KR20220081346A - Brain plasticity-based motion assist device and its control method and circuit - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인간-컴퓨터 상호작용 기술 분야에 관한 것으로, 구체적으로 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치 및 그 제어 방법과 회로에 관한 것이다. 구동 메커니즘은 와이어 구동 설계를 채택하여 구동 메커니즘과 실행 메커니즘을 분리하여 배치할 수 있다. 즉, 구동 메커니즘은 사용자의 팔, 허리 또는 주머니 내, 심지어 짊어지는 배낭 내에 배치할 수 있어 전체 장비가 가볍고 착용하기가 용이하다. 또한 본 발명은 분류기, 투표기, 임계값 비교, 자가적응적 제어를 함께 결합하여 근전도 신호가 운동 의도를 부정확하게 식별하는 어려움을 극복하였고, 전체 시스템의 제어 지연을 줄여 사용자의 동작 의도를 직접적으로 반영할 수 있다. 실행 메커니즘의 제어에서 자가적응적 순응 제어의 제어 방식을 채택하고, 근전도 신호 주요 동력 추정을 결합하여 필요에 따라 동력을 제공할 수 있으므로, 보다 우수한 인간-컴퓨터 상호작용 경험 및 재활 효과를 구현할 수 있다.The present invention relates to the field of human-computer interaction technology, and more particularly, to a brain plasticity-based motion assisting device, and a control method and circuit thereof. The drive mechanism adopts a wire drive design, so that the drive mechanism and the actuation mechanism can be arranged separately. In other words, the drive mechanism can be placed on the user's arm, waist, or pocket, or even within the backpack being carried, making the entire piece of equipment lightweight and easy to wear. In addition, the present invention overcomes the difficulty of inaccurately identifying the exercise intention by the EMG signal by combining the classifier, voting machine, threshold comparison, and self-adaptive control together, and reduces the control delay of the entire system to directly reflect the user's intention to operate. can do. In the control of the execution mechanism, the control method of self-adaptive adaptive control is adopted, and the electromyography signal main power estimation can be combined to provide power as needed, so that a better human-computer interaction experience and rehabilitation effect can be realized. .

Description

뇌가소성 기반의 동작 보조 장치 및 그 제어 방법과 회로Brain plasticity-based motion assist device and its control method and circuit

본 발명은 인간-컴퓨터 상호작용 기술 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치 및 그 제어 방법과 회로에 관한 것이다.The present invention relates to the field of human-computer interaction technology, and more particularly, to a brain plasticity-based motion assisting device, and a control method and circuit thereof.

동작 보조 장비는 주로 사지 운동 장애가 있는 사람들을 대상으로 하며 신경 재활, 의료 군사 분야에서 널리 사용되고 있다. 손의 사용은 생활 속에서 매우 중요하고 빈번하기 때문에 손 동작 보조 장치의 설계는 특히 중요하다.Motion assist devices are mainly targeted for people with limb movement disorders and are widely used in neurorehabilitation and medical and military fields. Since the use of the hand is very important and frequent in life, the design of the hand motion assist device is particularly important.

손 기능 장애 환자는 크게 두 가지로 분류할 수 있는데, 하나는 뇌와 신경 경로의 손상으로 인해 발생하고 다른 하나는 근육 손상으로 인해 발생한다. 첫 번째 유형의 환자는 신경이향술로 치료할 수 있으며, 두 번째 유형의 환자는 표적 근육 신경이식술로 치료할 수 있다. 그러나 신경이향술과 표적신경이식술 모두 사용되는 신경은 통상적으로 원래의 근육에 분포하던 신경이 아니므로, 수술 후 환자는 통상적으로 일정 시간의 재활 훈련을 받아 뇌 리모델링이라는 목적을 달성한다.Patients with hand dysfunction can be broadly classified into two categories: one is caused by damage to the brain and nerve pathways, and the other is caused by muscle damage. The first type of patient can be treated with neurotransplantation, and the second type of patient can be treated with targeted muscle neurotransplantation. However, since the nerves used in both neurotransplantation and target nerve transplantation are not normally distributed in the original muscle, the patient after surgery typically receives a certain amount of time rehabilitation training to achieve the purpose of brain remodeling.

종래의 동작 보조 장치는 대부분 리지드 재질이며 무겁고 부피가 커서 착용이 매우 불편하고 사용자에게 추가적인 신체적 부담을 준다.Most of the conventional motion assisting devices are made of a rigid material, and they are heavy and bulky, which makes them very uncomfortable to wear and imposes an additional physical burden on the user.

운동 제어 측면에서 종래의 장비 대부분은 기계식 스위치에 의해 제어된다. 즉, 스위치 동작 보조 장치를 눌러 운동하며 스위치를 놓으면 운동이 멈춘다. 이러한 운동 방식은 매우 경직되어 있으며 심지어 운동력이 과도하게 커져 2차 손상을 유발할 수 있다.In terms of motion control, most of the conventional equipment is controlled by a mechanical switch. That is, the movement is stopped by pressing the switch operation auxiliary device and releasing the switch. This exercise method is very rigid, and even the exercise force becomes excessively large, which can cause secondary damage.

운동 의도 해석 측면에서, 주로 기계적 정보 기반의 의도 식별과 생체 전기 정보 기반의 의도 식별이 있다. 여기에서 기계적 정보를 채택한 의도 식별은 주로 인체 운동학 및 동력학 정보를 이용하나, 생체 전기 신호는 주로 근전도, 뇌파를 채택한다. 기계적 정보는 수집이 용이하고 신호가 안정적이지만, 사용자가 운동을 시작한 후에만 얻을 수 있으며, 심각한 지연이 있다. 동시에 약간의 작은 손 동작으로는 기계적 정보를 수집할 수 없으며 기계적 정보는 사용자의 운동 의도를 직접적으로 반영할 수 없다.In terms of motion intention interpretation, there are mainly intention identification based on mechanical information and intention identification based on bioelectrical information. Here, intention identification employing mechanical information mainly uses human body kinematics and dynamics information, but mainly employs electromyography and brain waves for bioelectrical signals. Mechanical information is easy to collect and the signal is stable, but can only be obtained after the user has started exercising, with significant delays. At the same time, mechanical information cannot be collected with a few small hand movements, and the mechanical information cannot directly reflect the user's exercise intention.

생체 전기 신호 기반의 운동 의도 식별은 지연 문제를 잘 해결할 수 있지만, 근전도 신호에는 간섭 신호(예를 들어 중첩 신호, 노이즈 신호 등)가 있기 때문에 식별의 정확도가 낮아지고 운동 의도의 판단에 오류가 발생할 수 있다.Although bioelectrical signal-based exercise intention identification can solve the delay problem well, since there are interference signals (for example, overlapping signals, noise signals, etc.) can

특히 환자는 뇌 리모델링 후 생체 전기 신호가 변하며, 변경된 생체 전기 신호를 효과적으로 식별하여 뇌 리모델링의 새로운 기능 영역의 운동 의도를 간접적으로 식별하고 이를 이용할 수 있다. 따라서 뇌 리모델링의 새로운 기능 영역의 제어 능력을 더욱 확장할 수 있고, 사지 장애 환자의 운동 기능을 향상시킬 수 있다.In particular, the patient can indirectly identify and use the movement intention of a new functional area of brain remodeling by effectively identifying the bioelectrical signal that changes after brain remodeling, and the changed bioelectrical signal. Therefore, it is possible to further expand the control ability of the new functional area of brain remodeling and to improve the motor function of patients with limb disorders.

이를 위해 가볍고 착용하기 용이하며 제어하기 유연하고 운동 의도 식별이 정확한 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치 및 그 제어 방법과 회로의 설계가 시급하다.For this purpose, it is urgent to design a brain plasticity-based motion assisting device, its control method and circuit, which is light, easy to wear, flexible to control, and accurate in identifying exercise intentions.

본 발명은 종래 기술의 결함을 보완하기 위해 가볍고 착용하기 용이하며 제어하기 유연하고 운동 의도 식별이 정확한 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치 및 그 제어 방법과 회로를 설계하였다.In order to compensate for the deficiencies of the prior art, the present invention designed a brain plasticity-based motion assisting device, a control method and circuit thereof, that is light, easy to wear, flexible to control, and accurately identifies an exercise intention.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치를 설계하였으며, 여기에는,In order to achieve the above object, the present invention designed a brain plasticity-based motion assisting device,

사용자의 생체 전기 신호를 수집 및 전송하는 데 사용되며, 신호 센서 및 신호 전송선을 포함하는 신호 수집 메커니즘 - 상기 신호 센서는 사용자 신체에 배치되고, 상기 신호 전송선의 일단은 신호 센서와 연결되고, 상기 신호 전송선의 다른 일단은 제어 메커니즘에 연결됨 - ;used to collect and transmit a user's bioelectrical signal, the signal collection mechanism comprising a signal sensor and a signal transmission line, wherein the signal sensor is disposed on the user's body, and one end of the signal transmission line is connected with the signal sensor, the signal The other end of the transmission line is connected to the control mechanism - ;

동작 보조 장치의 온오프를 제어하는데 사용되며, 신호 송수신 모듈 및 제어 모듈을 포함하는 조작 메커니즘 - 상기 제어 모듈은 신호 송수신 모듈과 연결되고, 상기 신호 송수신 모듈은 제어 메커니즘과 더 연결됨 - ;an operation mechanism used for controlling on/off of the operation auxiliary device, comprising a signal transmitting and receiving module and a control module, wherein the control module is connected to the signal transmitting and receiving module, and the signal transmitting and receiving module is further connected to the control mechanism;

신호 수집 메커니즘 및 조작 메커니즘에 의해 전송된 정보를 식별 및 처리하고, 사용자의 동작 의도 결과를 획득하며, 이를 구동 메커니즘에 피드백하는 데 사용되는 제어 메커니즘 - 상기 제어 메커니즘 내에는 아날로그 디지털 처리 모듈, 운동 의도 식별 시스템, 구동력 계산 모듈 및 신호 전송 모듈이 설치되고, 상기 신호 송수신 모듈 및 신호 전송선은 모두 아날로그 디지털 처리 모듈과 연결되고, 아날로그 디지털 처리 모듈의 신호 출력단은 운동 의도 식별 시스템의 신호 입력단과 연결되고, 운동 의도 식별 시스템의 신호 출력단은 구동력 계산 모듈의 신호 입력단과 연결되고, 구동력 계산 모듈의 신호 출력단은 신호 전송 모듈의 신호 입력단과 연결되고, 신호 전송 모듈의 신호 출력단은 구동 메커니즘과 연결됨 - ;A control mechanism used to identify and process the information transmitted by the signal acquisition mechanism and the manipulation mechanism, obtain a result of the user's motion intent, and feed it back to the driving mechanism, wherein the control mechanism includes an analog digital processing module, motion intent An identification system, a driving force calculation module and a signal transmission module are installed, the signal transmission/reception module and the signal transmission line are all connected to the analog digital processing module, and the signal output terminal of the analog digital processing module is connected to the signal input terminal of the motion intention identification system, the signal output end of the movement intention identification system is connected with the signal input end of the driving force calculation module, the signal output end of the driving force calculation module is connected with the signal input end of the signal transmission module, and the signal output end of the signal transmission module is connected with the driving mechanism;

제어 메커니즘 및 구동 메커니즘에 동력을 공급하는 전원 메커니즘 - 상기 전원 메커니즘은 전원 및 충방전 컨트롤러를 포함하고, 전원은 충방전 컨트롤러와 연결되고, 상기 충방전 컨트롤러는 제어 메커니즘 및 구동 메커니즘과 더 연결됨 - ;a power supply mechanism for supplying power to the control mechanism and the drive mechanism, the power mechanism including a power supply and a charge/discharge controller, the power source is connected to the charge/discharge controller, the charge/discharge controller is further connected to the control mechanism and the drive mechanism;

제어 메커니즘의 명령을 수신하여 실행 메커니즘이 운동하도록 제어하는 구동 메커니즘 - 상기 구동 메커니즘은 드라이버 및 인코더를 포함하고, 상기 드라이버의 신호 입력단은 제어 메커니즘과 연결되고, 드라이버의 전원 입력단은 충방전 컨트롤러와 연결되고, 드라이버의 신호 출력단은 실행 메커니즘과 연결되고, 인코더의 신호 출력단은 제어 메커니즘의 신호 입력단과 연결됨 - ; 및A driving mechanism receiving a command from the control mechanism to control the execution mechanism to move, wherein the driving mechanism includes a driver and an encoder, a signal input terminal of the driver is connected to the control mechanism, and a power input terminal of the driver is connected to a charge/discharge controller a signal output terminal of the driver is connected to the execution mechanism, and a signal output terminal of the encoder is connected to a signal input terminal of the control mechanism; and

사용자의 운동을 보조하는 데 사용되며, 동력 유닛, 전동 메커니즘 및 보조 단말를 포함하는 실행 메커니즘 - 상기 동력 유닛의 전원 입력단은 충방전 컨트롤러의 전원 출력단과 연결되고, 상기 동력 유닛은 전력을 동력으로 전환한 후, 각각 인코더 및 전동 메커니즘으로 출력하고, 전동 메커니즘은 동력 제어 하에서 보조 단말이 동작하도록 제어함 -이 포함된다.an execution mechanism, which is used to assist a user's movement, and includes a power unit, an electric mechanism, and an auxiliary terminal - a power input terminal of the power unit is connected to a power output terminal of a charge/discharge controller, and the power unit converts power into power Then, output to the encoder and the electric mechanism, respectively, and the electric mechanism controls the auxiliary terminal to operate under power control - included.

나아가, 상기 전동 메커니즘은,Further, the transmission mechanism is

상기 전동 메커니즘에 필요한 동력을 제공하는 데 사용되는 주동축;a main shaft used to provide the power required for the transmission mechanism;

상기 주동축은 베이스의 측벽에 착탈 가능하도록 장착되고, 그 일단은 베이스 일측벽을 관통하여 동력 유닛과 연결되고, 다른 일단은 베이스 다른 일측벽에 고정되는 상기 주동축 - 상기 주동축에는 단방향 베어링 세트 1이 씌워지도록 설치됨 - ;The main shaft is detachably mounted on the side wall of the base, one end of which passes through one side wall of the base and is connected to the power unit, and the other end of the main shaft is fixed to the other side wall of the base - The main shaft has a unidirectional bearing set 1 is installed to cover - ;

베이스의 측벽에 착탈 가능하도록 장착되며, 그 위에 단방향 베어링 세트 2가 씌워지도록 설치되는 종동축 - 상기 종동축은 기어쌍을 이용해 상기 주동축과 연결하고, 주동축과 함께 회전함 - ;A driven shaft that is detachably mounted on the side wall of the base and installed so that a unidirectional bearing set 2 is covered thereon, the driven shaft is connected to the main shaft using a pair of gears, and rotates together with the main shaft;

베이스의 바닥판에 각각 착탈 가능하도록 장착되어, 코드의 방향을 변경하는 데 사용되는 조향축; 및a steering shaft which is respectively detachably mounted on the bottom plate of the base and used to change the direction of the cord; and

단말이 운동하도록 제어하는 데 사용되는 코드를 포함한다.Includes code used to control the terminal to move.

상기 코드는 주동축의 단방향 베어링, 종동축의 단방향 베어링 및 조향축에 감겨 설치된 후, 베이스 측벽 상의 와이어홀을 관통하여 외장 단말에 연결된다.The cord is wound on the unidirectional bearing of the main shaft, the unidirectional bearing of the driven shaft and the steering shaft, and then is connected to the external terminal through a wire hole on the side wall of the base.

여기에서, 기어쌍은 주동 기어와 종동 기어를 포함하고, 상기 주동 기어는 상기 주동축에 장착되고, 상기 종동 기어는 종동축에 장착된다.Here, the gear pair includes a main gear and a driven gear, the main gear is mounted on the main shaft, and the driven gear is mounted on the driven shaft.

나아가, 상기 보조 단말은 플렉시블 외골격 글로브 또는 리지드 플렉시블 외골격 글로브이고, 글로브 본체, 집선 장치 및 집선 장치와 글로브 사이에 설치되는 와이어 오거나이저 2를 포함하고, 상기 글로브 본체는 손가락 덮개부, 손등부 및 손바닥부로 구성되며, 이 세 가지 사이는 구동선을 이용하여 연결하고, 상기 구동선은 와이어 오거나이저 2에서 정리된 후 집선 장치로 들어가 구동 메커니즘과 연결된다.Furthermore, the auxiliary terminal is a flexible exoskeleton glove or a rigid flexible exoskeleton glove, and includes a glove body, a concentrator, and a wire organizer 2 installed between the concentrator and the glove, and the glove body includes a finger cover part, a back part of a hand and a palm part. The three elements are connected using a driving line, and the driving line is arranged in Wire Organizer 2 and then goes into the concentrator and is connected with the driving mechanism.

여기에서, 상기 집선 장치는 하우징 및 하우징 내부에 설치되어 회전 가능한 휠축을 포함하고, 상기 하우징의 후방부 위치에는 와이어 통과홈이 개설되고, 상기 하우징의 일측면에는 와이어 인입홀이 개설되고, 상기 와이어 인입홀의 상방 부위에는 와이어 인출홀이 설치되고, 상기 와이어 인입 하방 부위에는 집선홀이 설치되고, 와이어 인입홀 및 와이어 인출홀이 하우징 내부에 위치한 일단이 모두 상기 휠축에 가깝고, 상기 집선홀은 하우징 내부에 위치한 일단이 상기 휠축의 하방으로부터 관통되어 상기 와이어 통과홈과 연통되고, 상기 와이어 통과홈은 상기 구동 헤드와 착탈 가능하도록 연결되어, 구동선 하니스가 집선 장치를 관통 진입하는 구동선과 서로 연통되도록 만들어, 구동 메커니즘이 보조 단말 운동을 제어하도록 만든다.Here, the collecting device includes a housing and a rotatable wheel shaft installed inside the housing, a wire passage groove is opened at a rear portion of the housing, a wire inlet hole is opened on one side of the housing, and the wire A wire lead-out hole is installed in an upper portion of the lead-in hole, a collection hole is installed in a lower portion of the wire lead-in, and one end of the wire lead-in hole and the wire lead-out hole located inside the housing is close to the wheel shaft, and the collecting hole is inside the housing one end positioned at the bottom of the wheel shaft is passed through from below the wheel shaft to communicate with the wire passage groove, and the wire passage groove is detachably connected to the drive head so that the drive line harness communicates with the drive line passing through the collecting device. , make the drive mechanism to control the auxiliary terminal motion.

본 발명은 운동 의도를 정확하게 판별하기 위한 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치의 제어 방법을 설계하였으며, 여기에는,The present invention designed a control method of a motion assistance device based on brain plasticity to accurately determine an exercise intention,

신호 수집 메커니즘이 사용자의 생체 전기 신호를 수집하고 제어 메커니즘에 전송하는 단계S1;Step S1, wherein the signal collection mechanism collects the user's bioelectrical signal and transmits it to the control mechanism;

제어 메커니즘이 생체 전기 신호를 수신하고, 아날로그 디지털 처리 모듈에서 아날로그 디지털 처리를 수행하는 단계S2;Step S2, wherein the control mechanism receives the bioelectrical signal, and analog-digital processing is performed in the analog-to-digital processing module;

처리된 전기 신호를 운동 의도 식별 시스템으로 전송하고, 운동 의도를 식별하여 운동 의도 결과를 획득하는 단계S3;Step S3 of transmitting the processed electrical signal to the exercise intention identification system, and obtaining an exercise intention result by identifying the exercise intention;

운동 의도 결과를 구동력 계산 모듈에 전송하고, 구동력을 계산하며, 구동력 신호를 구동 메커니즘에 전송하는 단계S4; 및transmitting the motion intention result to the driving force calculation module, calculating the driving force, and transmitting the driving force signal to the driving mechanism; and

S5 구동 메커니즘은 구동력 신호를 수신하여 상응하는 드라이버 명령을 생성하고, 드라이버 운동을 제어하여, 실행 메커니즘이 사용자가 관련 운동을 수행하는 것을 보조하도록 구동하는 단계S5;가 포함된다.S5 the driving mechanism receives the driving force signal, generates a corresponding driver command, and controls the driver movement, so as to drive the execution mechanism to assist the user in performing the relevant exercise; step S5 is included.

나아가, 본 발명은 동작 보조 장치를 훈련하는 단계S0를 더 포함한다.Furthermore, the present invention further includes the step S0 of training the motion assistance device.

동작 보조 장치를 훈련하는 구체적인 방법은 다음과 같다.A specific method for training the motion assistance device is as follows.

조작 메커니즘이 훈련 명령을 동작 보조 장치에 전송하고, 조작 메커니즘에 동작 화면을 표시하고, 사용자는 화면 프롬프트에 따라 상응하는 동작을 수행하고, 신호 수집 메커니즘은 사용자의 생체 전기 신호를 수집하고, 아날로그 디지털 처리를 수행하며, 신호 특징 추출 모듈에서 전기 신호 특징 추출을 수행하고, 추출된 전기 신호 특징을 LDA 분류기에 저장하여, 상기 사용자 기반의 LDA 분류기를 획득한 후 훈련을 완료한다.The manipulation mechanism sends a training command to the motion assistance device, the manipulation mechanism displays the motion screen, the user performs a corresponding action according to the screen prompt, and the signal acquisition mechanism collects the user's bioelectrical signal, analog digital processing is performed, electrical signal feature extraction is performed in the signal feature extraction module, and the extracted electrical signal features are stored in the LDA classifier to obtain the user-based LDA classifier, and then training is completed.

나아가, 상기 아날로그 디지털 처리 모듈에는 감지 회로 및 필터 샘플링 회로가 설치된다.Furthermore, a sensing circuit and a filter sampling circuit are installed in the analog-to-digital processing module.

여기에서 감지 회로는 계측 증폭기 및 대역 통과 필터를 포함한다.Here, the sensing circuit includes an instrumentation amplifier and a bandpass filter.

상기 필터 샘플링 회로는 프로그램 조정 가능 증폭기, 저역 통과 필터 및 ADC를 포함한다.The filter sampling circuit includes a programmable tunable amplifier, a low pass filter and an ADC.

상기 계측 증폭기의 신호 입력단은 신호 수집 메커니즘 중의 신호 전송선과 연결되며, 수집된 생체 전기 신호를 수신하고 이를 증폭시킨 후 대역 통과 필터로 이송시켜, 간섭음을 걸러낸 다음, 전기 신호를 필터 샘플링 회로의 프로그램 조정 가능 증폭기로 이송시키고, 그 위의 프로그래밍에 따라 전기 신호를 적응적으로 증폭시킨 후, 저역 통과 필터를 거쳐 ADC로 이송시킨다.The signal input terminal of the instrumentation amplifier is connected to a signal transmission line in the signal collection mechanism, receives the collected bioelectrical signal, amplifies it, and sends it to a bandpass filter to filter out interference sound, and then transmits the electrical signal to the filter sampling circuit. It is transferred to a programmable amplifier, which adaptively amplifies the electrical signal according to the programming above, and then passes through a low-pass filter to the ADC.

나아가, 상기 운동 의도 식별 시스템은 저장 모듈, 신호 특징 추출 모듈, LDA 분류기, 투표기, 운동 의도 판단 모듈을 포함한다.Furthermore, the exercise intention identification system includes a storage module, a signal feature extraction module, an LDA classifier, a voting machine, and an exercise intention determination module.

여기에서, 운동 의도를 식별하는 구체적인 방법은,Here, the specific method of identifying the exercise intention is,

저장 모듈이 상기 아날로그 디지털 처리 모듈 중 ADC에 의해 전송된 전기 신호를 수신하고 이를 저장하는 단계S31;Step S31, wherein the storage module receives the electrical signal transmitted by the ADC among the analog-to-digital processing module and stores it;

저장된 전기 신호가 저장 임계값에 도달한 후, 신호 특징 추출 모듈이 전기 신호 특징 추출을 수행하는 단계S32;After the stored electrical signal reaches the storage threshold, the signal feature extraction module performs electrical signal feature extraction S32;

추출된 특징을 LDA 분류기로 이송하여 분류 결과를 획득하는 단계S32;Step S32 of transferring the extracted features to the LDA classifier to obtain a classification result;

분류 결과를 투표기로 이송하여 투표 결과를 획득하는 단계S33;Step S33 of transferring the classification result to a voting machine to obtain a voting result;

투표 결과를 운동 의도 판단 모듈로 전송하는 동시에 임계값을 비교하는 단계S34; 및Comparing the threshold value while transmitting the voting result to the exercise intention determination module S34; and

S35 투표기 결과와 임계값 비교 결과를 비교하여, 두 결과가 일치하면 최종 운동 의도 결과를 출력하고, 두 결과가 일치하지 않으면 휴지 상태 결과를 출력하는 단계S35;이다.S35 A step S35 of comparing the result of the voting machine and the threshold comparison result, and outputting the final exercise intention result if the two results match, and outputting the idle state result if the two results do not match.

여기에서, 임계값 비교의 구체적인 방법은, 먼저 운동 의도 판단 모듈에서 임계값 TH1 및 TH2를 설정하며, TH1은 신장 임계값을 나타내고, TH2는 만곡 임계값을 나타내고, 다음으로 계산된 표면 근전도 신호의 절대 평균값을 TH1 및 TH2와 비교하며, MAV1>TH1이면 동작 의도가 신장 운동인 것으로 판단하고, MAV2>TH2이면 동작 의도가 만곡 운동인 것으로 판단한다.Here, the specific method of comparing the threshold value is to first set the threshold values TH1 and TH2 in the exercise intention determination module, TH1 indicates the height threshold, TH2 indicates the curvature threshold, and then the calculated surface EMG signal The absolute average value is compared with TH1 and TH2. If MAV 1 > TH1, it is determined that the motion intention is a stretching motion, and when MAV 2 > TH2, it is determined that the motion intent is a curved motion.

나아가, 구동력 계산의 구체적인 방법은,Furthermore, the specific method of calculating the driving force is,

운동 의도 결과에 따라 구동력을 계산하는 단계S41 - 구동력의 계산 공식은 하기와 같고,Step S41 of calculating the driving force according to the exercise intention result - The driving force calculation formula is as follows,

Figure pct00001
Figure pct00001

Figure pct00002
Figure pct00002

여기에서, F1은 사용자가 신장 운동을 할 때 필요한 구동력이고, c1은 근육이 신장 운동을 할 때 전기 신호-힘의 변환 계수이고, MAV1은 사용자가 신장 운동을 할 때 표면 근전도 신호의 절대 평균값이고, F2는 사용자가 만곡 운동을 할 때 필요한 구동력이고, c1은 근육이 만곡 운동을 할 때 전기 신호-힘의 변환 계수이고, MAV1은 사용자가 만곡 운동을 할 때 표면 근전도 신호의 절대 평균값임 - ; 및Here, F 1 is the driving force required when the user performs a stretching exercise, c 1 is the electrical signal-force conversion coefficient when the muscle performs stretching, and MAV 1 is the surface EMG signal of the user during stretching. is the absolute average value, F 2 is the driving force required when the user performs a curve exercise, c 1 is the electrical signal-force conversion coefficient when the muscle performs a curve exercise, and MAV 1 is the surface EMG signal when the user performs a curve exercise is the absolute mean value of - ; and

계산하여 획득한 구동력을 자가적응적으로 제어하며, 즉 자가적응적 알고리즘을 이용하여 자가적응 법칙을 통해 제어 법칙을 조정하여 실제 시스템 모델의 출력이 기준 시스템 모델과 같도록 만들고, 마지막으로 제어된 구동력을 출력하는 단계S42이다.The calculated driving force is self-adaptively controlled, that is, the control law is adjusted through the self-adaptation law using the self-adaptive algorithm to make the output of the actual system model equal to the reference system model, and finally the controlled driving force is a step S42 of outputting .

나아가, 본 발명에 따른 생체 전기 신호는 바람직하게는 표면 근전도 신호이다.Furthermore, the bioelectrical signal according to the present invention is preferably a surface electromyography signal.

생체 전기 신호가 표면 근전도 신호인 경우, 신호 특징 추출 모듈에 의해 추출된 표면 근전도 신호 특징은 표면 근전도 신호의 절대 평균값 MAV와 영교차점 수 ZC이고,When the bioelectrical signal is a surface EMG signal, the surface EMG signal feature extracted by the signal feature extraction module is the absolute average value MAV of the surface EMG signal and the number of zero crossing points ZC,

Figure pct00003
Figure pct00003

Figure pct00004
Figure pct00004

여기에서, N은 설정 시간 내에 수집된 표면 근전도 신호의 데이터 포인트 수를 나타내고, xi는 제i 채널의 표면 근전도 신호를 나타내고, i∈N*이다.Here, N represents the number of data points of the surface EMG signal collected within the set time, and x i represents the surface EMG signal of the ith channel, and is i∈N*.

본 발명은 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 더 설계하였으며, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에는 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치의 제어 방법이 저장되며, 여기에서 상기 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치의 제어 방법이 프로세서에 의해 실행될 때,The present invention is further designed a computer-readable storage medium, and the computer-readable storage medium stores a control method of a brain plasticity-based motion assistance device, wherein the control method of the brain plasticity-based motion assistance device is performed by a processor when run,

동작 보조 장치를 훈련하는 단계S0 - 구체적인 방법은,Step S0 for training the motion assistance device - The specific method is,

조작 메커니즘이 훈련 명령을 동작 보조 장치에 전송하고, 조작 메커니즘에 동작 화면을 표시하고, 사용자는 화면 프롬프트에 따라 상응하는 동작을 수행하고, 신호 수집 메커니즘은 사용자의 생체 전기 신호를 수집하고, 아날로그 디지털 처리를 수행하며, 신호 특징 추출 모듈에서 전기 신호 특징 추출을 수행하고, 추출된 전기 신호 특징을 LDA 분류기에 저장하여, 상기 사용자 기반의 LDA 분류기를 획득한 후 훈련을 완료하는 것임 - ;The manipulation mechanism sends a training command to the motion assistance device, the manipulation mechanism displays the motion screen, the user performs a corresponding action according to the screen prompt, and the signal acquisition mechanism collects the user's bioelectrical signal, analog digital to perform processing, to perform electrical signal feature extraction in the signal feature extraction module, and to store the extracted electrical signal features in the LDA classifier to obtain the user-based LDA classifier and then complete training;

신호 수집 메커니즘이 사용자의 생체 전기 신호를 수집하고 제어 메커니즘에 전송하는 단계S1;Step S1, wherein the signal collection mechanism collects the user's bioelectrical signal and transmits it to the control mechanism;

제어 메커니즘이 생체 전기 신호를 수신하고, 아날로그 디지털 처리 모듈에서 아날로그 디지털 처리를 수행하는 단계S2 - 구체적인 방법은,Step S2, wherein the control mechanism receives the bioelectrical signal, and the analog-to-digital processing module performs analog-to-digital processing.

계측 증폭기가 신호 수집 메커니즘에 의해 수집된 생체 전기 신호를 수신하고 이를 증폭시킨 후 대역 통과 필터로 이송시켜, 간섭음을 걸러낸 다음, 전기 신호를 필터 샘플링 회로의 프로그램 조정 가능 증폭기로 이송시키고, 그 위의 프로그래밍에 따라 전기 신호를 적응적으로 증폭시킨 후, 저역 통과 필터를 거쳐 ADC로 이송시키는 것임 - ;The instrumentation amplifier receives the bioelectrical signal collected by the signal acquisition mechanism, amplifies it, and passes it to a bandpass filter to filter out the interference sound, and then passes the electrical signal to the programmable amplifier of the filter sampling circuit, and the After adaptively amplifying an electrical signal according to the above programming, it is transferred to the ADC through a low-pass filter - ;

처리된 전기 신호를 운동 의도 식별 시스템으로 전송하고, 운동 의도를 식별하여 운동 의도 결과를 획득하는 단계S3 - 운동 의도를 식별하는 구체적인 방법은,Transmitting the processed electrical signal to the exercise intention identification system, and identifying the exercise intention to obtain the exercise intention result S3 - A specific method for identifying the exercise intention is:

저장 모듈이 상기 아날로그 디지털 처리 모듈 중 ADC에 의해 전송된 전기 신호를 수신하고 이를 저장하는 단계S31;Step S31, wherein the storage module receives the electrical signal transmitted by the ADC among the analog-to-digital processing module and stores it;

저장된 전기 신호가 저장 임계값에 도달한 후, 신호 특징 추출 모듈이 전기 신호 특징 추출을 수행하는 단계S32;After the stored electrical signal reaches the storage threshold, the signal feature extraction module performs electrical signal feature extraction S32;

추출된 특징을 LDA 분류기로 이송하여 분류 결과를 획득하는 단계S32;Step S32 of transferring the extracted features to the LDA classifier to obtain a classification result;

분류 결과를 투표기로 이송하여 투표 결과를 획득하는 단계S33;Step S33 of transferring the classification result to a voting machine to obtain a voting result;

투표 결과를 운동 의도 판단 모듈로 전송하는 동시에 임계값을 비교하는 단계S34; 및Comparing the threshold value while transmitting the voting result to the exercise intention determination module S34; and

투표기 결과와 임계값 비교 결과를 비교하여, 두 결과가 일치하면 최종 운동 의도 결과(신장 운동 또는 만곡 운동)를 출력하고, 두 결과가 일치하지 않으면 휴지 상태 결과를 출력하는 단계S35임 - ;Step S35 of comparing the voting machine result and the threshold comparison result, and outputting the final exercise intention result (extension exercise or curvature exercise) if the two results match, and outputting the idle state result if the two results do not match;

운동 의도 결과를 구동력 계산 모듈에 전송하고, 구동력을 계산하며, 구동력의 계산 공식은

Figure pct00005
,
Figure pct00006
이고; 획득한 구동력을 자가적응적으로 제어하며, 즉 자가적응적 알고리즘을 이용하여 자가적응 법칙을 통해 제어 법칙을 조정하여 실제 시스템 모델의 출력이 기준 시스템 모델과 같도록 만들고, 마지막으로 제어된 구동력 신호를 출력하는 단계S4; 및The motion intention result is transmitted to the driving force calculation module, the driving force is calculated, and the driving force calculation formula is
Figure pct00005
,
Figure pct00006
ego; The obtained driving force is self-adaptively controlled, that is, the output of the actual system model is the same as the reference system model by adjusting the control law through the self-adaptive law using the self-adaptive algorithm, and finally, the controlled driving force signal is outputting step S4; and

구동 메커니즘은 구동력 신호를 수신하여 상응하는 드라이버 명령을 생성하고, 드라이버 운동을 제어하여, 실행 메커니즘이 사용자가 관련 운동을 수행하는 것을 보조하도록 구동하는 단계S5가 구현된다.Step S5 is implemented in which the driving mechanism receives the driving force signal to generate a corresponding driver command, and controls the driver movement to drive the execution mechanism to assist the user in performing the relevant movement.

본 발명은 종래 기술에 비해 구동 메커니즘은 와이어 구동 설계를 채택하여 구동 메커니즘과 실행 메커니즘을 분리하여 배치할 수 있다. 즉, 구동 메커니즘은 사용자의 팔, 허리 또는 주머니 내, 심지어 짊어지는 배낭 내에 배치할 수 있어 전체 장비가 가볍고 착용하기가 용이하다. 또한 본 발명은 분류기, 투표기, 임계값 비교, 자가적응적 제어를 함께 결합하여 근전도 신호가 운동 의도를 부정확하게 식별하는 어려움을 극복하였고, 전체 시스템의 제어 지연을 줄여 사용자의 동작 의도를 직접적으로 반영할 수 있다. 실행 메커니즘의 제어에서 자가적응적 순응 제어의 제어 방식을 채택하고, 근전도 신호 주요 동력 추정을 결합하여 필요에 따라 동력을 제공할 수 있으므로, 보다 우수한 인간-컴퓨터 상호작용 경험 및 재활 효과를 구현할 수 있다.Compared with the prior art, the drive mechanism adopts a wire drive design, so that the drive mechanism and the actuation mechanism can be arranged separately. In other words, the drive mechanism can be placed on the user's arm, waist, or pocket, or even within the backpack being carried, making the entire piece of equipment lightweight and easy to wear. In addition, the present invention overcomes the difficulty of inaccurately identifying the exercise intention by the EMG signal by combining the classifier, voting machine, threshold comparison, and self-adaptive control together, and reduces the control delay of the entire system to directly reflect the user's intention to operate. can do. In the control of the execution mechanism, the control method of self-adaptive adaptive control is adopted, and the electromyography signal main power estimation can be combined to provide power as needed, so that a better human-computer interaction experience and rehabilitation effect can be realized. .

도 1은 구체적인 실시예에 따른 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치의 구조도이다.
도 2는 구체적인 실시예에 따른 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치의 구조에서 전동 메커니즘의 구조도이다.
도 3은 구체적인 실시예에 따른 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치 제어 방법의 흐름도이다.
도 4는 구체적인 실시예에 따른 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치 제어 방법에서 표면 근전도 신호 수집 회로의 구조도이다.
도 5는 구체적인 실시예에 따른 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치 제어 방법에서 운동 의도를 식별하는 흐름도이다.
도 6은 구체적인 실시예에 따른 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치 제어 방법에서 생체 전기 신호 특징 추출의 처리도이다.
도 7은 구체적인 실시예에 따른 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치 제어 방법에서 구동력 자가적응적 제어 흐름도이다.
도 8은 구체적인 실시예에 따른 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치의 사용도이다.
도 9는 구체적인 실시예에 따른 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치에서 집선 장치의 측면도이다.
도 10은 구체적인 실시예에 따른 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치에서 집선 장치의 단면도이다.
도 11은 구체적인 실시예에 따른 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치에서 집선 장치의 정면도이다.
1 is a structural diagram of an apparatus for assisting motion based on brain plasticity according to a specific embodiment.
FIG. 2 is a structural diagram of a transmission mechanism in the structure of a motion assisting device based on brain plasticity according to a specific embodiment.
3 is a flowchart of a method for controlling a motion assisting device based on brain plasticity according to a specific embodiment.
4 is a structural diagram of a surface EMG signal collection circuit in a method for controlling a motion assistance device based on brain plasticity according to a specific embodiment.
5 is a flowchart of identifying an exercise intention in a method for controlling a motion assistance device based on brain plasticity according to a specific embodiment.
6 is a processing diagram of bioelectrical signal feature extraction in a method for controlling a motion assistance device based on brain plasticity according to a specific embodiment.
7 is a flowchart illustrating a driving force self-adaptive control in a method for controlling a motion assistance device based on brain plasticity according to a specific embodiment.
8 is a diagram illustrating a use of a brain plasticity-based motion assistance device according to a specific embodiment.
9 is a side view of a concentrator in a brain plasticity-based motion assisting device according to a specific embodiment.
10 is a cross-sectional view of a concentrator in a brain plasticity-based motion assistance device according to a specific embodiment.
11 is a front view of a concentrator in a brain plasticity-based motion assisting device according to a specific embodiment.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 추가로 설명하나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.The present invention will be further described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited thereto.

본 발명의 첨부 도면은 모두 단순화된 형태이며 모두 부정확한 비율을 사용한다. 이는 본 발명의 실시예를 용이하고 명확하게 설명하기 위한 것임에 유의한다.The accompanying drawings of the present invention are all in simplified form and all use inaccurate proportions. Note that this is for easily and clearly explaining the embodiments of the present invention.

도 1, 도 3 및 도 5를 참조하면, 본 발명은 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치 및 그 제어 방법을 설계하였다. 구체적으로 사용자의 표면 근전도 신호를 수집하고 전송하는 데 사용되며 신호 센서(1-2) 및 신호 전송선(1-1)을 포함하는 신호 수집 메커니즘(1)을 포함한다.1, 3, and 5, the present invention designed a brain plasticity-based motion assisting device and its control method. Specifically, it is used to collect and transmit a user's surface EMG signal and includes a signal collection mechanism 1 including a signal sensor 1-2 and a signal transmission line 1-1.

구체적인 실시예에 있어서, 신호 센서(1-2)는 전극 시트를 채택한다. 총 3개의 전극 시트가 설계되며 그 중 1번 전극 시트와 3번 전극 시트는 사용자의 표면 근전도 신호를 수집하고, 2번 전극 시트는 기준 모터로 사용되어 전기 신호의 절대 전압이 계측 증폭기의 작업범위를 벗어나지 않도록 한다.In a specific embodiment, the signal sensor 1-2 adopts an electrode sheet. A total of three electrode sheets are designed, among which the first and third electrode sheets collect the user's surface EMG signal, and the second electrode sheet is used as a reference motor so that the absolute voltage of the electrical signal is within the working range of the instrumentation amplifier. do not deviate from

도 8을 참조하면, 전극 시트는 사용자의 신체에 배치되고 신호 전송선(1-1)을 이용하여 전극 시트를 제어 메커니즘(2)과 연결한다.Referring to FIG. 8 , the electrode sheet is disposed on the user's body and connects the electrode sheet with the control mechanism 2 using a signal transmission line 1-1.

조작 메커니즘(3)은 동작 보조 장치의 온오프를 제어하는데 사용되며 신호 송수신 모듈(3-1) 및 제어 모듈(3-2)을 포함한다.The operation mechanism 3 is used to control the on-off of the operation auxiliary device and includes a signal transmission/reception module 3-1 and a control module 3-2.

제어 모듈(3-2)은 임의 전자 장비 또는 전자 프로그램이며, Android 앱, iOS 앱, WeChat 미니앱, Alipay 미니앱 중 하나 이상이거나, 또는 차세대 소프트웨어 기술로 구현될 수도 있다. 신호 송수신 모듈(3-1)은 무선 신호 또는 유선 신호를 수신할 수 있는 임의 전자 장비 또는 전자 프로그램이거나, 차세대 소프트웨어 기술일 수 있다.The control module 3-2 is any electronic device or electronic program, and may be one or more of an Android app, an iOS app, a WeChat mini-app, and an Alipay mini-app, or may be implemented with next-generation software technology. The signal transmission/reception module 3-1 may be any electronic equipment or electronic program capable of receiving a wireless signal or a wired signal, or may be a next-generation software technology.

구체적인 실시예에 있어서, 제어 모듈(3-2)에 채택되는 것은 앱이며, 신호 송수신 모듈(3-1)에 채택되는 것은 블루투스 송수신기이다.In a specific embodiment, it is an app that is adopted in the control module 3-2, and that is adopted in the signal transmission/reception module 3-1 is a Bluetooth transceiver.

사용자는 앱을 열어 사용 또는 중지를 클릭하며, 블루투스 신호는 블루투스 송수신기를 통해 제어 메커니즘(2)에 시작 신호를 전송하여 본 발명을 온 또는 오프한다.The user opens the app and clicks on or off, the Bluetooth signal sends a start signal to the control mechanism 2 through the Bluetooth transceiver to turn the present invention on or off.

상기 제어 메커니즘(2)은 신호 수집 메커니즘(1) 및 조작 메커니즘(3)에 의해 전송된 정보를 식별 및 처리하며, 사용자의 동작 의도 결과를 획득하고 이를 구동 메커니즘(4)에 피드백하는 데 사용된다.The control mechanism 2 identifies and processes the information transmitted by the signal collection mechanism 1 and the operation mechanism 3 , and is used to obtain the user's action intention result and feed it back to the drive mechanism 4 . .

상기 제어 메커니즘(2) 내에는 아날로그 디지털 처리 모듈(2-1), 운동 의도 식별 시스템(2-2), 구동력 계산 모듈(2-3) 및 신호 전송 모듈(2-4)이 설치된다.In the control mechanism 2, an analog digital processing module 2-1, an exercise intention identification system 2-2, a driving force calculation module 2-3 and a signal transmission module 2-4 are installed.

바람직하게는 도 4에 도시된 바와 같이, 아날로그 디지털 처리 모듈(2-1)은 감지 회로(2-1-1) 및 필터 샘플링 회로(2-1-2)를 구비한다.Preferably, as shown in Fig. 4, the analog-to-digital processing module 2-1 includes a sensing circuit 2-1-1 and a filter sampling circuit 2-1-2.

여기에서 감지 회로(2-1-1)는 계측 증폭기(2-1-1-1)와 대역 통과 필터(2-1-1-2)를 포함하고, 필터 샘플링 회로(2-1-2)는 프로그램 조정 가능 증폭기(2-1-2-1), 저역 통과 필터(2-1-2-2) 및 ADC(2-1-2-3)를 포함한다.Here, the sensing circuit 2-1-1 includes an instrumentation amplifier 2-1-1-1 and a band-pass filter 2-1-1-2, and a filter sampling circuit 2-1-2. contains a programmable tunable amplifier (2-1-2-1), a low-pass filter (2-1-2-2) and an ADC (2-1-2-3).

구체적인 실시예에 있어서, 아날로그 디지털 처리 모듈(2-1)은 블루투스 송수신기에서 전송된 신호를 수신하고, 전체 장치를 온 또는 오프하며, 전극 시트에서 전송된 표면 근전도 신호를 수신한 후 이에 대해 아날로그 디지털 처리를 수행한다. 계측 증폭기(2-1-1-1)는 전극 시트에서 수집한 차동 전압 신호를 수신하고 이를 500배 증폭한 후 10 내지 500Hz 대역 통과 필터(2-1-1-2)로 이송하여, 전극 시트 변위에 의해 발생하는 저주파 간섭 및 환경 커플링으로 인한 고주파 노이즈 등을 걸러낸 다음, 약 0.5m 길이의 케이블을 통해 필터 샘플링 회로(2-1-2)에 진입한다. 이 부분 회로는 아날로그 디지털 혼합 회로이며, 여기에서 수정 발진기, MCU 및 전극 드라이버 등 간섭원을 집적할 수 있으며, 사용자 자신의 근전도 신호 강도의 차이로 인해 근전도 센서의 범용성이 저하될 수 있다. 따라서 필터 샘플링 회로(2-1-2)에서 프로그램 조정 가능 증폭기(2-1-2-1)를 추가하였으며, 상이한 사용자에 대해 프로그램은 회로를 적절한 증폭 배율로 자동 조정한 후, 저역 통과 필터(2-1-2-2)를 거쳐 ADC(2-1-2-3)으로 이송하고, ADC는 계속해서 수집된 근전도 신호를 수신하여 운동 의도 식별 시스템(2-2)으로 이송한다.In a specific embodiment, the analog-to-digital processing module 2-1 receives the signal transmitted from the Bluetooth transceiver, turns on or off the entire device, receives the surface EMG signal transmitted from the electrode sheet, and then responds to the analog-to-digital signal perform processing. The instrumentation amplifier (2-1-1-1-1) receives the differential voltage signal collected from the electrode sheet, amplifies it 500 times, and transfers it to the 10- to 500 Hz band-pass filter (2-1-1-2), the electrode sheet After filtering out low-frequency interference caused by displacement and high-frequency noise caused by environmental coupling, it enters the filter sampling circuit 2-1-2 through a cable with a length of about 0.5 m. This partial circuit is an analog-to-digital mixed circuit, where interference sources such as a crystal oscillator, MCU, and electrode driver can be integrated, and the versatility of the EMG sensor may be reduced due to differences in the user's own EMG signal strength. Therefore, in the filter sampling circuit (2-1-2), a programmable tunable amplifier (2-1-2-1) was added, and for different users, the program automatically adjusts the circuit to an appropriate amplification factor, and then the low-pass filter ( 2-1-2-2) to the ADC (2-1-2-3), and the ADC continuously receives the collected EMG signal and transfers it to the exercise intention identification system (2-2).

바람직하게는, 운동 의도 식별 시스템(2-2)은 저장 모듈(2-2-1), 신호 특징 추출 모듈(2-2-2), LDA 분류기(2-2-3), 투표기(2-2-4) 및 운동 의도 판단 모듈(2-2-5)을 포함한다.Preferably, the exercise intention identification system 2-2 includes a storage module 2-2-1, a signal feature extraction module 2-2-2, an LDA classifier 2-2-3, and a voting machine 2- 2-4) and an exercise intention determination module (2-2-5).

구체적인 실시예에 있어서, 저장 모듈(2-2-1)의 저장 임계값을 128로 설정하며, 저장 모듈이 128개 근전도 신호를 저장하면 특징 추출을 수행한다. 즉, 표면 근전도 신호의 절대 평균값 MAV 및 영교차점 ZC를 추출하며, 공식은

Figure pct00007
,
Figure pct00008
이다.In a specific embodiment, the storage threshold of the storage module 2-2-1 is set to 128, and when the storage module stores 128 EMG signals, feature extraction is performed. That is, the absolute mean value MAV and zero-crossing point ZC of the surface EMG signal are extracted, and the formula is
Figure pct00007
,
Figure pct00008
to be.

여기에서, N은 설정 시간 내에 수집된 표면 근전도 신호의 데이터 포인트 수를 나타내고, xi는 제i 채널의 표면 근전도 신호를 나타내고, i∈N*이다.Here, N represents the number of data points of the surface EMG signal collected within the set time, and x i represents the surface EMG signal of the ith channel, and is i∈N*.

실시간 성능과 식별율을 보장하기 위해, 시스템 중의 데이터 처리창 길이는 256개의 데이터 포인트이고 슬라이딩창 길이는 128개의 데이터 포인트이다. 1860Hz의 샘플링 레이트 하에서 처리의 지연 시간은 68.8ms로 허용 가능한 지연 시간 300ms보다 작다. 본 실시예에서는 1번 전극 시트와 3번 전극 시트의 두 근전도 채널을 설계하였으므로, 각 채널이 128개의 데이터 포인트를 얻었을 때, 이러한 데이터를 이전 128개 데이터와 결합하여 특징을 추출한다. 즉, 윈도우 길이는 256개 데이터 포인트이고, 슬라이딩창 길이는 128개 데이터 포인트이다. 구체적인 처리 과정은 도 6을 참조한다.To ensure real-time performance and identification rate, the length of the data processing window in the system is 256 data points and the length of the sliding window is 128 data points. Under a sampling rate of 1860 Hz, the processing latency is 68.8 ms, which is less than the acceptable latency of 300 ms. In this embodiment, since two EMG channels of electrode sheet No. 1 and No. 3 electrode sheet are designed, when 128 data points are obtained for each channel, these data are combined with the previous 128 data to extract features. That is, the window length is 256 data points, and the sliding window length is 128 data points. For a detailed processing procedure, refer to FIG. 6 .

그런 다음 추출된 MAV와 ZC를 LDA 분류기(2-2-3)로 이송하여 선형 판별 분석을 수행하고, 분석 결과를 투표기로 이송하여 투표를 수행한다. 가장 많이 득표된 결과를 운동 의도 판단 모듈(2-2-5)에 입력하고, 동시에 추출된 MAV를 운동 의도 판단 모듈(2-2-5)로 이송하여 임계값 비교를 수행한다.Then, the extracted MAV and ZC are transferred to the LDA classifier (2-2-3) to perform linear discriminant analysis, and the analysis result is transferred to the voting machine to perform voting. The result obtained with the most votes is input to the exercise intention determination module 2-2-5, and the simultaneously extracted MAV is transferred to the exercise intention determination module 2-2-5 to perform threshold comparison.

임계값 비교의 구체적인 방법은, 먼저 운동 의도 판단 모듈(2-2-5)에서 임계값 TH1 및 TH2를 설정하며, TH1은 신장 임계값을 나타내고, TH2는 만곡 임계값을 나타내고, 다음으로 계산된 표면 근전도 신호의 절대 평균값을 TH1 및 TH2와 비교하며, MAV>TH1이면 동작 의도가 신장 운동인 것으로 판단하고, MAV>TH2이면 동작 의도가 만곡 운동인 것으로 판단한다.The specific method of comparing the threshold value is to first set the threshold values TH1 and TH2 in the exercise intention determination module 2-2-5, TH1 indicates the height threshold, TH2 indicates the curvature threshold, and then the calculated The absolute average value of the surface EMG signal is compared with TH1 and TH2. If MAV>TH1, it is determined that the motion intention is a stretching exercise, and when MAV>TH2, it is determined that the motion intention is a curved motion.

마지막으로 운동 의도 판단 모듈(2-2-5)에는 두 가지 결과가 나올 수 있다. 하나는 투표기의 투표 결과이고, 다른 하나는 임계값 비교 결과이다. 두 결과를 비교하여 같을 경우 식별 결과를 출력하고 다를 경우 휴지 상태 결과를 출력한다.Finally, two results may be obtained from the exercise intention determination module 2-2-5. One is the voting result of the voting machine, and the other is the threshold value comparison result. It compares the two results, and if they are the same, the identification result is output, and if they are different, the idle state result is output.

출력된 운동 의도 결과는 구동력 계산 모듈(2-3)에 진입한다. 상기 모듈의 주요 역할은 실행 메커니즘이 적절하도록 보조력을 계산하여, 사용자가 신장 및 만곡 운동을 완료하도록 적절하게 보조하여 메커니즘이 운동을 차단하거나 메커니즘이 너무 빨리 움직이는 상황이 발생하지 않도록 만드는 것이다.The output motion intention result enters the driving force calculation module 2-3. The main role of the module is to calculate the assisting force so that the execution mechanism is appropriate, so that the user can properly assist the user to complete the stretching and flexion exercise so that the mechanism does not block the movement or the mechanism moves too quickly.

바람직하게는, 구동력 계산의 구체적인 방법은 다음과 같다. 즉, 구동력의 계산 공식

Figure pct00009
,
Figure pct00010
을 이용하여 대응하는 구동력을 계산한 후, 계산된 구동력에 대해 자가적응적 제어를 수행한다. 도 7을 참고하면, 자가적응적 알고리즘을 이용하여 자가적응 법칙을 통해 제어 법칙을 조정하여 실제 시스템 모델의 출력이 기준 시스템 모델과 같도록 만들고, 마지막으로 제어된 구동력을 구동 메커니즘에 출력한다.Preferably, the specific method of calculating the driving force is as follows. That is, the formula for calculating the driving force
Figure pct00009
,
Figure pct00010
After calculating the corresponding driving force using , self-adaptive control is performed on the calculated driving force. Referring to FIG. 7 , the control law is adjusted through the self-adaptation law using the self-adaptive algorithm so that the output of the actual system model is the same as the reference system model, and finally, the controlled driving force is output to the driving mechanism.

본 발명의 기준 모델은 2차 시스템을 선택한다. 여기에서 정확한 실제 시스템 모델을 알 필요는 없으며 자가적응적 컨트롤러는 Narendra 방식을 기반으로 설계한다.The reference model of the present invention selects a second-order system. It is not necessary to know the exact actual system model here, and the self-adaptive controller is designed based on the Narendra method.

여기에서, F1은 사용자가 신장 운동을 할 때 필요한 구동력이고, c1은 근육이 신장 운동을 할 때 전기 신호-힘의 변환 계수이고, MAV1은 사용자가 신장 운동을 할 때 표면 근전도 신호의 절대 평균값이고, F2는 사용자가 만곡 운동을 할 때 필요한 구동력이고, c1은 근육이 만곡 운동을 할 때 전기 신호-힘의 변환 계수이고, MAV1은 사용자가 만곡 운동을 할 때 표면 근전도 신호의 절대 평균값이다.Here, F 1 is the driving force required when the user performs a stretching exercise, c 1 is the electrical signal-force conversion coefficient when the muscle performs stretching, and MAV 1 is the surface EMG signal of the user during stretching. is the absolute average value, F 2 is the driving force required when the user performs a curve exercise, c 1 is the electrical signal-force conversion coefficient when the muscle performs a curve exercise, and MAV 1 is the surface EMG signal when the user performs a curve exercise is the absolute average of

바람직하게는, 구동 메커니즘(4)은 드라이버(4-1)와 인코더(4-2)를 포함한다. 드라이버(4-1)는 컨트롤러의 제어 신호에 따라 상응하는 전류를 출력하여 실행 메커니즘의 운동을 구동하고, 인코더(4-2)는 펄스 카운팅에 사용되며 이를 제어 메커니즘(2)으로 전송한다.Preferably, the drive mechanism 4 includes a driver 4-1 and an encoder 4-2. The driver 4-1 outputs a corresponding current according to the control signal of the controller to drive the movement of the execution mechanism, and the encoder 4-2 is used for pulse counting and transmits it to the control mechanism 2 .

따라서 본 발명은 제어 메커니즘(2) 및 구동 메커니즘(4)에 전원을 공급하기 위한 전원 메커니즘(5)를 포함해야 한다. 상기 전원 메커니즘(5)은 전원(5-1), 충방전 컨트롤러(5-2)를 포함하며, 전원(5-1)은 충방전 컨트롤러(5-2)와 연결되고, 상기 충방전 컨트롤러(5-2)는 제어 메커니즘(2) 및 구동 메커니즘(4)과 연결된다.Accordingly, the present invention should include a power supply mechanism (5) for supplying power to the control mechanism (2) and the drive mechanism (4). The power mechanism 5 includes a power source 5-1 and a charge/discharge controller 5-2, the power source 5-1 is connected to the charge/discharge controller 5-2, and the charge/discharge controller ( 5-2) is connected with the control mechanism 2 and the drive mechanism 4 .

바람직하게는, 실행 메커니즘은 동력 유닛(6-1), 전동 메커니즘(6-2) 및 보조 단말(6-3)을 포함한다. 구체적인 실시예에 있어서, 동력 유닛은 모터이고, 전동 메커니즘은 선형 메커니즘이다.Preferably, the actuation mechanism includes a power unit 6-1, a transmission mechanism 6-2 and an auxiliary terminal 6-3. In a specific embodiment, the power unit is a motor and the transmission mechanism is a linear mechanism.

모터는 전동 메커니즘(6-2)에 동력을 제공하여 전동 메커니즘(6-2)이 보조 단말(6-3)의 동작을 제어하도록 만들 수 있다.The motor may provide power to the transmission mechanism 6-2 to make the transmission mechanism 6-2 control the operation of the auxiliary terminal 6-3.

동작 보조 장치의 사용 중 정확성을 보장하기 위해, 사용 전 훈련을 수행해야 한다. 즉, LDA 분류기를 훈련해야 하며 구체적인 방법은,To ensure accuracy during use of motion aids, training should be performed prior to use. That is, the LDA classifier must be trained, and the specific method is:

조작 메커니즘(3)이 훈련 명령을 동작 보조 장치에 전송하고, 조작 메커니즘(3)에 동작 화면을 표시하고, 사용자는 화면 프롬프트에 따라 상응하는 동작을 수행하고, 신호 수집 메커니즘(1)은 사용자의 생체 전기 신호를 수집하고, 아날로그 디지털 처리를 수행하며, 신호 특징 추출 모듈(2-2-2)에서 전기 신호 특징 추출을 수행하고, 추출된 전기 신호 특징을 LDA 분류기(2-2-3)에 저장하여, 상기 사용자 기반의 LDA 분류기(2-2-3)를 획득한 후 훈련을 완료하는 것이다.The operation mechanism 3 sends a training command to the operation assisting device, and displays an operation screen on the operation mechanism 3, the user performs a corresponding operation according to the screen prompt, and the signal collection mechanism 1 receives the user's Bioelectrical signals are collected, analog digital processing is performed, electrical signal feature extraction is performed in the signal feature extraction module (2-2-2), and the extracted electrical signal features are transferred to the LDA classifier (2-2-3) By storing, training is completed after obtaining the user-based LDA classifier (2-2-3).

바람직하게는, 전동 메커니즘은 상기 전동 메커니즘(6-2)에 필요한 동력을 제공하기 위한 주동축(6-2-1);Preferably, the transmission mechanism includes a main shaft (6-2-1) for providing the power required for the transmission mechanism (6-2);

상기 주동축(6-2-1)은 베이스(6-2-2)의 측벽에 착탈 가능하도록 장착되고, 그 일단은 베이스(6-2-2) 일측벽을 관통하여 동력 유닛(6-1)과 연결되고, 다른 일단은 베이스(6-2-2) 다른 일측벽에 고정되는 상기 주동축(6-2-1) - 상기 주동축(6-2-1)에는 단방향 베어링 세트 1(6-2-3)이 씌워지도록 설치됨 - ;The main shaft (6-2-1) is detachably mounted on the side wall of the base (6-2-2), and one end of the power unit (6-1) passes through one side wall of the base (6-2-2). ) and the other end of the main shaft (6-2-1) fixed to the other side wall of the base (6-2-2) - The main shaft (6-2-1) has a unidirectional bearing set 1 (6) -2-3) is installed to cover - ;

베이스(6-2-2)의 측벽에 착탈 가능하도록 장착되며, 그 위에 단방향 베어링 세트 2(6-2-4)가 씌워지도록 설치되는 종동축(6-2-5) - 상기 종동축(6-2-5)은 기어쌍을 이용해 상기 주동축(6-2-1)과 연결하고, 주동축(6-2-1)과 함께 회전함 - ;Driven shaft (6-2-5) that is detachably mounted on the side wall of the base (6-2-2) and installed so that the one-way bearing set 2 (6-2-4) is covered thereon - the driven shaft (6) -2-5) is connected to the main shaft (6-2-1) using a gear pair, and rotates together with the main shaft (6-2-1);

베이스(6-2-2)의 바닥판에 각각 착탈 가능하도록 장착되어, 코드(6-2-7)의 방향을 변경하는 데 사용되는 조향축(6-2-6); 및a steering shaft (6-2-6) which is detachably mounted on the bottom plate of the base (6-2-2), respectively, and used to change the direction of the cord (6-2-7); and

보조 단말(6-3)이 운동하도록 제어하는 데 사용되는 코드(6-2-7);를 포함한다.and a code (6-2-7) used to control the auxiliary terminal (6-3) to move.

상기 코드(6-2-7)는 주동축(6-2-1)의 단방향 베어링 세트 1(6-2-3), 종동축(6-2-5)의 단방향 베어링 세트 2(6-2-4) 및 조향축(6-2-6)에 감겨 설치된 후, 베이스(6-2-2) 측벽 상의 와이어홀을 관통하여 외장 보조 단말(6-3)에 연결된다.The above code (6-2-7) is unidirectional bearing set 1 (6-2-3) of the main shaft (6-2-1), unidirectional bearing set 2 (6-2) of the driven shaft (6-2-5) -4) and after being wound around the steering shaft (6-2-6), it is connected to the external auxiliary terminal (6-3) through a wire hole on the side wall of the base (6-2-2).

도 2를 참조하여 구체적인 실시예에 있어서, 4개의 단방향 베어링을 채택하였으며, 2개씩 한 세트로 각각 주동축과 종동축에 장착되고, 주동축 상의 단방향 베어링은 제1 단방향 베어링, 제2 단방향 베어링으로 나뉜다. 종동축에서 단방향 베어링은 제3 단방향 베어링, 제4 단방향 베어링으로 나뉜다.In a specific embodiment with reference to FIG. 2 , four unidirectional bearings are adopted, and two unidirectional bearings are used as a set, respectively, mounted on the main shaft and the driven shaft, and the unidirectional bearings on the main shaft are the first unidirectional bearings and the second unidirectional bearings. divided In the driven shaft, the unidirectional bearing is divided into a third unidirectional bearing and a fourth unidirectional bearing.

바람직하게는, 2개의 조향축을 채택하였으며 각각 제1 조향축, 제2 조향축으로 표기된다.Preferably, two steering shafts are adopted and are denoted as a first steering shaft and a second steering shaft, respectively.

바람직하게는, 코드도 두 세트를 채택하였으며 각각 제1 코드, 제2 코드로 표기된다.Preferably, the code also adopts two sets and is denoted by a first code and a second code, respectively.

바람직하게는, 가압축도 두 세트를 채택하였으며 각각 종동축의 상하 양측에 위치하여 코드를 종동축 상의 단방향 베어링에 밀착시켜 와이어 인출을 신뢰할 수 있도록 한다.Preferably, two sets of pressing shafts are also adopted, respectively, located on both upper and lower sides of the driven shaft, so that the cord is in close contact with the unidirectional bearing on the driven shaft, so that the wire withdrawal is reliable.

종동축에는 기어쌍의 종동 기어가 장착되고, 종동축에는 기어쌍의 주동 기어가 장착된다. 종동 기어가 주동 기어와 서로 치합되므로 종동축이 주동축을 따라 회전하도록 구동된다.The driven gear of the gear pair is mounted on the driven shaft, and the main gear of the gear pair is mounted on the driven shaft. Since the driven gear meshes with the main gear, the driven shaft is driven to rotate along the main shaft.

바람직하게는, 제1 코드는 주동축의 제1 단방향 베어링, 종동축의 제3 단방향 베어링 및 제1 조향축에 감기도록 설치된 후, 상기 베이스 측벽 상의 제1 코드를 관통하여 외장 단말과 연결된다.Preferably, the first cord is installed to be wound around the first unidirectional bearing of the main shaft, the third unidirectional bearing of the driven shaft, and the first steering shaft, and then passes through the first cord on the side wall of the base to be connected to the external terminal.

바람직하게는, 제2 코드는 주동축의 제2 단방향 베어링, 종동축의 제4 단방향 베어링 및 제2 조향축에 감기도록 설치된 후, 상기 베이스 측벽 상의 제2 코드를 관통하여 외장 단말과 연결된다.Preferably, the second cord is installed to be wound around the second unidirectional bearing of the main shaft, the fourth unidirectional bearing of the driven shaft, and the second steering shaft, and then passes through the second cord on the side wall of the base to be connected to the external terminal.

여기에서 단말의 만곡과 신장을 제어하는 두 가닥의 코드의 주동축은 단일 모터에 의해 제어되며, 단방향 베어링의 클러치 효과를 이용하여 두 가닥 코드의 권취의 시분할 단독 제어를 구현하며, 한 가닥의 코드가 작동할 때, 다른 한 가닥의 코드의 권출, 권취에 영향을 미치지 않는다. 기어쌍 매칭을 이용하여 단일 모터가 동시에 주동축과 종동축의 회전을 구동하도록 구현할 수 있다.Here, the main shaft of the two-stranded cord that controls the curvature and elongation of the terminal is controlled by a single motor, and time-division independent control of the winding of the two-stranded cord is implemented using the clutch effect of the one-way bearing, and the single cord does not affect the unwinding and winding of the other strand of cord when it is working. By using gear pair matching, a single motor can be implemented to simultaneously drive the rotation of the main shaft and the driven shaft.

구체적인 실시에 있어서, 보조 단말의 코드 방향에 대한 요건에 따라, 조향축을 이용하여 코드의 방향을 변경한다. 보조 단말의 두 코드의 권취권출 속도 비율에 대한 요건에 따라(각 설계 방안, 각 착용자의 요건이 상이함), 모터에 의해 주동축이 능동적으로 회전하며 종동축이 이를 따라 운동하고, 코어가 권취권출 운동을 수행하도록 구동하며, 속도는 보조 단말에 의해 제어된다.In a specific implementation, according to the requirements for the direction of the cord of the auxiliary terminal, the direction of the cord is changed by using the steering axis. According to the requirements for the unwinding speed ratio of the two cords of the auxiliary terminal (each design method and the requirements of each wearer are different), the main shaft is actively rotated by the motor, the driven shaft is moved along it, and the core is It drives to perform the take-up and unwind motion, and the speed is controlled by the auxiliary terminal.

보조 단말의 두 가지 상이한 동작(만곡과 신장)에 대응하는 코드 세트의 권취와 권선은 완전히 반대이며 속도는 동일하게 유지된다.The winding and winding of the cord set corresponding to the two different operations (bending and stretching) of the auxiliary terminal are completely opposite and the speed remains the same.

도 8을 참조하면 바람직하게는, 본 발명에 따른 보조 단말(6-3)은 플렉시블 외골격 글로브(41) 또는 리지드 플렉시블 외골격 글로브(42)이고, 글로브 본체, 집선 장치(6-3-1) 및 집선 장치(6-3-1)와 글로브 사이에 설치되는 와이어 오거나이저 2를 포함한다. 상기 글로브 본체는 손가락 덮개부, 손등부 및 손바닥부로 구성되며, 이 세 가지 사이는 구동선을 이용하여 연결하고, 상기 구동선은 와이어 오거나이저 2에서 정리된 후 집선 장치(6-3-1)로 들어가 구동 메커니즘(14)과 연결된다.8, preferably, the auxiliary terminal 6-3 according to the present invention is a flexible exoskeleton glove 41 or a rigid flexible exoskeleton glove 42, a glove body, a concentrator 6-3-1, and and a wire organizer 2 installed between the concentrator 6-3-1 and the glove. The glove body is composed of a finger cover part, a back part of a hand, and a palm part, and the three parts are connected using a driving wire, and the driving wire is arranged in Wire Organizer 2 and then transferred to a collecting device (6-3-1). It enters and connects with the drive mechanism (14).

도 9 내지 11을 참조하면, 여기에서 집선 장치(6-3-1)는 하우징(6-3-1-1) 및 하우징(6-3-1-1) 내부에 설치되어 회전 가능한 휠축(6-3-1-2)을 포함하고, 상기 하우징(6-3-1-1)의 후방부 위치에는 와이어 통과홈(6-3-1-3)이 개설되고, 상기 하우징(6-3-1-1)의 일측면에는 와이어 인입홀(6-3-1-4)이 개설되고, 상기 와이어 인입홀(6-3-1-4)의 상방 부위에는 와이어 인출홀(6-3-1-5)이 설치되고, 상기 와이어 인입 하방 부위에는 집선홀(6-3-1-6)이 설치되고, 와이어 인입홀(6-3-1-4) 및 와이어 인출홀(6-3-1-5)이 하우징(6-3-1-1) 내부에 위치한 일단이 모두 상기 휠축(6-3-1-2)에 가깝고, 상기 집선홀(6-3-1-6)은 하우징(6-3-1-1) 내부에 위치한 일단이 상기 휠축(6-3-1-2)의 하방으로부터 관통되어 상기 와이어 통과홈(6-3-1-3)과 연통된다. 상기 와이어 통과홈(6-3-1-3)은 상기 구동 헤드와 착탈 가능하도록 연결되어, 구동선 하니스가 집선 장치(6-3-1)를 관통 진입하는 구동선과 서로 연통되도록 만들어, 구동 메커니즘(4)이 보조 단말(6-3) 운동을 제어하도록 만든다.9 to 11 , here the collecting device 6-3-1 is installed in the housing 6-3-1-1 and the housing 6-3-1-1 and the rotatable wheel shaft 6 -3-1-2), and a wire passage groove 6-3-1-3 is opened at the rear portion of the housing 6-3-1-1, and the housing 6-3- A wire lead-in hole 6-3-1-4 is opened on one side of 1-1), and a wire lead-out hole 6-3-1 is located above the wire lead-in hole 6-3-1-4. -5) is installed, and a collection hole (6-3-1-6) is installed in the lower portion of the wire inlet, and a wire inlet hole (6-3-1-4) and a wire lead out hole (6-3-1) are installed. -5) has one end positioned inside the housing 6-3-1-1 is close to the wheel shaft 6-3-1-2, and the collection hole 6-3-1-6 is located in the housing 6 -3-1-1) One end located inside is penetrated from below the wheel shaft 6-3-1-2 and communicates with the wire passage groove 6-3-1-3. The wire passage groove 6-3-1-3 is detachably connected to the drive head so that the drive line harness communicates with the drive line penetrating through the collecting device 6-3-1, so that the drive mechanism (4) make the auxiliary terminal 6-3 control the movement.

보조 단말의 선택에서 플렉시블 외골격 글로브는 플렉시블 재료로 제작되며, 와이어 구동 방식을 채택하여 글로브 운동을 제어하고, 착용이 편안하고 사용하기 가볍다. 플렉시블 외골격 글로브는 플렉시블 선형 전동 설계도 채택하며, 금속 재료를 이용해 제작한 손등판, 손바닥판, 손가락 덮개는 훈련에 필요한 강성을 제공하는 동시에 다양한 환자를 수용할 수 있도록 성형을 용이하게 만든다.In the selection of the auxiliary terminal, the flexible exoskeleton glove is made of a flexible material and adopts a wire driving method to control the glove movement, comfortable to wear and light to use. The flexible exoskeleton glove also adopts a flexible linear motorized design, and the back plate, palm plate and finger cover made of metal materials provide the rigidity required for training while making it easy to mold to accommodate a variety of patients.

집선 장치에서 본 발명은 와이어 통과홈을 설계하여 본 발명과 외장 구동 메커니즘 사이를 착탈 가능하도록 연결함으로써 상이한 모델의 구동 메커니즘, 상이한 모델의 외골격 장치 사이가 자유롭게 조립 및 매칭되도록 만들 수 있다.In the concentrator, the present invention designs a wire passage groove to detachably connect the present invention and the external driving mechanism, so that the driving mechanism of different models and the exoskeleton device of different models can be freely assembled and matched.

구체적인 실시예에 있어서, 본 발명은 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 더 설계하였으며, 여기에는 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치의 제어 방법이 저장되며, 여기에서 상기 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치의 제어 방법이 프로세서에 의해 실행될 때,In a specific embodiment, the present invention further designs a computer-readable storage medium, in which a control method of a brain plasticity-based motion assistance device is stored, wherein the brain plasticity-based motion assistance device control method is configured by a processor When executed by

동작 보조 장치를 훈련하는 단계S0 - 구체적인 방법은,Step S0 for training the motion assistance device - The specific method is,

조작 메커니즘이 훈련 명령을 동작 보조 장치에 전송하고, 조작 메커니즘에 동작 화면을 표시하고, 사용자는 화면 프롬프트에 따라 상응하는 동작을 수행하고, 신호 수집 메커니즘은 사용자의 생체 전기 신호를 수집하고, 아날로그 디지털 처리를 수행하며, 신호 특징 추출 모듈에서 전기 신호 특징 추출을 수행하고, 추출된 전기 신호 특징을 LDA 분류기에 저장하여, 상기 사용자 기반의 LDA 분류기를 획득한 후 훈련을 완료하는 것임 - ;The manipulation mechanism sends a training command to the motion assistance device, the manipulation mechanism displays the motion screen, the user performs a corresponding action according to the screen prompt, and the signal acquisition mechanism collects the user's bioelectrical signal, analog digital to perform processing, to perform electrical signal feature extraction in the signal feature extraction module, and to store the extracted electrical signal features in the LDA classifier to obtain the user-based LDA classifier and then complete training;

신호 수집 메커니즘이 사용자의 생체 전기 신호를 수집하고 제어 메커니즘에 전송하는 단계S1;Step S1, wherein the signal collection mechanism collects the user's bioelectrical signal and transmits it to the control mechanism;

제어 메커니즘이 생체 전기 신호를 수신하고, 아날로그 디지털 처리 모듈에서 아날로그 디지털 처리를 수행하는 단계S2 - 구체적인 방법은,Step S2, wherein the control mechanism receives the bioelectrical signal, and the analog-to-digital processing module performs analog-to-digital processing.

계측 증폭기가 신호 수집 메커니즘에 의해 수집된 생체 전기 신호를 수신하고 이를 증폭시킨 후 대역 통과 필터로 이송시켜, 간섭음을 걸러낸 다음, 전기 신호를 필터 샘플링 회로의 프로그램 조정 가능 증폭기로 이송시키고, 그 위의 프로그래밍에 따라 전기 신호를 적응적으로 증폭시킨 후, 저역 통과 필터를 거쳐 ADC로 이송시키는 것임 - ;The instrumentation amplifier receives the bioelectrical signal collected by the signal acquisition mechanism, amplifies it, and passes it to a bandpass filter to filter out the interference sound, and then passes the electrical signal to the programmable amplifier of the filter sampling circuit, and the After adaptively amplifying an electrical signal according to the above programming, it is transferred to the ADC through a low-pass filter - ;

처리된 전기 신호를 운동 의도 식별 시스템으로 전송하고, 운동 의도를 식별하여 운동 의도 결과를 획득하는 단계S3 - 운동 의도를 식별하는 구체적인 방법은,Transmitting the processed electrical signal to the exercise intention identification system, and identifying the exercise intention to obtain the exercise intention result S3 - A specific method for identifying the exercise intention is:

저장 모듈이 상기 아날로그 디지털 처리 모듈 중 ADC에 의해 전송된 전기 신호를 수신하고 이를 저장하는 단계S31;Step S31, wherein the storage module receives the electrical signal transmitted by the ADC among the analog-to-digital processing module and stores it;

저장된 전기 신호가 저장 임계값에 도달한 후, 신호 특징 추출 모듈이 전기 신호 특징 추출을 수행하는 단계S32;After the stored electrical signal reaches the storage threshold, the signal feature extraction module performs electrical signal feature extraction S32;

추출된 특징을 LDA 분류기로 이송하여 분류 결과를 획득하는 단계S32;Step S32 of transferring the extracted features to the LDA classifier to obtain a classification result;

분류 결과를 투표기로 이송하여 투표 결과를 획득하는 단계S3S;transferring the classification result to a voting machine to obtain a voting result S3S;

투표 결과를 운동 의도 판단 모듈로 전송하는 동시에 임계값을 비교하는 단계S34; 및Step S34 of comparing the threshold while transmitting the voting result to the exercise intention determination module; and

투표기 결과와 임계값 비교 결과를 비교하여, 두 결과가 일치하면 최종 운동 의도 결과(신장 운동 또는 만곡 운동)를 출력하고, 두 결과가 일치하지 않으면 휴지 상태 결과를 출력하는 단계S35임 - ;Comparing the voting machine result and the threshold comparison result, if the two results match, outputting the final exercise intention result (stretching exercise or curvature exercise), and outputting the idle state result if the two results do not match;

S4 운동 의도 결과를 구동력 계산 모듈에 전송하고, 구동력을 계산하며, 구동력의 계산 공식은 공식은

Figure pct00011
,
Figure pct00012
이고, 획득한 구동력을 자가적응적으로 제어하며, 즉 자가적응적 알고리즘을 이용하여 자가적응 법칙을 통해 제어 법칙을 조정하여 실제 시스템 모델의 출력이 기준 시스템 모델과 같도록 만들고, 마지막으로 제어된 구동력 신호를 출력하는 단계; 및S4 Sends the motion intention result to the driving force calculation module, calculates the driving force, and the driving force calculation formula is
Figure pct00011
,
Figure pct00012
and the obtained driving force is self-adaptively controlled, that is, the output of the actual system model is the same as the reference system model by adjusting the control law through the self-adaptive law using the self-adaptive algorithm, and finally the controlled driving force outputting a signal; and

구동 메커니즘은 구동력 신호를 수신하여 상응하는 드라이버 명령을 생성하고, 드라이버 운동을 제어하여, 실행 메커니즘이 사용자가 관련 운동을 수행하는 것을 보조하도록 구동하는 단계S5가 구현된다.Step S5 is implemented in which the driving mechanism receives the driving force signal and generates a corresponding driver command, and controls the driver movement to drive the execution mechanism to assist the user in performing the relevant movement.

당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 상기 실시예의 방법에서 프로세스의 전부 또는 일부가 컴퓨터 프로그램에 의해 관련 하드웨어에 지시함으로써 완료될 수 있고, 상기 프로그램은 하나의 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장될 수 있음을 이해할 수 있다. 본 발명의 실시예에서와 같이, 상기 프로그램은 컴퓨터 시스템의 저장 매체에 저장되고 상기 컴퓨터 시스템 중의 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행되어 전술한 방법 실시예를 포함하는 프로세스를 구현할 수 있다. 여기에서 상기 저장 매체는 자기 디스크, 광 디스크, 읽기 전용 메모리(Read-Only Memory, ROM) 또는 랜덤 액세스 메모리(Random Access Memory, RAM) 등일 수 있다.A person of ordinary skill in the art can complete all or part of the process in the method of the above embodiment by instructing the related hardware by a computer program, and the program can be stored in one computer-readable storage medium. can understand As in the embodiment of the present invention, the program may be stored in a storage medium of a computer system and executed by at least one processor of the computer system to implement a process including the above-described method embodiment. Here, the storage medium may be a magnetic disk, an optical disk, a read-only memory (ROM), or a random access memory (RAM).

전술한 실시예의 기술적 특징은 임의로 조합될 수 있다. 간결한 설명을 위해 전술한 실시예에 따른 기술적 특징의 가능한 모든 조합을 설명하지 않았으나, 기술적 특징의 조합에 모순이 없는 한 이는 모두 본 발명에 기술된 범위로 간주되어야 한다.The technical features of the above-described embodiments may be arbitrarily combined. All possible combinations of technical features according to the above-described embodiments have not been described for concise description, but all possible combinations of technical features should be considered within the scope of the present invention, unless there is a contradiction in the combinations of technical features.

상술한 실시예는 본 발명의 몇몇 실시방식을 나타내는 것일 뿐이며, 그 설명은 구체적이고 상세하나 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명이 속한 기술 분야의 통상의 당업자는 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 여러 가지 수정 및 개선을 수행할 수 있으며, 이는 모두 본 발명의 보호 범위에 속한다.The above-described examples merely show some embodiments of the present invention, and the description is specific and detailed, but should not be construed as limiting the scope of the present invention. A person skilled in the art to which the present invention pertains can make various modifications and improvements without departing from the spirit of the present invention, all of which fall within the protection scope of the present invention.

Claims (17)

뇌가소성 기반의 동작 보조 장치에 있어서,
사용자의 생체 전기 신호를 수집 및 전송하는 데 사용되며, 신호 센서(1-2) 및 신호 전송선(1-1)을 포함하는 신호 수집 메커니즘(1) - 상기 신호 센서(1-2)는 사용자 신체에 배치되고, 상기 신호 전송선(1-1)의 일단은 신호 센서(1-2)와 연결되고, 상기 신호 전송선(1-1)의 다른 일단은 제어 메커니즘(2)에 연결됨 - ;
동작 보조 장치의 온오프를 제어하는 데 사용되며, 신호 송수신 모듈(3-1) 및 제어 모듈(3-2)을 포함하는 조작 메커니즘(3) - 상기 제어 모듈(3-2)은 신호 송수신 모듈(3-2)과 연결되고, 상기 신호 송수신 모듈(3-1)은 제어 메커니즘(2)과 더 연결됨 - ;
신호 수집 메커니즘(1) 및 조작 메커니즘(3)에 의해 전송된 정보를 식별 및 처리하고, 사용자의 동작 의도 결과를 획득하며, 이를 구동 메커니즘(4)에 피드백하는 데 사용되는 제어 메커니즘(2) - 상기 제어 메커니즘(2) 내에는 아날로그 디지털 처리 모듈(2-1), 운동 의도 식별 시스템(2-2), 구동력 계산 모듈(2-3) 및 신호 전송 모듈(2-4)이 설치되고, 상기 신호 송수신 모듈(3-1) 및 신호 전송선(1-1)은 모두 아날로그 디지털 처리 모듈(2-1)과 연결되고, 아날로그 디지털 처리 모듈(2-1)의 신호 출력단은 운동 의도 식별 시스템(2-2)의 신호 입력단과 연결되고, 운동 의도 식별 시스템(2-2)의 신호 출력단은 구동력 계산 모듈(2-3)의 신호 입력단과 연결되고, 구동력 계산 모듈(2-3)의 신호 출력단은 신호 전송 모듈(2-4)의 신호 입력단과 연결되고, 신호 전송 모듈(2-4)의 신호 출력단은 구동 메커니즘(4)과 연결됨 - ;
제어 메커니즘(2) 및 구동 메커니즘(4)에 동력을 공급하는 전원 메커니즘(5) - 상기 전원 메커니즘(5)은 전원(5-1) 및 충방전 컨트롤러(5-2)를 포함하고, 전원(5-1)은 충방전 컨트롤러(5-2)와 연결되고, 상기 충방전 컨트롤러(5-2)는 제어 메커니즘(2) 및 구동 메커니즘(4)과 더 연결됨 - ;
제어 메커니즘(2)의 명령을 수신하여 실행 메커니즘(6)이 운동하도록 제어하는 구동 메커니즘(4) - 상기 구동 메커니즘(4)은 드라이버(4-1) 및 인코더(4-2)를 포함하고, 상기 드라이버(4-1)의 신호 입력단은 제어 메커니즘(2)과 연결되고, 드라이버(4-1)의 전원 입력단은 충방전 컨트롤러(5-2)와 연결되고, 드라이버(4-1)의 신호 출력단은 실행 메커니즘(6)과 연결되고, 인코더(4-2)의 신호 출력단은 제어 메커니즘(2)의 신호 입력단과 연결됨 - ; 및
사용자의 운동을 보조하는 데 사용되며, 동력 유닛(6-1), 전동 메커니즘(6-2) 및 보조 단말(6-3)를 포함하는 실행 메커니즘(6) - 상기 동력 유닛(6-1)의 전원 입력단은 충방전 컨트롤러(5-2)의 전원 출력단과 연결되고, 상기 동력 유닛(6-1)은 전력을 동력으로 전환한 후, 각각 인코더(4-2) 및 전동 메커니즘(6-2)으로 출력하고, 전동 메커니즘(6-2)은 동력 제어 하에서 보조 단말(6-3)이 동작하도록 제어함 -을 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치.
In the brain plasticity-based motion assisting device,
A signal collection mechanism (1), which is used to collect and transmit a user's bioelectrical signal, and includes a signal sensor (1-2) and a signal transmission line (1-1) - the signal sensor (1-2) is a user's body is disposed in, one end of the signal transmission line (1-1) is connected to the signal sensor (1-2), and the other end of the signal transmission line (1-1) is connected to the control mechanism (2);
Operation mechanism 3, which is used to control the on/off of the operation auxiliary device, comprising a signal transmission/reception module 3-1 and a control module 3-2 - the control module 3-2 is a signal transmission/reception module (3-2), and the signal transmitting and receiving module (3-1) is further connected with the control mechanism (2);
A control mechanism (2) used to identify and process the information transmitted by the signal acquisition mechanism (1) and the manipulation mechanism (3), obtain the result of the user's operation intention, and feed it back to the driving mechanism (4) - An analog digital processing module 2-1, an exercise intention identification system 2-2, a driving force calculation module 2-3 and a signal transmission module 2-4 are installed in the control mechanism 2, and the The signal transmission/reception module 3-1 and the signal transmission line 1-1 are both connected to the analog-to-digital processing module 2-1, and the signal output terminal of the analog-to-digital processing module 2-1 is connected to the exercise intention identification system 2 -2), the signal output terminal of the exercise intention identification system 2-2 is connected to the signal input terminal of the driving force calculation module 2-3, and the signal output terminal of the driving force calculation module 2-3 is connected with the signal input terminal of the signal transmission module 2-4, and the signal output terminal of the signal transmission module 2-4 is connected with the driving mechanism 4;
a power supply mechanism 5 for supplying power to the control mechanism 2 and the driving mechanism 4 - the power supply mechanism 5 includes a power supply 5-1 and a charge/discharge controller 5-2, and a power supply ( 5-1) is connected to a charge/discharge controller 5-2, and the charge/discharge controller 5-2 is further connected to a control mechanism 2 and a drive mechanism 4;
a drive mechanism 4 receiving a command from the control mechanism 2 to control the execution mechanism 6 to move, the drive mechanism 4 comprising a driver 4-1 and an encoder 4-2, The signal input terminal of the driver 4-1 is connected to the control mechanism 2, the power input terminal of the driver 4-1 is connected to the charge/discharge controller 5-2, and the signal of the driver 4-1 the output end is connected with the actuation mechanism 6 , and the signal output end of the encoder 4-2 is connected with the signal input end of the control mechanism 2 ; and
An actuation mechanism (6) used to assist the movement of a user, comprising a power unit (6-1), a power mechanism (6-2) and an auxiliary terminal (6-3) - the power unit (6-1) The power input terminal of the power supply is connected to the power output terminal of the charge/discharge controller 5-2, and the power unit 6-1 converts the power into power, and then the encoder 4-2 and the electric mechanism 6-2, respectively. ), and the electric mechanism (6-2) controls the auxiliary terminal (6-3) to operate under power control.
제1항에 있어서,
상기 전동 메커니즘(6-2)은,
상기 전동 메커니즘(6-2)에 필요한 동력을 제공하는 데 사용되는 주동축(6-2-1);
상기 주동축(6-2-1)은 베이스(6-2-2)의 측벽에 착탈 가능하도록 장착되고, 그 일단은 베이스(6-2-2) 일측벽을 관통하여 동력 유닛(6-1)과 연결되고, 다른 일단은 베이스(6-2-2) 다른 일측벽에 고정되는 상기 주동축(6-2-1) - 상기 주동축(6-2-1)에는 단방향 베어링 세트 1(6-2-3)이 씌워지도록 설치됨 - ;
베이스(6-2-2)의 측벽에 착탈 가능하도록 장착되며, 그 위에 단방향 베어링 세트 2(6-2-4)가 씌워지도록 설치되는 종동축(6-2-5) - 상기 종동축(6-2-5)은 기어쌍을 이용해 상기 주동축(6-2-1)과 연결하고, 주동축(6-2-1)과 함께 회전함 - ;
베이스(6-2-2)의 바닥판에 각각 착탈 가능하도록 장착되어, 코드(6-2-7)의 방향을 변경하는 데 사용되는 조향축(6-2-6); 및
보조 단말(6-3)이 운동하도록 제어하는 데 사용되는 코드(6-2-7)를 포함하고,
상기 코드(6-2-7)는 주동축(6-2-1)의 단방향 베어링 세트 1(6-2-3), 종동축(6-2-5)의 단방향 베어링 세트 2(6-2-4) 및 조향축(6-2-6)에 감겨 설치된 후, 베이스(6-2-2) 측벽 상의 와이어홀을 관통하여 외장 보조 단말(6-3)에 연결되는 것을 특징으로 하는 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치.
According to claim 1,
The transmission mechanism 6-2 is,
a main shaft (6-2-1) used to provide the power required for the transmission mechanism (6-2);
The main shaft (6-2-1) is detachably mounted on the side wall of the base (6-2-2), and one end of the power unit (6-1) passes through one side wall of the base (6-2-2). ) and the other end of the main shaft (6-2-1) fixed to the other side wall of the base (6-2-2) - The main shaft (6-2-1) has a unidirectional bearing set 1 (6) -2-3) is installed to cover - ;
Driven shaft (6-2-5) that is detachably mounted on the side wall of the base (6-2-2) and installed so that the one-way bearing set 2 (6-2-4) is covered thereon - the driven shaft (6) -2-5) is connected to the main shaft (6-2-1) using a gear pair, and rotates together with the main shaft (6-2-1);
a steering shaft (6-2-6) which is detachably mounted on the bottom plate of the base (6-2-2), respectively, and used to change the direction of the cord (6-2-7); and
and a code (6-2-7) used to control the auxiliary terminal (6-3) to move;
The above code (6-2-7) is unidirectional bearing set 1 (6-2-3) of the main shaft (6-2-1), unidirectional bearing set 2 (6-2) of the driven shaft (6-2-5) -4) and after being wound around the steering shaft (6-2-6), the brain plasticity characterized in that it is connected to the external auxiliary terminal (6-3) through the wire hole on the side wall of the base (6-2-2) based motion aids.
제2항에 있어서,
상기 기어쌍은 주동 기어(6-2-8) 및 종동 기어(6-2-9)를 포함하고, 상기 주동 기어(6-2-8)는 상기 주동축(6-2-1)에 설치되고, 상기 종동 기어(6-2-9)는 종동축(6-2-5)에 장착되는 것을 특징으로 하는 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치.
3. The method of claim 2,
The gear pair includes a main gear (6-2-8) and a driven gear (6-2-9), the main gear (6-2-8) is installed on the main shaft (6-2-1) and the driven gear (6-2-9) is a brain plasticity-based motion assistance device, characterized in that it is mounted on the driven shaft (6-2-5).
제1항에 있어서,
상기 보조 단말(6-3)은 플렉시블 외골격 글로브(41) 또는 리지드 플렉시블 외골격 글로브(42)이고, 글로브 본체, 집선 장치(6-3-1) 및 집선 장치(6-3-1)와 글로브 사이에 설치되는 와이어 오거나이저 2를 포함하고, 상기 글로브 본체는 손가락 덮개부, 손등부 및 손바닥부로 구성되며, 이 세 가지 사이는 구동선을 이용하여 연결하고, 상기 구동선은 와이어 오거나이저 2에서 정리된 후 집선 장치(6-3-1)로 들어가 구동 메커니즘(4)과 연결되는 것을 특징으로 하는 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치.
According to claim 1,
The auxiliary terminal 6-3 is a flexible exoskeleton glove 41 or a rigid flexible exoskeleton glove 42, and the glove body, the concentrator 6-3-1, and the concentrator 6-3-1 and the glove and a wire organizer 2 installed on the Brain plasticity-based motion assisting device, characterized in that it enters the concentrator (6-3-1) and is connected to the driving mechanism (4).
제4항에 있어서,
상기 집선 장치(6-3-1)는 하우징(6-3-1-1) 및 하우징(6-3-1-1) 내부에 설치되어 회전 가능한 휠축(6-3-1-2)을 포함하고, 상기 하우징(6-3-1-1)의 후방부 위치에는 와이어 통과홈(6-3-1-3)이 개설되고, 상기 하우징(6-3-1-1)의 일측면에는 와이어 인입홀(6-3-1-4)이 개설되고, 상기 와이어 인입홀(6-3-1-4)의 상방 부위에는 와이어 인출홀(6-3-1-5)이 설치되고, 상기 와이어 인입 하방 부위에는 집선홀(6-3-1-6)이 설치되고, 와이어 인입홀(6-3-1-4) 및 와이어 인출홀(6-3-1-5)이 하우징(6-3-1-1) 내부에 위치한 일단이 모두 상기 휠축(6-3-1-2)에 가깝고, 상기 집선홀(6-3-1-6)은 하우징(6-3-1-1) 내부에 위치한 일단이 상기 휠축(6-3-1-2)의 하방으로부터 관통되어 상기 와이어 통과홈(6-3-1-3)과 연통되고, 상기 와이어 통과홈(6-3-1-3)은 상기 구동 헤드와 착탈 가능하도록 연결되어, 구동선 하니스가 집선 장치(6-3-1)를 관통 진입하는 구동선과 서로 연통되도록 만들어, 구동 메커니즘(4)이 보조 단말(6-3) 운동을 제어하도록 만드는 것을 특징으로 하는 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치.
5. The method of claim 4,
The collector 6-3-1 includes a housing 6-3-1-1 and a rotatable wheel shaft 6-3-1-2 installed inside the housing 6-3-1-1. and a wire passage groove (6-3-1-3) is opened at the rear portion of the housing (6-3-1-1), and a wire is formed on one side of the housing (6-3-1-1) A lead-in hole (6-3-1-4) is opened, and a wire lead-out hole (6-3-1-5) is installed in an upper portion of the wire lead-in hole (6-3-1-4), and the wire A collection hole (6-3-1-6) is installed in the lower part of the inlet, and a wire inlet hole (6-3-1-4) and a wire outlet hole (6-3-1-5) are provided in the housing (6-3). -1-1) One end located inside is all close to the wheel shaft (6-3-1-2), and the collecting hole (6-3-1-6) is located inside the housing (6-3-1-1). One end positioned is passed through from below the wheel shaft 6-3-1-2 and communicates with the wire passage groove 6-3-1-3, and the wire passage groove 6-3-1-3 is detachably connected to the drive head, such that the drive line harness communicates with the drive line penetrating through the collecting device 6-3-1, so that the drive mechanism 4 controls the movement of the auxiliary terminal 6-3 Brain plasticity-based motion assistance device, characterized in that to make it.
제1항에 있어서,
상기 생체 전기 신호는 표면 근전도 신호인 것을 특징으로 하는 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치.
According to claim 1,
The bioelectrical signal is a brain plasticity-based motion assisting device, characterized in that it is a surface EMG signal.
뇌가소성 기반의 동작 보조 장치의 제어 방법에 있어서,
신호 수집 메커니즘(1)이 사용자의 생체 전기 신호를 수집하고 제어 메커니즘(2)에 전송하는 단계S1;
제어 메커니즘(2)이 생체 전기 신호를 수신하고, 아날로그 디지털 처리 모듈(2-1)에서 아날로그 디지털 처리를 수행하는 단계S2;
처리된 전기 신호를 운동 의도 식별 시스템(2-2)으로 전송하고, 운동 의도를 식별하여 운동 의도 결과를 획득하는 단계S3;
운동 의도 결과를 구동력 계산 모듈(2-3)에 전송하고, 구동력을 계산하며, 구동력 신호를 구동 메커니즘(4)에 전송하는 단계S4; 및
구동 메커니즘(4)은 구동력 신호를 수신하여 상응하는 드라이버(4-1) 명령을 생성하고, 드라이버(4-1) 운동을 제어하여, 실행 메커니즘(6)이 사용자가 관련 운동을 수행하는 것을 보조하도록 구동하는 단계S5;를 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치의 제어 방법.
In the control method of a motion assistance device based on brain plasticity,
Step S1, wherein the signal collection mechanism (1) collects the user's bioelectrical signal and transmits it to the control mechanism (2);
step S2 of the control mechanism 2 receiving the bioelectric signal, and performing analog-digital processing in the analog-digital processing module 2-1;
Step S3 of transmitting the processed electrical signal to the exercise intention identification system 2-2, and identifying the exercise intention to obtain an exercise intention result;
step S4 of sending the motion intention result to the driving force calculation module 2-3, calculating the driving force, and sending the driving force signal to the driving mechanism 4; and
The driving mechanism 4 receives the driving force signal to generate a corresponding driver 4-1 command, and controls the driver 4-1 movement, so that the execution mechanism 6 assists the user in performing the relevant movement A control method of a motion assistance device based on brain plasticity, comprising: a step S5 of driving to do so.
제7항에 있어서,
동작 보조 장치를 훈련시키는 단계S0를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치의 제어 방법.
8. The method of claim 7,
The method of controlling a motion assistance device based on brain plasticity, characterized in that it further comprises the step S0 of training the motion assistance device.
제7항에 있어서,
상기 아날로그 디지털 처리 모듈(2-1)에는 감지 회로(2-1-1) 및 필터 샘플링 회로(2-1-2)가 설치되고;
상기 감지 회로(2-1-1)는 계측 증폭기(2-1-1-1) 및 대역 통과 필터(2-1-1-2)를 포함하고;
상기 필터 샘플링 회로(2-1-2)는 프로그램 조정 가능 증폭기(2-1-2-1), 저역 통과 필터(2-1-2-2) 및 ADC(2-1-2-3)를 포함하고;
상기 계측 증폭기(2-1-1-1)의 신호 입력단은 신호 수집 메커니즘(1) 중의 신호 전송선(1-1)과 연결되며, 수집된 생체 전기 신호를 수신하고 이를 증폭시킨 후 대역 통과 필터(2-1-2)로 이송시켜, 간섭음을 걸러낸 다음, 전기 신호를 필터 샘플링 회로(2-1-2-1)의 프로그램 조정 가능 증폭기(2-1-2-1)로 이송시키고, 그 위의 프로그래밍에 따라 전기 신호를 적응적으로 증폭시킨 후, 저역 통과 필터(2-1-2-2)를 거쳐 ADC(2-1-2-3)로 이송시키는 것을 특징으로 하는 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치의 제어 방법.
8. The method of claim 7,
The analog-to-digital processing module (2-1) is provided with a sensing circuit (2-1-1) and a filter sampling circuit (2-1-2);
the sensing circuit (2-1-1) includes an instrumentation amplifier (2-1-1-1-1) and a band-pass filter (2-1-1-2);
The filter sampling circuit (2-1-2) includes a programmable amplifier (2-1-2-1), a low-pass filter (2-1-2-2) and an ADC (2-1-2-3). including;
The signal input terminal of the instrumentation amplifier 2-1-1-1 is connected to the signal transmission line 1-1 of the signal collection mechanism 1, and after receiving the collected bioelectrical signal and amplifying it, a band-pass filter ( 2-1-2) to filter out the interference, and then transfer the electrical signal to the programmable amplifier (2-1-2-1) of the filter sampling circuit (2-1-2-1), Brain plasticity-based, characterized in that after adaptively amplifying an electrical signal according to the programming above, it is transferred to the ADC (2-1-2-3) through a low-pass filter (2-1-2-2) control method of the operation auxiliary device.
제7항에 있어서,
상기 운동 의도 식별 시스템(2-2)은 저장 모듈(2-2-1), 신호 특징 추출 모듈(2-2-2), LDA 분류기(2-2-3), 투표기(2-2-4), 운동 의도 판단 모듈(2-2-5)을 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치의 제어 방법.
8. The method of claim 7,
The exercise intention identification system (2-2) includes a storage module (2-2-1), a signal feature extraction module (2-2-2), an LDA classifier (2-2-3), and a voting machine (2-2-4). ), a control method of a brain plasticity-based motion assistance device comprising a motion intention determination module (2-2-5).
제7항에 있어서,
운동 의도를 식별하는 구체적인 방법은,
저장 모듈(2-2-1)이 상기 아날로그 디지털 처리 모듈(2-1) 중 ADC에 의해 전송된 전기 신호를 수신하고 이를 저장하는 단계S31;
저장된 전기 신호가 저장 임계값에 도달한 후, 신호 특징 추출 모듈(2-2-2)이 전기 신호 특징 추출을 수행하는 단계S32;
추출된 특징을 LDA 분류기(2-2-3)로 이송하여 분류 결과를 획득하는 단계S32;
분류 결과를 투표기(2-2-4)로 이송하여 투표 결과를 획득하는 단계S33;
투표 결과를 운동 의도 판단 모듈(2-2-5)로 전송하는 동시에 임계값을 비교하는 단계S34; 및
투표기(2-2-4) 결과와 임계값 비교 결과를 비교하여, 두 결과가 일치하면 최종 운동 의도 결과를 출력하고, 두 결과가 일치하지 않으면 휴지 상태 결과를 출력하는 단계S35;인 것을 특징으로 하는 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치의 제어 방법.
8. The method of claim 7,
A specific way to identify exercise intent is:
a step S31 in which the storage module (2-2-1) receives the electrical signal transmitted by the ADC among the analog-to-digital processing module (2-1) and stores it;
After the stored electrical signal reaches the storage threshold, the signal feature extraction module 2-2-2 performs electrical signal feature extraction S32;
Step S32 of transferring the extracted features to the LDA classifier (2-2-3) to obtain a classification result;
Step S33 to obtain a voting result by transferring the classification result to the voting machine (2-2-4);
Step S34 of comparing the threshold value while transmitting the voting result to the exercise intention determination module (2-2-5); and
Step S35 of comparing the result of the voting machine (2-2-4) and the threshold comparison result, outputting the final exercise intention result if the two results match, and outputting the idle state result if the two results do not match; characterized in that A control method of a motion assist device based on brain plasticity.
제7항에 있어서,
구동력을 계산하는 구체적인 방법은,
운동 의도 결과에 따라 구동력을 계산하는 단계S41 - 구동력의 계산 공식은 하기와 같고,
Figure pct00013

Figure pct00014

여기에서 F1은 사용자가 신장 운동을 할 때 필요한 구동력이고, c1은 근육이 신장 운동을 할 때 전기 신호-힘의 변환 계수이고, MAV1은 사용자가 신장 운동을 할 때 표면 근전도 신호의 절대 평균값이고, F2는 사용자가 만곡 운동을 할 때 필요한 구동력이고, c1은 근육이 만곡 운동을 할 때 전기 신호-힘의 변환 계수이고, MAV1은 사용자가 만곡 운동을 할 때 표면 근전도 신호의 절대 평균값임 - ; 및
계산하여 획득한 구동력을 자가적응적으로 제어하며, 즉 자가적응적 알고리즘을 이용하여 자가적응 법칙을 통해 제어 법칙을 조정하여 실제 시스템 모델의 출력이 기준 시스템 모델과 같도록 만들고, 마지막으로 제어된 구동력을 출력하는 단계S42;인 것을 특징으로 하는 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치의 제어 방법.
8. The method of claim 7,
The specific method of calculating the driving force is:
Step S41 of calculating the driving force according to the exercise intention result - The driving force calculation formula is as follows,
Figure pct00013

Figure pct00014

Here, F 1 is the driving force required when the user performs a stretching exercise, c 1 is the electrical signal-force conversion coefficient when the muscle performs a stretching exercise, and MAV 1 is the absolute value of the surface EMG signal when the user performs a stretching exercise is the average value, F 2 is the driving force required when the user performs a curved motion, c 1 is the electrical signal-force conversion coefficient when the muscle performs a curved motion, and MAV 1 is the surface EMG signal when the user performs a curved motion. Absolute average value - ; and
The calculated driving force is self-adaptively controlled, that is, the output of the actual system model is the same as the reference system model by adjusting the control law through the self-adaptive law using the self-adaptive algorithm, and finally the controlled driving force A control method of a motion assistance device based on brain plasticity, characterized in that the step S42 of outputting a.
제8항에 있어서,
동작 보조 장치를 훈련하는 구체적인 방법은,
조작 메커니즘(3)이 훈련 명령을 동작 보조 장치에 전송하고, 조작 메커니즘(3)에 동작 화면을 표시하고, 사용자는 화면 프롬프트에 따라 상응하는 동작을 수행하고, 신호 수집 메커니즘(1)은 사용자의 생체 전기 신호를 수집하고, 아날로그 디지털 처리를 수행하며, 신호 특징 추출 모듈(2-2-2)에서 전기 신호 특징 추출을 수행하고, 추출된 전기 신호 특징을 LDA 분류기(2-2-3)에 저장하여, 상기 사용자 기반의 LDA 분류기(2-2-3)를 획득한 후 훈련을 완료하는 것을 특징으로 하는 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치의 제어 방법.
9. The method of claim 8,
Specific methods for training motion aids include:
The operation mechanism 3 sends a training command to the operation assisting device, and displays an operation screen on the operation mechanism 3, the user performs a corresponding operation according to the screen prompt, and the signal collection mechanism 1 receives the user's Bioelectrical signals are collected, analog digital processing is performed, electrical signal feature extraction is performed in the signal feature extraction module (2-2-2), and the extracted electrical signal features are transferred to the LDA classifier (2-2-3) The method of controlling a motion assistance device based on brain plasticity, characterized in that the training is completed after obtaining the user-based LDA classifier (2-2-3) by storing it.
제13항에 있어서,
상기 생체 전기 신호는 표면 근전도 신호인 것을 특징으로 하는 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치의 제어 방법.
14. The method of claim 13,
The bioelectrical signal is a control method of a motion assisting device based on brain plasticity, characterized in that it is a surface EMG signal.
제14항에 있어서,
생체 전기 신호가 표면 근전도 신호인 경우, 신호 특징 추출 모듈(2-2-2)에 의해 추출된 표면 근전도 신호 특징은 표면 근전도 신호의 절대 평균값 MAV와 영교차점 수 ZC이고;
Figure pct00015

Figure pct00016

여기에서, N은 설정 시간 내에 수집된 표면 근전도 신호의 데이터 포인트 수를 나타내고, xi는 제i 채널의 표면 근전도 신호를 나타내고, i∈N*인 것을 특징으로 하는 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치의 제어 방법.
15. The method of claim 14,
when the bioelectric signal is a surface EMG signal, the surface EMG signal feature extracted by the signal feature extraction module 2-2-2 is the absolute average value MAV of the surface EMG signal and the zero-crossing point number ZC;
Figure pct00015

Figure pct00016

Here, N represents the number of data points of the surface EMG signal collected within the set time, x i represents the surface EMG signal of the ith channel, and i∈N* control method.
제11항에 있어서,
상기 임계값 비교의 구체적인 방법은, 먼저 운동 의도 판단 모듈(2-2-5)에서 임계값 TH1 및 TH2를 설정하며, TH1은 신장 임계값을 나타내고, TH2는 만곡 임계값을 나타내고, 다음으로 계산된 표면 근전도 신호의 절대 평균값을 TH1 및 TH2와 비교하며, MAV1>TH1이면 동작 의도가 신장 운동인 것으로 판단하고, MAV2>TH2이면 동작 의도가 만곡 운동인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 뇌가소성 기반의 동작 보조 장치의 제어 방법.
12. The method of claim 11,
The specific method of comparing the threshold value is to first set the threshold values TH1 and TH2 in the exercise intention determination module 2-2-5, TH1 indicates the height threshold, TH2 indicates the curvature threshold, and then calculate Brain plasticity, characterized in that the absolute average value of the surface EMG signal is compared with TH1 and TH2, and when MAV 1 > TH1, it is determined that the motion intention is a stretching exercise, and when MAV 2 > TH2, it is determined that the motion intention is a curved motion. A method of controlling a motion aid based on a motion aid.
컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 있어서,
컴퓨터 판독 가능 저장 매체에는 동작 보조 장치의 제어 방법이 저장되며, 여기에서 동작 보조 장치의 제어 방법이 프로세서에 의해 실행될 때, 제7항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 동작 보조 장치의 제어 방법이 구현되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
A computer-readable storage medium comprising:
A computer-readable storage medium stores a method for controlling a motion assistance device, wherein when the control method for a motion assistance device is executed by a processor, the method for controlling a motion assistance device according to any one of claims 7 to 16 A computer readable storage medium characterized in that this is implemented.
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