KR20200140730A - Apparatus for improving accuracy of wearable inertial sensor and method thereof - Google Patents

Apparatus for improving accuracy of wearable inertial sensor and method thereof Download PDF

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KR20200140730A
KR20200140730A KR1020200067028A KR20200067028A KR20200140730A KR 20200140730 A KR20200140730 A KR 20200140730A KR 1020200067028 A KR1020200067028 A KR 1020200067028A KR 20200067028 A KR20200067028 A KR 20200067028A KR 20200140730 A KR20200140730 A KR 20200140730A
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acceleration
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linear
acceleration signal
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KR1020200067028A
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김민경
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디테코 주식회사
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    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P21/00—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/18—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration in two or more dimensions

Abstract

According to an embodiment of the present invention, provided is a device for improving accuracy which can improve accuracy of a wearable inertial sensor by compensating output in an acceleration sensor. The device for improving accuracy comprises: a collection unit receiving an acceleration signal and an angular velocity signal from a sensor module attached to a body; a first calculation unit calculating a linear velocity of the sensor module based on a distance between the sensor module and a body joint corresponding to the sensor module and the angular velocity signal; a second calculation unit calculating a linear acceleration of the sensor module based on the linear velocity and the angular velocity signal; and a first correction unit correcting the acceleration signal based on the linear acceleration.

Description

웨어러블용 관성 센서의 정밀도 향상 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR IMPROVING ACCURACY OF WEARABLE INERTIAL SENSOR AND METHOD THEREOF}A device for improving the precision of an inertial sensor for wearables and its method {APPARATUS FOR IMPROVING ACCURACY OF WEARABLE INERTIAL SENSOR AND METHOD THEREOF}

실시예는 사람의 신체에 부착되는 웨어러블용 관성 센서의 정밀도를 향상시키 위한 정밀도 향상 장치 및 방법에 관한 것이다. The embodiment relates to a precision improving apparatus and method for improving the precision of a wearable inertial sensor attached to a human body.

가속도센서는 운동체의 이동 가속도(선형가속도)뿐만 아니라 지구의 중력가속도를 포함하여 측정한다. 특히, 중력성분은 센서의 자세에 따라 변하기 때문에 이를 이용하여 관절각을 측정하게 된다. 따라서 가속도센서로부터 관절의 회전각을 측정하기 위해서 선형가속도 성분이 측정되지 않는 상태, 즉 시스템이 정지하거나 일정한 속도로 직진하는 조건이라고 가정해야 한다. 이 때문에, 가속도센서를 이용하여 관절각을 측정할 경우 가속도센서에서 측정되는 선형가속도로 인해 자세 추정의 정밀도가 떨어지게 된다.The acceleration sensor measures the movement acceleration (linear acceleration) of the moving object as well as the earth's gravitational acceleration. In particular, since the gravitational component changes according to the position of the sensor, the joint angle is measured using this. Therefore, in order to measure the rotation angle of the joint from the acceleration sensor, it should be assumed that the linear acceleration component is not measured, that is, the system stops or goes straight at a constant speed. For this reason, when the joint angle is measured using the acceleration sensor, the precision of posture estimation is degraded due to the linear acceleration measured by the acceleration sensor.

실시예는 자이로센서와 가속도센서를 포함하는 웨어러블용 관성센서에서 가속도센서의 출력을 보상하여 정밀도를 높이는 장치 및 방법을 제공한다.The embodiment provides an apparatus and method for increasing precision by compensating for an output of an acceleration sensor in a wearable inertial sensor including a gyro sensor and an acceleration sensor.

실시 예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.The problems to be solved in the embodiments are not limited thereto, and the objectives and effects that can be grasped from the solutions or embodiments of the problems described below are also included.

본 발명의 실시예에 따른 정밀도 향상 장치는 신체에 부착된 센서 모듈로부터 가속도 신호와 각속도 신호를 수신하는 수신부; 상기 센서 모듈과 상기 센서 모듈에 대응하는 신체 관절 사이의 거리, 및 상기 각속도 신호에 기초하여 상기 센서 모듈의 선속도를 산출하는 제1 산출부; 상기 선속도 및 상기 각속도 신호에 기초하여 상기 센서 모듈의 선형 가속도를 산출하는 제2 산출부; 그리고 상기 선형 가속도에 기초하여 상기 가속도 신호를 보정하는 제1 보정부;를 포함한다. An apparatus for improving precision according to an embodiment of the present invention includes: a receiver configured to receive an acceleration signal and an angular velocity signal from a sensor module attached to a body; A first calculator configured to calculate a linear velocity of the sensor module based on a distance between the sensor module and a body joint corresponding to the sensor module and the angular velocity signal; A second calculation unit calculating a linear acceleration of the sensor module based on the linear velocity and the angular velocity signal; And a first correction unit correcting the acceleration signal based on the linear acceleration.

상기 제1 산출부는, 아래의 수학식을 이용하여 상기 선형 가속도(

Figure pat00001
)를 산출할 수 있다. The first calculation unit, using the following equation, the linear acceleration (
Figure pat00001
) Can be calculated.

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서,

Figure pat00003
는 상기 센서 모듈에서 측정된 각가속도를 의미하고,
Figure pat00004
는 상기 선속도를 의미하고,
Figure pat00005
는 상기 센서 모듈에서 측정된 각속도를 의미하고, 상기 r은 상기 센서 모듈과 대응하는 신체 관절 사이의 거리를 의미한다. here,
Figure pat00003
Means the angular acceleration measured by the sensor module,
Figure pat00004
Means the linear speed,
Figure pat00005
Denotes an angular velocity measured by the sensor module, and r denotes a distance between the sensor module and a corresponding body joint.

상기 제2 산출부는, 아래의 수학식을 이용하여 상기 가속도 신호를 보정할 수 있다. The second calculator may correct the acceleration signal using the following equation.

Figure pat00006
Figure pat00006

여기서, gt는 보정된 상기 가속도 신호를 의미하고, at는 상기 가속도 신호를 의미하고,

Figure pat00007
는 상기 선형 가속도를 의미한다. Here, g t means the corrected acceleration signal, a t means the acceleration signal,
Figure pat00007
Means the linear acceleration.

상기 가속도 신호에서 기 설정된 소정의 주파수보다 높은 주파수를 가지는 신호를 제거하여 상기 가속도 신호를 필터링하는 필터링부;를 더 포함할 수 있다. A filtering unit for filtering the acceleration signal by removing a signal having a frequency higher than a predetermined frequency from the acceleration signal may further include.

상기 가속도 신호와 필터링된 상기 가속도 신호 사이의 지연 시간을 산출하고, 상기 지연 시간에 기초하여 상기 필터링부의 샘플링 시간을 설정하는 제2 보정부;를 더 포함할 수 있다. And a second correction unit configured to calculate a delay time between the acceleration signal and the filtered acceleration signal and set a sampling time of the filtering unit based on the delay time.

상기 제2 보정부는, 상기 필터링된 가속도 신호를 상기 자이로 신호와 동기화시킬 수 있다. The second correction unit may synchronize the filtered acceleration signal with the gyro signal.

본 발명의 실시예에 따른 정밀도 향상 방법은 신체에 부착된 센서 모듈로부터 가속도 신호와 각속도 신호를 수신하는 단계; 상기 센서 모듈과 대응하는 신체 관절 사이의 거리 및 상기 각속도 신호에 기초하여 상기 센서 모듈의 선속도를 산출하는 단계; 상기 선속도 및 상기 각속도 신호에 기초하여 상기 센서 모듈의 선형 가속도를 산출하는 단계; 및 상기 선형 가속도에 기초하여 상기 가속도 신호를 보정하는 단계;를 포함한다. A method for improving precision according to an embodiment of the present invention includes: receiving an acceleration signal and an angular velocity signal from a sensor module attached to a body; Calculating a linear velocity of the sensor module based on the angular velocity signal and a distance between the sensor module and a corresponding body joint; Calculating a linear acceleration of the sensor module based on the linear velocity and the angular velocity signal; And correcting the acceleration signal based on the linear acceleration.

상기 선형 가속도를 산출하는 단계는, 아래의 수학식을 이용하여 상기 선형 가속도(

Figure pat00008
)를 산출할 수 있다. The step of calculating the linear acceleration may include the linear acceleration (
Figure pat00008
) Can be calculated.

Figure pat00009
Figure pat00009

여기서,

Figure pat00010
는 상기 센서 모듈에서 측정된 각가속도를 의미하고,
Figure pat00011
는 상기 선속도를 의미하고,
Figure pat00012
는 상기 센서 모듈에서 측정된 각속도를 의미하고, 상기 r은 상기 센서 모듈과 대응하는 신체 관절 사이의 거리를 의미한다. here,
Figure pat00010
Means the angular acceleration measured by the sensor module,
Figure pat00011
Means the linear speed,
Figure pat00012
Denotes an angular velocity measured by the sensor module, and r denotes a distance between the sensor module and a corresponding body joint.

상기 제1 가속도 신호를 보정하는 단계는, 아래의 수학식을 이용하여 상기 제1 가속도 신호를 보정할 수 있다. In the step of correcting the first acceleration signal, the first acceleration signal may be corrected using the following equation.

Figure pat00013
Figure pat00013

여기서, gt는 보정된 상기 제1 가속도 신호를 의미하고, at는 상기 제1 가속도 신호를 의미하고,

Figure pat00014
는 상기 선형 가속도를 의미한다. Here, g t means the corrected first acceleration signal, a t means the first acceleration signal,
Figure pat00014
Means the linear acceleration.

상기 가속도 신호에서 기 설정된 소정의 주파수보다 높은 주파수를 가지는 신호를 제거하여 상기 가속도 신호를 필터링하는 단계;를 더 포함할 수 있다. And filtering the acceleration signal by removing a signal having a frequency higher than a predetermined frequency from the acceleration signal.

상기 가속도 신호와 필터링된 상기 가속도 신호 사이의 지연 시간을 산출하고, 상기 지연 시간에 기초하여 상기 샘플링 시간을 설정하는 단계;를 더 포함할 수 있다. It may further include: calculating a delay time between the acceleration signal and the filtered acceleration signal, and setting the sampling time based on the delay time.

상기 필터링된 가속도 신호를 상기 자이로 신호와 동기화시키는 단계;를 더 포함할 수 있다. Synchronizing the filtered acceleration signal with the gyro signal; may further include.

실시예에 따르면, 웨어러블용 관성센서의 정밀도를 향상시킬 수 있다. According to the embodiment, it is possible to improve the precision of the wearable inertial sensor.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Various and beneficial advantages and effects of the present invention are not limited to the above-described contents, and may be more easily understood in the course of describing specific embodiments of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 웨어러블용 관성 센서 정밀도 향상 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 정밀도 향상 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 센서 모듈의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 선형 가속도의 산출 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가속도 신호의 보정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가속도 신호의 주파수 특성을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 필터링 후 가속도 신호의 출력값을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 가속도 신호와 필터링된 가속도 신호의 시간 지연을 비교한 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 자세 추정 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 정밀도 향상 방법의 순서도이다.
도 12는 도 11의 S1120 단계를 상세하게 나타낸 순서도이다. 1 is a view for explaining a wearable inertial sensor precision improvement system according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of an apparatus for improving precision according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining the arrangement of the sensor module according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram for explaining a process of calculating a linear acceleration according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram for explaining correction of an acceleration signal according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing a frequency characteristic of an acceleration signal according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating an output value of an acceleration signal after filtering according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a comparison of a time delay between an acceleration signal and a filtered acceleration signal according to an embodiment of the present invention.
9 and 10 are diagrams for explaining a posture estimation process according to an embodiment of the present invention.
11 is a flow chart of a method for improving precision according to an embodiment of the present invention.
12 is a detailed flowchart illustrating step S1120 of FIG. 11.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. The present invention is intended to illustrate and describe specific embodiments in the drawings, as various changes may be made and various embodiments may be provided. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it is to be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. Terms including an ordinal number such as second and first may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a second component may be referred to as a first component, and similarly, a first component may be referred to as a second component. The term and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. Should be. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 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.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 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.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this application. Does not.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same reference numerals are assigned to the same or corresponding components regardless of the reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 웨어러블용 관성 센서 정밀도 향상 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining a wearable inertial sensor precision improvement system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 웨어러블용 관성 센서 정밀도 향상 시스템은 센서 모듈(100) 및 정밀도 향상 장치(200)를 포함할 수 있다. A system for improving precision of an inertial sensor for a wearable according to an embodiment of the present invention may include a sensor module 100 and a precision improving device 200.

센서 모듈(100)은 측정 대상자(1)의 움직임을 측정하여 모션 정보를 수집하기 위한 모듈을 의미할 수 있다. 이를 위해, 센서 모듈(100)은 신체의 일부에 부착될 수 있다. 센서 모듈(100)은 복수일 수 있으며, 복수의 센서 모듈(100)은 신체의 각 부위에 부착되어 측정 대상자(1)의 움직임을 측정할 수 있다. 복수의 센서 모듈(100)은 머리, 팔, 허리, 다리 등 신체 각 부위에 부착되어 신체 각 분절의 움직임을 측정할 수 있다. 센서 모듈(100)은 측정된 정보를 정밀도 향상 장치(200)로 전송할 수 있다. The sensor module 100 may mean a module for collecting motion information by measuring the motion of the object to be measured 1. To this end, the sensor module 100 may be attached to a part of the body. The sensor module 100 may be plural, and the plurality of sensor modules 100 may be attached to each part of the body to measure the movement of the object 1. The plurality of sensor modules 100 may be attached to each part of the body such as a head, an arm, a waist, and a leg to measure movement of each segment of the body. The sensor module 100 may transmit the measured information to the apparatus 200 for improving precision.

측정 대상자(1)의 움직임을 측정하기 위하여, 센서 모듈(100)은 복수의 센서를 포함할 수 있다. 센서 모듈(100)은 3축 자이로 센서 및 3축 가속도 센서를 포함할 수 있다. 센서 모듈(100)은 3축 지자기센서를 포함할 수 있다. 그리고, 센서 모듈(100)은 센싱 정보를 처리하기 위한 신호 처리 장치, 구동 전력을 공급/관리하는 전원 장치, 신호 전송을 위한 통신 장치를 포함할 수 있다. In order to measure the motion of the object to be measured 1, the sensor module 100 may include a plurality of sensors. The sensor module 100 may include a 3-axis gyro sensor and a 3-axis acceleration sensor. The sensor module 100 may include a 3-axis geomagnetic sensor. In addition, the sensor module 100 may include a signal processing device for processing sensing information, a power device for supplying/managing driving power, and a communication device for signal transmission.

정밀도 향상 장치(200)는 센서 모듈(100)에 의해 측정된 각속도 신호에 기초하여 센서 모듈(100)에 의해 측정된 가속도 신호를 보정할 수 있다. 정밀도 향상 장치(200)는 각속도 신호에 기초하여 가속도 신호를 보정함으로써 가속도 정보의 정확도를 향상시킬 수 있다. 또한, 정밀도 향상 장치(200)는 보정된 가속도 정보에 기초하여 사용자의 자세를 추정할 수 있다. 추정된 자세 정보는 신체 모션의 3차원 구현 등에 이용될 수 있다. The accuracy improving apparatus 200 may correct the acceleration signal measured by the sensor module 100 based on the angular velocity signal measured by the sensor module 100. The accuracy improving apparatus 200 may improve accuracy of acceleration information by correcting the acceleration signal based on the angular velocity signal. Also, the apparatus 200 for improving accuracy may estimate the user's posture based on the corrected acceleration information. The estimated posture information may be used for 3D implementation of body motion.

정밀도 향상 장치(200)는 신호/데이터를 저장하고 처리하기 위한 프로세서, 램 및 저장 장치 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 정밀도 향상 장치(200)는 PC(personal computer)나 서버 등으로 구현될 수 있다.The precision improving apparatus 200 may include a processor, RAM, and a storage device for storing and processing signals/data. For example, the precision improving apparatus 200 may be implemented as a personal computer (PC) or a server.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 정밀도 향상 장치의 구성도이다. 2 is a block diagram of an apparatus for improving precision according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 정밀도 향상 장치(200)는 수신부(210), 제1 산출부(220), 제2 산출부(230), 제1 보정부(240), 필터링부(250) 및 제2 보정부(260)를 포함할 수 있다. The apparatus 200 for improving precision according to an embodiment of the present invention includes a receiving unit 210, a first calculating unit 220, a second calculating unit 230, a first correcting unit 240, a filtering unit 250, and It may include 2 correction unit 260.

수신부(210)는 신체에 부착된 센서 모듈(100)로부터 가속도 신호와 각속도 신호를 수신한다. The receiver 210 receives an acceleration signal and an angular velocity signal from the sensor module 100 attached to the body.

제1 산출부(220)는 센서 모듈(100)과 센서 모듈(100)에 대응하는 신체 관절 사이의 거리 및 각속도 신호에 기초하여 센서 모듈(100)의 선속도를 산출한다. 센서 모듈(100)에 대응하는 신체 관절 사이의 거리는 센서 모듈(100)에 대응하여 기 설정될 수 있다. 복수의 센서 모듈(100)이 있는 경우, 복수의 센서 모듈(100) 각각에 대해 거리값이 설정될 수 있다. 제1 산출부(220)는 기 설정된 알고리즘에 기초하여 센서 모듈(100)의 선속도를 산출할 수 있다. The first calculation unit 220 calculates the linear velocity of the sensor module 100 based on the distance and angular velocity signal between the sensor module 100 and the body joint corresponding to the sensor module 100. The distance between body joints corresponding to the sensor module 100 may be preset corresponding to the sensor module 100. When there are a plurality of sensor modules 100, a distance value may be set for each of the plurality of sensor modules 100. The first calculator 220 may calculate the linear velocity of the sensor module 100 based on a preset algorithm.

제2 산출부(230)는 선속도 및 각속도 신호에 기초하여 센서 모듈(100)의 선형 가속도를 산출한다. 구체적으로, 제2 산출부(230)는 제1 산출부(220)에 의해 산출된 선속도, 각속도 신호에 기초한 각속도 및 각가속도, 센서 모듈(100)과 센서 모듈(100)에 대응하는 신체 관절 사이의 거리에 기초하여 센서 모듈(100)의 선형 가속도를 산출할 수 있다. 제2 산출부(230)는 기 설정된 알고리즘에 기초하여 센서 모듈(100)의 선형 가속도를 산출할 수 있다. The second calculation unit 230 calculates the linear acceleration of the sensor module 100 based on the linear velocity and angular velocity signals. Specifically, the second calculation unit 230 is the linear velocity calculated by the first calculation unit 220, the angular velocity and angular acceleration based on the angular velocity signal, between the sensor module 100 and the body joint corresponding to the sensor module 100 The linear acceleration of the sensor module 100 may be calculated based on the distance of. The second calculator 230 may calculate a linear acceleration of the sensor module 100 based on a preset algorithm.

제1 보정부(240)는 선형 가속도에 기초하여 가속도 신호를 보정한다. 구체적으로, 제1 보정부(240)는 가속도 신호에 산출된 선형 가속도를 보상함으로써 중력 방향의 가속도 신호 계측 정밀도를 향상시킬 수 있다. 제1 보정부(240)는 기 설정된 알고리즘에 기초하여 가속도 신호를 보정할 수 있다. The first correction unit 240 corrects the acceleration signal based on the linear acceleration. Specifically, the first correction unit 240 may improve the accuracy of measuring the acceleration signal in the direction of gravity by compensating the linear acceleration calculated in the acceleration signal. The first correction unit 240 may correct the acceleration signal based on a preset algorithm.

필터링부(250)는 가속도 신호에서 기 설정된 소정의 주파수보다 높은 주파수를 가지는 신호를 제거하여 가속도 신호를 필터링한다. 필터링부(250)는 필터를 이용하여 가속도 신호에서 소정의 주파수보다 높은 주파수의 신호를 제거할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 필터링부(250)는 칼만필터(Kalman Filter)를 이용하여 가속도 신호를 필터링할 수 있다. The filtering unit 250 filters the acceleration signal by removing a signal having a frequency higher than a predetermined frequency from the acceleration signal. The filtering unit 250 may remove a signal having a frequency higher than a predetermined frequency from the acceleration signal using a filter. According to an embodiment, the filtering unit 250 may filter the acceleration signal using a Kalman filter.

제2 보정부(260)는 가속도 신호와 필터링된 가속도 신호 사이의 지연 시간을 산출하고, 지연 시간에 기초하여 필터링부(250)의 샘플링 시간을 설정한다. 제2 보정부(260)는 필터링된 가속도 신호와 자이로 신호를 동기화시킨다. The second correction unit 260 calculates a delay time between the acceleration signal and the filtered acceleration signal, and sets a sampling time of the filtering unit 250 based on the delay time. The second correction unit 260 synchronizes the filtered acceleration signal and the gyro signal.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 센서 모듈의 배치를 설명하기 위한 도면이다. 3 is a view for explaining the arrangement of the sensor module according to an embodiment of the present invention.

도 3의 왼쪽 도면은 측정 대상자의 신체에 부착된 센서 모듈(100)을 나타내고, 도 3의 오른쪽 도면은 측정 대상자의 신체와 부착된 센서 모듈(100)을 모델링한 도면을 나타낸다. The left drawing of FIG. 3 shows the sensor module 100 attached to the body of the person to be measured, and the right drawing of FIG. 3 shows a view modeling the body of the measurement subject and the attached sensor module 100.

도 3 에 도시된 것처럼, 센서 모듈(100)은 신체에 부착될 수 있다. 센서 모듈(100)은 신체의 관절(10) 부위로부터 소정의 거리(r)만큼 이격하여 배치될 수 있다. 신체는 관절(10)을 회전중심으로 하여 각 분절이 움직이게 되므로, 센서 모듈(100)이 신체의 관절(10)에 배치될 경우 측정 대상자는 움직임에 제약이 있을 수 있다. 따라서, 신체의 움직임을 측정하기 위한 센서 모듈(100)은 신체의 분절에 배치되는 것이 바람직하다. As shown in FIG. 3, the sensor module 100 may be attached to the body. The sensor module 100 may be disposed to be spaced apart from the joint 10 of the body by a predetermined distance r. Since the body moves each segment with the joint 10 as a rotational center, when the sensor module 100 is disposed on the joint 10 of the body, the object to be measured may be restricted in movement. Therefore, it is preferable that the sensor module 100 for measuring the movement of the body is disposed in a segment of the body.

다만, 신체에 부착되는 센서 모듈(100)은 관절(10)의 회전중심에서 소정의 거리(r)만큼 떨어진 곳에 위치하기 때문에 관절(10)의 회전동작 시 센서 모듈(100)의 선형 가속도를 발생시킬 수 있다. 이로 인하여 가속도 센서 출력에 중력 성분 이외에 외부 선형가속도 성분이 포함될 수 있으므로, 중력 가속도를 이용한 자세 추정 시 오차가 발생할 수 있다. 따라서, 자세 추정의 정밀도를 향상시키기 위하여 선형 가속도 성분이 보정된 가속도 신호가 필요하다. However, since the sensor module 100 attached to the body is located at a distance (r) from the rotation center of the joint 10, a linear acceleration of the sensor module 100 is generated when the joint 10 rotates. I can make it. As a result, an external linear acceleration component may be included in the acceleration sensor output in addition to the gravitational component, and thus an error may occur when estimating a posture using gravitational acceleration. Accordingly, in order to improve the accuracy of posture estimation, an acceleration signal with a corrected linear acceleration component is required.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 선형 가속도의 산출 과정을 설명하기 위한 도면이다. 4 is a diagram for explaining a process of calculating a linear acceleration according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 정밀도 향상 장치(200)는 센서가 관절의 회전축과 수직 방향에 위치하였을 때, 수직 방향의 거리와 선속도와 각속도 사이의 관계를 이용해 선형 가속도 성분을 추정하여 가속도 센서 출력에 보상함으로써 가속도 센서의 중력방향 계측 정밀도를 높일 수 있다. When the sensor is positioned in the vertical direction with the rotation axis of the joint, the apparatus 200 for improving accuracy according to an embodiment of the present invention estimates a linear acceleration component using the relationship between the distance in the vertical direction and the linear velocity and angular velocity, and outputs the acceleration sensor It is possible to increase the accuracy of measuring the gravity direction of the acceleration sensor by compensating for.

도 4를 참조하면, 제1 산출부(220)는 관절의 회전 중심(O)으로부터 소정의 거리(r)만큼 이격된 센서 모듈(100)의 선속도(

Figure pat00015
)를 아래의 수학식 1을 통해 산출할 수 있다. 4, the first calculation unit 220 is a linear velocity of the sensor module 100 spaced apart by a predetermined distance r from the rotation center O
Figure pat00015
) Can be calculated through Equation 1 below.

Figure pat00016
Figure pat00016

여기서,

Figure pat00017
는 센서 모듈(100)의 각속도를 의미한다. here,
Figure pat00017
Means the angular velocity of the sensor module 100.

센서 모듈(100)의 각속도는 각속도 신호에 기초하여 산출될 수 있다. The angular velocity of the sensor module 100 may be calculated based on the angular velocity signal.

상기의 수학식 1을 통해 센서 모듈(100)의 선속도가 산출되면, 제1 산출부(220)는 선속도(

Figure pat00018
)와 각속도(
Figure pat00019
)의 크기 관계를 이용한 아래의 수학식 2를 통해 센서 모듈(100)의 선형 가속도(
Figure pat00020
)를 산출할 수 있다. When the linear speed of the sensor module 100 is calculated through Equation 1 above, the first calculation unit 220 is the linear speed (
Figure pat00018
) And angular velocity (
Figure pat00019
Linear acceleration of the sensor module 100 through Equation 2 below using the size relationship of)
Figure pat00020
) Can be calculated.

Figure pat00021
Figure pat00021

여기서,

Figure pat00022
는 센서 모듈(100)에서 측정된 각가속도를 의미하고,
Figure pat00023
는 선속도를 의미하고,
Figure pat00024
는 센서 모듈(100)에서 측정된 각속도를 의미하고, r은 센서 모듈(100)과 대응하는 신체 관절 사이의 거리를 의미한다. 각속도(
Figure pat00025
)와 각가속도(
Figure pat00026
)는 각속도 신호로부터 산출될 수 있다. here,
Figure pat00022
Means the angular acceleration measured by the sensor module 100,
Figure pat00023
Means the linear speed,
Figure pat00024
Denotes the angular velocity measured by the sensor module 100, and r denotes a distance between the sensor module 100 and a corresponding body joint. Angular velocity(
Figure pat00025
) And angular acceleration (
Figure pat00026
) Can be calculated from the angular velocity signal.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가속도 신호의 보정을 설명하기 위한 도면이다. 5 is a diagram for explaining correction of an acceleration signal according to an embodiment of the present invention.

제2 산출부(230)는 아래의 수학식을 이용하여 가속도 신호를 보정할 수 있다. The second calculator 230 may correct the acceleration signal using the following equation.

Figure pat00027
Figure pat00027

여기서, gt는 보정된 가속도 신호를 의미하고, at는 가속도 신호를 의미하고,

Figure pat00028
는 선형 가속도를 의미한다. Here, g t means the corrected acceleration signal, a t means the acceleration signal,
Figure pat00028
Means linear acceleration.

도 5에 도시된 그래프는 도 3에서의 y축 회전, 즉 피치각이 변화한 경우, y축 가속도 센서의 출력값(raw data)에 대해 선형 가속도를 보상하여 중력 가속도 성분(gravity)을 추정한 것이다. 수학식 3을 통해 가속도 신호를 보정한 경우, 도 5에 도시된 것처럼 높은 정확도의 중력 가속도 성분에 대한 산출이 가능하다. The graph shown in FIG. 5 is a gravitational acceleration component (gravity) estimated by compensating for linear acceleration with respect to the raw data of the y-axis acceleration sensor when the y-axis rotation, that is, the pitch angle in FIG. 3, changes. . When the acceleration signal is corrected through Equation 3, it is possible to calculate the gravitational acceleration component with high accuracy as shown in FIG. 5.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가속도 신호의 주파수 특성을 나타낸 도면이다. 6 is a diagram showing a frequency characteristic of an acceleration signal according to an embodiment of the present invention.

앞서 살펴본 것처럼, 센서 모듈(100)을 가속도 센서를 포함할 수 있으며, 가속도 센서를 통해 가속도 정보를 측정할 수 있다. 다만, 가속도 센서는 병진 운동과 진동에 취약하여 노이즈가 심하다는 문제점이 있다. 예를 들어, 측정 대상자의 하지에 센서 모듈(100)을 부착 후 실제 보행으로 얻은 가속도 신호의 주파수 특성은 도 6에서와 같이 0.5Hz~2Hz 대역에서 메인 주파수가 나타날 수 있다. 이를 고려할 때, 2Hz 이상의 주파수에서 나타나는 신호는 변진 운동과 진동에 의해 발생하는 노이즈일 수 있다. As described above, the sensor module 100 may include an acceleration sensor, and acceleration information may be measured through the acceleration sensor. However, the acceleration sensor has a problem that noise is severe because it is vulnerable to translational motion and vibration. For example, after attaching the sensor module 100 to the lower limb of a measurement subject, the frequency characteristic of the acceleration signal obtained by actual walking may have a main frequency in the 0.5Hz-2Hz band as shown in FIG. 6. In consideration of this, a signal appearing at a frequency of 2 Hz or more may be noise generated by the transformation motion and vibration.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 필터링 후 가속도 신호의 출력값을 나타낸 도면이다. 7 is a diagram illustrating an output value of an acceleration signal after filtering according to an embodiment of the present invention.

실시예에 따르면, 필터링부(250)는 빠른 걸음의 보행에서 발생할 수 있는 2Hz정도의 주파수 대역을 고려하여 저역통과필터(Low Pass Filter, LPF)의 컷 오프(Cut-off) 주파수를 설정할 수 있다. 필터링부(250)는 나이퀴스트 이론(Nyquist theory)을 이용하여 컷 오프 주파수를 설정할 수 있다. 필터링부(250)는 2Hz 정도의 주파수 대역을 고려할 때 나이퀴스트 이론을 이용하여 10Hz의 컷 오프 주파수를 설정할 수 있다. According to an embodiment, the filtering unit 250 may set a cut-off frequency of a low pass filter (LPF) in consideration of a frequency band of about 2 Hz that may occur in fast walking. . The filtering unit 250 may set a cut-off frequency using the Nyquist theory. The filtering unit 250 may set a cut-off frequency of 10 Hz using the Nyquist theory when considering a frequency band of about 2 Hz.

도 7은 가속도 센서의 y축 출력값의 필터링 전과 후를 비교한 파형을 도시하고 있다. 도 7에 도시된 것처럼, 필터링되지 않은 신호의 파형(raw data)은 변동이 심하게 발생하고 있음을 보여준다. 즉, 병진 운동과 진동에 의한 노이즈가 많이 포함되었음을 알 수 있다. 하지만, 필터링된 신호(LPF data)의 경우에는 변동이 거의 없음을 알 수 있다. 즉, 필터링을 통해 신호에 포함된 노이즈 성분이 제거되었음을 알 수 있다. 이와 같이, 가속도 신호의 노이즈를 제거함으로써 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다. 7 shows a waveform comparing before and after filtering of the y-axis output value of the acceleration sensor. As shown in FIG. 7, the raw data of the unfiltered signal shows severe fluctuations. That is, it can be seen that a lot of noise caused by translational motion and vibration was included. However, it can be seen that there is little variation in the case of the filtered signal (LPF data). That is, it can be seen that the noise component included in the signal has been removed through filtering. In this way, the accuracy of the measurement can be improved by removing the noise of the acceleration signal.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 가속도 신호와 필터링된 가속도 신호의 시간 지연을 비교한 도면이다. 8 is a diagram illustrating a comparison of a time delay between an acceleration signal and a filtered acceleration signal according to an embodiment of the present invention.

가속도 신호를 필터링할 경우, 가속도 신호와 필터링된 가속도 신호 사이에 시간 지연이 발생할 수 있다. 예를 들어, 저역통과필터는 컷오프 주파수가 낮을수록 시간 지연이 크게 발생할 수 있으므로 시간 지연에 대한 보정이 필요할 수 있다. 도 8을 참조하면, 가속도 센서의 신호값(raw data)과 필터링된 가속도 센서의 신호값(LPF data)은 약 10[ms]의 시간 지연이 발생하는 것을 볼 수 있다. When filtering the acceleration signal, a time delay may occur between the acceleration signal and the filtered acceleration signal. For example, in the low-pass filter, a time delay may occur as the cutoff frequency decreases, and thus time delay may need to be corrected. Referring to FIG. 8, it can be seen that a time delay of about 10 [ms] occurs between the signal value (raw data) of the acceleration sensor and the filtered signal value (LPF data) of the acceleration sensor.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 제2 보정부(260)는 지연 시간에 기초하여 필터링부(250)의 샘플링 시간을 설정할 수 있다. 예를 들어, 필터링부(250)가 칼만필터를 통해 신호를 필터링하는 경우, 제2 보정부(260)는 칼만필터의 샘플링 시간을 산출된 지연 시간으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 도 8에서와 같이, 지연시간이 10[ms]으로 산출된 경우, 제2 보정부(260)는 칼만필터의 샘플링 시간을 10[ms]로 설정할 수 있다. To solve this problem, the second correction unit 260 according to an embodiment of the present invention may set the sampling time of the filtering unit 250 based on the delay time. For example, when the filtering unit 250 filters a signal through the Kalman filter, the second correction unit 260 may set the sampling time of the Kalman filter as the calculated delay time. For example, as shown in FIG. 8, when the delay time is calculated as 10 [ms], the second correction unit 260 may set the sampling time of the Kalman filter to 10 [ms].

그리고, 제2 보정부(260)는 센서 모듈(100)에 포함된 각속도 신호 등과 시간 동기를 맞춰 줌으로써, 필터링에 따른 시간 지연을 최소화 할 수 있다. In addition, the second correction unit 260 synchronizes time with an angular velocity signal included in the sensor module 100 and the like, thereby minimizing a time delay due to filtering.

도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 자세 추정 과정을 설명하기 위한 도면이다. 9 and 10 are diagrams for explaining a posture estimation process according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 가속도 센서에서 측정되는 값(fx, fy. fz)은 아래의 수학식 4에 도시된 것처럼, 가속도와 각가속도, 그리고 중력가속도의 합으로 나타낼 수 있다. Referring to FIG. 9, values (f x , f y . F z ) measured by the acceleration sensor can be expressed as the sum of acceleration, angular acceleration, and gravitational acceleration, as shown in Equation 4 below.

Figure pat00029
Figure pat00029

여기서, g0는 중력 가속도로서 [0 0 -g]T로 나타낼 수 있고,

Figure pat00030
는 변환행렬로서, 아래의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다. Here, g 0 can be expressed as [0 0 -g] T as gravitational acceleration,
Figure pat00030
Is a transformation matrix, and can be expressed as in Equation 5 below.

Figure pat00031
Figure pat00031

수학식 4를 행렬식으로 정리하면 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다. If Equation 4 is summarized as a determinant, it can be expressed as Equation 6.

Figure pat00032
Figure pat00032

여기서, u, v, w는 센서 모듈(100)의 이동속도를 의미하고, p, q, r은 센서 모듈(100)의 각속도를 의미한다. Here, u, v, and w mean the moving speed of the sensor module 100, and p, q, and r mean the angular speed of the sensor module 100.

만약, 센서 모듈(100)이 정지하거나 일정한 속도로 직진하는 조건이라고 가정하면, 수학식 6은 아래의 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다. If it is assumed that the sensor module 100 stops or goes straight at a constant speed, Equation 6 can be expressed as Equation 7 below.

Figure pat00033
Figure pat00033

도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 정밀도 향상 장치(200)는 수학식 7에 기초하여 x축의 회전각인 롤각(roll angle)을 산출할 수 있다. 구체적으로 정밀도 향상 장치(200)는 y축 방향의 가속도 출력값과 z축 방향의 가속도 출력값을 이용하여 x축 방향의 회전각인 롤각을 산출할 수 있다. 정밀도 향상 장치(200)는 아래의 수학식 8을 이용하여 롤각을 산출할 수 있다. Referring to FIG. 10, the apparatus 200 for improving precision according to an embodiment of the present invention may calculate a roll angle, which is a rotation angle of an x-axis, based on Equation 7. In more detail, the precision improving apparatus 200 may calculate a roll angle, which is a rotation angle in the x-axis direction, using an acceleration output value in the y-axis direction and an acceleration output value in the z-axis direction. The precision improving device 200 may calculate the roll angle using Equation 8 below.

Figure pat00034
Figure pat00034

롤각과 피치각은 아래의 수학식 9 및 수학식 10과 같은 관계를 가질 수 있다. The roll angle and the pitch angle may have the same relationship as in Equations 9 and 10 below.

Figure pat00035
Figure pat00035

Figure pat00036
Figure pat00036

이에 기초하여, 정밀도 향상 장치(200)는 아래의 수학식 11을 이용하여 센서 모듈(100)의 피치각(θ)을 산출할 수 있다. Based on this, the apparatus 200 for improving accuracy may calculate the pitch angle θ of the sensor module 100 using Equation 11 below.

Figure pat00037
Figure pat00037

정밀도 향상 장치(200)는 이와 같이 가속도 신호에 기초하여 센서 모듈(100)의 자세 정보를 추정할 수 있다. 정밀도 향상 장치(200)는 이와 같이 가속도 신호에 기초하여 센서 모듈(100)의 피치각 정보를 추정할 수 있다. The apparatus 200 for improving accuracy may estimate the attitude information of the sensor module 100 based on the acceleration signal as described above. The apparatus 200 for improving accuracy may estimate the pitch angle information of the sensor module 100 based on the acceleration signal as described above.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 관성 센서 보정 방법의 순서도이다. 11 is a flowchart of a method for calibrating an inertial sensor according to an embodiment of the present invention.

우선, 수신부(210)는 신체에 부착된 센서 모듈(100)로부터 가속도 신호와 각속도 신호를 수신할 수 있다(S1110).First, the receiver 210 may receive an acceleration signal and an angular velocity signal from the sensor module 100 attached to the body (S1110).

그리고, 정밀도 향상 장치(200)는 입력받은 가속도 신호, 각속도 신호 등에 대한 전처리를 수행할 수 있다(S1120).In addition, the precision improving apparatus 200 may perform pre-processing on the received acceleration signal and angular velocity signal (S1120).

제1 산출부(220)는 센서 모듈(100)과 센서 모듈(100)에 대응하는 신체 관절 사이의 거리, 및 각속도 신호에 기초하여 센서 모듈(100)의 선속도를 산출할 수 있다(S1130). The first calculation unit 220 may calculate a linear velocity of the sensor module 100 based on a distance between the sensor module 100 and a body joint corresponding to the sensor module 100 and an angular velocity signal (S1130). .

제2 산출부(230)는 선속도 및 각속도 신호에 기초하여 센서 모듈(100)의 선형 가속도를 산출할 수 있다(S1140). The second calculator 230 may calculate the linear acceleration of the sensor module 100 based on the linear velocity and angular velocity signal (S1140).

제1 보정부(240)는 선형 가속도에 기초하여 가속도 신호를 보정할 수 있다(S1150).The first correction unit 240 may correct the acceleration signal based on the linear acceleration (S1150).

그리고, 정밀도 향상 장치(200)는 보정된 가속도 신호에 기초하여 자세값을 산출할 수 있다(S1160).In addition, the accuracy improving apparatus 200 may calculate a posture value based on the corrected acceleration signal (S1160).

도 12는 도 11의 S1120 단계를 상세하게 나타낸 순서도이다. 12 is a detailed flowchart illustrating step S1120 of FIG. 11.

필터링부(250)는 가속도 신호에서 기 설정된 소정의 주파수보다 높은 주파수를 가지는 신호를 제거하여 가속도 신호를 필터링할 수 있다(S1121).The filtering unit 250 may filter the acceleration signal by removing a signal having a frequency higher than a preset predetermined frequency from the acceleration signal (S1121).

제2 보정부(260)는 가속도 신호와 필터링된 가속도 신호 사이의 지연 시간을 산출할 수 있다(S1122).The second correction unit 260 may calculate a delay time between the acceleration signal and the filtered acceleration signal (S1122).

제2 보정부(260)는 지연 시간에 기초하여 필터링부(250)의 샘플링 시간을 설정할 수 있다(S1123).The second correction unit 260 may set the sampling time of the filtering unit 250 based on the delay time (S1123).

제2 보정부(260)는 필터링된 가속도 신호를 자이로 신호와 동기화시킬 수 있다(S1124). The second correction unit 260 may synchronize the filtered acceleration signal with the gyro signal (S1124).

본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.The term'~ unit' used in this embodiment refers to software or hardware components such as field-programmable gate array (FPGA) or ASIC, and'~ unit' performs certain roles. However,'~ part' is not limited to software or hardware. The'~ unit' may be configured to be in an addressable storage medium, or may be configured to reproduce one or more processors. Thus, as an example,'~ unit' refers to components such as software components, object-oriented software components, class components and task components, processes, functions, properties, and procedures. , Subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, database, data structures, tables, arrays, and variables. The components and functions provided in the'~ units' may be combined into a smaller number of elements and'~ units', or may be further divided into additional elements and'~ units'. In addition, components and'~ units' may be implemented to play one or more CPUs in a device or a security multimedia card.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. The embodiments have been described above, but these are only examples and do not limit the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs are not illustrated above within the scope not departing from the essential characteristics of the present embodiment. It will be seen that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can be modified and implemented. And differences related to these modifications and applications should be construed as being included in the scope of the present invention defined in the appended claims.

100 : 센서 모듈
200 : 정밀도 향상 장치
210 : 수신부
220 : 제1 산출부
230 : 제2 산출부
240 : 제1 보정부
250 : 필터링부
260 : 제2 보정부 100: sensor module
200: precision improving device
210: receiver
220: first calculation unit
230: second calculation unit
240: first correction unit
250: filtering unit
260: second correction unit

Claims (12)

신체에 부착된 센서 모듈로부터 가속도 신호와 각속도 신호를 수신하는 수신부;
상기 센서 모듈과 상기 센서 모듈에 대응하는 신체 관절 사이의 거리, 및 상기 각속도 신호에 기초하여 상기 센서 모듈의 선속도를 산출하는 제1 산출부;
상기 선속도 및 상기 각속도 신호에 기초하여 상기 센서 모듈의 선형 가속도를 산출하는 제2 산출부; 그리고
상기 선형 가속도에 기초하여 상기 가속도 신호를 보정하는 제1 보정부;를 포함하는 정밀도 향상 장치. A receiver for receiving an acceleration signal and an angular velocity signal from a sensor module attached to the body;
A first calculator configured to calculate a linear velocity of the sensor module based on a distance between the sensor module and a body joint corresponding to the sensor module and the angular velocity signal;
A second calculation unit calculating a linear acceleration of the sensor module based on the linear velocity and the angular velocity signal; And
And a first correction unit correcting the acceleration signal based on the linear acceleration. 제1항에 있어서,
상기 제1 산출부는,
아래의 수학식을 이용하여 상기 선형 가속도(
Figure pat00038
)를 산출하는 정밀도 향상 장치:
Figure pat00039

여기서,
Figure pat00040
는 상기 센서 모듈에서 측정된 각가속도를 의미하고,
Figure pat00041
는 상기 선속도를 의미하고,
Figure pat00042
는 상기 센서 모듈에서 측정된 각속도를 의미하고, 상기 r은 상기 센서 모듈과 대응하는 신체 관절 사이의 거리를 의미한다. The method of claim 1,
The first calculation unit,
Using the following equation, the linear acceleration (
Figure pat00038
Precision improving device to calculate ):
Figure pat00039

here,
Figure pat00040
Means the angular acceleration measured by the sensor module,
Figure pat00041
Means the linear speed,
Figure pat00042
Denotes an angular velocity measured by the sensor module, and r denotes a distance between the sensor module and a corresponding body joint. 제1항에 있어서,
상기 제2 산출부는,
아래의 수학식을 이용하여 상기 가속도 신호를 보정하는 정밀도 향상 장치:
Figure pat00043

여기서, gt는 보정된 상기 가속도 신호를 의미하고, at는 상기 가속도 신호를 의미하고,
Figure pat00044
는 상기 선형 가속도를 의미한다. The method of claim 1,
The second calculation unit,
A precision improvement device for correcting the acceleration signal using the following equation:
Figure pat00043

Here, g t means the corrected acceleration signal, a t means the acceleration signal,
Figure pat00044
Means the linear acceleration. 제1항에 있어서,
상기 가속도 신호에서 기 설정된 소정의 주파수보다 높은 주파수를 가지는 신호를 제거하여 상기 가속도 신호를 필터링하는 필터링부;를 더 포함하는 정밀도 향상 장치.The method of claim 1,
And a filtering unit filtering the acceleration signal by removing a signal having a frequency higher than a preset predetermined frequency from the acceleration signal. 제4항에 있어서,
상기 가속도 신호와 필터링된 상기 가속도 신호 사이의 지연 시간을 산출하고, 상기 지연 시간에 기초하여 상기 필터링부의 샘플링 시간을 설정하는 제2 보정부;를 더 포함하는 정밀도 향상 장치.The method of claim 4,
A second correction unit calculating a delay time between the acceleration signal and the filtered acceleration signal and setting a sampling time of the filtering unit based on the delay time. 제5항에 있어서,
상기 제2 보정부는,
상기 필터링된 가속도 신호를 상기 자이로 신호와 동기화시키는 정밀도 향상 장치.The method of claim 5,
The second correction unit,
A precision improving device for synchronizing the filtered acceleration signal with the gyro signal. 신체에 부착된 센서 모듈로부터 가속도 신호와 각속도 신호를 수신하는 단계;
상기 센서 모듈과 대응하는 신체 관절 사이의 거리 및 상기 각속도 신호에 기초하여 상기 센서 모듈의 선속도를 산출하는 단계;
상기 선속도 및 상기 각속도 신호에 기초하여 상기 센서 모듈의 선형 가속도를 산출하는 단계; 및
상기 선형 가속도에 기초하여 상기 가속도 신호를 보정하는 단계;를 포함하는 정밀도 향상 방법. Receiving an acceleration signal and an angular velocity signal from a sensor module attached to the body;
Calculating a linear velocity of the sensor module based on the angular velocity signal and a distance between the sensor module and a corresponding body joint;
Calculating a linear acceleration of the sensor module based on the linear velocity and the angular velocity signal; And
And correcting the acceleration signal based on the linear acceleration. 제7항에 있어서,
상기 선형 가속도를 산출하는 단계는,
아래의 수학식을 이용하여 상기 선형 가속도(
Figure pat00045
)를 산출하는 정밀도 향상 방법:
Figure pat00046

여기서,
Figure pat00047
는 상기 센서 모듈에서 측정된 각가속도를 의미하고,
Figure pat00048
는 상기 선속도를 의미하고,
Figure pat00049
는 상기 센서 모듈에서 측정된 각속도를 의미하고, 상기 r은 상기 센서 모듈과 대응하는 신체 관절 사이의 거리를 의미한다. The method of claim 7,
The step of calculating the linear acceleration,
Using the following equation, the linear acceleration (
Figure pat00045
How to improve precision to calculate ):
Figure pat00046

here,
Figure pat00047
Means the angular acceleration measured by the sensor module,
Figure pat00048
Means the linear speed,
Figure pat00049
Denotes an angular velocity measured by the sensor module, and r denotes a distance between the sensor module and a corresponding body joint. 제7항에 있어서,
상기 제1 가속도 신호를 보정하는 단계는,
아래의 수학식을 이용하여 상기 가속도 신호를 보정하는 정밀도 향상 방법:
Figure pat00050

여기서, gt는 보정된 상기 가속도 신호를 의미하고, at는 상기 가속도 신호를 의미하고,
Figure pat00051
는 상기 선형 가속도를 의미한다. The method of claim 7,
Correcting the first acceleration signal,
A precision improvement method for correcting the acceleration signal using the following equation:
Figure pat00050

Here, g t means the corrected acceleration signal, a t means the acceleration signal,
Figure pat00051
Means the linear acceleration. 제7항에 있어서,
상기 가속도 신호에서 기 설정된 소정의 주파수보다 높은 주파수를 가지는 신호를 제거하여 상기 가속도 신호를 필터링하는 단계;를 더 포함하는 정밀도 향상 방법.The method of claim 7,
Filtering the acceleration signal by removing a signal having a frequency higher than a predetermined frequency from the acceleration signal. 제10항에 있어서,
상기 가속도 신호와 필터링된 상기 가속도 신호 사이의 지연 시간을 산출하고, 상기 지연 시간에 기초하여 상기 샘플링 시간을 설정하는 단계;를 더 포함하는 정밀도 향상 방법.The method of claim 10,
And calculating a delay time between the acceleration signal and the filtered acceleration signal, and setting the sampling time based on the delay time. 제11항에 있어서,
상기 필터링된 가속도 신호를 상기 자이로 신호와 동기화시키는 단계;를 더 포함하는 정밀도 향상 방법. The method of claim 11,
And synchronizing the filtered acceleration signal with the gyro signal.
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