KR20190053615A - 회전 보행을 위한 제어 방법 및 제어 장치 - Google Patents

회전 보행을 위한 제어 방법 및 제어 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20190053615A
KR20190053615A KR1020170149689A KR20170149689A KR20190053615A KR 20190053615 A KR20190053615 A KR 20190053615A KR 1020170149689 A KR1020170149689 A KR 1020170149689A KR 20170149689 A KR20170149689 A KR 20170149689A KR 20190053615 A KR20190053615 A KR 20190053615A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
user
torque
walking
phase
control parameter
Prior art date
Application number
KR1020170149689A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102566114B1 (ko
Inventor
서기홍
이주석
장준원
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020170149689A priority Critical patent/KR102566114B1/ko
Priority to US15/901,256 priority patent/US11154449B2/en
Priority to CN201810207487.9A priority patent/CN109760015B/zh
Priority to JP2018117926A priority patent/JP2019088766A/ja
Priority to EP18189756.2A priority patent/EP3483892B1/en
Priority to EP22198811.6A priority patent/EP4134965A1/en
Publication of KR20190053615A publication Critical patent/KR20190053615A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102566114B1 publication Critical patent/KR102566114B1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • 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
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/1036—Measuring load distribution, e.g. podologic studies
    • A61B5/1038—Measuring plantar pressure during gait
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/112—Gait analysis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1121—Determining geometric values, e.g. centre of rotation or angular range of movement
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/48—Other medical applications
    • A61B5/4851—Prosthesis assessment or monitoring
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6802—Sensor mounted on worn items
    • A61B5/6811—External prosthesis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50—Prostheses not implantable in the body
    • A61F2/68—Operating or control means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F5/00—Orthopaedic methods or devices for non-surgical treatment of bones or joints; Nursing devices; Anti-rape devices
    • A61F5/01—Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces
    • A61F5/0102—Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces specially adapted for correcting deformities of the limbs or for supporting them; Ortheses, e.g. with articulations
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • 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
    • A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0237—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the lower limbs
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • 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
    • A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0237—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the lower limbs
    • A61H1/0244—Hip
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0006—Exoskeletons, i.e. resembling a human figure
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H20/00—ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance
    • G16H20/30—ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance relating to physical therapies or activities, e.g. physiotherapy, acupressure or exercising
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0219—Inertial sensors, e.g. accelerometers, gyroscopes, tilt switches
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0223—Magnetic field sensors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0247—Pressure sensors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1123—Discriminating type of movement, e.g. walking or running
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F5/00—Orthopaedic methods or devices for non-surgical treatment of bones or joints; Nursing devices; Anti-rape devices
    • A61F5/01—Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces
    • A61F5/0102—Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces specially adapted for correcting deformities of the limbs or for supporting them; Ortheses, e.g. with articulations
    • A61F2005/0132—Additional features of the articulation
    • A61F2005/0155—Additional features of the articulation with actuating means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • 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
    • A61H2003/007—Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about secured to the patient, e.g. with belts
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • 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
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16—Physical interface with patient
    • A61H2201/1602—Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
    • A61H2201/1628—Pelvis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • 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
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16—Physical interface with patient
    • A61H2201/1602—Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
    • A61H2201/165—Wearable interfaces
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • 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
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16—Physical interface with patient
    • A61H2201/1657—Movement of interface, i.e. force application means
    • A61H2201/1671—Movement of interface, i.e. force application means rotational
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • 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
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A61H2201/5007—Control means thereof computer controlled
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • 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
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A61H2201/5058—Sensors or detectors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • 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
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A61H2201/5058—Sensors or detectors
    • A61H2201/5061—Force sensors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • 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
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A61H2201/5058—Sensors or detectors
    • A61H2201/5069—Angle sensors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • 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
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A61H2201/5058—Sensors or detectors
    • A61H2201/5084—Acceleration sensors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • 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
    • A61H2230/00—Measuring physical parameters of the user

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Pain & Pain Management (AREA)
  • Rehabilitation Therapy (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Nursing (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Prostheses (AREA)

Abstract

일 실시예에 따른 회전 보행을 위한 제어 방법 및 장치는 센서 정보를 수신하고, 센서 정보에 기초하여, 사용자의 회전 보행을 인식하며, 회전 보행을 보조하기 위하여, 적어도 하나의 제어 파라미터를 조절한다.

Description

회전 보행을 위한 제어 방법 및 제어 장치{CONTROL METHOD AND CONTROL APPARATUS FOR TURNING WALKING}
아래의 실시예들은 보행을 보조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전 보행을 위한 제어 방법 및 제어 장치에 관한 것이다.
최근 고령화 사회가 심화되면서 관절에 문제가 있어서 이에 대한 고통과 불편을 호소하는 사람들이 증가하고 있고, 관절이 불편한 노인이나 환자들이 보행을 원활하게 할 수 있는 보행 보조 장치에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한, 군사용 등의 목적으로 인체의 근력을 강화시키기 위한 보행 보조 장치들이 개발되고 있다.
일반적으로 보행 보조 장치는 직선 보행을 가정하지만, 직선 보행 구간과 회전 보행 구간은 보행 페이즈 별 좌우 보조력의 차이, 보폭의 크기 및 토크의 크기 등이 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 회전 보행 구간에서의 토크(torque)의 크기를 직선 보행 구간과 동일하게 제어할 경우, 회전 보행 구간에서의 원활한 방향 전환이 불가능할 수 있다.
일 측에 따르면, 제어 방법은 센서 정보를 수신하는 단계; 상기 센서 정보에 기초하여, 사용자의 회전 보행을 인식하는 단계; 및 상기 회전 보행을 보조하기 위하여, 적어도 하나의 제어 파라미터를 조절하는 단계를 포함한다.
상기 인식하는 단계는 상기 센서 정보에 기초하여, 보행에 따라 변화하는 변동 성분을 추적하는 단계; 및 상기 변동 성분에 기초하여, 상기 사용자가 상기 회전 보행 중인지 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 판단하는 단계는 상기 변동 성분으로부터 대표 성분을 추출하는 단계; 상기 대표 성분의 변동폭이 미리 정해진 범위 이내로 유지되는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 변동폭이 상기 미리 정해진 범위를 초과하는 경우, 상기 사용자가 상기 회전 보행 중이라고 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 변동 성분은 보행 중 상기 사용자의 몸이 향하는 방향 및 보행 중 상기 사용자의 골반이 향하는 방향 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 변동 성분은 상기 사용자의 좌측 고관절부의 움직임에 대응하는 제1 변동 성분 및 상기 사용자의 우측 고관절부의 움직임에 대응하는 제2 변동 성분을 포함하고, 상기 판단하는 단계는 상기 제1 변동 성분 및 상기 제2 변동 성분의 대칭성을 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과 상기 제1 변동 성분 및 상기 제2 변동 성분이 비대칭하다고 인식되는 경우, 상기 사용자가 상기 회전 보행 중이라고 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 조절하는 단계는 상기 회전 보행을 보조하기 위하여, 상기 적어도 하나의 제어 파라미터를 위한 게인(gain)을 결정하는 단계; 및 상기 게인을 상기 적어도 하나의 제어 파라미터에 적용하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제어 파라미터는 보행 페이즈 별 고관절 토크, 보행 페이즈 별 발목 관절 토크, 보행 페이즈 별 무릎 관절 토크 및 보행 페이즈 별 발바닥 토크 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 제어 방법은 상기 센서 정보에 기초하여, 상기 사용자의 회전 방향을 인식하는 단계를 더 포함하고, 상기 조절하는 단계는 상기 회전 방향에 기초하여 상기 적어도 하나의 제어 파라미터를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 회전 방향을 인식하는 단계는 상기 센서 정보가 획득된 신체 부분의 z 축 방향 회전 각도에 기초하여 상기 회전 방향을 인식하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 회전 방향에 기초하여 상기 적어도 하나의 제어 파라미터를 조절하는 단계는 상기 회전 방향이 왼쪽이면, 상기 사용자의 좌측 고관절부의 스윙 페이즈(swing phase)의 토크를 감소시키는 단계; 및 상기 사용자의 우측 고관절부의 스탠스 페이즈(standing phase)의 토크를 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 회전 방향에 기초하여 상기 적어도 하나의 제어 파라미터를 조절하는 단계는 상기 회전 방향이 오른쪽이면, 상기 사용자의 좌측 고관절부의 스탠스 페이즈의 토크를 감소시키는 단계; 및 상기 사용자의 우측 고관절부의 스윙 페이즈의 토크를 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 회전 방향에 기초하여 상기 적어도 하나의 제어 파라미터를 조절하는 단계는 상기 회전 방향이 왼쪽이면, 상기 사용자의 우측 발목 관절부의 푸시 오프 페이즈(push off phase)의 토크를 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 회전 방향에 기초하여 상기 적어도 하나의 제어 파라미터를 조절하는 단계는 상기 회전 방향이 오른쪽이면, 상기 사용자의 좌측 발목 관절부의 푸시 오프 페이즈의 토크를 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제어 방법은 상기 센서 정보에 기초하여, 상기 사용자의 회전 정도를 인식하는 단계를 더 포함하고, 상기 조절하는 단계는 상기 회전 정도에 기초하여 상기 적어도 하나의 제어 파라미터를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 제어 파라미터를 조절하는 단계는 상기 회전 정도에 기초하여 상기 적어도 하나의 제어 파라미터를 위한 게인(gain)을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 센서 정보는 관성 센서, 방위각 감지 센서, 지자기 센서, 및 발바닥 접촉 센서 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 의해 감지될 수 있다.
일 측에 따르면, 제어 장치는 센서 정보를 수신하는 통신 인터페이스; 및 상기 센서 정보에 기초하여, 사용자의 회전 보행을 인식하고, 상기 회전 보행을 보조하기 위하여, 적어도 하나의 제어 파라미터를 조절하는 프로세서를 포함한다.
상기 프로세서는 상기 센서 정보에 기초하여, 보행에 따라 변화하는 변동 성분을 추적하고, 상기 변동 성분에 기초하여, 상기 사용자가 상기 회전 보행 중인지 여부를 판단할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 변동 성분으로부터 대표 성분을 추출하고, 상기 대표 성분의 변동폭이 미리 정해진 범위 이내로 유지되는지 여부를 판단하며, 상기 변동폭이 상기 미리 정해진 범위를 초과하는 경우, 상기 사용자가 상기 회전 보행 중이라고 판단할 수 있다.
상기 변동 성분은 보행 중 상기 사용자의 몸이 향하는 방향 및 보행 중 상기 사용자의 골반이 향하는 방향 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 변동 성분은 상기 사용자의 좌측 고관절부의 움직임에 대응하는 제1 변동 성분 및 상기 사용자의 우측 고관절부의 움직임에 대응하는 제2 변동 성분을 포함하고, 상기 프로세서는 상기 제1 변동 성분 및 상기 제2 변동 성분의 대칭성을 비교하고, 상기 비교 결과 상기 제1 변동 성분 및 상기 제2 변동 성분이 비대칭하다고 인식되는 경우, 상기 사용자가 상기 회전 보행 중이라고 판단할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 회전 보행을 보조하기 위하여, 상기 적어도 하나의 제어 파라미터를 위한 게인을 결정하고, 상기 게인을 상기 적어도 하나의 제어 파라미터에 적용할 수 있다.
상기 제어 파라미터는 보행 페이즈 별 고관절 토크, 보행 페이즈 별 발목 관절 토크, 보행 페이즈 별 무릎 관절 토크 및 보행 페이즈 별 발바닥 토크 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 센서 정보에 기초하여, 상기 사용자의 회전 방향을 인식하고, 상기 회전 방향에 기초하여 상기 적어도 하나의 제어 파라미터를 조절할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 센서 정보가 획득된 신체 부분의 z 축 방향 회전 각도에 기초하여 상기 회전 방향을 인식할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 회전 방향이 왼쪽이면, 상기 사용자의 좌측 고관절부의 스윙 페이즈의 토크를 감소시키고, 상기 사용자의 우측 고관절부의 스탠스 페이즈의 토크를 감소시킬 수 있다.
상기 프로세서는 상기 회전 방향이 오른쪽이면, 상기 사용자의 좌측 고관절부의 스탠스 페이즈의 토크를 감소시키고, 상기 사용자의 우측 고관절부의 스윙 페이즈의 토크를 감소시킬 수 있다.
상기 프로세서는 상기 회전 방향이 왼쪽이면, 상기 사용자의 우측 발목 관절부의 푸시 오프 페이즈의 토크를 감소시킬 수 있다.
상기 프로세서는 상기 회전 방향이 오른쪽이면, 상기 사용자의 좌측 발목 관절부의 푸시 오프 페이즈의 토크를 감소시킬 수 있다.
상기 프로세서는 상기 센서 정보에 기초하여, 상기 사용자의 회전 정도를 인식하고, 상기 회전 정도에 기초하여 상기 적어도 하나의 제어 파라미터를 조절할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 회전 정도에 기초하여 상기 적어도 하나의 제어 파라미터를 위한 게인을 조절할 수 있다.
상기 센서 정보는 관성 센서, 방위각 감지 센서, 지자기 센서, 및 발바닥 접촉 센서 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 의해 감지될 수 있다.
도 1 및 2는 일 예에 따른 보행 보조 장치의 구성을 도시한 도면.
도 3은 일 실시예에 따른 회전 보행을 위한 제어 방법을 나타낸 흐름도
도 4는 일 실시예에 따른 회전 보행을 인식하는 방법을 나타낸 흐름도.
도 5는 일 실시예에 따른 사용자 보행 시의 변동 성분의 변화를 도시한 그래프.
도 6은 다른 실시예에 따른 회전 보행을 인식하는 방법을 나타낸 흐름도.
도 7a 내지 도 7d는 실시예들에 따라 제어 파라미터를 위한 게인을 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 8은 일 실시예에 따른 회전 보행 구간에서의 보행에 따른 변동 성분, 변동 성분의 변동폭, 및 게인(gain) 간의 관계를 설명하기 위한 도면.
도 9는 일 실시예에 따른 보행 보조 장치를 제어하는 방법을 나타낸 흐름도.
도 10는 일 예에 따른 보행 페이즈들 간의 천이를 도시한 도면.
도 11 내지 도 14는 실시예들에 따른 제어 파라미터를 조절하는 방법을 나타낸 흐름도.
도 15 및 도 16은 실시예들에 따른 왼쪽 회전 보행 시에 게인과 좌,우 관절부의 토크 간의 관계를 설명하기 위한 도면.
도 17 및 도 18은 실시예들에 따른 회전 보행을 위한 제어 장치의 블록도.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1 및 2는 일 예에 따른 보행 보조 장치의 구성을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 보행 보조 장치(100)는 사용자의 보행을 보조한다. 보행 보조 장치(100)는 웨어러블 장치(wearable device)일 수 있다.
도 1은 보행 보조 장치(100)의 일 예로서 힙 타입(hip-type)의 보행 보조 장치를 도시하고 있으나, 보행 보조 장치(100)의 타입은 반드시 힙 타입에 제한되는 것은 아니며, 보행 보조 장치는 하지 전체를 지원하는 형태 또는 하지 일부를 지원하는 타입일 수 있다. 또한, 보행 보조 장치는 하지 일부를 지원하는 형태, 무릎까지 지원하는 형태, 발목까지 지원하는 형태 및 전신을 지원하는 형태 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 이하에서 설명되는 실시예들은 힙 타입에 대해 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것이 아니며 능동형 의족과 같이 사용자의 보행을 보조하는 다양한 형태의 장치들에 대해서 모두 적용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 보행 보조 장치(100)는 구동부(110), 센서부(120), 관성(Inertial Measurement Unit; IMU) 센서(130) 및 제어부(140)를 포함한다.
구동부(110)는 사용자의 고관절(hip joint)에 구동력을 제공할 수 있다. 구동부(110)는 사용자의 오른쪽 힙 및/또는 왼쪽 힙 부분에 위치할 수 있다. 실시예에 따라서, 구동부(110)는 사용자의 고관절 이외에도 사용자의 좌,우 무릎 관절, 좌,우 발목 관절 등에 구동력을 제공할 수도 있다. 구동부(110)는 회전 토크를 발생시키는 모터를 포함할 수 있다.
센서부(120)는 보행 시 사용자의 고관절의 각도를 측정할 수 있다. 센서부(120)에서 센싱되는 고관절의 각도에 대한 정보는 오른쪽 고관절의 각도, 왼쪽 고관절의 각도, 양쪽 고관절 각도들 간의 차이 및 고관절 운동 방향을 포함할 수 있다. 실시예에 따라서, 센서부(120)는 보행 시 사용자의 좌,우 무릎 관절, 및/또는 좌, 우 발목 관절의 각도를 측정할 수도 있다. 예를 들어, 센서부(120)는 구동부(110)에 포함될 수 있다.
실시예에 따라서, 센서부(120)는 포텐셔미터(potentiometer)를 포함할 수 있다. 포텐셔미터는 사용자의 보행 동작에 따른 R축, L축 관절 각도 및 R축, L축 관절 각속도를 센싱할 수 있다.
관성 센서(130)는 보행 시 가속도 정보와 자세 정보를 측정할 수 있다. 관성 센서(130)는 3축 자이로 센서, 가속도 센서 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 관성 센서(130)는 사용자의 보행 동작에 따른 X축, Y축, Z축 3방향의 가속도 및 회전율, 그리고, 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw)의 3 방향 기울기 각도를 센싱할 수 있다. 이때, 요 방향의 각도를 통해 IMU 센서(130)가 향하는 방위, 다시 말해 머리 위에서 봤을 때 사용자의 몸통이 바라보는 방향을 알 수 있다. 이하에서 사용자의 몸통이 바라보는 방향을 '바디 요 앵글(body yaw angle)'이라 부르기로 한다.
보행 보조 장치(100)는 관성 센서(130)에서 측정된 가속도 정보에 기반하여 사용자의 발이 착지하는 지점을 검출할 수 있다. 압력 센서(도시되지 않음)는 사용자의 발바닥에 위치하여 사용자의 발의 착지 시점을 검출할 수 있다.
보행 보조 장치(100)는 앞서 설명한 센서부(120) 및 관성 센서(130) 이외에, 보행 동작에 따른 사용자의 운동량 또는 생체 신호 등의 변화를 센싱할 수 있는 다양한 센서들(예를 들어, 근전도 센서(EMG(ElectroMyoGram) sensor)) 등)을 포함할 수 있다.
제어부(140)는 통신 장치를 포함할 수 있으며, 통신 장치를 이용하여 외부의 장치와 통신할 수 있다.
제어부(140)는 구동부(110)가 사용자의 보행을 돕기 위한 보조력을 출력하도록, 구동부(110)를 제어할 수 있다. 구동부(110)는 보행 보조에 필요한 토크를 생성하기 위해 고관절의 전후, 좌우 작동 방향으로 부착될 수도 있고, 무릎 및/또는 발목의 전후, 좌우 작동 방향으로 부착될 수도 있다. 또한, 구동부(110)는 고관절, 무릎 및/또는 발목에 각각 부착될 수 있다. 이와 같이 구동부(110)는 복수 개로 구성되며, 사용자의 보행을 돕기 위한 보조력을 필요로 하는 다양한 신체 부분들 각각에 부착될 수 있다.
예를 들어, 힙 타입의 보행 보조 장치(100)에서, 구동부(110)는 두 개(왼쪽 힙 및 오른쪽 힙)일 수 있고, 제어부(140)는 토크가 발생하도록 구동부(110)를 제어하는 제어 신호를 출력할 수 있다. 구동부(110)는 제어부(140)가 출력한 제어 신호에 기반하여, 토크를 발생시킬 수 있다. 제어 신호는 예를 들어, 제어 파라미터 및/또는 제어 파라미터를 위한 게인(gain)을 포함할 수 있다.
직선 보행 구간과 회전 보행 구간은 좌우 보조력의 차이, 및 토크의 크기 등이 서로 상이하다. 예를 들어, 회전 보행 구간에서의 토크(torque)의 크기를 직선 보행 구간과 동일하게 할 경우, 원활한 방향 전환이 불가능할 수 있다. 일 실시예에서는 회전 보행을 인식하고, 회전 보행이 인식되면 회전 보행을 보조하기 위하여, 적어도 하나의 제어 파라미터를 조절함으로써 원활한 회전 보행이 가능하도록 할 수 있다. 회전 보행을 인식하고, 제어 파라미터를 조절하는 방법에 대하여는 아래의 도 3 내지 도 18을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 3은 일 실시예에 따른 회전 보행을 위한 제어 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 회전 보행을 위한 제어 장치(이하, '제어 장치')는 전술한 보행 보조 장치(100) 자체이거나 또는 보행 보조 장치를 위한 별도의 장치일 수 있다.
제어 장치는 센서 정보를 수신한다(310). 센서 정보는 예를 들어, 골반, 복부, 가슴, 등, 머리 등과 같이 사용자의 몸통에 가까우면서 팔이나 다리와 같이 동작이 많지 않은 신체 부분에서 센싱된 것일 수 있다. 또한, 센서 정보는 예를 들어, 관절 센서(관절 각도 센서, 관절 가속도 센서), 관성 센서, 방위각 감지 센서, 지자기 센서, 압력 센서, 및 발바닥 접촉 센서 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 의해 감지될 수 있다. 관절 각도 센서는 저항 방식, 정전용량 방식 및 편광 방식을 포함할 수 있다.
센서 정보는 예를 들어, 사용자의 고관절 각도, 고관절 각속도, 고관절 각가속도, 무릎 관절 각도, 무릎 관절 각속도, 무릎 관절 각가속도, 발목 관절 각도, 발목 관절 각속도, 발목 관절 각가속도, 압력의 크기, 및 관성 센서의 센싱 데이터 등을 포함할 수 있다.
제어 장치는 센서 정보에 기초하여, 사용자의 회전 보행을 인식한다(320). 제어 장치가 사용자의 회전 보행을 인식하는 방법은 도 4 내지 도 6을 참조하여 구체적으로 설명한다.
제어 장치는 회전 보행을 보조하기 위하여, 적어도 하나의 제어 파라미터를 조절한다(330). 제어 장치는 회전 보행을 보조하기 위하여, 적어도 하나의 제어 파라미터를 위한 게인을 결정하고, 게인을 적어도 하나의 제어 파라미터에 적용함으로써 제어 파라미터를 조절할 수 있다. 제어 장치는 예를 들어, 회전 보행이 인식되면, 모든 제어 파라미터에 게인을 곱하여 회전 방향에 상관없이 제어 장치의 구동부의 토크를 모두 감소시킬 수 있다.
제어 장치는 센서 정보에 기초하여 회전 방향을 인식하고, 회전 방향에 기초하여 적어도 하나의 제어 파라미터를 제어할 수 있다. 또는, 제어 장치는 센서 정보에 기초하여, 사용자의 회전 정도를 인식하고, 회전 정도에 기초하여 적어도 하나의 제어 파라미터를 조절할 수 있다. 회전 정도는 예를 들어, 회전 각도, 및/또는 회전 각속도를 포함할 수 있다. 또는 제어 장치는 회전 정도에 기초하여 적어도 하나의 제어 파라미터를 위한 게인(gain)을 조절할 수 있다. 제어 장치가 게인을 조절하는 방법은 도 7을 참조하여 구체적으로 설명한다.
제어 파라미터는 예를 들어, 보행 페이즈 별 고관절 토크, 보행 페이즈 별 발목 관절 토크, 보행 페이즈 별 무릎 관절 토크 및 보행 페이즈 별 발바닥 토크 등을 포함할 수 있다. 보행 페이즈에 대하여는 도 10을 참조하여 구체적으로 설명한다. 또한, 제어 장치가 제어 파라미터를 조절하는 방법은 도 11 내지 도 14를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 4는 일 실시예에 따른 회전 보행을 인식하는 방법을 나타낸 흐름도이고, 도 5는 일 실시예에 따른 사용자 보행 시의 변동 성분의 변화를 도시한 그래프이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 제어 장치는 센서 정보에 기초하여, 보행에 따라 변화하는 변동 성분을 추적할 수 있다(410). 도 5의 그래프(500)에 도시된 변동 성분은 예를 들어, 보행 중 사용자의 몸통이 향하는 방향(다시 말해 바디 요 앵글), 또는 보행 중 사용자의 골반이 향하는 방향일 수 있다. 제어 장치는 변동 성분에 기초하여, 사용자가 회전 보행 중인지 여부를 판단할 수 있다.
보다 구체적으로, 제어 장치는 변동 성분으로부터 대표 성분을 추출할 수 있다(420). 제어 장치는 예를 들어, 도 5의 그래프(500)에서 변동 성분(바디 요 앵글)이 최소가 되는 순간(t1 시간 및 t3 시간)의 값(θ1, θ3)과 최대가 되는 순간(t2 시간 및 t4 시간)의 값(θ2, θ4)을 읽고, 그 중간 값인
Figure pat00001
을 대표 성분으로 추출할 수 있다.
제어 장치는 대표 성분의 변동폭이 미리 정해진 범위를 초과하는지를 판단할 수 있다(430). 제어 장치는 예를 들어, 도 5의 그래프(500)에서 중간 값
Figure pat00002
을 갱신하면서 이전 중간 값과 비교하여 한 스텝 당 중간 값의 i 번째 변화 값
Figure pat00003
을 알 수 있다. 이때, 한 스텝 당 중간 값의 i 번째 변화 값
Figure pat00004
은 대표 성분의 변동폭에 해당할 수 있다.
단계(430)에서 대표 성분의 변동폭이 미리 정해진 범위를 초과하는 경우, 제어 장치는 사용자가 회전 보행 중이라고 판단할 수 있다(440). 예를 들어,
Figure pat00005
를 미리 정해진 범위 혹은 임계치라고 하면, 제어 장치는
Figure pat00006
인 경우, 사용자가 회전 보행 중이라고 판단할 수 있다.
단계(430)에서 대표 성분의 변동폭이 미리 정해진 범위 이내로 유지되는 경우, 제어 장치는 사용자가 직선 보행 중이라고 판단할 수 있다(450). 제어 장치는 예를 들어,
Figure pat00007
인 경우, 사용자가 직선 보행 중이라고 판단할 수 있다. 이때, 미리 정해진 범위 혹은 임계치는 실험을 통해 결정될 수 있다.
또한, 제어 장치는 사용자가 회전 보행 중이라고 판단되면,
Figure pat00008
의 부호를 통해 회전 방향의 좌우를 결정할 수 있다. 예를 들어, 바디 요 앵글의 값이 좌로 회전할 경우에 증가하도록 정의되어 있다면, 제어 장치는
Figure pat00009
인 경우에는 회전 방향을 왼쪽으로 결정하고,
Figure pat00010
인 경우에는 회전 방향을 오른쪽으로 결정할 수 있다.
도 6은 다른 실시예에 따른 회전 보행을 인식하는 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 제어 장치는 센서 정보에 기초하여, 보행에 따라 변화하는 제1 변동 성분 및 제2 변동 성분을 추적할 수 있다(610). 예를 들어, 제1 변동 성분은 사용자의 좌측 관절부의 움직임에 대응하는 변동 성분이고, 제2 변동 성분은 사용자의 우측 관절부의 움직임에 대응하는 변동 성분일 수 있다.
제어 장치는 제1 변동 성분 및 제2 변동 성분의 대칭성을 비교함으로써 회전 보행 여부를 인식할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어 장치는 제1 변동 성분 및 제2 변동 성분이 비대칭인지 여부를 판단할 수 있다(620). 단계 (620)에서 제1 변동 성분 및 제2 변동 성분이 비대칭이라고 판단되면, 제어 장치는 사용자가 회전 보행 중이라고 판단할 수 있다(630).
단계 (620)에서 제1 변동 성분 및 제2 변동 성분이 비대칭이 아니라고, 다시 말해, 제1 변동 성분 및 제2 변동 성분이 대칭이라고 판단되면, 제어 장치는 사용자가 직선 보행 중이라고 판단할 수 있다(640).
예를 들어, 왼쪽 방향으로 회전 보행을 하는 경우, 회전 방향의 안쪽에 있는 사용자의 왼쪽 다리는 회전 방향의 바깥쪽에 있는 오른쪽 다리에 비해 보폭을 좁게 하여 회전 보행이 원활하도록 할 수 있다. 또한, 오른쪽 방향으로 회전 보행을 하는 경우, 회전 방향의 안쪽에 있는 사용자의 오른쪽 다리는 회전 방향의 바깥쪽에 있는 왼쪽 다리에 비해 보폭을 좁게 할 수 있다. 이와 같이 어느 한쪽의 다리에서의 보폭을 달리하는 경우, 제1 변동 성분과 제2 변동 성분은 서로 차이가 발생할 수 있다. 일 실시예에 따른 제어 장치는 이러한 제1 변동 성분과 제2 변동 성분 간의 비대칭에 의해 회전 보행과 직선 보행을 구분할 수 있다.
도 7a 내지 도 7d는 실시예들에 따라 제어 파라미터를 위한 게인을 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
회전 보행 시의 보행을 보조하기 위한 토크를 결정하는 경우, 직선 보행 및 회전 보행을 구분하지 않고도, 제어 파라미터를 위한 게인을 이용하여 직선 보행과 회전 보행의 정도를 표현할 수 있다. 게인은 0보다 같거나 크고, 1 보다 작거나 같은 실수 값을 가질 수 있다. 게인을 이용하는 경우, 직선 보행과 회전 보행 여부에 따라 토크를 연속적으로 조절할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어 장치는 회전 보행을 보조하기 위해, 회전 보행 구간에서 산출된 토크에 대해 게인
Figure pat00011
을 결정하고, 게인을 제어 파라미터에 적용할 수 있다. 제어 장치는 대표 성분의 변동폭
Figure pat00012
의 값에 따라 변화하는 방식으로 게인을 결정할 수 있다.
도 7(a)의 그래프에서, 예를 들어, 대표 성분의 변동폭
Figure pat00013
에 대한 제1 임계치가 ±a 이고, 제2 임계치가 ±b 라고 하자. 이때, 제1 임계치는 직선 보행으로 간주할 수 있는 변동폭(예를 들어, ±7 도)에 해당하고, 제2 임계치는 회전 보행으로 간주할 수 있는 변동폭에 해당할 수 있다.
대표 성분의 변동폭
Figure pat00014
이 ±a 이내에 있는 경우, 제어 장치는 게인
Figure pat00015
= 1 로 결정할 수 있다. 대표 성분의 변동폭
Figure pat00016
이 ±b를 초과하는 경우, 제어 장치는 게인
Figure pat00017
= 0.5 로 결정할 수 있다.
대표 성분의 변동폭
Figure pat00018
이 나머지 영역(대표 성분의 변동폭
Figure pat00019
이 -b보다 크고, -a보다 작은 영역, 및 a 보다 크고 b 보다 작은 영역)에 있는 경우, 제어 장치는 게인
Figure pat00020
가 갑자기 변하지 않도록 게인
Figure pat00021
을 0.5와 1 사이의 선형 값으로 결정할 수 있다.
도 7(b)의 그래프를 참조하면, 대표 성분의 변동폭
Figure pat00022
이 ±a 이내에 있는 경우, 제어 장치는 게인
Figure pat00023
= 1 로 결정할 수 있다. 또한, 대표 성분의 변동폭
Figure pat00024
이 ±a 를 초과하는 경우, 제어 장치는 게인
Figure pat00025
= 0.5 로 결정할 수 있다.
또는 도 7(c)의 그래프에 도시된 것과 같이, 제어 장치는 대표 성분의 변동폭
Figure pat00026
이 ±a 이내에 있는 경우에 게인
Figure pat00027
= 1 로 결정하고, ±a 를 초과하는 경우에는 게인
Figure pat00028
= 1에서 0.5로 완만하게 감소하는 값으로 결정할 수 잇다.
이 밖에도, 도 7(d)의 그래프에 도시된 것과 같이, 제어 장치는 대표 성분의 변동폭
Figure pat00029
이 ±a 이내에 있는 경우, 게인
Figure pat00030
= 1 로 결정하고, 대표 성분의 변동폭
Figure pat00031
이 ±b를 초과하는 경우, 게인
Figure pat00032
= 0.5 로 결정할 수 있다. 대표 성분의 변동폭
Figure pat00033
이 나머지 영역(대표 성분의 변동폭
Figure pat00034
이 -b보다 크고, -a보다 작은 영역, 및 a 보다 크고 b 보다 작은 영역)에 있는 경우, 제어 장치는 게인
Figure pat00035
= 0.75로 결정할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 회전 보행 구간에서의 회전 보행에 따른 변동 성분, 변동 성분의 변동폭, 및 게인(gain) 간의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 8을 참조하면, 그래프(810)은 사용자의 회전 보행에 따른 골반 요 앵글(Pelvis Yaw angle))
Figure pat00036
또는 골반 요 앵글이 최대가 되는 순간의 값과 최소가 되는 순간의 값의 중간 값인
Figure pat00037
의 변화를 나타낼 수 있다. 그래프(810)에서
Figure pat00038
값이 변화하는 구간(예를 들어, 170초에서 175초의 구간)은 회전 보행 구간에 해당할 수 있다.
그래프(830)는 스텝 당 회전수(rotation per step)
Figure pat00039
를 나타낸다. 스텝당 회전수는
Figure pat00040
또는
Figure pat00041
의 변화율에 해당할 수 있다. 스텝 당 회전수는 예를 들어, 직선 보행 구간에서는 0에 가깝고, 회전 보행 구간에서는 20 이상까지 증가하는 것을 볼 수 있다.
이 때, 회전 여부를 판단하는 파라미터인 게인
Figure pat00042
의 값은 그래프(850)에 표시되어 있다. 그래프(850)에서 게인
Figure pat00043
은 직선 보행 구간에서는 1을 유지하고, 스텝 당 회전수가 일정 값(예를 들어, 7 도) 이상으로 증가하는 경우에 감소할 수 있다.
제어 장치는 회전 보행이라고 인식되면, 모든 제어 파라미터에 게인을 곱해 크기를 감소시킴으로써 회전 보행 구간에서는 보다 원활한 토크 제어 및 방향 전환이 가능하도록 할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 보행 보조 장치를 제어하는 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 9를 참조하면, 일 실시예에 따른 보행 보조 장치는 IMU 센서로부터 센서 정보
Figure pat00044
를 획득할 수 있다(905).
보행 보조 장치는 센서 정보
Figure pat00045
가 센서 정보들 중 가장 작은 값인지를 판단하고(910), 가장 작은 값이라면, 센서 정보
Figure pat00046
를 최소 값
Figure pat00047
로 결정할 수 있다(915).
단계(910)에서 센서 정보
Figure pat00048
가 센서 정보들 중 가장 작은 값이 아니라고 판단되면, 보행 보조 장치는 센서 정보
Figure pat00049
가 센서 정보들 중 가장 큰 값인지를 판단할 수 있다(920). 단계(920)에서 센서 정보
Figure pat00050
가 센서 정보들 중 가장 큰 값이 아니라고 판단되면, 보행 보조 장치는 적어도 하나의 제어 파라미터를 결정하고(950), 적어도 하나의 제어 파라미터를 이용하여 보행 보조 장치를 제어할 수 있다(955).
단계(920)에서 센서 정보
Figure pat00051
가 센서 정보들 중 가장 큰 값이라고 판단되면, 보행 보조 장치는 센서 정보
Figure pat00052
를 최대 값
Figure pat00053
로 결정할 수 있다(925).
보행 보조 장치는 센서 정보의 현재의 변화율 값
Figure pat00054
에 의해 이전의 변화율 값
Figure pat00055
을 설정한 후(930), 최소 값
Figure pat00056
및 최대 값
Figure pat00057
의 평균값을 현재의 변화율 값
Figure pat00058
으로 결정할 수 있다(935).
보행 보조 장치는 현재의 변화율
Figure pat00059
과 이전 변화율
Figure pat00060
간의 차이
Figure pat00061
를 산출하고(940),
Figure pat00062
에 대응하는 게인
Figure pat00063
을 산출할 수 있다(945). 단계(945)에서 보행 보조 장치는 예를 들어, 도 7을 통해 전술한 방법들을 이용하여
Figure pat00064
에 대응하는 게인
Figure pat00065
을 산출할 수 있다.
보행 보조 장치는 단계(945)에서 산출한 게인을 적용하여 적어도 하나의 제어 파라미터를 결정하고(950), 적어도 하나의 제어 파라미터를 이용하여 보행 보조 장치를 제어할 수 있다(955).
도 10는 일 예에 따른 보행 페이즈들 간의 천이를 도시한 도면이다. 도 10을 참조하면, 보행 시의 사용자의 보행 동작들(1001, 1003, 1005, 1007) 및 보행 페이즈들(walking phases)(1010, 1020, 1030, 1040, 1050, 1060)이 도시된다.
보행 시에 왼쪽 다리 및 오른쪽 다리는 대칭적으로 움직이고, 왼쪽 다리의 보행 싸이클의 주기 및 오른쪽 다리의 보행 싸이클의 주기는 서로 동일하거나 유사할 수 있다. 예를 들어, 보행 싸이클은 제1 다리가 지면에 닿는 순간부터 제1 다리가 다시 지면에 닿는 순간까지를 한 주기로 정의할 수 있다.
보행 동작들(1001, 1003, 1005, 1007)은 왼쪽 다리의 보행 싸이클에서의 동작을 나타낸다.
보행 동작(1001)은 오른쪽 고관절 스탠스 페이즈(1010)에 해당하고, 보행 동작(1003)은 왼쪽 고관절 스윙 페이즈(1020)에 해당한다. 보행 동작(1005)은 오른쪽 발목 푸시 오프 페이즈(1030)에 해당하고, 보행 동작(1007)은 왼쪽 고관절 스탠스 페이즈(1040)에 해당할 수 있다.
'스윙 페이즈(swing phase)'는 보행 싸이클에서 제1 다리가 일정 각도로 뒤에서 앞으로 움직이는 상태를 의미한다. '스탠스 페이즈(stance phase)'는 보행 싸이클에서 제1 다리가 지면에 부착되어 지지하고 있는 상태를 의미한다. 스윙 페이즈의 토크는 예를 들어, 관절이 접히는 방향으로의 수축(flexion) 토크에 해당하고, 스탠스 페이즈의 토크는 관절이 펴지는 방향으로의 확장(extension) 토크에 해당할 수 있다.
보행 시 사용자의 발목은 발목 관절을 중심으로 배굴(dorsi-flexion) 동작 또는 척굴(plantar-flexion) 동작을 수행할 수 있다. 배굴 동작은 발목을 발등 방향으로 당기는 운동에 해당하고, 척굴 동작은 발목을 뒤꿈치 방향으로 밀어주는 운동, 다시 말해 땅을 미는 운동에 해당할 수 있다. '푸시 오프(push-off) 페이즈'는 제1 다리의 스윙 페이즈 이후의 제2 다리의 발목에서 밀어주는 토크를 발생시키는 상태를 의미한다. 푸시 오프 페이즈의 토크는 발바닥 쪽 굽힘(plantar flexion) 토크에 해당할 수 있다. 일 실시예에서는 배굴 동작에 의해 발생하는 푸시 오프 페이즈를 고려하여 발목 관절에 대한 제어 동작을 수행할 수 있다.
보행 메카니즘(walking mechanism)에 따르면 보행 시작 시의 보행 상태는 다를 수 있으나, 고관절 및 발목 관절의 동작을 포함하는 보행 페이즈들은 예를 들어, 오른쪽 고관절 스탠스 페이즈(1010), 왼쪽 고관절 스윙 페이즈(1020), 오른쪽 발목 푸시 오프 페이즈(1030), 왼쪽 고관절 스탠스 페이즈(1040), 오른쪽 고관절 스윙 페이즈(1050), 왼쪽 발목 푸시 오프 페이즈(1060)의 순서로 천이할 수 있다. 보행 페이즈는 '보행 상태(walking state)'로도 표현할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어 장치가 스윙 페이즈, 스탠스 페이즈 및 푸시 오프 페이즈를 인식하는 방법의 일 예는 다음과 같다.
예를 들어, 압력 센서에서 측정된 압력이 설정 압력 이하이면, 제어 장치는 사용자의 보행 상태가 스윙 페이즈인 것으로 결정할 수 있다. 이때, 압력 센서는 사용자의 발바닥이 신발의 깔창을 누르는 주요 부분들에 위치할 수 있다. 압력 센서는 예를 들어, 사용자의 앞꿈치(ball)의 압력을 감지하는 앞발 센서와 사용자의 뒤꿈치(heel)의 압력을 감지하는 뒷발 센서를 포함할 수 있다.
제어 장치는 압력 센서에서 측정된 압력이 설정 압력을 초과하면, 사용자의 보행 상태가 스탠딩 페이즈인 것으로 결정할 수 있다.
제어 장치는 사용자의 보행 상태가 스탠스 페이즈인 것으로 결정되면, 앞발 센서와 뒷발 센서에 의해 측정된 압력에 기초하여 사용자가 푸시 오프 동작을 수행할 시점인지 여부를 결정할 수 있다. 사용자가 푸쉬 오프 동작을 수행할 시점인 것으로 결정되면, 제어 장치는 적절한 시점에서 푸쉬 오프 페이즈를 위한 토크를 조절할 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 제어 파라미터를 조절하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
전술한 바와 같이, 원활한 회전 보행을 위하여 왼쪽 회전 보행 시에는 왼쪽 다리의 보폭이 작아지고, 오른쪽 회전 보행 시에는 오른쪽 다리의 보폭이 작아질 수 있다. 일 실시예에 따른 제어 장치는 회전 보행 시에 사용자의 회전 방향을 인식하고, 회전 방향에 기초하여 제어 파라미터들을 조절할 수 있다.
제어 장치는 예를 들어, 사용자의 회전 방향이 왼쪽이라고 인식되면, 좌측 보폭을 감소시켜 회전 보행이 용이하도록 할 수 있다. 또한, 제어 장치는 사용자의 회전 방향이 오른쪽이라고 인식되면, 우측 보폭을 감소시켜 회전 보행이 용이하도록 할 수 있다.
좌측 보폭을 감소시키고자 하는 경우, 제어 장치는 좌측 고관절부에서 스윙 페이즈의 토크를 감소시키고, 우측 고관절부에서는 스탠스 페이즈의 토크를 감소시킬 수 있다. 우측 보폭을 감소시키고자 하는 경우, 제어 장치는 좌측 보폭을 감소시키는 경우와 반대로 동작할 수 있다. 제어 장치는 예를 들어, 감소시키고자 하는 토크 각각에 게인을 곱하여 토크 크기를 감소시킬 수 있다.
이러한 회전 보행에 따른 사용자의 좌, 우 고관절에 대한 제어 동작은 다음의 [표 1]과 같이 정리할 수 있다.
Figure pat00066
도 11을 참조하면, 일 실시예에 따른 제어 장치는 대표 성분의 변동폭(또는 변동 성분의 변동폭)이
Figure pat00067
인지 여부를 판단할 수 있다(1110). 제어 장치는 센서 정보가 획득된 신체 부분의 z 축 방향 회전 각도에 기초하여 회전 방향을 인식할 수 있다. 예를 들어,
Figure pat00068
인 경우, 회전 방향은 왼쪽으로 인식되고,
Figure pat00069
인 경우, 회전 방향은 오른쪽으로 인식될 수 있다.
단계(1110)에서 회전 방향이 왼쪽(
Figure pat00070
)으로 판단되면, 제어 장치는 게인(
Figure pat00071
)을 적용하여 사용자의 좌측 고관절부의 스윙 페이즈의 토크(
Figure pat00072
)를 감소시키고, 사용자의 우측 고관절부의 스탠스 페이즈의 토크(
Figure pat00073
)를 감소시킬 수 있다(1120).
또는 단계(1110)에서 회전 방향이 오른쪽(
Figure pat00074
)으로 판단되면, 제어 장치는 게인(
Figure pat00075
)을 적용하여 사용자의 우측 고관절부의 스윙 페이즈의 토크(
Figure pat00076
)를 감소시키고, 사용자의 좌측 고관절부의 스탠스 페이즈의 토크(
Figure pat00077
)를 감소시킬 수 있다(1130).
여기서, 게인(
Figure pat00078
)은 회전 방향의 보폭을 감소시키기 위한 것으로서, 좌, 우측 고관절부의 스윙 페이즈의 토크를 감소시키기 위한 게인과 좌, 우측 고관절부의 스탠스 페이즈의 토크를 감소시키기 위한 게인은 서로 동일할 수도 있고, 서로 상이할 수도 있다.
도 12는 다른 실시예에 따른 제어 파라미터를 조절하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
예를 들어, 좌측 보폭을 감소시키고자 하는 경우, 제어 장치는 몸을 지지하고 있는 오른쪽 다리의 발목 관절(오른쪽 발목 관절)에서 푸시 오프 페이즈의 토크를 감소시킴으로써 왼쪽 고관절의 좌측 보폭을 감소시킬 수 있다. 또한, 우측 보폭을 감소시키고자 하는 경우, 제어 장치는 왼쪽 다리의 발목 관절(왼쪽 발목 관절)에서 푸시 오프 페이즈의 토크를 감소시킴으로써 오른쪽 고관절의 우측 보폭을 감소시킬 수 있다. 이러한 회전 보행을 위한 사용자의 좌, 우 발목 관절에 대한 제어 동작은 다음의 [표 2]와 같이 정리할 수 있다.
Figure pat00079
일 실시예에 따른 제어 장치는 회전 보행을 보조하기 위해, 도 12에 도시된 것과 같이 보행 페이즈 별 고관절 토크와 보행 페이즈 별 발목 관절 토크를 함께 조절할 수 있다.
도 12를 참조하면, 일 실시예에 따른 제어 장치는 대표 성분의 변동폭(또는 변동 성분의 변동폭)이
Figure pat00080
인지 여부를 판단할 수 있다(1210). 예를 들어,
Figure pat00081
인 경우, 회전 방향은 왼쪽으로 인식되고,
Figure pat00082
인 경우, 회전 방향은 오른쪽으로 인식될 수 있다.
단계(1210)에서 회전 방향이 왼쪽(
Figure pat00083
)으로 판단되면, 제어 장치는 게인(
Figure pat00084
)을 적용하여 사용자의 좌측 고관절부의 스윙 페이즈의 토크(
Figure pat00085
)를 감소시키고, 사용자의 우측 고관절부의 스탠스 페이즈의 토크(
Figure pat00086
)를 감소시킬 수 있다(1220). 제어 장치는 게인(
Figure pat00087
)을 적용하여 사용자의 우측 발목 관절부의 푸시 오프 페이즈의 토크(
Figure pat00088
)를 감소시킬 수 있다(1230).
또는 단계(1210)에서 회전 방향이 오른쪽(
Figure pat00089
)으로 판단되면, 제어 장치는 게인(
Figure pat00090
)을 적용하여 사용자의 우측 고관절부의 스윙 페이즈의 토크(
Figure pat00091
)를 감소시키고, 사용자의 좌측 고관절부의 스탠스 페이즈의 토크(
Figure pat00092
)를 감소시킬 수 있다(1240). 또한, 제어 장치는 게인(
Figure pat00093
)을 적용하여 사용자의 좌측 발목 관절부의 푸시 오프 페이즈의 토크(
Figure pat00094
)를 감소시킬 수 있다(1250).
여기서, 게인(
Figure pat00095
)은 회전 방향의 보폭을 감소시키기 위한 것으로서, 좌,우측 고관절부의 스탠스 페이즈의 토크를 감소시키기 위한 게인, 좌,우측 고관절부의 스윙 페이지의 토크를 감소시키기 위한 게인, 및 좌,우측 발목 관절부의 푸시 오프 페이즈의 토크를 감소시키기 위한 게인은 서로 동일할 수도 있고, 서로 상이할 수도 있다.
일 실시예에 따라 좌, 우측 보폭을 감소하고자 하는 경우에 왼쪽 다리와 오른쪽 다리의 고관절과 발목 관절의 보행 페이즈 별 토크 제어 방법은 다음의 [표 3]과 같이 정리할 수 있다.
Figure pat00096
좌측 회전 보행 시에 도 12의 실시예에 따라 제어 파라미터를 조절한 경우에 게인과 좌,우 관절부의 토크 간의 관계는 도 15를 참조하여 설명한다.
도 13은 다른 실시예에 따른 제어 파라미터를 조절하는 방법을 나타낸 흐름도이다. 일반적으로 회전 보행 시에는 직선 보행 대비 보행 속도와 보폭이 줄어드는 경향이 발생할 수 있다. 일 실시예에 따른 제어 장치는 이러한 경향을 반영하여 모든 회전 보행 시에 모든 제어 파라미터에 게인을 곱하여 토크를 감소시킬 수 있다.
도 13을 참조하면, 제어 장치는 사용자의 회전 보행이 인식되면, 게인(
Figure pat00097
)을 적용하여 사용자의 좌측 고관절부의 스윙 페이즈의 토크(
Figure pat00098
)를 감소시키고, 사용자의 우측 고관절부의 스탠스 페이즈의 토크(
Figure pat00099
)를 감소시킬 수 있다(1310).
또한, 제어 장치는 게인(
Figure pat00100
)을 적용하여 사용자의 우측 고관절부의 스윙 페이즈의 토크(
Figure pat00101
)를 감소시키고, 사용자의 좌측 고관절부의 스탠스 페이즈의 토크(
Figure pat00102
)를 감소시킬 수 있다(1320).
좌측 회전 보행 시에 도 13에 따라 제어 파라미터를 조절한 경우에 게인과 좌,우 관절부의 토크 간의 관계는 도 16을 참조하여 설명한다.
도 14는 다른 실시예에 따른 제어 파라미터를 조절하는 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 14를 참조하면, 제어 장치는 사용자의 회전 보행이 인식되면, 게인(
Figure pat00103
1)을 적용하여 사용자의 좌측 고관절부의 스윙 페이즈의 토크(
Figure pat00104
)를 감소시키고, 게인(
Figure pat00105
2)을 적용하여 사용자의 우측 고관절부의 스탠스 페이즈의 토크(
Figure pat00106
)를 감소시킬 수 있다(1410).
제어 장치는 게인(
Figure pat00107
1)을 적용하여 사용자의 우측 고관절부의 스윙 페이즈의 토크(
Figure pat00108
)를 감소시키고, 게인(
Figure pat00109
2)을 적용하여 사용자의 좌측 고관절부의 스탠스 페이즈의 토크(
Figure pat00110
)를 감소시킬 수 있다(1420).
여기서, 게인(
Figure pat00111
1) 및 게인(
Figure pat00112
2)는 회전 보행 시의 전체적인 속도를 낮추기 위한 것으로서, 예를 들어, 0.8 일 수 있다.
제어 장치는 대표 성분의 변동폭(또는 변동 성분의 변동폭)이
Figure pat00113
Figure pat00114
인지 여부를 판단할 수 있다(1430). 예를 들어,
Figure pat00115
인 경우, 회전 방향은 왼쪽으로 인식되고,
Figure pat00116
인 경우, 회전 방향은 오른쪽으로 인식될 수 있다.
단계(1430)에서 회전 방향이 왼쪽(
Figure pat00117
)으로 판단되면, 제어 장치는 게인(
Figure pat00118
3)을 적용하여 사용자의 좌측 고관절부의 스윙 페이즈의 토크(
Figure pat00119
)를 감소시키고, 사용자의 우측 고관절부의 스탠스 페이즈의 토크(
Figure pat00120
)를 감소시킬 수 있다(1440). 또한, 제어 장치는 게인(
Figure pat00121
4)을 적용하여 사용자의 우측 발목 관절부의 푸시 오프 페이즈의 토크(
Figure pat00122
)를 감소시킬 수 있다(1450).
또는 단계(1430)에서 회전 방향이 오른쪽(
Figure pat00123
)으로 판단되면, 제어 장치는 게인(
Figure pat00124
3)을 적용하여 사용자의 우측 고관절부의 스윙 페이즈의 토크(
Figure pat00125
)를 감소시키고, 사용자의 좌측 고관절부의 스탠스 페이즈의 토크(
Figure pat00126
)를 감소시킬 수 있다(1460). 또한, 제어 장치는 게인(
Figure pat00127
4)을 적용하여 사용자의 좌측 발목 관절부의 푸시 오프 페이즈의 토크(
Figure pat00128
)를 감소시킬 수 있다(1470).
게인(
Figure pat00129
3) 및 게인(
Figure pat00130
4)는 회전 방향의 보폭을 감소시키기 위한 것으로서, 예를 들어, 0.6일 수 있다.
도 15는 일 실시예에 따른 왼쪽 회전 보행 시에 게인과 좌,우측 관절부의 토크 간의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 15를 참조하면, 왼쪽 회전 보행 시에 도 12의 실시예에 따라 제어 파라미터를 조절한 경우에 게인과 좌,우측 관절부의 토크 간의 관계가 도시된다.
그래프(1510)은 사용자의 좌측 고관절 부의 스윙 페이즈 및 스탠스 페이즈의 토크를 나타내고, 그래프(1520)은 직선 보행 시의 사용자의 좌측 발목 관절부의 푸시 오프 페이즈의 토크를 나타낸다. 또한, 그래프(1530)는 사용자의 우측 고관절 부의 스윙 페이즈 및 스탠스 페이즈의 토크를 나타내고, 그래프(1540)은 회전 보행 시의 사용자의 우측 발목 관절부의 푸시 오프 페이즈의 토크를 나타낸다. 그래프(1550)은 사용자의 보행에 따른 게인의 변화를 나타낸다.
예를 들어, 사용자가 직선 보행을 하는 경우, 일 실시예에 따른 제어 장치는 게인에 변화를 주지 않는다. 따라서, 그래프(1510) 내지 그래프(1540)에 나타난 토크 값들은 보행 싸이클 혹은 보행 페이즈의 천이에 따라 일정한 경향성을 갖는 동일한 값들일 수 있다.
일 실시예에 따른 제어 장치는 점선으로 구분된 왼쪽 회전 보행(Turning Left) 구간에서, 그래프(1550)와 같이 게인(Gain)을 점차 감소시킬 수 있다. 이 경우, 제어 장치는 그래프(1510)의 아래쪽에 점선으로 표시된 것과 같이 좌측 고관절 부의 스윙 페이즈의 토크를 점차 감소시킬 수 있다. 이와 함께, 제어 장치는 그래프(1530)의 위쪽에 점선으로 표시된 것과 같이 우측 고관절부의 스탠스 페이즈의 토크를 점차 감소시키고, 그래프(1540)의 위쪽에 점선으로 표시된 것과 같이 우측 발목 관절부의 푸시 오프 페이즈의 토크 또한 감소시킴으로써 사용자가 왼쪽으로 회전 보행하는 것을 원활하게 할 수 있다.
제어 장치는 회전 보행 구간에서 점차 직선 보행 구간으로 들어섬에 따라 게인의 감소율을 점차 줄여 직선 구간에서의 보행에 적합하도록 토크를 조절할 수 있다.
도 16은 다른 실시예에 따른 왼쪽 회전 보행 시에 게인과 좌,우측 관절부의 토크 간의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 16을 참조하면, 왼쪽 회전 보행 시에 도 13의 실시예에 따라 제어 파라미터를 조절한 경우에 게인과 좌,우측 관절부의 토크 간의 관계가 도시된다.
그래프(1610)은 사용자의 좌측 고관절 부의 스윙 페이즈 및 스탠스 페이즈의 토크를 나타내고, 그래프(1630)은 사용자의 우측 고관절 부의 스윙 페이즈 및 스탠스 페이즈의 토크를 나타낸다. 그래프(1650)은 사용자의 보행에 따른 게인의 변화를 나타낸다.
예를 들어, 사용자가 직선 보행을 하는 경우, 일 실시예에 따른 제어 장치는 게인에 변화를 주지 않는다. 따라서, 그래프(1610) 및 그래프(1630)에 나타난 토크 값들은 보행 싸이클 혹은 보행 페이즈의 천이에 따라 일정한 경향성을 갖는 동일한 값들일 수 있다.
이와 달리, 일 실시예에 따른 제어 장치는 점선으로 구분된 왼쪽 회전 보행 구간에서, 그래프(1650)와 같이 게인을 점차 감소시킬 수 있다. 이 경우, 제어 장치는 그래프(1610)의 위, 아래쪽에 점선으로 표시된 것과 같이 좌측 고관절부의 스탠스 페이즈의 토크 및 좌측 고관절 부의 스윙 페이즈의 토크를 점차 감소시킬 수 있다. 또한, 제어 장치는 그래프(1630)의 위, 아래쪽에 점선으로 표시된 것과 같이 우측 고관절부의 스탠스 페이즈의 토크 및 우측 고관절부의 스윙 페이즈의 토크를 점차 감소시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 제어 장치는 회전 보행 구간에서 모든 관절부의 보행 페이즈 별 토크를 줄여 전체적인 보행 속도를 낮춤으로써 회전 보행 구간에서의 보행이 원활하도록 조절할 수 있다.
제어 장치는 회전 보행 구간에서 점차 직선 보행 구간으로 들어섬에 따라 게인의 감소율을 점차 줄여 직선 구간에서의 보행에 적합하도록 토크를 조절할 수 있다.
도 17은 일 실시예에 따른 회전 보행을 위한 제어 장치의 블록도이다. 도 17을 참조하면, 일 실시예에 따른 제어 장치(1700)는 관절 센서(1710), 관성 센서(1730) 및 프로세서(1750)를 포함할 수 있다.
관절 센서(1710)는 사용자의 관절의 각도 및/또는 각속도를 측정하는 관절 각도 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 사용자의 관절은 고관절, 무릎 관절 및 발목 관절을 포함할 수 있다. 관절 각도 센서는 고관절 각도 센서, 무릎 관절 각도 센서 및 발목 관절 각도 센서를 포함할 수 있다.
관성 센서(1730)는 사용자의 보행 동작에 따른 X축, Y축, Z축 3방향의 가속도 및 회전율, 그리고, 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw)의 3 방향 기울기 각도를 센싱할 수 있다. 관성 센서(1730)는 요 방향의 각도를 통해 사용자의 상체가 어느 방향을 향하고 있는지, 다시 말해 사용자의 상체가 바라보는 방위를 측정할 수 있다.
프로세서(1750)는 보조 토크 계산부(1751), 회전 보행 인식부(1753) 및 보조 토크 조정부(1755)를 포함할 수 있다.
보조 토크 계산부(1751)는 예를 들어, 사용자의 관절 각도를 측정하고, 관절 각도에 기반하여 사용자의 보행을 보조하기 위한 토크를 계산할 수 있다. 또한, 보조 토크 계산부(1751)는 미리 정해진 개수의 보행 상태들 간의 천이 및/또는 관절 각도에 기반하여 보행 싸이클을 획득하며, 보행 싸이클에 기반하여 토크를 산출할 수 있다.
회전 보행 인식부(1753)는 관절 센서(1710) 및 관성 센서(1730)에서 수집된 센싱 정보에 기초하여 사용자의 회전 보행을 인식할 수 있다.
회전 보행 인식부(1753)는 센서 정보에 기초하여, 보행에 따라 변화하는 변동 성분을 추적하고, 변동 성분에 기초하여, 사용자가 회전 보행 중인지 여부를 판단할 수 있다. 회전 보행 인식부(1753)는 예를 들어, 변동 성분으로부터 대표 성분을 추출하고, 대표 성분의 변동폭이 미리 정해진 범위 이내로 유지되는지 여부를 판단할 수 있다. 회전 보행 인식부(1753)는 변동폭이 미리 정해진 범위를 초과하는 경우, 사용자가 회전 보행 중이라고 판단할 수 있다.
또는, 회전 보행 인식부(1753)는 사용자의 좌측 고관절부의 움직임에 대응하는 제1 변동 성분 및 사용자의 우측 고관절부의 움직임에 대응하는 제2 변동 성분의 대칭성을 비교할 수 있다. 비교 결과, 제1 변동 성분 및 제2 변동 성분이 비대칭하다고 인식되는 경우, 회전 보행 인식부(1753)는 사용자가 회전 보행 중이라고 판단할 수 있다.
회전 보행 인식부(1753)는 센서 정보에 기초하여, 사용자의 회전 정도를 인식할 수 있다. 이 경우, 보조 토크 조정부(1755)는 회전 정도에 기초하여 적어도 하나의 제어 파라미터를 조절하거나, 또는 적어도 하나의 제어 파라미터를 위한 게인을 조절할 수 있다.
보조 토크 조정부(1755)는 회전 보행을 보조하기 위하여, 적어도 하나의 제어 파라미터를 위한 게인(gain)을 결정하고, 게인을 적어도 하나의 제어 파라미터에 적용함으로써 보조 토크 계산부(1751)에서 산출된 토크를 조절할 수 있다. 제어 파라미터는 예를 들어, 보행 페이즈 별 고관절 토크, 보행 페이즈 별 발목 관절 토크, 보행 페이즈 별 무릎 관절 토크 및 보행 페이즈 별 발바닥 토크 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
보조 토크 조정부(1755)는 센서 정보에 기초하여, 사용자의 회전 방향을 인식하고, 회전 방향에 기초하여 적어도 하나의 제어 파라미터를 조절함으로써 토크를 조정할 수 있다.
보조 토크 조정부(1755)는 회전 방향이 왼쪽이면, 사용자의 좌측 고관절부의 스윙 페이즈의 토크를 감소시키고, 사용자의 우측 고관절부의 스탠스 페이즈의 토크를 감소시킬 수 있다. 보조 토크 조정부(1755)는 회전 방향이 오른쪽이면, 사용자의 좌측 고관절부의 스탠스 페이즈의 토크를 감소시키고, 사용자의 우측 고관절부의 스윙 페이즈의 토크를 감소시킬 수 있다.
보조 토크 조정부(1755)는 회전 방향이 왼쪽이면, 사용자의 우측 발목 관절부의 푸시 오프 페이즈의 토크를 감소시키고, 회전 방향이 오른쪽이면, 사용자의 좌측 발목 관절부의 푸시 오프 페이즈의 토크를 감소시킬 수 있다.
도 18은 다른 실시예에 따른 회전 보행을 위한 제어 장치의 블록도이다. 도 18을 참조하면, 일 실시예에 따른 제어 장치(1800)는 센서들(1810), 프로세서(1820), 메모리(1830) 및 통신 인터페이스(1840)를 포함할 수 있다. 센서들(1810), 프로세서(1820), 메모리(1830) 및 통신 인터페이스(1840)는 통신 버스(1805)를 통해 서로 통신할 수 있다.
센서들(1810)은 전술한 관절 센서(1710), 및 관성 센서(1730) 이외에도 압력 센서 등과 같이 다양한 센서들을 포함할 수 있다.
프로세서(1820)는 센서 정보에 기초하여, 사용자의 회전 보행을 인식하고, 회전 보행을 보조하기 위하여, 적어도 하나의 제어 파라미터를 조절한다. 프로세서(1820)는 전술한 프로세서(1750)의 동작을 모두 수행할 수 있으며, 이외에도 도 1 내지 도 16을 통해 전술한 적어도 하나의 방법 또는 적어도 하나의 방법에 대응되는 알고리즘을 수행할 수 있다
프로세서(1820)는 목적하는 동작들(desired operations)을 실행시키기 위한 물리적인 구조를 갖는 회로를 가지는 하드웨어로 구현된 데이터 처리 장치일 수 있다. 예를 들어, 목적하는 동작들은 프로그램에 포함된 코드(code) 또는 인스트럭션들(instructions)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하드웨어로 구현된 데이터 처리 장치는 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙 처리 장치(central processing unit), 프로세서 코어(processor core), 멀티-코어 프로세서(multi-core processor), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array)를 포함할 수 있다.
프로세서(1820)는 프로그램을 실행하고, 제어 장치(1800)를 제어할 수 있다. 프로세서(1820)에 의하여 실행되는 프로그램 코드는 메모리(1830)에 저장될 수 있다.
제어 장치(1800)는 통신 인터페이스(1840)를 통해 센싱 정보를 수신한다. 실시예에 따라서, 통신 인터페이스(1840)는 제어 장치(1800)의 외부에 존재하는 다른 센서들로부터 센싱 정보를 수신할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
　이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
1800: 제어 장치
1805: 통신 버스
1810: 센서들
1820: 프로세서
1830: 메모리
1840: 통신 인터페이스

Claims (33)

  1. 센서 정보를 수신하는 단계;
    상기 센서 정보에 기초하여, 사용자의 회전 보행을 인식하는 단계; 및
    상기 회전 보행을 보조하기 위하여, 적어도 하나의 제어 파라미터를 조절하는 단계
    를 포함하는, 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인식하는 단계는
    상기 센서 정보에 기초하여, 보행에 따라 변화하는 변동 성분을 추적하는 단계; 및
    상기 변동 성분에 기초하여, 상기 사용자가 상기 회전 보행 중인지 여부를 판단하는 단계
    를 포함하는, 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 판단하는 단계는
    상기 변동 성분으로부터 대표 성분을 추출하는 단계;
    상기 대표 성분의 변동폭이 미리 정해진 범위 이내로 유지되는지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 변동폭이 상기 미리 정해진 범위를 초과하는 경우, 상기 사용자가 상기 회전 보행 중이라고 판단하는 단계
    를 포함하는, 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 변동 성분은
    보행 중 상기 사용자의 몸이 향하는 방향 및 보행 중 상기 사용자의 골반이 향하는 방향 중 적어도 하나를 포함하는, 제어 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 변동 성분은
    상기 사용자의 좌측 고관절부의 움직임에 대응하는 제1 변동 성분 및 상기 사용자의 우측 고관절부의 움직임에 대응하는 제2 변동 성분을 포함하고,
    상기 판단하는 단계는
    상기 제1 변동 성분 및 상기 제2 변동 성분의 대칭성을 비교하는 단계; 및
    상기 비교 결과 상기 제1 변동 성분 및 상기 제2 변동 성분이 비대칭하다고 인식되는 경우, 상기 사용자가 상기 회전 보행 중이라고 판단하는 단계
    를 포함하는, 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 조절하는 단계는
    상기 회전 보행을 보조하기 위하여, 상기 적어도 하나의 제어 파라미터를 위한 게인(gain)을 결정하는 단계; 및
    상기 게인을 상기 적어도 하나의 제어 파라미터에 적용하는 단계
    를 포함하는, 제어 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어 파라미터는
    보행 페이즈 별 고관절 토크, 보행 페이즈 별 발목 관절 토크, 보행 페이즈 별 무릎 관절 토크 및 보행 페이즈 별 발바닥 토크 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하는, 제어 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 센서 정보에 기초하여, 상기 사용자의 회전 방향을 인식하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 조절하는 단계는
    상기 회전 방향에 기초하여 상기 적어도 하나의 제어 파라미터를 조절하는 단계
    를 포함하는, 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 회전 방향을 인식하는 단계는
    상기 센서 정보가 획득된 신체 부분의 z 축 방향 회전 각도에 기초하여 상기 회전 방향을 인식하는 단계
    를 포함하는, 제어 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 회전 방향에 기초하여 상기 적어도 하나의 제어 파라미터를 조절하는 단계는
    상기 회전 방향이 왼쪽이면,
    상기 사용자의 좌측 고관절부의 스윙 페이즈(swing phase)의 토크를 감소시키는 단계; 및
    상기 사용자의 우측 고관절부의 스탠스 페이즈(standing phase)의 토크를 감소시키는 단계
    를 포함하는, 제어 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 회전 방향에 기초하여 상기 적어도 하나의 제어 파라미터를 조절하는 단계는
    상기 회전 방향이 오른쪽이면,
    상기 사용자의 좌측 고관절부의 스탠스 페이즈의 토크를 감소시키는 단계; 및
    상기 사용자의 우측 고관절부의 스윙 페이즈의 토크를 감소시키는 단계
    를 포함하는, 제어 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 회전 방향에 기초하여 상기 적어도 하나의 제어 파라미터를 조절하는 단계는
    상기 회전 방향이 왼쪽이면,
    상기 사용자의 우측 발목 관절부의 푸시 오프 페이즈(push off phase)의 토크를 감소시키는 단계
    를 포함하는, 제어 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 회전 방향에 기초하여 상기 적어도 하나의 제어 파라미터를 조절하는 단계는
    상기 회전 방향이 오른쪽이면,
    상기 사용자의 좌측 발목 관절부의 푸시 오프 페이즈의 토크를 감소시키는 단계
    를 포함하는, 제어 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 센서 정보에 기초하여, 상기 사용자의 회전 정도를 인식하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 조절하는 단계는
    상기 회전 정도에 기초하여 상기 적어도 하나의 제어 파라미터를 조절하는 단계
    를 포함하는, 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어 파라미터를 조절하는 단계는
    상기 회전 정도에 기초하여 상기 적어도 하나의 제어 파라미터를 위한 게인(gain)을 조절하는 단계
    를 포함하는, 제어 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 센서 정보는
    관성 센서, 방위각 감지 센서, 지자기 센서, 및 발바닥 접촉 센서 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 의해 감지되는, 제어 방법.
  17. 하드웨어와 결합되어 제1항 내지 제16항 중 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  18. 센서 정보를 수신하는 통신 인터페이스; 및
    상기 센서 정보에 기초하여, 사용자의 회전 보행을 인식하고, 상기 회전 보행을 보조하기 위하여, 적어도 하나의 제어 파라미터를 조절하는 프로세서
    를 포함하는, 제어 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 센서 정보에 기초하여, 보행에 따라 변화하는 변동 성분을 추적하고, 상기 변동 성분에 기초하여, 상기 사용자가 상기 회전 보행 중인지 여부를 판단하는, 제어 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 변동 성분으로부터 대표 성분을 추출하고, 상기 대표 성분의 변동폭이 미리 정해진 범위 이내로 유지되는지 여부를 판단하며, 상기 변동폭이 상기 미리 정해진 범위를 초과하는 경우, 상기 사용자가 상기 회전 보행 중이라고 판단하는, 제어 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 변동 성분은
    보행 중 상기 사용자의 몸이 향하는 방향 및 보행 중 상기 사용자의 골반이 향하는 방향 중 적어도 하나를 포함하는, 제어 장치.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 변동 성분은
    상기 사용자의 좌측 고관절부의 움직임에 대응하는 제1 변동 성분 및 상기 사용자의 우측 고관절부의 움직임에 대응하는 제2 변동 성분을 포함하고,
    상기 프로세서는
    상기 제1 변동 성분 및 상기 제2 변동 성분의 대칭성을 비교하고, 상기 비교 결과 상기 제1 변동 성분 및 상기 제2 변동 성분이 비대칭하다고 인식되는 경우, 상기 사용자가 상기 회전 보행 중이라고 판단하는, 제어 장치.
  23. 제18항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 회전 보행을 보조하기 위하여, 상기 적어도 하나의 제어 파라미터를 위한 게인(gain)을 결정하고, 상기 게인을 상기 적어도 하나의 제어 파라미터에 적용하는, 제어 장치.
  24. 제18항에 있어서,
    상기 제어 파라미터는
    보행 페이즈 별 고관절 토크, 보행 페이즈 별 발목 관절 토크, 보행 페이즈 별 무릎 관절 토크 및 보행 페이즈 별 발바닥 토크 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하는, 제어 장치.
  25. 제18항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 센서 정보에 기초하여, 상기 사용자의 회전 방향을 인식하고, 상기 회전 방향에 기초하여 상기 적어도 하나의 제어 파라미터를 조절하는, 제어 장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 센서 정보가 획득된 신체 부분의 z 축 방향 회전 각도에 기초하여 상기 회전 방향을 인식하는, 제어 장치.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 회전 방향이 왼쪽이면, 상기 사용자의 좌측 고관절부의 스윙 페이즈(swing phase)의 토크를 감소시키고, 상기 사용자의 우측 고관절부의 스탠스 페이즈(standing phase)의 토크를 감소시키는, 제어 장치.
  28. 제25항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 회전 방향이 오른쪽이면, 상기 사용자의 좌측 고관절부의 스탠스 페이즈의 토크를 감소시키고, 상기 사용자의 우측 고관절부의 스윙 페이즈의 토크를 감소시키는, 제어 장치.
  29. 제25항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 회전 방향이 왼쪽이면, 상기 사용자의 우측 발목 관절부의 푸시 오프 페이즈(push off phase)의 토크를 감소시키는, 제어 장치.
  30. 제25항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 회전 방향이 오른쪽이면, 상기 사용자의 좌측 발목 관절부의 푸시 오프 페이즈의 토크를 감소시키는, 제어 장치.
  31. 제18항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 센서 정보에 기초하여, 상기 사용자의 회전 정도를 인식하고, 상기 회전 정도에 기초하여 상기 적어도 하나의 제어 파라미터를 조절하는, 제어 장치.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 회전 정도에 기초하여 상기 적어도 하나의 제어 파라미터를 위한 게인(gain)을 조절하는, 제어 장치.
  33. 제18항에 있어서,
    상기 센서 정보는
    관성 센서, 방위각 감지 센서, 지자기 센서, 및 발바닥 접촉 센서 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 의해 감지되는, 제어 장치.
KR1020170149689A 2017-11-10 2017-11-10 회전 보행을 위한 제어 방법 및 제어 장치 KR102566114B1 (ko)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170149689A KR102566114B1 (ko) 2017-11-10 2017-11-10 회전 보행을 위한 제어 방법 및 제어 장치
US15/901,256 US11154449B2 (en) 2017-11-10 2018-02-21 Control method and control apparatus for turning walking
CN201810207487.9A CN109760015B (zh) 2017-11-10 2018-03-14 用于转弯步行的控制方法和控制设备
JP2018117926A JP2019088766A (ja) 2017-11-10 2018-06-21 回転歩行のための制御方法及び制御装置
EP18189756.2A EP3483892B1 (en) 2017-11-10 2018-08-20 Control method and control apparatus for turning walking
EP22198811.6A EP4134965A1 (en) 2017-11-10 2018-08-20 Walking asssistance apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170149689A KR102566114B1 (ko) 2017-11-10 2017-11-10 회전 보행을 위한 제어 방법 및 제어 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190053615A true KR20190053615A (ko) 2019-05-20
KR102566114B1 KR102566114B1 (ko) 2023-08-14

Family

ID=63311906

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170149689A KR102566114B1 (ko) 2017-11-10 2017-11-10 회전 보행을 위한 제어 방법 및 제어 장치

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11154449B2 (ko)
EP (2) EP4134965A1 (ko)
JP (1) JP2019088766A (ko)
KR (1) KR102566114B1 (ko)
CN (1) CN109760015B (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101836636B1 (ko) * 2016-05-19 2018-03-09 현대자동차주식회사 착용식 보행 보조 로봇 시스템 및 그 제어 방법
KR20210009674A (ko) * 2019-07-17 2021-01-27 주식회사 뉴로공간 원격 인지 훈련 시스템 및 원격 인지 훈련 방법
CN111000567B (zh) * 2019-12-26 2021-07-20 浙江福祉科创有限公司 一种用于可穿戴式设备的人体行走状态识别方法及该设备
CN111419650B (zh) * 2020-04-24 2022-06-07 吉林大学第一医院 一种基于电磁感应的老年性耳聋患者行走转向警示装置
CN113827438A (zh) * 2020-06-24 2021-12-24 上海神泰医疗科技有限公司 康复机器人系统的操作方法、康复机器人系统及可读介质
USD992741S1 (en) * 2020-10-22 2023-07-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Wearable assistance robot
USD992122S1 (en) * 2020-10-22 2023-07-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Wearable assistance robot
CN115877881A (zh) * 2021-09-26 2023-03-31 深圳市英汉思动力科技有限公司 一种基于速度信息的步行辅助装置控制方法及其相关设备
CN117731275B (zh) * 2024-02-19 2024-04-19 天津大学 一种走步信息处理方法和可穿戴设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS582131B2 (ja) * 1978-09-27 1983-01-14 株式会社東芝 表示およびチェック方法
KR20070092312A (ko) * 2005-01-26 2007-09-12 요시유키 산카이 장착식 동작 보조장치 및 제어용 프로그램
JP2012120798A (ja) * 2010-12-10 2012-06-28 Univ Of Tsukuba 装着型入力装置及び人支援装置及び人支援装置の制御方法
KR20170013060A (ko) * 2015-07-27 2017-02-06 삼성전자주식회사 보행 보조 방법 및 이를 수행하는 장치들
US20190151184A1 (en) 2017-06-26 2019-05-23 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Assistance apparatus and assistance method

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4188607B2 (ja) * 2001-06-27 2008-11-26 本田技研工業株式会社 二足歩行移動体の床反力推定方法及び二足歩行移動体の関節モーメント推定方法
JP2008220635A (ja) * 2007-03-13 2008-09-25 Shibaura Institute Of Technology 歩行支援装置
JP2009195646A (ja) * 2008-02-25 2009-09-03 Shibaura Institute Of Technology 歩行操舵装置
KR100949955B1 (ko) 2008-05-22 2010-03-29 한국산업기술대학교산학협력단 능동형 보행 보조기 및 그 구동 방법
JP5095583B2 (ja) 2008-11-06 2012-12-12 本田技研工業株式会社 歩行補助装置の足首関節構造
KR101024033B1 (ko) 2009-02-06 2011-03-22 주식회사 피앤에스미캐닉스 보행보조기 지지장치
EP2238894B1 (en) * 2009-04-07 2011-11-02 Syco Di Hedvig Haberl & C. S.A.S. System for controlling an exoskeleton haptic device for rehabilitation purposes, and corresponding exoskeleton haptic device
JP2010264019A (ja) * 2009-05-13 2010-11-25 Toyota Motor Corp 歩行補助装置
DE112010005453B4 (de) * 2009-10-21 2022-09-01 Honda Motor Co., Ltd. Bewegungsunterstützungseinrichtung
CA2795153A1 (en) * 2010-04-05 2011-10-13 Iwalk, Inc. Controlling torque in a prosthesis or orthosis
CA2812792C (en) * 2010-10-06 2018-12-04 Ekso Bionics Human machine interfaces for lower extremity orthotics
JP5393634B2 (ja) 2010-10-13 2014-01-22 本田技研工業株式会社 歩行補助装置
JP5934971B2 (ja) 2011-07-01 2016-06-15 国立大学法人 筑波大学 装着式動作補助装置
US9855654B2 (en) 2011-09-06 2018-01-02 Wakayama University Power assist robot apparatus and control method therefor
JP2017514640A (ja) 2014-03-21 2017-06-08 ワンダークラフト 足構造を有するエクソスケルトン
KR102292683B1 (ko) 2014-09-12 2021-08-23 삼성전자주식회사 보행 환경 인식 방법 및 장치
KR102365191B1 (ko) * 2014-10-20 2022-02-18 삼성전자주식회사 사용자의 동작을 인식하기 위한 장치 및 방법
US10576619B2 (en) * 2014-12-26 2020-03-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Assisting torque setting method and apparatus
KR102384155B1 (ko) 2015-01-21 2022-04-08 삼성전자주식회사 보행 보조 방법 및 장치
KR102496574B1 (ko) 2015-11-11 2023-02-06 삼성전자주식회사 토크 출력 타이밍 조정 방법 및 장치
KR20170082836A (ko) 2016-01-07 2017-07-17 한화테크윈 주식회사 보행 보조 장치
JP6782086B2 (ja) 2016-03-25 2020-11-11 株式会社安川電機 動作補助装置の制御装置、動作補助装置、動作補助装置の制御方法、及び動作補助装置の制御プログラム
KR102541802B1 (ko) 2016-08-26 2023-06-12 삼성전자주식회사 운동 보조 장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS582131B2 (ja) * 1978-09-27 1983-01-14 株式会社東芝 表示およびチェック方法
KR20070092312A (ko) * 2005-01-26 2007-09-12 요시유키 산카이 장착식 동작 보조장치 및 제어용 프로그램
JP2012120798A (ja) * 2010-12-10 2012-06-28 Univ Of Tsukuba 装着型入力装置及び人支援装置及び人支援装置の制御方法
KR20170013060A (ko) * 2015-07-27 2017-02-06 삼성전자주식회사 보행 보조 방법 및 이를 수행하는 장치들
US20190151184A1 (en) 2017-06-26 2019-05-23 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Assistance apparatus and assistance method

Also Published As

Publication number Publication date
KR102566114B1 (ko) 2023-08-14
CN109760015A (zh) 2019-05-17
US20190142681A1 (en) 2019-05-16
CN109760015B (zh) 2024-05-03
EP3483892B1 (en) 2022-11-30
EP3483892A1 (en) 2019-05-15
US11154449B2 (en) 2021-10-26
JP2019088766A (ja) 2019-06-13
EP4134965A1 (en) 2023-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20190053615A (ko) 회전 보행을 위한 제어 방법 및 제어 장치
US11622906B2 (en) Ankle-less walking assistant apparatus and method for controlling the same
US10434027B2 (en) Recognition method of human walking speed intention from surface electromyogram signals of plantar flexor and walking speed control method of a lower-limb exoskeleton robot
JP6884526B2 (ja) 起立補助方法及び装置
CN109195565B (zh) 步行动作辅助装置
JP5936233B2 (ja) 歩行訓練装置及び歩行訓練システム
KR102566102B1 (ko) 보행 보조 장치 및 보행 보조 장치의 제어 방법
ES2538141T3 (es) Aparato de asistencia de movimiento de tipo para llevar puesto, aparato de calibración de aparato de asistencia de movimiento de tipo para llevar puesto y programa de calibración
KR20160062933A (ko) 보조력 설정 방법 및 장치
KR102094852B1 (ko) 토크 설정 방법 및 장치
KR20180047955A (ko) 밸런스 제어 방법 및 장치
KR102550861B1 (ko) 보행 보조 방법 및 그 방법을 수행하는 보행 보조 장치
EP3646999A1 (en) Assistance device and assistance method
JP2012095793A (ja) 歩行訓練システム
WO2019093000A1 (ja) 移動運動支援装置
US11583464B2 (en) Sensor device and walking assist device using the sensor device
KR20170055255A (ko) 토크 출력 타이밍 조정 방법 및 장치
JP2013208291A (ja) 歩行支援装置、及び歩行支援プログラム
JP2013048701A (ja) 歩行支援装置、及び歩行支援プログラム
KR20220165180A (ko) 사용자에게 힘을 제공하기 위한 토크를 출력하는 방법 및 장치
US20230046031A1 (en) Method and apparatus for outputting torque to provide force to user
US20230031376A1 (en) Method and apparatus for adjusting control parameter values of wearable device
KR102205833B1 (ko) 토크 설정 방법 및 장치
CN117377452A (zh) 用于输出扭矩以向用户提供力的方法和装置
CN117838485A (zh) 一种辅助型单侧下肢外骨骼机器人及其自适应控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant