KR20120062471A - 보행 상태를 인식하는 장치 및 그 방법 - Google Patents

보행 상태를 인식하는 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 센서 회로부로부터 전송되는 신호를 기초로 보행 상태를 인식하는 장치는, 상기 센서 회로부로부터 전송되는 신호를 수신하는 신호 수신부와, 상기 신호 수신부로부터 수신된 신호를 기초로 특징을 추출하는 신호 분석 처리부와, 상기 신호 분석 처리부로부터 추출된 특징을 기초로 상기 추출된 특징에 대응하는 패턴을 결정하는 신호 인식부를 포함한다.

Description

보행 상태를 인식하는 장치 및 그 방법{Apparatus for recognizing walking state and method thereof}
본 발명은 관성 센서를 포함하는 센서 회로부가 장착된 신발로부터 인식되는 보행 상태에 대한 정보를 분석하는 보행 상태를 인식하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
로봇 기술의 발전으로 보행자(또는, 장애인)들이 로봇을 보조 수단으로 하여 보행할 수 있도록 하는 시스템들이 있다.
상기와 같은 보조 수단으로서의 로봇은 보행자가 자연스러운 보행의 느낌을 받고, 각각의 상황에서 보행자의 안전을 보장하기 위해서 실시간으로 보행 상태를 인식하는 기술이 필요하지만, 실시간으로 정확한 보행 상태를 인식하는 서비스가 제공되지 않고 있다.
본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해서 센서 회로부로부터 인식된 보행 상태에 대한 정보를 분석하여 실시간으로 정확한 보행 상태를 인식하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양태로서, 센서 회로부로부터 전송되는 신호를 기초로 보행 상태를 인식하는 장치는, 상기 센서 회로부로부터 전송되는 신호를 수신하는 신호 수신부와, 상기 신호 수신부로부터 수신된 신호를 기초로 특징을 추출하는 신호 분석 처리부와 상기 신호 분석 처리부로부터 추출된 특징을 기초로 상기 추출된 특징에 대응하는 패턴을 결정하는 신호 인식부를 포함할 수 있다.
상기 센서 회로부는, 상기 센서 회로부가 구비된 임의의 장치의 움직임을 감지하는 센서부와, 상기 센서부로부터 감지된 신호를 증폭 및 필터링하는 신호 처리부와, 상기 신호 처리부로부터 출력된 신호를 통신 연결된 임의의 보행 상태를 인식하는 장치에 전송하는 신호 전송부를 포함할 수 있다.
상기 센서부는, 물체의 움직임이나 위치를 인식하는 센서, 지자기 센서, 가속도 센서, 자이로 센서, 관성 센서, 고도계 및, 진동 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 신호 분석 처리부는, 상기 수신된 신호를 블록화하고, 상기 블록화된 신호를 산술 연산하여 지속 시간, 최대값, 평균값 및, 변곡점 중 적어도 하나를 계산하고, 상기 계산된 값을 특징으로 설정할 수 있다.
상기 신호 분석 처리부는, 상기 수신된 신호를 블록화하고, 상기 블록화된 신호를 푸리에 변환하여 상기 푸리에 변환에 따른 결과값을 특징으로 설정할 수 있다.
상기 신호 인식부는, 상기 추출된 특징을 기초로 패턴을 계산하고, 복수의 기저장된 패턴 중에서 상기 계산된 패턴과 패턴 유사도가 가장 높은 패턴을 상기 추출된 특징에 대응하는 패턴으로 결정할 수 있다.
본 발명의 다른 양태로서, 센서 회로부로부터 전송되는 신호를 기초로 보행 상태를 인식하는 방법은, 상기 센서 회로부로부터 전송되는 신호를 수신하는 단계와, 상기 수신된 신호를 기초로 특징을 추출하는 단계와, 상기 추출된 특징을 기초로 상기 추출된 특징에 대응하는 패턴을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 센서 회로부로부터 전송되는 신호를 수신하는 단계는, 상기 센서 회로부가 구비된 임의의 장치의 움직임을 감지하는 단계와, 상기 감지된 신호를 증폭 및 필터링하는 단계와, 상기 증폭 및 필터링되어 전송되는 신호를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 센서 회로부가 구비된 임의의 장치의 움직임을 감지하는 단계는, 물체의 움직임이나 위치를 인식하는 센서, 지자기 센서, 가속도 센서, 자이로 센서, 관성 센서, 고도계 및, 진동 센서 중 적어도 하나를 이용하여 상기 장치의 움직임을 감지할 수 있다.
상기 추출된 특징에 대응하는 패턴을 결정하는 단계는, 상기 추출된 특징을 기초로 패턴을 계산하는 단계와, 복수의 기저장된 패턴 중에서 상기 계산된 패턴과 패턴 유사도가 가장 높은 패턴을 상기 추출된 특징에 대응하는 패턴으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 센서 회로부로부터 인식된 보행 상태에 대한 정보를 분석하여 실시간으로 정확한 보행 상태를 인식할 수 있다.
둘째, 실시간으로 인식된 보행 상태를 기초로 보행자들의 보조 수단으로 사용되는 로봇에 포함된 모터의 구동 제어를 효율적으로 수행하고, 보행자의 보행에 도움을 줄 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 보행 상태 인식 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 센서 회로부의 블록도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 보행 상태 인식 장치의 블록도를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 보행 상태 인식 방법을 설명하는 플로우 차트를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 보행 상태 인식 방법을 설명하는 플로우 차트를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 보행 상태 인식 장치의 블록도를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 보행 상태 인식 방법을 설명하는 플로우 차트를 도시한 도면이다.
이하의 실시예들은 본 발명의 구성 요소들과 특징들을 소정 형태로 결합한 것들이다. 각 구성 요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려될 수 있다. 각 구성 요소 또는 특징은 다른 구성 요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성 요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성할 수도 있다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.
하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서, 콘트롤러, 마이크로 콘트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결" 되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서에서 기재한 모듈(module)이란 용어는 특정한 기능이나 동작을 처리하는 하나의 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현할 수 있다.
이하의 설명에서 사용되는 특정(特定) 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.
본 발명은 보행자의 보행 상태를 신속하고 정확하게 인식하기 위해 관성 센서를 포함하는 센서 회로부가 장착된 신발로부터 인식되는 보행 상태에 대한 정보를 분석하는 보행 상태를 인식하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 관성 센서를 포함하는 센서 회로부가 장착된 신발로부터 인식되는 보행 상태에 대한 정보를 기초로 특징을 추출하고, 상기 추출된 특징으로부터 패턴을 계산하고, 상기 계산된 패턴을 기초로 복수의 기저장된 패턴 중에서 상기 계산된 패턴과 패턴 유사도가 가장 높은 패턴을 확인하고, 상기 확인된 패턴 유사도가 가장 높은 패턴을 출력한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명에 따른 실시예들에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 보행 상태 인식 시스템의 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 보행 상태 인식 시스템(10)은 신발(100), 센서 회로부(200), 그리고 보행 상태 인식 장치(300)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 센서 회로부(200)는 보행자(400)가 장착한 신발(100)에 구비되어/장착되어 보행자(400)가 보행을 수행할 때, 상기 보행 수행에 따른 보행 상태 신호를 측정(또는, 인식)한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 센서 회로부(200)의 블록도를 도시한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 센서 회로부(200)는, 센서부(210), 신호 처리부(220), 신호 전송부(230) 및, 직류 전원 공급부(240)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 센서부(210)는 센서 회로부(200)의 소정 위치에 구비되며, 센서 회로부(200)의 움직임을 감지하는 동작 인식 센서(Motion Recognition Sensor)를 포함한다. 여기서, 상기 동작 인식 센서는, 물체의 움직임이나 위치를 인식하는 센서, 지자기 센서(Geomagnetism Sensor), 가속도 센서(Acceleration Sensor), 자이로 센서(Gyro Sensor), 관성 센서(Inertial Sensor), 고도계(Altimeter), 진동 센서 등의 센서를 포함하며, 동작 인식에 관련된 센서들이 추가로 포함될 수 있다. 센서부(210)는 센서 회로부(200)의 움직임, 예를 들어, 상기 센서 회로부(200)의 기울어진 방향, 기울어진 각도 및/또는 상기 기울어지는 속도, 상하/좌우/대각선 등의 방향으로의 진동 방향 및/또는 진동 횟수 등을 포함하는 정보를 감지한다. 여기서, 상기 감지되는 정보들(기울어진 방향, 기울어진 각도 및/또는 상기 기울어지는 속도, 진동 방향 및/또는 진동 횟수)은 디지털 신호 처리 과정을 통해 디지털화되어, 상기 디지털화된 정보들이 신호 처리부(220)에 입력된다.
본 발명의 실시예에 따른 신호 처리부(220)는 센서부(210)에 의해 측정된 신호(예를 들어, 보행 상태에 대한 정보 포함)를 증폭 및 잡음 필터링하여 상기 신호 전송부(230)에 출력한다.
본 발명의 실시예에 따른 신호 전송부(230)는 신호 처리부(220)로부터 소정 신호 처리된(예를 들어, 증폭 및 잡음 필터링된) 신호를 통신 연결된 보행 상태 인식 장치(300)에 전송한다.
그리고 신호 전송부(230)는 무선 인터넷 접속을 위한 모듈 또는 근거리 통신(Short Range Communication)을 위한 모듈을 포함할 수 있다. 여기서, 무선 인터넷 기술로는 WLAN(Wireless LAN), 와이브로(Wireless Broadband : Wibro), 와이 파이(Wi-Fi), 와이맥스(World Interoperability for Microwave Access : Wimax), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 등이 이용될 수 있고, 또한, 근거리 통신 기술로는 블루투스(Bluetooth), 지그비(ZigBee), UWB(Ultra Wideband), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association : IrDA) 등이 이용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 직류 전원 공급부(240)는 외부 전원 공급 장치로부터 공급되는 전원을 저장(또는, 충전)한다. 상기 직류 전원 공급부(240)는 신호 처리부(220) 및, 신호 전송부(230)에 직류 전원을 공급한다. 그리고 직류 전원 공급부(240)는 건전지, 충전지, 정류기 등을 포함할 수 있다.
그리고 직류 전원 공급부(240)는 단일 장치로 구성된 배터리를 포함하거나 또는 복수의 배터리가 하나의 팩(배터리 팩)을 형성한다. 그리고 직류 전원 공급부(240)는 복수의 배터리가 구비된 경우, 상기 복수의 배터리들이 서로 직렬로 연결되며, 상기 복수의 배터리 사이에는 하나 이상의 안전 스위치가 포함될 수 있다.
그리고 직류 전원 공급부(240)는 상기 외부 전원 공급 장치와 유/무선 충전 방식에 의해 전원을 공급받을 수 있다. 즉, 상기 직류 전원 공급부(240)는, 상기 외부 전원 공급 장치와 전원 콘센트와 같은 구성 요소에 의해 직접 연결되거나 또는, 상기 직류 전원 공급부(240)와 상기 외부 전원 공급 장치가 각각 송/수신부를 구비하고, 상기 송/수신부 간에 자기 동조 방식(Magnetic Resonance Coupling Method), 전자기 유도 방식(Electromagnetic Induction Mehtod), 전파 방식(Radiowave Method) 중 어느 하나를 이용하여 상기 직류 전원 공급부(240)가 충전될 수도 있다. 즉, 상기 직류 전원 공급부(240)와 상기 외부 전원 공급 장치는 무선으로 충전할 수 있도록 구성할 수도 있으며, 상기 무선 충전 시, 그에 따른 상기 수신부와 상기 송신부의 구성은 이 분야의 통상의 기술을 가진자에 의해 용이하게 설계되어 그 기능이 수행될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 보행 상태 인식 장치의 블록도를 도시한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 보행 상태 인식 장치(300)는, 신호 수신부(310), 신호 분석 처리부(320), 신호 인식부(330), 인터페이스(340) 및, 직류 전원 공급부(350)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 신호 수신부(310)는 통신 연결된 센서 회로부(200)로부터 전송되는 신호(예를 들어, 센서부(210)를 통해 수신된 신호(보행 상태에 대한 정보 포함)를 증폭 및 잡음 필터링한 신호)를 수신한다.
그리고 신호 수신부(310)는 무선 인터넷 접속을 위한 모듈 또는 근거리 통신을 위한 모듈을 포함할 수 있다. 여기서, 무선 인터넷 기술로는 WLAN, 와이브로(Wibro), 와이 파이, 와이맥스, HSDPA 등이 이용될 수 있고, 또한, 근거리 통신 기술로는 블루투스, 지그비, UWB, RFID, 적외선 통신 등이 이용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 신호 분석 처리부(320)는 상기 수신한 신호에 포함된 특징을 추출한다. 상기 신호 분석 처리부(320)는 상기 수신한 신호의 특징을 추출하기 위해서, 상기 수신한 신호(상기 신호에 포함된 연속된 측정 입력 값)를 동작 시작점과 끝점으로 잘라서 블록화한다. 그리고 신호 분석 처리부(320)는 상기 블록화한 신호들에 대해서 기본적인 산술 연산을 수행하여 지속 시간, 최대값, 평균값, 변곡점을 계산하고, 상기 계산된 값들을 특징으로 설정한다. 또한, 신호 분석 처리부(320)는 상기 블록화한 신호들에 대해서 푸리에 변환(Fourier transform)을 수행하고 상기 푸리에 변환 수행 결과값을 특징으로 설정할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 신호 인식부(330)는 신호 분석 처리부(320)로부터 추출된 특징을 기초로 패턴을 계산한다. 그리고 신호 인식부(330)는 상기 계산된 패턴을 기초로 복수의 기저장된 패턴 중에서 상기 계산된 패턴과 패턴 유사도가 가장 높은 패턴을 확인한다. 그리고 신호 인식부(330)는 상기 확인된 패턴 유사도가 가장 높은 패턴을 최종 인식 패턴으로 결정한다. 이때, 신호 인식부(330)는 패턴 유사도를 계산할 때, 기저장된 복수의 모델/알고리즘을 사용할 수 있다. 여기서, 상기 최종 인식된 패턴은 센서 회로부(200)로부터 측정된 신호에 대응하는 정확한 보행 상태에 대한 정보를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 인터페이스(340)는 보행 상태 인식 장치(300)에 연결되는 모든 외부기기와의 인터페이스 역할을 수행한다. 예를 들어, 상기 인터페이스(340)는 유/무선 헤드셋 포트(Headset Port), 외부 충전기 포트, 유/무선 데이터 포트, 메모리 카드(Memory Card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트, 오디오 I/O(Input/Output) 포트, 비디오 I/O(Input/Output) 포트, 이어폰 포트 등으로 구성될 수 있다. 여기서 식별 모듈은 보행 상태 인식 장치(300)의 사용 권한을 인증하기 위한 각종 정보를 저장한 칩으로서, 사용자 인증 모듈(User Identify Module : UIM), 가입자 인증 모듈(Subscriber Identify Module : SIM), 범용 사용자 인증 모듈(Universal Subscriber Identity Module : USIM) 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 식별 모듈이 구비된 장치는, 스마트 카드(Smart Card) 형식으로 제작될 수 있다. 따라서, 상기 식별 모듈은, 포트를 통하여 보행 상태 인식 장치(300)와 연결될 수 있다. 이와 같은 인터페이스(340)는 외부 기기로부터 데이터를 수신하거나 전원을 수신하여 보행 상태 인식 장치(300) 내부의 각 구성 요소에 전달하거나 보행 상태 인식 장치(300) 내부의 데이터가 외부 기기로 전송되도록 한다.
그리고 인터페이스(340)는 보행 상태 인식 장치(300)가 외부 크래들(Cradle)과 연결될 때, 상기 크래들로부터의 전원이 보행 상태 인식 장치(300)에 공급되는 통로가 되거나, 사용자에 의해 상기 크래들에서 입력되는 각종 명령 신호가 보행 상태 인식 장치(300)로 전달되는 통로가 될 수 있다. 상기 크래들로부터 입력되는 각종 명령 신호 또는 상기 전원은 보행 상태 인식 장치(300)가 상기 크래들에 정확히 장착되었음을 인지하기 위한 신호로 동작될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 직류 전원 공급부(350)는 외부 전원 공급 장치로부터 공급되는 전원을 저장(또는, 충전)한다. 상기 직류 전원 공급부(350)는 신호 수신부(310), 신호 분석 처리부(320), 신호 인식부(330) 및, 인터페이스(340)에 상기 전원을 공급한다. 그리고 직류 전원 공급부(350)는 건전지, 충전지, 정류기 등을 포함할 수 있다.
그리고 직류 전원 공급부(350)는 단일 장치로 구성된 배터리를 포함하거나 또는 복수의 배터리가 하나의 팩(배터리 팩)을 형성한다. 그리고 직류 전원 공급부(350)는 복수의 배터리가 구비된 경우, 상기 복수의 배터리들이 서로 직렬로 연결되며, 상기 복수의 배터리 사이에는 하나 이상의 안전 스위치가 포함될 수 있다.
그리고 직류 전원 공급부(350)는 상기 외부 전원 공급 장치와 유/무선 충전 방식에 의해 전원을 공급받을 수 있다. 즉, 상기 직류 전원 공급부(350)는, 상기 외부 전원 공급 장치와 전원 콘센트와 같은 구성 요소에 의해 직접 연결되거나 또는, 상기 직류 전원 공급부(350)와 상기 외부 전원 공급 장치가 각각 송/수신부를 구비하고, 상기 송/수신부 간에 자기 동조 방식, 전자기 유도 방식, 전파 방식 중 어느 하나를 이용하여 상기 직류 전원 공급부(350)가 충전될 수도 있다. 즉, 상기 직류 전원 공급부(350)와 상기 외부 전원 공급 장치는 무선으로 충전할 수 있도록 구성할 수도 있다.
이와 같이, 센서 회로부로부터 인식된 보행 상태에 대한 정보를 분석하여 실시간으로 정확한 보행 상태를 인식할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 보행 상태 인식 방법을 설명하는 플로우 차트를 도시한 도면이다.
이하에서는 도 1 내지 도 4를 이용하여 본 도면을 설명하도록 한다.
먼저 센서 회로부(200)가 구비된 신발(100)을 장착한 보행자(400)가 보행을 시작하면, 센서부(210)는 상기 보행에 따른 움직임에 대응하는 신호(보행 상태에 대한 정보 포함)를 측정한다. 이때, 센서부(210)는 보행자(400)의 움직임을 감지하기 위한 동작 인식 센서를 포함한다. 여기서, 동작 인식 센서는 물체의 움직임이나 위치를 인식하는 센서, 지자기 센서, 가속도 센서, 자이로 센서, 관성 센서, 고도계, 진동 센서 등을 포함한다(S410).
그리고 신호 처리부(220)는 센서부(210)를 통해 측정된 신호에 대해서 소정의 신호 처리 과정을 수행한다. 즉, 상기 신호 처리부(220)는 센서부(210)를 통해 측정된 신호를 증폭하고 필터링한다(S420).
그리고 신호 전송부(230)는 통신 연결된 보행 상태 인식 장치(300)에 신호 처리부(220)로부터 출력된 신호를 전송한다(S430).
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 보행 상태 인식 방법을 설명하는 플로우 차트를 도시한 도면이다.
이하에서는 도 1 내지 도 5를 이용하여 본 도면을 설명하도록 한다.
먼저 신호 수신부(310)는 통신 연결된 센서 회로부(200)로부터 전송되는 신호(보행 상태에 대한 정보 포함)를 수신한다(S510).
그리고 신호 분석 처리부(320)는 신호 수신부(310)를 통해 수신된 신호에 포함된 특징을 추출한다. 이때, 신호 분석 처리부(320)는 상기 수신된 신호를 블록화하고 상기 블록화된 신호를 산술 연산하여 지속 시간, 최대값, 평균값, 변곡점 등을 계산하고, 상기 계산된 값들을 특징으로 설정할 수 있다. 또한, 신호 분석 처리부(320)는 상기 수신된 신호를 블록화하고 상기 블록화된 신호를 푸리에 변환하여 상기 푸리에 변환에 따른 결과값을 특징으로 설정할 수 있다(S520).
그리고 신호 인식부(330)는 신호 분석 처리부(320)로부터 추출된 특징을 기초로 상기 수신된 신호에 포함된 보행 상태에 대한 정보에 가장 유사한 패턴을 결정한다. 그리고 신호 인식부(330)는 상기 결정된 패턴을 인터페이스(340)를 통해 로봇 등의 보조 수단에 제공한다.
즉, 상기 신호 인식부(330)는 신호 분석 처리부(320)로부터 추출된 특징으로부터 패턴을 계산한다. 그리고 신호 인식부(330)는 상기 계산된 패턴을 이용하여 복수의 기저장된 패턴 중에서 상기 계산된 패턴과 패턴 유사도가 가장 높은 패턴을 확인한다. 그리고 신호 인식부(330)는 상기 확인된 패턴 유사도가 가장 높은 패턴을 인터페이스(340)를 통해 출력한다(S530).
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 상태 인식 장치(400)의 블록도를 도시한 도면이다. 앞서 기재된, 도 1 내지 도 3의 본 발명의 실시예에 따르면, 센서 회로부(200)와 보행 상태 인식 장치(300)가 상호 통신 연결되는 개별적으로 구성되는 예를 기재하고 있으나, 도 6에 도시된 바와 같이, 센서 회로부와 상태 인식 장치를 하나의 모듈로 구성할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 보행 상태 인식 장치(500)는, 센서부(510), 신호 처리부(520), 신호 분석 처리부(530), 신호 인식부(540), 통신부(550), 인터페이스(560), 그리고 직류 전원 공급부(570)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 보행 상태 인식 장치(500)는 보행자(400)가 장착한 신발(100)에 구비되어/장착되어 보행자(400)가 보행을 수행할 때, 상기 보행 수행에 따른 보행 상태 신호를 측정(또는, 인식)한다.
본 발명의 실시예에 따른 센서부(510)는 보행 상태 인식 장치(500)의 소정 위치에 구비되며, 보행 상태 인식 장치(500)의 움직임을 감지하는 동작 인식 센서를 포함한다. 여기서, 상기 동작 인식 센서는, 물체의 움직임이나 위치를 인식하는 센서, 지자기 센서, 가속도 센서, 자이로 센서, 관성 센서, 고도계, 진동 센서 등의 센서를 포함하며, 동작 인식에 관련된 센서들이 추가로 포함될 수 있다. 센서부(510)는 보행 상태 인식 장치(500)의 움직임, 예를 들어, 상기 보행 상태 인식 장치(500)의 기울어진 방향, 기울어진 각도 및/또는 상기 기울어지는 속도, 상하/좌우/대각선 등의 방향으로의 진동 방향 및/또는 진동 횟수 등을 포함하는 정보를 감지한다. 여기서, 상기 감지되는 정보들(기울어진 방향, 기울어진 각도 및/또는 상기 기울어지는 속도, 진동 방향 및/또는 진동 횟수)은 디지털 신호 처리 과정을 통해 디지털화되어, 상기 디지털화된 정보들이 신호 처리부(520)에 입력된다.
본 발명의 실시예에 따른 신호 처리부(520)는 센서부(510)에 의해 측정된 신호(예를 들어, 보행 상태에 대한 정보 포함)를 증폭 및 잡음 필터링하여 상기 신호 분석 처리부(530)에 출력한다.
본 발명의 실시예에 따른 신호 분석 처리부(530)는 상기 수신한 신호에 포함된 특징을 추출한다. 상기 신호 분석 처리부(530)는 상기 수신한 신호의 특징을 추출하기 위해서, 상기 수신한 신호(상기 신호에 포함된 연속된 측정 입력 값)를 동작 시작점과 끝점으로 잘라서 블록화한다. 그리고 신호 분석 처리부(530)는 상기 블록화한 신호들에 대해서 기본적인 산술 연산을 수행하여 지속 시간, 최대값, 평균값, 변곡점을 계산하고, 상기 계산된 값들을 특징으로 설정한다. 또한, 신호 분석 처리부(530)는 상기 블록화한 신호들에 대해서 푸리에 변환을 수행하고 상기 푸리에 변환 수행 결과값을 특징으로 설정할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 신호 인식부(540)는 신호 분석 처리부(530)로부터 추출된 특징을 기초로 패턴을 계산한다. 그리고 신호 인식부(540)는 상기 계산된 패턴을 기초로 복수의 기저장된 패턴 중에서 상기 계산된 패턴과 패턴 유사도가 가장 높은 패턴을 확인한다. 그리고 신호 인식부(540)는 상기 확인된 패턴 유사도가 가장 높은 패턴을 최종 인식 패턴으로 결정한다. 이때, 신호 인식부(540)는 패턴 유사도를 계산할 때, 기저장된 복수의 모델/알고리즘을 사용할 수 있다. 여기서, 상기 최종 인식된 패턴은 센서부(510)로부터 측정된 신호에 대응하는 정확한 보행 상태에 대한 정보를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 통신부(550)는 외부 단말과 통신 연결되어 신호 인식부(540)로부터 결정된 패턴과 관련된 정보를 상기 외부 단말에 전송한다. 상기 통신부(550)는 무선 인터넷 접속을 위한 모듈 또는 근거리 통신을 위한 모듈을 포함할 수 있다. 여기서, 무선 인터넷 기술로는 WLAN, 와이브로, 와이 파이, 와이맥스, HSDPA 등이 이용될 수 있고, 또한, 근거리 통신 기술로는 블루투스, 지그비, UWB, RFID, 적외선 통신 등이 이용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 인터페이스(560)는 보행 상태 인식 장치(500)에 연결되는 모든 외부기기와의 인터페이스 역할을 수행한다. 예를 들어, 상기 인터페이스(560)는 유/무선 헤드셋 포트, 외부 충전기 포트, 유/무선 데이터 포트, 메모리 카드 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트, 오디오 I/O 포트, 비디오 I/O 포트, 이어폰 포트 등으로 구성될 수 있다. 여기서 식별 모듈은 보행 상태 인식 장치(300)의 사용 권한을 인증하기 위한 각종 정보를 저장한 칩으로서, 사용자 인증 모듈(UIM), 가입자 인증 모듈(SIM), 범용 사용자 인증 모듈(USIM) 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 식별 모듈이 구비된 장치는, 스마트 카드 형식으로 제작될 수 있다. 따라서, 상기 식별 모듈은, 포트를 통하여 보행 상태 인식 장치(500)와 연결될 수 있다. 이와 같은 인터페이스(560)는 외부 기기로부터 데이터를 수신하거나 전원을 수신하여 보행 상태 인식 장치(500) 내부의 각 구성 요소에 전달하거나 보행 상태 인식 장치(500) 내부의 데이터가 외부 기기로 전송되도록 한다.
그리고 인터페이스(560)는 보행 상태 인식 장치(500)가 외부 크래들과 연결될 때, 상기 크래들로부터의 전원이 보행 상태 인식 장치(500)에 공급되는 통로가 되거나, 사용자에 의해 상기 크래들에서 입력되는 각종 명령 신호가 보행 상태 인식 장치(500)로 전달되는 통로가 될 수 있다. 상기 크래들로부터 입력되는 각종 명령 신호 또는 상기 전원은 보행 상태 인식 장치(500)가 상기 크래들에 정확히 장착되었음을 인지하기 위한 신호로 동작될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 직류 전원 공급부(570)는 외부 전원 공급 장치로부터 공급되는 전원을 저장(또는, 충전)한다. 상기 직류 전원 공급부(570)는 센서부(510), 신호 처리부(520), 신호 분석 처리부(530), 신호 인식부(540), 통신부(550) 및, 인터페이스(560)에 상기 전원을 공급한다. 그리고 직류 전원 공급부(570)는 건전지, 충전지, 정류기 등을 포함할 수 있다.
이와 같이, 센서부로부터 인식된 보행 상태에 대한 정보를 분석하여 실시간으로 정확한 보행 상태를 인식할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 보행 상태 인식 방법을 설명하는 플로우 차트를 도시한 도면이다.
이하에서는 도 6 및 도 7을 이용하여 본 도면을 설명하도록 한다.
먼저 보행 상태 인식 장치(500)가 구비된 신발(100)을 장착한 보행자(400)가 보행을 시작하면, 센서부(510)는 상기 보행에 따른 움직임에 대응하는 신호(보행 상태에 대한 정보 포함)를 측정한다. 이때, 센서부(510)는 보행자(400)의 움직임을 감지하기 위한 동작 인식 센서를 포함한다. 여기서, 동작 인식 센서는 물체의 움직임이나 위치를 인식하는 센서, 지자기 센서, 가속도 센서, 자이로 센서, 관성 센서, 고도계, 진동 센서 등을 포함한다(S710).
그리고 신호 처리부(520)는 센서부(510)를 통해 측정된 신호에 대해서 소정의 신호 처리 과정을 수행한다. 즉, 상기 신호 처리부(520)는 센서부(510)를 통해 측정된 신호를 증폭하고 필터링한다(S720).
그리고 신호 분석 처리부(530)는 신호 처리부(520)를 통해 증폭 및 필터링된 신호에 포함된 특징을 추출한다. 이때, 신호 분석 처리부(530)는 상기 신호를 블록화하고 상기 블록화된 신호를 산술 연산하여 지속 시간, 최대값, 평균값, 변곡점 등을 계산하고, 상기 계산된 값들을 특징으로 설정할 수 있다. 또한, 신호 분석 처리부(530)는 상기 신호를 블록화하고 상기 블록화된 신호를 푸리에 변환하여 상기 푸리에 변환에 따른 결과값을 특징으로 설정할 수 있다(S730).
그리고 신호 인식부(540)는 신호 분석 처리부(530)로부터 추출된 특징을 기초로 상기 신호에 포함된 보행 상태에 대한 정보에 가장 유사한 패턴을 결정한다. 그리고 신호 인식부(540)는 상기 결정된 패턴을 통신부(550) 및/또는 인터페이스(560)를 통해 로봇 등의 보조 수단에 제공한다.
즉, 상기 신호 인식부(540)는 신호 분석 처리부(530)로부터 추출된 특징으로부터 패턴을 계산한다. 그리고 신호 인식부(540)는 상기 계산된 패턴을 이용하여 복수의 기저장된 패턴 중에서 상기 계산된 패턴과 패턴 유사도가 가장 높은 패턴을 확인한다. 그리고 신호 인식부(540)는 상기 확인된 패턴 유사도가 가장 높은 패턴을 통신부(550) 및/또는 인터페이스(560)를 통해 임의의 장치에 제공한다(S740).
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있다.
본 발명에 따른 보행 상태를 인식하는 장치 및 그 방법은, 예를 들어, 보행자의 보행 상태를 인식 및 분석하는 분야에는 어디든 적용가능하다.
10 : 보행 상태 인식 시스템 100 : 신발
200 : 센서 회로부 300 : 보행 상태 인식 장치
210, 410 : 센서부 220, 420 : 신호 처리부
230 : 신호 전송부 240, 350, 470 : 직류 전원 공급부
310 : 신호 수신부 320, 430 : 신호 분석 처리부
330, 440 : 신호 인식부 340, 460 : 인터페이스

Claims (1)

  1. 센서 회로부로부터 전송되는 신호를 기초로 보행 상태를 인식하는 장치에 있어서,
    상기 센서 회로부로부터 전송되는 신호를 수신하는 신호 수신부;
    상기 신호 수신부로부터 수신된 신호를 기초로 특징을 추출하는 신호 분석 처리부; 및
    상기 신호 분석 처리부로부터 추출된 특징을 기초로 상기 추출된 특징에 대응하는 패턴을 결정하는 신호 인식부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 상태를 인식하는 장치.
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CN103330565A (zh) * 2013-04-16 2013-10-02 北京航空航天大学 基于足底压力分布变化的人体步态识别装置

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