KR102244860B1 - 보행 자세 분석 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 보행자의 발 압력을 측정하여 보행 자세를 분석하기 위한 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 분석 장치는 신발의 장착되고, 보행자의 발 압력(foot pressure)을 측정하는 적어도 하나의 압력 센서를 포함하는 센서부; 및 상기 측정된 발 압력에 대한 정보를 이용하여 낙상확률을 산출하는 제어부;를 포함할 수 있다.

Description

보행 자세 분석 시스템{SYSTEM FOR ANALYZING WALKING MOTION}
본 발명은 보행 자세 분석 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보행자의 발 압력을 측정하여 보행 자세를 분석하기 위한 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 두 다리로 체중을 지지하고 걷는 직립보행은 인간만이 할 수 있는 고도로 발달된 운동이며, 인간으로서의 생활을 유지하는 기본적인 동작 및 기능이다. 따라서 낙상과 같은 사고로 인해 직립보행에 장애가 생기게 되면 신체적으로 운동의 제약이 생길 뿐 아니라 사회적 활동에까지 장애가 오며, 더 나아가서는 정신적인 문제까지 생길 수 있다.
따라서, 등산과 같이 경사지면을 오르거나 내리는 운동을 하거나 고르지 못한 지면을 걷는 경우 보행자의 걸음걸이를 분석하여 낙상을 방지하거나, 노인, 관절염환자, 비만환자 및 거동이 불편한 보행 장애인이 바른 자세로 걸을 수 있도록 하는 것이 요청되고 있다.
[특허문헌 1] 한국등록특허 제10-0894895호
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 신발 착용자의 발 압력을 분석하여 보행 자세를 분석하기 위한 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 외부 단말 장치를 통해 낙상 위험 정보를 디스플레이하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 보행 자세를 분석 결과에 따라 외골격 장치를 이용하여 보행 자세를 보조하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 분석 장치는 신발의 장착되고, 보행자의 발 압력(foot pressure)을 측정하는 적어도 하나의 압력 센서를 포함하는 센서부; 및 상기 측정된 발 압력에 대한 정보를 이용하여 낙상확률을 산출하는 제어부;를 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 센서부는, 발 압력, 압력 분포, 발 가속도, 각속도 및 방위값 중 적어도 하나를 포함하는 센서값을 검출하고, 상기 제어부는, 상기 센서값에 기반하여 발의 이동궤적, 걸음수, 걸음 주파수 및 보폭, 발끝의 방향, 및 압력 변화량 중 적어도 하나를 포함하는 보행요소를 산출하고, 상기 보행요소에 기반하여 상기 낙상확률을 계산할 수 있다.
실시예에서, 상기 보행 분석 장치는 단말 장치 또는 외골격 장치에게 상기 낙상확률에 대한 정보를 송신하는 통신부;를 더 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 보행 분석 장치는 상기 보행자가 소지한 단말 장치로부터 상기 단말 장치의 각속도 정보를 수신하는 통신부;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 단말 장치의 각속도 정보에 가중치를 부여하고, 상기 가중치를 적용하여 상기 보행자의 낙상확률을 산출할 수 있다.
실시예에서, 상기 보행 분석 장치는 서버 또는 다른 보행 분석 장치로부터 다른 보행자의 낙상확률 정보를 수신하는 통신부;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 다른 보행자의 낙상확률 정보에 가중치를 부여하고, 상기 가중치를 적용하여 상기 보행자의 낙상확률을 산출할 수 있다.
실시예에서, 상기 제어부는, 상기 다른 보행자의 낙상확률 정보를 포함하는 외부정보가 제1 임계치보다 작은 경우 1보다 작은 가중치를 부여하고, 상기 외부정보가 제1 임계치보다 크고 제2 임계치보다 작은 경우 1을 가중치로 부여하며, 상기 외부정보가 제2 임계치보다 큰 경우 1보다 큰 가중치를 부여하고, 상기 제1 임계치는, 상기 제2 임계치보다 작을 수 있다.
실시예에서, 단말 장치는 보행 분석 장치로부터 보행자의 낙상확률에 대한 정보를 수신하는 통신부; 및 상기 낙상확률을 디스플레이하는 출력부;를 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 출력부는, 상기 낙상확률에 대한 정보를 이용하여 시간대별 상기 보행자의 낙상확률을 그래프 형식으로 디스플레이할 수 있다.
실시예에서, 상기 출력부는, 상기 낙상확률에 대한 정보를 이용하여 현재 낙상확률을 퍼센트 수치로 디스플레이할 수 있다.
실시예에서, 상기 출력부는, 상기 보행자의 낙상확률이 임계값 이상인 경우, 휴식 권장 화면을 디스플레이할 수 있다.
실시예에서, 상기 통신부는, 상기 보행자의 낙상확률이 임계값 이상이고, 일정시간 동안 상기 보행자의 움직임이 검출되지 않는 경우, 외부 구조 시스템에 구조대 요청 신호를 송신할 수 있다.
실시예에서, 상기 출력부는, 상기 보행자의 낙상확률이 임계값 이상인 경우, 상기 임계값 이하의 낙상확률을 갖는 보행 경로의 탐색 여부를 선택하기 위한 화면을 디스플레이할 수 있다.
실시예에서, 상기 출력부는, 상기 보행자에 의한 탐색 요청 입력이 검출되는 경우, 상기 임계값 이하의 낙상확률을 갖는 보행 경로를 디스플레이할 수 있다.
실시예에서, 상기 단말 장치는 상기 단말 장치의 각속도를 측정하는 자이로 센서를 포함하는 센서부;를 더 포함하고, 상기 통신부는, 상기 보행 분석 장치에게 상기 단말 장치의 각속도에 대한 정보를 송신할 수 있다.
실시예에서, 외골격 장치는 유압 액츄에이터; 외골격부; 보행 분석 장치로부터 보행자의 낙상확률에 대한 정보를 수신하는 통신부; 및 상기 낙상확률에 대한 정보에 기반하여 상기 유압 액츄에이터에 공급되거나 배출되는 작동유의 양을 조절하여 상기 외골격부를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 외골격 장치는 상기 외골격 장치를 상기 보행 분석 장치에 고정시키는 고정부;를 더 포함할 수 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술될 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, "통상의 기술자")에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 보행자의 발 압력을 분석하여 낙상확률을 산출하고, 낙상확률에 기반하여 보행자의 보행을 보조함으로써 보행자의 낙상 위험을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 상술된 효과들로 제한되지 않으며, 본 발명의 기술적 특징들에 의하여 기대되는 잠정적인 효과들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 분석 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 분석 장치의 기능적 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행요소를 산출하기 위한 보행 분석 장치의 센서부와 제어부의 연동을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 낙상확률을 산출하기 위한 보행 분석 장치의 제어부의 기능적 구성을 도시한 도면이다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말 장치의 화면 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말 장치의 기능적 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 외골격 장치를 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다.
청구범위에 개시된 발명의 다양한 특징들은 도면 및 상세한 설명을 고려하여 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 명세서에 개시된 장치, 방법, 제법 및 다양한 실시예들은 예시를 위해서 제공되는 것이다. 개시된 구조 및 기능상의 특징들은 통상의 기술자로 하여금 다양한 실시예들을 구체적으로 실시할 수 있도록 하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 개시된 용어 및 문장들은 개시된 발명의 다양한 특징들을 이해하기 쉽게 설명하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 보행자의 발 압력을 분석하여 낙상확률을 산출하고, 낙상확률에 기반하여 보행자의 보행을 보조하기 위한 시스템을 설명한다.
보행 자세를 분석하기 위해서는 먼저 보행자의 걸음걸이로부터 기초 데이터를 수집해야 한다. 이에 필요한 것이 센서부(110)이며, 이하 본 발명의 보행 분석 장치에 이용되는 센서부(110)에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 분석 장치의 센서부(110)를 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면, 센서부(110)는 신발(예: 운동과, 등산화, 작업화, 구두 등)의 아웃솔(outsole) 또는 밑창에 위치할 수 있으나, 센서부(110)의 위치는 한정되지 않으며 신발의 어느 부위에나 위치할 수 있으며, 적어도 하나의 센서 모듈(10)과 적어도 하나의 압력 센서(20)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 압력센서(20)는 신발 아웃솔 또는 밑창의 앞뒤, 즉 발끝 부위와 발꿈치 부위에 각각 위치할 수 있다. 즉, 도 1에 예시된 바와 같이, 여러 개의 압력센서(20)들이 골고루 분포됨으로써, 각 부위에 따른 발 압력 및 압력 분포가 정밀하게 측정될 수 있다.
압력센서(20)는 저항, 정전용량 등의 변화를 측정하여 발 압력을 검출할 수 있다. 압력센서(20)는 보행 중의 신발이 지면에 닿는 순간 또는 지면으로부터 떨어지는 순간에 발바닥에 미치는 부위별 압력 분포를 검출할 수 있다.
센서 모듈(10)은 관성센서(11)와 지자기센서(12)를 포함하며, 관성센서(11)는 3축 가속도계(11a)와 3축 각속도계(11b)로 구성될 수 있다. 그러나 관성센서(11)의 구성이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 2축 센서가 사용되거나 1축 센서 3개가 사용될 수 있다.
관성센서(11)는 3축의 가속도와 3축의 각속도를 측정할 수 있다. 따라서, 관성센서(11)는 발의 이동궤적을 산출하기 위해 이용될 수 있다. 또한, 관성센서(11)는 걸음 주파수와 보폭을 구하기 위한 걸음수를 산출하기 위해 이용될 수 있다.
지자기센서(12)는 지구의 자기를 감지하여 방위를 감지함으로써 일종의 전자 나침반과 같은 기능을 수행할 수 있다. 즉, 지자기센서(12)는 발이 움직이는 방향과 상관없이 발끝의 절대방향을 측정하기 위해 이용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 분석 장치(100)의 기능적 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참고하면, 보행 분석 장치(100)은 센서부(110), 저장부(120), 제어부(130) 및 통신부(140)를 포함할 수 있다.
센서부(110)는 도 1에서 설명된 센서 모듈(10)과 압력 센서(20)를 포함할 수 있으며, 센서값을 검출할 수 있다. 여기서, 센서값은 발 압력, 압력 분포, 발 가속도, 각속도 및 방위값 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 센서부(110)와 제어부(130)의 연동에 대한 구체적인 설명은 도 3을 참조하여 후술한다.
저장부(120)는 보행자가 기준으로 삼는 바른 보행자세의 요소기준치를 저장할 수 있다. 요소기준치는 보행요소와 비교할 수 있도록 미리 설정된 기준 걸음 데이터일 수 있다. 따라서 요소기준치는 비교 대상인 보행요소와 일대일 대응할 수 있다. 일 실시예에서, 저장부(120)는 다른 보행 분석 장치들 각각으로부터 다른 보행자들의 보행요소 및 낙상확률에 대한 정보를 저장할 수 있다.
제어부(140)는 보행동작을 다각적으로 측정하고 그 측정치로부터 여러 기법을 이용하여 보행요소를 산출할 수 있다. 여기서, 보행요소는 발의 이동궤적, 걸음수, 걸음 주파수 및 보폭, 발끝의 방향, 및 압력 변화량을 포함할 수 있다. 또한, 제어부(140)는 산출된 보행요소에 기반하여 보행자세의 문제점을 파악하고, 요소기준치와 보행요소를 비교하여 낙상 확률을 산출할 수 있다.
제어부(130)는 중앙처리장치, 어플리케이션 프로세서, 또는 커뮤니케이션 프로세서(communication processor, CP) 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 제어부(130)는 , 예를 들면, 보행 분석 장치(100)의 적어도 하나의 다른 구성요소들의 제어 및/또는 통신에 관한 연산이나 데이터 처리를 실행할 수 있다.
통신부(140)는 외부 단말 장치 또는 외골격 장치에게 보행요소에 대한 정보 및 낙상확률에 대한 정보를 송신할 수 있다. 통신부(140)는 외부 단말 장치로부터 3차원 각속도에 대한 정보를 수신할 수 있다. 통신부(140)는 서버 또는 다른 보행 분석 장치들로부터 다른 보행 분석 장치들 각각에 의해 산출된 다른 보행자들의 보행요소 및 낙상확률에 대한 정보를 수신할 수 있다. 일 실시예에서, 통신부(140)는 셀룰러 통신, WiFi, 블루투스, NFC 및 RF 통신과 같은 무선 통신 또는 유선 통신을 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행요소를 산출하기 위한 보행 분석 장치(100)의 센서부(110)와 제어부(130)의 연동을 도시한 도면이다.
도 3을 참고하면, 센서부(110)는 압력센서(20), 관성센서(11) 및 지자기센서(12)를 포함할 수 있다. 제어부(130)는 압력변화 검출 모듈(310), 이동궤적 검출 모듈(320), 걸음 검출 모듈(330) 및 절대방향 검출 모듈(340)을 포함할 수 있다.
압력변화 검출 모듈(310)은 압력센서(20)를 통해 검출된 발 압력 및 압력 분포를 이용하여 발바닥에 미치는 부위별 압력 변화를 검출할 수 있다. 일반적으로 올바른 자세로 알려진 걸음걸이에서는 발뒤꿈치가 먼저 바닥에 닿아 압력을 받고 이어서 발가락쪽이 바닥에 닿으면서 무게중심이 옮겨가는 압력 분포의 변화가 나타난다. 따라서, 압력변화 검출 모듈(310)은 단순히 부위별 압력 분포뿐만 아니라 시간에 따른 부위별 압력 변화를 검출할 수 있다.
이동궤적 검출 모듈(320)은 관성센서(11)로부터 검출된 가속도와 각속도를 이용하여 발의 3차원 이동궤적(예: 위치, 속도, 자세)을 산출할 수 있다. 일 실시예에서, 이동궤적 검출 모듈(320)는 압력센서(20)로부터 검출된 발 압력 및 압력 분포를 이용하여 발의 착지 순간을 검출할 수 있다.
보행 중 착지 순간에 가속도 변화가 크게 발생하므로, 걸음 검출 모듈(120)은 관성센서(11)로부터 검출된 가속도와 각속도를 이용하여 걸음 여부를 판단하고 걸음수를 측정할 수 있다. 또한, 걸음 검출 모듈(120)은 걸음수를 시간으로 나누어 기준 시간당 걸음 수, 즉 걸음 주파수를 산출할 수 있다. 걸음 검출 모듈(120)은 가속도 데이터의 표준편차와 걸음 주파수를 보폭 추정 모델에 입력하여 보폭을 구할 수 있다.
절대방향 검출 모듈(130)은 지자기센서(12)로부터 검출된 방위를 이용하여 발끝의 방향을 산출한다. 또한, 절대방향 검출 모듈(130)은 이동궤적 추정 모듈(110)로부터 산출된 발의 초기 위치와 관성센서(11)로부터 검출된 가속도와 각속도를 이용하여 발끝의 방향을 산출할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 낙상확률을 산출하기 위한 보행 분석 장치(100)의 제어부(130)의 기능적 구성을 도시한 도면이다.
도 4를 참고하면, 제어부(130)는 외부정보 처리 모듈(410) 및 낙상확률 도출 모듈(420)을 포함할 수 있다.
낙상확률 도출 모듈(420)은 발 압력변화, 발 이동궤적, 걸음수, 걸음 주파수, 보폭 및 발끝 방향 중 적어도 하나를 포함하는 보행요소를 이용하여 낙상확률을 산출할 수 있다. 일 실시예에서, 낙상확률 도출 모듈(420)은 발 압력변화에 비례하게 낙상확률을 산출할 수 있다. 즉, 낙상확률 도출 모듈(420)은 발 압력변화와 낙상확률을 일대일 매칭시켜, 발 압력변화가 클수록 높은 낙상확률을 도출할 수 있다.
또한, 보다 정교한 낙상확률을 산출하기 위하여, 보행 분석 장치(100)에 의해 산출된 보행요소뿐만 아니라 외부 장치들(예: 보행자가 소지한 단말 장치, 서버)로부터 수신된 다양한 외부정보(예: 단말 장치의 각속도, 다른 보행자의 낙상확률)가 고려될 수 있으며, 이를 위해 외부정보 처리 모듈(410)이 이용될 수 있다.
제1 실시예에서, 외부정보 처리 모듈(410)은 보행자가 소지한 단말 장치의 3차원 각속도에 가중치를 부여한 후, 부여한 가중치를 적용하여 보행자의 낙상확률을 산출할 수 있다. 예를 들어, 단말 장치의 각속도가 크다는 것은 단말 장치를 소지한 보행자의 신체가 크게 흔들리고 있음을 의미하므로, 외부정보 처리 모듈(410)은 단말 장치의 각속도가 제1 임계치보다 작은 경우 1보다 작은 가중치를 부여하고, 단말 장치의 각속도가 제1 임계치보다 크고 제2 임계치보다 작은 경우 1을 가중치로 부여하며, 단말 장치의 각속도가 제2 임계치보다 큰 경우 1보다 큰 가중치를 부여할 수 있다. 이 경우, 제1 임계치는 제2 임계치보다 작을 수 있다.
제2 실시예에서, 외부정보 처리 모듈(410)은 다수의 다른 보행자들의 평균 낙상확률에 가중치를 부여한 후, 부여한 가중치를 적용하여 보행자의 낙상확률을 산출할 수 있다. 예를 들어, 다수의 다른 보행자들의 평균적인 낙상확률이 낮으면 보행자 또한 낙상할 확률이 낮다고 생각할 수 있으므로, 외부정보 처리 모듈(410)은 다른 보행자들의 평균 낙상확률이 제1 임계치보다 작은 경우 1보다 작은 가중치를 부여하고, 평균 낙상확률이 제1 임계치보다 크고 제2 임계치보다 작은 경우 1을 가중치로 부여하며, 평균 낙상확률이 제2 임계치보다 큰 경우 1보다 큰 가중치를 부여할 수 있다. 이 경우, 제1 임계치는 제2 임계치보다 작을 수 있다.
이후, 외부정보 처리 모듈(410)은 부여한 가중치를 보행요소로부터 산출된 낙상확률에 적용(예를 들어, 곱하여)하여 최종적으로 보행자의 낙상확률을 산출할 수 있다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말 장치(500)의 화면 구성을 도시한 도면이다.
도 5a를 참고하면, 보행자가 소지한 단말 장치(500)는 보행 분석 장치(100)로부터 낙상확률에 대한 정보를 수신할 수 있다. 단말 장치(500)는 낙상확률 정보를 이용하여 시간대별 보행자의 낙상확률을 그래프 형식으로 디스플레이할 수 있다. 또한, 단말 장치(500)는 수신된 낙상확률 정보를 이용하여 현재 낙상확률을 퍼센트 수치로 디스플레이할 수 있다. 이를 통해, 보행자는 과거 낙상확률 및 현재 낙상확률을 직관적으로 확인하여, 현재 보행에 문제가 있음을 인식하고 보행 자세를 교정할 수 있다.
일 실시예에서, 단말 장치(500)는 보행자의 낙상확률이 임계값 이상인 경우, 휴식 권장 화면을 디스플레이할 수 있다. 다른 실시예에서, 단말 장치(500)는 보행자의 낙상확률이 임계값 이상이면서, 일정시간 동안 보행자의 움직임이 검출되지 않는 경우, 외부 구조 시스템(501)에 구조대 요청 신호를 송신할 수 있다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말 장치(500)의 다른 화면 구성을 도시한 도면이다.
도 5b를 참고하면, 단말 장치(500)는 보행 분석 장치(100)로부터 낙상확률에 대한 정보를 수신할 수 있다.
단말 장치(500)는 낙상확률이 임계값 이상인 경우, 임계값 이하의 낙상확률을 갖는 보행 경로의 탐색 여부를 선택하기 위한 화면을 디스플레이할 수 있다.
이후, 보행자에 의한 탐색 요청 입력(예: 도 5a에서‘네’UI 터치)이 검출되는 경우, 단말 장치(500)는 낙상확률이 임계값 이하인 보행 경로를 탐색하여 디스플레이할 수 있다. 이를 통해, 보행자는 낙상확률이 낮은 경로로 보행함으로써, 낙상 위험을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 보행자가 경사지면을 오르내리거나 고르지 못한 지면을 등산하는 경우 탐색된 낙상확률이 낮은 등산 코스로 경유하여 보행함으로써 부상이나 조난 위험을 감소시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말 장치(500)의 기능적 구성을 도시한 도면이다.
도 6을 참고하면, 단말 장치(500)은 통신부(510), 저장부(520), 센서부(530), 제어부(540) 및 출력부(550)를 포함할 수 있다.
통신부(510)는 보행 분석 장치(100)로부터 보행요소에 대한 정보 및 낙상확률에 대한 정보를 수신할 수 있다. 통신부(510)는 보행 분석 장치(100)에게 센서부(530)로부터 검출된 3차원 각속도에 대한 정보를 송신할 수 있다. 일 실시예에서, 통신부(140)는 셀룰러 통신, WiFi, 블루투스, NFC 및 RF 통신과 같은 무선 통신 또는 유선 통신을 수행할 수 있다.
저장부(520)는 시간대별 낙상확률에 대한 정보를 저장할 수 있다. 저장부(520)는 휘발성(예: DRAM, SRAM, 또는 SDRAM) 및/또는 비휘발성 메모리(예: ROM, 플래시 메모리, 하드 드라이브, 또는 SSD)를 포함할 수 있다. 저장부(520)는, 예를 들면, 단말 장치(500)의 적어도 하나의 다른 구성요소에 관계된 명령 또는 데이터를 저장할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 저장부(520)는 소프트웨어 및/또는 프로그램을 저장할 수 있다.
센서부(530)는 자이로 센서를 포함할 수 있으며, 단말 장치(500)가 회전하는 경우 단말 장치(500)에 대한 x축, y축 및 z축의 3차원 각속도를 측정할 수 있다.
제어부(540)는 단말 장치(500)에 포함된 GPS(미도시)를 통해 단말 장치(500)의 위치를 파악하여, 보행자에게 적합한 보행 경로를 결정할 수 있다. 제어부(540)는 중앙처리장치, 어플리케이션 프로세서, 또는 커뮤니케이션 프로세서(communication processor, CP) 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 제어부(540)는, 예를 들면, 단말 장치(500)의 적어도 하나의 다른 구성요소들의 제어 및/또는 통신에 관한 연산이나 데이터 처리를 실행할 수 있다.
출력부(550)는 낙상확률에 대한 정보를 텍스트, 그래픽, 이미지, 동영상, 음성 등의 다양한 수단을 통하여 보행자에게 알려줄 수 있다. 일 실시예에서, 출력부(400)는 디스플레이 및 스피커 등을 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 외골격 장치(700)를 도시한 도면이다.
도 7을 참고하면, 외골격 장치(700)는 본체(710), 외골격부(720), 유압 액츄에이터(730) 및 고정부(740)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 외골격 장치(700)는 착용형 로봇에 적용될 수 있다.
본체(710)는 제어부, 통신부, 전기 모터, 유압 펌프, 유량 제어 밸브 및 작동유가 저장되어 있는 오일 탱크를 포함할 수 있다. 통신부는 보행 분석 장치(100)로부터 보행자의 낙상확률에 대한 정보를 수신할 수 있다. 제어부는 수신된 낙상확률에 대한 정보에 기반하여 전기 모터 및 유압 펌프를 제어하여 오일 탱크에 저장된 작동유가 유압 액츄에이터(730)에 공급되도록 할 수 있다. 또한, 제어부는 수신된 낙상확률에 대한 정보에 기반하여 유량 제어 밸브를 제어하여 유압 액츄에이터(730)에 작용하는 작용유가 오일 탱크로 배출되도록 할 수 있다.
외골격부(720)는 상부 다리 파트와 하부 다리 파트로 구성될 수 있다. 유압 액츄에이터(730)는 외골격부(720)의 상부 다리 파트와 하부 다리 파트에 양단이 연결될 수 있다. 이 경우, 유압 액츄에이터(730)에 작동유가 공급되는 경우 유압 액츄에이터(730)가 상부 다리 파트와 하부 다리 파트가 서로 멀어지게 회전하도록 함으로써 외골격 장치(700)가 일어서도록 하는 힘이 생성되며, 반대로 유압 액츄에이터(730)로부터 작동유가 배출되는 경우 유압 액츄에이터(730)가 제공하는 힘이 제거되어 상부 다리 파트와 하부 다리 파트가 서로 가까워지는 방향으로 회전하도록 함으로써 외골격 장치(700)가 앉는 것을 허용하게 된다. 즉, 제어부는, 낙상확률에 대한 정보에 기반하여 유압 액츄에이터(730)에 공급되거나 배출되는 작동유의 양을 조절함으로써 외골격부(720)를 제어할 수 있다.
외골격 장치(700)는 고정부(740)를 통해 보행자의 신발에 포함된 보행 분석 장치(100)에 고정될 수 있다. 일 실시예에서, 고정부(740)는 아이젠 형식으로 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 고정부(740)는 U자 형의 프레임으로 구성되어 고정나사 또는 버클을 통해 신발과 결합될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 고정부(740)는 별도의 프레임 없이 나사 형태로 구성되어 신발의 홈에 끼워져 신발과 결합될 수 있다.
즉, 외골격 장치(700)는 신발에 장착된 보행 분석 장치(100)와 연동하여, 보행 분석 장치(100)로부터 수신된 낙상확률에 대한 정보에 기반하여 제어됨으로써, 보행자의 근력을 지원하고 보행을 보조하여 낙상확률을 감소시킬 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 통상의 기술자라면 본 발명의 본질적인 특성이 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능할 것이다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예들에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
11: 관성 센서
12: 지자기 센서
20: 압력 센서
100: 보행 분석 장치
110: 센서부
120: 저장부
130: 제어부
140: 통신부
310: 압력변화 검출 모듈
320: 이동궤적 검출 모듈
330: 걸음 걸출 모듈
340: 절대방향 검출 모듈
410: 외부정보 처리 모듈
420: 낙상확률 도출 모듈
500: 단말 장치
501: 구조 시스템
510: 통신부
520: 저장부
530: 센서부
540: 제어부
550: 출력부
700: 외골격 장치
710: 본체
720: 외골격부
730: 유압 액츄에이터
740: 고정부

Claims (16)

  1. 신발의 장착되고, 보행자의 발 압력(foot pressure)을 측정하는 적어도 하나의 압력 센서를 포함하는 센서부;
    상기 측정된 발 압력에 대한 정보를 이용하여 낙상확률을 산출하는 제어부; 및
    서버 또는 다른 보행 분석 장치로부터 다른 보행자의 낙상확률 정보를 수신하는 통신부;
    를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 다른 보행자의 낙상확률 정보에 가중치를 부여하고, 상기 가중치를 적용하여 상기 보행자의 낙상확률을 산출하는,
    보행 분석 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는,
    발 압력, 압력 분포, 발 가속도, 각속도 및 방위값 중 적어도 하나를 포함하는 센서값을 검출하고,
    상기 제어부는,
    상기 센서값에 기반하여 발의 이동궤적, 걸음수, 걸음 주파수 및 보폭, 발끝의 방향, 및 압력 변화량 중 적어도 하나를 포함하는 보행요소를 산출하고, 상기 보행요소에 기반하여 상기 낙상확률을 계산하는,
    보행 분석 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    단말 장치 또는 외골격 장치에게 상기 낙상확률에 대한 정보를 송신하는 통신부;
    를 더 포함하는,
    보행 분석 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보행자가 소지한 단말 장치로부터 상기 단말 장치의 각속도 정보를 수신하는 통신부;
    를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 단말 장치의 각속도 정보에 가중치를 부여하고, 상기 가중치를 적용하여 상기 보행자의 낙상확률을 산출하는,
    보행 분석 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 다른 보행자의 낙상확률 정보를 포함하는 외부정보가 제1 임계치보다 작은 경우 1보다 작은 가중치를 부여하고,
    상기 외부정보가 제1 임계치보다 크고 제2 임계치보다 작은 경우 1을 가중치로 부여하며,
    상기 외부정보가 제2 임계치보다 큰 경우 1보다 큰 가중치를 부여하고,
    상기 제1 임계치는, 상기 제2 임계치보다 작은,
    보행 분석 장치.
  7. 보행 분석 장치로부터 보행자의 낙상확률에 대한 정보를 수신하는 통신부; 및
    상기 낙상확률을 디스플레이하는 출력부;
    를 포함하고,
    상기 보행자의 낙상확률은, 다른 보행자의 낙상확률 정보에 가중치를 부여하고, 상기 가중치를 적용하여 산출되는,
    단말 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 출력부는,
    상기 낙상확률에 대한 정보를 이용하여 시간대별 상기 보행자의 낙상확률을 그래프 형식으로 디스플레이하는,
    단말 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 출력부는,
    상기 낙상확률에 대한 정보를 이용하여 현재 낙상확률을 퍼센트 수치로 디스플레이하는,
    단말 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 출력부는,
    상기 보행자의 낙상확률이 임계값 이상인 경우, 휴식 권장 화면을 디스플레이하는,
    단말 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 통신부는,
    상기 보행자의 낙상확률이 임계값 이상이고, 일정시간 동안 상기 보행자의 움직임이 검출되지 않는 경우, 외부 구조 시스템에 구조대 요청 신호를 송신하는,
    단말 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 출력부는,
    상기 보행자의 낙상확률이 임계값 이상인 경우, 상기 임계값 이하의 낙상확률을 갖는 보행 경로의 탐색 여부를 선택하기 위한 화면을 디스플레이하는,
    단말 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 출력부는,
    상기 보행자에 의한 탐색 요청 입력이 검출되는 경우, 상기 임계값 이하의 낙상확률을 갖는 보행 경로를 디스플레이하는,
    단말 장치.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 단말 장치의 각속도를 측정하는 자이로 센서를 포함하는 센서부;
    를 더 포함하고,
    상기 통신부는,
    상기 보행 분석 장치에게 상기 단말 장치의 각속도에 대한 정보를 송신하는,
    단말 장치.
  15. 유압 액츄에이터;
    외골격부;
    보행 분석 장치로부터 보행자의 낙상확률에 대한 정보를 수신하는 통신부; 및
    상기 낙상확률에 대한 정보에 기반하여 상기 유압 액츄에이터에 공급되거나 배출되는 작동유의 양을 조절하여 상기 외골격부를 제어하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 보행자의 낙상확률은, 다른 보행자의 낙상확률 정보에 가중치를 부여하고, 상기 가중치를 적용하여 산출되는,
    외골격 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 외골격 장치를 상기 보행 분석 장치에 고정시키는 고정부;
    를 더 포함하는,
    외골격 장치.
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