KR102384155B1 - 보행 보조 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

보행 보조 방법 및 장치가 개시된다. 일 실시예에 따른 제어 장치는 사용자의 발바닥에 작용하는 압력에 대한 정보를 나타내는 압력 데이터를 이용하여 상기 사용자의 보행 동작을 추정하고, 상기 사용자의 발바닥에 진동을 인가하는 진동자를 제어하여, 상기 사용자에게 상기 보행 동작에 따른 피드백을 제공할 수 있다

Description

보행 보조 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ASSISTING WALKING}
아래의 실시 예들은 보행 보조 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 고령화 사회가 심화되면서 관절에 문제가 있어서 이에 대한 고통과 불편을 호소하는 사람들이 증가하고 있고, 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.
예를 들어, 보행 보조 장치는, 사용자의 몸통에 장착되는 몸체 프레임과, 몸체 프레임의 하측에 결합되어 사용자의 골반을 감싸는 골반 프레임과, 사용자의 대퇴부 및 종아리, 발 부위에 장착되는 대퇴부 프레임, 종아리 프레임, 발 프레임으로 구성된다. 골반 프레임과 대퇴부 프레임은 고관절부에 의해 회전 가능하도록 연결되고, 대퇴부 프레임과 종아리 프레임은 무릎 관절부에 의해 회전 가능하도록 연결되며, 종아리 프레임과 발 프레임은 발목 관절부에 의해 회전 가능하도록 연결된다.
한국공개번호 제10-2012-0105611 (공개일: 2012.09.26.)은 인간형 로봇 플랫폼의 원활한 보행을 실현하기 위해 다양한 이동성을 갖는 보행 패턴을 생성하고, 그에 따른 동적인 안정성 확보를 위한 자세 제어 알고리즘을 개시한다. 구체적으로, 선행문헌은 다양한 이동성과 균형 조절성을 갖는 결합 진동자 기반의 보행패턴 생성기를 설계하고, 센서기반의 피드백 제어기를 구성함으로써 저수준의 처리 능력을 갖는 제어기에서도 다양한 이동성과 동적인 안정성의 달성이 가능한 보행 패턴 생성 및 안정화 알고리즘을 개시한다.
일 실시예에 따른 제어 장치는 사용자의 발바닥에 작용하는 압력에 대한 정보를 나타내는 압력 데이터를 수신하는 보행 데이터 수신부; 상기 압력 데이터를 이용하여 상기 사용자의 보행 동작을 추정하는 보행 동작 추정부; 및 상기 사용자의 발바닥에 진동을 인가하는 진동자를 제어하여, 상기 사용자에게 상기 보행 동작에 따른 피드백을 제공하는 피드백부를 포함한다.
상기 보행 데이터 수신부는, 사용자의 발바닥과 접하는 면에 부착된 압력 센서로부터 상기 압력 데이터를 수신할 수 있다.
상기 보행 데이터 수신부는, 통신 인터페이스를 이용하여 상기 압력 센서로부터 상기 압력 데이터를 수신할 수 있다.
상기 압력 센서는 적어도 두 개이고, 상기 적어도 두 개의 압력 센서는, 상기 발바닥의 앞부분에 작용하는 압력 및 상기 발바닥의 뒷부분에 작용하는 압력을 센싱하여 상기 압력 데이터를 생성할 수 있다.
상기 보행 동작 추정부는, 상기 압력 데이터를 이용하여, 상기 발바닥의 앞부분이 지면에 닿는 보행 동작 및 상기 발바닥의 뒷부분이 상기 지면에 닿는 보행 동작을 추정할 수 있다.
상기 피드백부는, 상기 발바닥의 앞부분이 지면에 닿는 보행 동작 및 상기 발바닥의 뒷부분이 상기 지면에 닿는 보행 동작의 추정을 기초로, 상기 진동자를 동작시킬 수 있다.
상기 피드백부는, 상기 보행 동작에 따른 상기 발바닥의 압력 중심(Center Of Pressure: COP)의 이동에 기초하여 상기 진동자의 강도를 조절할 수 있다.
상기 보행 데이터 수신부는, 상기 사용자의 힙 관절 각도에 대한 정보를 나타내는 힙 관절 각도 데이터를 수신할 수 있다.
상기 피드백부는, 상기 압력 데이터 및 상기 힙 관절 각도 데이터를 기초로 상기 압력 중심을 추정할 수 있다.
상기 피드백부는, 상기 압력 데이터에 포함된 상기 발바닥의 앞부분 및 뒷부분에 작용하는 압력의 변화에 대한 정보를 이용하여 상기 압력 중심을 추정할 수 있다.
상기 보행 동작 추정부는, 상기 사용자의 보행 동작을 복수개의 보행 상태로 모델링하고, 상기 압력 데이터 및 상기 힙 관절 각도 데이터를 이용하여, 상기 모델링된 복수개의 보행 상태 중 상기 사용자의 보행 동작과 대응되는 보행 상태를 추정하고, 상기 피드백부는, 상기 보행 상태에 대응하도록 상기 진동자를 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어 장치는 상기 보행 동작에 대응하도록 보행 보조 장치의 구동을 제어하는 구동 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 구동 제어부는, 상기 발바닥의 앞부분이 지면에 닿는 보행 동작 및 상기 발바닥의 뒷부분이 상기 지면에 닿는 보행 동작의 추정을 기초로, 상기 보행 보조 장치를 구동시키기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다.
상기 적어도 두 개의 압력 센서는, 상기 발바닥의 왼쪽 부분에 작용하는 압력 및 상기 발바닥의 오른쪽 부분에 작용하는 압력을 센싱하여 상기 압력 데이터를 생성하고, 상기 보행 동작 추정부는, 상기 압력 데이터를 이용하여 상기 사용자의 보행 동작이 균형적인지 여부를 판단할 수 있다.
상기 보행 동작 추정부에서 상기 사용자의 보행 동작이 불균형한 것으로 판단된 경우, 상기 피드백부는 상기 진동자를 동작시킬 수 있다.
상기 보행 동작 추정부에서 상기 사용자의 보행 동작이 불균형한 것으로 판단된 경우, 상기 구동 제어부는, 상기 사용자의 보행 동작이 균형적으로 되도록 상기 보행 보조 장치의 구동을 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 보행 보조 장치는 사용자의 발바닥에 작용하는 압력에 대한 정보를 나타내는 압력 데이터를 생성하는 압력 센서를 포함하는 부가 장치; 상기 사용자의 힙 관절 각도에 대한 정보를 나타내는 힙 관절 각도 데이터를 생성하는 힙 관절 각도 센서; 상기 사용자의 발바닥에 진동을 인가하는 진동자; 및 상기 압력 데이터 및 상기 힙 관절 각도 데이터를 수신하고, 상기 압력 데이터 및 상기 힙 관절 각도 데이터를 이용하여 상기 사용자의 보행 동작을 추정하고, 상기 진동자를 제어하여 상기 사용자에게 상기 보행 동작에 따른 피드백을 제공하는 프로세서를 포함한다.
상기 압력 센서는 적어도 두 개이고, 상기 적어도 두 개의 압력 센서는, 상기 발바닥의 앞부분에 작용하는 압력 및 상기 발바닥의 뒷부분에 작용하는 압력을 센싱하여 상기 압력 데이터를 생성할 수 있다.
상기 적어도 두 개의 압력 센서는, 상기 발바닥의 왼쪽 부분에 작용하는 압력 및 상기 발바닥의 오른쪽 부분에 작용하는 압력을 센싱하여 상기 압력 데이터를 생성하고, 상기 프로세서는, 상기 압력 데이터를 이용하여 상기 사용자의 보행 동작이 균형적인지 여부를 판단하고, 상기 사용자의 보행 동작이 불균형한 것으로 판단된 경우, 상기 진동자를 동작시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 제어 방법은 사용자의 발바닥에 작용하는 압력에 대한 정보를 나타내는 압력 데이터를 수신하는 단계; 상기 압력 데이터를 이용하여 상기 사용자의 보행 동작을 추정하는 단계; 및 상기 사용자의 발바닥에 진동을 인가하는 진동자를 제어하여, 상기 사용자에게 상기 보행 동작에 따른 피드백을 제공하는 단계를 포함한다.
상기 제어 방법은 상기 보행 동작에 대응하도록 보행 보조 장치의 구동을 제어하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에 따른 제어 방법은 사용자의 발바닥에 작용하는 압력을 센싱함으로써 압력 데이터를 생성하는 단계, 상기 압력 데이터를 보행 보조 장치로 전송하는 단계, 진동자를 제어하는 신호를 상기 보행 보조 장치로부터 수신하는 단계 및 상기 신호에 기반하여 상기 진동자를 제어하는 단계를 포함하고, 상기 제어하는 신호는 상기 압력 데이터에 기반하여 상기 보행 보조 장치에 의해 생성된 피드백이다.
상기 진동자를 제어하는 단계는 상기 사용자의 발바닥이 지면에 닿는 보행 동작이 수행되는 시간 구간동안 동작할 수 있다.
상기 진동자를 제어하는 단계는 상기 발바닥의 압력 중심의 기초하여 진동자의 강도를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어 장치는 사용자의 발바닥에 작용하는 압력을 센싱하는 압력 센서, 상기 센싱된 압력을 이용하여 압력 데이터를 생성하는 프로세서, 상기 압력 데이터를 보행 보조 장치로 전송하고, 진동자를 제어하는 신호를 상기 보행 보조 장치로부터 수신하는 통신 인터페이스 및 상기 신호에 기반하여 진동을 인가하는 진동자를 포함하며, 상기 프로세서는 상기 통신 인터페이스가 수신한 상기 신호에 기반하여 상기 진동자를 제어하고, 상기 제어하는 신호는 상기 압력 데이터에 기반하여 상기 보행 보조 장치에 의해 생성된 피드백이다.
도 1은 일 실시예에 따른 보행 보조 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 보행 보조 장치 및 부가 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 제어 장치를 나타낸 블록도이다.
도 4는 다른 일 실시예에 따른 제어 장치를 나타낸 블록도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 보행 보조 장치 및 부가 장치를 나타낸 블록도이다.
도 6 및 도 7은 일 실시예에 따른 보행 동작과 보행 동작에 따른 피드백을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 다른 일 실시예에 따른 보행 보조 장치 및 부가 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 피드백의 제공을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 피드백의 제공을 위한 인터페이스를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 제어 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 12는 다른 일 실시예에 따른 제어 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 일 실시예에 따른 보행 보조 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 보행 보조 장치(100)는 사용자에게 장착되어 사용자의 보행을 도울 수 있다. 보행 보조 장치(100)는 구동기(110), 센서부(120), IMU(Inertial Measurement Unit) 센서(130) 및 제어기(140)를 포함한다. 도 1에서는 힙 타입(hip-type)의 보행 보조 장치가 도시되었으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 하지 전체를 지원하는 형태와 하지 일부를 지원하는 형태에 모두 적용될 수 있다. 또한, 하지 일부를 지원하는 형태에서 무릎까지 지원하는 형태, 발목까지 지원하는 형태, 전신을 지원하는 형태에 모두 적용될 수 있다.
구동기(110)는 사용자의 양쪽 힙 관절을 구동시키고, 사용자의 오른쪽 및 왼쪽 힙 부분에 위치할 수 있다.
센서부(120)는 보행 시 사용자의 양쪽 힙 관절 각도 정보를 측정한다. 센서부(120)에서 센싱되는 양쪽 힙 관절 각도 정보는 양쪽 힙 관절의 각도, 양쪽 힙 관절 각도의 차이 및 양쪽 힙 관절 운동 방향 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 센서부(120)는 구동기(110) 내에 위치할 수 있다.
다른 일 실시예에서, 센서부(120)는 포텐셔미터를 포함할 수 있다. 포텐셔미터는 사용자의 보행 동작에 따른 R축, L축 관절 각도 또는 R축, L축 관절 각속도 중 적어도 하나를 센싱할 수 있다.
IMU 센서(130)는 사용자가 보행 시 가속도 정보와 자세 정보를 측정한다. 예를 들어, IMU 센서(130)는 사용자의 보행 동작에 따른 X축, Y축, Z축 가속도 또는 X축, Y축, Z축 각속도 중 적어도 하나를 센싱할 수 있다. 보행 보조 장치(100)는 IMU 센서(130)에서 측정된 가속도 정보에 기초하여 사용자 발의 착지 시점을 검출할 수 있다.
또한, 보행 보조 장치(100)는 앞서 설명한 센서부(120) 및 IMU 센서(130) 외에, 보행 동작에 따른 사용자의 운동량 또는 생체 신호 등의 변화를 센싱할 수 있는 다른 센서(예를 들어, 근전도 센서(ElectroMyoGram sensor: EMG sensor)를 포함할 수 있다.
제어기(140)는 구동기(110)가 사용자의 보행을 돕기 위한 보조력(또는, 보조 토크(assistant torque))을 출력하도록, 구동기(110)를 제어한다. 예를 들어, 힙 타입의 보행 보조 장치(110)에서, 구동기(110)는 두 개일 수 있고, 제어기(140)는 구동기(110)가 보행 동작에 상응하는 보조력을 출력하도록, 구동기(110)에 제어 신호를 출력할 수 있다. 제어기(140)에서 출력된 제어 신호에 기반하여, 구동기(110)는 보조력을 출력할 수 있다. 이 때, 보조력은 외부에 의해 설정될 수도 있고, 제어기(140)가 보조력을 설정할 수도 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 보행 보조 장치 및 부가 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 부가 장치(230)는 신발(220)의 안창(insole)에 포함될 수 있다. 부가 장치(230)는 압력 센서(231, 232) 및 진동자(233, 234)를 포함할 수 있다. 압력 센서(231, 232)는 보행시 사용자의 발바닥의 앞부분에 작용하는 압력 및 발바닥의 뒷부분에 작용하는 압력을 센싱하여 압력 데이터를 생성할 수 있다. 또한, 보행 보조 장치(210)는 보행시 사용자의 힙 관절 각도를 센싱하여 힙 관절 각도 데이터를 생성할 수 있다.
보행 보조 장치(210)는 통신 인터페이스를 통하여 부가 장치(230)와 연동할 수 있다. 예를 들어, 보행 보조 장치(210)는 통신 인터페이스를 통하여 부가 장치(230)로부터 압력 데이터를 수신할 수 있다. 이하에서, 통신 인터페이스는 WLAN(Wireless LAN), WiFi(Wireless Fidelity) Direct, DLNA(Digital Living Network Alliance), Wibro(Wireless broadband), Wimax(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 등의 무선 인터넷 인터페이스와 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication) 등의 근거리 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 뿐만 아니라, 통신 인터페이스는 외부 장치와 통신을 수행할 수 있는 모든 인터페이스(예를 들어, 유선 인터페이스)를 나타낼 수 있다.
일 실시예에서, 부가 장치(230)는 보행 보조 장치(210)에 포함되어, 부가 장치(230)와 보행 보조 장치(210)는 하나의 장치로 표현될 수도 있다.
다른 일 실시예에서, 부가 장치(230)는 신발 또는 발과 밀착되는 형태로 구현될 수 있다. 보행 보조 장치(210)가 발목 또는 발까지 지원하는 형태인 경우 또는 전신을 지원하는 형태인 경우 부가 장치(230)는 보행 보조 장치(210)와 물리적으로 연결될 수 있다. 상기의 경우 부가 장치(230)는 보행 보조 장치(210)의 일부로 이해될 수 있다.
보행 보조 장치(210)는 부가 장치(230)로부터 수신한 압력 데이터를 이용하여 사용자의 보행 동작을 추정할 수 있다. 또한, 보행 보조 장치(210)는 부가 장치(230)의 진동자(233, 234)를 제어하여 사용자에게 보행 동작에 따른 피드백을 제공할 수 있다. 보행 보조 장치(210)가 사용자에게 피드백을 제공함으로써, 정상인이 보행시 발바닥에 느끼는 감각을 사용자가 느끼도록 할 수 있다. 이에 따라, 보행 보조 장치(210)가 제공하는 피드백에 의해, 사용자의 낙상이 방지될 수 있고, 보행 보조 장치(210)가 제공하는 피드백은 사용자의 발바닥의 감각을 치료하는데에 효과적일 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 제어 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 제어 장치(300)는 보행 보조 장치와 물리적으로 독립된 별개의 장치일 수도 있고, 보행 보조 장치의 내부에서 논리적인 모델로 구현될 수도 있다. 이하에서, 보행의 기본 단위는 스텝(step) 또는 스트라이드(stride)일 수 있다. 스텝은 하나의 힐 스트라이크(heel strike)로 구분될 수 있다. 여기서, 힐 스트라이크는 사용자의 발바닥이 지면에 닿은 상태를 나타낸다. 또한, 스트라이드는 두 개의 스텝으로 구성될 수 있다.
제어 장치(300)는 보행 데이터 수신부(310), 보행 동작 추정부(320) 및 피드백부(330)를 포함한다.
보행 데이터 수신부(310)는 사용자의 발바닥에 작용하는 압력에 대한 정보를 나타내는 압력 데이터를 수신한다.
보행 데이터 수신부(310)는 통신 인터페이스를 이용하여 압력 센서로부터 압력 데이터를 수신할 수 있다. 예를 들어, 보행 데이터 수신부(310)는 사용자의 발바닥에 접하는 면(예를 들어, 신발의 안창)에 부착된 압력 센서로부터 압력 데이터를 수신할 수 있다. 압력 센서는 적어도 두 개일 수 있다. 일 예로, 압력 센서는 안창의 앞부분 및 뒷부분에 부착되어, 사용자의 발바닥의 앞부분에 작용하는 압력 및 발바닥의 뒷부분에 작용하는 압력을 센싱할 수 있다. 압력 센서가 1축 압력 센서인 경우, 압력 센서는 사용자의 발바닥에 압력이 작용하는지 여부를 센싱할 수 있다. 또한, 압력 센서가 2축 이상의 압력 센서인 경우, 압력 센서는 사용자의 발바닥에 작용하는 압력의 크기를 센싱할 수 있다.
또한, 보행 데이터 수신부(310)는 사용자의 힙 관절 각도에 대한 정보를 나타내는 힙 관절 각도 데이터를 수신할 수 있다. 예를 들어, 보행 데이터 수신부(310)는 사용자의 보행에 따른 힙 관절의 움직임을 센싱하는 센서로부터 힙 관절 각도 데이터를 수신할 수 있다. 일 예로, 보행 데이터 수신부(310)는 포텐셔미터로부터 사용자의 양쪽 힙 관절에 대한 정보(예를 들어, R축, L축 관절 각도 또는 R축, L축 관절 각속도)를 수신할 수 있고, IMU 센서로부터 양쪽 힙 관절의 운동 방향에 대한 정보(X축, Y축, Z축 가속도 또는 X축, Y축, Z축 각속도)를 수신할 수도 있다. 또한, 보행 데이터 수신부(310)는 복수 개의 IMU 센서 또는 복수 개의 포텐셔미터로부터 보행 데이터를 수신할 수 있다.
일 실시예에서, 보행 데이터 수신부(310)는 압력 센서, IMU 센서 또는 포텐셔미터에 한정되지 않고, 보행 동작에 따른 사용자의 운동량의 변화를 센싱할 수 있는 모든 센서로부터 압력 데이터 또는 힙 관절 각도 데이터를 수신할 수 있다. 또한, 보행 데이터 수신부(310)는 외부 장치로부터 압력 데이터 및 힙 관절 각도 데이터를 수신할 수도 있다.
보행 동작 추정부(320)는 압력 데이터를 이용하여 사용자의 보행 동작을 추정할 수 있다. 보행 동작 추정부(320)는 압력 데이터를 이용하여 발바닥의 앞부분이 지면에 닿는 보행 동작 및 발바닥의 뒷부분이 지면에 닿는 보행 동작을 추정할 수 있다. 일 실시예에서, 압력 데이터는 사용자의 발바닥에 압력이 작용하는지 여부에 대한 정보를 포함할 수 있다. 보행 동작 추정부(320)는 압력 데이터로부터, 발바닥의 특정 부분에 압력이 작용하는 시간 구간을 검출하고, 검출된 시간 구간을 발바닥의 특정 부분이 지면에 닿는 보행 동작이 수행되는 시간 구간으로 추정할 수 있다. 예를 들어, 보행 동작 추정부(320)는 압력 데이터로부터 발바닥의 앞부분에 압력이 작용하는 시간 구간을 검출하고, 검출된 시간 구간을 발바닥의 앞부분이 지면에 닿는 보행 동작이 수행되는 시간 구간으로 추정할 수 있다. 또한, 보행 동작 추정부(320)는 압력 데이터로부터, 발바닥의 뒷부분에 압력이 작용하는 시간 구간을 검출하고, 검출된 시간 구간을 발바닥의 뒷부분이 지면에 닿는 보행 동작이 수행되는 시간 구간으로 추정할 수 있다. 또한, 압력 데이터로부터 발바닥의 앞부분 및 뒷부분 모두에 압력이 작용하는 시간 구간이 검출될 경우, 보행 동작 추정부(320)는 검출된 시간 구간을 발바닥의 앞부분 및 뒷부분 모두가 지면에 닿는 보행 동작이 수행되는 시간 구간으로 추정할 수 있다.
또한, 보행 동작 추정부(320)는 압력 데이터 또는 힙 관절 각도 데이터 중 적어도 하나를 이용하여 사용자의 다리가 스윙하는 보행 동작을 추정할 수 있다. 예를 들어, 보행 동작 추정부(320)는 사용자의 왼쪽 발바닥의 앞부분 및 뒷부분 모두에 압력이 작용하지 않는 시간 구간을 검출하고, 검출된 시간 구간을 사용자의 왼쪽 다리가 스윙하는 보행 동작이 수행되는 시간 구간으로 추정할 수 있다. 또한, 보행 동작 추정부(320)는 힙 관절 각도 데이터로부터 양쪽 힙 관절의 각도 차이를 검출하고, 양쪽 힙 관절 각도 차이를 이용하여 사용자의 다리가 스윙하는 보행 동작을 추정할 수 있다.
피드백부(330)는 사용자의 발바닥에 진동을 인가하는 진동자를 제어하여, 사용자에게 보행 동작에 따른 피드백을 제공할 수 있다. 예를 들어, 피드백부(330)는 사용자의 발바닥에 접하는 면(예를 들어, 신발의 안창)에 부착된 진동자를 제어할 수 있다. 여기서, 진동자는 적어도 두 개일 수 있다.
피드백부(330)는 발바닥의 앞부분이 지면에 닿는 보행 동작 및 발바닥의 뒷부분이 지면에 닿는 보행 동작의 추정을 기초로 진동자를 동작시킬 수 있다. 예를 들어, 피드백부(330)는 발바닥의 앞부분(뒷부분)이 지면에 닿는 보행 동작이 수행되는 것으로 추정되는 시간 구간동안, 발바닥의 앞부분(뒷부분)에 진동을 인가하는 진동자를 동작시킬 수 있고, 발바닥의 앞부분(뒷부분)이 지면에 닿지 않는 보행 동작이 수행되는 것으로 추정되는 시간 구간동안, 발바닥의 앞부분에 진동을 인가하는 진동자를 동작시키지 않을 수 있다. 또한, 피드백부(330)는 발바닥의 앞부분 및 뒷부분 모두가 지면에 닿는 보행 동작이 수행되는 것으로 추정되는 시간 구간동안, 발바닥의 앞부분에 진동을 인가하는 진동자 및 발바닥의 뒷부분에 진동을 인가하는 진동자를 동작시킬 수 있다. 이에 따라, 사용자는 발바닥이 지면에 닿는 부분에 진동을 느낄 수 있다.
또한, 피드백부(330)는 진동자의 강도를 조절할 수 있다. 일 실시예에서, 피드백부(330)는 보행 동작에 따른 발바닥의 압력 중심의 이동에 기초하여 진동자의 강도를 조절할 수 있다. 사용자가 보행을 할 경우, 보행 동작에 따라 발바닥의 압력 중심이 변할 수 있다. 예를 들어, 보행시 발바닥의 뒷부분이 지면에 먼저 닿을 경우, 발바닥의 압력 중심은 뒷부분일 수 있다. 이후, 반대편 다리가 스윙하는 보행 동작에 의해 사용자의 상체가 앞으로 이동하면서 발바닥의 압력 중심은 뒷부분에서 앞부분으로 점진적으로 이동할 수 있고, 발바닥의 뒷부분이 지면에 닿지 않고 앞부분만이 지면에 닿을 경우, 발바닥의 압력 중심은 앞부분일 수 있다. 이와 같이, 보행에 따라 발바닥의 압력 중심은 변할 수 있고, 압력 중심이 변함에 따라 발바닥에 작용하는 압력의 세기가 변할 수 있다. 피드백부(330)는 발바닥에 작용하는 압력의 세기에 대응하도록 진동자의 강도를 조절할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 발바닥에 작용하는 압력의 세기에 대응하는 강도의 진동을 느낄 수 있다.
일 실시예에서, 피드백부(330)는 압력 데이터 및 힙 관절 각도 데이터를 기초로 압력 중심을 추정할 수 있다. 예를 들어, 피드백부(330)는 발바닥의 뒷부분(앞부분)에 압력이 작용하는 시간 구간을 검출하고, 검출된 시간 동안의 발바닥의 압력 중심이 뒷부분(앞부분)인 것으로 추정할 수 있다. 또한, 피드백부(330)는 압력 데이터로부터 발바닥의 뒷부분 및 앞부분 모두에 압력이 작용하는 시간 구간을 검출하고, 검출된 시간 구간동안의 힙 관절이 몸의 뒤쪽으로 움직이는 각도로 회전하는 경우, 피드백부(330)는 발바닥의 압력 중심이 뒷부분에서 앞부분으로 점진적으로 이동하는 것을 추정할 수 있다. 또한, 발바닥의 뒷부분 및 앞부분 모두에 압력이 작용하는 시간 구간 동안 힙 관절이 몸의 앞쪽으로 움직이는 각도로 회전하는 경우, 피드백부(330)는 발바닥의 압력 중심이 앞부분에서 뒷부분으로 점진적으로 이동하는 것을 추정할 수 있다.
다른 일 실시예에서, 2축 이상의 압력 센서로부터 생성된 압력 데이터는 발바닥의 앞부분에 작용하는 압력의 세기의 변화에 대한 정보를 포함할 수 있다. 이 경우, 피드백부(330)는 압력 데이터에 포함된 발바닥의 앞부분 및 뒷부분에 작용하는 압력의 변화에 대한 정보를 이용하여 발바닥의 압력 중심을 추정할 수 있다. 예를 들어, 동일한 시간구간에서 발바닥의 뒷부분에 작용하는 압력의 세기가 점차 작아지고, 발바닥의 앞부분에 작용하는 압력의 세기가 점차 커지는 경우, 피드백부(330)는 발바닥의 압력 중심이 뒷부분에서 앞부분으로 점진적으로 이동하는 것을 추정할 수 있다.
일 실시예에서, 보행 상태 추정부(320)는 사용자의 보행 동작을 복수개의 보행 상태로 모델링하고, 압력 데이터 및 힙 관절 각도 데이터를 이용하여 모델링된 복수개의 보행 상태 중 사용자의 보행 동작과 대응되는 보행 상태를 추정할 수 있다. 일 예로, 보행 동작 추정부(320)는 오른쪽 다리가 스윙하는 상태, 양쪽 다리가 교차하는 상태, 왼쪽 다리가 스윙하는 상태로 보행 상태를 분류하고, 분류된 보행 상태를 모델링할 수 있다. 일 예로, 보행 동작 추정부(320)는 유한 상태 머신(Finite State Machine: FSM)에 압력 데이터 및 힙 관절 각도 데이터를 적용하여 모델링된 보행 상태 중 사용자의 보행 동작과 대응되는 보행 상태를 추정할 수 있다. 피드백부(330)는 사용자에게 추정된 보행 상태에 대응하도록 진동자를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 압력 센서는 안창의 왼쪽 부분 및 오른쪽 부분에 부착되어, 사용자의 발바닥의 왼쪽 부분에 작용하는 압력 및 발바닥의 오른쪽 부분에 작용하는 압력을 센싱할 수 있다. 이 경우, 보행 동작 추정부(320)는 압력 데이터를 이용하여 사용자의 보행이 균형적인지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 보행 동작 추정부(320)는 압력 데이터로부터 발바닥의 왼쪽 부분 및 오른쪽 부분 모두에 압력이 작용하는 시간 구간 또는 발바닥의 왼쪽 부분 및 오른쪽 부분 모두에 압력이 작용하지 않는 시간 구간을 검출할 수 있고, 검출된 시간 구간에서 사용자의 보행 동작이 균형적인 것으로 판단할 수 있다.
사용자의 발바닥의 왼쪽 부분 또는 오른쪽 부분 중 한쪽 부분에만 압력이 작용하는 것은 사용자의 발바닥이 왼쪽 부분 또는 오른쪽 부분 중 한쪽 부분으로 기울어져, 기울어진 부분만이 지면에 접해 있다는 것을 나타내고, 이는 사용자의 보행 동작이 불균형하다는 것을 의미할 수 있다. 이에 따라, 보행 동작 추정부(320)는 압력 데이터로부터 발바닥의 왼쪽 부분 또는 오른쪽 부분 중 한쪽 부분에만 압력이 작용하는 시간 구간을 검출할 수 있고, 검출된 시간 구간에서 사용자의 보행 동작이 불균형적인 것으로 판단할 수 있다.
보행 동작 추정부(320)에서 사용자의 보행 동작이 불균형한 것으로 판단된 경우, 피드백부(330)는 진동자를 동작시켜 사용자의 보행 동작이 불균형하다는 것을 사용자에게 알릴 수 있다. 예를 들어, 진동자는 안창의 왼쪽 부분 및 오른쪽 부분에 부착되어, 피드백부(330)의 제어에 따라 발바닥의 왼쪽 부분 및 오른쪽 부분에 진동을 인가할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 진동자를 통해 보행 동작이 불균형하다는 것을 인식할 수 있다.
도 4는 다른 일 실시예에 따른 제어 장치를 나타낸 블록도이다.
도 4를 참조하면, 제어 장치(400)는 보행 보조 장치와 물리적으로 독립된 별개의 장치일 수도 있고, 보행 보조 장치의 내부에서 논리적인 모델로 구현될 수도 있다.
제어 장치(400)는 보행 데이터 수신부(410), 보행 동작 추정부(420), 피드백부(430) 및 구동 제어부(440)를 포함할 수 있다.
보행 데이터 수신부(410)는 사용자의 발바닥에 작용하는 압력에 대한 정보를 나타내는 압력 데이터를 수신할 수 있다.
보행 동작 추정부(420)는 압력 데이터를 이용하여 사용자의 보행 동작을 추정할 수 있다.
피드백부(430)는 사용자의 발바닥에 진동을 인가하는 진동자를 제어하여, 사용자에게 보행 동작에 따른 피드백을 제공할 수 있다.
보행 데이터 수신부(410), 보행 동작 추정부(420) 및 피드백부(430)에는 도 3의 보행 데이터 수신부(310), 보행 동작 추정부(320) 및 피드백부(330)를 통해 설명된 내용이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 자세한 설명은 생략한다.
구동 제어부(440)는 보행 동작에 대응하도록 보행 보조 장치의 구동을 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 보행 보조 장치는 사용자의 양쪽 힙 관절을 움직이게 하는 보조력을 출력하는 구동기를 포함하고, 구동 제어부(440)는 구동기가 추정된 보행 동작에 대응하는 보조력을 출력하도록 구동기를 제어할 수 있다. 예를 들어, 구동 제어부(440)는 구동기가 추정된 보행 동작에 대응하는 보조력에 따른 게인을 출력하도록 구동기에 제어 신호를 전송할 수 있다. 이 경우, 구동기는 제어 신호에 따라 대응하는 게인을 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 구동 제어부(440)는 발바닥의 앞부분이 지면에 닿는 보행 동작 및 발바닥의 뒷부분이 지면에 닿는 보행 동작의 추정을 기초로 보행 보조 장치를 제어할 수 있다. 예를 들어, 왼발의 발바닥의 뒷부분이 지면에 먼저 닿은 후 발바닥의 앞부분이 지면에 닿을 경우, 오른쪽 다리가 스윙하는 보행 동작에 의해 사용자의 상체가 앞으로 이동하면서 압력 중심이 발바닥의 뒷부분에서 앞부분으로 이동하고, 왼쪽 힙 관절은 몸 뒤쪽으로 움직이는 방향, 즉, 이완(extension)하는 방향으로 회전할 수 있다. 이에 따라, 보행 동작 추정부(420)에서 왼발의 발바닥의 뒷부분이 지면에 먼저 닿은 후 발바닥의 앞부분이 지면에 닿는 보행 동작이 추정되는 경우, 구동 제어부(440)는 사용자의 보행을 돕기 위하여, 사용자의 왼쪽 힙 관절이 몸 뒤쪽으로 움직이게 하는 보조력을 출력하는 제어 신호를 생성할 수 있다.
다른 예에서, 왼발의 발바닥의 앞부분이 지면에 닿은 후, 앞부분 및 뒷부분이 모두 지면에 닿지 않을 경우, 오른쪽 다리가 사용자를 지지하고, 왼쪽 다리는 스윙할 수 있다. 왼쪽 다리가 스윙함에 따라, 왼쪽 힙 관절은 몸 앞쪽으로 움직이는 방향, 즉, 굽힘(flexion) 방향으로 회전할 수 있다. 이에 따라, 보행 동작 추정부(420)에서 왼발의 발바닥의 앞부분이 지면에서 떨어지는 보행 동작이 추정되는 경우, 구동 제어부(440)는 사용자의 보행을 돕기 위하여, 사용자의 왼쪽 힙 관절이 몸 앞쪽으로 움직이게 하는 보조력을 출력하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 구동 제어부(440)는 생성한 제어 신호를 구동기에 전송하고, 구동기는 제어 신호에 따라 보조력을 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 압력 센서는 안창의 왼쪽 부분 및 오른쪽 부분에 부착되어, 사용자의 발바닥의 왼쪽 부분에 작용하는 압력 및 발바닥의 오른쪽 부분에 작용하는 압력을 센싱할 수 있다. 이 경우, 보행 동작 추정부(420)는 압력 데이터를 이용하여 사용자의 보행이 균형적인지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 사용자의 발바닥의 왼쪽 부분 또는 오른쪽 부분 중 한쪽 부분에만 압력이 작용하는 것은 사용자의 발바닥이 왼쪽 부분 또는 오른쪽 부분 중 한쪽 부분으로 기울어져 기울어진 부분만이 지면에 접해 있다는 것을 나타내고, 이는 사용자의 보행 동작이 불균형하다는 것을 의미할 수 있다. 이에 따라, 보행 동작 추정부(420)는 압력 데이터로부터 발바닥의 왼쪽 부분 또는 오른쪽 부분 중 한쪽 부분에만 압력이 작용하는 시간 구간을 검출할 수 있고, 검출된 시간 구간에서 사용자의 보행 동작이 불균형적인 것으로 판단할 수 있다.
보행 동작 추정부(420)에서 사용자의 보행 동작이 불균형한 것으로 판단된 경우, 구동 제어부(420)는 사용자의 보행 동작이 균형적으로 되도록 보행 보조 장치의 구동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 보행 동작 추정부(420)에서 사용자의 보행 동작이 불균형한 것으로 판단된 경우, 구동 제어부(420)는 사용자의 발바닥의 왼쪽 부분 및 오른쪽 부분에 작용하는 압력이 균형을 이루게 하는 보조력을 출력하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 구동 제어부(440)는 생성한 제어 신호를 구동기에 전송하고, 구동기는 제어 신호에 따라 보조력을 출력할 수 있다. 이에 따라, 보행 보조 장치는 보조력에 따라 사용자가 균형적으로 보행하도록 보조하여, 사용자의 낙상 위험을 감소시킬 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 보행 보조 장치 및 부가 장치를 나타낸 블록도이다.
도 5를 참조하면, 부가 장치(510)는 압력 센서(511), 진동자(512), 프로세서(513) 및 통신 인터페이스(514)를 포함한다.
일 실시예에서, 부가 장치(510)는 신발의 안창에 포함될 수 있다. 압력 센서(511) 및 진동자(512)는 적어도 두 개일 수 있다. 압력 센서(511)는 보행시 사용자의 발바닥의 앞부분에 작용하는 압력 및 발바닥의 뒷부분에 작용하는 압력을 센싱하여 압력 데이터를 생성할 수 있다.
진동자(512)는 프로세서(513)의 제어에 따라 사용자의 발바닥에 진동을 인가할 수 있다. 예를 들어, 진동자(512)는 안창의 앞부분 및 뒷부분에 포함되어, 사용자의 발바닥의 앞부분 및 뒷부분에 진동을 인가할 수 있다.
프로세서(513)는 통신 인터페이스(514)를 통하여 보행 보조 장치(550)의 프로세서(553)의 제어를 받을 수 있다. 프로세서(553)의 제어에 따라, 프로세서(513)는 압력 센서(511)를 동작시키고, 압력 센서(511)에서 생성된 압력 데이터를 통신 인터페이스(514)를 통하여 프로세서(553)에 전송할 수 있다. 또한, 프로세서(513)는 프로세서(553)의 제어에 따라, 진동자(512)를 동작시키고 진동자(512)의 강도를 조절할 수 있다.
보행 보조 장치(550)는 통신 인터페이스(551), 센서(552), 프로세서(553) 및 구동부(554)를 포함한다. 일 실시예에서, 부가 장치(510)는 보행 보조 장치(550)에 포함되어, 부가 장치(510)와 보행 보조 장치(550)는 하나의 장치로 표현될 수도 있다.
센서(552)는 사용자의 힙 관절의 움직임을 센싱하여 힙 관절 각도 데이터를 생성할 수 있다. 예를 들어, 센서(552)는 포텐셔미터 또는 IMU센서일 수 있다. 또한, 센서(552)는 복수개일 수 있다.
프로세서(553)는 센서(552)로부터 힙 관절 각도 데이터를 수신하고, 통신 인터페이스(551)를 통하여 프로세서(513)로부터 압력 데이터를 수신할 수 있다. 프로세서(553)는 압력 데이터(또는, 압력 데이터와 힙 관절 각도 데이터)를 이용하여 사용자의 보행 동작을 추정하고, 진동자(512)를 제어하여 사용자에게 보행 동작에 따른 피드백을 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(553)는 압력 데이터를 이용하여 발바닥의 앞부분이 지면에 닿는 보행 동작 및 발바닥의 뒷부분이 지면에 닿는 보행 동작을 추정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(553)는 압력 데이터로부터 발바닥이 특정 부분에 압력이 작용하는 시간 구간을 검출하고, 검출된 시간 구간을 발바닥의 특정 부분이 지면에 닿는 보행 동작이 수행되는 시간 구간으로 추정할 수 있다.
다른 일 실시예에서, 프로세서(553)는 압력 데이터 또는 힙 관절 각도 데이터 중 적어도 하나를 이용하여 사용자의 다리가 스윙하는 보행 동작을 추정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(553)는 사용자의 왼쪽 발바닥의 앞부분 및 뒷부분 모두에 압력이 작용하지 않는 시간 구간을 검출하고, 검출된 시간 구간을 사용자의 왼쪽 다리가 스윙하는 보행 동작이 수행되는 시간 구간으로 추정할 수 있다. 또한, 프로세서(553)는 힙 관절 각도 데이터로부터 양쪽 힙 관절의 각도 차이를 검출하고, 양쪽 힙 관절 각도 차이를 이용하여 사용자의 다리가 스윙하는 보행 동작을 추정할 수 있다.
또한, 프로세서(553)는 발바닥의 앞부분이 지면에 닿는 보행 동작 및 발바닥의 뒷부분이 지면에 닿는 보행 동작의 추정을 기초로 진동자(512)를 동작시키는 제어 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(553)는 발바닥의 앞부분(뒷부분)이 지면에 닿는 보행 동작이 수행되는 것으로 추정되는 시간 구간동안, 발바닥의 앞부분(뒷부분)에 진동을 인가하는 진동자(512)를 동작시키는 제어 신호를 생성하고, 제어 신호를 통신 인터페이스(551)를 통하여 프로세서(513)에 전송할 수 있다. 프로세서(513)는 제어 신호에 따라 진동자(512)를 발바닥의 앞부분(뒷부분)이 지면에 닿는 보행 동작이 수행되는 것으로 추정되는 시간 구간동안 동작시킬 수 있다.
또한, 프로세서(553)는 보행 동작에 따른 발바닥의 압력 중심의 이동에 기초하여 진동자(512)의 강도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(553)는 압력 데이터 및 힙 관절 각도 데이터를 기초로 압력 중심을 추정할 수 있다. 또한, 압력 센서(511)가 2축 이상인 경우, 프로세서(553)는 압력 데이터에 포함된 발바닥의 앞부분 및 뒷부분에 작용하는 압력의 변화에 대한 정보를 이용하여 압력 중심을 추정할 수 있다. 프로세서(553)는 추정된 압력 중심의 이동에 대응하도록 진동자의 강도를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하고, 제어 신호를 통신 인터페이스(551)를 통하여 프로세서(513)에 전송할 수 있다. 프로세서(513)는 제어 신호에 따라 진동자(512)의 강도를 조절할 수 있다.
일 실시예에서, 압력 센서(511)는 안창의 왼쪽 부분 및 오른쪽 부분에 부착되어, 사용자의 발바닥의 왼쪽 부분에 작용하는 압력 및 발바닥의 오른쪽 부분에 작용하는 압력을 센싱할 수 있다. 이 경우, 프로세서(553)는 압력 데이터로부터 발바닥의 왼쪽 부분 또는 오른쪽 부분 중 한쪽 부분에만 압력이 작용하는 시간 구간을 검출할 수 있고, 검출된 시간 구간에서 사용자의 보행 동작이 불균형적인 것으로 판단할 수 있다. 사용자의 보행 동작이 불균형한 것으로 판단한 경우, 프로세서(553)는 진동자(512)를 동작시켜 사용자의 보행 동작이 불균형하다는 것을 사용자에게 알릴 수 있다. 예를 들어, 진동자는 안창의 왼쪽 부분 및 오른쪽 부분에 부착되어, 프로세서(553)의 제어에 따라 발바닥의 왼쪽 부분 및 오른쪽 부분에 진동을 인가할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 진동자를 통해 보행 동작이 불균형하다는 것을 인식할 수 있다.
구동부(554)는 사용자의 양쪽 힙 관절을 움직이기 위한 보조력을 출력할 수 있다. 프로세서(553)는 구동부(554)가 추정된 보행 동작에 대응하는 보조력에 따른 게인을 출력하도록, 구동부(554)에 제어 신호를 전송할 수 있다. 이 경우, 구동부(554)는 제어 신호에 따라 대응하는 게인을 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(553)는 발바닥의 앞부분이 지면에 닿는 보행 동작 및 발바닥의 뒷부분이 지면에 닿는 보행 동작의 추정을 기초로 구동부(554)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(553)가 왼발의 발바닥의 뒷부분이 지면에 먼저 닿은 후 발바닥의 앞부분이 지면에 닿는 보행 동작을 추정하는 경우, 프로세서(553)는 사용자의 보행을 돕기 위하여, 사용자의 왼쪽 힙 관절이 몸 뒤쪽으로 움직이게 하는 보조력을 출력하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 다른 예에서, 프로세서(553)가 왼발의 발바닥의 앞부분이 지면에서 떨어지는 보행 동작이 추정하는 경우, 프로세서(553)는 사용자의 보행을 돕기 위하여, 사용자의 왼쪽 힙 관절이 몸 앞쪽으로 움직이게 하는 보조력을 출력하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 프로세서(553)는 생성한 제어 신호를 구동부(554)에 전송하고, 구동부(554)는 제어 신호에 따라 보조력을 출력할 수 있다.
도 6 및 도 7은 일 실시예에 따른 보행 동작과 보행 동작에 따른 피드백을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 사용자의 왼발의 보행 동작과 보행 동작에 따른 피드백을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 그래프(630)는 시간에 따른 압력 데이터를 나타내고, 그래프(640)는 시간에 따른 힙 관절 각도 데이터를 나타내고, 그래프(650)는 시간에 따른 진동자의 동작을 나타낸다. 선(631)은 왼쪽 발바닥의 앞부분에 작용하는 압력을 센싱한 압력 데이터를 나타내고, 선(632)는 왼쪽 발바닥의 뒷부분에 작용하는 압력을 센싱한 압력 데이터를 나타내고, 선(641)은 왼쪽 힙 관절 각도를 나타내고, 선(651)는 왼쪽 발바닥의 앞부분에 진동을 인가하는 진동자의 세기를 나타내고, 선(652)는 왼쪽 발바닥의 뒷부분에 진동을 인가하는 진동자의 세기를 나타낸다.
시점(611)에서 오른쪽 다리는 스윙을 멈출 수 있고, 시점(612)에서 왼쪽 다리는 스윙하여 오른쪽 다리와 교차할 수 있고, 시점(613)에서 왼쪽 다리는 스윙을 멈출 수 있고, 시점(614)에서 오른쪽 다리는 스윙하여 왼쪽 다리와 교차할 수 있고, 시점(615)에서 오른쪽 다리는 시점(611)과 같이 스윙을 멈출 수 있다. 다시 말해, 시점(611)내지 시점(615)에서의 보행 동작은 스트라이드를 나타내고, 시점(611) 내지 시점(613)에서의 보행 동작은 오른쪽 다리에 대한 스텝을 나타내고, 시점(613) 내지 시점(615)에서의 보행 동작은 왼쪽 다리에 대한 스텝을 나타낼 수 있다.
시작 시점부터 시점(621)까지, 왼쪽 발바닥의 앞부분의 압력 데이터(631)의 값은 1(또는, 온(on))이고, 제어 장치는 압력 데이터(631, 632)를 이용하여 왼쪽 발바닥의 앞부분이 지면에 닿은 보행 동작을 추정할 수 있다. 이에 따라, 제어 장치는 시작 시점부터 시점(621)까지 진동자를 동작시킬 수 있다.
시점(621)에서, 왼쪽 발바닥의 앞부분의 압력 데이터(631)의 값이 0(또는, 오프(off))이 되고, 제어 장치는 압력 데이터(631, 632) 및 힙 관절 각도 데이터(641)를 이용하여 왼쪽 다리가 스윙하고, 오른쪽 다리는 지면에 착지하는 보행 동작을 추정할 수 있다. 왼쪽 다리가 스윙함에 따라, 왼쪽 힙 관절은 몸 앞쪽으로 움직이는 방향, 즉, 굽힘 방향으로 회전할 수 있다. 이에 따라, 제어 장치는 사용자의 보행을 돕기 위하여, 시점(621)에서 사용자의 왼쪽 힙 관절이 몸 앞쪽으로 움직이게 하는 보조력을 출력하는 제어 신호(661)를 생성하고, 제어 신호(661)를 보행 보조 장치에 전송할 수 있다.
시점(621) 및 시점(622) 사이에서, 왼쪽 다리가 스윙하고 오른쪽 다리가 지면에 착지함에 따라, 왼쪽 발바닥의 앞부분 및 뒷부분의 압력 데이터(631, 632)의 값은 0이고, 왼쪽 힙 관절 각도 데이터(641)의 값은 증가할 수 있다. 예를 들어, 왼쪽 힙 관절 각도 데이터(641)의 값은 -20도에서 20도로 증가할 수 있다.
시점(622)에서, 왼쪽 발바닥의 뒷부분의 압력 데이터(632)의 값이 1이 되고, 제어 장치는 압력 데이터(631, 632)를 이용하여 왼쪽 다리의 스윙이 완료되어, 왼쪽 발바닥의 뒷부분이 지면에 닿는 보행 동작을 추정할 수 있다. 이 후, 사용자의 왼쪽 다리가 지면에 착지하고, 오른쪽 다리가 스윙함에 따라, 왼쪽 힙 관절은 몸 뒤쪽으로 움직이는 방향, 즉, 이완 방향으로 회전할 수 있다. 이에 따라, 제어 장치는 사용자의 보행을 돕기 위하여, 시점(622)에서 사용자의 왼쪽 힙 관절이 몸 뒤쪽으로 움직이게 하는 보조력을 출력하는 제어 신호(662)를 생성하고, 제어 신호(662)를 보행 보조 장치에 전송할 수 있다.
시점(623)에서 왼쪽 발바닥의 앞부분의 압력 데이터(631)의 값이 1이 되고, 제어 장치는 압력 데이터(631, 632)를 이용하여 왼쪽 발바닥의 앞부분 및 뒷부분이 지면에 닿는 보행 동작을 추정할 수 있다.
시점(624)에서 왼쪽 발바닥의 뒷부분의 압력 데이터(632)의 값이 0이 되고, 제어 장치는 압력 데이터(631, 632)를 이용하여 왼쪽 발바닥의 뒷부분이 지면에서 떨어지고, 왼쪽 발바닥의 앞부분이 지면에 닿는 보행 동작을 추정할 수 있다.
시점(623) 및 시점(624) 사이에서, 오른쪽 다리는 스윙할 수 있고, 오른쪽 다리의 스윙에 의해 사용자의 상체가 앞으로 이동하면서 왼쪽 발바닥의 압력 중심이 발바닥의 뒷부분에서 앞부분으로 이동할 수 있다. 제어 장치는 압력 데이터(631, 632) 및 힙 관절 각도 데이터(641)를 기초로 압력 중심을 추정할 수 있다. 예를 들어, 제어 장치는 압력 데이터(631, 632)로부터 왼쪽 발바닥의 뒷부분 및 앞부분 모두에 압력이 작용하는 시간 구간인 시점(623) 및 시점(624) 사이의 시간 구간(671)을 검출하고, 힙 관절 각도 데이터(641)로부터 시간 구간(671)에서 왼쪽 힙 관절이 이완하는 방향으로 회전하는 것을 추정할 수 있다. 왼쪽 발바닥의 뒷부분 및 앞부분 모두에 압력이 작용하는 시간 구간에서 왼쪽 힙 관절이 이완하는 방향으로 회전하는 것은 오른쪽 다리가 뒤에서 앞으로 스윙하는 것을 의미할 수 있고, 오른쪽 다리의 스윙에 따라 왼쪽 발바닥의 압력 중심은 뒷부분에서 앞부분으로 이동할 수 있다. 이에 따라, 제어 장치는 시간 구간(671)에서 왼쪽 발바닥의 압력 중심이 뒷부분에서 앞부분으로 점진적으로 이동하는 것을 추정할 수 있다. 압력 중심이 이동함에 따라 왼쪽 발바닥이 작용하는 압력의 세기가 변할 수 있다. 제어 장치는 왼쪽 발바닥에 작용하는 압력의 세기에 대응하도록 진동자의 세기를 조절할 수 있다. 이에 따라, 제어 장치는 시간 구간(671)에서, 왼쪽 발바닥의 뒷부분에 진동을 인가하는 진동자의 세기(652)를 점진적으로 약하게 조절하고, 왼쪽 발바닥의 앞부분에 진동을 인가하는 진동자의 세기(651)를 점진적으로 강하게 조절할 수 있다.
도 7은 사용자의 오른발의 보행 동작과 보행 동작에 따른 피드백을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 그래프(730)는 시간에 따른 압력 데이터를 나타내고, 그래프(740)는 시간에 따른 힙 관절 각도 데이터를 나타내고, 그래프(750)는 시간에 따른 진동자의 동작을 나타낸다. 선(731)은 오른쪽 발바닥의 앞부분에 작용하는 압력을 센싱한 압력 데이터를 나타내고, 선(732)는 오른쪽 발바닥의 뒷부분에 작용하는 압력을 센싱한 압력 데이터를 나타내고, 선(741)은 오른쪽 힙 관절 각도를 나타내고, 선(751)는 오른쪽 발바닥의 앞부분에 진동을 인가하는 진동자의 세기를 나타내고, 선(752)는 오른쪽 발바닥의 뒷부분에 진동을 인가하는 진동자의 세기를 나타낸다.
시점(711)에서 오른쪽 다리는 스윙을 멈출 수 있고, 시점(712)에서 왼쪽 다리는 스윙하여 오른쪽 다리와 교차할 수 있고, 시점(713)에서 왼쪽 다리는 스윙을 멈출 수 있고, 시점(714)에서 오른쪽 다리는 스윙하여 왼쪽 다리와 교차할 수 있고, 시점(715)에서 오른쪽 다리는 시점(711)과 같이 스윙을 멈출 수 있다. 다시 말해, 시점(711)내지 시점(715)에서의 보행 동작은 스트라이드를 나타내고, 시점(711) 내지 시점(713)에서의 보행 동작은 오른쪽 다리에 대한 스텝을 나타내고, 시점(713) 내지 시점(715)에서의 보행 동작은 왼쪽 다리에 대한 스텝을 나타낼 수 있다.
시점(721)에서, 오른쪽 발바닥의 뒷부분의 압력 데이터(732)의 값이 1이 되고, 제어 장치는 압력 데이터(731, 732)를 이용하여 오른쪽 다리의 스윙이 완료되어, 오른쪽 발바닥의 뒷부분이 지면에 닿는 보행 동작을 추정할 수 있다. 이후, 사용자의 오른쪽 다리가 지면에 착지하고, 왼쪽 다리가 스윙함에 따라, 오른쪽 힙 관절은 몸 뒤쪽으로 움직이는 방향, 즉, 이완 방향으로 회전할 수 있다. 이에 따라, 제어 장치는 사용자의 보행을 돕기 위하여, 시점(721)에서 사용자의 오른쪽 힙 관절이 몸 뒤쪽으로 움직이게 하는 보조력을 출력하는 제어 신호(761)를 생성하고, 제어 신호(761)를 보행 보조 장치에 전송할 수 있다.
시점(722)에서 오른쪽 발바닥의 앞부분의 압력 데이터(731)의 값이 1이 되고, 제어 장치는 압력 데이터(731, 732)를 이용하여 오른쪽 발바닥의 앞부분 및 뒷부분이 지면에 닿는 보행 동작을 추정할 수 있다.
시점(723)에서 오른쪽 발바닥의 뒷부분의 압력 데이터(732)의 값이 0이 되고, 제어 장치는 압력 데이터(731, 732)를 이용하여 오른쪽 발바닥의 뒷부분이 지면에서 떨어지고, 오른쪽 발바닥의 앞부분이 지면에 닿는 보행 동작을 추정할 수 있다.
시점(722) 및 시점(723) 사이에서, 왼쪽 다리는 스윙할 수 있고, 왼쪽 다리의 스윙에 의해 사용자의 상체가 앞으로 이동하면서 오른쪽 발바닥의 압력 중심이 발바닥의 뒷부분에서 앞부분으로 이동할 수 있다. 제어 장치는 압력 데이터(731, 732) 및 힙 관절 각도 데이터(741)를 기초로 압력 중심을 추정할 수 있다. 예를 들어, 제어 장치는 압력 데이터(731, 732)로부터 오른쪽 발바닥의 뒷부분 및 앞부분 모두에 압력이 작용하는 시간 구간인 시점(722) 및 시점(723) 사이의 시간 구간(771)을 검출하고, 힙 관절 각도 데이터(741)로부터 시간 구간(771)에서 오른쪽 힙 관절이 이완하는 방향으로 회전하는 것을 추정할 수 있다. 오른쪽 발바닥의 뒷부분 및 앞부분 모두에 압력이 작용하는 시간 구간에서 오른쪽 힙 관절이 이완하는 방향으로 회전하는 것은 왼쪽 다리가 뒤에서 앞으로 스윙하는 것을 의미할 수 있고, 왼쪽 다리의 스윙에 따라 오른쪽 발바닥의 압력 중심은 뒷부분에서 앞부분으로 이동할 수 있다. 이에 따라, 제어 장치는 시간 구간(771)에서 오른쪽 발바닥의 압력 중심이 뒷부분에서 앞부분으로 점진적으로 이동하는 것을 추정할 수 있다. 압력 중심이 이동함에 따라 오른쪽 발바닥이 작용하는 압력의 세기가 변할 수 있다. 제어 장치는 오른쪽 발바닥에 작용하는 압력의 세기에 대응하도록 진동자의 세기를 조절할 수 있다. 이에 따라, 제어 장치는 시간 구간(771)에서, 오른쪽 발바닥의 뒷부분에 진동을 인가하는 진동자의 세기(752)를 점진적으로 약하게 조절하고, 오른쪽 발바닥의 앞부분에 진동을 인가하는 진동자의 세기(751)를 점진적으로 강하게 조절할 수 있다.
시점(723)부터 시점(724) 사이의 시간 구간에서, 오른쪽 발바닥의 앞부분의 압력 데이터(731)의 값은 1이고, 제어 장치는 압력 데이터(731, 732)를 이용하여 오른쪽 발바닥의 앞부분이 지면에 닿은 보행 동작을 추정할 수 있다. 이에 따라, 제어 장치는 시점(723)부터 시점(724)까지 진동자를 동작시킬 수 있다.
시점(724)에서, 오른쪽 발바닥의 앞부분의 압력 데이터(731)의 값이 0이 되고, 제어 장치는 압력 데이터(731, 732) 및 힙 관절 각도 데이터(741)를 이용하여 오른쪽 다리가 스윙하고, 왼쪽 다리는 지면에 착지하는 보행 동작을 추정할 수 있다. 오른쪽 다리가 스윙함에 따라, 오른쪽 힙 관절은 몸 앞쪽으로 움직이는 방향, 즉, 굽힘 방향으로 회전할 수 있다. 이에 따라, 제어 장치는 사용자의 보행을 돕기 위하여, 시점(724)에서 사용자의 오른쪽 힙 관절이 몸 앞쪽으로 움직이게 하는 보조력을 출력하는 제어 신호(762)를 생성하고, 제어 신호(762)를 보행 보조 장치에 전송할 수 있다.
시점(724) 및 시점(715) 사이에서, 오른쪽 다리가 스윙하고 왼쪽 다리가 지면에 착지함에 따라, 오른쪽 발바닥의 앞부분 및 뒷부분의 압력 데이터(731, 732)의 값은 0이고, 오른쪽 힙 관절 각도 데이터(741)의 값은 증가할 수 있다.
도 8은 다른 일 실시예에 따른 보행 보조 장치 및 부가 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 부가 장치(830)는 신발(820)의 안창에 포함될 수 있다.
일 실시예에서, 부가 장치(830)는 압력 센서(841 내지 844) 및 진동자(851 내지 854)를 포함할 수 있다. 압력 센서(841, 842)는 사용자의 발바닥의 왼쪽 부분에 작용하는 압력을 센싱하고, 압력 센서(843, 844)는 발바닥의 오른쪽 부분에 작용하는 압력을 센싱하여 압력 데이터를 생성할 수 있다. 보행 보조 장치(810)는 통신 인터페이스를 통하여 부가 장치(830)로부터 압력 데이터를 수신할 수 있다. 보행 보조 장치(810)는 압력 데이터를 이용하여 사용자의 보행이 균형적인지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 보행 보조 장치(810)는 압력 데이터로부터 발바닥의 왼쪽 부분 및 오른쪽 부분 모두에 압력이 작용하는 시간 구간 또는 발바닥의 왼쪽 부분 및 오른쪽 부분 모두에 압력이 작용하지 않는 시간 구간을 검출할 수 있고, 검출된 시간 구간에서 사용자의 보행 동작이 균형적인 것으로 판단할 수 있다. 또한, 보행 보조 장치(810)는 압력 데이터로부터 발바닥의 왼쪽 부분 또는 오른쪽 부분 중 한쪽 부분에만 압력이 작용하는 시간 구간을 검출할 수 있고, 검출된 시간 구간에서 사용자의 보행 동작이 불균형적인 것으로 판단할 수 있다.
사용자의 보행 동작이 불균형한 것으로 판단된 경우, 보행 보조 장치는 진동자(851 내지 854)를 동작시켜 사용자의 보행 동작이 불균형하다는 것을 사용자에게 알릴 수 있다. 이 때, 보행 보조 장치는 진동자(851 내지 854)를 동작시키는 제어 신호를 부가 장치(830)(또는, 부가 장치(830)를 제어하는 프로세서)에 전송하고, 부가 장치(830)는 제어 신호에 따라 진동자(851 내지 854)를 동작시킬 수 있다. 예를 들어, 사용자의 보행 동작이 왼쪽으로 기울어져 불균형한 경우, 보행 보조 장치(810)는 진동자(851, 852)를 동작시키고, 사용자의 보행 동작이 오른쪽으로 기울어져 불균형한 경우, 보행 보조 장치(810)는 진동자(853, 854)를 동작시킬 수 있다.
다른 일 실시예에서, 부가 장치(830)는 압력 센서(861 내지 863) 및 진동자(871 내지 873)를 포함할 수 있다.
압력 센서(861)는 사용자의 발바닥의 앞부분에 작용하는 압력을 센싱하고, 압력 센서(862)는 사용자의 발바닥의 중간 부분에 작용하는 압력을 센싱하고, 압력 센서(863)는 사용자의 발바닥의 뒷부분에 작용하는 압력을 센싱하여 압력 데이터를 생성할 수 있다. 보행 보조 장치(810)는 통신 인터페이스를 통하여 부가 장치(830)로부터 압력 데이터를 수신할 수 있다. 보행 보조 장치(810)는 압력 데이터를 이용하여 발바닥의 압력 중심을 추정할 수 있다. 예를 들어, 압력 센서(863)에서 생성된 압력 데이터로부터 발바닥의 뒷부분에만 작용하는 압력이 검출되는 경우, 보행 보조 장치(810)는 압력 중심을 발바닥의 뒷부분으로 추정할 수 있다. 이후, 압력 센서(863) 및 압력 센서(862)에서 생성된 압력 데이터로부터 발바닥의 뒷부분 및 가운데 부분에 작용하는 압력이 검출되는 경우, 보행 보조 장치(810)는 압력 중심이 발바닥의 뒷부분에서 가운데 부분으로 이동하는 것을 추정할 수 있다. 이후, 압력 센서(861)에서 생성된 압력 데이터로부터 발바닥의 앞부분에만 작용하는 압력이 검출되는 경우, 보행 보조 장치(810)는 압력 중심이 발바닥의 앞부분으로 이동되는 것을 추정할 수 있다. 보행 보조 장치(810)는 압력 중심의 이동에 따라, 진동자(871 내지 873)의 진동의 세기를 조절할 수 있다.
또한, 보행 보조 장치(810)는 압력 센서(863), 압력 센서(862) 및 압력 센서(861)에서 생성된 압력 데이터로부터 발바닥의 뒷부분, 가운데 부분 및 앞부분에 작용하는 압력이 검출되는 경우, 보행 보조 장치(810)는 지면과 접촉하고 있는 부분에서의 압력 중심을 계산할 수 있다. 이 경우, 보행 보조 장치(810)는 진동자(871 내지 873) 중 압력 중심으로부터 가까운 진동자의 진동 강도가 크도록 진동자(871 내지 873)를 제어할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 피드백의 제공을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 제어 장치는 보행 보조 장치(910) 또는 외부 장치(예를 들어, 서버)(930)내에 포함될 수 있다.
일 실시예에서, 제어 장치가 보행 보조 장치(910)에 포함된 경우, 제어 장치는 통신 인터페이스를 통하여 부가 장치(920)에 포함된 압력 센서로부터 사용자의 발바닥에 작용하는 압력에 대한 정보를 나타내는 압력 데이터를 수신할 수 있다. 또한, 제어 장치는 보행 보조 장치(910)에 포함된 센서로부터 사용자의 힙 관절 각도에 대한 정보를 나타내는 힙 관절 각도 데이터를 수신할 수 있다. 제어 장치는 압력 데이터를 이용하여 사용자의 보행 동작을 추정하고, 부가 장치(920)에 포함된 진동자를 제어하여 사용자에게 보행 동작에 따른 피드백을 제공할 수 있다. 일 예로, 제어 장치는 진동자를 동작시키기 위한 제어 신호를 생성하고, 부가 장치(920)에 제어 신호를 전송할 수 있다. 부가 장치(920)는 제어 신호에 따라 진동자를 동작시킬 수 있다. 또한, 제어 장치는 압력 데이터 및 힙 관절 각도 데이터를 이용하여 발바닥의 압력 중심에 대한 정보를 추정하고, 압력 중심의 이동에 기초하여 진동자의 강도를 조절할 수 있다. 또한, 제어 장치는 보행 동작에 대응하도록 보행 보조 장치의 구동을 제어할 수 있다.
또한, 제어 장치는 압력 데이터, 힙 관절 각도 데이터, 사용자의 보행 동작에 대한 정보, 동작되는 진동자에 대한 정보, 압력 중심에 관한 정보 또는 진동자의 강도에 대한 정보 등을 통신 인터페이스를 통하여 외부 장치(930)에 전송할 수 있다.
다른 일 실시예에서, 제어 장치가 외부 장치(930)에 포함된 경우, 제어 장치는 통신 인터페이스를 통하여 부가 장치(920)에 포함된 압력 센서로부터 압력 데이터를 수신하고, 보행 보조 장치(910)로부터 힙 관절 각도 데이터를 수신할 수 있다.
제어 장치는 압력 데이터를 이용하여 사용자의 보행 동작을 추정하고, 사용자의 발바닥에 진동을 인가하는 진동자를 제어하여 사용자에게 보행 동작에 따른 피드백을 제공할 수 있다. 일 예로, 제어 장치는 진동자를 동작시키기 위한 제어 신호를 생성하고, 부가 장치(920)에 제어 신호를 전송할 수 있다.
또한, 제어 장치는 보행 보조 장치(910)가 추정된 보행 동작에 대응하는 보조력을 출력하게 하는 제어 신호를 생성하고, 생성된 제어 신호를 보행 보조 장치(910)에 전송할 수 있다. 이 경우, 보행 보조 장치(910)는 제어 신호에 따라 보조력을 출력할 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 피드백의 제공을 위한 인터페이스를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 제어 장치는 보행 보조 장치(1010)에 포함될 수 있다.
제어 장치는 통신 인터페이스를 이용하여 웨어러블 장치(1030) 또는 모바일 장치(1040)로부터 동작 모드를 선택 받을 수 있다. 여기서, 동작 모드는 사용자에게 보조력을 제공하는 제1 동작 모드(또는, 일반 모드) 및 보행 동작에 따른 피드백을 제공하는 제2 동작 모드(또는, 피드백 모드)를 포함할 수 있다. 웨어러블 장치(1030) 또는 모바일 장치(1040)로부터 제2 동작 모드가 선택된 경우, 제어 장치는 통신 인터페이스를 통하여 부가 장치(1020)에 포함된 압력 센서로부터 사용자의 발바닥에 작용하는 압력에 대한 정보를 나타내는 압력 데이터를 수신하고, 압력 데이터를 이용하여 사용자의 보행 동작을 추정하고, 부가 장치(1020)에 포함된 진동자를 제어하여 사용자에게 보행 동작에 따른 피드백을 제공할 수 있다. 또한, 제어 장치는 보행 보조 장치(910)에 포함된 센서로부터 힙 관절 각도 데이터를 수신하고, 압력 데이터 및 힙 관절 각도 데이터를 이용하여 발바닥의 압력 중심에 대한 정보를 추정하고, 압력 중심의 이동에 기초하여 진동자의 강도를 조절할 수 있다. 또한, 제어 장치는 보행 동작에 대응하도록 보행 보조 장치의 구동을 제어할 수 있다.
또한, 제어 장치는 압력 데이터, 힙 관절 각도 데이터, 사용자의 보행 동작에 대한 정보, 동작되는 진동자에 대한 정보, 압력 중심에 관한 정보 또는 진동자의 강도에 대한 정보 등을 통신 인터페이스를 통하여 웨어러블 장치(1030) 또는 모바일 장치(1040)에 전송하고, 웨어러블 장치(1030) 또는 모바일 장치(1040)는 제어 장치로부터 수신한 정보를 디스플레이할 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 제어 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 제어 장치는 사용자의 발바닥에 작용하는 압력에 대한 정보를 나타내는 압력 데이터를 수신할 수 있다(1110).
또한, 제어 장치는 압력 데이터를 이용하여 사용자의 보행 동작을 추정할 수 있다(1120).
또한, 제어 장치는 사용자의 발바닥에 진동을 인가하는 진동자를 제어하여, 사용자에게 보행 동작에 따른 피드백을 제공할 수 있다(1130).
도 11에 도시된 일 실시예에 따른 제어 방법에는 도 1 내지 도 10을 통해 설명된 내용이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.
도 12는 다른 일 실시예에 따른 제어 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 제어 장치는 사용자의 발바닥에 작용하는 압력에 대한 정보를 나타내는 압력 데이터를 수신할 수 있다(1210).
또한, 제어 장치는 압력 데이터를 이용하여 사용자의 보행 동작을 추정할 수 있다(1220).
또한, 제어 장치는 사용자의 발바닥에 진동을 인가하는 진동자를 제어하여, 사용자에게 보행 동작에 따른 피드백을 제공할 수 있다(1230).
또한, 제어 장치는 보행 동작에 대응하도록 보행 보조 장치의 구동을 제어할 수 있다(1240).
도 12에 도시된 다른 일 실시예에 따른 제어 방법에는 도 1 내지 도 10을 통해 설명된 내용이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable 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 애플리케이션을 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 복수의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
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(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 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.
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.
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.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (27)

  1. 보행 보조 장치에 있어서,
    사용자의 발바닥에 작용하는 압력에 대한 정보를 나타내는 압력 데이터를 생성하는 적어도 두 개의 압력 센서들;
    상기 사용자의 상기 발바닥에 진동을 인가하는 진동자;
    상기 진동자를 제어하는 제어 장치;
    상기 보행 보조 장치의 구동을 제어하는 구동 제어부; 및
    상기 사용자의 보행을 보조하는 보조력 또는 보조 토크를 출력하는 구동부
    를 포함하고,
    상기 제어 장치는,
    상기 압력 데이터를 수신하는 보행 데이터 수신부;
    상기 압력 데이터를 이용하여 상기 사용자의 보행 동작을 추정하는 보행 동작 추정부; 및
    상기 보행 동작에 기초하여, 상기 사용자의 상기 발바닥에 진동을 인가하도록 상기 진동자를 제어하는 피드백부
    를 포함하고,
    상기 구동 제어부는 상기 보행 동작에 기초하여 상기 보행 보조 장치의 구동을 제어하는,
    보행 보조 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보행 데이터 수신부는,
    통신 인터페이스를 이용하여 상기 압력 센서들로부터 상기 압력 데이터를 수신하는,
    보행 보조 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 압력 센서들은,
    상기 발바닥의 앞부분에 작용하는 압력 및 상기 발바닥의 뒷부분에 작용하는 압력을 센싱하여 상기 압력 데이터를 생성하는,
    보행 보조 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 보행 동작 추정부는,
    상기 압력 데이터를 이용하여, 상기 발바닥의 앞부분이 지면에 닿는 보행 동작 및 상기 발바닥의 뒷부분이 지면에 닿는 보행 동작을 추정하는,
    보행 보조 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 피드백부는,
    상기 발바닥의 앞부분이 지면에 닿는 보행 동작 및 상기 발바닥의 뒷부분이 지면에 닿는 보행 동작에 기초하여 상기 진동자를 동작시키는,
    보행 보조 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 피드백부는,
    상기 보행 동작에 따른 상기 발바닥의 압력 중심(Center Of Pressure: COP)의 이동에 기초하여 상기 진동자의 강도를 조절하는,
    보행 보조 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 보행 데이터 수신부는,
    상기 사용자의 힙 관절 각도에 대한 정보를 나타내는 힙 관절 각도 데이터를 수신하는,
    보행 보조 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 피드백부는,
    상기 압력 데이터 및 상기 힙 관절 각도 데이터를 기초로 상기 압력 중심을 추정하는,
    보행 보조 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 피드백부는,
    상기 압력 데이터에 포함된 상기 발바닥의 앞부분 및 뒷부분에 작용하는 압력의 변화에 대한 정보를 이용하여 상기 압력 중심을 추정하는,
    보행 보조 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 보행 동작 추정부는,
    상기 사용자의 보행 동작을 복수개의 보행 상태로 모델링하고,
    상기 압력 데이터 및 상기 힙 관절 각도 데이터를 이용하여, 상기 모델링된 복수개의 보행 상태 중 상기 사용자의 보행 동작과 대응되는 보행 상태를 추정하고,
    상기 피드백부는,
    상기 보행 상태에 대응하도록 상기 진동자를 제어하는,
    보행 보조 장치.
  12. 삭제
  13. 제5항에 있어서,
    상기 구동 제어부는,
    상기 발바닥의 앞부분이 지면에 닿는 보행 동작 및 상기 발바닥의 뒷부분이 상기 지면에 닿는 보행 동작에 기초하여 상기 보행 보조 장치를 구동시키기 위한 제어 신호를 생성하는,
    보행 보조 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 압력 센서들은,
    상기 발바닥의 왼쪽 부분에 작용하는 압력 및 상기 발바닥의 오른쪽 부분에 작용하는 압력을 센싱하여 상기 압력 데이터를 생성하고,
    상기 보행 동작 추정부는,
    상기 압력 데이터를 이용하여 상기 사용자의 보행 동작이 균형적인지 여부를 판단하는,
    보행 보조 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 보행 동작 추정부에서 상기 사용자의 보행 동작이 불균형한 것으로 판단된 경우,
    상기 피드백부는 상기 진동자를 동작시키는,
    보행 보조 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 보행 동작 추정부에서 상기 사용자의 보행 동작이 불균형한 것으로 판단된 경우,
    상기 구동 제어부는,
    상기 사용자의 보행 동작이 균형적으로 되도록 상기 보행 보조 장치의 구동을 제어하는,
    보행 보조 장치.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 보행 보조 장치의 제어 방법은,
    사용자의 발바닥에 작용하는 압력에 대한 정보를 나타내는 압력 데이터를 수신하는 단계;
    상기 압력 데이터를 이용하여 상기 사용자의 보행 동작을 추정하는 단계;
    상기 사용자의 발바닥에 진동을 인가하는 진동자를 제어하여, 상기 사용자에게 상기 보행 동작에 기초하여 상기 사용자의 상기 발바닥에 진동을 제공하는 단계; 및
    상기 보행 동작에 기초하여 상기 보행 보조 장치의 구동을 제어하는 단계
    를 포함하는,
    제어 방법.
  22. 삭제
  23. 제21항의 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체..
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
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