KR102370567B1 - 낙상 예방 웨어러블 슈트 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 낙상 예방 웨어러블 슈트에 따르면, 사용자의 움직임을 판단하여 유체를 이동시킴으로 낙상을 예방하고 보행을 유지하도록 구동되는 낙상 예방 웨어러블 슈트로서 상기 사용자의 무릎 관절이 신전되도록 내부에 상기 유체가 주입되는 기립 부와, 내부에 상기 유체가 수용되고 허벅지와 종아리를 지지하는 지지 부를 포함하는 골격 유닛 및 상기 골격 유닛과 연결되어 상기 사용자의 움직임에 따라 상기 골격 유닛에 상기 유체가 주입되는 것을 제어하는 구동제어 유닛을 포함하고, 상기 구동제어 유닛은 상기 사용자가 보행하는 움직임을 감지하여 상기 기립 부에 상기 유체가 출입되도록 제어하여 상기 사용자의 보행을 보조하고, 상기 사용자가 낙상되는 것이 감지될 경우 상기 기립 부 및 상기 지지 부 중 적어도 어느 하나에 상기 유체가 주입되도록 제어하여 낙상을 방지할 수 있다.

Description

낙상 예방 웨어러블 슈트{WALK ASSISTANCE AND FALL PREVENTION WEARABLE SUIT}

본 발명은 사용자가 착용하는 웨어러블 슈트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사용자 보행 주기에 맞춰서 보행을 보조하고, 사용자가 넘어지는 상황을 인지하여 낙상을 예방하는 낙상 예방 웨어러블 슈트에 관한 것이다.

고령화 사회로 진입하면서 노화로 인한 근력 약화 또는 관절 이상으로 보행에 불편과 고통을 호소하는 사람들이 증가하고 있고, 근력이 약화된 노인이나 근관절이 불편한 환자들이 보행을 원활하게 할 수 있는 보행 보조 장치에 대한 관심이 높아지고 있다.

구체적으로 노인은 보행주기에서 한쪽으로 서있는 자세(gait cycle 10% 근방) 즉, 한쪽 발에 상체의 하중이 집중되는 구간에서 충분한 힘을 지지하지 못할 경우 미끌림, 헛디딤 등이 발생하여 낙상사고를 유발하고 있다. 이러한 낙상사고에 의한 골절은 노인들에게는 신경손상, 뇌진탕 등의 2차 사고를 유발하여 매우 치명적이다.

착용형 로봇은 말그대로 웨어러블 로봇(wearable robot)이라고 총칭하고, 근력증강을 목표로 산업, 군사 재활분야에서 시스템의 재질과 형태 그리고 구동 방식에 관한 연구 개발이 이루어지고 있다. 이 시스템은 재료와 구조 및 동장 방식에 따라서 단단한 외골격형(Rigid exoskeleton)과 부드러운 슈트형(soft exosuit)으로 구분된다.

특히 슈트형 시스템을 구성하는 소재가 직물 및 와이어 등으로 구성되기 때문에 가볍고 착용성이 우수하다는 장점이 있다. 따라서 재활이 필요한 장애인 또는 근력이 약한 노인을 위한 근력증강 시스템은 슈트형으로 개발되는 것이 일반적이다.

최근에 개발된 슈트형 근력 보조 시스템은 미국에서 개발된 장갑형 슈트인 “Robo-Glove”와 하지 근력보조용 softexosuit, 그리고 한국에서 개발된 장갑형 Exo-Glove-Poly 등이 있다. 이러한 근력보조 시스템은 대부분 산업현장과 장애인 재활 치료 목적으로 연구되고 있고, 노인이 일반생활에 사용하기에는 보조되는 근력의 크기나 필요한 근력의 위치가 맞지 않는다. 이에 노인의 보행에 도움을 줄 수 있는 시스템으로 가장 최근에 이슈가 되고 있는 Superflex 사의 Aura power clothing은 전기활성고분자(Electro-active polymer) 기술을 적용하여 근력을 증강시키는 슈트형 시스템을 개발 중에 있다.

하지만, 이 시스템에도 보행을 보조함과 동시에 낙상을 예방할 수 있는 장치가 고려되지 않았다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 노인들의 일상 생활과 나아가서 여가 생활을 지향하기 위한 보조 슈트를 개발하는 것이 과제이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 보행 중에 근력을 보조하고 사용자의 미끄럼에 대해서 낙상 사고를 예방할 수 있는 웨어러블 슈트를 제공하는데 그 목적이 있다.

그리고 액츄에이터 등의 근력 보조를 위한 다양한 장치를 제어하여 이를 착용한 사용자가 안전하게 보행 및 낙상예방을 할 수 있게 하기 위함이다.

따라서 노인들의 움직임을 판단하고 급작스러운 위험 순간에 대응할 수 있도록 입는 슈트를 제어하는 낙상을 예방하고 보행을 지원할 수 있는 소프트 웨어러블 슈트를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 형태에 따르면, 사용자의 움직임을 판단하여 유체를 이동시킴으로 낙상을 예방하고 보행을 유지하도록 구동되는 낙상 예방 웨어러블 슈트로서 상기 사용자의 무릎 관절이 신전되도록 내부에 상기 유체가 주입되는 기립 부와, 내부에 상기 유체가 수용되고 허벅지와 종아리를 지지하는 지지 부를 포함하는 골격 유닛 및 상기 골격 유닛과 연결되어 상기 사용자의 움직임에 따라 상기 골격 유닛에 상기 유체가 주입되는 것을 제어하는 구동제어 유닛을 포함하고, 상기 구동제어 유닛은 상기 사용자가 보행하는 움직임을 감지하여 상기 기립 부에 상기 유체가 출입되도록 제어하여 상기 사용자의 보행을 보조하고, 상기 사용자가 낙상되는 것이 감지될 경우 상기 기립 부 및 상기 지지 부 중 적어도 어느 하나에 상기 유체가 주입되도록 제어하여 낙상을 방지할 수 있다.

그리고 상기 구동제어 유닛은, 상기 사용자가 보행하는 움직임이 감지된 경우, 상기 사용자의 보행 주기를 계측하여 상기 보행 주기에 대응하여 상기 기립 부에 상기 유체의 출입이 반복되도록 제어할 수 있다.

또한 상기 구동제어 유닛은, 상기 사용자의 움직임을 인덱싱할 수 있도록 행동데이터를 포함하고, 상기 행동데이터는 상기 사용자가 보행하는 움직임이 저장된 보행패턴데이터 및 상기 보행패턴데이터와 서로 다른 움직임에서 낙상이 시작되는 움직임이 저장된 낙상예방데이터를 포함할 수 있다.

그리고 상기 구동제어 유닛은, 상기 사용자가 상기 웨어러블 슈트를 착용하고 움직이는 동작을 감지하여 실시간으로 데이터를 상기 행동데이터에 저장할 수 있다.

또한 상기 구동제어 유닛은, 상기 사용자의 움직임이 상기 보행패턴데이터와 매칭되는 경우, 상기 기립 부에 상기 유체가 이동되도록 제어하고, 상기 보행패턴데이터 또는 상기 낙상예방데이터 중 어느 하나와 매칭되는 경우, 상기 지지 부에 상기 유체가 이동되도록 제어할 수 있다.

그리고 상기 구동제어 유닛은, 상기 보행패턴데이터에서 상기 사용자 관절이 신전되는 경우 상기 유체가 주입되고, 굴곡될 경우 상기 유체가 추출되도록 제어할 수있다.

또한 상기 구동제어 유닛은, 상기 관절이 신전되는 동작을 구분하여 상기 유체가 주입되는 압력을 서로 다르게 조절할 수 있다.

그리고 상기 구동제어 유닛은, 상기 골격 유닛과 연결되어 상기 유체가 주입되는 경로를 형성하고, 상기 경로 상에 벨브가 형성되는 유체 제공 부를 포함할 수 있다.

또한 상기 유체 제공 부는, 상기 구동제어 유닛에서 상기 기립 부로 상기 유체가 이동되는 관절 경로 부재를 포함할 수 있다.

그리고 상기 유체 제공 부는, 상기 구동제어 유닛에서 상기 지지 부로 상기 유체가 이동되는 측부 경로 부재를 포함할 수 있다.

또한 상기 골격 유닛은, 신축 가능한 재질로 구비되어 상기 유체 제공 부를 통해 상기 유체를 공급받도록 구비될 수있다.

그리고 상기 지지 부는, 허벅지 양측에 구비되는 상부 보행수단 및 종아리 양측에 구비되는 하부 보행수단을 포함할 수 있다.

또한 상기 기립 부는, 길게 형성되어 관절이 굴곡되는 부분에 구비될 수 있다.

본 발명의 낙상 예방 웨어러블 슈트에 따르면, 보행을 보조하고 낙상을 예방할 수 있다는 효과가 있다.

그리고 사용자의 움직임을 판단하여 보행인지 낙상이 시작되었는지를 판단하여 사용자 움직임에 대응하게 구동될 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

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 낙상 예방 웨어러블 슈트의 전체적인 모습을 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 낙상 예방 웨어러블 슈트에서 소프트 센서의 위치를 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 낙상 예방 웨어러블 슈트에서 IMU센서의 위치를 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 낙상 예방 웨어러블 슈트에 모듈이 형성된 모습을 나타낸 도면;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 낙상 예방 웨어러블 슈트에서 모듈과 벨브의 모습을 나타낸 도면;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 낙상 예방 웨어러블 슈트에서 구동제어유닛이 보행을 보조하는 기립부에 유체가 주입되도록 벨브를 제어하는 모습을 나타낸 도면;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 낙상 예방 웨어러블 슈트에서 행동데이터에서 사용자의 보행 또는 낙상예방을 판단하는 모습을 개략적으로 나타낸 도면;
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 낙상 예방 웨어러블 슈트에서 사용자의 동작을 판단하는 순서도를 나타낸 도면;
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 낙상 예방 웨어러블 슈트가 사용자의 보행 주기에 대응하여 기립부에 공기가 출입되도록 제어하는 모습을 나타낸 도면;
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 낙상 예방 웨어러블 슈트에서 사용자 보행을 보조하도록 보행 패턴을 예측하는 모습을 나타낸 도면이다.

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 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 낙상 예방 웨어러블 슈트(W)의 전체적인 모습을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 낙상 예방 웨어러블 슈트(W)에서 소프트 센서(S1)의 위치를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 낙상 예방 웨어러블 슈트(W)에서 IMU센서(S2)의 위치를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 낙상 예방 웨어러블 슈트(W)에 모듈이 형성된 모습을 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 낙상 예방 웨어러블 슈트(W)에서 모듈과 벨브의 모습을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 낙상 예방 웨어러블 슈트(W)에서 구동제어 유닛(300)이 보행을 보조하는 기립 부(220)에 유체가 주입되도록 벨브를 제어하는 모습을 나타낸 도면이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 낙상 예방 웨어러블 슈트(W)에서 행동데이터(100)에서 사용자(H)의 보행 또는 낙상예방을 판단하는 모습을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 낙상 예방 웨어러블 슈트(W)에서 사용자(H)의 동작을 판단하는 순서도를 나타낸 도면이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 낙상 예방 웨어러블 슈트(W)가 사용자(H)의 보행 주기에 대응하여 기립 부(220)에 공기가 출입되도록 제어하는 모습을 나타낸 도면이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 낙상 예방 웨어러블 슈트(W)에서 사용자(H) 보행을 보조하도록 보행 패턴을 예측하는 모습을 나타낸 도면이다.

먼저 본 발명은 후술되는 구성들로 구비되고 사용자(H)가 착용할 수 있는 웨어러블 슈트(W)에 관한 것으로 사용자(H)는 본 발명에 따라 구동되는 웨어러블 슈트(W)를 착용한 상태이며, 보행을 보조하거나 낙상을 예방하기 위한 목적을 가진다.

그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 슈트(W)는 사용자(H)가 보행을 감지하는 센서(S1) 또는 낙상되는 움직임을 감지할 수 있는 센서(S2)가 구비되고, 보행을 보조하고 낙상을 예방 및 낙상 충격을 저감할 수 있는 다양한 모듈이 탑재되어 있다.

도면을 참조하여 자세하게 설명하도록 하겠다,

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 낙상 예방 웨어러블 슈트(W)는 사용자(H)가 착용 가능하게 구비되고 특히 하지에 착용하는 형태를 가질 수 있다.

그리고 신축성 있는 섬유 소재로 구비되며 일체형으로 골격 유닛(200)이 구비된다.

본 발명에 따른 낙상 예방 웨어러블 슈트(W)는 사용자(H)의 움직임을 판단하여 유체를 이동시킴으로 낙상을 예방하고 보행을 유지하도록 웨어러블 슈트(W)로서, 크게 골격 유닛(200) 및 구동제어 유닛(300)을 포함한다.

골격 유닛(200)은 사용자(H)의 무릎 관절이 신전되도록 내부에 유체가 주입되는 기립 부(220)와 내부에 유체가 수용되고 허벅지와 종아리를 지지하는 지지 부(240)를 포함하고, 구동제어 유닛(300)은 슈트에 구비되고 골격 유닛(200)과 연결되어 사용자(H)의 움직임에 따라 골격 유닛(200)에 유체가 주입되는 것을 제어한다.

그리고 구동제어 유닛(300)은 사용자(H)가 보행하는 움직임을 감지하여 기립 부(220)에 유체가 주입되도록 제어하여 사용자(H)의 보행을 보조하고, 사용자(H)가 낙상되는 것이 감지될 경우 기립 부(220) 및 지지 부(240) 중 적어도 어느 하나에 유체가 주입되도록 제어하여 낙상을 방지할 수 있다.

따라서 구동제어 유닛(300)은 골격 유닛(200)과 연결된 벨브 및 골격 유닛(200)에 제공되는 유체보관통(미도시)을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 구동제어 유닛(300)은 사용자(H)가 보행하는 움직임이 감지된 경우, 사용자(H)의 보행 주기를 계측하여 상기 보행 주기에 대응하여 기립 부(220)에 유체의 출입이 반복되도록 제어할 수 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 사용자(H)의 움직임을 계측할 수 있도록 센서가 구비될 수 있다.

도 2에 도시된 센서는 소프트 센서(S1)로 신축이 가능하게 구비될 수 있다.

이는 허벅지 근육이 신축되면서 발생되는 신호를 측정한다. 따라서 사용자(H)의 다리가 움직이는 신호를 계측할 수 있다.

도 3에 도시된 센서는 무게중심을 측정할 수 있는 IMU(Inertial Measurement Unit)센서로 구비될 수 있다.

도시된 바와 같이 복수로 구비되며 각각이 동시에 신호 계측이 가능하고 서로 연동되어 사용자(H)의 무게중심을 계측할 수 있게 한다.

위와 같은 센서들은 행동데이터(100)에 전송되어 사용자(H)가 현재 어떤 상태인지를 판단할 수 있게 한다.

여기서 행동데이터(100)는 불특정 다수의 사용자가 웨어러블 슈트를 착용한 상태에서 보행상태, 낙상이 시작되는 상태, 돌이킬 수 없이 낙상 되는 상태에서의 사용자의 무게중심을 감지한 값들이 수집된 데이터들의 집합 저장소를 말한다.

예를 들어 소프트 센서(S1)에서 계측된 데이터들은 행동데이터(100)에서 보행패턴데이터(120)와 일치여부를 판단할 수 있고, IMU센서(S2)에서 계측된 데이터들은 행동데이터(100)에서 낙상예방데이터(140)와 일치여부를 판단할 수 있다.

여기서 IMU센서(S2)는 3축 가속도와 3축 자이로 센서를 조합한 후 각각의 센서 출력을 내보내는 것으로 앞, 뒤, 좌, 우 및 기울어짐(회전각)을 계측할 수 있다. 그리고 IMU센서(S2)는 각속도, 가속도 등의 데이터로 출력이 가능하여 웨어러블 슈트(W)를 입은 사용자(H)의 상, 하, 앞, 뒤, 좌, 우의 무게중심을 계측할 수 있다.

이와 같은 센서들에서 계측된 값을 행동데이터(100)가 현재 사용자(H)의 상태를 판단하고 구동제어 유닛(300)이 현재 사용자(H) 상태에 해당되는 신호에 대응되는 동작을 할 수 있도록 골격 유닛(200)을 제어할 수 있다.

도 4에 골격 유닛(200)에 대해 도시 되어 있다.

앞서 설명한 바와 같이 골격 유닛(200)은 기립 부(220) 및 지지 부(240)를 포함한다.

기립 부(220)는 무릎 관절의 뒤쪽에 굴곡되는 부분에 구비되고, 지지 부(240)는 허벅지 및 종아리 양측에 구비될 수 있다.

골격 유닛(200)은 내부에 유체를 수용하도록 공간이 형성되며 신축성을 가지는 재질로 수축과 이완될 수 있다.

구체적으로 기립 부(220)는 길게 형성되어 상부에 허벅지, 하부에 종아리를 지지하게 구비될 수 있다.

그리고 지지 부(240)는 기립 부(220)를 중심으로 상부와 하부에서 허벅지 및 종아리를 지지할 수 있다.

구체적으로 지지 부(240)는 허벅지에 외측 지지 부(241), 내측 지지 부(242)가 구비되고, 종아리에 외측 지지 부(243), 내측 지지 부(244)가 형성된다.

여기서 기립 부(220)는 구동제어 유닛(300)에 의해 공기가 출입되며 보행을 보조할 수 있으며, 지지 부(240)는 슈트를 착용한 순간부터 일정 압력으로 공기가 항시 주입되어 있어서 허벅지와 종아리를 지지할 수 있다.

한편 구동제어 유닛(300)은 골격 유닛(200)에 유체가 주입되도록 제어가 가능하게 구비될 수 있다.

도 5 및 도 6에 구동제어 유닛(300)이 벨브를 제어하여 골격 유닛(200)을 제어하도록 구조적으로 연결되어 있는 모습이 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 골격 유닛(200)은 양 다리에 각각 구비됨으로 한 쌍으로 구비되고, 구동제어 유닛(300)은 골격 유닛(200)과 연결되어 있어서 각각에 유체가 출입되도록 벨브를 제어할 수 있다.

구동제어 유닛(300)은 골격 유닛(200)과 연결되는 경로가 되는 유체제공 부(미도시)를 포함할 수 있다.

상기 유체제공 부(미도시)는 웨어러블 슈트(W) 내부에 구비되며 구동제어 유닛(300)과 골격 유닛(200) 사이를 연결하고 유체가 이동되는 통로가 된다. 그리고 상기 유체제공 부(미도시)는 유체가 출입될 수 있도록 벨브가 형성될 수 있다.

벨브는 전체 V1 내지 V6까지 형성되어 있고, 골격 유닛(200)의 기립 부(220) 및 지지 부(240)와 각각 연결되어 있을 수 있다.

먼저 V1은 구동제어 유닛(300)과 좌측 지지 부(240)가 연결된 통로에 형성될 수 있고, V2는 구동제어 유닛(300)과 우측 지지 부(240)가 연결된 통로에 형성될 수 있다.

그리고 V3은 구동제어 유닛(300)과 좌측 기립 부(220)가 연결된 통로에 형성될 수 있고, V4는 구동제어 유닛(300)과 우측 기립 부(220)가 연결된 통로에 형성될 수 있다.

또한 V5는 좌측 기립 부(220)에서 유체가 배출되는 통로가 되고, V6는 우측 기립 부(220)에서 유체가 배출되는 통로가 될 수 있다.

따라서 구동제어 유닛(300)은 사용자(H)가 보행 중이라고 판단될 경우 V3벨브와 V4벨브를 순차적으로 개폐하여 보행을 보조할 수 있다.

한편, 구동제어 유닛(300)은 사용자(H)의 움직임을 판단하여 보행 중인지 또는 낙상이 시작됐는지 여부를 판단할 수 있다.

도 7 및 도 8을 통해 사용자(H)의 움직임을 판단하는 기준이 되는 행동데이터(100)와 행동데이터(100)를 이용하여 사용자(H) 움직임을 판단하는 순서를 나타내었다.

도 7에 도시된 바와 같이, 구동제어 유닛(300)은 사용자(H)의 움직임을 인덱싱 할 수 있도록 행동데이터(100)를 포함하고, 행동데이터(100)를 사용자(H)가 보행하는 움직임이 저장된 보행패턴데이터(120) 및 보행패턴데이터(120)와 서로 다른 움직임에서 낙상이 시작되는 움직임이 저장된 낙상예방데이터(140)를 포함할 수 있다.

그리고 사용자(H)의 움직임을 통해 보행에 대한 데이터는 실시간으로 보행패턴데이터(120)에 저장하고, 낙상예방에 대한 데이터는 낙상예방데이터(140)에 저장할 수 있다.

이를 통해 사용자(H)가 보행 중인지, 낙상이 시작된 상태인지를 정확하게 파악할 수 있다.

다시 말해, 행동데이터(100)는 슈트를 입고 움직이면서 보행과 낙상에 대한 파라미터(PARAMETER) 값들이 저장되어 있어서, 슈트를 입은 사용자(H)가 어떠한 상태인지를 판단할 수 있는 기준이 되며, 최초에 기본값으로 설정되어 있기 때문에, 사용자(H)가 웨어러블 슈트(W)를 입고 다양한 활동을 하면서 보행, 낙상 시작에 대한 데이터들을 실시간으로 행동데이터(100)에 저장되도록 할 수 있다.

결론적으로 사용자(H)가 슈트를 입고 움직이는 시간이 많을수록 사용자(H)에 행동에 정밀하게 반응할 수 있다.

다음 도 8에서는 사용자(H) 움직임으로 계측된 센서 값으로 행동데이터(100)를 통해 판단하는 순서도를 나타내었다.

웨어러블 슈트(W)를 입고 사용자(H)가 보행을 시작하면 소프트 센서(S1) 및 IMU센서(S2)가 계측을 시작하고 사용자(H) 움직임을 감지한다(S01).

사용자(H) 움직임이 계측되면 행동데이터(100)에서 보행패턴데이터(120)와 일치하는지, 낙상예방데이터(140)와 일치하는지를 인덱싱을 하여 일치 여부를 판단한다(S02).

먼저 보행패턴데이터(120)와 일치하게 되면 오른발과 왼발이 전진하는 속도에 대한 데이터를 수집하여 보행 주기를 만들고 이에 따라 구동제어 유닛(300)이 기립 부(220)에 유체가 주입되도록 벨브를 조절한다(S05).

보행패턴데이터(120)와 일치하지 않는다면 바로 낙상예방데이터(140)와 일치여부를 판단한다(S06).

낙상예방데이터(140)와 일치한다면 사용자(H)가 낙상이 시작된 것으로 판단되어 무게중심이 이동되는 방향으로 기립 부(220)에 최대 압력 유체가 주입되도록 벨브를 최대치로 개방할 수 있다.

이렇게 낙상 시작시 기립 부(220)에 유체를 신속하게 주입하게 되면 사용자(H)는 무릎관절이 굴곡되는 것을 방지하고 강제적으로 신전되게 하여 무게중심을 최초 위치로 회복시킬 수 있다.

여기서 최초 위치는 서있을 때의 무게 중심 또는 보행 중에 무게중심이 될 수 있다.

예를 들어 사용자(H)가 산행 중에 좌측 다리가 돌뿌리에 걸려서 좌측으로 넘어지는 상황이 된다면 웨어러블 슈트(W)의 구동제어 유닛(300)은 낙상예방데이터(140)와 일치됨을 판단하고 V4를 최대치로 개방하여 오른쪽 기립 부(220)에 최대 압력으로 유체가 주입될 수 있다.

여기서 최대 압력은 2bar가 될 수 있다.

한편 사용자(H)가 보행중일 때는 구동제어 유닛(300)이 소프트 센서(S1)로부터 계측된 값을 보행패턴데이터(120)에 인덱싱하고, 일치된 경우에 V3, V4의 벨브를 순차적으로 개방할 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이 사용자(H)가 보행하는 단계를 t0~t7으로 구분하여 본다면, 구동제어 유닛(300)은 t2에서 왼쪽다리가 전진이 시작되는 보행 주기를 통해 V3를 개방하여 일정 압력으로 유체가 왼쪽 기립 부(220)에 주입되게 할 수 있다.

여기서 일정 압력은 1bar의 압력이 될 수 있다.

계속해서 사용자(H)가 t3에 보행 중이라면 V5를 개방하여 왼쪽 기립 부(220)에 있는 공기를 t5의 보행까지 배출시킨다.

그리고 t5에서 오른쪽 다리가 전진이 시작되는 보행 주기를 통해 V4를 개방하여 일정 압력으로 유체가 오른쪽 기립 부(220)에 주입되게 할 수 있다.

그리고 t6~t7까지 V6개방하여 공기를 외부로 배출시킬 수 있다.

이때 지지 부(240)는 계속해서 공기가 주입된 상태를 유지하게 되고, 최초 웨어러블 슈트(W)를 착용한 상태에서 구동제어 유닛(300)이 V1 및 V2를 개방하여 공기가 주입시킨 뒤 V1 및 V2를 폐쇄하여 일정압력의 공기가 주입된 상태를 유지시킬 수 있다. 여기서 지지 부(240)의 압력은 2bar로 설정될 수 있다. 2bar는 골격 유닛(200)이 수용할 수 있는 압력의 최대치로 지지 부(240)에 항시 압력이 유지되면 허벅지 뼈와 종아리뼈를 지지하는 역할을 할 수 있다.

계속해서 사용자(H)가 웨어러블 슈트(W)를 입고 보행을 하게 되면, 구동제어 유닛(300)은 사용자(H)의 보행주기를 예측할 수 있다.

T는 오른쪽 다리 또는 왼쪽 다리가 1보 전진되었을 때 소프트 센서(S1)로 계측된 데이터를 그래프로 나타낸 도면이다.

본 발명의 일 실시예에서 구동제어 유닛(300)은 일반적으로 일정한 보행 주기를 나타내는 경우 다음 걸음에 대한 예측을 할 수 있다.

이러한 예측을 통해 보행의 주기가 바뀌더라도 빠르게 새로운 보행주기에 대응할 수 있는 장점이 있다.

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.

100: 행동데이터
120: 보행패턴데이터
140: 낙상예방데이터
160: 낙상데이터
200: 골격유닛
220: 기립부
240: 지지부
260: 충격저감부
300: 구동제어유닛
S1: 소프트센서
S2: IMU센서
W: 웨어러블 슈트

Claims (14)

1. 사용자의 움직임을 판단하여 유체를 이동시킴으로 낙상을 예방하고 보행을 유지하도록 구동되는 낙상 예방 웨어러블 슈트로서,
   상기 사용자의 무릎 관절이 신전되도록 내부에 상기 유체가 주입되는 기립 부와, 내부에 상기 유체가 수용되고 허벅지와 종아리를 지지하는 지지 부를 포함하는 골격 유닛; 및
   상기 골격 유닛과 연결되어 상기 사용자의 움직임에 따라 상기 골격 유닛에 상기 유체가 주입되는 것을 제어하는 구동제어 유닛;
   을 포함하고,
   상기 구동제어 유닛은 상기 사용자가 보행하는 움직임을 감지하여 상기 기립 부에 상기 유체가 출입되도록 제어하여 상기 사용자의 보행을 보조하고, 상기 사용자가 낙상되는 것이 감지될 경우 상기 기립 부 및 상기 지지 부 중 적어도 어느 하나에 상기 유체가 주입되도록 제어하여 낙상을 방지하고,
   상기 구동제어 유닛은 상기 사용자의 움직임을 인덱싱할 수 있도록 행동데이터를 포함하고,
   상기 행동데이터는 상기 사용자가 보행하는 움직임이 저장된 보행패턴데이터 및 상기 사용자의 무게중심 위치에 따라 상기 보행패턴데이터와 서로 다른 움직임에서 낙상이 시작되는 움직임이 저장된 낙상예방데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   낙상 예방 웨어러블 슈트.
2. 제1항에 있어서,
   상기 구동제어 유닛은,
   상기 사용자가 보행하는 움직임이 감지된 경우, 상기 사용자의 보행 주기를 계측하여 상기 보행 주기에 대응하여 상기 기립 부에 상기 유체의 출입이 반복되도록 제어하는 것을 특징으로 하는,
   낙상 예방 웨어러블 슈트.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 구동제어 유닛은,
   상기 사용자가 상기 웨어러블 슈트를 착용하고 움직이는 동작을 감지하여 실시간으로 데이터를 상기 행동데이터에 저장하는 것을 특징으로 하는,
   낙상 예방 웨어러블 슈트.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 구동제어 유닛은,
   상기 사용자의 움직임이 상기 보행패턴데이터와 매칭되는 경우, 상기 기립 부에 상기 유체가 이동되도록 제어하고,
   상기 보행패턴데이터 또는 상기 낙상예방데이터 중 어느 하나와 매칭되는 경우, 상기 지지 부에 상기 유체가 이동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는,
   낙상 예방 웨어러블 슈트.
6. 제5항에 있어서,
   상기 구동제어 유닛은,
   상기 보행패턴데이터에서 상기 사용자 관절이 신전되는 경우 상기 유체가 주입되고, 굴곡될 경우 상기 유체가 추출되도록 제어하는 낙상 예방 웨어러블 슈트.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 구동제어 유닛은,
   상기 관절이 신전되는 동작을 구분하여 상기 유체가 주입되는 압력을 서로 다르게 조절하는 것을 특징으로 하는,
   낙상 예방 웨어러블 슈트.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 구동제어 유닛은,
   상기 골격 유닛과 연결되어 상기 유체가 주입되는 경로를 형성하고, 상기 경로 상에 벨브가 형성되는 유체 제공 부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   낙상 예방 웨어러블 슈트.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 유체 제공 부는,
   상기 구동제어 유닛에서 상기 기립 부로 상기 유체가 이동되는 관절 경로 부재를 포함하는 낙상 예방 웨어러블 슈트.
   
10. 제8항에 있어서,
    상기 유체 제공 부는,
    상기 구동제어 유닛에서 상기 지지 부로 상기 유체가 이동되는 측부 경로 부재를 포함하는 낙상 예방 웨어러블 슈트.
    
11. 제8항에 있어서,
    상기 골격 유닛은,
    신축 가능한 재질로 구비되어 상기 유체 제공 부를 통해 상기 유체를 공급받도록 구비되는 것을 특징으로 하는,
    낙상 예방 웨어러블 슈트.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 지지 부는,
    허벅지 양측에 구비되는 상부 보행수단 및 종아리 양측에 구비되는 하부 보행수단을 포함하는 낙상 예방 웨어러블 슈트.
    
13. 제1항에 있어서,
    상기 기립 부는,
    길게 형성되어 관절이 굴곡되는 부분에 구비되는 낙상 예방 웨어러블 슈트.
    
14. 삭제

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