KR20180040377A - 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 3차원 스캐너를 통해 사용자의 발을 스캔하고, 스캔된 발 모델을 통해 특징점을 추출한 후 상기 특징점을 기초로 사용자에 최적화된 인솔을 제작하는 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 사용자의 발에 대하여 3차원 스캐너를 통해 얻어진 발 모델로부터 특징점을 추출한 후 발의 크기에 따라서 적응적으로 변형되는 인솔 모델의 특징점과 상기 발 모델의 특징점을 자동정렬 알고리즘에 따라 발 모델과 정합하고, 이를 기반으로 얻어진 인솔 모델에 대하여 인솔 모델의 형태를 유지하도록 강성을 최대화하는 동시에 사용자에 의해 가해지는 하중에 따른 에너지를 분산시켜 최소화할 수 있도록 높이를 조절하여 사용자의 발에 최적화된 인솔 모델을 제공하며, 해당 인솔 모델을 기초로 3차원 프린터를 통해 인솔이 제작되도록 지원함으로써, 인솔 제작의 정확도를 높임과 동시에 사용자의 하중에 의한 인솔 형태의 변형까지 고려한 최적의 인솔을 제공하여 사용자의 보행시 편안함과 균형 및 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

사용자 맞춤형 인솔 제작 장치 및 방법{Apparatus and method for making user customized insole}

본 발명은 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 3차원 스캐너를 통해 사용자의 발을 스캔하고, 스캔된 발 모델을 통해 특징점을 추출한 후 상기 특징점을 기초로 사용자에 최적화된 인솔을 제작하는 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치 및 방법에 관한 것이다.

신체에서 지면과 인체를 지지하는 하체 중에서 지면과 가장 가까이 있는 발은 우리의 생활에서 가장 중요한 직립 자세 유지와 보행을 가능하게 한다. 발은 생체 역학적으로 가장 안정되게 체중을 분산시켜 몸의 균형을 맞추고 직립 자세 유지와 보행, 그리고 체중을 분산시켜 몸의 안정성을 유지하는데 역할을 한다. 따라서 오래 걷거나 서 있을 때 피로를 직접적으로 받는 부분이다.

이런 충격을 완화하기 위해 발은 세 개의 아치(arch)로 구성되어 있으며, 종류는 내측 종아치(medial longitudinal arch), 외측 종아치(Lateral longitudinal arch), 횡 아치(Lateral longitudinal arch)로 구성되어 있다.

종아치는 내측, 외측 두 부분의 형태로 되어 있는데 아치가 발의 내측에 있는 부분이 내측 종아치이고 외측에 있는 부분이 외측 종아치이다. 종아치는 뒤꿈치와 중족골(Metatarsal bone) 사이에 위치하며, 중간에는 뼈와 인대로 이루어져 있다. 횡아치는 볼이라고 알고 있는 전족부와 발가락 사이에서 가로방향으로 형성되어 있고, 중족골 아치는 발볼 아래 위치해 있다. 이렇게 내측 종아치, 외측 종아치, 횡아치가 있는데 이렇게 아치에 몸의 무게가 지지되었을 때 아치가 낮아지면서 무게를 분산하고 보행하면서 오는 충격을 감소시켜 준다. 하지만 아치에 무리한 힘을 가함으로써 신체피로, 부상 및 만성질환이 발생하는 원인이 족부의 기능적 특성에 있다고 밝혀지고 있다. 따라서 족부의 특성을 보완하기 위해 신발을 제작하여 발을 보호하였다.

신발은 진흙, 모래, 오염물질, 작업 중에 발의 보호, 미끄럼 등의 문제를 해결하기 위해서 고안 되었다. 신발의 구성은 크게 9가지로 나눌 수 있는데, 갑피(Upper), 밑창(Outsole), 중창(Midsole), 뒷굽(Heel wedge), 인솔(Insole), 뒤보강(Back counter or heel counter), 설포(Tongue), 발목 깃(Ankle collar), 코싸게, 앞보강(toe cap) 등이 존재한다.

이러한, 신발의 구성에서 인솔(insole, 또는 안창)은 충격을 흡수하고 몸의 체중을 왼쪽과 오른발에 분산함으로써 발에서 받는 피로와 통증을 감소시키는 인솔은 사용자의 신체와 밀접히 관련된 구성부이다.

인솔(insole)은 발바닥과 직접 닳는 부분으로서, 보통 신발의 안쪽에 위치하며, 쿠션을 제공하고 착화감(fitting)을 좋게 하는 역할을 한다. 최근에는 보행에 도움을 줄 수 있는 의료보조기구의 역할도 한다. 인솔은 몸의 압력 하중이 발바닥에 전해지는데 이를 효율적으로 분산하는 기능을 가진다. 일반적으로 보행에서 압력은 입각기(stance phase)에 나타나는데 잘못된 자세나 질환을 가진 사람은 발의 압력 분포의 특성이 아주 뚜렷하게 나타나게 된다. 이를 측정하는 도구(족저 압력 측정 장치)를 이용하여 수치적으로 산출해 낸다. 더 나아가 인솔의 높이에 대한 연구로 척추(vertebral)의 에너지 흡수와 주위 근육의 효율성을 위해서는 시상면상(sagittal plane)의 목뼈, 등뼈, 허리뼈의 균형이 중요하며, 허리 엉치각이 척추굽이와 자세를 유지하는데 중요하다고 한다.

여기서 중요한 점은 높은 굽은 신체의 중력 중심을 바꿔 변동 폭을 증가시키고 보행을 방해하며, 척추 및 하지 관절의 운동각에 변화가 생겨 골반경사각을 증가시키고, 근피로 유발, 균형 능력 감소와 낙상위험도를 높이게 된다고 밝혀져 있다.

상술한 바와 같이 사용자의 신체와 밀접한 관련이 있는 인솔의 제작에 있어서 질병이나 질환의 원인과 현상을 과학적이고 체계적으로 규명하여 사용자의 신체에 최적화된 인솔에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

그러나, 현재 사용자에 최적화된 인솔을 제작하는 기술은 석고를 사용하여 본을 떠서 발에 맞는 모형을 제작하고, 이를 기반으로 전문가가 수작업으로 인솔의 크기와 높이를 맞춰서 제작하는 방식이므로, 전문 인력과 제작에 필요한 상당한 시간이 요구될 뿐만 아니라 환자의 발을 특정하는데 어려움이 있어 인솔의 정밀도 및 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.

최근 3차원 모델링 관련 기술이 발전하면서, 사용자의 발에 맞춤화된 인솔을 3차원 모델로 생성하여, 이를 기반으로 인솔을 제작하는 기술이 등장하고 있으나, 이러한 기존의 제작 과정 역시 맞춤형 3차원 모델 제작 시간이 오래 걸린다는 점과 표준화된 방법이 없이 전문가의 숙련도에 따라 최종 제작된 인솔이 달라지는 단점이 있어 3차원 모델과 상당한 차이가 발생하므로 정확도를 보장할 수 없는 문제점이 있다.

더군다나, 기존의 3차원 모델링을 통한 인솔 제작 기술은 단순 사용자의 발바닥과 대면하는 인솔의 면을 발바닥 형태에 맞추는데 그치므로, 사용자의 자세 변형이나 보행에 따라 인솔에 가해지는 하중에 따른 인솔의 변형시에도 사용자가 바른 자세를 유지할 수 있도록 하고 보행시 편안함과 안정감을 보장하기 위한 개선된 인솔 제작 기술이 요구되고 있다.

한국등록특허 제10-0969038호

상술한 문제점을 개선하여, 본 발명은 사용자의 발에 대한 3차원 모델링을 통해 발 모델을 산출하고, 상기 발 모델로부터 특징점을 추출한 후 발의 크기에 따라서 적응적으로 변형되는 인솔 모델의 특징점과 상기 발 모델의 특징점을 자동정렬 알고리즘에 따라 발 모델과 정합하여 상기 인솔 모델을 상기 발 모델에 최적화하여 변형함으로써 사용자의 발에 최적화된 인솔 모델을 제공하고, 이를 기반으로 3차원 프린터를 통해 사용자의 발에 최적화된 인솔을 제작할 수 있도록 지원하여 인솔의 제작 정확도를 높이는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 발 모델에 최적화된 인솔 모델의 형태를 유지하면서 사용자의 신체 무게를 지탱할 수 있는 내구력을 지니도록 인솔 모델의 높이를 최적화하여 사용자의 보행시 편안함과 균형 및 안정성을 향상시킬 수 있는 인솔 모델을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치는 3차원 스캐너로부터 사용자의 발을 스캔한 3차원 발 모델을 획득하고, 상기 발 모델에서 사용자에 의해 선택된 복수의 선택 특징점에 대한 선택 특징점 정보를 생성하는 특징점 생성부와, 상기 특징점 생성부로부터 제공되는 선택 특징점 정보와 인솔에 대응되는 미리 설정된 3차원 인솔 모델의 기준 특징점에 대한 기준 특징점 정보를 기초로 미리 설정된 정합 알고리즘에 따라 상기 발 모델과 인솔 모델을 정합하는 정합부 및 상기 정합부를 통해 상기 발 모델에 정합된 인솔 모델에서 메쉬를 구성하는 점들을 미리 설정된 변형 알고리즘에 따라 이동시켜 상기 인솔 모델을 구성하는 상기 각 점의 목표 지점을 산출하고, 상기 목표 지점에 대응되어 상기 인솔 모델의 높이를 조절하여 사용자에 최적화된 최적 인솔 모델을 제공하는 변형부를 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 인솔 모델은 3차원의 템플릿으로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 특징점 생성부는 미리 설정된 해부학적 정보에 따라 특징점의 선택을 위해 상기 발 모델에 표시되는 서로 다른 가이드 영역에 대한 가이드 정보를 제공하고, 상기 각 가이드 영역에서 선택된 특징점을 상기 선택 특징점 정보로 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 정합 알고리즘은

이며,

P와 P´은 각각 상기 선택 특징점 및 상기 가이드 영역에 따른 상기 P의 상기 선택 특징점에 대응되는 상기 기준 특징점이며, s는 스케일링 값(상수), R은 회전 행렬, T는 P´로 이동하기 위한 이동 벡터인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 3차원 스캐너 및 3차원 프린터와 연동하는 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치의 사용자 맞춤형 인솔 제작 방법은, 상기 3차원 스캐너로부터 사용자의 발을 스캔한 3차원 발 모델을 획득하고, 상기 발 모델에서 사용자에 의해 선택된 복수의 선택 특징점에 대한 선택 특징점 정보를 생성하는 단계와, 상기 선택 특징점 정보와 인솔에 대응되는 미리 설정된 3차원 인솔 모델의 기준 특징점에 대한 기준 특징점 정보를 기초로 미리 설정된 정합 알고리즘에 따라 상기 발 모델과 인솔 모델을 정합하는 단계와, 상기 발 모델에 정합된 인솔 모델에서 메쉬를 구성하는 점들을 미리 설정된 변형 알고리즘에 따라 이동시켜 상기 인솔 모델을 구성하는 상기 각 점의 목표 지점을 산출하고, 상기 목표 지점에 대응되어 상기 인솔 모델의 높이를 조절하여 사용자에 최적화된 최적 인솔 모델을 제공하는 단계 및 상기 최적 인솔 모델 관련 정보를 상기 3차원 프린터로 제공하여 사용자 맞춤형 인솔을 제작하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명은 사용자의 발에 대하여 3차원 스캐너를 통해 얻어진 발 모델로부터 특징점을 추출한 후 발의 크기에 따라서 적응적으로 변형되는 인솔 모델의 특징점과 상기 발 모델의 특징점을 자동정렬 알고리즘에 따라 발 모델과 정합하고, 이를 기반으로 얻어진 인솔 모델에 대하여 인솔 모델의 형태를 유지하도록 강성을 최대화하는 동시에 사용자에 의해 가해지는 하중에 따른 에너지를 분산시켜 최소화할 수 있도록 높이를 조절하여 사용자의 발에 최적화된 인솔 모델을 제공하며, 해당 인솔 모델을 기초로 3차원 프린터를 통해 인솔이 제작되도록 지원함으로써, 인솔 제작의 정확도를 높임과 동시에 사용자의 하중에 의한 인솔 형태의 변형까지 고려한 최적의 인솔을 제공하여 사용자의 보행시 편안함과 균형 및 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 3차원 스캐너로 스캔한 발 모델을 기준으로 사용자의 신체 특성과 사용자에 의해 가해지는 하중에 따른 인솔의 변형을 고려한 사용자에 최적화된 인솔을 자동으로 생성할 수 있으며, 이에 따라 기존보다 정확하고 빠른 인솔 제작을 보장하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치의 특징점 생성 및 정합 과정에 대한 동작 예시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치에 의해 생성된 최적 인솔 모델의 예시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 사용자 맞춤형 인솔 제작 방법에 대한 순서도.

이하, 도면을 참고하여 본 발명의 상세 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치의 구성도로서, 도시된 바와 같이 상기 사용자 맞춤형 인솔(insole, 안창) 제작 장치(100)는 3차원 스캐너(3D 스캐너(scanner))(10) 및 3차원 프린터(3D 프린터(printer))(20)와 연결되어 연동하며, 특징점 생성부(110), 정합부(120) 및 변형부(130)를 포함할 수 있다.

이때, 상기 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치(100)는 하드웨어로 구성된 개별 장치로 구성되거나 사용자 단말이나 서버에 설치되어 동작하는 소프트웨어 또는 사용자 단말에 구성되는 모듈로 구성될 수도 있다. 또한, 상기 사용자 단말은 PC와 같은 다양한 단말로 구성될 수 있다.

상술한 구성을 토대로, 상기 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치(100)를 구성하는 각 구성부의 상세 동작을 설명한다.

우선, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 특징점 생성부(110)는 3차원 스캐너로부터 사용자의 발을 스캐닝하여 생성한 3차원의 발 모델 관련 정보를 수신할 수 있다.

또한, 상기 특징점 생성부(110)는 상기 발 모델에서 사용자 선택에 따라 선택된 복수의 선택 특징점을 추출하고, 해당 복수의 선택 특징점에 대한 선택 특징점 정보를 생성할 수 있다.

이때, 상기 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치(100)는 사용자 입력을 수신하기 위한 입력부 및 상기 발 모델 관련 정보를 표시하는 디스플레이부를 포함할 수 있으며, 상기 입력부 및 디스플레이부는 별도의 장치로 구성되어 상기 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치(100)와 상호 연결될 수 있다.

이에 따라, 상기 특징점 생성부(110)는 상기 디스플레이부를 통해 상기 발 모델 관련 정보를 기초로 발 모델을 표시할 수 있으며, 상기 입력부를 통한 사용자 입력에 따라 상기 발 모델에서 사용자에 의해 선택된 특징점을 선택 특징점 정보로 생성할 수 있다.

이때, 상기 특징점 생성부(110)는 상기 발 모델을 구성하는 발바닥에서 미리 설정된 해부학적 정보에 따라 보행시 하중이 미리 설정된 기준치 이상 가해지는 서로 다른 복수의 가이드 영역을 상기 발 모델의 발바닥에 표시하여 가이드 정보를 제공할 수 있으며, 상기 입력부를 통한 사용자 입력에 따라 상기 각 가이드 영역에서 선택된 특징점을 선택 특징점 정보로 생성할 수 있다.

도시된 바와 같이, 상기 특징점 생성부(110)는 사용자 입력에 따라 4개의 특징점을 선택하여 선택 특징점 정보를 생성할 수 있다. 이때, 4개의 점들은 1번부터 발바닥의 좌측 상부에서 지면에 가장 하중을 강하게 받는 부분이고, 2번은 발바닥의 우측상부에서 하중을 가장 많이 받는 부분이다. 4번은 발 하부 중앙에 위치하면서 하중을 가장 먼저 강하게 받는다. 마지막으로 3번은 2번과 4번의 중앙에 존재한다. 따라서, 사용자가 보행할 때는 4, 3, 2, 1번 순으로 하중을 받게 된다.

이후, 상기 특징점 생성부(110)는 상기 선택 특징점 정보를 포함하는 발 모델 관련 정보를 생성하여 상기 정합부(120)로 제공할 수 있다.

한편, 상기 정합부(120)는 미리 설정된 형태의 인솔에 대한 3차원 인솔 모델에 대한 정보가 설정될 수 있으며, 상기 3차원 인솔 모델은 기준 특징점이 설정될 수 있다.

이때, 상기 3차원 인솔 모델은 3차원 템플릿(template)으로 구성될 수 있으며, 상기 복수의 선택 특징점에 각각 대응되는 복수의 기준 특징점이 상기 인솔 모델에 설정될 수 있다.

여기서, 상기 발 모델의 서로 다른 가이드(guide) 영역 각각에 대응되는 가이드 영역이 복수로 상기 3차원 인솔 모델에 설정되어, 상호 대응되는 가이드 영역에 속하는 선택 특징점과 기준 특징점이 상호 대응될 수 있다.

일례로, 발 모델의 제 1 가이드 영역에 속하는 선택 특징점과 상기 인솔 모델에서 상기 제 1 가이드 영역과 대응되는 제 2 가이드 영역에 속한 기준 특징점이 상호 대응될 수 있다.

또한, 상기 특징점 생성부(110)는 상기 사용자 입력에 따라 상기 각 기준 특징점을 가변할 수도 있다.

이때, 상기 선택 특징점 및 기준 특징점은 랜드마크 점(Landmark Point)을 의미할 수 있다.

상술한 구성에 따라, 상기 정합부(120)는 상기 특징점 생성부(110)로부터 선택 특징점 정보를 포함하는 발 모델 관련 정보를 수신하고, 상기 인솔 모델과 발 모델에 각각 대응되는 선택 특징점 정보와 기준 특징점 정보를 기초로 미리 설정된 정합 알고리즘에 따라 상기 발 모델에 대응되어 상기 인솔 모델을 정합할 수 있다.

이때, 상기 정합부(120)는 하기 수학식 1에 따른 정합 알고리즘에 상기 선택 특징점 정보와 기준 특징점 정보를 적용하여 상기 인솔 모델을 상기 발 모델에 대응되어 정합시키기 위한 이동 벡터(Translation vector)와, 회전 행렬(Rotation matrix) 및 스케일링 값(Scaling factor)을 포함하는 정렬 정보를 산출하고, 상기 정렬 정보에 따라 상기 인솔 모델을 상기 발 모델에 대응되어 최적화하여 정렬함으로써 상기 발 모델과 상기 인솔 모델을 정합시킬 수 있다.

이때, 상기 정합 알고리즘은 Procrustes 알고리즘(또는 Procrustes 분석법)일 수 있으며, P와 P´는 각각 이전 데이터와 새로 업데이트된 데이터이며, s는 스케일링 값(상수), R은 회전행렬이며, T는 새로운 데이터 P´로 가기 위한 이동벡터일 수 있다.

또한, 상기 P는 상기 발 모델의 선택 특징점일 수 있으며, 상기 P´는 상기 가이드 영역에 따른 상기 P의 선택 특징점에 대응되는 상기 인솔 모델의 기준 특징점일 수 있다.

이에 따라, 상기 정합부(120)는 상기 P에 상기 복수의 선택 특징점 중 어느 하나를 대입시 상기 P에 따른 선택 특징점에 대응되는 기준 특징점을 상기 P´에 대입할 수 있다.

상기 수학식 1을 통하여, 새로 구해진 P´가 목표가 되는 데이터인 Q가 되도록 R과 T를 구하면 두 개의 서로 다른 데이터들이 정합될 수 있다. 따라서, 상기 정합부(120)는 상술한 구성을 통해 인솔 모델과 사용자의 발 모델을 정합할 수 있다. 이때, 상기 Q는 상기 인솔 모델의 기준 특징점을 의미할 수 있으며, 상기 Q는 상기 P´와 동일할 수 있다.

한편, 상기 변형부(130)는 상기 정합부(120)로부터 상기 발 모델에 정합된 인솔 모델 관련 정보를 수신할 수 있으며, 사용자의 하중에 따른 상기 인솔 모델의 변형시 강성을 최대화하면서 에너지를 분산하여 최소화시킬 수 있도록 상기 인솔 모델을 구성하는 점들의 높이를 상이하게 조절하여 사용자에 최적화된 인솔 모델을 생성할 수 있는데, 이에 대한 구성을 상세히 설명한다.

상기 인솔 모델은 복수의 점들로 이루어져 있으며, 각각의 점들은 서로 이어져 메쉬(mesh) 구조를 가지도록 구성된다. 이때, 상기 메쉬 구조는 두 개의 점을 잇고 있는 선분(edge)의 에너지를 최소화시키는 방향으로 구성되어 있다.

이에 따라, 상기 변형부(130)는 상기 발 모델에 정합된 인솔 모델의 형태가 크게 바뀌지 않는 방향으로, 즉 국부 강성(local rigidity)을 최대한 보존하는 방향으로 사용자의 하중에 의한 상기 인솔 모델의 변형시 강성을 최대화하고 에너지를 분산하여 최소화시킬 수 있는 점들(vertices)의 위치를 변경하여 상기 인솔 모델의 높이를 조절할 수 있으며, 상기 인솔 모델의 높이 조절을 통해 최적 인솔 모델을 생성할 수 있다.

이때, 상기 변형부(130)는 미리 설정된 변형(Deformation) 알고리즘을 통해 상기 점들의 최적 위치를 산출하고, 이를 기반으로 인솔 모델의 높이를 조절할 수 있다.

또한, 상기 변형 알고리즘은 하기 수학식 2와 수학식 3으로 구성될 수 있다.

우선, 상기 변형부(130)는 상기 변형 알고리즘에 따른 수학식 2를 상기 인솔 모델에 따른 상기 메쉬 구조에서 서로 이어진 서로 다른 점에 적용할 수 있다.

상기 수학식 2에서,

와

는 상기 인솔 모델을 구성하는 서로 다른 점들(또는 서로 다른 각 점의 위치)이며,

과

은 목표지점에서의 점(또는 이동위치에서의 점)이고, R은 회전행렬이며,

는 가중치를 의미할 수 있다. 이때, 가중치는 미리 설정되거나 가변될 수 있다.

이에 따라, 상기 변형부(130)는 상기 수학식 2를 통해 강성을 최대화하면서 에너지를 최소화하는 회전행렬 R을 구할 수 있다.

한편, 상기 변형부(130)는 상기 변형 알고리즘에 따라 상기 수학식 2를 상기 인솔 모델을 구성하는 모든 점에 적용하기 위한 하기 수학식 3을 통해 상기 각 인솔 모델을 구성하는 각 점에 대한 최적의 목표 지점을 산출할 수 있다

상기 수학식 3에서, n은 인솔 모델을 이루는 총 점들의 수이고,

는

와 마찬가지로 가중치이다.

이를 통해, 상기 변형부(130)는 상기 수학식 2와 수학식 3을 통해 서로 다른 점들 각각에 대한 회전행렬인

를 산출하고, 상기 회전행렬을 기초로 원래의 인솔 모델의 모습을 최대한 유지하면서 회전시켰을 때의 목표 지점의 위치를 산출할 수 있다.

이에 따라, 상기 변형부(130)는 상기 목표 지점의 위치를 기반으로 상기 인솔 모델을 구성하는 점들 별로 최적 위치를 결정하고, 상기 최적 위치에 따라 상기 인솔 모델을 구성하는 각 점의 위치를 변경하여 인솔 모델의 높이를 조절할 수 있으며, 이와 같은 높이 조절에 따라 최적 인솔 모델을 생성할 수 있다.

한편, 상기 변형부(130)는 도 3에 도시된 바와 같은 상기 최적 인솔 모델 관련 정보를 상기 3차원 프린터로 전송할 수 있으며, 상기 3차원 프린터에 의해 해당 최적 인솔 모델에 따른 인솔이 제작되도록 할 수 있다.

이를 통해, 본 발명에 따른 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치(100)는 사용자의 발에 최적화된 인솔을 제공하여 사용자가 바르고 균형잡힌 자세를 유지할 수 있도록 지원하는 동시에 보행시 편안함과 균형 및 안정성을 보장할 수 있도록 지원할 수 있다.

또한, 본 발명은 3차원 프린터를 이용하여 인솔을 제작할 경우 신발의 굽을 생각해서 인솔의 두께를 최대한 2cm 내외로 얇게 제작함과 동시에 인체의 무게를 지탱할 수 있는 내구성을 지녀야 하는 등 인솔의 기본 기능을 유지할 수 있는 최적의 인솔을 제공할 수 있다.

한편, 사람의 발바닥은 크기, 넓이, 높이가 사람마다 다르게 나타나며, 왼쪽과 오른쪽의 크기나 모양이 조금씩 다른 특징을 가지고 있다. 따라서 왼쪽과 오른쪽이 다른 인솔 제작 설정 값으로 제작되어야 하므로, 상술한 구성에서 상기 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치(100)는 사용자의 왼발 및 오른발 각각에 대응되어 최적 인솔 모델을 제공할 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치(100)는 발 모델과 인솔 모델에 각각 부여된 4개의 특징점을 기초로 상기 인솔 모델을 발 모델에 맞추어 크기와 형태를 최적화할 수 있다.

이때, 상기 발 모델과 인솔 모델의 정합에 따른 발 모델에 정합된 인솔 모델과 발 모델을 유클리드(Euclid) 유사도를 이용하여 비교할 수 있으며, 이에 따른 유클리디언(Euclidean) 차이는 하기 수학식 4와 같이 정의하고 4개의 점에서 나온 점들의 합을 4로 나누어 3차원의 두 모델 사이의 거리를 비교할 수 있다.

인솔의 유사도 비교에서 크게는 2.7cm에서 작게는 0에 가까운 차이를 보였다. 평균 오차율은 0.8cm정도의 오차를 보였다. 이는 4개의 특징점 오차의 합으로 아주 근소한 오차율을 보인다고 할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 3차원 스캐너로 스캔한 발 모델을 기준으로 사용자의 신체 특성과 사용자에 의해 가해지는 하중에 따른 인솔의 변형을 고려한 사용자에 최적화된 인솔을 자동으로 생성할 수 있으며, 이에 따라 기존보다 정확하고 빠른 인솔 제작을 보장할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치(100)의 사용자 맞춤형 인솔 제작 방법에 대한 순서도이다.

도시된 바와 같이, 상기 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치(100)는 3차원 스캐너로부터 사용자의 발을 스캔한 3차원 발 모델을 획득하고(S1), 상기 발 모델에서 사용자에 의해 선택된 복수의 선택 특징점에 대한 선택 특징점 정보를 생성할 수 있다(S2).

또한, 상기 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치(100)는 상기 선택 특징점 정보와 인솔에 대응되는 미리 설정된 3차원 인솔 모델의 기준 특징점에 대한 기준 특징점 정보를 기초로 미리 설정된 정합 알고리즘에 따라 상기 발 모델과 인솔 모델을 정합할 수 있다(S3).

다음, 상기 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치(100)는 상기 발 모델에 정합된 인솔 모델에서 메쉬를 구성하는 점들을 미리 설정된 변형 알고리즘에 따라 이동시켜 상기 인솔 모델을 구성하는 상기 각 점의 목표 지점을 산출하고(S4), 상기 목표 지점에 대응되어 상기 인솔 모델의 높이를 조절하여 사용자에 최적화된 최적 인솔 모델을 생성 및 제공할 수 있다(S5).

이후, 상기 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치(100)는 상기 최적 인솔 모델 관련 정보를 상기 3차원 프린터로 제공하여 사용자 맞춤형 인솔을 제작할 수 있다(S6).

상술한 바와 같이, 본 발명은 사용자의 발에 대하여 3차원 스캐너를 통해 얻어진 발 모델로부터 특징점을 추출한 후 발의 크기에 따라서 적응적으로 변형되는 인솔 모델의 특징점과 상기 발 모델의 특징점을 자동정렬 알고리즘에 따라 발 모델과 정합하고, 이를 기반으로 얻어진 인솔 모델에 대하여 인솔 모델의 형태를 유지하도록 강성을 최대화하는 동시에 사용자에 의해 가해지는 하중에 따른 에너지를 분산시켜 최소화할 수 있도록 높이를 조절하여 사용자의 발에 최적화된 인솔 모델을 제공하며, 해당 인솔 모델을 기초로 3차원 프린터를 통해 인솔이 제작되도록 지원함으로써, 인솔 제작의 정확도를 높임과 동시에 사용자의 하중에 의한 인솔 형태의 변형까지 고려한 최적의 인솔을 제공하여 사용자의 보행시 편안함과 균형 및 안정성을 향상시킬 수 있다.

본 명세서에 기술된 다양한 장치 및 구성부는 하드웨어 회로(예를 들어, CMOS 기반 로직 회로), 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 다양한 전기적 구조의 형태로 트랜지스터, 로직게이트 및 전자회로를 활용하여 구현될 수 있다.

전술된 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 3차원 스캐너 20: 3차원 프린터
100: 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치
110: 특징점 생성부 120: 정합부
130: 변형부

Claims (5)

1. 3차원 스캐너로부터 사용자의 발을 스캔한 3차원 발 모델을 획득하고, 상기 발 모델에서 사용자에 의해 선택된 복수의 선택 특징점에 대한 선택 특징점 정보를 생성하는 특징점 생성부;
   상기 특징점 생성부로부터 제공되는 선택 특징점 정보와 인솔에 대응되는 미리 설정된 3차원 인솔 모델의 기준 특징점에 대한 기준 특징점 정보를 기초로 미리 설정된 정합 알고리즘에 따라 상기 발 모델과 인솔 모델을 정합하는 정합부; 및
   상기 정합부를 통해 상기 발 모델에 정합된 인솔 모델에서 메쉬를 구성하는 점들을 미리 설정된 변형 알고리즘에 따라 이동시켜 상기 인솔 모델을 구성하는 상기 각 점의 목표 지점을 산출하고, 상기 목표 지점에 대응되어 상기 인솔 모델의 높이를 조절하여 사용자에 최적화된 최적 인솔 모델을 제공하는 변형부
   를 포함하는 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 인솔 모델은 3차원의 템플릿으로 구성되는 것을 특징으로 하는 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 특징점 생성부는 미리 설정된 해부학적 정보에 따라 특징점의 선택을 위해 상기 발 모델에 표시되는 서로 다른 가이드 영역에 대한 가이드 정보를 제공하고, 상기 각 가이드 영역에서 선택된 특징점을 상기 선택 특징점 정보로 생성하는 것을 특징으로 하는 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 정합 알고리즘은
   

   

   이며,
   P와 P´은 각각 상기 선택 특징점 및 상기 가이드 영역에 따른 상기 P의 상기 선택 특징점에 대응되는 상기 기준 특징점이며, s는 스케일링 값(상수), R은 회전 행렬, T는 P´로 이동하기 위한 이동 벡터인 것을 특징으로 하는 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치.
   
5. 3차원 스캐너 및 3차원 프린터와 연동하는 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치의 사용자 맞춤형 인솔 제작 방법에 있어서,
   상기 3차원 스캐너로부터 사용자의 발을 스캔한 3차원 발 모델을 획득하고, 상기 발 모델에서 사용자에 의해 선택된 복수의 선택 특징점에 대한 선택 특징점 정보를 생성하는 단계;
   상기 선택 특징점 정보와 인솔에 대응되는 미리 설정된 3차원 인솔 모델의 기준 특징점에 대한 기준 특징점 정보를 기초로 미리 설정된 정합 알고리즘에 따라 상기 발 모델과 인솔 모델을 정합하는 단계;
   상기 발 모델에 정합된 인솔 모델에서 메쉬를 구성하는 점들을 미리 설정된 변형 알고리즘에 따라 이동시켜 상기 인솔 모델을 구성하는 상기 각 점의 목표 지점을 산출하고, 상기 목표 지점에 대응되어 상기 인솔 모델의 높이를 조절하여 사용자에 최적화된 최적 인솔 모델을 제공하는 단계; 및
   상기 최적 인솔 모델 관련 정보를 상기 3차원 프린터로 제공하여 사용자 맞춤형 인솔을 제작하는 단계
   를 포함하는 사용자 맞춤형 인솔 제작 방법.

Images