KR20180047083A - 컴퓨터를 포함하는 스마트 신발 시스템 및 이의 구현방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 걸음걸이 자세측정/교정용 스마트 신발 및 이의 구현방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인간의 자세와 척추 기립에 영향을 미치는 걸음걸이 자세를 측정 및 교정하기 위하여 신발에 압전소자 기반의 센서를 구비하고 상기 센서로부터 수신된 압력 데이터를 분석하여 고신뢰성의 사용자 자세측정 및 자세교정 정보를 제공하는 기술에 관한 것이다.
본 발명에 따른 걸음걸이 자세측정/교정용 스마트 신발은 센서 정보를 실시간으로 취득하는 마이크로 컨트롤러 보드; 3축 가속도 센싱 정보, 위치 센싱 정보 및 스트레인 센싱 정보를 취득하는 통합센서모듈; 상기 통합센서모듈로 획득한 센싱 정보를 컴퓨터에 전송하는 블루투스 모듈; 센싱 정보의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그디지털 변환기; 센싱 정보의 디지털 신호에 들어 있는 주파수를 전처리하는 저역통과필터; 상호상관분석 방법으로 보행 대칭성을 판단하는 기능이 내재된 컴퓨터; 각 모듈에 전원을 공급하는 전원공급모듈;로 구성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 걸음걸이 자세측정/교정용 스마트 신발의 구현방법은 신발에 부착된 스트레인센서를 통해 보행자의 기본 발 압력 데이터를 측정하는 단계; 측정된 복수개의 기본 발 압력 데이터를 이용하여 기본 발 압력 데이터 대표값을 산출하는 단계; 상기 기본 발 압력 대표값을 이용하여 상기 보행자의 보행 또는 직립 시 상기 보행자가 착용한 스마트 신발에 부착된 스트레인센서를 통해 측정한 발 압력 데이터를 보정하는 단계; 보정된 발 압력 데이터를 이용하여 자세측정 및 교정을 위해 사용되는 압력 중심점과 중력 중심점을 계산하는 단계; 상기 압력 중심점과 상기 중력 중심점을 이용하여 상기 보행자의 걸음걸이 자세를 분석하는 단계; 산출된 자세분석 결과를 디스플레이시키는 단계;가 포함되는 것을 특징으로 한다.
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Description
본 발명은 걸음걸이 자세측정/교정용 스마트 신발 및 이의 구현방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인간의 자세와 척추 기립에 영향을 미치는 걸음걸이 자세를 측정 및 교정하기 위하여 신발에 압전소자 기반의 센서를 구비하고 상기 센서로부터 수신된 압력 데이터를 분석하여 고신뢰성의 사용자 자세측정 및 자세교정 정보를 제공하는 기술에 관한 것이다.
현대사회의 생활이 윤택해지면서 건강에 대한 관심이 증가하고 있다. 특히 전자, 정보기술이 발달하면서 자동차, 조선, 의료 등의 타산업과 결합하여 부가가치를 높일 수 있는 융합기술에 대한 관심이 증가하고 있다. 이 융합기술중에서도 IT와 의료기술간의 융합은 의료진단 및 분석, 마이크로와 나노기술을 이용한 치료기술, 헬스 모니터링을 위한 웨어러블컴퓨터 기술을 위해 중요하며, 이와 관련된 기술을 개발하기 위해 세계유수의 연구기관에서 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
인간이 건강한 삶을 유지하기 위해서는 골격의 중심이 되는 척추가 바르게 되어야 하며, 인체 장기의 기능이 정상적으로 되어야 한다. 하지만 현대의 일상생활에서는 컴퓨터를 많이 사용하고 있으며, 또 학생들의 경우 무거운 책가방을 한쪽어깨에 매거나, 여성들의 경우 핸드백을 쪽 어깨에 매는 경우가 많아 척추가 정상적인 구조에서 변형될 수 있는 가능성이 높다. 이렇게 평소 생활습관이나 자세가 인간의 골격구조에 미치는 영향이 매우 크므로 바른자세를 하는 생활습관이 매우 중요하다. 바른 자세를 유지하기 위해서는 앉은 자세를 바르게 하여야 하며, 걸을 때에도 척추를 바르게 하여 양발을 움직여야 한다. 뒷꿈치부터 땅에 닿고 발바닥, 엄지발가락 순으로 땅에 닿으면서 걸어야 하며, 발바닥전체에 골고루 힘이 미치도록 하여야 한다. 사람의 걸음걸이는 크게 3 종류의 걸음걸이로 나눌 수 있다. 발가락이 있는 발 앞부분이 밖으로 향하는 팔자걸음(out toeing gait)과 걸을 때 마다 발 앞부분이 안쪽으로 교차하면서 걷는 안짱걸음 (in toeing gait), 그리고 가장 이상적인 걸음으로 발 앞부분이이 걸어가는 방향으로 향하는 이상적인 바른걸음(normal gait)이다. 걸음걸이 형태에 따라 관절운동패턴, 힘, 한 사이클 동안의 운동에너지와 위치에너지, 지면에 닿는 면이 다르게 된다. 자신의 걸음걸이를 확인하기 위해서는 육안으로 확인할 수 있지만, 부정확하게 판단할 수 있다. 또 측정 장비를 이용하여 걸음걸이를 확인하기 위해서는 고가의 장비가 필요하며 시간과 경비가 많이 들게 되는 단점이 있다. 또 다른 방법으로는 신발 깔창의 형태로 나와 있어서 휴대가 가능하고 시간적 공간적 제한이 없다는 장점이 있지만, 신발 깔창 하나에는 90개 이상의 센서가 설치되어있어 비용부담에 대한 단점이 있다.
본 발명에 따른 걸음걸이 자세측정/교정용 스마트 신발 및 이의 구현방법을 개시하려는 유사 선행기술에는 1) 대한민국 공개특허공보 제10-2007-0071308호 ‘이동통신단말기에서의 자세 교정 정보 제공 방법 및 그 장치’가 있다. 상기 유사 선행기술은 기준 자세 데이터를 소정의 저장 수단에 저장하는 단계; 소정의 압력 센서를 통해 측정된 사용자의 발에 가해지는 압력 데이터를 수신하는 단계; 상기 수신된 압력 데이터를 기초로 하여 상기 사용자의 자세 데이터를 분석하는 단계; 상기 분석된 사용자의 자세 데이터를 소정의 디스플레이 수단을 통해 디스플레이하는 단계; 상기 저장된 기준 자세 데이터와 상기 사용자의 자세 데이터를 비교한 결과에 따라 상기 사용자에 대한 자세 교정 정보를 상기 디스플레이 수단을 통해 디스플레이하는 단계;를 포함하고, 이동통신단말기에서의 자세 교정 정보를 제공하는 장치에 있어서, 기준 자세 데이터를 저장하는 저장부; 소정의 측정 장치로부터 측정된 사용자에 발에 가해지는 압력 데이터를 수신하는 수신부; 상기 수신된 압력 데이터를 기초로 하여 상기 사용자의 자세 데이터를 분석하는 분석부; 상기 저장된 기준 자세 데이터와 상기 분석된 사용자의 자세 데이터를 비교하는 비교부; 상기 분석된 사용자의 자세 데이터 또는 상기 비교 결과에 의한 상기 사용자에 대한 자세 교정 정보를 디스플레이하는 디스플레이부를 포함하는 기술을 개시하는 특징이 있다.
다른 유사 선행기술에는 2) 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0130860호 ‘걸음걸이 보정 시스템’이 있다. 상기 유사 선행기술은 신발의 깔창에 설치되며, 보행 중 인가되는 하중데이터를 측정하는 압력센서; 상기 측정된 하중데이터와 기설정된 표준데이터를 비교하여 상기 하중데이터와 상기 표준데이터의 차이값을 분석하는 비교 분석부; 및 보행자의 허리에 장착되며, 상기 차이값이 기설정된 표준오차 이상인 경우 보행자가 이를 인지하도록 진동을 발생하는 알람부;를 포함하고 상기 압력센서에서 측정된 하중데이터를 무선으로 송신하는 송신기; 및 상기 송신기에서 송신된 하중데이터를 전송받아 화면상에 표시하는 디스플레이부;를 더 포함하는 기술을 개시하는 특징이 있다.
또 다른 유사 선행기술에는 3) 대한민국 공개특허공보 제10-2007-0100592호 ‘보행자세 분석 시스템’가 있다. 상기 유사 선행기술은 보행동작을 측정하고 그 측정치로부터 보행요소를 검출하는 보행요소 생성부; 상기 보행요소와 비교할 수 있도록 상기 보행요소와 대응하여 미리 설정된 요소기준치를 저장하는 요소기준치 저장부; 상기 요소기준치와 상기 보행요소를 비교하고 분석하는 비교분석부; 상기 비교분석부의 비교분석 결과를 알려주는 출력부;를 포함하고 상기 보행요소 생성부는 상기 보행동작으로부터 측정된 가속도와 각속도로부터 발의 이동궤적을 구하는 이동궤적 추정 모듈을 구비하며, 상기 이동궤적 추정 모듈은 항법 방정식을 통하여 발의 3차원 이동궤적을 구하는 SDINS부와, 발의 착지 순간을 판단하는 착지 판단부와, 상기 이동궤적을 영속도 보정하는 착지 보정부로 구성되는 기술을 개시하는 특징이 있다.
그러나 전술한 유사 선행기술에서는 인간의 자세와 척추 기립에 영향을 미치는 걸음걸이 자세를 측정 및 교정하기 위하여 신발에 압전소자 기반의 센서를 구비하고 상기 센서로부터 수신된 압력 데이터를 분석하여 고신뢰성의 사용자 자세측정 및 자세교정 정보를 제공하는 기술이 제안되지 못하였다.
본 발명은 상기한 발명의 배경으로부터 요구되는 기술적 필요성을 충족하는 것을 목적으로 한다. 구체적으로, 본 발명의 목적은 인간의 자세와 척추 기립에 영향을 미치는 걸음걸이 자세를 측정 및 교정하기 위하여 신발에 압전소자 기반의 센서를 구비하고 상기 센서로부터 수신된 압력 데이터를 분석하여 고신뢰성의 사용자 자세측정 및 자세교정 정보를 제공하는 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 걸음걸이 자세측정/교정용 스마트 신발은 마이크로프로세서와 입출력 모듈을 단일 칩으로 구성하고 센서 정보를 실시간으로 취득하는 마이크로 컨트롤러 보드; 3축 가속도 센싱 정보, 위치 센싱 정보 및 스트레인 센싱 정보를 취득하는 통합센서모듈; 상기 통합센서모듈로 획득한 센싱 정보를 컴퓨터에 전송하는 블루투스 모듈; 상기 3축 가속도 센싱 정보, 상기 위치 센싱 정보 및 상기 스트레인 센싱 정보의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그디지털 변환기; 상기 아날로그디지털 변환기를 통과한 상기 3축 가속도 센싱 정보, 상기 위치 센싱 정보 및 상기 스트레인 센싱 정보의 디지털 신호에 들어 있는 주파수 중 차단 주파수 fc 이하의 낮은 주파수는 통과시키고 그 보다 높은 주파수는 감쇠시키는 저역통과필터; 상호상관분석 방법으로 보행 대칭성을 판단하는 기능이 내재된 컴퓨터; 상기 마이크로 컨트롤러 보드, 상기 통합센서모듈, 상기 아날로그디지털 변환기, 상기 저역통과필터에 전원을 공급하는 전원공급모듈;로 구성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 걸음걸이 자세측정/교정용 스마트 신발의 구현방법은 보행자가 스마트 신발을 착용하면, 신발에 부착된 스트레인센서를 통해 보행자의 기본 발 압력 데이터를 측정하는 단계; 측정된 복수개의 기본 발 압력 데이터를 이용하여 기본 발 압력 데이터 대표값을 산출하는 단계; 상기 기본 발 압력 대표값을 이용하여 상기 보행자의 보행 또는 직립 시 상기 보행자가 착용한 스마트 신발에 부착된 스트레인센서를 통해 측정한 발 압력 데이터를 보정하는 단계; 보정된 발 압력 데이터를 이용하여 자세측정 및 교정을 위해 사용되는 압력 중심점과 중력 중심점을 계산하는 단계; 상기 압력 중심점과 상기 중력 중심점을 이용하여 상기 보행자의 걸음걸이 자세를 분석하는 단계; 산출된 자세분석 결과를 디스플레이시키는 단계;가 포함되는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명은 인간의 자세와 척추 기립에 영향을 미치는 걸음걸이 자세를 측정 및 교정하기 위하여 신발에 압전소자 기반의 센서를 구비하고 상기 센서로부터 수신된 압력 데이터를 분석하여 고신뢰성의 사용자 자세측정 및 자세교정 정보를 구현하는 기술을 제공하는 효과가 있다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 기술적 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 청구범위의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 사용된 스트레인센서의 예시도;
도 2는 본 발명에 따른 스마트 신발에 장착된 통합센서모듈의 위치에 대한 제1모식도;
도 3은 본 발명에 따른 스마트 신발에 장착된 통합센서모듈의 위치에 대한 제2모식도;
도 4는 본 발명에 따른 스마트 신발에 장착된 통합센서모듈의 예시도;
도 5는 본 발명에 따른 스마트 신발에서 취득된 보행 압력 데이터;
도 6은 본 발명에 따른 스마트 신발을 구성하는 주요 모듈의 블록도;
도 7은 본 발명에 따른 스마트 신발의 구현방법에 대한 실시흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 스마트 신발에 장착된 통합센서모듈의 위치에 대한 제1모식도;
도 3은 본 발명에 따른 스마트 신발에 장착된 통합센서모듈의 위치에 대한 제2모식도;
도 4는 본 발명에 따른 스마트 신발에 장착된 통합센서모듈의 예시도;
도 5는 본 발명에 따른 스마트 신발에서 취득된 보행 압력 데이터;
도 6은 본 발명에 따른 스마트 신발을 구성하는 주요 모듈의 블록도;
도 7은 본 발명에 따른 스마트 신발의 구현방법에 대한 실시흐름도이다.
이하에서는, 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 각 구성 단계에 대한 상세한 설명에 앞서, 본 명세서 및 청구 범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위하여 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
보행은 인간의 다리를 이용하여 보행자의 중심을 유지하며 신체를 앞으로 이동시키는 행위이다. 이는 양쪽 다리의 다양한 근육과 관절이 유기적이고 반복적으로 동작함으로써 좌우의 균형을 이루며 진행된다. 이동요인은 신체를 이동시키는 각 하지의 네 가지 뚜렷한 기능에 의해 각 위치에 따라 체중을 부하하여 신체를 움직인다. 그 기능에는 추진력 있는 힘의 발생; 계속적인 자세 변화에도 불구하고 수직 안정성을 유지; 바닥에서 오는 충격발생 요인을 최소화; 근육이 요구하는 힘의 양을 줄여 기능적인 실행이 되도록 에너지를 보존;하는 것으로 구분할 수 있다. 체간의 중력 중심적이 진행의 선상에서 벗어나는 것을 극소화시키는 것은 보행 시 근력을 감소시키는 중요한 기전이다. 이동은 상호적인 양발 운동운동에 의존하지면 각 활보 (stride) 기간동안 두 개의 잠재해있는 상황이 존재한다. 오른쪽과 왼쪽하지는 교대로 지지 역할을 대체하고 체간은 한편에서 다른 한편으로 이동한다. 하지는 또한 단하지지지와 양하지지지 사이에서 수직적인 배열을 변화시키며, 이것은 신체 질량이 위, 아래로 이동하거나 골반의 높이가 변화하기 때문이다. 두 양하지지지기(초기와 말기) 동안 하지는 사선으로 배열하게 될 때 가장 낮은 위치에서 있게 된다. 중간입각기(mid stance)에서 지지하는 다리가 수직일 때 신체는 가장 높은 위치에 있다. 하지부하를 받는 골반의 외측전위는 두 가지 요인을 포함한다. 첫 번째는 대퇴골과 경골 사이에 일반적인 외반(valgus)각이다. 이런한 위치는 고관절이 제공할 수 있는 것으로부터 아래 수직선상보다 더 슬관절(지지 발)에 서로 가까이 위치하게 된다. 고관절 사이의 해부학적 넓이는 약 20-25cm, 정상 한 걸음 넓이는 8cm이다. 부하되는 하지는 지지하는 발의 근처에 체간의 중력중심점을 이동시키기 때문에 슬관절 외전이 약간 증가한다. 세 번째 골반의 동작은 전방 회전되고 스윙(swing)하는 하지를 앞으로 나아가게 한다. 이러한 동작은 스윙(swing)하는 하지 앞의 고관절을 입각하지의 앞으로 이동시키고 골반의 넓은 면을 상대적으로 시상면 자세로 놓는다. 고관절 사이의 수평적 분절의 결과는 기능적으로 체간의 저변과 바닥에 닿고 있는 점 사이의 거리를 증가시킴에 따라 하지는 길어진다. 골반의 회전은 고관절을 중심선에 가깝게 이동시킨다. 둘 다 원하는 한 걸음 길이를 도달하는데 필요한 하지 경사도를 감소시키는 데 영향을 미친다. 입각(stance) 말기의 가장 큰 영향은 양하지로 지지하는 동안 낮아진 신체의 중심점 수치는 감소된다. 하지의 동작은 또한 신체의 수직으로 나아가는데 기여한다. 보행주기의 역학은 다양하다. 양측 입각기 간격 동안 발목 조절은 종요하다. 말기입각기(terminal stance) 뒤꿈치 올림은 발목을 들어올리는 것에 의해 끌리는 하지의 길이에 비례한다. 뒤꿈치의 초기접지기는 앞쪽 하지의 길이를 더하게 된다.
안짱걸음이라고 하는 것은 일반적으로 발이 안쪽으로 들어가면서 걸으므로 대퇴골이 안쪽으로 뒤틀리게 되어 미관상 보기 흉한 걸음걸이이고, 팔자걸음은 양발이 밖을 향하여 걷는 보행으로 다리뼈가 바깥쪽으로 비틀리고, 척추관절에 좋지 않은 영향을 끼쳐 허리의 통증이 생길 가능성이 높아진다. 바른걸음은 건강에 가장 좋은 걸음으로 몸을 똑바로 세워 발뒤꿈치부터 땅에 닿아 발 중앙, 발가락쪽으로 가게 되는 걸음으로 오래 걸어도 발의 통증이 심하지 않고 몸을 곧게 펴서 걷기 때문에 밸런스도 맞게 된다. 현재 대부분의 사람들은 팔자걸음을 걷고 있으며, 일부의 사람들이 안짱걸음이나 바른걸음으로 걷고 있다. 팔자걸음이나 안짱걸음으로 걷는 사람들은 어렸을 때부터 습관이 되어 잘못된 걸음걸이라는 의식을 하지 않는 경우가 많다. 이런 사소한 걸음걸이가 습관이 되어 오랜 시간 같은 형태로 걷게 된다면 신체의 골격구조가 영향을 받아 척주가 휠 수도 있으며, 이로 인해 자세가 바르게 되지 않거나 척추관련 질병을 앓을 수도 있다. 사람의 걸음걸이를 측정할 수 있는 방법으로는 걸음을 걸을 때 발이 지면에 닿는 무게 중심의 이동을 측정하는 방법과, 복사뼈의 이동 등 운동역학에 의한 걸음걸이의 주기를 측정하는 방법, 발을 떼기 시작하는 점을 기준으로 하여 발이 이동할 때의 각도를 측정하는 방법이 있다. 본 발명에서는 무게 중심의 이동을 조사함으로서 걸음걸이 패턴을 측정하는 방법이 적용되었다. 안짱걸음은 발이 안쪽으로 들어가면서 걸으므로 대퇴골이 안쪽으로 뒤틀리게 되어 발의 안쪽으로 무게중심이 많이 가게 되며, 팔자 걸음은 양발이 밖을 향하여 걷는 보행으로 다리뼈가 바깥쪽으로 비틀리게 되어 발의 바깥쪽으로 무게중심이 많이 가게 된다. 바른 걸음은 건강에 가장 좋은 걸음으로 몸을 똑바로 세워 발뒤꿈치부터 땅에 닿아 발중앙, 발가락순으로 지면에 닿게 되므로 무게중심이 중앙에 있게 된다. 따라서 발의 무게중심의 이동을 조사하기 위해 발이 지면에 닿는 힘의 위치를 측정해야 한다. 힘을 측정하기 위해서는 압력센서와 스트레인센서가 많이 사용되고 있다. 압력센서에는 압전소자가 사용되고 있는데, 압전소자는 무게를 받으면 전기를 생성하게 되는데, 그 전기의 생성량으로 무게나 힘을 측정할 수 있다. 스트레인 센서는 건물, 교량, 선박 등의 구조물의 변형 정도를 측정할 때 쓰이는 센서로 광을 이용하는 방법과 전기를 이용하는 방법이 있다. 전기 스트레인 센서는 외력이 가해지게 되면 재료에 변형이 발생하게 되고, 이 변형에 의해 재료의 저항 값이 달라지는 원리를 이용한 것이다. 이 원리를 이용하면 측정하고자하는 물체에 센서를 부착하여 물체의 변형 정도를 측정할 수 있다. 스트레인 센서의 변형률은 수식(1)과 같이 표현된다.
여기서 L은 외력이 없을 때의 길이이고, ΔL은 외력에 의해 변형된 길이를 의미한다. 또 스트레인 센서는 온도에 의한 영향이 적고 압전소자와는 다르게 정압과 동압에서도 측정이 가능하며, 압전소자보다 진동 및 외부 충격에 강한 장점이 있으므로, 본 발명에서는 도 1과 같이 스트레인 센서를 이용하여 소형의 걸음걸이측정시스템을 제작하였다. 이때 걸을 때 스트레인 센서에 힘이 제대로 가해지도록 하기 위해 지지대를 이용하여 측정이 잘 되도록 하였다. 지지대를 장착한 두께가 1cm 정도이기에 신발에 충분히 장착할 수 있는 크기이다. 스트레인 센서에서 압력을 측정한 센서 신호 값은 신호전송 보드로 전송되어져 Wheatstone bridge 회로와 센서 신호가 미약하므로 증폭회로를 이용하여 신호를 증폭하고, 그 신호를 AD 변환회로를 거쳐서 걸음걸이 패턴을 확인할 수 있게 된다.
도 2를 참조하면 신발에 스트레인 센서를 장착한 위치를 확인할 수 있으며, 스트레인 센서는 2개, 3개, 4개를 사용하였다. 스트레인 센서 2개는 발볼 부위에 설치하였다. 스트레인 센서 3개를 설치하는 경우는 엄지발가락 부위에 1개, 발볼 부위에 2개를 설치하였으며, 스트레인 센서 4개를 설치하는 경우는 발볼부위에 2개, 발 중앙에 1개, 발뒤꿈치 부위에 1개를 설치하여 제작하였다. 신발은 out-sole, in-sole, cushioning sole의 3부분이 신발바닥을 구성하고, 그 위에 갑피로 이루어져 있다. 본 발명에서는 걸음걸이 패턴을 측정하는 것이기 때문에 사람이 걸을 때 마다 신호가 제대로 출력되도록 하기 위해 신발 밑바닥에 센서를 설치하였다. 또한 센서가 장착된 신발을 신었을 때 사람에게 불편함을 주지 않도록 제작하기 위해 신발의 in-sole부분에 설치하였다. 도 3은 신발의 in-sole부에 스트레인 센서를 설치한 모식도이며, 도 4는 실제 in-sole 부분에 설치한 실시예이다. 도 4와 같이 신발에 스트레인 센서를 설치하고 이 위에 cushioning-sole을 본드로 부착하고, 마지막으로 갑피를 본드로 부착하였다. 이렇게 제작한 신발의 무게는 스트레인을 장착하기 전과 비교하여 무게차이는 거의 나지 않아 신고 걷더라도 무겁거나 발바닥이 불편하지 않으므로 걸음걸이 패턴을 분석하는데 적합하였다.
본 발명에 따른 스트레인 센서가 구비된 걸음걸이 패턴 분석용 신발을 신고 일정거리를 왕복하면서 각 센서 신호를 측정하여 실효성을 검증하고자 하였다. 센서에서 나오는 신호는 미약하여 신호처리 보드에서 증폭되어지고, 증폭된 신호는 ADC변환을 거쳐서 블루투스 통신으로 신호를 커뮤터에 전송하게 된다. 우선 도 2c에서 나타낸 것과 같이 스트레인 센서를 발볼 부분에 2개를 설치하고 뒤꿈치에 1개 그리고 발 중앙의 지면에 닿는 곳에 한 개를 설치한 신발을 신고 걸음을 걸으면서 스트레인센서 신호를 측정하였다. 발 뒤꿈치의 센서신호가 제일 먼저 나오고, 그 다음으로 중앙에 있는 센서신호, 발볼에 있는 센서의 신호 순으로 측정되었다. 발 뒷꿈치에 있는 센서의 신호가 중앙에 있는 센서 신호보다 크게 나왔으며, 발볼 부근에 있는 센서 2개의 신호는 차이가 있었지만, 불규칙하게 되어 정확하게 걸음걸이 패턴을 확인하기 어려웠다. 도 2a와 같이 스트레인 센서 2개를 사용하여 제작한 신발을 신고 각 걸음패턴에 대한 데이터는 규칙적으로 안정적이었으나 팔자걸음 신호와 바른걸음걸이의 신호가 동일하게 나와서 패턴분석이 어려웠다. 마지막으로 그림 2b와 같이 스트레인 센서 3개를 사용하여 실험한 결과, 3가지 걸음걸이 패턴에 따라 데이터가 구분되어 걸음걸이 패턴을 정확하게 분석 할 수 있었다. 도 6은 각 걸음걸이에 따른 측정된 데이터이다. 도 6을 참조하면 밖, 앞, 안은 신발에 설치된 센서의 위치를 나타낸 것으로, 앞의 신호는 엄지발가락부위에 설치한 스트레인센서로부터 측정한 데이터이고, 안과 밖의 신호는 발볼 부위에 설치한 스트레인센서 2개의 신호를 의미한다. 도 6a는 안짱걸음으로 걸었을 때 의 측정 데이터로 발가락이 있는 발 앞부분이 안쪽으로 가기 때문에 발볼 안쪽에 있는 스트레인 센서 신호보다 진행방향인 발볼의 바깥부분에 있는 센서의 신호가 높게 나오는 것으로 생각된다. 도 6b는 제작된 신발을 신고 팔자걸음으로 걸었을 경우의 측정 데이터를 보여주고 있다. 팔자걸음의 경우에는 발의 안쪽부분이 진행방향으로 향하게 되고 지면에 닿는 힘도 발 안쪽이 강하므로 발볼 안쪽에 설치되어 있는 스트레인센서의 신호가 높게 나오게 되는 것으로 생각된다. 도 6c는 바른걸음으로 걸었을 때 신발에 장착된 스트레인센서에 의해 측정된 데이터를 보여주고 있다. 바른걸음으로 걸을 때 지면에 닿는 발의 순서는 발 뒷꿈치, 발볼, 엄지발가락 순으로 된다. 그래서 발 앞부분이 걸어가는 방향으로 향하고 있기 때문에 도 6c에서 보여 주듯이 엄지 발가락 부위에 설치된 스트레인센서의 신호가 가장 크게 나오는 것이다. 도 6과 같은 측정결과로부터 본 발명에서 제작한 신발을 신고 걷는다면 각 걸음걸이 패턴을 분석할 수 있음을 확인하였다.
본 발명에서 제안하는 걸음걸이 자세측정/교정용 스마트 신발의 구현방법은 도 6과 같다. 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 걸음걸이 자세측정/교정용 스마트 신발은 마이크로프로세서와 입출력 모듈을 단일 칩으로 구성하고 센서 정보를 실시간으로 취득하는 마이크로 컨트롤러 보드(110); 3축 가속도 센싱 정보, 위치 센싱 정보 및 스트레인 센싱 정보를 취득하는 통합센서모듈(120); 상기 통합센서모듈(120)로 획득한 센싱 정보를 컴퓨터(160)에 전송하는 블루투스 모듈(130); 상기 3축 가속도 센싱 정보, 상기 위치 센싱 정보 및 상기 스트레인 센싱 정보의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그디지털 변환기(140); 상기 아날로그디지털 변환기(140)를 통과한 상기 3축 가속도 센싱 정보, 상기 위치 센싱 정보 및 상기 스트레인 센싱 정보의 디지털 신호에 들어 있는 주파수 중 차단 주파수 fc 이하의 낮은 주파수는 통과시키고 그 보다 높은 주파수는 감쇠시키는 저역통과필터(150); 상호상관분석 방법으로 보행 대칭성을 판단하는 기능이 내재된 컴퓨터(160); 상기 마이크로 컨트롤러 보드(110), 상기 통합센서모듈(120), 상기 아날로그디지털 변환기(140), 상기 저역통과필터(150)에 전원을 공급하는 전원공급모듈(170);로 구성되는 것을 특징으로 한다. 보다 상세하게는 ATMEL社의 ATmega2560 CPU 칩으로 구성된 마이크로 컨트롤러 보드(110)인 아두이노(Arduino) mega2650이 3축 가속도 센싱 정보를 통합센서모듈(120)로부터 획득한 후 ITEAD社의 블루투스 모듈(130) HC-05를 이용하여 컴퓨터(160)에 전송하면, 컴퓨터는 전송된 데이터를 이용하여 상호상관분석 방법으로 보행 대칭성을 판단되도록 하는 것이 바람직하다. 아두이노는 오픈 소스를 기반으로 한 단일 보드 마이크로컨트롤러이며 소프트웨어 개발을 위한 통합 환경(IDE)이 간소화 되어서 추가의 하드웨어 없이 측정한 가속도 신호를 전송한다. 인간의 육체 활동의 가속도 범위는 ±12g이므로 가속도센싱은 3축의 가속도성분을 측정할 수 있는 Invensense사의 MPU6050를 사용하고 ±16g의 범위에 해당하는 값을 ±32768의 데이터로 출력하여 I2C(Inter-Integrated Circuit) 통신으로 아두이노 보드와 연결되도록 하는 것이 바람직하다. 가속도 센싱의 샘플링 레이트는 100Hz이고 16bits인 아날로그디지털 변환기(140)를 이용하여 가속도의 디지털 신호를 받는 것이 바람직하다. 또한 5Hz 저역통과필터(150)를 사용하여 전처리를 하고 아두이노 보드와 블루투스, 그리고 7V 내지 12V 입력 전압 범위를 맞추어 선택한 9V 건전지인 전력공급모듈(170)을 만능기판에서 고정되도록 하는 것이 바람직하다. 그리고 상기 통합센서모듈(120)은 스트레인 센싱과 위치 센싱도 가능한 것을 특징으로 한다. 이는 상기 통합센서모듈(120)에 의한 위치 센싱은 3축 가속도 센싱에 의한 데이터와 연동되어 보행자의 자세측정이 가능하도록 하는 것이 바람직하다. 일반적으로 위치 센싱을 단독으로 수행하면 GPS 수신이 불가능한 지역에서는 보행자의 위치정보를 확인할 수 없는 문제점을 극복하기 위해서 칼만 필터를 적용하여 상기 보행자의 보행 진동 또는 불규칙성에 의한 가속도 정보 노이즈를 제거한 상기 3축 가속도 센싱 정보와 연계되는 것을 의미한다. 위치 추적 대상이 동적 상태인 환경에서는 위치 추적 성능을 향상시키기 위해서는 측정된 거리 데이터를 기반으로 가공하고 이에 적합한 알고리즘을 접목하여 신뢰성을 증대시키는 프로세스가 필요하다. 본 발명에서는 신뢰성을 향상시키기 위한 방법으로 위치계산 결과에서 얻어진 실시간 위치 값을 이전에 얻어진 값을 이용하여 상기 통합센서모듈(120)의 이동위치에 반영하는 기법인 이동-가중 평균 필터링 알고리즘을 사용하였다. 일반적인 이동 평균 필터링 알고리즘은 순차적으로 입력되는 획득데이터들의 산술적 평균만을 연산하고 프로세서를 종료하는 반면에 상기 이동-가중평균 필터링은 연산되는 프로세서의 값이 기준 값과 오차가 발생할 경우, 최적 가중 데이터를 적용하여 후차적 연산을 수행하는 과정이 부가적으로 이루어진다. 이러한 과정을 통해 평균필터 프로세서 이후 나타나는 값들의 표준적 오차를 줄이고, 전체적 시스템의 성능을 높일 수 있는 장점이 나타난다.
n개의 데이터에 대한 이동평균은 수식(2)과 같이 나타낼 수 있다.
여기서, 
은 n-k+1번째 데이터부터 n번째 데이터까지 총 k개의 데이터에 대한 평균을 의미한다.
상기 수식(2)에 대한 재귀식 표현은 수식(3)과 같고,
상기 수식(2)에서 상기 수식(3)을 빼면 수식(4)와 같으며,
... 수식(4)
상기 수식(4)를 
에 대해 정리하면 수식(5)와 같다.
상기 수식(5)를 이용해서 오차 발생 데이터를 적용하여 평균을 구하고자 하는 개수를 정하여 계산하게 되며 고정된 개수에 의해 오차가 변하게 된다.
상기 k를 설정하여 상기 k개의 데이터 평균 
, 상기 리더와 상기 태그로부터 측정된 이전 k개의 거리 평균 
, 현재 측정된 시간과 이전에 측정된 시간 차이 
, 거리 차이 
일 때,
상기 수식(6)과 같이 현재와 이전에 측정된 평균 거리 차이가 상기 미들웨어에서 직접 측정한 시간을 이용하여 계산한 거리보다 크다면 오차가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 오차 발생 시 추정값 
은 수식(7)과 같이 계산 가능하다.
상기 수식(7)에서 추정값 
은 측정된 거리 
에 미들웨어에서 계산된 
를 더한 값에 가중치 
를 곱하고 현재 측정된 평균거리 
에 가중치 
를 곱하여 계산한다. 상기 가중치 
는 큰 오차가 발생했다고 판단하였기 때문에 이전에 측정된 평균거리에 높은 가중치를 변경하면서 계산한다.
위치센싱 기능만을 단독으로 사용하는 경우에, GPS 수신이 불가능한 지역에서는 위치 정보를 확인할 수 없는 단점을 극복하고 위치 정보의 정확성을 향상시키기 위하여, 본 발명에서 사용하는 상기 통합센서모듈(120)은 칼만 필터(Kalman filter)를 적용하여 보행자의 보행 진동 또는 어떤 이동수단을 타고 이동하는 것에 기인한 불규칙성에 의한 가속도 정보 노이즈를 제거한 상기 3축 가속도 센싱 데이터와 통합되는 것을 특징으로 한다. 상기 칼만 필터는 효율적인 무한 임펄스 응답 필터로서, 가우시안 노이즈를 갖는 선형 동적 시스템에 대한 최적의 예측 방법을 제공하기 때문에 동작 예측 분야에서 가장 널리 알려진 기법 중의 하나이다. 상기 칼만 필터는 동적 시스템의 상태를 추정하기 위하여 오차 관측 값을 이용하며 수신 장애나 약한 신호에서도 양호한 결과를 도출할 수 있고 신호와 노이즈의 분리도가 우수하며 컴퓨터로 쉽게 구현 가능한 일반화된 회귀 알고리듬을 제공하므로 가속도계의 노이즈를 제거하는데 효율적으로 활용할 수 있다. 상기 통합센서모듈(120)로 상기 보행자의 위치 정보를 획득하기 위해서는 가속도계의 방향과 무관하게 상기 보행자의 이동 방향 및 가속도 정보를 검출할 수 있어야 하므로 3축 가속도 센싱에 의한 좌표를 진행 및 구심 가속도로 표현되는 동체 좌표로 변환하는 과정이 필요하다. 상기 통합센서모듈(120)로부터 입력 받은 X, Y, Z축 가속도의 크기를 각각 aX,aY,aZ라 하고 Y축을 기준으로 회전한 각도를 라 할 때, 중력 가속도 영향을 제외한 X축과 Z축 가속도의 합벡터 크기 는 다음의 수식(8) 및 수식(9)로 정리할 수 있다.
중력 가속도의 영향을 제외하고 상기 보행자 진행 방향에 미치는 가속도의 크기는 다음의 수식(10) 및 수식(11)로 구할 수 있다.
상기 보행자가 선회 운동을 하는 경우에 구심력이 작용하는데, 상기 구심력은 속도의 방향만을 변화시키고 그 크기는 변화시키지 않으며 직선 운동과 마찬가지로 가속도계에는 진행 방향과 반대되는 힘인 원심력이 작용하는 것처럼 나타난다. 다음의 수식(12)에서 등속 원운동의 회전 주기는 속도 벡터가 a의 가속도 방향을 바꾸어 원래의 방향으로 돌아오는 시간과 같다. 즉, 속도와 구심 가속도를 이용하면 선회 반경 r을 얻을 수 있고, 시간 t 동안 변경된 진행 방향 
는 수식(13)로 계산할 수 있다.
정북 방향을 지시할 때 0도가 되는 진행 방향 h와 속도 v로 상기 보행자가 이동하는 경우 위도 
와 경도 
의 변화는 수식(14)와 수식(15)로 계산할 수 있다. 이 때, 위도 1도의 거리는 111km이고, 경도 1도의 거리는 위도에 따라 
로 가정한다.
상기 위치추적 센싱 데이터와 상기 3축 가속도 센싱 데이터의 통합에 있어서, 전술한 바와 같이 상기 통합센서모듈(120)로부터 입력되는 값은 가속도계 자체의 노이즈와 상기 보행자의 보행 진동 또는 어떤 이동수단을 타고 이동하는 것에 기인한 불규칙성에 의한 노이즈가 포함되므로 이를 제거하기 위해 칼만 필터를 적용한다. 위치 정보를 이용하여 상기 보행자가 정지한 것을 감지하였을 때, 순수한 중력 가속도가 작용하는 것으로 판단하고 상기 3축 가속도 센싱에 의한 3축 값을 동체 좌표로 변환하여 진행 및 구심 방향 가속도를 결정한다. GPS 위치를 토대로 속도 
와 가속도 
는 참조 값으로 사용하기 위하여 다음의 수식(16)과 수식(17)로 미리 계산한다.
…수식(16)
칼만 필터에 의한 지연 효과와 지면의 기울기 보정을 위해 k시간 이후의 가속도 입력 시간을 j라 했을 때, GPS를 이용한 가속도와의 차이인 기준값 aREF를 결정하고 진행 방향 속도 vEXP및 진행 방향의 각속도 hEXP, 위도와 경도의 예측 오차 
, 
및 예측된 위도 
와 경도 
를 다음의 수식(18), 수식(19), 수식(20), 수식(21), 수식(22) 및 수식(23)을 이용하여 순차적으로 계산한다.
도 7은 본 발명에 다른 스마트 신발을 이용한 걸음걸이 자세측정 및 교정 과정의 실시흐름도이다. 본 발명에 의하면, 보행자가 착용하는 스마트 신발의 밑바닥 또는 깔창에 하나 이상의 스트레인센서가 부착되며, 상기 스트레인센서를 통해 측정한 발 압력 데이터를 이용하여 보행자의 걸음걸이 자세를 분석함에 있어, 보다 정확한 자세분석을 위해, 보정된 발 압력 데이터를 사용하여 걸음걸이 자세분석을 수행한다. 이를 위해, 우선, 보행자가 스마트 신발을 착용하면, 신발에 부착된 스트레인센서를 통해 보행자의 기본 발 압력 데이터를 측정한다(S100). 여기서, 기본 발 압력 데이터의 의미는 보행자가 신발을 착용한 후 발이 허공에 위치하고 있을 때, 즉, 보행 또는 직립 등으로 인해 발생하는 보행 압력이 발생하지 않은 상태에서 스마트 신발에 부착된 스트레인센서를 통해 측정한 보행자의 발 압력 데이터이다. 이후, 측정된 복수개의 기본 발 압력 데이터를 이용하여 기본 발 압력 데이터 대표값을 산출하며(S200). 이는 임의의 시간 간격으로 측정된 복수의 기본 발 압력 데이터를 이용하여 대표 기본 발 압력 대표값을 계산하는 것을 의미한다. 기본 발 압력 대표값은, 복수의 기본 발 압력 데이터의 평균값(mean), 로버스트(robust) 보정 평균값, 중간값(median) 등으로 계산할 수 있다. 여기서, 로버스트 보정 평균이라 함은, 복수개의 기본 발 압력 데이터 중에서 기 정해진 신뢰구간(95% 또는 99%)을 벗어나는 기본 발 압력 데이터를 제외한 나머지 기본 발 압력 데이터만을 이용하여 계산한 평균값으로, 로버스트한 데이터로 인한 평균값의 손상을 방지할 수 있는 특징이 있다. 전술한 바와 같이 구해진 기본 발 압력 대표값을 이용하여, 보행자의 보행 또는 직립 시 보행자가 착용한 스마트 신발에 부착된 스트레인센서를 통해 측정한 발 압력 데이터를 보정한다(S300). 예를 들어, 발 압력 데이터의 보정은 측정된 발 압력 데이터에서 기본 발 압력 대표값을 빼는 것이 바람직하고 이때, 발생할 수 있는 음수 데이터는 0으로 대체하거나 Null data 처리하는 것이 바람직하다. 이후, 보정된 발 압력 데이터를 이용하여 자세측정 및 교정을 위해 사용되는 압력 중심점과 중력 중심점을 계산한다(S400).
상기 압력 중심점 계산의 경우, 보정된 발 압력 데이터를 이용하여 최대 압력 값을 계산하거나, 
를 계산할 수 있다. 여기서 
이고, 
는 압력점 i의 2차원상의 좌표 (x, y)이고, 
는 압력점 i에서 보정된 발 압력 값이다. 또한, 압력점 i의 2차원상의 좌표는, 각각의 발 압력점들의 고유식별코드 또는 상대좌표를 절대좌표로 변환하는 매핑 테이블을 이용하여 구할 수 있다. 이후, 상기 압력 중심점과 상기 중력 중심점과 같은 발 압력 관련 값을 이용하여 보행자의 걸음걸이 자세를 분석한다(S500). 이 경우, 발 압력 관련 값에 더하여, 가속도 센서, 자이로 센서 및 대기압 센서를 통해 측정한 값을 함께 이용함으로써, 보다 정밀한 자세분석을 수행할 수도 있다. 또한, 기 저장된 정상 자세 데이터 값과 자세 분석 값을 비교함으로써 자세의 이상 유무를 판단할 수도 있다. 이후, 자세분석 결과를 디스플레이함으로써(S600) 보행자가 자신의 나쁜 자세 습관을 파악하여 교정할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 정지자세 분석의 경우, 사용자가 한쪽 다리만 지지하여 서 있거나, 구부정하게 몸을 앞으로 숙이거나 가슴을 과도하게 앞으로 내밀고 서 있는 등 나쁜 자세로 서 있는 순간을 자동을 감지하여 이를 보행자에게 알려 줌으로써 사용자가 자신의 나쁜 자세 습관을 파악하고 교정할 수 있도록 한다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용, 변형 및 개작을 행하는 것이 가능할 것이다. 이에, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
110 : 마이크로 컨트롤러 보드
120 : 통합센서모듈
130 : 블루투스모듈
140 : 아날로그디지털 변환기
150 : 저역통과필터
160 : 컴퓨터
170 : 전원공급모듈
120 : 통합센서모듈
130 : 블루투스모듈
140 : 아날로그디지털 변환기
150 : 저역통과필터
160 : 컴퓨터
170 : 전원공급모듈
Claims (6)
- 걸음걸이 자세측정/교정용 스마트 신발에 있어서,
마이크로프로세서와 입출력 모듈을 단일 칩으로 구성하고 센서 정보를 실시간으로 취득하는 마이크로 컨트롤러 보드(110);
3축 가속도 센싱 정보, 위치 센싱 정보 및 스트레인 센싱 정보를 취득하는 통합센서모듈(120);
상기 통합센서모듈(120)로 획득한 센싱 정보를 컴퓨터(160)에 전송하는 블루투스 모듈(130);
상기 3축 가속도 센싱 정보, 상기 위치 센싱 정보 및 상기 스트레인 센싱 정보의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그디지털 변환기(140);
상기 아날로그디지털 변환기(140)를 통과한 상기 3축 가속도 센싱 정보, 상기 위치 센싱 정보 및 상기 스트레인 센싱 정보의 디지털 신호에 들어 있는 주파수 중 차단 주파수 fc 이하의 낮은 주파수는 통과시키고 그 보다 높은 주파수는 감쇠시키는 저역통과필터(150);
상호상관분석 방법으로 보행 대칭성을 판단하는 기능이 내재된 컴퓨터(160);
상기 마이크로 컨트롤러 보드(110), 상기 통합센서모듈(120), 상기 아날로그디지털 변환기(140), 상기 저역통과필터(150)에 전원을 공급하는 전원공급모듈(170);로 구성되는 것을 특징으로 하는 걸음걸이 자세측정/교정용 스마트 신발. - 제 1 항에 있어서,
상기 통합센서모듈(120)에 의한 위치 센싱은 3축 가속도 센싱에 의한 데이터와 연동되어 보행자의 자세측정이 가능하고, 상기 위치 센싱을 단독으로 수행 시 GPS 수신이 불가능한 지역에서 상기 보행자 위치정보를 확인하기 위해서 칼만 필터를 적용하여 상기 보행자의 보행 진동 또는 불규칙성에 의한 가속도 정보 노이즈를 제거한 상기 3축 가속도 센싱 정보와 연계되는 것을 특징으로 하는 걸음걸이 자세측정/교정용 스마트 신발. - 걸음걸이 자세측정/교정용 스마트 신발의 구현방법에 있어서,
보행자가 스마트 신발을 착용하면, 신발에 부착된 스트레인센서를 통해 보행자의 기본 발 압력 데이터를 측정하는 단계(S100);
상기 S100 단계에서 측정된 복수개의 기본 발 압력 데이터를 이용하여 기본 발 압력 데이터 대표값을 산출하는 단계(S200);
상기 S200 단계에서 산출된 상기 기본 발 압력 대표값을 이용하여 상기 보행자의 보행 또는 직립 시 상기 보행자가 착용한 스마트 신발에 부착된 스트레인센서를 통해 측정한 발 압력 데이터를 보정하는 단계(S300);
상기 S300 단계에서 보정된 발 압력 데이터를 이용하여 자세측정 및 교정을 위해 사용되는 압력 중심점과 중력 중심점을 계산하는 단계(S400);
상기 압력 중심점과 상기 중력 중심점을 이용하여 상기 보행자의 걸음걸이 자세를 분석하는 단계(S500);
상기 S500 단계에서 산출된 자세분석 결과를 디스플레이시키는 단계(S600);가 포함되는 것을 특징으로 하는 걸음걸이 자세측정/교정용 스마트 신발의 구현방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 기본 발 압력 데이터는 상기 보행자가 스마트 신발을 착용한 후 발이 허공에 위치하여 보행 또는 직립으로 인해 발생하는 보행 압력이 발생하지 않은 상태에서 취득된 스트레인 센싱 정보 기반의 압력 데이터인 것을 특징으로 하는 걸음걸이 자세측정/교정용 스마트 신발의 구현방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 S200 단계는 임의의 시간 간격으로 측정된 복수의 기본 발 압력 데이터를 이용하여 기본 발 압력 대표값을 계산하고 상기 기본 발 압력 대표값은 복수의 기본 발 압력 데이터의 평균값, 로버스트 보정 평균값 및 중간값 중에서 선택되어 계산되는 것을 특징으로 하는 걸음걸이 자세측정/교정용 스마트 신발의 구현방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 S300 단계에서 수행되는 발 압력 데이터의 보정은 측정된 발 압력 데이터에서 기본 발 압력 대표값을 빼서 계산하고 이 과정에서 발생할 수 있는 음수 데이터는 0으로 대체하거나 Null data 처리하는 것을 특징으로 하는 걸음걸이 자세측정/교정용 스마트 신발의 구현방법.
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2016
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