KR102309199B1 - User adaptable wearable suit - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 사용자 적응형 웨어러블 슈트는 사용자 신체에부착되는 다수의 센서를 포함하고 상기 사용자의 움직임에 대한 신호를 계측하여 계측 값을 수집하는 측정부 및 상기 사용자의 움직임을 판단할 수 있는 행동 패턴을 포함하고, 상기 계측 값을 상기 행동 패턴에 실시간으로 매칭하여 상기 사용자가 보행상태 또는 낙상상태 중 어느 하나에 해당되는지 판단하는 판단부를 포함하고, 상기 판단부는 상기 계측 값을 상기 행동 패턴에 저장 및 상기 행동 패턴을 추가하여 개인화 정보를 생성할 수 있다. A user adaptive wearable suit according to the present invention includes a plurality of sensors attached to a user's body, a measurement unit that measures a signal for the user's movement to collect a measurement value, and a behavior pattern that can determine the user's movement and a determination unit that matches the measured value to the behavior pattern in real time to determine whether the user corresponds to either a walking state or a falling state, wherein the determination unit stores the measured value in the behavior pattern and By adding the behavior pattern, personalized information may be generated.
Description
본 발명은 웨어러블 슈트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 사용자의 움직임을 보조하는 웨어러블 슈트가 착용한 사용자의 움직임에 적응하여 웨어러블 슈트를 개인화하는 사용자 적응형 웨어러블 슈트에 관한 것이다. The present invention relates to a wearable suit, and more particularly, to a user adaptive wearable suit that personalizes the wearable suit by adapting to the user's movement worn by the wearable suit that assists the user's movement.
최근 고령화 사회가 심화됨에 따라서 관절에 문제가 있어서 이에 대한 고통과 불편을 호소하는 사람들이 증가하고 있으며, 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.Recently, as an aging society deepens, people complaining of pain and discomfort due to joint problems are increasing, and interest in walking aids that can facilitate walking for the elderly or patients with joint problems is increasing. In addition, for the purpose of military use, etc., walking assistance devices for strengthening the muscular strength of the human body have been developed.
예를 들어, 보행 보조 장치는, 사용자의 몸통에 장착되는 몸체프레임과, 몸체프레임의 하측에 결합되어 사용자의 골반을 감싸는 골반 프레임과, 사용자의 대퇴부 및 종아리, 발부위에 장착되는 대퇴부 프레임, 종아리 프레임, 발 프레임으로 구성된다. 골반프레임과 대퇴부 프레임은 고관절부에 의해 회전 가능하도록 연결되고, 프레임과 종아리 프레임은 무릎 관절부에 의해 회전 가능하도록 연결되며, 종아리 프레임과 발 프레임은 발목관절에 의해 회전 가능하도록 연결된다.For example, the walking assistance device includes a body frame mounted on the user's torso, a pelvic frame coupled to the lower side of the body frame to surround the user's pelvis, a femoral frame mounted on the user's thighs, calves, and feet, and a calf frame , is composed of a foot frame. The pelvic frame and the femur frame are rotatably connected by the hip joint, the frame and the calf frame are rotatably connected by the knee joint, and the calf frame and the foot frame are rotatably connected by the ankle joint.
최근에는, 보행 보조 장치의 사용성을 향상시키기 위한 연구가 계속되고 있으며, 외골격 슈트 및 웨어러블 슈트를 다양한 형상으로 사용자의 근력 보조 및 보행을 보조하는 장치들이 개발되고 있다.Recently, research to improve the usability of the walking assistance device has been continued, and devices for assisting the user with muscle strength assistance and walking in various shapes of an exoskeleton suit and a wearable suit have been developed.
하지만 이러한 슈트들은 사용자 개개인을 고려한 것이 아니라, 기본적으로 세팅 되어 있는 대로 움직이는 것이 일반적이며, 따라서 보조 장치를 착용한 사람들에게 어색할 수 있다는 문제점이 있다.However, these suits do not consider individual users, but move as they are basically set, so there is a problem that it may be awkward for people who wear auxiliary devices.
이러한 경우 오히려 사용자에게 관절이나 근육에 해롭게 될 수 있으며 사고가 발생될 수 있다는 문제점이 있다.
선행기술문헌의 출원번호 2012-0033901In this case, there is a problem that it may be harmful to the user's joints or muscles, and an accident may occur.
Application No. 2012-0033901 of the prior art literature
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 웨어러블 슈트를 착용한 사용자의 움직임을 분석하여 사용자 행동에 따라 보조를 할 수 있는 웨어러블 슈트를 제공하는 것이 과제이다.An object of the present invention is to provide a wearable suit capable of providing assistance according to user behavior by analyzing the movement of a user wearing the wearable suit to solve the above problems.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 형태에 따르면, 사용자 신체에 부착되는 다수의 센서를 포함하고 상기 사용자의 움직임에 대한 신호를 계측하여 계측 값을 수집하는 측정부 및 상기 사용자의 움직임을 판단할 수 있는 행동 패턴을 포함하고, 상기 계측 값을 상기 행동 패턴에 실시간으로 매칭하여 상기 사용자가 보행상태 또는 낙상상태 중 어느 하나에 해당되는지 판단하는 판단부를 포함하고, 상기 판단부는 상기 계측 값을 상기 행동 패턴에 저장 및 상기 행동 패턴을 추가하여 개인화 정보를 생성할 수 있다.In order to solve the above problems, according to one aspect of the present invention, a measurement unit including a plurality of sensors attached to the user's body and measuring a signal for the user's movement to collect a measurement value and the user's movement and a determination unit that includes a behavior pattern that can be determined, and matches the measured value to the behavior pattern in real time to determine whether the user corresponds to either a walking state or a falling state, wherein the determination unit determines the measured value Personalized information may be generated by storing and adding the behavior pattern to the behavior pattern.
또한 상기 판단부는 상기 사용자가 상기 낙상상태일 경우, 상기 사용자의 무게중심이 이동되는 정보를 상기 개인화 정보에 저장할 수 있다.In addition, when the user is in the falling state, the determination unit may store information on which the user's center of gravity is moved in the personalized information.
또한 상기 판단부는 상기 낙상상태를 낙상이 시작되는 제1낙상 및 충격대상과 접촉되는 제2낙상으로 구분할 수 있다.In addition, the determination unit may classify the fall state into a first fall in which the fall starts and a second fall in contact with the impact target.
또한 상기 판단부는 상기 사용자의 무게 중심이 이동되는 위치를 판단할 수 있다.In addition, the determination unit may determine a position to which the center of gravity of the user is moved.
또한 상기 판단부는 상기 사용자의 무게 중심이 이동되는 방향을 판단할 수 있다.Also, the determination unit may determine a direction in which the center of gravity of the user is moved.
또한 상기 판단부는 상기 사용자가 상기 보행상태일 경우 상기 사용자의 보행주기에 대한 정보를 상기 개인화 정보에 저장할 수 있다.In addition, when the user is in the walking state, the determination unit may store information on the user's gait cycle in the personalization information.
또한 상기 판단부는 상기 사용자의 오른쪽 다리 및 왼쪽 다리가 전진하는 속도를 상기 개인화 정보에 저장할 수 있다.In addition, the determination unit may store the forward speed of the user's right leg and left leg in the personalized information.
또한 상기 측정부는 다수의 센서가 서로 연동 가능하게 구비되어 상기 사용자의 무게중심 이동에 대한 가상의 무게중심영역을 형성할 수 있다.In addition, the measurement unit may be provided with a plurality of sensors to be interlocked with each other to form a virtual center of gravity area for the movement of the user's center of gravity.
또한 상기 판단부의 개인화 정보를 통해 사용자의 움직임을 보조하는 구동부를 포함할 수 있다.In addition, it may include a driving unit that assists the user's movement through the personalization information of the determination unit.
본 발명의 사용자 적응형 웨어러블 슈트에 따르면, 웨어러블 사용하는 사용자의 움직임에 대응하여 보행을 보조하거나, 낙상이 시작되는 시점에 빠르게 반응할 수 있다는 효과가 있다.According to the user adaptive wearable suit of the present invention, there is an effect of assisting walking in response to the movement of the user who uses the wearable or quickly reacting to the start of a fall.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
아래에서 설명하는 본 출원의 바람직한 실시예의 상세한 설명뿐만 아니라 위에서 설명한 요약은 첨부된 도면과 관련해서 읽을 때에 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 도면에는 바람직한 실시예들이 도시되어 있다. 그러나, 본 출원은 도시된 정확한 배치와 수단에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 적응형 웨어러블 슈트의 전반적인 구동을 나타낸 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 적응형 웨어러블 슈트를 개인화 알고리즘을 나타낸 순서도 이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 적응형 웨어러블 슈트에서 소프트센서가 부착된 모습을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 적응형 웨어러블 슈트에서 IMU센서가부착된 모습을 나타낸 도면이고, 도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 적응형 웨어러블 슈트에서 보행과 낙상에 대한 무게 중심의 영역을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 적응형 웨어러블 슈트에서 개인화에 따라 변경된 무게 중심의 영역을 나타낸 도면이고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 적응형 웨어러블 슈트에서 계측 값을 판단하고 학습하는 과정을 나타낸 도면이고,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 적응형 웨어러블 슈트에서 행동 패턴에 데이터를 추가하여 개인화 정보가 생성되는 것을 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 사용자 적응형 웨어러블 슈트에서 개인화 정보에 추가되는 내용을 나타낸 도면이다.The summary set forth above as well as the detailed description of the preferred embodiments of the present application set forth below may be better understood when read in conjunction with the accompanying drawings. For the purpose of illustrating the invention, there are shown in the drawings preferred embodiments. It should be understood, however, that the present application is not limited to the precise arrangements and instrumentalities shown.
1 is a conceptual diagram illustrating the overall operation of a user adaptive wearable suit according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a flowchart illustrating an algorithm for personalizing a user adaptive wearable suit according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a diagram showing a state in which a soft sensor is attached in a user adaptive wearable suit according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a state in which an IMU sensor is attached in a user adaptive wearable suit according to an embodiment of the present invention. 5 is a view showing the area of the center of gravity for walking and falling in the user adaptive wearable suit according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a user adaptive wearable according to an embodiment of the present invention. It is a drawing showing the area of the center of gravity changed according to personalization in the suit,
7 is a diagram illustrating a process of determining and learning a measurement value in a user adaptive wearable suit according to an embodiment of the present invention;
8 is a diagram illustrating that personalized information is generated by adding data to a behavior pattern in a user adaptive wearable suit according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a user adaptive wearable according to a second embodiment of the present invention. It is a drawing showing the contents added to the personalization information in the suit.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention in which the object of the present invention can be specifically realized will be described with reference to the accompanying drawings. In the description of the present embodiment, the same names and reference numerals are used for the same components, and an additional description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자(H) 적응형 웨어러블 슈트의 전반적인 구동을 나타낸 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자(H) 적응형 웨어러블 슈트를 개인화 알고리즘을 나타낸 순서도 이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자(H) 적응형 웨어러블 슈트에서 소프트 센서(120)가 부착된 모습을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자(H) 적응형 웨어러블 슈트에서 IMU센서(140)가 부착된 모습을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자(H) 적응형 웨어러블 슈트에서 행동 패턴(220)에 데이터를 추가하여 개인화 정보(240)가 생성되는 것을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자(H) 적응형 웨어러블 슈트에서 보행과 낙상에 대한 무게 중심의 영역을 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자(H) 적응형 웨어러블 슈트에서 개인화에 따라 변경된 무게 중심의 영역을 나타낸 도면이다.1 is a conceptual diagram illustrating the overall operation of a user (H) adaptive wearable suit according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a user (H) adaptive wearable suit personalization algorithm according to an embodiment of the present invention. 3 is a view showing a state in which the
본 발명의 일 실시예에 따른 사용자(H) 적응형 웨어러블 슈트는 사용자(H)가 입을 수 있는 형태로 구비되어 사용자(H)의 움직임에 대한 필요한 데이터를 계측할 수 있는 형태일 수 있다.The user (H) adaptive wearable suit according to an embodiment of the present invention may be provided in a form that the user (H) can wear, and may be in a form that can measure data necessary for the movement of the user (H).
따라서 웨어러블 슈트에는 다수의 센서가 구비되어 사용자(H)의 무게중심과 근육 또는 관절의 움직임을 측정할 수 있다.Therefore, the wearable suit is provided with a plurality of sensors to measure the center of gravity of the user (H) and the movement of muscles or joints.
또한 웨어러블 슈트는 기 학습된 행동 패턴(220)이 프로그래밍 되어 있을 수 있다. In addition, the wearable suit may be programmed with a
행동 패턴(220)는 웨어러블 슈트를 착용한 다양한 사용자의 움직임에서 무게중심의 이동을 계측하면서 데이터를 저장하여 만들어진 것으로, 보행을 하면서 무게중심이 이동되는 영역과, 낙상이 시작되는 경우에 무게중심의 영역과, 돌이킬 수 없는 낙상의 상황에서 무게중심의 위치한 영역에 대한 무게중심 계측 값들이 저장된 데이터를 말한다.The
이러한 행동 패턴(220)은 본 발명의 웨어러블 슈트에 탑재되어 사용자의 움직임에 따른 무게중심의 이동속도 및 이동위치 등을 매칭할 수 있으며, 따라서 사용자가 보행상태인지, 낙상시작상태인지, 낙상상태인지를 판단할 수 있는 기준이 될 수 있다.This
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자(H) 적응형 웨어러블 슈트는 크게 측정부(100) 및 판단부(200)를 포함할 수 있다.Meanwhile, the user (H) adaptive wearable suit according to an embodiment of the present invention may largely include a
측정부(100)는, 사용자 신체에 부착되는 다수의 센서를 포함하고 상기 사용자의 움직임에 대한 신호를 계측하여 계측 값을 수집하는 한다.The
그리고 판단부(200)는 사용자의 무게중심에 따라 보행 영역 및 낙상 영역이 구분되는 행동 패턴(220)과 측정부(100)의 계측 값을 매칭함으로써, 사용자가 보행 상태 또는 낙상 상태 중 어느 하나에 해당되는지를 판단하는 판단부(200) 포함하되, 판단부(200)는 기 저장된 계측 값 또는 측정부(100)에서 지속적으로 수집한 계측 값을 기준으로 보행 영역 및 낙상 영역을 학습함으로써 얻은 상기 행동 패턴(220)을 개인화 정보(240)로 정의하고, 개인화 정보(240)로 정의된 행동 패턴(220)을 측정부(100)에서 새롭게 수집한 계측 값과 매칭하여 사용자의 움직임에 대응하고, 판단부(200)는 사용자가 보행상태, 낙상상태 중 어느 하나의 움직임을 가지는 것을 판단하고 측정부(100)에서 수집된 계측 값을 판단부(200)에 저장하여 개인화 정보(240)를 생성한다.And the
측정부(100)는 사용자(H) 신체에 부착되는 다수의 센서를 포함하고 사용자(H)의 움직임에 대한 신호를 계측하여 계측된 값을 수집한다.The
그리고 판단부(200)는 사용자(H)의 움직임을 판단할 수 있는 행동 패턴(220)를 포함하고 상기 계측된 값을 행동 패턴(220)에서 실시간으로 매칭하여 사용자(H)의 보행상태 또는 낙상상태 중 어느 하나에 해당하는지를 판단할 수 있다.And the
그리고 판단부(200)는 상기 계측 값을 통해 행동 패턴(220)에 저장 및 추가하여 개인화 정보(240)를 생성할 수 있다.And the
여기서 보행 및 낙상의 영역을 학습함으로써 얻은 상기 행동 패턴(220)은 단순한 패턴일 수 있지만, 계측 값들이 집단으로 모여 있는 특정 영역의 경계를 나타내는 수식(함수), 유형, 영역 등을 모두 포함하는 포괄적인 것이다.Here, the
또한, 학습의 의미 역시 단순한 계측 값의 수집으로 정의될 수도 있겠지만, 이에 한정되지 않고, 계측 값들로부터 전술한 행동 패턴(220)(수식(함수), 유형, 영역)을 찾는 일련의 과정을 모두 포함하는 것으로 정의될 수 있으며, 이로 인해 본 발명의 권리범위가 제한되지 않음은 당연하다.In addition, the meaning of learning may also be defined as a simple collection of measurement values, but is not limited thereto, and includes all of a series of processes for finding the above-described behavior pattern 220 (formula (function), type, area) from the measurement values. It can be defined as doing, which means that the scope of the present invention is not limited.
도 1을 통해 구체적으로 설명하도록 한다.1 will be described in detail.
도 1에 도시된 바와 같이 측정부(100)는 본 발명의 웨어러블 슈트에 다수로 구비되어 사용자(H)가 움직이고 행동하면서 발생되는 데이터들을 수집할 수 있다.As shown in FIG. 1 , a plurality of
그리고 판단부(200)에서는 행동 패턴(220)를 기본으로 하여 상기 계측 값을 행동 패턴(220)에서 인덱싱하여 사용자(H)가 현재 어떠한 움직임을 하는지, 그리고 어떠한 상태인지를 판단할 수 있다.In addition, the
또한 사용자(H)의 정보를 행동 패턴(220)에 저장할 수 있다.Also, information of the user H may be stored in the
이때 행동 패턴(220)에 저장되는 것들은, 다수의 센서를 통해 계측된 상기 계측 값 이외에도 기본적으로 사용자(H)의 정보가 포함될 수 있다.In this case, the things stored in the
여기서 사용자(H)의 정보란, 웨어러블 슈트를 착용하는 대상을 말하며 사용자(H)가 가지고 있는 질병, 나이, 습관 등이 될 수 있다.Here, the information of the user H refers to an object to wear the wearable suit, and may be a disease, age, habit, etc. of the user H.
상기 사용자(H) 정보를 웨어러블 슈트에 저장하는 이유는, 본 발명의 웨어러블 슈트가 사용자(H)의 보행을 보조하고, 낙상에 대응하도록 도움을 줄 수 있기 때문에, 상기 사용자(H) 정보를 통해 사용자(H)에게 적합한 보조를 수행할 수 있다.The reason for storing the user (H) information in the wearable suit is that the wearable suit of the present invention assists the user (H) in walking and can help respond to a fall, so through the user (H) information It is possible to perform assistance suitable for the user H.
예를 들어, 사용자(H)가 우측 다리에 장애가 있어서 우족 절름발이 일 경우, 좌족과 우족의 전진 속도가 다르게 될 수 있다. 따라서 우족 절름발이에 대한 정보를 행동 패턴(220)에 저장할 수 있게 된다.For example, when the user H is crippled in the right leg due to a disability in the right leg, the forward speed of the left leg and the right leg may be different. Accordingly, it is possible to store information about the right leg lame in the
그리고 행동 패턴(220)에 저장된 사용자(H) 정보 및 계측 값으로 웨어러블 슈트를 제어할 수 있게 된다.And it is possible to control the wearable suit with the user (H) information and measurement values stored in the
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 슈트는 구동부(300)를 포함할 수 있다.The wearable suit according to an embodiment of the present invention may include a
구동부(300)는 판단부(200)의 개인화 정보(240)를 통해 사용자(H)의 움직임을 보조하는 것으로, 사용자(H) 보행시에는 근력을 보조하고 낙상시에는 낙상되는 것을 방지하도록 구비될 수 있다.The driving
구동부(300)는 액추에이터 또는 유체가 수용되는 모듈 형태로 구비되어 관절 또는 근력을 보조할 수 있다.The driving
본 발명의 일 실시예에 따른 사용자(H) 적응형 웨어러블 슈트는 사용자(H)가 착용 가능하게 구비되어 관절을 지지하고 근력을 보조하는 형태로 구비될 수 있으며, 무릎 뒤에 유체가 주입되어 무릎 관절이 신전되는 것을 보조할 수 있고, 사용자(H)가 넘어지는 상황에서 충격대상으로부터 충격을 완충할 수 있다.The user (H) adaptive wearable suit according to an embodiment of the present invention may be provided so that the user (H) can wear it to support the joint and assist the muscle strength, and the fluid is injected behind the knee to the knee joint It can assist in the extension, and it is possible to buffer the impact from the impact target in a situation in which the user (H) falls.
다음 도 2을 통해 전체적인 알고리즘에 대해 설명하도록 한다.Next, the overall algorithm will be described with reference to FIG. 2 .
본 발명에 따른 사용자(H) 적응형 웨어러블 슈트는 상기 웨어러블 슈트를 착용한 사용자(H)의 움직임을 계측할 수 있도록 IMU센서(140) 및 소프트 센서(120)를 포함할 수 있다.The user (H) adaptive wearable suit according to the present invention may include the
IMU센서(140)는 사용자(H)의 무게중심이 이동되는 위치, 속도 및 방향을 계측하며, 소프트 센서(120)는 근육 또는 관절의 움직임을 계측한다.The
사용자(H)가 웨어러블 슈트를 착용하면 동작하게 되는데(S01), 먼저 IMU센서(140) 및 소프트 센서(120)가 각각 동작하게 된다(S02, S03).When the user H wears the wearable suit, the operation is performed (S01). First, the
IMU센서(140)가 사용자(H)의 움직임을 계측하고 판단부(200)가 행동 패턴(220)에서 인덱싱하여 사용자(H)가 보행인지 또는 낙상인지를 예측할 수 있다(S05). 계측 값을 행동 패턴(220)에서 인덱싱하여 사용자(H)가 기립 및 낙상이라고 판단되는 경우 구동부(300)로 제어신호를 송신하여 사용자(H)를 보조할 수 있다(S06).The
그리고 수신된 IMU센서(140)의 계측 값을 행동 패턴(220)에 저장하여 사용자(H)의 기립 및 낙상에 대한 움직임을 학습할 수 있다(S07).And by storing the received measurement value of the
위와 같은 과정으로 IMU센서(140)의 계측 값을 실시간으로 수신하여 행동 패턴(220)를 통해 사용자(H)의 상태를 예측하고, 행동 패턴(220)에 IMU계측 값을 계속해서 수신하고 학습하여 웨어러블 슈트를 착용한 사용자(H)에게 적합하게 구동될 수 있는 개인화 정보(240)를 생성한다.Through the same process as above, the measured value of the
계속해서 사용자(H) 보행에 대해서는, 사용자(H)의 상태가 보행이라고 판단되는 경우에 소프트 센서(120)가 사용자(H)의 보행패턴을 파악하게 되는데, 이때 IMU센서(140)에서 계측되어 행동 패턴(220)에서 보행이라고 판단된 계측 값도 포함될 수 있다(S08).Continually, for the user (H) walking, when it is determined that the user (H) is walking, the
그리고 소프트 센서(120)에서 수신된 보행에 대한 데이터를 통해 보행 주기를 계산하고(S09), 상기 보행 주기를 구동부(300)로 송신하여(S10) 행동 패턴(220)에서 보행에 대한 정보를 학습할 수 있다.Then, the gait period is calculated based on the gait data received from the soft sensor 120 (S09), and the gait period is transmitted to the driving unit 300 (S10) to learn information about the gait from the
보행에 대한 소프트 센서(120)의 계측 값은 실시간으로 행동 패턴(220)에 반영되어 학습하게 되며 슈트를 입은 사용자(H)에게 적합하게 보조할 수 있도록 구동부(300)를 제어할 수 있게 된다.The measured value of the
결론적으로 IMU센서(140) 및 소프트 센서(120)를 통해 무게중심에 대한 정보 및 보행에 대한 정보를 실시간으로 수신하고 행동 패턴(220)에서 현재 사용자(H)의 상태를 보행 또는 낙상으로 판단한 후 기존 행동 패턴(220)의 기본값을 계측된 값을 추가적으로 학습하여 사용자(H)에게 꼭 맞은 웨어러블 슈트가 될 수 있다.In conclusion, after receiving information about the center of gravity and walking information in real time through the
다음 도 3 및 도 4에서 각 센서들의 부착 위치를 나타내었다.Next, the attachment positions of the sensors are shown in FIGS. 3 and 4 .
도 3은 소프트 센서(120)의 위치, 도 4는 IMU센서(140)의 위치이다.FIG. 3 is a position of the
도시된 바와 같이 소프트 센서(120)는 골반과 허벅지 근육이 신장 또는 수축되면서 발생하는 신호를 계측 값으로 할 수 있다.As shown, the
양다리에 각각 구비되어 있어서 각 다리의 전진 및 후진 속도와 시간을 계측할 수 있고, 사용자(H)가 보행하면서 서로 교차하는 시간 및 속도까지 저장할 수 있다.Since it is provided on both legs, it is possible to measure the forward and backward speed and time of each leg, and it is possible to store even the time and speed at which the user H crosses each other while walking.
한편 IMU센서(140)는 허리, 허벅지 양측 및 종아리 양측에 구비될 수 있다.Meanwhile, the
IMU센서(140)가 위와 같이 구비되는 이유는 각각의 IMU센서(140)가 서로 연동되어 동시에 사용자(H)의 무게중심 계측을 하고 전체 무게중심이 어느 위치로 이동되는지 파악하기 위함이다.The reason why the
본 실시예에서 행동 패턴(220)는 낙상의 상황을 2가지로 분류하고 있다.In the present embodiment, the
사용자(H)가 낙상이 시작되었다고 판단되는 제1낙상 및 충격 대상과 접촉되는 제2낙상을 포함한다.The user H includes a first fall in which it is determined that a fall has started and a second fall in contact with the impact target.
이를 통해 보행과 낙상에 대한 경계를 형성할 수 있다This can form a boundary between walking and falling.
도 5 및 6은 IMU센서(140)를 통해 형성된 가상의 사용자(H) 무게중심 영역이다.5 and 6 are a virtual user (H) center of gravity area formed through the IMU sensor (140).
도시된 바와 같이 사용자(H) 무게 중심에 대해서 행동 패턴(220)를 통해 가상의 무게중심구가 형성될 수 있다. As shown, a virtual center of gravity sphere may be formed through the
본 발명의 일 실시예에 따라 행동 패턴(220)에서 보행, 제1낙상 및 제2낙상이 구분되어 있다.According to an embodiment of the present invention, the gait, the first fall, and the second fall are divided in the
그리고 웨어러블 슈트를 착용한 사용자(H)에 맞도록 가상의 보행영역과 가상의 제1낙상영역과 가상의 제2낙상의 영역 설정될 수 있다.In addition, a virtual walking area, a virtual first fall area, and a virtual second fall area may be set to fit the user H wearing the wearable suit.
앞서 설명한 바와 같이 IMU센서(140) 및 소프트 센서(120)를 통해 계측된 값을 실시간으로 행동 패턴(220)에 저장된다. 그리고 사용자(H)가 움직일수록 행동 패턴(220)의 무게 중심의 경계가 변경될 수 있다.As described above, the values measured through the
이는 사람마다 무게중심의 위치 및 기울기가 다르기 때문이다. This is because the position and inclination of the center of gravity are different for each person.
예를 들어, 행동 패턴(220)에서 상기 가상의 보행영역과, 상기 가상의 제1낙상영역의 경계가 5라고 가정하자.For example, it is assumed that the boundary between the virtual walking area and the virtual first fall area is 5 in the
행동 패턴(220)에서는 무게중심이 1 내지 4에서는 보행영역이고, 무게 중심이 5부터는 제1낙상영역이 될 수 있다.In the
하지만 사용자(H)가 웨어러블 슈트를 입고 여러가지 동작을 취하면서 무게 중심의 영역이 변경된다. However, as the user H wears the wearable suit and performs various actions, the area of the center of gravity is changed.
사용자(H)는 1 내지 3에서 보행을 하고, 4 내지 8에서 제1낙상을 하며, 9 내지 10에서 제2낙상이 된다면, 가상의 영역이 도 5에서 도 6과 같이 변경될 수 있다.If the user H walks at 1 to 3, the first falls at 4 to 8, and the second falls at 9 to 10, the virtual area may be changed as shown in FIGS. 5 to 6 .
이는 행동 패턴(220)에서 사용자(H)가 웨어러블 슈트를 착용하고 움직이면서 각 센서로부터 계측된 값들을 행동 패턴(220)에 추가하기 때문이다.This is because, in the
앞서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 판단부(200)는 웨어러블 슈트(W)로부터 사용자 움직임이 계측된 계측 값을 행동 패턴에 추가하여 개인화 정보를 생성한다.As described above, the
구체적으로 5개의 IMU센서로 계측된 계측 값(S2-1. S2-2, S2-3, S2-4, S2-5)이 시간의 흐름에 따라 계측 값들이 분포되어 있는 무게중심의 영역이 생기게 된다.Specifically, the measured values (S2-1. S2-2, S2-3, S2-4, S2-5) measured by the five IMU sensors create a region of the center of gravity where the measured values are distributed over time. do.
상기 무게중심의 영역은 사용자1에 대한 것이라고 가정하자.Assume that the area of the center of gravity is for
사용자가 1의 계측 값들은 보행, 제1낙상 및 제2낙상의 영역에 해당되는 계측 값들이 분포되면서 자연스럽게 보행, 제1낙상 및 제2낙상으로 가상의 경계가 형성될 수 있다.As the measured values of 1 by the user are distributed among the measured values corresponding to the gait, the first fall, and the second fall, a virtual boundary may be naturally formed as the gait, the first fall, and the second fall.
이와 같이 판단부(200)은 계측 값을 실시간으로 저장하여 사용자의 보행, 제1낙상 및 제2낙상에 대한 사용자1 만의 영역을 생성할 수 있다. 이를 통해 1회차부터 L회차까지 생성된 보행, 제1낙상 및 제2낙상의 영역으로 L+1에서 M까지 계측된 값을 통해 사용자의 행동을 판단하고, 다시 보행, 제1낙상 및 제2낙상에 해당되는 계측 값들을 저장하며 학습을 하게 된다.As described above, the
따라서 사용자가 웨어러블 슈트(W)를 착용한 시간일 길수록 더욱 사용자에 맞게 구동될 수 있는 개인화 정보를 구축할 수 있게 된다.Therefore, the longer the user wears the wearable suit W, the more personalized information that can be driven to suit the user can be built.
도 8에 도시된 바와 같이 사용자(H)의 보행, 제1낙상(낙상예방), 제2낙상(낙상)을 통해 보행 속도, 무게 중심에 대한 계측 값을 실시간으로 추가하여 사용자(H)만의 개인화 정보(240)를 생성할 수 있다.As shown in FIG. 8, by adding measurement values for walking speed and center of gravity in real time through the user (H)'s gait, the first fall (fall prevention), and the second fall (fall), personalization of only the user (H)
그리고 추가적으로 사용자(H)가 날씨에 따라 보행이 바뀌는 상황을 개인화 정보(240)에 반영할 수 있다.In addition, a situation in which the user H's gait changes according to the weather may be reflected in the
예를 들어, 비가 오는 날에는 보행의 속도가 맑은 날의 보행 속도보다 평균적으로 느릴 수 있다.For example, walking speed on a rainy day may be, on average, slower than walking speed on a sunny day.
그리고 우산을 쓰기 때문에 무게중심이 변경될 수 있다.And because you use an umbrella, your center of gravity can change.
또한 사용자(H)가 산행을 하게 되면 보행과 낙상의 무게중심이 변경될 수 있다. 이는 사용자(H)의 위치가 산에 위치하는지 GPS등으로 수신할 수 있다.In addition, when the user H walks, the center of gravity of walking and falling may be changed. This can be received by GPS or the like whether the location of the user H is located in the mountain.
이러한 개인적인 사용자(H) 정보를 개인화 정보(240)에 반영하여 사용자(H)의 개인화 정보(240)를 상황에 맞게 분류할 수도 있다.By reflecting this personal user (H) information in the
도 9에 도시된 바와 같이 날씨가 맑고 오전에 위치가 산이라고 하면 개인화 정보(240)에서 typeA의 개인화 정보(240)를 구동부(300)에 제공할 수 있다.As shown in FIG. 9 , if the weather is clear and the location is a mountain in the morning, the
또는 날씨가 비가 오고 오후에 도심에 위치한다면 사용자(H) 개인화 정보(240)에서 typeB를 구동부(300)에 제공할 수 있다.Alternatively, if the weather is rainy and it is located in the city center in the afternoon, typeB may be provided to the
이와 같이, 기 학습된 행동 패턴(220)에 사용자(H)가 웨어러블 슈트를 착용하고 움직이면서 계측된 값을 실시간으로 반영하고, 사용자(H)의 정보를 반영하여 보행을 보조하고 상황에 맞게 설정된 무게 중심으로 사용자(H)의 상태를 파악할 수 있다.In this way, the measured value is reflected in real time while the user (H) wears the wearable suit and moves in the
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.As described above, preferred embodiments according to the present invention have been described, and the fact that the present invention can be embodied in other specific forms without departing from the spirit or scope of the present invention in addition to the above-described embodiments is one of ordinary skill in the art. It is obvious to them. Therefore, the above-described embodiments are to be regarded as illustrative rather than restrictive, and accordingly, the present invention is not limited to the above description, but may be modified within the scope of the appended claims and their equivalents.
100: 측정부
200: 판단부
220: 행동 패턴
240: 개인화 정보
300: 구동부100: measurement unit
200: judgment unit
220: behavior pattern
240: personalization information
300: drive unit
Claims (10)
상기 사용자의 무게중심에 따라 보행 영역 및 낙상 영역이 구분되는 행동 패턴과 상기 계측 값을 매칭함으로써, 상기 사용자가 보행 상태 또는 낙상 상태 중 어느 하나에 해당되는지를 판단하는 판단부; 및
상기 사용자의 관절을 지지하고 근력을 보조하도록 상기 사용자가 착용 가능하게 구비되는 구동부를 포함하되,
상기 판단부는 기 저장된 계측 값에 상기 측정부를 통해 상기 사용자의 움직임에 따라 발생되는 무게중심에 대한 계측 값을 지속적으로 수집한 상기 계측 값을 기준으로 상기 사용자 고유의 보행 영역 및 낙상 영역을 학습함으로써 상기 행동 패턴을 개인화 정보로 정의하고, 상기 개인화 정보로 정의된 상기 행동 패턴은 상기 측정부에서 새롭게 수집한 상기 계측 값을 저장 및 상기 계측 값과 매칭하여 상기 사용자의 움직임에 대응하되,
상기 사용자의 무게중심이 상기 보행 영역에 대응되는 경우, 상기 소프트 센서에서의 계측 값을 통해 보행 주기를 계산하고 상기 보행 주기를 상기 구동부로 송신 및 구동부가 상기 보행 주기에 대응하여 상기 사용자의 무릎이 신장 또는 수축되도록 관절 또는 근력을 보조하고, 상기 사용자의 무게중심이 상기 낙상 영역으로 이동되는 경우, 상기 구동부를 신장시켜서 낙상을 예방하는 것을 특징으로 하는,
사용자 적응형 웨어러블 슈트.
It includes an IMU sensor that is attached to the user's body and measures the position, speed, and direction of the movement of the center of gravity, and a soft sensor that measures the movement of the user's muscles or joints, and measures a signal for the user's movement to measure the measured value a measurement unit to collect and
a determination unit that determines whether the user corresponds to either a walking state or a falling state by matching the measured value with a behavior pattern in which a walking area and a falling area are divided according to the user's center of gravity; and
Including a driving unit that is provided so as to support the user's joints and assist the user with muscle strength, so that the user can wear it,
The determination unit learns the user's own gait area and fall area based on the measurement value that is continuously collected by the measurement unit for the center of gravity generated according to the movement of the user through the measurement unit in the stored measurement value. A behavior pattern is defined as personalized information, and the behavior pattern defined as the personalized information corresponds to the user's movement by storing the measurement value newly collected by the measurement unit and matching the measurement value,
When the user's center of gravity corresponds to the gait region, the gait period is calculated through the measured value from the soft sensor, the gait period is transmitted to the driving unit, and the driving unit responds to the gait period so that the user's knee moves It assists joints or muscle strength to be stretched or contracted, and when the user's center of gravity is moved to the fall region, it is characterized in that the driving unit is stretched to prevent a fall,
User adaptive wearable suit.
상기 판단부는,
상기 사용자가 상기 낙상상태일 경우,
상기 사용자의 무게중심이 이동되는 정보를 실시간으로 상기 개인화 정보에 저장하는 것을 특징으로 하는,
사용자 적응형 웨어러블 슈트.
According to claim 1,
The judging unit,
When the user is in the falling state,
characterized in that the information on which the user's center of gravity is moved is stored in the personalized information in real time,
User adaptive wearable suit.
상기 개인화 정보는,
상기 보행 상태에서 상기 계측 값들이 집합된 상기 보행 영역과 상기 낙상 상태에서 상기 계측 값들이 집합된 상기 낙상 영역의 경계가 실시간으로 변화되는 것을 특징으로 하는,
사용자 적응형 웨어러블 슈트.
3. The method of claim 2,
The personalization information is
characterized in that the boundary between the gait region in which the measured values are collected in the gait state and the fall region in which the measured values are collected in the fall state is changed in real time,
User adaptive wearable suit.
상기 판단부는,
상기 사용자의 무게중심이 이동되는 위치를 판단하여 상기 낙상상태를 낙상이 시작되는 제1낙상 및 충격대상과 접촉되는 제2낙상으로 구분하는 것을 특징으로 하는,
사용자 적응형 웨어러블 슈트.
3. The method of claim 2,
The judging unit,
It is characterized in that by determining the position where the user's center of gravity is moved, the fall state is divided into a first fall in which a fall starts and a second fall in contact with the impact object,
User adaptive wearable suit.
상기 판단부는,
상기 사용자의 무게 중심이 이동되는 방향을 판단하는 것을 특징으로 하는,
사용자 적응형 웨어러블 슈트.
4. The method of claim 3,
The judging unit,
Characterized in determining the direction in which the user's center of gravity moves,
User adaptive wearable suit.
상기 판단부는,
상기 사용자의 오른쪽 다리 및 왼쪽 다리가 전진하는 속도를 상기 개인화 정보에 저장하는 것을 특징으로 하는,
사용자 적응형 웨어러블 슈트.
According to claim 1,
The judging unit,
characterized in that the forward speed of the user's right leg and left leg is stored in the personalized information,
User adaptive wearable suit.
상기 측정부는,
다수의 센서가 서로 연동 가능하게 구비되어 상기 사용자의 무게중심 이동에 대한 가상의 무게중심영역을 형성하는 것을 특징으로 하는,
사용자 적응형 웨어러블 슈트.
According to claim 1,
The measurement unit,
A plurality of sensors are provided to be interlocked with each other to form a virtual center of gravity area for the movement of the user's center of gravity,
User adaptive wearable suit.
상기 판단부의 개인화 정보를 통해 사용자의 움직임을 보조하는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
사용자 적응형 웨어러블 슈트.
According to claim 1,
characterized in that it comprises a driving unit that assists the user's movement through the personalization information of the determination unit,
User adaptive wearable suit.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
X091 | Application refused [patent] | ||
AMND | Amendment | ||
X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
GRNT | Written decision to grant |