KR102571008B1

KR102571008B1 - 무릎 관절 동작 측정 시스템

Info

Publication number: KR102571008B1
Application number: KR1020210091583A
Authority: KR
Inventors: 유재관; 박정재; 김수인
Original assignee: 엘아이지넥스원 주식회사; 주식회사 필더세임
Priority date: 2021-07-13
Filing date: 2021-07-13
Publication date: 2023-08-29
Also published as: KR20230011532A

Abstract

본 실시예들은 사용자의 무릎에 착용되는 착용부, 착용부에 내장되며, 무릎의 움직임을 측정하는 소프트 센서 및 소프트 센서와 연결되어 측정된 움직임을 이용하여 사용자의 무릎 관절의 변형을 측정하며, 무릎 관절의 변형을 기반으로 사용자의 무릎 관절의 굽힘 동작을 보정하는 통합 모듈을 포함하고, 상기 소프트 센서는, 상기 사용자의 무릎 관절의 굽힘-폄(Flexion-Extension)에 의한 움직임을 측정하여 제1 신호를 생성하는 제1 관절 센서; 상기 무릎 관절의 좌측으로 비틀리는 방향에 의한 움직임을 측정하여 제2 신호를 생성하는 제2 관절 센서; 및 상기 무릎 관절의 우측으로 비틀리는 방향에 의한 움직임을 측정하여 제3 신호를 생성하는 제3 관절 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 무릎 관절 동작 측정 시스템을 제안한다.

Description

무릎 관절 동작 측정 시스템{Knee joint motion measurement system}

본 발명은 무릎 관절 동작 측정 시스템에 관한 것으로, 특히, 웨어러블 로봇을 통해 무릎 관절의 동작을 측정하고, 사람의 동작 의도를 인식하는 무릎 관절 동작 측정 시스템에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

고중량물 또는 많은 양의 중량물을 장시간 운반하는 경우에는 사용자의 피로도 증가와 올바르지 못한 자세로 장시간 작업을 이어가게 되어 사고 또는 부상으로 확대될 수 있다. 또한, 최근에는 전자상거래 시장 성장으로 물류나 택배 등 물량 증가로 인해 업무 부하가 크게 증가되고 있으며, 관련 종사자들의 부상이나 사고로 인해 발생되는 산재나 인력 손실 등이 현재 사회의 큰 이슈로 대두되고 있다.

웨어러블 로봇은 사람이 착용하는 형태의 로봇으로서, 사람의 동작 의도에 따라 작동하여 근력을 증강하거나 보조할 수 있다. 웨어러블 로봇이 효과적으로 동작하기 위해서는 탑재된 센서를 통해 사람이 움직이고자 하는 의도를 정확하게 인식하는 한편, 사람의 신체를 구속하지 않아야 한다.

기존에는 웨어러블 로봇 운용 시, 착용자의 동작 의도를 인식하기 위한 목적으로 IMU, 엔코더, 토크 센서, 힘 센서 등의 다양한 센서를 활용하고 있다. 하지만, 상술한 사용 센서들은 유연하지 않고 단단한 소재로 제작되어 유연한 의류와 같은 형태로 통합되기 어려운 문제가 있다. 따라서, 해당 센서들은 사람이 착용하는 형태로 제작하기 위해 부수적인 구조와 장치들이 필요하다. 이러한 부수적인 구조와 장치들은 착용자의 움직임에 제한을 주며, 착용자로 하여금 불편함과 이질감을 느끼게 할 수 있는 문제가 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2018-0089126호(2018.08.08 공개)

본 발명의 실시예들은 천 재질의 원단으로 구성된 의류에 소프트 센서가 통합되어 별도의 기구나 장치 없이 착용함에 따라 착용 시 느끼는 이질감 및 저항을 줄이며, 사용자의 무릎 관절의 동작을 측정하는데 발명의 주된 목적이 있다.

본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 본 발명은 사용자의 무릎을 둘러싸도록 착용되는 착용부; 상기 착용부에 내장되며, 상기 무릎의 움직임을 측정하는 소프트 센서; 및 상기 소프트 센서와 연결되어 상기 측정된 움직임을 이용하여 상기 사용자의 무릎 관절의 변형을 측정하며, 상기 무릎 관절의 변형을 기반으로 상기 사용자의 무릎 관절의 굽힘에 따른 상기 사용자의 바른 자세를 위한 굽힘 각도 또는 비틀림을 보정하는 통합 모듈을 포함하고, 상기 소프트 센서는, 상기 사용자의 무릎 관절의 굽힘-폄(Flexion-Extension)에 의해 상하 방향으로 늘어남에 따른 움직임을 측정하여 제1 신호를 생성하는 제1 관절 센서; 상기 무릎 관절의 좌측으로 비틀리는 방향에 의한 움직임을 측정하여 제2 신호를 생성하는 제2 관절 센서; 및 상기 무릎 관절의 우측으로 비틀리는 방향에 의한 움직임을 측정하여 제3 신호를 생성하는 제3 관절 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 무릎 관절 동작 측정 시스템을 제안한다.

바람직하게는, 상기 착용부는, 상기 무릎을 중심으로 상기 사용자의 허벅지 및 정강이의 일정 범위를 덮도록 형성되며, 상기 통합 모듈이 적어도 하나 장착되고, 상기 통합 모듈은 상기 착용부에 내장되는 상기 소프트 센서와 각각 연결되어, 상기 소프트 센서에서 측정된 신호를 통해 상기 무릎의 움직임 정도를 측정하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 소프트 센서는, 상기 사용자의 무릎 중앙 또는 상기 무릎 중앙의 양 옆에 구비되며, 무릎 관절의 굽힘 동작에 의해 상하 방향으로 늘어남에 따라 신호를 생성하며, 상기 소프트 센서는 프린팅된 액체 금속을 실리콘 소재로 봉제(Encapsulation)한 형태로 형성되며, 상기 사용자의 움직임에 의해 인장되는 정도에 따라 변화하는 저항에 의해 상기 신호가 생성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 소프트 센서는, 상기 제1 관절 센서가 상기 사용자의 무릎 중앙부에 구비되고, 상기 제2 관절 센서가 상기 제1 관절 센서의 좌측에 구비되며, 상기 제3 관절 센서가 상기 제1 관절 센서의 우측에 구비되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 통합 모듈은, 상기 제2 신호와 상기 제3 신호의 차이가 없는 경우, 상기 무릎 관절이 좌우로 비틀리는 방향(Rotation)에 따른 오차가 발생하지 않은 것으로 판단하여 상기 제1 신호만을 통해 상기 사용자의 바른 자세를 위한 상기 무릎 관절의 굽힘 각도를 보정하고, 상기 제2 신호와 상기 제3 신호의 차이가 있는 경우, 좌우로 비틀리는 방향(Rotation)에 따른 오차를 보정하도록 상기 사용자의 바른 자세를 위한 상기 제2 신호 및 상기 제3 신호의 움직임이 동일하도록 하는 상기 무릎 관절의 굽힘 각도 및 상기 제1 신호를 통한 상기 무릎 관절의 굽힘 각도를 포함하는 상기 무릎 관절의 비틀림을 보정하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 통합 모듈은, 상기 소프트 센서를 통해 측정된 움직임에 따른 상기 사용자의 무릎 관절의 변형을 분석하는 신호 처리부; 및 상기 소프트 센서를 통해 측정된 움직임을 전달 받으며, 상기 분석한 무릎 관절의 변형 정보를 전송하는 통신부를 포함하고, 상기 통합 모듈은 상기 사용자의 무릎에 적어도 하나 구비되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 신호 처리부는, (i) 상기 사용자의 무릎 중앙의 제1 관절 센서를 통해 측정한 상기 사용자의 무릎 관절 굽힘 각도 및 (ii) 상기 사용자의 무릎 중앙 양 옆의 제2 관절 센서 및 제3 관절 센서를 통해 측정한 상기 사용자의 무릎 관절의 비틀림 정도를 계산하고, 상기 무릎 관절 굽힘 각도 및 상기 무릎 관절의 비틀림 정도를 통해 상기 사용자의 무릎 관절 굽힘 각도를 보정하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 통합 모듈은, 상기 사용자의 위치를 추적하는 위치 추적부; 및 상기 무릎 관절의 변형에 따라 상기 사용자의 근골격계 질환 또는 상해 가능성이 있는 경우, 상기 사용자에게 작업 중단 알림을 전송하는 진동부를 더 포함하고, 상기 작업 중단 알림은, 상기 사용자의 무릎 관절의 변형 정도가 일정 임계치 이상인 경우가 일정 시간 이상 지속되는 경우 생성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 착용부는, 천 재질의 원단으로 형성되며, 상기 사용자의 신체에 밀착되어 고정되도록 실리콘 및 패드를 포함하며, 착탈이 용이하도록 체결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 본 발명은 상기 사용자의 무릎 상태를 모니터링하는 통합 모듈에 있어서, 상기 사용자의 무릎을 둘러싸도록 착용되는 착용부에 내장된 소프트 센서를 통해 측정된 움직임에 따른 상기 사용자의 무릎 관절의 변형을 측정하여 분석하는 신호 처리부; 및 상기 소프트 센서를 통해 측정된 움직임을 전달 받으며, 상기 분석한 무릎 관절의 변형 정보를 전송하는 통신부를 포함하고, 상기 신호 처리부는 상기 소프트 센서와 연결되어 상기 측정된 움직임을 이용하여 상기 사용자의 무릎 관절의 변형을 측정하며, 상기 무릎 관절의 변형을 기반으로 상기 사용자의 무릎 관절의 굽힘 동작을 보정하는 것을 특징으로 하는 통합 모듈을 제안한다.

바람직하게는, 상기 신호 처리부는, 상기 제2 관절 센서에서 생성된 상기 제2 신호와 상기 제3 관절 센서에서 생성된 상기 제3 신호의 차이가 없는 경우, 상기 사용자의 무릎 관절이 좌우로 비틀리는 방향(Rotation)에 따른 오차가 발생하지 않은 것으로 판단하여 상기 제1 관절 센서에서 생성된 제1 신호를 통해 상기 무릎 관절의 굽힘 각도를 보정하고, 상기 제2 신호와 상기 제3 신호의 차이가 있는 경우, 상기 사용자의 무릎 관절이 좌우로 비틀리는 방향(Rotation)에 따른 오차가 발생한 것으로 판단하여 상기 오차를 보정하여 상기 무릎 관절의 굽힘 동작 시 미세한 비틀림을 보정하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 본 발명은 천 재질의 원단으로 구성된 착용부를 통해 착용자가 느끼는 이질감 및 저항이 적으며, 착용부에 센서가 통합된 형태로 별도의 기구나 장치 없이 착용할 수 있다.

또한, 본 발명은 좌/우 또는 부위 별로 독립적인 사용이 가능하여 원하는 부위의 동작만 측정할 수 있는 효과가 있다.

여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무릎 관절 동작 측정 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무릎 관절 동작 측정 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무릎 관절 동작 측정 시스템의 소프트 센서를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무릎 관절 동작 측정 시스템의 통합 모듈을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무릎 관절 동작 측정 시스템의 동작을 예시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무릎 관절 동작 측정 시스템에 의한 무릎 관절 동작 측정 방법을 나타내는 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

본 발명은 무릎 관절 동작 측정 시스템에 관한 것이다.

무릎 관절 동작 측정 시스템(10)은 무릎 관절의 움직임을 측정할 수 있는 천 재질의 무릎 보호대 형태로 형성되며, 웨어러블 로봇용 액체금속 기반의 무릎 관절 동작을 측정할 수 있다. 구체적으로, 무릎 관절 동작 측정 시스템(10)은 무릎 관절의 동작을 측정하고, 사람의 동작 의도를 인식하고, 천 재질의 무릎 보호대에 소프트 센서를 삽입한 형태로 제작되어 일반적인 무릎 보호대와 동일하게 착용할 수 있다.

또한, 무릎 관절 동작 측정 시스템(10)은 프린팅된 액체금속을 실리콘 소재로 봉제(Encapsulation)한 형태로, 구부러지고(Flexible) 늘어날 수 있으며(Stretchable) 인장되는 정도에 따라 저항이 변하는 소프트 센서를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 무릎 관절 동작 측정 시스템(10)은 물류 창고, 공장, 건설 현장 등 다양한 물품을 취급하는 작업 환경에 활용되는 웨어러블 로봇에서, 사용자의 무릎 관절의 동작을 측정하는 용도로 활용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무릎 관절 동작 측정 시스템을 나타내는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 무릎 관절 동작 측정 시스템(10)은 착용부(100), 소프트 센서(200) 및 통합 모듈(300)을 포함한다. 무릎 관절 동작 측정 시스템(10)은 도 1에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다.

무릎 관절 동작 측정 시스템(10)은 사용자의 무릎에 착용 가능할 수 있다.

착용부(100)는 사용자의 무릎을 둘러싸도록 착용될 수 있다.

착용부(100)는 무릎을 중심으로 사용자의 허벅지 및 정강이의 일정 범위를 덮도록 형성되며, 통합 모듈(300)이 적어도 하나 장착될 수 있다.

착용부(100)는 천 재질의 원단으로 형성되며, 사용자의 신체에 밀착되어 고정되도록 실리콘 및 패드를 포함하며, 착탈이 용이하도록 체결부를 포함할 수 있다.

소프트 센서(200)는 착용부에 내장되며, 무릎의 움직임을 측정할 수 있다.

소프트 센서(200)는 사용자의 무릎 중앙 또는 무릎 중앙의 양 옆에 구비되며, 무릎 관절의 굽힘 동작에 의해 상하 방향으로 늘어남에 따라 신호를 생성할 수 있다.

소프트 센서(200)는 프린팅된 액체 금속을 실리콘 소재로 봉제(Encapsulation)한 형태로 형성되며, 사용자의 움직임에 의해 인장되는 정도에 따라 변화하는 저항에 의해 신호가 생성될 수 있다.

소프트 센서(200)는 제1 관절 센서(210), 제2 관절 센서(220) 및 제3 관절 센서(230)를 포함한다.

제1 관절 센서(210)는 사용자의 무릎 중앙부에 구비되며, 사용자의 무릎 관절의 굽힘-폄(Flexion-Extension)에 의한 움직임을 측정하여 제1 신호를 생성할 수 있다.

제2 관절 센서(220)는 제1 관절 센서의 좌측에 구비되며, 무릎 관절의 좌측으로 비틀리는 방향에 의한 움직임을 측정하여 제2 신호를 생성할 수 있다.

제3 관절 센서(230)는 제1 관절 센서의 우측에 구비되며, 상기 무릎 관절의 우측으로 비틀리는 방향에 의한 움직임을 측정하여 제3 신호를 생성할 수 있다.

통합 모듈(300)은 소프트 센서(200)와 연결되어 측정된 움직임을 이용하여 사용자의 무릎 관절의 변형을 측정하며, 무릎 관절의 변형을 기반으로 사용자의 무릎 관절의 굽힘 동작을 보정할 수 있다.

통합 모듈(300)은 착용부(100)에 내장되는 소프트 센서(200)와 각각 연결되어, 소프트 센서(200)에서 측정된 신호를 통해 상기 무릎의 움직임 정도를 측정할 수 있다.

통합 모듈(300)은 제2 관절 센서(220) 및 제3 관절 센서(230)를 통해 각각 측정한 제2 신호와 제3 신호의 차이가 없는 경우, 무릎 관절이 좌우로 비틀리는 방향(Rotation)에 따른 오차가 발생하지 않은 것으로 판단하여 제1 신호를 통해 상기 무릎 관절의 굽힘 각도를 보정할 수 있다.

또한, 통합 모듈(300)은 제2 관절 센서(220) 및 제3 관절 센서(230)를 통해 각각 측정한 제2 신호와 제3 신호의 차이가 있는 경우, 좌우로 비틀리는 방향(Rotation)에 따른 오차를 보정하여 무릎 관절의 굽힘 동작 시 미세한 비틀림을 보정할 수 있다.

통합 모듈(300)은 신호 처리부(310)및 통신부(320)를 포함한다.

통합 모듈(300)은 사용자의 무릎에 적어도 하나 구비될 수 있다.

신호 처리부(310)는 소프트 센서(200)를 통해 측정된 움직임에 따른 사용자의 무릎 관절의 변형을 분석할 수 있다.

신호 처리부(310)는 (i) 사용자의 무릎 중앙의 제1 관절 센서(210)를 통해 측정한 사용자의 무릎 관절 굽힘 각도 및 (ii) 사용자의 무릎 중앙 양 옆의 제2 관절 센서(220) 및 제3 관절 센서(230)를 통해 측정한 사용자의 무릎 관절의 비틀림 정도를 계산할 수 있다. 이때, 신호 처리부(310)는 무릎 관절 굽힘 각도 및 무릎 관절의 비틀림 정도를 통해 사용자의 무릎 관절 굽힘 각도를 보정할 수 있다.

통신부(320)는 소프트 센서(200)를 통해 측정된 움직임을 전달 받으며, 분석한 무릎 관절의 변형 정보를 전송할 수 있다.

통합 모듈(300)은 위치 추적부(미도시) 및 진동부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

위치 추적부는 사용자의 위치를 추적할 수 있다.

진동부는 무릎 관절의 변형에 따라 사용자의 근골격계 질환 또는 상해 가능성이 있는 경우, 사용자에게 작업 중단 알림을 전송할 수 있다. 이때, 작업 중단 알림은 사용자의 무릎 관절의 변형 정도가 일정 임계치 이상인 경우가 일정 시간 이상 지속되는 경우 생성될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무릎 관절 동작 측정 시스템을 나타내는 도면이다.

무릎 관절 동작 측정 시스템(10)은 신축성 소재로 제작된 착용부(100)에 통합 모듈(300)과 소프트 센서(200)가 내장되어 있는 형태이다. 이때, 무릎 관절 동작 측정 시스템(10)은 사용자의 무릎에 착용하여 무릎 관절의 굽힘 운동을 측정하는 용도로 활용될 수 있다.

무릎 관절 동작 측정 시스템(10)은 소프트 센서(200)를 착용부(100)에 탑재함에 따라 무릎 관절의 동작을 측정하고, 사용자의 동작 의도를 인식할 수 있다.

무릎 관절 동작 측정 시스템(10)은 착용부(100), 소프트 센서(200) 및 통합 모듈(300)을 포함한다.

착용부(100)는 무릎 관절 동작 측정 시스템(10)의 구성을 위한 기본 구성으로서, 천 재질의 원단으로 제작될 수 있다. 이에, 착용부(100)는 의류처럼 착용할 수 있다.

착용부(100)는 소프트 센서(200)와 통합 모듈(300)을 결합할 수 있도록 구성된다. 구체적으로, 착용부(100)는 소프트 센서(200)와 통합 모듈(300)이 각각 내장되어 탈착이 가능하도록 구현될 수 있다. 이때, 소프트 센서(200)는 사용자의 무릎에 위치하도록 착용부(100)에 내장될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 사용자의 굽힘 운동을 측정하기 위한 위치에 구비되도록 착용부(100)에 내장될 수 있다.

착용부(100)는 무릎에 착용할 수 있도록 벨크로 혹은 벨트와 같은 체결부를 포함할 수 있다. 체결부는 벨크로, 벨트, 지퍼, 똑딱이 단추 등과 같이 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 탈착이 가능한 형태로 구현될 수 있다. 도 2는 체결부가 벨크로로 형성된 형상을 나타낸다.

도 2를 참조하면, 착용부(100)에 구성된 체결부는 벨크로 형태로 구현되는 것을 도시하였으며, 사용자의 다리 둘레와 상관없이 탈착이 가능하도록 탄성력을 일부 포함하도록 구현될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 착용부(100)는 신축성 벨크로(120)와 비신축성 벨크로(122)와 고신축성 소재(124)로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 신축성 벨크로(120)는 사용자의 전면 무릎을 중심으로 상단의 허벅지와 하단의 정강이의 일정 부분을 덮도록 형성되며, 비신축성 벨크로(122)와 고신축성 소재(124)와 연결될 수 있다. 구체적으로, 비신축성 벨크로(122)는 신축성 벨크로(120)와 맞닿아 사용자의 신체에 고정시킬 수 있으며, 사용자의 신체에 따라 고신축성 소재(124)를 통해 길이가 늘어나 신축성 벨크로(120)와 맞닿도록 할 수 있다.

착용부(100)는 신축성 벨크로(120)와 비신축성 벨크로(122)와 고신축성 소재(124)를 통해 사용자의 신체에 소프트 센서(200)가 밀착되어 밀리거나 쓸리지 않도록 고정시킬 수 있다. 구체적으로, 착용부(100)는 무릎을 둘러 감듯이 착용되며, 사용자의 신체 사이즈에 따라 조이는 정도를 조절하여 신축성 벨크로(120)와 비신축성 벨크로(122)와 고신축성 소재(124)를 통해 사용자의 신체에 고정시킬 수 있다.

신축성 벨크로(120)는 무릎 부분에 소프트 센서(200)가 내장되도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 신축성 벨크로(120)는 소프트 센서(200)가 무릎 부분에 내장되며, 소프트 센서(200)가 내장되는 상단과 하단의 측면 각각에 고신축성 소재(124)와 비신축성 벨크로(122)가 연결될 수 있다. 따라서, 고신축성 소재(124)와 비신축성 벨크로(122)는 소프트 센서(200)가 내장되는 부분의 상단과 하단 측면에 각각 구비되어 총 4개가 구비될 수 있다.

따라서, 착용부(100)는 사용자의 무릎을 중심으로 허벅지와 정강이의 전면에 위치하도록 형성되는 신축성 벨크로(120)를 기준으로 좌 또는 우측에 고신축성 소재(124)가 연결되며, 고신축성 소재(124)가 신축성 벨크로(120)와 연결되는 반대 부분에 비신축성 벨크로(124)가 연결될 수 있다. 이에, 고신축성 소재(124)와 비신축성 벨크로(122)는 사용자의 다리를 한바퀴 둘러싸도록 형성되어 비신축성 벨크로(122)가 신축성 벨크로(120)에 고정될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 신축성 벨크로(120)는 부드러운 면을 형성할 수 있으며, 비신축성 벨크로(122)는 거친 면을 형성할 수 있다. 이때, 신축성 벨크로(120)와 비신축성 벨크로(122)는 찍찍이 형태로 고정될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 고신축성 소재(124)와 비신축성 벨크로(122)는 가장자리가 신축성 마찰 소재(126)로 형성될 수 있고, 외각선 전 구간이 바이어스 마감 처리(128)될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

소프트 센서(200)는 특정 패턴으로 프린팅된 액체금속 회로를 실리콘으로 봉제한 형태이다. 이때, 소프트 센서(200)의 패턴은 용도에 따라 변경이 가능하다.

소프트 센서(200)는 인장됨에 따라 전기저항이 증가할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 무릎을 굽히는 경우, 사용자의 무릎 부분에 위치하는 소프트 센서(200)의 길이는 늘어나게 되며 이에 따라 전기저항이 증가하게 된다. 따라서, 소프트 센서(200)가 내장되는 착용부(100) 부분은 신축성이 있는 소재로 형성될 수 있다.

소프트 센서(200)는 패턴의 끝단에서 통합 모듈(300)과 연결될 수 있다.

통합 모듈(300)는 신호 처리부(310)와 통신부(320)를 포함하며, 전기 공급을 위한 배터리를 더 포함할 수 있다.

도 2를 참조하면, 통합 모듈(300)은 소프트 센서(200)가 위치하는 무릎의 상단에 형성된 고신축성 소재(124)에 내장될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 통합 모듈(300)은 소프트 센서(200)와 연결선에 의해 연결되는 것으로 도시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 별도의 연결선 없이 소프트 센서(200)에서 측정한 값을 무선으로 통합 모듈(300)에 전송하도록 형성될 수도 있다.

착용부(100)는 소프트 센서(200)와 통합 모듈(300)을 연결하는 연결선을 정렬하는 연결선 가이드(130)를 더 포함할 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 무릎 관절 동작 측정 시스템(10)은 소프트 센서(200)까 위치하는 무릎 하단에 형성된 고신축성 소재(124)에 IMU가 내장될 수 있다. 여기서, IMU는 속도와 방향, 중력, 가속도를 측정할 수 있으며, 이를 바탕으로 사용자의 무릎 이동 속도, 방향, 중력, 가속도를 측정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 무릎 관절 동작 측정 시스템(10)은 착용 시 착용자가 느끼는 이질감 및 저항이 적을 수 있다. 이때, 무릎 관절 동작 측정 시스템(10)은 무릎 보호대 형태의 착용부(100)에 소프트 센서(200)가 통합된 형태로서, 별도의 기구나 장치 없이 보호대를 착용하듯이 착용할 수 있다.

또한, 무릎 관절 동작 측정 시스템(10)은 유연하고 늘어남에 따라 외부 충격에 의해 쉽게 파손되지 않으며, 사용자의 다리 좌/우를 독립적으로 사용하여 원하는 부위의 동작만 측정하는 것이 가능하다.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무릎 관절 동작 측정 시스템의 소프트 센서를 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무릎 관절 동작 측정 시스템의 소프트 센서를 자세히 나타내는 예시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무릎 관절 동작 측정 시스템을 사용자가 착용한 상태에서의 소프트 센서를 나타내는 예시도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 센서를 자세히 나타낸 예시도면이다.

도 3을 참조하면, 소프트 센서(200)는 사용자의 허벅지에 위치하는 상단 신축성 벨크로(122)와 하단 신축성 벨크로(124)를 연결하는 연결 망사(140)에 내장될 수 있다. 구체적으로, 상단 신축성 벨크로(122)는 허벅지가 위치하는 부분에 위치하도록 형성될 수 있으며, 하단 신축성 벨크로(124)는 정강이가 위치하는 부분에 위치하도록 형성될 수 있다. 이때, 상단 신축성 벨크로(122)와 하단 신축성 벨크로(124)는 사용자의 무릎에 소프트 센서(200)를 고정하도록 일정 길이 이하로 형성될 수 있다. 상단 신축성 벨크로(122)와 하단 신축성 벨크로(124)는 사용자의 작업에 있어서 방해를 주지 않을 정도의 길이로 형성될 수 있다.

연결 망사(140)는 상단 신축성 벨크로(122)와 하단 신축성 벨크로(124)를 연결하며, 소프트 센서(200)가 내장되는 부분으로, 소프트 센서(200)의 크기에 따라 크기가 달라질 수 있다.

도 4를 참조하면, 착용부(100)에 내장된 소프트 센서(200)는 사용자의 무릎 부분에 위치하도록 착용될 수 있다. 이때, 소프트 센서(200)는 제1 관절 센서(210), 제2 관절 센서(220) 및 제3 관절 센서(230)를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 소프트 센서(200)는 3개의 센서를 포함하는 것으로 도시하였으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

소프트 센서(200)는 패턴이 형성된 액체금속 회로가 신축성이 있는 실리콘으로 봉제되어 구성될 수 있다.

제1 관절 센서(210)는 사용자가 무릎 관절 동작 측정 시스템(10)을 착용 시 사용자의 무릎 중앙부에 위치하도록 착용부(100)에 내장될 수 있다.

제1 관절 센서(210)는 사용자가 무릎을 굽히는 경우, 상하 방향으로 늘어나며 제1 신호가 생성되며, 무릎 관절의 굽힘 동작을 측정하는 주 센서 역할을 수행할 수 있다.

무릎 관절의 주된 움직임은 1축 방향의 굽힘-폄(Flexion-Extension)이다. 무릎 중앙부에 위치한 제1 관절 센서(210)는 이러한 굽힘-폄(Flexion-Extension) 동작에 따라 늘어났다 줄어들었다 하며 무릎 관절의 움직임을 측정할 수 있다.

제2 관절 센서(220) 및 제3 관절 센서(230)는 사용자가 무릎 관절 동작 측정 시스템(10)을 착용 시 무릎 중앙의 양 옆쪽에 각각 위치할 수 있다.

제2 관절 센서(220) 및 제3 관절 센서(230)는 사용자가 무릎을 굽히는 경우, 상하 방향으로 늘어나며 제2 신호 및 제3 신호가 각각 생성될 수 있다. 이때, 통합 모듈(300)은 제2 신호와 제3 신호의 차이를 이용하여 무릎 관절의 굽힘 동작 시 미세한 비틀림을 보정할 수 있다.

실제 인체의 무릎 관절은 좌우 비틀리는 방향(Rotation)으로도 움직인다. 따라서, 무릎 중앙에 위치한 제1 관절 센서(210)로 무릎 관절의 굽힘-폄(Flexion-Extension) 동작을 측정할 경우, 방향(Rotation)에 따른 오차가 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 오차를 보상할 수 있도록 소프트 센서(200)는 무릎 중앙부의 좌우로 제2 관절 센서(220) 및 제3 관절 센서(230)를 추가로 배치되도록 제2 관절 센서(220) 및 제3 관절 센서(230)를 포함할 수 있다.

예를 들어, 무릎 관절 동작 측정 시스템(10)을 착용한 사용자가 무릎 관절을 굽힐 때(flexion) 의도하지 않은 방향(Rotation)으로의 움직임이 발생하면 좌우에 형성된 제2 관절 센서(220) 및 제3 관절 센서(230) 중 하나는 많이 늘어나고 다른 하나는 적게 늘어나 두 센서에서 신호 차이가 발생할 수 있다. 이때, 제2 관절 센서(220) 및 제3 관절 센서(230)에서 측정된 제2 신호 및 제3 신호를 통해 방향(Rotation) 따른 오차를 보상 및 보정할 수 있다. 만약 의도하지 않은 방향(Rotation)으로의 움직임이 발생하지 않으면 좌우 제2 관절 센서(220) 및 제3 관절 센서(230)의 늘어나는 정도가 동일하므로 제1 관절 센서(210)만으로 무릎 관절의 움직임을 측정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 소프트 센서(200)는 도 5와 같은 패턴을 형성할 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

제1 관절 센서(210), 제2 관절 센서(220) 및 제3 관절 센서(230)는 연결선이 통합 모듈(300)과 연결되며, 각각의 연결선이 서로 연결되지 않고 독립적으로 구비될 수 있다.

따라서, 무릎 관절 동작 측정 시스템(10)은 무릎의 미세한 비틀림을 소프트 센서(200)를 통해 측정하여 보정할 수 있으며, 이는 의도치 않은 센서 데이터 오차의 보정을 나타낸다.

예를 들어, 비틀림 없이 무릎을 곧게 굽히는 경우, 제2 관절 센서(220) 및 제3 관절 센서(230)는 동일한 정도로 늘어날 수 있다. 이때, 무릎의 각도는 제1 관절 센서(210)의 측정 값을 통해 계산될 수 있다. 하지만, 실제 인체의 무릎 관절은 좌우 비틀리는 방향으로도 움직이며, 이에 따라 제1 관절 센서(210)를 통해 측정한 값에 오차가 발생할 수 있으므로, 이때 발생하는 오차를 제2 관절 센서(220) 및 제3 관절 센서(230)를 통해 측정한 값의 차이를 통해 보정할 수 있다.

이에 따라, 무릎 관절 동작 측정 시스템(10)은 무릎의 각도를 계산할 수 있으며, 무릎의 각도는 수학식 1을 통해 산출할 수 있다.

상술한 수학식 1에서, θ는 무릎의 각도를 나타내며, F는 X₁과 X_보정을 인자로 받아 무릎의 각도를 계산하는 함수를 나타내고, G는 X₂와 X₃의 차이를 인자로 받아, X_보정을 계산하는 함수를 나타낸다. 이때, X₁은 제1 관절 센서(210)를 통해 측정한 값을 나타내고, X2는 제2 관절 센서(220)를 통해 측정한 값을 나타내고, X₃은 제3 관절 센서(230)를 통해 측정한 값을 나타낸다.

구체적으로, 신호 처리부(310)는 상술한 수학식 1을 통해 무릎의 각도 θ를 계산한 후, 각도를 미분하여 각속도()를 얻을 수 있고, 각속도를 미분하여 각가속도()를 얻을 수 있다. 이에, 신호 처리부(310)는 무릎의 각도, 각속도, 각가속도를 이용하여 사용자가 무릎을 어느 방향으로 얼마나 빠르게 움직이려고 하는지를 파악할 수 있다.

따라서, 무릎 관절 동작 측정 시스템(10)은 무릎의 각도, 각속도, 각가속도를 이용하여 사용자의 의도에 따라 동작할 수 있다.

또한, 신호 처리부(310)는 무릎의 각도, 각속도, 각가속도를 이용하여 무릎 각도와 각속도의 추정값을 각각 구할 수 있으며, 이는 수학식 2를 통해 산출할 수 있다.

상술한 수학식 2에서, 은 무릎 각도의 추정값을 나타내고, 은 무릎 각속도의 추정값을 나타낸다. 또한, 는 처음 무릎의 각도를 나타내고, 는 처음 무릎의 각속도를 나타내며, 는 사전에 설정된 시간 간격을 나타낸다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무릎 관절 동작 측정 시스템의 통합 모듈을 나타내는 도면이다.

도 6을 참조하면, 통합 모듈(300)은 IMU(110)와 소프트 센서(200)로부터 나오는 신호를 처리할 수 있다. 통합 모듈(300)은 배터리(330)와 무선 통신 모듈(320)이 탑재되어 있어 무선으로 데이터를 전송할 수 있다.

메인 PCB에는 신호 처리부(310), 통신 모듈(320) 등이 포함될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

통합 모듈(300)은 신호 처리부(310) 및 배터리(330)가 별도의 커버 내부에 위치하도록 구현하여 외부와 차단되도록 할 수 있다. 이때, 통합 모듈(300)은 신호 처리부(310), 통신 모듈(320)이 하나의 PCB 모듈로 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

배터리(330)는 신호 처리부(310)가 동작하도록 전원을 공급할 수 있으며, 충전 포트 및 전원 스위치(340)를 통해 충전되어 전원을 공급할 수 있다. 통합 모듈(300)은 전원이 공급되면 동작을 수행할 수 있다.

신호 처리부(310)는 전체 시스템의 신호를 처리하는 장치로서, IMU(110)와 소프트 센서(200)로부터 측정한 무릎의 움직임을 통해 사용자의 무릎 관절 동작을 측정할 수 있다. 이때, 무릎 관절 동작의 측정을 통해 사용자의 작업량을 확인할 수 있으며, 무릎 관절의 비틀림을 보정하도록 할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무릎 관절 동작 측정 시스템의 동작을 예시한 도면이다.

도 7의 (a)는 사용자의 무릎 관절의 움직임이 없는 상태를 나타낸다.

도 7의 (b)는 사용자의 무릎 관절의 움직임이 있는 상태를 나타낸다. 이때, 도 7의 (b)와 같은 움직임은 소프트 센서(200)의 제1 관절 센서(210)를 통해 이루어지며, 제2 관절 센서(220) 및 제3 관절 센서(230)를 통해 측정된 움직임을 더 포함할 수 있다.

무릎 관절 동작 측정 시스템(10)을 착용한 사용자가 무릎을 굽히는 경우, 제1 관절 센서(210)에 의한 제1 신호(12)과 도 7의 (b)와 같이 나타날 수 있으며, 이를 통해 무릎의 굽힘 정도를 판단할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무릎 관절 동작 측정 시스템에 의한 무릎 관절 동작 측정 방법을 나타내는 흐름도이다. 무릎 관절 동작 측정 방법은 무릎 관절 동작 측정 시스템에 의해 수행되며, 무릎 관절 동작 측정 시스템이 수행하는 동작에 관한 상세한 설명과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

무릎 관절 동작 측정 방법은 사용자가 무릎 관절 동작 측정 시스템을 착용한 후 사용자의 무릎 관절 움직임을 측정하는 방법을 나타낸다.

무릎 관절 동작 측정 방법은 사용자의 움직임에 따라 신호를 획득하는 단계(S810), 획득한 신호에 의해 사용자의 움직임을 분석하는 단계(S820) 및 굽힘 각도를 보정하는 단계(S830)를 포함한다.

사용자의 움직임에 따라 신호를 획득하는 단계(S810)는 제1 관절 센서를 통해 제1 신호를 획득하는 단계(S812), 제2 관절 센서를 통해 제2 신호를 획득하는 단계(S813), 제3 관절 센서를 통해 제3 신호를 획득하는 단계(S814)를 포함할 수 있다.

획득한 신호에 의해 사용자의 움직임을 분석하는 단계(S820)는 무릎 관절 굽힘 각도를 계산하는 단계(S821) 및 무릎 관절 비틀림 정도를 계산하는 단계(S822)를 포함한다.

무릎 관절 굽힘 각도를 계산하는 단계(S821)는 제1 관절 센서를 통해 획득한 제1 신호를 통해 계산할 수 있으며, 제1 관절 센서가 인장함에 따라 증가하는 저항의 변화에 따라 무릎 관절 굽힘 각도를 계산할 수 있다.

무릎 관절 비틀림 정도를 계산하는 단계(S822)는 제2 관절 센서를 통해 획득한 제2 신호와 제3 관절 센서를 통해 획득한 제3 신호의 차이를 통해 비틀림 정도를 계산할 수 있다.

굽힘 각도를 보정하는 단계(S830)는 무릎 관절 굽힘 각도와 비틀림 정도를 통해 무릎 관절 굽힘 각도를 보정할 수 있다.

따라서, 무릎 관절 동작 측정 시스템에 의해 수행되는 무릎 관절 동작 측정 방법은 사용자가 무릎을 굽힐 때, 무릎 중앙부에 위치한 제1 관절 센서가 인장되며 저항이 증가하고, 저항이 증가한 정도를 바탕으로 사용자의 무릎이 굽은 정도를 측정할 수 있다. 이때, 무릎 중앙부 좌우에 위치한 제2 관절 센서와 제3 관절 센서는 무릎의 미세한 비틀림을 보정하는 용도로 활용될 수 있다.

상술한 무릎 관절 동작 측정 방법에서, 관리자는 무선으로 수집된 작업 정보를 파악할 수 있다.

도 8에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 개재하고 있으나 이는 예시적으로 설명한 것에 불과하고, 이 분야의 기술자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 8에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 또는 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하거나 다른 과정을 추가하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 무릎 관절 동작 측정 시스템
100: 착용부
200: 소프트 센서
210: 제1 관절 센서
220: 제2 관절 센서
230: 제3 관절 센서
300: 통합 모듈
310: 신호 처리부
320: 통신부

Claims

사용자의 무릎을 둘러싸도록 착용되는 착용부;
상기 착용부에 내장되며, 상기 무릎의 움직임을 측정하는 소프트 센서; 및
상기 소프트 센서와 연결되어 상기 측정된 움직임을 이용하여 상기 사용자의 무릎 관절의 변형을 측정하며, 상기 무릎 관절의 변형을 기반으로 상기 사용자의 무릎 관절의 굽힘에 따른 상기 사용자의 바른 자세를 위한 굽힘 각도 또는 비틀림을 보정하는 통합 모듈을 포함하고,
상기 소프트 센서는, 상기 사용자의 무릎 관절의 굽힘-폄(Flexion-Extension)에 의해 상하 방향으로 늘어남에 따른 움직임을 측정하여 제1 신호를 생성하는 제1 관절 센서; 상기 무릎 관절의 좌측으로 비틀리는 방향에 의한 움직임을 측정하여 제2 신호를 생성하는 제2 관절 센서; 및 상기 무릎 관절의 우측으로 비틀리는 방향에 의한 움직임을 측정하여 제3 신호를 생성하는 제3 관절 센서를 포함하며,
상기 통합 모듈은, 상기 제2 신호와 상기 제3 신호의 차이가 없는 경우, 상기 무릎 관절이 좌우로 비틀리는 방향(Rotation)에 따른 오차가 발생하지 않은 것으로 판단하여 상기 제1 신호만을 통해 상기 사용자의 바른 자세를 위한 상기 무릎 관절의 굽힘 각도를 보정하고, 상기 제2 신호와 상기 제3 신호의 차이가 있는 경우, 좌우로 비틀리는 방향(Rotation)에 따른 오차를 보정하도록 상기 사용자의 바른 자세를 위한 상기 제2 신호 및 상기 제3 신호의 움직임이 동일하도록 하는 상기 무릎 관절의 굽힘 각도 및 상기 제1 신호를 통한 상기 무릎 관절의 굽힘 각도를 포함하는 상기 무릎 관절의 비틀림을 보정하는 것을 특징으로 하는 무릎 관절 동작 측정 시스템.
제1항에 있어서,
상기 착용부는,
상기 무릎을 중심으로 상기 사용자의 허벅지 및 정강이의 일정 범위를 덮도록 형성되며, 상기 통합 모듈이 적어도 하나 장착되고,
상기 통합 모듈은 상기 착용부에 내장되는 상기 소프트 센서와 각각 연결되어, 상기 소프트 센서에서 측정된 신호를 통해 상기 무릎의 움직임 정도를 측정하는 것을 특징으로 하는 무릎 관절 동작 측정 시스템.
제1항에 있어서,
상기 소프트 센서는,
상기 사용자의 무릎 중앙 또는 상기 무릎 중앙의 양 옆에 구비되며, 무릎 관절의 굽힘 동작에 의해 상하 방향으로 늘어남에 따라 신호를 생성하며,
상기 소프트 센서는 프린팅된 액체 금속을 실리콘 소재로 봉제(Encapsulation)한 형태로 형성되며, 상기 사용자의 움직임에 의해 인장되는 정도에 따라 변화하는 저항에 의해 상기 신호가 생성되는 것을 특징으로 하는 무릎 관절 동작 측정 시스템.
제3항에 있어서,
상기 소프트 센서는,
상기 제1 관절 센서가 상기 사용자의 무릎 중앙부에 구비되고, 상기 제2 관절 센서가 상기 제1 관절 센서의 좌측에 구비되며, 상기 제3 관절 센서가 상기 제1 관절 센서의 우측에 구비되는 것을 특징으로 하는 무릎 관절 동작 측정 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 통합 모듈은,
상기 소프트 센서를 통해 측정된 움직임에 따른 상기 사용자의 무릎 관절의 변형을 분석하는 신호 처리부; 및
상기 소프트 센서를 통해 측정된 움직임을 전달 받으며, 상기 분석한 무릎 관절의 변형 정보를 전송하는 통신부를 포함하고,
상기 통합 모듈은 상기 사용자의 무릎에 적어도 하나 구비되는 것을 특징으로 하는 무릎 관절 동작 측정 시스템.
제6항에 있어서,
상기 신호 처리부는,
(i) 상기 사용자의 무릎 중앙의 제1 관절 센서를 통해 측정한 상기 사용자의 무릎 관절 굽힘 각도 및 (ii) 상기 사용자의 무릎 중앙 양 옆의 제2 관절 센서 및 제3 관절 센서를 통해 측정한 상기 사용자의 무릎 관절의 비틀림 정도를 계산하고,
상기 무릎 관절 굽힘 각도 및 상기 무릎 관절의 비틀림 정도를 통해 상기 사용자의 무릎 관절 굽힘 각도를 보정하는 것을 특징으로 하는 무릎 관절 동작 측정 시스템.
제6항에 있어서,
상기 통합 모듈은,
상기 사용자의 위치를 추적하는 위치 추적부; 및
상기 무릎 관절의 변형에 따라 상기 사용자의 근골격계 질환 또는 상해 가능성이 있는 경우, 상기 사용자에게 작업 중단 알림을 전송하는 진동부를 더 포함하고,
상기 작업 중단 알림은, 상기 사용자의 무릎 관절의 변형 정도가 일정 임계치 이상인 경우가 일정 시간 이상 지속되는 경우 생성되는 것을 특징으로 하는 무릎 관절 동작 측정 시스템.
제1항에 있어서,
상기 착용부는,
천 재질의 원단으로 형성되며, 상기 사용자의 신체에 밀착되어 고정되도록 실리콘 및 패드를 포함하며, 착탈이 용이하도록 체결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무릎 관절 동작 측정 시스템.
사용자의 무릎 상태를 모니터링하는 통합 모듈에 있어서,
상기 사용자의 무릎을 둘러싸도록 착용되는 착용부에 내장된 소프트 센서를 통해 측정된 움직임에 따른 상기 사용자의 무릎 관절의 변형을 측정하여 분석하는 신호 처리부; 및
상기 소프트 센서를 통해 측정된 움직임을 전달 받으며, 상기 분석한 무릎 관절의 변형 정보를 전송하는 통신부를 포함하고,
상기 신호 처리부는 상기 소프트 센서와 연결되어 상기 측정된 움직임을 이용하여 상기 사용자의 무릎 관절의 변형을 측정하며, 상기 무릎 관절의 변형을 기반으로 상기 사용자의 무릎 관절의 굽힘 동작을 보정하며,
상기 소프트 센서는, 상기 사용자의 무릎 관절의 굽힘-폄(Flexion-Extension)에 의해 상하 방향으로 늘어남에 따른 움직임을 측정하여 제1 신호를 생성하는 제1 관절 센서; 상기 무릎 관절의 좌측으로 비틀리는 방향에 의한 움직임을 측정하여 제2 신호를 생성하는 제2 관절 센서; 및 상기 무릎 관절의 우측으로 비틀리는 방향에 의한 움직임을 측정하여 제3 신호를 생성하는 제3 관절 센서를 포함하고,
상기 통합 모듈은, 상기 제2 신호와 상기 제3 신호의 차이가 없는 경우, 상기 무릎 관절이 좌우로 비틀리는 방향(Rotation)에 따른 오차가 발생하지 않은 것으로 판단하여 상기 제1 신호만을 통해 상기 사용자의 바른 자세를 위한 상기 무릎 관절의 굽힘 각도를 보정하고, 상기 제2 신호와 상기 제3 신호의 차이가 있는 경우, 좌우로 비틀리는 방향(Rotation)에 따른 오차를 보정하도록 상기 사용자의 바른 자세를 위한 상기 제2 신호 및 상기 제3 신호의 움직임이 동일하도록 하는 상기 무릎 관절의 굽힘 각도 및 상기 제1 신호를 통한 상기 무릎 관절의 굽힘 각도를 포함하는 상기 무릎 관절의 비틀림을 보정하는 것을 특징으로 하는 통합 모듈.
제10항에 있어서,
상기 신호 처리부는,
(i) 상기 사용자의 무릎 중앙의 제1 관절 센서를 통해 측정한 상기 사용자의 무릎 관절 굽힘 각도 및 (ii) 상기 사용자의 무릎 중앙 양 옆의 제2 관절 센서 및 제3 관절 센서를 통해 측정한 상기 사용자의 무릎 관절의 비틀림 정도를 계산하고,
상기 무릎 관절 굽힘 각도 및 상기 무릎 관절의 비틀림 정도를 통해 상기 사용자의 무릎 관절 굽힘 각도를 보정하는 것을 특징으로 하는 통합 모듈.
제11항에 있어서,
상기 신호 처리부는,
상기 제2 관절 센서에서 생성된 제2 신호와 상기 제3 관절 센서에서 생성된 제3 신호의 차이가 없는 경우, 상기 사용자의 무릎 관절이 좌우로 비틀리는 방향(Rotation)에 따른 오차가 발생하지 않은 것으로 판단하여 상기 제1 관절 센서에서 생성된 제1 신호를 통해 상기 무릎 관절의 굽힘 각도를 보정하고,
상기 제2 신호와 상기 제3 신호의 차이가 있는 경우, 상기 사용자의 무릎 관절이 좌우로 비틀리는 방향(Rotation)에 따른 오차가 발생한 것으로 판단하여 상기 오차를 보정하여 상기 무릎 관절의 굽힘 동작 시 미세한 비틀림을 보정하는 것을 특징으로 하는 통합 모듈.
제10항에 있어서,
상기 통합 모듈은,
상기 사용자의 위치를 추적하는 위치 추적부; 및
상기 무릎 관절의 변형에 따라 상기 사용자의 근골격계 질환 또는 상해 가능성이 있는 경우, 상기 사용자에게 작업 중단 알림을 전송하는 진동부를 더 포함하고,
상기 작업 중단 알림은, 상기 사용자의 무릎 관절의 변형 정도가 일정 임계치 이상인 경우가 일정 시간 이상 지속되는 경우 생성되는 것을 특징으로 하는 통합 모듈.