KR102479536B1 - Calibration system and method for measuring joint motion, and wearable joint motion measuring apparatus using the same - Google Patents

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Abstract

관절 운동 측정을 위한 캘리브레이션 시스템 및 방법 이를 이용한 착용형 관절 운동 측정 장치에 관한 것으로, 상세하게는 소프트 센서의 신호로부터 관절 운동을 유추하는 캘리브레이션 모델을 생성하는 캘리브레이션 시스템으로서, 착용자의 관절 부위의 각도 변화에 의해 발생된 소프트 센서의 신호로부터 상기 소프트 센서의 길이 변화를 추출하는 센서 길이 변화 추출부; 근골격계 시뮬레이션 데이터를 기반으로 상기 소프트 센서의 길이 변화로부터 상기 관절 부위의 각도 변화를 유추하는 사전 캘리브레이션 모델을 생성 및 학습시키는 사전 학습부; 및 상기 착용자의 관절 부위의 각도 변화에 대해 수집된 모션 데이터를 기반으로, 상기 사전 캘리브레이션 모델을 조정하는 전이 학습부;를 포함하는, 캘리브레이션 시스템 및 방법 이를 이용한 착용형 관절 운동 측정 장치에 관한 것이다.
Calibration system and method for measuring joint motion It relates to a wearable joint motion measuring device using the same, and in detail, a calibration system that generates a calibration model that infers joint motion from a signal of a soft sensor, wherein angle change of a wearer's joint part a sensor length change extractor extracting a length change of the soft sensor from a signal of the soft sensor generated by; a pre-learning unit for generating and learning a pre-calibration model inferring a change in angle of the joint from a change in length of the soft sensor based on musculoskeletal simulation data; and a transfer learning unit that adjusts the pre-calibration model based on motion data collected for angle changes of the wearer's joints.

Description

관절 운동 측정을 위한 캘리브레이션 시스템 및 방법 이를 이용한 착용형 관절 운동 측정 장치{Calibration system and method for measuring joint motion, and wearable joint motion measuring apparatus using the same}Calibration system and method for measuring joint motion, and wearable joint motion measuring apparatus using the same {Calibration system and method for measuring joint motion, and wearable joint motion measuring apparatus using the same}

본 발명은 관절 운동 측정을 위한 캘리브레이션 시스템 및 방법 이를 이용하여 착용자의 관절 동작을 측정하는 착용형 관절 운동 측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a calibration system and method for measuring joint motion, and a wearable joint motion measuring device for measuring joint motion of a wearer using the calibration system and method.

사고 및 노화로 인한 하지의 병변이 있는 사람들과 무거운 짐을 옮기는 작업자들의 자세나 움직임의 도움을 위한 착용형 로봇(wearable robot)들이 소개되고 있으며, 주로 사용자의 근력을 보조하기 위한 수단으로 사용된다. 이러한 착용형 로봇은 착용자의 신체의 장애 유무 또는 신체적인 특징을 기초로 제공되어야 하므로, 로봇 처방 등을 위해서는 착용자의 보행 동작 측정이 선행되어야 한다.Wearable robots have been introduced to assist the posture or movement of people with lower extremity lesions due to accidents or aging and workers who move heavy loads, and are mainly used as a means for assisting users' muscular strength. Since such a wearable robot should be provided based on the wearer's physical disability or physical characteristics, measurement of the wearer's gait motion should be preceded in order to prescribe the robot.

이를 위해서는 다양한 환경에서 사용자의 관절별 움직임을 확인하고 동작의도를 파악하는 것이 중요하다. 이러한 동작의도의 파악을 위해 다양한 동작 측정 방법이 소개되고 있다. 동작분석이란 특정 동작 동안 인체의 근골격 구조의 변화를 측정하여 관절 및 근육의 부하, 관절의 운동각, 회전 토크 등의 정보를 측정하여 보행의 형태, 보폭, 보행속도 등의 정보를 확인할 수 있는 방법을 의미한다.To this end, it is important to check the movement of each joint of the user in various environments and to understand the motion intention. Various motion measurement methods have been introduced to identify such motion intention. Motion analysis is a method that measures changes in the musculoskeletal structure of the human body during a specific motion and measures information such as joint and muscle load, joint motion angle, and rotational torque to check information such as gait type, stride length, and gait speed. means

종래 소개되던 동작 측정 장치는 특정 공간에 설치된 복수의 카메라와 신체의 특정 부위에 부착되는 복수의 마커, 지면 반력 측정기 등을 이용하여 공간상 관절의 이동, 회전각 및 지면 반력에 근거한 보행 상태 등을 측정하는 방식으로 구성되었다.Conventionally introduced motion measurement devices use a plurality of cameras installed in a specific space, a plurality of markers attached to a specific part of the body, and a ground reaction force measuring device to measure the movement of joints in space, the gait state based on the rotation angle and ground reaction force. constructed in a way that measures

그러나 종래의 방법은 동작 측정 장치의 설치 시 상당한 비용이 들고, 또한 동작 분석 장치 자체가 가지는 공간적 제약으로 인하여 다양한 동작을 측정하고 분석하는 것에 있어서는 어려움이 많았으며, 각각의 마커들을 실시간으로 공간상에서 재배치하여 좌표값을 매칭시켜야 하기 때문에 복잡한 신호처리가 요구되어, 실생활 또는 다양한 환경에서의 동작 측정이 어렵다는 문제가 있었다.However, in the conventional method, it is very expensive to install the motion measuring device, and it is difficult to measure and analyze various motions due to the spatial limitations of the motion analysis device itself, and the respective markers are rearranged in space in real time. Since the coordinate values must be matched, complicated signal processing is required, and thus there is a problem in that it is difficult to measure motions in real life or in various environments.

한편, Xsens Motion Technol BV, no February, pp 1-7, 2009에서는 관성측정장치(Inertial measurement Unit) 기반의 웨어러블 센싱 장치가 개시된 바 있다. 관성 측정 장치는 센서의 크기가 컴팩트하고 측정성능이 우수하나, 장시간 사용시 신호의 드리프트(drift) 현상이 발생하여 신호의 신뢰도가 떨어지고 센서가 견고한 소재로 구성되어 있어 착용자의 안전성을 헤칠 수 있다는 단점이 있다. 이러한 단점을 개선하기 위해, 발전된 신호처리 기술을 사용하는 연구가 발표되고 있으나 이러한 기술은 중력방향에 대해서만 드리프트 보상이 가능하여 기술의 장점이 제한적이며, 센서의 소형화가 이루어지고 있으나 가격이 큰 폭으로 높아진다는 실용적인 단점이 있다.Meanwhile, Xsens Motion Technol BV, no February, pp 1-7, 2009 discloses a wearable sensing device based on an inertial measurement unit. Inertial measurement devices have a compact sensor size and excellent measurement performance, but have the disadvantage that signal drift occurs when used for a long time, reducing the reliability of the signal and compromising the safety of the wearer because the sensor is made of a solid material. there is. In order to improve these disadvantages, research using advanced signal processing technology has been published, but this technology can compensate for drift only in the direction of gravity, so the advantages of the technology are limited. There are practical downsides to being taller.

이러한 관성측정 장치 기반의 웨어러블 센싱 슈트의 단점을 해결하기 위해, Adv. Funct. Mater., vol. 26, no. 11, pp. 1678-1698, Mar. 2016. 및 Int. J. Rob. Res., vol. 33, no. 14, pp. 1748-1764, Dec. 2014.에서는 천, 고무, 유체 등 유연한 센서를 기반으로 다양한 물리량을 센싱하는 소프트 센서를 활용한 웨어러블 센싱 장치가 개시된 바 있다. In order to solve the disadvantages of wearable sensing suits based on these inertial measurement devices, Adv. Funct. Mater., vol. 26, no. 11, p. 1678-1698, Mar. 2016. and Int. J. Rob. Res., vol. 33, no. 14, p. 1748-1764, Dec. In 2014, a wearable sensing device using a soft sensor that senses various physical quantities based on flexible sensors such as cloth, rubber, and fluid was disclosed.

이러한 소프트 센서를 활용한 웨어러블 센싱 장치는 착용감과 탈착의의 편의성을 증대시키며 부드러움을 통해 사용자의 안전성을 확보할 수 있으며, 가격경쟁력이 우수하다는 장점이 있어 근래에 신소재공학, 그래픽스, 로봇공학 등 다양한 분야의 관심을 받고 있으나, 종래의 소프트 센서를 기반한 웨어러블 동작 경우, 소프트 센서의 측정 신호의 비선형성과 이력현상이 높아, 착용자의 관절 각도로의 맵핑이 어렵다는 단점이 있으며, 이로 인해, 무릎, 팔목과 같은 제한적인 단축(Single axis, single DOF) 관절 거동에만 주로 적용되어 왔다.Wearable sensing devices using these soft sensors increase the wearing comfort and convenience of putting on and taking off clothes, secure user safety through softness, and have the advantage of being excellent in price competitiveness. However, in the case of wearable motion based on the conventional soft sensor, the nonlinearity and hysteresis of the measurement signal of the soft sensor are high, and it is difficult to map to the wearer's joint angle. It has been mainly applied only to the same limited single axis (single DOF) joint behavior.

이에, IEEE/ASME Trans. Mechatronics, vol. 24, no. 1, pp. 56?66, Feb. 2019.에서와 같이 이러한 신호의 복잡성을 인공지능 기술(심층신경망, Deep Neural Network)을 통해 극복하려는 시도들이 기초적인 단계에서 수행되고 있다. 발전된 캘리브레이션 기법을 사용함으로써 다양한 관절을 동시에 측정할 수 있는 전신 수트에 대한 연구가 초기의 형태로 보고되었으나, 많은 측정 데이터양의 요구 및 사전에 정해진 몇 가지 동작만을 측정할 수 있다는 단점이 있다.Accordingly, IEEE/ASME Trans. Mechatronics, vol. 24, no. 1, p. 56?66, Feb. As in 2019, attempts to overcome the complexity of these signals through artificial intelligence technology (Deep Neural Network) are being carried out at the basic stage. A study on a full body suit capable of simultaneously measuring various joints by using an advanced calibration technique has been reported in an early form, but has disadvantages in that it requires a large amount of measurement data and can measure only a few predefined motions.

이에, 실생활에서 다양한 일상 동작을 측정하기 위해서는 이러한 한계점을 극복하여 적은 데이터만으로 각 관절의 각도를 정확히 측정할 수 있는 고속, 고성능 캘리브레이션 기법이 필요하며, 이러한 고성능의 계산 모델을 바탕으로 복합적인 관절 거동을 총체적으로 측정할 수 있는 장치 디자인에 대한 개발이 요구된다.Therefore, in order to measure various daily motions in real life, a high-speed, high-performance calibration technique that can accurately measure the angle of each joint with only a small amount of data is required by overcoming these limitations, and based on this high-performance calculation model, complex joint behavior It is required to develop a device design that can comprehensively measure .

Xsens Motion Technol BV, no February, pp 1-7, 2009.Xsens Motion Technol BV, no February, pp 1-7, 2009. Adv. Funct. Mater., vol. 26, no. 11, pp. 1678-1698, Mar. 2016.Adv. Funct. Mater., vol. 26, no. 11, p. 1678-1698, Mar. 2016. Int. J. Rob. Res., vol. 33, no. 14, pp. 1748-1764, Dec. 2014.Int. J. Rob. Res., vol. 33, no. 14, p. 1748-1764, Dec. 2014. IEEE/ASME Trans. Mechatronics, vol. 24, no. 1, pp. 56?66, Feb. 2019.IEEE/ASME Trans. Mechatronics, vol. 24, no. 1, p. 56?66, Feb. 2019.

일 측면에서의 목적은 관절 운동 측정을 위한 캘리브레이션 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.An object of one aspect is to provide a calibration system and method for measuring joint motion.

또한, 다른 일 측면에서는 상기 캘리브레이션 시스템을 이용하여 착용형 관절 운동 측정 장치를 제공하는 데 있다.In addition, another aspect is to provide a wearable joint motion measurement device using the calibration system.

상기 목적을 달성하기 위해,To achieve the above purpose,

일 측면에서는,On one side,

소프트 센서의 신호로부터 관절 운동을 유추하는 캘리브레이션 모델을 생성하는 캘리브레이션 시스템으로서, A calibration system that creates a calibration model that infers joint motion from a signal from a soft sensor,

착용자의 관절 부위의 각도 변화에 의해 발생된 소프트 센서의 신호로부터 상기 소프트 센서의 길이 변화를 추출하는 센서 길이 변화 추출부;a sensor length change extractor extracting a length change of the soft sensor from a signal of the soft sensor generated by an angle change of a wearer's joint;

근골격계 시뮬레이션 데이터를 기반으로 상기 소프트 센서의 길이 변화로부터 관절 부위의 각도 변화를 유추하는 사전 캘리브레이션 모델을 생성 및 학습시키는 사전 학습부; 및a pre-learning unit for generating and learning a pre-calibration model inferring a change in angle of a joint from a change in length of the soft sensor based on musculoskeletal simulation data; and

상기 착용자의 관절 부위의 각도 변화에 대해 수집된 모션 데이터를 기반으로, 상기 사전 캘리브레이션 모델을 조정하는 전이 학습부;를 포함하는, 캘리브레이션 시스템이 제공된다.A transfer learning unit adjusting the pre-calibration model based on motion data collected for angle changes of the wearer's joints; a calibration system including a is provided.

이때, 상기 소프트 센서는 상기 소프트 센서의 길이 변화를 상기 센서의 정전용량 변화로 측정하는 정전용량 스트레치 센서일 수 있다.In this case, the soft sensor may be a capacitive stretch sensor that measures a change in length of the soft sensor as a change in capacitance of the sensor.

상기 캘리브레이션 시스템은 근골격계 시뮬레이션 데이터를 수집하는 시뮬레이션 데이터 수집부;를 더 포함할 수 있고, 착용자의 관절 부위의 각도 변화에 대한 모션 데이터를 수집하는 모션 데이터 수집부;를 더 포함할 수 있다.The calibration system may further include a simulation data collection unit that collects musculoskeletal system simulation data, and may further include a motion data collection unit that collects motion data about angle changes of joints of the wearer.

상기 캘리브레이션 시스템은 복수의 소프트 센서로부터 전달받은 센서 신호로부터 관절 부위의 다 자유도에 대한 각도 변화를 유추할 수 있다.The calibration system may infer angle changes for multiple degrees of freedom of a joint part from sensor signals transmitted from a plurality of soft sensors.

상기 캘리브레이션 시스템은 복수의 소프트 센서로부터 전달받은 센서 신호로부터 복수의 관절 부위의 각도 변화를 동시에 유추할 수 있고, 관절의 기설정된 운동 및 설정되지 않은 동작을 유추할 수 있다.The calibration system may simultaneously infer angle changes of a plurality of joint parts from sensor signals transmitted from a plurality of soft sensors, and may infer predetermined motions and non-set motions of joints.

다른 일 측면에서는,On the other side,

소프트 센서의 신호로부터 관절 운동을 유추하는 캘리브레이션 모델을 생성하는 캘리브레이션 방법으로서,A calibration method for generating a calibration model that infers joint motion from a signal of a soft sensor,

착용자의 관절 부위의 각도 변화에 의해 발생된 소프트 센서의 신호로부터 상기 소프트 센서의 길이 변화를 추출하는 단계;extracting a length change of the soft sensor from a signal of the soft sensor generated by an angle change of a wearer's joint;

근골격계 시뮬레이션 데이터를 기반으로 상기 소프트 센서의 길이 변화로부터 관절 부위의 각도 변화를 유추하는 사전 캘리브레이션 모델을 생성 및 학습시키는 단계; 및generating and learning a pre-calibration model inferring a change in angle of a joint from a change in length of the soft sensor based on musculoskeletal system simulation data; and

상기 착용자의 관절 부위의 각도 변화에 대한 모션 데이터를 수집하고, 상기 수집한 모션 데이터를 기반으로 상기 사전 캘리브레이션 모델을 조정하는 단계;를 포함하는 캘리브레이션 방법이 제공된다.A calibration method comprising the steps of collecting motion data for angle change of the wearer's joint and adjusting the pre-calibration model based on the collected motion data.

또 다른 일 측면에서는On another aspect

착용자의 상기 관절 부위와 이격되도록 배치되며, 상기 관절 부위의 각도 변화에 따른 센서 신호를 생성하는 소프트 센서를 포함하는 측정부; 및a measuring unit disposed to be spaced apart from the wearer's joint and including a soft sensor generating a sensor signal according to a change in angle of the joint; and

상기 캘리브레이션 시스템을 이용하여 상기 측정부의 센서 신호로부터 관절 부위의 각도 변화를 유추하는 신호처리부;를 포함하는, 착용형 관절 운동 측정 장치가 제공된다.There is provided a wearable joint motion measurement device including a; signal processing unit for inferring angle changes of joint parts from sensor signals of the measuring unit using the calibration system.

상기 측정부는 상기 소프트 센서의 일단으로부터 연장 형성된 제1 고정 부재; 및 상기 소프트 센서)의 타단으로부터 연장 형성된 제2 고정 부재;를 더 포함할 수 있다.The measurement unit may include a first fixing member extending from one end of the soft sensor; and a second fixing member extending from the other end of the soft sensor).

상기 측정부는 복수의 소프트 센서를 포함할 수 있다.The measuring unit may include a plurality of soft sensors.

상기 착용형 관절 운동 측정 장치는 상기 측정부의 신호를 상기 신호처리부로 전달하는 신호 전달부;를 더 포함할 수 있다. The wearable joint motion measuring device may further include a signal transmitting unit for transmitting a signal of the measuring unit to the signal processing unit.

또한, 상기 착용형 관절 운동 측정 장치는 사용자의 신체 중 적어도 일부가 착용되며 상기 측정부와 연결되는 착용부;를 더 포함할 수 있다.In addition, the wearable joint motion measuring device may further include a wearing unit worn on at least a part of the user's body and connected to the measuring unit.

또한, 상기 착용형 관절 운동 측정 장치는 상기 신호처리부에서 생성된 관절 각도 변화를 출력하는 신호 출력부;를 더 포함할 수 있다. In addition, the wearable joint motion measuring device may further include a signal output unit outputting a joint angle change generated by the signal processing unit.

일 측면에서 제공되는 관절 운동을 감지하는 소프트 센서의 캘리브레이션 시스템 및 방법은 소프트 센서를 이용하여 착용자의 관절의 모든 자유도에 대한 각도 측정이 가능하며, 근골격계 시뮬레이션을 통해 풍부한 데이터로부터 사전 캘리브레이션 모델을 생성 및 학습하고, 착용자 별 맞춤형 캘리브레이션을 진행하여 상기 사전 캘리브레션 모델을 조정함으로써, 착용자의 적은 모션데이터만으로도 높은 성능의 캘리브레이션을 완수할 수 있으며, 기 설정된 동작뿐 아니라, 기 설정되지 않은 일상 속에서의 다양한 동작을 빠르고 정확하게 측정할 수 있다.A calibration system and method of a soft sensor for detecting joint motion provided in one aspect can measure angles for all degrees of freedom of a wearer's joints using a soft sensor, and generate a pre-calibration model from abundant data through musculoskeletal simulation and By learning and performing customized calibration for each wearer to adjust the pre-calibration model, it is possible to complete high-performance calibration with only a small amount of motion data of the wearer, and can perform not only preset motions but also Various motions can be measured quickly and accurately.

또한, 다른 일 측면에 따른 착용형 관절 운동 측정 장치는 착용을 통해 착용자의 관절 동작을 공간의 제약 없이 실시간으로 고성능 및 고속으로 측정할 수 있다.In addition, the wearable joint motion measuring device according to another aspect can measure a wearer's joint motion in real time with high performance and high speed without space limitation through wearing.

도 1은 일 측면에서 제공되는 캘리브레이션 시스템을 개략적으로 나타낸 모식도이고
도 2는 다른 일 측면에서 제공되는 착용형 관절 운동 측정 장치의 측정부를 나타낸 모식도이고,
도 3은 상기 정적용량 측정방식의 스트레치 센서의 일 실시 예를 나타낸 모식도이고,
도 4는 발목 관절 운동을 측정하기 위해 착용자의 발목에 측정부를 배치한 사진이고,
도 5는 도 4와 같이 배치한 측정부를 포함하는 관절 운동 측정 장치를 이용하여 발목 관절의 2 자유도 거동을 측정한 실험 결과를 나타낸 사진 및 그래프이고,
도 6은 일 측면에서 제공되는 캘리브레이션 시스템, 시뮬레이션 데이터에 기반한 캘리브레이션 시스템을 이용한 발목 관절 움직임의 측정 성능을 비교한 그래프이다.
1 is a schematic diagram schematically showing a calibration system provided in one aspect;
2 is a schematic diagram showing a measurement unit of a wearable joint motion measuring device provided in another aspect;
3 is a schematic diagram showing an embodiment of the stretch sensor of the static capacitance measurement method,
4 is a photograph of a measuring unit placed on a wearer's ankle to measure ankle joint motion;
5 is a photograph and graph showing the experimental results of measuring the 2DOF behavior of the ankle joint using a joint motion measuring device including a measuring unit arranged as shown in FIG. 4;
6 is a graph comparing measurement performance of ankle joint motion using a calibration system provided in one aspect and a calibration system based on simulation data.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

일 측면에서는on one side

소프트 센서의 신호로부터 관절 운동을 유추하는 캘리브레이션 모델을 생성하는 캘리브레이션 시스템으로서, A calibration system that creates a calibration model that infers joint motion from a signal from a soft sensor,

착용자의 관절 부위의 각도 변화에 의해 발생된 소프트 센서의 신호로부터 상기 소프트 센서의 길이 변화를 추출하는 센서 길이 변화 추출부;a sensor length change extractor extracting a length change of the soft sensor from a signal of the soft sensor generated by an angle change of a wearer's joint;

근골격계 시뮬레이션 데이터를 기반으로 상기 소프트 센서의 길이 변화로부터 관절 부위의 각도 변화를 유추하는 사전 캘리브레이션 모델을 생성 및 학습시키는 사전 학습부; 및a pre-learning unit for generating and learning a pre-calibration model inferring a change in angle of a joint from a change in length of the soft sensor based on musculoskeletal simulation data; and

상기 착용자의 관절 부위의 각도 변화에 대해 수집된 모션 데이터를 기반으로, 상기 사전 캘리브레이션 모델을 조정하는 전이 학습부;를 포함하는, 캘리브레이션 시스템이 제공된다.A transfer learning unit adjusting the pre-calibration model based on motion data collected for angle changes of the wearer's joints; a calibration system including a is provided.

도 1은 일 측면에서 제공되는 캘리브레이션 시스템을 개략적으로 나타낸 모식도이다.1 is a schematic diagram schematically illustrating a calibration system provided in one aspect.

이하, 일 측면에서 제공되는 캘리브레이션 시스템을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a calibration system provided in one aspect will be described in detail with reference to the drawings.

일 측면에서 제공되는 캘리브레이션 시스템은 소프트 센서의 신호로부터 관절 운동을 유추하는 캘리브레이션 모델을 생성하는 캘리브레이션 시스템으로서, 보다 상세하게는 소프트 센서를 착용한 착용자의 관절 부위의 각도 변화를 유추하는 캘리브레이션 모델을 생성하는 시스템일 수 있다.The calibration system provided in one aspect is a calibration system that generates a calibration model that infers joint motion from a signal from a soft sensor, and more specifically, generates a calibration model that infers angle changes of the joint of a wearer wearing a soft sensor It may be a system that

상기 캘리브레이션 시스템은 캘리브레이션 모델을 생성하기 위해 상기 소프트 센서를 착용한 착용자의 모션 데이터를 수집하는 모션 데이터 수집부를 더 포함할 수 있다.The calibration system may further include a motion data collection unit that collects motion data of a wearer wearing the soft sensor to generate a calibration model.

상기 모션 데이터는 상기 소프트 센서를 착용한 착용자의 관절 운동에 따른 상기 소프트 센서의 신호 변화 및 관절 부위의 각도 변화 데이터로서, 상기 소프트 센서를 착용한 착용자의 모션 캡쳐 실험(motion capture experiment)을 통해 수집될 수 있다. The motion data is signal change of the soft sensor and angle change data of the joint part according to the joint motion of the wearer wearing the soft sensor, and is collected through a motion capture experiment of the wearer wearing the soft sensor. It can be.

상기 모션 캡쳐 실험은 모션 캡쳐 카메라를 포함하는 모션 캡쳐 시스템을 이용하여 측정될 수 있다. 일례로, 착용자의 신체에 소트프 센서를 착용하고, 착용자의 관절 운동 즉, 관절의 각도 변화를 모션 캡쳐 카메라를 통해 측정함으로써, 상기 소프트 센서의 신호 변화에 따른 관절 부위의 각도 변화를 측정할 수 있다.The motion capture experiment may be measured using a motion capture system including a motion capture camera. For example, by wearing a soft sensor on the wearer's body and measuring the wearer's joint motion, that is, the angle change of the joint, through a motion capture camera, the angle change of the joint part according to the signal change of the soft sensor can be measured. there is.

이때 상기 소프트 센서는 유연성 및/또는 신축성을 갖는 센서로, 인장 또는 굽힘과 같은 변형을 측정하는 스트레치 센서(또는 스트레인 센서)일 수 있고, 보다 바람직하게는 센서의 길이 변화에 따라 정전용량이 변화하는 정전용량 측정방식의 스트레치 센서(또는 스트레인 센서)일 수 있다.In this case, the soft sensor is a sensor having flexibility and/or elasticity, and may be a stretch sensor (or strain sensor) that measures deformation such as tension or bending, and more preferably, capacitance changes according to a change in length of the sensor. It may be a capacitive measurement type stretch sensor (or strain sensor).

상기 정전용량 측정방식의 스트레치 센서는 소프트 센서 중 선형성(linearity) 및 반복성(repeatability)이 우수하고, 이력 현상(hysteresis)이 낮은 장점이 있다. 이에, 소프트 센서로서 센서 신호에 대해 관절 각도의 맵핑이 보다 용이할 수 있다.Among soft sensors, the capacitive stretch sensor has excellent linearity and repeatability and low hysteresis. Thus, as a soft sensor, it may be easier to map joint angles to sensor signals.

상기 캘리브레이션 시스템은 착용자의 관절 부위의 각도 변화에 의해 발생된 소프트 센서의 신호로부터 상기 소프트 센서의 길이 변화를 추출하는 센서 길이 변화 추출부를 포함한다.The calibration system includes a sensor length change extractor that extracts a length change of the soft sensor from a signal of the soft sensor generated by an angle change of a wearer's joint.

상기 센서 길이 변화 추출부는 이하, S-map(Sensor calibaration map) 부로 언급될 수 있다.The sensor length variation extraction unit may be referred to as a sensor calibration map (S-map) unit.

상기 S-map부는 착용자의 관절의 각도 변화에 따라 상기 소프트 센서의 길이가 변화하도록 상기 소프트 센서를 착용한 착용자의 관절 운동에 따라 발생되는 상기 소프트 센서 신호로부터 상기 소프트 센서의 길이 변화를 추출하는 구성일 수 있다.The S-map unit extracts the length change of the soft sensor from the soft sensor signal generated according to the joint motion of the wearer wearing the soft sensor so that the length of the soft sensor changes according to the angle change of the wearer's joint. can be

상기 S-map부는 상기 소프트 센서의 비선형성 및/또는 이력 현상을 보상하는 신호 변환부를 더 포함할 수 있으며, 이를 통해, 센서 신호의 비선형성 및/또는 이력 현상을 보상함으로써, 선형성(linearity)을 높이고 이력 현상(hysteresis)을 낮출 수 있다. The S-map unit may further include a signal conversion unit that compensates for nonlinearity and/or hysteresis of the soft sensor, and through this, compensates for nonlinearity and/or hysteresis of the sensor signal, thereby increasing linearity. can be increased and hysteresis can be reduced.

이에, 일 측면에서 제공되는 캘리브레이션 시스템은 상기 소프트 센서의 신호로부터 상기 소프트 센서의 길이 변화를 추출하는 구성을 더 포함함으로써, 상기 소프트 센서의 신호로부터 관절의 각도 변화를 직접 유추하는 캘리브레이션 시스템 대비, 상기 소프트 센서의 신호로부터 센서의 길이 변화를 보다 정확하게 맵핑할 수 있다.Accordingly, the calibration system provided in one aspect further includes a configuration for extracting a change in length of the soft sensor from a signal of the soft sensor, in contrast to a calibration system that directly infers a change in angle of a joint from a signal of the soft sensor. The change in length of the sensor can be more accurately mapped from the signal of the soft sensor.

상기 S-map부는 일례로, 상기 소프트 센서로서 정전용량 측정방식의 스트레치 센서를 사용하여 상기 센서로부터 감지되는 정적 용량의 변화를 선형 계산법 또는 이력현상을 보상하는 계산법을 이용하여 센서의 길이 변화로 변환시킬 수 있다. The S-map unit, for example, converts the change in static capacitance sensed from the sensor into a change in length of the sensor using a linear calculation method or a calculation method for compensating hysteresis using a capacitive stretch sensor as the soft sensor. can make it

상기 캘리브레이션 시스템은 근골격계 시뮬레이션 데이터를 기반으로 상기 소프트 센서의 길이 변화로부터 관절 부위의 각도 변화를 유추하는 사전 캘리브레이션 모델을 생성 및 학습시키는 사전 학습부를 포함한다.The calibration system includes a pre-learning unit that generates and learns a pre-calibration model inferring a change in angle of a joint from a change in length of the soft sensor based on musculoskeletal system simulation data.

상기 사전 학습부는 이하, MD-net(Motion decoding net)부로 언급될 수 있다.The pre-learning unit may hereinafter be referred to as a motion decoding net (MD-net) unit.

상기 MD-net부는 상기 S-map부 이후에 수행되는 단계를 위한 구성으로, 상기 S-map부에서 추출한 센서의 길이 변화를 시뮬레이션 데이터를 기반으로 관절 부위의 각도 변화로 변환할 수 있고, 사전 캘리브레이션 모델을 생성 및 학습하는 구성일 수 있다.The MD-net unit is a configuration for a step performed after the S-map unit, and can convert a change in length of a sensor extracted from the S-map unit into an angle change of a joint based on simulation data, and pre-calibration It may be a configuration that creates and learns a model.

이를 위해, 상기 캘리브레이션 시스템은 근골격계 시뮬레이션 데이터를 수집하는 시뮬레이션 데이터 수집부를 더 포함할 수 있다. To this end, the calibration system may further include a simulation data collection unit that collects musculoskeletal system simulation data.

상기 시뮬레이션 데이터 수집부는 웨어러블 로봇의 동작을 유추하기 위한 시뮬레이션 데이터가 저장된 저장소 일례로, OpenSim 4.0 software로부터 데이터를 수집할 수 있다.The simulation data collection unit may collect data from OpenSim 4.0 software, as an example of storage where simulation data for inferring motions of the wearable robot is stored.

상기 MD-net부에서 복잡한 관절 운동에 대해 보다 많은 시뮬레이션 데이터를 통해 생성 및 학습된 상기 사전 캘리브레이션 모델은 기 설정된 관절 운동 이외에 설정되지 않은 다양한 관절 운동을 유추할 수 있다.The pre-calibration model generated and learned through more simulation data for complex joint motions in the MD-net unit can infer various unset joint motions in addition to preset joint motions.

이때, 상기 MD-net부의 학습은 상기 근골격계 시뮬레이션 데이터를 기반으로 딥러닝 손실 함수(MSE, mean squared error) 및 adam(adaptive moment estimation) optimizer 알고리즘을 이용하여 수행될 수 있으나 이에 제한된 것은 아니며, 시뮬레이션 데이터를 기반으로 학습시키는 다양한 알고리즘이 사용될 수 있다.In this case, learning of the MD-net unit may be performed using a deep learning loss function (MSE, mean squared error) and adam (adaptive moment estimation) optimizer algorithm based on the musculoskeletal system simulation data, but is not limited thereto, and the simulation data Various algorithms for learning based on may be used.

상기 캘리브레이션 시스템은 착용자의 관절 부위의 각도 변화에 대해 수집된 모션 데이터를 기반으로, 상기 사전 캘리브레이션 모델을 조정하는 전이 학습부를 포함한다.The calibration system includes a transfer learning unit that adjusts the pre-calibration model based on motion data collected for angle changes of the wearer's joints.

상기 전이 학습부는 이하, T-net(Transfer-net)부로 언급될 수 있다.The transfer learning unit may hereinafter be referred to as a T-net (Transfer-net) unit.

상기 T-net부는 시뮬레이션을 기반으로 학습된 사전 캘리브레이션 모델을 상기 모션 데이터를 기반으로 착용자에 맞도록 미세 조정하는 단계로서, 상기 T-net부를 통해 상기 사전 캘리브레인션 모델을 미세 조정하여 착용자별 맞춤형 캘리브레이션 모델을 생성할 수 있다. The T-net unit fine-adjusts the pre-calibration model learned based on the simulation to fit the wearer based on the motion data, and fine-tunes the pre-calibration model through the T-net unit to obtain a customized color for each wearer. A calibration model can be created.

도 6(a)는 모델 구축을 위해 사용한 발목 관절 움직임에 대해, 일 측면에서 제공되는 캘리브레이션 시스템을 통해 생성한 캘리브레이션 모델(Tranfer model) 및 근골격계 시뮬레이션 데이터에 기반하여 생성한 캘리브레이션 모델(Direct model)을 이용하여 측정한 결과를 모션 캡쳐로 측정한 실제 발의 움직임(Reference)과 비교한 그래프이고, 도 6(b)는 모델 구축을 위해 사용하지 않은 임의의 발목 관절 움직임에 대해, 일 측면에서 제공되는 캘리브레이션 시스템을 통해 생성한 캘리브레이션 모델(Tranfer model) 및 근골격계 시뮬레이션 데이터에 기반하여 생성한 캘리브레이션 모델(Direct model)을 이용하여 측정한 결과를 모션 캡쳐로 측정한 실제 발의 움직임(Reference)과 비교한 그래프이다.6 (a) shows a calibration model (Tranfer model) generated through a calibration system provided in one aspect and a calibration model (Direct model) generated based on musculoskeletal simulation data for ankle joint motion used for model construction. It is a graph comparing the result measured using motion capture with the actual foot movement (Reference) measured, and FIG. 6 (b) is a calibration provided on one side for any ankle joint movement not used for model construction This is a graph comparing the results measured using the calibration model (Tranfer model) created through the system and the calibration model (Direct model) created based on the musculoskeletal simulation data with the actual foot movement (Reference) measured by motion capture.

도 6(a)에 도시한 바와 같이, 모델 구축을 위해 사용한 발목 관절 움직임에 대해서는 Tranfer model 및 Direct model 모두 실제 발목의 움직임과 유사한 결과를 나타낸 반면, 도 6(b)에 도시한 바와 같이, 모델 구축에 사용되지 않은 임의의 발목 움직임에 대해서는 Tranfer model은 실제 발목의 움직임과 유사한 반면 Direct model은 실제 발목의 움직임과의 유사성이 낮음을 알 수 있다.As shown in FIG. 6 (a), both the transfer model and the direct model showed similar results to the actual ankle motion for the ankle joint motion used for model construction, while as shown in FIG. 6 (b), the model Regarding the arbitrary ankle movements not used in the construction, the transfer model is similar to the actual ankle movements, whereas the direct model has low similarity with the actual ankle movements.

상기 결과와 같이, 일 측면에서 제공되는 캘리브레이션 시스템은 풍부한 시뮬레이션 데이터를 기반으로 사전 캘리브레이션 모델을 이용함으로써, 기 설정된 관절 동작 이외에 기설정되지 않은 다양한 관절 동작을 유추할 수 있는 동시에, 상기 사전 캘리브레이션 모델이 착용자의 모션 데이터를 기반으로 미세 조정됨으로써, 적은 모션 데이터만으로도 정확성이 높이 캘리브레이션을 수행할 수 있는 캘리브레이션 모델을 생성하는 장점이 있다.As the above result, the calibration system provided in one aspect can infer various non-preset joint motions in addition to the preset joint motions by using the pre-calibration model based on rich simulation data, and at the same time, the pre-calibration model By being finely adjusted based on the wearer's motion data, there is an advantage in generating a calibration model capable of performing height calibration with high accuracy even with a small amount of motion data.

상기 T-net부는 착용자의 관절 부위의 각도 변화에 대해 수집된 모션 데이터를 기반으로 시뮬레이션 데이터 상의 각도 변화와 착용자의 각도 변화를 선형적으로 맵핑할 수 있다. The T-net unit may linearly map an angle change on simulation data and a wearer's angle change based on motion data collected for angle change of a wearer's joint.

시뮬레이션 데이터 상의 각도 변화와 착용자의 각도 변화의 관계는 비선형적이다. 이를 선형적으로 맵핑하기 위해, 각각의 각도변화를 발끝의 직교 좌표계의 좌표값으로 변환 후 이를 선형으로 맵핑을 하는 방법이 수행될 수 있다. 이러한 방법으로 선형관계를 다룸으로써 적은 데이터로 고속으로 쉽게 관계를 구축할 수 있는 장점이 있다. The relationship between the angle change on the simulation data and the wearer's angle change is non-linear. In order to map this linearly, a method of converting each angular change into a coordinate value of the Cartesian coordinate system of the toe and then linearly mapping it may be performed. By dealing with linear relationships in this way, there is an advantage in that relationships can be easily built with little data and at high speed.

일 측면에서 제공되는 캘리브레이션 시스템은 상기 시스템은 복수의 소프트 센서로부터 전달받은 센서 신호로부터 관절 부위의 다 자유도에 대한 각도 변화를 유추할 수 있고, 복수의 관절 부위의 각도 변화를 동시에 유추할 수 있다.In the calibration system provided in one aspect, the system can infer angle changes for multiple degrees of freedom of a joint part from sensor signals transmitted from a plurality of soft sensors, and can simultaneously infer angle changes of a plurality of joint parts.

또한, 종래의 경우, 소프트 센서를 이용하여 관절 각도를 직접적으로 맵핑하는 단대단(end-to-end) 방식을 사용하므로, 소프트 센서의 높은 비선형성 및 이력 현상으로 인해 유추된 관절 운동의 정확도 및 신뢰도가 낮은 문제가 있는 반면, 일 측면에서 제공되는 캘리브레이션 시스템은 복수의 단계로 나눠진 모듈화 방식을 사용하여 캘리브레이션 모델을 생성함으로써, 각 단계를 용이하게 조정할 수 있고, 소프트 센서의 선형성 및 이력현상을 낮춰 정확성을 높이는 동시에 캘리브레이션을 고속으로 수행할 수 있는 장점이 있다.In addition, in the case of the prior art, since an end-to-end method of directly mapping joint angles using a soft sensor is used, the accuracy and While there is a problem of low reliability, the calibration system provided in one aspect creates a calibration model using a modularization method divided into a plurality of steps, so that each step can be easily adjusted, and the linearity and hysteresis of the soft sensor can be lowered. It has the advantage of being able to perform calibration at high speed while increasing accuracy.

한편, 다른 일 측면에서는,On the other hand, on the other side,

소프트 센서의 신호로부터 관절 운동을 유추하는 캘리브레이션 모델을 생성하는 캘리브레이션 방법으로서,A calibration method for generating a calibration model that infers joint motion from a signal of a soft sensor,

소프트 센서의 신호로부터 상기 소프트 센서의 길이 변화를 추출하는 단계;extracting a length change of the soft sensor from a signal of the soft sensor;

근골격계 시뮬레이션 데이터를 기반으로 상기 소프트 센서의 길이 변화로부터 관절 부위의 각도 변화를 유추하는 사전 캘리브레이션 모델을 생성 및 학습시키는 단계; 및generating and learning a pre-calibration model inferring a change in angle of a joint from a change in length of the soft sensor based on musculoskeletal system simulation data; and

착용자의 관절 부위의 각도 변화에 대한 모션 데이터를 수집하고, 상기 수집한 모션 데이터를 기반으로 상기 사전 캘리브레이션 모델을 조정하는 단계;를 포함하는 캘리브레이션 방법이 제공된다.A calibration method comprising the steps of collecting motion data for angle change of a wearer's joint and adjusting the pre-calibration model based on the collected motion data is provided.

이하, 상기 캘리브레이션 방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, the calibration method will be described in detail for each step.

상기 캘리브레이션 방법은 소프트 센서의 신호로부터 관절 운동을 유추하는 캘리브레이션 모델을 생성하는 캘리브레이션 방법으로서, 전술한 캘리브레이션 시스템을 이용하여 캘리브레이션 모델을 생성하는 방법일 수 있다.The calibration method is a calibration method for generating a calibration model for inferring joint motion from a signal of a soft sensor, and may be a method for generating a calibration model using the aforementioned calibration system.

상기 캘리브레이션 방법은 소프트 센서의 신호로부터 관절 운동을 유추하는 캘리브레이션 모델을 생성하기 위해 상기 소프트 센서를 착용한 착용자의 모션 데이터를 수집하는 단계를 수행할 수 있다.The calibration method may perform a step of collecting motion data of a wearer wearing the soft sensor to generate a calibration model that infers a joint motion from a signal of the soft sensor.

상기 모션 데이터는 상기 소프트 센서를 착용한 착용자의 모션 캡쳐 실험(motion capture experiment)을 통해 수집될 수 있다. The motion data may be collected through a motion capture experiment of a wearer wearing the soft sensor.

이후, 상기 캘리브레인션 방법은 상기 소프트 센서의 신호로부터 상기 소프트 센서의 길이 변화를 추출하는 단계를 포함한다.Thereafter, the calibration method includes extracting a length change of the soft sensor from a signal of the soft sensor.

상기 단계는 상기 모션 캡쳐 실험 시 발생된 소프트 센서의 신호를 처리하는 단계일 수 있다.The step may be a step of processing a signal of the soft sensor generated during the motion capture experiment.

상기 단계는 S-map(Sensor calibaration map) 단계로 언급될 수 있다.This step may be referred to as a sensor calibration map (S-map) step.

상기 S-map 단계는 착용자의 관절의 각도 변화에 따라 상기 소프트 센서의 길이가 변화하도록 상기 소프트 센서를 착용한 착용자의 관절 운동에 따라 발생되는 상기 소프트 센서 신호로부터 상기 소프트 센서의 길이 변화를 추출하는 단계일 수 있다.The S-map step extracts the length change of the soft sensor from the soft sensor signal generated according to the joint motion of the wearer wearing the soft sensor so that the length of the soft sensor changes according to the angle change of the wearer's joint. may be a step.

상기 S-map 단계는 상기 소프트 센서의 비선형성 및/또는 이력 현상을 보상하는 신호 변환부를 더 포함할 수 있으며, 이를 통해, 센서 신호의 비선형성 및/또는 이력 현상을 보상함으로써, 상기 소프트 센서의 신호로부터 센서의 길이 변화를 보다 정확하게 맵핑할 수 있다.The S-map step may further include a signal conversion unit that compensates for nonlinearity and/or hysteresis of the soft sensor, and through this, the nonlinearity and/or hysteresis of the sensor signal is compensated for, thereby compensating for the soft sensor. From the signal, the length change of the sensor can be more accurately mapped.

상기 S-map부는 일례로, 상기 소프트 센서로서 정전용량 측정방식의 스트레치 센서를 사용하여 상기 센서로부터 감지되는 정적 용량의 변화를 선형 계산법 또는 이력현상을 보상하는 계산법을 이용하여 센서의 길이 변화로 변환시킬 수 있다. The S-map unit, for example, converts the change in static capacitance sensed from the sensor into a change in length of the sensor using a linear calculation method or a calculation method for compensating hysteresis using a capacitive stretch sensor as the soft sensor. can make it

다음, 상기 캘리브레이션 방법은 근골격계 시뮬레이션 데이터를 기반으로 상기 소프트 센서의 길이 변화로부터 관절 부위의 각도 변화를 유추하는 사전 캘리브레이션 모델을 생성 및 학습시키는 단계를 포함한다.Next, the calibration method includes generating and learning a pre-calibration model inferring a change in angle of a joint from a change in length of the soft sensor based on musculoskeletal system simulation data.

상기 단계는 이하, MD-net(Motion decoding net) 단계로 언급될 수 있다.This step may hereinafter be referred to as a motion decoding net (MD-net) step.

상기 MD-net 단계는 상기 S-map 단계 이후에 수행되는 단계로, 상기 S-map 단계에서 추출한 센서의 길이 변화를 시뮬레이션 데이터를 기반으로 관절 부위의 각도 변화로 변환할 수 있고, 사전 캘리브레이션 모델을 생성 및 학습하는 단계일 수 있다.The MD-net step is a step performed after the S-map step, and the length change of the sensor extracted in the S-map step can be converted into an angle change of the joint based on simulation data, and a pre-calibration model It may be a stage of creation and learning.

이를 위해, 상기 캘리브레이션 방법은 근골격계 시뮬레이션 데이터를 수집하는 시뮬레이션 데이터 수집하는 단계를 더 포함할 수 있다. To this end, the calibration method may further include a simulation data collection step of collecting musculoskeletal simulation data.

상기 시뮬레이션 데이터는 웨어러블 로봇의 동작을 유추하기 위한 시뮬레이션 데이터가 저장된 저장소 일례로, OpenSim 4.0 software로부터 수집될 수 있다.The simulation data may be collected from OpenSim 4.0 software, which is an example of storage where simulation data for inferring motions of the wearable robot is stored.

상기 MD-net 단계에서 복잡한 관절 운동에 대해 보다 많은 시뮬레이션 데이터를 통해 생성 및 학습된 상기 사전 캘리브레이션 모델은 기 설정된 관절 운동 이외에 설정되지 않은 다양한 관절 운동을 유추할 수 있다.In the MD-net step, the pre-calibration model generated and learned through more simulation data for complex joint motions may infer various unset joint motions in addition to preset joint motions.

이때, 상기 MD-net 단계의 학습은 상기 근골격계 시뮬레이션 데이터를 기반으로 딥러닝 손실 함수(MSE, mean squared error) 및 adam(adaptive moment estimation) optimizer 알고리즘을 이용하여 수행될 수 있으나 이에 제한된 것은 아니며, 시뮬레이션 데이터를 기반으로 학습시키는 다양한 알고리즘이 사용될 수 있다.In this case, the learning of the MD-net step may be performed using a deep learning loss function (MSE, mean squared error) and adam (adaptive moment estimation) optimizer algorithm based on the musculoskeletal system simulation data, but is not limited thereto, and simulation Various algorithms for learning based on data may be used.

다음, 상기 캘리브레이션 방법은 착용자의 관절 부위의 각도 변화에 대한 모션 데이터를 수집하고, 상기 수집한 모션 데이터를 기반으로 상기 사전 캘리브레이션 모델을 조정하는 단계를 포함한다.Next, the calibration method includes collecting motion data about angle changes of the wearer's joints and adjusting the pre-calibration model based on the collected motion data.

상기 단계는 이하, T-net(Transfer-net) 단계로 언급될 수 있다.This step may be referred to as a T-net (Transfer-net) step.

상기 T-net 단계는 시뮬레이션을 기반으로 학습된 사전 캘리브레이션 모델을 상기 모션 데이터를 기반으로 착용자에 맞도록 미세 조정하는 단계로서, 상기 T-net부를 통해 착용자에 맞는, 맞춤형 캘리브레이션 모델이 형성될 수 있다.The T-net step is a step of fine-tuning a pre-calibration model learned based on simulation to suit the wearer based on the motion data, and a customized calibration model suitable for the wearer can be formed through the T-net unit. .

상기 T-net 단계는 착용자의 관절 부위의 각도 변화에 대해 수집된 모션 데이터를 기반으로 시뮬레이션 데이터 상의 각도 변화와 착용자의 각도 변화를 선형적으로 맵핑할 수 있다. The T-net step may linearly map the angular change on the simulation data and the wearer's angular change based on the motion data collected for the angular change of the wearer's joint.

시뮬레이션 데이터 상의 각도 변화와 착용자의 각도 변화의 관계는 비선형적이다. 이를 선형적으로 맵핑하기 위해, 각각의 각도변화를 발끝의 직교 좌표계의 좌표값으로 변환 후 이를 선형으로 맵핑을 하는 방법이 수행될 수 있다. 이러한 방법으로 선형관계를 다룸으로써 적은 데이터로 고속으로 쉽게 관계를 구축할 수 있는 장점이 있다. The relationship between the angle change on the simulation data and the wearer's angle change is non-linear. In order to map this linearly, a method of converting each angular change into a coordinate value of the Cartesian coordinate system of the toe and then linearly mapping it may be performed. By dealing with linear relationships in this way, there is an advantage in that relationships can be easily built with little data and at high speed.

또한, 다른 일 측면에서는Also, on the other side

착용자의 상기 관절 부위와 이격되도록 배치되며, 상기 관절 부위의 각도 변화에 따른 센서 신호를 생성하는 소프트 센서를 포함하는 측정부; 및a measuring unit disposed to be spaced apart from the wearer's joint and including a soft sensor generating a sensor signal according to a change in angle of the joint; and

상기 캘리브레이션 시스템을 이용하여 상기 측정부의 센서 신호로부터 관절 부위의 각도 변화를 유추하는 신호처리부;를 포함하는, 착용형 관절 운동 측정 장치가 제공된다.There is provided a wearable joint motion measurement device including a; signal processing unit for inferring angle changes of joint parts from sensor signals of the measuring unit using the calibration system.

이하, 다른 일 측면에서 제공되는 착용형 관절 운동 측정 장치를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a wearable joint motion measurement device provided in another aspect will be described in detail with reference to the drawings.

도 2는 다른 일 측면에서 제공되는 착용형 관절 운동 측정 장치의 측정부(100)를 나타낸 모식도이다.2 is a schematic diagram showing a measurement unit 100 of a wearable joint motion measuring device provided in another aspect.

다른 일 측면에 따른 착용형 관절 운동 측정 장치는 착용을 통해 관절 운동, 바람직하게는 관절의 각도 변화를 측정하는 장치일 수 있고, 보다 바람직하게는 ㄱ관절의 다 자유도에 대한 각도 변화를 측정하는 장치일 수 있다.A wearable joint motion measurement device according to another aspect may be a device for measuring joint motion, preferably a change in angle of a joint through wearing, and more preferably a device for measuring angle change for multiple degrees of freedom of a joint. can be

이때, 상기 관절은 무릎 관절, 발목, 손목, 고관절 등으로, 1 자유도를 갖는 관절일 수 있고, 2 자유도 이상의 다자유도를 갖는 관절일 수 있다.In this case, the joint may be a knee joint, an ankle joint, a wrist joint, a hip joint, or the like, and may be a joint having one degree of freedom or a joint having multiple degrees of freedom of two or more degrees of freedom.

또한, 다른 일 측면에 따른 착용형 관절 운동 측정 장치는 근골격계 시뮬레이션 데이터기반의 전이학습된 상기 캘리브레이션 시스템을 이용하여 기 설정된 동작 이외에 정의되지 않은 일상의 다양한 동작을 빠르고 정확하게 측정할 수 있다.In addition, the wearable joint motion measurement device according to another aspect can quickly and accurately measure various undefined daily motions other than a preset motion by using the transfer-learned calibration system based on musculoskeletal system simulation data.

상기 측정부(100)는 소프트 센서(10)를 포함한다.The measuring unit 100 includes a soft sensor 10 .

상기 소프트 센서(10)는 유연성 및/또는 신축성을 갖는 센서로, 인장 또는 굽힘과 같은 변형을 측정하는 스트레치 센서(또는 스트레인 센서)일 수 있고, 보다 바람직하게는 센서의 길이 변화에 따라 정전용량이 변화하는 정전용량 측정방식의 스트레치 센서(또는 스트레인 센서)일 수 있다.The soft sensor 10 is a sensor having flexibility and/or elasticity, and may be a stretch sensor (or strain sensor) that measures deformation such as tension or bending. It may be a stretch sensor (or strain sensor) of a changing capacitance measurement method.

상기 정전용량 측정방식의 스트레치 센서는 소프트 센서 중 선형성(linearity) 및 반복성(repeatability)이 우수하고, 이력 현상(hysteresis)이 낮은 장점이 있다. 이에, 소프트 센서로서 센서 신호에 대해 관절 각도의 맵핑이 보다 용이할 수 있다.Among soft sensors, the capacitive stretch sensor has excellent linearity and repeatability and low hysteresis. Thus, as a soft sensor, it may be easier to map joint angles to sensor signals.

상기 정전용량 측정방식의 스트레치 센서는 절연체 층 사이에 전도체 층이 형성된 구조로 형성될 수 있다. The capacitance measurement type stretch sensor may have a structure in which a conductor layer is formed between insulator layers.

도 3은 상기 정적용량 측정방식의 스트레치 센서의 일 실시 예를 나타낸 모식도로, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 정적용량 측정방식의 스트레치 센서는 3개의 전도체 층(제1 내지 제3 전도체층) 사이에 2개의 절연체 층(제1 및 제2 절연체 층)이 배치된 5층 구조로 형성될 수 있으나 이에 제한된 것은 아니며, 센서의 길이 변화에 따라 정전용량이 변화하는 특성을 나타내는 다른 다양한 형태로 구성될 수 있다.3 is a schematic diagram showing an embodiment of the static capacitance measurement method stretch sensor. As shown in FIG. 3, the static capacitance measurement method stretch sensor includes three conductor layers (first to third conductor layers). It may be formed in a 5-layer structure with two insulator layers (first and second insulator layers) disposed therebetween, but is not limited thereto, and is configured in various other forms exhibiting characteristics in which capacitance changes according to a change in the length of the sensor. It can be.

한편, 상기 소프트 센서(10)는 관절 운동 측정 시 착용자의 관절 부위와 이격되도록 배치되는 것이 바람직할 수 있다. 이는, 센서에 길이 변화 이외에 추가 변형이 발생되어, 관절의 각도 변화의 측정 신뢰성을 저하시키는 문제를 방지하기 위함으로, 만약, 상기 소프트 센서(10)가 착용자의 관절 부위의 표면상에 배치될 경우, 눌림, 휘어짐 등의 추가 변형이 발생될 수 있다.Meanwhile, the soft sensor 10 may be preferably disposed to be spaced apart from the wearer's joints when measuring joint motion. This is to prevent a problem of deteriorating the measurement reliability of the angle change of the joint due to additional deformation in addition to the length change of the sensor, if the soft sensor 10 is disposed on the surface of the wearer's joint. Additional deformations such as , pressing, and bending may occur.

이에, 상기 소프트 센서(10)는 예를 들어, 관절 운동 측정 시 착용자의 관절 부위로부터 제1 방향으로 연장 형성된 제1 링크 또는 상기 관절 부위로부터 제2 방향으로 연장 형성된 제2 링크 상에 배치될 수 있다.Accordingly, the soft sensor 10 may be disposed on a first link extending in a first direction from a joint of the wearer or a second link extending in a second direction from the joint when measuring joint motion. there is.

이때, 상기 제1 링크 및 제2 링크는 관절과 연결된 부위를 의미할 수 있다. 일례로, 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 관절이 착용자의 무릎 관절일 경우, 상기 제1 링크는 정강이일 수 있고, 제2 링크는 대퇴부일 수 있다.In this case, the first link and the second link may mean a part connected to a joint. For example, as shown in FIG. 1 , when the joint is a wearer's knee joint, the first link may be the shin and the second link may be the thigh.

한편, 상기 측정부(100)는 상기 소프트 센서(10)를 착용자의 관절 부위와 이격되도록 배치하되, 사용자의 관절 운동 시 상기 관절의 각도 변화에 따라 상기 소프트 센서(10)의 길이가 변하도록 상기 소트프 센서(10) 및 관절을 연결하기 위한 구성으로서, 상기 소프트 센서(10)의 일단으로부터 연장 형성된 제1 고정 부재(20) 및 상기 소프트 센서(10)의 타단으로부터 연장 형성된 제2 고정 부재(30)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the measuring unit 100 arranges the soft sensor 10 to be spaced apart from the wearer's joint, and the length of the soft sensor 10 changes according to the angle change of the joint during the user's joint movement. As a configuration for connecting the soft sensor 10 and a joint, a first fixing member 20 extending from one end of the soft sensor 10 and a second fixing member extending from the other end of the soft sensor 10 ( 30) may be further included.

상기 제1 고정 부재(20)는 상기 소프트 센서(10)의 일단을 상기 제1 링크에 고정시킬 수 있고, 상기 제2 고정 부재(30)는 상기 소프트 센서(10)의 타단을 상기 관절 부위로부터 제2 방향으로 연장 형성된 제2 링크에 고정시킬 수 있다.The first fixing member 20 may fix one end of the soft sensor 10 to the first link, and the second fixing member 30 may move the other end of the soft sensor 10 away from the joint. It may be fixed to the second link extending in the second direction.

또한, 상기 제1 고정 부재(20) 및 제2 고정 부재(30)는 상기 소프트 센서를 착용자의 관절과 연결하되, 관절의 각도 변화에 따라 신축되지 않도록 신축성 및/또는 유연성이 미비하거나 없는 소재로 구성되는 것이 바람직할 수 있다.In addition, the first fixing member 20 and the second fixing member 30 connect the soft sensor to the wearer's joint, but are made of a material with insufficient or no elasticity and/or flexibility so as not to expand or contract according to the angle change of the joint. It may be desirable to configure

한편, 상기 측정부(100)는 복수의 소프트 센서를 포함할 수 있다. Meanwhile, the measuring unit 100 may include a plurality of soft sensors.

상기 소프트 센서는 관절의 자유도의 개수만큼 각 관절에 대해 복수 개 배치될 수 있고, 이를 통해 각각의 센서마다 관절의 각 자유도의 관절 각도 변화를 검출함으로써, 관절 내 모든 자유도에 대한 각도 변화를 측정할 수 있다. 일례로, 발목의 2 자유도 관절을 측정하기 위해, 각 자유도의 관절 축에 대한 수직방향으로 각각 두 개의 소프트 센서가 정강이에 배치될 수 있다.A plurality of soft sensors may be disposed for each joint as many as the number of degrees of freedom of the joint, and through this, each sensor detects a change in the joint angle of each degree of freedom of the joint, thereby measuring angle change for all degrees of freedom in the joint. can For example, in order to measure the two-DOF joint of the ankle, two soft sensors may be disposed on the shin in a direction perpendicular to the joint axis of each DOF.

또한, 상기 소프트 센서를 복수의 관절에 대해 배치함으로써, 복수의 관절의 각도 변화를 동시에 측정할 수 있다. In addition, by disposing the soft sensors on a plurality of joints, angle changes of a plurality of joints can be simultaneously measured.

상기 측정부(100)는 상기 복수의 소프트 센서 각각을 착용자의 신체 중 일부에 고정하고, 상기 복수의 소프트 센서 각각을 관절과 연결하기 위해 상기 복수의 소프트 센서 각각의 일단 및 타단에 연장 형성된 상기 제1 고정 부재 및 제2 고정부재를 더 포함할 수 있다.The measuring unit 100 fixes each of the plurality of soft sensors to a part of the wearer's body and extends from one end and the other end of each of the plurality of soft sensors to connect each of the plurality of soft sensors to a joint. A first fixing member and a second fixing member may be further included.

도 4는 발목 관절 운동을 측정하기 위해 일 측면에 따른 측정부(100)를 배치한 사진이고, 도 5는 도 4와 같이 측정부(100)를 배치하여 상기 발목 관절의 2 자유도 거동을 측정한 실험 결과를 나타낸 사진 및 그래프이다.FIG. 4 is a photograph in which the measurement unit 100 is arranged along one side to measure ankle joint motion, and FIG. 5 measures the 2DOF behavior of the ankle joint by disposing the measurement unit 100 as shown in FIG. 4 . These are photos and graphs showing the results of one experiment.

도 4에 도시한 바와 같이, 발목 관절 운동을 측정하기 위해, 상기 측정부(100)는 4개의 소프트 센서(10)를 포함할 수 있고, 상기 4개의 소프트 센서(10)는 거퇴관절 축(talocrural joint axis) 상에 배치되는 발등굽힘(dorsiflexion)을 측정하는 제1 소프트 센서(DF sensor), 발바닥 굽힘(plantar flexion)을 측정하는 제2 소프트 센서(PF sensor)를 포함할 수 있고, 거골하관절 축(subtalar joint axis) 상에 외전(supination)을 측정하는 제3 소프트 센서(SU sensor) 및 내전(pronation)을 측정하는 제4 소프트 센서(PF sensor)를 포함할 수 있고, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 측정부(100)를 통해 다자유도의 관절 운동을 측정할 수 있다.As shown in FIG. 4 , in order to measure the motion of the ankle joint, the measuring unit 100 may include four soft sensors 10, and the four soft sensors 10 may include a talocrural joint axis. It may include a first soft sensor (DF sensor) for measuring dorsiflexion disposed on a joint axis and a second soft sensor (PF sensor) for measuring plantar flexion, and the subtalar joint It may include a third soft sensor (SU sensor) for measuring supination and a fourth soft sensor (PF sensor) for measuring pronation on a subtalar joint axis, as shown in FIG. 5 . As such, joint motion of multiple degrees of freedom can be measured through the measurement unit 100 .

한편, 다른 일 측면에서 제공되는 착용형 관절 운동 측정 장치는 상기 캘리브레이션 시스템을 이용하여 상기 측정부의 센서 신호로부터 관절 부위의 각도 변화를 유추하는 신호처리부를 포함한다.Meanwhile, the wearable joint motion measuring device provided in another aspect includes a signal processing unit for inferring an angle change of a joint part from a sensor signal of the measuring unit using the calibration system.

상기 신호처리부는 상기 캘리브레이션 시스템을 이용하여 생성된 캘리브레이션 모델을 이용함으로써, 하나의 관절 내 다 자유도에 대한 다양한 운동을 측정할 수 있고, 또한 복수의 관절에 대한 운동을 동시에 측정할 수 있다.The signal processing unit can measure various motions for multiple degrees of freedom within one joint and simultaneously measure motions for a plurality of joints by using the calibration model generated using the calibration system.

상기 캘리브레이션 시스템은 전술된 캘리브레이션 시스템의 구성을 일부 또는 전부 포함할 수 있다.The calibration system may include some or all of the components of the aforementioned calibration system.

상기 착용형 관절 운동 측정 장치는 상기 측정부의 신호를 상기 신호처리부로 전달하는 신호 전달부;를 더 포함할 수 있다.The wearable joint motion measuring device may further include a signal transmitting unit for transmitting a signal of the measuring unit to the signal processing unit.

상기 신호 전달부는 상기 측정부에서 발생된 신호를 유선 또는 무선 통신 방법으로 상기 신호 전달부로 전달할 수 있다.The signal transmitting unit may transfer the signal generated by the measurement unit to the signal transmitting unit through a wired or wireless communication method.

상기 신호 전달부는 착용자의 신체 중 일부 예를 들어, 착용자의 허리에 착용될 수 있으나 이에 제한된 것은 아니며, 착용 또는 미착용 상태로 상기 측정부 및 신호 처리부와 통신적으로 연결할 수 있다.The signal transfer unit may be worn on a part of the wearer's body, for example, on the wearer's waist, but is not limited thereto, and may be communicatively connected to the measurement unit and the signal processing unit in a worn or unworn state.

상기 착용형 관절 운동 측정 장치는 또한, 사용자의 신체 중 적어도 일부가 착용되며 상기 측정부(100)와 연결되는 착용부를 더 포함할 수 있다.The wearable joint motion measurement device may further include a wearable part worn on at least a part of the user's body and connected to the measurement part 100 .

상기 착용부는 상기 측정부와 연결된 상태로 사용자의 신체 중 일부에 착용될 수 있는 구성으로, 슈트(suit) 형태일 수 있다.The wearing unit may be configured to be worn on a part of the user's body while being connected to the measurement unit, and may be in the form of a suit.

이때 상기 슈트는 사용자의 신체 전신에 착용되는 전신 슈트 형태일 수 있고, 또는 사용자의 신체 각 부위에 맞게 모듈화된 부분 슈트 형태일 수 있다.In this case, the suit may be in the form of a full-body suit worn on the user's entire body, or may be in the form of a partial suit that is modularized to suit each part of the user's body.

일례로 발목 관절의 운동을 측정하기 위해 상기 착용부는 발에 착용되는 신발형태로서 상기 측정부(100)의 일단에 상기 신발 형태의 착용부에 연결되고, 상기 측정부(100)의 타단이 착용자의 신체 중 일부에 고정될 수 있으며, 상기 신발 형태의 착용부를 착용한 상태로 발목 관절을 움직임으로써 상기 발목 관절에 연결된 소프트 센서 및 상기 소프트 센서와 통신적으로 연결된 신호 처리부를 통해 상기 발목 관절의 움직임을 측정할 수 있다.For example, in order to measure the motion of the ankle joint, the wearable part is in the form of a shoe worn on the foot, and one end of the measuring part 100 is connected to the wearing part in the form of a shoe, and the other end of the measuring part 100 is connected to the wearing part of the wearer's body. It may be fixed to a part of the body, and by moving the ankle joint while wearing the wearable part in the form of a shoe, the movement of the ankle joint is controlled through a soft sensor connected to the ankle joint and a signal processing unit communicatively connected to the soft sensor. can be measured

상기 착용형 관절 운동 측정 장치는 상기 신호처리부에서 생성된 관절 각도 변화를 출력하는 신호 출력부;를 더 포함할 수 있다.The wearable joint motion measuring device may further include a signal output unit outputting a joint angle change generated by the signal processing unit.

상기 신호 출력부는 상기 신호처리부에서 처리된 신호를 사용자에게 출력하는 구성으로, 디스플레이 등의 화상 출력부일 수 있으나 이에 제한된 것은 아니며, 디지털 신호를 처리하는 다양한 신호 출력장치가 사용될 수 있다.The signal output unit outputs the signal processed by the signal processing unit to the user, and may be an image output unit such as a display, but is not limited thereto, and various signal output devices that process digital signals may be used.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 예에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조 부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.Since the present invention can have various changes and various embodiments, specific embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention. Like reference numbers have been used for like elements in describing each figure.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention.

또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급될 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. In addition, when an element is referred to as being “connected” to another element, it should be understood that although it may be directly connected or connected to the other element, other elements may exist in the middle. On the other hand, when an element is referred to as “directly connected” or “directly connected” to another element, it should be understood that no other element exists in the middle.

본원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 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.Terms used herein are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

10: 소프트 센서
20: 제1 고정 부재
30: 제2 고정 부재
100: 착용형 관절 운동 측정 장치의 측정부
10: soft sensor
20: first fixing member
30: second fixing member
100: measurement unit of the wearable joint motion measurement device

Claims (15)

소프트 센서의 신호로부터 관절 운동을 유추하는 캘리브레이션 모델을 생성하는 시스템으로서,
착용자의 관절 부위의 각도 변화에 의해 발생된 소프트 센서의 신호로부터 상기 소프트 센서의 길이 변화를 추출하는 센서 길이 변화 추출부;
근골격계 시뮬레이션 데이터를 기반으로 상기 소프트 센서의 길이 변화로부터 상기 관절 부위의 각도 변화를 유추하는 사전 캘리브레이션 모델을 생성 및 학습시키는 사전 학습부; 및
상기 관절 부위에 대해 상기 사전 학습부에서 유추된 각도 변화 및 착용자의 모션 데이터에서 얻은 각도 변화를 선형 맵핑하여, 상기 사전 캘리브레이션 모델을 조정하는 전이 학습부;를 포함하는, 시스템.
A system for generating a calibration model that infers joint motion from a signal of a soft sensor,
a sensor length change extractor extracting a length change of the soft sensor from a signal of the soft sensor generated by an angle change of a wearer's joint;
a pre-learning unit for generating and learning a pre-calibration model inferring a change in angle of the joint from a change in length of the soft sensor based on musculoskeletal simulation data; and
and a transfer learning unit configured to adjust the pre-calibration model by linearly mapping the angular change inferred by the pre-learning unit and the angular change obtained from motion data of the wearer with respect to the joint region.
제1항에 있어서,
상기 소프트 센서는 상기 소프트 센서의 길이 변화를 상기 센서의 정전용량 변화로 측정하는 정전용량 스트레치 센서인, 시스템.
According to claim 1,
The system of claim 1 , wherein the soft sensor is a capacitive stretch sensor that measures a change in length of the soft sensor as a change in capacitance of the sensor.
제1항에 있어서,
상기 시스템은
착용자의 관절 부위의 각도 변화에 대한 모션 데이터를 수집하는 모션 데이터 수집부;를 더 포함하는, 시스템.
According to claim 1,
The system
A system further comprising a motion data collection unit configured to collect motion data for angle changes of the wearer's joints.
제1항에 있어서,
상기 시스템은
근골격계 시뮬레이션 데이터를 수집하는 시뮬레이션 데이터 수집부;를 더 포함하는, 시스템.
According to claim 1,
The system
A system further comprising a simulation data collection unit for collecting musculoskeletal simulation data.
제1항에 있어서,
상기 시스템은 복수의 소프트 센서로부터 전달받은 센서 신호로부터 관절 부위의 다자유도에 대한 각도 변화를 유추하는, 시스템.
According to claim 1,
The system infers an angle change for multiple degrees of freedom of a joint from sensor signals transmitted from a plurality of soft sensors.
제1항에 있어서,
상기 시스템은 복수의 소프트 센서로부터 전달받은 센서 신호로부터 복수의 관절 부위의 각도 변화를 동시에 유추하는, 시스템.
According to claim 1,
The system simultaneously infers angle changes of a plurality of joint parts from sensor signals transmitted from a plurality of soft sensors.
제1항에 있어서,
상기 시스템은
관절의 기설정된 운동 및 설정되지 않은 동작을 유추하는, 시스템.
According to claim 1,
The system
A system that infers preset motions and non-set motions of joints.
제1항의 시스템에 의해 수행되며, 소프트 센서의 신호로부터 관절 운동을 유추하는 캘리브레이션 모델을 생성하는 방법으로서,
센서 길이 변화 추출부에 의해 수행되며, 착용자의 관절 부위의 각도 변화에 의해 발생된 소프트 센서의 신호로부터 상기 소프트 센서의 길이 변화를 추출하는 단계;
사전 학습부에 의해 수행되며, 근골격계 시뮬레이션 데이터를 기반으로 상기 소프트 센서의 길이 변화로부터 관절 부위의 각도 변화를 유추하는 사전 캘리브레이션 모델을 생성 및 학습시키는 단계; 및
전이 학습부에 의해 수행되며, 상기 관절 부위에 대해 상기 사전 학습부에서 유추된 각도 변화 및 착용자의 모션 데이터에서 얻은 각도 변화를 선형 맵핑하여 상기 사전 캘리브레이션 모델을 조정하는 단계;를 포함하는 캘리브레이션 방법.
A method of generating a calibration model that is performed by the system of claim 1 and infers joint motion from a signal of a soft sensor,
extracting a length change of the soft sensor from a signal of the soft sensor generated by an angle change of a wearer's joint, performed by a sensor length change extractor;
generating and learning a pre-calibration model that infers an angular change of a joint from a length change of the soft sensor based on musculoskeletal system simulation data, which is performed by a pre-learning unit; and
Performed by a transfer learning unit, adjusting the pre-calibration model by linearly mapping the angle change obtained from the wearer's motion data and the angle change inferred by the pre-learning unit with respect to the joint region; Calibration method comprising a.
제8항에 있어서,
상기 캘리브레이션 방법은
착용자의 관절 부위의 각도 변화에 대한 모션 데이터를 수집하는 단계;를 더 포함하는, 캘리브레이션 방법.
According to claim 8,
The calibration method
Collecting motion data for angle changes of the wearer's joints; further comprising a calibration method.
제8항에 있어서,
상기 캘리브레이션 방법은
근골격계 시뮬레이션 데이터를 수집하는 시뮬레이션 데이터를 수집하는 단계;를 더 포함하는, 캘리브레이션 방법.
According to claim 8,
The calibration method
Further comprising, a calibration method comprising: collecting simulation data for collecting musculoskeletal system simulation data.
착용자의 관절 부위와 이격되도록 배치되며, 상기 관절 부위의 각도 변화에 따른 센서 신호를 생성하는 소프트 센서를 포함하는 측정부; 및
제1항의 시스템을 이용하여 상기 측정부의 센서 신호로부터 관절 부위의 각도 변화를 유추하는 신호처리부;를 포함하는, 착용형 관절 운동 측정 장치.
a measurement unit disposed to be spaced apart from a wearer's joint and including a soft sensor generating a sensor signal according to a change in angle of the joint; and
A wearable joint motion measurement device comprising a; signal processing unit for inferring angle change of a joint from a sensor signal of the measuring unit using the system of claim 1 .
제11항에 있어서,
상기 측정부는
상기 소프트 센서를 착용자의 관절에 연결하는, 고정 부재;를 더 포함하고,
상기 고정 부재는
상기 소프트 센서의 일단을 신체 일부에 고정하는 제1 고정 부재; 및
상기 소프트 센서의 타단을 관절과 연결하는 제2 고정 부재;를 더 포함하는, 착용형 관절 운동 측정 장치.
According to claim 11,
The measuring part
Further comprising a fixing member connecting the soft sensor to the wearer's joint,
the fixing member
a first fixing member fixing one end of the soft sensor to a body part; and
A wearable joint motion measuring device further comprising a; second fixing member connecting the other end of the soft sensor to a joint.
제11항에 있어서,
상기 착용형 관절 운동 측정 장치는
상기 측정부의 신호를 상기 신호처리부로 전달하는 신호 전달부;를 더 포함하는, 착용형 관절 운동 측정 장치.
According to claim 11,
The wearable joint motion measurement device
A wearable joint motion measurement device further comprising a; signal transmission unit for transmitting the signal of the measurement unit to the signal processing unit.
제11항에 있어서,
상기 착용형 관절 운동 측정 장치는
사용자의 신체 중 적어도 일부가 착용되며 상기 측정부와 연결되는 착용부;를 더 포함하는, 착용형 관절 운동 측정 장치.
According to claim 11,
The wearable joint motion measurement device
A wearable joint motion measuring device further comprising a; wearing part on which at least a part of the user's body is worn and connected to the measuring part.
제11항에 있어서,
상기 착용형 관절 운동 측정 장치는
상기 신호처리부에서 생성된 관절 각도 변화를 출력하는 신호 출력부;를 더 포함하는, 착용형 관절 운동 측정 장치.
According to claim 11,
The wearable joint motion measurement device
A wearable joint motion measurement device further comprising a; signal output unit for outputting a joint angle change generated by the signal processing unit.
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