KR102510984B1 - Method and apparatus for setting assistant torque - Google Patents
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Abstract
보조력 설정 방법 및 장치가 개시된다. 일 실시예에 따른 보조력 설정 장치는 사용자의 보행 데이터를 기초로 적어도 하나의 인덱스의 평가값을 연산하고, 평가값을 기초로 안정 보조력을 설정하고, 보행 데이터를 기초로 사용자의 보행 동작에 따른 기본 보조력을 설정하고, 안정 보조력과 기본 보조력을 기초로 최종 보조력을 설정할 수 있다.An assisting force setting method and apparatus are disclosed. An assistive force setting apparatus according to an embodiment calculates an evaluation value of at least one index based on user gait data, sets a stable assist force based on the evaluation value, and determines a user's gait motion based on the gait data. It is possible to set the basic assisting force according to the above, and set the final assisting force based on the stability assisting force and the basic assisting force.
Description
아래의 실시 예들은 보조력 설정 방법 및 장치에 관한 것이다.The following embodiments relate to a method and apparatus for setting an assisting force.
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.Recently, as the aging society intensifies, the number of people who complain of pain and discomfort due to joint problems is increasing, and interest in walking aids that can facilitate walking of the elderly or patients with joint discomfort is increasing. In addition, walking assistance devices for strengthening the muscular strength of the human body for purposes such as military use are being developed.
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.For example, the walking assistance device includes a body frame mounted on the user's torso, a pelvic frame coupled to the lower side of the body frame to surround the user's pelvis, a thigh frame mounted on the user's thighs, calves, and feet, and calves. It consists of a frame and a foot frame. The pelvis frame and the femoral frame are rotatably connected by the hip joint, the femoral frame and the calf frame are rotatably connected by the knee joint, and the calf frame and the foot frame are rotatably connected by the ankle joint.
유럽특허공개번호 EP 1932567의 선행발명은 운동 유도 장치에 관한 것으로서, 사용자의 운동 리듬이 갑자기 변화된 경우에도, 이 변화 후의 운동 리듬에 따른 적당한 리듬으로 사용자의 운동을 유도할 수 있는 방법을 개시하고 있습니다.
The prior invention of European Patent Publication No. EP 1932567 relates to an exercise induction device, and discloses a method for inducing a user's exercise with an appropriate rhythm according to the exercise rhythm after the change even when the user's exercise rhythm suddenly changes. .
일 실시예에 따른 보조력 설정 장치는 사용자의 보행 데이터를 수신하는 보행 데이터 수신부; 상기 보행 데이터에 기초한 적어도 하나의 인덱스의 평가값을 이용하여 안정 보조력을 설정하는 안정 보조력 설정부; 상기 보행 데이터를 기초로 상기 사용자의 보행 동작에 따른 기본 보조력을 설정하는 기본 보조력 설정부; 및 상기 안정 보조력과 상기 기본 보조력을 기초로 최종 보조력을 설정하는 최종 보조력 설정부를 포함할 수 있다.An assisting force setting device according to an exemplary embodiment includes a gait data receiving unit configured to receive gait data of a user; a stability assist force setting unit configured to set a stability assist force using an evaluation value of at least one index based on the gait data; a basic assisting force setting unit configured to set a basic assisting force according to the user's gait motion based on the gait data; and a final assisting force setting unit configured to set a final assisting force based on the stabilizing assisting force and the basic assisting force.
상기 안정 보조력 설정부는, 상기 보행 데이터를 기초로 적어도 하나의 인덱스의 평가값을 연산하는 인덱스 평가부; 상기 평가값 및 상기 적어도 하나의 인덱스에 대응하는 임계값의 차이를 기초로 상기 적어도 하나의 인덱스에 대한 가중치를 연산하는 가중치 연산부; 및 상기 적어도 하나의 인덱스에 대응하는 초기 안정 보조력에 상기 가중치를 적용하여 상기 안정 보조력을 연산하는 안정 보조력 연산부를 포함할 수 있다.The stability assist force setting unit may include an index evaluator calculating an evaluation value of at least one index based on the gait data; a weight calculator configured to calculate a weight for the at least one index based on a difference between the evaluation value and a threshold value corresponding to the at least one index; and a stability assisting force calculator configured to calculate the stabilizing assisting force by applying the weight to the initial stabilizing assisting force corresponding to the at least one index.
상기 적어도 하나의 인덱스는, 상기 사용자의 양 다리가 대칭되는 정도를 나타내는 보행 대칭성(gait symmetry), 상기 사용자의 스트라이드 길이(stride length), 스트라이드 넓이(stride width), 상기 사용자의 발과 지면과의 간격을 나타내는 풋 클리어런스(foot clearance), 상기 사용자의 발이 지면에 닿는 속도를 나타내는 착지 속도(landing speed) 또는 보행비(walk ratio) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The at least one index may include gait symmetry indicating the degree of symmetry of both legs of the user, a stride length and a stride width of the user, and a distance between the user's feet and the ground. It may include at least one of a foot clearance representing an interval, a landing speed representing a speed at which the user's foot touches the ground, or a walk ratio.
상기 인덱스 평가부는, 스트라이드를 기준으로 상기 보행 데이터를 분류하고, 상기 스트라이드를 기준으로 분류된 보행 데이터를 기초로 상기 적어도 하나의 인덱스의 평가값을 연산할 수 있다.The index evaluator may classify the gait data based on a stride, and calculate an evaluation value of the at least one index based on the gait data classified based on the stride.
상기 인덱스 평가부는, 상기 평가값과 상기 임계값을 비교하여 상기 적어도 하나의 인덱스를 기준으로 상기 사용자의 보행이 안정한지 여부를 판단할 수 있다.The index evaluation unit may determine whether the user's gait is stable based on the at least one index by comparing the evaluation value with the threshold value.
상기 인덱스 평가부는, 상기 보행 데이터 중 상기 사용자의 왼쪽 힙 관절 각도의 궤적(trajectory)과 오른쪽 힙 관절 각도의 궤적의 유사도를 추정하고, 상기 유사도를 상기 보행 대칭성의 평가값으로 결정할 수 있다.The index evaluation unit may estimate a similarity between a trajectory of a left hip joint angle and a trajectory of a right hip joint angle of the user among the gait data, and determine the similarity as an evaluation value of the gait symmetry.
상기 인덱스 평가부는, 다이나믹 타임 와핑(Dynamic Time Warping: DTW)을 이용하여 상기 왼쪽 힙 관절 각도의 궤적과 상기 오른쪽 힙 관절 각도의 궤적의 유사도를 추정할 수 있다.The index evaluator may estimate a similarity between the trajectory of the left hip joint angle and the trajectory of the right hip joint angle by using dynamic time warping (DTW).
상기 인덱스 평가부는, 복수의 스트라이드에 대하여, 상기 보행 데이터 중 왼쪽 힙 관절 각도 범위의 평균 및 오른쪽 힙 관절 각도 범위의 평균을 계산하여 평균 스트라이드 길이를 추정하고, 상기 평균 스트라이드 길이를 상기 스트라이드 길이에 대한 평가값으로 결정할 수 있다.The index evaluator estimates an average stride length by calculating an average of a left hip joint angular range and an average of a right hip joint angular range among the gait data for a plurality of strides, and calculates the average stride length for the stride length It can be determined by the evaluation value.
상기 인덱스 평가부는, 복수의 스트라이드에 대하여, 상기 보행 데이터로부터 왼쪽 힙 관절의 최대 굽힘 각도(flexion angle) 및 오른쪽 힙 관절의 최대 굽힘 각도를 추출하고, 상기 왼쪽 힙 관절의 최대 굽힘 각도 및 상기 오른쪽 힙 관절의 최대 굽힘 각도를 상기 풋 클리어런스에 대한 평가값으로 결정할 수 있다.The index evaluation unit extracts, for a plurality of strides, the maximum flexion angle of the left hip joint and the maximum flexion angle of the right hip joint from the gait data, and the maximum flexion angle of the left hip joint and the right hip The maximum bending angle of the joint may be determined as an evaluation value for the foot clearance.
상기 가중치 연산부는, 상기 평가값과 상기 임계값의 차이를 정규화하여 상기 가중치를 연산할 수 있다.The weight calculation unit may calculate the weight by normalizing a difference between the evaluation value and the threshold value.
상기 가중치 연산부는, 상기 인덱스 평가부에서 상기 사용자의 보행이 안정한 것으로 판단된 인덱스에 대한 가중치를 0으로 설정할 수 있다.The weight calculation unit may set a weight to zero for an index determined by the index evaluation unit to be stable in walking of the user.
상기 안정 보조력 연산부는, 상기 보행 데이터를 기초로 상기 초기 안정 보조력을 설정할 수 있다.The stability assist force calculation unit may set the initial stability assist force based on the gait data.
상기 안정 보조력 연산부는, 상기 보행 데이터 중 왼쪽 힙 관절 각도의 궤적 및 오른쪽 힙 관절 각도의 궤적의 차이를 기초로 상기 보행 대칭성에 대한 상기 초기 안정 보조력을 설정할 수 있다..The stabilization assist force calculation unit may set the initial stabilization assist force for the gait symmetry based on a difference between a trajectory of a left hip joint angle and a trajectory of a right hip joint angle among the gait data.
상기 안정 보조력 연산부는, 상기 보행 데이터 중 왼쪽 힙 관절 각도의 궤적 및 오른쪽 힙 관절 각도의 궤적을 이용하여 상기 사용자의 왼쪽 다리 및 오른쪽 다리가 교차하는 교차 시점을 추출하고, 상기 교차 시점부터 소정의 시간 동안의 피크 토크(peak torque)를 상기 스트라이드 길이에 대한 상기 초기 안정 보조력으로 설정할 수 있다.The stabilizing force calculation unit extracts a crossing time point at which the user's left leg and right leg intersect using the trajectory of the left hip joint angle and the trajectory of the right hip joint angle among the gait data, and calculates a predetermined value from the crossing time point. A peak torque during time may be set as the initial stabilizing assist force for the stride length.
상기 안정 보조력 연산부는, 상기 보행 데이터 중 왼쪽 힙 관절 각도의 궤적 및 오른쪽 힙 관절 각도의 궤적을 이용하여 상기 사용자의 스윙하는 다리가 지면에 다가가는 시점을 추출하고, 상기 스윙하는 다리가 지면에 다가가는 시점부터 소정의 시간 동안의 피크 토크를 상기 풋 클리어런스에 대한 상기 초기 안정 보조력으로 설정할 수 있다.The stabilizing force calculation unit extracts a point in time when the swinging leg of the user approaches the ground using the trajectory of the left hip joint angle and the trajectory of the right hip joint angle among the gait data, and determines whether the swinging leg touches the ground. A peak torque for a predetermined time from the point of approaching may be set as the initial stabilizing assist force for the foot clearance.
일 실시예에 따른 보조력 설정 장치는 상기 보행 데이터를 기초로 상기 사용자의 보행 동작을 인식하는 보행 동작 인식부를 더 포함하고, 상기 기본 보조력 설정부는, 상기 보행 동작 인식부에서 상기 사용자가 보행 동작을 하지 않는 것으로 인식된 경우, 상기 기본 보조력을 0으로 설정할 수 있다.The apparatus for setting an assisting force according to an exemplary embodiment further includes a gait motion recognizing unit configured to recognize a gait motion of the user based on the gait data, and the basic assisting force setting unit determines the gait motion of the user in the gait motion recognizing unit. When it is recognized that the basic assisting force is not performed, the basic assisting force may be set to zero.
상기 기본 보조력 설정부는, 적응적 오실레이터(Adaptive Oscillator: AO)에 상기 보행 데이터를 적용하여 상기 사용자의 보행 동작의 주기성을 추정하고, 상기 보행 동작의 주기성에 대응하는 보조력을 상기 기본 보조력으로 설정할 수 있다.The basic assisting force setting unit estimates the periodicity of the user's gait motion by applying the gait data to an adaptive oscillator (AO), and converts the assisting force corresponding to the periodicity of the gait motion into the basic assisting force. can be set
상기 기본 보조력 설정부는, 상기 사용자의 보행 동작을 복수 개의 상태로 모델링하고, 유한 상태 머신(Finite State Machine: FSM)에 상기 보행 데이터를 적용하여, 상기 모델링된 복수개의 보행 상태 중 상기 사용자의 보행 동작과 대응되는 보행 상태를 인식하고, 상기 인식된 보행 상태에 따른 보조력을 상기 기본 보조력으로 설정할 수 있다.The basic assistance force setting unit models the gait motion of the user in a plurality of states, applies the gait data to a finite state machine (FSM), and then the gait of the user among the plurality of modeled gait states. A walking state corresponding to the motion may be recognized, and an assisting force according to the recognized walking state may be set as the basic assisting force.
상기 최종 보조력 설정부는, 상기 안정 보조력과 상기 기본 보조력을 합하여 상기 최종 보조력을 설정할 수 있다.The final assisting force setting unit may set the final assisting force by adding the stability assisting force and the basic assisting force.
상기 최종 보조력 설정부는, 상기 안정 보조력 및 상기 기본 보조력 중 절대값이 큰 값을 상기 최종 보조력으로 설정할 수 있다.The final assisting force setting unit may set a larger absolute value of the stabilizing assisting force and the basic assisting force as the final assisting force.
일 실시예에 따른 보조력 설정 장치는 사용자의 보행 데이터를 기초로 상기 사용자의 보행 안정도를 나타내는 적어도 하나의 인덱스(index)의 평가값을 연산하는 인덱스 평가부; 상기 평가값 및 상기 적어도 하나의 인덱스에 대응하는 임계값의 차이를 기초로 상기 적어도 하나의 인덱스에 대한 가중치를 연산하는 가중치 연산부; 및 상기 적어도 하나의 인덱스에 대응하는 초기 안정 보조력에 상기 가중치를 적용하여 안정 보조력을 설정하는 보조력 설정부를 포함할 수 있다.An assistive force setting apparatus according to an exemplary embodiment includes an index estimator configured to calculate an evaluation value of at least one index representing a user's gait stability based on gait data of the user; a weight calculator configured to calculate a weight for the at least one index based on a difference between the evaluation value and a threshold value corresponding to the at least one index; and an assisting force setting unit configured to set the stabilizing assisting force by applying the weight to the initial stabilizing assisting force corresponding to the at least one index.
상기 안정 보조력 설정부는, 상기 보행 데이터를 기초로 상기 초기 안정 보조력을 설정할 수 있다.The stability assist force setting unit may set the initial stability assist force based on the gait data.
일 실시예에 따른 보조력 설정 장치는 상기 보행 데이터를 기초로 상기 사용자의 보행 동작에 따른 기본 보조력을 설정하는 기본 보조력 설정부를 더 포함하고, 상기 보조력 설정부는, 상기 기본 보조력과 상기 안정 보조력에 기초하여 최종 보조력을 설정할 수 있다.The assisting force setting device according to an exemplary embodiment further includes a basic assisting force setting unit configured to set a basic assisting force according to the user's gait motion based on the gait data, wherein the assisting force setting unit includes the basic assisting force and the basic assisting force. The final assist force can be set based on the stability assist force.
일 실시예에 따른 보행 보조 장치는 사용자의 보행 데이터를 수신하는 보행 데이터 수신부; 상기 보행 데이터를 기초로 적어도 하나의 인덱스의 평가값을 연산하고, 상기 평가값을 기초로 안정 보조력을 설정하는 안정 보조력 설정부; 상기 보행 데이터를 기초로 상기 사용자의 보행 동작에 따른 기본 보조력을 설정하는 기본 보조력 설정부; 상기 안정 보조력과 상기 기본 보조력을 기초로 최종 보조력을 설정하는 최종 보조력 설정부; 및 상기 최종 보조력을 기초로 보행 보조 장치의 구동을 제어하는 구동 제어부를 포함할 수 있다.A walking assistance device according to an embodiment includes a gait data receiver configured to receive gait data of a user; a stability assist force setting unit that calculates an evaluation value of at least one index based on the gait data and sets a stability assist force based on the evaluation value; a basic assisting force setting unit configured to set a basic assisting force according to the user's gait motion based on the gait data; a final assisting force setting unit configured to set a final assisting force based on the stabilizing assisting force and the basic assisting force; and a driving controller controlling driving of the walking assistance device based on the final assisting force.
일 실시예에 따른 보조력 설정 방법은 사용자의 보행 데이터를 수신하는 단계; 상기 보행 데이터를 기초로 적어도 하나의 인덱스의 평가값을 연산하고, 상기 평가값을 기초로 안정 보조력을 설정하는 단계; 상기 보행 데이터를 기초로 상기 사용자의 보행 동작에 따른 기본 보조력을 설정하는 단계; 및 상기 안정 보조력과 상기 기본 보조력을 기초로 최종 보조력을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment, a method of setting an assistance force includes receiving gait data of a user; calculating an evaluation value of at least one index based on the gait data, and setting a stability assist force based on the evaluation value; setting a basic assisting force according to the user's gait motion based on the gait data; and setting a final assisting force based on the stabilizing assisting force and the basic assisting force.
일 실시예에 따른 보조력 설정 방법은 사용자의 보행 데이터를 기초로 상기 사용자의 보행 안정도를 나타내는 적어도 하나의 인덱스의 평가값을 연산하는 단계; 상기 평가값 및 상기 적어도 하나의 인덱스에 대응하는 임계값의 차이를 기초로 상기 적어도 하나의 인덱스에 대한 가중치를 연산하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 인덱스에 대응하는 초기 안정 보조력에 상기 가중치를 적용하여 안정 보조력을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.An assistive power setting method according to an exemplary embodiment includes calculating an evaluation value of at least one index indicating a user's gait stability based on gait data of the user; calculating a weight for the at least one index based on a difference between the evaluation value and a threshold value corresponding to the at least one index; and setting a stabilization assist force by applying the weight to an initial stabilization assist force corresponding to the at least one index.
일 실시예에 따른 보행 보조 방법은 사용자의 보행 데이터를 수신하는 단계; 상기 보행 데이터를 기초로 적어도 하나의 인덱스의 평가값을 연산하고, 상기 평가값을 기초로 안정 보조력을 설정하는 단계; 상기 보행 데이터를 기초로 상기 사용자의 보행 동작에 따른 기본 보조력을 설정하는 단계; 상기 안정 보조력과 상기 기본 보조력을 기초로 최종 보조력을 설정하는 단계; 및 상기 최종 보조력을 기초로 보행 보조 장치의 구동을 제어하는 단계를 포함할 수 있다A walking assistance method according to an embodiment includes receiving walking data of a user; calculating an evaluation value of at least one index based on the gait data, and setting a stability assist force based on the evaluation value; setting a basic assisting force according to the user's gait motion based on the gait data; setting a final assisting force based on the stabilizing assisting force and the basic assisting force; and controlling driving of a walking assistance device based on the final assisting force.
..
도 1은 일 실시예에 따른 보행 보조 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 보조력 설정 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3은 다른 일 실시예에 따른 보조력 설정 장치를 나타낸 블록도이다.
도 4는 또 다른 일 실시예에 따른 보조력 설정 장치를 나타낸 블록도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 최종 보조력의 설정을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 기본 보조력의 설정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 보행 대칭성에 대한 평가값 연산을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 보행 대칭성에 대한 초기 안정 보조력의 설정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 스트라이드 길이에 대한 초기 안정 보조력의 설정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 풋 클리어런스에 대한 초기 안정 보조력의 설정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 보조력의 설정을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 보조력의 제공을 위한 인터페이스를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 일 실시예에 따른 보행 보조 장치를 나타낸 블록도이다.
도 14는 일 실시예에 따른 보조력 설정 방법을 나타낸 방법 흐름도이다.
도 15는 다른 일 실시예에 따른 보조력 설정 방법을 나타낸 방법 흐름도이다.
도 16은 일 실시예에 따른 보행 보조 방법을 나타낸 방법 흐름도이다.1 is a diagram for explaining a walking assistance device according to an exemplary embodiment.
2 is a block diagram illustrating an assisting force setting device according to an exemplary embodiment.
3 is a block diagram illustrating an assisting force setting device according to another exemplary embodiment.
4 is a block diagram illustrating an assisting force setting device according to another exemplary embodiment.
5 is an operation flowchart illustrating setting of a final assisting force according to an exemplary embodiment.
6 is a diagram for explaining setting of a basic assisting force according to an exemplary embodiment.
7 is a diagram for explaining calculation of an evaluation value for gait symmetry according to an exemplary embodiment.
8 is a diagram for explaining setting of an initial stability assist force for gait symmetry according to an exemplary embodiment.
9 is a diagram for explaining setting of an initial stabilization assist force with respect to a stride length according to an exemplary embodiment.
10 is a diagram for explaining setting of an initial stabilizing assist force for foot clearance according to an embodiment.
11 is a diagram for explaining setting of an assisting force according to an exemplary embodiment.
12 is a diagram for explaining an interface for providing an assisting force according to an exemplary embodiment.
13 is a block diagram illustrating a walking assistance device according to an exemplary embodiment.
14 is a flowchart illustrating a method of setting an assisting force according to an exemplary embodiment.
15 is a flowchart illustrating a method of setting an assisting force according to another exemplary embodiment.
16 is a method flowchart illustrating a walking assistance method according to an exemplary embodiment.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in each figure indicate like elements.
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.Various changes may be made to the embodiments described below. The embodiments described below are not intended to be limiting on the embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents or substitutes thereto.
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.Terms used in the examples are used only to describe specific examples, and are not intended to limit the examples. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "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.
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.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the embodiment belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, they should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't
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.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same components regardless of reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted. In describing the embodiment, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the embodiment, the detailed description will be omitted.
도 1은 일 실시예에 따른 보행 보조 장치를 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for explaining a walking assistance device according to an exemplary embodiment.
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.Referring to FIG. 1 , a
구동기(110)는 사용자의 양쪽 힙 관절을 구동시키고, 사용자의 오른쪽 및 왼쪽 힙 부분에 위치할 수 있다.The
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 힙관절 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.The
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.In another embodiment, the
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. 다만, 센서부(120)에 발의 착지 시점을 검출할 수 있는 센서(예를 들어, 압력 센서(pressure sensor), 힘 센서(force sensor))가 포함되어 있는 경우, 보행 보조 장치(100)는 발의 착지 시점을 검출할 수 있는 센서를 이용하여 사용자 발의 착지 시점을 검출할 수 있다.The
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.In addition, the
제어기(140)는 구동기(110)가 사용자의 보행을 돕기 위한 보조력(또는, 보조 토크)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 구동기(110)에 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.The
도 2는 일 실시예에 따른 보조력 설정 장치를 나타낸 블록도이다.2 is a block diagram illustrating an assisting force setting device according to an exemplary embodiment.
도 2를 참조하면, 보조력 설정 장치(200)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.Referring to FIG. 2 , the assisting
보조력 설정 장치(200)는 보행 데이터 수신부(210), 안정 보조력 설정부(220), 기본 보조력 설정부 및 최종 보조력 설정부(240)를 포함한다.The assisting
보행 데이터 수신부(210)는 센서로부터 보행 동작에 따른 사용자의 운동량의 변화를 센싱한 보행 데이터를 수신한다. 보행 데이터 수신부(210)는 사용자의 보행 동작을 측정하는 센서로부터 보행 데이터를 수신할 수도 있고, 외부 장치로부터 보행 데이터를 수신할 수도 있다. 예를 들어, 보행 데이터 수신부(210)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(210)는 복수 개의 IMU 센서 또는 복수 개의 포텐셔미터로부터 보행 데이터를 수신할 수 있다. 일 실시예에서, 보행 데이터 수신부(210)는 IMU 센서, 포텐셔미터 또는 근전도 센서에 한정되지 않고, 보행 동작에 따른 사용자의 운동량의 변화를 센싱할 수 있는 모든 센서로부터 보행 데이터를 수신할 수 있다. 예를 들어, 보행 데이터 수신부(210)는 근전도 센서로부터 보행에 따른 사용자의 근전도의 변화를 나타내는 근전도 데이터를 수신할 수 있다. 또한, 보행 데이터 수신부(210)는 압력 센서 또는 힘 센서로부터 사용자의 보행에 따른 압력 데이터 또는 힘 데이터를 수신할 수 있다.The gait
또한, 보행 데이터 수신부(210)는 사용자의 보행 동작을 측정하는 센서를 포함하는 외부 장치로부터 통신 인터페이스를 통하여 사용자의 보행 데이터를 수신할 수도 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.Also, the gait
안정 보조력 설정부(220)는 보행 데이터에 기초한 적어도 하나의 인덱스의 평가값을 이용하여 안정 보조력을 설정할 수 있다. 안정 보조력 설정부(220)는 인덱스 평가부, 가중치 연산부 및 안정 보조력 연산부를 포함한다.The stability assist
인덱스 평가부는 사용자의 보행 데이터를 기초로, 사용자의 보행 안정도를 나타내는 적어도 하나의 인덱스의 평가값을 연산한다. 여기서, 적어도 하나의 인덱스는 보행 대칭성(gait symmetry), 스트라이드 길이(stride length), 스트라이드 넓이(stride width), 풋 클리어런스(foot clearance), 착지 속도(landing speed) 또는 보행비(walk ratio) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The index evaluation unit calculates an evaluation value of at least one index representing the user's gait stability based on the user's gait data. Here, the at least one index is at least one of gait symmetry, stride length, stride width, foot clearance, landing speed, or walk ratio. may contain one.
일 실시예에서, 인덱스 평가부는 스트라이드를 기준으로 보행 데이터를 분류하고, 분류된 보행 데이터를 기초로 적어도 하나의 인덱스의 평가값을 연산할 수 있다. 일 예로, 인덱스 평가부는 IMU 센서로부터 획득한 Z축 가속도를 이용하여 스트라이드를 기준으로 보행 데이터를 분류할 수 있다. 다른 일 예로, 인덱스 평가부는 사용자의 발 밑에 부착된 압력 센서 또는 힘 센서로부터 사용자의 발이 지면과 접촉될 때의 센싱값을 수신하고, 수신한 센싱값을 이용하여 스트라이드를 기준으로 보행 데이터를 분류할 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 인덱스 평가부는 스텝을 기준으로 분류된 보행 데이터를 이용할 수도 있고, 다른 단위를 기준으로 분류된 보행 데이터를 이용할 수도 있다.In one embodiment, the index evaluator may classify the gait data based on the stride and calculate an evaluation value of at least one index based on the classified gait data. For example, the index evaluator may classify the gait data based on the stride using the Z-axis acceleration obtained from the IMU sensor. As another example, the index evaluator receives a sensing value when the user's foot contacts the ground from a pressure sensor or a force sensor attached to the user's foot, and classifies the gait data based on the stride using the received sensing value. can However, the index evaluation unit is not limited thereto, and may use gait data classified based on steps or gait data classified based on other units.
보행 대칭성은 사용자의 양 다리가 대칭되는 정도를 나타낸다. 사용자가 보행할 때 사용자의 다리는 스윙(swing)하거나 고정(standing)되나, 사용자의 근육에 걸리는 부하가 불균형하게 될 경우 사용자의 다리 중 어느 한 쪽이 취약해지면서 왼쪽 다리 및 오른쪽 다리의 밸런싱이 유지되지 못할 수 있다. 왼쪽 다리와 오른쪽 다리의 밸런싱을 유지하기 위해, 인덱스 평가부는 보행 대칭성을 인덱스에 포함할 수 있다.Gait symmetry represents the degree to which both legs of the user are symmetrical. When the user walks, the user's legs swing or stand, but if the load on the user's muscles becomes unbalanced, one of the user's legs becomes weak and the left leg and right leg become unbalanced. may not be maintained. In order to maintain balance between the left leg and the right leg, the index evaluation unit may include gait symmetry in the index.
스트라이드 길이(또는, 보폭)는 사용자의 보행 동작에서 하나의 스트라이드의 상하 길이를 나타낸다. 예를 들어, 스트라이드 길이는 고정된 왼쪽/오른쪽 다리를 기준으로 왼쪽/오른쪽 다리가 스윙한 후 다시 왼쪽/오른쪽 다리가 고정될 때까지의 길이를 나타낼 수 있다. 사용자의 근력이 저하될 경우 스트라이드 길이가 줄어들게 되고, 이에 따라, 사용자가 신체의 동적 에너지(dynamic energy)를 보행에 충분히 이용하지 못하게 됨으로써 근육에 부담이 유발되어 근력 저하가 가중될 수 있다. 이러한 악순환을 방지하기 위해, 인덱스 평가부는 스트라이드 길이를 인덱스에 포함할 수 있다.The stride length (or stride length) represents the vertical length of one stride in the user's walking motion. For example, the stride length may represent a length from when the left/right leg swings based on the fixed left/right leg until the left/right leg is fixed again. When the user's muscle strength is reduced, the stride length is reduced, and accordingly, the user is unable to sufficiently utilize the dynamic energy of the body for walking, which causes a burden on the muscles, which may increase the decrease in muscle strength. To prevent this vicious cycle, the index evaluator may include the stride length in the index.
스트라이드 넓이는 사용자의 보행 동작에서 하나의 스트라이드의 좌우 폭을 나타낼 수 있다. 사용자의 근력이 저하될 경우, 스스로 균형을 유지하기 위하여 사용자는 양 다리의 폭을 넓게 가져가려 할 수 있다. 이 경우, 신체의 좌우 밸런스를 위해 힙 관절의 내전(aduction)/외전(abduction)근육에 큰 부하가 걸리게 되나, 힙 관절의 내전/외전 근육이 부하를 부담하지 못하는 경우, 사용자는 낙상할 수 있다. 이러한 위험을 방지하기 위해, 인덱스 평가부는 스트라이드 넓이를 인덱스에 포함할 수 있다.The stride width may represent the left and right widths of one stride in the user's gait motion. When the user's muscle strength decreases, the user may try to take a wider width of both legs in order to maintain balance on their own. In this case, a large load is applied to the aduction/abduction muscles of the hip joint for the left and right balance of the body, but if the aduction/abduction muscles of the hip joint do not bear the load, the user may fall. . To prevent this risk, the index evaluation unit may include the stride width in the index.
풋 클리어런스는 사용자의 발과 지면과의 간격(예를 들어, 하나의 스트라이드에서의 발과 지면과의 최대 높이, 사용자의 발 끝단과 지면과의 최대 높이)을 나타낸다. 정상적인 사용자는 보행 시 스윙하는 다리의 발목을 충분히 굽혀줄 수 있다. 반면, 발목 근육의 근력이 약해질 경우, 사용자가 보행 시 스윙하는 다리의 발명을 충분히 굽혀주지 못함에 따라 발이 처지게 되고, 이에 따라 지면의 장애물에 사용자의 발이 부딪치게 되어 낙상할 수 있다. 이러한 위험을 방지하기 위해, 인덱스 평가부는 풋 클리어런스를 인덱스에 포함할 수 있다.The foot clearance indicates the distance between the user's foot and the ground (eg, the maximum height between the foot and the ground in one stride, and the maximum height between the tip of the user's foot and the ground). A normal user can sufficiently bend the ankle of the swinging leg while walking. On the other hand, when the muscle strength of the ankle muscles is weakened, the user's feet do not sufficiently bend the swinging leg during walking, and thus the user's feet collide with obstacles on the ground, resulting in a fall. To prevent this risk, the index evaluation unit may include foot clearance in the index.
착지 속도는 사용자의 발이 지면에 닿는 속도를 나타낸다. 정상적인 사용자는 보행 시 스윙하는 다리가 지면에 착지하는 시점에서 속도를 감속할 수 있고, 이에 따라, 지면에 대한 다리의 접촉력이 높아지고, 다리가 지면의 충격을 흡수할 수 있다. 반면, 근력이 저하된 사용자는 다리가 지면에 착지하는 시점에서 속도를 충분히 감속할 수 없고, 이에 따라 미끄러지게 되어 낙상할 수 있다. 이러한 위험을 방지하기 위해, 인덱스 평가부는 착지 속도를 인덱스에 포함할 수 있다.The landing speed represents the speed at which the user's foot touches the ground. When walking, a normal user may decelerate the swinging leg at the point of landing on the ground, thereby increasing the leg's contact force with the ground and absorbing the impact of the leg. On the other hand, a user with reduced muscle strength cannot sufficiently decelerate the speed at the point when the leg lands on the ground, and as a result, the user may slip and fall. To prevent this risk, the index evaluator may include the landing speed in the index.
또한, 보행비는 스트라이드 길이와 카덴스(cadence)의 비율로 정의될 수 있다. 여기서, 카덴스는 소정의 기준 시간 대비 스트라이드의 개수를 나타낼 수 있다. 보행비는 사용자가 얼마나 효율적으로 보행을 하는지를 나타내는 지표로 이용될 수 있다.Also, the gait ratio may be defined as a ratio of a stride length and a cadence. Here, the cadence may indicate the number of strides relative to a predetermined reference time. The gait ratio may be used as an index indicating how efficiently a user walks.
또한, 인덱스 평가부는 각 인덱스를 기준으로 사용자의 보행이 안정한지 여부를 판단하기 위한 임계값을 미리 설정할 수 있다. 인덱스 평가부는 각 인덱스마다 평가값과 임계값을 비교하여, 각 인덱스를 기준으로 사용자의 보행이 안정한지 여부를 판단할 수 있다.In addition, the index evaluator may preset a threshold value for determining whether the user's gait is stable based on each index. The index evaluator may compare an evaluation value and a threshold value for each index to determine whether the user's gait is stable based on each index.
일 실시예에서, 인덱스 평가부는 보행 데이터 중 사용자의 왼쪽 힙 관절 각도의 궤적과 오른쪽 힙 관절 각도의 궤적의 유사도를 추정하고, 추정된 유사도를 보행 대칭성의 평가값으로 결정할 수 있다. 이 때, 왼쪽 힙 관절 각도의 궤적과 오른쪽 힙 관절 각도의 궤적은 하나의 스텝 차이일 수 있다.In an embodiment, the index evaluator may estimate a similarity between a trajectory of a left hip joint angle and a trajectory of a right hip joint angle of the user among gait data, and determine the estimated similarity as an evaluation value of gait symmetry. At this time, the trajectory of the left hip joint angle and the trajectory of the right hip joint angle may be one step apart.
인덱스 평가부는 아래의 수학식 1을 이용하여 보행 대칭성의 평가값을 결정할 수 있다.The index evaluation unit may determine an evaluation value of gait
[수학식 1][Equation 1]
여기서, 은 n번째 스트라이드에서의 보행 대칭성의 평가값을 나타내고, DTW는 다이나믹 타임 와핑(Dynamic Time Warping: DTW) 기법을 나타내고, 은 n번째 스트라이드에서의 왼쪽 힙 관절 각도의 궤적을 나타내고, 은 n번째 스트라이드에서의 오른쪽 힙 관절 각도의 궤적을 나타내고, 은 보행 대칭성에 대응하는 임계값을 나타낼 수 있다.here, denotes an evaluation value of gait symmetry in the n-th stride, DTW denotes a dynamic time warping (DTW) technique, Represents the trajectory of the left hip joint angle at the nth stride, Represents the trajectory of the right hip joint angle at the nth stride, may represent a threshold value corresponding to gait symmetry.
왼쪽 다리 및 오른쪽 다리가 교대로 스윙하기 때문에, 및 가 각각 측정되는 시간들 간에는 한 번의 스텝에 걸리는 시간만큼 차이가 날 수 있다.Because the left leg and right leg swing alternately, and There may be a difference by the time taken for one step between the times at which is measured.
인덱스 평가부는 다이나믹 타임 와핑을 이용하여 왼쪽의 n번째 스트라이드에서의 왼쪽 힙 관절 각도의 궤적 및 오른쪽 n번째 오른쪽 힙 관절 각도의 궤적 간의 유사도를 추정할 수 있다. 인덱스 평가부는 추정된 유사도를 n번째 스트라이드에서의 보행 대칭성의 평가값으로 결정할 수 있다. 또한, 인덱스 평가부는 평가값 가 임계값 이하인 경우, 인덱스 평가부는 n번째 스트라이드에서, 보행 대칭성을 기준으로 사용자의 보행이 안정하다고 판단할 수 있고, 평가값 가 임계값 보다 큰 경우, 인덱스 평가부는 n번째 스트라이드에서, 보행 대칭성을 기준으로 사용자의 보행이 불안정하다고 판단할 수 있다.The index evaluator may estimate a similarity between the trajectory of the left hip joint angle in the left n-th stride and the trajectory of the right n-th right hip joint angle by using dynamic time warping. The index evaluator may determine the estimated similarity as an evaluation value of gait symmetry in the n-th stride. In addition, the index evaluation unit evaluates the value is the threshold In the case of the following, the index evaluation unit may determine that the user's gait is stable based on the gait symmetry in the nth stride, and the evaluation value is the threshold If it is greater than the index evaluator, the index evaluator may determine that the user's gait is unstable based on gait symmetry in the n-th stride.
일 실시예에서, 인덱스 평가부는 왼쪽 힙 관절 각도 범위 및 오른쪽 힙 관절 각도 범위를 이용하여 평균 스트라이드 길이를 추정하고, 평균 스트라이드 길이를 스트라이드 길이에 대한 평가값으로 결정할 수 있다. 이 때, 인덱스 평가부는 정확성을 높이기 위하여, 복수의 스트라이드 동안의 왼쪽 힙 관절 각도 범위의 평균 및 오른쪽 힙 관절 각도 범위의 평균을 계산하고, 계산된 평균을 평균 스트라이드 길이로 추정할 수 있다. 다른 일 실시예에서, 인덱스 평가부는 사용자의 발 밑에 장착된 압력 센서 또는 힘 센서로부터 사용자의 발이 지면과 접촉될 때의 센싱값을 수신할 수 있고, 인덱스 평가부는 수신한 센싱값을 이용하여 평균 스트라이드 길이를 추정할 수도 있다.In one embodiment, the index evaluator may estimate the average stride length using the left hip joint angular range and the right hip joint angular range, and determine the average stride length as an evaluation value for the stride length. At this time, in order to increase accuracy, the index evaluator may calculate an average of the left hip joint angular range and an average of the right hip joint angular range during a plurality of strides, and estimate the calculated average as the average stride length. In another embodiment, the index evaluator may receive a sensing value when the user's foot contacts the ground from a pressure sensor or a force sensor mounted under the user's foot, and the index evaluator may use the received sensing value to determine an average stride value. length can be estimated.
인덱스 평가부는 아래의 수학식 2를 이용하여 스트라이드 길이의 평가값을 결정할 수 있다.The index evaluator may determine the evaluation value of the stride length using Equation 2 below.
[수학식 2][Equation 2]
여기서, 는 왼쪽(오른쪽) 다리의 스트라이드 길이의 m번째 평가값을 나타내고, 은 n개의 스트라이드에서의 왼쪽(오른쪽) 힙 관절 각도 범위를 나타내고, 은 왼쪽(오른쪽) 다리의 스트라이드 길이에 대응하는 임계값을 나타낼 수 있다.here, Represents the mth evaluation value of the stride length of the left (right) leg, Represents the left (right) hip joint angular range in n strides, may represent a threshold value corresponding to the stride length of the left (right) leg.
예를 들어, n이 100인 경우, 인덱스 평가부는 100개의 스트라이드에서의 왼쪽 힙 관절 각도 범위 및 오른쪽 힙 관절 각도 범위의 평균을 계산할 수 있다. 이 때, 인덱스 평가부는 왼쪽 힙 관절 각도의 최대값과 최소값 사이의 범위를 왼쪽 힙 관절 각도 범위로 추정할 수 있고, 오른쪽 힙 관절 각도의 최대값과 최소값 사이의 범위를 오른쪽 힙 관절 각도 범위로 추정할 수 있다.For example, when n is 100, the index evaluator may calculate an average of the left hip joint angular range and the right hip joint angular range in 100 strides. At this time, the index evaluation unit may estimate the range between the maximum and minimum values of the left hip joint angle as the left hip joint angle range, and the range between the maximum and minimum values of the right hip joint angle as the right hip joint angle range. can do.
또한, 평가값 이 임계값 이상인 경우, 인덱스 평가부는 스트라이드 길이를 기준으로 사용자의 보행이 안정하다고 판단할 수 있고, 평가값 이 임계값 보다 작은 경우, 인덱스 평가부는 스트라이드 길이를 기준으로 사용자의 보행이 불안정하다고 판단할 수 있다.Also, the evaluation value this threshold In the above case, the index evaluation unit may determine that the user's gait is stable based on the stride length, and the evaluation value this threshold If it is smaller than the index evaluator, the index evaluator may determine that the user's gait is unstable based on the stride length.
일 실시예에서, 인덱스 평가부는 보행 데이터로부터 왼쪽 힙 관절의 최대 굽힘 각도(flexion angle) 및 오른쪽 힙 관절의 최대 굽힘 각도를 추출하고, 왼쪽 힙 관절의 최대 굽힘 각도 및 오른쪽 힙 관절의 최대 굽힘 각도를 풋 클리어런스에 대한 평가값으로 결정할 수 있다. 정상적인 사용자는 보행 시 스윙하는 다리의 발 끝을 발목 근육을 이용하여 올리는 반면, 발목 근육의 근력이 약해진 보행자는 힙 관절 근육을 이용하여 스윙하는 다리 전체를 들어 올림으로써 정상적인 사용자보다 스윙하는 다리의 발 끝을 낮게 올릴 수 있다. 이에 따라, 왼쪽 힙 관절의 최대 굽힘 각도 및 오른쪽 힙 관절의 최대 굽힘 각도는 발목 근육이 근력이 정상인지 여부를 나타낼 수 있으므로, 인덱스 평가부는 왼쪽 힙 관절의 최대 굽힘 각도 및 오른쪽 힙 관절의 최대 굽힘 각도를 풋 클리어런스의 평가값으로 결정할 수 있다.In one embodiment, the index evaluation unit extracts the maximum flexion angle of the left hip joint and the maximum flexion angle of the right hip joint from the gait data, and the maximum flexion angle of the left hip joint and the maximum flexion angle of the right hip joint It can be determined as an evaluation value for foot clearance. A normal user raises the toe end of the swinging leg using the ankle muscles while walking, whereas a pedestrian with weakened ankle muscle strength lifts the entire swinging leg using the hip joint muscles, so that the foot of the swinging leg is higher than normal users. The tip can be raised low. Accordingly, since the maximum flexion angle of the left hip joint and the maximum flexion angle of the right hip joint may indicate whether the muscle strength of the ankle muscles is normal, the index evaluation unit determines the maximum flexion angle of the left hip joint and the maximum flexion angle of the right hip joint can be determined as the evaluation value of the foot clearance.
인덱스 평가부는 아래의 수학식 3을 이용하여 풋 클리어런스의 평가값을 결정할 수 있다.The index evaluation unit may determine the evaluation value of the foot clearance using Equation 3 below.
[수학식 3][Equation 3]
여기서, 는 왼쪽(오른쪽) 다리의 풋 클리어런스의 m번째 평가값을 나타내고, 은 n개의 스트라이드에서의 왼쪽(오른쪽) 다리의 굽힘 각도들을 나타내고, 는 왼쪽(오른쪽)다리의 굽힘 각도들 중 최대 굽힘 각도를 나타내고, 는 왼쪽(오른쪽) 다리의 풋 클리어런스에 대응하는 임계값을 나타낼 수 있다.here, Represents the mth evaluation value of the foot clearance of the left (right) leg, denotes the bending angles of the left (right) leg in n strides, represents the maximum bending angle among the bending angles of the left (right) leg, may represent a threshold value corresponding to the foot clearance of the left (right) leg.
예를 들어, n이 100인 경우, 인덱스 평가부는 100개의 스트라이드에서의 왼쪽 힙 관절의 최대 굽힘 각도 및 오른쪽 힙 관절의 최대 굽힘 각도를 추출할 수 있다.For example, when n is 100, the index evaluator may extract the maximum bending angle of the left hip joint and the maximum bending angle of the right hip joint in 100 strides.
또한, 평가값 가 임계값 이상인 경우 인덱스 평가부는 풋 클리어런스를 기준으로 사용자의 보행이 안정하다고 판단할 수 있고, 평가값 가 임계값 보다 작은 경우 인덱스 평가부는 풋 클리어런스를 기준으로 사용자의 보행이 불안정하다고 판단할 수 있다.Also, the evaluation value is the threshold In the case of the above, the index evaluation unit may determine that the user's gait is stable based on the foot clearance, and the evaluation value is the threshold If it is smaller than the index evaluation unit, it may be determined that the user's gait is unstable based on the foot clearance.
가중치 연산부는 적어도 하나의 인덱스의 평가값 및 적어도 하나의 인덱스에 대응하는 임계값의 차이를 기초로 적어도 하나의 인덱스에 대한 가중치를 연산할 수 있다. 가중치 연산부는 아래의 수학식 4와 같이, 가중치 연산부는 적어도 하나의 인덱스의 평가값과 적어도 하나의 인덱스에 대응하는 임계값의 차이를 정규화하여 적어도 하나의 인덱스에 대한 가중치를 연산할 수 있다.The weight calculation unit may calculate a weight for at least one index based on a difference between an evaluation value of at least one index and a threshold value corresponding to the at least one index. The weight calculator may calculate a weight for at least one index by normalizing a difference between an evaluation value of at least one index and a threshold value corresponding to the at least one index, as shown in Equation 4 below.
[수학식 4][Equation 4]
여기서, 는 왼쪽(오른쪽) 다리의 인덱스 i의 k번째 가중치를 나타내고, 는 왼쪽(오른쪽) 다리의 인덱스 i의 k번째 평가값을 나타내고, 는 왼쪽(오른쪽) 다리의 왼쪽(오른쪽) 다리의 k번째 임계값을 나타내고, 는 왼쪽(오른쪽) 다리의 인덱스 i의 정규화 값(normalizing value)을 나타낼 수 있다. 수학식 4에 따라, 인덱스의 평가값과 임계값의 차이가 클수록 가중치는 증가될 수 있다. 일 실시예에서, 가중치 연산부는 인덱스 평가부에서 사용자의 보행이 안정한 것으로 판단된 인덱스에 대한 가중치를 0으로 설정할 수 있다.here, represents the k-th weight of index i of the left (right) leg, represents the k-th evaluation value of the index i of the left (right) leg, represents the k-th threshold of the left (right) leg of the left (right) leg, may represent a normalizing value of the index i of the left (right) leg. According to Equation 4, the weight may be increased as the difference between the index evaluation value and the threshold value increases. In one embodiment, the weight calculation unit may set a weight to 0 for an index in which the user's gait is determined to be stable by the index evaluation unit.
안정 보조력 연산부는 적어도 하나의 인덱스에 대응하는 초기 안정 보조력에 가중치를 적용하여 안정 보조력을 연산할 수 있다. 여기서, 안정 보조력은 사용자가 안정적으로 보행할 수 있도록 보행 보조 장치가 제공하는 힘을 나타낼 수 있고, 초기 안정 보조력은 안정 보조력의 초기값을 나타낸 것으로, 적어도 하나의 인덱스 각각에 대응될 수 있다. 초기 안정 보조력은 미리 설정될 수도 있고, 안정 보조력 연산부가 보행 데이터를 기초로 설정할 수도 있다.The stability assist force calculation unit may calculate the stability assist force by applying a weight to the initial stability assist force corresponding to at least one index. Here, the stability assist force may represent a force provided by the walking assistance device so that the user can walk stably, and the initial stability assist force represents an initial value of the stability assist force, and may correspond to each of at least one index. there is. The initial stability assist force may be preset, or may be set by the stability assist force calculation unit based on gait data.
일 실시예에서, 안정 보조력 연산부는 보행 데이터 중 왼쪽 힙 관절 각도의 궤적 및 오른쪽 힙 관절 각도의 궤적의 차이를 기초로 보행 대칭성에 대한 초기 안정 보조력을 설정할 수 있다. 안정 보조력 연산부는 아래의 수학식 5 내지 7에 따라 보행 대칭성에 대한 초기 안정 보조력을 설정할 수 있다.In an embodiment, the stability assist force calculation unit may set an initial stability assist force for gait symmetry based on a difference between a trajectory of a left hip joint angle and a trajectory of a right hip joint angle among gait data. The stability assist force calculation unit may set an initial stability assist force for gait symmetry according to Equations 5 to 7 below.
왼쪽 다리의 스트라이드 및 오른쪽 다리의 스트라이드가 시작하는 시점은 1 스텝에 소요되는 시간만큼 차이가 있을 수 있다. 상기의 시간 차이를 고려하여 왼쪽 힙 관절 각도 및 오른쪽 힙 관절 간의 차이가 계산될 수 있다.The timing at which the stride of the left leg and the stride of the right leg start may differ by the time required for one step. A difference between the left hip joint angle and the right hip joint angle may be calculated in consideration of the above time difference.
일 측면에 따르면, 상기의 시간 차이를 고려하기 위해 변수 p가 이용될 수 있다. 변수 p는 스트라이드 궤적을 정규화한 변수일 수 있다. 예를 들어, 변수 p는 스트라이드의 시작을 0으로하고, 스트라이드의 끝을 1로하는 전체 스트라이드 궤적에 대한 위치를 의미할 수 있다.According to one aspect, a variable p may be used to account for the time difference. The variable p may be a variable that normalizes the stride trajectory. For example, the variable p may indicate a position of an entire stride trajectory in which the start of the stride is 0 and the end of the stride is 1.
변수 p를 이용하여 스트라이드가 수행되는 시각을 정규화한 시각을 NST(Normalized Stride Time)로 정의할 수 있다.Normalized stride time (NST) may be defined as a time when the stride is performed using the variable p.
동일한 NST에서, 왼쪽 힙 관절 각도 및 오른쪽 힙 관절 각도 간의 차이는 아래의 수학식 5를 이용하여 계산될 수 있다.In the same NST, the difference between the left hip joint angle and the right hip joint angle can be calculated using Equation 5 below.
[수학식 5][Equation 5]
θ r (p) 및 θ l (p)는 p NST에서의 오른쪽 힙 관절 각도 및 왼쪽 힙 관절 각도를 각각 나타낸다. θ r (p) and θ l (p) denote the right hip joint angle and the left hip joint angle at p NST, respectively.
비대칭을 개선하기 위한 보조력은 아래의 수학식 6 및 수학식 7을 이용하여 계산될 수 있다.The auxiliary force for improving the asymmetry may be calculated using Equations 6 and 7 below.
[수학식 6][Equation 6]
는 오른쪽 다리(왼쪽 다리)의 스트라이드 시작 시각이고, 는 1 번의 스트라이드의 시간을 나타낼 수 있다. 는 이후의 시각 t에 대해 오른쪽 다리(왼쪽 다리)의 스트라이드 궤적에서의 NST를 나타낼 수 있다. is the stride start time of the right leg (left leg), may represent the time of one stride. Is The NST at the stride trajectory of the right leg (left leg) may be represented at a later time t.
[수학식 7][Equation 7]
여기서, 는 시각 t에 따라 왼쪽 다리에 제공하는 보행 대칭성에 대한 초기 안정 보조력을 나타내고, 는 시각 t에 따라 오른쪽 다리에 제공하는 보행 대칭성에 대한 초기 안정 보조력을 나타내고, 는 왼쪽 다리에 제공하는 보행 대칭성에 대한 초기 안정 보조력의 게인을 나타내고, 는 오른쪽 다리에 제공하는 보행 대칭성에 대한 초기 안정 보조력의 게인을 나타낸다.here, Represents the initial stabilization assistance force for gait symmetry provided to the left leg according to time t, Represents the initial stabilizing force for gait symmetry provided to the right leg according to time t, Represents the gain of the initial stabilization assistance force for gait symmetry provided to the left leg, represents the gain of the initial stabilization assistance force for gait symmetry provided to the right leg.
수학식 7을 이용하여 이후의 보조력이 결정될 수 있다.using Equation 7 The subsequent assisting force may be determined.
일 측면에 따르며, 1 번의 스트라이드가 종료된 후, 다음 스트라이드가 시작되는 시각 및 가 업데이트 될 수 있고, 보행 대칭성에 대한 안정 보조력이 반복적으로 계산될 수 있다.According to one aspect, the time when the next stride starts after the first stride ends, and may be updated, and the stability assistance force for gait symmetry may be repeatedly calculated.
또한, 게인 및 는 미리 설정될 수 있다. 수학식 7에 따라, 왼쪽 힙 관절 각도의 궤적 및 오른쪽 힙 관절 각도의 궤적의 차이가 발생하는 경우, 안정 보조력 연산부는 왼쪽 힙 관절의 각도 궤적과 오른쪽 힙 관절의 각도 궤적의 차이를 상쇄하도록 초기 안정 보조력을 설정할 수 있다.Also, gain and can be set in advance. According to Equation 7, when the difference between the trajectory of the left hip joint angle and the trajectory of the right hip joint angle occurs, the stabilization assist force calculation unit initially cancels the difference between the angular trajectory of the left hip joint and the angular trajectory of the right hip joint Stability assistance can be set.
일 실시예에서, 안정 보조력 연산부는 사용자의 왼쪽 다리 및 오른쪽 다리가 교차하는 교차 시점을 추출하고, 교차 시점부터 소정의 시간 동안의 피크 토크(peak torque)를 스트라이드 길이에 대한 초기 안정 보조력으로 설정할 수 있다. 여기서, 소정의 시간 및 피크 토크는 미리 설정될 수 있다. 안정 보조력 연산부는 아래의 수학식 8에 따라 스트라이드 길이에 대한 초기 안정 보조력을 설정할 수 있다.In one embodiment, the stability assist force calculation unit extracts a crossing time point at which the user's left leg and right leg cross each other, and uses a peak torque for a predetermined time from the crossing time point as an initial stability assist force for the stride length. can be set Here, a predetermined time and peak torque may be set in advance. The stability assist force calculation unit may set the initial stability assist force for the stride length according to Equation 8 below.
[수학식 8][Equation 8]
여기서, 는 시각 t에 따라 왼쪽 다리에 제공하는 스트라이드 길이에 대한 초기 안정 보조력을 나타내고, 는 시각 t에 따라 오른쪽 다리에 제공하는 스트라이드 길이에 대한 초기 안정 보조력을 나타내고, 은 시각 t에 따른 왼쪽 힙 관절의 각도의 궤적을 나타내고, 는 시각 t에 따른 오른쪽 힙 관절의 각도의 궤적을 나타내고, 은 왼쪽 다리의 스트라이드 길이의 평가값을 나타내고, 는 오른쪽 다리의 스트라이드 길이의 평가값을 나타낼 수 있다. 또한, 는 왼쪽 다리에 제공되는 스트라이드 길이에 대한 피크 토크를 나타내고, 는 오른쪽 다리에 제공되는 스트라이드 길이에 대한 피크 토크를 나타내고, 는 왼쪽 다리에 제공되는 스트라이드 길이에 대한 초기 안정 보조력을 제공하는 소정의 시간을 나타내고, 는 오른쪽 다리에 제공되는 스트라이드 길이에 대한 초기 안정 보조력을 제공하는 소정의 시간을 나타낼 수 있다. 수학식 8에 따라, 안정 보조력 연산부는 시각 t에 따른 왼쪽 힙 관절의 각도의 궤적 와 시각 t에 따른 오른쪽 힙 관절의 각도의 궤적 을 이용하여 교차 시점을 추출하고, 교차 시점부터 소정의 시간 및 동안 왼쪽 다리와 오른쪽 다리가 서로 벌어지도록 피크 토크 및 를 제공할 수 있다.here, Represents the initial stabilization assistance force for the stride length provided to the left leg at time t, Represents the initial stabilization assistance force for the stride length provided to the right leg at time t, Represents the trajectory of the angle of the left hip joint according to time t, Represents the trajectory of the angle of the right hip joint according to time t, represents the evaluation value of the stride length of the left leg, may represent an evaluation value of the stride length of the right leg. also, represents the peak torque for the stride length provided to the left leg, represents the peak torque for the stride length provided to the right leg, Represents a predetermined time to provide an initial stabilization assistance force for the stride length provided to the left leg, may represent a predetermined time for providing an initial stabilization assistance force for a stride length provided to the right leg. According to Equation 8, the stabilization assistance force calculator calculates the trajectory of the angle of the left hip joint according to time t and the trajectory of the angle of the right hip joint according to time t Extract the intersection point using, and a predetermined time from the intersection point and peak torque so that the left and right legs are apart while and can provide.
일 실시예에서, 안정 보조력 연산부는 사용자의 스윙하는 다리가 지면에 다가가는 시점을 추출하고, 스윙하는 다리가 지면에 다가가는 시점부터 소정의 시간 동안의 피크 토크를 풋 클리어런스에 대한 초기 안정 보조력을 설정할 수 있다. 여기서, 소정의 시간 및 피크 토크는 미리 설정될 수 있다. 안정 보조력 연산부는 아래의 수학식 9에 따라 풋 클리어런스에 대한 초기 안정 보조력을 설정할 수 있다.In one embodiment, the stability assist force calculation unit extracts a point in time when the user's swinging leg approaches the ground, and uses a peak torque for a predetermined time from the point when the swinging leg approaches the ground to provide initial stability assistance for foot clearance. power can be set. Here, a predetermined time and peak torque may be set in advance. The stability assist force calculation unit may set an initial stability assist force for the foot clearance according to Equation 9 below.
[수학식 9][Equation 9]
여기서, 는 시각 t에 따라 왼쪽 다리에 제공하는 풋 클리어런스에 대한 초기 안정 보조력을 나타내고, 는 시각 t에 따라 오른쪽 다리에 제공하는 풋 클리어런스에 대한 초기 안정 보조력을 나타내고, 은 시각 t에 따른 왼쪽 힙 관절의 각도의 궤적을 나타내고, 는 시각 t에 따른 오른쪽 힙 관절의 각도의 궤적을 나타내고, 은 왼쪽 다리의 풋 클리어런스의 평가값을 나타내고, 은 오른쪽 다리의 풋 클리어런스의 평가값을 나타낼 수 있다. 또한, 은 왼쪽 다리에 제공되는 풋 클리어런스에 대한 피크 토크를 나타내고, 은 오른쪽 다리에 제공되는 풋 클리어런스에 대한 피크 토크를 나타내고, 는 왼쪽 다리에 제공되는 풋 클리어런스에 대한 초기 안정 보조력을 제공하는 소정의 시간을 나타내고, 는 오른쪽 다리에 제공되는 풋 클리어런스에 대한 초기 안정 보조력을 제공하는 소정의 시간을 나타낼 수 있다. 수학식 9에 따라, 안정 보조력 연산부는 왼쪽 힙 관절의 각도의 궤적 와 시각 t에 따른 오른쪽 힙 관절의 각도의 궤적 을 이용하여 사용자의 스윙하는 다리가 지면에 다가가는 시점을 추정하고, 사용자의 스윙하는 다리가 지면에 다가가는 시점부터 소정의 시간 및 동안 왼쪽 다리 및 오른쪽 다리를 더 높여주도록 피크 토크 및 를 제공할 수 있다.here, Represents the initial stabilization assistance force for the foot clearance provided to the left leg at time t, Represents the initial stabilization assistance force for the foot clearance provided to the right leg at time t, Represents the trajectory of the angle of the left hip joint according to time t, Represents the trajectory of the angle of the right hip joint according to time t, represents the evaluation value of the foot clearance of the left leg, may represent an evaluation value of the foot clearance of the right leg. also, represents the peak torque for the foot clearance provided to the left leg, represents the peak torque for the foot clearance provided to the right leg, Represents a predetermined time to provide an initial stabilization assistance force for foot clearance provided to the left leg, may represent a predetermined time to provide an initial stabilization assistance force for foot clearance provided to the right leg. According to Equation 9, the stabilization assistance force calculator calculates the trajectory of the angle of the left hip joint and the trajectory of the angle of the right hip joint according to time t The time point at which the user's swinging leg approaches the ground is estimated using and peak torque to elevate the left and right legs while and can provide.
또한, 안정 보조력 연산부는 적어도 하나의 인덱스마다, 초기 안정 보조력에 가중치를 적용하여 안정 보조력을 설정할 수 있다. 일 실시예에서, 안정 보조력 연산부는 아래의 수학식 10을 이용하여 안정 보조력을 결정할 수 있다.In addition, the stability assist force calculator may set the stability assist force by applying a weight to the initial stability assist force for each at least one index. In one embodiment, the stability assist force calculation unit may determine the stability assist
[수학식 10][Equation 10]
여기서, 은 n번째 스트라이드에 왼쪽(오른쪽) 다리에 제공되는 안정 보조력을 나타내고, 는 왼쪽(오른쪽) 다리의 인덱스 i의 k번째 가중치를 나타내고, 는 왼쪽(오른쪽) 다리에 제공되는 인덱스 i에 대한 초기 안정 보조력을 나타낼 수 있다.here, Represents the stabilization assistance force provided to the left (right) leg at the nth stride, represents the k-th weight of index i of the left (right) leg, may represent the initial stabilizing force for index i provided to the left (right) leg.
일 실시예에서, 안정 보조력 연산부는 하나의 스트라이드를 주기로 안정 보조력을 설정할 수 있다. 이 때, 평가값 및 가중치가 연산되는 주기는 인덱스마다 다를 수 있다. 예를 들어, 안정 보조력 연산부는 보행 대칭성에 대한 평가값 및 가중치를 하나의 스트라이드 마다 연산할 수 있고, 스트라이드 길이 및 풋 클리어런스에 대한 평가값 및 가중치를 100 스트라이드마다 연산할 수 있다. 이 경우, 안정 보조력 연산부는 하나의 스트라이드를 주기로 안정 보조력을 설정할 때, 보행 대칭성에 대한 평가값 및 가중치는 하나의 스트라이드마다 연산하여 연산된 값을 이용하고, 스트라이드 길이 및 풋 클리어런스에 대한 평가값 및 가중치는 이전에 연산된 값을 이용할 수 있다.In one embodiment, the stability assist force calculation unit may set the stability assist force in a cycle of one stride. In this case, a cycle in which the evaluation value and the weight are calculated may be different for each index. For example, the stability assist force calculation unit may calculate an evaluation value and weight for gait symmetry for each stride, and may calculate an evaluation value and weight for stride length and foot clearance for every 100 strides. In this case, when the stability assist force calculation unit sets the stability assist force in a cycle of one stride, the evaluation value and weight for gait symmetry are calculated for each stride, using the calculated value, and evaluation of the stride length and foot clearance Values and weights may use previously calculated values.
기본 보조력 설정부(230)는 보행 데이터를 기초로 사용자의 보행 동작에 따른 기본 보조력을 설정할 수 있다. 여기서, 기본 보조력은 보조력 설정 장치(200)가 적어도 하나의 인덱스의 평가값을 고려하지 않고, 사용자의 보행을 보조하기 위하여 기본적으로 설정하는 보조력을 의미할 수 있다. 기본 보조력 설정부(230)는 AO(Adaptive Oscillator, 적응적 오실레이터) 기반 기본 보조력 설정 기법 또는 FSM(Finite State Machine, 유한 상태 머신) 기반 기본 보조력 설정 기법을 이용하여 기본 보조력을 설정할 수 있다. 이 때, 기본 보조력 설정부(230)가 AO 기반 기본 보조력 설정 기법 또는 FSM 기반 기본 보조력 설정 기법 중 어느 기본 보조력 설정 기법을 선택할지 여부는 통신 인터페이스를 통하여 외부로부터 선택될 수도 있고, 기본 보조력 설정부(230)가 사용자의 근력 수준 또는 보행 패턴을 분석하여 선택할 수도 있다.The basic assisting
AO 기반 기본 보조력 설정 기법에 의할 경우, 기본 보조력 설정부(230)는 AO에 보행 데이터를 적용하여 사용자의 보행 동작의 주기성(예를 들어, 주파수 패턴, 위상 패턴)을 추정하고, 보행 동작의 주기성에 대응하는 보조력을 기본 보조력으로 설정할 수 있다. 이 때, 각 주기성에 대응하는 보조력은 미리 설정될 수 있다. 일 예로, AO 기반 기본 보조력 설정 기법에 따라 설정된 기본 보조력은 규칙적으로 보행을 수행하는 사용자 또는 정상 보행자의 보행 속도로 보행을 수행하는 사용자에게 적합할 수 있다.In the case of the AO-based basic assistance force setting technique, the basic assistance
FSM 기반 보조력 설정 기법에 의할 경우, 기본 보조력 설정부(230)는 복수개의 보행 상태를 미리 모델링할 수 있고, FSM에 보행 데이터를 적용하여 모델링된 복수개의 보행 상태 중 사용자의 보행 동작과 대응되는 보행 상태를 인식할 수 있다. 또한, 기본 보조력 설정부(230)는 인식된 보행 상태에 따른 보조력을 기본 보조력으로 설정할 수 있다. 이 때, 각 보행 상태에 대응하는 보조력은 미리 설정될 수 있다. 일 예로, FSM 기반 기본 보조력 설정 기법에 따라 설정된 기본 보조력은 불규칙적으로 보행을 수행하는 사용자 또는 정상 보행자의 보행 속도로 보행을 할 수 없는 사용자에게 적합할 수 있다.In the case of the FSM-based assist force setting technique, the basic assist
또한, 보조력 설정 장치(200)는 보행 데이터를 기초로 사용자의 보행 동작을 인식하는 보행 동작 인식부를 더 포함할 수 있다.Also, the assisting
보행 동작 인식부는 보행 데이터를 기초로 사용자가 보행 동작을 수행하는지 여부를 판단할 수 있다. 보행 동작 인식부에서 사용자가 보행 동작을 수행하는 것으로 판단된 경우, 기본 보조력 설정부(230)는 보행 데이터를 기초로 기본 보조력을 설정할 수 있다. 또한, 보행 동작 인식부에서 사용자가 보행 동작을 수행하지 않는 것으로 판단된 경우, 기본 보조력 설정부(230)는 기본 보조력을 0으로 설정할 수 있다.The gait motion recognition unit may determine whether the user performs a gait motion based on the gait data. When the gait motion recognizing unit determines that the user performs a gait motion, the basic assisting
최종 보조력 설정부(240)는 기본 보조력과 안정 보조력에 기초하여 최종 보조력을 설정할 수 있다. 일 실시예에서, 최종 보조력 설정부(240)는 기본 보조력과 안정 보조력을 합하여 최종 보조력을 설정할 수 있다. 또한, 최종 보조력 설정부(240)는 기본 보조력 및 안정 보조력 중 절대값이 큰 값을 최종 보조력으로 설정할 수 있다. 또한, 다른 일 실시예에서, 최종 보조력 설정부(240)는 안정 보조력만을 최종 보조력으로 설정할 수 있다. 또한, 이에 한정되지 않고, 최종 보조력 설정부(240)는 기본 보조력과 안정 보조력을 다른 방법으로 조합하여 최종 보조력을 설정할 수 있다.The final assisting
일 실시예에서, 최종 보조력 설정부(240)는 통신 인터페이스를 이용하여, 안정 보조력에 대한 정보, 기본 보조력에 대한 정보 또는 최종 보조력에 관한 정보를 외부 장치(예를 들어, 외부의 보행 보조 장치, 서버)에 전송할 수 있다.In one embodiment, the final assisting
또한, 최종 보조력 설정부(240)는 보행 보조 장치가 안정 보조력 또는 최종 보조력을 출력하도록 보행 보조 장치를 제어할 수 있다. 이에 따라, 최종 보조력 설정부(240)에 의해 제어되는 보행 보조 장치는 안정 보조력 또는 최종 보조력에 따라 사용자가 안정적으로 보행하도록 보조하여, 사용자의 낙상 위험을 방지할 수 있다.Also, the final assisting
도 3은 다른 일 실시예에 따른 보조력 설정 장치를 나타낸 블록도이다.3 is a block diagram illustrating an assisting force setting device according to another exemplary embodiment.
도 3을 참조하면, 보조력 설정 장치(300)는 인덱스 평가부(310), 가중치 연산부(320) 및 보조력 설정부(330)를 포함한다.Referring to FIG. 3 , the assisting
인덱스 평가부(310)는 사용자의 보행 데이터를 기초로 사용자의 보행 안정도를 나타내는 적어도 하나의 인덱스의 평가값을 연산할 수 있다. 여기서, 적어도 하나의 인덱스는 보행 대칭성, 스트라이드 길이, 스트라이드 넓이, 풋 클리어런스, 착지 속도 또는 보행비 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The
인덱스 평가부(310)는 스트라이드를 기준으로 보행 데이터를 분류하고, 분류된 보행 데이터를 기초로 적어도 하나의 인덱스의 평가값을 연산할 수 있다. 이 때, 인덱스 평가부(310)는 상술한 수학식 1을 이용하여 보행 대칭성의 평가값을 연산하고, 상술한 수학식 2를 이용하여 스트라이드 길이의 평가값을 연산하고, 상술한 수학식 3을 이용하여 풋 클리어런스의 평가값을 연산할 수 있다. 또한, 인덱스 평가부(310)는 각 인덱스마다 평가값과 임계값을 비교하여, 각 인덱스를 기준으로 사용자의 보행이 안정한지 여부를 판단할 수 있다.The
가중치 연산부(320)는 적어도 하나의 인덱스의 평가값 및 적어도 하나의 인덱스에 대응하는 임계값의 차이를 기초로 적어도 하나의 인덱스에 대한 가중치를 연산할 수 있다. 이 때, 가중치 연산부(320)는 상술한 수학식 4와 같이, 적어도 하나의 인덱스의 평가값과 적어도 하나의 인덱스에 대응하는 임계값의 차이를 정규화하여 적어도 하나의 인덱스에 대한 가중치를 연산할 수 있다.The
보조력 설정부(330)는 적어도 하나의 인덱스에 대응하는 초기 안정 보조력에 가중치를 적용하여 안정 보조력을 설정할 수 있다.The assisting
보조력 설정부(330)는 보행 데이터를 기초로 초기 안정 보조력을 설정하고, 초기 안정 보조력에 가중치를 적용하여 안정 보조력을 설정할 수 있다. 일 예로, 보조력 설정부(330)는 상술한 수학식 7을 이용하여 보행 대칭성에 대한 초기 안정 보조력을 설정하고, 상술한 수학식 8을 이용하여 스트라이드 길이에 대한 초기 안정 보조력을 설정하고, 상술한 수학식 9를 이용하여 풋 클리어런스에 대한 초기 안정 보조력을 설정할 수 있다.The assisting
또한, 보조력 설정부(330)는 적어도 하나의 인덱스마다, 초기 안정 보조력에 가중치를 적용하여 안정 보조력을 설정할 수 있다. 일 예로, 보조력 설정부(330)는 상술한 수학식 10을 이용하여 안정 보조력을 결정할 수 있다.Also, the assisting
또한, 보조력 설정 장치(300)는 보행 데이터를 기초로 사용자의 보행 동작에 따른 기본 보조력을 설정하는 기본 보조력 설정부를 포함할 수 있다.Also, the assisting
기본 보조력 설정부는 보행 데이터를 기초로 사용자의 보행 동작에 따른 기본 보조력을 설정한다. 기본 보조력 설정부는 AO 기반 기본 보조력 설정 기법 또는 FSM 기반 기본 보조력 설정 기법을 이용하여 기본 보조력을 설정할 수 있다. 이 때, 기본 보조력 설정부가 AO 기반 기본 보조력 설정 기법 또는 FSM 기반 기본 보조력 설정 기법 중 어느 기본 보조력 설정 기법을 선택할지 여부는 통신 인터페이스를 통하여 외부로부터 선택될 수도 있고, 기본 보조력 설정부가 사용자의 근력 수준 또는 보행 패턴을 분석하여 선택할 수도 있다.The basic assisting force setting unit sets the basic assisting force according to the user's gait motion based on the gait data. The basic assisting force setting unit may set the basic assisting force using an AO-based basic assisting force setting technique or an FSM-based basic assisting force setting technique. At this time, whether the basic assisting force setting unit selects which of the AO-based basic assisting force setting technique or the FSM-based basic assisting force setting technique is selected from the outside through a communication interface, and the basic assisting force setting An additional user's muscle strength level or gait pattern may be analyzed and selected.
AO 기반 기본 보조력 설정 기법에 의할 경우, 기본 보조력 설정부는 AO에 보행 데이터를 적용하여 사용자의 보행 동작의 주기성을 추정하고, 보행 동작의 주기성에 대응하는 보조력을 기본 보조력으로 설정할 수 있다.In the case of the AO-based basic assistive force setting technique, the basic assistive force setter may apply gait data to AO to estimate the periodicity of the user's gait motion, and set the assistive force corresponding to the periodicity of the gait motion as the basic assistive force. there is.
FSM 기반 보조력 설정 기법에 의할 경우, 기본 보조력 설정부는 복수개의 보행 상태를 미리 모델링 할 수 있고, FSM에 보행 데이터를 적용하여 모델링된 복수개의 보행 상태 중 사용자의 보행 동작과 대응되는 보행 상태를 인식할 수 있다. 또한, 기본 보조력 설정부는 인식된 보행 상태에 따른 보조력을 기본 보조력으로 설정할 수 있다.In the case of the FSM-based assist force setting technique, the basic assist force setting unit can model a plurality of gait states in advance, and the gait state corresponding to the user's gait motion among the plurality of gait states modeled by applying the gait data to the FSM can recognize Also, the basic assisting force setter may set the assisting force according to the recognized walking state as the basic assisting force.
또한, 보조력 설정부(330)는 기본 보조력과 안정 보조력에 기초하여 최종 보조력을 설정할 수 있다. 일 실시예에서, 보조력 설정부(330)는 기본 보조력과 안정 보조력을 합하여 최종 보조력을 설정할 수 있다. 또한, 보조력 설정부(330)는 기본 보조력 및 안정 보조력 중 절대값이 큰 값을 최종 보조력으로 설정할 수 있다. 또한, 다른 일 실시예에서, 보조력 설정부(330)는 안정 보조력만을 최종 보조력으로 설정할 수 있다. 또한, 이에 한정되지 않고, 보조력 설정부(330)는 기본 보조력과 안정 보조력을 다른 방법으로 조합하여 최종 보조력을 설정할 수 있다.Also, the assisting
도 4는 또 다른 일 실시예에 따른 보조력 설정 장치를 나타낸 블록도이다.4 is a block diagram illustrating an assisting force setting device according to another exemplary embodiment.
도 4를 참조하면, 보조력 설정 장치(400)는 보행 데이터 추출부(410), 동작 추정부(420), 선택부(430), 기본 보조력 설정부(440), 안정 보조력 설정부(450) 및 최종 보조력 설정부(460)를 포함한다.Referring to FIG. 4 , the assisting
보행 데이터 추출부(410)는 힙 관절 추정부(411) 및 방향 추정부(412)를 포함한다. 힙 관절 추정부(411)는 양쪽 힙 관절의 각도, 양쪽 힙 관절의 속도, 양쪽 힙 관절의 각속도에 대한 정보를 추정할 수 있다. 예를 들어, 힙 관절 추정부(411)는 포텐셔미터로부터 2축 관절 각도 데이터, 2축 관절 각속도 데이터를 수신할 수 있다. 다른 예로서, 힙 관절 추정부(411)는 모터 인코더(motor encoder)로부터 양쪽 힙 관절의 각도, 속도 또는 각속도에 대한 정보를 수신할 수 있다. 힙 관절 추정부(411)는 포텐셔미터 또는 모터 인코더로부터 수신한 정보를 이용하여 힙 관절에 대한 정보를 추정할 수 있다.The gait
방향 추정부(412)는 양쪽 힙 관절 운동 방향에 대한 정보를 추정할 수 있다. 예를 들어, 방향 추정부(420)는 IMU 센서로부터 사용자의 보행 동작에 따른 X축, Y축, Z축 가속도 데이터 및 X축, Y축, Z축 각속도 데이터를 수신하고, IMU 센서로부터 수신한 데이터를 이용하여 양쪽 힙 관절의 운동 방향을 추정할 수 있다.The
동작 추정부(420)는 동작 재구성부(421), 동작 인식부(422) 및 환경 인식부(423)를 포함한다. 동작 재구성부(421)는 보행 데이터 추출부(410)에서 획득한 보행 데이터를 이용하여 사용자의 자세를 추정할 수 있다. 예를 들어, 동작 재구성부(421)는 힙 관절 추정부(411)에서 획득한 힙 관절에 대한 정보를 이용하여 무릎 또는 발목의 자세를 추정할 수 있다.The
동작 인식부(422)는 보행 데이터 추출부 (410)에서 획득한 보행 데이터를 이용하여 사용자의 동작(예를 들어, 서 있는 동작, 앉아 있는 동작, 보행하는 동작)을 추정할 수 있다.The
환경 인식부(423)는 보행 데이터 추출부(410)에서 획득한 보행 데이터를 이용하여 사용자의 보행 환경을 추정할 수 있다. 예를 들어, 환경 인식부(423)는 보행 데이터 추출부(410)에서 획득한 보행 데이터를 이용하여 평지 환경, 상향 경사 환경, 하향 경사 환경, 상향 계단 환경 및 하향 계단 환경을 인식할 수 있다. 또한, 이에 한정되지 않고, 환경 인식부(423)는 상술한 5개의 보행 환경 외에 다른 보행 환경을 인식할 수도 있다.The
선택부(430)는 기본 보조력을 설정하기 위한 기법을 선택한다. 예를 들어, 선택부(430)는 AO 기반 기본 보조력 설정 기법 또는 FSM 기반 기본 보조력 설정 기법을 선택할 수 있다. 이 때, 선택부(430)는 통신 인터페이스를 통하여 외부로부터 기본 보조력 설정 기법을 선택 받을 수도 있고, 사용자의 근력 수준 또는 보행 패턴을 분석하여 선택할 수도 있다.The
기본 보조력 설정부(440)는 보행 주기 추정부(441), 제1 기본 보조력 설정부(442), 보행 상태 인식부(443) 및 제2 기본 보조력 설정부(444)를 포함한다.The basic assisting
선택부(430)에서 AO 기반 기본 보조력 설정 기법이 선택된 경우, 보행 주기 추정부(441)는 AO에 보행 데이터를 적용하여 사용자의 보행 동작의 주기성을 추정할 수 있다. 예를 들어, 보행 주기 추정부(441)는 AO에 보행 데이터를 적용하여 사용자의 보행에 따른 주기적인 주파수 패턴 또는 위상 패턴을 추출할 수 있다. 제1 기본 보조력 설정부(442)는 보행 동작의 주기성에 대응하는 보조력을 기본 보조력으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 제1 기본 보조력 설정부(442)는 복수의 주파수(위상) 패턴 및 복수의 주파수(위상) 패턴 각각에 대응하는 보조력을 미리 설정할 수 있다. 제1 기본 보조력 설정부(442)는 복수의 주파수(위상) 패턴 중 보행 주기 추정부(441)에서 추정된 주파수(위상) 패턴과 대응하는 주파수(위상) 패턴을 추출하고, 복수의 주파수(위상) 패턴 각각에 대응하는 보조력으로부터, 추출된 주파수(위상) 패턴과 대응하는 보조력을 추출할 수 있다.When the AO-based basic assistance force setting technique is selected by the
선택부(430)에서 FSM 기반 기본 보조력 설정 기법이 선택된 경우, 보행 주기 추정부(441)는 FSM에 보행 데이터를 적용하여 모델링된 복수개의 보행 상태 중 사용자의 보행 동작과 대응되는 보행 상태를 인식할 수 있다. 예를 들어, 보행 상태 인식부(443)는 복수개의 보행 상태를 미리 모델링할 수 있다. 일 예로, 보행 상태 인식부(443)는 오른쪽 다리가 스윙하는 상태, 양쪽 다리가 교차하는 상태, 왼쪽 다리가 스윙하는 상태로 보행 상태를 분류하고, 분류된 보행 상태를 모델링할 수 있다. 보행 상태 인식부(443)는 FSM에 보행 데이터를 적용하여 사용자의 보행 상태를 인식할 수 있다. 또한, 보행 상태 인식부(443)는 동작 재구성부(421)에서 추정된 사용자의 자세를 이용하여 사용자의 보행 상태를 인식할 수 있다. 보행 상태 인식부(443)는 모델링된 복수개의 보행 상태 중 인식된 보행 상태와 대응되는 보행 상태를 추출할 수 있다. When the FSM-based basic assistance force setting technique is selected by the
제2 기본 보조력 설정부(444)는 모델링된 복수개의 보행 상태 중 추출된 보행 상태와 대응되는 보조력을 기본 보조력으로 설정할 수 있다. 이 때, 각 보행 상태에 대응하는 보조력은 미리 설정될 수 있다.The second basic assisting
안정 보조력 설정부(450)는 인덱스 평가부(451), 가중치 연산부(452) 및 안정 보조력 결정부(453)를 포함한다.The stability assist
인덱스 평가부(451)는 스트라이드를 기준으로 보행 데이터를 분류하고, 분류된 보행 데이터를 기초로 적어도 하나의 인덱스의 평가값을 연산할 수 있다. 이 때, 인덱스 평가부(451)는 상술한 수학식 1을 이용하여 보행 대칭성의 평가값을 연산하고, 상술한 수학식 2를 이용하여 스트라이드 길이의 평가값을 연산하고, 상술한 수학식 3을 이용하여 풋 클리어런스의 평가값을 연산할 수 있다. 또한, 인덱스 평가부(451)는 각 인덱스마다 평가값과 임계값을 비교하여, 각 인덱스를 기준으로 사용자의 보행이 안정한지 여부를 판단할 수 있다.The
일 실시예에서, 동작 인식부(422)에서 사용자가 보행을 하지 않는 것으로 인식된 경우, 안정 보조력을 설정하지 않아도 되므로, 인덱스 평가부(451)는 적어도 하나의 인덱스에 대한 평가값을 연산하지 않을 수 있다.In one embodiment, when the
가중치 연산부(452)는 적어도 하나의 인덱스의 평가값 및 적어도 하나의 인덱스에 대응하는 임계값의 차이를 기초로 적어도 하나의 인덱스에 대한 가중치를 연산할 수 있다. 이 때, 가중치 연산부(452)는 상술한 수학식 4와 같이, 적어도 하나의 인덱스의 평가값과 적어도 하나의 인덱스에 대응하는 임계값의 차이를 정규화하여 적어도 하나의 인덱스에 대한 가중치를 연산할 수 있다. 안정 보조력 결정부(453)는 보행 데이터를 기초로 초기 안정 보조력을 설정하고, 초기 안정 보조력에 가중치를 적용하여 안정 보조력을 설정할 수 있다. 일 예로, 안정 보조력 결정부(453)는 상술한 수학식 7을 이용하여 보행 대칭성에 대한 초기 안정 보조력을 설정하고, 상술한 수학식 8을 이용하여 스트라이드 길이에 대한 초기 안정 보조력을 설정하고, 상술한 수학식 9를 이용하여 풋 클리어런스에 대한 초기 안정 보조력을 설정할 수 있다.The
안정 보조력 결정부(453)는 적어도 하나의 인덱스마다, 초기 안정 보조력에 가중치를 적용하여 안정 보조력을 결정할 수 있다. 일 예로, 안정 보조력 결정부(453)는 상술한 수학식 10을 이용하여 안정 보조력을 결정할 수 있다.The stability assist
최종 보조력 설정부(460)는 기본 보조력 설정부(440)에서 설정된 기본 보조력과 안정 보조력 설정부(450)에서 설정된 안정 보조력에 기초하여 최종 보조력을 설정할 수 있다. 최종 보조력 설정부(460)는 기본 보조력과 안정 보조력을 합하여 최종 보조력을 설정할 수도 있고, 기본 보조력 및 안정 보조력 중 절대값이 큰 값을 최종 보조력을 설정할 수도 있다. 또한, 최종 보조력 설정부(460)는 안정 보조력만을 최종 보조력으로 설정할 수도 있다.The final assisting
도 5는 일 실시예에 따른 최종 보조력의 설정을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.5 is an operation flowchart illustrating setting of a final assisting force according to an exemplary embodiment.
도 5를 참조하면, 보조력 설정 장치는 사용자의 보행 동작을 인식한다(510). 보조력 설정 장치는 사용자의 움직임을 센싱하는 센서로부터 보행 데이터를 획득하고, 획득한 보행 데이터를 이용하여 사용자의 동작을 추정할 수 있다.Referring to FIG. 5 , the assisting force setting device recognizes the user's gait motion (510). The assisting force setting device may obtain gait data from a sensor that senses the user's motion and estimate the user's motion using the acquired gait data.
보조력 설정 장치는 사용자가 보행 중인지 여부를 판단한다(520). 사용자가 보행을 하지 않는 것으로 판단된 경우, 보조력 설정 장치는 안정 보조력을 0으로 설정한다(560).The assisting force setting device determines whether the user is walking (520). When it is determined that the user does not walk, the assisting force setting device sets the stabilizing assisting force to 0 (560).
사용자가 보행을 하는 것으로 판단된 경우, 보조력 설정 장치는 적어도 하나의 인덱스의 평가값을 연산한다(530). 일 예로, 보조력 설정 장치는 상술한 수학식 1을 이용하여 보행 대칭성의 평가값을 연산하고, 상술한 수학식 2를 이용하여 스트라이드 길이의 평가값을 연산하고, 상술한 수학식 3을 이용하여 풋 클리어런스의 평가값을 연산할 수 있다. When it is determined that the user is walking, the assisting force setting device calculates an evaluation value of at least one index (530). For example, the assisting force setting device calculates an evaluation value of gait
또한, 보조력 설정 장치는 적어도 하나의 인덱스에 대한 가중치를 연산한다(540). 보조력 설정 장치는 적어도 하나의 인덱스의 평가값 및 적어도 하나의 인덱스에 대응하는 임계값의 차이를 기초로 적어도 하나의 인덱스에 대한 가중치를 연산할 수 있다. 이 때, 보조력 설정 장치는 상술한 수학식 4와 같이, 적어도 하나의 인덱스의 평가값과 적어도 하나의 인덱스에 대응하는 임계값의 차이를 정규화하여 적어도 하나의 인덱스에 대한 가중치를 연산할 수 있다.Also, the assisting force setting device calculates a weight for at least one index (540). The assisting force setting device may calculate a weight for at least one index based on a difference between an evaluation value of at least one index and a threshold value corresponding to the at least one index. At this time, the assisting force setting device may calculate the weight for the at least one index by normalizing the difference between the evaluation value of the at least one index and the threshold value corresponding to the at least one index, as in Equation 4 described above. .
또한, 보조력 설정 장치는 안정 보조력을 설정한다(550). 보조력 설정 장치는 보행 데이터를 기초로 초기 안정 보조력을 설정하고, 초기 안정 보조력에 가중치를 적용하여 안정 보조력을 설정할 수 있다. 일 예로, 보조력 설정 장치는 상술한 수학식 7을 이용하여 보행 대칭성에 대한 초기 안정 보조력을 설정하고, 상술한 수학식 8을 이용하여 스트라이드 길이에 대한 초기 안정 보조력을 설정하고, 상술한 수학식 9를 이용하여 풋 클리어런스에 대한 초기 안정 보조력을 설정할 수 있다. 또한, 보조력 설정 장치는 적어도 하나의 인덱스마다, 초기 안정 보조력에 가중치를 적용하여 안정 보조력을 설정할 수 있다. 일 예로, 보조력 설정 장치는 상술한 수학식 10을 이용하여 안정 보조력을 결정할 수 있다.In addition, the assisting force setting device sets a stable assisting force (550). The assisting force setting device may set an initial stabilizing assist force based on the gait data and set the stabilizing assist force by applying a weight to the initial stabilizing assist force. For example, the assisting force setting apparatus sets the initial stabilizing assisting force for the gait symmetry using Equation 7 described above, sets the initial stabilizing assisting force for the stride length using Equation 8 described above, and An initial stabilization assist force for the foot clearance may be set using Equation 9. In addition, the assisting force setting apparatus may set the stabilizing assisting force by applying a weight to the initial stabilizing assisting force for each at least one index. For example, the assisting force setting device may determine the stabilizing assisting
또한, 보조력 설정 장치는 보행 데이터를 기초로 사용자의 보행 동작에 따른 기본 보조력을 설정한다(570). 보조력 설정 장치는 AO 기반 기본 보조력 설정 기법 또는 FSM 기반 기본 보조력 설정 기법을 이용하여 기본 보조력을 설정할 수 있다. AO 기반 기본 보조력 설정 기법에 의할 경우, 보조력 설정 장치는 AO에 보행 데이터를 적용하여 사용자의 보행 동작의 주기성을 추정하고, 보행 동작의 주기성에 대응하는 보조력을 기본 보조력으로 설정할 수 있다. FSM 기반 보조력 설정 기법에 의할 경우, 보조력 설정 장치는 복수개의 보행 상태를 미리 모델링할 수 있고, FSM에 보행 데이터를 적용하여, 모델링된 복수개의 보행 상태 중 사용자의 보행 동작과 대응되는 보행 상태를 인식할 수 있다. 또한, 기본 보조력 설정부는 인식된 보행 상태에 따른 보조력을 기본 보조력으로 설정할 수 있다.Also, the assisting force setting apparatus sets a basic assisting force according to the user's gait motion based on the gait data (570). The assisting force setting device may set the basic assisting force using an AO-based basic assisting force setting technique or an FSM-based basic assisting force setting technique. In the case of the AO-based basic assistive force setting technique, the assistive force setting device may apply gait data to the AO to estimate the periodicity of the user's gait motion and set the assistive force corresponding to the periodicity of the gait motion as the basic assistive force. there is. In the case of the FSM-based assistive force setting technique, the assistive force setting device may model a plurality of gait states in advance, and apply gait data to the FSM to obtain a gait corresponding to the user's gait motion among the plurality of modeled gait states. status can be recognized. Also, the basic assisting force setter may set the assisting force according to the recognized walking state as the basic assisting force.
또한, 보조력 설정 장치는 안정 보조력과 기본 보조력을 조합하여 최종 보조력을 설정한다(580). 보조력 설정 장치는 기본 보조력과 안정 보조력을 합하여 최종 보조력을 설정할 수도 있고, 기본 보조력 및 안정 보조력 중 절대값이 큰 값을 최종 보조력을 설정할 수도 있다. 또한, 보조력 설정 장치는 안정 보조력만을 최종 보조력으로 설정할 수도 있다.In addition, the assisting force setting device sets the final assisting force by combining the stabilizing assisting force and the basic assisting force (580). The assisting force setting device may set the final assisting force by adding the basic assisting force and the stability assisting force, or may set the final assisting force to a value having a larger absolute value among the basic assisting force and the stability assisting force. Also, the assisting force setting device may set only the stabilizing assisting force as the final assisting force.
도 6은 일 실시예에 따른 기본 보조력의 설정을 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram for explaining setting of a basic assisting force according to an exemplary embodiment.
도 6을 참조하면, 그래프는 사용자의 보행에 따른 보행 데이터의 변화를 나타낸다. 그래프의 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 힙 관절 각도 또는 힙 관절 속도를 나타낸다.Referring to FIG. 6 , a graph represents a change in gait data according to a user's gait. The horizontal axis of the graph represents time, and the vertical axis represents the hip joint angle or hip joint velocity.
시점 611에서 오른쪽 다리는 스윙을 멈출 수 있고, 시점 612에서 왼쪽 다리는 스윙하여 오른쪽 다리와 교차할 수 있고, 시점 613에서 왼쪽 다리는 스윙을 멈출 수 있고, 시점 614에서 오른쪽 다리는 스윙하여 왼쪽 다리와 교차할 수 있고, 시점 615에서 오른쪽 다리는 시점 611과 같이 스윙을 멈출 수 있다. 다시 말해, 시점 611 내지 시점 615에서의 보행 동작은 스트라이드를 나타내고, 시점 611 내지 시점 613에서의 보행 동작은 오른쪽 다리에 대한 스텝을 나타내고, 시점 613 내지 시점 615에서의 보행 동작은 왼쪽 다리에 대한 스텝을 나타낼 수 있다. 점선 621는 왼쪽 힙 관절 각도를 나타내고, 실선 622는 오른쪽 힙 관절 각도를 나타내고, 점선 631은 왼쪽 힙 관절 속도를 나타내고, 실선 632는 오른쪽 힙 관절 속도를 나타낼 수 있다.At
일 실시예에서, 보조력 설정 장치는 시점 611, 612, 613 및 614에서의 4개의 보행 상태 각각을 미리 모델링할 수 있다. 보조력 설정 장치는 FSM 기반 보조력 설정 기법에 따라, FSM에 양쪽 힙 관절 각도 정보(621, 622) 및 양쪽 힙 관절 속도 정보(631, 632)를 적용하여, 모델링된 4개의 보행 상태 중 사용자의 보행 동작과 대응되는 보행 상태를 인식할 수 있다. 또한, 보조력 설정 장치는 모델링된 4개의 보행 상태에 대응되는 보조력을 미리 설정할 수 있고, 보조력 설정 장치는 모델링된 4개의 보행 상태 중 사용자의 보행 동작으로 인식된 보행 상태에 따른 보조력을 기본 보조력으로 설정할 수 있다.In one embodiment, the assisting force setting device may model each of the four gait states at points in
다른, 일 실시예에서, 보조력 설정 장치는 AO 기반 기본 보조력 설정 기법에 따라, AO에 양쪽 힙 관절 각도 정보(621, 622) 및 양쪽 힙 관절 속도 정보(631, 632)를 적용하여 사용자의 보행 동작의 주기성(예를 들어, 위상 패턴)을 추정할 수 있다. 보조력 설정 장치는 각 주기성에 대응하는 보조력을 미리 설정할 수 있고, 추정된 보행 동작의 주기성에 대응하는 보조력을 기본 보조력으로 설정할 수 있다.In another embodiment, the assistive force setting device applies both hip
도 7은 일 실시예에 따른 보행 대칭성에 대한 평가값 연산을 설명하기 위한 도면이다.7 is a diagram for explaining calculation of an evaluation value for gait symmetry according to an exemplary embodiment.
도 7을 참조하면, 그래프 (a)는 사용자의 보행에 따른 힙 관절 각도의 변화를 나타낸다. 그래프 (a)의 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 힙 관절 각도를 나타낸다.Referring to FIG. 7 , graph (a) shows a change in a hip joint angle according to a user's walking. In graph (a), the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the hip joint angle.
시점 711에서 왼쪽 다리는 스윙을 멈출 수 있고, 시점 712에서 오른쪽 다리는 스윙하여 왼쪽 다리와 교차할 수 있고, 시점 713에서 오른쪽 다리는 스윙을 멈출 수 있고, 시점 714에서 왼쪽 다리는 스윙하여 오른쪽 다리와 교차할 수 있고, 시점 715에서 왼쪽 다리는 스윙을 멈출 수 있다. 또한, 시점 716에서 오른쪽 다리는 스윙하여 왼쪽 다리와 교차할 수 있고, 시점 717에서 오른쪽 다리는 시점 713과 같이 스윙을 멈출 수 있다. 시점 711 내지 시점 715에서의 보행 동작은 오른쪽 다리에 대한 하나의 스트라이드를 나타내고, 시점 713 내지 시점 717에서의 보행 동작은 왼쪽 다리에 대한 하나의 스트라이드를 나타낸다. 또한, 시점 711 내지 시점 713에서의 보행 동작 및 시점 715 내지 시점 717에서의 보행 동작은 왼쪽 다리의 스텝을 나타내고, 시점 713 내지 시점 715에서의 보행 동작은 오른쪽 다리의 스텝을 나타낸다. 실선 721는 오른쪽 힙 관절 각도를 나타내고, 점선 722는 왼쪽 힙 관절 각도를 나타낸다.At
보조력 설정 장치는 오른쪽 힙 관절 각도의 궤적(721)과 왼쪽 힙 관절 각도의 궤적(722)의 유사도를 추정하고, 추정된 유사도를 보행 대칭성의 평가값으로 결정할 수 있다. 보조력 설정 장치는 시점 711 내지 시점 715에서의 오른쪽 힙 관절 각도의 궤적과 시점 713 내지 시점 717에서의 왼쪽 힙 관절 각도의 궤적의 차이를 계산할 수 있다. 이 때, 시점 711 내지 시점 715에서의 오른쪽 힙 관절 각도의 궤적과 시점 713 내지 시점 717에서의 왼쪽 힙 관절 각도의 궤적은 하나의 스텝 간격일 수 있다.The assisting force setting apparatus may estimate a similarity between the right hip
그래프 (b)는 시점 711 내지 시점 715에서의 오른쪽 힙 관절 각도의 궤적(실선 731)과 시점 713 내지 시점 717에서의 왼쪽 힙 관절 각도의 궤적(점선 732)의 차이(733)를 나타낸다. 그래프 (b)에서, 가로축은 NST를 나타내고, 세로축은 힙 관절 각도를 나타낸다.Graph (b) shows a
보조력 설정 장치는 상술한 수학식 1을 이용하여 보행 대칭성의 평가값을 연산할 수 있다. 보조력 설정 장치는 다이나믹 타임 와핑을 오른쪽 힙 관절 각도의 궤적(731)과 왼쪽 힙 관절 각도의 궤적(732)의 차이(733)에 적용하여 오른쪽 힙 관절 각도의 궤적(731)과 왼쪽 힙 관절 각도의 궤적(732)의 유사도를 추정하고, 추정된 유사도를 시점 711 내지 시점 717에서의 보행 대칭성의 평가값으로 계산할 수 있다. 또한, 보조력 설정 장치는 평가값과 보행 대칭성에 대한 임계값을 비교하여 보행 대칭성을 기준으로 사용자의 보행이 안정한지 여부를 판단할 수 있다.The assisting force setting device may calculate an evaluation value of gait
도 8은 일 실시예에 따른 보행 대칭성에 대한 초기 안정 보조력의 설정을 설명하기 위한 도면이다.8 is a diagram for explaining setting of an initial stability assist force for gait symmetry according to an exemplary embodiment.
도 8을 참조하면, 그래프 (a)는 사용자의 보행에 따른 힙 관절 각도의 변화를 나타내고, 그래프 (b)는 사용자의 보행에 따른 초기 안정 보조력을 나타낸다. 그래프 (a)의 가로축은 NST를 나타내고, 세로축은 힙 관절 각도를 나타낸다. 그래프 (b)의 가로축은 NST를 나타내고, 세로축은 초기 안정 보조력을 나타낸다.Referring to FIG. 8 , graph (a) shows a change in the hip joint angle according to the user's walking, and graph (b) shows the initial stability assist force according to the user's walking. In graph (a), the horizontal axis represents NST, and the vertical axis represents the hip joint angle. In the graph (b), the horizontal axis represents NST, and the vertical axis represents initial stability assistance force.
시점 811에서 오른쪽 다리는 스윙을 멈출 수 있고, 시점 812에서 왼쪽 다리는 스윙하여 오른쪽 다리와 교차할 수 있고, 시점 813에서 왼쪽 다리는 스윙을 멈출 수 있고, 시점 814에서 오른쪽 다리는 스윙하여 왼쪽 다리와 교차할 수 있고, 시점 815에서 오른쪽 다리는 시점 811과 같이 스윙을 멈출 수 있다. 시점 811 내지 시점 815에서의 보행 동작은 스트라이드를 나타내고, 시점 811 내지 시점 813에서의 보행 동작은 오른쪽 다리에 대한 스텝을 나타내고, 시점 813 내지 시점 815에서의 보행 동작은 왼쪽 다리에 대한 스텝을 나타낼 수 있다. At
그래프 (a)에서, 실선 821는 오른쪽 힙 관절 각도를 나타내고, 점선 822는 왼쪽 힙 관절 각도를 나타내고, 그래프 (b)에서, 실선 861은 오른쪽 다리에 제공하는 초기 안정 보조력을 나타내고, 점선 862는 왼쪽 다리에 제공하는 초기 안정 보조력을 나타낼 수 있다.In graph (a),
보조력 설정 장치는 상술한 수학식 5 내지 7에 따라, NST 축 상에서 나타난 오른쪽 힙 관절 각도의 궤적(821)과 왼쪽 힙 관절 각도의 궤적(822)의 차이에 미리 정해진 게인을 곱하여 초기 안정 보조력을 설정할 수 있다. 오른쪽 다리에 제공하는 초기 안정 보조력(861)을 설정하기 위해, 보조력 설정 장치는 왼쪽 힙 관절 각도의 궤적(822)에 오른쪽 힙 관절 각도의 궤적(821)을 뺀 값에 오른쪽 다리에 제공하는 초기 안정 보조력의 게인을 곱할 수 있다. 또한, 왼쪽 다리에 제공하는 초기 안정 보조력(862)을 설정하기 위해, 보조력 설정 장치는 오른쪽 힙 관절 각도의 궤적(821)에 왼쪽 힙 관절 각도의 궤적(822)을 뺀 값에 왼쪽 다리에 제공하는 초기 안정 보조력의 게인을 곱할 수 있다.The assisting force setting device multiplies the difference between the
오른쪽 다리에 대한 초기 안정 보조력은 시점 811부터 적용될 수 있고, 왼쪽 다리에 대한 초기 안정 보조력은 시점 813부터 적용될 수 있다.An initial stabilization assist force for the right leg may be applied from a
이에 따라, 보조력 설정 장치는 왼쪽 힙 관절 각도의 궤적(822)과 오른쪽 힙 관절 각도의 궤적(821)의 차이가 상쇄되도록 오른쪽 다리에 제공하는 초기 안정 보조력(861) 및 왼쪽 다리에 제공하는 초기 안정 보조력(862)를 설정할 수 있다. Accordingly, the assisting force setting device provides the initial stabilizing
도 9는 일 실시예에 따른 스트라이드 길이에 대한 초기 안정 보조력의 설정을 설명하기 위한 도면이다.9 is a diagram for explaining setting of an initial stabilization assist force with respect to a stride length according to an exemplary embodiment.
도 9를 참조하면, 그래프는 사용자의 보행에 따른 초기 안정 보조력을 나타낸다. 그래프의 가로축은 NST를 나타내고, 세로축은 초기 안정 보조력을 나타낸다.Referring to FIG. 9 , a graph shows an initial stability assistance force according to a user's walking. The horizontal axis of the graph represents NST, and the vertical axis represents initial stabilization assistance force.
시점 911에서 오른쪽 다리는 스윙을 멈출 수 있고, 시점 912에서 왼쪽 다리는 스윙하여 오른쪽 다리와 교차할 수 있고, 시점 913에서 왼쪽 다리는 스윙을 멈출 수 있고, 시점 914에서 오른쪽 다리는 스윙하여 왼쪽 다리와 교차할 수 있고, 시점 915에서 오른쪽 다리는 시점 911과 같이 스윙을 멈출 수 있다. 시점 911 내지 시점 915에서의 보행 동작은 스트라이드를 나타내고, 시점 911 내지 시점 913에서의 보행 동작은 오른쪽 다리에 대한 스텝을 나타내고, 시점 913 내지 시점 915에서의 보행 동작은 왼쪽 다리에 대한 스텝을 나타낼 수 있다. 그래프에서, 실선 921은 오른쪽 다리에 제공하는 초기 안정 보조력을 나타내고, 점선 922는 왼쪽 다리에 제공하는 초기 안정 보조력을 나타낼 수 있다.At
보조력 설정 장치는 상술한 수학식 8에 따라, 왼쪽 힙 관절의 각도의 궤적과 오른쪽 힙 관절의 각도의 궤적을 이용하여 오른쪽 다리와 왼쪽 다리의 교차 시점을 추출하고, 교차 시점부터 소정의 시간 동안의 피크 토크를 스트라이드 길이에 대한 초기 안정 보조력으로 설정할 수 있다. 여기서, 소정의 시간 및 피크 토크는 미리 설정될 수 있다. 도 9의 예에서, 보조력 설정 장치는 시점 912 및 시점 914를 오른쪽 다리와 왼쪽 다리의 교차 시점으로 추출할 수 있다. 보조력 설정 장치는 시점 912 및 시점 914부터 소정의 시간 동안 왼쪽 다리 및 오른쪽 다리에 피크 토크를 제공하도록 오른쪽 다리에 제공하는 초기 안정 보조력(921) 및 왼쪽 다리에 제공하는 초기 안정 보조력(922)을 설정할 수 있다. 이에 따라, 보조력 설정 장치는 시점 912 및 시점 914로부터 소정의 시간 동안 왼쪽 다리와 오른쪽 다리가 서로 벌어지도록 오른쪽 다리에 제공하는 초기 안정 보조력(921) 및 왼쪽 다리에 제공하는 초기 안정 보조력(922)을 설정할 수 있다.According to the above-described Equation 8, the assisting force setting device extracts the point of intersection of the right leg and the left leg using the trajectory of the angle of the left hip joint and the trajectory of the angle of the right hip joint, and for a predetermined time from the point of intersection The peak torque of can be set as the initial stabilizing assist force for the stride length. Here, a predetermined time and peak torque may be set in advance. In the example of FIG. 9 , the assisting force setting device may extract the
도 10은 일 실시예에 따른 풋 클리어런스에 대한 초기 안정 보조력의 설정을 설명하기 위한 도면이다.10 is a diagram for explaining setting of an initial stabilizing assist force for foot clearance according to an embodiment.
도 10을 참조하면, 그래프는 사용자의 보행에 따른 초기 안정 보조력을 나타낸다. 그래프의 가로축은 NST를 나타내고, 세로축은 초기 안정 보조력을 나타낸다.Referring to FIG. 10 , a graph shows an initial stability assistance force according to a user's walking. The horizontal axis of the graph represents NST, and the vertical axis represents initial stabilization assistance force.
시점 1011에서 오른쪽 다리는 스윙을 멈출 수 있고, 시점 1012에서 왼쪽 다리는 스윙하여 오른쪽 다리와 교차할 수 있고, 시점 1013에서 왼쪽 다리는 스윙을 멈출 수 있고, 시점 1014에서 오른쪽 다리는 스윙하여 왼쪽 다리와 교차할 수 있고, 시점 1015에서 오른쪽 다리는 시점 1011과 같이 스윙을 멈출 수 있다. 시점 1011 내지 시점 1015에서의 보행 동작은 스트라이드를 나타내고, 시점 1011 내지 시점 1013에서의 보행 동작은 오른쪽 다리에 대한 스텝을 나타내고, 시점 1013 내지 시점 1015에서의 보행 동작은 왼쪽 다리에 대한 스텝을 나타낼 수 있다. 그래프에서, 실선 1021은 오른쪽 다리에 제공하는 초기 안정 보조력을 나타내고, 점선 1022는 왼쪽 다리에 제공하는 초기 안정 보조력을 나타낼 수 있다.At
보조력 설정 장치는 상술한 수학식 9에 따라, 왼쪽 힙 관절의 각도의 궤적과 오른쪽 힙 관절의 각도의 궤적을 이용하여 사용자의 스윙하는 다리가 지면에 다가가는 시점을 추출하고, 스윙하는 다리가 지면에 다가가는 시점부터 소정의 시간 동안의 피크 토크를 풋 클리어런스에 대한 초기 안정 보조력을 설정할 수 있다. 여기서, 소정의 시간 및 피크 토크는 미리 설정될 수 있다. 도 10의 예에서, 보조력 설정 장치는 시점 1012와 시점 1013 사이의 시점을 왼쪽 다리가 지면에 다가가는 시점으로 추출하고, 시점 1014와 시점 1015 사이의 시점을 오른쪽 다리가 지면에 다가가는 시점으로 추출할 수 있다.According to Equation 9 above, the assisting force setting device extracts the point in time when the swinging leg of the user approaches the ground using the trajectory of the angle of the left hip joint and the trajectory of the angle of the right hip joint, and determines whether the swinging leg is The peak torque for a predetermined time from the point of approaching the ground may be set as the initial stabilizing force for the foot clearance. Here, a predetermined time and peak torque may be set in advance. In the example of FIG. 10 , the assisting force setting device extracts a time point between
보조력 설정 장치는 시점 1012와 시점 1013 사이의 시점부터 소정의 시간 동안 왼쪽 다리에 피크 토크를 제공하도록 왼쪽 다리에 제공하는 초기 안정 보조력(1022)을 설정하고, 시점 1014와 시점 1015 사이의 시점부터 소정의 시간 동안 오른쪽 다리에 피크 토크를 제공하도록 오른쪽 다리에 제공하는 초기 안정 보조력(1021)을 설정할 수 있다. 이에 따라, 보조력 설정 장치는 시점 1012와 시점 1013 사이의 시점부터 소정의 시간 동안 왼쪽 다리를 더 높여주도록 초기 안정 보조력(1022)을 설정하고, 시점 1014와 시점 1015 사이의 시점부터 소정의 시간 동안 오른쪽 다리를 더 높여주도록 초기 안정 보조력(1021)을 설정할 수 있다.The assisting force setting device sets the initial stabilizing assisting
도 11은 일 실시예에 따른 보조력의 설정을 설명하기 위한 도면이다.11 is a diagram for explaining setting of an assisting force according to an exemplary embodiment.
도 11을 참조하면, 보조력 설정 장치는 보행 보조 장치(1110) 또는 외부 장치(예를 들어, 서버)(1120)내에 포함될 수 있다.Referring to FIG. 11 , the assisting force setting device may be included in a
일 실시예에서, 보조력 설정 장치가 보행 보조 장치(1110)에 포함된 경우, 보조력 설정 장치는 보행 보조 장치(1110)에 포함된 센서로부터 보행 동작에 따른 사용자의 운동량의 변화를 센싱한 보행 데이터를 수신할 수 있다. 보조력 설정 장치는 보행 데이터를 기초로 적어도 하나의 인덱스의 평가값을 연산하고, 평가값 및 적어도 하나의 인덱스에 대응하는 임계값의 차이를 기초로 적어도 하나의 인덱스에 대한 가중치를 연산할 수 있다. 이 때, 보조력 설정 장치는 통신 인터페이스를 통하여, 외부 장치(1120)로부터 적어도 하나의 인덱스에 대응하는 임계값에 대한 정보를 수신할 수 있다. 또한, 보조력 설정 장치는 보행 데이터를 기초로 적어도 하나의 인덱스에 대응하는 초기 안정 보조력을 설정하고, 초기 안정 보조력에 가중치를 적용하여 안정 보조력을 설정할 수 있다. 보조력 설정 장치는 보행 데이터를 기초로 기본 보조력을 설정하고, 기본 보조력과 안정 보조력을 조합하여 최종 보조력을 설정할 수 있다. 보조력 설정 장치는 최종 보조력을 출력하도록 보행 보조 장치(1110)를 제어할 수 있다. 또한, 보조력 설정 장치는 사용자의 보행 데이터, 적어도 하나의 인덱스의 평가값, 가중치, 초기 안정 보조력, 기본 보조력 및 최종 보조력을 통신 인터페이스를 통하여 외부 장치(1120)에 전송할 수 있다.In one embodiment, when the assistive force setting device is included in the
다른 일 실시예에서, 보조력 설정 장치가 외부 장치(1120)에 포함된 경우, 보조력 설정 장치는 통신 인터페이스를 이용하여, 보행 보조 장치(1110)에 포함된 센서가 사용자의 운동량의 변화를 센싱한 보행 데이터를 보행 보조 장치(1110)로부터 수신할 수 있다. 보조력 설정 장치는 수신한 보행 데이터를 기초로 적어도 하나의 인덱스의 평가값을 연산하고, 평가값 및 적어도 하나의 인덱스에 대응하는 임계값의 차이를 기초로 적어도 하나의 인덱스에 대한 가중치를 연산할 수 있다. 여기서, 적어도 하나의 인덱스에 대응하는 임계값은 미리 정해질 수 있다. 또한, 보조력 설정 장치는 보행 데이터를 기초로 적어도 하나의 인덱스에 대응하는 초기 안정 보조력을 설정하고, 초기 안정 보조력에 가중치를 적용하여 안정 보조력을 설정할 수 있다. 보조력 설정 장치는 보행 데이터를 기초로 기본 보조력을 설정하고, 기본 보조력과 안정 보조력을 조합하여 최종 보조력을 설정할 수 있다. 보조력 설정 장치는 보행 보조 장치(1110)가 최종 보조력에 따라 구동되도록, 통신 인터페이스를 통하여 보행 보조 장치(1110)에 제어 신호를 전송할 수 있다. 보행 보조 장치(1110)는 제어 신호에 따라 최종 보조력을 출력할 수 있다.In another embodiment, when the assistive force setting device is included in the
도 12는 일 실시예에 따른 보조력의 제공을 위한 인터페이스를 설명하기 위한 도면이다.12 is a diagram for explaining an interface for providing an assisting force according to an exemplary embodiment.
도 12를 참조하면, 보행 보조 장치(1210)는 통신 인터페이스를 이용하여 웨어러블 장치(1220) 또는 모바일 장치(1230)로부터 동작 모드를 선택 받을 수 있다.Referring to FIG. 12 , the
일 측면에 따르면, 동작 모드는 제1 동작 모드 및 제2 동작 모드를 포함할 수 있다. 제1 동작 모드는 보행 보조 장치(1210)가 사용자에게 보행에 대한 보조력을 제공하는 모드일 수 있다. 제2 동작 모드는 보행 보조 장치(1210)가 사용자에게 낙상을 방지하기 위한 보조력을 제공하는 모드일 수 있다.According to one aspect, the operating mode may include a first operating mode and a second operating mode. The first operation mode may be a mode in which the
예를 들어, 제1 동작 모드가 선택된 경우 낙상 방지를 위한 보조력은 고려되지 않을 수 있다. 다른 예로, 제2 동작 모드가 선택된 경우 보행 보조 장치(1210)는 보행을 위한 보조력 및 낙상 방지를 위한 보조력이 모두 고려된 최종 보조력을 계산할 수 있다.For example, when the first operation mode is selected, an assisting force for preventing a fall may not be considered. As another example, when the second operation mode is selected, the
다른 일 측면에 따르면, 보행 보조 장치(1210)는 센서(미도시)로부터 보행 동작에 따른 사용자의 운동량의 변화를 센싱한 보행 데이터를 수신할 수 있다. 센서는 보행 보조 장치(1210)와 유선 통신 또는 무선 통신을 이용하여 연결될 수 있다.According to another aspect, the
보행 보조 장치(1210)는 보행 데이터에 기초하여 인덱스의 평가값을 연산할 수 있다. 보행 보조 장치(1210)는 평가값 및 인덱스에 대응하는 임계값의 차이에 기초하여 인덱스에 대한 가중치를 연산할 수 있다. 보행 보조 장치(1210)는 보행 데이터를 기초로 인덱스에 대응하는 초기 안정 보조력을 설정하고, 초기 안정 보조력에 가중치를 적용하여 안정 보조력을 설정할 수 있다. 보행 보조 장치(1210)는 보행 데이터에 기초하여 기본 보조력을 설정하고, 기본 보조력과 안정 보조력을 조합하여 최종 보조력을 설정할 수 있다. 보행 보조 장치(1210)는 제1 모드가 선택된 경우 설정된 최종 보조력을 출력할 수 있다.The
또 다른 일 측면에 따르면, 보행 보조 장치(1210)는 통신 인터페이스를 통하여 웨어러블 장치(1220) 또는 모바일 장치(1230)로 인덱스의 평가값, 초기 안정 보조력, 안정 보조력, 기본 보조력 또는 최종 보조력에 대한 정보를 전송할 수 있다. 웨어러블 장치(1220) 또는 모바일 장치(1230)는 보행 보조 장치(1110)로부터 수신한 정보를 디스플레이할 수 있다. 예를 들어, 도 12의 예와 같이, 웨어러블 장치(1220) 또는 모바일 장치(1230)는 최종 보조력을 설정하기 위해 스트라이드 길이에 대한 인덱스가 반영되었다는 정보를 디스플레이할 수 있다.According to another aspect, the
도 13은 일 실시예에 따른 보행 보조 장치를 나타낸 블록도이다.13 is a block diagram illustrating a walking assistance device according to an exemplary embodiment.
도 13을 참조하면, 보행 보조 장치(1300)는 보행 데이터 수신부(1310), 안정 보조력 설정부(1320), 기본 보조력 설정부(1330), 최종 보조력 설정부(1340) 및 구동 제어부(1350)을 포함한다.Referring to FIG. 13 , the
보행 데이터 수신부(1310)는 사용자의 보행 데이터를 수신한다.The
안정 보조력 설정부(1320)는 보행 데이터에 기초한 적어도 하나의 인덱스의 평가값을 이용하여 안정 보조력을 설정한다.The stability assist
기본 보조력 설정부(1330)는 보행 데이터를 기초로 사용자의 보행 동작에 따른 기본 보조력을 설정한다.The basic assisting
최종 보조력 설정부(1340)는 안정 보조력과 기본 보조력을 기초로 최종 보조력을 설정한다.The final assisting
보행 데이터 수신부(1310), 안정 보조력 설정부(1320), 기본 보조력 설정부(1330) 및 최종 보조력 설정부(1340)에는 도 2의 보행 데이터 수신부(210), 안정 보조력 설정부(220), 기본 보조력 설정부(230) 및 최종 보조력 설정부(240)에서 설명된 내용이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.The
구동 제어부(1350)는 최종 보조력을 기초로 보행 보조 장치의 구동을 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 보행 보조 장치는 사용자의 양쪽 힙 관절을 구동시키는 구동기를 포함하고, 구동기가 최종 보조력을 출력하도록 구동기를 제어할 수 있다. 예를 들어, 구동 제어부(1350)는 구동기가 최종 보조력에 대응하는 게인을 출력하도록 구동기에 제어 신호를 전송할 수 있다. 이 경우, 구동기는 제어 신호에 따라 최종 보조력에 대응하는 게인을 출력할 수 있다. 이에 따라, 보행 보조 장치는 최종 보조력에 따라 사용자가 안정적으로 보행하도록 보조하여, 사용자의 낙상 위험을 방지할 수 있다.The driving
도 14는 일 실시예에 따른 보조력 설정 방법을 나타낸 방법 흐름도이다.14 is a flowchart illustrating a method of setting an assisting force according to an exemplary embodiment.
도 14를 참조하면, 보조력 설정 장치는 사용자의 보행 데이터를 수신할 수 있다(1410).Referring to FIG. 14 , the assisting force setting device may receive gait data of the user (1410).
또한, 보조력 설정 장치는 보행 데이터에 기초한 적어도 하나의 인덱스의 평가값을 이용하여 안정 보조력을 설정할 수 있다(1420).Also, the assisting force setting device may set the stabilizing assisting force using an evaluation value of at least one index based on the gait data (1420).
또한, 보조력 설정 장치는 보행 데이터를 기초로 사용자의 보행 동작에 따른 기본 보조력을 설정할 수 있다(1430).Also, the assisting force setting device may set a basic assisting force according to the user's gait motion based on the gait data (1430).
또한, 보조력 설정 장치는 안정 보조력과 기본 보조력을 기초로 최종 보조력을 설정할 수 있다(1440).Also, the assisting force setting device may set the final assisting force based on the stabilizing assisting force and the basic assisting force (1440).
도 14에 도시된 일 실시예에 따른 보조력 설정 방법에는 도 1 내지 도 13을 통해 설명된 내용이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.Since the contents described with reference to FIGS. 1 to 13 may be applied to the assisting force setting method according to the embodiment shown in FIG. 14 as it is, a detailed description thereof will be omitted.
도 15는 다른 일 실시예에 따른 보조력 설정 방법을 나타낸 방법 흐름도이다.15 is a flowchart illustrating a method of setting an assisting force according to another exemplary embodiment.
도 15를 참조하면, 보조력 설정 장치는 사용자의 보행 데이터를 기초로 사용자의 보행 안정도를 나타내는 적어도 하나의 인덱스의 평가값을 연산할 수 있다(1510).Referring to FIG. 15 , the assistive power setting device may calculate an evaluation value of at least one index representing the user's gait stability based on the user's gait data (1510).
또한, 보조력 설정 장치는 평가값 및 적어도 하나의 인덱스에 대응하는 임계값의 차이를 기초로 적어도 하나의 인덱스에 대한 가중치를 연산할 수 있다(1520).Also, the assisting power setting device may calculate a weight for at least one index based on a difference between the evaluation value and a threshold value corresponding to the at least one index (1520).
또한, 보조력 설정 장치는 적어도 하나의 인덱스에 대응하는 초기 안정 보조력에 가중치를 적용하여 안정 보조력을 설정할 수 있다(1530).In addition, the assisting force setting apparatus may set the stabilizing assisting force by applying a weight to the initial stabilizing assisting force corresponding to at least one index (1530).
도 15에 도시된 다른 일 실시예에 따른 보조력 설정 방법에는 도 1 내지 도 13을 통해 설명된 내용이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.Since the contents described through FIGS. 1 to 13 may be applied to the assisting force setting method according to another embodiment shown in FIG. 15 as it is, a detailed description thereof will be omitted.
도 16은 일 실시예에 따른 보행 보조 방법을 나타낸 방법 흐름도이다.16 is a method flowchart illustrating a walking assistance method according to an exemplary embodiment.
도 16을 참조하면, 보행 보조 장치는 사용자의 보행 데이터를 수신할 수 있다(1610).Referring to FIG. 16 , the walking assistance device may receive walking data of the user (1610).
또한, 보행 보조 장치는 보행 데이터에 기초한 적어도 하나의 인덱스의 평가값을 이용하여 안정 보조력을 설정할 수 있다(1620).In addition, the walking assistance device may set the stabilizing assistance force by using an evaluation value of at least one index based on the walking data (1620).
또한, 보행 보조 장치는 보행 데이터를 기초로 사용자의 보행 동작에 따른 기본 보조력을 설정할 수 있다(1630).Also, the walking assistance device may set a basic assisting force according to the user's walking motion based on the walking data (1630).
또한, 보행 보조 장치는 안정 보조력과 기본 보조력을 기초로 최종 보조력을 설정할 수 있다(1640).Also, the walking assistance device may set a final assisting force based on the stabilizing assisting force and the basic assisting force (1640).
또한, 보행 보조 장치는 최종 보조력을 기초로 보행 보조 장치의 구동을 제어할 수 있다(1650).Also, the walking assistance device may control driving of the walking assistance device based on the final assisting force (1650).
도 16에 도시된 다른 일 실시예에 따른 보행 보조 방법에는 도 1 내지 도 13을 통해 설명된 내용이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.Since the contents described through FIGS. 1 to 13 may be applied to the walking assistance method according to another embodiment shown in FIG. 16 as it is, a detailed description thereof will be omitted.
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.As described above, although the embodiments have been described with limited examples and drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, the described techniques may be performed in an order different from the method described, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. may be combined or combined in a different form than the method described, or other components may be used. Or even if it is replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.
Claims (28)
프로세서
를 포함하고,
프로세서는,
사용자의 보행 데이터를 수신하고,
스트라이드 또는 스텝을 기준으로 상기 보행 데이터를 분류하고,
상기 스트라이드 또는 상기 스텝을 기준으로 분류된 상기 보행 데이터에 기초하여 상기 사용자의 보행 안정도를 나타내는 적어도 하나의 인덱스에 대한 평가값을 결정하고,
상기 평가값 및 상기 인덱스에 대응하는 임계값에 기초하여 상기 인덱스를 기준으로 상기 사용자의 보행이 안정한지 여부를 결정하고,
상기 인덱스를 기준으로 상기 사용자의 보행이 안정하지 않은 것으로 결정된 경우, 상기 인덱스에 대한 상기 평가값을 이용하여 안정 보조력을 결정하고,
상기 보행 데이터에 기초하여 상기 사용자의 보행 동작에 따른 기본 보조력을 결정하고,
상기 안정 보조력과 상기 기본 보조력에 기초하여 최종 보조력을 설정하는,
보조력 설정 장치.
The auxiliary force setting device,
processor
including,
the processor,
Receive the user's gait data;
Classifying the gait data based on stride or step;
determining an evaluation value for at least one index representing the gait stability of the user based on the gait data classified based on the stride or the step;
determining whether the user's gait is stable based on the index based on the evaluation value and a threshold value corresponding to the index;
When it is determined that the user's gait is not stable based on the index, a stability assistance force is determined using the evaluation value for the index;
determining a basic assisting force according to the user's gait motion based on the gait data;
Setting a final assisting force based on the stabilizing assisting force and the basic assisting force,
Auxiliary force setting device.
상기 프로세서는,
상기 평가값 및 상기 임계값의 차이에 기초하여 상기 인덱스에 대한 가중치를 결정하고,
상기 인덱스에 대응하는 초기 안정 보조력에 상기 가중치를 적용함으로써 상기 안정 보조력을 결정하는,
보조력 설정 장치.
According to claim 1,
the processor,
determining a weight for the index based on a difference between the evaluation value and the threshold;
Determining the stability assist force by applying the weight to the initial stability assist force corresponding to the index,
Auxiliary force setting device.
상기 인덱스는,
상기 사용자의 양 다리가 대칭되는 정도를 나타내는 보행 대칭성(gait symmetry), 상기 사용자의 스트라이드 길이(stride length), 스트라이드 넓이(stride width), 상기 사용자의 발과 지면과의 간격을 나타내는 풋 클리어런스(foot clearance), 상기 사용자의 발이 지면에 닿는 속도를 나타내는 착지 속도(landing speed) 또는 및 보행비(walk ratio) 중 적어도 하나를 포함하는,
보조력 설정 장치.
According to claim 2,
The index is
Gait symmetry indicating the degree of symmetry of both legs of the user, stride length and stride width of the user, and foot clearance indicating the distance between the user's feet and the ground clearance), including at least one of a landing speed or a walk ratio representing the speed at which the user's foot touches the ground,
Auxiliary force setting device.
상기 프로세서는,
상기 보행 데이터에 기초하여 상기 사용자의 왼쪽 힙 관절 각도의 궤적(trajectory)과 오른쪽 힙 관절 각도의 궤적의 유사도를 결정하고,
상기 유사도를 상기 보행 대칭성의 평가값으로 결정하는,
보조력 설정 장치.
According to claim 3,
the processor,
determining a similarity between a trajectory of a left hip joint angle and a trajectory of a right hip joint angle of the user based on the gait data;
Determining the degree of similarity as an evaluation value of the gait symmetry,
Auxiliary force setting device.
상기 프로세서는,
다이나믹 타임 와핑(Dynamic Time Warping: DTW)을 이용하여 상기 왼쪽 힙 관절 각도의 궤적과 상기 오른쪽 힙 관절 각도의 궤적의 유사도를 결정하는,
보조력 설정 장치.
According to claim 6,
the processor,
Determining the similarity between the trajectory of the left hip joint angle and the trajectory of the right hip joint angle using Dynamic Time Warping (DTW),
Auxiliary force setting device.
상기 프로세서는,
복수의 스트라이드들에 대하여, 상기 보행 데이터에 기초하여 왼쪽 힙 관절 각도 범위의 평균 및 오른쪽 힙 관절 각도 범위의 평균을 계산함으로써 평균 스트라이드 길이를 결정하고,
상기 평균 스트라이드 길이를 상기 스트라이드 길이에 대한 평가값으로 결정하는,
보조력 설정 장치.
According to claim 3,
the processor,
For a plurality of strides, determine an average stride length by calculating an average of a left hip joint angular range and an average of a right hip joint angular range based on the gait data;
Determining the average stride length as an evaluation value for the stride length,
Auxiliary force setting device.
상기 프로세서는,
복수의 스트라이드들에 대하여, 상기 보행 데이터에 기초하여 왼쪽 힙 관절의 최대 굽힘 각도(flexion angle) 및 오른쪽 힙 관절의 최대 굽힘 각도를 결정하고,
상기 왼쪽 힙 관절의 최대 굽힘 각도 및 상기 오른쪽 힙 관절의 최대 굽힘 각도를 상기 풋 클리어런스에 대한 평가값으로 결정하는,
보조력 설정 장치.
According to claim 3,
the processor,
For a plurality of strides, determine a maximum flexion angle of a left hip joint and a maximum flexion angle of a right hip joint based on the gait data;
Determining the maximum bending angle of the left hip joint and the maximum bending angle of the right hip joint as evaluation values for the foot clearance,
Auxiliary force setting device.
상기 프로세서는,
상기 평가값과 상기 임계값의 차이를 정규화하고,
상기 정규화된 상기 차이에 기초하여 상기 가중치를 연산하는,
보조력 설정 장치.
According to claim 2,
the processor,
Normalize the difference between the evaluation value and the threshold value;
Calculating the weight based on the normalized difference,
Auxiliary force setting device.
상기 프로세서는,
상기 적어도 하나의 인덱스가 복수인 경우, 복수의 인덱스들 중 타겟 인덱스를 기준으로 상기 사용자의 보행이 안정한 것으로 결정된 상기 타겟 인덱스에 대한 부분 안정 보조력을 0으로 설정하고,
상기 복수의 인덱스들 각각에 대한 복수의 부분 안정 보조력들에 기초하여 상기 안정 보조력을 결정하는,
보조력 설정 장치.
According to claim 1,
the processor,
When the at least one index is plural, setting a partial stability assist force for the target index, for which it is determined that the user's gait is stable, to 0 based on the target index among the plurality of indices;
determining the stability assist force based on a plurality of partial stability assist forces for each of the plurality of indices;
Auxiliary force setting device.
상기 프로세서는,
상기 보행 데이터에 기초하여 상기 초기 안정 보조력을 설정하는,
보조력 설정 장치.
According to claim 3,
the processor,
Setting the initial stability assist force based on the gait data,
Auxiliary force setting device.
상기 프로세서는,
상기 보행 데이터 중 왼쪽 힙 관절 각도의 궤적 및 오른쪽 힙 관절 각도의 궤적의 차이에 기초하여 상기 보행 대칭성에 대한 상기 초기 안정 보조력을 설정하는,
보조력 설정 장치.
According to claim 12,
the processor,
Setting the initial stabilizing force for the gait symmetry based on the difference between the trajectory of the left hip joint angle and the trajectory of the right hip joint angle among the gait data,
Auxiliary force setting device.
상기 프로세서는,
상기 보행 데이터 중 왼쪽 힙 관절 각도의 궤적 및 오른쪽 힙 관절 각도의 궤적에 기초하여 상기 사용자의 왼쪽 다리 및 오른쪽 다리가 교차하는 교차 시점을 결정하고,
상기 교차 시점부터 소정의 시간 동안의 피크 토크(peak torque)를 상기 스트라이드 길이에 대한 상기 초기 안정 보조력으로 설정하는,
보조력 설정 장치.
According to claim 12,
the processor,
determining a crossing time point at which the user's left leg and right leg intersect based on a trajectory of a left hip joint angle and a trajectory of a right hip joint angle among the gait data;
Setting a peak torque for a predetermined time from the crossing point as the initial stabilization assistance force for the stride length,
Auxiliary force setting device.
상기 프로세서는,
상기 보행 데이터 중 왼쪽 힙 관절 각도의 궤적 및 오른쪽 힙 관절 각도의 궤적에 기초하여 상기 사용자의 스윙하는 다리가 지면에 다가가는 시점을 결정하고,
상기 스윙하는 다리가 지면에 다가가는 시점부터 소정의 시간 동안의 피크 토크를 상기 풋 클리어런스에 대한 상기 초기 안정 보조력으로 설정하는,
보조력 설정 장치.
According to claim 12,
the processor,
determining a point in time when the swinging leg of the user approaches the ground based on a trajectory of a left hip joint angle and a trajectory of a right hip joint angle among the gait data;
Setting a peak torque for a predetermined time from the point at which the swinging leg approaches the ground as the initial stabilizing assistance force for the foot clearance,
Auxiliary force setting device.
상기 프로세서는.
상기 보행 데이터에 기초하여 상기 사용자의 보행 동작을 결정하고,
상기 사용자가 보행 동작을 하지 않는 것으로 결정된 경우, 상기 기본 보조력을 0으로 설정하는,
보조력 설정 장치.
According to claim 1,
the processor.
determining a gait motion of the user based on the gait data;
Setting the basic assistance force to 0 when it is determined that the user does not perform a walking motion.
Auxiliary force setting device.
상기 프로세서는,
적응적 오실레이터(Adaptive Oscillator: AO)에 상기 보행 데이터를 적용함으로써 상기 사용자의 보행 동작의 주기성을 결정하고,
상기 보행 동작의 주기성에 대응하는 보조력을 상기 기본 보조력으로 설정하는,
보조력 설정 장치.
According to claim 1,
the processor,
determining the periodicity of the user's gait motion by applying the gait data to an adaptive oscillator (AO);
Setting an assisting force corresponding to the periodicity of the walking motion as the basic assisting force,
Auxiliary force setting device.
상기 프로세서는,
상기 사용자의 보행 동작을 복수 개의 상태들로 모델링하고,
유한 상태 머신(Finite State Machine: FSM)에 상기 보행 데이터를 적용함으로써 상기 모델링된 복수개의 보행 상태들 중 상기 사용자의 보행 동작에 대응하는 보행 상태를 결정하고,
상기 결정된 보행 상태에 따른 보조력을 상기 기본 보조력으로 설정하는,
보조력 설정 장치.
According to claim 1,
the processor,
Modeling the user's gait motion into a plurality of states;
determining a gait state corresponding to the gait motion of the user among the plurality of modeled gait states by applying the gait data to a finite state machine (FSM);
Setting the assisting force according to the determined walking state as the basic assisting force,
Auxiliary force setting device.
상기 프로세서는,
상기 안정 보조력과 상기 기본 보조력의 합을 상기 최종 보조력으로 설정하는,
보조력 설정 장치.
According to claim 1,
the processor,
Setting the sum of the stability assist force and the basic assist force as the final assist force,
Auxiliary force setting device.
상기 프로세서는,
상기 안정 보조력 및 상기 기본 보조력 중 절대값이 큰 값을 상기 최종 보조력으로 설정하는,
보조력 설정 장치.
According to claim 1,
the processor,
Setting the larger absolute value of the stability assist force and the basic assist force as the final assist force,
Auxiliary force setting device.
프로세서
를 포함하고,
프로세서는,
스트라이드 또는 스텝을 기준으로 사용자의 보행 데이터를 분류하고,
상기 스트라이드 또는 상기 스텝을 기준으로 분류된 상기 사용자의 보행 데이터에 기초하여 상기 사용자의 보행 안정도를 나타내는 적어도 하나의 인덱스(index)에 대한 평가값을 결정하고,
상기 평가값 및 상기 인덱스에 대응하는 임계값에 기초하여 상기 인덱스를 기준으로 상기 사용자의 보행이 안정한지 여부를 결정하고,
상기 인덱스를 기준으로 상기 사용자의 보행이 안정하지 않은 것으로 결정된 경우, 상기 평가값 및 상기 인덱스에 대응하는 상기 임계값의 차이에 기초하여 상기 인덱스에 대한 가중치를 결정하고,
상기 인덱스에 대응하는 초기 안정 보조력에 상기 가중치를 적용함으로써 안정 보조력을 설정하는 보조력 설정부
를 포함하는,
보조력 설정 장치.
The auxiliary force setting device,
processor
including,
the processor,
Classify the user's gait data based on stride or step;
determining an evaluation value for at least one index representing the gait stability of the user based on the gait data of the user classified based on the stride or the step;
determining whether the user's gait is stable based on the index based on the evaluation value and a threshold value corresponding to the index;
When it is determined that the user's gait is not stable based on the index, determining a weight for the index based on a difference between the evaluation value and the threshold value corresponding to the index;
Assisting force setting unit for setting the stabilizing assisting force by applying the weight to the initial stabilizing assisting force corresponding to the index
including,
Auxiliary force setting device.
상기 프로세서는,
상기 보행 데이터에 기초하여 상기 초기 안정 보조력을 설정하는,
보조력 설정 장치.
According to claim 21,
the processor,
Setting the initial stability assist force based on the gait data,
Auxiliary force setting device.
상기 프로세서는,
상기 보행 데이터에 기초하여 상기 사용자의 보행 동작에 따른 기본 보조력을 설정하고,
상기 기본 보조력과 상기 안정 보조력에 기초하여 최종 보조력을 설정하는,
보조력 설정 장치.
According to claim 21,
the processor,
Based on the gait data, a basic assisting force according to the gait motion of the user is set;
Setting a final assisting force based on the basic assisting force and the stabilizing assisting force,
Auxiliary force setting device.
프로세서; 및
상기 보행 보조 장치의 구동을 제어하는 구동 제어부
를 포함하고,
상기 프로세서는,
사용자의 보행 데이터를 수신하고,
스트라이드 또는 스텝을 기준으로 상기 보행 데이터를 분류하고,
상기 스트라이드 또는 상기 스텝을 기준으로 분류된 상기 보행 데이터에 기초하여 상기 사용자의 보행 안정도를 나타내는 적어도 하나의 인덱스에 대한 평가값을 결정하고,
상기 평가값 및 상기 인덱스에 대응하는 임계값에 기초하여 상기 인덱스를 기준으로 상기 사용자의 보행이 안정한지 여부를 결정하고,
상기 인덱스를 기준으로 상기 사용자의 보행이 안정하지 않은 것으로 결정된 경우, 상기 인덱스에 대한 상기 평가값을 이용하여 안정 보조력을 결정하고,
상기 보행 데이터에 기초하여 상기 사용자의 보행 동작에 따른 기본 보조력을 결정하고,
상기 안정 보조력과 상기 기본 보조력에 기초하여 최종 보조력을 결정하고,
상기 최종 보조력에 기초하여 상기 구동 제어부를 제어하는,
보행 보조 장치.
walking aids,
processor; and
A driving control unit controlling driving of the walking assistance device
including,
the processor,
Receive the user's gait data;
Classifying the gait data based on stride or step;
determining an evaluation value for at least one index representing the gait stability of the user based on the gait data classified based on the stride or the step;
determining whether the user's gait is stable based on the index based on the evaluation value and a threshold value corresponding to the index;
When it is determined that the user's gait is not stable based on the index, a stability assistance force is determined using the evaluation value for the index;
determining a basic assisting force according to the user's gait motion based on the gait data;
Determine a final assisting force based on the stabilizing assisting force and the basic assisting force;
Controlling the driving control unit based on the final assisting force,
walking aids.
스트라이드 또는 스텝을 기준으로 상기 보행 데이터를 분류하는 단계;
상기 스트라이드 또는 상기 스텝을 기준으로 분류된 상기 보행 데이터에 기초하여 상기 사용자의 보행 안정도를 나타내는 적어도 하나의 인덱스에 대한 평가값을 결정하는 단계;
상기 평가값 및 상기 인덱스에 대응하는 임계값에 기초하여 상기 인덱스를 기준으로 상기 사용자의 보행이 안정한지 여부를 결정하는 단계;
상기 인덱스를 기준으로 상기 사용자의 보행이 안정하지 않은 것으로 결정된 경우, 상기 인덱스에 대한 상기 평가값을 이용하여 안정 보조력을 결정하는 단계;
상기 보행 데이터에 기초하여 상기 사용자의 보행 동작에 따른 기본 보조력을 결정하는 단계; 및
상기 안정 보조력과 상기 기본 보조력에 기초하여 최종 보조력을 설정하는 단계
를 포함하는,
보조력 설정 방법.
Receiving user's gait data;
classifying the gait data based on strides or steps;
determining an evaluation value for at least one index representing the gait stability of the user based on the gait data classified based on the stride or the step;
determining whether the user's gait is stable based on the index based on the evaluation value and a threshold value corresponding to the index;
determining a stability assistance force using the evaluation value for the index when it is determined that the user's gait is not stable based on the index;
determining a basic assisting force according to the user's gait motion based on the gait data; and
Setting a final assisting force based on the stabilizing assisting force and the basic assisting force
including,
How to set the assist force.
상기 스트라이드 또는 상기 스텝을 기준으로 분류된 상기 사용자의 보행 데이터에 기초하여 상기 사용자의 보행 안정도를 나타내는 적어도 하나의 인덱스에 대한 평가값을 결정하는 단계;
상기 평가값 및 상기 인덱스에 대응하는 임계값에 기초하여 상기 인덱스를 기준으로 상기 사용자의 보행이 안정한지 여부를 결정하는 단계;
상기 인덱스를 기준으로 상기 사용자의 보행이 안정하지 않은 것으로 결정된 경우, 상기 평가값 및 상기 인덱스에 대응하는 상기 임계값의 차이에 기초하여 상기 인덱스에 대한 가중치를 결정하는 단계; 및
상기 인덱스에 대응하는 초기 안정 보조력에 상기 가중치를 적용함으로써 안정 보조력을 설정하는 단계
를 포함하는,
보조력 설정 방법.
classifying gait data of the user based on strides or steps;
determining an evaluation value for at least one index representing the gait stability of the user based on the gait data of the user classified based on the stride or the step;
determining whether the user's gait is stable based on the index based on the evaluation value and a threshold value corresponding to the index;
determining a weight for the index based on a difference between the evaluation value and the threshold corresponding to the index, when it is determined that the user's gait is not stable based on the index; and
Setting a stabilizing assist force by applying the weight to the initial stabilizing assist force corresponding to the index.
including,
How to set the assist force.
사용자의 보행 데이터를 수신하는 단계;
스트라이드 또는 스텝을 기준으로 상기 보행 데이터를 분류하는 단계;
상기 스트라이드 또는 상기 스텝을 기준으로 분류된 상기 보행 데이터에 기초하여 상기 사용자의 보행 안정도를 나타내는 적어도 하나의 인덱스에 대한 평가값을 결정하는 단계;
상기 평가값 및 상기 인덱스에 대응하는 임계값에 기초하여 상기 인덱스를 기준으로 상기 사용자의 보행이 안정한지 여부를 결정하는 단계;
상기 인덱스를 기준으로 상기 사용자의 보행이 안정하지 않은 것으로 결정된 경우, 상기 인덱스에 대한 상기 평가값을 이용하여 안정 보조력을 결정하는 단계;
상기 보행 데이터에 기초하여 상기 사용자의 보행 동작에 따른 기본 보조력을 결정하는 단계;
상기 안정 보조력과 상기 기본 보조력에 기초하여 최종 보조력을 결정하는 단계; 및
상기 최종 보조력에 기초하여 상기 보행 보조 장치의 구동을 제어하는 단계
를 포함하는,
보행 보조 방법.
The walking assistance method performed by the walking assistance device includes:
Receiving user's gait data;
classifying the gait data based on strides or steps;
determining an evaluation value for at least one index representing the gait stability of the user based on the gait data classified based on the stride or the step;
determining whether the user's gait is stable based on the index based on the evaluation value and a threshold value corresponding to the index;
determining a stability assistance force using the evaluation value for the index when it is determined that the user's gait is not stable based on the index;
determining a basic assisting force according to the user's gait motion based on the gait data;
determining a final assisting force based on the stabilizing assisting force and the basic assisting force; and
Controlling driving of the walking assistance device based on the final assisting force
including,
Ambulation assist method.
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US14/873,696 US10576619B2 (en) | 2014-12-26 | 2015-10-02 | Assisting torque setting method and apparatus |
EP15196813.8A EP3037081B1 (en) | 2014-12-26 | 2015-11-27 | Assisting torque setting apparatus |
JP2015241191A JP6673680B2 (en) | 2014-12-26 | 2015-12-10 | Auxiliary force setting method and device |
CN201511001265.4A CN105726267B (en) | 2014-12-26 | 2015-12-28 | Auxiliary torque setting method and equipment |
US16/679,895 US11865709B2 (en) | 2014-12-26 | 2019-11-11 | Assisting torque setting method and apparatus |
JP2020037712A JP2020110611A (en) | 2014-12-26 | 2020-03-05 | Assisting force setting method and apparatus |
JP2022063822A JP2022091979A (en) | 2014-12-26 | 2022-04-07 | Assisting force setting method and apparatus |
Applications Claiming Priority (2)
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Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102295858B1 (en) * | 2019-04-01 | 2021-08-31 | 근로복지공단 | User interface control device and control method therof |
KR102625749B1 (en) * | 2021-12-29 | 2024-01-17 | 삼성전자주식회사 | Method for estimating gait index of user, and wearable device and electronic device performing the same |
WO2023128619A1 (en) * | 2021-12-29 | 2023-07-06 | 삼성전자주식회사 | Method for estimating walking index of user and electronic device and wearable device for performing same |
WO2023219257A1 (en) * | 2022-05-09 | 2023-11-16 | 삼성전자주식회사 | Electronic device and wearable device for providing information on exercise capacity of user, and operation methods thereof |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011049171A1 (en) * | 2009-10-21 | 2011-04-28 | 本田技研工業株式会社 | Motion assisting device, control method therefor, and rihabilitation method |
JP2012245212A (en) * | 2011-05-30 | 2012-12-13 | Honda Motor Co Ltd | Walking assist device |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101985790B1 (en) * | 2012-02-21 | 2019-06-04 | 삼성전자주식회사 | Walking robot and control method thereof |
-
2015
- 2015-09-21 KR KR1020150133395A patent/KR102510984B1/en active IP Right Grant
-
2020
- 2020-03-05 JP JP2020037712A patent/JP2020110611A/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011049171A1 (en) * | 2009-10-21 | 2011-04-28 | 本田技研工業株式会社 | Motion assisting device, control method therefor, and rihabilitation method |
JP2012245212A (en) * | 2011-05-30 | 2012-12-13 | Honda Motor Co Ltd | Walking assist device |
Non-Patent Citations (1)
Title |
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유재관 외 2명, 적응형 오실레이터기반의 이족보행 제어, 한국정밀공학회 춘계학술대회 (2011.06.)* |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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KR20160079627A (en) | 2016-07-06 |
JP2020110611A (en) | 2020-07-27 |
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