 사용자의 신체 일부분에 발생한 압력에 관한 정보를 수신하고, 상기 압력에 기반하여 인가 보조력을 계산하고,
    상기 굽힘 센서는 상기 테스트 보조력에 의해 발생한 상기 미리 정해진 부분의 뒤틀림의 정도를 측정하고,
    상기 프로세서는 상기 뒤틀림의 정도 및 상기 인가 보조력에 기반하여 상기 변환 함수를 생성하는,
    보조력 계산 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 신체 일부분은 대퇴부(thigh)인,
    보조력 계산 장치.
KR1020150121886A 2015-08-28 2015-08-28 보조력 계산 방법 및 장치 KR102133939B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150121886A KR102133939B1 (ko) 2015-08-28 2015-08-28 보조력 계산 방법 및 장치
US14/988,382 US10034811B2 (en) 2015-08-28 2016-01-05 Method and apparatus for calculating assistance torques

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150121886A KR102133939B1 (ko) 2015-08-28 2015-08-28 보조력 계산 방법 및 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170025440A KR20170025440A (ko) 2017-03-08
KR102133939B1 true KR102133939B1 (ko) 2020-07-14

Family

ID=58103535

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150121886A KR102133939B1 (ko) 2015-08-28 2015-08-28 보조력 계산 방법 및 장치

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10034811B2 (ko)
KR (1) KR102133939B1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180076759A (ko) * 2016-12-28 2018-07-06 삼성전자주식회사 센서 장치 및 센서 장치를 이용하는 보행 보조 장치
US10710237B2 (en) * 2017-03-22 2020-07-14 Jtekt Corporation Assist device
USD992741S1 (en) * 2020-10-22 2023-07-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Wearable assistance robot
USD992122S1 (en) * 2020-10-22 2023-07-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Wearable assistance robot
CN112428277A (zh) * 2020-12-18 2021-03-02 广东优碧胜科技有限公司 位置标定方法、装置、计算机设备和存储介质

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4559612B2 (ja) 2000-11-15 2010-10-13 欣也 藤田 大腿の動きを歩行に対応させるための歪センサユニットベルト
JP4184679B2 (ja) 2001-08-01 2008-11-19 本田技研工業株式会社 二足歩行移動体の床反力推定方法及び二足歩行移動体の関節モーメント推定方法
KR100598504B1 (ko) 2004-01-19 2006-07-13 재단법인 산재의료관리원 동력형 왕복 보행 보조기
JP4200492B2 (ja) * 2004-03-11 2008-12-24 国立大学法人 筑波大学 装着式動作補助装置
JP4178187B2 (ja) * 2005-01-26 2008-11-12 国立大学法人 筑波大学 装着式動作補助装置及び制御用プログラム
US20070123997A1 (en) 2005-03-31 2007-05-31 Massachusetts Institute Of Technology Exoskeletons for running and walking
JP4345025B2 (ja) 2006-09-12 2009-10-14 国立大学法人 北海道大学 筋力補助装置
WO2010027968A2 (en) * 2008-09-04 2010-03-11 Iwalk, Inc. Hybrid terrain-adaptive lower-extremity systems
KR101350334B1 (ko) 2009-12-21 2014-01-10 한국전자통신연구원 보행 의도를 감지하는 다중 센서 신호 처리 시스템, 상기 시스템을 포함하는 보행 보조 장치 및 상기 장치를 제어하는 방법
KR101572852B1 (ko) * 2010-01-06 2015-12-01 삼성전자 주식회사 팔 보조 장치
WO2012175211A1 (en) 2011-06-21 2012-12-27 Sabanci University Exoskeleton
JP5982767B2 (ja) * 2011-09-26 2016-08-31 ソニー株式会社 運動補助装置及び運動補助方法、コンピューター・プログラム、並びにプログラム記録媒体
KR101317354B1 (ko) 2011-11-21 2013-10-11 서강대학교산학협력단 보행보조토크 제어방법 및 보행보조장치
JP2014068873A (ja) 2012-09-28 2014-04-21 Equos Research Co Ltd つま先角度検出装置、脚部関節モーメント検出装置及び歩行補助装置
KR20150055958A (ko) * 2013-11-14 2015-05-22 삼성전자주식회사 착용형 로봇 및 그 제어 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US10034811B2 (en) 2018-07-31
KR20170025440A (ko) 2017-03-08
US20170056274A1 (en) 2017-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102133939B1 (ko) 보조력 계산 방법 및 장치
KR102503910B1 (ko) 기립 보조 방법 및 장치
KR102485718B1 (ko) 보행 보조 장치의 토크 계산 방법 및 장치
KR102546547B1 (ko) 보행 보조 방법 및 장치
KR102094852B1 (ko) 토크 설정 방법 및 장치
US10722418B2 (en) Ankle-less walking assistant apparatus and method for controlling the same
KR102503955B1 (ko) 밸런스 제어 방법 및 장치
US10806603B2 (en) Method for walking assist and device operating the same
JP4549758B2 (ja) 運動測定方法、運動測定装置及び運動測定プログラム
KR102454972B1 (ko) 보행 보조 장치의 토크 출력 방법 및 장치
KR102193771B1 (ko) 착용형 로봇 및 그 제어 방법
KR102626098B1 (ko) 보행 보조 장치를 제어하는 방법 및 그 방법을 수행하는 전자 장치
KR102550861B1 (ko) 보행 보조 방법 및 그 방법을 수행하는 보행 보조 장치
JP2015217053A (ja) 運動測定装置ならびに運動測定方法
CN112654339A (zh) 可穿戴主动辅助装置
US11583464B2 (en) Sensor device and walking assist device using the sensor device
KR102496574B1 (ko) 토크 출력 타이밍 조정 방법 및 장치
JP2018196575A (ja) 足関節角度推定装置、歩行支援装置、足関節角度推定方法、歩行支援方法、およびプログラム
JP5810844B2 (ja) アシストロボット制御装置
JP2016043092A (ja) 運動測定装置
Shull et al. An overview of wearable sensing and wearable feedback for gait retraining
Akhtaruzzaman et al. Electro-goniometric system: An instrumentation to capture knee movements for forward walking
JP5675020B2 (ja) 歩行状態推定装置及びこれを用いた歩行補助装置
JP4735461B2 (ja) 膝痛緩和装置
KR102205833B1 (ko) 토크 설정 방법 및 장치

Legal Events

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