KR20220144292A - Method and apparatus for measuring muscular fitness of a user using a wearable device - Google Patents
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Abstract
Description
아래의 실시예들은 사용자의 근체력을 측정하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨어러블 장치를 착용한 사용자의 근체력을 측정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The following embodiments relate to a method and apparatus for measuring muscular strength of a user, and more particularly, to a method and apparatus for measuring muscular strength of a user wearing a wearable device.
고령화 사회로 진입하면서 노화로 인한 근력 약화 또는 관절 이상으로 보행에 불편과 고통을 호소하는 사람들이 증가하고 있고, 근력이 약화된 노인이나 근관절이 불편한 환자들이 보행을 원활하게 할 수 있는 보행 보조 장치에 대한 관심이 높아지고 있다.As we enter an aging society, more and more people complain of discomfort and pain in walking due to muscle weakness or joint abnormalities due to aging. There is growing interest in
다양한 실시 예들에 따른, 웨어러블 장치에 의해 수행되는, 근체력(muscular fitness) 측정 방법은, 웨어러블 장치를 착용한 사용자가 수행해야 하는 목표 움직임에 대한 타겟 저항력 프로파일을 결정하는 동작, 상기 사용자에게 제공되는 저항력을 제어하기 위해 상기 타겟 저항력 프로파일에 기초하여 상기 웨어러블 장치의 모터 드라이버 회로를 제어하는 동작, 상기 저항력 하에서 수행되는 상기 사용자의 움직임에 대한 상태 정보를 측정하는 동작, 및 상기 상태 정보에 기초하여 상기 사용자의 근체력을 측정하는 동작을 포함한다.According to various embodiments of the present disclosure, a method for measuring muscular fitness performed by a wearable device includes an operation of determining a target resistance profile for a target movement to be performed by a user wearing the wearable device, and provided to the user. controlling the motor driver circuit of the wearable device based on the target resistive force profile to control the resistive force, measuring state information about the user's movement performed under the resistive force, and the state information based on the It includes an operation for measuring the user's muscular strength.
다양한 실시 예들에 따른, 웨어러블 장치는, 사용자의 근체력을 측정하는 프로그램이 기록된 메모리, 상기 프로그램을 수행하는 프로세서, 외부의 장치와 데이터를 교환하는 통신 모듈, 상기 사용자의 제1 관절의 제1 각도를 측정하는 센서, 상기 프로세서에 의해 제어되는 모터 드라이버 회로, 및 상기 모터 드라이버 회로와 전기적으로 연결된 모터를 포함하고, 상기 프로그램은, 웨어러블 장치를 착용한 사용자가 수행해야 하는 목표 움직임에 대한 타겟 저항력 프로파일을 결정하는 동작, 상기 사용자에게 제공되는 저항력을 제어하기 위해 상기 타겟 저항력 프로파일에 기초하여 상기 웨어러블 장치의 모터 드라이버 회로를 제어하는 동작, 상기 저항력 하에서 수행되는 상기 사용자의 움직임에 대한 상태 정보를 측정하는 동작, 및 상기 상태 정보에 기초하여 상기 사용자의 근체력을 측정하는 동작을 수행한다.According to various embodiments of the present disclosure, a wearable device includes a memory in which a program for measuring a user's muscular strength is recorded, a processor executing the program, a communication module exchanging data with an external device, and a first of the user's first joint a sensor for measuring an angle, a motor driver circuit controlled by the processor, and a motor electrically connected to the motor driver circuit, wherein the program includes a target resistance to a target movement that a user wearing the wearable device should perform. Determining a profile, controlling a motor driver circuit of the wearable device based on the target resistive force profile to control the resistive force provided to the user, and measuring state information about the user's movement performed under the resistive force and measuring the user's muscular strength based on the state information.
도 1은 일 실시 예에 따른 웨어러블 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 예에 따른 전자 장치와 통신하는 웨어러블 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 4는 일 예에 따른 웨어러블 장치가 토크를 출력하기 위한 방법을 설명한다.
도 5는 일 예에 따른 웨어러블 장치를 통해 근체력을 측정하는 사용자를 도시한다.
도 6은 일 실시 예에 따른 사용자의 근체력을 측정하는 방법의 흐름도이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 근체력 측정 모드를 활성화하는 방법의 흐름도이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 목표 움직임에 대한 가이드 정보를 사용자 단말로 전송하는 방법의 흐름도이다.
도 9는 일 예에 따른 사용자 단말에 출력되는 가이드 동영상을 도시한다.
도 10은 일 예에 따른 저항력 프로파일들을 도시한다.
도 11은 일 예에 따른 저항력 프로파일에 기초하여 모터 드라이버 회로를 제어하는 방법의 흐름도이다.
도 12 내지 도 15는 일 예에 따른 웨어러블 장치의 모터 드라이버 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 일 예에 따른 근체력을 측정하는 동안 사용자 단말에 출력되는 화면을 도시한다.
도 17은 일 예에 따른 복수의 지표들에 기초하여 근체력을 계산하는 방법의 흐름도이다.
도 18은 일 예에 따른 복수의 지표들을 계산하는 방법의 흐름도이다.
도 19는 일 예에 따른 센싱된 관절 각도 및 관절 각도에 기초하여 계산된 토크를 도시한다.
도 20은 일 실시 예에 따른 동작 모드가 보조 모드인 경우, 사용자에게 보조력을 제공하는 방법의 흐름도이다.
도 21은 일 예에 따른 사용자의 근체력에 기초하여 보조 토크 값을 계산하는 방법의 흐름도이다.
도 22는 다른 일 예에 따른 전신-타입 웨어러블 장치를 도시한다.
도 23은 일 실시 예에 따른 사용자 단말에 의해 수행되는 근체력 측정 방법의 흐름도이다.1 is a diagram for describing a wearable device according to an exemplary embodiment.
2 is a diagram for describing a wearable device communicating with an electronic device according to an example.
3 to 4 describe a method for outputting torque by a wearable device according to an example.
5 illustrates a user measuring muscular strength through a wearable device according to an example.
6 is a flowchart of a method of measuring a user's muscular strength according to an embodiment.
7 is a flowchart of a method of activating a muscle strength measurement mode according to an exemplary embodiment.
8 is a flowchart of a method of transmitting guide information on a target movement to a user terminal according to an embodiment.
9 illustrates a guide video output to a user terminal according to an example.
10 shows resistive force profiles according to an example.
11 is a flowchart of a method of controlling a motor driver circuit based on a resistive force profile according to an example.
12 to 15 are diagrams for explaining a motor driver circuit of a wearable device according to an example.
16 illustrates a screen output to a user terminal while measuring muscular strength according to an example.
17 is a flowchart of a method of calculating muscular strength based on a plurality of indices according to an example.
18 is a flowchart of a method of calculating a plurality of indicators according to an example.
19 illustrates a sensed joint angle and a torque calculated based on the joint angle according to an example.
20 is a flowchart of a method of providing assistance to a user when an operation mode is an assistance mode, according to an embodiment.
21 is a flowchart of a method of calculating an auxiliary torque value based on a user's muscular strength according to an example.
22 illustrates a full-body-type wearable device according to another example.
23 is a flowchart of a method for measuring muscular strength performed by a user terminal according to an embodiment.
이하, 본 기재의 다양한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 기재를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 기재의 실시 예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, various embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. However, this is not intended to limit the present disclosure to specific embodiments, and should be understood to include various modifications, equivalents, and/or alternatives of the embodiments of the present disclosure.
도 1은 일 실시 예에 따른 웨어러블 장치를 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for describing a wearable device according to an exemplary embodiment.
도 1을 참조하면, 웨어러블 장치(100)는 사용자에게 장착되어 사용자의 보행(gait)을 보조한다. 예를 들어, 웨어러블 장치(100)는 사용자의 보행을 보조하는 장치일 수 있다. 또한, 웨어러블 장치(100)는 사용자의 보행을 보조할 뿐만 아니라, 사용자에게 저항력을 제공함으로써 운동 기능을 제공하는 운동 장치일 수 있다. 사용자에게 제공되는 저항력은 모터와 같은 장치에 의해 출력되는 힘과 같이 사용자에게 능동적으로 가해지는 힘은 아니며, 사용자의 움직임을 방해하는 힘, 예를 들어, 저항력은 사용자, 또는 사용자의 신체 일부가 움직이는 방향과 반대 방향으로 작용하는 힘일 수 있다. 다른 말로, 저항력은 운동 부하로 표현될 수 있다.Referring to FIG. 1 , the
도 1은 힙 타입의 웨어러블 장치(100)를 도시하고 있으나, 웨어러블 장치의 타입은 힙 타입에 제한되는 것은 아니며, 웨어러블 장치는 하지 전체를 지원하는 형태 또는 하지 일부를 지원하는 타입일 수 있다. 그리고, 웨어러블 장치는 하지 일부를 지원하는 형태, 무릎까지 지원하는 형태, 발목까지 지원하는 형태 및 전신을 지원하는 형태 중 어느 하나일 수 있다.Although FIG. 1 shows the
도 1을 참조하여 설명되는 실시예들은 힙 타입에 대해 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것이 아니며 다양한 타입들의 웨어러블 장치에 대해서 모두 적용될 수 있다.The embodiments described with reference to FIG. 1 may be applied to a heap type, but is not limited thereto, and may be applied to various types of wearable devices.
일 측면에 따르면, 웨어러블 장치(100)는 구동부(110), 센서부(120), IMU(Inertial Measurement Unit)(130), 제어부(140), 배터리(150) 및 통신 모듈(152)을 포함한다. 예를 들어, IMU(130) 및 제어부(140)는 웨어러블 장치(100)의 메인 프레임 내에 배치될 수 있다. 다른 예로, IMU(130) 및 제어부(140)는 웨어러블 장치(100)의 메인 프레임의 외부에 형성(또는, 부착)되는 하우징(150)에 포함될 수 있다.According to one aspect, the
구동부(110)는 모터(114) 및 모터(114)를 구동시키기 위한 모터 드라이버 회로(112)를 포함할 수 있다. 센서부(120)는 적어도 하나의 센서(121)를 포함할 수 있다. 제어부(140)는 프로세서(142), 메모리(144) 및 입력 인터페이스(146)를 포함할 수 있다. 도 1c에는 하나의 센서(121), 하나의 모터 드라이버 회로(112), 및 하나의 모터(114)가 도시되어 있으나 이는 예시적인 사항일 뿐, 도 1d에 도시된 예와 같이 다른 일례의 웨어러블 장치(100-1)는 복수의 센서들(121 및 121-1), 복수의 모터 드라이버 회로들(112 및 112-1), 및 복수의 모터들(114 및 114-1)을 포함할 수 있다. 또한, 구현에 따라 웨어러블 장치(100)는 복수의 프로세서들을 포함할 수 있다. 모터 드라이버 회로 개수, 모터 개수, 또는 프로세서 개수는 웨어러블 장치(100)가 착용되는 신체 부위에 따라 달라질 수 있다.The
후술할 센서(121), 모터 드라이버 회로(112), 및 모터(114)에 대한 설명은 도 1d에 도시된 센서(121-1), 모터 드라이버 회로(112-1), 및 모터(114-1)에 대해서도 적용될 수 있다.The
구동부(110)는 사용자의 고관절(hip joint)을 구동시킬 수 있다. 예를 들어, 구동부(110)는 사용자의 오른쪽 힙 및/또는 왼쪽 힙 부분에 위치할 수 있다. 구동부(110)는 사용자의 무릎 부분 및 발목 부분에 추가적으로 위치할 수 있다. 구동부(110)는 회전 토크를 발생시킬 수 있는 모터(114) 및 모터(114)를 구동시키기 위한 모터 드라이버 회로(112)를 포함한다.The
센서부(120)는 보행 시 사용자의 고관절의 각도를 측정할 수 있다. 센서부(120)에서 센싱되는 고관절의 각도에 대한 정보는 오른쪽 고관절의 각도, 왼쪽 고관절의 각도, 양쪽 고관절 각도들 간의 차이 및 고관절 운동 방향을 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서(121)는 구동부(110) 내에 위치할 수 있다. 센서(121)의 위치에 따라 센서부(120)는 사용자의 무릎 각도 및 발목 각도를 추가적으로 측정할 수 있다. 센서(121)는 엔코더(encoder)일 수 있다. 센서부(120)에 의해 측정된 관절의 각도에 정보는 제어부(140)로 전송될 수 있다.The
일 측면에 따르면, 센서부(120)는 포텐셔미터를 포함할 수 있다. 포텐셔미터는 사용자의 보행 동작에 따른 R축 관절 각도, L축 관절 각도, R축 관절 각속도, 및 L축 관절 각속도를 센싱할 수 있다. R/L축은 사용자의 오른쪽/왼쪽 다리에 대한 기준 축일 수 있다. 예를 들어, R/L축은 지면에 수직이 되도록 설정되고, 사람의 몸통의 앞면 쪽이 음수 값을 갖고, 몸통의 뒷면 쪽이 양수 값을 갖도록 설정될 수 있다.According to one aspect, the
IMU(130)는 보행 시 가속도 정보와 자세 정보를 측정할 수 있다. 예를 들어, IMU(130)는 사용자의 보행 동작에 따른 X축, Y축, Z축 가속도 및 X축, Y축, Z축 각속도를 센싱할 수 있다. IMU(130)에 의해 측정된 가속도 정보와 자세 정보는 제어부(140)로 전송될 수 있다.The
웨어러블 장치(100)는 앞서 설명한 센서부(120) 및 IMU(130) 이외에, 보행 동작에 따른 사용자의 운동량 또는 생체 신호 등의 변화를 센싱할 수 있는 다른 센서(예를 들어, 근전도 센서(ElectroMyoGram sensor: EMG sensor))를 포함할 수 있다.In addition to the
제어부(140)는 웨어러블 장치(100)의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(140)는 센서부(120) 및 IMU(130) 각각이 센싱된 정보를 수신할 수 있다. IMU(130)에 의해 센싱된 정보는 가속도 정보 및 자세 정보를 포함하고, 센서부(120)에 의해 센싱된 정보는 오른쪽 고관절의 각도, 왼쪽 고관절의 각도, 양쪽 고관절 각도들 간의 차이 및 고관절 운동 방향을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 제어부(140)가 오른쪽 고관절의 각도 및 왼쪽 고관절의 각도에 기초하여 양쪽 고관절 각도들 간의 차이를 계산할 수도 있다. 제어부(140)는 센싱된 정보에 기초하여 구동부(110)를 제어하기 위한 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 생성된 신호는 사용자의 보행을 보조하기 위한 보조력일 수 있다. 다른 예로, 생성된 신호는 사용자의 보행을 방해하기 위한 저항력일 수 있다. 저항력은 사용자의 운동을 위해 제공될 수 있다.The
일 실시 예에 따르면, 제어부(140)의 프로세서(142)는 사용자에게 저항력을 제공하기 위해 구동부(110)를 제어할 수 있다.According to an embodiment, the
일 측면에 따르면, 구동부(110)는 사용자에게 토크를 출력하지 않고, 모터(114)의 역 구동성(back-drivability)을 이용하여 사용자에게 저항력을 제공할 수 있다. 모터의 역 구동성이란, 외부의 힘에 대한 모터의 회전 축의 반응성을 의미할 수 있고, 모터의 역 구동성이 높을수록 모터의 회전 축에 작용하는 외부의 힘에 대해 쉽게 반응할 수 있다(즉, 모터의 회전 축이 쉽게 회전한다). 예를 들어, 모터의 회전 축에 동일한 외부의 힘이 가해지더라도, 역 구동성의 정도에 따라 모터의 회전 축이 회전하는 정도가 달라진다.According to one aspect, the driving
다른 일 측면에 따르면, 구동부(110)는 사용자의 움직임에게 방해되는 방향으로 토크를 출력함으로써 사용자에게 저항력을 제공할 수 있다.According to another aspect, the driving
사용자는 근체력(muscular fitness)을 측정하기 위해 사용자에게 제공되는 저항력에 대항하는 힘을 웨어러블 장치(100)에 가할 수 있다. 예를 들어, 근체력은 피크 토크(peak torque: PT)(단위 J/rad), 일(work: W)(단위W), 근파워(muscle power: MP) (단위W), 근지구력(muscle endurance: ME) (단위 repetition: rep), 토크 가속 에너지(torque acceleration energy: TAE) (단위 J), 가속 시간(acceleration time: AT) (단위 sec), 및 가동 범위(range of motion: RoM) (단위 deg)와 같은 측정 지표를 통해 계산될 수 있다. 근파워는 근육이 가능한 한 빨리 얼마나 큰 힘을 내는지를 의미하고, 근육이 시간에 상관없이 얼마나 큰 힘을 내는지를 의미하는 근력(muscle strength)과는 다르다.The user may apply a force against the resistance force provided to the user to the
웨어러블 장치(100)는 가해지는 힘을 수치화함으로써 미리 설정된 복수의 지표들을 계산할 수 있다. 복수의 지표들에 기초하여 사용자의 근체력이 측정될 수 있다. 사용자의 근체력을 측정하는 방법에 대해, 아래에서 도 5 내지 도 21을 참조하여 상세히 설명된다.The
다른 일 실시 예에 따르면, 제어부(140)의 프로세서(142)는 구동부(110)가 사용자의 보행을 돕기 위한 토크(또는 보조 토크)를 출력하도록, 구동부(110)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 힙 타입의 웨어러블 장치(100)에서, 구동부(110)는 왼쪽 힙 부분 및 오른쪽 힙 부분에 각각 배치되도록 구성될 수 있고, 제어부(140)는 토크가 발생되도록 구동부(110)를 제어하는 제어 신호를 출력할 수 있다.According to another embodiment, the
구동부(110)는 제어부(140)가 출력한 제어 신호에 기반하여, 토크를 발생시킬 수 있다. 토크를 발생시키기 위한 토크 값은 외부에 의해 설정될 수도 있고, 제어부(140)에 의해 설정될 수도 있다. 예를 들어, 제어부(140)는 토크 값의 크기를 나타내기 위해, 구동부(110)로 전송하는 신호에 대한 전류의 크기를 이용할 수 있다. 즉, 구동부(110)가 수신하는 전류의 크기가 클수록, 토크 값이 클 수 있다. 다른 예로, 제어부(140)의 프로세서(142)는 제어 신호를 구동부(110)의 모터 드라이버 회로(112)로 전송하고, 모터 드라이버 회로(112)는 제어 신호에 대응하는 전류를 생성함으로써 모터(114)를 제어할 수 있다.The driving
배터리(150)는 웨어러블 장치(100)의 구성 요소에 전력을 공급한다. 웨어러블 장치(100)는 배터리(150)의 전력을 웨어러블 장치(100)의 구성 요소의 동작 전압에 맞게 변환하여 웨어러블 장치(100)의 구성 요소에 제공하는 회로(예를 들어, PMIC(Power Management Integrated Circuit))를 더 포함할 수 있다. 또한, 웨어러블 장치(100)의 동작 모드에 따라 배터리(150)는 모터(114)에 전력을 공급하거나 공급하지 않을 수 있다. 다시 말해, 배터리(150)는 보조 모드에서 모터 드라이버 회로(112)를 통해 모터(114)에 전력을 공급할 수 있고, 근체력 측정 모드에서 모터(114)에 전력을 공급하지 않을 수 있다. 이에 따라, 근체력 측정 모드에서 배터리(150)의 전력 소모가 덜 발생하여 웨어러블 장치(100)의 사용 시간이 증대될 수 있다.The
통신 모듈(152)은 웨어러블 장치(100)와 외부 전자 장치 간의 직접(예: 유선) 통신 채널 또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신 모듈(152)은 직접(예: 유선) 통신 또는 무선 통신을 지원하는 하나 이상의 커뮤니케이션 프로세서를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 통신 모듈(152)은 무선 통신 모듈(예: 셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, 또는 GNSS(global navigation satellite system) 통신 모듈) 또는 유선 통신 모듈(예: LAN(local area network) 통신 모듈, 또는 전력선 통신 모듈)을 포함할 수 있다. 이들 통신 모듈 중 해당하는 통신 모듈은 제1 네트워크(예: 블루투스, WiFi(wireless fidelity) direct 또는 IrDA(infrared data association)와 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제2 네트워크(예: 레거시 셀룰러 네트워크, 5G 네트워크, 차세대 통신 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크를 통하여 외부의 전자 장치와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성요소(예: 단일 칩)로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성요소들(예: 복수 칩들)로 구현될 수 있다.The
도 2는 일 예에 따른 전자 장치와 통신하는 웨어러블 장치를 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram for describing a wearable device communicating with an electronic device according to an example.
도 2에 도시된 예에서, 웨어러블 장치(100)는 전자 장치(200)와 통신할 수 있다. 전자 장치(200)는 스마트폰, 태블릿, 스마트 워치, 글래스 등을 포함할 수 있고, 기재된 실시예로 한정되지 않는다. 예를 들어, 전자 장치(200)는 웨어러블 장치(100)의 사용자의 전자 장치일 수 있다. 다른 예로, 전자 장치(200)는 웨어러블 장치(100)를 착용한 사용자를 지도하는 트레이너의 전자 장치일 수 있다.In the example shown in FIG. 2 , the
구현에 따라, 웨어러블 장치(100)와 전자 장치(200)는 근거리 무선 통신 방식 또는 셀룰러 이동 통신 방식을 통해 서버(미도시)를 경유하여 통신할 수 있다.According to implementation, the
전자 장치(200)는 디스플레이(200-1)에 웨어러블 장치(100)의 동작을 제어하기 위한 UI(user interface)를 표시할 수 있다. 예를 들어, UI는 사용자가 웨어러블 장치(100)를 제어할 수 있는 적어도 하나의 소프트키를 포함할 수 있다.The electronic device 200 may display a user interface (UI) for controlling the operation of the
사용자는 전자 장치(200)의 디스플레이(200-1) 상의 UI를 통해 웨어러블 장치(100)의 동작을 제어하기 위한 명령을 입력할 수 있고, 전자 장치(200)는 명령에 대응하는 제어 명령을 생성하고, 생성된 제어 명령을 웨어러블 장치(100)로 전송할 수 있다. 웨어러블 장치(100)는 수신된 제어 명령에 따라 동작할 수 있고, 제어 결과를 전자 장치(200)로 전송할 수 있다. 전자 장치(200)는 제어 완료 메시지를 전자 장치(200)의 디스플레이(200-1)에 표시할 수 있다.The user may input a command for controlling the operation of the
도 3 내지 도 4는 일 예에 따른 웨어러블 장치를 설명하기 위한 도면이다.3 to 4 are diagrams for explaining a wearable device according to an example.
도 3 및 도 4에 도시된 예에서, 도 1의 웨어러블 장치(100)의 구동부들(110-1 및 110-2)은 사용자의 힙 관절 부근에 위치할 수 있고, 웨어러블 장치(100)의 제어부(140)는 허리 부근에 위치할 수 있다. 구동부들(110-1 및 110-2) 및 제어부(140)의 위치는 도 3 및 도 4에 도시된 예로 제한되지 않는다.In the example shown in FIGS. 3 and 4 , the driving units 110 - 1 and 110 - 2 of the
웨어러블 장치(100)는 사용자의 왼쪽 힙 관절 각도 q_l과 오른쪽 힙 관절 각도 q_r을 측정(또는, 센싱)한다. 일례로, 웨어러블 장치(100)는 센서(121)로서 왼쪽 엔코더를 통해 사용자의 왼쪽 힙 관절 각도 q_l을 측정할 수 있고, 센서(121-1)로서 오른쪽 엔코더를 통해 사용자의 오른쪽 힙 관절 각도 q_r을 측정할 수 있다. 도 4에 도시된 예에서, 왼쪽 다리는 기준선(420)보다 앞서므로 왼쪽 힙관절 각도 q_l은 음수(negative number)일 수 있고, 오른쪽 다리는 기준선(420)보다 뒤에 있으므로 오른쪽 고관절 각도 q_r은 양수(positive number)일 수 있다. 구현에 따라, 오른쪽 다리가 기준선(420)보다 앞설 때 오른쪽 힙관절 각도 q_r이 음수일 수 있고 왼쪽 다리가 기준선(420)보다 뒤에 있을 때 왼쪽 고관절 각도 q_l이 양수일 수 있다. The
일 실시 예에 따르면, 웨어러블 장치(100)는 왼쪽 힙 관절 각도 q_l, 오른쪽 힙 관절 각도 q_r, 게인 κ, 및 딜레이 △t를 기초로 토크 값 τ(t)을 결정하고, 결정된 토크 값 τ(t)이 출력되도록 웨어러블 장치(100)의 모터 드라이버 회로(112)를 제어할 수 있다. 토크 값 τ(t)에 의해 사용자에게 제공되는 힘은 포스 피드백으로 명명될 수 있다. 일례로, 웨어러블 장치(100)는 아래의 [수학식 1]에 기초하여 토크 값 τ(t)을 결정할 수 있다.According to an embodiment, the
[수학식 1][Equation 1]
[수학식 1]에서 y는 상태 인자(state factor)이고, q_r는 오른쪽 힙 관절 각도이고, q_l는 왼쪽 힙 관절 각도일 수 있다. 상기의 [수학식 1]에 따르면, 상태 인자 y는 두 다리들 사이의 거리를 나타낼 수 있다. 예를 들어, y가 0인 경우에는 다리들 사이의 거리가 0인 상태(즉, 교차 상태)를 나타내고, y의 절대 값이 최대인 경우에는 다리들 사이의 각도가 최대인 상태(즉, 랜딩 상태)를 나타낼 수 있다. 일 실시 예에 따르면, q_r 및 q_l이 시각 t에서 측정된 경우, 상태 인자는 y(t)로 표현될 수 있다.In [Equation 1], y may be a state factor, q_r may be a right hip joint angle, and q_l may be a left hip joint angle. According to the above [Equation 1], the state factor y may represent the distance between the two legs. For example, when y is 0, the distance between the legs is 0 (that is, crossing state), and when the absolute value of y is maximum, the angle between the legs is maximum (ie, landing). state) can be shown. According to an embodiment, when q_r and q_l are measured at time t, the state factor may be expressed as y(t) .
게인 κ는 출력되는 토크의 크기와 방향을 나타내는 파라미터이다. 게인 κ의 크기가 클수록 강한 토크가 출력될 수 있다. 게인 κ가 음수이면 사용자에게 저항력으로 작용하는 토크가 출력될 수 있고 게인 κ가 양수이면 사용자에게 보조력으로 작용하는 토크가 출력될 수 있다. 딜레이 △t는 토크의 출력 타이밍과 관련된 파라미터이다. 게인 κ 및 딜레이 △t는 미리 설정될 수 있고, 사용자 또는 웨어러블 장치(100)에 의해 조정 가능할 수 있다.The gain κ is a parameter indicating the magnitude and direction of the output torque. As the magnitude of the gain κ increases, a stronger torque may be output. If the gain κ is negative, a torque acting as a resistive force may be output to the user, and if the gain κ is positive, a torque acting as an auxiliary force may be output to the user. The delay Δt is a parameter related to the output timing of the torque. The gain κ and the delay Δt may be preset, and may be adjustable by the user or the
도 5는 일 예에 따른 웨어러블 장치를 통해 근체력을 측정하는 사용자를 도시한다.5 illustrates a user measuring muscular strength through a wearable device according to an example.
일 실시 예에 따르면, 사용자는 웨어러블 장치(100)는 착용한 상태로 근체력을 측정할 수 있다. 웨어러블 장치(100)는 근체력을 측정하기 위해 사용자에게 저항력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 저항력은 모터(114)의 역 구동성에 기초하여 제공될 수 있다. 다른 예로, 저항력은 웨어러블 장치(100)의 기어 비에 의한 마찰력에 기초하여 제공될 수 있다. 또 다른 예로, 저항력은 모터(114)에 의해 발생되는 토크에 기초하여 제공될 수 있다.According to an embodiment, the user may measure muscular strength while wearing the
웨어러블 장치(100)는 사용자에게 제공되는 저항력에 대항하는 사용자의 움직임을 센서를 통해 측정할 수 있고, 측정된 센서의 값에 기초하여 사용자의 근체력을 측정할 수 있다. 도시된 사용자의 움직임은, 무릎 들기일 수 있다. 웨어러블 장치(100)는 사용자의 움직임을 수치화하고, 수치화된 값에 기초하여 근체력을 계산할 수 있다.The
도 6은 일 실시 예에 따른 사용자의 근체력을 측정하는 방법의 흐름도이다.6 is a flowchart of a method of measuring a user's muscular strength according to an embodiment.
일 실시 예에 따르면, 아래의 동작들(예: 동작들 610 내지 660)이 웨어러블 장치(100)의 제어부(140)(또는, 제어부(140)의 프로세서(142))에 의해 수행될 수 있다.According to an embodiment, the following operations (eg,
동작 610에서, 프로세서(142)는 근체력 측정 모드를 활성화할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(142)는 사용자로부터 근체력 측정 모드에 대한 입력을 수신한 경우 근체력 측정 모드를 활성화할 수 있다.In
동작 620에서, 프로세서(142)는 근체력을 측정하기 위해 사용자가 수행해야할 하나 이상의 움직임인 목표 움직임에 대한 타겟 저항력 프로파일을 결정할 수 있다. 예를 들어, 미리 생성된 복수의 저항력 프로파일들 중 목표 움직임에 대한 타겟 저항력 프로파일이 결정될 수 있다.In
일 측면에 따르면, 미리 생성된 저항력 프로파일은 전체의 근체력 측정 싸이클에 대한 저항력의 궤적을 나타낼 수 있다. 전체의 근체력 측정 싸이클에 대한 저항력 프로파일에 기초하여 근체력 측정 싸이클의 현재 진행 정도에 대응하는 저항력이 결정될 수 있다. 근체력 측정 싸이클은 목표 움직임의 일련의 과정을 수치화한 것일 수 있다. 목표 움직임이 반복적으로 수행되는 경우, 근체력 측정 싸이클도 반복적으로 진행될 수 있다. 저항력 프로파일에 대한 일 예가 아래에서 도 10을 참조하여 상세히 설명된다.According to one aspect, the pre-generated resistance force profile may indicate a trajectory of the resistance force for the entire muscular strength measurement cycle. A resistance force corresponding to the current progress of the muscular strength measurement cycle may be determined based on the resistance force profile for the entire muscular strength measurement cycle. The muscular strength measurement cycle may be a numerical value of a series of target movements. When the target movement is repeatedly performed, the muscular strength measurement cycle may also be repeatedly performed. An example of a resistive force profile is described in detail below with reference to FIG. 10 .
일 실시 예에 따르면, 프로세서(142)는 하나 이상의 목표 움직임들 중 근체력을 측정하기 위한 목표 움직임을 결정할 수 있다. 예를 들어, 근체력 측정 모드의 진행 과정에 따라 다른 목표 움직임이 결정될 수 있다.According to an embodiment, the
일 실시 예에 따르면, 결정된 목표 움직임에 대한 정보가 사용자에게 제공될 수 있다. 목표 움직임에 대한 정보를 사용자에게 제공하는 방법에 대해, 아래에서 도 8 및 도 9를 참조하여 상세히 설명된다.According to an embodiment, information on the determined target movement may be provided to the user. A method of providing information on a target movement to a user will be described in detail below with reference to FIGS. 8 and 9 .
하나 이상의 목표 움직임들 중 제1 목표 움직임은 무릎 들기일 수 있다. 무릎 들기는 사용자가 두 발들을 지면에 접촉한 상태에서 똑바로 선 자세에서 시작하고, 허리를 숙이지 않고 다리를 뒤로 최대한 올린 후 다시 선 자세로 돌아가는 자세일 수 있다. 하나 이상의 목표 움직임들 중 제2 목표 움직임은 다리 뒤로 뻗기일 수 있다. 다리 뒤로 뻗기는 사용자가 벽을 손으로 짚은 상태에서 똑바로 선 자세에서 시작하고, 허리를 숙이지 않고 다리를 뒤로 최대한 올린 후 다시 선 자세로 돌아가는 자세일 수 있다.A first target movement of the one or more target movements may be a knee lift. The knee lifting may be a posture in which the user starts from a standing posture with both feet in contact with the ground, raises the leg as far back as possible without bending the waist, and then returns to the standing posture. A second target movement of the one or more target movements may be stretching behind the leg. The leg-back stretch may be a posture in which the user starts from a standing posture with his hand on the wall, raises his/her leg as far back as possible without bending his/her back, and then returns to the standing posture.
프로세서(142)는 사용자 단말로부터 수신한 저항 레벨(예: 제1 레벨, 제2 레벨, 제3 레벨 또는 제4 레벨)에 기초하여 복수의 저항력 프로파일들 중 타겟 저항력 프로파일을 결정할 수 있다. 예를 들어, 수신한 저항 레벨이 높을수록, 높은 저항력을 갖는 저항력 프로파일이 결정될 수 있다.The
예를 들어, 근체력을 측정하는 동안 사용자에게 동일한 저항력이 제공되어야 하는 경우, 근체력 측정 싸이클 전체에 대해 동일한 저항력이 나타나는 저항력 프로파일이 결정될 수 있다. 다른 예로, 근체력 측정 싸이클에 따라 변화하는 저항력이 제공되어야 하는 경우, 근체력 측정 싸이클의 진행 정도에 따라 저항력이 변화하는 저항력 프로파일이 결정될 수 있다. 근체력 측정 싸이클의 진행 정도는 시간 또는 사용자의 관절 각도(예를 들어, 관절 각도 세트)에 기초하여 결정될 수 있다.For example, when the same resistance force is to be provided to the user while measuring the muscular strength, a resistance profile in which the same resistance force is exhibited for the entire muscular strength measurement cycle may be determined. As another example, when the resistance force that changes according to the muscular strength measurement cycle is to be provided, the resistance force profile in which the resistance force changes according to the progress of the muscular strength measurement cycle may be determined. The progress of the muscular strength measurement cycle may be determined based on time or a user's joint angle (eg, a joint angle set).
동작 630에서, 프로세서(142)는 사용자에게 제공되는 저항력을 제어하기 위해 타겟 저항력 프로파일에 기초하여 모터 드라이버 회로(112)를 제어할 수 있다.In
일 실시 예에 따르면, 프로세서(142)는 타겟 저항력 프로파일에 기초하여 모터 드라이버 회로(112)를 폐 루프로 제어하는 시간과 모터 드라이버 회로(112)를 개 루프로 제어하는 시간 사이의 비율을 결정하고, 결정된 비율에 기초하여 모터 드라이버 회로(112)를 제어할 수 있다. 결정된 비율에 따라 사용자에게 제공되는 저항력이 달라질 수 있다. 아래에서, 도 11을 참조하여 모터 드라이버 회로(112)를 제어하는 방법에 대해 상세히 설명된다.According to an embodiment, the
예를 들어, 타겟 저항력 프로파일은 대응하는 수행 시간을 갖고, 프로세서(142)는 수행 시간 동안 모터 드라이버 회로(112)를 제어할 수 있다. 수행 시간은 목표 움직임에 대해 미리 설정된 타이머를 통해 제어될 수 있다.For example, the target resistive force profile may have a corresponding execution time, and the
동작 640에서, 프로세서(142)는 웨어러블 장치(100)에 의해 제공되는 저항력 하에서 수행되는 사용자의 움직임에 대한 상태 정보를 센서(120) 및/또는 IMU(130)를 통해 측정할 수 있다.In
일 실시 예에 따르면, 상태 정보는 센서부(120)에 의해 측정되는 하나 이상의 관절 토크, 관절 각도, 관절 각속도 및 관절 각가속도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 관절 각도는 제1 관절(예: 고관절, 슬관절 또는 발목 관절)의 제1 각도를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the state information may include at least one of one or more joint torque, joint angle, joint angular velocity, and joint angular acceleration measured by the
예를 들어, 웨어러블 장치(100)의 측면에서는, 목표 움직임이 무릎 들기인 경우 측정되는 고관절의 각도에 기초하여 해당 움직임이 수행되었는지 여부를 결정할 수 있다.For example, on the side of the
일 실시 예에 따르면, 웨어러블 장치(100)는 무릎 들기가 1회 수행된 경우, 사용자에게 피드백을 제공할 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 장치(100)는 웨어러블 장치(100)의 스피커(미도시)를 통해 사용자에게 청각적 피드백을 제공할 수 있다. 다른 예로, 웨어러블 장치(100)는 사용자 단말의 스피커를 통해 사용자에게 청각적 피드백을 제공할 수 있다. 또 다른 예로, 웨어러블 장치(100)는 사용자 단말의 디스플레이를 통해 사용자에게 시각적 피드백을 제공할 수 있다. 또 다른 예로, 웨어러블 장치(100)는 웨어러블 장치(100)의 진동자(미도시)를 통해 사용자에게 촉각적 피드백을 제공할 수 있다.According to an embodiment, the
사용자는 근체력을 측정하기 위해 타겟 저항력 프로파일의 타이머가 종료될 때까지 최대한 반복적으로 무릎 들기를 수행할 수 있다.In order to measure muscular strength, the user may perform knee lifting as repeatedly as possible until the timer of the target resistance profile expires.
다른 예로, 웨어러블 장치(100)의 측면에서는, 목표 움직임이 다리 뒤로 뻗기인 경우 측정되는 고관절의 각도에 기초하여 해당 움직임이 수행되었는지 여부를 결정할 수 있다. 웨어러블 장치(100)는 다리 뒤로 뻗기가 1회 수행된 경우, 사용자에게 청각적 피드백을 제공할 수 있다. 사용자는 근체력을 측정하기 위해 타겟 저항력 프로파일의 타이머가 종료될 때까지 최대한 반복적으로 다리 뒤로 뻗기를 수행할 수 있다.As another example, the side of the
다른 일 실시 예에 따르면, 상태 정보는 IMU(130)에 의해 측정되는 가속도 정보 및 자세 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.According to another embodiment, the state information may include at least one of acceleration information and posture information measured by the
일 실시 예에 따르면, 타겟 저항력 프로파일의 수행 시간에 대한 타이머가 진행되는 동안 사용자의 움직임에 대한 상태 정보가 센서부(120) 및/또는 IMU(130)에 의해 측정될 수 있다. 타이머가 만료된 경우, 상태 정보의 측정도 중지될 수 있다.According to an embodiment, while the timer for the execution time of the target resistance profile is running, the state information on the user's movement may be measured by the
동작 650에서, 프로세서(142)는 상태 정보에 기초하여 사용자의 근체력을 계산할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(142)는 상태 정보에 기초하여 미리 설정된 복수의 지표들을 수치적으로 계산할 수 있고, 계산된 복수의 지표들에 기초하여 사용자의 근체력을 계산할 수 있다.In
일 실시 예에 따르면, 근체력은 미리 정의된 수학식을 이용하여 점수화될 수 있다. 근체력을 계산하는 방법에 대해, 아래에서 도 17 내지 도 19를 참조하여 상세히 설명된다.According to an embodiment, the muscular strength may be scored using a predefined equation. A method of calculating muscular strength will be described in detail below with reference to FIGS. 17 to 19 .
동작 660에서, 프로세서(142)는 근체력에 대한 정보를 출력할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(142)는 통신 모듈(152)을 통해 근체력에 대한 정보를 사용자 단말로 전송할 수 있다. 다른 예로, 프로세서(142)는 웨어러블 장치(100)의 디스플레이(미도시)를 통해 근체력에 대한 정보를 출력할 수 있다. 사용자는 사용자 단말 또는 웨어러블 장치(100)의 디스플레이에 출력된 근체력에 대한 정보를 확인할 수 있다.In
도 7은 일 실시 예에 따른 근체력 측정 모드를 활성화하는 방법의 흐름도이다.7 is a flowchart of a method of activating a muscle strength measurement mode according to an exemplary embodiment.
일 실시 예에 따르면, 도 6을 참조하여 전술된 동작 610이 수행되기 전에 아래의 동작 710이 수행될 수 있다.According to an embodiment, the following
동작 710에서, 프로세서(142)는 사용자로부터 근체력 측정 모드의 활성화에 대한 명령을 수신할 수 있다.In
일 실시 예에 따르면, 사용자는 웨어러블 장치(100)와 무선 네트워크로 연결된 사용자 단말(예: 도 2의 전자 장치(200))을 통해 근체력 측정 모드의 활성화 명령을 웨어러블 장치(100)로 전송할 수 있다. 웨어러블 장치(100)는 통신 모듈(152)을 통해 근체력 측정 동작 모드를 수신할 수 있다. 무선 네트워크는 셀룰러 네트워크, 블루투스 네트워크 및 와이-파이 네트워크 등을 포함할 수 있고, 기재된 실시예로 한정되지 않는다.According to an embodiment, the user may transmit an activation command of the muscular strength measurement mode to the
다른 일 실시 예에 따르면, 사용자는 웨어러블 장치(100)의 입력 인터페이스(146)을 통해 근체력 측정 모드의 활성화 명령을 입력할 수 있다. 예를 들어, 입력 인터페이스(146)는 사용자의 입력을 수신하기 위한 물리적 버튼 및 터치 패널에 기초하여 형성되는 소프트웨어 버튼 등을 포함할 수 있고, 웨어러블 장치(100)의 상태 등을 출력하는 디스플레이(미도시) 및 인디케이터(indicator)(미도시)를 포함할 수 있다. 인디케이터는 LED(light emitting diode)일 수 있으나 기재된 실시예로 한정되지 않는다.According to another embodiment, the user may input an activation command of the muscular strength measurement mode through the
예를 들어, 웨어러블 장치(100)를 제어할 수 있는 복수의 동작 모드들이 프로그램의 형태로 웨어러블 장치(100)에 미리 저장되어 있을 수 있다.For example, a plurality of operation modes capable of controlling the
일 실시 예에 따르면, 사용자 단말에는 근체력 측정을 위한 어플리케이션 또는 웨어러블 장치(100)를 제어하기 위한 어플리케이션이 미리 설치(또는, 저장)되어 있고, 어플리케이션에 기초하여 사용자 단말이 동작할 수 있다.According to an embodiment, an application for measuring muscular strength or an application for controlling the
전술된 동작 610에서, 프로세서(142)는 사용자 단말로부터 근체력 측정 모드의 활성화 명령이 수신된 경우, 근체력 측정 모드를 활성화할 수 있다.In
도 8은 일 실시 예에 따른 목표 움직임에 대한 가이드 정보를 사용자 단말로 전송하는 방법의 흐름도이다.8 is a flowchart of a method of transmitting guide information on a target movement to a user terminal according to an embodiment.
일 실시 예에 따르면, 도 6를 참조하여 전술된 동작 610이 수행되고, 동작 620이 수행되기 전에 아래의 동작 810이 수행될 수 있다.According to an embodiment,
동작 810에서, 프로세서(142)는 목표 움직임에 대한 가이드 정보를 사용자 단말로 전송할 수 있다. 사용자 단말은 가이드 정보에 기초하여 사용자 단말에서 가이드 동영상을 출력할 수 있다. 예를 들어, 가이드 정보는 가이드 동영상 이거나, 또는 가이드 동영상을 나타내는 정보일 수 있다. 가이드 동영상의 일 예에 대해 아래에서 도 9를 참조하여 상세히 설명된다.In
일 실시 예에 따르면, 가이드 동영상은 근체력을 측정하기 위해 사용자가 수행해야할 하나 이상의 움직임들(즉, 목표 움직임으로 근체력을 측정하는 프로토콜)에 대한 것일 수 있다. 사용자는 가이드 동영상을 통해 측정 프로토콜(measurement protocol)을 이해하고, 움직임을 따라할 수 있다. 사용자 단말은 저장된 가이드 동영상을 출력하거나, 서버에 저장된 가이드 동영상을 스트리밍할 수 있다.According to an embodiment, the guide video may be about one or more movements to be performed by the user in order to measure muscular strength (ie, a protocol for measuring muscular strength as a target movement). The user may understand the measurement protocol through the guide video and follow the movement. The user terminal may output the stored guide video or stream the guide video stored in the server.
가이드 동영상을 시청한 사용자는 근체력을 측정하기 위한 움직임들을 미리 숙지할 수 있다.A user who has watched the guide video may be familiar with the movements for measuring muscular strength in advance.
도 9는 일 예에 따른 사용자 단말에 출력되는 가이드 동영상을 도시한다.9 illustrates a guide video output to a user terminal according to an example.
사용자 단말(900)(예: 도 2의 전자 장치(200))은 웨어러블 장치(100)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 사용자 단말(900)은 웨어러블 장치(100)를 제어하는 전용 단말일 수 있다. 다른 예로, 사용자 단말(900)은 웨어러블 장치(100)를 제어하는 어플리케이션이 설치된 단말일 수 있다.The user terminal 900 (eg, the electronic device 200 of FIG. 2 ) may control the
사용자가 웨어러블 장치(100)를 통해 근체력을 측정하고자 하는 경우, 사용자 단말(900)은 가이드 정보에 기초하여 가이드 영상(910)을 디스플레이를 통해 출력할 수 있다.When a user intends to measure muscular strength through the
일 실시 예에 따르면, 사용자가 사용자 단말(900)을 통해 근체력 측정 모드의 활성화 명령을 입력한 경우, 미리 설정된 가이드 영상이 출력될 수 있다. 예를 들어, 근체력 측정 모드가 특정 움직임을 요구하는 경우, 특정 움직임을 가이드하기 위한 가이드 영상이 출력될 수 있다. 사용자는 가이드 영상을 통해 근체력의 측정이 수행되는 동안 수행해야하는 움직임을 미리 확인할 수 있다.According to an embodiment, when the user inputs an activation command of the muscular strength measurement mode through the
도 10은 일 예에 따른 저항력 프로파일들을 도시한다.10 shows resistive force profiles according to an example.
일 실시 예에 따르면, 저항력 프로파일은 전체의 근체력 측정 싸이클에 대한 저항력의 궤적을 나타낼 수 있다.According to an embodiment, the resistance force profile may indicate a trajectory of the resistance force for the entire muscular strength measurement cycle.
일 실시 예에 따르면, 목표 움직임 및 저항 레벨에 따라 하나 이상의 저항력 프로파일들(1010, 1020, 1030, 1040)이 미리 설정될 수 있다. 예를 들어, 제1 움직임에 대해 저항력 프로파일들(1010, 1020)가 설정될 수 있다. 저항력 프로파일들(1010, 1020) 각각은 저항 레벨에 따라 서로 다른 토크를 출력할 수 있다. 저항력 프로파일들(1030, 1040)은 제2 움직임에 대한 저항력 프로파일들일 수 있다. 양의 토크 값과 음의 토크 값은 출력되는 토크의 방향이 반대인 것을 의미한다.According to an embodiment, one or more
동일한 움직임에 대해 저항 레벨에 따라 복수의 프로파일들이 설정되는 실시예들이 도시되었으나, 실시예에 따라 움직임에 대해 하나의 프로파일이 설정될 수 있다.Although the embodiments in which a plurality of profiles are set according to the resistance level for the same movement have been shown, one profile may be set for the movement according to embodiments.
도시된 저항력 프로파일들(1010, 1020, 1030, 1040)은 근체력을 측정하는 동안 사용자에게 동일한 저항력이 제공되어야 하는 실시 예에 대한 저항력 프로파일일 수 있고, 저항력 프로파일이 도시된 실시예로 한정되지 않는다. 예를 들어, 근체력 측정 싸이클의 정도에 따라 저항력이 변화하는 저항력 프로파일이 미리 설정될 수 있다.The illustrated
일 실시 예에 따르면, 프로세서(142)는 근체력 측정 싸이클의 현재 진행 정도(예: 50%)에 대응하는 저항력(예: 1011, 1021, 1031 또는 1041)을 결정하고, 모터 드라이버 회로(112) 및 모터(114)를 제어함으로써 저항력을 사용자에게 제공할 수 있다.According to an embodiment, the
도 11은 일 예에 따른 저항력 프로파일에 기초하여 모터 드라이버 회로를 제어하는 방법의 흐름도이다.11 is a flowchart of a method of controlling a motor driver circuit based on a resistive force profile according to an example.
일 실시 예에 따르면, 도 6을 참조하여 전술된 동작 630은 아래의 동작들 1110 및 1120을 포함할 수 있다.According to an embodiment,
동작 1110에서, 프로세서(142)는 타겟 저항력 프로파일에 기초하여 모터 드라이버 회로(112)를 폐 루프로 제어하는 시간과 모터 드라이버 회로(112)를 개 루프로 제어하는 시간 사이의 비율을 결정할 수 있다. 모터 드라이버 회로(112)가 폐 루프로 제어되는 시간 및 개 루프로 제어되는 시간 사이의 비율은 연결 비율로 명명될 수 있다. 예를 들어, 저항 레벨에 대응하는 모터 드라이버 회로(112)의 연결 비율이 결정될 수 있다. 모터 드라이버 회로(112)의 연결 비율은 배터리(150)로부터 모터(114)로 에너지가 제공되지 않도록 제어된 상태에서 모터 드라이버 회로(112)가 폐 루프(즉, 제1 제어 상태) 또는 개 루프(즉, 제2 제어 상태)로 제어되는 비율을 의미한다. 예를 들어, 폐 루프 상태를 기준으로, 회로 연결 비율이 0.5인 것은 미리 설정된 기간(period) 내에서 폐 루프 상태가 50%이고, 개 루프 상태가 50%로 제어되는 것을 의미할 수 있다. 회로 연결 비율은 저항력이 변화하는 경우 동적으로 조절될 수 있다.In
예를 들어, 연결 비율은 PWM(pulse width modulation)을 이용하여 구현될 수 있으나, 기재된 실시예로 한정되지 않으며 모터 드라이버 회로(112)의 연결 상태를 조절할 수 있는 다양한 방법들이 적용될 수 있다. 연결 비율을 제어하기 위해 PWM이 이용되는 경우, 동작 1110에서 결정된 연결 비율은 특정한 듀티 비(duty ratio)를 갖는 PWM으로 나타날 수 있다. 특정한 듀티 비를 갖는 PWM은 PWM에 의해 원하는 저항력이 사용자에게 제공될 수 있도록 미리 설정되어 있을 수 있다. 듀티 비에 대해 아래에서 도 14를 참조하여 상세히 설명된다.For example, the connection ratio may be implemented using pulse width modulation (PWM), but is not limited to the described embodiment and various methods for controlling the connection state of the
동작 1120에서, 프로세서(142)는 결정된 비율에 기초하여 모터 드라이버 회로(112)를 통해 모터(114)를 제어할 수 있다.In
일 실시 예에 따르면, 특정한 듀티 비를 갖는 PWM에 의해 모터 드라이버 회로(112)가 폐 루프(제1 제어 상태) 또는 개 루프(제2 제어 상태)로 제어될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(142)는 PWM을 이용하여 모터 드라이버 회로(112) 내의 스위치들의 동작을 제어함으로써 모터 드라이버 회로(112)를 폐 루프 또는 개 루프로 제어할 수 있다. 모터 드라이버 회로(112) 내의 스위치들의 동작을 제어함으로써 모터 드라이버 회로(112)를 폐 루프 또는 개 루프로 제어하는 방법에 대해, 아래에서 도 12 내지 도 15를 참조하여 상세히 설명된다.According to an embodiment, the
모터 드라이버 회로(112)가 폐 루프인 경우, 동적 제동(dynamic braking)에 의해 모터(114)의 역 구동성이 낮아진다. 역 구동성이 낮아질수록 사용자가 느끼는 저항력은 증가한다. 반면에, 모터 드라이버 회로(112)가 개 루프인 경우, 모터(114)의 역 구동성은 높아지고, 기어 비에 의한 마찰력만이 사용자에게 저항력으로 느껴진다.When the
모터 드라이버 회로(112)의 개-폐 상태의 비율을 연결 비율에 기초하여 조정함으로써 원하는 역 구동성이 달성될 수 있다. 예를 들어, 사용자에게 제공되는 저항력은 PWM의 균일하고, 반복적인 시간 구간 내에서 모터 드라이버 회로(112)가 폐 루프 또는 개 루프로 제어되는 비율에 의해 조절될 수 있고, 모터 드라이버 회로(112)가 폐 루프로 제어되는 시간의 비율이 높을수록 저항력이 증가할 수 있다.Desired reverse drivability can be achieved by adjusting the ratio of the open-closed state of the
도 12 내지 도 15는 일 예에 따른 웨어러블 장치의 모터 드라이버 회로를 설명하기 위한 도면이다.12 to 15 are diagrams for explaining a motor driver circuit of a wearable device according to an example.
도 12에 도시된 모터 드라이버 회로(112)는 H 브릿지 회로이고, 복수의 스위치들(1210 내지 1240)을 포함한다. 모터 드라이버 회로(112)는 모터(114)와 연결된다.The
프로세서(142)의 제어 하에 제1 스위치(1210)와 제4 스위치(1240)가 닫히고, 제2 스위치(1220)와 제3 스위치(1230)가 개방되는 경우 배터리(150)를 포함하는 폐 루프가 형성되므로, 배터리(150)에서 모터(114)로 전력이 공급될 수 있다. 모터(114)는 제1 방향으로 회전한다.When the
위와는 반대로, 프로세서(142)의 제어 하에 제2 스위치(1220)와 제3 스위치(1230)가 닫히고, 제1 스위치(1210)와 제4 스위치(1240)가 개방되는 경우에도 배터리(150)를 포함하는 폐 루프가 형성되므로, 배터리(150)에서 모터(114)로 전력이 공급될 수 있다. 다만, 모터(114)는 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 회전한다.Contrary to the above, even when the
도 13은 배터리(150)를 포함하는 폐 루프가 형성되도록 모터 드라이버 회로(112)가 제어된 경우를 나타내며, 배터리(150)는 모터(114)에 전력을 공급한다. 모터(114)는 도 12의 설명에서와 같이 전류의 방향에 대응하도록 회전한다. 예를 들어, 프로세서(142)는 웨어러블 장치(100)의 동작 모드가 보조 모드로 동작하는 경우, 배터리(150)를 포함하는 폐 루프가 형성되도록 모터 드라이버 회로(112)를 제어할 수 있다. 다른 예로, 웨어러블 장치(100)의 동작 모드가 근체력 측정 모드로 동작하는 경우에도, 모터(114)를 통한 토크가 출력될 필요가 있는 경우에는 배터리(150)를 포함하는 폐 루프가 형성되도록 모터 드라이버 회로(112)를 제어할 수 있다.13 shows a case in which the
도 12 및 도 13을 참조하여 설명된 배터리(150)를 포함하는 폐 루프가 형성되도록 모터 드라이버 회로(112)를 제어하는 방법과는 다르게, 도 14 및 도 15를 참조하여 배터리(150)를 포함하지 않도록 모터 드라이버 회로(112)가 제어되는 방법이 설명된다. 도 14 및 도 15에 따른 모터 드라이버 회로(112)의 제어 방법은 웨어러블 장치(100)의 동작 모드가 근체력 측정 모드인 경우에 사용될 수 있다.Unlike the method of controlling the
도 14를 참조하면, 프로세서(142)는 제1 스위치(1210)와 제2 스위치(1220)를 개방함으로써 배터리(150)와 모터(114) 사이의 전기적 연결을 차단한다. 근체력 측정 모드에서 제1 스위치(1210)와 제2 스위치(1220)는 개방 상태를 유지한다. 근체력 측정 모드에서는 모터(114)와 연결된 제3 스위치(1230) 및 제4 스위치(1240)를 포함하는 하단 드라이버 회로만이 제어될 수 있다.Referring to FIG. 14 , the
프로세서(142)는 모터 드라이버 회로(112)의 제어 상태가 제1 제어 상태와 제2 제어 상태 사이에서 변환하도록 제3 스위치(1230)에 제어 신호 1을 인가할 수 있고, 제4 스위치(1240)에 제어 신호 2를 인가할 수 있다. 제어 신호 1 및 2는 High 값과 Low 값이 반복되는 PWM 형태로, 듀티 비를 가질 수 있다. 듀티 비는 연결 비율을 의미할 수 있다. 듀티 비는 한 주기(period)가 T이고, 한 주기 내에서 High 값이 유지되는 시간이 tH인 경우, tH/T이다. 프로세서(142)가 별개의 제어 신호 1 및 2를 출력하는 실시예에 대해 설명하였으나, 이는 예시적인 사항일 뿐이다. 다른 일례로, 프로세서(142)는 하나의 제어 신호를 출력할 수 있고, 출력된 제어 신호는 별도의 회로에 의해 분기될 수 있으며, 분기된 각 제어 신호는 제3 스위치(1230) 및 제4 스위치(1240) 각각에 인가될 수 있다.The
제어 신호 1 및 2가 High 값일 때 모터(114)의 +단자와 -단자는 서로 연결되어 등전위 상태이다. 다시 말해, 제1 제어 상태에서 모터(114)의 +단자와 -단자는 서로 전기적으로 연결되어 동일한 전위(또는 전압)를 갖는다.When the control signals 1 and 2 have a high value, the + terminal and the - terminal of the
제1 제어 상태에서 모터(114)는 배터리(150)와 전기적 연결 없이 그라운드와 폐 루프를 형성할 수 있으므로, 제1 제어 상태는 배터리(150)와 전기적 연결이 없는 모터(114)의 폐 루프 상태로 달리 표현될 수 있다.In the first control state, the
제1 제어 상태에서 사용자가 움직이면 사용자의 관절의 움직임에 의해 웨어러블 장치(100)의 기구부(예: 도 22의 20R, 20L, 30R, 30L, 40R, 또는 40L)가 해당 관절 부근에 위치한 모터(114)를 회전시킬 수 있고, 이러한 회전에 의해 모터(114)에는 기전력(또는 전위차)이 발생한다. 제1 제어 상태에서 모터(114)의 단자들은 등전위 상태에 있어, 모터(114)에는 발생된 기전력을 줄이고자 회전 저항이 발생할 수 있다. 이러한 회전 저항이 사용자에게 저항력으로 제공될 수 있다.When the user moves in the first control state, the mechanical part (eg, 20R, 20L, 30R, 30L, 40R, or 40L in FIG. 22 ) of the
제어 신호 1 및 2가 Low 값일 때 모터(114)의 +단자와 -단자는 전기적으로 개방된다. 제2 제어 상태에서 모터(114)에 대한 전기적인 연결이 없으므로, 제2 제어 상태는 모터(114)의 개 루프 상태로 달리 표현될 수 있다.When the control signals 1 and 2 are low values, the + and - terminals of the
제2 제어 상태에서 사용자가 움직이면 사용자의 움직임에 의해 모터(114)가 회전하게 된다. 제2 제어 상태에서 모터(114)의 +단자와 -단자는 전기적으로 개방되어 있으므로 모터(114)에는 상술한 기전력이 발생하지 않고, 저항력이 출력되지 않는다. 다시 말하자면, 모터(114)의 역 구동성은 높아지고, 기어 비에 의한 마찰력만이 사용자에게 저항력으로 느껴진다.When the user moves in the second control state, the
PWM 신호에 따라 제어 신호 1 및 2는 High 값과 Low 값이 반복되므로, 모터 드라이버 회로(112)의 제어 상태는 제1 제어 상태와 제2 제어 상태 사이에서 반복적으로 스위칭될 수 있다.Since the high and low values of the control signals 1 and 2 are repeated according to the PWM signal, the control state of the
프로세서(142)는 제어 신호 1 및 2 각각의 듀티 비를 제어하여 저항력의 크기를 조절할 수 있다. 제어 신호 1 및 2의 각 주기에서 High 값이 유지되는 시간이 증가하면(다시 말하자면, low 값이 유지되는 시간이 감소), 제어 신호 1 및 2의 각 주기에서 모터(114)는 제2 제어 상태보다 제1 제어 상태로 동작하는 비중이 높아져서 사용자에게 출력되는 저항력의 세기가 증가한다. 반대로, 제어 신호 1 및 2의 각 주기에서 High 값이 유지되는 시간이 감소하면(다시 말하자면, low 값이 유지되는 시간이 증가), 제어 신호 1 및 2의 각 주기에서 모터(114)는 제1 제어 상태보다 제2 제어 상태로 동작하는 비중이 높아져서 사용자에게 출력되는 저항력의 세기가 감소한다.The
웨어러블 장치(100)는 운동 모드에서 모터(114)로 배터리(150)의 전력을 공급하지 않고 저항력을 출력할 수 있어, 배터리(150)의 전력을 덜 소모하고 웨어러블 장치(100)의 사용 시간을 향상시킬 수 있다. 또한, 모터(114)에 배터리(150)의 전력이 공급되면 모터(114)가 오동작할 수 있으나, 근체력 측정 모드에서는 모터(114)로 배터리(150)의 전력이 공급되지 않으므로 모터(114)의 오동작 가능성이 차단되고, 웨어러블 장치(100)의 안전성이 보다 향상될 수 있다.The
도 15는 배터리(150)를 포함하지 않도록 모터 드라이버 회로(112)가 제어된 경우를 나타내며, 배터리(150)는 모터(114)와 전기적으로 차단된다. 모터(114)는 모터 드라이버 회로(112)의 연결 상태에 따라 외부의 힘에 의해 기전력을 발생시키거나(연결 상태가 폐 루프인 경우), 기전력을 발생시키지 않는다(연결 상태가 개 루프인 경우). 15 shows a case in which the
도 16은 일 예에 따른 근체력을 측정하는 동안 사용자 단말에 출력되는 화면을 도시한다.16 illustrates a screen output to a user terminal while measuring muscular strength according to an example.
일 실시 예에 따르면, 사용자가 웨어러블 장치(100)를 통해 근체력을 측정하는 동안, 진행되는 근체력 측정 세션(session)에 대한 정보가 사용자 단말(900)을 통해 출력될 수 있다.According to an embodiment, while the user measures muscular strength through the
예를 들어, 사용자 단말(900)에 출력되는 정보는 사용자 단말(900)의 카메라를 통해 촬영되는 사용자 영상(1610)을 포함할 수 있다. 사용자는 사용자 영상(1610)을 통해 사용자가 취하고 있는 자세를 볼 수 있다. 즉, 사용자 영상(1610)을 통해 사용자의 자세가 피드백될 수 있다.For example, the information output to the
예를 들어, 사용자 단말(900)에 출력되는 정보는 가이드 영상(1620)을 포함할 수 있다. 출력되는 가이드 영상(1620)의 진행 정도는 근체력 측정 세션의 진행 정도에 대응할 수 있다. 사용자는 가이드 영상(1620)을 참고하여 자신의 자세를 교정할 수 있다.For example, information output to the
예를 들어, 사용자 단말(900)에 출력되는 정보는 근체력 측정 세션의 진행 정도에 대한 정보(1630)를 포함할 수 있다. 웨어러블 장치(100)의 프로세서(114)는 통신 모듈(152)을 통해 사용자 단말(900)로 타겟 저항력 프로파일(또는, 근체력 측정 싸이클)의 진행 정도를 전송하고, 사용자 단말(900)은 수신한 정보를 사용자에게 출력할 수 있다. 예를 들어, 진행 정도에 대한 정보(1630)는 움직임의 명칭(예: DB ALT. CURL), 움직임의 반복 횟수(예: 12 REPS) 및 제공되는 저항력의 크기(예: 17.5 LBS) 등을 포함할 수 있다.For example, the information output to the
도 17은 일 예에 따른 복수의 지표들에 기초하여 근체력을 계산하는 방법의 흐름도이다.17 is a flowchart of a method of calculating muscular strength based on a plurality of indices according to an example.
일 실시 예에 따르면, 도 6을 참조하여 전술된 동작 650은 아래의 동작들 1710 및 1720을 포함할 수 있다.According to an embodiment,
동작 1710에서, 프로세서(142)는 사용자의 움직임에 대해 측정된 상태 정보에 기초하여 미리 설정된 복수의 지표들을 계산할 수 있다. 복수의 지표들은 피크 토크(PT), 일(W), 근파워(MP), 근지구력(ME), 토크 가속 에너지(TAE), 가속 시간(AT), 및 가동 범위(RoM) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 복수의 지표들로서 피크 토크(PT), 일(W), 근파워(MP), 근지구력(ME), 토크 가속 에너지(TAE), 가속 시간(AT), 및 가동 범위(RoM)가 예시되었으나, 근체력을 계산하기 위해 반드시 피크 토크(PT), 일(W), 근파워(MP), 근지구력(ME), 토크 가속 에너지(TAE), 가속 시간(AT), 및 가동 범위(RoM) 모두가 계산되어야하는 것은 아니다. 예를 들어, 피크 토크(PT), 일(W), 근파워(MP), 근지구력(ME), 토크 가속 에너지(TAE), 가속 시간(AT), 및 가동 범위(RoM) 중 두 개 이상의 조합이 근체력을 계산하기 위해 이용될 수 있다.In
피크 토크(PT)는 움직임 동안 가장 높은 토크를 의미하고, 피크 토크가 높을수록 근력(muscular strength)이 높다. The peak torque PT means the highest torque during movement, and the higher the peak torque, the higher the muscular strength.
일(W)은 토크의 궤적을 적분한 값(즉, 면적)을 의미하고, 일(W)이 높을수록 근일(muscular work)이 높다.Work (W) means a value (ie, area) integrated with the trajectory of the torque, and the higher the work (W), the higher the muscle work.
근파워(MP)는 측정 시간 중 실제 수축 시간(actual contraction time) 대비 전체 일의 값을 의미한다.Muscle power (MP) means the value of the total work compared to the actual contraction time during the measurement time.
근지구력(ME)은 측정 시간 동안 수행된 반복 횟수를 의미하고, 저항력을 견디고 얼마나 많은 횟수를 반복하였는지를 나타낸다.Muscular endurance (ME) means the number of repetitions performed during the measurement time, and indicates how many times the resistance force was endured and repeated.
토크 가속 에너지(TAE)는 토크 생성의 첫 125ms 동안 수행된 최대 일(W)을 의미하고, 토크 가속 에너지(TAE)가 높을수록 순발력이 높다.The torque acceleration energy (TAE) means the maximum work (W) performed during the first 125 ms of torque generation, and the higher the torque acceleration energy (TAE), the higher the reflex.
가속 시간(AT)은 피크 토크(PT)에 도달하기 까지의 시간을 의미하고, 가속 시간(AT)이 낮을수록 순발력이 높다.The acceleration time AT means the time until the peak torque PT is reached, and the lower the acceleration time AT, the higher the reflex power.
가동 범위(RoM)는 측정되는 각도의 최대 값을 의미하고, 가동 범위(RoM)가 높을수록 유연성이 높다.The movable range (RoM) means the maximum value of the measured angle, and the higher the movable range (RoM), the higher the flexibility.
복수의 지표들을 계산하는 방법에 대해, 아래에서 도 18 및 도 19를 참조하여 상세히 설명된다.A method of calculating the plurality of indicators will be described in detail below with reference to FIGS. 18 and 19 .
동작 1720에서, 프로세서(142)는 복수의 지표들에 기초하여 사용자의 근체력을 계산할 수 있다. 예를 들어, 근체력이 아래의 [수학식 2]을 이용하여 수치화될 수 있다.In
[수학식 2][Equation 2]
[수학식 2]에서, ResistLevel은 저항 레벨이고, MaxResistLevel은 최대 저항 레벨이고, PT는 피크 토크이고, W는 일이고, MP는 근파워이고, ME는 근지구력이고, METhreshold는 근지구력 임계 값이고, TAE는 토크 가속 에너지, AT는 가속 시간이고, timeThreshold는 가속 시간의 임계 값이고, ROM은 가동 범위이고, ROMThreshold는 가동 범위 임계 값이고, a, b, c, d, e, f, g, h는 각각에 대한 상수일 수 있다.In [Equation 2], ResistLevel is resistance level, MaxResistLevel is maximum resistance level, PT is peak torque, W is work, MP is muscle power, ME is muscular endurance, METhreshold is muscular endurance threshold, TAE is the torque acceleration energy, AT is the acceleration time, timeThreshold is the threshold of the acceleration time, ROM is the movable range, ROMThreshold is the movable range threshold, a, b, c, d, e, f, g, h may be a constant for each.
복수의 지표들에 기초하여 사용자의 근체력을 계산하는 일 예에 대해, 아래에서 도 19를 참조하여 상세히 설명된다.An example of calculating a user's muscular strength based on a plurality of indicators will be described in detail below with reference to FIG. 19 .
도 18은 일 예에 따른 복수의 지표들을 계산하는 방법의 흐름도이다.18 is a flowchart of a method of calculating a plurality of indicators according to an example.
일 실시 예에 따르면, 도 6을 참조하여 전술된 동작 650은 아래의 동작들 1810 내지 1858을 포함할 수 있다.According to an embodiment,
동작 1810에서, 프로세서(142)는 상태 정보에 기초하여 움직임 동안의 반복 횟수들을 검출할 수 있다. 예를 들어, 움직임이 반복적인 무릎 들기인 경우, 고관절 각도에 기초하여 움직임을 각각의 무릎 들기의 횟수로 나눌 수 있다. 예를 들어, 움직임이 1회차 무릎 들기 내지 N회차 무릎 들기로 구분될 수 있다.In
동작 1820에서, 프로세서(142)는 검출된 반복 횟수들에 기초하여 근지구력(ME)을 결정할 수 있다. 예를 들어, 반복 횟수가 근지구력(ME)으로 결정될 수 있다.In
동작 1830에서, 프로세서(142)는 각각의 반복(Repi)에 대한 최대 토크(τi,Max) 및 최대 토크(τi,Max)의 타임 스탬프(ti,Max)를 결정할 수 있다. 예를 들어, 각각의 반복에 대해 측정된 관절 각도 및 관절 각속도와 같은 상태 정보에 기초하여 각각의 반복에 대한 최대 토크가 계산될 수 있고, 최대 토크가 발생한 시점에 대응하는 타임 스탬프가 최대 토크의 타임 스탬프로 결정될 수 있다. 상태 정보의 각각은 상태 정보가 생성된 시각에 대한 타임 스탬프를 포함할 수 있다.In
동작 1832에서, 프로세서(142)는 최대 토크들 중 가장 큰 값을 갖는 최대 토크를 피크 토크(τPeak)로서 결정할 수 있다.In
동작 1834에서, 프로세서(142)는 피크 토크(τPeak)에 대한 가속 시간(AT)(tPeak)을 결정할 수 있다. 가속 시간(AT)은 피크 토크(PT)에 도달하기 까지의 시간을 의미할 수 있고, 피크 토크의 타임 스탬프에 기초하여 결정될 수 있다.In
동작 1840에서, 프로세서(142)는 각각의 반복(Repi)에 대한 후보 가동 범위(RoMi)를 계산할 수 있다. 예를 들어, 각각의 반복(Repi)의 최소 관절 각도(JPi,min) 및 최대 관절 각도(JPi,Max) 간의 차이가 후보 가동 범위(RoMi)로 계산될 수 있다.In
동작 1842에서, 프로세서(142)는 후보 가동 범위들(RoMi) 중 최대인 가동 범위를 결정될 수 있다.In
동작 1850에서, 프로세서(142)는 각각의 반복(Repi)에 대한 토크 생성 구간(torque production region)(Regioni)을 결정할 수 있다. 토크 생성 구간은 반복의 시작 시각(ti,0)으로부터 최대 관절 각도(JPi,Max)에 도달한 시각(ti,MaxJP) 간의 차이로 계산될 수 있다. 즉, 토크 생성 구간은 반복의 시작 시각(ti,0)으로부터 사용자가 더 이상 토크를 발생시키지 않는 시각(ti,MaxJP) 까지의 구간으로 정의될 수 있다.In
동작 1852에서, 프로세서(142)는 최대 토크 가속 에너지(TAE)를 계산할 수 있다. 예를 들어, 토크 가속 에너지(TAE)는 각각의 토크 생성 구간(Regioni)의 미리 설정된 초기 시간(예: 초기 125ms)에 대한 토크의 면적을 각 변위(angular displacement)로 나눈 값으로 계산될 수 있다. 각 변위는 관절이 회전한 각도일 수 있다. 다시 말하자면, 토크 가속 에너지(TAE)는 각각의 토크 생성 구간(Regioni)의 초기 시간(예: 초기 125ms) 내에서 수행된 일(WRegioni)들 중 최대 값일 수 있다. 개시된 실시 예는 토크 생성 구간에 대해 초기 125ms를 예시하였으나, 초기 시간은 변경될 수 있다.In
동작 1854에서, 프로세서(142)는 각각의 반복(Repi)에 대한 부분 일(Wi)을 계산할 수 있다. 예를 들어, 부분 일(Wi)은 토크 생성 구간(Regioni)에 대한 토크의 면적을 각 변위로 나눈 값으로 계산될 수 있다.In
동작 1856에서, 프로세서(142)는 일(W)을 계산할 수 있다. 예를 들어, 일(W)은 부분 일(Wi)들의 합으로 계산될 수 있다.In
동작 1858에서, 프로세서(142)는 근파워(MP)를 계산할 수 있다. 예를 들어, 근파워(MP)는 일(W)을 실제 수축 시간으로 나눔으로써 계산될 수 있다. 실제 수축 시간은 토크 생성 구간(Regioni)에 대한 시간들의 합으로 계산될 수 있다.In
도 19는 일 예에 따른 센싱된 관절 각도 및 관절 각도에 기초하여 계산된 토크를 도시한다.19 illustrates a sensed joint angle and a torque calculated based on the joint angle according to an example.
일 실시 예에 따르면, 웨어러블 장치(100)는 상태 정보로서 관절 각도(joint angle)가 측정될 수 있다. 상태 정보는 웨어러블 장치(100)가 출력하는 일정한 저항력(예: -4.0인 게인) 하에서 사용자의 움직임을 웨어러블 장치(100)의 센서부(120)가 센싱함으로써 생성될 수 있다. 상태 정보가 관절 각도인 경우, 관절 각도 궤적(1910)에 기초하여 사용자가 발생시키는 관절 토크 궤적(1920)이 계산될 수 있다. 웨어러블 장치(100)는 관절 각도 궤적(1910) 및 관절 토크 궤적(1920)에 기초하여 복수의 지표들을 계산할 수 있다. 예들 들어, 도 18을 참조하여 전술된 동작들 1810 내지 1858을 통해 복수의 지표들이 계산될 수 있다.According to an embodiment, the
도 20은 일 실시 예에 따른 동작 모드가 보조 모드인 경우, 사용자에게 보조력을 제공하는 방법의 흐름도이다.20 is a flowchart of a method of providing assistance to a user when an operation mode is an assistance mode, according to an embodiment.
일 측면에 따르면, 아래의 동작들 2010 내지 2040은 전술된 웨어러블 장치(100)에 의해 수행된다. 도 1에 도시된 웨어러블 장치(100)는 사용자의 하반신에 착용되는 것으로 설명되었으나, 개시된 내용으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 웨어러블 장치는 사용자의 상반신에 착용될 수 있다. 다른 예로, 웨어러블 장치는 사용자의 전신에 착용될 수 있다.According to one aspect, the following
동작 2010에서, 웨어러블 장치(100)는 사용자 단말(예: 도 2의 전자 장치(200) 또는 도 7의 사용자 단말(700))로부터 웨어러블 장치(100)를 제어하는 동작 모드와 관련된 신호를 수신하거나, 동작 모드를 선택하기 위한 사용자의 입력을 수신할 수 있다. 동작 모드는 근체력 측정 모드 및 보조 모드를 포함하고, 수신된 동작 모드는 근체력 측정 모드 또는 보조 모드일 수 있다.In
일 측면에 따르면, 사용자는 웨어러블 장치(100)와 무선 네트워크로 연결된 사용자 단말을 통해 특정 동작 모드를 활성화시키기 위한 명령(또는, 신호)을 웨어러블 장치(100)로 전송할 수 있다. 웨어러블 장치(100)는 통신 모듈(152)을 통해 특정 동작 모드를 활성화시키기 위한 명령을 수신할 수 있다. 무선 네트워크는 셀룰러 네트워크, 블루투스 네트워크 및 와이-파이 네트워크 등을 포함할 수 있고, 기재된 실시예로 한정되지 않는다.According to one aspect, the user may transmit a command (or signal) for activating a specific operation mode to the
다른 일 측면에 따르면, 사용자는 웨어러블 장치(100)의 입력 인터페이스(146)을 통해 동작 모드를 선택 할 수 있다. 예를 들어, 입력 인터페이스(146)는 사용자의 입력을 수신하기 위한 물리적 버튼 및 터치 패널에 기초하여 형성되는 소프트웨어 버튼 등을 포함할 수 있고, 웨어러블 장치(100)의 상태 등을 출력하는 디스플레이 및 인디케이터를 포함할 수 있다. 인디케이터는 LED일 수 있으나 기재된 실시예로 한정되지 않는다.According to another aspect, the user may select an operation mode through the
웨어러블 장치(100)를 제어할 수 있는 복수의 동적 모드들이 프로그램의 형태로 미리 웨어러블 장치(100)에 미리 저장되어 있을 수 있다.A plurality of dynamic modes for controlling the
일 측면에 따르면, 프로세서(142)는 신경망에 기초하여 미리 훈련된 모델이 아닌 제어 알고리즘을 통해 웨어러블 장치(100)의 동작을 제어할 수 있다. 제어 알고리즘은 사용자로부터의 입력과 센서부(120), 및 IMU(130) 등에 의해 생성된 값(예: 상태 정보)을 알고리즘의 입력 값으로 하고, 입력 값에 대응하는 제어 값을 출력하는 알고리즘일 수 있다. 예를 들어, 제어 알고리즘은 입력 값에 대한 출력 값을 나타내는 제어 테이블에 기초하여 동작할 수 있다.According to an aspect, the
다른 일 측면에 따르면, 프로세서(142)는 각각의 동작 모드에 대응하는 신경망에 기초하여 미리 훈련된 모델에 기초하여 웨어러블 장치(100)의 동작을 제어할 수 있다. 신경망은 인공 신경망(artificial neural network)일 수 있고, 모델을 위한 신경망은 기계 학습을 통해 미리 훈련될 수 있다. 신경망은 CNN(Convolutional Neural Network), RNN(Recurrent Neural Network), DNN(Deep Neural Network) 및 이들의 조합이 될 수 있고, 기재된 실시예로 한정되지 않는다. 동작 모드에 대응하는 모델은 프로그램의 형태일 수 있고, 웨어러블 장치(100)의 메모리(144)에 저장될 수 있다.According to another aspect, the
또 다른 일 측면에 따르면, 프로세서(142)는, 보조 모드 및 근체력 측정 모드를 모두 처리할 수 있는, 신경망에 기초하여 미리 훈련된 모델에 기초하여 웨어러블 장치(100)의 동작을 제어할 수 있다According to another aspect, the
동작 2015에서, 프로세서(142)는 동작 모드가 근체력 측정 모드인지 또는 보조 모드인지 여부를 결정한다. 동작 모드가 근체력 측정 모드인 경우 사용자에게 저항력이 제공될 수 있고, 동작 모드가 보조 모드인 경우 사용자에게 보조력이 제공될 수 있다. 사용자에게 저항력을 제공하기 위해 동작들 620 내지 660이 수행될 수 있고, 사용자에게 보조력을 제공하기 위해 동작들 2020 내지 2040이 수행될 수 있다.In
동작 2015에서 동작 모드를 판단하는 것으로 설명되었으나, 다른 예로, 동작 2015는 동작 모드가 보조 모드인지 여부를 결정하고, 동작 모드가 보조 모드가 아닌 경우 동작 모드가 근체력 측정 모드인지 여부를 결정할 수 있다. 또 다른 예로, 동작 2015는 동작 모드가 근체력 측정 모드인지 여부를 결정하고, 동작 모드가 근체력 측정 모드가 아닌 경우 동작 모드가 보조 모드인지 여부를 결정할 수 있다.Although it has been described that the operation mode is determined in
동작 2020에서, 프로세서(142)는 센서(121)를 이용하여 사용자의 관절의 각도를 측정한다. 센서(121)는 각도 센서(예: 엔코더)일 수 있고, 고관절, 무릎 관절 및 발목 관절 중 적어도 하나의 각도를 측정할 수 있다. 복수의 관절들의 각도들이 측정될 수 있다. 동시에 측정된 복수의 관절들의 각도들은 특정 시각에 대한 관절 각도 세트를 구성할 수 있다. 관절 각도 세트는 사용자의 보행 싸이클의 정도를 결정하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 고관절 각도, 무릎 관절 각도 및 발목 관절 각도에 기초하여 사용자의 다리 자세가 결정될 수 있다. 추가적으로, 동일한 관절 각도의 변화량에 기초하여 계산된 각 가속도가 관절 각도 세트에 포함될 수 있다.In
고관절, 무릎 관절 및 발목 관절이 예시되었으나, 하지의 관절 이외의 다른 관절(예를 들어, 어깨 관절, 팔꿈치 관절, 및 손목 관절)에도 상기의 설명이 적용될 수 있다.Although the hip joint, the knee joint, and the ankle joint are exemplified, the above description may be applied to joints other than the joints of the lower extremities (eg, the shoulder joint, the elbow joint, and the wrist joint).
동작 2030에서, 프로세서(142)는 측정된 관절의 각도에 기초하여 관절에 대한 보조 토크 값을 계산한다. 예를 들어, 제어 알고리즘을 통해 관절 각도의 입력에 대한 보조 토크 값이 결정될 수 있다. 다른 예로, 동작 모드에 기초하여 결정된 모델에 관절 각도를 입력함으로써 보조 토크 값이 출력될 수 있다.In
일 측면에 따르면, 프로세서(142)는 측정된 관절의 각도에 기초하여 도 3 및 4를 참조하여 전술된 상태 인자를 계산하고, 제어 알고리즘에 기초하여 상태 인자에 대한 게인 κ, 및 딜레이 △t를 결정함으로써 관절에 대한 보조 토크 값을 계산할 수 있다.According to one aspect, the
일 측면에 따르면, 프로세서(142)는 관절의 각도에 기초하여 사용자의 보행 상태 또는 보행 싸이클의 정도를 결정하고, 결정된 보행 상태 또는 보행 싸이클의 정도에 대응하는 보조 토크 값을 결정할 수 있다. 측정되는 관절들의 개수가 많을수록 보다 정확한 보행 상태 또는 보행 싸이클의 정도가 결정될 수 있다.According to one aspect, the
보조 토크 값은 미리 설정된 토크 프로파일에 기초하여 결정될 수 있다. 보조 토크 값을 계산하는 방법에 대해 기재된 실시예로 한정되지 않는다.The auxiliary torque value may be determined based on a preset torque profile. It is not limited to the embodiment described for the method of calculating the auxiliary torque value.
동작 2040에서, 프로세서(142)는 보조 토크 값에 기초하여 모터(114)를 제어함으로써 사용자에게 보조력을 제공한다. 웨어러블 장치(100)는 웨어러블 장치(100)의 배터리(150)를 이용하여 보조 토크가 출력되도록 모터(114)를 구동하고, 모터(114)가 출력한 보조 토크에 의해 사용자에게 보조력이 제공될 수 있다. 보조 토크 값은 모터(114)에 인가되는 제어 신호를 의미하고, 보조 토크는 보조 토크 값에 기초하여 모터(114)에 의해 출력되는 회전 토크를 의미하고, 보조력은 보조 토크에 의해 사용자가 느끼는 힘을 의미한다.In
도 21은 일 예에 따른 사용자의 근체력에 기초하여 보조 토크 값을 계산하는 방법의 흐름도이다.21 is a flowchart of a method of calculating an auxiliary torque value based on a user's muscular strength according to an example.
일 실시 예에 따르면, 도 20을 참조하여 전술된 동작 2030은 아래의 동작들 2110 내지 2130을 포함할 수 있다.According to an embodiment,
동작 2110에서, 웨어러블 장치(100)는 사용자의 근체력이 측정되었는지 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 장치(100)는 사용자에 대한 근체력의 측정 기록이 있는지 여부를 결정할 수 있다. 다른 예로, 웨어러블 장치(100)는 웨어러블 장치(100)와 연결된 외부 장치를 통해 사용자의 근체력의 측정 기록이 외부 장치에 저장되어 있는지 여부를 결정할 수 있다.In
동작 2120에서, 웨어러블 장치(100)는 사용자의 근체력이 측정된 경우 측정된 근체력에 기초하여 상태 인자에 대한 게인 및 딜레이를 조정할 수 있다. 예를 들어, 측정된 근체력이 좋을수록 게인이 커지고, 딜레이가 짧아질 수 있다. 다른 예로, 측정된 근체력이 좋을수록 게인이 작아질 수 있다. 근체력에 기초하여 상태 인자에 대한 게인 및 딜레이를 조정하는 것은 웨어러블 장치(100)의 개인화일 수 있다.In
동작 2130에서, 웨어러블 장치(100)는 측정된 관절의 각도에 기초하여 계산된 상태 인자에 기초하여 보조 토크 값을 계산할 수 있다.In
<전신-타입 보행 보조 장치의 개요><Overview of whole-body-type walking assistance device>
도 22는 다른 일 예에 따른 전신-타입 웨어러블 장치를 도시한다.22 illustrates a full-body-type wearable device according to another example.
도 22a는 전신-타입 웨어러블 장치(1)의 일 실시예에 대한 정면도이고, 도 22b는 전신-타입 웨어러블 장치(1)의 측면도이고, 도 22c는 전신-타입 웨어러블 장치(1)의 배면도이다.22A is a front view of an embodiment of the whole-type
일 측면에 따르면, 전신-타입 웨어러블 장치(1)는 전술된 구동부(110), 센서부(120), IMU (130), 제어부(140) 및 배터리(150)를 포함할 수 있다.According to one aspect, the whole body-type
도 22에 도시된 바와 같이, 전신-타입 웨어러블 장치(1)는 사용자의 왼쪽 다리 및 오른쪽 다리에 각각 착용될 수 있도록 외골격 구조를 가진다. 사용자는 웨어러블 장치(1)를 착용한 상태에서 폄(extension), 굽힘(flexion), 모음(adduction), 벌림(abduction) 등의 동작을 수행할 수 있다. 폄 동작은 관절을 펴는 운동이고, 구부림 동작은 관절을 구부리는 운동이다. 모음 동작은 다리를 몸의 중심축으로 가까이 하는 운동이다. 벌림 동작은 몸의 중심축에서 멀어지는 방향으로 다리를 뻗는 운동이다.As shown in FIG. 22 , the whole body-type
도 22를 참조하면, 웨어러블 장치(1)는 본체부(10) 및 기구부(20R, 20L, 30R, 30L, 40R, 40L)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 22 , the
본체부(10)는 하우징(11)을 포함할 수 있다. 하우징(11)에는 각종 부품이 내장될 수 있다. 하우징(11)에 내장되는 부품으로는, 중앙 처리 장치(Central Processing Unit: CPU), 인쇄 회로 기판 및 다양한 종류의 저장 장치 및 전원을 예로 들 수 있다. 본체부(10)는 전술된 제어부(140)를 포함할 수 있다. 제어부(140)는 CPU 및 인쇄 회로 기판을 포함할 수 있다.The
CPU는 마이크로 프로세서(micro processor)일 수 있다. 마이크로 프로세서는 실리콘 칩에 산술 논리 연산기, 레지스터, 프로그램 카운터, 명령 디코더 및/또는 제어 회로 등이 설치될 수 있다. CPU는 보행 환경에 적합한 제어 모드를 선택하고, 선택된 제어 모드에 따라 기구부(20, 30, 40)의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다.The CPU may be a microprocessor. In the microprocessor, an arithmetic logic operator, a register, a program counter, an instruction decoder, and/or a control circuit may be installed in a silicon chip. The CPU may select a control mode suitable for the walking environment and generate a control signal for controlling the operation of the
인쇄 회로 기판은 소정의 회로가 인쇄되어 있는 기판으로, 인쇄 회로 기판에는 CPU 또는/및 다양한 저장 장치가 설치될 수 있다. 인쇄 회로 기판은 하우징(11)의 내측면에 고정될 수 있다.A printed circuit board is a board on which a predetermined circuit is printed, and a CPU and/or various storage devices may be installed on the printed circuit board. The printed circuit board may be fixed to the inner surface of the
하우징(11)에 내장된 저장 장치는 다양한 종류를 포함할 수 있다. 저장 장치는 자기 디스크 표면을 자화시켜 데이터를 저장하는 자기 디스크 저장 장치, 다양한 종류의 메모리 반도체를 이용하여 데이터를 저장하는 반도체 메모리 장치일 수 있다.The storage device built into the
하우징(11)에 내장된 전원은 하우징(11)에 내장된 각종 부품 또는 기구부(20, 30, 40)에 동력을 공급할 수 있다.The power source built in the
본체부(10)는 사용자의 허리를 지지하기 위한 허리 지지부(12)를 더 포함할 수 있다. 허리 지지부(12)는 사용자의 허리를 지지할 수 있도록 만곡된 평면판의 형상을 가질 수 있다.The
본체부(10)는 사용자의 힙 부분에 하우징(11)을 고정하기 위한 고정부(11a) 및 사용자의 허리에 허리 지지부(12)를 고정하기 위한 고정부(12a)를 더 포함할 수 있다. 고정부(11a, 12a)는 탄성력을 구비한 밴드, 벨트, 끈(strap) 중 하나로 구현될 수 있다.The
본체부(10)는 전술된 IMU(130)를 포함할 수 있다. 예를 들어, IMU(130)는 하우징(11)의 외부 또는 내부에 설치될 수 있다. IMU(130)는 하우징(11)의 내부에 마련된 인쇄회로기판 상에 설치될 수 있다. IMU(130)는 가속도 및 각속도를 측정할 수 있다.The
기구부(20, 30, 40)는 도 22에 도시된 바와 같이 제1 구조부(20), 제2 구조부(30) 및 제3 구조부(40)를 포함할 수 있다.The
제1 구조부(20R, 20L)는 보행 동작에 있어서 사용자의 대퇴부 및 고관절의 움직임을 보조할 수 있다. 제1 구조부(20R, 20L)는 제1 구동장치(21R, 21L), 제1 지지부(22R, 22L) 및 제1 고정부(23R, 23L)를 포함할 수 있다.The first
전술된 구동부(110)는 제1 구동 장치(21R, 21L)를 포함할 수 있으며, 도 1 내지 도 16을 참조하여 설명된 구동 장치(110)에 대한 설명은 제1 구동 장치(21R, 21L)에 대한 설명으로 대체될 수 있다.The above-described
제1 구동 장치(21R, 21L)는 제1 구조부(20R, 20L)의 고관절에 위치할 수 있으며, 소정의 방향으로 다양한 크기의 회전력을 발생시킬 수 있다. 제1 구동 장치(21R, 21L)에서 발생된 회전력은 제1 지지부(22R, 22L)에 인가될 수 있다. 제1 구동 장치(21R, 21L)는 인체의 고관절의 동작 범위 내에서 회전하도록 설정될 수 있다.The
제1 구동 장치(21R, 21L)는 본체부(10)에서 제공되는 제어 신호에 따라 구동될 수 있다. 제1 구동 장치(21R, 21L)는 모터, 진공 펌프(vacuum pump) 및 수압 펌프(hydraulic pump) 중 하나로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The
제1 구동 장치(21R, 21L)의 주변에는 관절 각도 센서가 설치될 수 있다. 관절 각도 센서는 제1 구동 장치(21R, 21L)가 회전 축을 중심으로 회전한 각도를 검출할 수 있다. 전술된 센서부(120)는 관절 각도 센서를 포함할 수 있다.A joint angle sensor may be installed around the
제1 지지부(22R, 22L)는 제1 구동 장치(21R, 21L)와 물리적으로 연결된다. 제1 지지부(22R, 22L)는 제1 구동 장치(21R, 21L)에서 발생한 회전력에 따라 소정의 방향으로 회전될 수 있다.The first supporting
제1 지지부(22R, 22L)는 다양한 형상으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제1 지지부(22R, 22L)는 복수의 마디가 서로 연결되어 있는 형상으로 구현될 수 있다. 이 때, 마디와 마디 사이에는 관절이 마련될 수 있으며, 제1 지지부(22R, 22L)는 이 관절에 의해 일정 범위 내에서 휘어질 수 있다. 다른 예로, 제1 지지부(22R, 22L)는 막대 형상으로 구현될 수 있다. 이 때, 제1 지지부(22R, 22L)는 일정한 범위 내에서 휘어질 수 있도록 가요성 있는 소재로 구현될 수 있다.The
제1 고정부(23R, 23L)는 제1 지지부(22R, 22L)에 마련될 수 있다. 제1 고정부(23R, 23L)는 제1 지지부(22R, 22L)를 사용자의 대퇴부에 고정시키는 역할을 한다.The
도 22는 제1 지지부(22R, 22L)가 제1 고정부(23R, 23L)에 의해 사용자의 대퇴부의 외측에 고정되는 경우를 도시하고 있다. 제1 구동 장치(21R, 21L)가 구동됨에 따라 제1 지지부(22R, 22L)가 회전하게 되면, 제1 지지부(22R, 22L)가 고정된 대퇴부 역시 제1 지지부(22R, 22L)의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전한다.22 shows a case in which the
제1 고정부(23R, 23L)은 탄성력을 구비한 밴드, 벨트, 끈 중 하나로 구현되거나, 금속 소재로 구현될 수도 있다. 도 22는 제1 고정부(23R, 23L)가 체인(chain)인 경우를 도시하고 있다.The
제2 구조부(30R, 30L)는 보행 동작에 있어서 사용자의 하퇴부 및 무릎 관절의 움직임을 보조할 수 있다. 제2 구조부(30R, 30L)는 제2 구동 장치(31R, 31L), 제2 지지부(32R, 32L) 및 제2 고정부(33R, 33L)를 포함할 수 있다.The
제2 구동 장치(31R, 31L)는 제2 구조부(30R, 30L)의 무릎 관절에 위치할 수 있으며, 소정의 방향으로 다양한 크기의 회전력을 발생시킬 수 있다. 제2 구동 장치(31R, 31L)에서 발생된 회전력은 제2 지지부(22R, 22L)에 인가될 수 있다. 제2 구동 장치(31R, 31L)는 인체의 무릎 관절의 동작 범위 내에서 회전하도록 설정될 수 있다.The
전술된 구동부(110)는 제2 구동 장치(31R, 31L)를 포함할 수 있다. 도 1을 참조하여 설명된 고관절과 관련된 설명이 무릎 관절과 관련된 설명으로 유사하게 적용될 수 있다.The above-described
제2 구동 장치(31R, 31L)는 본체부(10)에서 제공되는 제어 신호에 따라 구동될 수 있다. 제2 구동 장치(31R, 31L)는 모터, 진공 펌프 및 수압 펌프 중 하나로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The
제2 구동 장치(31R, 31L)의 주변에는 관절 각도 센서가 설치될 수 있다. 관절 각도 센서는 제2 구동 장치(31R, 31L)가 회전 축을 중심으로 회전한 각도를 검출할 수 있다. 전술된 센서부(120)는 관절 각도 센서를 포함할 수 있다.A joint angle sensor may be installed around the
제2 지지부(32R, 32L)는 제2 구동 장치(31R, 31L)와 물리적으로 연결된다. 제2 지지부(32R, 32L)는 제2 구동 장치(31R, 31L)에서 발생한 회전력에 따라 소정의 방향으로 회전될 수 있다.The
제2 고정부(33R, 33L)는 제2 지지부(32R, 32L)에 마련될 수 있다. 제2 고정부(33R, 33L)는 제2 지지부(32R, 32L)를 사용자의 하퇴부에 고정시키는 역할을 한다. 도 22는 제2 지지부(32R, 32L)가 제2 고정 장치(33R, 33L)에 의해 사용자의 하퇴부의 외측에 고정되는 경우를 도시하고 있다. 제2 구동 장치(31R, 31L)가 구동됨에 따라 제2 지지부(22R, 22L)가 회전하게 되면, 제2 지지부(22R, 22L)가 고정된 대퇴부 역시 제2 지지부(22R, 22L)의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전한다.The
제2 고정 장치(33R, 33L)은 탄성력을 구비한 밴드, 벨트, 끈 중 하나로 구현되거나, 금속 소재로 구현될 수 있다.The
제3 구조부(40R, 40L)는 보행 동작에 있어서 사용자의 발목 관절 및 관련 근육의 움직임을 보조할 수 있다. 제3 구조부(40R, 40L)는 제3 구동 장치(41R, 41L), 발 받침부(42R, 42L) 및 제3 고정 장치(43R, 43L)를 포함할 수 있다.The
전술된 구동부(110)는 제3 구동 장치(41R, 41L)를 포함할 수 있다. 도 1을 참조하여 설명된 고관절과 관련된 설명이 발목 관절과 관련된 설명으로 유사하게 적용될 수 있다.The above-described
제3 구동 장치(41R, 41L)는 제3 구조부(40R, 40L)의 발목 관절에 마련될 수 있으며, 본체부(10)에서 제공되는 제어 신호에 따라 구동될 수 있다. 제3 구동 장치(41R, 41L)도 제1 구동 장치(21R, 21L) 또는 제2 구동 장치(31R, 31L)와 마찬가지로 모터로 구현될 수 있다.The
발 받침부(42R, 42L)는 사용자의 발바닥에 대응하는 위치에 마련되며, 제3 구동 장치(41R, 41L)와 물리적으로 연결된다.The
제3 고정부(43R, 43L)는 발 받침부(42R, 42L)에 마련될 수 있다. 제3 고정부(43R, 43L)는 사용자의 발을 발 받침부(42R, 42L)에 고정시키는 역할을 한다.The
도 23은 일 실시 예에 따른 사용자 단말에 의해 수행되는 근체력 측정 방법의 흐름도이다.23 is a flowchart of a method for measuring muscular strength performed by a user terminal according to an embodiment.
일 실시 예에 따르면, 아래의 동작들(예: 동작들 2310 내지 2360)이 사용자 단말(예: 도 2의 전자 장치(200) 또는 도 9의 사용자 단말(900))에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 사용자 단말에는 웨어러블 장치(100)를 제어하는 전용 단말 또는 웨어러블 장치(100)를 제어하는 어플리케이션이 설치된 단말일 수 있다.According to an embodiment, the following operations (eg,
동작 2310에서, 사용자 단말은 사용자로부터 근체력 측정 모드와 관련된 입력을 수신할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 사용자 단말을 통해 웨어러블 장치(100)의 복수의 동작 모드들 중 근체력 측정 모드를 선택할 수 있다.In
동작 2320에서, 사용자 단말은 웨어러블 장치(100)로 근체력 측정 모드에 대한 신호를 전송할 수 있다. 예를 들어, 사용자 단말 및 웨어러블 장치(100)는 무선 네트워크를 통해 연결될 수 있다.In
동작 2330에서, 사용자 단말은 목표 움직임에 대한 가이드 동영상을 출력할 수 있다. 가이드 동영상은 근체력을 측정하기 위해 사용자가 수행해야할 하나 이상의 움직임들에 대한 것일 수 있다.In
동작 2340에서, 사용자 단말은 웨어러블 장치(100)로부터 타겟 저항력 프로파일의 진행 정도에 대한 정보를 수신할 수 있다.In
일 실시 예에 따르면, 가이드 동영상이 출력된 후, 웨어러블 장치(100)에 의해 근체력 측정이 시작될 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 장치(100)는 시각적, 청각적, 또는 촉각적 출력을 통해 사용자에게 근체력 측정의 시작을 알릴 수 있다.According to an embodiment, after the guide video is output, the measurement of muscular strength may be started by the
사용자가 웨어러블 장치(100)를 통해 근체력을 측정하는 동안, 사용자 단말은 진행되는 근체력 측정 세션에 대한 정보를 웨어러블 장치(100)로부터 수신할 수 있다.While the user measures muscular strength through the
동작 2350에서, 사용자 단말은 수신한 타겟 저항력 프로파일의 진행 정도를 출력할 수 있다. 예를 들어, 사용자 단말은 근체력 측정 세션에 대한 정보를 출력할 수 있다(도 16에 대한 설명 참조).In
동작 2360에서, 사용자 단말은 근체력에 대한 정보를 출력할 수 있다. 예를 들어, 근체력에 대한 정보는 수치화될 수 있다.In
일 실시 예에 따르면, 사용자 단말은 웨어러블 장치(100)로부터 측정된 상태 정보를 수신하고, 상태 정보에 기초하여 근체력을 계산할 수 있다. 예를 들어, 근체력을 계산하기 위해 도 18의 동작들 1810 내지 1858이 사용자 단말의 프로세서에 의해 수행될 수 있다.According to an embodiment, the user terminal may receive the measured state information from the
다른 일 실시 예에 따르면, 사용자 단말은 웨어러블 장치(100)로부터 계산된 근체력에 대한 정보를 수신하고, 수신된 근체력에 대한 정보를 출력할 수 있다.According to another embodiment, the user terminal may receive information on the calculated muscular strength from the
이상에서 설명된 실시 예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시 예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The embodiments described above may be implemented by a hardware component, a software component, and/or a combination of a hardware component and a software component. For example, the devices, methods and components described in the embodiments may include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable gate array (FPGA). ), a programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions, may be implemented using a general purpose computer or special purpose computer. The processing device may execute an operating system (OS) and a software application running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For convenience of understanding, although one processing device is sometimes described as being used, one of ordinary skill in the art will recognize that the processing device includes a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It can be seen that may include For example, the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as parallel processors.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may comprise a computer program, code, instructions, or a combination of one or more thereof, which configures a processing device to operate as desired or is independently or collectively processed You can command the device. The software and/or data may be any kind of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device, to be interpreted by or to provide instructions or data to the processing device. , or may be permanently or temporarily embody in a transmitted signal wave. The software may be distributed over networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored in a computer-readable recording medium.
실시 예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있으며 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시 예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination, and the program instructions recorded on the medium are specially designed and configured for the embodiment, or are known and available to those skilled in the art of computer software. may be Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic such as floppy disks. - includes magneto-optical media, and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
위에서 설명한 하드웨어 장치는 실시 예의 동작을 수행하기 위해 하나 또는 복수의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The hardware device described above may be configured to operate as one or a plurality of software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.
이상과 같이 실시 예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with reference to the limited drawings, a person skilled in the art may apply various technical modifications and variations based thereon. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or the described components of the system, structure, apparatus, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components Or substituted or substituted by equivalents may achieve an appropriate result.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.
Claims (16)
웨어러블 장치를 착용한 사용자가 수행해야 하는 목표 움직임에 대한 타겟 저항력 프로파일을 결정하는 동작;
상기 사용자에게 제공되는 저항력을 제어하기 위해 상기 타겟 저항력 프로파일에 기초하여 상기 웨어러블 장치의 모터 드라이버 회로를 제어하는 동작;
상기 저항력 하에서 수행되는 상기 사용자의 움직임에 대한 상태 정보를 측정하는 동작; 및
상기 상태 정보에 기초하여 상기 사용자의 근체력을 측정하는 동작
을 포함하는,
근체력 측정 방법.
A method of measuring muscular fitness, performed by a wearable device,
determining a target resistance profile for a target movement to be performed by a user wearing the wearable device;
controlling a motor driver circuit of the wearable device based on the target resistive force profile to control the resistive force provided to the user;
measuring state information about the user's movement performed under the resistive force; and
Measuring the muscular strength of the user based on the state information
comprising,
How to measure muscle strength.
상기 측정된 근체력에 대한 정보를 상기 사용자 단말로 전송하는 동작
을 더 포함하는,
근체력 측정 방법.
According to claim 1,
Transmitting information on the measured muscular strength to the user terminal
further comprising,
How to measure muscle strength.
상기 타겟 저항력 프로파일을 결정하는 동작은,
상기 사용자 단말로부터 수신한 저항 레벨에 기초하여 복수의 저항력 프로파일들 중 상기 타겟 저항력 프로파일을 결정하는 동작
를 포함하는,
근체력 측정 방법.
According to claim 1,
The operation of determining the target resistance force profile,
Determining the target resistance force profile from among a plurality of resistance force profiles based on the resistance level received from the user terminal
containing,
How to measure muscle strength.
상기 모터 드라이버 회로를 제어하는 동작은,
상기 타겟 저항력 프로파일에 기초하여, 상기 웨어러블 장치의 모터에 전기적으로 연결되는 상기 모터 드라이버 회로를 폐 루프(close loop)로 제어하는 시간과 상기 모터 드라이버 회로를 개 루프(open loop)로 제어하는 시간 사이의 비율을 결정하는 동작; 및
상기 결정된 비율에 기초하여, 상기 모터 드라이버 회로를 통해 상기 모터를 제어하는 동작
을 포함하는,
근체력 측정 방법.
According to claim 1,
The operation of controlling the motor driver circuit comprises:
Based on the target resistance profile, between a time for controlling the motor driver circuit electrically connected to the motor of the wearable device in a closed loop and a time for controlling the motor driver circuit in an open loop action to determine the ratio of; and
controlling the motor through the motor driver circuit based on the determined ratio
containing,
How to measure muscle strength.
상기 모터 드라이버 회로는 상기 비율에 기초하여 제어되는 적어도 하나의 스위치를 포함하는,
근체력 측정 방법.
5. The method of claim 4,
wherein the motor driver circuit comprises at least one switch controlled based on the ratio;
How to measure muscle strength.
상기 비율은 PWM(pulse width modulation)으로 나타나는,
근체력 측정 방법.
5. The method of claim 4,
The ratio is represented by pulse width modulation (PWM),
How to measure muscle strength.
상기 사용자에게 제공되는 저항력은 상기 PWM의 반복적인 시간 구간 내에서 상기 모터 드라이버 회로가 폐 루프 또는 개 루프로 제어되는 상기 비율에 의해 조절되고,
상기 모터 드라이버 회로가 폐 루프로 제어되는 시간의 비율이 높을수록 상기 저항력이 증가하는,
근체력 측정 방법.
7. The method of claim 6,
The resistive force provided to the user is adjusted by the ratio that the motor driver circuit is controlled in a closed loop or an open loop within a repetitive time interval of the PWM,
The higher the percentage of time that the motor driver circuit is controlled in a closed loop, the higher the resistive force increases.
How to measure muscle strength.
상기 상태 정보는 센서에 의해 측정된 상기 사용자의 제1 관절의 제1 각도를 포함하는,
근체력 측정 방법.
According to claim 1,
The state information includes a first angle of the user's first joint measured by a sensor,
How to measure muscle strength.
상기 상태 정보에 기초하여 상기 사용자의 근체력을 측정하는 동작은,
상기 상태 정보에 기초하여 미리 설정된 복수의 지표(indicator)들을 계산하는 동작; 및
상기 복수의 지표들에 기초하여 상기 근체력을 계산하는 동작
을 포함하는,
근체력 측정 방법.
According to claim 1,
The operation of measuring the muscular strength of the user based on the state information,
calculating a plurality of preset indicators based on the state information; and
Calculating the muscular strength based on the plurality of indicators
containing,
How to measure muscle strength.
상기 복수의 지표들은, 피크 토크(peak torque), 일(work), 근파워(muscle power), 근지구력(muscle endurance), 토크 가속 에너지(torque acceleration energy), 가속 시간(acceleration time), 및 가동 범위(range of motion) 중 적어도 하나를 포함하는,
근체력 측정 방법.
10. The method of claim 9,
The plurality of indicators include peak torque, work, muscle power, muscle endurance, torque acceleration energy, acceleration time, and range of motion. (range of motion) comprising at least one of,
How to measure muscle strength.
상기 사용자 단말로 상기 타겟 저항력 프로파일의 진행 정도를 전송하는 동작
을 더 포함하는,
근체력 측정 방법.
According to claim 1,
Transmitting the progress of the target resistance profile to the user terminal
further comprising,
How to measure muscle strength.
상기 사용자 단말로부터 상기 웨어러블 장치를 제어하는 동작 모드로서 근체력 측정 모드와 관련된 신호를 수신하는 동작
을 더 포함하는,
근체력 측정 방법.
According to claim 1,
Receiving a signal related to a muscular strength measurement mode as an operation mode for controlling the wearable device from the user terminal
further comprising,
How to measure muscle strength.
상기 근체력 측정 모드로 설정된 경우, 상기 모터 드라이버 회로와 연결된 모터에는 상기 웨어러블 장치의 배터리에 의한 에너지가 제공되지 않는,
근체력 측정 방법.
13. The method of claim 12,
When the muscular strength measurement mode is set, energy by the battery of the wearable device is not provided to the motor connected to the motor driver circuit,
How to measure muscle strength.
상기 사용자로부터 상기 웨어러블 장치를 제어하는 동작 모드로서 보조 모드를 선택하는 입력을 수신하는 동작;
상기 보조 모드를 선택하는 입력이 수신된 경우, 센서를 이용하여 측정된 상기 사용자의 제1 관절의 제1 각도에 기초하여 상기 제1 관절에 대한 보조 토크 값을 계산하는 동작; 및
상기 보조 토크 값에 기초하여 상기 모터 드라이버 회로를 제어함으로써 상기 사용자에게 보조력을 제공하는 동작
을 더 포함하는,
근체력 측정 방법.
According to claim 1,
receiving an input for selecting an auxiliary mode as an operation mode for controlling the wearable device from the user;
calculating an assist torque value for the first joint based on a first angle of the user's first joint measured using a sensor when an input for selecting the assist mode is received; and
providing an assisting force to the user by controlling the motor driver circuit based on the assisting torque value
further comprising,
How to measure muscle strength.
A computer-readable recording medium containing a program for performing the method of any one of claims 1 to 14.
사용자의 근체력을 측정하는 프로그램이 기록된 메모리;
상기 프로그램을 수행하는 프로세서;
외부의 장치와 데이터를 교환하는 통신 모듈;
상기 사용자의 제1 관절의 제1 각도를 측정하는 센서;
상기 프로세서에 의해 제어되는 모터 드라이버 회로; 및
상기 모터 드라이버 회로와 전기적으로 연결된 모터
를 포함하고,
상기 프로그램은,
웨어러블 장치를 착용한 사용자가 수행해야 하는 목표 움직임에 대한 타겟 저항력 프로파일을 결정하는 동작;
상기 사용자에게 제공되는 저항력을 제어하기 위해 상기 타겟 저항력 프로파일에 기초하여 상기 웨어러블 장치의 모터 드라이버 회로를 제어하는 동작;
상기 저항력 하에서 수행되는 상기 사용자의 움직임에 대한 상태 정보를 측정하는 동작; 및
상기 상태 정보에 기초하여 상기 사용자의 근체력을 측정하는 동작
을 수행하는,
웨어러블 장치.wearable devices,
a memory in which a program for measuring the user's muscular strength is recorded;
a processor executing the program;
a communication module for exchanging data with an external device;
a sensor for measuring a first angle of the user's first joint;
a motor driver circuit controlled by the processor; and
a motor electrically connected to the motor driver circuit
including,
The program is
determining a target resistance profile for a target movement to be performed by a user wearing the wearable device;
controlling a motor driver circuit of the wearable device based on the target resistive force profile to control the resistive force provided to the user;
measuring state information about the user's movement performed under the resistive force; and
Measuring the muscular strength of the user based on the state information
to do,
wearable devices.
Priority Applications (5)
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