KR20160039496A - 자세 교정 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20160039496A
KR20160039496A KR1020140132653A KR20140132653A KR20160039496A KR 20160039496 A KR20160039496 A KR 20160039496A KR 1020140132653 A KR1020140132653 A KR 1020140132653A KR 20140132653 A KR20140132653 A KR 20140132653A KR 20160039496 A KR20160039496 A KR 20160039496A
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박형일
강성원
김정범
최병건
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명의 실시 예들은, 사용자의 자세 교정을 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 자세 교정 장치는, 사용자 신체에 분산 배치된 다수의 모션 센서 각각으로부터 해당 모션 센서의 3차원 좌표 정보를 수집하는 정보 수집부; 및 상기 획득된 3차원 좌표 정보들을 기반으로 사용자의 현재 자세를 추정하고, 상기 추정된 현재 자세가 기 설정된 표준 자세에 부합하지 않는 경우, 상기 사용자의 자세 교정을 위한 피드백 제어 신호를 생성하는 피드백 제어부를 포함한다. 본 발명의 실시 예들에 따르면, 사용자의 잘 못된 자세로 인한 각종 신체 질환을 예방할 수 있다.

Description

자세 교정 장치 및 방법{Posture correction method and apparatus thereof}
본 발명의 실시 예들은, 사용자의 자세 교정을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
특발성 척추 측만증은, 만 10세를 전후한 아동 후기나 청소년 초기에 주로 발병하는데, 이는 이 시기에 골격의 성장이 근육량의 성장보다 더 빠르게 진행되기 때문이다. 또한, 성장기에 장시간의 컴퓨터 사용, 체격에 맞지 않는 책걸상의 사용, 무거운 책가방의 사용 및 신체 활동과 운동의 부족 등은 특발성 척추 측만증 발병의 환경적 요인으로 간주된다.
이와 같은 환경적인 요인은, 청소년의 부적절한 자세 습관에 영향을 주기 때문에, 특발성(特發性) 척추 측만증을 앓는 청소년의 자세 습관을 모니터링하고, 잘못된 자세에 대한 피드백을 주는 시스템이 필요하다.
본 발명의 실시 예들은, 사용자의 자세를 실시간으로 모니터링하고, 사용자의 잘 못된 자세가 인지되는 경우 사용자에게 실시간 피드백을 제공할 수 있도록 한다.
본 발명의 실시 예들은, 사용자의 잘 못된 자세로 인한 척추 질환 등의 신체 질환을 예방할 수 있는 방안을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 자세 교정 장치는, 사용자 신체에 분산 배치된 다수의 모션 센서 각각으로부터 해당 모션 센서의 3차원 좌표 정보를 수집하는 정보 수집부; 및 상기 획득된 3차원 좌표 정보들을 기반으로 사용자의 현재 자세를 추정하고, 상기 추정된 현재 자세가 기 설정된 표준 자세에 부합하지 않는 경우, 상기 사용자의 자세 교정을 위한 피드백 제어 신호를 생성하는 피드백 제어부를 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 피드백 제어부는, 상기 획득된 3차원 좌표 정보들을 기반으로 각 모션 센서 간 각도와 거리를 계산하고, 상기 계산된 각 모션 센서 간의 각도와 거리를 기반으로 상기 사용자의 현재 자세를 추정할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 피드백 제어부는, 상기 다수의 모션 센서 중 미리 설정된 적어도 하나의 모션 센서로부터 획득되는 3차원 좌표 정보를 기준으로, 상기 추정된 현재 자세가 상기 표준 자세에 부합하는지 판단할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 피드백 제어부는, 상기 추정된 현재 자세가 상기 표준 자세에 부합하지 않는 경우, 상기 추정된 현재 자세가 상기 표준 자세에 부합하기 위하여 상기 사용자가 움직여야 할 부위, 방향 및 거리 중 적어도 하나를 결정하고, 상기 결정된 내용을 기반으로 상기 피드백 제어 신호를 생성할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 자세 교정 장치는, 상기 피드백 제어 신호에 따라 상기 사용자에게 피드백을 제공하는 피드백 제공부를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 피드백 제공부는, 스피커, 디스플레이, LED, 발광형 섬유 소재 및 액추에이터들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 액추에이터들은, 상기 사용자의 신체에 분산 배치될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 피드백 제어부는, 상기 결정된 부위에 위치하는 액추에이터들 중 상기 사용자를 기준으로 상기 결정된 방향의 반대편에 위치하는 액추에이터로 상기 피드백 제어 신호를 전송할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 피드백 제어부는, 상기 결정된 거리에 따라, 상기 액추에이터의 진동 속도, 간격, 주기 및 세기 중 적어도 하나가 달라지도록 상기 피드백 제어 신호를 생성할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 피드백 제어부는, 피드백 제어 수행 대상이 되는 신체 부위 및 해당 신체 부위가 이동하여야 할 거리 중 적어도 하나에 따라 서로 다른 진동 속도, 간격, 주기 및 세기를 규정하는 프로파일을 참조하여 상기 피드백 제어 신호를 생성할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 다수의 모션 센서는, 상기 사용자의 양쪽 어깨 부위에 배치되는 제 1 및 제 2 모션 센서; 및 상기 사용자의 양쪽 옆구리 부위에 배치되는 제 3 및 제 4 모션 센서를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 다수의 액추에이터는, 상기 사용자의 양쪽 쇄골 부위 배치되는 제 1 및 제 2 액추에이터; 및 상기 사용자의 양쪽 견갑골 부위에 배치되는 제 3 및 제 4 액추에이터를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 자세 교정 장치는, 의복에 부착될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 자세 교정 장치는, 상기 표준 자세를 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 자세 교정 방법은, 사용자의 제 1 신체 부위들에 분산 배치된 다수의 모션 센서 각각으로부터 해당 모션 센서의 3차원 좌표 정보를 수집하는 단계; 상기 획득된 3차원 좌표 정보들을 기반으로 사용자의 현재 자세를 추정하는 단계; 상기 추정된 현재 자세가 기 설정된 표준 자세에 부합하는지 판단하는 단계; 및 상기 추정된 현재 자세가 상기 표준 자세에 부합하지 않는 경우, 상기 사용자의 제 2 신체 부위들에 분산 배치된 다수의 액추에이터 중 적어도 하나를 구동함으로써 상기 사용자의 자세 교정을 위한 피드백 제어를 수행하는 단계를 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 피드백 제어를 수행하는 단계는, 상기 추정된 현재 자세가 상기 표준 자세에 부합하기 위하여 상기 사용자가 움직여야 할 부위, 방향 및 거리 중 적어도 하나를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 내용을 기반으로 피드백 제어를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 피드백 제어를 수행하는 단계는, 상기 결정된 부위에 위치하는 액추에이터들 중 상기 사용자를 기준으로 상기 결정된 방향의 반대편에 위치하는 액추에이터를 구동하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 피드백 제어를 수행하는 단계는, 상기 결정된 거리에 따라 진동 속도, 간격, 주기 및 세기 중 적어도 하나가 달라지도록 상기 액추에이터를 구동하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 방법은, 상기 다수의 모션 센서 각각으로부터 수집되는 3차원 좌표 정보를 기반으로 사용자의 초기 자세를 추정하는 단계; 및 상기 추정된 초기 자세에 설정된 임계 범위를 적용하여 상기 표준 자세를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 사용자의 잘 못된 자세로 인한 각종 신체 질환을 예방할 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 사용자의 자세 모니터링 및 교정을 위한 장치를 웨어러블(wearable) 디바이스에 부착함으로써, 사용의 편의성을 높일 수 있다.
본 발명의 실시 예들은, 에너지 하베스팅(harvesting) 기술과 연계될 수 있으며, 이에 따라 다양한 방식의 전력 공급이 이루어질 수 있다.
도 1의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자세 교정 장치를 설명하기 위한 예시도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 표준 자세 설정 방법을 설명하기 위한 예시도,
도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 피드백 제어 방법을 설명하기 위한 예시도,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자세 교정 방법을 설명하기 위한 예시도,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자세 교정 방법을 설명하기 위한 흐름도.
이하에서, 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명한다.
도 1의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자세 교정 장치를 설명하기 위한 예시도이다.
도 1의 (a)에는 사용자의 앞 모습을 도시하였고, 도 1의 (b)에는 사용자의 뒷 모습을 도시하였다. 도 1의 (a) 및 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 자세 교정 장치는, 다수의 모션 센서(S1, S2, S3, S4), 정보 수집부(100), 피드백 제어부(200) 및 다수의 액추에이터(A1, A2, A3, A4)를 포함한다. 실시 예에 따라, 전술한 구성 요소 중 적어도 일부는 생략될 수 있다.
실시 예에 따라, 전술한 구성 요소 중 적어도 일부는 사용자의 신체에 부착되거나, 사용자가 입을 수 있는 웨어러블 디바이스(일상적인 의복을 포함한다)에 부착될 수 있다.
이하에서, 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어, 자세 교정 장치의 구성 요소들은 웨어러블 디바이스에 부착된 형태로 존재하는 것으로 가정한다.
다수의 모션 센서(S1, S2, S3, S4)는, 사용자의 신체에 분산 배치되어 자신의 3차원 좌표 정보를 획득한다. 그리고, 획득된 3차원 좌표 정보를 정보 수집부(100)로 제공한다. 일 실시 예에서, 상기 다수의 모션 센서(S1, S2, S3, S4)는, 사용자의 양쪽 어깨 부위와 사용자의 양쪽 옆구리 부위에 배치될 수 있다. 그리고, 상기 3차원 좌표 정보의 획득은 주기적으로 이루어질 수 있다.
다수의 모션 센서(S1, S2, S3, S4)는, 획득된 3차원 좌표 정보를 제 1 데이터 경로(110)를 통하여 정보 수집부(100)로 전송할 수 있다. 상기 제 1 데이터 경로(110)는, 전도성을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 데이터 경로(110)는, 전도성을 갖는 나노 와이어(nano wire)로 형성될 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 다수의 모션 센서(S1, S2, S3, S4)는 획득된 3차원 좌표 정보를 인체 통신을 통하여 정보 수집부(100)로 전송할 수도 있다.
일 실시 예에서, 상기 다수의 모션 센서(S1, S2, S3, S4)는, 가속도 센서, 자이로 센서, 지자기 센서 및 압력 센서 중 어느 하나이거나, 상기 센서들 중 둘 이상이 결합된 형태의 센서일 수 있다. 예를 들어, 상기 다수의 모션 센서(S1, S2, S3, S4)는, 3축의 가속도 센서와 3축의 자이로 센서가 결합된 형태일 수 있다.
정보 수집부(100)는, 다수의 모션 센서(S1, S2, S3, S4)로부터 수집되는 3차원 좌표 정보들을 제 3 데이터 경로(310)를 통하여 피드백 제어부(200)로 전송한다. 일 실시 예에서, 정보 수집부(100)는, 일정한 시간 구간 내에서 다수의 모션 센서(S1, S2, S3, S4)로부터 수집되는 3차원 좌표 정보들을 하나로 묶어 피드백 제어부(200)로 전송할 수 있다.
예를 들어, 정보 수집부(100)로부터 각각의 모션 센서(S1, S2, S3, S4)까지의 거리가 서로 다른 경우, 각각의 모션 센서(S1, S2, S3, S4)로부터 3차원 좌표 정보가 수신되는 시간에 차이가 있을 수 있다. 따라서, 일정한 시간 구간 내에서 각각의 모션 센서(S1, S2, S3, S4)로부터 수신된 3차원 좌표 정보에 대하여 시간 동기화를 수행하고, 시간 동기화된 3차원 좌표 정보들을 정보 수집부(100)로 전송할 수 있다.
한편, 제 3 데이터 경로(310)는, 제 1 데이터 경로(110)와 마찬가지로 전도성을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
피드백 제어부(200)는, 정보 수집부(100)로부터 수신되는 3차원 좌표 정보들을 기반으로 사용자의 현재 자세를 추정한다. 사용자의 현재 자세를 추정한다는 것은 예를 들어, 각 모션 센서(S1, S2, S3, S4)에 대응하는 3차원 좌표 정보를 기반으로, 각 모션 센서(S1, S2, S3, S4) 간의 거리 및 각 모션 센서(S1, S2, S3, S4) 간의 각도를 계산하는 것일 수 있다.
사용자의 현재 자세가 추정되면, 피드백 제어부(200)는, 추정된 현재 자세와 기 설정된 표준 자세를 비교하여, 추정된 현재 자세가 기 설정된 표준 자세에 부합하지 않는 경우, 사용자의 자세 교정을 위한 피드백 제어를 수행한다. 사용자의 자세 교정을 위한 피드백 제어를 위하여, 표준 자세가 먼저 설정될 필요가 있는데, 이는 도 2를 참조하여 후술한다.
자세 교정을 위한 피드백 제어를 위하여, 피드백 제어부(200)는, 추정된 현재 자세가 표준 자세에 부합하기 위하여 사용자가 움직여야 할 부위, 방향 및 거리 중 적어도 하나를 결정할 수 있다. 그리고, 결정된 내용을 기반으로 피드백 제어 신호를 생성하여 사용자가 움직여야 할 부위에 위치하는 액추에이터로 전송할 수 있다.
예를 들어, 추정된 현재 자세가 표준 자세에 비하여, 어깨 부위가 왼쪽으로 치우쳐진 경우를 가정한다. 이러한 경우, 추정된 현재 자세가 표준 자세에 부합하기 위하여는 어깨 부위가 오른쪽으로 이동하여야 한다. 따라서, 피드백 제어부(200)는, 사용자의 어깨 부위에 위치하며, 어깨 부위가 이동하여야 할 방향의 반대 방향에 위치하는 액추에이터들로 전송할 피드백 제어 신호를 생성하고, 생성된 피드백 제어 신호를 해당 액추에이터들로 전송할 수 있다.
이 때, 피드백 제어부(200)는, 추정된 현재 자세가 표준 자세에 부합하기 위하여 어깨 부위가 이동하여야 할 거리에 따라 액추에이터의 진동 속도, 간격, 주기 및 세기 중 적어도 하나를 다르게 제어할 수 있다. 예를 들어, 어깨 부위가 이동하여야 할 거리가 길수록 진동 세기를 크게 하거나 진동 속도를 빠르게 하도록 하는 피드백 제어 신호를 생성하여 해당 액추에이터들로 전송할 수 있다.
한편, 피드백 제어부(200)는, 설정된 프로파일을 참조하여 피드백 제어 신호를 생성할 수 있다. 상기 프로파일은, 교정이 요구되는 신체 부위 및 해당 신체 부위가 이동하여야 할 거리(d) 중 적어도 하나에 따라 서로 다른 피드백이 제공될 수 있도록 파라미터를 규정할 수 있다.
예를 들어, <표 1>에 나타낸 바와 같이, 교정이 요구되는 신체 부위에 따라 서로 다른 파라미터가 규정될 수 있다. 예를 들어, 민감도가 상대적으로 높은 옆구리 부위에 비하여 민감도가 상대적으로 낮은 어깨 부위에 더 빠른 속도, 더 빠른 주기 및 큰 세기로 피드백이 제공될 수 있도록 파라미터가 규정될 수 있다. 또한 예를 들어, 교정이 요구되는 신체 부위가 이동하여야 할 거리에 따라 서로 다른 파라미터가 규정될 수 있다. 예를 들어, 오차(d)가 클수록 부위에 더 빠른 속도, 더 빠른 주기 및 큰 세기로 피드백이 제공될 수 있도록 파라미터가 규정될 수 있다.
오차(d) 범위 0cm < d ≤ 10cm 10cm < d ≤20cm
속도 주기 세기 속도 주기 세기
어깨 1.5 3 4.5 3 6 9
옆구리 1 2 3 2 4 6
한편, 이상에서는, 설명의 편의를 위하여, 정보 수집부(100)와 피드백 제어부(200)를 분리된 형태로 도시하고 설명하였으나, 실시 예에 따라 정보 수집부(100)와 피드백 제어부(200)를 하나의 통합된 형태로 구성할 수도 있다.
다수의 액추에이터(A1, A2, A3, A4)는, 사용자의 신체에 분산 배치되며, 피드백 제어부(200)로부터 수신되는 피드백 제어 신호에 기반하여 구동을 수행한다. 일 실시 예에서, 다수의 액추에이터(A1, A2, A3, A4)는, 사용자의 양쪽 쇄골 부위 및 양쪽 견갑골 부위에 배치될 수 있다. 일 실시 예에서, 다수의 액추에이터(A1, A2, A3, A4)는, 진동(vibration) 피드백, 택타일(tactile) 피드백 및 역감(force) 피드백 중 적어도 하나를 제공할 수 있다.
한편, 실시 예에 따라, 신체 부위에 따라 부착되는 액추에이터의 개수를 달리할 수 있다. 예를 들어, 사용자의 민감도가 상대적으로 낮은 부위에는, 사용자의 민감도가 상대적으로 높은 부위에 비하여 많은 개수의 액추에이터가 부착되도록 할 수 있다.
다수의 액추에이터(A1, A2, A3, A4)는, 제 2 데이터 경로(210)를 통하여 피드백 제어부(200)로부터 피드백 제어 신호를 수신할 수 있다. 상기 제 2 데이터 경로(210)는, 전도성을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 데이터 경로(210)는, 전도성을 갖는 나노 와이어(nano wire)로 형성될 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 다수의 액추에이터(A1, A2, A3, A4)는 인체 통신을 통하여 피드백 제어부(200)로부터 피드백 제어 신호를 수신할 수도 있다.
액추에이터(A1, A2, A3, A4)의 구동에 따라, 사용자는 자세 교정을 위한 액션을 취하게 되고, 이에 따라 점진적인 피드백 제어가 수행된다.
이상에서는, 다수의 모션 센서와 다수의 액추에이터를 이용하는 실시 예에 대하여 설명하였으나, 실시 예에 따라 하나의 모션 센서와 하나의 액추에이터를 이용할 수도 있다. 예를 들어, 하나의 모션 센서를 이용하여 사용자의 자세가 어느 한 방향으로 치우쳐 지는 것을 감지할 수 있으며, 이러한 경우 하나의 액추에이터를 구동하여 사용자에게 자세가 흐트러졌음을 알릴 수 있다. 하나의 모션 센서를 이용하는 경우, 해당 모션 센서로는, 예를 들어 3축의 가속도 센서, 3축의 자이로 센서 및 3축의 나침반이 결합된 형태의 9축 센서를 이용할 수 있다.
한편, 도면에 도시하지는 않았으나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 자세 교정 장치는, 표준 자세를 저장하기 위한 저장부를 더 포함할 수 있다. 상기 저장부에 저장된 표준 자세는, 피드백 제어부(200)에 의해 리드(read)되어 추정된 현재 자세와 비교하는 데 이용될 수 있다.
한편, 도면에 도시하지는 않았으나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 자세 교정 장치는, 각 구성 요소로의 전원 공급을 위한 전원 공급부를 더 포함할 수 있다. 상기 전원 공급부에는 에너지 하베스팅 기술이 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 전원 공급부는 플렉서블한 태양광 전지로 이루어지거나, 사용자의 신체 활동으로 인하여 발생하는 에너지를 전기 에너지로 전환하는 에너지 변환 모듈로 이루어질 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 표준 자세 설정 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
먼저, 피드백 제어부(200)는, 초기 상태에서 사용자의 초기 자세를 추정한다. 초기 상태란, 예를 들어 자세 교정 장치에 구비된 특정 버튼이 입력된 경우, 또는 자세 교정 장치가 부착된 웨어러블 디바이스를 처음 입는 경우일 수 있다.
일 실시 예에서, 피드백 제어부(200)는, 초기 자세 추정을 위하여 사용자에게 올바른 자세를 취할 것을 안내할 수 있다. 상기 안내를 위하여, 자세 교정 장치는, 디스플레이, 스피커, LED(Light Emitting Diode) 및 발광형 섬유 소재 중 적어도 하나를 구비할 수 있다.
초기 자세의 추정은, 초기 상태에서 다수의 모션 센서(S1, S2, S3, S4)로부터 획득되는 3차원 좌표 정보를 기반으로 이루어질 수 있다. 초기 자세를 추정한다는 것은, 예를 들어, 각 모션 센서(S1, S2, S3, S4)에 대응하는 3차원 좌표 정보를 기반으로, 각 모션 센서(S1, S2, S3, S4) 간의 거리 및 각 모션 센서(S1, S2, S3, S4) 간의 각도를 계산하는 것일 수 있다.
초기 자세가 추정되면, 피드백 제어부(200)는, 추정된 초기 자세를 기반으로 표준 자세를 결정한다. 표준 자세는, 예를 들어, 추정된 초기 자세에 설정된 임계 범위를 적용함으로써 결정될 수 있다.
도 2에는, 일 예로서, 사용자의 초기 자세에 임계 범위(th)를 적용하여 표준 자세를 결정하는 예를 도시하였다. 상기 임계 범위(th)는 0 이상일 수 있다. 이하의 설명에서는, 설명의 편의를 위하여, 임계 범위(th)가 0인 것으로 가정한다. 즉, 이하의 설명에서, 표준 자세는 초기 자세와 동일한 것으로 가정한다.
도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 피드백 제어 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3의 (a)에는 위에서 바라본 사용자의 모습을 도시하였으며, 사용자의 어깨 부위에 4개의 액추에이터들(A1, A2, A3, A4)이 부착된 예를 도시하였다.
추정된 현재 자세와 표준 자세가 부합하지 않는 경우, 피드백 제어부(200)는, 사용자의 현재 자세가 표준 자세에 부합되도록 액추에이터들(A1, A2, A3, A4) 중 적어도 하나를 구동할 수 있다.
예를 들어, 추정된 현재 자세가, 표준 자세에 비하여 어깨 부위가 왼쪽 방향(D7)으로 기울어진 상태라 가정하자. 이러한 경우, 피드백 제어부(200)는, 사용자의 어깨 부위가 움직여야 할 방향을 오른쪽 방향(D3)으로 결정한다. 따라서, 피드백 제어부(200)는, 사용자의 어깨 부위에 위치하며, 어깨 부위가 이동하여야 할 방향(D3)의 반대 방향(D7)에 위치하는 액추에이터들(A2, A4)로 전송할 피드백 제어 신호를 생성하고, 생성된 피드백 제어 신호를 해당 액추에이터들(A2, A4)로 전송할 수 있다.
한편, 피드백 제어부(200)는, 사용자가 움직여야 할 거리에 따라 액추에이터의 진동 속도 및 진동 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 움직일 거리가 길수록, 액추에이터의 진동 속도가 빨라지도록 하거나, 진동 세기가 커지도록 할 수 있다. 이를 위하여, 피드백 제어부(200)는, 액추에이터의 진동 속도 및 진동 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있는 피드백 제어 신호를 생성하여 구동할 액추에이터들에 전송할 수 있다.
도 3의 (b)에는, 추정된 현재 자세가 표준 자세에 부합하기 위하여, 사용자가 움직여야 할 방향과, 해당 방향으로 사용자가 움직이도록 하기 위하여 구동되는 액추에이터의 예를 도시하였다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자세 교정 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4에는 기 설정된 표준 자세와 추정된 현재 자세를 함께 도시하였다. 설명의 편의를 위하여, 표준 자세에서의 각 모션 센서(S1, S2, S3, S4)의 좌표는 {S1, S2, S3, S4}로 도시하였고, 추정된 현재 자세에서의 각 모션 센서(S1, S2, S3, S4)의 좌표는 {S'1, S'2, S'3, S'4}로 도시하였다.
도 1을 참조하여 전술한 바와 같이, 피드백 제어부(200)는, 사용자의 현재 자세가 추정되면, 추정된 현재 자세가 기 설정된 표준 자세에 부합하는지 판단한다. 상기 판단은, 예를 들어, 다수의 모션 센서(S1, S2, S3, S4) 중 미리 설정된 적어도 하나의 모션 센서에 대응하는 3차원 좌표 정보를 기준으로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 상기 판단은, 사용자의 옆구리 양쪽에 위치한 센서(S3, S4)에 대응하는 3차원 좌표 정보를 기준으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 피드백 제어부(200)는, 추정된 현재 자세에서 센서(S3, S4)로부터 획득된 3차원 좌표 {S'3, S'4}와 표준 자세에서 센서(S3, S4)로부터 획득된 3차원 좌표 {S3, S4}를 일치시킨다. 그리고, 피드백 제어부(200)는, 추정된 현재 자세에서 센서(S1, S2)로부터 획득된 3차원 좌표 {S'1, S'2}와 표준 자세에서 센서(S3, S4)로부터 획득된 3차원 좌표 {S3, S4}를 비교함으로써, 추정된 현재 자세에서의 사용자의 어깨 부위의 위치가 표준 자세에서의 어깨 부위의 위치와 일치하는지 판단한다.
실시 예에 따라, 추정된 현재 자세가 기 설정된 표준 자세에 부합하는지 여부의 판단은, 절대 좌표의 비교를 통하여 수행될 수도 있고, 센서 간 거리 및 각도를 비교하는 방법을 통하여 수행될 수도 있다. 센서 간 거리 및 각도를 비교하는 방법을 이용하는 경우, 절대 좌표를 비교하는 방법에 비하여 연산량이 줄어들 수 있다.
상기 판단 결과 일치하지 않는 경우, 피드백 제어부(200)는, 사용자의 자세 교정을 위한 피드백 제어를 수행한다.
상기 피드백 제어를 위하여는, 전술한 바와 같이, 움직여야 할 부위, 방향 및 거리 중 적어도 하나를 결정하는 과정이 선행되어야 한다. 본 예에서, 움직여야 할 부위는 어깨 부위이므로, 어깨 부위가 움직여야 할 방향 및 거리 중 적어도 하나의 결정만이 필요하다.
도 4를 참조하면, 추정된 현재 자세에서의 사용자의 어깨 부위는, 표준 자세에서의 어깨 부위보다 왼쪽으로 치우쳐 있다. 따라서, 피드백 제어부(200)는, 어깨 부위가 이동하여야 할 방향을 오른쪽으로 결정한다. 따라서, 피드백 제어부(200)은, 어깨 부위가 이동하여야 할 방향의 반대 편에 위치하는 액추에이터들(A2, A4)을 구동하기 위한 피드백 제어 신호를 생성하여 해당 액추에이터들(A2, A4)로 전송한다.
이 때, 피드백 제어부(200)는, 추정된 현재 자세에서의 사용자의 어깨 부위가, 표준 자세에서의 어깨 부위에 비하여 치우친 거리(d)를 기반으로 액추에이터들(A2, A4)의 구동을 제어할 수 있다. 이와 관련하여서는, <표 1> 및 도 3을 참조하여 설명하였으므로, 여기서는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자세 교정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 실시 예에 따라, 단계(501) 내지 단계(509) 중 적어도 하나는 생략될 수 있다.
단계(501)에서, 자세 교정 장치는, 사용자의 초기 자세를 추정한다. 초기 자세 추정을 위하여, 자세 교정 장치는, 사용자에게 올바른 자세를 취할 것을 안내할 수 있다. 초기 자세를 추정한다는 것은, 예를 들어, 각 모션 센서(S1, S2, S3, S4)에 대응하는 3차원 좌표 정보를 기반으로, 각 모션 센서(S1, S2, S3, S4) 간의 거리 및 각 모션 센서(S1, S2, S3, S4) 간의 각도를 계산하는 것일 수 있다.
단계(503)에서, 자세 교정 장치는, 추정된 초기 자세를 기반으로 표준 자세를 결정한다. 표준 자세는, 예를 들어, 추정된 초기 자세에 설정된 임계 범위를 적용함으로써 결정될 수 있다.
단계(505)에서, 자세 교정 장치는, 사용자의 현재 자세를 추정한다. 사용자의 현재 자세를 추정한다는 것은 예를 들어, 각 모션 센서(S1, S2, S3, S4)에 대응하는 3차원 좌표 정보를 기반으로, 각 모션 센서(S1, S2, S3, S4) 간의 거리 및 각 모션 센서(S1, S2, S3, S4) 간의 각도를 계산하는 것일 수 있다.
단계(507)에서, 자세 교정 장치는, 추정된 현재 자세가 표준 자세에 부합하는지 판단한다. 만약, 추정된 현재 자세가 표준 자세에 부합한다고 판단되는 경우 단계(505)로 진행하고, 그렇지 않으면 단계(509)로 진행한다.
단계(509)에서, 자세 교정 장치는, 사용자의 자세 교정을 위한 피드백 제어를 수행한다. 예를 들어, 자세 교정 장치는, 사용자가 움직여야 할 부위에 위치하며, 사용자가 움직여야 할 방향의 반대 방향에 위치하는 액추에이터들에 피드백 제어 신호를 전송할 수 있다.
한편, 사용자의 자세 교정을 위한 피드백 제어에는 설정된 프로파일이 이용될 수 있다. 이는 <표 1>을 참조하여 전술한 바와 같으므로, 여기서는 그 상세한 설명은 생략한다.
전술한 실시 예에서, 자세 교정 장치가 액추에이터를 포함하는 예에 대하여 설명하였다. 실시 예에 따라, 액추에이터는 다른 형태의 피드백 제공부로서 구현될 수 있다. 예를 들어, 피드백 제공부는, 스피커 또는 디스플레이 형태로 구현될 수 있다. 이러한 경우, 피드백 제어부는 음성 또는 영상 출력을 위한 피드백 제어 신호를 생성하여 스피커 또는 디스플레이 장치에 전송할 수 있다. 또는 예를 들어, 피드백 제공부는, LED 또는 발광형 섬유 소재로 구현될 수 있다. 이러한 경우, 피드백 제어부는, LED 또는 발광형 섬유 소재를 발광시키기 위한 전기적 신호를 생성하여 LED 또는 발광형 섬유 소재에 전송할 수 있다. 피드백 제공부가 스피커, 디스플레이, LED 또는 발광형 섬유 소재로 구현되는 경우, 해당 구현물을 통한 피드백의 제공은 타인에 의해 인지가 가능하다. 따라서, 주변에 있는 보호자 또는 치료사 등으로부터 자세 교정에 대한 도움을 받을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들에 따른 자세 교정 장치는, 독립적인 형태로 존재하거나 웨어러블 디바이스에 부착된 형태로 존재할 수 있다. 실시 예에 따라, 자세 교정 장치의 일부 구성 요소는 웨어러블 디바이스에 부착되고 나머지 구성 요소는 웨어러블 디바이스와 별도로 존재할 수 있다.

Claims (20)

  1. 사용자 신체에 분산 배치된 다수의 모션 센서 각각으로부터 해당 모션 센서의 3차원 좌표 정보를 수집하는 정보 수집부; 및
    상기 획득된 3차원 좌표 정보들을 기반으로 사용자의 현재 자세를 추정하고, 상기 추정된 현재 자세가 기 설정된 표준 자세에 부합하지 않는 경우, 상기 사용자의 자세 교정을 위한 피드백 제어 신호를 생성하는 피드백 제어부
    를 포함하는 자세 교정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 피드백 제어부는,
    상기 획득된 3차원 좌표 정보들을 기반으로 각 모션 센서 간 각도와 거리를 계산하고, 상기 계산된 각 모션 센서 간의 각도와 거리를 기반으로 상기 사용자의 현재 자세를 추정하는
    자세 교정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 피드백 제어부는,
    상기 다수의 모션 센서 중 미리 설정된 적어도 하나의 모션 센서로부터 획득되는 3차원 좌표 정보를 기준으로, 상기 추정된 현재 자세가 상기 표준 자세에 부합하는지 판단하는
    자세 교정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 피드백 제어부는,
    상기 추정된 현재 자세가 상기 표준 자세에 부합하지 않는 경우, 상기 추정된 현재 자세가 상기 표준 자세에 부합하기 위하여 상기 사용자가 움직여야 할 부위, 방향 및 거리 중 적어도 하나를 결정하고, 상기 결정된 내용을 기반으로 상기 피드백 제어 신호를 생성하는
    자세 교정 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 피드백 제어 신호에 따라 상기 사용자에게 피드백을 제공하는 피드백 제공부
    를 더 포함하는 자세 교정 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 피드백 제공부는,
    스피커, 디스플레이, LED, 발광형 섬유 소재 및 액추에이터들 중 적어도 하나를 포함하는
    자세 교정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 액추에이터들은,
    상기 사용자의 신체에 분산 배치되는
    자세 교정 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 피드백 제어부는,
    상기 결정된 부위에 위치하는 액추에이터들 중 상기 사용자를 기준으로 상기 결정된 방향의 반대편에 위치하는 액추에이터로 상기 피드백 제어 신호를 전송하는
    자세 교정 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 피드백 제어부는,
    상기 결정된 거리에 따라, 상기 액추에이터의 진동 속도, 간격, 주기 및 진동 세기 중 적어도 하나가 달라지도록 상기 피드백 제어 신호를 생성하는
    자세 교정 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 피드백 제어부는,
    피드백 제어 수행 대상이 되는 신체 부위 및 해당 신체 부위가 이동하여야 할 거리 중 적어도 하나에 따라, 서로 다른 진동 속도, 간격, 주기 및 세기를 규정하는 프로파일을 참조하여 상기 피드백 제어 신호를 생성하는
    자세 교정 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 모션 센서는,
    상기 사용자의 양쪽 어깨 부위에 배치되는 제 1 및 제 2 모션 센서; 및
    상기 사용자의 양쪽 옆구리 부위에 배치되는 제 3 및 제 4 모션 센서
    를 포함하는 자세 교정 장치.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 다수의 액추에이터는,
    상기 사용자의 양쪽 쇄골 부위 배치되는 제 1 및 제 2 액추에이터; 및
    상기 사용자의 양쪽 견갑골 부위에 배치되는 제 3 및 제 4 액추에이터
    를 포함하는 자세 교정 장치.
  13. 제 7 항에 있어서, 상기 자세 교정 장치는,
    의복에 부착되는
    자세 교정 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 표준 자세를 저장하는 저장부
    를 더 포함하는 자세 교정 장치.
  15. 사용자의 제 1 신체 부위들에 분산 배치된 다수의 모션 센서 각각으로부터 해당 모션 센서의 3차원 좌표 정보를 수집하는 단계;
    상기 획득된 3차원 좌표 정보들을 기반으로 사용자의 현재 자세를 추정하는 단계;
    상기 추정된 현재 자세가 기 설정된 표준 자세에 부합하는지 판단하는 단계; 및
    상기 추정된 현재 자세가 상기 표준 자세에 부합하지 않는 경우, 상기 사용자의 제 2 신체 부위들에 분산 배치된 다수의 액추에이터 중 적어도 하나를 구동함으로써 상기 사용자의 자세 교정을 위한 피드백 제어를 수행하는 단계
    를 포함하는 자세 교정 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 피드백 제어를 수행하는 단계는,
    상기 추정된 현재 자세가 상기 표준 자세에 부합하기 위하여 상기 사용자가 움직여야 할 부위, 방향 및 거리 중 적어도 하나를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 내용을 기반으로 피드백 제어를 수행하는 단계
    를 포함하는 자세 교정 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 피드백 제어를 수행하는 단계는,
    상기 결정된 부위에 위치하는 액추에이터들 중 상기 사용자를 기준으로 상기 결정된 방향의 반대편에 위치하는 액추에이터를 구동하는 단계
    를 포함하는 자세 교정 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 피드백 제어를 수행하는 단계는,
    상기 결정된 거리에 따라 진동 속도, 간격, 주기 및 세기 중 적어도 하나가 달라지도록 상기 액추에이터를 구동하는 단계
    를 포함하는 자세 교정 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 액추에이터를 구동하는 단계는,
    피드백 제어 수행 대상이 되는 신체 부위 및 해당 신체 부위가 이동하여야 할 거리 중 적어도 하나에 따라, 서로 다른 진동 속도, 간격, 주기 및 세기를 규정하는 프로파일을 참조하여 상기 액추에이터를 구동하는 단계
    를 포함하는 자세 교정 방법.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 다수의 모션 센서 각각으로부터 수집되는 3차원 좌표 정보를 기반으로 사용자의 초기 자세를 추정하는 단계; 및
    상기 추정된 초기 자세에 설정된 임계 범위를 적용하여 상기 표준 자세를 결정하는 단계
    를 더 포함하는 자세 교정 방법.
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