KR102308550B1 - Wearable motion measuring device for wearer's motion intention recognition, and motion recognition method using the same, wearable robot including the same, and control method therefor - Google Patents

Wearable motion measuring device for wearer's motion intention recognition, and motion recognition method using the same, wearable robot including the same, and control method therefor Download PDF

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KR102308550B1 KR1020200024874A KR20200024874A KR102308550B1 KR 102308550 B1 KR102308550 B1 KR 102308550B1 KR 1020200024874 A KR1020200024874 A KR 1020200024874A KR 20200024874 A KR20200024874 A KR 20200024874A KR 102308550 B1 KR102308550 B1 KR 102308550B1
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 모션측정장치는, 의복, 및 상기 의복을 착용한 착용자의 움직임에 의한 근육 또는 관절의 변형이 인덕턴스의 변화를 야기하도록 구성된 센서를 포함하고, 상기 센서에서의 인덕턴스 변화 감지에 의하여 착용자의 움직임 의도를 판단하도록 구성된다.A wearable motion measurement device according to an embodiment of the present invention includes a sensor configured to cause a change in inductance when a deformation of a muscle or joint due to movement of a wearer wearing clothes and the clothes causes a change in inductance, and the inductance in the sensor It is configured to determine the movement intention of the wearer by detecting the change.

Description

착용자의 모션의도 인식을 위한 웨어러블 모션측정장치, 이를 이용한 모션인지방법 및 웨어러블 로봇 및 그 제어방법{Wearable motion measuring device for wearer's motion intention recognition, and motion recognition method using the same, wearable robot including the same, and control method therefor}Wearable motion measuring device for wearer's motion intention recognition, and motion recognition method using the same, wearable robot including the same, and control method therefor}

본 발명은 웨어러블 모션측정장치, 이를 이용한 모션인지방법 및 웨어러블 로봇 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 착용자의 모션의도 인식이 가능한 웨어러블 모션측정장치, 이를 이용한 모션인지방법 및 웨어러블 로봇 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wearable motion measuring device, a motion recognition method using the same, a wearable robot and a control method thereof, and more particularly, to a wearable motion measuring device capable of recognizing a wearer's motion intention, a motion recognition method using the same, and a wearable robot and It's about how to control it.

일반적으로, 산업 현장의 근로자, 하역근로자, 택배근로자 등은 무거운 중량의 물체를 반복적으로 들고 이동하는 동작을 수행하는 경우가 많다.In general, workers, cargo workers, courier workers, etc. in the industrial field often perform the operation of repeatedly lifting and moving heavy objects.

이러한 작업은 여러 사람의 인력이 요구되거나 현장 상황에 따라 중장비나 기중기, 도르래 등의 보조장비가 사용되어야 하는 불편이 있다. 또한, 사람이 직접 작업할 경우에는 높은 작업 강도로 인해 근로자의 피로 증가와 작업능률의 저하는 물론이고, 근골격계 손상 등의 산업재해와 관련 직종의 기피 현상에 대한 문제가 있으며, 보조장비를 사용할 경우에는 비교적 넓은 이동공간이나 설치공간이 필요하므로, 사용범위가 제한적인 문제가 있다.This work requires several people, or depending on the site situation, heavy equipment, cranes, and auxiliary equipment such as pulleys are inconvenient to be used. In addition, when a person works directly, there is a problem of increased fatigue and decreased work efficiency, as well as industrial accidents such as musculoskeletal damage and avoidance of related occupations due to high work intensity, and when using auxiliary equipment Since it requires a relatively wide moving space or installation space, there is a problem that the range of use is limited.

이러한 문제로 인해 반복적인 하중을 들고 일어서는 동작이나 무거운 하중을 버티는 동작을 완화시키기 위한 착용형 근력보조장치의 필요성이 대두되고 있다.Due to these problems, there is a need for a wearable muscle support device to alleviate the motion of standing up with a repetitive load or the motion of withstanding a heavy load.

최근 개발되고 있는 근력보조장치는 모터와 프레임 등을 이용하여 팔이나 다리의 측면에 부착하여 구동되는 방식이 대부분이다. Most recently developed muscle strength assistive devices are driven by attaching them to the side of an arm or leg using a motor and a frame.

이러한 방식의 근력보조장치는 프레임이나, 각종 프레임의 구동을 위한 모터 등으로 구성되어 무게가 무겁고 딱딱하여 자연스러운 움직임을 방해할 뿐만 아니라, 착용이 불편한 문제점이 있다.This type of strength assisting device is composed of a frame or a motor for driving various frames, and thus has a heavy and hard weight, which prevents natural movement and is uncomfortable to wear.

따라서, 무게가 가볍고, 인체 근육과 유사한 위치에 부착되어 신체의 움직임을 방해하지 않을 뿐만 아니라 다양한 동작의 응답성을 향상시킬 수 있는 웨어러블 로봇(근력 증강용 의복)의 개발이 요구된다. Therefore, it is required to develop a wearable robot (clothes for strengthening muscle strength) that is light in weight and is attached to a position similar to that of the muscles of the human body and does not interfere with the movement of the body and can improve the responsiveness of various movements.

이러한 웨어러블 로봇의 개발과 관련하여, 착용자의 모션의도 인식이 가능한 웨어러블 모션측정장치의 개발 또한 함께 요구된다.
[선행기술문헌]
대한민국 공개특허 제 10-2020-0005897 호 (2020.01.17 공개)
대한민국 공개특허 제 10-2019-0103100 호 (2019.09.04 공개)
In connection with the development of such a wearable robot, the development of a wearable motion measuring device capable of recognizing the wearer's motion intention is also required.
[Prior art literature]
Republic of Korea Patent Publication No. 10-2020-0005897 (published on January 17, 2020)
Republic of Korea Patent Publication No. 10-2019-0103100 (published on September 4, 2019)

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본 발명은 전술한 문제 및 이와 연관된 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention aims to solve the above problems and other problems related thereto.

본 발명의 일 예시적 목적은, 사람의 움직이려는 의도는 근육의 굵기 변화, 관절 각도의 변화를 통해 나타나는데, 팔, 다리, 허리 등을 굽혔다 펴거나, 물건을 들고자 하는 사람의 의도를 근육의 직경변화, 관절 각도의 변화 등을 이용하여 비교적 단순한 구성과 효율적인 비용으로 측정하고자 한다.An exemplary object of the present invention is that a person's intention to move is expressed through a change in the thickness of a muscle and a change in the joint angle. It is intended to measure with a relatively simple configuration and cost-effectively by using changes in diameter and joint angle.

본 명세서에 개시된 기술의 기술적 사상에 따른 착용자의 의도인식을 위한 웨어러블 모션측정장치 및 이의 의도인식방법이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제는 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical task to be achieved by the wearable motion measuring device for intention recognition of the wearer and the intention recognition method thereof according to the technical idea of the technology disclosed in the present specification is not limited to the tasks mentioned above, and another task not mentioned is as follows. It will be clearly understood by those skilled in the art from the description.

본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 모션측정장치는, 의복, 및 상기 의복을 착용한 착용자의 움직임에 의한 근육 또는 관절의 변형이 인덕턴스의 변화를 야기하도록 구성된 센서를 포함하고, 상기 센서에서의 인덕턴스 변화 감지에 의하여 착용자의 움직임 의도를 판단하도록 구성된다. A wearable motion measurement device according to an embodiment of the present invention includes a sensor configured to cause a change in inductance when a deformation of a muscle or joint due to movement of a wearer wearing clothes and the clothes causes a change in inductance, and the inductance in the sensor It is configured to determine the movement intention of the wearer by detecting the change.

아울러, 본 발명의 다른 실시예에 따른 착용자 모션의도 인식방법은, 착용자의 제 1 모션에서 제 2 모션으로의 움직임이 센서 내 선형 변위를 야기하는 단계; 상기 선형 변위에 따른 인덕턴스의 변화를 측정하는 단계; 및 상기 인덕턴스의 변화에 기초하여 착용자의 움직임 의도 여부를 판단하는 단계를 포함한다. In addition, a method for recognizing the intention of a wearer's motion according to another embodiment of the present invention includes the steps of: causing a linear displacement in a sensor when the wearer's movement from a first motion to a second motion; measuring a change in inductance according to the linear displacement; and determining whether the wearer intends to move based on the change in the inductance.

상기 센서는 선형 변위를 측정하도록 구성된다. The sensor is configured to measure a linear displacement.

상기 선형 변위는 전도성 소재의 스프링에 의하여 측정된다. The linear displacement is measured by a spring of conductive material.

상기 센서는 착용자의 제 1 모션에서 제 2 모션으로의 움직임 의도에 의해 야기된 근육의 형상 변화를 측정하도록 구성된다. ,The sensor is configured to measure a change in shape of the muscle caused by the wearer's intention to move from the first motion to the second motion. ,

상기 근육의 형상 변화는 근육의 길이 또는 근육의 굵기에 있어서의 변화이다. The change in the shape of the muscle is a change in the length or thickness of the muscle.

상기 스프링은 상기 근육의 길이 또는 굵기가 변화하는 방향으로 배치되며, 상기 근육의 굵기의 변화를 측정하도록 상기 근육에 직교하는 방향으로 배치된다. The spring is disposed in a direction in which the length or thickness of the muscle changes, and is disposed in a direction orthogonal to the muscle to measure a change in the thickness of the muscle.

상기 센서는 착용자의 제 1 모션에서 제 2 모션으로의 변형에 의해 야기된 관절의 각도 변화를 측정하도록 구성된다. The sensor is configured to measure an angular change of the joint caused by the deformation of the wearer from a first motion to a second motion.

상기 스프링은 상기 관절의 회전축에 직교하는 방향으로 배치된다. The spring is disposed in a direction perpendicular to the axis of rotation of the joint.

상기 웨어러블 모션측정장치는 신체 일부에 착용하는 형태의 의복 또는 전신 옷 형태의 의복이다. The wearable motion measurement device is a type of clothing worn on a part of the body or clothing in the form of full body clothes.

아울러, 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨어러블 로봇은, 의복; 앞서 기재된 모션측정장치를 사용하여 상기 의복의 착용자의 움직임 의도를 판단하도록 구성된 의도인식부; 상기 의도인식부로부터의 신호에 의해 구동부로의 구동제어신호를 생성하도록 제어부; 및 상기 제어부로부터의 구동제어신호에 의해 근력 보조를 위한 구동력을 발생시키도록 구성된 구동부를 포함한다. In addition, the wearable robot according to another embodiment of the present invention, clothes; an intention recognition unit configured to determine a movement intention of the wearer of the garment using the motion measurement device described above; a control unit to generate a driving control signal to the driving unit according to the signal from the intention recognition unit; and a driving unit configured to generate a driving force for muscle strength assistance in response to a driving control signal from the control unit.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨어러블 로봇의 제어방법은, 앞서 기재된 착용자 모션의도 인식방법을 사용하여, 상기 웨어러블 로봇의 착용자의 움직임 의도를 인식하는 단계; 상기 착용자의 움직임 의도의 인식 판단 결과에 기초하여 구동부의 작용을 위한 구동제어신호를 생성하는 단계; 및 상기 생성된 구동제어신호에 기초하여 근력 보조를 위한 구동력을 발생시키는 단계를 포함한다. In addition, a control method of a wearable robot according to another embodiment of the present invention includes: recognizing a movement intention of a wearer of the wearable robot using the above-described method for recognizing a wearer's motion intention; generating a driving control signal for an action of a driving unit based on a result of recognition determination of the wearer's intention to move; and generating a driving force for muscle strength assistance based on the generated driving control signal.

본 발명의 실시예에 따르면 착용자의 움직이려는 의도를 비교적 단순한 구성과 효율적인 비용으로 측정가능한 웨어러블 모션측정장치와 이를 이용한 착용자 모션의도 인식방법 및 이를 포함한 웨어러블 로봇 및 그 제어방법을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a wearable motion measurement device capable of measuring a wearer's intention to move with a relatively simple configuration and cost-effectively, a method for recognizing a wearer's motion intention using the same, a wearable robot including the same, and a control method thereof.

이러한 본 발명의 실시예에 의한 웨어러블 모션 측정장치에 의해, 운동이나 작업의 강도 및 횟수에 따라 근육 길이, 굵기의 변화, 관절운동범위의 변화 등을 모니터링함으로써 운동효과 및 피로도 예측이 또한 가능하다. By the wearable motion measuring device according to the embodiment of the present invention, it is also possible to predict the exercise effect and fatigue by monitoring changes in muscle length, thickness, and joint range of motion according to the intensity and frequency of exercise or work.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 웨어러블 모션측정장치를 웨어러블 로봇과 결합하여 착용자가 걷거나, 물건을 드는 등의 동작을 할 때 근육의 길이, 굵기 또는 관절의 각도변화를 측정하고 이를 바탕으로 착용자의 의도를 파악할 수 있으며, 이러한 정보를 이용하여 웨어러블 로봇의 제어가 가능하다. In addition, the wearable motion measuring device according to an embodiment of the present invention is combined with a wearable robot to measure the length, thickness, or joint angle change of the muscle when the wearer walks or lifts an object, and based on this, the wearer It is possible to grasp the intention of the wearable robot and control the wearable robot using this information.

한편, 앞서 기재된 효과는 예시적인 것에 불과하며 당업자의 관점에서 본 발명의 세부 구성으로부터 예측되거나 기대되는 효과들 또한 본원발명 고유의 효과에 추가될 수 있을 것이다. On the other hand, the effects described above are merely exemplary, and effects predicted or expected from the detailed configuration of the present invention from the point of view of those skilled in the art may also be added to the inherent effects of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇의 구성도이다.
도 2는 도 1의 웨어러블 로봇의 동작을 설명하는 도면이다.
도 3은 도 2의 옷감형 유연구동기 단위체에 대한 예시적 구성도이다.
도 4는 도 3의 옷감형 유연구동기 단위체의 수축 및 이완 동작을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 착용자 의도인식을 위한 웨어러블 변위측정장치로서 스프링을 이용한 인덕턴스 측정장치를 나타낸다.
도 6은 도 5의 인덕턴스 측정장치에 있어서 인덕턴스와 스프링 길이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 도 5에 도시된 스프링 변위센서를 활용하여 구현한 웨어러블 모션측정장치의 일 실시예를 나타낸다.
도 8은 도 7의 웨어러블 모션측정장치의 실제 착용예를 나타낸다.
도 9는 도 8에 있어서의 실험예인, 팔목 보호대에 스프링 센서를 이두박근 수축방향에 직각으로 배치하여 이두박근의 굵기변화를 측정한 경우로서, (a)는 팔을 단순히 굽혔다 폈을 때 근육의 굵기변화 측정결과이며, (b)는 팔의 움직임없이 부하를 버티기 위해 근육에 힘이 들어갈 때의 근육의 굵기변화 측정 결과를 나타낸다.
1 is a block diagram of a wearable robot according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view for explaining the operation of the wearable robot of FIG. 1 .
3 is an exemplary configuration diagram of the cloth-type flexible actuator unit of FIG. 2 .
FIG. 4 is a view showing contraction and relaxation operations of the cloth-type flexible actuator unit of FIG. 3 .
5 shows an inductance measuring device using a spring as a wearable displacement measuring device for recognizing a wearer's intention according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the relationship between inductance and spring length in the inductance measuring device of FIG. 5 .
7 shows an embodiment of a wearable motion measuring device implemented by utilizing the spring displacement sensor shown in FIG. 5 .
FIG. 8 shows an example of actual wearing of the wearable motion measuring device of FIG. 7 .
9 is a case in which the thickness change of the biceps muscle is measured by placing a spring sensor on the wrist protector at right angles to the contraction direction of the biceps muscle, which is the experimental example of FIG. Result, (b) shows the measurement result of muscle thickness change when force is applied to the muscle to withstand the load without arm movement.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, the embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar components will be given the same reference numbers regardless of reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted. The suffixes "module" and "part" for the components used in the following description are given or mixed in consideration of only the ease of writing the specification, and do not have a meaning or role distinct from each other by themselves. In addition, in describing the embodiments disclosed in the present specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in the present specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and the technical spirit disclosed herein is not limited by the accompanying drawings, and all changes included in the spirit and scope of the present invention , should be understood to include equivalents or substitutes.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including an ordinal number, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it is understood that the other component may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in between. it should be On the other hand, when it is mentioned that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 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.In the present application, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

본 개시내용은 도면 및 이상의 설명에서 상세하게 예시되고 설명되었지만, 본 개시내용은 특성이 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 고려되어야 하고, 단지 소정의 실시형태가 도시되고 설명되었으며, 본 개시내용의 정신 내에 들어가는 모든 변화와 변형은 보호되는 것이 바람직함이 이해될 것이다.While the present disclosure has been illustrated and described in detail in the drawings and the foregoing description, the present disclosure is to be considered illustrative and not restrictive in nature, and that only certain embodiments have been shown and described and remain within the spirit of the present disclosure. It will be understood that all changes and modifications that are entered are desirably protected.

웨어러블 로봇 및 그 제어방법Wearable robot and its control method

먼저 이하에서는, 도 1 및 도 2를 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 모션측정장치와 이를 이용한 모션의도 인식방법 및 이을 포함하는 웨어러블 로봇(또는 근력 증강용 의봇)에 대하여 설명하도록 한다.First, with reference to FIGS. 1 and 2 , a wearable motion measuring device according to an embodiment of the present invention, a method for recognizing a motion intention using the same, and a wearable robot (or a muscle augmentation prosthetic robot) including the same will be described below. do.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇의 동작을 설명하기 위한 상태도이다.1 is a block diagram of a wearable robot according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a state diagram for explaining the operation of the wearable robot according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇은 의복 본체(20)와, 의복 본체(20)에 연결되는 옷감형 유연구동기(10)의 조립체를 포함할 수 있다. 1 and 2 , a wearable robot according to an embodiment of the present invention may include an assembly of a clothing body 20 and a cloth-type flexible actuator 10 connected to the clothing body 20 .

의복 본체(20)는 근력 증강용 의복의 베이스를 이루는 부분으로, 여기에서는 상의를 예로 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 하의에 적용될 수도 있다. The clothing body 20 is a part that forms the base of the clothing for muscle strength enhancement. Here, the upper is described as an example, but the present invention is not limited thereto, and may be applied to the lower portion.

의복 본체(20)는 내피 및 외피를 포함할 수 있으며, 옷감형 유연구동기(10)는 예시적으로 내피 및 외피 사이에 마련될 수 있다. 특히, 옷감형 유연구동기(10)는 의복 본체 상에서 착용자 신체의 관절에 대응되는 위치 부근에 배치될 수 있다.The garment body 20 may include an endothelium and an outer skin, and the cloth-type flexible actuator 10 may be provided, for example, between the endothelium and the outer skin. In particular, the cloth-type flexible actuator 10 may be disposed in the vicinity of a position corresponding to the joint of the wearer's body on the clothing body.

의복 본체(20)는 제 1 및 제 2 신체고정부(510, 520)를 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 신체고정부(510, 520)는 의복 본체(20)에서 관절이 대응되는 위치를 기준으로 서로 반대편에 각각 배치될 수 있다. 예를 들어, 관절이 팔꿈치인 경우, 제 1 신체고정부(510)는 상박에 대응되는 부분이며, 제 2 신체고정부(520)는 하박에 대응되는 부분일 수 있다.The clothing body 20 may include first and second body fixing parts 510 and 520 . The first and second body fixing parts 510 and 520 may be respectively disposed on opposite sides of each other based on the corresponding positions of the joints in the clothing body 20 . For example, when the joint is an elbow, the first body fixing part 510 may be a part corresponding to the upper arm, and the second body fixing part 520 may be a part corresponding to the lower arm.

이때, 유연구동기 조립체의 일 측은 제 1 신체고정부에 고정되고, 타 측은 의복 본체의 제 2 신체고정부에 고정될 수 있다. At this time, one side of the flexible actuator assembly may be fixed to the first body fixing part, and the other side may be fixed to the second body fixing part of the clothing body.

여기서, 제 1 및 제 2 신체고정부는 밴드를 포함할 수 있고, 밴드는 착용자의 팔을 감싸, 인공 근육이 착용자의 팔에 밀착되거나, 제 1 및 제 2 신체고정부가 착용자의 신체 상에서 이동되지 않고 고정되도록 할 수 있다.Here, the first and second body fixing parts may include a band, and the band wraps around the wearer's arm, so that the artificial muscle is in close contact with the wearer's arm, or the first and second body fixing parts do not move on the wearer's body. can be made to be fixed.

도 1 및 도 3을 다시 참조하면, 본 실시예에 따른 유연 구동기는 제어부(300), 전기공급부(310), 감지부(320) 및 전원부(330)를 더 포함할 수 있으며, 감지부(320)는 힘 센싱부(320b)와 의도 인식부(320a)를 포함한다. Referring back to FIGS. 1 and 3 , the flexible actuator according to this embodiment may further include a control unit 300 , an electricity supply unit 310 , a sensing unit 320 and a power supply unit 330 , and a sensing unit 320 . ) includes a force sensing unit 320b and an intention recognition unit 320a.

제어부(300)는, 열반응 부재(100)가 수축 상태에서 이완 상태로, 또는 그 반대로 변경 작동될 수 있도록 열반응 부재(100)에 전기 공급 여부를 제어하도록 구성될 수 있다. 이하에서는, 전기 공급에 의하여 열반응 부재가 수축되는 경우를 실시예로 하여 설명한다. The control unit 300 may be configured to control whether electricity is supplied to the thermally responsive member 100 so that the thermally responsive member 100 can be changed from a contracted state to a relaxed state, or vice versa. Hereinafter, a case in which the thermal reaction member is contracted by the supply of electricity will be described as an embodiment.

구체적으로, 제어부(300)는 전기공급부(310)를 통해 열반응 부재(100)에 전기 공급 여부를 제어할 수 있다. 제어부(300)가 전기공급부(310)에 전기공급신호를 전달하면, 전기공급부(310)는 열반응 부재(100)에 전류를 공급할 수 있다. 또한, 제어부(300)가 전기공급부(310)에 전기공급중단신호를 전달하면, 상기 전기공급부(310)는 열반응 부재(100)에 전류가 더 이상 흐르지 않도록 전류 공급을 중단할 수 있다. Specifically, the control unit 300 may control whether electricity is supplied to the thermal reaction member 100 through the electricity supply unit 310 . When the control unit 300 transmits an electricity supply signal to the electricity supply unit 310 , the electricity supply unit 310 may supply current to the thermal reaction member 100 . In addition, when the control unit 300 transmits an electricity supply stop signal to the electricity supply unit 310 , the electricity supply unit 310 may stop supplying the current so that the current does not flow to the thermal reaction member 100 any more.

이와 같은 전기 공급 여부 제어에 의하여 열반응 부재(100)에 전류가 공급되면 열이 발생되어 열반응 부재(100)가 수축되고, 전류 공급이 중단되면 온도가 감소되어 열반응 부재(100)가 이완된다. When a current is supplied to the thermal reaction member 100 by controlling whether or not electricity is supplied as described above, heat is generated and the thermal reaction member 100 is contracted. When the current supply is stopped, the temperature is decreased and the thermal reaction member 100 is relaxed do.

전기공급부(310)는 열반응 부재에 연결되어 열반응 부재에 전류를 공급하도록 구성될 수 있는 등, 전류제어, 힘제어 또는 냉각제어를 위한 전류 드라이버에 해당하며, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.The electricity supply unit 310 is connected to the thermal reaction member and corresponds to a current driver for current control, force control, or cooling control, such as may be configured to supply current to the thermal reaction member, and a detailed description thereof will be omitted.

감지부(320) 중 의도 인식부(320a)는 통상적으로 착용자의 생체정보 또는 동작을 감지하도록 구성된 센서를 포함할 수 있다. 여기서, 생체정보는 근전도를 포함할 수 있다. 예를 들어, 의도 인식부(320a)가 근전도 센서를 포함하는 경우, 상기 센서는 중량물의 파지, 이동, 및 지탱에 따라 착용자의 근육의 움직임 또는 동작(구체적으로, 수축 동작 또는 이완 동작)을 감지할 수 있다. 다른 예로서, 의도 인식부(320a)는 음성센서를 포함할 수 있으며, 이 경우 센서는 착용자의 음성정보를 통해 현재 착용자의 행동, 상태, 요구사항 등을 입력 받도록 구성될 수 있다. The intention recognizing unit 320a of the sensing unit 320 may include a sensor configured to detect the wearer's biometric information or motion. Here, the biometric information may include an EMG. For example, when the intention recognizing unit 320a includes an EMG sensor, the sensor detects a movement or motion of the wearer's muscle (specifically, a contraction motion or a relaxation motion) according to gripping, moving, and supporting of a heavy object. can do. As another example, the intention recognizing unit 320a may include a voice sensor, and in this case, the sensor may be configured to receive the current wearer's behavior, state, requirements, etc. through voice information of the wearer.

또한, 감지부(320) 중 힘 센싱부(320b)는 열반응 부재(100)의 변형을 감지하도록 구성된 센서를 포함할 수 있다. In addition, the force sensing unit 320b among the sensing units 320 may include a sensor configured to detect deformation of the thermally responsive member 100 .

한편, 본 발명에서는 이러한 의도 인식부(320a)에 대응하는 웨어러블 모션측정장치를 특징으로 하고 있으며, 종래기술에 비해 구성상 간단하고 비용상 효율적인 의도인식방법을 제공한다. 이에 대해서는 다시 상세히 설명하기로 한다. Meanwhile, the present invention features a wearable motion measurement device corresponding to the intention recognition unit 320a, and provides an intention recognition method that is simple in configuration and cost-effective compared to the prior art. This will be described again in detail.

전원부(330)는 제어부(300), 전기공급부(310) 및 감지부(320) 중 적어도 하나에 전기를 공급하도록 구성될 수 있다.The power supply unit 330 may be configured to supply electricity to at least one of the control unit 300 , the electricity supply unit 310 , and the sensing unit 320 .

제어부(300)는 감지부(320)에서 감지되는 정보를 기초로 전기공급부(310)가 열반응 부재로 공급하는 전류를 제어할 수 있다.The control unit 300 may control the current supplied by the electricity supply unit 310 to the thermal reaction member based on the information sensed by the sensing unit 320 .

예를 들어, 착용자가 팔을 굽히는 동작과 같이 열반응 부재의 수축이 요구되는 동작을 수행하는 경우, 의도 인식부(320a)는 측정된 정보를 제어부(300)로 전달할 수 있으며, 제어부(300)는 이러한 정보를 기초로 착용자가 팔을 굽히려는 동작을 의도하고 있는 것으로 판단할 수 있다. 또한, 제어부(300)는 착용자가 팔을 굽히는데 필요한 힘을 계산하여, 유연구동기(10)에서 출력되어야 하는 목표력을 산출할 수 있다. 그리고, 이를 구현하기 위해 제어부(300)는 산출된 목표력이 출력되도록 전기공급부(310)에서 열반응 부재에 공급하는 전류를 제어할 수 있다.For example, when the wearer performs an operation that requires the contraction of the thermal reaction member, such as bending the arm, the intention recognition unit 320a may transmit the measured information to the control unit 300 , and the control unit 300 . may determine that the wearer intends to bend the arm based on this information. In addition, the controller 300 may calculate the force required to bend the wearer's arm, and calculate the target force to be output from the flexible actuator 10 . And, to implement this, the control unit 300 may control the current supplied from the electricity supply unit 310 to the thermal reaction member so that the calculated target force is output.

작동의 예시로서, 웨어러블 로봇은 착용자의 동작을 감지하도록 구성된 의도인식부(320a)에 해당하는 센서가 착용자의 이완 동작을 감지하는 경우, 웨어러블 로봇의 제어부(300)는 이완근 측에 배열된 구동기 내 열반응 부재로의 전원 공급은 차단하고 수축근 측에 배열된 구동기 내 열반응 부재로의 전원은 공급하도록 전기공급부(310)를 제어할 수 있다. As an example of operation, in the wearable robot, when the sensor corresponding to the intention recognition unit 320a configured to detect the motion of the wearer detects the relaxation motion of the wearer, the control unit 300 of the wearable robot is located in the actuator arranged on the side of the relaxation muscle. The electricity supply unit 310 may be controlled to cut off the power supply to the thermal response member and supply power to the thermal response member in the actuator arranged on the side of the contractile muscle.

한편, 옷감형 유연구동기를 길항(antagonistic) 구조로 배치하여 근력보조에 활용할 수 있다. 도 2를 참고하면, 예시적인 웨어러블 로봇은 한 쌍의 제 1 및 제 2 옷감형 유연구동기(10a, 10b)를 포함할 수 있다. 착용자가 웨어러블 로봇을 착용하면, 제 1 및 제 2 옷감형 유연구동기가 팔(또는 다리)의 내측 및 외측에 위치되도록 제 1 및 제 2 옷감형 유연구동기는 각각 서로 마주보도록 배치될 수 있다. On the other hand, fabric-type flexible actuators can be arranged in an antagonistic structure and used for muscle support. Referring to FIG. 2 , an exemplary wearable robot may include a pair of first and second cloth-type flexible actuators 10a and 10b. When the wearer wears the wearable robot, the first and second cloth-type flexible actuators may be disposed to face each other so that the first and second cloth-type flexible actuators are positioned inside and outside the arm (or leg).

여기서, 웨어러블 로봇의 제어부는, 착용자의 기 설정된 동작, 예를 들어, 팔(또는 다리)이 굽혀지는 동작이 감지되는 경우 제 1 옷감형 유연구동기(10a)는 수축하고, 및/또는 제 2 옷감형 유연구동기(10b)는 이완하도록 구성될 수 있다. 즉, 제어부는 제 1 옷감형 유연구동기(10a)의 열반응 부재에는 전원이 공급되도록 전기공급부를 제어하고, 및/또는 제 2 옷감형 유연구동기(10b)의 열반응 부재에는 전원 공급이 차단되고 동시에 제 2 옷감형 유연구동기(10b)의 냉각공기 공급부에는 전원이 공급되도록 전기공급부를 제어할 수 있다.Here, the control unit of the wearable robot, when a preset motion of the wearer, for example, a bending motion of the arm (or leg) is sensed, the first cloth-type flexible actuator 10a contracts, and/or the second cloth The type flexible actuator 10b may be configured to relax. That is, the control unit controls the electric supply to supply power to the thermally responsive member of the first cloth-type flexible actuator 10a, and/or the heat-responsive member of the second cloth-type flexible actuator 10b is cut off from power supply At the same time, it is possible to control the electricity supply unit so that power is supplied to the cooling air supply unit of the second cloth-type flexible actuator (10b).

한편, 옷감형 유연구동기(10)의 조립체는 근력 보조를 위한 구동력을 발생시키는 기능을 하며 이를 위하여 다양한 구성으로 구체화될 수 있다. 이러한 다양한 형태의 유동구동기 조립체는 본 발명에 의한 웨어러블 모션측정장치 및 이를 이용한 의도인식방법과 결합 내지 연동될 수 있다. 이하, 이해를 돕기 위하여 유연구동기 조립체의 하나의 예시만을 설명한다. On the other hand, the assembly of the cloth-type flexible actuator 10 functions to generate a driving force for muscle strength assistance, and may be embodied in various configurations for this purpose. These various types of flow actuator assemblies can be combined or interlocked with the wearable motion measurement device and the intention recognition method using the same according to the present invention. Hereinafter, only one example of the flexible actuator assembly will be described for better understanding.

본 명세서에 기재된 실시예는 전류를 이용한 주울 가열(Joule heating)을 통해 유연구동기가 수축되도록 하는 열반응 부재의 경우에 한정한다. The embodiments described herein are limited to the case of a thermally responsive member that causes the flexible actuator to contract through Joule heating using electric current.

도 1 및 도 2에 예시적으로 도시된 바와 같은 유연구동기(10)의 조립체는, 온도 변화에 따라 수축 상태와 이완 상태 사이에서 변경 가능하도록 구성된 한 쌍의 제 1 유연구동기(10a)와 제 2 유연구동기(10b)와, 상기 제 1 유연구동기와 상기 제 2 유연구동기의 수축 상태와 이완 상태 사이에서의 작동 변경을 위한 전원 공급을 제어하도록 구성된 제어부(300)를 포함한다. The assembly of the flexible actuator 10 as exemplarily shown in FIGS. 1 and 2 is a pair of first and second flexible actuators 10a and 2 configured to be changeable between a contracted state and a relaxed state according to a change in temperature. A flexible actuator (10b) and a control unit (300) configured to control the power supply for changing the operation between the contracted state and the relaxed state of the first flexible actuator and the second flexible actuator.

도 3에 도시된 유연구동기(10) 단위체 예시는, 본체 내부에 배치된 열반응 부재(100)가 제어부(300)에 의하여 수축 및 팽창됨에 의하여 구동기 자체도 수축 및 팽창되도록 구성된다. The example of the flexible actuator 10 unit shown in FIG. 3 is configured so that the actuator itself contracts and expands as the thermal reaction member 100 disposed inside the main body contracts and expands by the controller 300 .

열반응 부재(100)는 일 방향을 따라 연장되며, 온도 변화에 따라 연장된 길이방향을 따라 수축 또는 이완 가능하도록 구성될 수 있다. 예시적으로, 열반응 부재는 전기가 공급되면 발생하는 열에 반응하여 일 방향을 따라 수축될 수 있다. 또한, 전기 공급이 중단되어 온도가 감소되면, 일 방향의 반대 방향으로 이완될 수 있다.The thermal reaction member 100 may extend in one direction and may be configured to be contracted or relaxed along the lengthwise direction extended according to a change in temperature. For example, the thermally responsive member may contract in one direction in response to heat generated when electricity is supplied. In addition, when the supply of electricity is stopped and the temperature is reduced, it may be relaxed in one direction and in the opposite direction.

열반응 부재(100)는 열에 반응하는 형상기억합금 소재로 형성될 수 있다. 예를 들어, 열반응 부재(100)는 형상기억합금 와이어 또는 형상기억합금 스프링으로 이루어질 수 있다. 또는, 열반응 부재(100)는 형상기억합금 소재뿐만 아니라, 열에 의하여 반응하는 다양한 열반응 물질, 예를 들면, 형상기억수지(shape memory resin), 형상기억고분자(shape memory polymer, SMP), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리아미드(polyamide), 나일론(nylon) 등으로 이루어질 수 있다.The thermal reaction member 100 may be formed of a shape memory alloy material that responds to heat. For example, the thermal reaction member 100 may be made of a shape memory alloy wire or a shape memory alloy spring. Alternatively, the thermally responsive member 100 is not only a shape memory alloy material, but also a variety of thermally responsive materials that react by heat, for example, shape memory resin, shape memory polymer (SMP), carbon It may be made of a nanotube (carbon nanotube), polyethylene (polyethylene), polyamide (polyamide), nylon (nylon), or the like.

열반응 부재(100)는 복수의 다발로 구성될 수 있으며, 이 때 복수의 열반응 부재는 평행하게 배치될 수 있다. The thermally responsive member 100 may be composed of a plurality of bundles, and in this case, the plurality of thermally responsive members may be arranged in parallel.

예시적으로, 복수의 열반응 부재의 일 측의 일부(110a), 일 측의 또 다른 일부(110b), 타 측의 일부(120a), 타 측의 또 다른 일부(120b)는 서로 연결될 수 있다. 또한, 타 측의 일부 및 또 다른 일부(120a, 120b)는 서로 연결될 수 있다. 이러한 구조에 의하면, 열반응 부재의 일 측의 일부(110a), 타 측의 일부 및 또 다른 일부(120a, 120b), 일 측의 또 다른 일부(110b) 순서로 또는 그 반대 순서로 전류가 흐를 수 있다.Exemplarily, a portion 110a of one side, another portion 110b of one side, a portion 120a of the other side, and another portion 120b of the other side of the plurality of thermal reaction members may be connected to each other. . In addition, a part of the other side and the other part (120a, 120b) may be connected to each other. According to this structure, the current flows in the order of a part 110a of one side of the thermal reaction member, a part and another part 120a, 120b of the other side, and another part 110b of one side of the thermal reaction member, or vice versa. can

이러한 열반응 부재(100)는 본체(400) 내에 수용될 수 있다. 본체(400)는 열반응 부재(100)를 전체적으로 감싸는 형태로 이루어질 수 있다.The thermal reaction member 100 may be accommodated in the body 400 . The body 400 may be formed in a shape that completely surrounds the thermal reaction member 100 .

본체(400)의 일 측 또는 타 측에는 제 1 및 제 2 고정부(510, 520)가 배치될 수 있다. 앞서 설명한 열반응 부재의 일 측은 제 1 고정부(510)에 고정되고, 열반응 부재의 타 측은 제 2 고정부(520)에 고정될 수 있다.First and second fixing parts 510 and 520 may be disposed on one side or the other side of the body 400 . One side of the aforementioned thermal reaction member may be fixed to the first fixing unit 510 , and the other side of the thermal reaction member may be fixed to the second fixing unit 520 .

한편, 제 1 및 제 2 고정부(510, 520)는 홀을 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 유연 구동기는 이러한 홀을 이용하여 다른 부재와 연결되어 사용될 수 있다.Meanwhile, the first and second fixing parts 510 and 520 may include holes. The flexible actuator according to the present embodiment may be used in connection with other members using such a hole.

본체(400)는 다양한 소재로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는, 열반응 부재의 수축 또는 이완 시 함께 수축 또는 이완 가능한 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 본체는 유연한 소재, 보다 바람직하게는 패브릭 소재로 이루어질 수 있다. The body 400 may be made of various materials, and preferably, may be made of a material that can be contracted or relaxed together when the thermal reaction member is contracted or relaxed. For example, the body may be made of a flexible material, more preferably a fabric material.

열반응 부재들 각각이 서로 절연되도록 하기 위해서 본체에는 스티치부(430)가 형성될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면 열반응 부재들 각각이 서로 접하는 것이 방지될 수 있다.In order to insulate each of the thermal reaction members from each other, a stitch portion 430 may be formed in the body. According to such a structure, each of the thermal reaction members may be prevented from contacting each other.

도 4는 도 3에 따른 옷감형 유연구동기 단위체의 수축 또는 이완 동작을 나타내기 위한 도면이다.FIG. 4 is a view for illustrating a contraction or relaxation operation of the cloth-type flexible actuator unit according to FIG. 3 .

도 4의 (a)는 옷감형 유연구동기(10)의 초기 이완상태로서, 유연구동기(10)의 전원을 off 하고 구동기 내부로의 냉각공기 투입이 없는 상태를 나타낸다. Figure 4 (a) is an initial relaxed state of the cloth-type flexible actuator 10, showing a state in which the power of the flexible actuator 10 is turned off and there is no input of cooling air into the actuator.

다음, 도 4의 (b)는 옷감형 유연구동기(10)가 이완상태에서 수축상태로 변형된 것으로서, 유연구동기(10)의 전원을 on 하고 냉각공기 투입이 없는 상태를 나타낸다. 열반응 부재에 전류가 흘러 수축되면 본체(패브릭)는 열반응 부재를 따라 함께 수축될 수 있다.Next, (b) of FIG. 4 shows that the cloth-type flexible actuator 10 is deformed from a relaxed state to a contracted state, and the power of the flexible actuator 10 is turned on and there is no cooling air input. When an electric current flows through the thermally responsive member to contract, the body (fabric) may be contracted along with the thermally responsive member.

다음, 도 4의 (c)는 옷감형 유연구동기(10)가 수축상태에 이완상태로 변형된 것으로서, 유연구동기(10)의 전원을 off 하고 냉각공기 공급부(200)에 의한 냉각공기 투입을 시작한 상태를 나타낸다. Next, (c) of FIG. 4 shows that the cloth-type flexible actuator 10 is transformed from a contracted state to a relaxed state, the power of the flexible actuator 10 is turned off and cooling air input by the cooling air supply unit 200 is started. indicates the status.

마지막으로, 도 3의 (d)는 옷감형 유연구동기(10)가 냉각공기 공급부(200)의 냉각공기에 의하여 열반응 부재(100)의 냉각속도가 향상되어 최종적으로 빠른 시간에 초기 이완상태에 복귀한 상태를 나타낸다.Finally, FIG. 3(d) shows that the cloth-type flexible actuator 10 is in an initial relaxed state in a short time because the cooling rate of the thermal reaction member 100 is improved by the cooling air of the cooling air supply unit 200. Indicates the returned state.

의도인식부intention recognition unit : 웨어러블 : wearable 모션motion 측정장치와 이를 이용한 Measuring device and using it 모션의도motion intention 인식방법 Recognition method

앞서 언급한 바와 같이, 본 발명에서는 가령 웨어러블 로봇의 의도 인식부(320a)에 대응하는 웨어러블 모션측정장치를 특징으로 하고 있으며, 이를 이용하여 근전도센서 등과 같은 종래기술에 비해 구성상 간단하고 비용상 효율적인 의도인식방법을 제공한다. As mentioned above, in the present invention, for example, a wearable motion measurement device corresponding to the intention recognition unit 320a of the wearable robot is characterized, and using this, the structure is simple and cost-effective compared to the prior art such as an EMG sensor. It provides an intention recognition method.

본 발명은, 사람의 움직이려는 의도는 근육의 굵기 변화, 관절 각도의 변화를 통해 나타나며, 팔, 다리, 허리 등을 굽혔다 펴거나, 물건을 들고자 하는 사람의 의도를 근육의 직경변화, 관절 각도의 변화 등을 이용하여 측정 및 판단한다는 것을 기본적인 기술사상으로 한다. In the present invention, a person's intention to move is expressed through a change in the thickness of a muscle and a change in the joint angle, and the intention of a person to bend and straighten arms, legs, waist, etc. The basic technical idea is to measure and judge using changes in

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 모션측정장치는, 착용자가 가령 무거운 물건을 들고자 하는 경우 이를 센서(322)를 통하여 그러한 착용자 의도를 인지하도록 구성된다. 여기서 센서는 제 1 모션에서 제 2 모션으로 움직임이 인덕턴스(inductance)의 변화를 야기하도록 구성되며, 이러한 센서에서의 인덕턴스 변화 감지에 의하여 착용자의 움직임 의도를 판단하도록 구성되어야 한다. That is, the wearable motion measurement apparatus according to an embodiment of the present invention is configured to recognize the wearer's intention through the sensor 322 when the wearer wants to pick up a heavy object. Here, the sensor is configured such that movement from the first motion to the second motion causes a change in inductance, and should be configured to determine the intention of the wearer to move by sensing the change in inductance in the sensor.

센서(322)는 선형 변위를 측정하도록 구성되며, 선형 변위는 가령 전도성 소재의 스프링에 의하여 측정될 수 있다. 즉, 이러한 센서(322)는 전도성 소재로 만들어지는 스프링이 길이방향으로의 변형에 대해 인덕턴스가 변화하는 원리를 이용한 것이다. The sensor 322 is configured to measure a linear displacement, which may be measured by, for example, a spring of conductive material. That is, the sensor 322 uses the principle that the inductance of a spring made of a conductive material changes with respect to deformation in the longitudinal direction.

도 5에 도시된 바와 같이, 구체적으로 센서(322)인 스프링의 인덕턴스(L)은 스프링 길이(l)의 함수 L(l)이며 다음과 같이 나타낼 수 있다. 도 5는 본 발명에 의한 웨어러블 변위측정장치의 일 실시예로서 스프링 센서를 이용한 인덕턴스 측정장치의 개략도를 나타낸다. 5, specifically, the inductance L of the spring, which is the sensor 322, is a function L(l) of the spring length l and can be expressed as follows. 5 is a schematic diagram of an inductance measuring device using a spring sensor as an embodiment of a wearable displacement measuring device according to the present invention.

[수학식 1] L = (N2 × d2) / (18d + 40l)[Equation 1] L = (N 2 × d 2 ) / (18d + 40l)

여기서, N은 스프링의 회전수, l은 스프링의 길이, r 및 d는 각각 스프링의 반경과 직경을 나타낸다. Here, N is the number of rotations of the spring, l is the length of the spring, and r and d are the radius and diameter of the spring, respectively.

위 수학식으로부터 스프링의 길이가 길어질수록 인덕턴스가 감소함을 알 수 있으며, 이는 도 6에서 확인되는 바와 같다. 도 6은 도 5의 인덕턴스 측정장치에 있어서 인덕턴스와 스프링 길이의 관계를 나타내는 그래프이다. From the above equation, it can be seen that the inductance decreases as the length of the spring increases, as confirmed in FIG. 6 . 6 is a graph showing the relationship between inductance and spring length in the inductance measuring device of FIG. 5 .

본 실시예에서와 같이 전도성 소재로 만들어진 스프링이 변형에 대해 인덕턴스가 변화하는 원리를 이용한 센서는 종래의 고사양 센서에 비해 가격이 저렴하여 선형변위 측정에 많은 활용이 가능한 장점이 있다. As in this embodiment, the sensor using the principle that the inductance changes with respect to the deformation of a spring made of a conductive material has an advantage that it can be widely used for measuring linear displacement because the price is lower than that of a conventional high-spec sensor.

도 7은 일 실시예에 의한 스프링 변위센서를 활용하여 구현한 웨어러블 모션측정장치의 일 실시예를 나타낸다. 7 shows an embodiment of a wearable motion measurement device implemented using a spring displacement sensor according to an embodiment.

도 7에 도시된 의도인식부(320a)인 웨어러블 모션측정장치는 의복(321) 내에 스프링으로 구성된 센서(322)를 삽입하여 구현된다. 스프링을 신축성 있는 의복 내에 삽입하여 근육이나 관절의 변화가 스프링의 길이에 반영되도록 하여 근육의 굵기변화나 관절의 각도변화를 측정하도록 구성된다. The wearable motion measurement device, which is the intention recognition unit 320a shown in FIG. 7 , is implemented by inserting a sensor 322 composed of a spring into the garment 321 . By inserting the spring into the elastic garment so that the change in the muscle or joint is reflected in the length of the spring, it is configured to measure the change in the thickness of the muscle or the change in the angle of the joint.

신축성 있는 의복(321)은 팔토시, 팔목보호대, 다리 보호대 등의 신체 일부에 착용하는 의복의 형태 또는 내복, 레깅스, 타이즈 형태의 전신 옷 형태일 수 있다.The elastic garment 321 may be in the form of clothes worn on a part of the body, such as an arm tossie, a wrist protector, or a leg protector, or in the form of full body clothes in the form of underwear, leggings, and tights.

스프링으로 구성된 센서(322)는 신체의 움직임에 의해 근육의 길이 및 굵기, 관절의 각도변화가 발생하는 곳에 쉽게 부착 가능하다. The sensor 322 composed of a spring can be easily attached to a place where the length and thickness of the muscle and the angle of the joint are changed by the movement of the body.

즉, 스프링 센서는 착용자의 제 1 모션에서 제 2 모션으로의 움직임 의도에 의해 야기된 근육의 형상 변화를 측정하도록 구성된다. 근육의 형상 변화는 근육의 길이 또는 근육의 굵기에 있어서의 변화를 야기한다. 이러한 스프링은 근육의 길이 또는 굵기가 변화하는 방향으로 배치되며, 가령, 도 7에 도시된 바와 같이 근육의 굵기의 변화를 측정하도록 근육에 직교하는 방향으로 의복(321) 내에서 배치된다. That is, the spring sensor is configured to measure the shape change of the muscle caused by the wearer's intention to move from the first motion to the second motion. A change in the shape of a muscle causes a change in the length or thickness of the muscle. Such a spring is disposed in a direction in which the length or thickness of the muscle changes, for example, as shown in FIG. 7 , is disposed in the garment 321 in a direction orthogonal to the muscle to measure the change in the thickness of the muscle.

또한, 스프링 센서는 착용자의 제 1 모션에서 제 2 모션으로의 변형에 의해 야기된 관절의 각도 변화를 측정하도록 구성된다. 가령 도 7에 도시된 바와 같이, 스프링으로 구성된 센서(322)는 팔꿈치 관절의 회전축에 직교하는 방향으로 의복(321) 내에서 배치된다. Further, the spring sensor is configured to measure an angular change in the joint caused by the deformation of the wearer's first motion to a second motion. For example, as shown in FIG. 7 , a sensor 322 composed of a spring is disposed in the garment 321 in a direction orthogonal to the axis of rotation of the elbow joint.

도 8은 도 7의 웨어러블 모션측정장치의 실제 착용예를 나타내며, 도 9는 도 8에 있어서의 실험결과로서, 팔목 보호대에 스프링 센서를 이두박근 수축방향에 직각으로 배치하여 이두박근의 굵기변화를 측정한 경우이다. 도 9의 (a)는 팔을 단순히 굽혔다 폈을 때 근육의 굵기변화를 측정한 결과이며, (b)는 팔의 움직임없이 부하를 버티기 위해 근육에 힘이 들어갈 때의 근육의 굵기변화를 측정한 결과를 나타낸다. FIG. 8 shows an example of actual wearing of the wearable motion measurement device of FIG. 7, and FIG. 9 is an experimental result in FIG. 8, in which a spring sensor was placed on the wrist guard at a right angle to the biceps muscle contraction direction to measure the change in the thickness of the biceps is the case Figure 9 (a) is the result of measuring the thickness change of the muscle when the arm is simply bent and unfolded, (b) is the measurement result of the muscle thickness change when the force is applied to the muscle to withstand the load without the movement of the arm indicates

이상과 같이, 스프링 센서를 이용한 신축성 있는 신체 일부에 착용하는 의복 또는 내복, 레깅스, 타이즈 형태의 전신 옷 형태의 웨어러블 모션 측정장치를 이용하여, 운동이나 작업의 강도 및 횟수에 따라 근육 길이, 굵기의 변화, 관절운동범위의 변화 등을 모니터링함으로써 운동효과 및 피로도 예측이 가능하다. As described above, by using a wearable motion measuring device in the form of full-body clothes in the form of clothes or underwear, leggings, and tights worn on a part of the body that is stretchable using a spring sensor, the length and thickness of muscles can be measured according to the intensity and frequency of exercise or work. By monitoring changes and changes in joint range of motion, exercise effects and fatigue can be predicted.

한편, 앞서 설명한 웨어러블 모션측정장치는 웨어러블 로봇과 결합 내지 연동하여 사용될 수 있다. 이러한 웨어러블 로봇의 제어방법은, 앞서 기재된 착용자 의도인식방법을 사용하여, 상기 웨어러블 로봇의 착용자의 움직임 의도를 인식하는 단계, 상기 착용자의 움직임 의도의 인식 판단 결과에 기초하여 구동부의 작용을 위한 구동제어신호를 생성하는 단계, 및 상기 생성된 구동제어신호에 기초하여 근력 보조를 위한 구동력을 발생시키는 단계를 포함한다. On the other hand, the wearable motion measuring apparatus described above may be used in combination with or in conjunction with a wearable robot. The control method of the wearable robot includes the steps of recognizing the movement intention of the wearer of the wearable robot using the wearer intention recognition method described above, and driving control for the operation of the driving unit based on the recognition determination result of the wearer's movement intention generating a signal, and generating a driving force for muscle strength assistance based on the generated driving control signal.

웨어러블 모션측정장치를 웨어러블 로봇과 결합하여 착용자가 걷거나, 물건을 드는 등의 동작을 할 때 근육의 길이, 굵기 또는 관절의 각도변화를 측정하고 이를 바탕으로 착용자의 의도를 파악할 수 있다. 이 정보를 이용하여 웨어러블 로봇의 제어가 가능하다. By combining a wearable motion measurement device with a wearable robot, when the wearer walks or lifts an object, the length, thickness, or joint angle change of the muscle is measured, and the wearer's intention can be determined based on this. Using this information, it is possible to control the wearable robot.

이상에서 설명된 장치 및 이에 대한 제어는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate 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 어플리케이션을 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 복수 개의 처리 요소 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성도 가능하다.The above-described apparatus and its control may be implemented by a hardware component, a software component, and/or a combination of the hardware component and the software component. For example, the devices and components described in the embodiments may include a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable gate array (FPGA), and a programmable logic unit (PLU). It may be implemented using one or more general purpose or special purpose computers, such as a logic unit, microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For convenience of understanding, although one processing device is sometimes described as being used, one of ordinary skill in the art will recognize that the processing device may include a plurality of processing elements and/or multiple types of processing elements. it can be seen that there is For example, the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as parallel processors.

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 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소, 물리적 장치, 가상 장치, 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화될 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.Software may comprise a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of these, which configures the processing device to operate as desired or, independently or in combination, instructs the processing device to operate as desired. can do. Software and/or data may be permanently or temporarily placed on any type of machine, component, physical device, virtual device, computer storage medium or device to be interpreted by or provide instructions or data to the processing device. can be materialized. The software may be distributed over networked computer systems, and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored in one or more computer-readable recording media.

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.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment, or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic such as floppy disks. - includes magneto-optical media, and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

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.As described above, although the embodiments have been described with reference to the limited embodiments and drawings, various modifications and variations are possible from the above description by those skilled in the art. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or the described components of the system, structure, apparatus, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components Or substituted or substituted by equivalents may achieve an appropriate result.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

10 유연구동기
300 제어부
310 전기공급부 320 감지부
320a 의도 인식부
321 의복 322, 323 센서
330 전원부
10 Flexible actuator
300 control
310 Electricity supply unit 320 Sensor unit
320a intent recognition unit
321 Garment 322, 323 Sensor
330 power supply

Claims (20)

웨어러블 모션측정장치로서,
의복; 및
상기 의복을 착용한 착용자의 움직임에 의한 근육 또는 관절의 변형이 인덕턴스의 변화를 야기하도록 구성된 센서를 포함하고,
상기 센서에서의 인덕턴스 변화 감지에 의하여 착용자의 움직임 의도를 판단하도록 구성된,
웨어러블 모션측정장치.
A wearable motion measurement device comprising:
cloth; and
and a sensor configured to cause a change in inductance by deformation of a muscle or joint caused by movement of a wearer wearing the garment,
configured to determine the wearer's intention to move by sensing an inductance change in the sensor,
Wearable motion measurement device.
제 1 항에 있어서,
상기 센서는 근육 또는 관절의 변형에 따른 선형 변위를 측정하도록 구성된,
웨어러블 모션측정장치.
The method of claim 1,
The sensor is configured to measure a linear displacement in response to a deformation of a muscle or joint,
Wearable motion measurement device.
제 2 항에 있어서,
상기 선형 변위는 전도성 소재의 스프링에 의하여 측정되는,
웨어러블 모션측정장치.
3. The method of claim 2,
The linear displacement is measured by a spring of conductive material,
Wearable motion measurement device.
제 3 항에 있어서,
상기 센서는 착용자의 제 1 모션에서 제 2 모션으로의 움직임 의도에 의해 야기된 근육의 형상 변화를 측정하도록 구성된,
웨어러블 모션측정장치.
4. The method of claim 3,
wherein the sensor is configured to measure a change in shape of a muscle caused by a wearer's intention to move from a first motion to a second motion;
Wearable motion measurement device.
제 4 항에 있어서,
상기 근육의 형상 변화는 근육의 길이 또는 근육의 굵기에 있어서의 변화인,
웨어러블 모션측정장치.
5. The method of claim 4,
The shape change of the muscle is a change in the length or thickness of the muscle,
Wearable motion measurement device.
제 5 항에 있어서,
상기 스프링은 상기 근육의 길이 또는 굵기가 변화하는 방향으로 배치되는,
웨어러블 모션측정장치.
6. The method of claim 5,
The spring is disposed in a direction in which the length or thickness of the muscle changes,
Wearable motion measurement device.
제 6 항에 있어서,
상기 스프링은 상기 근육의 굵기의 변화를 측정하도록 상기 근육에 직교하는 방향으로 배치되는,
웨어러블 모션측정장치.
7. The method of claim 6,
The spring is disposed in a direction perpendicular to the muscle to measure a change in the thickness of the muscle,
Wearable motion measurement device.
제 3 항에 있어서,
상기 센서는 착용자의 제 1 모션에서 제 2 모션으로의 변형에 의해 야기된 관절의 각도 변화를 측정하도록 구성된,
웨어러블 모션측정장치.
4. The method of claim 3,
wherein the sensor is configured to measure an angular change in a joint caused by a deformation of the wearer from a first motion to a second motion;
Wearable motion measurement device.
제 8 항에 있어서,
상기 스프링은 상기 관절의 회전축에 직교하는 방향으로 배치되는,
웨어러블 모션측정장치.
9. The method of claim 8,
The spring is disposed in a direction perpendicular to the axis of rotation of the joint,
Wearable motion measurement device.
제 5 항에 있어서,
상기 웨어러블 모션측정장치는 신체 일부에 착용하는 형태의 의복 또는 전신 옷 형태의 의복인,
웨어러블 모션측정장치.
6. The method of claim 5,
The wearable motion measurement device is a type of clothing worn on a part of the body or clothing in the form of full body clothes,
Wearable motion measurement device.
웨어러블 모션인지방법로서,
착용자의 제 1 모션에서 제 2 모션으로의 움직임에 의하여 센서가 선형 변위를 야기하는 단계;
상기 선형 변위에 따른 인덕턴스의 변화를 제어부가 측정하는 단계; 및
상기 인덕턴스의 변화에 기초하여 상기 제어부가 착용자의 움직임 의도 여부를 판단하는 단계
를 포함하는,
웨어러블 모션인지방법.
A wearable motion recognition method comprising:
causing a linear displacement of the sensor by movement of the wearer from the first motion to the second motion;
measuring, by a controller, a change in inductance according to the linear displacement; and
determining, by the controller, whether the wearer intends to move based on the change in the inductance
containing,
Wearable motion recognition method.
제 11 항에 있어서,
상기 센서의 선형 변위는 전도성 소재의 스프링에 의하여 발생되는,
웨어러블 모션인지방법.
12. The method of claim 11,
The linear displacement of the sensor is generated by a spring of a conductive material,
Wearable motion recognition method.
제 12 항에 있어서,
상기 센서의 선형 변위는 착용자의 움직임 의도에 의해 야기된 근육의 형상 변화에 기초하는,
웨어러블 모션인지방법.
13. The method of claim 12,
The linear displacement of the sensor is based on a change in the shape of the muscle caused by the wearer's intention to move.
Wearable motion recognition method.
제 13 항에 있어서,
상기 근육의 형상 변화는 근육의 길이 또는 근육의 굵기에 있어서의 변화인,
웨어러블 모션인지방법.
14. The method of claim 13,
The shape change of the muscle is a change in the length or thickness of the muscle,
Wearable motion recognition method.
제 14 항에 있어서,
상기 스프링은 상기 근육의 길이 또는 굵기가 변화하는 방향으로 배치되는,
웨어러블 모션인지방법.
15. The method of claim 14,
The spring is disposed in a direction in which the length or thickness of the muscle changes,
Wearable motion recognition method.
제 15 항에 있어서,
상기 스프링은 상기 근육의 굵기의 변화를 측정하도록 상기 근육에 직교하는 방향으로 배치되는,
웨어러블 모션인지방법.
16. The method of claim 15,
The spring is disposed in a direction perpendicular to the muscle to measure a change in the thickness of the muscle,
Wearable motion recognition method.
제 12 항에 있어서,
상기 센서의 선형 변위는 착용자의 움직임 의도에 의해 야기된 관절의 각도 변화에 기초하는,
웨어러블 모션인지방법.
13. The method of claim 12,
The linear displacement of the sensor is based on the angular change of the joint caused by the wearer's intention to move,
Wearable motion recognition method.
제 17 항에 있어서,
상기 스프링은 상기 관절의 회전축에 직교하는 방향으로 배치되는,
웨어러블 모션인지방법.
18. The method of claim 17,
The spring is disposed in a direction perpendicular to the axis of rotation of the joint,
Wearable motion recognition method.
웨어러블 로봇으로서,
의복;
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서의 모션측정장치를 사용하여 상기 의복의 착용자의 움직임 의도를 판단하도록 구성된 의도인식부;
상기 의도인식부로부터의 신호에 의해 구동부로의 구동제어신호를 생성하도록 제어부; 및
상기 제어부로부터의 구동제어신호에 의해 근력 보조를 위한 구동력을 발생시키도록 구성된 구동부
를 포함하는,
웨어러블 로봇.
As a wearable robot,
cloth;
An intention recognition unit configured to determine a movement intention of a wearer of the garment using the motion measuring device according to any one of claims 1 to 10;
a control unit to generate a driving control signal to the driving unit according to the signal from the intention recognition unit; and
A driving unit configured to generate a driving force for muscle strength assistance by a driving control signal from the control unit
containing,
wearable robot.
웨어러블 로봇의 제어방법으로서,
제 11 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서의 모션인지방법을 사용하여, 상기 웨어러블 로봇의 착용자의 움직임 의도를 제어부가 인식하는 단계;
상기 착용자의 움직임 의도의 인식 판단 결과에 기초하여 상기 제어부가 구동부의 작용을 위한 구동제어신호를 생성하는 단계; 및
상기 생성된 구동제어신호에 기초하여 상기 제어부가 근력 보조를 위한 구동력을 발생시키는 단계
를 포함하는,
웨어러블 로봇의 제어방법.
A control method for a wearable robot, comprising:
19. The method of any one of claims 11 to 18, further comprising: recognizing, by a controller, a movement intention of a wearer of the wearable robot using the motion recognition method;
generating, by the control unit, a driving control signal for the operation of the driving unit based on the recognition determination result of the wearer's movement intention; and
generating, by the control unit, a driving force for muscle strength assistance based on the generated driving control signal
containing,
Control method of wearable robot.
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