KR20200038722A - 외골격 형태를 가지는 하지동작 측정 장치 - Google Patents

Abstract

제안기술은 외골격 형태를 가지는 하지동작 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인체의 동작 측정 영역에 제약이 없는 외골격 형태의 하지동작 측정 장치에 관한 발명이다.

Description

외골격 형태를 가지는 하지동작 측정 장치{Measuring device for lower limb movements of exoskeleton robot}

제안기술은 외골격 형태를 가지는 하지동작 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인체의 동작 측정 영역에 제약이 없는 외골격 형태의 하지동작 측정 장치에 관한 발명이다.

최근에는 컴퓨터를 이용한 애니메이션 제작 이외에도 정형외과 혹은 재활의학과 측면에서 환자의 움직임이 정상적인지를 판단하기 위한 진단 목적이나 스포츠 과학, 인간-로봇 인터페이스, 군사, 생체역학, 인간공학, 심리학 등의 다양한 분야에서 인체 동작 측정을 활용하고 있다.

인체 동작 측정을 위해 3차원 공간상의 위치와 방향을 측정하기 위한 대표적인 방법으로는 비디오 카메라를 이용하는 광학식 방법과 전자기장을 이용하는 전자기식 방법이 있다.

광학식 시스템은 특정 주파수만 받아들이는 필터를 갖춘 여러 대의 카메라를 이용하여 각 카메라 전면에 빨간색 가시광선이나 적외선 광원을 갖추어 이 빛이 측정 대상자의 몸에 부착된 표식에 반사되어 돌아오면 이를 카메라로 녹화하는 방법이다.

전자기식 시스템은 트랜스미터(transmitter)로 하여금 공간상에 전자기장을 형성하고 측정 대상자의 몸에 부착된 센서들이 전자기장으로부터 스스로의 위치와 방향을 계산할 수 있도록 하는 방식이다.

가장 일반적으로 사용되어지고 있는 광학실 인체 동작 측정 방법은 일반적으로 후처리 과정을 통해 데이터를 손질하는 과정을 필요로 하며 이는 모든 표식이 카메라에서는 흰 점으로 보일 뿐 어느 표식이 어디에 부착된 것인지 즉각적으로 판단할 수 있는 방법이 없기 때문이다.

따라서 사용자가 초기 상태에서 각각의 흰 점이 어느 부위의 표식인지 지정할 필요가 있어 사용과정을 자동화하는데 어려움이 있고, 특히 표식이 가려졌다가 다시 화면에 나타날 경우 오작동 하기 쉽다는 문제점이 있다. 또한, 실외에서 측정할 경우 주변 환경의 색깔에 의해 오작동할 가능성이 높아 정밀도가 떨어지며 동작 측정 영역이 협소한 문제가 있었다.

한국 등록특허공보 제10-1166821호

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로서, 인체의 동작 측정 영역에 제약이 없는 외골격 형태의 하지동작 측정 장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 외골격 형태를 가지는 하지동작 측정 장치에 있어서,

허리 프레임, 허벅지 프레임, 종아리 프레임 및 발바닥모듈 프레임과,

허리 프레임과 허벅지 프레임의 연결부에 구성되는 허벅지 관절프레임, 허벅지 프레임과 종아리 프레임의 연결부에 구성되는 무릎 관절프레임, 종아리 프레임과 발바닥모듈 프레임의 연결부에 구성되는 발목 관절프레임을 포함하는 외골격 형태로 형성되며,

다수 개의 관절프레임 각각의 내부에는 인체 관절의 회전량을 측정하기 위한 센서가 부착되는 것을 특징으로 한다.

센서는 인체 관절의 회전 중심과 일치하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

허리 프레임은 곡선형상의 프레임으로, 등 프레임의 양단에 설치되는 것을 특징으로 한다.

허리프레임에는 센서가 부착되는 것을 특징으로 한다.

허리 프레임과 등 프레임의 연결부에는 센서가 부착되는 것을 특징으로 한다.

허벅지 프레임, 종아리 프레임 및 허리 프레임에는 길이조절부가 구성되는 것을 특징으로 한다.

센서는 엔코더인 것을 특징으로 한다.

길이조절부는 고정부에 체결되는 볼트홀의 위치를 조정하여 프레임의 길이를 조절하는 것을 특징으로 한다.

고정부와 볼트홀은 볼트체결 되는 것을 특징으로 한다.

발바닥모듈 프레임에는 힘센서가 부착되는 것을 특징으로 한다.

힘센서는 다수 개 부착되는 것을 특징으로 한다.

힘센서는 각각의 해당 위치에서의 보행 패턴을 판단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 착용자가 인체의 움직임을 자유롭게 표현할 수 있으며, 이를 토대로 사람의 인체 동작에 따른 데이터를 수집 및 자료 분석 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 인체의 동작을 측정하기 위한 센서가 인체에 착용되는 형태를 가짐으로써 종래에 사용되고 있는 광학식 동작 측정 장치에서 필요한 센서 보정 및 데이터 후처리 등의 작업을 간소화 할 수 있고, 실내에서만 측정이 가능한 광학식 동작 측정 장치와 비교하여 실외에서도 측정이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 하지동작 측정 장치 개념도.
도 2는 본 발명의 발바닥모듈 프레임 개념도.
도 3은 본 발명의 관절프레임에 장착된 센서의 개념도.
도 4는 본 발명의 프레임이 장착된 길이조절부의 개념도.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 외골격 형태를 가지는 하지동작 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인체의 동작 측정 영역에 제약 없이 하지의 동작을 측정할 수 있는 외골격 형태의 하지동작 측정 장치에 관한 발명이다.

도 1은 본 발명의 하지동작 측정 장치 개념도를 도시하고 있고, 도 2는 본 발명의 발바닥모듈 프레임 개념도를 도시하고 있으며, 도 3은 본 발명의 관절프레임에 장착된 센서의 개념도를 도시하고 있고, 도 4는 본 발명의 프레임이 장착된 길이조절부의 개념도를 도시하고 있다.

본 발명의 하지동작 측정 장치는 인체에 착용 가능한 외골격 형태를 가지는 것으로, 허리 프레임(2)과, 허벅지 프레임(4)과, 종아리 프레임(6)과, 발바닥모듈 프레임(10)으로 구성된다.

상기 허리 프레임(2)과 상기 허벅지 프레임(4)의 연결부에는 허벅지 관절프레임(12)이 구성되고, 상기 허벅지 프레임(4)과 상기 종아리 프레임(6)의 연결부에는 무릎 관절프레임(14)이 구성되며, 상기 종아리 프레임(6)과 상기 발바닥모듈 프레임(10)의 연결부에는 발목 관절프레임(16)이 구성된다.

다수 개의 상기 관절프레임(12, 14, 16) 각각의 내부에는 인체 관절의 회전량을 측정하기 위한 센서(18)가 부착된다. 상기 센서(18)는 회전량을 측정할 수 있는 센서라면 어떤 것이라도 상관없지만 바람직하게는 엔코더가 적용된다.

상기 센서(18)는 인체 관절의 회전량을 효과적으로 측정하기 위해 인체 관절의 회전 중심과 일치되도록 배치된다.

상기 허리 프레임(2)은 곡선형상으로 형성되는 것으로, 등 프레임(8)의 양단에 각각 설치된다. 상기 허리 프레임(2)과 상기 등 프레임(8)의 연결부 및 상기 허리 프레임(2)의 중앙부에도 상기 센서(18)가 부착되어 인체의 허리 부분 회전량을 측정하게 된다.

상기 허벅지 프레임(4), 상기 종아리 프레임(6), 상기 허리 프레임(2)에는 측정 장치를 착용한 착용자의 신체사이즈에 맞춰 각각의 상기 프레임(2, 4, 6)의 길이를 조절하기 위한 길이조절부(22)가 구성된다.

상기 허벅지 프레임(4)과 상기 종아리 프레임(6)에는 각각 하나씩의 길이조절부(22)가 구성된다. 상기 허리 프레임(2)에 구성되는 상기 길이조절부(22)는 상기 허리 프레임(2)과 상기 등 프레임(8)의 연결 부분, 그리고 상기 허리 프레임(2)과 상기 허벅지 관절 프레임(12)의 연결 부분에 각각 구성된다.

상기 길이조절부(22)는 고정부에 체결되는 볼트홀(24)의 위치를 조정하여, 상기 볼트홀(24)을 상기 고정부에 볼트체결시킴으로써 상기 프레임(2, 4, 6)의 길이를 조절하게 된다.

상기 발바닥모듈 프레임(10)에는 힘센서(20)가 부착되어 착용자의 보행 패턴을 판단하게 된다. 상기 힘센서(20)는 다수 개 부착될 수 있는 것으로, 상기 힘센서(20) 각각은 해당 위치에서의 보행 패턴을 판단하게 된다.

상기와 같은 본 발명의 하지동작 측정 장치는, 인체의 동작을 측정하기 위한 센서(18)가 인체에 착용되는 형태를 갖기 때문에 착용자가 인체의 동작 측정 영역에 제약 없이 인체의 움직임을 자유롭게 표현하면서도, 종래에 사용되고 있는 광학식 동작 측정 장치에서 필요한 센서 보정 및 데이터 후터리 등의 작업을 간소화 할 수 있게 되어 데이터 수집 및 자료 분석을 손쉽게 할 수 있게 된다.

또한, 실외에서도 측정이 가능하여 실내에서만 측정 가능하던 종래의 광학식 동작 측정 장치의 문제점을 해결할 수 있게 된다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술 될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

2 : 허리 프레임
4 : 허벅지 프레임
6 : 종아리 프레임
8 : 등 프레임
10 : 발바닥모듈 프레임
12 : 허벅지 관절프레임
14 : 무릎 관절프레임
16 : 발목 관절프레임
18 : 센서
20 : 힘센서
22 : 길이조절부
24 : 볼트홀

Claims (12)

1. 허리 프레임, 허벅지 프레임, 종아리 프레임 및 발바닥모듈 프레임과,
   상기 허리 프레임과 허벅지 프레임의 연결부에 구성되는 허벅지 관절프레임, 상기 허벅지 프레임과 상기 종아리 프레임의 연결부에 구성되는 무릎 관절프레임, 상기 종아리 프레임과 상기 발바닥모듈 프레임의 연결부에 구성되는 발목 관절프레임을 포함하는 외골격 형태로 형성되어 인체의 하지동작을 측정하기 위한 측정 장치에 있어서,
   다수 개의 상기 관절프레임 각각의 내부에는 인체 관절의 회전량을 측정하기 위한 센서가 부착되는 것을 특징으로 하는 외골격 형태를 가지는 하지동작 측정 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 센서는 인체 관절의 회전 중심과 일치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 외골격 형태를 가지는 하지동작 측정 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 허리 프레임은 곡선형상의 프레임으로, 등 프레임의 양단에 설치되는 것을 특징으로 하는 외골격 형태를 가지는 하지동작 측정 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 허리프레임에는 상기 센서가 부착되는 것을 특징으로 하는 외골격 형태를 가지는 하지동작 측정 장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 허리 프레임과 상기 등 프레임의 연결부에는 상기 센서가 부착되는 것을 특징으로 하는 외골격 형태를 가지는 하지동작 측정 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 허벅지 프레임, 상기 종아리 프레임 및 상기 허리 프레임에는 길이조절부가 구성되는 것을 특징으로 하는 외골격 형태를 가지는 하지동작 측정 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 센서는 엔코더인 것을 특징으로 하는 외골격 형태를 가지는 하지동작 측정 장치.
8. 제6항에 있어서,
   상기 길이조절부는 고정부에 체결되는 볼트홀의 위치를 조정하여 상기 프레임의 길이를 조절하는 것을 특징으로 하는 외골격 형태를 가지는 하지동작 측정 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 고정부와 상기 볼트홀은 볼트체결 되는 것을 특징으로 하는 외골격 형태를 가지는 하지동작 측정 장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 발바닥모듈 프레임에는 힘센서가 부착되는 것을 특징으로 하는 외골격 형태를 가지는 하지동작 측정 장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 힘센서는 다수 개 부착되는 것을 특징으로 하는 외골격 형태를 가지는 하지동작 측정 장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 힘센서는 각각의 해당 위치에서의 보행 패턴을 판단하는 것을 특징으로 하는 외골격 형태를 가지는 하지동작 측정 장치.

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