KR102411738B1 - 낙상 감지 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 낙상 감지 장치에 관한 것으로서, 사용자에 부착되어 복수의 좌표축 방향으로의 상기 낙상 감지 장치의 움직임을 감지하는 적어도 하나의 센서와; 사용자의 낙상 정보의 출력이 가능한 출력부와; 상기 센서에 의해 감지된 상기 낙상 감지 장치의 움직임에 기초하여 상기 복수의 좌표축 방향 중 기 설정된 제1축방향의 가속도가 양의 값에서 음의 값으로 변화되면, 상기 사용자가 낙상한 것으로 판단하고, 대응하는 상기 낙상 정보가 출력되도록 상기 출력부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

낙상 감지 장치 및 그 제어방법 {FALL DETECTION DEVICE AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 사용자의 낙상 여부를 판단하기 위한 낙상 감지 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로써, 특히, 사용자에 부착된 낙상 감지 장치의 움직임에 기초한 제1축방향의 가속도가 양의 값에서 음의 값으로 변화되면, 사용자가 낙상한 것으로 판단하는 낙상 감지 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
낙상이란 사람의 의사에 반해 사람이 지면에서 수직한 상태에서 지면에 평행한 상태로 떨어지거나 넘어져서 다치는 현상을 말한다. 젊은 사람은 전방 낙상이 주를 이루는 반면에, 고령자는 전방 낙상보다 위험도가 높은 후방 낙상이 주를 이르고 있는데, 후방 낙상은 골절을 일으키기 쉽고, 골절에 의한 정신적 및 신체적 기능의 저하를 야기해, 최종적으로는 생명을 단축시킬 수 있는 잠재적 위험을 가지고 있다.
이에, 사용자의 낙상 여부를 판단하고, 낙상으로 판단되는 즉시 가족이나 의료기관에 알리는 시스템이 마련되었다. 특히, 종래에는 사용자의 신체에 가속도 센서를 부착하고, 후방 낙상으로 인한 충격 전에 중력 방향의 가속도가 소정값 이하로 감소한다면, 이를 낙상으로 판단하였다.
왜냐하면, 사용자의 낙상 여부를 판단하기 위해서, 사용자가 넘어지기 시작하는 시점부터 중력방향의 가속도의 크기는 점차 0으로 감소하는 단계, 지면과의 충돌로 발생하는 충격으로 인해 가속도의 피크가 발생하는 단계 및 충격에 의한 가속도의 피크 발생 이후 잔진동이 발생하는 단계가 고려되기 때문이다.
뿐만 아니라, 가속도의 피크가 지속되는 시간, 가속도의 피크 이후 잔진동의 세기 및 잔진동의 지속시간을 확인함으로써 낙상 여부를 판단할 수 있었다.
낙상 여부 판단의 정확도를 높이기 위해, 가속도 센서에 의해 감지된 낙상 데이터들을 모아 머신 러닝(machine learning)을 이용하여 빅 데이터 분석을 수행함으로써 낙상 여부를 판단하는 방법이 제시되기도 하였다.
가속도 센서뿐만 아니라, 자이로스코프를 이용하여 낙상 여부를 판단할 수 있는데, 자이로스코프는 몸의 회전을 보다 정확하게 감지할 수 있으므로, 가속도 센서에 의한 상기 각 단계에 대해, 자이로스코프 고유의 특징점들을 함께 이용함으로써 낙상 판단 정확도를 높일 수 있다.
또한, 낙상의 특징 중 하나는 신체의 고도 변화인데, 기압계를 사용하면 낙상 전후의 상대 고도의 변화를 감지할 수 있어서 낙상 판단 정확도를 더욱더 높일 수 있다.
그러나, 머신 러닝을 위해 빅 데이터를 이용한 낙상 판단 방법은, 낙상 데이터의 다양성으로 인해 과도한 메모리 사용 및 전력 소비로 인한 문제 때문에, 머신 러닝을 이용한 낙상 판단보다는 낙상 자체의 특징점을 감지하여 낙상 여부를 판단하는 방법이 널리 이용되고 있다.
가속도 센서를 기타 센서들과 함께 사용하는 낙상 판단 방법은 여전히 전력 소비가 과도할 수밖에 없다. 특히 자이로스코프는 가속도 센서의 약 10배 내외의 전력소비를 요구하기 때문에, 배터리 교체없이 장시간 사용자의 낙상 여부를 모니터링할 수 없다.
따라서, 가속도 센서만을 구비한 장치를 이용하여 전력소비를 줄이는 동시에 가속도의 크기(3축 가속도 값들의 제곱의 합의 제곱근)를 이용해서 충격 발생 여부를 감지함으로써, 낙상 여부를 판단하는 방법이 제시되었다.
그러나 상기한 방법들은 충격 발생 여부만으로 낙상 여부를 판단하는 결과, 낙상이 아닐 경우에도 낙상으로 오인식하는 경우가 빈번히 발생하여 실제 가속도 센서만을 이용한 낙상 판단 서비스에 활용할 정도에 이르지 못하였다.
따라서, 본 발명은 가속도 센서만으로도 낙상 여부를 판단하여, 낙상의 오인식률을 낮출 수 있는 낙상 감지 장치 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 낙상 감지 장치는, 사용자에 부착되어 복수의 좌표축 방향으로의 상기 낙상 감지 장치의 움직임을 감지하는 적어도 하나의 센서와; 사용자의 낙상 정보의 출력이 가능한 출력부와; 상기 센서에 의해 감지된 상기 낙상 감지 장치의 움직임에 기초하여 상기 복수의 좌표축 방향 중 기 설정된 제1축방향의 가속도가 양의 값에서 음의 값으로 변화되면, 상기 사용자가 낙상한 것으로 판단하고, 대응하는 상기 낙상 정보가 출력되도록 상기 출력부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이로써, 간단하게 낙상 여부를 판단할 수 있으며, 낙상 오인식률을 낮출 수 있다.
여기서, 상기 제1축방향은 상기 사용자의 머리축 방향인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제어부는 상기 복수의 좌표축 중 제1축-제2축-제3축 상의 움직임 성분의 가속도가 제1상한값 이상이면, 상기 제1상한값 시점 이전에 상기 사용자에게 충격이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제어부는 상기 제1축방향의 가속도가 양의 값에서 음의 값으로 변화되는 경우에, 상기 충격 발생 전에 상기 복수의 좌표축 중 제2축방향의 가속도가 제1하한값보다 작으면, 상기 사용자가 낙상한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다. 이로써, 낙상 오인식률을 낮출 수 있다.
여기서, 상기 제어부는 상기 제1축방향의 가속도가 양의 값에서 음의 값으로 변화되는 경우에, 상기 충격 발생 후에 상기 복수의 좌표축 중 제2축-제3축 평면 상의 움직임 성분의 가속도가 제2하한값 이하이면, 상기 사용자가 낙상한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다. 이로써, 낙상 오인식률을 낮출 수 있다.
여기서, 상기 충격 발생 후부터 상기 제2축-제3축 평면 상의 움직임 성분의 가속도가 상기 제2하한값이 된 때까지의 경과 시간이 제1문턱치 이내이면, 상기 사용자가 낙상한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다. 이로써, 낙상 오인식률을 낮출 수 있다.
또한, 상기 출력부는 상기 낙상 정보를 외부 기기로 전송하는 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 이로써, 낙상 발생 시 신속하게 구호할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 낙상 감지 장치의 제어방법은, 사용자에 부착되어 복수의 좌표축 방향으로의 상기 낙상 감지 장치의 움직임을 감지하는 단계; 상기 감지된 상기 낙상 감지 장치의 움직임에 기초하여 상기 복수의 좌표축 중 기 설정된 제1축방향의 가속도가 양의 값에서 음의 값으로 변화되면, 상기 사용자가 낙상한 것으로 판단하는 단계; 및 대응하는 상기 낙상 정보가 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1축방향은 상기 사용자의 머리축 방향인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 낙상한 것으로 판단하는 단계는 상기 복수의 좌표축 중 제1축-제2축-제3축 상의 움직임 성분의 가속도가 제1상한값 이상이면, 상기 제1상한값 시점 이전에 상기 사용자에게 충격이 발생한 것으로 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 낙상한 것으로 판단하는 단계는 상기 제1축방향의 가속도가 양의 값에서 음의 값으로 변화되는 경우에, 상기 충격 발생 전에 상기 복수의 좌표축 중 제2축방향의 가속도가 제1하한값보다 작으면, 상기 사용자가 낙상한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다. 이로써, 낙상 오인식률을 낮출 수 있다.
여기서, 상기 낙상으로 판단하는 단계는 상기 제1축방향의 가속도가 양의 값에서 음의 값으로 변화되는 경우에, 상기 충격 발생 후에 상기 복수의 좌표축 중 제2축-제3축 평면 상의 움직임 성분의 가속도가 제2하한값 이하이면, 상기 사용자가 낙상한 것으로 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 이로써, 낙상 오인식률을 낮출 수 있다.
여기서, 상기 낙상으로 판단하는 단계는 상기 충격 발생 후부터 상기 제2축-제3축 평면 상의 움직임 성분의 가속도가 상기 제2하한값이 된 때까지의 경과 시간이 제1문턱치 이내이면, 상기 사용자가 낙상한 것으로 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 이로써, 낙상 오인식률을 낮출 수 있다.
또한, 상기 낙상 정보를 외부 기기로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 이로써, 낙상 발생 시 신속하게 구호할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 가속도 센서만으로도 낙상 여부를 판단할 수 있을 뿐만 아니라, 낙상의 오인식률을 현저하게 낮출 수 있는 낙상 감지 장치 및 그 제어방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 낙상 감지 시스템에 대한 개념을 나타내는 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 낙상 감지 장치의 3축 가속도 센서를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 낙상 감지 장치를 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 낙상 과정을 나타내는 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 사람이 후방 낙상의 경우, 실험적으로 측정한 3축 가속도를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 마네킹이 후방 낙상의 경우, 실험적으로 측정한 3축 가속도를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 낙상 감지 장치의 낙상 감지 방법을 나타내는 순서도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 후방 낙상하는 사용자가 지면과 충돌로 발생하는 피크값이 감지되는 경우를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 후방 낙상하는 사용자가 지면과 충돌로 발생하는 피크값이 감지되지 않는 경우를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 사용자가 후방 낙상하는 경우 가속도 크기의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 사용자가 후방으로 눕는 경우 가속도 크기의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 12는 사람 후방으로 낙상하는 경우, 3축 가속도 크기 및 수평축 가속도 크기를 나타내는 그래프이다.
도 13은 마네킹이 후방으로 낙상하는 경우, 3축 가속도 크기 및 수평축 가속도 크기를 나타내는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따라 낙상 여부를 판단하는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따라 낙상 여부를 판단하는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따라 낙상 여부를 판단하는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 낙상 감지 시스템 나타내는 예시도이다.
이하, 본 발명의 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 발명의 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시예의 다양한 변경 (modification), 균등물 (equivalent), 및/또는 대체물 (alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 명세서에서, “가진다,” “가질 수 있다,”“포함한다,” 또는 “포함할 수 있다” 등의 표현은 해당 특징 (예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
본 명세서에서, “A 또는 B,”“A 또는/및 B 중 적어도 하나,”또는 “A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상”등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, “A 또는 B,” “ A 및 B 중 적어도 하나,”또는 “ A 또는 B 중 적어도 하나”는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
본 명세서에서 “제 1,”“제 2,”“첫째,”또는“둘째,”등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 이러한 표현들은 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 표현 “~하도록 구성된 (또는 설정된)(configured to)”은 상황에 따라, 예를 들면, “~에 적합한 (suitable for),” “~하는 능력을 가지는 (having the capacity to),” “~하도록 설계된 (designed to),” “~하도록 변경된 (adapted to),” “~하도록 만들어진 (made to),”또는 “~를 할 수 있는 (capable of)”과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 “~하도록 구성 (또는 설정)된”은 하드웨어적으로 “특별히 설계된 (specifically designed to)”것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, “~하도록 구성된 장치”라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 “~할 수 있는” 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 “A, B, 및 C를 수행하도록 구성 (또는 설정)된 프로세서”는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서 (예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서 (generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어들은 단지 특정일 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 명세서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 명세서에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 낙상 감지 시스템에 대한 개념을 나타내는 예시도이다.
도 1의 낙상 감지 시스템(1)에서 사용자(30)는 가슴 부근에 낙상 감지 장치(10)를 부착할 수 있다. 낙상 감지 장치(10)는 지면에서 멀리 부착할수록 낙상 오인식률을 줄일 수 있으므로, 경우에 따라서는, 사용자의 모자 또는 안경에 부착될 수도 있다. 도 1에서는 낙상 감지 장치(10)를 가슴 부근에 직접 부착할 수 있도록 패치 형태로 마련하였으나, 사용자(30)의 낙상 여부를 판단할 수 있다면 패치 형태에 한정되지 않는다.
패치 형태의 낙상 감지 장치(10)에는 3축 가속도 센서가 내장되어 있기 때문에, 사용자(30)의 행동에 따른 3축의 가속도 변화를 3축 가속도 센서(10)가 감지할 수 있고, 감지된 3축의 가속도 변화에 기초하여 낙상으로 판단되면 낙상 신호를 외부 기기(20)에 전송할 수 있다.
본 발명의 낙상 감지 장치(100)는 사용자(30)의 낙상 여부를 판단하기 위해 3축 가속도 변화를 모두 감지해야 했던 종래 기술과는 달리, 복수의 좌표축 방향 중에서 기 설정된 제1축방향의 가속도 변화만을 감지하여도, 사용자의 낙상 여부를 판단할 수 있으며, 기 설정된 제1축방향의 가속도 변화에만 기초하여 낙상 여부를 판단하더라도 낙상 오인식률을 현저하게 줄일 수도 있으므로, 사용자(30)가 낙상 감지 시스템(1)을 신뢰할 수 있는 여건을 마련하였다.
외부 기기(20)는 사용자(30) 이외의 타인의 스마트 폰(SMART PHONE) 및 디스플레이 장치(DISPLAY APPARATUS)나, 경고음을 낼 수 있는 무선 호출기(PAGER) 등으로 구성될 수 있다. 따라서, 외부 기기(20)는 낙상 감지 장치(10)로부터 낙상 신호를 수신하면, 낙상 사실을 디스플레이부에 표시하거나 경고음을 발함으로써, 타인으로 하여금 사용자(30)를 신속히 구호할 수 있도록 돕는다.
이 때, 사용자(30) 이외의 타인은 낙상에 대비하여 미리 설정된 자로써, 예를 들어, 가족, 지정 병원 및 의사 또는 응급 구조센터 등이 될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 낙상 감지 장치의 3축 가속도 센서를 나타내는 개략도이다.
3축 가속도 센서(200)는 작동방식에 따른 서보형, 압전형, 압저항형, 정전용량형 등을 포함할 수 있다. 구체적으로, 3축 가속도 센서(200)는 일정 질량(m)을 가지는 운동구조물에 힘(F = ma)을 가하여 그 운동구조물을 일정 가속도(a)로 가속시키고, 그 상태에서 운동구조물의 변위에 따라 변화하는 제어신호, 압전압, 압저항, 정전용량 등을 측정하여 가속도를 얻게 된다. 즉, 3축 가속도 센서(200)는 X축 가속도 센서(210), Y축 가속도 센서(220) 및 Z축 가속도 센서(230)로 구성되며, 각 센서에 포함되는 운동구조물의 변위에 기초하여 각 축방향 가속도를 감지할 수 있다.
또한, 3축 가속도 센서(200)는 3축 MEMS(Micro Electro-Mechanical System) 가속도 센서를 포함할 수 있다. 즉, 유체인 기체 또는 액체의 열대류에 의한 발열체의 냉각 정도가 가속도의 방향 및 크기에 의존하는 현상을 이용하여 각 축방향 가속도를 측정할 수 있다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 낙상 감지 장치를 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 낙상 감지 장치(300)는, 사용자(30)에 부착되어 복수의 좌표축 방향으로의 상기 낙상 감지 장치(300)의 움직임을 감지하는 적어도 하나의 센서(310)와, 사용자의 낙상 정보의 출력이 가능한 출력부(320)와, 상기 센서(310)에 의해 감지된 상기 낙상 감지 장치(300)의 움직임에 기초하여 상기 복수의 좌표축 중 기 설정된 제1축방향의 가속도가 양의 값에서 음의 값으로 변화되면, 상기 사용자가 낙상한 것으로 판단하고, 대응하는 상기 낙상 정보가 출력되도록 상기 출력부(320)를 제어하는 제어부(330)를 포함한다.
여기서, 제1축방향은 사용자의 머리축 방향이 될 수 있다. 즉, 사용자(30)가 지면 상에 직립하고 있는 경우에는, 제1축방향은 지면에 수직한 방향이지만, 사용자가 낙상으로 인해 지면에 누워 있는 경우에는 지면에 수평한 방향이 된다. 제2축방향은 제1축방향과 수직한 방향으로써 직립한 사용자(30)의 전면방향이 될 수 있고, 제3축방향은 제1축방향 및 제2축방향에 수직한 방향으로써 직립한 사용자(30)의 좌면방향이 될 수 있다. 제2축방향 및 제3축방향도 제1축방향과 마찬가지로 사용자의 자세에 따라 달라진다.
제어부(330)는 프로세서(processor)로 구성될 수 있으며, 통상적으로 각 구성요소들의 동작을 제어하여 낙상 감지 장치(300)의 전반적인 동작을 제어한다.
또한, 센서(310)는 3축 가속도 센서(200)뿐만 아니라 심전도(ECG: Electrocardiography) 센서를 포함할 수 있다. 특히, 3축 가속도 센서(200)에 의해 측정된 가속도 신호는 사용자(30)의 신진대사량 및 심전도의 측정 신호로 사용될 수 있다.
또한, 출력부(320)는 상기 낙상 정보를 외부 기기(360)로 전송하는 통신부(340)를 더 포함할 수 있으므로, 제어부(330)가 낙상으로 판단하는 즉시, 낙상 사실을 외부 기기(360)에 알릴 수 있다.
또한, 전원 공급부(350)는 배터리로 구성될 수 있으며, 제어부(330)의 제어에 의해 외부의 전원 또는 내부의 전원을 인가받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급한다. 센서(310)는 사용자가 낙상 감지 장치(300)의 부착 여부를 감지할 수 있으므로, 사용자(30)가 낙상 감지 장치(300)를 부착하지 않거나 떼어 놓는 경우, 이를 감지하여 제어부(330)에 알릴 수 있다. 제어부(330)는 낙상 감지 장치(300)가 사용자(30)부터 떨어져 있는 경우에는 구성요소들에 전원을 공급하지 공급되지 않도록 전원 공급부(350)를 제어할 수 있다.
또한, 외부기기(360)는 홈 네트워크 시스템(370)을 포함한다. 홈 네트워크 시스템(370)은 제어 및 통신 기능을 가지는 복수의 홈 디바이스 및 홈 게이트웨이를 포함한다. 홈 디바이스들은 사용자(30)의 홈 내외에 위치할 수 있으며 스마트 가전기기(Smart Appliance), 보안기기(security devices), 조명기구(Lighting devices), 에너지기기(Energy devices) 등을 포함한다. 예를 들어, 스마트 가전기기는 텔레비전(Television: TV), 에어컨, 로봇 청소기, 가습기 등이 될 수 있으며, 보안기기는 도어락, 보안 카메라, CCTV(Closed Circuit Television), 접촉, 소리, 움직임 등을 감지하는 보안 센서 등이 될 수 있고, 조명기구는 LED(Light Emitting Diode), 램프 등이 될 수 있고, 에너지기기는 난방기기, 전력측정기, 전력 소켓, 전기 콘센트, 멀티탭 등이 될 수 있다. 추가적으로 홈 디바이스들은 개인 컴퓨터(Personal Computer: PC), IP 카메라, 인터넷 전화, 유/무선 전화, 홈 내의 이동 전화, 전기적으로 제어 가능한 커튼, 블라인드 등을 포함할 수 있다.
홈 디바이스들은 유선 혹은 무선 통신 방식에 따라 홈 게이트웨이와 통신 가능하며, 홈 게이트웨이로부터 제어 명령을 수신하여 제어 명령에 따라 동작하고, 요구된 정보 및/또는 데이터를 홈 게이트웨이에게 전송 가능하도록 구성될 수 있다.
홈 게이트웨이는 독립적인 장치로 구현되거나 혹은 홈 게이트웨이 기능을 구비하는 장치로서 구현될 수 있다. 예를 들어, 홈 게이트웨이는 텔레비전, 핸드폰, 태블릿 컴퓨터, 셋탑박스, 로봇 청소기 혹은 개인 컴퓨터(Personal Computer)로 구현될 수 있다. 홈 게이트웨이는 홈 디바이스들과 유선 혹은 무선 통신 방식에 따라 통신하기 위한 해당 통신 모듈들을 구비하여, 홈 디바이스들의 정보를 등록하여 저장하고, 홈 디바이스들의 동작, 지원 가능한 기능 및 상태를 관리 및 제어하고, 홈 디바이스들로부터 필요한 정보를 수집하여 저장할 수 있다. 특히, 홈 게이트웨이는 인터넷(internet)과 같은 데이터 네트워크, 즉 IP 네트워크와 연결되어, 인터넷을 통해 낙상 감지 장치(300)의 통신부(340)에 의한 접속을 허용하며, 통신부(340)로부터 수신되는 알림 신호를 해당하는 홈 디바이스에게 전달할 수 있다. 또한 홈 게이트웨이는 WiFi(Wireless Fidelity), 지그비(Zigbee), 블루투스(Bluetooth), NFC(Near Field Communication), z-wave와 같은 무선 통신 방식을 사용하여 통신부(340)와 통신할 수 있다.
홈 네트워크 시스템(370)에서는 인터넷을 통한 인터넷 TV(IPTV), 데이터 공유, 인터넷 전화(Voice over IP: VoIP) 및 영상전화와 같은 홈 데이터 통신 서비스, 홈 디바이스의 원격제어, 원격 방범, 방재와 같은 오토메이션 서비스를 제공할 수 있다. 즉, 홈 네트워크 시스템은 사용자(30)의 홈 내외에서 사용되는 모든 형태의 홈 디바이스들을 하나의 네트워크로 연결하여 통제한다.
또한, 홈 네트워크 시스템(370)은 사용자(30)가 낙상하는 경우, 사용자(30)의 위치 정보 및 지면의 매질에 관한 정보를 통신부(340)에 전송할 수 있다.
상기한 홈 네트워크 시스템(370)은 사용자(30)가 홈에 거주하는 경우만을 한정하는 것은 아니며, 병원 및 사무실 등 사용자(30)가 거주하는 어떠한 공간에도 적용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 낙상 과정을 나타내는 예시도이다.
이하, 도 4를 참조하여, 사용자의 낙상 과정에 대해 자세히 설명한다.
도 4를 참조하면, 낙상 과정은 사용자(30)가 지면 상에 직립한 상태인 제1구간(S410), 사용자(30)가 후방으로 쓰러지기 시작하는 시점부터 지면과 충돌하기 직전 상태인 제2구간(S420) 및 사용자(30)가 지면과 충돌하는 상태인 제3구간(S430)으로 구분될 수 있다.
제1구간(S410)에서는 낙상 감지 장치(300)를 부착한 사용자(30)가 일상적으로 지면에 수직하게 직립하고 있다. 이 때, 중력가속도가 작용하는 방향인 사용자(30)의 머리축 방향을 Y축방향, 사용자(30)의 전면을 Z축방향 및 사용자(30)의 좌면을 X축방향으로 정의할 수 있다.
다만, 사용자(30)의 낙상 감지 장치(300)에 대한 좌표계를 어떻게 정의하느냐에 따라 이하 설명이 달라질 수 있으며, 낙상 여부를 판단하기 위해 이하 논의되는 낙상의 특징점들은 정의된 좌표계에 관계없이 동일한 방법으로 해석될 수 있다.
제1구간(S410)에서 Y축방향 가속도는 중력가속도에 대응하는 양의 값을 가지며, 중력가속도의 수직인 평면 내에 있는 Z축방향 가속도 및 X축방향 가속도는 각각 0의 값을 가진다.
제2구간(S420)은 사용자(30)가 의식을 잃거나 실족해서 후방으로 쓰러지기 시작하는 시점부터 지면과 충돌하기 직전 시점까지이다.
제2구간(S420)에서 Z축방향 가속도는 사용자(30)가 쓰러지기 시작하는 시점에서 사용자 의식 유무에 따라 달라진다. 예를 들어, 사용자(30)가 쓰러지지 않으려고 몸에 힘을 주는 경우에는 Z축방향 가속도가 중력가속도에 의해서 0에서 양의 방향으로 잠시 증가하지만, 의식을 완전히 잃고 쓰러지는 순간에 자유낙하로 인해 다시 0으로 수렴한다. 그러나, 사용자(30)가 처음부터 의식을 잃고 쓰러지는 경우에, Z축방향 가속도는 처음부터 0에 근접한 값을 갖게 된다.
Y축방향 가속도는 중력가속도에 대응하는 양의 값에서 0으로 수렴하다가, 원심력에 의해 음의 값으로 변화된 후, 지면과의 충돌로 인해 피크값이 발생한다. 여기서, 음의 가속도의 의미는 사용자(30)가 쓰러질 때 발생하는 원심력에 의한 것으로써, 특히, 사용자(30)가 의식을 잃고 쓰러질 때 발생하는 낙상의 특징점이 된다.
제3구간(S430)은 사용자(30)가 지면과의 충돌로 인해 가속도 크기의 피크값 및 잔진동이 발생하는 상태이다. 여기서, 가속도 크기란 X축방향, Y축방향 및 Z축방향 가속도 각각의 제곱의 합의 제곱근을 의미하며, 제1축-제2축-제3축 상의 움직임 성분의 가속도로 정의될 수 있다. 또한, 가속도 크기의 피크값이란 충격 이후에 발생하는 가속도 크기의 최대값을 의미한다. 잔진동이 끝나면, Z축방향 가속도는 음의 중력가속도에 대응하는 값이 감지되고, 지면과 수평면 상에 있는 X축방향 가속도 및 Y축방향 가속도는 0으로 수렴하게 된다.
따라서, 본 발명에 따르면, Y축방향 가속도가 양의 값에서 음의 값으로 변화되었는지 여부를 판단함으로써, 사용자(30)의 낙상 여부를 결정할 수 있게 된다.
뿐만 아니라, Y축방향 가속도가 양의 값에서 음의 값으로의 변화는 일상 생활에서 일어나기 힘든 낙상의 특징점이기 때문에, 이를 기초로 낙상 여부를 결정하면, 낙상 오인식률은 현저하게 줄일 수 있게 되는 것이다.
도 4는 Y축 및 Z축의 평면 내에서 사용자(30)가 쓰러지는 경우에 대해서 설명한 것이며, 도 4에서 Y축방향 가속도가 원심력에 의해 음의 값을 갖는 특징은 사용자(30)가 의식을 잃고 쓰러지는 임의의 방향에 대해서 확장하여 적용할 수 있음을 밝혀둔다. 이는 사용자(30)가 Y축-Z축의 평면 상에서 쓰러지도록 좌표축을 새로 정의하기만 하면, 기존 좌표계의 좌표변환을 통해 새로 정의된 좌표계에서 각 축방향 가속도를 상기한 방법으로 감지하여, 사용자(30)의 낙상 여부를 판단할 수 있기 때문이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 사람이 후방 낙상의 경우, 실험적으로 측정한 3축 가속도를 나타내는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 제1구간(S410)에서 사람(30)의 Y축방향 가속도는 중력가속도에 대응하는 양의 값를 나타내지만, Z축-X축 평면은 지면과 수평하기 때문에 Z축방향 및 X축방향 가속도는 0에 근접한 값을 갖는다. 제2구간(S420)에서, Y축방향 가속도는 0으로 수렴하다가 음의 값으로 변화되는데(A1), 이는 사람(30)이 쓰러지는 동안 Y축방향에 미치는 중력가속도의 크기가 줄어들지만, Y축방향의 반대방향으로 발생하는 원심력의 크기가 증가하기 때문이다. 보다 상세하게는, 사용자(30)의 질량(m), 지면에서 3축 가속도 센서(300)까지의 높이(r), 사용자(30)의 낙상 시 각속도(w) 및 중력가속도(g)를 고려하면, Y축방향 가속도가 양의 값에서 음의 값으로 변화되는 영역(A1)에서는 원심력이 중력보다 더 큰 상태가 된다(
Figure 112015094078851-pat00001
).
이러한 현상은, 사람(30)이 의식을 잃고 쓰러지다가 지면과 충돌하여 충격이 발생한 경우, 충격 발생 전에 나타나는 현상인 반면에, 일상 생활 중에 나타나기 어려운 현상이다. 왜냐하면, 외부에서 사람(30)에게 힘을 가하지 않는 이상, 각 축방향 가속도의 최소값은 0이기 때문이다.
도 5를 다시 참조하면, Y축방향 가속도가 음의 값으로 변화되는 영역(A1)에서 Y축방향 가속도의 최소값은 대략 -5(
Figure 112015094078851-pat00002
)로 측정되었는데, 이는 사용자(30)의 신장에 따라 지면으로부터 낙상 감지 장치(300)가 부착되는 위치까지의 높이가 상이하기 때문에, 경우에 따라 달리 측정될 수 있음을 밝혀둔다. 예를 들면, 낙상 감지 장치(300)를 가슴 부근에 부착하는 경우, 장신인 사용자(30)가 낙상할 때가 단신인 사용자(30)가 낙상할 때보다 Y축방향 가속도가 음의 값으로 변화되는 영역(A1)에서의 Y축방향 가속도의 최소값(이하, "Y축방향 가속도의 임계값"이라 함.)이 더 낮게 측정될 수 있다. 따라서, 장신 사용자(30)의 Y축방향 가속도의 임계값을 단신 사용자(30)의 Y축방향 가속도의 임계값보다 더 낮게 설정함으로써, 사용자(30)의 신장에 따른 낙상 인식률을 높이고 낙상 오인식률을 낮출 수 있다.
또한, 낙상 감지 장치(300)의 3축 가속도 센서(200)에 의해 감지되는 가속도 신호는 심전도를 측정하기 위한 신호로 사용될 수 있다. 따라서, 낙상 감지 장치(300)는 낙상 감지 장치(300)를 부착한 사용자(30)의 심전도에 기초하여 사용자(300)의 신체 정보, 예를 들면, 나이, 보유 질환, 관절염, 근육량, 뇌질환, 심질환 및 약물 복용으로 인한 균형 감각 소실 여부를 판단할 수 있다. 판단된 신체 정보에 기초하여 사용자(300)의 Y축방향 가속도의 임계값을 적절하게 설정함으로써, 사용자(30)의 신체 정보에 따른 낙상 인식률을 높이고, 낙상 오인식률을 낮출 수 있다.
뿐만 아니라, 가속도 센서만으로 낙상 여부 판단의 특징점인 Y축방향 가속도의 변화를 감지할 수 있으므로, 자이로스코프를 사용하여 사람(30)의 회전 정보를 통해 사람(30)의 낙상 여부를 판단하는 것보다 저전력으로 낙상 서비스를 제공할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 마네킹이 후방 낙상의 경우, 실험적으로 측정한 3축 가속도를 나타내는 그래프이다.
도 5의 사람(30)이 후방 낙상하는 경우와 마찬가지로, 마네킹(30)이 후방 낙상하는 경우에도, 적어도 하나의 센(310)서는 Y축방향 가속도가 중력가속도에 해당하는 양의 값에서 0으로 수렴하다가, 음의 구간(A2)에 진입하게 됨을 감지한다. 또한, 적어도 하나의 센서(310)는 마네킹(30)이 지면과의 충돌로 인해 발생하는 충격으로 각 축방향 가속도가 피크값을 나타냄을 감지할 수 있는데, 이 때, 제어부는 피크값 직전에 Y축방향 가속도가 음의 구간(A2)에 진입하였다는 것으로부터 마네킹(30)이 낙상하였다고 판단할 수 있는 것이다.
도 5 및 도 6은 사람 및 마네킹이 후방 낙상하는 경우를 나타내고 있지만, 사람 및 마네킹이 전방 낙상하는 경우에도 상기 내용이 적용될 수 있음을 밝혀둔다.
즉, 사람 및 마네킹이 전방 낙상하는 경우에도, 지면과의 충돌로 인한 각 축방향 가속도의 피크값 직전에 머리축 방향 가속도인 Y축방향 가속도의 부호가 양에서 음의 값으로 변화되었음이 감지되었고, 각 축방향 가속도의 피크값 직후에 Z축방향 가속도의 부호가 후방 낙상 시에 Z축방향 가속도의 부호와 반대방향으로 감지되었다면, 사람 및 마네킹에게 전방 낙상이 발생하였다고 판단할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 낙상 감지 장치의 낙상 감지 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7을 참조하면, 낙상 감지 장치(300)는 3축 가속도 센서(310)를 포함하고 있으므로 사용자(30)의 움직임에 대한 3축 가속도 변화를 감지할 수 있다. 3축 가속도 센서(310) 중 적어도 하나의 센서는 사용자(30)에게 충격이 발생하였음을 감지할 수 있다(S710). 이 때, 충격 발생 여부는 각 축방향 가속도 크기의 제곱의 합의 제곱근이 제1상한값 이상인지 여부로 판단할 수 있다. 즉, 복수의 좌표축 중 제1축-제2축-제3축 상의 움직임 성분의 가속도가 제1상한값 이상이면, 사용자(30)에게 충격이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
그러나, 발생한 충격이 낙상으로 인한 것인지 여부가 불분명하므로, 충격 발생 전에 사용자(30)의 머리축 방향 가속도인 Y축방향 가속도가 양에서 음의 값으로 변화되었는지 여부를 판단한다(S720).
만일, 충격 발생 전에 사용자(30)의 머리축 방향 가속도인 Y축방향 가속도가 양수에서 음수로 변화되었으면, 사용자(30)가 낙상한 것으로 판단하고, 외부 기기(20)에 낙상 사실을 출력한다(S730).
또한, 본 발명의 실시예에 따른 낙상 감지 장치(300)의 낙상 감지 방법은 충격 발생 전에 사용자(30)의 머리축 방향 가속도인 Y축방향 가속도가 양에서 음의 값으로 변화되었는지 여부 및 수평축 방향 가속도 크기인 Z축방향 및 X축방향 가속도 크기가 0에 근접한 값을 가지는지 여부만을 가지고 낙상 여부를 판단할 수 있다. 이에 대해서는, 도 8 및 도9를 참조하여 자세히 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 후방 낙상하는 사용자가 지면과 충돌로 발생하는 피크값이 감지되는 경우를 나타내는 그래프이다.
도 8을 참조하면, 충격에 의한 피크값(p1)이 감지되었고, 피크값(p1)의 발생전에 Y축방향 가속도 양에서 음의 값으로 변화되는 구간(A3)이 감지되었으므로, 낙상 감지 장치(300)는 사용자(30)가 낙상한 것으로 판단할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 후방 낙상하는 사용자가 지면과 충돌로 발생하는 피크값이 감지되지 않는 경우를 나타내는 그래프이다.
도 9를 참조하면, 도 8과는 달리, 충격에 의한 피크값(p2)이 감지되지 않았다. 이런 경우는 가속도 센서의 샘플링 시점이 적절하지 못할 때 발생한다. 종래에는, 도 8과 같이 충격에 의한 피크값(p1)이 감지되는 경우에만 낙상 여부를 판단할 수 있었고, 도 9와 같이 충격에 의한 피크값(p2)이 감지되지 않는 경우에는 낙상 여부를 제대로 판단할 수 없었기 때문에, 낙상 인식률이 낮을 수 밖에 없었다.
그러나, 본 발명에 실시예에 따른 낙상 감지 장치(300)는 도 9와 같이 충격에 의한 피크값(p2)이 감지되지 않는 경우에도, Y축방향 가속도가 양에서 음의 값으로 변화되는지 및 수평축 방향 가속도 크기인 Z축방향 및 X축방향 가속도 크기가 0에 근접한 값을 가지는지를 감지함으로써 사용자(30)의 낙상 여부를 판단할 수 있다. 따라서, 수평축 방향 가속도 크기인 Z축방향 및 X축방향 가속도 크기가 0에 근접한 값을 가지는지 여부는 본 발명의 실시예에 따른 낙상의 특징점이 될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 낙상 감지 장치(300)는 사용자(30)가 의식 없이 쓰러지는 경우 센서의 샘플링 시점과 무관하게 사용자(30)의 낙상 여부를 판단할 수 있으므로, 낙상 인식률을 높일 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 사용자가 후방 낙상하는 경우 가속도 크기의 변화를 나타내는 그래프이며, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 사용자가 후방으로 눕는 경우 가속도 크기의 변화를 나타내는 그래프이다.
종래에는 가속도 크기의 피크값이 제1상한값 이상이면 사용자(30)가 낙상하였다고 판단할 수 있고, 제2상한값 이하이면 낙상하지 않았다고 판단하였다.
그러나, 가속도의 크기의 최대값이 제1상한값과 제2상한값 사이에 있다면, 사용자(30)의 낙상 여부를 판단하기가 쉽지 않다.
이 때에는, 낙상에 따른 충격으로 인해 발생하는 가속도 크기의 첫번째 피크값 직후 수평축 가속도 크기의 최소값이 제1하한값 이내에 있는지 여부를 통해, 사용자(30)의 낙상 여부를 판단할 수 있다.
여기서, 가속도 크기(v3)는 도 4의 X축방향 가속도(X), Y축방향 가속도(Y) 및 Z축방향 가속도(Z) 각각의 제곱의 합의 제곱근으로 정의(
Figure 112015094078851-pat00003
)되며, 수평축 가속도 크기(v2)는 도 4의 X축방향 및 Z축방향 가속도 각각의 제곱의 합의 제곱근으로 정의(
Figure 112015094078851-pat00004
)될 수 있다. 즉, 가속도 크기(v3)는 X축-Y축-Z축 상에서 사용자(30)의 움직임 성분의 가속도를 나타내며, 수평축 가속도 크기(v2)는 X축-Z축 평면 상에서 사용자(30)의 움직임 성분의 가속도를 나타낸다.
도 10을 참조하면, 사용자(30)가 의식을 잃고 후방으로 쓰러지는 경우, 3축 가속도 크기(v3)는 Y축방향 가속도가 양의 중력가속도에 대응하는 값에서 0으로 수렴함에 따라 점점 감소하다가, 지면과의 충돌로 인해 상승하기 시작한다. 3축 가속도 크기(v3)는 최대값(H1)까지 상승한 후 최소값(L1)까지 급격하게 하강하게 된다.
한편, 사용자(30)가 의식을 잃고 후방으로 쓰러지는 경우, 수평축 가속도 크기(v2)도 지면과의 충돌로 인해 상승하기 시작하고, 최대값(H2)까지 상승한 후 최소값(L2)까지 급격하게 하강하게 된다.
여기서, 사용자(30)의 낙상 여부를 판단할 수 있는 특징점은, 낙상에 따른 충격으로 인해 발생하는 가속도 크기(v3)의 첫번째 최대값(H1) 직후 수평축 가속도 크기(v2)의 최소값(L2)이 제1하한값 이내에 있는지 여부가 된다.
가속도 크기(v3)의 첫번째 최대값(H1) 직후 가속도 크기(v3)의 최소값(L1) 대신에 수평축 가속도 크기(v2)의 최소값(L2)을 사용하는 이유는 다음과 같다. 사용자(30)의 후방 낙상 시 충격이 발생하는 시점에서 가속도 크기는 이론적으로 중력방향 가속도인 Z축방향 가속도가 가장 크게 발생하지만, 실제 사용자(30)가 후방 낙상하는 경우에는, Y축방향 가속도 크기가 상당히 크게 발생하며, 3축 가속도 크기(v3)의 최대값(H1) 이후 첫번째 중력가속도 이하의 영역에서는, Y축방향 가속도 크기가 수평축 가속도 크기보다 더 크게 센싱 되는 경우가 있음이 관찰되었다. 이는, 3축 가속도 크기(v3)의 최대값(H1) 이후 첫번째 중력가속도 이하의 영역에서 3축 가속도 크기(v3)가 수평축 가속도 크기(v2)보다 더 클 수 있음을 의미한다.
따라서, 가속도 크기(v3)의 첫번째 최대값(H1) 직후, 가속도 크기(v3)의 최소값(L1) 대신에 수평축 가속도 크기(v2)의 최소값(L2)을 사용한다면, 제1하한값을 더 낮게 설정할 수 있게 되고, 제1하한값을 더 낮게 설정할 수 있다는 것은 낙상 오인식률을 낮출 수 있음을 의미한다.
한편, 도 11을 참조하면, 사용자(30)가 후방으로 눕는 경우는 3축 가속도 크기(v3)는 점점 줄어들다가, 사용자(30)가 지면과 충돌하면, 최대값(H3)까지 상승한 후 최소값(L3)까지 하강한다. 마찬가지로, 수평축 가속도 크기(v2)도 지면과의 충돌에 의해 최대값(H4)까지 상승한 후 최소값(L4)까지 하강한다.
그런데, 사용자(30)가 후방으로 눕는 경우에는 3축 가속도 크기(v3)의 최소값(L3)은 수평축 가속도 크기(v2)의 최소값(L4)보다 약간 크거나 유사하며, 일반적으로 후방 낙상의 경우 수평축 가속도 크기(v2)의 최소값(L2)보다 큰 값을 갖는다.
따라서, 3축 가속도 크기(v3)의 최소값 대신에 수평축 가속도 크기(v2)의 최소값이 제1하한값 이내 인지 여부를 기초로 사용자(30)의 낙상 여부를 판단한다면, 일상 활동 중 낙상 오인식률을 낮출 수 있게 되는 것이다.
한편, 가속도 크기(v3)의 첫번째 최대값(H1) 또는 수평축 가속도 크기(v2)의 최소값(L2)은 낙상 위치와 낙상 시 지면의 매질의 종류에 따라 상이하게 측정될 수 있다. 예를 들어, 사용자(30)가 매트리스와 같은 낙상 보호 매트가 구비된 곳에서 낙상하는 경우와, 대리석 바닥에 낙상하는 경우에 측정되는 가속도 크기(v3)의 첫번째 최대값(H1) 또는 수평축 가속도 크기(v2)의 최소값(L2)은 상이할 수밖에 없다.
따라서, 사용자(30)의 낙상 위치와 낙상 시 지면의 매질의 종류에 따라 가속도 크기(v3)의 첫번째 최대값(H1) 또는 수평축 가속도 크기(v2)의 최소값(L2)의 임계값을 적절하게 설정한다면, 낙상 인식률을 높이고, 낙상 오인식률을 낮출 수 있다. 이러한 낙상 위치와 매질의 종류에 관한 정보는 통신부(340)가 홈 네트워크 시스템(370)으로부터 수신할 수 있다. 즉, 홈 네트워크 시스템(370)은 사용자(30)의 이동에 따라 변경되는 위치 정보와 매질의 종류에 관한 정보를 통신부(340)에 실시간으로 전송할 수 있다. 제어부(330)는 통신부(340)를 통해 수신한 위치 정보와 매질의 종류에 관한 정보에 기초하여, 가속도 크기(v3)의 첫번째 최대값(H1) 또는 수평축 가속도 크기(v2)의 최소값(L2)의 임계값을 적절하게 설정할 수 있다.
또한, 낙상 감지 장치(300)는 가속도 크기(v3)의 첫번째 최대값(H1) 또는 수평축 가속도 크기(v2)의 최소값(L2)의 임계값을 단계적으로 설정할 수 있으며, 제어부(330)는 낙상 시 센서(310)에 의해 측정된 가속도 크기(v3)의 첫번째 최대값(H1) 또는 수평축 가속도 크기(v2)의 최소값(L2)의 정도에 따라 사용자(300)의 부상 정도를 판단할 수 있다. 따라서, 제어부(330)는 통신부(340)를 통해 외부 기기(360)에 낙상 사실을 알릴 때에도, 부상 정도를 단계적으로 알릴 수가 있으므로, 낙상 알림을 통지받은 구호자가 낙상한 사용자(30)의 구호에 적절성을 고려할 수 있다.
도 12 및 도 13은 사람 및 마네킹이 각각 후방으로 낙상하는 경우, 3축 가속도 크기 및 수평축 가속도 크기를 나타내는 그래프이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 사람의 후방 낙상의 경우에 3축 가속도 크기(v3)의 최대값 이후 첫번째 수평축 가속도 크기(v2)의 최소값(L6)이 첫번째 3축 가속도 크기(v3)의 최소값(L5)보다 더 낮으며, 마네킹의 후방 낙상의 경우에도 3축 가속도 크기(v3)의 최대값 이후 첫번째 수평축 가속도 크기(v2)의 최소값(L8)이 첫번째 3축 가속도 크기(v3)의 최소값(L7)보다 더 낮음을 나타낸다.
따라서, 도 10 및 도 11을 참조하여 설명한 바와 같이, 3축 가속도 크기(v3)의 최대값 이후 첫번째 수평축 가속도 크기(v2)의 최소값을, 첫번째 3축 가속도 크기(v3)의 최소값 대신에 낙상 여부 판단의 기준으로 사용한다면 낙상 여부 판단의 기초가 되는 제1하한값을 보다 더 낮게 설정할 수 있으므로, 낙상 오인식률을 낮출 수 있다.
다시, 도 10을 참조하면, 사용자(30)가 후방 낙상으로 인한 충격으로 3축 가속도 크기(v3) 및 수평축 가속도 크기(v2)가 최대값(H1, H2)을 향해 상승하게 되는데, 충격으로 인한 가속도의 크기(v3, v2)의 상승 구간의 임의의 두 지점에서 가속도 크기(v3, v2)의 차이(
Figure 112015094078851-pat00005
)가, 도 11에서 사용자(30)가 후방으로 눕는 경우에 가속도의 크기(v3, v2)의 상승 구간의 임의의 두 지점에서 가속도 크기(v3, v2)의 차이(
Figure 112015094078851-pat00006
)보다 더 큼을 알 수 있다.
따라서, 충격으로 인해 가속도 크기(v3, v2)가 최대값(H1, H2)를 향해 상승하는 경우, 상승 구간에서 임의의 두 지점 간의 가속도 크기(v3, v2)의 차이가 소정값 이상인지 여부에 따라 낙상 여부를 판단할 수도 있다.
또한, 3축 가속도 크기(v3)의 최대값(H1)에서 첫번째 수평축 가속도 크기(v2)의 최소값(L2)까지의 도달시간(
Figure 112015094078851-pat00007
)이 제1시간구간 이내에 있는지 여부에 따라 사용자(30)의 낙상 여부를 판단할 수도 있다. 왜냐하면, 도달시간(
Figure 112015094078851-pat00008
)이 사용자(30)가 후방으로 눕는 경우에 3축 가속도 크기(v3)의 최대값(H3)에서 첫번째 수평축 가속도 크기(v2)의 최소값(L4)까지의 도달시간(
Figure 112015094078851-pat00009
)보다 빠르기 때문이다.
또한, 낙상으로 인한 최대값(H1) 이후에 잔진동의 크기(s1)과 눕는 경우 최대값(H3) 이후에 잔진동의 크기(s3)로 낙상 여부를 판단할 수 있으며, 잔진동의 지속시간 내지는 잔진동의 주파수가 소정값을 초과하는 경우를 낙상 여부를 판단하는 기준으로 사용할 수 있다.
예를 들어, 도 4에서 낙상한 상태(S430)에 있는 사용자(30)가 Y축을 중심으로 X축-Z축 평면을 따라 경사면을 구르는 경우, X축방향 가속도 및 Z축방향 가속도는 사용자(30)의 회전 주기와 동일한 주기로 중력가속도의 최대값 및 최소값을 나타낼 수 있다. 따라서, X축-Z축 평면 상의 움직임 성분의 가속도인 수평축 가속도 크기가 소정 상한값 이상으로 주기성을 가지고 있음이 감지된다면, 낙상 감지 장치(300)는 사용자(30)가 구르고 있다고 판단할 수 있으며, 사용자(30)가 구르는 경우를 낙상 후 구르는 경우로 판단할 수도 있다.
다른 예로서, 낙상 감지 장치(300)를 부착한 사용자(30)가 높은 곳에서 간헐적으로 충돌하면서 낙하하는 경우에는, 간헐적인 자유낙하가 감지될 수 있다. 따라서, 낙상 감지 장치(300)는 머리축 방향인 Y축방향 가속도가 소정 시간동안 자유낙하로 인해 0으로 수렴하거나, 특정 범위 이내에 유지됨을 감지하면, 사용자(30)가 낙상한 것으로 판단할 수 있다. 또한, 사용자(30)의 머리가 아래를 향하는 경우에는 Y축방향 가속도가 음의 값이 되므로, 이 또한 낙상으로 판단할 수 있다.
사용자(30)가 간헐적으로 충돌하면서 회전하는 경우에는 원심력에 의한 가속도 부호의 변화가 감지될 수 있으므로, 사용자(30)의 낙상 여부를 판단할 수 있다.
교통사고의 경우에도 본 발명의 낙상 감지 장치(300)를 통하여 사용자(30)의 낙상 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 사용자(30)가 자동차에 치어 자동차의 진행 방향으로 공중에 떴다가 지면에 떨어진 경우를 가정해 볼 수 있다. 낙상 감지 장치(300)는 사용자(30)가 자동차에 부딪칠 때 발생하는 1차 충격을 감지한 이후, 사용자(30)가 공중에 뜰 때 중력가속도의 반대방향으로 중력가속도 이상의 가속도가 감지하고, 사용자(30)가 지면으로 떨어지는 동안 자유낙하로 인해 0의 가속도를 감지한다.
낙상 감지 장치(300)는 최종적으로 사용자(30)가 지면과 충돌하게 될 때, 2차 충격을 감지함으로써, 사용자(30)가 교통사고로 인해 낙상하였음을 판단할 수 있다.
교통사고의 다른 유형으로는, 자동차에 치인 사용자(30)가 자동차의 본닛(bonnet)을 타고 구르는 경우가 있을 수 있는데, 낙상 감지 장치(300)는 사용자(30)가 자동차에 부딪칠 때 발생하는 1차 충격을 감지한 이후, 사용자(30)의 회전 주기와 동일한 주기로 수평축 가속도 크기가 소정 상한값 이상으로 주기성을 가지고 있음을 감지한다.
낙상 감지 장치(300)는 최종적으로 사용자(30)가 지면과 충돌하게 될 때, 2차 충격을 감지함으로써, 사용자(30)가 교통사고로 인해 낙상하였음을 판단할 수 있다.
이러한 경우에는 낙상 여부만을 판단하는 것이 아니라, 낙상의 종류 및 강도까지 판단할 수 있으므로, 사용자(30)에게 최적화된 구호조치가 마련될 수 있다.
게다가, 본 발명의 낙상 감지 장치(300)는 각 축방향 가속도의 최대값을 상대적으로 비교함으로써, 사용자(30)의 낙상 방향을 판단할 수도 있다. 예를 들어, 도 4의 사용자(30)가 전방 낙상한 경우에는, 충격에 의한 Z축방향 가속도의 최대값은 음의 값으로써, 그 크기의 피크값은 X축방향 가속도 크기의 최대값보다 더 크게 감지된다. 반면에, 사용자(30)가 좌측으로 낙상하면, 충격에 의한 X축방향 가속도의 최대값이 음의 값으로써, Z축방향 가속도 크기의 피크값보다 더 크게 감지된다. 따라서, 낙상 감지 장치(300)는 각 축방향 가속도의 부호 변화 및 각 축방향 가속도 크기의 최대값을 비교함으로써, 사용자(30)의 낙상 방향을 판단할 수 있다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 실시예에 따라 낙상 여부를 판단하는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 14를 참조하면, 낙상 감지 장치(300)는 각 축방향 가속도 중 적어도 하나의 최대값이 제1상한값 이상임을 감지함으로써, 사용자(30)에게 충격이 발생했음을 알 수 있다(S1410).
다만, 발생한 충격이 일상적인 것인지 낙상인지 여부를 판단하기 위해, 사용자(30)의 3축 가속도 크기가 충격 발생 전에 소정 시간동안 0을 유지하였는지 여부를 판단할 수 있다(S1420). 왜냐하면, 사용자(30)가 자유낙하를 하면, 3축 가속도 크기가 0으로 수렴하기 때문이다.
만일, 3축 가속도 크기가 충격 발생 전에 소정 시간동안 0을 유지하였다면, 낙상 감지 장치(300)는 사용자(30)가 낙상한 것으로 판단하고, 외부 기기(360)에 낙상 사실을 전송하지만(B), 충격 발생 전에 3축 가속도 크기가 충격 발생 전 소정 시간동안 0을 유지하지 않았다면, 충격 발생 전에 머리축 방향인 Y축방향 가속도가 양에서 음의 값으로 변화되었는지 여부 및 X축방향 가속도가 0으로 수렴하였는지 여부를 판단한다(S1430).
만일, 충격 발생 전에 머리축 방향인 Y축방향 가속도가 양에서 음의 값으로 변화되고, X축방향 가속도가 0으로 수렴하였다면, 낙상 감지 장치(300)는 사용자(30)가 낙상한 것으로 판단하고, 외부 기기(360)에 낙상 사실을 전송하지만(B), 충격 발생 전에 머리축 방향인 Y축방향 가속도가 양에서 음의 값으로 변화되지 않고 X축방향 가속도가 0으로 수렴하지 않았다면, 측정된 3축 가속도 크기의 최대값이 제2상한값 미만이고 제1상한값 이상인지 여부를 판단한다(S1440).
만일, 3축 가속도의 크기의 최대값이 제1상한값보다 작다면 사용자(30)는 낙상하지 않은 것으로 판단하지만, 3축 가속도의 크기의 최대값이 제2상한값보다 크다면 사용자(30)는 낙상한 것으로 판단하여 외부 기기(360)에 낙상 사실을 전송한다. 그러나, 3축 가속도 크기의 최대값이 제2상한값 및 제1상한값의 사이에 있다면, 3축 가속도 크기의 최대값 직후 첫번째 수평축 가속도 크기의 최소값이 제1하한값보다 작은지 여부 및 3축 가속도 크기의 최대값에서 첫번째 수평축 가속도 크기의 최소값까지의 도달시간(
Figure 112015094078851-pat00010
)이 제1시간구간 이내인지 여부를 판단한다(S1450).
만일, 3축 가속도 크기의 최대값 직후 첫번째 수평축 가속도 크기의 최소값이 제1하한값보다 작고, 3축 가속도 크기의 최대값에서 첫번째 수평축 가속도 크기의 최소값까지의 도달시간(
Figure 112015094078851-pat00011
)이 제1시간구간 이내이면, 낙상 감지 장치(300)는 사용자(30)가 낙상한 것으로 판단하지만, 그렇지 않으면, 3축 가속도 크기 및 수평축 가속도 크기가 최대값을 향하는 상승 구간의 임의의 두 지점에서 가속도 크기의 차이(
Figure 112015094078851-pat00012
)가 소정 범위에 있는지 여부, 3축 가속도 크기의 피크값 이후에 잔진동의 진폭이 소정값 이상인지 여부 및 잔진동 주파수가 소정값 이상인지 여부를 판단하여(S1460), 최종적으로 사용자(30)의 낙상 여부를 판단할 수 있다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따라 낙상 여부를 판단하는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 16에 도시된 낙상 여부 판단 방법은, 도 14 및 도 15에 도시된 방법으로 사용자(30)의 낙상 여부를 1차적으로 판단한 이후에, 2차적으로 낙상 여부를 판단함으로써, 낙상 오인식률의 감소 내지는 불필요한 낙상 알림의 최소화를 목적으로 한다.
도 16을 참조하면, 낙상 감지 장치(300)는 도 14 및 도 15에 도시된 낙상 여부 판단 방법들에 의해 1차적으로 낙상 여부를 감지한다(S1610). 그러나, 1차적으로 낙상을 감지했더라도, 낙상한 사용자(30)가 의식을 되찾고 일어나는 경우까지 낙상으로 판단하게 되는 경우가 발생할 가능성이 있다. 따라서, 의식을 잃고 낙상한 사용자(30)가 일어나지 못하고 누워 있는지 여부를 낙상 여부 판단의 2차적 단계로 사용한다면 상기와 같은 낙상 오인식률을 낮출 수 있게 된다.
이를 위해, 각 축 별 가속도 성분을 고려하여 낙상 오인식률을 낮출 수 있는데, 구체적으로는, 1차 낙상 감지 후 머리축 방향인 Y축방향 가속도가 제3상한값 보다 작고, 수평축 가속도 크기인 X축방향 가속도 크기 및 Z축방향 가속도 크기가 제2하한값보다 클 경우, 낙상 감지 이후 사용자(30)가 여전히 누워 있는 것으로 판단할 수 있다(S1620).
상기와 같이 사용자(30)가 누워 있는 상태에서, 사용자(30)가 움직임이 없거나 움직임이 작은 상태를 나타내는 움직임 지표가 제4상한값보다 작은 값을 갖는다면, 낙상 이후 사용자(30)의 상태가 더욱 심각한 것으로 판단할 수 있다(S1620). 여기서 움직임 지표는 3축 가속도 크기의 최대값, 3축 가속도 크기의 평균값 또는 3축 가속도 크기의 표준편차로 정의할 수 있으며, 움직임 지표가 소정 하한값 이내에 있을 경우에는 움직임 지표가 작다고 판단할 수 있다. 또한, 낙상 판단 이후 소정 시간 구간 동안 움직임 지표가 소정 상한값을 넘는 시간 구간의 비율이 소정 하한값보다 작을 경우 움직임 지표가 작다고 판단할 수 있다.
동시에, 낙상 이후 사용자(30)가 누워 있는 시간이 제3하한값보다 클 경우(S1620) 사용자(30)가 스스로 낙상을 알릴 수 없는 상태로 판단하고 최종 낙상 판단 및 낙상을 알릴 수 있다(S1630).
상기한 바와 같이, 1차 낙상 판단 이후, 2차 낙상 여부 판단 방법을 사용함으로써, 낙상 오인식률을 낮출 수 있게 된다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 낙상 감지 시스템 나타내는 예시도이다.
낙상 감지 시스템(1700)은 낙상 감지 장치(300) 및 외부 기기(350)를 포함할 수 있다.
외부 기기(350)는 낙상 감지 장치(300)를 부착한 사용자(30)에게 낙상 방지 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 외부 기기(350)는 낙상 감지 장치(300)의 통신부(340)로부터 사용자(30)에 관한 사용자 정보를 수신할 수 있다. 사용자 정보는 사용자(30)의 개인 정보, 신체 정보 및 낙상 관련 정보를 포함할 수 있다. 외부 기기(350)는 사용자 정보 및 현재 날씨를 포함하는 환경정보를 고려하여 사용자(30)에게 낙상 확률, 낙상 위험도를 디스플레이부(351)에 표시하고, 낙상 방지용 의복이나 신발을 추천하는 화면을 디스플레이부(351)에 표시할 수 있다.
또한, 외부 기기(350)는 사용자 정보 및 환경 정보를 임의적으로 조절할 수 있는 사용자 인터페이스(user interface: UI) 또는 그래픽 사용자 인터페이스(graphic user interface: GUI)를 디스플레이부(351)에 표시할 수 있다. 예를 들어, 외부기기(350)는 사용자(30)의 이동 경로를 입력할 수 있는 UI를 디스플레이부(351)에 표시할 수 있다. 사용자(30)가 이동 경로를 UI를 통해 입력하면, 외부 기기(350)는 사용자 정보 및 환경 정보를 고려하여 입력된 이동 경로 상의 낙상 확률 및 낙상 위험도를 표시할 수 있다.
상기한 실시예는 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1, 1600: 낙상 감지 시스템
10, 300: 낙상 감지 장치
20, 360: 외부 기기
200, 310: 3축 가속도 센서
210: X축 가속도 센서
220: Y축 가속도 센서
230: Z축 가속도 센서
320: 출력부
330: 제어부
340: 통신부
350: 전원 공급부
370: 홈 네트워크 시스템

Claims (14)

  1. 낙상 감지 장치에 있어서,
    사용자에 부착되어, 제1축방향과 제1축방향에 수직한 제2축방향을 포함하는 복수의 좌표축 방향으로의 상기 낙상 감지 장치의 움직임을 감지하는 적어도 하나의 센서와;
    상기 사용자의 낙상 정보의 출력이 가능한 출력부와;
    상기 센서에 의해 감지된 상기 낙상 감지 장치의 움직임에 기초하여 상기 제1축방향의 가속도가 양의 값에서 음의 값으로 변화되고, 상기 제1축방향의 가속도가 양의 값에서 음의 값으로 변화되는 경우 상기 사용자에게 충격이 발생하기 전에 상기 제2축방향의 가속도가 제1하한값보다 작으면, 상기 사용자가 낙상한 것으로 판단하고,
    상기 판단된 사용자의 낙상에 대응하는 상기 낙상 정보가 출력되도록 상기 출력부를 제어하는 제어부를 포함하는 낙상 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1축방향은 상기 사용자의 머리축 방향인 것을 특징으로 하는 낙상 감지 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 복수의 좌표축 중 제1축-제2축-제3축 상의 움직임 성분의 가속도가 제1상한값 이상이면, 상기 제1상한값 시점 이전에 상기 사용자에게 상기 충격이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 낙상 감지 장치.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1축방향의 가속도가 양의 값에서 음의 값으로 변화되는 경우에, 상기 충격 발생 후에 상기 복수의 좌표축 중 제2축-제3축 평면 상의 움직임 성분의 가속도가 제2하한값 이하이면, 상기 사용자가 낙상한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 낙상 감지 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 충격 발생 후부터 상기 제2축-제3축 평면 상의 움직임 성분의 가속도가 상기 제2하한값이 된 때까지의 경과 시간이 제1문턱치 이내이면, 상기 사용자가 낙상한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 낙상 감지 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 출력부는 상기 낙상 정보를 외부 기기로 전송하는 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 낙상 감지 장치.
  8. 낙상 감지 장치의 제어방법에 있어서,
    사용자에 부착되어, 제1축방향과 제1축방향에 수직한 제2축방향을 포함하는 복수의 좌표축 방향으로의 상기 낙상 감지 장치의 움직임을 감지하는 단계;
    상기 감지된 상기 낙상 감지 장치의 움직임에 기초하여 상기 제1축방향의 가속도가 양의 값에서 음의 값으로 변화되고, 상기 제1축방향의 가속도가 양의 값에서 음의 값으로 변화되는 경우 상기 사용자에게 충격이 발생하기 전에 상기 제2축방향의 가속도가 제1하한값보다 작으면, 상기 사용자가 낙상한 것으로 판단하는 단계; 및
    상기 판단된 사용자의 낙상에 대응하는 상기 낙상 정보가 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 낙상 감지 장치의 제어방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1축방향은 상기 사용자의 머리축 방향인 것을 특징으로 하는 낙상 감지 장치의 제어방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 낙상한 것으로 판단하는 단계는 상기 복수의 좌표축 중 제1축-제2축-제3축 상의 움직임 성분의 가속도가 제1상한값 이상이면, 상기 제1상한값 시점 이전에 상기 사용자에게 상기 충격이 발생한 것으로 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 낙상 감지 장치의 제어방법.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서,
    상기 낙상으로 판단하는 단계는 상기 제1축방향의 가속도가 양의 값에서 음의 값으로 변화되는 경우에, 상기 충격 발생 후에 상기 복수의 좌표축 중 제2축-제3축 평면 상의 움직임 성분의 가속도가 제2하한값 이하이면, 상기 사용자가 낙상한 것으로 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 낙상 감지 장치의 제어방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 낙상으로 판단하는 단계는 상기 충격 발생 후부터 상기 제2축-제3축 평면 상의 움직임 성분의 가속도가 상기 제2하한값이 된 때까지의 경과 시간이 제1문턱치 이내이면, 상기 사용자가 낙상한 것으로 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 낙상 감지 장치의 제어방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 낙상 정보를 외부 기기로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 낙상 감지 장치의 제어방법.
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