KR20140119529A - 인체 보호 장치, 그리고 이의 동작 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

인체 보호 장치, 그리고 이의 동작 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

인체 보호 장치, 그리고 이의 동작 제어 시스템 및 방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 보호 장치는, 인체의 낙상으로부터 인체를 보호하기 위한 인체 보호 장치에 있어서, 상기 인체의 허리 부분에 부착 가능한 외장 케이스; 상기 외장 케이스 내에 수납되며, 가스가 압입되어 팽창하는 에어백; 상기 인체의 움직임을 감지하여 낙상 여부를 판단하는 센서모듈; 및 상기 센서모듈에 의해 낙상으로 판단된 경우, 상기 에어백을 팽창시키는 인플레이터를 포함한다.

Description

인체 보호 장치, 그리고 이의 동작 제어 시스템 및 방법{Human body protection apparatus, and system and method for controlling operation thereof}
본 발명은 인체 보호 장치, 그리고 이의 동작 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하지 근력이 약한 고령자나 보행이 어려운 환자가 낙상 사고 시 고관절에 발생할 수 있는 치명적인 손상을 방지 또는 저감시키기 위한 인체 보호 장치, 그리고 이의 동작 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
균형은 넘어지지 않고 체중을 지지한 자세에서 움직일 수 있거나 유지할 수 있는 능력을 말하며, 이러한 균형은 감각, 운동, 중추신경계, 그리고 운동학적인 면에서 협응된 활동에 의해 발생하는 복합적인 과정이다. 그런데, 균형 능력의 감소와 비대칭적인 자세가 일상의 동작을 제한할 뿐만 아니라 낙상 위험을 증가시킬 수 있다.
신체적 안정성을 위한 균형 조절에는 고관절(hip joint)과 발목 관절이 중요한 역할을 하며, 신체 흔들림의 범위가 큰 경우에는 고관절이 주로 작용을 하고, 흔들림이 작은 경우에는 발목 관절이 주로 작용하게 된다. 여기에서, 고관절은 엉덩이와 다리를 연결하는 관절을 말하며, 엉덩이 관절이라고도 한다. 고관절은 골반의 오목한 비구안에 대퇴골구가 들어 있어 체중을 지탱하고 보행을 할 수 있게 해주는 중요한 관절이다.
이러한 고관절에 이상이 있는 경우, 독립적 보행이 불가능해지고, 일상생활에 큰 어려움을 겪게 된다. 특히, 고령일수록 고관절의 골절을 입고 병상에 누워 지내는 기간이 길어지면 심폐 및 방광 기능이 저하될 수 있고, 이에 따라 욕창이나 혈전증 등이 발생할 수도 있다.
고관절의 골절을 예방하기 위해서는 골절이 일어날 수 있는 상황을 만들지 않는 것이 중요하며, 외부 활동 시에는 낙상을 입지 않도록 주의하여야 한다. 그리고, 이러한 낙상에 따른 고관절의 부상을 방지하거나 경감하기 위해, 바지의 엉덩이 부근에 충격을 흡수할 수 있는 완충재를 넣는 방법 등이 있으나, 낙상에 대비한 수동적인 방법에 불과하며, 착용에 불편한 점 등 여러 가지 문제가 있다. 이에, 고령자나 보행이 어려운 사람에게 낙상 사고가 발생하는 경우, 고관절에 발생할 수 있는 치명적인 손상을 방지 또는 경감할 수 있는 방안이 요구된다.
대한민국 공개특허 제10-2005-0099017호 (2005.10.13. 공개)
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고령자나 보행이 어려운 사람에게 낙상 사고가 발생하는 경우, 허리 부근에 간단히 착용하여 고관절에 발생할 수 있는 손상을 방지 또는 경감할 수 있는 인체 보호 장치, 그리고 이의 동작 제어 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 보호 장치는, 인체의 낙상으로부터 인체를 보호하기 위한 인체 보호 장치에 있어서, 상기 인체의 허리 부분에 부착 가능한 외장 케이스; 상기 외장 케이스 내에 수납되며, 가스가 압입되어 팽창하는 에어백; 상기 인체의 움직임을 감지하여 낙상 여부를 판단하는 센서모듈; 및 상기 센서모듈에 의해 낙상으로 판단된 경우, 상기 에어백을 팽창시키는 인플레이터를 포함한다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 보호 장치의 동작 제어 시스템은, 인체의 허리 부분에 부착되어 인체의 낙상 사고 시에 에어백이 팽창하여 인체를 보호하는 인체 보호 장치의 동작 제어 시스템에 있어서, 상기 인체의 움직임을 감지하여 가속도 데이터 및 각속도 데이터를 획득하는 센서부; 상기 가속도 및 각속도 데이터를 기초로 상기 인체의 낙상 여부를 판단하여, 낙상 신호를 생성하는 제어부; 및 상기 낙상 신호를 기초로 상기 에어백을 구동시키는 에어백 구동부를 포함한다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 보호 장치의 동작 제어 방법은, 인체의 허리 부분에 부착되어 인체의 낙상 사고 시에 에어백이 팽창하여 인체를 보호하는 인체 보호 장치의 동작 제어 방법에 있어서, 상기 인체의 움직임을 감지하여 가속도 데이터 및 각속도 데이터를 획득하는 단계; 상기 가속도 및 각속도 데이터를 기초로 상기 인체의 낙상 여부를 판단하는 단계; 상기 인체의 낙상으로 판단된 경우, 낙상 신호를 생성하는 단계; 및 상기 낙상 신호를 기초로 상기 에어백을 동작시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따르면, 낙상 사고에 대비하여 허리에 간단히 착용이 가능하며, 낙상에 따른 충격을 완화할 수 있다.
또한, 하지 근력이 약한 고령자나 보행이 어려운 환자가 낙상 사고 시 고관절에 발생할 수 있는 치명적인 손상을 방지 또는 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 보호 장치의 개념 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 보호 장치를 착용한 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 보호 장치의 외장 케이스의 외관을 도시한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 보호 장치의 에어백이 작동한 상태를 도시한 도면이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 보호 장치의 착용 후에 에어백이 작동한 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 보호 장치의 일부 구성을 도시한 블록 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 보호 장치의 동작 제어 시스템의 블록 구성도이다.
도 7은 도 6의 인체 보호 장치의 동작 제어 시스템에서 센서부의 블록 구성도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 보호 장치의 동작 제어 방법의 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 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.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용되는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 보호 장치의 개념 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 보호 장치(5)는, 인체의 낙상으로부터 인체를 보호하기 위한 장치로서, 인체의 허리 부분에 부착 가능한 외장 케이스(10), 상기 외장 케이스(10) 내에 수납되며, 가스가 압입되어 팽창하는 에어백(20), 인체의 움직임을 감지하여 낙상 여부를 판단하는 센서모듈(30) 및 상기 센서모듈(30)에 의해 낙상으로 판단된 경우, 상기 에어백(20)을 팽창시키는 인플레이터(40)를 포함한다. 특히, 인체 보호 장치(5)는 하지 근력이 약한 고령자나 보행이 어려운 환자가 낙상 사고 시 고관절에 발생할 수 있는 치명적인 손상을 방지 또는 저감시켜 신체에 가해지는 충격을 완화하는 역할을 한다. 예를 들어, 고령자나 보행 장애 환자가 넘어질 경우, 낙상을 감지하는 센서모듈(30)이 낙상을 감지 및 판단하고, 인플레이터(40)에서 가스를 에어백(20)으로 공급하여 에어백(20)을 팽창시켜 고관절 부위에 손상을 방지 또는 저감시킨다.
이하에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 보호 장치(5)의 구체적 구성 및 동작을 살펴 보도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 보호 장치를 착용한 상태를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 보호 장치의 외장 케이스의 외관을 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 외장 케이스(10)는 인체의 허리 부분에 부착 가능한 가방 형태일 수 있다. 외장 케이스(10)가 허리 부분에 부착됨으로써, 이동 중인 사람이 넘어질 경우에 외장 케이스(10)에 설치된 에어백(20)이 부풀어 올라 허리 부분, 엉덩이 부분 등을 보호하게 된다. 허리 부분, 엉덩이 부분 등을 보호함으로써, 엉덩이와 다리를 연결하는 고관절의 부상 위험을 방지할 수 있게 된다.
그리고, 외장 케이스(10)는 인체의 허리 부분을 감싸면서 체결하기 위한 체결부재(14) 및 에어백(20)이 수납되는 포켓(12)을 포함할 수 있다. 체결부재(14)는 일례로 벨트 타입으로 구현될 수도 있으며, 이러한 경우 사용자에 의해 길이 조절이 가능할 수 있다. 이외에도, 벨크로 타입, 지퍼 타입 등 허리를 감싸 고정하는 당업자가 예상할 수 있는 다른 어떠한 체결부재도 포함할 수 있다 할 것이다. 포켓(12)은 에어백(20)이 수납되는 공간으로, 에어백(20)이 가스에 의해 부풀어 오르면, 에어백(20)이 포켓(12) 밖으로 팽창하면서 튀어 나오도록 할 수 있다. 이와 같이 동작함으로써, 인체의 허리 주변 및 엉덩이 주변을 효과적으로 보호할 수 있다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 보호 장치의 에어백이 작동한 상태를 도시한 도면이며, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 보호 장치의 착용 후에 에어백이 작동한 상태를 도시한 도면이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 에어백(20)은 외장 케이스(10)에 수납되어 있다가, 가스가 압입되어 외장 케이스(10)의 외부로 팽창한다. 외장 케이스(10)가 인체의 허리 부분을 두르며 위치하기 때문에, 외장 케이스(10)의 외부로 팽창하는 에어백(20)도 인체의 허리 부분을 두르며 부풀어 오르게 된다. 에어백(20)이 부풀어 올라 허리 부분, 엉덩이 부분 등을 보호함으로써, 엉덩이와 다리를 연결하는 고관절의 부상 위험을 방지할 수 있게 되는 것이다. 에어백(20)에 압입되어 에어백(20)을 부풀어 오르게 하는 가스는 인플레이터(40)에서 에어백(20)으로 흐르게 되며, 이에 대해서는 후술하여 살펴 보도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 보호 장치의 일부 구성을 도시한 블록 구성도이다.
도 5를 참조하면, 센서모듈(30)이 인체의 움직임을 감지하여 낙상을 판단하면, 인플레이터(40)가 가스를 발생시켜 에어백(20)을 팽창시키게 된다. 특히, 센서모듈(30)은 가속도를 감지하는 가속도 센서(32), 각속도를 감지하는 각속도 센서(34), 및 가속도 센서(32)와 각속도 센서(34)에서 획득된 데이터를 기초로 낙상 여부를 판단하여 인플레이터(40)로 낙상 신호를 전송하는 제어 센서(36)를 더 포함할 수 있다. 물론, 센서모듈(30)은 가속도 센서(32) 또는 각속도 센서(34) 중 하나의 센서만 포함할 수도 있으며, 가속도 센서(32) 또는 각속도 센서(34)를 구분하는 개념이 아닌 하나의 센서 유닛을 나타낼 수도 있다.
여기에서, 가속도 센서(32)는 3차원 상에서 3축 방향의 가속도를 측정하는 센서이고, 각속도 센서(34)는 각속도를 측정하는 센서이다. 가속도 센서(32)는 가속도 데이터를 측정할 수 있는데, 이러한 가속도 데이터를 적분하여 속도, 거리 등을 산출할 수 있게 된다. 각속도 센서(34)는 자이로스코프(gyroscope)를 이용하여 자이로 센서로도 불리우며, 각속도 센서(34)에서 측정한 각속도 데이터는 단위 시간당 각도 변화량을 의미하며, 각속도 데이터를 적분하면 각도가 되므로 각속도 센서(34)는 자세의 변화를 감지하기 위한 센서이다.
제어 센서(36)는 가속도 센서(32)로부터 획득한 가속도 데이터 및 각속도 센서(34)로부터 획득한 각속도 데이터를 기초로 인체의 낙상 여부를 판단하고, 낙상으로 판단되는 경우에 낙상 신호를 생성하여 상기 낙상 신호를 인플레이터(40)로 전송한다. 일례로, 제어 센서(36)는 가속도 데이터의 크기가 미리 설정된 제1 기준값 이상이거나, 또는 상기 각속도 데이터의 크기가 미리 설정된 제2 기준값 이상인 경우, 낙상 신호를 생성할 수 있다. 또한, 가속도 데이터의 크기가 미리 설정된 제1 기준값 이상이고, 동시에 상기 각속도 데이터의 크기가 미리 설정된 제2 기준값 이상인 경우, 낙상 신호를 생성할 수도 있다. 이러한 기준값들은 매핑 테이블의 형식으로 미리 저장될 수 있다. 기준값들은 제어 센서(36)에 저장될 수도 있으나, 별도의 저장장치에 저장할 수도 있음은 당업자에게 자명하다 할 것이다.
또한, 센서모듈(30)은 외장 케이스(10)의 내부에 설치되거나, 또는 외장 케이스(10)에 부착되어 설치되는 것이 바람직하나, 외장 케이스(10)와 이격되어 설치될 수도 있다. 예를 들어, 센서모듈(30)은 인체의 머리부터 허리 사이에 설치될 수도 있다. 센서모듈(30)이 외장 케이스(10)와 이격되어 인체에 설치되는 경우, 전기적으로 연결되는 것 외에, 송수신 모듈(미도시)을 구비하여 데이터를 송수신할 수도 있다. 센서모듈(30)과 인플레이터(40) 간의 데이터 전송은 유선을 통해 이루어지거나, 무선으로 전송될 수도 있다. 또는, 센서모듈(30)에서 제어 센서(36)만 별도의 장치로 구성되어, 그 사이에 물리적인 연결장치가 없도록 구현될 수도 있다. 일례로, 무선 통신으로 데이터를 송수신하는 경우, 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), NFC(Near Field Communication), 적외선 통신(IrDA, Infrared Data Association), 지그비(Zigbee), 와이브리(Wibree) 등을 통하여 데이터를 송수신할수 있다. 예를 들어, 블루투스는 근거리 무선 통신 규격의 하나로, 반경 10~100m 안에서 각종 전자 및 정보통신 기기를 무선으로 연결 제어하며, 2.45Ghz 주파수를 사용하고, 와이브리는 2.4 Ghz 대역의 주파수를 사용하며, 10m 정도까지의 거리를 1Mbps의 통신 속도로 여러 기기를 무선으로 연결 제어한다. 물론, 상기 근거리 무선 통신에만 제한되지 않고, 다른 무선 통신 방식을 채택할 수 있음은 당업자에게 자명하다 할 것이다.
인플레이터(40)는 인체의 낙상 시에, 에어백(20)을 부풀어 오르게 하여, 외장 케이스(10)의 외부로 에어백(20)을 팽창시키는 역할을 한다. 이를 위해, 인플레이터(40)는 센서모듈로부터 낙상신호를 전송받아 동작하는 점화회로(미도시), 상기 점화회로에 의해 점화되는 점화제(미도시), 및 상기 점화제에 의해 연소되어 가스를 발생하는 가스 발생제(미도시)를 더 포함할 수 있다.
여기에서, 점화회로는 입력받은 낙상신호에 의해 점화제를 점화시키며, 점화제가 가스 발생제를 연소시키고, 가스 발생제가 연소되면서 가스가 생성된다. 생성된 가스는 에어백(20)으로 빠르게 흘러 들어가 순식간에 에어백(20)을 팽창시키게 된다. 이때, 점화회로는 전기적 신호를 전송 받아 점화를 수행할 수 있는 당업자가 예상 가능한 장치를 포함할 수 있으며, 점화회로는 전기적 신호를 유선을 통해 전송받거나, 무선으로 전송받을 수도 있다.
가스 발생제는 매우 빠른 시간(약 30ms)내에 연소되고, 장기간 동안, 바람직하게는 10년 이상 습기, 진동, 온도 등의 환경 변화에 대하여 양호한 열 안정성을 가지며, 저온의 비독성, 비부식성 기체를 다량으로 생성할 수 있는 것일 수 있다. 가스 발생제가 점화제에 의해 연소될 때 생성되는 가스는 질소 가스일 수 있다. 질소 가스는 질소만으로 구성된 가스뿐만 아니라, 질소를 포함하고 있는 또는 질소가 주성분인 가스를 의미하는 것일 수도 있다. 에어백을 순간적으로 부풀리는데 사용하는 물질인 가스 발생제는 나트륨과 질소로 이루어진 화합물인 고체 상태의 아지트화나트륨(NaN3)을 사용하는 것이 일반적이나, 이에만 제한되지 않음은 당업자에게 자명하다 할 것이다.
또한, 인플레이터(40)는 가스 발생제의 연소에 의하여 발생한 가스에 포함되어 있는 이물질을 제거하는 필터를 더 포함할 수 있으며, 이러한 필터에 의해 가스 온도의 냉각 및 가스음을 저감할 수도 있다.
그리고, 인플레이터(40)는 압축 이산화탄소 가스가 저장되는 이산화탄소 카트리지(미도시) 및 상기 센서모듈로부터 낙상신호를 전송받아 상기 이산화탄소 카트리지를 작동시키는 스위치(미도시)를 더 포함할 수 있다. 압축 이산화탄소 가스를 이용하는 것은, 에어백(20)을 부풀어오르게 하기 위해, 연소에 의해 가스를 발생하는 것이 아니라, 압축되어 저장되어 있던 가스를 낙상 시에 순간적으로 에어백(20)으로 공급하는 것이다. 물론, 압축 이산화탄소 가스 이외에 다른 압축 가스를 이용할 수 있음은 당업자에게 자명하다 할 것이다.
그리고, 인플레이터(40)는 외장 케이스(10)의 내부에 수납되는 것이 바람직하나, 외장 케이스(10)의 외부에 부착되거나 외장 케이스(10)와 이격되어 인체에 부착될 수도 있다. 인플레이터(40)가 외장 케이스(10)의 내부에 수납되지 않고, 외장 케이스(10)의 외부에 부착되거나 외장 케이스(10)와 이격되어 인체에 부착되는 경우에는 인플레이터(40)에서 발생한 가스를 에어백(20)으로 공급하기 위한 별도의 공급관(미도시)을 더 포함할 수도 있다.
인체의 낙상으로부터 인체를 보호하기 위한 인체 보호 장치(5)에 의해, 보행 중 낙상 사고 등이 발생했을 때 신체 충격을 완화할 수 있는 에어백 등을 이용함으로써, 고관절 등의 손상을 방지하여 하지 근력이 약한 고령자나 보행이 어려운 장애환자, 더 나아가 겨울철 눈길 등에서 보행자의 안전성을 확보할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 보호 장치의 동작 제어 시스템의 블록 구성도이며, 도 7은 도 6의 인체 보호 장치의 동작 제어 시스템에서 센서부의 블록 구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 보호 장치의 동작 제어 시스템(100)은, 인체의 허리 부분에 부착되어 인체의 낙상 사고 시에 에어백이 팽창하여 인체를 보호하는 인체 보호 장치의 동작을 제어하는 시스템으로서, 인체의 움직임을 감지하여 가속도 데이터 및 각속도 데이터를 획득하는 센서부(110), 가속도 및 각속도 데이터를 기초로 인체의 낙상 여부를 판단하여, 낙상 신호를 생성하는 제어부(120), 및 낙상 신호를 기초로 에어백을 구동시키는 에어백 구동부(130)를 포함한다.
도 7을 참조하면, 센서부(110)는 인체의 움직임을 감지하고, 가속도 데이터 및 각속도 데이터를 획득하기 위해, 가속도 데이터를 획득하는 가속도 센서(112) 및 각속도 데이터를 획득하는 각속도 센서(114)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 가속도 센서(112)는 3차원 상에서 3축 방향의 가속도를 측정하는 센서이고, 각속도 센서(114)는 각속도를 측정하는 센서이다. 또한, 센서부(110)는 지자기 센서(미도시)를 더 포함하여 각 변화량(angular rate)을 측정할 수도 있다. 가속도 센서(112) 및 각속도 센서(114)는 바람직하게는 MEMS(micro-electromechanical systems) 기반 센서일 수 있으나, 이에 의하여 제한되지 않음은 물론이다.
제어부(120)는 센서부(110)에서 측정한 가속도 및 각속도 데이터를 전송받아 상기 가속도 및 각속도 데이터를 기초로 상기 인체의 낙상 여부를 판단한다. 예를 들어, 제어부(120)는 가속도 및 각속도 데이터를 기초로 보행 중인 신체의 롤각(roll angle) 및 피치각(pitch angle)과 초기 자세로부터 회전한 상대적 요각(yaw angle)을 계산할 수 있다. 특히, 지자기 센서를 추가 정보로 사용하여 각 변화량을 측정할 수 있는 경우에는 신체의 롤각(roll angle) 및 피치각(pitch angle) 외에 정밀한 절대적 요각(yaw angle)도 계산할 수 있다.
그리고, 제어부(120)는 낙상으로 판단한 경우, 낙상 신호를 생성하여 에어백 구동부(130)로 전달한다. 이때, 제어부(120)는 가속도 데이터의 크기가 미리 설정된 제1 기준값 이상이거나, 또는 각속도 데이터의 크기가 미리 설정된 제2 기준값 이상인 경우, 인체의 낙상 신호를 생성할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 가속도 데이터의 크기가 미리 설정된 제1 기준값 이상이고, 각속도 데이터의 크기가 미리 설정된 제2 기준값 이상인 경우에만, 인체의 낙상 신호를 생성할 수 있다. 물론, 다른 기준에 의해 인체의 낙상 신호를 생성하도록 설정할 수 있다.
에어백 구동부(130)는 제어부(120)로부터 낙상 신호를 입력받은 경우, 상기 낙상 신호를 기초로 에어백을 구동시키는 역할을 한다. 구체적으로, 에어백 구동부(130)는 제어부(120)로부터 낙상 신호를 입력받아 질소 가스를 발생시켜 에어백에 공급하거나, 또는 제어부(120)로부터 낙상 신호를 입력받아 에어백에 압축 이산화탄소 가스를 공급하여 상기 에어백을 외부로 팽창시키게 된다. 즉, 에어백 구동부(130)는 낙상 신호를 전송받아 이를 입력 신호로 하여 구동되는 것이다. 이때, 에어백 구동부(130)는 전술한 인체 보호 장치(5)에 포함되는 인플레이터(40)를 포괄하는 의미일 수 있다. 에어백 구동부(130)는 낙상사고 시에 에어백이 팽창될 수 있도록 가스 발생제를 연소시켜 가스를 발생시키거나, 또는 압축 이산화탄소 가스를 공급할 수 있다. 상기 가스는 질소 가스 또는 압축 이산화탄소 가스인 것이 바람직하나, 이에 의하여만 제한되는 것은 아니다. 에어백 구동부(130)는 낙상 신호를 전송 받고, 상기 낙상 신호에 따라 점화되어 가스를 생성하여 상기 생성된 가스를 에어백 안으로 순식간에 분출시켜, 상기 가스로 에어백이 팽창되는 것이다. 또한, 에어백 구동부(130)는 낙상 신호를 전송 받고, 상기 낙상 신호에 따라 저장소에 미리 저장되어 있던 가스를 순간적으로 에어백으로 공급하여 상기 가스로 에어백이 팽창되는 것이다. 이때, 가스에 의해 팽창되는 에어백은 인체의 허리 부분, 엉덩이 부분 등을 감싸면서 팽창되는 것일 수 있다.
인체의 낙상으로부터 인체를 보호하기 위한 인체 보호 장치의 동작을 제어하는 동작 제어 시스템에 의해, Roll, Pitch, Yaw의 각속도와 가속도의 변화량으로 낙상을 감지하여 판단하고, 낙상 시 가스를 발생시켜 이 가스의 압력으로 에어백을 부풀어 오르게 하여 지면에 부딪힐때 신체의 충격을 감소시킨다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 보호 장치의 동작 제어 방법의 순서도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 보호 장치의 동작 제어 방법은, 인체의 허리 부분에 부착되어 인체의 낙상 사고 시에 에어백이 팽창하여 인체를 보호하는 인체 보호 장치의 동작을 제어하는 방법으로서, 인체의 움직임을 감지하고(S110), 가속도 데이터 및 각속도 데이터를 획득하며(S120), 가속도 및 각속도 데이터를 기초로 상기 인체의 낙상 여부를 판단하고(S130), 인체의 낙상으로 판단된 경우(YES), 낙상 신호를 생성하고(S140), 낙상 신호를 기초로 에어백을 동작시킨다(S150).
여기에서, 낙상 신호를 기초로 에어백 동작 시(S150), 낙상 신호가 생성되면(S140), 상기 낙상 신호를 입력받아 점화되고, 점화에 의해 가스가 발생되어, 발생된 가스가 에어백으로 공급되며, 이에 의해 에어백이 부풀어 올라 에어백이 작동하는 것이다. 또는, 낙상 신호를 기초로 에어백 동작 시(S150), 낙상 신호를 입력받아 소정의 공간에 저장된 가스를 에어백으로 공급하며, 이에 의해 에어백이 부풀어 올라 에어백이 작동하는 것이다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 보호 장치의 동작 제어 방법을 통해, 낙상에 대비하여 허리 부분에 부착된 에어백의 팽창을 제어함으로써, 허리 부분, 엉덩이 부분 등을 보호하고, 엉덩이와 다리를 연결하는 고관절의 부상 위험을 방지할 수 있게 되는 것이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
5: 인체 보호 장치
10: 외장 케이스
20: 에어백
30: 센서모듈
40: 인플레이터
100: 인체 보호 장치의 동작 제어 시스템
110: 센서부
120: 제어부
130: 에어백 구동부

Claims (17)

  1. 인체의 낙상으로부터 인체를 보호하기 위한 인체 보호 장치에 있어서,
    상기 인체의 허리 부분에 부착 가능한 외장 케이스;
    상기 외장 케이스 내에 수납되며, 가스가 압입되어 팽창하는 에어백;
    상기 인체의 움직임을 감지하여 낙상 여부를 판단하는 센서모듈; 및
    상기 센서모듈에 의해 낙상으로 판단된 경우, 상기 에어백을 팽창시키는 인플레이터를 포함하는, 인체 보호 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 외장 케이스는, 상기 허리 부분에 부착 가능한 가방 형태인, 인체 보호 장치.
  3. 제 2항에 있어서.
    상기 외장 케이스는, 상기 허리 부분을 감싸면서 체결하기 위한 체결부재 및 상기 에어백이 수납되는 포켓을 더 포함하는, 인체 보호 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 에어백은, 상기 가스가 압입되어 상기 외장 케이스의 외부로 팽창되는, 인체 보호 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 센서모듈은, 가속도를 감지하는 가속도 센서, 각속도를 감지하는 각속도 센서, 및 상기 낙상 여부를 판단하여 상기 인플레이터로 낙상 신호를 전송하는 제어 센서를 더 포함하는, 인체 보호 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 센서모듈은, 상기 외장 케이스에 설치되거나, 또는 상기 인체의 머리부터 허리 사이에 설치되는, 인체 보호 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 인플레이터는, 상기 센서모듈로부터 낙상신호를 전송받아 동작하는 점화회로, 상기 점화회로에 의해 점화되는 점화제, 및 상기 점화제에 의해 연소되어 가스를 발생하는 가스 발생제를 더 포함하는, 인체 보호 장치.
  8. 제 7항에 있어서.
    상기 가스 발생제는, 상기 점화제에 의해 연소되어 질소 가스가 발생되는, 인체 보호 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 인플레이터는, 압축 이산화탄소 가스가 저장되는 이산화탄소 카트리지 및 상기 센서모듈로부터 낙상신호를 전송받아 상기 이산화탄소 카트리지를 작동시키는 스위치를 더 포함하는, 인체 보호 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 인플레이터는, 상기 외장 케이스의 내부에 수납되거나, 또는 상기 인체에 부착되는, 인체 보호 장치.
  11. 인체의 허리 부분에 부착되어 인체의 낙상 사고 시에 에어백이 팽창하여 인체를 보호하는 인체 보호 장치의 동작 제어 시스템에 있어서,
    상기 인체의 움직임을 감지하여 가속도 데이터 및 각속도 데이터를 획득하는 센서부;
    상기 가속도 및 각속도 데이터를 기초로 상기 인체의 낙상 여부를 판단하여, 낙상 신호를 생성하는 제어부; 및
    상기 낙상 신호를 기초로 상기 에어백을 구동시키는 에어백 구동부를 포함하는, 인체 보호 장치의 동작 제어 시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 센서부는, 상기 가속도 데이터를 획득하는 가속도 센서 및 상기 각속도 데이터를 획득하는 각속도 센서를 포함하는, 인체 보호 장치의 동작 제어 시스템.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 가속도 데이터의 크기가 미리 설정된 제1 기준값 이상이거나, 또는 상기 각속도 데이터의 크기가 미리 설정된 제2 기준값 이상인 경우, 상기 인체의 낙상 신호를 생성하는, 인체 보호 장치의 동작 제어 시스템.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 에어백 구동부는, 상기 낙상 신호를 입력받아 상기 에어백에 가스를 공급하여 상기 에어백을 외부로 팽창시키는, 인체 보호 장치의 동작 제어 시스템.
  15. 인체의 허리 부분에 부착되어 인체의 낙상 사고 시에 에어백이 팽창하여 인체를 보호하는 인체 보호 장치의 동작 제어 방법에 있어서,
    상기 인체의 움직임을 감지하여 가속도 데이터 및 각속도 데이터를 획득하는 단계;
    상기 가속도 및 각속도 데이터를 기초로 상기 인체의 낙상 여부를 판단하는 단계;
    상기 인체의 낙상으로 판단된 경우, 낙상 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 낙상 신호를 기초로 상기 에어백을 동작시키는 단계를 포함하는, 인체 보호 장치의 동작 제어 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 에어백을 동작시키는 단계는,
    상기 낙상 신호를 입력받아 점화되는 단계;
    상기 점화에 의해 가스가 발생하는 단계; 및
    상기 가스가 상기 에어백으로 공급되는 단계를 포함하는, 인체 보호 장치의 동작 제어 방법.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 에어백을 동작시키는 단계는,
    상기 낙상 신호를 입력받아 소정의 공간에 저장된 가스를 상기 에어백으로 공급하는 단계를 포함하는, 인체 보호 장치의 동작 제어 방법.
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