KR20150113707A - Walking assist device and control method for the same - Google Patents
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- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H3/00—Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about
- A61H3/04—Wheeled walking aids for disabled persons
Abstract
Description
본 발명은 보행 보조 장치 및 보행 보조 장치 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 경사로에서 안정적으로 사용자의 보행을 보조할 수 있는 보행 보조 장치 및 보행 보조 장치의 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a walking assistance device and a walking aiding device control method, and more particularly, to a walking aiding device and a control method of a walking aiding device that can stably support a user's walking in a ramp.
보행 보조 장치는 노약자 또는 장애인과 같이 거동이 불편한 사용자의 보행을 보조하는 장치를 말한다. 예를 들어, 워커(Walker), 롤레이터(Rollator), 워킹 프레임(Walking Frame), 워킹 테이블(Walking Table) 등은 해당 기기 사용자의 보행을 보조한다. 이러한 보행 보조 장치는 로봇 기술과 제어 기술을 바탕으로 안정적으로 보행을 보조하는 방향으로 진화하고 있다.A walking aiding device refers to a device that assists a user who is uncomfortable with the movement such as the elderly or the disabled. For example, a walker, a rollator, a walking frame, and a walking table assist the user in walking the device. These walking aids are evolving to support stable walking based on robot technology and control technology.
한국공개특허 제10-2013-0068555호는 보행 보조 장치 및 그 작동 제어 방법을 개시한다. 이러한 보행 보조 장치는 사용자와 제1 보행 보조 유닛 사이의 작용력과 하체 착용형 제2 보행 보조 유닛에서 측정된 지면 반발력을 기초로 보행 보조 장치의 구동을 제어한다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2013-0068555 discloses a walking assist device and its operation control method. Such a walking aid device controls the driving of the walking aiding device based on the force between the user and the first walking aiding unit and the floor reaction force measured by the second walking aiding unit.
한국공개특허 제10-2006-0071507호는 보행 보조 장치 및 방법을 개시한다. 이러한 입력 보행 보조 장치는 카메라에서 촬영한 영상 데이터로부터 장애물을 인식하고 장애물과의 거리를 측정하여 사용자에게 알려줌으로써, 사용자가 전방에 장애물이 있는 지를 판단할 수 있다.Korean Patent Laid-Open No. 10-2006-0071507 discloses a walking aid and a method. The input walking aid recognizes the obstacle from the image data photographed by the camera, measures the distance to the obstacle, and informs the user that the obstacle is present.
본 발명의 일 실시예는 사용자의 보행을 안정적으로 보조할 수 있는 보행 보조 장치를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a walking assistance device capable of stably assisting a user in walking.
본 발명의 일 실시예는 평지뿐만 아니라 경사로에서도 사용자의 보행을 안정적으로 보조할 수 있는 보행 보조 장치를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a walking assistance device capable of stably assisting a user in walking not only on a flat surface but also on a ramp.
본 발명의 일 실시예는 토크 센서와 자이로 센서를 이용하여 경사로에서 사용자의 의도를 파악하고 이에 대응할 수 있는 보행 보조 장치를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a walking assistance device capable of detecting a user's intention in a ramp using a torque sensor and a gyro sensor and coping with the intention.
본 발명의 일 실시예는 안정적인 보행 보조와 함께 소비 전력을 줄일 수 있는 보행 보조 장치를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a walking assist device capable of reducing power consumption with stable walking assistance.
실시예들 중에서, 보행 보조 장치는 휠에 위치하여 동력을 직접 휠에 전달하는 휠 구동부, 상기 휠을 제동하는 브레이크, 상기 휠에 위치하여 휠에 걸리는 토크를 측정하는 토크 센서, 각속도와 중력방향에 대한 상기 보행 보조 장치의 기울기를 측정하는 자이로 센서, 상기 자이로 센서에서 측정된 기울기를 기초로 중력에 의한 토크를 산출하고, 상기 토크 센서에서 측정된 토크와 상기 중력에 의한 토크를 기초로 사용자 힘에 의한 토크를 산출하는 사용자 토크 산출부, 상기 측정된 각속도, 상기 보행 보조 장치의 기울기 및 상기 사용자 힘에 의한 토크를 기초로 상기 보행 보조 장치의 움직임을 예측하는 움직임 예측부 및 상기 움직임 예측부의 예측 결과를 기초로 상기 휠 구동부 또는 상기 브레이크의 구동을 제어하는 제어부를 포함한다.Among the embodiments, the walking aiding device includes a wheel driving unit that is located on a wheel and transmits power directly to the wheel, a brake that brakes the wheel, a torque sensor that measures the torque applied to the wheel located on the wheel, A gyro sensor for measuring a tilt of the walking aid for the gyro sensor, a torque sensor for calculating a torque due to gravity on the basis of the tilt measured by the gyro sensor, and calculating a torque based on the torque measured by the torque sensor and the torque caused by the gravity A motion predictor for predicting a motion of the walking aiding device based on the measured angular velocity, the inclination of the walking aid, and the torque generated by the user force, And a control unit for controlling the driving of the wheel driving unit or the brake based on the control signal.
상기 사용자 토크 산출부는 상기 자이로 센서에서 기울기가 측정되는 경우, 상기 토크 센서에서 측정된 토크에서 상기 중력에 의한 토크를 빼서 사용자 힘에 의한 토크를 산출할 수 있다.The user torque calculating unit may calculate the torque due to the user's force by subtracting the torque due to the gravity from the torque measured by the torque sensor when the tilt is measured by the gyro sensor.
상기 움직임 예측부는 상기 측정된 각속도, 상기 보행 보조 장치의 기울기 및 상기 사용자 힘에 의한 토크를 기초로 상기 보행 보조 장치의 전복 가능성을 예측할 수 있다.The motion estimator may predict the possibility of rollover of the walking aid based on the measured angular velocity, the tilt of the walking aid, and the torque due to the user force.
일 실시예에서 상기 움직임 예측부는 상기 기울기가 0보다 크거나 작고 상기 사용자 힘에 의한 토크가 0인 경우, 경사로에서 사용자가 힘을 주지 않고 있거나 사용자가 상기 보행 보조 장치를 잡고 있지 않은 상황으로 예측할 수 있다.In one embodiment, the motion predicting unit may predict a situation in which the user does not apply force on the ramp or the user does not hold the walking aid when the inclination is greater than or less than 0 and the torque due to the user force is 0 have.
상기 기울기가 0보다 크거나 작고 상기 사용자 힘에 의한 토크가 0인 경우, 상기 제어부는 상기 휠 구동부의 구동을 정지하고 상기 브레이크를 구동할 수 있다. 그리고, 상기 제어부는 상기 브레이크 구동 후, 상기 흴 구동부에 공급되는 전류를 차단할 수 있다.If the slope is greater than or less than zero and the torque due to the user force is zero, the controller may stop driving the wheel drive unit and drive the brake. The control unit may cut off the current supplied to the coarse driving unit after the brake is driven.
실시예들 중에서, 보행 보조 장치의 제어 방법은 토크 센서에서 휠에 걸리는 토크를 측정하는 단계, 자이로 센서에서 각속도와 중력방향에 대한 상기 보행 보조 장치의 기울기를 측정하는 단계, 사용자 토크 산출부에서 상기 측정된 기울기를 기초로 중력에 의한 토크를 산출하고, 상기 토크 센서에서 측정된 토크와 상기 중력에 의한 토크를 기초로 사용자 힘에 의한 토크를 산출하는 단계, 움직임 예측부에서 상기 측정된 각속도, 상기 보행 보조 장치의 기울기 및 상기 사용자 힘에 의한 토크를 기초로 상기 보행 보조 장치의 움직임을 예측하는 단계 및 제어부에서 상기 예측된 움직임을 기초로 휠 구동부 또는 브레이크의 구동을 제어하는 단계를 포함한다.Among the embodiments, the method for controlling the walking aid includes the steps of measuring the torque applied to the wheel by the torque sensor, measuring the slope of the walking assist device with respect to the angular velocity and gravity direction in the gyro sensor, Calculating torque by gravity on the basis of the measured inclination, calculating a torque by a user's force based on the torque measured by the torque sensor and the torque by the gravity, calculating the measured angular velocity, Estimating a motion of the walking assist device based on the inclination of the walking aiding device and the torque generated by the user force, and controlling the driving of the wheel driving part or the brake based on the predicted motion in the control part.
일 실시예에서, 상기 움직임을 예측하는 단계에서는 상기 기울기가 0보다 크거나 작고 상기 사용자 힘에 의한 토크가 0인 경우, 경사로에서 사용자가 힘을 주지 않고 있거나 사용자가 상기 보행 보조 장치를 잡고 있지 않은 상황으로 예측할 수 있다.In one embodiment, in the step of predicting the motion, if the slope is greater than or less than zero and the torque due to the user force is zero, the user is not giving a force on the ramp, or the user is not holding the walking aid The situation can be predicted.
상기 기울기가 0보다 크거나 작고 상기 사용자 힘에 의한 토크가 0인 경우, 휠 구동부 또는 브레이크의 구동을 제어하는 단계에서는 상기 휠 구동부의 구동을 정지하고 상기 브레이크를 구동할 수 있다. 상기 브레이크 구동 후, 상기 제어하는 단계에서는 상기 흴 구동부에 공급되는 전류를 차단할 수 있다.In the step of controlling the driving of the wheel driving unit or the brake, when the inclination is greater than or less than 0 and the torque caused by the user force is 0, the driving of the wheel driving unit may be stopped and the brake may be driven. After the driving of the brake, in the controlling step, the current supplied to the coarse driving unit can be cut off.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 정보 입력 장치는 사용자의 신체 표피의 물리적 변화를 감지하여 신체의 움직임을 인식할 수 있다.The wearable information input device according to an embodiment of the present invention can recognize the movement of the body by sensing the physical change of the user's body skin.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 정보 입력 장치는 손목 근육의 변화에 의한 손목 표피의 물리적 변화를 감지하여 손가락 및 손목의 움직임을 인식하고, 이를 기초로 정보를 입력할 수 있다.The wearable information input device according to an embodiment of the present invention can recognize the movement of the fingers and the wrist by sensing the physical change of the wrist skin due to the change of the wrist muscle, and can input information based thereon.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 정보 입력 장치는 인식된 신체의 움직임을 기초로 외부 기기를 제어할 수 있다.The wearable information input device according to an embodiment of the present invention can control an external device based on the recognized movement of the body.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 보조 장치를 예시한 도면이다.
도 2는 도 1에 있는 보행 보조 장치의 휠을 예시한 도면이다.
도 3은 도 1에 있는 보행 보조 장치의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 4는 도 3에 있는 사용자 토크 산출부의 구성을 설명하는 도면이다.
도 5는 사용자 토크 산출부에서 중력에 의한 토크를 산출하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 6은 도 3에 있는 휠 구동부의 구성을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 보조 장치의 제어 방법을 설명하는 순서도이다.1 is a view illustrating a walking assistance apparatus according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a view showing a wheel of the walking aiding apparatus shown in Fig. 1. Fig.
Fig. 3 is a block diagram for explaining the configuration of the walking aid device shown in Fig. 1. Fig.
Fig. 4 is a view for explaining the configuration of the user torque calculating section shown in Fig. 3;
5 is a view for explaining a process of calculating the torque due to gravity in the user torque calculating unit.
Fig. 6 is a diagram for explaining the configuration of the wheel drive unit shown in Fig. 3;
FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of controlling a walking assistance apparatus according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The description of the present invention is merely an example for structural or functional explanation, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, the embodiments are to be construed as being variously embodied and having various forms, so that the scope of the present invention should be understood to include equivalents capable of realizing technical ideas. Also, the purpose or effect of the present invention should not be construed as limiting the scope of the present invention, since it does not mean that a specific embodiment should include all or only such effect.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.Meanwhile, the meaning of the terms described in the present application should be understood as follows.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.The terms "first "," second ", and the like are intended to distinguish one element from another, and the scope of the right should not be limited by these terms. For example, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" to another element, it may be directly connected to the other element, but there may be other elements in between. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. On the other hand, other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.It is to be understood that the singular " include " or "have" are to be construed as including the stated feature, number, step, operation, It is to be understood that the combination is intended to specify that it does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.In each step, the identification code (e.g., a, b, c, etc.) is used for convenience of explanation, the identification code does not describe the order of each step, Unless otherwise stated, it may occur differently from the stated order. That is, each step may occur in the same order as described, may be performed substantially concurrently, or may be performed in reverse order.
본 발명은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있고, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한, 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.The present invention can be embodied as computer-readable code on a computer-readable recording medium, and the computer-readable recording medium includes all kinds of recording devices for storing data that can be read by a computer system . Examples of the computer-readable recording medium include a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, an optical data storage device, and the like, and also implemented in the form of a carrier wave (for example, transmission over the Internet) . In addition, the computer-readable recording medium may be distributed over network-connected computer systems so that computer readable codes can be stored and executed in a distributed manner.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined. Commonly used predefined terms should be interpreted to be consistent with the meanings in the context of the related art and can not be interpreted as having ideal or overly formal meaning unless explicitly defined in the present application.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 보조 장치를 예시한 도면이다.1 is a view illustrating a walking assistance apparatus according to an embodiment of the present invention.
현재 다양한 형태의 보행 보조 장치가 연구 및 개발되고 있지만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 롤레이터를 예로 본 발명을 설명하기로 한다.Various types of walking aids have been researched and developed. Hereinafter, the present invention will be described by taking a rollator as an example for convenience of explanation.
도 1을 참조하면, 보행 보조 장치는 프레임(Frame)과 휠(Wheel)로 구성되어 사용자의 보행을 보조할 수 있다. 사용자는 프레임에 구비된 조향장치를 통해 보행 방향을 조정하고, 제어장치를 통해 보행 보조 장치의 동작(이동, 정지, 속도 조정 등)을 제어할 수 있다.Referring to FIG. 1, the walking aiding device is composed of a frame and a wheel so as to assist a user in walking. The user can adjust the walking direction through the steering device provided in the frame, and control the operation (movement, stop, speed adjustment, etc.) of the walking aid through the control device.
보행 보조 장치는 복수의 휠을 구비할 수 있다. 보행 보조 장치에 구비된 복수의 휠 중 일부 또는 전부는 휠 내에 구비된 휠 구동부로부터 동력을 직접 전달받는다. 일 실시예에서, 휠 구동부는 인휠 모터(in-wheel motor)에 해당할 수 있다.The walking aiding device may have a plurality of wheels. Some or all of the plurality of wheels provided in the walking aiding device are directly transmitted from the wheel driving unit provided in the wheel. In one embodiment, the wheel drive may correspond to an in-wheel motor.
예를 들어, 보행 보조 장치가 4개의 휠을 구비하고, 전방 2개의 휠은 해당 휠에 구비된 휠 구동부로부터 동력을 직접 전달받는 경우, 보행 보조 장치는 전방 2개의 휠의 동력을 이용하여 사용자의 보행을 보조하고, 보행 방향을 조정할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 보행 보조 장치가 4개의 휠을 구비하고, 전방 2개의 휠은 해당 휠에 구비된 휠 구동부로부터 동력을 직접 전달받는 경우를 가정하여 설명한다.
For example, when the walking aiding device has four wheels and two front wheels directly receive power from the wheel driving part provided on the corresponding wheel, the walking aiding device uses the power of the front two wheels, It is possible to assist the walking and adjust the walking direction. Hereinafter, for the sake of convenience of explanation, it is assumed that the walking assist device has four wheels, and the front two wheels receive power directly from the wheel driving unit provided in the wheel.
도 2는 도 1에 있는 보행 보조 장치의 휠을 예시한 도면이다.Fig. 2 is a view showing a wheel of the walking aiding apparatus shown in Fig. 1. Fig.
도 2를 참조하면, 휠에 구비된 구동부를 통해 동력을 직접 전달받는 휠은 휠 구동부(210), 브레이크(220) 및 센서(230)를 포함한다.Referring to FIG. 2, a wheel directly receiving power through a driving unit provided on the wheel includes a wheel driving unit 210, a
휠 구동부(210)는 휠에 위치하여 동력을 직접 휠에 전달하고, 브레이크(220)는 휠을 제동한다. 일 실시예에서, 휠은 휠 구동부(210)와 브레이크(220)가 일체로 구성된 하이브리드 구동기를 포함할 수 있다. 휠 구동부(210)와 브레이크(220)를 일체로 구성하는 경우, 구동부와 브레이크를 독립적으로 구성하는 일반 구조에 비해 크기와 무게를 줄일 수 있다. The wheel drive unit 210 is located on the wheel and transmits power directly to the wheel, and the
센서(230)는 휠에 위치하여 휠에 걸리는 토크, 각속도, 기울기 등 보행 보조 장치의 물리적 상태를 측정한다. 센서의 종류와 개수는 측정하고자 하는 물리적 상태의 종류에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 보행 보조 장치는 휠에 걸리는 토크, 각속도, 기울기 등을 기초로 사용자의 의도와 보행 보조 장치의 움직임을 예측할 수 있다.
The
도 3은 도 1에 있는 보행 보조 장치의 구성을 설명하는 블록도이다.Fig. 3 is a block diagram for explaining the configuration of the walking aid device shown in Fig. 1. Fig.
도 3을 참조하면, 보행 보조 장치는 제1 자이로 센서(312), 제1 토크 센서(314), 제1 사용자 토크 산출부(316), 제2 자이로 센서(322), 제2 토크 센서(324), 제2 사용자 토크 산출부(326), 움직임 예측부(330), 제어부(340), 제1 휠 구동부(352), 제1 브레이크(354), 제2 휠 구동부(362) 및 제2 브레이크(364)를 포함한다.3, the gait assist device includes a
일 실시예에서, 제1 자이로센서(312), 제1 토크 센서(314), 제1 휠 구동부(352) 및 제1 브레이크(354)는 좌측 휠에 구비될 수 있고, 제2 자이로 센서(322), 제2 토크 센서(324), 제2 휠 구동부(362) 및 제2 브레이크(364)는 우측 휠에 구비될 수 있다.In one embodiment, the
제1 자이로 센서(312)와 제2 자이로 센서(322)는 각각 좌측 휠과 우측 휠에서 각속도와 중력방향에 대한 보행 보조 장치의 기울기를 측정한다. 자이로 센서(312, 322)는 각속도를 측정하고, 자이로 센서에서 측정된 각속도를 시간에 따라 적분하여 보행 보조 장치의 기울기를 산출할 수 있다.The
제1 토크 센서(314)와 제2 토크 센서(324)는 각각 좌측 휠과 우측 휠에서 각 휠에 걸리는 토크를 측정하고, 측정된 토크를 전기적 신호로 출력한다. 이때, 제1 토크 센서(314)와 제2 토크 센서(324)를 통해 측정된 각 휠에 걸리는 토크는 사용자의 힘에 의한 토크와 중력에 의해 보행 보조 장치에 걸리는 토크를 합한 값이다. 따라서, 사용자 순수 힘에 의한 토크를 얻기 위해서는 토크 센서(314, 324)에서 측정된 토크에서 중력에 의한 토크를 보상하여야 한다.The
제1 사용자 토크 산출부(316)와 제2 사용자 토크 산출부(326)는 각각 좌측 휠과 우측 휠에 걸리는 사용자 힘에 의한 토크를 산출한다. 사용자 토크 산출부(316, 326)는 자이로 센서(312, 314)에서 측정된 기울기를 기초로 중력에 의한 토크(중력에 의해 보행 보조 장치에 걸리는 토크)를 산출하고, 산출된 중력에 의한 토크와 토크 센서(314, 324)에서 측정된 토크를 기초로 사용자 힘에 의한 토크를 산출한다.The first user
도 4는 도 3에 있는 사용자 토크 산출부의 구성을 설명하는 도면이고, 도 5는 사용자 토크 산출부에서 중력에 의한 토크를 산출하는 과정을 설명하는 도면이다.FIG. 4 is a view for explaining the configuration of the user torque calculating unit shown in FIG. 3, and FIG. 5 is a view for explaining a process of calculating torque by gravity in the user torque calculating unit.
도 4를 참조하면, 사용자 토크 산출부(316, 326)는 중력 토크 산출부(410) 및 가산부(420)를 포함한다.Referring to FIG. 4, the user
중력 토크 산출부(410)는 자이로 센서(312, 314)에서 측정된 기울기를 기초로 중력에 의한 토크(중력에 의해 보행 보조 장치에 걸리는 토크)를 산출한다. 도 5를 참조하면, 질량이 m인 보행 보조 장치가 기울기가 θ인 경사로를 올라가는 경우, 중력에 의해 보행 보조 장치에 걸리는 토크는 mg×sinθ로 계산될 수 있다.The gravity torque calculation unit 410 calculates a gravity-based torque (torque applied to the walking aiding apparatus by gravity) based on the tilt measured by the
가산부(420)는 토크 센서(314, 324)에서 측정된 토크 값과 중력 토크 산출부(410)에서 산출된 중력에 의한 토크 값의 음수값을 더하여 사용자 힘에 의한 토크를 산출한다. 즉, 토크 센서(314, 324)에서 측정된 토크 값에서 중력에 의한 토크 값을 빼서 사용자 힘에 의한 토크를 산출할 수 있다.
The
다시 도 3에서, 움직임 예측부(330)는 각속도, 보행 보조 장치의 기울기 및 사용자 힘에 의한 토크를 기초로 보행 보조 장치의 움직임을 예측한다. 움직임 예측부(330)는 해당 보행 보조 장치에 대해 미리 정의된 기구학 모델(Kinematics model)을 기초로 보행 보조 장치의 움직임을 예측하고, 이를 기초로 보행 보조 장치의 전복 가능성을 예측할 수 있다. 일 실시예에서, 움직임 예측부(330)는 각속도, 기울기 및 사용자 힘에 의한 토크를 변수로 하는 기구학 모델을 미리 정의하고, 자이로 센서(312, 322)와 사용자 토크 산출부(316, 326)에서 산출된 각속도, 기울기 및 사용자 힘에 의한 토크를 모델에 입력하여 보행 보조 장치의 움직임을 예측할 수 있다.3, the
예를 들어, 기울기가 0보다 크거나 작고 상기 사용자 힘에 의한 토크가 0인 경우, 움직임 예측부(330)는 경사로에서 사용자가 힘을 주지 않고 있거나 사용자가 상기 보행 보조 장치를 잡고 있지 않은 상황으로 예측하고, 보행 보조 장치가 경사로에서 미끄러져 내려가는 것으로 예측할 수 있다.For example, if the slope is greater than or less than zero and the torque due to the user force is zero, the
다른 예에서, 기울기가 0보다 크거나 작고 양쪽 휠에 걸리는 토크의 차이가 기 설정된 값보다 큰 경우, 움직임 예측부(330)는 사용자가 상기 보행 보조 장치의 일측에만 힘을 주는 상황으로 예측하고, 보행 보조 장치가 전복되는 것으로 예측할 수 있다.In another example, if the slope is greater than or less than zero and the difference in torque applied to both wheels is greater than a predetermined value, the
제어부(340)는 움직임 예측부(330)의 예측 결과를 기초로 휠 구동부(352, 362) 또는 브레이크(354, 364)의 구동을 제어한다. 움직임 예측부(330)의 예측 결과에 따라 제어부(340)는 좌측 휠과 우측 휠의 구동을 동시에 제어하거나 독립적으로 제어할 수 있다.The
예를 들어, 기울기가 0보다 크거나 작고 상기 사용자 힘에 의한 토크가 0인 경우 또는 기울기가 0보다 크거나 작고 양쪽 휠에 걸리는 토크의 차이가 기 설정된 값보다 큰 경우, 제어부(340)는 휠 구동부(352, 354)의 구동을 정지하고 브레이크(354, 364)를 구동시킨다. 브레이크(354, 364)를 구동한 후 제어부(340)는 휠 구동부(352, 354)에 공급되는 전류를 차단하여 불필요한 전력 소모를 막을 수 있다.For example, if the slope is greater than or less than zero and the torque due to the user force is zero, or if the slope is greater than or less than zero and the difference in torque between both wheels is greater than a preset value, The driving of the driving
다른 예에서, 기울기가 0보다 크거나 작고 양쪽 휠에 걸리는 토크의 차이가 기 설정된 값보다 큰 경우, 제어부(340)는 사용자 힘에 의한 토크가 작은 휠에 더 큰 토크가 걸리도록 휠 구동부를 구동하거나, 사용자 힘에 의한 토크가 큰 휠에 더 작은 토크가 걸리도록 휠 구동부를 구동할 수 있다.In another example, if the slope is greater than or less than zero and the difference in the torque applied to both wheels is greater than a predetermined value, the
제1 휠 구동부(352)와 제2 휠 구동부(362)는 각각 좌측 휠과 우측 휠에 위치하여 제어부(340)의 제어에 따라 해당 휠에 동력을 직접 전달한다. 제1 브레이크(354)와 제2 브레이크(364)는 각각 좌측 휠과 우측 휠에 위치하여 해당 휠을 제동한다.The
도 6은 도 3에 있는 휠 구동부의 구성을 설명하는 도면이다.Fig. 6 is a diagram for explaining the configuration of the wheel drive unit shown in Fig. 3;
도 6을 참조하면, 휠 구동부는 모터 제어부(610)와 모터(620)를 포함한다. 모터 제어부(610)는 제어부(340)의 제어와 모터(620)에서 피드백된 응답신호를 기초로 모터(620)의 구동을 제어하는 모터 제어 신호를 출력한다. 모터(620)는 구동축을 통해 휠과 연결되고, 모터 제어부(610)의 제어에 따라 휠에 동력을 공급한다.
Referring to FIG. 6, the wheel driving unit includes a
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 보조 장치의 제어 방법을 설명하는 순서도이다.FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of controlling a walking assistance apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 토크 센서(314, 324)는 각 휠에 걸리는 토크를 측정한다(단계 S710). 자이로 센서(312, 322)는 각속도와 중력 방향에 대한 보행 보조 장치의 기울기를 측정한다(단계 S720).Referring to Fig. 7, the
사용자 토크 산출부(316, 326)는 측정된 기울기를 기초로 중력에 의한 토크를 산출하고, 산출된 중력에 의한 토크와 토크 센서(314, 324)에서 측정된 토크를 기초로 사용자 힘에 의한 토크를 산출한다(단계 S730). 사용자 힘의 의한 토크를 기초로 움직임 예측부(330)는 사용자의 의도를 파악하고, 보행 보조 장치의 움직임을 예측할 수 있다.The user
움직임 예측부(330)는 각속도, 보행 보조 장치의 기울기 및 사용자 힘에 의한 토크를 기초로 보행 보조 장치의 움직임을 예측하고(단계 S740), 제어부(340)는 예측된 움직임을 기초로 휠 구동부(352, 362) 또는 브레이크(354, 364)의 구동을 제어한다(단계 S750).The
일 실시예에서, 상기 기울기가 0보다 크거나 작고 상기 사용자 힘에 의한 토크가 0인 경우, 움직임 예측부(330)는 경사로에서 사용자가 힘을 주지 않고 있거나 사용자가 상기 보행 보조 장치를 잡고 있지 않은 상황으로 보행 보조 장치가 경사로에서 미끄러지는 것으로 예측할 수 있다.In one embodiment, if the slope is greater than or less than zero and the torque due to the user force is zero, the
이러한 경우, 제어부(340)는 휠 구동부(352, 362)의 구동을 정지하고 브레이크(354, 364)를 구동시킬 수 있다. 브레이크 구동 후 제어부(340)는 휠 구동부(352, 362)에 공급되는 전류를 차단하여 소비 전력을 효율적으로 관리할 수 있다.
In this case, the
상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the following claims It can be understood that
312: 제1 기울기 센서
314: 제1 토크 센서
316: 제1 사용자 토크 산출부
322: 제2 기울기 센서
324: 제2 토크 센서
326: 제2 사용자 토크 산출부
330: 움직임 예측부
340: 제어부
352: 제1 휠 구동부
354: 제1 브레이크
362: 제2 휠 구동부
364: 제2 브레이크312: first tilt sensor 314: first torque sensor
316: first user torque calculating section 322: second tilt sensor
324: second torque sensor 326: second user torque calculating section
330: motion prediction unit 340:
352: first wheel driving section 354: first brake
362: second wheel driving part 364: second brake
Claims (10)
휠에 위치하여 동력을 직접 휠에 전달하는 휠 구동부;
상기 휠을 제동하는 브레이크;
상기 휠에 위치하여 휠에 걸리는 토크를 측정하는 토크 센서;
각속도와 중력방향에 대한 상기 보행 보조 장치의 기울기를 측정하는 자이로 센서;
상기 자이로 센서에서 측정된 기울기를 기초로 중력에 의한 토크를 산출하고, 상기 토크 센서에서 측정된 토크와 상기 중력에 의한 토크를 기초로 사용자 힘에 의한 토크를 산출하는 사용자 토크 산출부;
상기 측정된 각속도, 상기 보행 보조 장치의 기울기 및 상기 사용자 힘에 의한 토크를 기초로 상기 보행 보조 장치의 움직임을 예측하는 움직임 예측부; 및
상기 움직임 예측부의 예측 결과를 기초로 상기 휠 구동부 또는 상기 브레이크의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 보행 보조 장치.A walking assistance device for assisting a user in walking, comprising:
A wheel driving unit positioned on the wheel and transmitting power directly to the wheel;
A brake for braking the wheel;
A torque sensor located on the wheel and measuring torque applied to the wheel;
A gyro sensor for measuring a tilt of the walking assist device with respect to an angular velocity and a direction of gravity;
A user torque calculating unit for calculating a torque due to gravity based on the tilt measured by the gyro sensor and calculating a torque by a user's force based on the torque measured by the torque sensor and the torque caused by the gravity;
A motion predictor for predicting a motion of the walking aid based on the measured angular velocity, the tilt of the walking aid, and the torque by the user force; And
And a control unit for controlling driving of the wheel driving unit or the brake based on the prediction result of the motion prediction unit.
상기 자이로 센서에서 기울기가 측정되는 경우, 상기 토크 센서에서 측정된 토크에서 상기 중력에 의한 토크를 빼서 사용자 힘에 의한 토크를 산출하는 보행 보조 장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the user torque calculation unit
Wherein when the tilt is measured by the gyro sensor, the torque due to the gravity is subtracted from the torque measured by the torque sensor to calculate a torque due to the user's force.
상기 측정된 각속도, 상기 보행 보조 장치의 기울기 및 상기 사용자 힘에 의한 토크를 기초로 상기 보행 보조 장치의 전복 가능성을 예측하는 보행 보조 장치.The apparatus of claim 1, wherein the motion estimator
And estimates the possibility of rollover of the walking aid based on the measured angular velocity, the inclination of the walking aid, and the torque by the user force.
상기 기울기가 0보다 크거나 작고 상기 사용자 힘에 의한 토크가 0인 경우, 경사로에서 사용자가 힘을 주지 않고 있거나 사용자가 상기 보행 보조 장치를 잡고 있지 않은 상황으로 예측하는 보행 보조 장치.The apparatus of claim 1, wherein the motion estimator
And when the inclination is greater than or less than 0 and the torque due to the user force is 0, the user is not giving a force to the ramp, or the user is predicting that the user is not holding the walking aid.
상기 휠 구동부의 구동을 정지하고 상기 브레이크를 구동시키는 보행 보조 장치.5. The apparatus of claim 4, wherein the control unit
And stops the driving of the wheel driving unit and drives the brake.
상기 브레이크 구동 후, 상기 흴 구동부에 공급되는 전류를 차단하는 보행 보조 장치.6. The apparatus of claim 5, wherein the control unit
And blocks current supplied to the driving unit after the brake is driven.
토크 센서에서 휠에 걸리는 토크를 측정하는 단계;
자이로 센서에서 각속도와 중력방향에 대한 상기 보행 보조 장치의 기울기를 측정하는 단계;
사용자 토크 산출부에서 상기 측정된 기울기를 기초로 중력에 의한 토크를 산출하고, 상기 토크 센서에서 측정된 토크와 상기 중력에 의한 토크를 기초로 사용자 힘에 의한 토크를 산출하는 단계;
움직임 예측부에서 상기 측정된 각속도, 상기 보행 보조 장치의 기울기 및 상기 사용자 힘에 의한 토크를 기초로 상기 보행 보조 장치의 움직임을 예측하는 단계; 및
제어부에서 상기 예측된 움직임을 기초로 휠 구동부 또는 브레이크의 구동을 제어하는 단계를 포함하는 보행 보조 장치 제어 방법.A method of controlling a walking aiding apparatus,
Measuring a torque applied to the wheel from the torque sensor;
Measuring the tilt of the walking aid relative to the angular velocity and gravity direction in the gyro sensor;
Calculating a torque by gravity on the basis of the measured inclination in a user torque calculating unit, calculating a torque by a user force based on the torque measured by the torque sensor and the torque by the gravity;
Estimating a motion of the walking assist device based on the measured angular velocity, the tilt of the walking aid, and the torque by the user force; And
And controlling the driving of the wheel drive unit or the brake based on the predicted motion in the control unit.
상기 기울기가 0보다 크거나 작고 상기 사용자 힘에 의한 토크가 0인 경우, 경사로에서 사용자가 힘을 주지 않고 있거나 사용자가 상기 보행 보조 장치를 잡고 있지 않은 상황으로 예측하는 보행 보조 장치 제어 방법.8. The method of claim 7, wherein predicting the motion comprises:
Wherein when the inclination is greater than or less than zero and the torque due to the user force is 0, the user is not giving a force to the ramp or the user is not holding the walking aid.
상기 기울기가 0보다 크거나 작고 상기 사용자 힘에 의한 토크가 0인 경우, 상기 휠 구동부의 구동을 정지하고 상기 브레이크를 구동시키는 보행 보조 장치 제어 방법.9. The method of claim 8, wherein the controlling
Wherein when the inclination is greater than or equal to zero and the torque due to the user force is zero, the driving of the wheel driving unit is stopped and the brake is driven.
상기 브레이크 구동 후, 상기 흴 구동부에 공급되는 전류를 차단하는 보행 보조 장치 제어 방법.
10. The method of claim 9, wherein the controlling
And after the brake is driven, a current supplied to the driving unit is cut off.
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CN107485543A (en) * | 2016-06-09 | 2017-12-19 | 西门子医疗有限公司 | Mobile travelling aided bicycle, the monitoring with mobile travelling aided bicycle and information system and the method for operating mobile travelling aided bicycle |
KR20210047003A (en) * | 2019-10-21 | 2021-04-29 | 부산과학기술대학교 산학협력단 | Method for controlling assistant walker and assistant walker using the method |
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