KR20200008973A - Wearable Type Lower Body Motion Information Collecting Device - Google Patents

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KR20200008973A
KR20200008973A KR1020190086201A KR20190086201A KR20200008973A KR 20200008973 A KR20200008973 A KR 20200008973A KR 1020190086201 A KR1020190086201 A KR 1020190086201A KR 20190086201 A KR20190086201 A KR 20190086201A KR 20200008973 A KR20200008973 A KR 20200008973A
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joint
angle
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lower body
motion information
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KR1020190086201A
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김현근
공경철
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주식회사 엔젤로보틱스
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    • AHUMAN NECESSITIES
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    • A61B5/6828Leg

Abstract

The present invention relates to a wearable type lower body motion information collecting device. More specifically, the present invention relates to a wearable type lower body motion information collecting device which can provide basic data for analyzing walking characteristics and intentions for various lower body motions of a wearer through precise multi-axis motion angle measurement of lower body joints of the wearer without space restrictions.

Description

착용형 하체 동작정보 수집장치{Wearable Type Lower Body Motion Information Collecting Device}Wearable lower body motion information collecting device {Wearable Type Lower Body Motion Information Collecting Device}

본 발명은 착용형 하체 동작정보 수집장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공간의 제약이 없이, 착용자의 하체 관절의 정밀한 다축 운동각 측정을 통해 착용자의 보행 특성 및 다양한 하체 동작에 대한 의도를 분석하기 위한 기초 자료를 제공할 수 있는 착용형 하체 동작정보 수집장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wearable lower body motion information collecting device, and more particularly, to analyze the wearer's walking characteristics and intentions for various lower body motions through precise multi-axis movement angle measurement of the lower body joint of the wearer without any limitation of space. It relates to a wearable lower body motion information collection device that can provide basic data for.

사고 및 노화로 인한 하지의 병변이 있는 사람들과 무거운 짐을 옮기는 작업자들의 자세나 움직임의 도움을 위한 착용형 로봇들이 소개되고 있다. 착용형 로봇은 주로 사용자의 근력을 보조하기 위한 수단으로 사용된다. Wearable robots have been introduced to assist the posture and movement of people with lower limb lesions due to accidents and aging and for workers carrying heavy loads. The wearable robot is mainly used as a means to assist the user's muscle strength.

이러한 착용형 로봇은 착용자의 신체의 장애 유무 또는 신체적인 특징을 기초로 제공되어야 하므로, 로봇 처방 등을 위해서는 착용자의 보행 동작 분석이 선행되어야 한다.Since the wearable robot should be provided on the basis of the physical condition of the wearer's body or the physical characteristics, analysis of the walking motion of the wearer should be preceded for the prescription of the robot.

이를 위해서는 다양한 환경에서 사용자의 관절별 움직임을 확인하고 동작의도를 파악하는 것이 중요하다. 이러한 동작의도의 파악을 위해 다양한 동작분석 방법이 소개되고 있다. 동작분석이란 특정 동작동안 인체의 근골격 구조의 변화를 측정하여 관절 및 근육의 부하, 관절의 운동각, 회전 토크 등의 정보를 측정하며, 특히 하지 동작에 대하여 보행의 형태, 보폭, 보행속도 등의 정보를 확인할 수 있는 방법을 의미한다.To this end, it is important to check the movement of each joint of the user in various environments and to understand the motion intention. Various motion analysis methods have been introduced to understand these motion intentions. Motion analysis measures changes in the musculoskeletal structure of the human body during a specific motion, and measures information such as joint and muscle loads, joint angles of motion, rotational torque, etc. It means how information can be checked.

종래 소개되던 동작 분석 장치는 특정 공간에 설치된 복수의 카메라와 신체의 특정 부위에 부착되는 복수의 마커, 지면반력 측정기 등을 이용하여 공간상 관절의 이동, 회전각 및 지면반력에 근거한 보행 상태 등을 측정하는 방식으로 구성되었다.The conventional motion analysis apparatus uses a plurality of cameras installed in a specific space, a plurality of markers attached to a specific part of the body, a ground reaction force measuring device, and the like to walk in a space based on joint movement, rotation angle, and ground reaction force. It was configured in a way to measure.

그러나, 종래의 방법은 동작 분석 장치의 설치 시 상당한 비용이 들고, 또한 동작 분석 장치 자체가 가지는 공간적 제약으로 인하여 다양한 동작을 측정하고 분석하는 것에 있어서는 어려움이 많았으며, 각각의 마커들을 실시간으로 공간상에서 재배치하여 좌표값을 매칭시켜야 하기 때문에 복잡한 신호처리가 요구되어, 실생활 또는 다양한 환경에서의 동작 분석이 어렵다는 문제가 있었다.However, the conventional method has a considerable cost in the installation of the motion analysis device, and it is difficult to measure and analyze various motions due to the spatial constraints of the motion analysis device itself. Since the coordinates must be rearranged to match coordinates, complicated signal processing is required, and thus, it is difficult to analyze motion in real life or in various environments.

또한, 종래 시도되던 복수 개의 관성측정장치 (Inertial Measurement Unit, IMU)만으로 구성된 동작분석 장치는 신체의 특정 부위에 부착하여 공간상 관절의 위치값을 측정할 수 있으나, 착용자의 관절 전후 영역의 위치값만을 측정하기 때문에 관절의 비틀림이나 신체 특성에 따른 관절 축 변화 등이 있는 경우 이를 반영하지 못하여 관절의 정확한 3차원 공간에서의 회전각을 측정하지 못하는 문제가 있었다.In addition, the motion analysis device composed of only a plurality of Inertial Measurement Units (IMUs), which have been conventionally tried, can be attached to a specific part of the body to measure the position values of the joints in the space, but the position values of the area before and after the joint of the wearer. Since only the measurement of the joint, there is a problem that can not measure the rotation angle in the three-dimensional space of the joint because it does not reflect when there is a joint axis change depending on the torsion or physical characteristics of the joint.

또한, 관성측정장치의 특성상 자기장에 영향을 미치는 금속자재로 인하여 신호가 왜곡될 수도 있으며, 관절의 회전각 자체를 측정하는 것이 아니므로 정확한 동작 분석의 예로서 관절의 회전각을 측정하는 방법으로는 적절치 않기 때문에 관련 기술 개발이 필요한 실정이다.In addition, the signal may be distorted due to the metal material affecting the magnetic field due to the characteristics of the inertial measurement device, and since the rotation angle of the joint is not measured, an example of accurate motion analysis may include a method of measuring the rotation angle of the joint. As it is not appropriate, related technology development is needed.

본 발명은 착용자의 하체 관절의 정밀한 다축 운동각 측정을 통해 착용자의 보행 특성 및 다양한 하체 동작에 대한 의도를 분석하기 위한 기초 자료를 제공할 수 있는 착용형 하체 동작정보 수집장치를 제공함에 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a wearable lower body motion information collection device that can provide basic data for analyzing the wearer's walking characteristics and intentions for various lower body motions through precise multi-axis movement angle measurement of the lower body joint of the wearer. .

전술한 본 발명의 과제는 착용자의 고관절 영역에 착용되며, 착용자의 고관절의 회전각을 감지하기 위한 엔코더를 구비하는 고관절 측정부와, 착용자의 슬관절 영역에 착용되며, 착용자의 슬관절의 회전각을 감지하기 위한 엔코더를 구비하는 슬관절 측정부 및 상기 고관절 측정부의 엔코더 및 상기 슬관절 측정부의 엔코더가 측정한 관절의 회전각을 수신하고, 수신된 엔코더 측정값에 의하여 도출된 고관절 회전각 및 슬관절 회전각을 결정하는 제어부를 포함하는 착용형 하체 동작정보 수집장치를 제공함에 의해 달성될 수 있다.The above-described object of the present invention is worn on the hip joint region of the wearer, a hip joint measurement unit having an encoder for detecting the rotation angle of the wearer, and worn on the knee joint region of the wearer, the rotation angle of the knee joint of the wearer Receives the rotation angle of the joint measured by the knee measuring unit and the hip joint measuring unit and the encoder of the knee measuring unit having an encoder to determine the hip joint rotation angle and knee joint angle derived by the received encoder measurement value It can be achieved by providing a wearable lower body motion information collection device comprising a control unit.

여기서, 상기 착용형 하체 동작정보 수집장치는 상기 착용자의 발목관절 영역에 착용되며, 착용자의 발목관절의 회전각을 감지하기 위한 엔코더를 구비하는 발목관절 측정부를 더 구비할 수 있다.Here, the wearable lower body motion information collection device may be worn on the ankle joint region of the wearer, and may further include an ankle joint measuring unit having an encoder for detecting a rotation angle of the wearer's ankle joint.

또한, 상기 제어부는 착용자의 허리 근방에 장착되며, 전원 공급과 외부 분석장치와 통신 기능을 구비한 본체에 구비될 수 있다.In addition, the control unit is mounted near the waist of the wearer, and may be provided in a main body having a power supply and an external analysis device and a communication function.

한편, 각각의 관절에 구비된 상기 엔코더는 각각의 관절에 착용되는 착용부를 구성하는 절곡 가능한 링크부재의 힌지 영역에 장착되고, 각각의 상기 엔코더는 힌지에 의하여 연결되는 링크부재의 절곡각을 측정할 수 있다.On the other hand, the encoder provided in each joint is mounted to the hinge region of the bendable link member constituting the wearing portion to be worn in each joint, each of the encoder to measure the bending angle of the link member connected by the hinge Can be.

여기서, 각각의 관절 측정부 중 적어도 하나의 관절 측정부는 3축 가속도 센서(Accelerometer), 3축 자이로 센서(Gyroscope) 및 지자기 센서(Magnetometer)를 구비하는 관성측정장치를 더 구비하며, 상기 제어부에 의하여 상기 관성측정장치가 구비된 관절 측정부를 통해 측정된 값으로 도출된 관절의 회전각은 오일러각일 수 있다.Here, at least one joint measuring unit of each joint measuring unit may further include an inertial measurement unit including a 3-axis accelerometer, a 3-axis gyroscope, and a magnetometer. The rotation angle of the joint derived as a value measured through the joint measuring unit provided with the inertial measurement unit may be an Euler angle.

또한, 상기 제어부는 상기 관성측정장치에서 측정된 4원수(Quaternion, q0, q1, q2, q3)를 이용하여, 원 오일러각(롤링각(ф), 피치각(θ) 및 요잉각(ψ))을 연산한 후 그 중 피치각(θ을 추출한 후 추출된 피치각(θ과 상기 관성측정장치가 구비된 관절의 엔코더의 측정각(θenc)의 오차각(θerr)를 기초로 보상행렬[Rθ]을 도출한 후 상기 원 오일러각(롤링각(ф), 피치각(θ) 및 요잉각(ψ))을 보상하여 각각의 관절의 보상 오일러각(롤링각(ф'), 피치각(θ') 및 요잉각(ψ'))을 관절의 회전각으로 도출할 수 있다.In addition, the control unit uses the original number (Quaternion, q 0 , q 1 , q 2 , q 3 ) measured by the inertial measurement unit, the raw Euler angle (rolling angle (ф), pitch angle (θ) and yawing) After calculating the angle ψ, the pitch angle θ is extracted and the error angle θ err of the extracted pitch angle θ and the measurement angle θ enc of the encoder of the joint provided with the inertial measurement apparatus. Compensation Euler angle (rolling angle ф) of each joint by deriving the compensation matrix [R θ ] and then compensating the original Euler angle (rolling angle ф, pitch angle θ and yaw angle ψ). '), Pitch angle [theta]' and yaw angle [psi] 'can be derived as the rotation angle of the joint.

또한, 상기 제어부 또는 상기 외부 분석장치는 착용자의 대퇴의 길이 및 하퇴의 길이를 기초로 착용자의 공간상의 각각의 관절 위치 및 자세를 결정할 수 있다.In addition, the controller or the external analyzer may determine the position and posture of each joint in the wearer's space based on the length of the wearer's thigh and the length of the lower thigh.

본 발명에 따른 착용형 하체 동작정보 수집장치에 의하면, 하지 관절에 장착된 복수 개의 엔코더 신호값을 통해 정밀한 운동각을 파악할 수 있으며, 복수 개의 관성측정장치를 이용해 하지 관절의 공간상 다축 움직임을 파악할 수 있다.According to the wearable lower body motion information collection device according to the present invention, it is possible to determine the precise movement angle through a plurality of encoder signal values mounted on the lower limb joint, and to detect the spatial multi-axis movement of the lower limb joint using a plurality of inertial measurement devices. Can be.

또한, 본 발명에 따른 착용형 하체 동작정보 수집장치에 의하면, 관성측정장치를 구비하여 관절 영역 전후를 포함한 전체적인 신체의 공간상 움직임을 파악할 수 있다.In addition, according to the wearable lower body motion information collection device according to the present invention, it is equipped with an inertial measurement device can grasp the overall spatial movement of the body, including before and after the joint area.

또한, 본 발명에 따른 착용형 하체 동작정보 수집장치에 의하면, 관성측정장치가 사원수(Quatenrnion)로 공간값을 측정한 후 제어부가 오일러각으로 변환함으로써 짐벌락 현상이 방지될 수 있다.In addition, according to the wearable lower body motion information collection apparatus according to the present invention, the gimbal lock phenomenon can be prevented by the inertia measuring device to measure the spatial value by the quaternion, and then the control unit converts to the Euler angle.

또한, 본 발명에 따른 착용형 하체 동작정보 수집장치에 의하면, 관성측정장치로부터 도출된 오일러각을 엔코더값을 이용하여 엔코더의 회전 기준축 값으로 보정함으로써 관절의 정확한 동작 및 이동 위치을 파악할 수 있다.In addition, according to the wearable lower body motion information collecting device according to the present invention, by correcting the Euler angle derived from the inertial measurement device to the reference value of the rotation axis of the encoder using the encoder value, it is possible to determine the exact motion and the movement position of the joint.

또한, 엔코더값에 의해 보정된 위치값을 사용함으로써 착용자의 신체상 특징 및 동작정보를 정확하게 수집할 수 있다.In addition, by using the position value corrected by the encoder value, it is possible to accurately collect the physical characteristics and motion information of the wearer.

또한, 본 발명에 따른 착용형 하체 동작정보 수집장치에 의하면, 신체에 착용된 슈트 등에 부착될 수 있어 공간의 제약없이 다양한 환경에서 동작분석을 수행할 수 있다.In addition, according to the wearable lower body motion information collection device according to the present invention, it can be attached to a suit worn on the body, it is possible to perform the motion analysis in a variety of environments without the limitation of space.

또한, 본 발명에 따른 착용형 하체 동작정보 수집장치에 의하면, 신발 형태의 지면반력 센서를 통해 임의의 하지 동작 중의 지면반력을 측정할 수 있다.In addition, according to the wearable lower body motion information collecting device according to the present invention, it is possible to measure the ground reaction force during any lower limb movement through the ground reaction sensor in the form of shoes.

또한, 본 발명에 따른 착용형 하체 동작정보 수집장치에 의하면, 앉기, 서기, 계단 오르내리기, 낙상 등 착용자의 다양한 동작의도를 파악할 수 있다.In addition, according to the wearable lower body motion information collecting device according to the present invention, it is possible to grasp various intentions of the wearer, such as sitting, standing, going up and down stairs, falling.

도 1(a) 및 도 1(b)는 본 발명에 따른 착용형 하체 동작정보 수집장치의 전체 구성 및 상기 구성이 착용자의 신체에 착용되는 예를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 착용형 하체 동작정보 수집장치의 고관절 측정부를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 착용형 하체 동작정보 수집장치의의 슬관절 측정부를 도시한다.
도 4(a) 및 도 4(b)는 본 발명에 따른 착용형 하체 동작정보 수집장치의 발목관절 측정부를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 착용형 하체 동작정보 수집장치의 제어부와 연결되는 구성을 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 착용형 하체 동작정보 수집장치의 슬관절 측정부의 엔코더 및 관성측정장치로부터 제공되는 측정값을 변환 및 보상하는 과정을 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 착용형 하체 동작정보 수집장치 착용자의 움직임의 예시를 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 착용형 하체 동작정보 수집장치에 의해 측정되는 착용자의 각 관절의 회전각의 변화를 도시한다.
1 (a) and 1 (b) show the overall configuration of the wearable lower body motion information collecting apparatus according to the present invention and an example in which the configuration is worn on the wearer's body.
2 illustrates a hip measurement unit of the wearable lower body motion information collecting device according to the present invention.
3 is a view illustrating a knee joint measurement unit of a wearable lower body motion information collecting device according to the present invention.
4 (a) and 4 (b) shows ankle joint measurement unit of the wearable lower body motion information collection device according to the present invention.
Figure 5 shows a configuration connected to the control unit of the wearable lower body motion information collecting apparatus according to the present invention.
6 illustrates a process of converting and compensating measurement values provided from an encoder and an inertial measurement unit of the knee joint measurement unit of the wearable lower body motion information collection device according to the present invention.
Figure 7 shows an example of the movement of the wearer of the wearable lower body motion information collecting device according to the present invention.
Figure 8 illustrates a change in the rotation angle of each joint of the wearer measured by the wearable lower body motion information collection device according to the present invention.

이하에서는 본 발명의 실시예에 관하여 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다. 그리고 본 발명의 여러 실시예를 설명함에 있어서, 동일한 기술적 특징을 갖는 구성요소에 대하여는 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments described below are just described in detail enough to be easily carried out by those of ordinary skill in the art, which does not mean that the scope of protection of the present invention is limited. Do not. In describing the various embodiments of the present invention, the same reference numerals will be used for the elements having the same technical features.

도 1(a) 및 도 1(b)는 본 발명에 따른 착용형 하체 동작정보 수집장치의 전체 구성 및 상기 구성이 착용자의 신체에 착용되는 예를 도시한다. 이를 참조하여 본 발명에 따른 착용형 하체 동작정보 수집장치에 관하여 설명한다.1 (a) and 1 (b) show the overall configuration of the wearable lower body motion information collection apparatus according to the present invention and an example in which the configuration is worn on the wearer's body. Reference will be made to the wearable lower body motion information collecting device according to the present invention.

본 발명에 따른 착용형 하체 동작정보 수집장치(1000)는 착용자의 신체, 자세히는 착용자의 하체 영역에 착용될 수 있으며, 착용되는 부위의 관절의 회전각 및 위치값을 측정하여 제공함으로써 착용자의 하체의 동작을 분석할 수 있도록 할 수 있다.Wearable lower body motion information collecting device 1000 according to the present invention can be worn on the wearer's body, in detail the wearer's lower body area, the lower body of the wearer by measuring the rotation angle and position value of the joint of the worn portion It can be used to analyze the behavior of.

이를 위해 본 발명의 착용형 하체 동작정보 수집장치(1000)는 제어부(100), 고관절 측정부(200), 슬관절 측정부(300)를 포함하며, 발목관절 측정부(400)를 더 포함할 수 있다.To this end, the wearable lower body motion information collecting device 1000 of the present invention includes a control unit 100, a hip joint measurement unit 200, a knee joint measurement unit 300, and may further include an ankle joint measurement unit 400. have.

여기서, 고관절 측정부(200)는 착용자의 고관절 영역에 착용될 수 있으며, 자세히는 착용자의 신체의 시상면(sagittal plane) 상의 허리부(a)와 대퇴부(b)가 이루는 각도인 고관절의 회전각을 감지할 수 있다. 상기 고관절의 회전각은 시상면을 관통하는 가상의 수직축을 기준으로 하는 회전각으로 가정할 수 있다.Here, the hip joint measuring unit 200 may be worn on the hip joint region of the wearer, and the rotation angle of the hip joint, which is an angle formed by the waist part (a) and the thigh part (b) on the sagittal plane of the wearer's body, in detail. Can be detected. The rotation angle of the hip joint may be assumed to be a rotation angle based on a virtual vertical axis penetrating the sagittal plane.

또한, 슬관절 측정부(300)는 착용자의 슬관절 영역에 착용되어 착용자 신체의 시상면 상의 대퇴부(b)와 하퇴부(c)가 이루는 각의 회전각을 감지할 수 있으며, 발목관절 측정부(400)는 착용자의 발목관절 영역에 착용되어 하퇴부(c)와 족저부(d)가 이루는 발목관절의 공간상 회전각을 감지할 수 있다.In addition, the knee joint measurement unit 300 may be worn in the knee joint area of the wearer to detect an angle of rotation formed by the thighs (b) and the lower thighs (c) on the wearer's body, and the ankle joint measurement unit 400. Is worn on the ankle joint region of the wearer can detect the spatial rotation angle of the ankle joint formed by the lower leg (c) and the plantar portion (d).

고관절 측정부(200), 슬관절 측정부(300) 및 발목관절 측정부(400)는 측정한 회전각을 제어부로 전송하며, 상기 제어부는 각 측정부(200, 300, 400)로부터 상기 회전각을 수신하여 각 관절의 실질적 회전각과 위치변경값 등을 결정할 수 있다.The hip measurement unit 200, the knee joint measurement unit 300, and the ankle joint measurement unit 400 transmit the measured rotation angles to the control unit, and the control unit transmits the rotation angles from the respective measurement units 200, 300, and 400. By receiving it, it is possible to determine the actual rotation angle and position change value of each joint.

제어부(100)는 착용자의 신체에 장착될 수 있으며, 한편 착용자의 신체에 장착되지 않고 별도로 구비되어 유무선 통신 등으로 상기 각 측정부(200, 300, 400)와 연결될 수도 있다.The controller 100 may be mounted on the wearer's body, and may be separately provided without being mounted on the wearer's body, and may be connected to each of the measurement units 200, 300, and 400 by wired or wireless communication.

이러한 제어부(100)는, 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 착용자의 허리 근방에 착용되는 본체(도면부호 없음)에 구비될 수 있다. 여기서 본체는 배낭, 힙섹 또는 포터블한 가방 형태로 제공될 수 있으며, 전원 공급, 외부 분석장치와의 통신 기능 등 착용자의 동작 분석을 위한 다양한 기능이 구비될 수 있다.As shown in FIG. 1A, the controller 100 may be provided in a main body (without reference numerals) worn near the waist of the wearer. Here, the main body may be provided in the form of a backpack, a hip section or a portable bag, and may be provided with various functions for analyzing a wearer's motion, such as a power supply and a communication function with an external analyzer.

그리고, 본 발명에 따른 착용형 하체 동작정보 수집장치(1000)는 주로 고관절과 슬관절의 회전각을 측정하기 위하여 사용될 수 있으며, 더 나아가 발목관절의 회전각과 지면반력 또는 족저압 등을 측정하기 위하여 구비될 수도 있다.In addition, the wearable lower body motion information collecting device 1000 according to the present invention may be mainly used to measure the rotation angle of the hip and knee joint, and further provided to measure the rotation angle and ground reaction force or plantar pressure of the ankle joint. May be

도 2는 본 발명에 따른 착용형 하체 동작정보 수집장치(1000)의 고관절 측정부(200)를 도시한다.2 illustrates the hip measurement unit 200 of the wearable lower body motion information collecting apparatus 1000 according to the present invention.

이를 참조하여 본 발명의 착용형 하체 동작정보 수집장치(1000)의 고관절 측정부(200)를 설명하면, 고관절 측정부(200)는 착용부(210), 엔코더(220)를 포함할 수 있다. 또한, 고관절 측정부는 상게 엔코더(220)과 함께 고관절 영역의 관성 측정을 통해 각각의 관절의 삼차원 공간상의 위치 또는 오일러각의 계산을 위하여 관성측정장치(230)를 더 구비할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 뒤로 미룬다.Referring to the hip joint measuring unit 200 of the wearable lower body motion information collecting apparatus of the present invention, the hip joint measuring unit 200 may include a wearing unit 210, the encoder 220. In addition, the hip joint measuring unit may further include an inertial measurement unit 230 for calculating the position or Euler angle of each joint through the inertia measurement of the hip joint region together with the encoder 220. I'll explain more about this later.

상기 고관절에 착용되는 착용부(210)는 착용자의 고관절을 감싸도록 구비될 수 있으며, 자세하게는 상기 고관절을 포함하는 고관절 영역 전체에 착용되되 상기 고관절을 기준으로 절곡될 수 있도록 고관절 부분에 힌지가 배치되고, 상기 힌지에는 링크 부재가 장착되어 절곡될 수 있다.The wearing portion 210 to be worn on the hip joint may be provided to surround the wearer's hip joint, and in detail, the hinge is disposed on the hip joint portion so as to be bent over the hip joint region including the hip joint. The hinge may be mounted and bent to the hinge.

이러한 착용부(210)는 착용의 편의성 및 흘러내림 방지를 위하여 허리 및/또는 대퇴를 감싸는 곡선 구조의 형상을 가질 수 있다.The wearing part 210 may have a shape of a curved structure surrounding the waist and / or the thigh for convenience of wearing and preventing falling down.

또한, 고관절에 착용되는 착용부(210)는 탄성있는 재질 또는 폭이 조절될 수 있는 재질 또는 구조를 가질 수 있으며, 허리에 착용되는 부분이 전술한 배낭, 힙섹 또는 포터블한 가방 형태로 제공되는 본체와 결합되어 허리 부분을 지지하도록 구비될 수도 있다.In addition, the wearing portion 210 to be worn on the hip joint may have a material or structure that can be adjusted in elastic material or width, the body worn in the waist portion is provided in the form of a backpack, hip section or a portable bag described above. It may be coupled to and provided to support the waist portion.

상기 고관절에 착용되는 엔코더(220)는 착용자의 고관절의 회전각을 측정하기 위하여 구비될 수 있으며, 착용부(210)의 힌지 영역에 장착되어 상기 힌지에 장착된 링크부재의 절곡각을 측정함으로써 상기 착용자의 고관절의 회전각을 측정할 수 있다.The encoder 220 worn on the hip joint may be provided to measure the rotation angle of the hip joint of the wearer, and is mounted on the hinge region of the wearer 210 to measure the bending angle of the link member mounted on the hinge. The rotation angle of the hip joint of the wearer can be measured.

여기서, 상기 절곡각 역시 상기 착용자의 신체의 시상면 상의 회전각이라 가정할 수 있다.Here, the bending angle may also be assumed to be a rotation angle on the sagittal surface of the wearer's body.

여기서, 설명 및 향후 계산의 편의를 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 착용자의 고관절을 통과하며 시상면과 수직한 축을 y축으로 설정할 수 있다.Here, for convenience of explanation and future calculation, as illustrated in FIG. 2, an axis passing through the hip joint of the wearer and perpendicular to the sagittal plane may be set as the y axis.

따라서, 상기 링크부재가 상기 시상면 상에서 상기 힌지를 기준으로 절곡되기 때문에 상기 엔코더(220)에 의해 측정된 절곡각은 상기 착용자의 시상면 상에서의 고관절의 회전각일 수 있다.Therefore, the bending angle measured by the encoder 220 may be a rotation angle of the hip joint on the sagittal plane of the wearer because the link member is bent on the hinge on the sagittal plane.

이러한 착용자의 고관절에 착용되는 엔코더(220)는 측정된 절곡각을 제어부로 전송할 수 있으며, 제어부(100)는 이러한 절곡각을 수신받아 고관절의 회전각을 결정할 수 있다.The encoder 220 worn on the wearer's hip joint may transmit the measured bending angle to the controller, and the controller 100 may receive the bending angle to determine the rotation angle of the hip joint.

한편, 상기 고관절 측정부(200)에는 관성측정장치(230)가 구비될 수 있다. 상기 고관절 측정부(200)에 구비되는 관성측정장치(230)는 상기 고관절의 회전각 및/또는 위치값을 측정할 수 있으며, 이를 위해 3축 가속도 센서(Accelerometer), 3축 자이로 센서(Gyroscope) 및 지자기 센서(Magnetometer)를 구비할 수 있다.On the other hand, the hip joint measuring unit 200 may be provided with an inertial measurement unit 230. The inertial measurement unit 230 provided in the hip joint measuring unit 200 may measure a rotation angle and / or a position value of the hip joint, and for this purpose, a 3-axis accelerometer and a 3-axis gyroscope And a magnetometer.

상기 관성측정장치(230)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 착용자의 고관절 영역에 장착되어 고관절의 움직임에 따른 회전각 및/또는 위치값을 측정하는데, 이때 측정된 측정값은 사원수(Quaternion, q0, q1, q2, q3)로 제공될 수 있다.As shown in FIG. 2, the inertial measurement unit 230 is mounted on the hip joint region of the wearer and measures a rotation angle and / or a position value according to the movement of the hip joint, wherein the measured value is a quaternion , q0, q1, q2, q3).

여기서, 사원수(q0, q1, q2, q3)는 공간상의 회전각을 측정하거나 표현하고자 할 때 이용되며, 사원수는 공간삭의 회전각이 오일러각으로 측정되거나 표현되었을 경우 임의의 회전에 의해 임의의 축이 겹쳐서 어느 축에 대한 자유도가 제한되는 또는 회전이 의미가 없어지는 이른바 짐벌락 현상을 방지하기 위하여 복소수의 개념을 도입한 좌표체계로서, 이는 공지 기술이므로 여기서는 더 이상의 자세한 설명은 생략한다.Here, the quaternions (q0, q1, q2, q3) are used when measuring or expressing the rotational angle in space, and the quaternary number is determined by arbitrary rotation when the rotational angle of the space stroke is measured or expressed by Euler angle Coordinate system that introduces the concept of a complex number in order to prevent the so-called gimbalfall phenomenon in which arbitrary axes overlap to limit the degree of freedom or the rotation becomes meaningless. .

이러한 관성측정장치(230)가 측정하는 사원수(q0, q1, q2, q3)는 제어부로 전송되며, 제어부(100)는 상기 사원수(q0, q1, q2, q3)를 수신하여 원 오일러각으로 변환할 수 있다.The number of employees q0, q1, q2, and q3 measured by the inertial measurement unit 230 is transmitted to the control unit, and the control unit 100 receives the number of employees q0, q1, q2, and q3 to obtain the original Euler angle. Can be converted to

여기서, 상기 오일러각은 3차원 공간을 x축, y축, z축으로 정의하고 좌표의 이동값을 각 축에 대한 회전각으로 표현한 것이며, 상기 고관절 측정부(200)의 관성측정장치(230)를 기준으로 한 오일러각의 기준축은, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 고관절 측정부(200)의 관성측정장치(230)의 위치를 원점으로 설정하고, 상기 착용자의 대퇴의 길이 방향을 x축, 상기 x축과 직교하며 상기 원점을 관통하되 상기 착용자의 시상면과 수직한 축을 y축, 상기 x축 및 y축 모두에 수직한 축을 z축으로 설정한 기준축일 수 있다.Here, the Euler angle is a three-dimensional space is defined by the x-axis, y-axis, z-axis and the movement value of the coordinates is expressed as a rotation angle about each axis, the inertial measurement unit 230 of the hip measurement unit 200 As shown in FIG. 2, the reference axis of the Euler angle based on, sets the position of the inertial measurement unit 230 of the hip measurement unit 200 as the origin, and sets the length of the wearer's thigh in the x-axis. The reference axis may be a reference axis in which an axis perpendicular to the x-axis and penetrating the origin but perpendicular to the wearer's sagittal plane is set to a y-axis, and an axis perpendicular to both the x-axis and the y-axis.

여기서, x축을 기준으로 한 회전각을 롤링각(ф), y축을 기준으로 한 회전각을 피치각(θ), z축을 기준으로 한 회전각을 요잉각(ψ)으로 정의할 수 있으며, 각 사원수(q0, q1, q2, q3)는 다음과 같은 (식1) 내지 (식3)에 의해 오일러각으로 변환될 수 있다.Here, the rotation angle based on the x axis may be defined as a rolling angle (ф), the y axis based on a pitch angle (θ), and the rotation angle based on the z axis as a yaw angle (ψ). The quaternary numbers q0, q1, q2 and q3 can be converted into Euler angles by the following equations (1) to (3).

Figure pat00001
.....(식1)
Figure pat00001
..... (Equation 1)

Figure pat00002
.....(식2)
Figure pat00002
..... (Equation 2)

Figure pat00003
.....(식3)
Figure pat00003
... (Eq. 3)

따라서, 상기 고관절 측정부(200)의 관성측정장치(230)가 측정하는 사원수(q0, q1, q2, q3)는 제어부(100) 또는 외부 분석장치에서 상기 연산을 통해 상기 원 오일러각(ф, θ, ψ)으로 변환될 수 있으며, 참고로 여기서 피치각(θ)은 상기 착용자의 고관절 측정부(200)의 관성측정장치(230)를 기준으로 한 시상면과 수직한 축을 기준으로 하는 회전각이다.Therefore, the number of employees q0, q1, q2, and q3 measured by the inertial measurement unit 230 of the hip joint measuring unit 200 is determined by the control unit 100 or an external analyzer through the original Euler angle ф. , θ, ψ), where the pitch angle θ is a rotation based on an axis perpendicular to the sagittal plane based on the inertial measurement unit 230 of the wearer's hip measurement unit 200. It is angle.

이러한 피치각(θ)은 추후 제어부(100) 또는 외부분석장치에서 상기 엔코더(220)를 통해 측정된 회전각(θenc)과의 비교를 통해 보상행렬(Compensation matrix)을 추출하는데 사용될 수 있으며, 상기 보상행렬에 의해 상기 원 오일러각(ф,θ,ψ)이 보상 오일러각(ф',θ',ψ')으로 보정될 수 있는데 이에 대해서는 후술한다.The pitch angle θ may be used later to extract a compensation matrix through comparison with the rotation angle θ enc measured by the encoder 220 in the controller 100 or an external analyzer. The original Euler angles ф, θ, ψ may be corrected to the compensation Euler angles ф ′, θ ′, ψ ′ by the compensation matrix, which will be described later.

도 3은 본 발명에 따른 착용형 하체 동작정보 수집장치(1000)의 슬관절 측정부(300)를 도시한 것이며, 이를 참조하여 슬관절 측정부(300)에 관하여 설명한다. 3 is a view illustrating the knee joint measuring unit 300 of the wearable lower body motion information collecting apparatus 1000 according to the present invention, and the knee joint measuring unit 300 will be described.

본 발명의 착용형 하체 동작정보 수집장치(1000)의 슬관절 측정부(300)는 착용자의 슬관절의 움직임을 측정하며, 이를 위해 착용부(310), 엔코더(320) 및 관성측정장치(330)를 포함할 수 있다.The knee measurement unit 300 of the wearable lower body motion information collecting device 1000 of the present invention measures the movement of the knee joint of the wearer, and for this purpose, the wearing unit 310, the encoder 320, and the inertial measurement unit 330 are measured. It may include.

자세하게는 상기 슬관절에 착용되는 착용부(310)는 착용자의 슬관절을 감싸도록 구비될 수 있으며, 자세히는 슬관절 영역 전체에 착용되되 상기 슬관절을 기준으로 절곡될 수 있도록 상기 슬관절 부분에 힌지가 배치되고, 상기 힌지에 링크 부재가 장착되어 절곡될 수 있다.In detail, the wearing part 310 to be worn on the knee joint may be provided to surround the knee joint of the wearer, and in detail, the hinge is disposed on the knee joint portion so that the knee joint may be bent based on the knee joint region. A link member may be mounted and bent at the hinge.

이러한 착용부(310)는 착용의 편의성 및 흘러내림 방지를 위하여 대퇴와 하퇴를 각각 감싸도록 구성될 수 있으며, 보행에 불편함이 없고, 착용부(310)의 물리적 간섭을 줄이기 위해 대퇴부의 앞부분과 하퇴부의 뒷부분을 곡선 형태로 잡아줄 수 있다.The wearing part 310 may be configured to surround the thigh and the lower leg, respectively, for convenience of wearing and preventing the falling down, there is no inconvenience in walking, and to reduce the physical interference of the wearing part 310 and The back of the lower thigh can be curved.

상기 슬관절에 착용되는 엔코더(320)는 착용자의 슬관절의 회전각을 측정하기 위하여 구비될 수 있으며, 슬관절 착용부(310)의 힌지 영역에 장착되어 상기 힌지에 장착된 링크부재의 절곡각을 측정함으로써 상기 착용자의 슬관절의 회전각을 측정할 수 있다.The encoder 320 worn on the knee joint may be provided to measure the rotation angle of the knee joint of the wearer, by measuring the bending angle of the link member mounted on the hinge by being mounted on the hinge region of the knee joint wearing portion 310. The rotation angle of the knee joint of the wearer can be measured.

여기서, 상기 절곡각 또한 상기 착용자의 신체의 시상면 상의 회전각이라 가정할 수 있다.Here, the bending angle may also be assumed to be a rotation angle on the sagittal surface of the wearer's body.

여기서, 시상면의 기준축을 전술한 고관절의 경우와 동일하게 맞추기 위하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 착용자의 슬관절을 통과하며 시상면과 수직한 축을 y축으로 설정할 수 있다.Here, in order to align the reference axis of the sagittal plane in the same manner as in the above-described hip joint, as shown in FIG. 3, an axis passing through the knee joint of the wearer and perpendicular to the sagittal plane may be set as the y axis.

따라서, 상기 링크부재가 상기 슬관절 측정부(300)의 엔코더(330)에 의해 측정된 절곡각은 상기 착용자의 시상면 상에서의 슬관절의 회전각일 수 있다.Therefore, the bending angle measured by the encoder 330 of the knee joint measuring unit 300 may be a rotation angle of the knee joint on the sagittal plane of the wearer.

이러한 착용자의 슬관절에 착용되는 엔코더(330)에서 측정된 절곡각 또한 전술한 제어부(100)로 전송될 수 있으며, 제어부(100)는 이러한 절곡각을 슬관절의 회전각으로 결정할 수 있다.The bending angle measured by the encoder 330 worn on the knee joint of the wearer may also be transmitted to the controller 100 described above, and the controller 100 may determine the bending angle as the rotation angle of the knee joint.

한편, 상기 슬관절 측정부(300)에도 관성측정장치(330)가 구비될 수 있다. 상기 슬관절 측정부(300)에 구비되는 관성측정장치(330)는 상기 슬관절의 회전각 및/또는 위치값을 측정할 수 있으며, 이를 위해 3축 가속도 센서(Accelerometer), 3축 자이로 센서(Gyroscope) 및 지자기 센서(Magnetometer)를 구비할 수 있다.On the other hand, the knee joint measuring unit 300 may be provided with an inertial measurement unit 330. The inertial measurement unit 330 provided in the knee joint measuring unit 300 may measure a rotation angle and / or a position value of the knee joint, and for this purpose, a 3-axis accelerometer and a 3-axis gyroscope And a magnetometer.

이러한 슬관절 측정부(300)에 장착되는 관성측정장치(330)에서 도출되는 원 오일러각의 기준축은, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 슬관절 측정부(300)의 관성측정장치(330)의 위치를 원점으로 설정하고, 상기 착용자의 하퇴의 길이방향을 x축, 상기 x축과 직교하며 상기 원점을 관통하되 상기 착용자의 시상면과 수직한 축을 y축, 상기 x축 및 y축 모두에 수직한 축을 z축으로 설정한 기준축일 수 있다.The reference axis of the original Euler angle derived from the inertial measurement unit 330 mounted on the knee joint measurement unit 300 is, as shown in FIG. 3, the position of the inertial measurement unit 330 of the knee joint measurement unit 300. Is set to the origin, and the longitudinal direction of the lower leg of the wearer is perpendicular to both the x-axis, the x-axis, and perpendicular to the wearer's sagittal plane, perpendicular to both the x-axis and the y-axis. The axis may be a reference axis set as a z axis.

이러한 슬관절 측정부(300)에 장착되는 관성측정장치(330)는 고관절 측정부(200)에 장착되는 관성측정장치(230)와 원점이 다른 점을 제외하고는 구성이 대동소이하므로 더 이상의 중복되는 설명은 생략한다.The inertial measurement unit 330 mounted on the knee joint measurement unit 300 has a similar configuration except that the origin is different from that of the inertial measurement unit 230 mounted on the hip joint measurement unit 200, and thus is no longer overlapped. Description is omitted.

도 4(a) 및 도 4(b)는 본 발명에 따른 착용형 하체 동작정보 수집장치(1000)의 발목관절 측정부(400)를 도시한 것이며, 이를 참조하여 발목관절 측정부(400)에 관하여 설명한다.4 (a) and 4 (b) illustrate the ankle joint measuring unit 400 of the wearable lower body motion information collecting apparatus 1000 according to the present invention, with reference to the ankle joint measuring unit 400. Explain about.

본 발명의 착용형 하체 동작정보 수집장치(1000)의 발목관절 측정부(400)는 착용자의 발목관절의 움직임을 측정하며, 이를 위해 착용부(410), 엔코더(420) 및 관성측정장치(430)를 포함할 수 있으며, 족저압 센서(440)를 더 구비할 수 있다.The ankle joint measuring unit 400 of the wearable lower body motion information collecting device 1000 of the present invention measures the movement of the ankle joint of the wearer, and for this, the wearing unit 410, the encoder 420, and the inertial measurement unit 430. ), And may further include a plantar pressure sensor 440.

자세하게는 상기 발목관절에 착용되는 착용부(410)는 착용자의 발목관절을 감싸도록 구비될 수 있으며, 자세히는 발목관절 영역 전체에 착용되되 상기 발목관절을 기준으로 절곡될 수 있도록 상기 발목관절 부분에 힌지가 배치되고, 상기 힌지에 링크 부재가 장착되어 절곡될 수 있다.In detail, the wearing portion 410 to be worn on the ankle joint may be provided to surround the wearer's ankle joint, and in detail, the ankle joint portion may be bent on the ankle joint so as to be bent based on the ankle joint. A hinge is disposed, and the link member may be mounted and bent on the hinge.

이러한 착용부(410)는 착용자의 발목과 발바닥 및 발등을 각각 감싸도록 구성될 수 있으며, 상기 착용자의 발바닥 부분을 감싸는 착용부(410)에는 착용자의 보행상태 분석에 활용될 수 있는 발바닥에 가해지는 지면반력 또는 족저압을 측정하는 지면반력 측정센서(440)가 장착될 수 있다. 상기 지면반력 측정센서(440)는 발의 전방과 후방에 각각 구비되어 초기, 중기 및 말기 입각기 등의 보행 주기를 식별할 수 있다.The wearing part 410 may be configured to surround the wearer's ankle, the sole, and the foot, respectively, and the wearing part 410 surrounding the sole of the wearer is applied to the sole that can be used to analyze the walking state of the wearer. Ground reaction force measuring sensor 440 may be mounted to measure ground reaction force or plantar pressure. The ground reaction force measuring sensor 440 may be provided at the front and the rear of the foot, respectively, to identify a walking cycle such as early, middle, and late stances.

상기 발목관절에 착용되는 엔코더(420)는 착용자의 발목관절의 회전각을 측정하기 위하여 구비될 수 있으며, 발목관절 착용부(410)의 힌지 영역에 장착되어 상기 힌지에 장착된 링크부재의 절곡각을 측정함으로써 상기 착용자의 발목관절의 회전각을 측정할 수 있다.The encoder 420 to be worn on the ankle joint may be provided to measure the rotation angle of the ankle joint of the wearer, and bend angle of the link member mounted to the hinge is mounted on the hinge region of the ankle joint wearing portion 410. By measuring the rotation angle of the ankle joint of the wearer can be measured.

여기서, 상기 발목관절의 절곡각 또한 상기 착용자의 신체의 시상면 상의 회전각이라 가정할 수 있다.Here, it may be assumed that the bending angle of the ankle joint is also the rotation angle on the sagittal surface of the wearer's body.

여기서, 시상면의 기준축을 전술한 고관절 및 슬관절의 경우와 동일하게 맞추기 위하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 착용자의 발목관절을 통과하며 시상면과 수직한 축을 y축으로 설정할 수 있다.Here, in order to fit the reference axis of the sagittal plane in the same way as the above-described hip and knee joint, as shown in Figure 4, the axis through the wearer's ankle joint and perpendicular to the sagittal plane can be set to the y-axis.

따라서, 상기 링크부재가 상기 발목관절 측정부(400)의 엔코더(420)에 의해 측정된 절곡각은 상기 착용자의 시상면 상에서의 발목관절의 회전각일 수 있다.Accordingly, the bending angle measured by the encoder 420 of the ankle joint measuring unit 400 may be a rotation angle of the ankle joint on the sagittal plane of the wearer.

이러한 착용자의 발목관절에 착용되는 엔코더(420)는 측정된 절곡각 또한 전술한 제어부(100)로 전송될 수 있으며, 제어부(100)는 이러한 절곡각을 수신받아 발목관절의 회전각을 결정할 수 있다.The encoder 420 worn on the wearer's ankle joint may be transmitted to the measured bending angle as well as the controller 100 described above, and the controller 100 may receive the bending angle to determine the rotation angle of the ankle joint. .

한편, 상기 발목관절 측정부(400)에도 관성측정장치(430)가 구비될 수 있다. 상기 발목관절 측정부(400)에 구비되는 관성측정장치(430)는 상기 발목관절의 회전각 및/또는 위치값을 측정할 수 있으며, 이를 위해 3축 가속도 센서(Accelerometer), 3축 자이로 센서(Gyroscope) 및 지자기 센서(Magnetometer)를 구비할 수 있다.On the other hand, the ankle joint measuring unit 400 may be provided with an inertial measurement unit 430. The inertial measurement unit 430 provided in the ankle joint measuring unit 400 may measure a rotation angle and / or a position value of the ankle joint, and for this purpose, a 3-axis accelerometer and a 3-axis gyro sensor ( A gyroscope and a magnetometer may be provided.

이러한 발목관절 측정부(400)에 장착되는 관성측정장치(430)에서 도출되는 원 오일러각의 기준축은, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 발목관절 측정부(400)의 관성측정장치(430)의 위치를 원점으로 설정하고, 상기 착용자의 발등이 연장되는 방향을 x축, 상기 x축과 직교하며 상기 원점을 관통하되 상기 착용자의 시상면과 수직한 축을 y축, 상기 x축 및 y축 모두에 수직한 축을 z축으로 설정한 기준축일 수 있다.The reference axis of the original Euler angle derived from the inertial measurement unit 430 mounted on the ankle joint measurement unit 400 is, as shown in FIG. 4, the inertial measurement unit 430 of the ankle joint measurement unit 400. Set the position of as the origin, the direction in which the instep of the wearer's foot extends on the x-axis, perpendicular to the x-axis and penetrating the origin but perpendicular to the wearer's sagittal plane, both the y-axis, the x-axis and the y-axis It may be a reference axis set as an z-axis perpendicular to the axis.

이러한 발목관절 측정부(400)에 장착되는 관성측정장치(430)는 전술한 고관절 측정부(200) 또는 슬관절 측정부(300)에 장착되는 관성측정장치(230, 330)와 원점이 다른 점을 제외하고는 구성이 대동소이하므로 더 이상의 중복되는 설명은 생략한다.The inertial measurement unit 430 mounted on the ankle joint measurement unit 400 has a point of origin different from the inertial measurement unit 230 or 330 mounted on the hip joint measurement unit 200 or the knee joint measurement unit 300. Except for the overlapping description, since the configuration is almost the same.

지면반력 측정센서(440)는 발바닥에 가해지는 지면반력 또는 족저압을 측정할 수 있도록 착용자의 발바닥 영역에 장착될 수 있으며, 제어부(100)는 상기 지면반력 측정센서(440)의 측정값을 참고하여 보행주기 또는 착용자의 하체 동작분석에 활용할 수 있다.The ground reaction force measuring sensor 440 may be mounted on the sole region of the wearer so as to measure the ground reaction force or plantar pressure applied to the sole, and the controller 100 refers to the measured value of the ground reaction force measuring sensor 440. It can be used to analyze the walking cycle or lower body motion of the wearer.

예를 들면, 지면반력 측정센서(440)에 지면 반력이 측정되지 않는 경우 상기 지면반력 측정센서(440)가 장착된 발을 유각기로 판단하여 동작분석에 활용할 수 있으며, 소정의 지면 반력이 측정되는 경우에는 입각기로 판단하여 동작분석에 활용할 수 있다. For example, when the ground reaction force is not measured by the ground reaction measurement sensor 440, the foot equipped with the ground reaction force measurement sensor 440 may be determined as an angle and used for motion analysis, and the predetermined ground reaction force is measured. If so, it can be used for motion analysis by judging by standing.

또한, 유각기에서도 착용자의 발바닥의 전방 영역에 지면반력과 후방 영역의 지면반력과의 차이를 이용하여 입각기 초기인지 중기인지 말기인지 또한 판단하여 동작분석에 활용할 수 있다.In addition, in the stator phase, the difference between the ground reaction force in the front region of the foot of the wearer and the ground reaction force in the rear region may also be used in motion analysis by determining whether it is the initial stage, the middle stage or the late stage.

도 5는 본 발명에 따른 착용형 하체 동작정보 수집장치(1000)의 제어부(100) 및 그와 연결되는 구성에 관하여 도시한 것이며, 이를 참조하여 제어부(100)에 관하여 설명한다.5 is a view illustrating a control unit 100 and a configuration connected thereto of the wearable lower body motion information collecting apparatus 1000 according to the present invention, and the control unit 100 will be described with reference to the figure.

본 발명에 따른 착용형 하체 동작정보 수집장치(1000)의 제어부(100)는 전술한 바와 같이 본체에 구비될 수 있으며, 제어부(100)는 전술한 고관절 측정부(200), 슬관절 측정부(300) 및 발목관절 측정부(400)의 엔코더(220, 320, 420)가 측정한 관절의 회전각을 수신하며, 수신된 엔코더(220, 320, 420) 측정값에 의하여 도출되는 관절의 회전각을 결정할 수 있다.The control unit 100 of the wearable lower body motion information collecting apparatus 1000 according to the present invention may be provided in the main body as described above, and the control unit 100 may include the hip joint measuring unit 200 and the knee joint measuring unit 300. And the rotation angles of the joints measured by the encoders 220, 320, and 420 of the ankle joint measurement unit 400, and determine the rotation angles of the joints derived by the received encoders 220, 320, and 420. You can decide.

제어부(100)는 도출되는 관절의 회전각을 본체에 구비된 통신 기능 등을 이용하여 외부 분석장치(E)로 전송할 수 있으며, 이때 전송되는 값은 각 관절영역에 구비된 엔코더(220, 320, 420)로부터 수신된 회전각, 전술한 관성측정장치(230, 330, 430)를 통해 수신되어 변환된 원 오일러각 또는 상기 엔코더에 의해 수신된 회전각과 원 오일러각이 기설정된 로직에 의하여 변환된 보상 오일러각일 수도 있다.The controller 100 may transmit the derived rotation angle to the external analysis device E using a communication function provided in the main body, and the transmitted values are encoders 220, 320, provided in each joint region. Compensation in which the rotation angle received from 420, the original Euler angle received and converted through the inertial measurement device 230, 330, and 430 described above, or the rotation angle and original Euler angle received by the encoder are converted by predetermined logic. Euler angle may be.

제어부(100)는 착용자의 대퇴부의 길이 및 하퇴의 길이를 기초로 상기 착용자의 공간상의 각각의 관절 위치 및 자세를 결정할 수 있으며, 제어부(100)는 측정값만을 제공하고 상기 결정은 외부 분석장치(E)에 의해 수행될 수도 있다.The control unit 100 may determine the position and posture of each joint in the wearer's space based on the length of the wearer's thigh and the length of the lower thigh, and the control unit 100 provides a measurement value and the determination is performed by an external analyzer ( May be performed by E).

도 6은 적어도 하나의 관절 측정부에 구비된 엔코더 및 관성측정장치로부터 제공되는 측정값을 변환 및 보상하여 정확한 해당 관절의 공간상의 오일러 회전각을 결정하는 과정의 개념도를 도시한다.FIG. 6 illustrates a conceptual diagram of a process of determining an accurate Euler rotational angle in space of a corresponding joint by converting and compensating measured values provided from an encoder and an inertial measurement apparatus provided in at least one joint measuring unit.

상기 관절 측정부는 전술한 고관절 측정부(200), 슬관절 측정부(300) 및 발목관절 측정부(400) 중 하나일 수 있으며, 모든 관절에서 각각 동일한 방식으로 공간 상에서 관절의 정확한 3차원 공간에서의 회전각을 측정할 수 있다.The joint measuring unit may be one of the above-described hip joint measuring unit 200, knee joint measuring unit 300, and ankle joint measuring unit 400, and in each joint in the same manner in the exact three-dimensional space of the joint in space. The angle of rotation can be measured.

이를 참조하면, 전술한 바와 같이, 각각의 관절 측정부는 엔코더에 의해 측정된 회전각(θEnc) 및 관성측정장치에 의해 측정된 사원수(q0, q1, q2, q3)를 수집할 수 있다.Referring to this, as described above, each joint measuring unit may collect the rotation angle θ Enc measured by the encoder and the quaternary number q0, q1, q2 and q3 measured by the inertial measurement apparatus.

제어부(100)는 관성측정장치에서 제공된 사원수(q0, q1, q2, q3)를 전술한 (식1) 내지 (식3)을 이용하여 변환(Rotation matrix 연산)하여, 원 오일러각을 구성하는 x축을 기준으로 한 회전각 롤링각(ф), y축을 기준으로 한 회전각 피치각(θ), z축을 기준으로 한 회전각 요잉각(ψ)으로 변환할 수 있다.The control unit 100 converts the number of employees q0, q1, q2, and q3 provided by the inertial measurement apparatus using (Equation 1) to (Equation 3) (Rotation matrix calculation) to form an original Euler angle. The rotation angle rolling angle ф on the x axis, the rotation angle pitch angle on the y axis, and the rotation angle yaw angle ψ on the z axis can be converted.

그런데, 여기서 구해진 원 오일러각(롤링각(ф), 피치각(θ) 및 요잉각(ψ))은 관성측정장치(330)를 기준으로 한 것이고, 관성측정장치의 장착위치와 관절의 위치의 오차 또는 신체적 특징 등으로 인하여 동작 중에 관절 축이 틀어지거나 자세 불량 등의 경우에 상기 원 오일러각(ф,θ,ψ)으로 각각의 관절의 공간상의 회전각으로 결정하는 경우 오차가 증폭될 수 있다.By the way, the original Euler angles (rolling angle (ф), pitch angle (θ) and yaw angle (ψ)) obtained here are based on the inertial measurement unit 330, and the position of the inertial measurement unit and the position of the joint The error may be amplified when the joint axis is misaligned during operation due to an error or a physical characteristic, or when the joint axis is determined as the spatial rotation angle of each joint by the original Euler angle (ф, θ, ψ). .

따라서, 원 오일러각 중 피치각(θ)과 상기 엔코더로 측정한 회전각(θEnc)을 기준으로 보상하는 과정을 수행하며, 이때 보상은 상기 사원수(q0, q1, q2, q3)로부터 변환된 y축을 기준으로 한 회전각 피치각(θ)만을 서로 비교하여 아래의 (식4)에 의해 오차각(θerr)을 산출할 수 있으며, 이러한 방법으로 산출된 오차를 보상하는 원리로 원 오일러각(롤링각(ф), 피치각(θ) 및 요잉각(ψ))전체를 보상하여 보상된 보상 오일러각을 결정하고, 보상 오일러각을 각각의 관절의 공간상의 오일러각 형태의 회전각으로 결정할 수 있다.Therefore, a process of compensating is performed based on the pitch angle θ of the original Euler angle and the rotation angle θ Enc measured by the encoder, wherein the compensation is converted from the quaternary numbers q0, q1, q2, and q3. By comparing only the rotation angle pitch angle θ based on the y-axis, the error angle θ err can be calculated by Equation 4 below. Compensation of the entire compensation (rolling angle (ф), pitch angle (θ) and yaw angle (ψ)) to determine the compensated compensation Euler angle, and the compensation Euler angle as a rotation angle in the form of the spatial Euler angle of each joint You can decide.

Figure pat00004
.....(식4)
Figure pat00004
..... (Equation 4)

이러한 오차를 산출하는 과정과 보상하는 과정은 원 오일러각 중 피치각(θ)의 오차의 성향이 원 오일러각 중 롤링각과 요잉각에도 반영되었음을 전제한다.The process of calculating and compensating such an error assumes that the propensity of the error of the pitch angle θ of the original Euler angle is reflected in the rolling angle and the yawing angle of the original Euler angle.

따라서, 피치각 오차를 통해 원 오일러각(롤링각(ф), 피치각(θ) 및 요잉각(ψ))에 반영하기 위하여 보상행렬(Compensation matrix)를 산출할 수 있다.Therefore, a compensation matrix can be calculated to reflect the original Euler angle (rolling angle ф, pitch angle θ, and yaw angle ψ) through the pitch angle error.

여기서, 전술한 오차 산출을 위해 원 오일러각(롤링각(ф), 피치각(θ) 및 요잉각(ψ))의 값에서 피치각(θ)만을 추출하기 위하여 원행렬을 Roll, Yaw 각도만큼 역으로 회전하는 Rotation Matrix가 연산될 수 있고, 전술한 Error Comaprison(오차 비교)에서 산출된 오차값을 역연산하여 보상 행렬을 산출하며, 이러한 보상행렬[R θ ]은 다음 (식5)와 같다.Here, in order to extract only the pitch angle θ from the values of the original Euler angles (rolling angle ф, pitch angle θ, and yaw angle ψ) for calculating the aforementioned error, the original matrix is rolled by the Roll and Yaw angles. A rotation matrix that rotates inversely can be computed, and a compensation matrix is calculated by inversely calculating the error value calculated in the aforementioned error comaprison (error comparison), and this compensation matrix [R θ ] is given by the following equation (5). .

Figure pat00005
.....(식5)
Figure pat00005
..... (Eq. 5)

이러한 보상 행렬이 결정되면, (식6) 및 (식7)과 같이 이를 원 오일러각(롤링각(ф), 피치각(θ) 및 요잉각(ψ))에 행렬 곱함으로써 제어부(100)는 엔코더(320) 측정값에 의해 보상된 보상 오일러각(롤링각(ф), 피치각(θ) 및 요잉각(ψ))을 상기 슬관절의 회전각으로 도출할 수 있다.When the compensation matrix is determined, the controller 100 multiplies the original Euler angles (rolling angle ф, pitch angle θ and yaw angle ψ) by the matrix as shown in Equations 6 and 7. The compensation Euler angles (rolling angle φ, pitch angle θ and yaw angle ψ) compensated by the encoder 320 measurement value can be derived as the rotation angle of the knee joint.

원 오일러각(ф, θ, ψ) X 보상행렬[R θ ] = 보상 오일러각(ф', θ', ψ') .....(식6)Original Euler angles (ф, θ, ψ) X Compensation matrix [R θ ] = Compensated Euler angles (ф ', θ', ψ ') ... (Equation 6)

Figure pat00006
.....(식7)
Figure pat00006
... (Eq. 7)

따라서, 이와 같은 보상 과정을 통해 각각의 관절의 공간상의 정확한 오일러각 형태의 회전각을 결정할 수 있다.Therefore, through this compensation process, it is possible to determine the exact angle of rotation of the Euler angle shape in the space of each joint.

이와 같은 보상 오일러각을 각각의 관절의 공간상 회전각으로 결정하는 경우, 관절의 회전시 엔코더의 회전각 측정이 수행되는 힌지축이 공간상에서 변위되어 발생되는 오차를 관성측정장치를 통해 측정 및 도출된 오일러각과 비교하여 보상한다고 볼 수도 있다.When the compensation Euler angle is determined as the spatial rotation angle of each joint, the error generated by the displacement of the hinge axis in which the encoder rotation angle is measured in space during displacement of the joint is measured and derived through the inertial measurement unit. Comparing with the Euler angle, it can be seen that.

도 7은 착용자의 하체의 움직임의 예시를 도시한 것이며, 도 8은 그에 따른 본 발명의 착용형 하체 동작정보 수집장치(1000)에 측정되는 착용자의 각 관절의 회전각의 변화의 예시를 도시한다.Figure 7 shows an example of the movement of the lower body of the wearer, Figure 8 shows an example of a change in the rotation angle of each joint of the wearer measured in the wearable lower body motion information collecting device 1000 of the present invention accordingly .

여기서, 붉은 선은 영상측정장치(Vicon)의 모션캡처를 통한 착용자의 각 관절의 각도 중 피치각을 도시한 것이며, 검은색 그래프는 본 발명에 따른 착용형 하체 동작정보 수집장치(1000)의 관성측정장치를 통해 측정된 원 오일러각 중 피치각을 도시하며, 청색 그래프는 본 발명에 따른 착용형 하체 동작정보 수집장치(1000)의 관성측정장치를 통해 측정된 원 오일러각을 엔코더 측정각으로 보상한 보상 피치각을 도시한다.Here, the red line shows the pitch angle of the angle of each joint of the wearer through the motion capture of the image measuring device (Vicon), the black graph is the inertia of the wearable lower body motion information collecting device 1000 according to the present invention The pitch angle of the original Euler angle measured by the measuring device is shown, and the blue graph compensates the original Euler angle measured by the inertial measuring device of the wearable lower body motion information collecting device 1000 according to the present invention with the encoder measuring angle. One compensation pitch angle is shown.

이를 참조하면, 착용자는 본 발명의 착용형 하체 동작정보 수집장치(1000)를 착용한 상태에서 장소의 제한없이 보행을 수행할 수 있다. 이때, 도 7에 도시된 바와 같이, 각 관절을 기준으로 한 회전각(θTrunk, θHip, θKnee, θAnkle)이 각각 측정될 수 있으며, 측정된 회전각은 전술한 보상 연산에 의해 정확한 회전각으로 변환될 수 있다.Referring to this, the wearer may perform walking without restriction of a place while wearing the wearable lower body motion information collecting apparatus 1000 of the present invention. At this time, as shown in Figure 7, the rotation angle (θ Trunk , θ Hip , θ Knee , θ Ankle ) with respect to each joint can be measured, respectively, the measured rotation angle is accurate by the above-described compensation operation Can be converted to a rotation angle.

또한, 착용자의 각각의 대퇴의 길이 및 하퇴의 길이에 따라 공간상의 각각의 관절의 위치가 관절의 회전각에 기초하여 결정될 수 있으므로, 본 발명에 따른 동작정보 분서장치에서 제공된 각각의 관절의 오일러각 형태의 회전각은 착용자의 대퇴와 하퇴의 길이에 기초하여 착용자의 자세, 더 나아가 착용자의 자세를 기초로 동작 의도를 분석하는 기초 자료로 활용될 수 있다.In addition, since the position of each joint in space can be determined based on the rotation angle of the joint according to the length of each thigh and the length of the thigh of the wearer, the Euler angle of each joint provided in the motion information analyzer according to the present invention. The rotation angle of the shape can be used as a basic data for analyzing the motion intention based on the wearer's posture based on the length of the wearer's thigh and lower leg.

여기서, 본 발명에 따른 착용형 하체 동작정보 수집장치를 통해 수집된 관절의 회전각을 기초로 추출된 착용자의 보행에 따라 상기 회전각(θTrunk, θHip, θKnee, θAnkle)이 변화하면 그에 따라 도 8에 도시된 바와 같이, 착용형 하체 동작정보 수집장치(1000)의 제어부(100) 또는 외부 분석장치(E)에 도시되는 그래프가 변화하며, 변화되는 그래프 즉 회전각의 변화를 측정 및 분석함으로써 착용자의 하체의 동작 및 보행 특성 등을 분석할 수 있다.Here, if the rotation angles (θ Trunk , θ Hip , θ Knee , θ Ankle ) change according to the wearer's gait extracted based on the rotation angle of the joint collected through the wearable lower body motion information collecting device according to the present invention. Accordingly, as shown in FIG. 8, the graph shown in the control unit 100 or the external analysis device E of the wearable lower body motion information collecting apparatus 1000 is changed, and the changed graph, that is, the change in the rotation angle is measured. And by analyzing the wearer's lower body motion and walking characteristics can be analyzed.

도 8에서 영상촬영장치에 의해 측정되는 동작 정보가 가장 정확하다는 전제하에 본 발명에 따른 착용형 하체 동작정보 수집장치(1000)를 구성하는 관성측정장치로 측정되어 변환된 원 오일러각(피치각)도 영상촬영장치에 의하여 수집된 회전각(피치각)과 비교하면 일부 오차가 존재하지만 상당한 매칭성 또는 추종성이 있음을 확인할 수 있다.The original Euler angle (pitch angle) measured and converted by the inertial measurement device constituting the wearable lower body motion information collecting device 1000 according to the present invention under the premise that the motion information measured by the image photographing apparatus in FIG. 8 is the most accurate. Compared with the rotation angle (pitch angle) collected by the image capturing apparatus, it can be confirmed that some errors exist but there is considerable matching or tracking.

그러나, 도 8에 도시된 바와 같이, 착용형 하체 동작정보 수집장치(1000)를 구성하는 관성측정장치에서 측정되어 변환된 원 오일러각을 엔코더의 측정값으로 보상한 보상 오일러각(피치각)은 원 오일러각보다 영상촬영장치에서 촬영되어 도출된 관절의 회전각과 오차가 더 작음을 확인할 수 있다.However, as shown in FIG. 8, the compensating Euler angle (pitch angle) of compensating the original Euler angle measured and converted by the encoder value measured in the inertial measurement device constituting the wearable lower body motion information collecting apparatus 1000 is It can be seen that the rotation angle and error of the joint obtained by the image photographing device are smaller than the original Euler angle.

따라서 본 발명에 따른 착용형 하체 동작정보 수집장치(1000)를 착용하여 동작을 측정 및 분석함으로써 착용자는 비싸고 공간제약이 심하며 측정의 한계가 있는 마커 및 복수 개의 카메라를 이용한 영상측정장치의 모션 캡처를 이용하지 않고도 용이하고 간단하게 착용자의 동작을 측정하고 분석할 수 있다.Therefore, by wearing and wearing the wearable lower body motion information collecting device 1000 according to the present invention to measure and analyze the motion of the wearer to capture the motion capture of the image measuring device using a marker and a plurality of cameras are expensive, severe space constraints and measurement limitations It is easy and simple to measure and analyze the wearer's movement without using.

또한, 본 발명은 관성측정장치가 사원수(Quatenrnion)로 공간값을 측정한 후 제어부가 오일러각으로 변환함으로써 짐벌락 현상이 방지될 수 있고, 관성측정장치로부터 도출된 오일러각을 엔코더값을 이용하여 엔코더의 회전 기준축 값으로 보정함으로써 관절의 정확한 동작 및 이동 위치을 파악할 수 있으며, 엔코더값에 의해 보정된 위치값을 사용함으로써 착용자의 신체상 특징 및 동작의도를 정확하게 측정할 수 있는 착용형 하체 동작정보 수집장치를 사용할 수 있다.In addition, in the present invention, after the inertial measurement unit measures the spatial value with the quaternion, the control unit converts to the Euler angle, thereby preventing the gimbal lock phenomenon, and using the encoder value for the Euler angle derived from the inertial measurement unit. Wearable lower body motion to accurately measure the physical characteristics and intention of the wearer by using the position value corrected by the encoder value by correcting it with the encoder's rotation reference axis value. Information collection devices can be used.

또한, 신체에 착용된 슈트 등에 부착될 수 있어 공간의 제약없이 다양한 환경에서 동작분석을 수행할 수 있고, 신발 형태의 지면반력 센서를 통해 임의의 하지 동작 중의 지면반력을 측정할 수 있으며, 앉기, 서기, 계단 오르내리기, 낙상 등 착용자의 다양한 동작의도를 파악할 수 있는 착용형 하체 동작정보 수집장치를 사용할 수 있다.In addition, it can be attached to a suit worn on the body can perform motion analysis in a variety of environments without the constraints of space, and can measure the ground reaction during any lower limb movement through the ground force sensor in the form of shoes, Wearable lower body motion information collection device that can grasp the various intentions of the wearer, such as standing, going up and down stairs, falls.

이상으로 본 발명에 따른 착용형 하체 동작정보 수집장치에 대하여 설명하였으며 다만, 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 실시예가 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.The wearable lower body motion information collecting device according to the present invention has been described above. However, a person having ordinary knowledge in the technical field to which the embodiment belongs may be embodied in other specific forms without changing the present invention to technical spirit or essential features. You will understand that there is. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.

100 : 제어부
200 : 고관절 측정부
300 : 슬관절 측정부
400 : 발목관절 측정부
100: control unit
200: hip joint measurement unit
300: knee joint measurement unit
400: ankle joint measurement unit

Claims (7)

착용자의 고관절 영역에 착용되며, 착용자의 고관절의 회전을 감지하기 위한 엔코더를 구비하는 고관절 측정부;
착용자의 슬관절 영역에 착용되며, 착용자의 슬관절의 회전각을 감지하기 위한 엔코더를 구비하는 슬관절 측정부; 및,
상기 고관절 측정부의 엔코더 및 상기 슬관절 측정부의 엔코더가 측정한 관절의 회전각을 수신하고, 수신된 엔코더 측정값에 의하여 도출된 고관절 회전각 및 슬관절 회전각을 결정하는 제어부를 포함하는 착용형 하체 동작정보 수집장치.
A hip measurement unit which is worn on the hip joint area of the wearer and has an encoder for detecting rotation of the hip joint of the wearer;
A knee joint measurement unit which is worn in the knee joint region of the wearer and has an encoder for detecting a rotation angle of the knee joint of the wearer; And,
Wearable lower body motion information including an encoder for the hip joint measurement unit and a control unit for receiving the rotation angle of the joint measured by the encoder of the knee joint measurement unit, and determining the hip joint rotation angle and the knee joint rotation angle derived by the received encoder measurement value. Collector.
제1항에 있어서,
상기 착용자의 발목관절 영역에 착용되며, 착용자의 발목관절의 회전각을 감지하기 위한 엔코더를 구비하는 발목관절 측정부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 착용형 하체 동작정보 수집장치.
The method of claim 1,
The wearable lower body motion information collection device, characterized in that the wearer's ankle joint region, further comprising an ankle joint measuring unit having an encoder for detecting the rotation angle of the wearer's ankle joint.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 착용자의 허리 근방에 장착되며, 전원 공급과 외부 분석장치와 통신 기능을 구비한 본체에 구비되는 것을 특징으로 하는 착용형 하체 동작정보 수집장치.
The method of claim 1,
The control unit is mounted around the waist of the wearer, wearable lower body motion information collection device, characterized in that provided in the main body having a power supply and an external analysis device and the communication function.
제2항에 있어서,
각각의 관절에 구비된 상기 엔코더는 각각의 관절에 착용되는 착용부를 구성하는 절곡 가능한 링크부재의 힌지 영역에 장착되고, 각각의 상기 엔코더는 힌지에 의하여 연결되는 링크부재의 절곡각을 측정하는 것을 특징으로 하는 착용형 하체 동작정보 수집장치.
The method of claim 2,
The encoder provided in each joint is mounted to the hinge region of the bendable link member constituting the wearing portion worn on each joint, wherein each encoder measures the bending angle of the link member connected by the hinge. Wearable lower body motion information collecting device.
제2항에 있어서,
각각의 관절 측정부 중 적어도 하나의 관절 측정부는 3축 가속도 센서(Accelerometer), 3축 자이로 센서(Gyroscope) 및 지자기 센서(Magnetometer)를 구비하는 관성측정장치를 더 구비하며, 상기 제어부에 의하여 상기 관성측정장치가 구비된 관절 측정부를 통해 측정된 값으로 도출된 관절의 회전각은 오일러각인 것을 특징으로 하는 착용형 하체 동작정보 수집장치.
The method of claim 2,
At least one joint measuring unit of each joint measuring unit further includes an inertial measuring unit including a 3-axis accelerometer, a 3-axis gyroscope, and a magnetometer, wherein the inertia is measured by the controller. Wearing lower body motion information collection device, characterized in that the rotation angle of the joint derived by the value measured through the joint measuring unit with a measuring device is Euler angle.
제5항에 있어서,
상기 제어부 또는 상기 제어부와 통신 가능한 외부분석장치는 상기 관성측정장치에서 측정된 4원수(Quaternion, q0, q1, q2, q3)를 이용하여, 원 오일러각(롤링각(ф), 피치각(θ) 및 요잉각(ψ))을 연산한 후 그 중 피치각(θ을 추출한 후 추출된 피치각(θ과 상기 관성측정장치가 구비된 관절의 엔코더의 측정각(θenc)의 오차각(θerr)를 기초로 보상행렬[Rθ]을 도출한 후 상기 원 오일러각(롤링각(ф), 피치각(θ) 및 요잉각(ψ))을 보상하여 각각의 관절의 보상 오일러각(롤링각(ф), 피치각(θ) 및 요잉각(ψ))을 관절의 회전각으로 도출하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 착용형 하체 동작정보 수집장치.
The method of claim 5,
The control unit or an external analysis device that can communicate with the control unit uses the original Euler angles (rolling angle ф), using the four numbers (Quaternion, q 0 , q 1 , q 2 , q 3 ) measured by the inertial measurement unit. After calculating the pitch angle θ and yaw angle ψ, the pitch angle θ is extracted and the pitch angle θ and the measured angle θ enc of the encoder of the joint provided with the inertial measurement apparatus are calculated. Compensation of each joint by deriving the compensation matrix R θ based on the error angle θ err and compensating the original Euler angle (rolling angle ф, pitch angle θ and yaw angle ψ). Wearing lower body motion information collection device, characterized in that to derive the Euler angle (rolling angle (ф), pitch angle (θ) and yaw angle (ψ)) as the rotation angle of the joint.
제1항에 있어서,
상기 제어부 또는 상기 제어부와 통신 가능한 외부분석장치는 착용자의 대퇴의 길이 및 하퇴의 길이를 기초로 착용자의 공간상의 각각의 관절 위치 및 자세를 결정하는 것을 특징으로 하는 착용형 하체 동작정보 수집장치.
The method of claim 1,
The control unit or an external analysis device that can communicate with the control unit wearable lower body motion information collection device, characterized in that for determining the position and posture of each joint in the wearer's space based on the length of the wearer's thigh and the length of the lower thigh.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113080946A (en) * 2021-04-29 2021-07-09 合肥工业大学 Human body sitting and standing transfer capacity measuring device and method and electronic equipment

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