KR20170138886A - 청각 자극 보행 동조화 상태에서 보행 의도 분석 및 훈련 시스템 - Google Patents

청각 자극 보행 동조화 상태에서 보행 의도 분석 및 훈련 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 청각 자극 보행 동조화 상태에서 보행 의도 분석 및 훈련 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 방법은 미리 설정된 보행 속도에 대응하는 주기를 가지는 청각 자극 신호를 사용자에게 인가하는 단계, 청각 자극 신호와 사용자 보행의 동조화 여부를 판단하는 단계, 청각 자극 신호와 사용자의 보행이 동조화된 상태에서, 청각 자극 신호와 사용자 보행의 보행 동조화 변화를 모니터링 하는 단계, 그리고 보행 동조화 변화에 기초하여 사용자의 보행 의도를 분석하는 단계를 포함한다. 본 발명에 의하면 청각 자극 보행 동조화 상태에서 청각 자극 신호와 사용자 보행의 동조화 변화에 기초하여 사용자의 보행 의도를 분석한 결과에 기초하여 청각 자극 신호의 주기를 자동으로 조정하거나 보행 보조 장치의 동작을 자동으로 조정하여 훈련 효과를 높일 수 있다.

Description

청각 자극 보행 동조화 상태에서 보행 의도 분석 및 훈련 시스템{User's Walking Intension Analysis and Training System in the Synchronization State of Rhythmic Auditory Stimulation and Gait}
본 발명은 보행 의도 분석 및 훈련 시스템에 관한 것으로, 보다 자세하게는 청각 자극 보행 동조화 상태에서 보행 의도 분석 및 훈련을 위한 시스템에 관한 것이다.
뇌졸중 및 신경학적 장애를 통한 병적보행 양상을 보이는 장애인들은 건강한 성인군과 비교하여 시간적,　공간적 보행 패턴의 저하특성을 나타내며, 이는 일상생활과 지역사회 내 역할 수행에 있어서 또 다른 어려움으로 작용한다.
이러한 병적 보행패턴을 개선하기 위하여 한국등록특허 제10-1577029호에서와 같이 청각자극을 통한 보행훈련방법이 제시되고 있다.　 종래 방법으로는 사용자의 보행 패턴을 분석하여 청각 자극을 제공하는 것까지는 가능하였다. 하지만 청각자극을 통한 보행훈련 동안 사용자(환자,　장애인)가 얼마나 이에 대하여 집중하고 있는지 동조화 여부와 보행 의도파악을 확인할 수 있는 방법 및 정량적인 분석은 이루어지지 않고 있다.
뇌졸중 환자와 같이 보행 훈련이 필요한 사람에 대한 보행의도는 기립,　착석,　속도 증가,　속도 감소,　오른쪽으로 회전,　왼쪽으로 회전 등과 같이 보행과 관련된 다양한 동작 패턴으로 나뉠 수 있다.　특히 보행 속도 증가,　보행 속도 감소 등은 보행상황에 따라 자주 발생할 수 있다.　또한 보행하고 있는 사람의 동기나 능력에 따라서도 자주 변화될 수 있다.　보행 속도의 변화는 다양한 상황에 대한 대처 능력을 향상시킬 수도 있다.　병원 등의 훈련 공간에서는 사용자의 의도에 따라 더 빠르게 보행하거나 더 느리게 보행할 수 있는데,　보행 속도 조정을 상황에 따라 조정하기가 어려웠다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 청각 자극 보행 동조화 상태에서 보행 의도 분석 및 훈련을 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 보행 의도 분석 및 훈련 방법은 미리 설정된 보행 속도에 대응하는 주기를 가지는 청각 자극 신호를 사용자에게 인가하는 단계, 상기 청각 자극 신호와 상기 사용자 보행의 동조화 여부를 판단하는 단계, 상기 청각 자극 신호와 상기 사용자의 보행이 동조화된 상태에서, 상기 청각 자극 신호와 상기 사용자 보행의 보행 동조화 변화를 모니터링 하는 단계, 그리고 상기 보행 동조화 변화에 기초하여 상기 사용자의 보행 의도를 분석하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 상기 보행 동조화 변화에 기초한 상기 사용자의 보행 의도 분석 결과에 따라 상기 청각 자극 신호의 주기를 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 보행 동조화 변화에 기초한 상기 사용자의 보행 의도 분석 결과에 따라 상기 사용자의 보행을 지원하는 보행 보조 장치의 동작을 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 보행 동조화 변화는, 상기 청각 자극 신호의 인가 시점의 시간 정보와 상기 사용자의 보행 동작 중에서 미리 정해진 동작이 감지되는 시점의 시간 정보를 기초로 구해질 수 있다.
상기 미리 정해진 동작이 감지되는 시점은 상기 사용자에 착용된 센서에서 측정되는 압력 값 또는 가속도 값을 기초로 구해질 수 있다.
상기 사용자의 보행 의도 분석은 아래 수학식에 의해 정의되는 보행 동조화율의 변화량을 기초로 수행될 수 있다.
Figure pat00001
여기서 ER는 청각 자극 신호에 대한 보행 동조화율이고, tsound,i는 i번째 청각 자극 신호의 인가 시점에 대한 시간 정보이고, ths,i는 i번째 청각 자극 신호에 대응하는 특정 보행 동작(예컨대 발꿈치 접지)의 감지 시점에 대한 시간 정보이며, T는 청각 자극 신호를 사용자에게 인가하는 주기이다.
상기 보행 동조화율에 따라 상기 사용자의 보행 상태를 시각적으로 표시할 수 있다.
상기 보행 동조화율에 따라 상기 사용자의 보행 상태를 청각적으로 표시하면서 상기 사용자의 보행 상태의 문제점을 음성으로 제공할 수 있다.
상기 보행에 따라 이상 보행패턴이 발생하는 시점에서 음성 정보를 제공할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 보행 의도 분석 및 훈련 시스템은, 미리 설정된 보행 속도에 대응하는 주기를 가지는 청각 자극 신호를 사용자에게 인가하는 청각 자극부, 그리고 상기 청각 자극 신호와 상기 사용자 보행의 동조화 여부를 판단하고, 상기 청각 자극 신호와 상기 사용자의 보행이 동조화된 상태에서, 상기 청각 자극 신호와 상기 사용자 보행의 보행 동조화 변화를 모니터링 하며, 상기 보행 동조화 변화에 기초하여 상기 사용자의 보행 의도를 분석하는 제어부를 포함한다.
본 발명에 의하면 청각 자극 보행 동조화 상태에서 청각 자극 신호와 사용자 보행의 동조화 변화에 기초하여 사용자의 보행 의도를 분석한 결과에 기초하여 청각 자극 신호의 주기를 자동으로 조정하거나 보행 보조 장치의 동작을 자동으로 조정하여 훈련 효과를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 의도 분석 및 훈련 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 의도 분석 및 훈련 시스템을 사용자가 착용한 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 의도 분석 및 훈련 시스템의 동작을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 청각 자극 신호와 사용자 보행 동작 감지 신호의 관계를 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 청각 자극 신호와 사용자 보행 동작의 동조화율을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 의도 분석 및 훈련 시스템의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 의도 분석 및 훈련 시스템을 사용자가 착용한 예를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 청각 자극 보행 동조화 상태에서 보행 의도 분석 및 훈련 시스템은 제어부(100), 청각 자극부(110), 센서부(120), 표시부(130) 및 보행 보조 장치부(140)를 포함할 수 있다.
제어부(100)는 본 발명에 따른 보행 의도 분석 및 훈련 시스템의 전체적인 동작을 제어하며, 구체적으로 청각 자극 신호와 사용자의 보행이 동조화된 상태에서, 청각 자극 신호와 사용자 보행의 동조화 변화를 모니터링 한다. 그리고 제어부(100)는 청각 자극 신호와 사용자 보행의 동조화 변화에 기초하여 사용자의 보행 의도를 분석한다. 그리고 제어부(100)는 사용자의 보행 의도 분석 결과에 따라 청각 자극 신호의 주기를 조정하거나 사용자의 보행을 지원하는 보행 보조 장치부(140)의 동작을 조정하여 훈련 효과를 높일 수 있다.
제어부(100)는 메모리 수단을 구비하고 마이크로프로세서를 탑재하여 연산 능력을 갖춘 이동 통신 기능을 구비한 장치로 구현될 수 있으며, 스마트폰(Smart Phone), 태블릿(Tablet) PC, 개인 휴대 정보 단말기(Personal Digital Assistant, PDA)나 웹 패드(Web Pad) 등과 같은 범용 장치가 이용되거나, 본 발명에 따른 보행 의도 분석 및 훈련 시스템 전용으로 개발되는 장치가 이용될 수도 있다.
제어부(100)는 도 2에 예시한 것과 같이 벨트 등의 착용 수단을 통해 사용자의 신체 일부에 착용된 상태로 이용될 수 있으며, 실시예에 따라서는 사용자의 몸에 착용되지 않은 상태로 이용될 수도 있다.
제어부(100)는 사용자의 몸에 착용되지 않은 경우에는 블루투스, 지그비 또는 와이파이 등의 근거리 무선 통신을 통해 청각 자극부(110), 센서부(120), 표시부(130) 및 보행 보조 장치부(140) 등과 각종 제어 신호나 데이터를 교환할 수 있다.
제어부(100)가 사용자의 몸에 착용된 경우는 청각 자극부(110), 센서부(120), 표시부(130) 및 보행 보조 장치부(140)와 유선으로 연결될 수 있으며, 사용자의 몸에 착용된 경우도 청각 자극부(110), 센서부(120), 표시부(130) 및 보행 보조 장치부(140) 중 하나 이상과 무선으로 연결되도록 구현하는 것도 가능하다.
청각 자극부(110)는 제어부(100)로부터 유선 또는 무선으로 청각 자극 신호를 전달받아 사용자에게 소리로 인가하는 기능을 수행한다. 청각 자극부(110)는 도 2에 예시한 것과 같이 유무선 헤드폰으로 구현되거나, 이어폰 등으로 구현될 수 있다. 물론 실시예에 따라서 스마트폰(Smart Phone), 태블릿(Tablet) PC, 개인 휴대 정보 단말기(Personal Digital Assistant, PDA)나 웹 패드(Web Pad) 등과 같은 범용 장치의 스피커로 구현되는 것도 가능하다.
청각 자극 신호를 사용자에게 인가하는 주기는 제어부(100)의 제어에 따라 조정될 수 있다. 제어부(100)에서 청각 자극 신호의 주기를 조정하는 동작에 대해서는 아래에서 보다 자세히 설명한다.
센서부(120)는 사용자의 보행 동작에 따라 발생하는 신호를 감지할 수 있다. 예컨대 도 2에 예시한 것과 같이 사용자의 팔목 등에 착용된 센서부(120a)는 사용자가 보행하면서 팔을 스윙하는 동작에 따라 변화되는 가속도 값을 측정하기 위한 가속도 센서로 구현될 수 있다. 또한 사용자가 착용한 신발의 인솔(insole) 부분에 부착된 센서부(120b)는 사용자가 보행하면서 발바닥이 지면에 닿을 때의 압력 등을 측정하기 위한 압력 센서로 구현될 수도 있다. 물론 여기서 설명하는 것 외에 다양한 형태의 센서 등이 이용될 수도 있으며, 사용자의 보행 주기에 따른 특정 보행 동작, 예컨대 발 뒷꿈치가 지면에 닿는 동작(heel strike)을 하는 시점을 감지해낼 수 있으면 된다.
도 2에서 센서부(120)는 팔목에 착용되고 사용자가 착용한 신발의 인솔 부분에 장착된 것으로 예시하였으나, 그 센서부(120)의 착용 위치나 개수는 실시예에 따라 달라질 수 있다.
사용자의 신체 일부 등에 착용된 센서를 통해 사용자의 보행 주기 중 특정 단계에 해당하는 동작이 이루어지는 시점을 감지하거나 보행 패턴 등을 분석하는 기술은 다양한 방법이 공지되어 알려져 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
표시부(130)는 제어부(100)의 제어에 따라 사용자의 보행 상태를 시각적으로 나타내거나 청각적으로 나타내는 기능을 수행한다. 예컨대 청각 자극 신호와 사용자 보행의 동조화율에 따라 사용자의 보행 상태를 시각적으로 표시할 수 있다. 가령 동조화율이 미리 정해진 기준 이상으로 높게 잘 유지되면 노란색 웃는 얼굴 아이콘을 화면에 표시해 줄 수 있으며, 동조화율이 낮아지면 단계적으로 주황색 무표정한 얼굴 아이콘, 붉은색 심각한 표정의 얼굴 아이콘으로 변경하는 방식으로 사용자나 치료사에게 사용자의 보행 상태를 피드백해줄 수 있다.
한편 표시부(130)에서 표시되는 시각적 정보는 경우에 따라 지면에서 보행할 때 알아보기 어려울 수 있다. 사용자의 보행 상태에 대한 시각적 정보를 대신하여 청각적인 정보를 표시하여 사용자에게 제공할 수 있다. 이를 위해 표시부(130)는 스피커 등과 같은 소리 출력 수단을 구비할 수 있다. 표시부(130)에서 출력되는 소리의 종류, 소리의 크기, 소리의 템포를 조정함으로써 청각적인 정보를 표시하는 것이 가능하다. 추가적으로, 음성을 통해 현재 보행상태와 문제점을 제공받을 수 있다. 특히 이상 보행패턴이 발생하는 시점에서 음성 정보를 제공하면 치료사가 보행자 옆에 있으면서 음성으로 지시하는 것과 같은 효과를 볼 수 있다.
한편 실시예에 따라 보행자가 착용한 청각 자극부(110)에서 청각 자극 신호 외에 청각적인 정보를 출력되게 구현할 수도 있다.
청각 자극 신호와 사용자 보행의 동조화율을 구하는 방법에 대해서는 아래에서 자세히 설명한다.
표시부(130)는 도 2에 예시한 것과 같이 사용자의 몸에 착용 되거나, 사용자의 몸에 착용되지 않은 상태로 이용될 수도 있다. 그리고 표시부(130)는 제어부(100)와 마찬가지로 스마트폰(Smart Phone), 태블릿(Tablet) PC, 개인 휴대 정보 단말기(Personal Digital Assistant, PDA)나 웹 패드(Web Pad) 등과 같은 범용 장치의 디스플레이 수단이 이용될 수 있으며, 실시예에 따라서는 본 발명에 따른 보행 의도 분석 및 훈련 시스템 전용으로 개발되는 장치가 이용될 수도 있다.
보행 보조 장치부(140)는 도 2에 예시한 것과 같이 사용자의 하지 등에 착용 되어 보행 동작을 지원하는 외골격 로봇 장치로 구현될 수 있다. 물론 보행 보조 장치부(140)는 캐스터워커 등과 같은 전동 보행 보조차로도 구현될 수 있다.
보행 보조 장치부(140)는 외골격 로봇 장치나 전동 보행 보조차 외에도 사용자의 보행 동작을 지원하되 제어부(100)의 제어에 따라 사용자의 보행 속도를 증감시킬 수 있도록 동작이 조정되는 장치이면 적용 가능하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 의도 분석 및 훈련 시스템의 동작을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 제어부(100)는 훈련 시작 초기에 사용자가 보행하기 편한 속도를 기준으로 보행 속도를 설정받을 수 있다(S310). 단계(S310)에서 보행 속도 설정은 사용자로부터 직접 설정받거나 사용자의 훈련을 코칭하는 치료사로부터 설정받을 수 있다. 또는 사용자가 훈련 초기에 일정 시간동안 편안하게 보행을 하도록 하고, 사용자의 몸에 부착된 센서부(120, 120a, 120b)로부터 감지된 신호를 분석하여, 사용자의 보행 속도를 구하여 자동으로 설정되게 할 수도 있다. 초기 보행 속도 설정은 사용자의 상태에 따라 조정될 수 있다.
다음으로 초기 보행 속도가 설정되면, 제어부(100)는 설정된 보행 속도에 대응하는 주기로 청각 자극 신호를 반복적으로 생성하여 청각 자극부(110)에 전달하여 사용자에게 인가되게 할 수 있다(S320).
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 청각 자극 신호와 사용자 보행 동작 감지 신호의 관계를 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
청각 자극 하에 보행이 계속되면 자연스럽게 청각 자극에 대한 보행의 동조화가 나타날 수 있다. "리듬 청각 자극 기법(Rhythmic Auditory Stimulation, RAS)"에 따르면 인간의 인지 기능에서 청각 자극의 수용이 시각보다 더 빠르게 나타나는데, 반복적인 청각자극에 노출되면 자극에 대한 인지 기능은 저하되고 무의식적인 반응을 하게 된다. 예컨대 사용자에게 제공되고 있는 청각 자극에 발뒤꿈치를 맞추며 걷고 있으면 어느 정도 시간이 경과하면 도 4(a)에 예시한 것과 같이 청각 자극에 보행 동조화가 발생한다.
도 4(a)에서 막대 형상 신호(A)는 일정한 주기로 사용자에게 청각 자극 신호가 인가되고 있는 것을 나타내고, 곡선 그래프(B)는 사용자의 신발의 뒷꿈치 부분에 설치된 압력 센서에서 감지되는 압력값을 나타낸다. 즉 사용자의 보행과 청각 자극이 동조화된 상태에서 청각 자극 신호의 인가 시점과 사용자의 발 뒷꿈치가 지면에 접지되는 시점이 거의 동시에 이루어진다.
청각 자극 신호와 보행이 동조화된 후에 동조화 정도가 변화될 수 있다. 예컨대 보행 동조화된 이후에 사용자가 보다 빠르게 보행하면, 도 4(b)에서와 같이 발꿈치 접지(Heel Strike)(B)가 청각 자극 신호(A)에 앞서 감지되면서 보행 동조화 정도가 감소하게 된다. 한편 보행 동조화된 상태에서 사용자가 보다 느리게 보행하면, 청각 자극 신호(A)보다 발꿈치 접지(Heel Strike)(B)가 늦게 감지되면서, 보행 동조화 정도가 감소하게 된다.
단계(S330) 이후에 제어부(100)는 청각 자극 신호를 지속적으로 사용자에게 인가하면서 센서부(120)로부터 감지되는 신호를 처리하여 청각 자극에 따른 보행 동조화 여부를 판단할 수 있다(S330). 예를 들어 제어부(100)는 지속적으로 청각 자극 신호와 센서부(120)로부터 감지되는 신호를 모니터링하면서 양 신호의 동조화율을 구하고, 동조화율이 미리 정해진 기준 이내에서 일정 시간 이상을 유지하면 보행 동조화가 된 것으로 판단할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 청각 자극 신호와 사용자 보행 동작의 동조화율을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 5(a)는 사용자에게 주기(T)를 가지는 청각 자극 신호가 시점(tsound,i)(tsound,i+1)(tsound,i+2)에 각각 인가되는 것을 나타내고, 도 5(b)는 사용자의 보행 주기에 따른 특정 보행 동작(예컨대 발꿈치 접지)에 대한 가속도 감지 신호가 시점(ths,i+1)(ths,i+2)(ths,i+2)에 각각 감지되는 것을 나타낸다.
도 5와 같이 청각 자극 신호가 인가되는 시점(tsound,i)(tsound,i +1)(tsound,i + 2)과 보행 주기에 따른 특정 보행 동작이 감지되는 시점(ths,i)(ths,i +1)(ths,i + 2)을 이용하여 아래 수학식 1과 같이 보행 동조화율을 구할 수 있다.
Figure pat00002
여기서 ER는 청각 자극 신호에 대한 보행 동조화율을 나타낸다. tsound,i는 i번째 청각 자극 신호의 인가 시점에 대한 시간 정보이고, ths,i는 i번째 청각 자극 신호에 대응하는 특정 보행 동작(예컨대 발꿈치 접지)의 감지 시점에 대한 시간 정보이며, T는 청각 자극 신호를 사용자에게 인가하는 주기이다.
tsound,i와 ths,i 가 완전히 일치하면 ER은 100으로 동조화율이 100%가 된다. tsound,i와 ths,i 가 일치하지 않으면 ER은 100보다 작아지며 동조화율이 감소하게 된다.
제어부(100)는 청각 자극 신호와 보행 동조화 변화를 모니터링 할 수 있다(S340). 예컨대 수학식 1에 나타낸 것과 같은 보행 동조화율 등을 계산하고, 보행 동조화율의 변화량을 구해 보행 동조화 변화 정도를 모니터링할 수 있다.
다음으로 제어부(100)는 보행 동조화 변화를 모니터링하여 사용자의 보행 의도를 분석할 수 있다(S350). 예컨대 청각 자극 신호와 보행이 동조화된 후, 도 4(b)에서와 같이 발꿈치 접지(Heel Strike)(B)가 청각 자극 신호(A)에 앞서 감지되면서 보행 동조화 정도가 일정 시간 이상 계속적으로 감소하면, 사용자가 보행 속도를 증가시키기 원한다고 추정할 수 있다. 한편 보행 동조화된 상태에서 청각 자극 신호(A)보다 발꿈치 접지(Heel Strike)(B)가 늦게 감지되면서 보행 동조화 정도가 일정 시간 이상 계속적으로 감소하면, 사용자가 보행 속도를 감소시키기 원한다고 추정할 수 있다.
다음으로 제어부(100)는 단계(S350)에서 파악된 사용자의 보행 의도를 반영하여 청각 자극 신호의 인가 주기를 조정하거나, 보행 보조 장치부(140)의 동작을 조정할 수 있다(S360). 예컨대 사용자가 보행 속도를 증가시키려는 의도가 파악되면 청각 자극 신호의 인가 주기를 짧아지게 하여 초기 설정 속도보다 빠른 보행 속도에서 청각 자극과 동조화 상태로 보행 훈련을 하게 할 수 있다. 반대로 사용자가 보행 속도를 감소시키려는 의도가 파악되면 청각 자극 신호의 인가 주기를 길어지게 하여 초기보다 느린 보행 속도에서 청각 자극과 동조화 상태로 보행 훈련을 하게 할 수 있다. 마찬가지로 보행 보조 장치부(140)도 사용자가 보행 속도를 증가시키려는 의도가 파악되면 보다 빠르게 사용자가 보행할 수 있게 동작시키고, 반대로 보행 속도 감소 의도가 파악되면 보다 느리게 사용자가 보행하도록 동작시킬 수 있다.
한편 제어부(100)는 단계(S340)에서의 보행 동조화 변화 모니터링 결과에 따라 사용자의 보행 상태를 표시부(130)에 시각적으로 표시할 수 있다. 그리고 제어부(100)는 보행 동조화 변화 모니터링 데이터를 기록하고, 치료사의 요청에 따라 제공할 수도 있다. 치료사는 보행 동조화 변화 모니터링 데이터를 분석하여 훈련 효과나 치료 정도 등을 파악하고, 다음 훈련 계획 등을 수립할 때 활용할 수 있다.
한편 제어부(100)는 보행 동조화율에 따라 사용자의 보행 상태를 시각적 또는 청각적으로 표시하면서 사용자의 보행 상태의 문제점을 음성으로 제공할 수도 있다. 예컨대 제어부(100)는 사용자의 보행이 청각 자극에 동조화 된 상태에서 왼발과 오른발 중에서 하나의 발만 청각 자극 신호에 동조화율이 낮아지는 경우 이를 표시부(130)를 통해 음성으로 제공할 수 있으며, 그 외에도 보행 동조화율의 변화에 기초하여 사용자의 보행 상태의 문제점 및 그에 따른 보행 훈련 방법 등에 대한 정보를 음성으로 제공할 수 있다. 한편 제어부(100)는 보행 동조화율이 일정 기준 범위에서 벗어나는 등 이상 보행패턴이 발생하는 시점에 이를 알리는 음성 정보를 표시부(130)를 표시되게 할 수도 있다.
본 발명의 실시예는 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체를 포함한다. 이 매체는 앞서 설명한 청각 자극 보행 동조화 상태에서 보행 의도 분석 및 훈련 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한다. 이 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 이러한 매체의 예에는 하드디스크, 플로피디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 자기-광 매체, 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 구성된 하드웨어 장치 등이 있다. 또는 이러한 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (18)

  1. 미리 설정된 보행 속도에 대응하는 주기를 가지는 청각 자극 신호를 사용자에게 인가하는 단계,
    상기 청각 자극 신호와 상기 사용자 보행의 동조화 여부를 판단하는 단계,
    상기 청각 자극 신호와 상기 사용자의 보행이 동조화된 상태에서, 상기 청각 자극 신호와 상기 사용자 보행의 보행 동조화 변화를 모니터링 하는 단계, 그리고
    상기 보행 동조화 변화에 기초하여 상기 사용자의 보행 의도를 분석하는 단계
    를 포함하는 보행 의도 분석 및 훈련 방법.
  2. 제 1 항에서,
    상기 보행 동조화 변화에 기초한 상기 사용자의 보행 의도 분석 결과에 따라 상기 청각 자극 신호의 주기를 조정하는 단계
    를 더 포함하는 보행 의도 분석 및 훈련 방법.
  3. 제 1 항에서,
    상기 보행 동조화 변화에 기초한 상기 사용자의 보행 의도 분석 결과에 따라 상기 사용자의 보행을 지원하는 보행 보조 장치의 동작을 조정하는 단계
    를 더 포함하는 보행 의도 분석 및 훈련 방법.
  4. 제 1 항에서,
    상기 보행 동조화 변화는,
    상기 청각 자극 신호의 인가 시점의 시간 정보와 상기 사용자의 보행 동작 중에서 미리 정해진 동작이 감지되는 시점의 시간 정보를 기초로 구해지는 보행 의도 분석 및 훈련 방법.
  5. 제 4 항에서,
    상기 미리 정해진 동작이 감지되는 시점은 상기 사용자에 착용된 센서에서 측정되는 압력 값 또는 가속도 값을 기초로 구해지는 보행 의도 분석 및 훈련 방법.
  6. 제 4 항에서,
    상기 사용자의 보행 의도 분석은 아래 수학식에 의해 정의되는 보행 동조화율의 변화량을 기초로 수행되는 보행 의도 분석 및 훈련 방법:
    Figure pat00003

    여기서 ER는 청각 자극 신호에 대한 보행 동조화율이고, tsound,i는 i번째 청각 자극 신호의 인가 시점에 대한 시간 정보이고, ths,i는 i번째 청각 자극 신호에 대응하는 특정 보행 동작(예컨대 발꿈치 접지)의 감지 시점에 대한 시간 정보이며, T는 청각 자극 신호를 사용자에게 인가하는 주기이다.
  7. 제 1 항에서,
    상기 보행 동조화율에 따라 상기 사용자의 보행 상태를 시각적으로 또는 청각적으로 표시하는 보행 의도 분석 및 훈련 방법.
  8. 제 1 항에서,
    상기 보행 동조화율에 따라 상기 사용자의 보행 상태를 청각적으로 표시하면서 상기 사용자의 보행 상태의 문제점을 음성으로 제공하는 보행 의도 분석 및 훈련 방법.
  9. 제 8 항에서,
    상기 보행에 따라 이상 보행패턴이 발생하는 시점에서 음성 정보를 제공하는 보행 의도 분석 및 훈련 방법.
  10. 미리 설정된 보행 속도에 대응하는 주기를 가지는 청각 자극 신호를 사용자에게 인가하는 청각 자극부, 그리고
    상기 청각 자극 신호와 상기 사용자 보행의 동조화 여부를 판단하고, 상기 청각 자극 신호와 상기 사용자의 보행이 동조화된 상태에서, 상기 청각 자극 신호와 상기 사용자 보행의 보행 동조화 변화를 모니터링 하며, 상기 보행 동조화 변화에 기초하여 상기 사용자의 보행 의도를 분석하는 제어부
    를 포함하는 보행 의도 분석 및 훈련 시스템.
  11. 제 10 항에서,
    상기 제어부는,
    상기 보행 동조화 변화에 기초한 상기 사용자의 보행 의도 분석 결과에 따라 상기 청각 자극 신호의 주기를 조정하는 보행 의도 분석 및 훈련 시스템.
  12. 제 10 항에서,
    상기 제어부는,
    상기 보행 동조화 변화에 기초한 상기 사용자의 보행 의도 분석 결과에 따라 상기 사용자의 보행을 지원하는 보행 보조 장치의 동작을 조정하는 보행 의도 분석 및 훈련 시스템.
  13. 제 10 항에서,
    상기 보행 동조화 변화는,
    상기 청각 자극 신호의 인가 시점의 시간 정보와 상기 사용자의 보행 동작 중에서 미리 정해진 동작이 감지되는 시점의 시간 정보를 기초로 구해지는 보행 의도 분석 및 훈련 시스템.
  14. 제 13 항에서,
    상기 미리 정해진 동작이 감지되는 시점은 상기 사용자에 착용된 센서에서 측정되는 압력 값 또는 가속도 값에 의해 구해지는 보행 의도 분석 및 훈련 시스템.
  15. 제 14 항에서,
    상기 사용자의 보행 의도 분석은 아래 수학식에 의해 정의되는 보행 동조화율의 변화량을 기초로 수행되는 보행 의도 분석 및 훈련 시스템:
    Figure pat00004

    여기서 ER는 청각 자극 신호에 대한 보행 동조화율이고, tsound,i는 i번째 청각 자극 신호의 인가 시점에 대한 시간 정보이고, ths,i는 i번째 청각 자극 신호에 대응하는 특정 보행 동작(예컨대 발꿈치 접지)의 감지 시점에 대한 시간 정보이며, T는 청각 자극 신호를 사용자에게 인가하는 주기이다.
  16. 제 10 항에서,
    상기 보행 동조화율에 따라 상기 사용자의 보행 상태를 시각적으로 또는 청각적으로 표시하는 표시부를 더 포함하는 보행 의도 분석 및 훈련 시스템.
  17. 제 10 항에서,
    상기 제어부는,
    상기 보행 동조화율에 따라 상기 사용자의 보행 상태를 청각적으로 표시하면서 상기 사용자의 보행 상태의 문제점을 음성으로 제공하는 보행 의도 분석 및 훈련 시스템.
  18. 제 17 항에서,
    상기 제어부는,
    상기 보행에 따라 이상 보행패턴이 발생하는 시점에서 음성 정보를 제공하는 보행 의도 분석 및 훈련 시스템.
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