KR102371989B1 - 충격 저감 웨어러블 슈트 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 충격 저감 웨어러블 슈트에 따르면, 사용자의 움직임을 판단하여 유체를 이동시킴으로 상기 사용자에게 가해지는 충격을 저감하는 웨어러블 슈트로서, 상기 사용자의 무릎 관절이 신전되도록 내부에 상기 유체가 주입되는 기립 부와, 내부로 상기 유체가 주입되어 상기 사용자와 충격대상 사이에서 충격을 저감 시키는 충격저감 부를 포함하는 골격 유닛 및 상기 골격 유닛과 연결되어 상기 사용자가 낙상 되는 것을 판단하여 상기 골격 유닛에 상기 유체가 주입되도록 제어하는 구동제어 유닛을 포함하고, 상기 구동제어 유닛은 상기 사용자가 낙상을 예방할 수 있도록 상기 기립 부에 상기 유체를 주입하며, 상기 사용자가 낙상 될 경우 상기 기립 부에서 상기 유체를 제거하고 상기 충격저감 부에 상기 유체를 주입할 수 있다.

Description

충격 저감 웨어러블 슈트{SHOCK REDUCTION WEARABLE SUIT}

본 발명은 사용자가 착용하는 웨어러블 슈트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사용자의 움직임을 판단하여 낙상 중인지 낙상될 것인지를 판단하여 낙상을 예방하거나 낙상으로부터 충격을 저감할 수 있는 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 이러한 슈트들을 구동할 수 있는 제어적인 부분에서는 보행을 보조하는 것이 일반적일 뿐이고, 낙상을 예방하거나 낙상으로부터 사용자를 보호할 수 있는 착용형 슈트에 대한 개발은 이루어지고 있지 않은 실정이다.

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, 낙상 사고를 방지하고 사고시 충격을 완화할 수 있는 웨어러블 슈트를 제어하는 방법에 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 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 상기 사용자에게 가해지는 충격을 저감하는 웨어러블 슈트로서, 상기 사용자의 무릎 관절이 신전되도록 내부에 상기 유체가 주입되는 기립 부와, 내부로 상기 유체가 주입되어 상기 사용자와 충격대상 사이에서 충격을 저감 시키는 충격저감 부를 포함하는 골격 유닛 및 상기 골격 유닛과 연결되어 상기 사용자가 낙상 되는 것을 판단하여 상기 골격 유닛에 상기 유체가 주입되도록 제어하는 구동제어 유닛을 포함하고, 상기 구동제어 유닛은 상기 사용자가 낙상을 예방할 수 있도록 상기 기립 부에 상기 유체를 주입하며, 상기 사용자가 낙상 될 경우 상기 기립 부에서 상기 유체를 제거하고 상기 충격저감 부에 상기 유체를 주입할 수 있다.

그리고 상기 구동제어 유닛은, 상기 사용자의 움직임을 분류하도록 행동 데이터를 포함하고, 상기 행동 데이터는 상기 사용자가 보행 중에 걸림 이벤트 또는 미끄럼 이벤트에서 상기 사용자가 낙상을 방지할 수 있는 낙상예방데이터 및 상기 사용자가 충격대상과 접촉되는 낙상데이터를 포함할 수 있다.

또한 상기 구동제어 유닛은, 상기 사용자가 상기 웨어러블 슈트를 착용하고 움직이는 동작을 감지하여 실시간으로 상기 행동 데이터에 저장할 수 있다.

그리고 상기 구동제어 유닛은, 상기 사용자 신체와 연결된 IMU센서에서 계측된 무게 중심의 이동정도를 통해 상기 사용자의 움직임이 상기 낙상예방데이터 또는 상기 낙상데이터와 중 어느 하나에 일치되는지 여부를 판단하여 상기 골격 유닛을 제어할 수 있다.

또한 상기 구동제어 유닛은, 상기 사용자의 움직임이 상기 낙상예방데이터와 매칭되는 경우, 상기 기립 부에 상기 유체가 이동되도록 제어하고, 상기 낙상데이터와 매칭되는 경우, 상기 충격저감 부로 상기 유체가 이동되도록 제어할 수 있다.

그리고 상기 구동제어 유닛은, 상기 골격 유닛과 연결되어 상기 유체가 주입되는 경로를 형성하고, 상기 경로 상에 밸브가 형성된 유체제공 부를 포함할 수 있다.

또한 상기 구동제어 유닛은, 상기 낙상데이터가 감지되는 경우, 상기 충격저감 부에 상기 유체를 주입하고, 상기 기립 부의 상기 유체를 추출할 수 있다.

그리고 상기 구동제어 유닛은 상기 기립 부 내부의 상기 유체를 상기 충격저감 부로 이동시킬 수 있다.

또한 상기 골격 유닛은, 내부로 상기 유체가 이동되도록 구비되도록 구비되며, 상기 사용자의 허벅지 및 종아리를 지지하는 지지부를 포함하고, 상기 지지부는 허벅지 양측에 구비되는 상부 보행수단 및 종아리 양측에 구비되는 하부 보행수단을 포함하고 상기 낙상데이터가 감지되는 경우, 상기 유체가 주입될 수 있다.

그리고 상기 기립 부는, 상기 사용자의 무릎 관절의 굴곡되는 부분에 구비되어 허벅지 및 종아리 신전 되도록 길게 형성될 수 있다.

또한 상기 충격저감 부는, 상기 사용자의 엉덩이와 골반에 각각 구비될 수 있다.

그리고 상기 골격 유닛은, 신축 가능한 재질로 구비되어 상기 유체제공 부를 통해 상기 유체를 공급받도록 구비될 수 있다.

본 발명의 보행 보조 및 낙상 예방 웨어러블 슈트에 따르면, 사용자의 움직임을 판단하여 낙상을 예방할 수 있는지 낙상에서 충격을 보호할 수 있는지를 판단하여 사용자 움직임에 대응하게 구동될 수 있다.

사용자가 충격대상으로 보호되도록 유체를 신속하게 이동시킬 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 충격 저감 웨어러블 슈트의 전체적인 모습을 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 저감 웨어러블 슈트에서 소프트 센서(S1)의 위치를 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 저감 웨어러블 슈트에서 IMU센서의 위치를 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 저감 웨어러블 슈트에 모듈이 형성된 모습을 나타낸 도면;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 저감 웨어러블 슈트에서 충격저감 부를 나타낸 도면;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 저감 웨어러블 슈트에서 사용자 움직임을 행동 데이터에서 인덱싱하여 판단하는 것을 개략적으로 나타낸 도면;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 저감 웨어러블 슈트에서 사용자의 동작을 판단하는 순서도;
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 저감 웨어러블 슈트에서 구동제어 유닛이 기립 부 및 충격저감 부에 유체를 제공할 수 있는 경로를 나타낸 도면;
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 저감 웨어러블 슈트에서 무게중심에 따라 기립 부 및 충격저감 부에 유체를 제공할 수 있도록 밸브가 개폐되는 것을 나타낸 도면;
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 저감 웨어러블 슈트에서 낙상예방데이터가 감지되는 경우 구동제어 유닛이 기립 부에 유체가 주입되도록 밸브를 제어하는 것을 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 충격 저감 웨어러블 슈트(W)의 전체적인 모습을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 저감 웨어러블 슈트(W)에서 소프트 센서(S1)의 위치를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 저감 웨어러블 슈트(W)에서 IMU센서(S2)의 위치를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 저감 웨어러블 슈트(W)에 모듈이 형성된 모습을 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 저감 웨어러블 슈트(W)에서 충격저감 부(260)를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 저감 웨어러블 슈트(W)에서 사용자 움직임을 행동 데이터에서 인덱싱하여 판단하는 것을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 저감 웨어러블 슈트(W)에서 사용자의 동작을 판단하는 순서도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 저감 웨어러블 슈트(W)에서 구동제어 유닛(300)이 기립 부(220) 및 충격저감 부(260)에 유체를 제공할 수 있는 경로를 나타낸 도면이고, 도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 저감 웨어러블 슈트(W)에서 무게중심에 따라 기립 부(220) 및 충격저감 부(260)에 유체를 제공할 수 있도록 밸브가 개폐되는 것을 나타낸 도면이며, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 저감 웨어러블 슈트(W)에서 낙상예방데이터(140)가 감지되는 경우 구동제어 유닛(300)이 기립 부(220)에 유체가 주입되도록 밸브를 제어하는 것을 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, 본 발명은 낙상으로부터 사용자를 보호하기 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 충격 저감 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 충격 저감 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.

여기서 유체는 공기, 물 등이 될 수 있으며 본 발명의 일 실시예에 따른 유체는 공기가 될 수 있다.

한편, 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 낙상되는 움직임을 감지하여 기립 부(220)에 유체를 주입한다.

그리고 구동제어 유닛(300)은 사용자가 본 발명의 웨어러블 슈트(W)를 착용하면 지지 부(240)에 유체가 주입하여 사용자의 움직임 중에 하지가 견고하게 지지되게 한다.

여기서 골격 유닛(200)은, 신축 가능한 소재로 구비되어 내부에 유체가 수용 가능하다. 그리고 본 발명의 웨어러블 슈트(W)가 신축 가능한 섬유재질로 구비되되, 특히 하지에 착용이 가능하여, 낙상이 시작된 시점에서 낙상을 예방하고, 충격 대상과 접촉되어 발생되는 충격을 저감시킬 수 있다.

한편 구동제어 유닛(300)은 골격 유닛(200)에 유체를 제공하도록 유체 이동을 제어하고, 사용자의 움직임을 판단하도록 구비된다. 구동제어 유닛(300)이 사용자 움직임을 판단하는 내용은 후술하도록 하겠다.

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

본 발명의 일 실시예에 따른 구동제어 유닛(300)은 사용자(H)가 낙상이 시작되는 것이 감지되는 경우, 사용자(H)의 무게중심을 계측하여 상기 보행 해당 기립 부(220)에 유체가 주입되도록 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 행동 데이터(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.

구체적으로 소프트 센서(S1)에서 계측된 데이터들은 행동 데이터(100)에서 사용자 다리의 움직임을 판단할 수 있고, IMU센서(S2)에서 계측된 데이터들은 행동 데이터(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 행동 데이터(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 4 및 도 5에 골격 유닛(200)에 대해 도시 되어 있다.

앞서 설명한 바와 같이 골격 유닛(200)은 기립 부(220), 지지 부(240) 및 충격저감 부(260)를 포함한다.

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

여기서 기립 부(220), 지지 부(240) 및 충격저감 부(260)는 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.

여기서 기립 부(220)는 구동제어 유닛(300)에 의해 유체가 출입이 되어 낙상되는 방향의 기립 부(220)에 유체가 주입되게 되며, 지지 부(240)는 슈트를 착용한 순간부터 일정 압력으로 유체가 항시 주입되어 있어서 허벅지와 종아리를 지지할 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.

한편 충격저감 부(260)는 사용자가 낙상시 충격대상과 접촉되면서 충격이 발생되는 것을 저감하기 위한 것으로, 충격저감 부(260)는 낙상될 경우 가장 먼저 충격대상과 접촉될 수 있는 신체에 구비될 수 있다.

따라서 본 발명의 일 실시예에서는 엉덩이와 골반, 그리고 무릎의 앞쪽에 구비될 수 있다.

그리고 충격저감 부(260)는 돌이킬 수 없는 낙상이 시작된다고 판단된 시점에서 구동제어 유닛(300)이 유체를 주입하게 된다.

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

다음 도면을 통해 구동제어 유닛(300)에 대해서 상세하게 설명한다.

도 6 및 도 7은 사용자(H)의 움직임을 판단하는 기준이 되는 행동 데이터(100)와 행동 데이터(100)를 이용하여 사용자(H) 움직임을 판단하는 순서를 나타내었다.

본 발명의 일 실시예에 따른 구동제어 유닛(300)은 사용자(H)의 움직임을 판단하여 낙상이 시작되었는지 또는 낙상을 돌이킬 수 없는지 여부를 판단할 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 구동제어 유닛(300)은 사용자(H)의 움직임을 인덱싱 할 수 있도록 행동 데이터(100)를 포함하고, 행동 데이터(100)는 사용자(H)가 낙상이 시작된 움직임이 저장된 낙상예방데이터(140) 및 낙상예방데이터(140)와 서로 다른 움직임에서 낙상이 시작되는 움직임이 저장된 낙상데이터(160)를 포함할 수 있다.

여기서 낙상에 대한 데이터는 IMU센서(S2)를 통해 무게중심이 이동되는 위치에 대한 판단이 될 것이고, 기본적으로 낙상예방 및 낙상데이터(160)에 빅데이터가 저장되어 있기 때문에, 이를 통해 사용자(H)의 움직임이 낙상 중인지, 돌이킬 수 없는 낙상 상태인지를 정확하게 파악할 수 있다.

그리고 사용자(H)의 움직임을 통해 낙상이 시작된 사용자 움직임에 대한 데이터는 실시간으로 낙상예방데이터(140)에 저장하고, 돌이킬 수 없는 낙상에 대한 데이터는 낙상데이터(160)에 저장할 수 있다.

여기서 행동 데이터(100)는 낙상예방 및 돌이킬 수 없는 낙상의 상황에서 무게중심의 위치에 대해 많은 시간동안 계측하여 저장되어 있는 데이터들의 집합체이다.

따라서, 행동 데이터(100)는 낙상예방 및 낙상에 대한 파라미터(PARAMETER) 값들이 저장되어 있어서, 슈트를 입은 사용자(H)가 어떠한 상태인지를 판단할 수 있는 기준이 되며, 최초에는 행동 데이터 자체에 저장되어 있는 기본값으로 설정되어 있기 때문에, 사용자(H)가 웨어러블 슈트(W)를 입고 다양한 활동을 하면서 낙상 시작과 낙상에 대한 데이터들이 실시간으로 행동 데이터(100)에 저장될 수 있다.

결론적으로 사용자(H)가 슈트를 입고 움직이는 시간이 많을수록 낙상예방데이터(140) 및 낙상데이터(160)에 실시간으로 저장됨으로 사용자(H)의 낙상에 대한 행동에 정밀하게 반응할 수 있다.

다음 도 7은 사용자(H) 움직임으로 계측된 센서 값으로 행동 데이터(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(S01), 사용자(H) 움직임을 감지한다(S02).

사용자(H) 움직임을 통해 낙상예방데이터(140)와 일치하는지, 낙상데이터(160)와 일치하는지를 인덱싱을 한다(S03).

먼저 구동제어 유닛(300)은 행동 데이터(100)를 통해 현재 사용자의 움직임이 낙상예방데이터(140)에 속하는지 일치 여부를 판단한다(S04).

그리고 낙상예방데이터(140)와 일치하게 되면 무게중심이 앞, 뒤, 좌, 우, 앞쪽 좌측, 앞쪽 우측, 뒤쪽좌측, 뒤쪽우측 중 어디로 이동되는 지를 확인하여 해당 기립 부(220)에 유체가 주입되도록 제어한다(S05).

하지만 낙상예방데이터(140)와 일치하지 않을 경우에는 낙상데이터(160)와 일치여부를 판단하게 된다(S06).

본 발명의 일 실시예에 따라 행동 데이터(100)는 낙상예방데이터(140) 및 낙상데이터(160)를 포함하고 있지 않고, 사용자가 낙상을 예방할 수 있는지, 또는 낙상을 돌이킬 수 없는지에 대해서만 판단을 하기 때문에, 낙상예방에 대해서 먼저 판단하게 될 수 있다.

계속해서 돌이킬 수 없는 낙상의 단계가 된다면, 현재 사용자의 상태에서 계측되는 IMU센서(S2) 데이터들이 낙상데이터(160)와 일치를 할 것이고, 이때 구동제어 유닛(300)은 사용자의 무게중심이 이동되는 방향에 따라 해당 위치의 충격저감 부(260)에 유체를 주입할 수 있다.

한편 구동제어 유닛(300)은 상기 유체보관통에서 기립 부(220) 지지 부(240) 충격저감 부(260)로 유체를 이동시키는 경로가 되며, 주입되는 압력을 제어할 수 있도록 밸브가 형성된 유체제공부(미도시)를 포함한다.

도 8에 구동제어 유닛(300)이 밸브를 제어하여 골격 유닛(200)에 유체가 주입되도록 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 밸브를 제어할 수 있다.

구동제어 유닛(300)은 골격 유닛(200)과 연결되는 경로가 되는 상기 유체제공 부(미도시)를 통해 유체를 이동시킬 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 밸브가 형성될 수 있다.

밸브는 전체 V1 내지 V12까지 형성되어 있고, 골격 유닛(200)의 기립 부(220), 지지 부(240) 및 충격저감 부(260)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.

그리고 V7 및 V8은 충격저감 부(260)로 이동되는 경로 중에 형성된다.

본 실시예에 따른 충격저감 부(260)는 양쪽 엉덩이(264)와 양쪽 골반(266)과 양쪽 무릎(262)에 형성될 수 있다.

그리고 V7는 좌측 충격저감 부(264, 266)에, V8은 우측 충격저감 부(264, 266)로 이동되는 통로에 형성된 밸브들이다.

V7과 V8에서 각각 연장되어 V9와 V10을 통해 충격저감 부(260)의 무릎 앞쪽(262)을 향해 유체가 이동될 수 있다.

그리고 V9는 좌측 충격저감 부(260)에서 좌측 무릎(262)에, V10은 우측 충격저감 부(260)에서 우측 무릎(262)으로 유체가 주입되는 경로상에 형성된다.

그리고 V7과 V8에서 각각 연장되어 V11는 좌측 골반(266)과 좌측 엉덩이(264)로, V12는 우측 골반(266)과 우측 엉덩이(264)로 유체가 이동되는 경로상에 형성된다.

위와 같은 구성에 따라 구동제어 유닛(300)은 IMU센서(S2)를 통해 사용자(H)의 무게중심이 이동되는 위치를 판단하여, 낙상예방데이터(140)와 일치된다고 판단될 경우 V3밸브와 V4밸브를 개폐하여 낙상이 예방될 수 있게 하고, 낙상데이터(160)와 일치된다고 판단된 경우 충격저감 부(260)에 유체가 이동되도록 밸브를 개방할 수 있다.

다음 도 9 내지 12를 통해 구동제어 유닛(300)이 밸브를 제어하는 형태에 대해 살펴보도록 한다.

도 9에서는 사용자의 상태에 따라 밸브가 개방 또는 폐쇄되는 그림을 나타내었다.

도시된 바와 같치 사용자가 정지 또는 보행의 상태에서 돌뿌리에 걸려서 미끄러지거나 넘어지는 상황이 발생되는 경우는 가정하여 설명하도록 하겠다.

우선 본 발명에 따른 행동 데이터에는 낙상예방데이터(140)에 해당되는 가상의 경계와 낙상데이터(160)에 해당되는 가상의 경계가 설정될 수 있다.

따라서 복수의 IMU센서(S2)를 통해 사용자의 무게중심이 이동되어 낙상예방데이터(140)에 해당되는 영역에 무게중심이 있게 되면 기립 부(220)에 유체가 가득 채워지도록 구동제어 유닛(300)이 밸브를 제어한다.

이때 개방되는 밸브는 V3 및 V4가되고 무게중심이 좌측 또는 우측으로 이동되는지를 판단하여 왼쪽 기립 부(220) 또는 오른쪽 기립 부(220)도 구별하여 밸브를 제어할 수 있다.

계속해서 낙상데이터(160)가 생성되는 영역에 무게중심이 위치하면, 전방 또는 측후방 낙상에 따라 서로 다른 밸브가 개방되게 된다.

사용자가 낙상이 되는 경우, 구동제어모듈의 유체보관통(미도시)에서 골격 유닛(200)으로 유체를 공급하지만, 최대한 빠르게 충격저감 부(260)로 유체가 이동되어야 하기 때문에 지지 부(240)에 수용되어 있는 유체가 충격저감 부(260)로 이동된다.

따라서 사용자가 전방으로 낙상되는 경우, V1 내지 V4 및 V7 내지 V10의 밸브를 개방하여 지지 부(240)에 수용되어 있는 유체를 슬개골을 감싸고 있는 충격저감 부(260)를 향해 이동시키고, 나머지 밸브는 폐쇄한다.

그리고 사용자가 측방으로 낙상되는 경우, V1 내지 V4, V7, V8, V11, V12를 개방하여 지지 부(240)에 수용되어 있는 유체를 엉덩이와 골반의 측면을 감싸고 있는 충격저감 부(260)를 향해 이동시키고, 나머지 밸브는 폐쇄한다.

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

Claims (13)

1. 사용자의 움직임을 판단하여 유체를 이동시킴으로 상기 사용자에게 가해지는 충격을 저감하는 웨어러블 슈트로서,
   상기 사용자의 무릎 관절이 신전되도록 내부에 상기 유체가 주입되는 기립 부와, 내부로 상기 유체가 주입되어 상기 사용자와 충격대상 사이에서 충격을 저감 시키는 충격저감 부를 포함하는 골격 유닛; 및
   상기 골격 유닛과 연결되어 상기 사용자가 낙상 되는 것을 판단하여 상기 골격 유닛에 상기 유체가 주입되도록 제어하는 구동제어 유닛;
   을 포함하고,
   상기 구동제어 유닛은 상기 사용자가 낙상을 예방할 수 있도록 상기 기립 부에 상기 유체를 주입하며, 상기 사용자가 낙상 될 경우 상기 기립 부에서 상기 유체를 제거하고 상기 충격저감 부에 상기 유체를 주입하며,
   상기 구동제어 유닛은 상기 골격 유닛과 연결되어 상기 유체가 주입되는 경로를 형성하고, 상기 경로 상에 밸브가 형성된 유체제공 부를 포함하는 것을 특징으로 하는 충격 저감 웨어러블 슈트.
2. 제1항에 있어서,
   상기 구동제어 유닛은,
   상기 사용자의 움직임을 분류하도록 행동 데이터를 포함하고,
   상기 행동 데이터는 상기 사용자가 보행 중에 걸림 이벤트 또는 미끄럼 이벤트에서 상기 사용자가 낙상을 방지할 수 있는 낙상예방데이터 및 상기 사용자가 충격대상과 접촉되는 낙상데이터를 포함하는 충격 저감 웨어러블 슈트.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 구동제어 유닛은,
   상기 사용자가 상기 웨어러블 슈트를 착용하고 움직이는 동작을 감지하여 실시간으로 상기 행동 데이터에 저장하는 것을 특징으로 하는 충격 저감 웨어러블 슈트.
   
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 구동제어 유닛은,
   상기 사용자 신체와 연결된 IMU센서에서 계측된 무게 중심의 이동정도를 통해 상기 사용자의 움직임이 상기 낙상예방데이터 또는 상기 낙상데이터와 중 어느 하나에 일치되는지 여부를 판단하여 상기 골격 유닛을 제어하는 것을 특징으로 하는 충격 저감 웨어러블 슈트
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 구동제어 유닛은,
   상기 사용자의 움직임이 상기 낙상예방데이터와 매칭되는 경우, 상기 기립 부에 상기 유체가 이동되도록 제어하고,
   상기 낙상데이터와 매칭되는 경우, 상기 충격저감 부로 상기 유체가 이동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 충격 저감 웨어러블 슈트
   
6. 삭제
7. 제2항에 있어서,
   상기 구동제어 유닛은,
   상기 낙상데이터가 감지되는 경우,
   상기 충격저감 부에 상기 유체를 주입하고, 상기 기립 부의 상기 유체를 추출하는 충격 저감 웨어러블 슈트.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 구동제어 유닛은
   상기 기립 부 내부의 상기 유체를 상기 충격저감 부로 이동시키는 것을 특징으로 하는 충격 저감 웨어러블 슈트.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 골격 유닛은,
   내부로 상기 유체가 이동되도록 구비되도록 구비되며, 상기 사용자의 허벅지 및 종아리를 지지하는 지지부를 포함하고,
   상기 지지부는,
   허벅지 양측에 구비되는 상부 보행수단 및 종아리 양측에 구비되는 하부 보행수단을 포함하고 상기 낙상데이터가 감지되는 경우, 상기 유체가 주입되는 충격 저감 웨어러블 슈트.
   
10. 제8항에 있어서,
    상기 기립 부는,
    상기 사용자의 무릎 관절의 굴곡되는 부분에 구비되어 허벅지 및 종아리 신전되도록 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 충격 저감 웨어러블 슈트.
    
11. 제8항에 있어서,
    상기 충격저감 부는,
    상기 사용자의 엉덩이와 골반에 각각 구비되는 충격 저감 웨어러블 슈트.
    
12. 제1항에 있어서,
    상기 골격 유닛은,
    신축 가능한 재질로 구비되어 상기 유체제공 부를 통해 상기 유체를 공급받도록 구비되는 것을 특징으로 하는 충격 저감 웨어러블 슈트.
    
13. 상기 사용자의 움직임을 판단하여 상기 유체를 이동시킴으로 상기 사용자에게 가해지는 충격을 저감하는 웨어러블 슈트로서,
    길게 형성되어 굴곡되는 관절에 구비되어 내부로 상기 유체가 이동되며 상기 사용자의 무릎을 지지하도록 구비되는 기립 부와, 상기 사용자의 엉덩이와 골반에 각각 구비되며 내부로 상기 유체가 이동되어 상기 사용자와 충격대상 사이에서 충격을 저감 시키는 충격저감 부를 포함하는 신축가능한 재질로 형성된 골격 유닛; 및
    상기 골격 유닛과 연결되어 상기 사용자가 낙상 되는 것을 판단하여 상기 골격 유닛에 상기 유체가 주입되도록 제어하는 구동제어 유닛;
    을 포함하고,
    상기 구동제어 유닛은 상기 사용자가 낙상을 예방할 수 있도록 상기 기립 부에 상기 유체를 주입하고, 상기 사용자가 낙상 될 경우 상기 기립 부에서 상기 유체를 제거하고 상기 충격저감 부에 상기 유체를 주입하는 것을 특징으로 하며,
    상기 구동제어 유닛은 상기 사용자의 움직임을 분류하도록 행동 데이터를 포함하고, 상기 행동 데이터는 상기 사용자가 보행 중에 걸림 이벤트 또는 미끄럼 이벤트에서 상기 사용자가 낙상을 방지할 수 있는 낙상예방데이터 및 상기 사용자가 충격대상과 접촉되는 낙상데이터를 포함하며, 상기 사용자가 상기 웨어러블 슈트를 착용하고 움직이는 동작을 감지하여 실시간으로 상기 행동 데이터에 저장하고, 상기 사용자 신체와 연결된 IMU센서가 상기 낙상예방데이터 또는 상기 낙상데이터와 일치되는 상기 사용자의 움직임을 판단하여 상기 골격 유닛을 제어하는 것을 특징으로 하며, 상기 사용자의 움직임이 상기 낙상예방데이터와 매칭되는 경우, 상기 기립 부에 상기 유체가 이동되도록 제어하고, 상기 낙상데이터와 매칭되는 경우, 상기 충격저감 부로 상기 유체가 이동되도록 제어하며, 상기 골격 유닛과 연결되어 상기 유체가 주입되는 경로를 형성하고, 상기 경로 상에 밸브가 형성된 상기 유체제공 부와 상기 유체제공 부와 연결되어 상기 골격 유닛에 상기 유체가 주입되도록 상기 밸브를 제어하는 경로제어 부를 포함하고, 골격 유닛은 허벅지 양측에 구비되는 상부 보행수단 및 종아리 양측에 구비되는 하부 보행수단을 포함하고 내부에 상기 유체가 주입되는 지지부를 포함하고 상기 낙상데이터가 감지되는 경우, 상기 지지부 및 상기 충격저감 부에 상기 유체를 주입하고, 상기 기립 부의 상기 유체를 추출하며 상기 지지부 및 상기 충격저감 부에 상기 유체를 주입하고 상기 기립 부의 상기 유체를 추출하며, 상기 유체제공 부는 상기 구동제어 유닛과 상기 기립 부를 연결하는 관절경로 부재, 상기 구동제어 유닛과 상기 지지부를 연결하는 측부경로 부재 및 상기 구동제어 유닛과 상기 충격저감 부를 연결하는 충격저감경로 부재를 포함하는 충격 저감 웨어러블 슈트.
    

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