KR102161310B1 - 보조력 설정 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

보조력 설정 방법 및 장치가 개시된다. 일 실시예에 따른 보조력 설정 장치는 미리 정해진 인체 모델에 사용자의 신체 정보를 적용하여 참조 보행 모델을 생성하고, 참조 보행 모델을 기초로 보행 보조 장치가 사용자에게 제공하는 보조력을 조정하여 최적 보조력을 설정한다.

Description

보조력 설정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SETTING ASSISTANT TORQUE}
아래의 실시 예들은 보조력 설정 방법 및 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 강화시키기 위한 보행 보조 장치들이 개발되고 있다.
예를 들어, 보행 보조 장치는, 사용자의 몸통에 장착되는 몸체 프레임과, 몸체 프레임의 하측에 결합되어 사용자의 골반을 감싸는 골반 프레임과, 사용자의 대퇴부 및 종아리, 발 부위에 장착되는 대퇴부 프레임, 종아리 프레임, 발 프레임으로 구성된다. 골반 프레임과 대퇴부 프레임은 고관절부에 의해 회전 가능하도록 연결되고, 대퇴부 프레임과 종아리 프레임은 무릎 관절부에 의해 회전 가능하도록 연결되며, 종아리 프레임과 발 프레임은 발목 관절부에 의해 회전 가능하도록 연결된다.
최근에는, 사용자가 보다 편리하게 보행을 수행할 수 있도록 보조하기 위한 연구가 계속되고 있다.
일 실시예에 따른 보조력 설정 장치는 사용자의 신체 정보를 추출하는 신체 정보 추출부; 미리 정해진 인체 모델에 상기 신체 정보를 적용하여 참조 보행 모델을 생성하는 참조 보행 모델 생성부; 및 상기 참조 보행 모델을 기초로 보행 보조 장치가 상기 사용자에게 제공하는 보조력(assistant torque)을 조정하여 최적 보조력을 설정하는 보조력 설정부를 포함한다.
상기 신체 정보는, 상기 사용자의 관절 정보, 근육 정보 및 신경 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 신체 정보 추출부는, 모션 캡쳐(motion capture) 장치 또는 포스 플레이트(force plate) 장치 중 적어도 하나를 이용하여 상기 관절 정보를 추출할 수 있다.
상기 보조력 설정부는, MCOT(Metabolic Cost Of Transport)를 계산하여 상기 사용자가 보행에 소모하는 에너지를 추출하고, 상기 추출된 에너지에 기초하여 상기 보조력을 조정할 수 있다.
상기 보조력 설정부는, 보행을 위해 상기 사용자의 근육이 사용한 힘, 상기 근육의 이동 속도, 상기 사용자의 이동 거리 및 상기 근육의 질량을 이용하여 상기 MCOT를 계산할 수 있다.
상기 보조력 설정부는, 상기 참조 보행 모델을 기초로 미리 정해진 주기에 따른 상기 보조력의 변화 궤적을 나타내는 초기 보조력 프로파일을 생성하고, 상기 변화 궤적을 조정하여 상기 MCOT가 최소가 되는 최적 보조력 프로파일을 추출할 수 있다.
상기 보조력 설정부는, 상기 MCOT가 최소가 될 때까지, 상기 MCOT가 감소되도록 상기 변화 궤적을 조정할 수 있다.
상기 보조력 설정부는, 상기 변화 궤적의 조정에 따른 상기 MCOT의 변화율을 추출할 수 있다.
상기 보조력 설정부는, 동적 계획법(dynamic programming) 또는 RRT(Rapidly-exploring Random Tree)를 이용하여 상기 최적 보조력 프로파일을 추출할 수 있다.
상기 보조력 설정부는, 상기 참조 보행 모델을 기초로, 상기 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도 중 적어도 하나와 대응되는 보조력을 출력하는 상기 보행 보조 장치의 구동기의 게인을 조정하여, 상기 MCOT가 최소가 되는 상기 최적 게인을 추출할 수 있다.
상기 보조력 설정부는, 상기 힙 관절 각도 또는 상기 힙 관절 각속도 중 적어도 하나를 실시간으로 측정할 수 있다.
상기 보조력 설정부는, 상기 MCOT가 최소가 될 때까지, 상기 MCOT가 감소되도록 상기 게인에 대한 조정을 수행할 수 있다.
상기 보조력 설정부는, 상기 게인의 조정에 따른 상기 MCOT의 변화율을 추출할 수 있다.
상기 보조력 설정부는, 뉴턴 메소드(newton method)를 이용하여 상기 최적 게인을 추출할 수 있다.
상기 보조력 설정부는, 상기 측정된 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도가 상기 최적 보조력 프로파일에 대응하는 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도를 기준으로 미리 정해진 임계범위 이상 벗어나는 경우, 상기 최적 게인을 추출할 수 있다.
일 실시예에 따른 보행 보조 장치는 미리 정해진 인체 모델에 사용자의 신체 정보를 적용하여 생성된 참조 보행 모델을 외부로부터 수신하는 수신부; 및 상기 참조 보행 모델을 기초로 보행 보조 장치가 상기 사용자에게 제공하는 보조력을 조정하여 최적 보조력을 설정하는 보조력 설정부를 포함한다.
일 실시예에 따른 보행 보조 장치는 상기 사용자에게 상기 보조력을 제공하는 제1 동작 모드 및 상기 최적 보조력을 설정하는 제2 동작 모드 중 어느 하나의 동작 모드를 선택하는 선택부를 더 포함하고, 상기 보조력 설정부는, 상기 선택부에서 제2 동작 모드가 선택된 경우, 상기 최적 보조력을 설정할 수 있다.
상기 보조력 설정부는, MCOT를 계산하여 상기 사용자가 보행에 소모하는 에너지를 추출하고, 상기 추출된 에너지에 기초하여 상기 보조력을 조정할 수 있다.
상기 보조력 설정부는, 보행을 하기 위해 상기 사용자의 근육이 사용한 힘, 상기 근육의 이동 속도, 상기 사용자의 이동 거리 및 상기 근육의 질량을 이용하여 상기 MCOT를 계산할 수 있다.
상기 보조력 설정부는, 상기 참조 보행 모델을 기초로 미리 정해진 주기에 따른 상기 보조력의 변화 궤적을 나타내는 초기 보조력 프로파일을 생성하고, 상기 변화 궤적을 조정하여 상기 MCOT가 최소가 되는 최적 보조력 프로파일을 추출할 수 있다.
상기 보조력 설정부는, 상기 참조 보행 모델을 기초로, 상기 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도 중 적어도 하나와 대응되는 보조력을 출력하는 상기 보행 보조 장치의 구동기의 게인을 조정하여, 상기 MCOT가 최소가 되는 상기 최적 게인을 추출할 수 있다.
상기 보조력 설정부는, 상기 힙 관절 각도 또는 상기 힙 관절 각속도 중 적어도 하나를 실시간으로 측정할 수 있다.
상기 보조력 설정부는, 상기 측정된 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도가 상기 최적 보조력 프로파일에 대응하는 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도를 기준으로 미리 정해진 임계범위 이상 벗어나는 경우, 상기 최적 게인을 추출할 수 있다.
일 실시예에 따른 보조력 설정 방법은 사용자의 신체 정보를 추출하는 단계; 미리 정해진 인체 모델에 상기 신체 정보를 적용하여 참조 보행 모델을 생성하는 단계; 및 상기 참조 보행 모델을 기초로 보행 보조 장치가 상기 사용자에게 제공하는 보조력을 조정하여 최적 보조력을 설정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따른 보조력 설정 방법은 미리 정해진 인체 모델에 사용자의 신체 정보를 적용하여 생성된 참조 보행 모델을 외부로부터 수신하는 단계; 및 상기 참조 보행 모델을 기초로 보행 보조 장치가 상기 사용자에게 제공하는 보조력을 조정하여 최적 보조력을 설정하는 단계를 포함한다.
도 1은 일 실시예에 따른 보행 보조 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 보조력 설정 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 보행 보조 장치를 나타낸 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 최적 보조력 프로파일의 추출을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 최적 게인의 추출을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 관절 정보의 추출을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 참조 보행 모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 최적 보조력 프로파일의 추출을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 보행 환경의 변화에 대한 최적 게인의 추출을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 최적 보조력의 설정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 최적 보조력 프로파일의 제공을 위한 인터페이스를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 보조력 설정 방법을 나타낸 방법 흐름도이다.
도 13은 일 실시예에 따른 보행 보조 방법을 나타낸 방법 흐름도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 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, 구성 요소, 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 참조 부호를 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.
도 1은 일 실시예에 따른 보행 보조 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 보행 보조 장치(100)는 사용자에게 장착되어 사용자의 보행을 도울 수 있다. 보행 보조 장치는 구동기(110), 센서부(120), IMU(Inertial Measurement Unit) 센서(130) 및 제어기(140)를 포함한다. 도 1에서는 힙 타입(hip-type)의 보행 보조 장치가 도시되었으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 하지 전체를 지원하는 형태와 하지 일부를 지원하는 형태에 모두 적용될 수 있다. 또한, 하지 일부를 지원하는 형태에서 무릎까지 지원하는 형태, 발목까지 지원하는 형태, 전신을 지원하는 형태에 모두 적용될 수 있다.
구동기(110)는 사용자의 양쪽 힙 관절을 구동시킬 수 있고, 사용자의 오른쪽 및 왼쪽 힙 부분에 위치할 수 있다.
센서부(120)는 보행 시 사용자의 양쪽 힙 관절 각도 정보를 측정한다. 센서부(120)에서 센싱되는 양쪽 힙 관절 각도 정보는, 양쪽 힙 관절의 각도, 양쪽 힙관절 각도의 차이 및 양쪽 힙 관절 운동 방향 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 센서부(120)는 구동기(110) 내에 위치할 수 있다.
다른 일 실시예에서, 센서부(120)는 포텐셔미터를 포함할 수 있다. 포텐셔미터는 사용자의 보행 동작에 따른 R축, L축 관절 각도의 변화량 또는 R축, L축 관절 각속도의 변화량 중 적어도 하나를 센싱할 수 있다.
IMU 센서(130)는 사용자가 보행 시 가속도 정보와 자세 정보를 측정한다. 예를 들어, IMU 센서(130)는 사용자의 보행 동작에 따른 X축, Y축, Z축 가속도의 변화량 또는 X축, Y축, Z축 각속도의 변화량 중 적어도 하나를 센싱할 수 있다. IMU 센서(130)에서 측정된 가속도 정보에 기초하여 사용자 발의 착지 시점을 검출할 수 있다. 다만, 센서부(120)에 발의 착지 시점을 검출할 수 있는 센서가 포함되어 있는 경우, IMU 센서(130)는 보행 동작을 인식함에 있어 보행 보조 장치(100)에 포함되지 않을 수 있다.
또한, 보행 보조 장치(100)는 앞서 설명한 센서부(120) 및 IMU 센서(130) 외에, 보행 동작에 따른 사용자의 운동량 또는 생체 신호 등의 변화를 센싱할 수 있는 다른 센서(예를 들어, 근전도 센서)를 포함할 수 있다.
제어기(140)는 구동기(110)가 사용자의 보행을 돕기 위한 보조력(또는, 보조 토크)을 출력하도록, 구동기(110)를 제어한다. 예를 들어, 힙 타입의 보행 보조 장치(110)에서, 구동기(110)는 두 개일 수 있고, 제어기(140)는 구동기(110)가 구동기(110)에 상응하는 보조력을 출력하도록, 구동기(110)에 제어 신호를 출력할 수 있다. 제어기(140)에서 출력된 제어 신호에 기반하여, 구동기(110)는 보조력을 출력하여 사용자의 힙 관절을 인식된 보행 동작에 적합하게 구동시킬 수 있다. 이 때, 보조력은 외부에 의해 설정될 수도 있고, 제어기(140)가 보조력을 설정할 수도 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 보조력 설정 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 보조력 설정 장치(200)는 보행 보조 장치와 물리적으로 독립된 별개의 장치일 수도 있고, 보행 보조 장치의 내부에서 논리적인 모델로 구현될 수도 있다.
보조력 설정 장치(200)는 신체 정보 추출부(210), 참조 보행 모델 생성부(220) 및 보조력 설정부(230)를 포함한다.
신체 정보 추출부(210)는 사용자의 신체 정보를 추출한다. 여기서, 신체 정보는 사용자의 관절 정보, 근육 정보 또는 신경 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 관절 정보는 관절의 길이, 관절의 무게, 관절의 관성 모멘트 및 관절간 연결 위치등을 포함할 수 있고, 관절 정보는 신체 세그먼트 파라미터(body segment parameter)로 표현될 수 있다.
신체 정보 추출부(210)는 모션 캡쳐(motion capture) 장치 또는 포스 플레이트(force plate) 장치를 이용하여 사용자의 보행 정보를 측정하고, 측정된 보행 정보를 이용하여 사용자의 관절 정보를 추출할 수 있다. 예를 들어, 사용자의 관절에 마커가 부착된 경우, 신체 정보 추출부(210)는 모션 캡쳐 장치를 이용하여 사용자의 관절의 길이, 위치에 대한 정보 및 보행에 따른 관절의 이동 정보를 측정할 수 있다. 신체 정보 추출부(210)는 측정된 정보를 이용하여 각 관절의 길이, 관절간 연결 위치를 획득할 수 있다. 또한, 사용자의 발밑에 6축 포스 플레이트가 설치된 경우, 신체 정보 추출부(210)는 6축 포스 플레이트를 이용하여 보행에 따른 지면 반력을 측정할 수 있고, 모션 캡쳐 장치 및 6축 포스 플레이트를 이용하여 측정한 정보들에 동역학 모델 및 최적화 기법을 적용하여, 정확한 관절 정보를 추출할 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 신체 정보 추출부(210)는 사용자의 키 및 몸무게 등의 정보만을 획득하고, 통계 정보를 이용하여 비례적으로 관절 정보를 계산할 수 있다.
또한, 신체 정보 추출부(210)는 관절 정보를 기초로 근육 정보를 추정할 수 있다. 근육 정보는 근육 활성 특성을 나타내는 것으로, 예를 들어, 근육 정보는 일시적 최대 근력, 근지구성, 근력 최대값을 포함할 수 있다. 또한, 근육 정보는 근육 파라미터(muscle parameter)로 표현될 수 있다. 일 예로, 신체 정보 추출부(210)는 관절 정보를 이용하여, 인체 내부에서 작용하는 모멘트를 추정할 수 있고, 관절 정보, 추정된 모멘트 및 근육과 골격이 밀착된 위치 정보를 기초로 시뮬레이션을 수행하여 근육이 발생하는 힘(force)을 계산할 수 있다. 신체 정보 추출부(210)는 근육이 발생하는 힘에 대한 정보를 이용하여, 근육의 사용량 또는 좌우 대칭 정보를 추정할 수 있고, 근육의 사용량 또는 좌우 대칭 정보 중 적어도 하나를 이용하여 근육이 정상 상태인지 여부를 판단할 수 있다. 또한, 근육이 비정상 상태로 판단될 경우, 신체 정보 추출부(210)는 사용자의 보행 정보를 이용하여 사용자의 병증 패턴을 추정할 수 있다. 신체 정보 추출부(210)는 사용자의 병증 패턴을 모델링할 수 있고, 관절 정보 및 모델링한 병증 패턴을 기초로 근육 정보를 추출할 수 있다.
일 실시예에서, 신체 정보 추출부(210)는 근전도(ElectroMyoGram: EMG) 센서를 이용하여 보행에 따른 사용자의 근전도 신호를 측정할 수 있고, 근전도 신호를 이용하여 근육 활성 특성을 추정할 수 있다.
또한, 신체 정보 추출부(210)는 보행을 수행하는 사용자의 신경 정보를 추출할 수 있다. 근육에 힘을 발생시키기 위해서는 신경계에서 발생하는 미세 가진(Excitation) 신호가 필요하며 가진 신호가 단초가 되어 근육에 양의 되먹임이 적용될 수 있고, 이에 따라 힘이 발생할 수 있다. 이에 대하여 일반적인 신경 반응에서의 지연속도와 다른 신호와의 연쇄 반응 관계에 대한 정보가 필요하게 되는데, 신체 정보 추출부(210)는 이러한 일련의 신경에 대한 정보를 추출할 수 있고, 보조력 설정 장치(200)는 추출한 신경 정보를 이용함으로써, 정확한 사람의 운동을 추정할 수 있다. 신경 정보는 신경 전달 속도를 포함하며, 신경 정보는 되먹임 증폭 이득 등의 신경 파라미터(neural parameter)로 표현될 수 있다.
참조 보행 모델 생성부(220)는 미리 정해진 인체 모델에 사용자의 신체 정보를 적용하여 참조 보행 모델을 생성한다. 여기서, 참조 보행 모델은 사용자의 근육 제어 메커니즘을 재현한 것으로, 사용자의 신체 특성을 반영하여 사용자의 보행을 시뮬레이션한 모델을 나타낼 수 있다. 참조 보행 모델 생성부(220)는 신체 정보 추출부(210)에서 추출한 관절 정보, 근육 정보 또는 신경 정보 중 적어도 하나를, 미리 정해진 인체 모델에 적용한 시뮬레이션을 통해 참조 보행 모델을 생성할 수 있다. 일 예로, 참조 보행 모델 생성부(220)는 computed muscle control 기법 등의 최적화 기법을 이용하여, 시뮬레이션 상에서 보행을 수행할 수 있도록 근육에 명령을 제공하는 비례 미분 제어기를 생성할 수 있고, 비례 미분 제어기를 이용하여 참조 보행 모델을 추출할 수 있다.
일 실시예에서, 참조 보행 모델 생성부(220)는 신체 정보 추출부(210)에서 모델링된 사용자의 병증 패턴을 기초로 사용자의 병증이 적용된 참조 보행 모델을 생성할 수 있다.
보조력 설정부(230)는 참조 보행 모델을 기초로 보행 보조 장치가 사용자에게 제공하는 보조력을 조정하여 최적 보조력을 설정한다. 여기서, 최적 보조력은 사용자가 보행에 소모하는 에너지가 최소가 되도록 보행 보조 장치가 사용자에게 전달하는 힘, 구체적으로 토크(torque)를 의미할 수 있다. 일반적으로, 사용자는 주어진 근육 조건하에서 원하는 속도의 보행을 하기 위해 최소한의 에너지를 이용하여 보행을 수행할 수 있다. 만약, 특정 근육이 손상된 경우, 사용자는 변경된 근육 조건하에서 최소한의 에너지를 소모하도록 보행을 수행할 수 있다. 또한, 보행 보조 장치는 구동기를 이용하여 보조력을 생성하고, 생성된 보조력을 사용자에게 제공할 수 있다. 이 때, 사용자의 특성을 고려하지 않고, 일관되게 사용자에게 보조력을 제공하는 경우, 사용자는 보행에 많은 에너지를 소모할 수 있다. 예를 들어, 왼쪽 햄스트링 근육이 손상되고, 오른쪽 햄스트링 근육은 정상인 경우에도 보행 보조 장치가 왼쪽 및 오른쪽 모두 동일한 보조력을 제공한다면, 사용자는 보행에 많은 에너지를 소모하게 되어, 원활하게 보행을 하기 어려울 수 있다. 이에 따라, 보행 보조 장치는 사용자의 특성을 고려하여, 사용자가 보행에 소모하는 에너지가 최소가 되게 하는 최적 보조력을 사용자에게 제공할 수 있다.
참조 보행 모델에는 사용자의 신체 정보가 반영되었으므로, 보조력 설정부(230)는 참조 보행 모델을 시뮬레이션에 적용하여, 시뮬레이션 상에서 사용자의 보행을 구현할 수 있다. 또한, 보조력 설정부(230)는 참조 보행 모델에 보행 보조 장치가 구동기를 통하여 보조력을 전달하는 매커니즘을 적용할 수 있다. 이에 따라, 보조력 설정부(230)는 시뮬레이션 상에서 보행 보조 장치를 착용한 사용자의 보행을 구현할 수 있다. 보조력 설정부(230)는 보행 보조 장치를 착용한 사용자의 보행을 구현하는 시뮬레이션을 기초로 보행 보조 장치가 사용자에게 제공하는 보조력을 조정하여 최적 보조력을 설정할 수 있다.
보조력 설정부(230)는 MCOT(Metabolic Cost Of Transport)를 계산하여 사용자가 보행에 소모하는 에너지를 추출할 수 있다. MCOT는 사용자가 보행을 하기 위해 소모하는 대사 에너지를 의미하는 것으로, 사용자의 각각의 관절의 근육에서 보행을 위해 소모하는 에너지를 합하여 계산될 수 있다. MCOT는 아래의 수학식 1로 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112014114457191-pat00001

여기서, E는 사용자가 보행에 소모하는 에너지를 나타내고, F는 보행을 위해 각 근육이 사용하는 힘을 나타내고, v는 각 근육의 이동 속도를 나타내고, l은 사용자의 이동 거리를 나타내고, m은 근육의 총 질량을 나타내고, F·v는 각 관절의 근육의 일률을 나타낸다. 보조력 설정부(230)는 MCOT를 목적함수로 설정할 수 있고, 목적함수가 최소가 되는 최적 보조력을 설정할 수 있다. 일 실시예에서, l은 한 걸음을 나타낼 수 있고, 이 경우, E는 한 걸음의 보행을 위하여 사용자가 소모하는 에너지를 나타낼 수 있다.
일 실시예에서, 보조력 설정부(230)는 보조력의 변화 궤적을 조정하여 MCOT가 최소가 되는 최적 보조력 프로파일을 추출할 수 있다. 여기서, 보조력 프로파일은 미리 정해진 주기에 따른 보조력의 변화 궤적을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 보조력 프로파일은 사용자가 한 걸음 보행하는 동안, 사용자에게 인가되는 보조력의 변화 궤적을 나타낼 수 있다.
보조력 설정부(230)는 보조력의 초기 변화 궤적을 설정하고, 설정된 초기 변화 궤적을 초기 보조력 프로파일로 설정할 수 있다. 일 실시예에서, 보조력 설정부(230)는 사용자가 정상적인 보행을 하기 위해 보행 보조 장치가 사용자에게 제공해야 하는 보조력의 변화 패턴을 초기 변화 궤적으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 보조력 설정부(230)는 사용자의 신체 정보를 기초로, 정상적인 보행을 수행하기 위해 사용자의 각 근육에 요구되는 힘 및 사용자의 각 근육이 실제로 발생할 수 있는 힘을 추출할 수 있고, 추출된 힘들의 차이를 이용하여 보조력의 초기 변화 궤적을 설정할 수 있다. 다른 일 실시예에서, 보조력 설정부(230)는 미리 정해진 보조력의 변화 궤적을 보조력의 초기 변화 궤적으로 설정할 수도 있다.
보조력 설정부(230)는 초기 변화 궤적을 조정하여 최적 보조력 프로파일을 생성할 수 있다. 보조력 설정부(230)는 초기 변화 궤적에 따른 MCOT를 추출하고, 초기 변화 궤적을 조정할 수 있다. 이 때, 보조력 설정부(230)는 변화 궤적의 조정에 따른 MCOT의 변화율을 추출하고, 추출된 MCOT의 변화율을 기초로 MCOT가 최소가 될 때까지, MCOT가 감소되도록 변화 궤적을 조정할 수 있다. 예를 들어, 보조력 설정부(230)는 변화 궤적의 미소 변화에 따른 MCOT의 변화율을 추출할 수 있고, MCOT가 더 이상 감소하지 않을 때까지 변화 궤적을 조정할 수 있다. MCOT가 최소값이라고 판단될 경우, 보조력 설정부(230)는 MCOT가 최소값일 때의 변화 궤적을 최적 변화 궤적으로 설정하고, 최적 변화 궤적에 따른 최적 보조력 프로파일을 생성할 수 있다. 보행 보조 장치가 최적 보조력 프로파일에 따라 보조력을 제공할 경우, 사용자는 적은 에너지를 소모하고도 보행을 용이하게 할 수 있고, 이에 따라, 보행 보조 장치의 효용성이 높아질 수 있다.
일 실시예에서, 보조력 설정부(230)는 동적 계획법(dynamic programming) 또는 RRT(Rapidly-exploring Random Tree)를 이용하여 MCOT가 최소가 되는 최적 변화 궤적을 추출할 수 있다. 또한, 이에 한정되지 않고, 보조력 설정부(230)는 동적 계획법, RRT 이외에도, 최적값을 추출할 수 있는 다른 기법을 이용하여 MCOT가 최소가 되는 최적 변화 궤적을 추출할 수 있다.
일 실시예에서, 보조력 설정부(230)는 참조 보행 모델을 기초로, 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도 중 적어도 하나와 대응되는 보조력을 출력하는 보행 보조 장치의 구동기의 게인을 조정하여, MCOT가 최소가 되는 최적 게인을 추출할 수 있다.
보조력 설정부(230)는 사용자에 부착된 센서(예를 들어, 보행 보조 장치에 장착된 센서)를 이용하여 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도를 측정할 수 있다. 보조력 설정부(230)는 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도에 따라 다른 보조력을 설정할 수 있다. 일 실시예에서, 보조력 설정부(230)는 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도에 대응하는 보조력을 미리 설정할 수 있다. 예를 들어, 사용자의 왼쪽 힙 관절 각도와 오른쪽 힙 관절 각도의 차이가 작은 경우, 보조력 설정부(230)는 상대적으로 큰 보조력을 설정할 수 있고, 사용자의 왼쪽 힙 관절 각도와 오른쪽 힙 관절 각도의 차이가 큰 경우, 보조력 설정부(230)는 상대적으로 작은 보조력을 설정할 수 있다. 또한, 사용자의 힙 관절 각속도가 클수록, 보조력 설정부(230)는 큰 보조력을 설정할 수 있다. 이에 따라, 보조력 설정부(230)는 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도에 따라 적응적으로 보조력을 설정할 수 있다. 또한, 다른 일 실시예에서, 보조력 설정부(230)는 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도와 무관하게 보조력을 설정할 수 있다.
보조력 설정부(230)는 설정된 보조력에 대응하는 구동기의 게인(gain)을 조정하여 최적 게인을 설정할 수 있다. 일 실시예에서, 보조력 설정부(230)는 참조 보행 모델을 기초로 시뮬레이션 상에서 보행 보조 장치를 착용한 사용자의 보행을 구현하고, 시뮬레이션 상에서 설정된 보조력에 대응하는 구동기의 게인을 조정하여 최적 게인을 추출할 수 있다. 보조력 설정부(230)는 설정된 보조력에 대응하는 구동기의 게인을 초기 게인으로 설정하고, 초기 게인을 조정할 수 있다. 보조력 설정부(230)는 게인의 조정에 따른 MCOT의 변화율을 추출하고, MCOT가 최소가 될 때까지, MCOT가 감소되도록 게인을 조정할 수 있다.
일 실시예에서, 보조력 설정부(230)는 뉴턴 메소드(newton method)를 이용하여 최적 게인을 설정할 수 있다. 또한, 이에 한정되지 않고, 보조력 설정부(230)는 뉴턴 메소드 이외에도, 최적화를 수행할 수 있는 다른 기법을 이용하여 MCOT가 최소가 되는 최적 게인을 추출할 수 있다.
보조력 설정부(230)는 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도를 지속적으로 피드백할 수 있고, 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도가 미리 정해진 임계범위 이상 변화될 때마다 MCOT가 최소가 되는 최적 게인을 추출할 수 있다. 이에 따라, 보조력 설정부(230)는 사용자가 순간적으로 움직임을 변경할 경우에도, 사용자에게 보행에 따른 에너지를 최소화할 수 있는 보조력을 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 보조력 설정부(230)는 사용자의 보행 환경에 따라 최적 보조력 프로파일 또는 최적 게인을 추출할 수 있다. 예를 들어, 보행 환경이 일정한 경우(예를 들어, 평지 환경, 상향 경사/계단 환경, 하향 경사/계단 환경이 일정 시간 계속되는 경우), 보조력 설정부(230)는 초기 보조력 프로파일을 생성하고, 초기 변화 궤적을 조정하여 최적 보조력 프로파일을 추출할 수 있다. 또한, 보행 환경이 갑자기 변하는 경우(예를 들어, 평지 환경에서 상향 경사 환경으로 변하는 경우), 보행 보조 장치는 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도 중 적어도 하나와 대응되는 보조력을 출력하는 구동기의 게인을 조정하여, 최적 게인을 추출할 수 있다.
일 실시예에서, 보조력 설정부(230)는 사용자가 보행에 소모하는 에너지가 미리 정해진 크기가 되도록 보조력을 설정할 수 있다. 일반적인 경우, 사용자는 현재 근육 조건하에서 원하는 속도의 보행을 하기 위해 최소한의 에너지를 이용하여 보행하지만, 근육을 강화시킬 경우에는 근육에 작용하는 부하를 증가시켜, 사용자가 보행에 소모하는 에너지가 미리 정해진 크기 이상이 되어야 할 수 있다. 이를 위해, 보조력 설정부(230)는 사용자가 보행에 소모하는 에너지를 미리 설정하거나 외부 장치로부터 입력받을 수 있고, 사용자가 보행에 소모하는 에너지가 설정된 크기가 되도록 보조력을 설정할 수 있다. 이 경우, 보조력 설정부(230)는 MCOT가 미리 정해진 크기로 수렴하게 하는 최적 보조력 프로파일 또는 최적 게인을 추출할 수 있다.
일 실시예에서, 보조력 설정 장치(200)는 통신 인터페이스를 이용하여, 신체 정보 추출부(210)에서 추출한 신체 정보, 참조 보행 모델 생성부(220)에서 생성한 참조 보행 모델 또는 보조력 설정부(230)에서 설정한 최적 보조력에 대한 정보를 외부 장치(예를 들어, 외부의 보행 보조 장치, 서버)에 전송할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 보행 보조 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 보행 보조 장치(300)는 수신부(310) 및 보조력 설정부(320)를 포함한다. 수신부(310)는 미리 정해진 인체 모델에 사용자의 신체 정보를 적용하여 생성된 참조 보행 모델을 외부 장치로부터 수신한다. 수신부(310)는 통신 인터페이스를 이용하여, 도 2의 보조력 설정 장치(200)로부터 참조 보행 모델을 수신할 수도 있고, 다른 장치(예를 들어, 서버)로부터 참조 보행 모델을 수신할 수도 있다. 여기서, 참조 보행 모델은 사용자의 근육 제어 메커니즘을 재현한 것으로, 사용자의 신체 특성을 반영하여 사용자의 보행을 시뮬레이션한 모델을 나타낼 수 있다. 참조 보행 모델은 사용자의 관절 정보, 근육 정보 또는 신경 정보와 같은 신체 정보를 미리 정해진 인체 모델에 적용한 시뮬레이션을 통해 외부 장치(예를 들어, 도 2의 보조력 설정 장치(200), 서버)에서 생성될 수 있다. 예를 들어, 외부 장치는 computed muscle control 기법 등의 최적화 기법을 이용하여, 시뮬레이션 상에서 보행을 수행할 수 있도록 근육에 명령을 제공하는 비례 미분 제어기를 생성할 수 있고, 비례 미분 제어기를 이용하여 참조 보행 모델을 생성할 수 있다.
보조력 설정부(320)는 참조 보행 모델을 기초로 보행 보조 장치가 사용자에게 제공하는 보조력을 조정하여 최적 보조력을 설정한다. 여기서, 최적 보조력은 사용자가 보행에 소모하는 에너지가 최소가 되도록 보행 보조 장치가 사용자에게 전달하는 힘을 의미할 수 있다.
보조력 설정부(320)는 MCOT를 계산하여 사용자가 보행에 소모하는 에너지를 추출할 수 있다. MCOT는 상술한 수학식 1로 나타낼 수 있다. 상술한 바와 같이, 보조력 설정부(320)는 보행을 하기 위해 사용자의 근육이 사용한 힘, 근육의 이동 속도, 상기 사용자의 이동 거리 및 근육의 총 질량을 이용하여 MCOT를 계산할 수 있다.
일 실시예에서, 보조력 설정부(320)는 보조력의 변화 궤적을 조정하여 MCOT가 최소가 되는 최적 보조력 프로파일을 추출할 수 있다. 보조력 설정부(320)는 보조력의 초기 변화 궤적을 설정하고, 설정된 초기 변화 궤적을 초기 보조력 프로파일로 설정할 수 있다. 일 예로, 보조력 설정부(320)는 사용자가 정상적인 보행을 하기 위해 보행 보조 장치가 사용자에게 제공해야 하는 보조력의 변화 패턴을 초기 변화 궤적으로 설정할 수 있다. 다른 일 예로, 보조력 설정부(320)는 미리 정해진 보조력의 변화 궤적을 보조력의 초기 변화 궤적으로 설정할 수도 있다.
보조력 설정부(320)는 초기 변화 궤적을 조정하여 최적 보조력 프로파일을 생성할 수 있다. 보조력 설정부(320)는 초기 변화 궤적에 따른 MCOT를 추출하고, 초기 변화 궤적을 조정할 수 있다. 이 때, 보조력 설정부(320)는 변화 궤적의 조정에 따른 MCOT의 변화율을 추출하고, MCOT가 최소가 될 때까지, MCOT가 감소되도록 변화 궤적을 조정할 수 있다. 예를 들어, 보조력 설정부(320)는 변화 궤적의 미소 변화에 따른 MCOT의 변화율을 추출할 수 있고, MCOT가 더 이상 감소하지 않을 때까지 변화 궤적을 조정할 수 있다. MCOT가 최소값이라고 판단될 경우, 보조력 설정부(320)는 MCOT가 최소값일 때의 변화 궤적을 최적 변화 궤적으로 설정하고, 최적 변화 궤적에 따른 최적 보조력 프로파일을 생성할 수 있다. 보행 보조 장치(300)는 최적 보조력 프로파일에 따라 보조력을 제공할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 적은 에너지를 소모하고도 보행을 용이하게 할 수 있다.
일 실시예에서, 보조력 설정부(320)는 동적 계획법 또는 RRT를 이용하여 MCOT가 최소가 되는 최적 변화 궤적을 추출할 수 있다. 또한, 이에 한정되지 않고, 보조력 설정부(320)는 동적 계획법, RRT 이외에도, 최적 변화 궤적을 추출할 수 있는 다른 기법을 이용하여 MCOT가 최소가 되는 최적 변화 궤적을 추출할 수 있다.
일 실시예에서, 보조력 설정부(320)는 참조 보행 모델을 기초로, 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도 중 적어도 하나와 대응되는 보조력을 출력하는 보행 보조 장치의 구동기의 게인을 조정하여, MCOT가 최소가 되는 최적 게인을 추출할 수 있다.
보조력 설정부(320)는 보행 보조 장치에 장착된 센서(예를 들어, IMU 센서, 포텐셔미터)를 이용하여 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도를 측정할 수 있다. 보조력 설정부(320)는 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도에 따라 다른 보조력을 설정할 수 있다. 일 실시예에서, 보조력 설정부(320)는 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도에 대응하는 보조력을 미리 설정할 수 있다. 예를 들어, 사용자의 왼쪽 힙 관절 각도와 오른쪽 힙 관절 각도의 차이가 작은 경우, 보조력 설정부(320)는 상대적으로 큰 보조력을 설정할 수 있고, 사용자의 왼쪽 힙 관절 각도와 오른쪽 힙 관절 각도의 차이가 큰 경우, 보조력 설정부(320)는 상대적으로 작은 보조력을 설정할 수 있다. 또한, 사용자의 힙 관절 각속도가 클수록, 보조력 설정부(320)는 큰 보조력을 설정할 수 있다. 이에 따라, 보조력 설정부(320)는 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도에 따라 적응적으로 보조력을 설정할 수 있다. 또한, 다른 일 실시예에서, 보조력 설정부(320)는 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도와 무관하게 보조력을 설정할 수 있다.
보조력 설정부(320)는 설정된 보조력에 대응하는 구동기의 게인을 조정하여 최적 게인을 추출할 수 있다. 이 때, 보조력 설정부(320)는 게인의 조정에 따른 MCOT의 변화를 추적하고, MCOT가 최소가 될 때까지, MCOT가 감소되도록 게인을 조정할 수 있다.
일 실시예에서, 보조력 설정부(320)는 뉴턴 메소드를 이용하여 최적 게인을 추출할 수 있다. 또한, 이에 한정되지 않고, 보조력 설정부(320)는 뉴턴 메소드 이외에도, 최적화를 수행할 수 있는 다른 기법을 이용하여 MCOT가 최소가 되는 최적 게인을 추출할 수 있다.
보조력 설정부(320)는 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도를 지속적으로 피드백할 수 있고, 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도가 미리 정해진 범위 이상 변화될 때마다 MCOT가 최소가 되는 최적 게인을 추출할 수 있다. 보행 보조 장치(300)는 최적 게인에 따라 구동기를 구동하여, 보조력을 사용자에게 제공할 수 있다. 이에 따라, 보조력 설정부(320)는 사용자가 순간적으로 움직임을 변경할 경우에도, 사용자에게 보행에 따른 에너지를 최소화할 수 있는 보조력을 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 보조력 설정부(320)는 사용자의 보행 환경에 따라 최적 보조력 프로파일 또는 최적 게인을 추출할 수 있다. 예를 들어, 보행 환경이 일정한 경우, 보조력 설정부(320)는 초기 보조력 프로파일을 생성하고, 초기 변화 궤적을 조정하여 최적 보조력 프로파일을 추출할 수 있다. 또한, 보행 환경이 갑자기 변하는 경우, 보행 보조 장치는 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도 중 적어도 하나와 대응되는 보조력에 대응하는 게인을 조정하여, 최적 게인을 추출할 수 있다.
일 실시예에서, 보조력 설정부(320)는 사용자가 보행에 소모하는 에너지가 미리 정해진 크기가 되도록 보조력을 설정할 수 있다. 일반적인 경우, 사용자는 근육 조건하에서 원하는 속도의 보행을 하기 위해 최소한의 에너지를 이용하여 보행하지만, 근육을 강화시킬 경우에는 근육에 작용하는 부하를 증가시켜, 사용자가 보행에 소모하는 에너지가 미리 정해진 크기 이상이 되어야 할 수 있다. 이를 위해, 보조력 설정부(320)는 사용자가 보행에 소모하는 에너지를 미리 설정하거나 외부로부터 입력받을 수 있고, 사용자가 보행에 소모하는 에너지가 설정된 크기가 되도록 보조력을 설정할 수 있다. 이 경우, 보조력 설정부(320)는 MCOT가 미리 정해진 크기로 수렴하게 하는 최적 보조력 프로파일 또는 최적 게인을 추출할 수 있다.
일 실시예에서, 보행 보조 장치(300)는 선택부를 포함할 수 있다. 선택부는 보행 보조 장치(300)의 동작 모드를 선택할 수 있다. 여기서, 동작 모드는 사용자에게 보조력을 제공하는 제1 동작 모드(또는, 일반 모드) 및 최적 보조력을 설정하는 제2 동작 모드(또는, 피팅(fitting) 모드)를 포함할 수 있다. 일 예로, 선택부는 동작 모드를 사용자로부터 입력받을 수 있다. 선택부에서 제2 동작 모드가 선택된 경우, 보조력 설정부(320)는 최적 보조력을 설정할 수 있다.
일 실시예에서, 보행 보조 장치(300)는 통신 인터페이스를 이용하여, 보조력 설정부(320)에서 설정한 최적 보조력에 대한 정보를 외부 장치(예를 들어, 서버)에 전송할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 최적 보조력 프로파일의 추출을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 보조력 설정 장치는 참조 보행 모델을 획득한다(410). 보조력 설정 장치는 사용자의 신체 정보를 추출하고, 미리 정해진 인체 모델에 추출한 사용자의 신체 정보를 적용하여 참조 보행 모델을 추출할 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 보조력 설정 장치는 통신 인터페이스를 이용하여 외부 장치로부터 참조 보행 모델을 수신할 수 있다.
또한, 보조력 설정 장치는 보조력의 변화 궤적을 조정한다(420). 보조력 설정 장치는 보조력의 초기 변화 궤적을 설정하고, 설정된 초기 변화 궤적을 초기 보조력 프로파일로 설정할 수 있다. 일 예로, 보조력 설정 장치는 사용자가 정상적인 보행을 하기 위해 보행 보조 장치가 사용자에게 제공해야 하는 보조력의 변화 패턴을 초기 변화 궤적으로 설정할 수 있다. 다른 일 예로, 보조력 설정 장치는 미리 정해진 보조력의 변화 궤적을 보조력의 초기 변화 궤적으로 설정할 수도 있다. 보조력 설정 장치는 초기 변화 궤적을 조정하고, 후술하는 설명에 따라, MCOT가 최소가 될 때까지 변화 궤적을 조정할 수 있다.
또한, 보조력 설정 장치는 변화 궤적의 조정에 따른 MCOT의 변화율을 계산한다(430). MCOT는 상술한 수학식 1로 나타낼 수 있다. 상술한 바와 같이, 보조력 설정 장치는 보행을 하기 위해 사용자의 근육이 사용한 힘, 근육의 이동 속도, 상기 사용자의 이동 거리 및 근육의 총 질량을 이용하여 MCOT를 계산할 수 있다. 보조력 설정 장치는 변화 궤적을 조정할 때 마다, 조정된 변화 궤적을 기초로 MCOT의 변화율을 계산할 수 있다.
또한, 보조력 설정 장치는 변화 궤적의 조정에 따른 MCOT의 변화율을 기초로 MCOT가 최소인지 여부를 판단한다(440). MCOT가 최소값이라고 판단될 경우, 보조력 설정 장치는 MCOT가 최소값일 때의 변화 궤적을 최적 변화 궤적으로 설정하고, 최적 변화 궤적에 따른 최적 보조력 프로파일을 생성할 수 있다(450). MCOT가 최소값이 아니라고 판단될 경우, 보조력 설정 장치는 보조력의 변화 궤적을 조정한다(420). 이 때, 보조력 설정 장치는 초기 변화 궤적을 조정할 수도 있고, 기조정된 변화 궤적을 다시 조정할 수도 있다. 이에 따라, 보조력 설정 장치는 MCOT가 최소가 될 때까지, MCOT가 감소되도록 변화 궤적을 조정할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 최적 게인의 추출을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 보조력 설정 장치는 참조 보행 모델을 획득한다(510). 보조력 설정 장치는 사용자의 신체 정보를 추출하고, 미리 정해진 인체 모델에 추출한 사용자의 신체 정보를 적용하여 참조 보행 모델을 설정할 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 보조력 설정 장치는 통신 인터페이스를 이용하여 외부 장치로부터 참조 보행 모델을 수신할 수 있다.
또한, 보조력 설정 장치는 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도 중 적어도 하나를 측정한다(520). 보조력 설정 장치는 사용자에 부착된 센서(예를 들어, 보행 보조 장치에 장착된 센서)를 이용하여 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도를 측정할 수 있다. 일 실시예에서, 보조력 설정 장치는 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도에 따라 다른 보조력을 설정할 수 있다. 예를 들어, 보조력 설정 장치는 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도에 대응하는 보조력을 미리 설정할 수 있다. 또한, 다른 일 실시예에서, 보조력 설정 장치는 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도와 무관하게 보조력을 설정할 수 있다.
또한, 보조력 설정 장치는 설정된 보조력에 대응하는 구동기의 게인을 조정한다(530). 이 경우, 보조력 설정 장치는 설정된 보조력에 대응하는 구동기의 게인을 초기 게인으로 설정하고, 초기 게인을 조정할 수 있다. 이 때, 보조력 설정 장치는 후술하는 설명에 따라 MCOT가 최소가 될 때까지 게인을 조정할 수 있다.
또한, 보조력 설정 장치는 게인의 조정에 따른 MCOT의 변화율을 계산한다(540). MCOT는 상술한 수학식 1로 나타낼 수 있다. 상술한 바와 같이, 보조력 설정 장치는 보행을 하기 위해 사용자의 근육이 사용한 힘, 근육의 이동 속도, 상기 사용자의 이동 거리 및 근육의 총 질량을 이용하여 MCOT를 계산할 수 있다. 보조력 설정 장치는 게인을 조정할 때 마다, 조정된 게인을 기초로 MCOT의 변화율을 계산할 수 있다.
또한, 보조력 설정 장치는 변화 궤적의 조정에 따른 MCOT의 변화율을 기초로 MCOT가 최소인지 여부를 판단한다(550). MCOT가 최소값이라고 판단될 경우, 보조력 설정 장치는 MCOT가 최소값일 때의 게인을 최적 게인으로 설정한다(560). MCOT가 최소값이 아니라고 판단될 경우, 보조력 설정 장치는 개인을 조정한다(530). 이 때, 보조력 설정 장치는 초기 게인을 조정할 수도 있고, 기조정된 게인을 다시 조정할 수도 있다. 이에 따라, 보조력 설정 장치는 MCOT가 최소가 될 때까지, MCOT가 감소되도록 게인을 조정할 수 있다.
또한, 보조력 설정 장치는 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도를 지속적으로 피드백할 수 있고, 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도가 미리 정해진 범위 이상 변화될 때마다 MCOT가 최소가 되는 최적 게인을 추출할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 관절 정보의 추출을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 사용자의 보행 정보를 측정하기 위해, 사용자의 각 관절에는 마커가 부착될 수 있다. 또한, 사용자의 발밑에는 6측 포스 플레이트가 설치될 수 있다. 보조력 설정 장치는 모션 캡쳐 장치를 이용하여 마커의 위치를 기초로 사용자의 관절의 길이, 위치에 대한 정보를 측정할 수 있고, 사용자의 보행에 따른 마커의 이동을 기초로 보행에 따른 관절의 이동 정보를 측정할 수 있다. 보조력 설정 장치는 측정된 정보를 이용하여 각 관절의 길이, 관절간 연결 위치를 획득할 수 있다.
또한, 보조력 설정 장치는 6측 포스 플레이트를 이용하여 사용자의 보행에 따른 지면 반력을 측정할 수 있다. 보조력 설정 장치는 모션 캡쳐 장치 및 6축 포스 플레이트를 이용하여 측정한 정보들에 동역학 모델 및 최적화 기법을 적용하여 정확한 관절 정보를 추출할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 참조 보행 모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 보조력 설정 장치는 미리 정해진 인체 모델에 사용자의 관절 정보, 근육 정보 또는 신경 정보 중 적어도 하나를 적용하여 참조 보행 모델(710)을 생성한다. 일 예로, 보조력 설정 장치는 computed muscle control 기법 등의 최적화 기법을 이용하여, 시뮬레이션 상에서 보행을 수행할 수 있도록 근육에 명령을 제공하는 비례 미분 제어기를 생성할 수 있고, 비례 미분 제어기를 이용하여 참조 보행 모델을 생성할 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 보조력 설정 장치는 사용자의 보행 정보를 기초로 사용자의 병증 패턴을 모델링할 수 있고, 모델링된 병증 패턴을 기초로 사용자의 병증이 적용된 참조 보행 모델(710)을 생성할 수 있다.
또한, 보조력 설정 장치는 참조 보행 모델(710)에 보행 보조 장치(720)가 구동기를 통하여 보조력을 전달하는 매커니즘을 적용할 수 있다. 이에 따라, 보조력 설정 장치는 시뮬레이션 상에서 보행 보조 장치(720)를 착용한 사용자의 보행을 구현할 수 있다. 보조력 설정부(230)는 참조 보행 모델(710)에 보행 보조 장치(720)의 매커니즘이 적용된 모델을 기초로 보행 보조 장치가 사용자에게 제공하는 보조력을 조정하여 최적 보조력을 설정할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 최적 보조력 프로파일의 추출을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 그래프(810, 820)의 가로축은 시간(예를 들어, 사용자가 한 걸음 보행하는 시간)을 나타내고, 그래프(810, 820)의 세로축은 보조력을 나타낸다.
보조력 설정 장치는 보조력의 초기 변화 궤적(811)을 설정하고, 설정된 초기 변화 궤적(811)을 초기 보조력 프로파일(810)로 설정할 수 있다. 예를 들어, 보조력 설정 장치는 사용자가 정상적인 보행을 하기 위해 보행 보조 장치가 사용자에게 제공해야 하는 보조력의 변화 패턴을 초기 변화 궤적(811)으로 설정할 수 있다. 또한, 보조력 설정 장치는 미리 정해진 보조력의 변화 궤적을 보조력의 초기 변화 궤적(810)으로 설정할 수도 있다.
보조력 설정 장치는 초기 변화 궤적(811)를 조정할 수 있다. 예를 들어, 보조력 설정 장치는 초기 변화 궤적(811)에서, 보조력(821)를 보조력(822)으로 바꿀 수 있다. 보조력 설정 장치는 변화 궤적의 조정에 따른 MCOT의 변화율을 추출하고, MCOT의 변화율을 기초로 MCOT가 최소값인지 여부를 판단할 수 있다. MCOT가 최소값이라고 판단될 경우, 보조력 설정 장치는 MCOT가 최소값일 때의 변화 궤적(823)을 최적 변화 궤적으로 설정하고, 최적 변화 궤적에 따른 최적 보조력 프로파일(820)을 생성할 수 있다. MCOT가 최소값이 아니라고 판단될 경우, 보조력 설정 장치는 MCOT가 최소가 될 때까지, MCOT가 감소되도록 변화 궤적을 조정할 수 있다. 일 실시예에서, 보조력 설정 장치는 동적 계획법 또는 RRT를 이용하여 변화 궤적을 조정함으로써, MCOT가 최소가 되는 최적 변화 궤적을 추출할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 보행 환경의 변화에 대한 최적 게인의 추출을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 보행 환경에 따라, 보행 보조 장치를 착용한 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도는 일정 수준 이상 변화될 수 있다. 예를 들어, 도 9의 (a)와 같이, 보행 환경이 평지 환경(911), 상향 경사 환경(912), 하향 경사 환경(913), 상향 계단 환경(914) 및 하향 계단 환경(915)의 5개의 보행 환경으로 정의된 경우, 각 보행 환경에 따라, 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도는 일정 수준 이상 달라질 수 있다.
도 9의 (b)의 예에서, 보행 보조 장치(921)를 착용한 사용자는 평지 환경(911)에서 보행을 할 수 있다. 이 경우, 보행 보조 장치(921)는 미리 정해진 인체 모델에 사용자의 신체 정보를 적용하여 생성된 참조 보행 모델을 외부로부터 수신하고, 참조 보행 모델을 기초로 보행 보조 장치(921)가 사용자에게 제공하는 보조력을 나타내는 초기 보조력 프로파일을 생성하고, 변화 궤적을 조정하여 MCOT가 최소가 되는 최적 보조력 프로파일을 추출할 수 있다. 평지 환경(911)에서, 보행 보조 장치(921)는 최적 보조력 프로파일에 따라 사용자에게 보조력을 제공할 수 있다.
지점(931)에서, 보행 환경이 평지 환경(911)에서 상향 경사 환경(912)으로 변경될 수 있고, 이에 따라, 보행을 수행하는 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도가 미리 정해진 임계 범위 이상 벗어날 수 있다. 이 경우, 보행 보조 장치(921)는 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도를 측정하고, 참조 보행 모델을 기초로, 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도 중 적어도 하나와 대응되는 보조력을 출력하는 구동기의 게인을 조정하여, MCOT가 최소가 되는 최적 게인을 추출할 수 있다. 상향 경사 환경(912)에서, 보행 보조 장치(921)는 구동기의 게인을 추출된 최적 게인으로 설정할 수 있다.
지점(932)에서, 보행 환경이 상향 경사 환경(912)에서 평지 환경(911)으로 변경될 수 있고, 이에 따라, 보행을 수행하는 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도가 미리 정해진 임계 범위 이상 벗어날 수 있다. 이 경우, 보행 보조 장치(921)는 이전에 평지 환경(911)에서 추출한 최적 보조력 프로파일에 따라 사용자에게 보조력을 제공할 수도 있고, 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도를 측정하고, 이를 기초로 구동기의 게인을 조절하여 최적 게인을 추출한 후 최적 게인을 구동기의 게인으로 설정할 수도 있다.
지점(933)에서, 보행 환경이 평지 환경(911)에서 하향 계단 환경(915)으로 변경될 수 있고, 이에 따라, 보행을 수행하는 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도가 미리 정해진 임계 범위 이상 벗어날 수 있다. 이 경우, 보행 보조 장치(921)는 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도를 측정하고, 이를 기초로 구동기의 게인을 조절하여 최적 게인을 추출한 후 최적 게인을 구동기의 게인으로 설정할 수도 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 최적 보조력의 설정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 보조력 설정 장치(1020)는 보행 보조 장치(1010)와 별개의 장치로 구성될 수 있다. 보조력 설정 장치(1020)는 사용자의 신체 정보를 미리 추출할 수 있고, 미리 정해진 인체 모델에 신체 정보를 적용하여 참조 보행 모델을 생성할 수 있다. 보조력 설정 장치(1020)는 참조 보행 모델을 기초로 미리 정해진 주기에 따른 보조력의 변화 궤적을 나타내는 초기 보조력 프로파일을 생성하고, 변화 궤적을 조정하여 MCOT가 최소가 되는 최적 보조력 프로파일을 추출할 수 있다.
보조력 설정 장치(1020)는 통신 인터페이스를 이용하여 보행 보조 장치(1010)에 추출한 최적 보조력 프로파일을 전송할 수 있다. 보행 보조 장치(1010)는 보조력 설정 장치(1020)로부터 수신한 최적 보조력 프로파일에 따라 사용자에게 보조력을 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 보행 보조 장치(1010)는 보행을 수행하는 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도 중 적어도 하나를 실시간으로 측정할 수 있다. 보행 보조 장치(1010)는 측정한 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도 중 적어도 하나를 보조력 설정 장치(1020)에 전송할 수 있다. 보조력 설정 장치(1020)는 참조 보행 모델을 기초로, 보행 보조 장치(1010)로부터 수신한 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도 중 적어도 하나와 대응되는 보조력을 출력하는 구동기의 게인을 조정하여, MCOT가 최소가 되는 최적 게인을 추출할 수 있다. 보조력 설정 장치(1020)는 추출한 최적 게인을 보행 보조 장치(1010)에 전송할 수 있고, 보행 보조 장치(1010)는 최적 게인에 따라 구동기의 게인을 설정할 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 최적 보조력 프로파일의 제공을 위한 인터페이스를 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 보행 보조 장치(1110)는 통신 인터페이스를 이용하여 참조 보행 모델을 외부 장치로부터 수신할 수 있다. 참조 보행 모델은 미리 정해진 인체 모델에 사용자의 신체 정보를 적용하여 외부 장치에 저장될 수 있다. 또한, 보행 보조 장치(1110)는 참조 보행 모델을 기초로 미리 정해진 주기에 따른 보조력의 변화 궤적을 나타내는 초기 보조력 프로파일을 생성하고, 변화 궤적을 조정할 수 있다. 보행 보조 장치(1110)는 변화 궤적의 조정에 따른 MCOT의 변화율을 추출하고, 추출된 MCOT의 변화율을 기초로 MCOT가 최소값인지 여부를 판단할 수 있다. MCOT가 최소값이 아니라고 판단될 경우, 보행 보조 장치(1110)는 MCOT가 최소값이 될 때까지, 변화 궤적을 반복하여 조정할 수 있다. MCOT가 최소값이라고 판단될 경우, 보행 보조 장치(1110)는 MCOT가 최소값일 때의 변화 궤적을 최적 변화 궤적으로 설정하고, 최적 변화 궤적에 따른 최적 보조력 프로파일을 생성할 수 있다.
또한, 보행 보조 장치(1110)는 통신 인터페이스를 이용하여 웨어러블 장치(1120) 또는 모바일 단말(1130)과 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 보행 보조 장치(1110)가 최적 보조력 프로파일을 추출한 경우, 보행 보조 장치(1110)는 웨어러블 장치(1120) 또는 모바일 단말(1130)에 최적 보조력 프로파일에 대한 정보를 전송할 수 있다. 웨어러블 장치(1120) 또는 모바일 단말(1130)은 보행 보조 장치(1110)로부터 수신한 최적 보조력 프로파일을 디스플레이할 수 있다.
도 12는 일 실시예에 따른 보조력 설정 방법을 나타낸 방법 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 보조력 설정 장치는 사용자의 신체 정보를 추출한다(1210).
또한, 보조력 설정 장치는 미리 정해진 인체 모델에 신체 정보를 적용하여 참조 보행 모델을 생성한(1220).
또한, 보조력 설정 장치는 참조 보행 모델을 기초로 보행 보조 장치가 사용자에게 제공하는 보조력을 조정하여 최적 보조력을 설정한다(1230).
도 12에 도시된 일 실시예에 따른 보조력 설정 방법에는 도 1 내지 도 11을 통해 설명된 내용이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.
도 13은 일 실시예에 따른 보행 보조 방법을 나타낸 방법 흐름도이다.
도 13을 참조하면, 보행 보조 장치는 미리 정해진 인체 모델에 사용자의 신체 정보를 적용하여 생성된 참조 보행 모델을 외부로부터 수신한다(1310).
또한, 보행 보조 장치는 참조 보행 모델을 기초로 보행 보조 장치가 사용자에게 제공하는 보조력을 조정하여 최적 보조력을 설정한다(1320).
도 13에 도시된 일 실시예에 따른 보행 보조 방법에는 도 1 내지 도 12를 통해 설명된 내용이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 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 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.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (26)

  1. 사용자의 신체 정보를 추출하는 신체 정보 추출부;
    미리 정해진 인체 모델에 상기 신체 정보를 적용하여 참조 보행 모델을 생성하는 참조 보행 모델 생성부; 및
    상기 참조 보행 모델을 기초로 보행 보조 장치가 상기 사용자에게 제공하는 보조력(assistant torque)을 설정하는 보조력 설정부
    를 포함하고,
    상기 보조력 설정부는,
    상기 참조 보행 모델을 기초로 미리 정해진 주기에 따른 상기 보조력의 변화 궤적을 나타내는 초기 보조력 프로파일을 생성하고, 상기 사용자가 보행에 소모하는 에너지의 양을 결정하고, 상기 사용자에 의해 소모된 에너지의 양을 감소시키도록 상기 변화 궤적을 조정함으로써 상기 초기 보조력 프로파일로부터 갱신된 보조력 프로파일을 결정하고, 상기 갱신된 보조력 프로파일에 기초하여 상기 보행 보조 장치가 상기 사용자에게 제공하는 보조력을 조정하는,
    보조력 설정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신체 정보는,
    상기 사용자의 관절 정보, 근육 정보 및 신경 정보 중 적어도 하나를 포함하는,
    보조력 설정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 신체 정보 추출부는,
    모션 캡쳐(motion capture) 장치 또는 포스 플레이트(force plate) 장치 중 적어도 하나를 이용하여 상기 관절 정보를 추출하는,
    보조력 설정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보조력 설정부는,
    MCOT(Metabolic Cost Of Transport)를 계산하여 상기 사용자가 보행에 소모하는 상기 에너지의 양을 결정하고,
    보조력 설정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 보조력 설정부는,
    보행을 위해 상기 사용자의 근육이 사용한 힘, 상기 근육의 이동 속도, 상기 사용자의 이동 거리 및 상기 근육의 질량을 이용하여 상기 MCOT를 계산하는,
    보조력 설정 장치.
  6. 삭제
  7. 제4항에 있어서,
    상기 보조력 설정부는,
    상기 MCOT가 최소가 될 때까지, 상기 MCOT가 감소되도록 상기 변화 궤적을 조정하는,
    보조력 설정 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 보조력 설정부는,
    상기 변화 궤적의 조정에 따른 상기 MCOT의 변화율을 추출하는,
    보조력 설정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 보조력 설정부는,
    동적 계획법(dynamic programming) 또는 RRT(Rapidly-exploring Random Tree)를 이용하여 상기 갱신된 보조력 프로파일을 결정하는,
    보조력 설정 장치.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 보조력 설정부는,
    상기 참조 보행 모델을 기초로, 상기 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도 중 적어도 하나와 대응되는 보조력을 출력하는 상기 보행 보조 장치의 구동기의 게인을 조정하여, 상기 MCOT가 최소가 되는 최적 게인을 결정하는,
    보조력 설정 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 보조력 설정부는,
    상기 힙 관절 각도 또는 상기 힙 관절 각속도 중 적어도 하나를 실시간으로 측정하는,
    보조력 설정 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 보조력 설정부는,
    상기 MCOT가 최소가 될 때까지, 상기 MCOT가 감소되도록 상기 게인에 대한 조정을 수행하는,
    보조력 설정 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 보조력 설정부는,
    상기 게인의 조정에 따른 상기 MCOT의 변화율을 결정하는,
    보조력 설정 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 보조력 설정부는,
    뉴턴 메소드(newton method)를 이용하여 상기 최적 게인을 결정하는,
    보조력 설정 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 보조력 설정부는,
    상기 측정된 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도가 상기 갱신된 보조력 프로파일에 대응하는 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도를 기준으로 미리 정해진 임계범위 이상 벗어나는 경우, 상기 최적 게인을 결정하는,
    보조력 설정 장치.
  16. 미리 정해진 인체 모델에 사용자의 신체 정보를 적용하여 생성된 참조 보행 모델을 외부로부터 수신하는 수신부; 및
    상기 참조 보행 모델을 기초로 보행 보조 장치가 상기 사용자에게 제공하는 보조력을 설정하는 보조력 설정부
    를 포함하고,
    상기 보조력 설정부는,
    상기 참조 보행 모델을 기초로 미리 정해진 주기에 따른 상기 보조력의 변화 궤적을 나타내는 초기 보조력 프로파일을 생성하고, 상기 사용자가 보행에 소모하는 에너지의 양을 결정하고, 상기 사용자에 의해 소모된 에너지의 양을 감소시키도록 상기 변화 궤적을 조정함으로써 상기 초기 보조력 프로파일로부터 갱신된 보조력 프로파일을 결정하고, 상기 갱신된 보조력 프로파일에 기초하여 상기 보행 보조 장치가 상기 사용자에게 제공하는 보조력을 조정하는,
    보행 보조 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 사용자에게 상기 초기 보조력 프로파일을 이용하여 보조력을 제공하는 제1 동작 모드 및 상기 갱신된 보조력 프로파일을 이용하여 보조력을 제공하는 제2 동작 모드 중 어느 하나의 동작 모드를 선택하는 선택부
    를 더 포함하고,
    상기 보조력 설정부는,
    상기 선택부에서 제2 동작 모드가 선택된 경우, 상기 갱신된 보조력 프로파일을 결정하는,
    보행 보조 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 보조력 설정부는,
    MCOT를 계산하여 상기 사용자가 보행에 소모하는 상기 에너지의 양을 결정하는,
    보행 보조 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 보조력 설정부는,
    보행을 하기 위해 상기 사용자의 근육이 사용한 힘, 상기 근육의 이동 속도, 상기 사용자의 이동 거리 및 상기 근육의 질량을 이용하여 상기 MCOT를 계산하는,
    보행 보조 장치.
  20. 삭제
  21. 제18항에 있어서,
    상기 보조력 설정부는,
    상기 참조 보행 모델을 기초로, 상기 사용자의 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도 중 적어도 하나와 대응되는 보조력을 출력하는 상기 보행 보조 장치의 구동기의 게인을 조정하여, 상기 MCOT가 최소가 되는 최적 게인을 결정하는,
    보행 보조 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 보조력 설정부는,
    상기 힙 관절 각도 또는 상기 힙 관절 각속도 중 적어도 하나를 실시간으로 측정하는,
    보행 보조 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 보조력 설정부는,
    상기 측정된 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도가 상기 갱신된 보조력 프로파일에 대응하는 힙 관절 각도 또는 힙 관절 각속도를 기준으로 미리 정해진 임계범위 이상 벗어나는 경우, 상기 최적 게인을 결정하는,
    보행 보조 장치.
  24. 사용자의 신체 정보를 추출하는 단계;
    미리 정해진 인체 모델에 상기 신체 정보를 적용하여 참조 보행 모델을 생성하는 단계; 및
    상기 참조 보행 모델을 기초로 보행 보조 장치가 상기 사용자에게 제공하는 보조력을 설정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 보조력을 설정하는 단계는,
    상기 참조 보행 모델을 기초로 미리 정해진 주기에 따른 상기 보조력의 변화 궤적을 나타내는 초기 보조력 프로파일을 생성하는 단계;
    상기 사용자가 보행에 소모하는 에너지의 양을 결정하는 단계;
    상기 사용자에 의해 소모된 에너지의 양을 감소시키도록 상기 변화 궤적을 조정함으로써 상기 초기 보조력 프로파일로부터 갱신된 보조력 프로파일을 결정하는 단계; 및
    상기 갱신된 보조력 프로파일에 기초하여 상기 보행 보조 장치가 상기 사용자에게 제공하는 보조력을 조정하는 단계
    를 포함하는,
    보조력 설정 방법.
  25. 미리 정해진 인체 모델에 사용자의 신체 정보를 적용하여 생성된 참조 보행 모델을 외부로부터 수신하는 단계; 및
    상기 참조 보행 모델을 기초로 보행 보조 장치가 상기 사용자에게 제공하는 보조력을 설정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 보조력을 설정하는 단계는,
    상기 참조 보행 모델을 기초로 미리 정해진 주기에 따른 상기 보조력의 변화 궤적을 나타내는 초기 보조력 프로파일을 생성하는 단계;
    상기 사용자가 보행에 소모하는 에너지의 양을 결정하는 단계;
    상기 사용자에 의해 소모된 에너지의 양을 감소시키도록 상기 변화 궤적을 조정함으로써 상기 초기 보조력 프로파일로부터 갱신된 보조력 프로파일을 결정하는 단계; 및
    상기 갱신된 보조력 프로파일에 기초하여 상기 보행 보조 장치가 상기 사용자에게 제공하는 보조력을 조정하는 단계
    를 포함하는,
    보행 보조 방법.
  26. 제24항 및 제25항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
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