KR20040051264A - 햅틱인터페이스 장치를 기반으로 하는 가상현실재활시스템 및 방법 - Google Patents

햅틱인터페이스 장치를 기반으로 하는 가상현실재활시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 재활이 요구되는 환자에게 가상현실과 햅틱 인터페이스를 이용해 가상현실 컨텐츠를 제공하고 이를 네트워크로 확장하여 원격지에서 재활 치료 및 예방을 수행할 수 있도록 하는 햅틱인터페이스 장치를 기반으로 하는 가상현실 재활시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 가상현실 컨텐츠의 내용에 따라 사용자의 재활운동을 유도하고 사용자의 운동에 따른 관절 변위 및 최대 압력을 센서링하는 햅틱인터페이스 장치와, 가상현실 컨텐츠를 다운받아 가상현실 이미지를 표시하고 그 컨텐츠 내용에 따라 햅틱인터페이스 장치의 동작을 제어하며, 상기 센서링된 데이터를 서버시스템으로 전송하는 클라이언트시스템과, 다수의 클라이언트시스템으로부터 사용자의 운동상태 데이터를 수신하여 각 사용자별 재활상태를 관리하고, 사용자의 재활상태에 따라 적절한 가상현실 컨텐츠를 제공하는 서버시스템으로 구성된다.

Description

햅틱인터페이스 장치를 기반으로 하는 가상현실 재활시스템 및 방법{Virtual reality rehabilitation system based on haptic interface device and the method}
본 발명은 가상현실 재활시스템 및 방법에 관한 것이며, 보다 상세히는 재활이 요구되는 환자에게 가상현실과 햅틱 인터페이스를 이용해 가상현실 컨텐츠를 제공하고 이를 네트워크로 확장하여 원격지에서 재활 치료 및 예방을 수행할 수 있도록 하는 햅틱인터페이스 장치를 기반으로 하는 가상현실 재활시스템 및 방법에 관한 것이다.
종래 일반적으로 이뤄지고 있는 재활치료는 환자가 직접 병원을 찾아가 의료서비스를 받거나, 관련 운동기구 또는 치료장비를 구입하여 일정한 재활프로그램에 따라 반복적으로 운동하여야 한다.
이러한 종래의 재활치료 방법은 환자가 병원을 수시로 방문하여야 하므로 시간적, 공간적 제약이 많이 따르고, 또한, 재활프로그램에 따른 반복적인 운동은 환자로하여금 지루하게 할 뿐만 아니라 완쾌를 위해서는 환자에게 많은 의지와 노력을 요구한다.
또한, 종래 재활치료는 환자에게 동일한 형태의 반복 기능만을 제시하기 때문에 지속적인 치료에 대한 자극을 주기 어렵고, 환자의 상태호전에 따른 단계별 치료가 적절하게 이뤄지지 않는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 가상현실을 통해 환자에게 재활치료를 위한 다양한 자극을 제시하여 재활치료의 효과를 증진시키고, 환자 개개인 및 상태호전에 따라 햅틱 장치를 통해 치료강도를 단계별로 조절할 수 있으며 인터넷 환경을 통해 재활치료서비스를 원격지에서 저렴하고 편리하게 이용할 수 있도록 하는 햅틱인터페이스 장치를 기반으로 하는 가상현실 재활시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 햅틱인터페이스 장치를 기반으로 하는 가상현실 재활시스템은, 가상현실 컨텐츠의 내용에 따라 그 동작이 제어되어 사용자의 재활운동을 유도하고 사용자의 운동에 따른 관절 변위 및 최대 압력을 센서링하는 햅틱인터페이스 장치; 서버시스템으로부터 가상현실 컨텐츠를 다운받아 가상현실 이미지를 표시하고 그 컨텐츠 내용에 따라 상기 햅틱인터페이스 장치의 동작을 제어하며, 상기 센서링된 사용자 운동상태 데이터를 서버시스템으로 전송하는 클라이언트시스템; 및 다수의 클라이언트시스템으로부터 사용자 운동상태 데이터를 수신하여 각 사용자별로 재활치료 상태를 관리하고, 사용자의 재활치료 상태에 따라 적절한 가상현실 컨텐츠를 제공하는 서버시스템;으로 구성된다.
또한, 상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 햅틱인터페이스 장치를 기반으로 하는 가상현실 재활치료 방법은, 서버시스템에 접속된 사용자를 인증하여 인증된 사용자만이 가상현실 컨텐츠를 이용할 수 있도록 하는 사용자 인증단계; 사용자의 현재 재활상태에 따라 적절한 가상현실 컨텐츠를 제공하는 가상현실 컨텐츠 제공단계; 상기 클라이언트시스템이 서버시스템으로부터 다운받은 가상현실 컨텐츠의 가상현실 이미지를 표시하고 그 내용에 따라 상기 햅틱인터페이스 장치의 동작을제어하여 사용자의 재활운동을 실행하는 가상현실 컨텐츠 실행단계; 사용자의 재활운동 실행중 상기 햅틱인터페이스 장치의 관절 변위 및 최대 압력을 센서링하고, 상기 서버시스템은 다수의 클라이언트시스템으로부터 이 센서링 데이터를 수신하여 각 사용자별 현재 재활상태를 파악하고 관리하는 사용자 재활상태 정보 관리단계;로 이루어진다.
도 1은 본 발명에 따른 햅틱기반의 가상현실 재활시스템에 대한 블럭 구성
도.
도 2는 본 발명에 따른 햅틱 인터페이스 장치에 대한 상부도.
도 3은 본 발명에 따른 햅틱 인터페이스 장치에 대한 측면도.
도 4는 본 발명에 따른 재활치료를 위한 가상현실의 지형,지물에 대한 예
시도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 햅틱인터페이스 장치13: 밴드
15: 실린더20: 클라이언트시스템
21: 입력처리모듈22: 제어모듈(220
23: 랜더링 모듈40: 서버시스템
41: 통신관리 모듈42: 사용자정보 관리모듈
43: 가상현실 컨텐츠 운영모듈44: 사용자정보 데이터베이스
45: 가상현실 컨텐츠 데이터베이스
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 햅틱기반의 가상현실 재활시스템에 대한 블럭 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 재활시스템은, 크게 햅틱인터페이스 장치(10)와, 클라이언트시스템(20)과, 서버시스템(40)으로 이루어진다.
각 사용자(또는 환자)들은 상기 햅틱인터페이스 장치(10)에 착석하여 통신이 가능한 컴퓨터시스템인 클라이언트시스템(20)으로 상기 서버시스템(40)에 접속한 후, 제공되는 가상현실 컨텐츠에 따라 수동 또는 능동모드로 재활 운동을 실행하며, 그 치료상태 정보는 서버시스템(40)에 전달되어 각 사용자별로 관리된다.
상기 햅틱인터페이스 장치(10)는 사용자의 재활치료를 위한 운동기구로서, 전기모터나 유압시스템 또는 공기압 장치를 이용하여 사용자의 적절한 재활 운동을 유도하고 압력 및 변위 측정 센서를 구비하여 사용자에게 걸리는 최대 압력을 측정하거나 적절하게 조절할 수 있도록 구성된다.
즉, 상기 햅틱인터페이스 장치(10)는 상기 클라이언트시스템(20)에 의해 그 동작이 제어되며, 사용자의 운동에 따른 관절의 변위 및 최대 압력 등이 센서링되고 이러한 운동상태 정보는 서버시스템(40)으로 전달된다.
도 2와 도 3은 이러한 햅틱인터페이스 장치(10)에 대한 일예로서 각각 상부도와 측면도를 보여주고 있다.
가상현실 컨텐츠를 통한 재활치료를 수행하기 위하여, 사용자는 햅틱인터페이스 장치(10)의 좌석(14)에 착석하고 밴드(13)들로 치료 부위를 고정한다.
즉, 발목 치료를 할 경우, 발을 발판(12)에 올려놓고 밴드(13)로 발을 고정시킨다.
그리고, 사용자 PC인 클라이언트시스템(20)의 모니터(11)를 통해 표시되는 도면 4와 같은 가상현실 안에서 그 지형의 변화에 따라 관절 운동을 수행하게 된다.
이때, 상기 햅틱인터페이스의 관절운동은 상기 클라이언트시스템(20)이 가상현실 컨텐츠의 지형 등에 따라 실린더(15)의 압력 및 위치변위를 적절하게 제어함으로써 이루어진다.
이러한 가상현실 컨텐츠는 수동적 관절운동(PROM:Passive Range Of Motion)과 능동적 관절운동(AROM:Active Range Of Motion)으로 구성된다.
수동적 관절운동은 가상공간 안에 지형,지물에 따라 상기 클라이언트시스템(20)이 실린더(15)를 자동적으로 제어하는 것이며, 능동적 관절운동은 환자가 직접 운동을 실시하여 가상공간 안에서 이동을 실시하는 모드이다.
상기 실린더(15)에는 압력 및 변위 측정 센서가 구비된다.
상기 클라이언트시스템(20)은 상기 서버시스템(40)에서 가상현실 컨텐츠와 관련 데이터들을 다운받아 사용자에게 가상현실 이미지를 표시하고 그 컨텐츠에 따라 상기 햅틱인터페이스 장치(10)의 동작을 제어한다.
또한, 상기 클라이언트시스템(20)은 사용자의 재활 치료 수행중에 상기 햅틱인터페이스의 운동변위 및 최대 압력 등을 센서링하여 그 데이터를 상기 서버시스템(40)으로 전송한다.
이러한 클라이언트시스템(20)은 입력처리 모듈(21)과, 제어모듈(22)과, 랜더링 모듈(23)과, 통신모듈(24)로 이루어진다.
상기 입력처리 모듈(21)은 사용자의 인증작업 및 가상현실 컨텐츠 선택 등과 같은 사용자의 입력데이터를 처리하며, 상기 실린더(15)에서 센서링된 관절운동의 변위 및 최대 압력 등의 정보를 수집하고 이를 상기 서버시스템(40)으로 전달한다.
상기 제어모듈(22)은 상기 서버시스템(40)으로부터 다운로드된 가상현실 컨텐츠의 지형,지물에 따라 상기 햅틱인터페이스 장치(10)의 동작을 조절하는 모듈이다.
상기 랜더링 모듈(23)은 상기 서버시스템(40)으로부터 수신되는 가상현실 컨텐츠의 지형,지물 이미지를 3차원 그래픽이미지로 표현하기 위한 모듈이다.
상기 서버시스템(40)은 인터넷 통신망(30)을 통해 다수의 클라이언트시스템(20)들에게 사용자별로 적절한 가상현실 컨텐츠 및 재활 치료 정보를 제공하는 서버장치이다.
이러한 서버시스템(40)은 통신관리 모듈(41)과, 사용자정보 관리모듈(42)과, 사용자정보 데이터베이스(44)와, 가상현실 컨텐츠 운영모듈(43)과, 가상현실 컨텐츠 데이터베이스(45)로 이루어진다.
상기 통신관리 모듈(41)은 인터넷 통신망(30)을 통한 각 클라이언트시스템(20)과의 통신상태를 관리한다.
상기 사용자정보 관리모듈(42)은 접속된 클라이언트시스템(20)의 사용자를 확인하고 그 사용자 인증을 실행하여 인증된 사용자만이 가상현실 컨텐츠를 이용할 수 있도록 한다.
또한, 상기 사용자정보 관리모듈(42)은 사용자의 재활치료 수행중에 센서링된 관절의 변위 및 최대 압력과 같은 운동상태 정보를 상기 클라이언트시스템(20)으로부터 수신하여 사용자의 현재 치료상태를 파악하고, 이 정보를 상기 사용자정보 데이터베이스(44)에 저장하게 되며 의사나 임상치료사에게 이 정보를 제공하여 재활 치료를 원격지에서 도와줄 수 있도록 한다.
상기 사용자정보 데이터베이스(44)는 사용자 인증을 위한 사용자의 ID, 성명 등과 같은 정보뿐만 아니라 사용자의 나이, 재활 치료부위, 사용자의 운동상태 정보 및 재활상태 정보 등이 저장 관리된다.
상기 가상현실 컨텐츠 운영모듈(43)은 각 재활치료 내용에 따라 가상현실 컨텐츠를 분류 관리하는 모듈로서, 상기 사용자정보 데이터베이스(44)로부터 사용자의 치료부위 및 재활상태를 확인하고 그에 따라 적절한 가상현실 컨텐츠를 사용자에게 제공한다.
상기 가상현실 컨텐츠 데이터베이스(45)에는 다양한 가상현실 컨텐츠들이 각 재활치료 내용에 따라 분류되어 데이터베이스화되며, 이러한 데이터들은 인터넷 통신망(30)을 통해 수정되거나 확장될 수 있다.
상기 가상현실 컨텐츠는 사용자에게 몰입감을 주기 위하여 사용자의 치료 형태에 맞는 가상현실 공간을 제공하고 사용자의 운동에 따라 화면이 이동 변화함으로써 실제 공간에서의 운동과 유사한 느낌을 주게 된다.
이러한 가상현실 컨텐츠는 수동적 관절운동(PROM:Passive Range Of Motion)과 능동적 관절운동(AROM:Active Range Of Motion)으로 수행될 수 있으며, 사용자는 필요에 따라 수동 모드 또는 능동 모드로 선택하여 운동하게 된다.
한편, 사용자가 운동을 수행하는 도중에 계속적으로 상기 서버시스템(40)과 상기 클라이언트시스템(20)간의 데이터 통신 연결이 끊어지거나 전송이 늦어지는 경우, 상기 통신모듈(24)의 동기관리 부분과 통신관리 모듈(41)의 통신 연결관리부분이 통신망(30)의 재 접속 등을 처리한다.
이때, 소정의 최대 응답시간이상으로 통신이 두절되면 상기 햅틱인터페이스 장치(10)의 작동을 일단 중지시키고 재 연결을 시도한다.
이를 위하여 상기 사용자정보 관리모듈(42)은 사용자의 현재 운동상태를 수시로 기록하여 가장 최근에 진행한 재활 치료 기록을 알 수 있도록 한다.
한편, 본 발명에 따른 가상현실 재활치료 방법은 서버시스템(40)에 접속된 사용자를 인증하여 인증된 사용자만이 가상현실 컨텐츠를 이용할 수 있도록 하는 사용자 인증단계와, 사용자의 현재 재활상태에 따라 적절한 가상현실 컨텐츠를 제공하는 가상현실 컨텐츠 제공단계와, 상기 클라이언트시스템(20)이 서버시스템(40)으로부터 다운받은 가상현실 컨텐츠의 가상현실 이미지를 표시하고 그 내용에 따라 상기 햅틱인터페이스 장치(10)의 동작을 제어하여 사용자의 재활운동을 실행하는 가상현실 컨텐츠 실행단계와, 사용자의 재활운동 실행중 상기 햅틱인터페이스 장치(10)의 관절 변위 및 최대 압력을 센서링하고, 상기 서버시스템(40)은 다수의 클라이언트시스템(20)으로부터 이 센서링 데이터를 수신하여 각 사용자별 현재 재활상태를 파악하고 관리하는 사용자 재활상태 정보 관리단계로 이루어진다.
상기 가상현실 컨텐츠 제공단계는 가상현실 컨텐츠를 수동적 관절운동과 능동적 관절운동으로 분류하여 관리하고, 사용자의 선택에 따라 수동 모드 또는 능동 모드의 가상현실 컨텐츠를 제공한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 햅틱인터페이스 장치를 기반으로 하는 가상현실 재활시스템 및 방법은, 환자의 재활 치료 상태에 따라 단계별로 가상현실 컨텐츠를 제공하고 재활 강도를 적절하게 조절함으로써 환자의 빠른 회복을 도모할 수 있다.
또한, 재활 병원 등을 직접 방문하지 않고도 원격지에서 고품질의 의료 서비스를 받게 되므로 사용자의 시간, 공간상의 편의를 도모할 수 있다.
또한, 실제와 유사한 다양한 가상현실 컨텐츠를 제공하여 사용자로 하여금 재활 치료의 반복수행에 따른 지루함을 없애고 몰입감을 유발함으로써 재활치료의 효과를 증진시킬 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 햅틱인터페이스 장치를 기반으로 하는 가상현실 재활시스템 및 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (7)

  1. 가상현실 컨텐츠의 내용에 따라 그 동작이 제어되어 사용자의 재활운동을 유도하고 사용자의 운동에 따른 관절 변위 및 최대 압력을 센서링하는 햅틱인터페이스 장치;
    서버시스템으로부터 가상현실 컨텐츠를 다운받아 가상현실 이미지를 표시하고 그 컨텐츠 내용에 따라 상기 햅틱인터페이스 장치의 동작을 제어하며, 상기 센서링된 사용자 운동상태 데이터를 서버시스템으로 전송하는 클라이언트시스템; 및
    다수의 클라이언트시스템으로부터 사용자 운동상태 데이터를 수신하여 각 사용자별로 재활치료 상태를 관리하고, 사용자의 재활치료 상태에 따라 적절한 가상현실 컨텐츠를 제공하는 서버시스템;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 햅틱인터페이스 장치를 기반으로 하는 가상현실 재활시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 클라이언트시스템은 상기 서버시스템으로부터 수신되는 가상현실 컨텐츠의 지형,지물 이미지를 랜더링 처리하여 3차원 그래픽이미지로 표현하는 것을 특징으로 하는 햅틱인터페이스 장치를 기반으로 하는 가상현실 재활시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 서버시스템은,
    인터넷 통신망을 통한 각 클라이언트시스템과의 통신상태를 관리하는 통신관리모듈과,
    사용자 인증을 실행하여 인증된 사용자만 가상현실 컨텐츠를 이용할 수 있도록 하고, 각 클라이언트시스템으로부터 수신되는 상기 센서링 데이터를 통해 각 사용자의 현재 재활 상태를 파악하고, 이를 사용자정보 데이터베이스에 저장 관리하는 사용자정보 관리모듈과,
    각 사용자별 인증정보와 재활상태 정보가 저장되는 사용자정보 데이터베이스와,
    각 재활치료 내용에 따라 가상현실 컨텐츠를 분류 관리하며, 사용자의 치료부위 및 재활상태에 따라 적절한 가상현실 컨텐츠를 제공하는 가상현실 컨텐츠 운영모듈과,
    다양한 가상현실 컨텐츠들이 각 재활치료 내용에 따라 분류되어 데이터베이스화되는 가상현실 컨텐츠 데이터베이스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 햅틱인터페이스 장치를 기반으로 하는 가상현실 재활시스템.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 사용자정보 관리모듈은 파악된 사용자의 현재 재활상태 정보를 의사에게 제공하여 의사의 재활치료 정보가 사용자에게 전달되도록 하는 것을 특징으로 하는 햅틱인터페이스 장치를 기반으로 하는 가상현실 재활시스템.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 가상현실 컨텐츠 운영모듈은 가상현실 컨텐츠를 수동적 관절운동과 능동적 관절운동으로 분류하여 관리하고, 사용자로 하여금 그 필요에 따라 수동 모드 또는 능동 모드로 가상현실 컨텐츠를 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 햅틱인터페이스 장치를 기반으로 하는 가상현실 재활시스템.
  6. 서버시스템에 접속된 사용자를 인증하여 인증된 사용자만이 가상현실 컨텐츠를 이용할 수 있도록 하는 사용자 인증단계;
    사용자의 현재 재활상태에 따라 적절한 가상현실 컨텐츠를 제공하는 가상현실 컨텐츠 제공단계;
    상기 클라이언트시스템이 서버시스템으로부터 다운받은 가상현실 컨텐츠의 가상현실 이미지를 표시하고 그 내용에 따라 상기 햅틱인터페이스 장치의 동작을 제어하여 사용자의 재활운동을 실행하는 가상현실 컨텐츠 실행단계;
    사용자의 재활운동 실행중 상기 햅틱인터페이스 장치의 관절 변위 및 최대 압력을 센서링하고, 상기 서버시스템은 다수의 클라이언트시스템으로부터 이 센서링 데이터를 수신하여 각 사용자별 현재 재활상태를 파악하고 관리하는 사용자 재활상태 정보 관리단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 햅틱인터페이스 장치를 기반으로 하는 가상현실 재활치료 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 가상현실 컨텐츠 제공단계는 가상현실 컨텐츠를 수동적 관절운동과 능동적 관절운동으로 분류하여 관리하고, 사용자의 선택에 따라 수동 모드 또는 능동 모드의 가상현실 컨텐츠를 제공하는 것을 특징으로 하는 햅틱인터페이스 장치를 기반으로 하는 가상현실 재활치료 방법.
KR1020020079163A 2002-12-12 2002-12-12 햅틱인터페이스 장치를 기반으로 하는 가상현실재활시스템 및 방법 KR20040051264A (ko)

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