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WO2025143929A2 - 착용자의 신체 능력을 추정하고 선택적 근육 강화 운동을 지원하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇 및 웨어러블 로봇시스템 - Google Patents

착용자의 신체 능력을 추정하고 선택적 근육 강화 운동을 지원하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇 및 웨어러블 로봇시스템 Download PDF

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Publication number
WO2025143929A2
WO2025143929A2 PCT/KR2024/021371 KR2024021371W WO2025143929A2 WO 2025143929 A2 WO2025143929 A2 WO 2025143929A2 KR 2024021371 W KR2024021371 W KR 2024021371W WO 2025143929 A2 WO2025143929 A2 WO 2025143929A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wearer
walking
information
thigh
wearable robot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/KR2024/021371
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2025143929A3 (ko
Inventor
최병준
김용재
이연백
노창현
임복만
이정훈
최윤석
정미옥
황지환
윤혁진
이제우
전지현
김도윤
박지현
민들레
임성윤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wirobotics Inc
Original Assignee
Wirobotics Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020240058711A external-priority patent/KR20250106182A/ko
Application filed by Wirobotics Inc filed Critical Wirobotics Inc
Priority to CN202480004493.8A priority Critical patent/CN120693235A/zh
Publication of WO2025143929A2 publication Critical patent/WO2025143929A2/ko
Publication of WO2025143929A3 publication Critical patent/WO2025143929A3/ko
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A44—HABERDASHERY; JEWELLERY
    • A44B—BUTTONS, PINS, BUCKLES, SLIDE FASTENERS, OR THE LIKE
    • A44B11/00—Buckles; Similar fasteners for interconnecting straps or the like, e.g. for safety belts
    • A44B11/25—Buckles; Similar fasteners for interconnecting straps or the like, e.g. for safety belts with two or more separable parts
    • A44B11/26—Buckles; Similar fasteners for interconnecting straps or the like, e.g. for safety belts with two or more separable parts with push-button fastenings
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Measuring devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor or mobility of a limb
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H3/00—Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls

Definitions

  • Wearable robots have to move while worn by people, so if they are heavy and bulky, they not only hinder human movement, but can also injure people if the control is wrong. Therefore, although they may be heavy and difficult to move, they were first used in areas where the wearer's needs are high, such as helping high-load, high-risk workers that people cannot do, or helping people who cannot walk to walk.
  • walking assistance In addition, many people in work environments that require walking assistance repeat complex movements that mix walking and work movements that are known to them for long periods of time. For example, sanitation workers often repeat various movements while walking for long periods of time, such as collecting trash on the ground and riding in a vehicle. At this time, it is necessary to perform walking assistance by activating the device torque only when walking without interfering with the worker's movements by deactivating the device torque in movements that do not require walking assistance.
  • pre-planned, rapid waveform torque trajectory shapes that do not reflect the wearer's every-second movements in real time can be dangerous for the elderly or those with impaired walking, and as a result, it is difficult to apply high loads (for the purpose of increasing exercise effectiveness) in a safe manner.
  • Existing walking assistance wearable robots have mainly used a rigid frame structure applied to the waist and hip joint area to stably fix the wearer's body.
  • This structure has the advantage of increasing stability when the user performs various movements while wearing the robot, but has the problem of restricting the wearer's movement and causing discomfort.
  • the rigid frame surrounds the side of the hip joint, interference may occur depending on the wearer's body shape or body size, causing discomfort, and it has been a factor in increasing the wearer's fatigue when used for a long time.
  • the present invention proposes a wearable robot that can effectively assist the wearer's walking movement while minimizing interference according to body shape or body size by removing the rigid frame in the lateral direction of the hip joint and applying a soft waist wearing part.
  • the present invention focuses on providing a flexible waist wearable so that a user can wear it comfortably regardless of body type, and on optimizing the connection structure between the waist wearable and the driving unit to provide a natural assistive function during walking.
  • the present invention aims to provide a soft and stable thigh wearable designed to maintain comfort for a wearer even when used for a long period of time and to naturally follow the movements of the human body.
  • the thigh wearable of the present invention maximizes the wearing comfort through a lightweight structure and ergonomic design, and supports smooth sliding and rotational movements with the thigh frame joint to enhance the performance of a walking assistance robot.
  • the present invention can provide a device, method and system capable of estimating or evaluating a wearer's physical ability to maximize the efficient assistance and exercise effects of a wearable robot.
  • the present invention quantifies physical ability based on the device power of a wearable robot to solve various problems of existing methods for evaluating walking and physical ability, and thereby provides a service for estimating physical ability in a more convenient way.
  • the present invention uses a wearable robot capable of estimating a wearer's walking ability during walking exercise to create and provide a graphical user interface that displays real-time walking information of a wearer, statistical information according to accumulated walking information, and a walking analysis report based on the wearer's walking analysis information.
  • the present invention estimates the walking ability of a wearable robot wearer based on a deep learning model, and can provide at least one of a report and a personalized exercise program based on the estimated walking ability.
  • an additional bio-signal sensor can be used to detect the user's walking motion in advance, but there is a problem that separate sensor signal processing is required and the sensor must be in contact with the user's skin.
  • the present invention seeks to provide a wearable robot that can adapt to various body shapes and sizes and that can be easily put on and taken off by the wearer.
  • wearable robots Since wearable robots must adhere to the user's body and assist movement, if they are heavy and bulky, they will restrict the user's free movement and cause discomfort when worn, and if the control is not correct, there is a risk of injury to the user. Due to these problems, existing wearable robots have been mainly used for special purposes such as industrial, military, or medical purposes, and there have been limitations in developing them to a level where they can be used by the general public on a daily basis.
  • H Company's walking assistance device and devices with a similar structure feature driving units placed on both sides of the hip joint and batteries and control units placed on the back, and the waist wearable is designed to support the device.
  • this structure increases the weight of the device, and due to the fixed frame shape and size, it does not effectively support users with various body shapes and sizes, and there are problems in that the device may slip down or the seal with the body may be reduced.
  • the way the waist wearable supports the counteraction of the assistive force causes great discomfort to the user's waist.
  • Devices that use a single actuator and apply a differential structure are attempts to symmetrically transmit the actuator output to both legs, and attempt to fix the wearable part through a joint structure that is tailored to the wearer's body.
  • a complex joint structure that requires rigidity to align the hip joint axis and the rotation center of the actuator is required, which causes problems such as increased weight and complex structure.
  • the present invention seeks to solve the following problems.
  • the present invention proposes a wearable robot including a thigh wearable part that is lightweight and designed to be customized for the user.
  • the thigh wearable part is designed to smoothly adhere to the user's thigh to provide excellent wearing comfort, and to support flexible sliding and rotational movements with the thigh frame joint part to naturally adapt to the wearer's movements.
  • the present invention aims to solve this problem by effectively suppressing shock and vibration through urethane bearings and a sliding mechanism to provide smooth and stable auxiliary power.
  • the present invention provides user-tailored assistance through 2-stage and 2.5-stage sliding mechanisms and aims to flexibly respond to various walking characteristics.
  • Existing wearable robots may not respond immediately to the wearer's movements or may have limited joint range of motion, which may cause discomfort when worn.
  • the present invention seeks to provide natural and comfortable walking support by implementing a structure that adapts to the user's movements and responds nimbly.
  • the calculated angular velocity can be calculated based on the wearer's walking when the wearer uses a backdrivable actuator.
  • the driving unit can accumulate the ratio of the power to torque of the driving unit calculated for each step.
  • a method for estimating a wearer's physical ability while walking using a wearable robot including a driving unit comprising: a step of predicting an exercise effect based on a deep learning model trained using as learning data a ratio of power to torque of the driving unit calculated by the driving unit and at least one of the wearer's physical condition, wearable robot usage information, and exercise effect.
  • the wearer's physical condition may be a condition that takes into account at least one or at least two or more of the wearer's age, gender, height, weight, and athletic ability.
  • a method for estimating a wearer's physical ability while walking using a wearable robot including a driving unit comprising: a step of receiving, from a server device, exercise information based on a database according to a correlation between a ratio of power to torque of the driving unit calculated by the driving unit and the wearer's physical condition; and a step of displaying the received exercise information.
  • the server device can receive gait information of a wearer wearing a wearable robot linked to the first user terminal from a first user terminal, and can transmit the received gait information of the wearer to a second user terminal.
  • feedback information based on the walking information of the wearer received by the second user terminal can be received from the second user terminal.
  • feedback information based on the gait information of the wearer received by the second user terminal may include exercise intensity based on the gait information of the wearer.
  • the feedback information based on the gait information of the wearer received by the second user terminal includes information for controlling exercise intensity based on the gait information of the wearer in real time.
  • the server device can receive feedback information based on information about the wearer's movement transmitted to the second user terminal from the second user terminal, and can transmit the received feedback information to the first user terminal.
  • the feedback information received by the server device includes exercise intensity based on the wearer's gait information.
  • the analysis information on the wearer's movement output by the first user terminal is based on the ratio of power to torque produced by the wearable robot.
  • the analysis information on the wearer's movement output by the first user terminal is at least one of the wearer's agility or lower body muscle strength.
  • a method for generating a graphical user interface for providing information on gait of a wearable robot wearer may be a method for generating a graphical user interface for providing information on gait of a wearable robot wearer, including the steps of: receiving real-time gait information of the wearer from the wearable robot; and generating a graphical user interface based on the received real-time gait information of the wearer.
  • the graphical user interface may be a method for generating a graphical user interface for providing information on walking of a wearable robot wearer, the graphical user interface including at least one of a status information display area of the wearable robot, a real-time walking information display area of the wearer that has received the information, a movement start/end selection area, a walking map selection area, and a robot movement setting area.
  • the graphical user interface may be a method for generating a graphical user interface for providing information on gait of a wearable robot wearer, wherein the graphical user interface includes an area for displaying information on gait of a plurality of wearable robot wearers, and the area includes a robot movement setting area capable of controlling each of the plurality of wearable robots.
  • the graphical user interface may be a method for generating a graphical user interface for providing information about the walking of a wearable robot wearer whose position in the robot movement setting area can be fixed.
  • the status information display area of the wearable robot may include at least one of a usage time information display area, a battery remaining information display area, and a torque gauge bar information display area of the wearable robot
  • the torque gauge bar may be a method for generating a graphic user interface for providing information on the walking of a wearable robot wearer that is displayed in real time in proportion to a torque value applied to the wearable robot by the wearable robot based on a hip angle of the wearer.
  • the received real-time walking information display area of the wearer may be a method for generating a graphical user interface for providing information on walking of a wearable robot wearer, the method including at least one of a distance information display area, a step count information display area, a speed information display area, and a calorie consumption information display area of the wearer.
  • the robot movement setting region is a region for setting at least one of a walking mode and a torque intensity
  • the walking mode includes at least one torque transmission mode
  • each of the torque transmission modes is a mode for transmitting a torque corresponding to a walking purpose
  • the torque intensity includes at least one of a plurality of stages providing differential torque, which may be a method for generating a graphic user interface for providing information about walking of a wearable robot wearer.
  • the robot movement setting area may be a method for generating a graphical user interface for providing information on walking of a wearable robot wearer, in which an area for setting the walking mode and the torque intensity can be separated.
  • the step of generating a graphical user interface based on the received real-time walking information of the wearer may be a method for generating a graphical user interface for providing information on walking of a wearable robot wearer, including the steps of: receiving input information based on the walking map selection area from a user terminal; collecting current location information of the wearer after receiving the input information; generating a walking map based on the collected current location information of the wearer and a map development tool; and generating a graphical user interface that displays the walking map based on the generated walking map and the received real-time walking information of the wearer.
  • the step of receiving real-time gait information of the wearer from the wearable robot may be a method for generating a graphical user interface for providing information on gait of a wearable robot wearer, including the step of transmitting at least one of a gait mode and torque intensity information set in a user terminal to the wearable robot; and the step of receiving real-time gait information of the wearer generated from the wearable robot based on at least one of the set gait mode and torque intensity information after the transmitting.
  • the step of transmitting at least one of the set walking mode and torque intensity information may be a method for generating a graphical user interface for providing information on walking of a wearable robot wearer, including the step of displaying a graphical user interface that displays the robot movement setting area on the user terminal; and the step of receiving a setting of at least one of the walking mode and torque intensity from the user terminal and transmitting the setting to the wearable robot.
  • a method for generating a graphical user interface for providing information on gait of a wearable robot wearer may be a method for generating a graphical user interface for providing information on gait of a wearable robot wearer, comprising: a step of receiving gait information of the wearer from the wearable robot; a step of generating gait analysis information of the wearer based on the received gait information of the wearer; and a step of generating a graphical user interface based on the generated gait analysis information of the wearer.
  • the statistical information display area according to the accumulated gait information may display the statistical information according to the accumulated gait information in the form of a bar or chart, and may include an average trend line indicating an average of the statistical information according to the accumulated gait information displayed as the bar or chart, and the bar or chart may have a plurality of areas according to date, and the plurality of areas may have relative sizes in proportion to the statistical information according to the accumulated gait information, which may be a method for generating a graphical user interface for providing information on the gait of a wearable robot wearer.
  • the entire walking information display area of the selected date may be a method for generating a graphical user interface for providing information on walking of a wearable robot wearer, the method including at least one of a step count information display area, a distance information display area, a calorie consumption information display area, and a walking time information display area.
  • the method for generating a graphic user interface for providing information on walking of a wearable robot wearer may include a display area for gait record information of the selected date, which includes a plurality of areas in which gait record information of the selected date is displayed, and an area in which detailed gait record information is displayed based on input information of at least one of the plurality of areas.
  • the graphical user interface may be a graphical user interface that displays a gait analysis report of the wearer
  • the graphical user interface that displays the gait analysis report of the wearer may be a method for generating a graphical user interface for providing information on the gait of a wearable robot wearer, the graphical user interface including at least one of a comprehensive gait score and age information display area, a statistical information display area according to accumulated gait information, a gait index diagram area, and a gait detailed analysis information display area.
  • the statistical information display area according to the accumulated gait information may display the statistical information according to the accumulated gait information in the form of a bar or chart, and may include an average trend line indicating an average of the statistical information according to the accumulated gait information displayed as the bar or chart, and the bar or chart may have a plurality of areas according to date, and the plurality of areas may have relative sizes in proportion to the statistical information according to the accumulated gait information, which may be a method for generating a graphical user interface for providing information on the gait of a wearable robot wearer.
  • the step of receiving the gait information of the wearer may be a method for generating a graphical user interface for providing information on the gait of a wearable robot wearer, including the steps of: transmitting at least one of a gait mode and torque intensity information set in a user terminal to the wearable robot; receiving real-time gait information of the wearer generated from the wearable robot based on at least one of the set gait mode and torque intensity information after the transmission; and receiving quantified physical/motor ability values of the wearer generated based on the received real-time gait information of the wearer.
  • the present invention may be a method for generating a graphical user interface for providing information on the gait of a wearable robot wearer, in which, after the exercise termination information is input, if the necessary conditions for generating the gait analysis information of the wearer are not met, a graphical user interface is generated that displays a notification that the gait analysis information has not been generated.
  • the graphical user interface may be a graphical user interface that displays customized program information of the wearer
  • the graphical user interface that displays customized program information of the wearer may be a method for generating a graphical user interface for providing information on walking of a wearable robot wearer, the graphical user interface including at least one of a proposed customized program display area, a comprehensive gait score display area, a gait index diagram area, and a proposed program detail display area.
  • the comprehensive gait score display area may be a method for generating a graphical user interface for providing information on the gait of a wearable robot wearer, which indicates an expected gait score of the wearer that is expected to improve after proceeding with the proposed customized program.
  • the step of obtaining information about the gait of the wearer may be a method for generating a graphical user interface for providing information about the gait of a wearable robot wearer, including the steps of: receiving the gait information of the wearer from the wearable robot; generating gait analysis information of the wearer based on the received gait information of the wearer; and obtaining information about the gait of the wearer based on the generated gait analysis information of the wearer.
  • the step of receiving the gait information of the wearer may be a method for generating a graphical user interface for providing information on the gait of a wearable robot wearer, including the steps of: transmitting at least one of a gait mode and torque intensity information set in a user terminal to the wearable robot; receiving real-time gait information of the wearer generated from the wearable robot based on at least one of the set gait mode and torque intensity information after the transmitting; and receiving quantified physical/motor ability values of the wearer generated based on the received real-time gait information of the wearer.
  • a device for generating a graphical user interface for providing information on walking of a wearable robot wearer may be a device for generating a graphical user interface for providing information on walking of a wearable robot wearer, the device including: an input unit and a communication unit; a display unit; one or more processor units; and a memory unit storing one or more programs configured to be executed by the one or more processors, wherein the one or more programs include commands for performing at least one of the above-described methods.
  • the above-mentioned predetermined time is 0.5 seconds or more and 1 second or less.
  • the device may further include a memory unit; and the memory unit may store an exercise mode based on the received target muscle information and parameters according to the exercise mode in the form of a lookup table; and the driving unit may select an exercise mode based on the received target muscle information, and may be configured to calculate the output torque based on parameters according to the selected exercise mode.
  • the driving unit is configured to receive the parameter value from the user terminal and calculate the output torque based thereon.
  • the present invention relates to a walking assistance wearable robot system for assisting a walking motion of a wearer, wherein the system comprises the user terminal and the wearable robot, wherein the wearable robot is configured to receive target muscle information to be exercised from the user terminal, set parameters based on the received target muscle information, calculate output torque based thereon, and transmit information related to the walking motion to the user terminal, and the user terminal is configured to receive the transmitted information related to the walking motion.
  • the wearable robot is configured to calculate an angular velocity based on the wearer's walking, calculate a motion state value based on the calculated angular velocity, and calculate the output torque based on the same.
  • the output timing information of the torque calculated above includes position information of the calculated operation state value.
  • the wearable robot is configured to be able to calculate output torque according to a set exercise mode, and is configured to store parameters according to the exercise mode as a lookup table, and the set parameters are configured as parameters according to target muscle information received from the user terminal based on the lookup table.
  • the wearable robot is configured to store an exercise mode based on the received target muscle information and parameters according to the exercise mode in the form of a lookup table, select an exercise mode based on the received target muscle information, and calculate the output torque based on parameters according to the selected exercise mode.
  • the wearable robot is configured to receive the parameter value from the user terminal and calculate the output torque based thereon.
  • the user terminal is configured to provide audiovisual feedback information based on the information related to the received walking exercise, wherein the audiovisual feedback information includes exercise score information of the wearer, walking performance information of the wearer, or exercise information of the wearer.
  • the walking performance information includes at least one of the wearer's speed information, the wearer's posture information, the wearer's stride information, the wearer's regularity information, the wearer's asymmetry information, and the wearer's walking score information.
  • the exercise information includes at least one of exercise elapsed time information for each exercise mode of the wearer, accumulated exercise time information of the wearer, and exercise elapsed time information of the current exercise mode of the wearer.
  • the exercise score information is configured to be calculated based on the wearer's state trajectory movement distance.
  • the exercise score information is configured to be calculated based on the median or average value of the wearer's state trajectory movement distance over a predetermined period of time.
  • the user terminal is configured to provide the calculated exercise score information after normalizing it into a score of 100.
  • the present invention relates to a walking assistance wearable robot for assisting a walking motion of a wearer who receives target exercise information to be exercised from a user terminal, the robot comprising: a fixed part that can be mounted on a body part of the wearer; and a driving part that can be mounted on the fixed part; wherein the driving part is configured to set parameters based on the received target exercise information and to calculate output torque based thereon.
  • the present invention relates to a walking assistance wearable robot system for assisting a wearer's walking motion, wherein the system comprises the user terminal and the wearable robot, wherein the wearable robot is configured to receive target movement information to be exercised from the user terminal, set parameters based on the received target movement information, calculate output torque based thereon, and transmit information related to the walking motion to the user terminal, and the user terminal is configured to receive the transmitted information related to the walking motion.
  • the present invention relates to a waist-worn part of a walking assistance wearable robot for assisting a walking movement of a wearer, comprising: a waist-worn part mountable on the waist of the wearer; and a driving part mountable on the waist-worn part; wherein the waist-worn part comprises a waist-worn part member; a waist-worn buckle part connected to the waist-worn part; and wherein the driving part comprises driving part fixing frames positioned on both sides of the driving part; and wherein the waist-worn buckle part is configured to be coupled to and uncoupled from the driving part fixing frames.
  • the driving unit fixing frame is configured to have an incline of 0 degrees or more and 30 degrees or less with respect to the vertical plane of the driving unit.
  • the waist wearing buckle part includes a drive part fixing member, and the drive part fixing member further includes an inner connecting member; and the drive part fixing member further includes a button member located on the inner connecting member; and an elastic member located on the inside of the waist wearing buckle part; and when the waist wearing buckle part and the drive part fixing frame are coupled, the button member is configured to move in the direction of travel of the drive part fixing frame, and accordingly, the elastic member is configured to contract, and when the button member and the drive part fixing frame are coupled, the elastic member is relaxed to prevent the drive part fixing frame from detaching from the button member.
  • the button member is configured to have an inclined portion, and when the waist wearing buckle portion and the driving member fixing frame are coupled, the driving member fixing frame is configured to contact the inclined portion of the button member and move in the forward direction.
  • the waist wearing buckle part includes a drive part fixing member
  • the drive part fixing member further includes an inner connecting member; a button member located on the inner connecting member; a handle member located on the inner connecting member; and an elastic member located on the inside of the waist wearing buckle part; and when the waist wearing buckle part and the drive part fixing frame are released, the handle member moves in the progressing direction of the drive part fixing frame at the time of release, and the elastic member moves in the progressing direction according to the movement of the inner connecting member in the progressing direction, so that the button member and the drive part fixing frame are released.
  • the waist wearing part and the waist wearing buckle part are configured to be fixed by a band.
  • the waist wearing part and the waist wearing buckle part are configured to be fixed by Velcro.
  • the present invention relates to a waist-worn part of a walking assistance wearable robot for assisting a walking movement of a wearer, comprising: a waist-worn part mountable on the waist of the wearer; and a driving part mountable on the waist-worn part; wherein the waist-worn part comprises: a waist-worn part member; a waist-worn buckle part connected to the waist-worn part; and wherein the waist-worn buckle part further comprises: a driving part fixing part coupled to the driving part; and a swing part connected to the driving part fixing part.
  • the swing member is configured to connect the waist wearing member and the waist wearing buckle member.
  • the swing member is configured to be able to swing at an angle of 0 degrees or more and 30 degrees or less based on the posture before the swing.
  • the driving unit includes a driving unit fixing frame positioned on both sides of the driving unit, and the waist wearing buckle part is configured to be coupled and uncoupled from the driving unit fixing frame.
  • the driving unit fixing frame is configured to have an incline of 0 degrees or more and 30 degrees or less with respect to the vertical plane of the driving unit.
  • the swing member is configured to be able to swing at an angle of 0 degrees or more and 30 degrees or less based on the posture before the swing.
  • the thigh cover member includes a rail structure having a predetermined angle of left-right symmetry on the inside of the thigh cover member, and the rail structure is characterized in that it is configured to suppress a left-right tilting phenomenon while the thigh inner member slides.
  • the thigh cover member performs the role of a sliding guide for the thigh inner member in the process of transmitting the auxiliary power generated from the actuator to the thigh inner member, and the left-right symmetrical rail structure formed on the inner side of the thigh cover member is configured to prevent the thigh inner member from being tilted left-right while sliding.
  • the thigh inner member is configured to be slidable so that the length value can be changed according to the leg length of the wearer by being combined with the thigh wearing part, and the sliding motion is characterized by being divided into 2-stage and 2.5-stage sliding, so that it can be adjusted according to the motion of the wearer.
  • the thigh inner member includes a two-stage return elastic band member, and the two-stage return elastic band member is configured to provide elasticity so that the thigh inner member can return to its original position after a sliding motion.
  • the thigh frame includes a bearing cover member, and the bearing cover member is configured to perform a function of protecting a bearing arranged on the inner side of the thigh inner member from coming off during sliding.
  • the thigh frame includes a front urethane bearing member and a rear urethane bearing member, and the front urethane bearing member and the rear urethane bearing member are configured to suppress vibration and noise generated during a sliding operation of the thigh inner member and maintain the left-right balance of the thigh frame.
  • front urethane bearing member and the rear urethane bearing member are arranged at the same angle as the inner rail of the thigh cover member, and are characterized in that they are configured to minimize vibration that may occur during the sliding process.
  • a wearable robot comprising: a first fixing part fixed to one body part of a joint; a second fixing part fixed to the other body part of the joint; a driving part fixed to the first fixing part; and a connecting member connecting the driving part and the second fixing part and transmitting a driving force provided from the driving part to the second fixing part for movement of the joint part; wherein the connecting member has a length adjusted in response to a gap between the driving part and the second fixing part that changes depending on a size of a movement of the joint part, or includes a plurality of unit members arranged in a row to form the connecting member, and a linking member connecting the plurality of unit members so that the plurality of unit members are linked to each other.
  • the driving unit further includes a rotary joint part that is respectively connected to the left and right sides and rotates in the forward and backward directions around a left and right rotation axis, and the connecting member can be hinge-coupled to the lower end of the rotary joint part to rotate in the left and right directions around a back and forth rotation axis.
  • the driving unit includes a single driving unit; a driving unit frame that surrounds and accommodates the driving unit and rotates in a horizontal axial direction; and a main body housing that accommodates the driving unit and the driving unit frame therein, wherein a connecting member arranged on one side of the main body unit rotates by receiving power from the driving unit, and a connecting member arranged on the other side of the driving unit is connected to the driving unit frame and can rotate.
  • the driving unit may further include a bearing mounted on the outside of the driving frame to rotate the driving frame relative to the main body housing.
  • the device may further include a first fixing member for fixing the driving member to the waist; and a second fixing member for fixing the connecting member to the thigh.
  • the upper end of the connecting member can be hinge-connected to rotate left and right about the forward-backward rotation axis.
  • the connecting member may include a first member supported by the driving member, a second member movably connected to the first member, and a third member movably connected to the second member and supported by the second fixing member.
  • a second slit capable of guiding movement of the third member may be formed on one side of the second member, and a first slit may be formed on one side of the first member that communicates with the second slit while overlapping with the second member.
  • it may include an elastic member that elastically supports the second member or third member in the contraction direction.
  • the frictional force of the second member against the first member and the frictional force of the third member against the second member can be set differently from each other.
  • the second member may further include a roller that rolls on the contact surface with the first member.
  • the third member may further include a sliding pad that slides on a contact surface with the second member while having a relatively large frictional force compared to the roller.
  • the connecting member may include a first length-adjusting member and a second length-adjusting member arranged in a row between the driving member and the second fixing member.
  • first length-adjusting portion may be adjusted in length within a portion of the range of motion of the joint portion
  • second length-adjusting portion may be adjusted in length within a remaining portion of the range of motion of the joint portion that exceeds the portion of the range of motion of the joint portion
  • the connecting member may include a permanent magnet capable of fixing a position while the third member moves in a direction extending over the second member.
  • the permanent magnet may include a first permanent magnet provided at a second end of the second member and a second permanent magnet provided at a position corresponding to the first permanent magnet of the third member.
  • the first end refers to the end of the first member or the second member in the direction of overlap when the first member (141) and the second member (142) overlap
  • the second end refers to the end of the first member or the second member in the direction opposite to the direction of overlap
  • the connecting member may further include an elastic member that is fixed to the third member with one end fixed to the first member and the other end supported by the second member.
  • the second member may include a first pulley supporting the elastic member.
  • the linkage may include a first cable having one end fixed to the first member and the other end fixed to the third member while being supported by the second end of the second member, and a second cable having one end fixed to the first member and the other end fixed to the third unit member while being supported by the first end of the second member.
  • a second pulley supporting the first cable may be arranged at the second end of the second member, and a third pulley supporting the second cable may be arranged at the first end of the second member.
  • the walking ability of a wearable robot wearer can be estimated or customized exercise program information can be provided.
  • a wearable robot wearer or manager can set at least one of an appropriate gait mode and torque intensity during the robot movement process of the wearable robot wearer.
  • the present invention rapidly reduces and deactivates device torque during movements other than walking, and smoothly activates (applies torque) the device when the number of walking steps exceeds a critical number, thereby helping to facilitate smooth long-term work.
  • the present invention can efficiently use energy at a moment when walking assistance is required by increasing the torque deactivation (torque zero) section in a section where the device torque sign changes, and at the same time, can assist the wearer to perform natural walking assistance.
  • the present invention can reduce the possibility of mismatch between the wearer and the device movement direction, and can efficiently use energy during long-term work by reducing the output torque value.
  • the shock amount can be relatively reduced if a low torque is applied with zero torque shaping.
  • the present invention provides the effect of selective muscle strengthening exercise through walking exercise by time shifting and reversing a soft interaction torque profile using a wearable walking exercise robot.
  • the present invention has the effect of achieving exercise intensity (muscle stimulation) that is difficult to achieve through walking exercise using wearable devices such as hips, knees, and ankles.
  • the soft waist wearable part of the present invention can be flexibly worn regardless of the wearer's body shape or size, so that various users can wear it comfortably regardless of gender, body shape, or body size. In particular, since it automatically adheres to the wearer's body shape, no additional adjustment is required, and it has the effect of providing a user-customized fit.
  • the present invention does not use a rigid frame, so unnecessary pressure or interference does not occur on the wearer's hip joint or waist.
  • This soft waist wearing part does not cause discomfort to the wearer even when worn for a long time, and provides a stable wearing feeling, so that the user can use it for a long time with less fatigue.
  • the overall weight is reduced, so that the user can carry and use it without any burden.
  • the light weight of the product can provide the effect of improving the wearing comfort and maximizing the convenience of use by making it easy to store and transport.
  • a single actuator can symmetrically assist the opposite leg based on the supporting foot according to the human walking characteristics, simplifying the structure, reducing heat loss, and reducing manufacturing costs compared to existing technologies that use individual actuators for each joint.
  • the user only feels the reaction to the assistive force, thereby reducing discomfort when wearing and greatly improving the wearing comfort.
  • the present invention is designed so that the device body including a single actuator is placed on the front of the wearer's abdomen, so that a rigid frame is not required on the hip joint side. As a result, interference does not occur regardless of the user's body shape and size, providing the effect of greater freedom of movement for the wearer.
  • the thigh wearable of the present invention is designed so that the user can easily put on and remove the device. It has a left-right symmetrical structure and is composed of a band and a buckle, so that the wearer can quickly put on and take off the device with a simple operation. This feature can enhance user convenience by making it easy to use the walking assistance robot in various situations.
  • the thigh wearable part of the present invention can adjust the length to fit the thigh shape and circumference of the wearer, so it is suitable for users with various body sizes and shapes. As a result, the device adheres exactly to the user's thigh, and prevents the device from slipping down or coming off while worn, thereby enhancing stability.
  • the thigh wearable part of the present invention is designed to wrap around the thigh frame joint structure, thereby reducing the phenomenon of frame distortion that may occur during walking. This allows the user to maintain free movement even while wearing the device, and provides the effect of not feeling discomfort during everyday actions (e.g., walking, sitting, climbing stairs, etc.).
  • the thigh wearable part of the present invention is provided with a thigh frame and a button that can be easily attached and detached, so that a user can quickly assemble or disassemble the device.
  • the button automatically returns to its original position through an elastic member having a return force, so that a stable connection state can be maintained.
  • the thigh wearable part of the present invention is designed to adhere smoothly to the wearer's thigh, and can effectively alleviate shock and shaking that occurs during walking. As a result, fatigue is minimized even when the device is worn for a long time, and a comfortable fit is provided.
  • the thigh wearable part of the present invention naturally adapts to the wearer's movements in various usage environments, and can effectively operate in various activities such as walking assistance, stair climbing, and running.
  • the device is stably fixed to the thigh, so that it can maintain reliability in any environment.
  • FIG. 1b is an exploded perspective view of a driving unit of a wearable robot according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 1c is a drawing explaining the left-right hinge movement of a connecting member according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 1d is a drawing explaining the sliding motion of a connecting member according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 1e is a drawing explaining the link operation of a connecting member according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 1f is a drawing explaining a walking motion of a wearable robot according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 1g is a drawing explaining the operation of a wearable robot according to the movement and posture of a wearer according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a drawing for explaining a walking assistance mode and a walking resistance mode according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a drawing for explaining an example in which a trainer collects device information of a member during group exercise according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a drawing for explaining a method for quantifying the physical/motor ability of a wearable robot wearer according to the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a method for calculating torque to provide driving force to a wearable robot wearer using a state trajectory memory buffer according to the present invention.
  • FIG. 6a is a diagram illustrating an operation of sequentially storing operation state values based on a state trajectory memory buffer according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 6b is a diagram showing an embodiment in which an operation state value stored in a last storage location (N) is deleted from a state trajectory memory buffer according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 6c is a diagram showing an embodiment in which a motion state value reflecting a motion state of a wearer is stored in a state trajectory memory buffer according to the motion of the wearer according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a diagram showing the results of analyzing the Pearson correlation between the gait, balance, and physical function indices of a wearable robot wearer and the device power torque ratio.
  • FIG. 8 is a diagram showing the correlation between the device power torque ratio and the wearer's age in the walking assistance mode of the wearable robot according to the present invention and the correlation between the device power torque ratio and the wearer's age in the walking resistance mode of the wearable robot according to the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic diagram illustrating one or more network functions for performing a method of proposing exercise information based on a database according to a correlation between a ratio of power to torque of a driving unit (230) according to the present invention and a wearer's physical condition.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a method for calculating an importance score of a category of body information or movement information of a wearer of a wearable robot based on a deep neural network according to one embodiment of the present invention.
  • FIGS. 13 and 14 are diagrams showing a graphical user interface illustrating a user/administrator and experience mode login process for accessing a system that displays information about the gait of a wearable robot wearer according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 15b is a diagram showing a graphical user interface illustrating a process in which a Bluetooth connection between a user terminal and a wearable robot fails according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 15c is a diagram showing a graphical user interface illustrating a process in which a Bluetooth connection between a user terminal and a wearable robot is disconnected according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a graphical user interface that displays a main screen on a user/administrator terminal after login and Bluetooth connection are completed according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 17A is a diagram illustrating a graphical user interface of a user terminal representing a rest mode prior to robot movement according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a flowchart illustrating a method for generating a graphical user interface of a user terminal that shows information about the walking of a wearable robot wearer transmitted and received between a wearable robot, a user terminal, and an external server according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 19c is a drawing showing a graphical user interface of a user terminal that records robot movement processes according to one embodiment of the present invention and displays statistical information based on accumulated walking information of a wearer based on 'time'.
  • FIG. 22 is a flowchart illustrating a process of combining information about different types of gait of a wearer into multimodal data and estimating gait analysis information based on a deep learning model according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 24 is a diagram illustrating a graphical user interface that displays customized exercise program information suitable for the walking ability of a wearable robot wearer based on a deep learning model according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 30 is a drawing showing a graphical user interface of a user terminal that enables an administrator to confirm information and delete registration according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 34 is a drawing showing a graphical user interface of an administrator terminal showing a basic screen when a program tab for 1:N group exercise according to one embodiment of the present invention is clicked.
  • FIG. 35 is a drawing showing a graphical user interface of an administrator terminal for generating a program for 1:N group exercise according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 36 is a drawing showing a graphical user interface of an administrator terminal showing general information of a program created for 1:N group exercise according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 37 is a diagram showing a graphical user interface of an administrator terminal illustrating a process of selecting participating members for a program created for 1:N group exercise according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 38 is a drawing showing a graphical user interface of an administrator terminal that illustrates a process of connecting a member who has participated in a program for 1:N group exercise according to one embodiment of the present invention but is not connected to a wearable robot.
  • FIG. 39 is a drawing showing a graphical user interface of an administrator terminal that illustrates a process of initiating robot exercise for at least one member among members participating in a program for 1:N group exercise according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 40 is a drawing showing a graphic user interface of an administrator terminal that sets the walking mode and torque intensity at the start of exercise for each member in a program for 1:N group exercise according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 41 is a drawing showing a graphical user interface that allows checking the walking information of a member who has participated in a program for 1:N group exercise according to one embodiment of the present invention through an administrator terminal.
  • FIG. 42 is a diagram showing a graphical user interface that allows the administrator to check basic information and a gait analysis report of one member who participated in a program for 1:N group exercise according to one embodiment of the present invention through an administrator terminal.
  • Figure 43 is a drawing showing a device control method for safely performing various tasks other than walking during walking assistance of a wearer according to the present invention.
  • Figure 50a is a drawing showing the change in torque value when walking again after performing a task other than walking during walking according to the present invention.
  • Figure 50b is a drawing showing the change in torque value when walking slowly according to the present invention and then walking again after performing a task other than walking.
  • FIG. 51a is a drawing for explaining an embodiment of increasing a torque deactivation section in a section where a device torque sign changes according to the present invention.
  • Figure 52 is a drawing showing a wearable mobility system and user terminal according to the present invention.
  • Figure 56 is a drawing for explaining a walking assistance output algorithm according to the present invention.
  • FIG. 57 is a diagram showing a lookup table of setting values matching a target strength exercise mode according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 66 is a drawing showing the torque and power trajectories of resistance mode B according to the present invention.
  • Figure 67 is a drawing showing the torque and power trajectories of resistance mode C according to the present invention.
  • Figure 68 is a drawing showing the torque and power trajectories of resistance mode D according to the present invention.
  • Figure 69 is a drawing showing the torque and power trajectories of resistance mode E according to the present invention.
  • FIG. 70 is a drawing for explaining a method for supporting selective walking reinforcement exercise during walking exercise according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 71 is a diagram showing a set value lookup table matching a target motion exercise mode according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 72 is a diagram illustrating a target improvement operation setting user interface according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 73 is a diagram showing the torque and power profiles of auxiliary mode A according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 80 is a drawing for explaining the waist wearing part and waist wearing buckle part of the present invention.
  • FIG. 100 is a drawing for explaining a bearing end bracket and a bearing sliding bracket according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 101 is a drawing for explaining a urethane bearing according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 102 is a drawing for explaining a joint member, a joint shaft member, a two-stage return elastic band member, etc. in a urethane bearing structure according to one embodiment of the present invention.
  • Figures 103 to 108 are drawings showing the operating state of a wearable robot according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 109 is a diagram showing the operation of a connecting member according to a third embodiment of the present invention.
  • Figure 110 is a diagram showing the operation of a connecting member according to a fourth embodiment of the present invention.
  • Figure 111 is an exploded perspective view of a connecting member in a wearable robot according to one embodiment of the present invention.
  • Fig. 112 is a cross-sectional view of a connecting member in a wearable robot according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 113 is an enlarged view of portion “A” of Figure 112.
  • Figure 114 is an enlarged view of portion “B” of Figure 112.
  • Figures 115 and 116 are drawings showing the operating state of a wearable robot according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 117 is a diagram showing the operation of the connecting member of the present invention.
  • Figure 118 is a perspective view of the waist belt and waist wearing frame combined.
  • Figures 119 to 121 are drawings showing the process of attaching/detaching a waist wearable part of a wearable robot.
  • Fig. 122 is a perspective view of a thigh wearable part of a wearable robot according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 123 is an exploded perspective view of the thigh wear part illustrated in Figure 122.
  • Figure 125 is a drawing showing how the first button operates within the plate.
  • Figure 126 is a drawing showing the process of separating/attaching a plate and a connecting member.
  • Figures 127 to 129 are drawings showing an elastic member connecting a waist wearing part and a thigh wearing part in a wearable robot according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 1a is a drawing showing a wearable robot according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 1b is an exploded perspective view of a drive unit of a wearable robot according to one embodiment of the present invention.
  • a wearable robot includes a first fixing part (210), a second fixing part (220), a driving part (230), and a connecting member (240).
  • first fixing part (210) and the second fixing part (220) of the wearable robot according to one embodiment of the present invention can be worn on a body part.
  • a wearable robot capable of estimating a physical ability of a wearer during a walking motion can include a fixing part (including the first fixing part (210) and the second fixing part (220)) that can be mounted on a body part and a driving part (230) that can be mounted on the fixing part, and the driving part (230) can estimate the physical ability of the wearer based on the power of the driving part (230) due to the walking motion of the wearer.
  • the front direction of a wearer wearing a wearable robot is defined as the x-axis direction.
  • the lateral directions of a wearer wearing a wearable robot are defined as the y-axis direction
  • the vertical direction is defined as the z-axis direction.
  • the first fixed part (210) can be mounted on a reference body part of the wearer
  • the second fixed part (220) can be mounted on a target body part of the wearer
  • a connecting member (240) connecting the driving member (230) provided on the side of the first fixed part (210) and the second fixed part (220) can provide an assisting force to the movement of the body part centered on the joint by rotating around the y-axis by the driving of the driving member (230).
  • the connecting member (240) can be divided into a first connecting member (240a) and a second connecting member (240b).
  • the first fixing part (210) and the second fixing part (220) are each mounted on a body part, and may be formed in the form of a band or belt that can wrap around the body part.
  • fixing means such as a hook and loop fastener that can be mutually fixed may be provided at both ends.
  • the driving unit (230) is provided in the first fixed unit (210) and may be configured with a motor or actuator, etc. for providing rotational torque centered on the y-axis, and may include a reducer, etc. for increasing the torque.
  • the driving unit (230) includes a driving unit (231) that generates power for auxiliary power and can be mounted in front or behind the reference body part.
  • the driving unit (230) may be equipped with a battery (236) that supplies power to the driving device (231), but the battery (236) may be formed separately from the driving unit (230) while including the control board (237) and may be equipped on another part of the body.
  • the first fixing member (210) may be composed of a conventional belt (or scrap) and a buckle (or Velcro), etc. Accordingly, the first fixing member (210) may be equipped with a driving member (230) and may be wound around a reference body part, thereby mounting the driving member (230) in front of the reference body part of the wearer or behind the reference body part. At this time, the circumference of the first fixing member (210) may be adjusted to suit the size of the reference body part of the wearer.
  • the connecting member (240) can rotate in the forward and backward direction around the rotation axis by the operation of the driver (231) of the driving unit (230) to transmit auxiliary power to the target body part.
  • the connecting member (240) may be formed in a long rod shape, and the inner surface that comes into contact with the target body part may be formed in a curved shape according to the shape that comes into contact with the target body part so as to be in close contact with the target body part.
  • the first connecting member (240a) may include an extension frame (245) that is rotatably coupled to the driving member (230) and extends long in a square or circular cross-section.
  • the first connecting member (240a) may include a fixed frame (246).
  • the second connecting member (240b) may include an extension frame (245) that is rotatably coupled to the driving member (230) and extends long in a square or circular cross-section.
  • the second connecting member (240b) may include a fixed frame (246).
  • the fixed frame (246) is fixed to the lower end of the extension frame (245) and has a relatively wide contact area with a target body part, and an inner surface is formed as a curved surface according to a shape that makes contact with the target body part, thereby fixing the connecting member (240) to the target body part.
  • the second fixing member (220) is connected to the lower end of the connecting member (240) to fix the lower end of the connecting member (240) to the target body part.
  • the second fixing member (220) like the first fixing member (210), may be composed of a belt (or strap) and a buckle (or Velcro).
  • it may include a motion detection sensor (247) that detects movement or posture of the wearer's target body part.
  • control board (237) receives a signal from a detection sensor to predict the movement of the wearer, and controls the driver (231) of the driving unit (230) accordingly to drive the connecting member (240) to assist the movement of the target body part.
  • the motion detection sensor (247) may be an inertial sensor, an angle sensor, a limit sensor, or the like.
  • the motion detection sensor (247) may be mounted inside the main body housing (234) and sense the angle of the wearer's reference body part.
  • a motion detection sensor (247) is mounted on a single or double-sided rotary joint (270a, 270b) to estimate the forward and backward angle of the wearer's target body part.
  • the angle of only one target body part can be sensed, and then the angle of the other target body part can be calculated through the relative angles of the target body parts on both sides.
  • auxiliary power can be effectively transmitted compared to the existing structure, a relatively small power actuator (231) can be used, and further, as described below, the auxiliary power can be transmitted to the target body parts on both sides using a single actuator (231), so that the weight of the device can be reduced.
  • the thigh is only an example of a target body part to specifically explain the embodiment of the driving unit, and the target body part is not limited to the thigh and may correspond to various body parts of the human body.
  • the actuator frame (233) has a long cylindrical shape and accommodates the actuator (231) inside and can rotate in a horizontal axial direction.
  • the actuator (231) positioned inside the actuator frame (233) can be fixed inside the actuator frame (233). Accordingly, when the actuator frame (233) rotates, the actuator (231) can also rotate together.
  • a second connecting member (240b) mounted on the other end of the actuator frame (233) is connected so that when the actuator frame (233) rotates, the second connecting member (240b) can rotate forward and backward around the left-right rotation axis.
  • a rotary joint part (270b) can be coupled to the other end of the drive frame (233), and a connecting member (240b) can be fixed to the rotary joint part (270b).
  • a rotary joint part (270a) can also be coupled to the motor shaft (232) of the rotary motor.
  • a second bearing (238b) may be separately mounted between the outer surface of the motor shaft (232) and the cylindrical hole (235) of the main body housing (234) or between the outer surface of the bush (239) and the cylindrical hole (235) of the main body housing (234).
  • the lower portions of the left and right rotary joints (270) can be hinge-connected to a connecting member (240) so as to be rotatable left and right about a forward-backward rotation axis.
  • one side of the upper part of the rotary joint part (270) can be connected to the other end of the drive frame (233) or the bush (239).
  • the lower part of the rotary joint part (270) is formed in a shape in which both sides are extended in a plate-like shape (a 'U' shape when viewed from the side), so that the upper part of the connecting member (240) between the two sides can be hinge-connected to be rotatable in the left and right directions around the forward and backward rotation axis.
  • the connecting member (240) can rotate left and right between the plates on both sides with the upper part of the connecting member (240) as an axis.
  • the connecting member (240) can rotate left and right by means of a hinge connection, and can also rotate back and forth about a left and right rotation axis by means of the rotation of the rotary joint part (270).
  • the connecting member (240) can have a variable length.
  • the driving unit (230) is mounted on a reference body part.
  • the connecting member (240) may be formed of a plurality of frames that overlap and slide. Accordingly, the lengths of both ends of the connecting member (240) may be varied in accordance with the wearer's posture or movement.
  • the connecting member (240) may be formed of a plurality of links and configured to bend or unfold in accordance with the wearer's movement.
  • the links may be linked so as to bend in the forward-backward direction or in the left-right direction. Accordingly, since the amount of bending of the links varies in accordance with the wearer's posture or movement, the connecting member (240) may be prevented from restricting the wearer's movement.
  • a wearable robot configured as described above supports and generates assistive force in a manner that assists one target body part based on the other target body part.
  • the connecting member (240b) of the other end body part is connected to the driver frame (233).
  • the connecting member (240a) of the one end body part is connected to the motor shaft of the driver (231) so that it can directly receive the rotational power of the driver (231) and can directly rotate with the output of the driver (231).
  • the connecting member (240a) of one target body part operates in a direction that spreads the one target body part forward or pulls the one target body part backward based on the other target body part.
  • the output generated from the actuator (231) is transmitted to one target body part through the connecting member (240a) of one target body part, and the reaction force to the rotational force (output) of the actuator (231) can be transmitted as an auxiliary force to the other target body part.
  • the auxiliary force can be transmitted simultaneously to both target body parts in opposite directions by using a single actuator (231).
  • the rotational output of the actuator (231) acting on the connecting member (240a) of one target body part and the rotational reaction force acting on the connecting member (240b) of the other target body part with respect to the rotational force of the actuator (231) are mutually canceled out in the actuator frame (233), so that only the reaction force to the auxiliary force can be transmitted to the wearer. Therefore, only a small force is transmitted to the actuator (230), so that the reaction force felt by the wearer is small, and thus the wearing comfort can be structurally improved.
  • the actuator frame (233) can rotate in the forward and backward directions around the left-right rotation axis within the cylindrical hole (235) of the main body housing (234).
  • the actuator (231) fixed within the actuator frame (233) can also rotate together with the actuator frame (233).
  • the connecting member (240) is hinge-joined and can rotate left and right, and the length of the connecting member (240) is formed variably or formed as a link structure, so that the connecting member (240) does not restrict movement but moves in compliance with various postures of the wearer (such as bending the waist forward and backward or sitting on a chair) and postures of the thighs spreading left and right or curling, thereby improving the efficiency of transmitting assistive power and the wearing comfort of the wearable robot.
  • the assistive power is directly transmitted to the connecting member (a) fixed to one thigh by a single actuator (231) and the assistive power is transmitted to the connecting member (b) fixed to the other thigh by the reaction force of the supported leg.
  • the driving unit (230) is fixed to the wearer's waist and the connecting member (240) is placed at the front or rear of the thigh, so the efficiency of power transmission of the auxiliary power is good, and a driving unit with relatively low power can be used.
  • the above-described embodiment is a structure in which the auxiliary power is directly transmitted to the connecting member (240a) fixed to one target body part by a single actuator (231) and the auxiliary power is transmitted to the connecting member (240b) fixed to the other target body part by the reaction force of the supported target body part.
  • it may be configured to have two actuators and have each actuator rotate the connecting members (240) on both sides, respectively.
  • the driving member (230) is fixed to the reference body part of the wearer and the connecting member (240) is arranged in front or rear of the target body part, so the power transmission efficiency of the auxiliary power is good, and thus an actuator with relatively low power can be used.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a walking assistance mode and a walking resistance mode according to one embodiment of the present invention.
  • an angle value (q 0 , Hip difference angle) between one target body part of the wearer and the other target body part may be an operation state value to be described later.
  • the power value can be calculated as a positive number.
  • the walking resistance (exercise) mode since the direction of the device hip angular velocity and the direction of the torque provided by the driving unit (230) are opposite, power is transferred from the wearer to the device, and the power value can be calculated as a negative number. That is, during walking assistance, a positive power value can be mainly calculated, and during walking resistance, a negative power value can be mainly calculated.
  • FIG. 3 is a drawing for explaining an example in which a trainer collects device information of a member during group exercise according to one embodiment of the present invention.
  • a system for managing the movement of a wearer wearing a wearable robot (200) capable of estimating the physical ability of the wearer during walking exercise can be provided.
  • the system for managing the movement of a wearer wearing a wearable robot (200) capable of estimating the physical ability of the wearer during walking exercise can include a first user terminal for outputting analysis information on the movement of the wearer, a server device (100) for receiving analysis information on the movement of the wearer output by the first user terminal, and a second user terminal for receiving analysis information on the movement of the wearer transmitted by the server device (100).
  • the first user terminal may be the smartphone (300-1) of member 1 as illustrated in FIG. 3.
  • the smartphone (300-1) of member 1 may receive information about the wearer's movement from the wearable robot (200-1) of member 1, and may output analysis information about the wearer's movement based on the received information.
  • the server device (100) may receive analysis information about the wearer's movement output by the smartphone (300-1) of member 1.
  • the second user terminal may receive analysis information about the wearer's movement from the server device (100), and the second user terminal may be, but is not limited to, the trainer's smartphone (300-T).
  • the server device (100) can receive feedback information based on information about the wearer's exercise transmitted to the second user terminal from the second wearer terminal, and transmit the received feedback information to the first wearer terminal.
  • the second user terminal can be a trainer's smartphone (300-T), and the trainer can input feedback information based on information about the wearer's exercise using the trainer's smartphone (300-T), and the input feedback information can be transmitted to the server device (100).
  • the server device (100) can transmit feedback information based on information about the wearer's exercise received to the first wearer terminal, and through this, member 1 can check the feedback information based on information about the wearer's exercise.
  • a server device (100) for managing the movement of a wearable robot wearer can receive, from a first user terminal, gait information of a wearer wearing a wearable robot (200) that is linked to a first user terminal, and transmit the received gait information of the wearer to a second user terminal.
  • the server device (100) can receive gait information of a wearer wearing a wearable robot (200) from a smartphone (300-1) of member 1, and transmit the received gait information of the wearer to a smartphone (300-T) of a trainer.
  • the server device (100) can also receive feedback information based on the gait information of the wearer received by the second user terminal from the second user terminal.
  • the feedback information based on the gait information of the wearer received by the second user terminal can include an exercise intensity based on the gait information of the wearer, and the feedback information based on the gait information of the wearer received by the second user terminal can include information for controlling the exercise intensity based on the gait information of the wearer in real time. Therefore, in one embodiment of the present invention, the trainer can control the exercise intensity of the wearable robot (200) worn by the member in real time.
  • the wearable robot (200-1) of member 1 and the smartphone (300-1) of member 1 can be connected wirelessly.
  • the wireless connection between the wearable robot (200-1) of member 1 and the smartphone (300-1) of member 1 can be connected via Bluetooth, which is a short-range wireless communication, but in addition, it can be connected via wireless communication technology such as Wi-Fi, NFC, Zigbee, ANT plus, LTE-M, NB-IoT, Z-Wave, LoRa, etc., but is not limited thereto.
  • a trainer can monitor the exercise status of each member in real time through his or her smartphone, compare performances among members, and provide individual feedback.
  • the server device (100) can perform a step of accumulating the power-to-torque ratio of the driving unit (230) calculated by the driving unit (230) for each walking session.
  • the server device (100) can perform a step of accumulating the power-to-torque ratio of the driving unit (230) for each walking session and calculating statistics on the accumulation.
  • the server device (100) can receive information on the power-to-torque ratio calculated by the driving unit (230) from the smartphone (300-1) of member 1. Accordingly, the server device (100) can accumulate information on the power-to-torque ratio of the driving unit (230) received from the smartphone (300-1) for each walking session.
  • statistics on the accumulation can be calculated using the accumulated information on the power-to-torque ratio of the driving unit (230).
  • FIG. 4 is a drawing for explaining a method for quantifying the physical/motor ability of a wearable robot wearer according to the present invention.
  • step (S101) of sensing torque for assisting or resisting the walking of the wearable robot wearer since torque must be sensed in order to estimate the physical ability of the wearer based on the power of the driving unit (230), the following describes a step (S101) of sensing torque for assisting or resisting the walking of the wearable robot wearer.
  • a step (S101) of sensing a torque for assisting or resisting the walking of the wearable robot wearer may be performed first.
  • a step of outputting a torque for assisting or resisting the walking of a wearable robot wearer may be performed, and this step includes a step of sensing a hip angle difference value (q 0 ), as illustrated in FIG. 5.
  • the torque output by performing the step of sensing the hip angle difference value (q 0 ) can generate positive power by providing an assistive driving force in the case of an assistive mode, and can generate negative power by providing a resistive driving force in the case of a resistance mode (exercise mode).
  • a step (S101) of sensing a torque for assisting or resisting the walking of the wearable robot wearer may be performed first, and in order to calculate the device power calculated for estimating the physical ability information of the wearable wearer, a torque for assisting or resisting the walking of the wearable robot wearer is sensed, and in the case of providing driving force to the wearer, the torque may be output through calculation.
  • a mechanism for obtaining the calculated torque using the state trajectory memory buffer (200') will be described.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a method for calculating torque to provide driving force to a wearable robot wearer using a state trajectory memory buffer according to the present invention.
  • a wearable robot capable of estimating a physical ability of a wearer during a walking motion may include a fixing unit (210) that may be mounted on a body part and a driving unit (230) that may be mounted on the fixing unit (210).
  • the driving unit (230) may estimate the physical ability of the wearer based on the power of the driving unit (230) due to the walking motion of the wearable robot wearer (200).
  • the driving unit (230) may estimate the physical ability of the wearer based on a value obtained by normalizing the power of the driving unit (230) by torque.
  • the driving unit (230) may divide the power of the driving unit (230) by the RMS (Root Mean Square) torque of the driving unit (230) to calculate the ratio of the power to the torque of the driving unit (230).
  • the torque for calculating the power of the driving unit (230) may mean a torque value sensed by the driving unit (230) during the walking of the wearer.
  • the torque output in the step of outputting torque for assisting or resisting the walking of the wearable robot wearer can be used when providing driving force to the wearer of the wearable robot (200).
  • a motion detection sensor (247) of a driving unit (230) may perform a step (S110) of sensing a hip angle of a wearer of the wearable robot (200).
  • a processor unit (not shown) of the driving unit (230) may calculate an angular velocity based on the sensed hip angle.
  • a processor unit (not shown) of the control board (237) may calculate an angular velocity by differentiating and filtering the hip angle sensed by the motion detection sensor (247) at a speed of 1000 Hz or higher. That is, according to the present invention, an angular velocity may be calculated through hip angle sensing even without using a separate tachometer for sensing an angular velocity.
  • the processor unit (not shown) of the control board (237) performs real-time control
  • the processor unit (not shown) can be divided into a low-level processor and a high-level processor, and the hip angle sensed by the motion detection sensor (247) at a speed of 1000 Hz or more can be differentiated and filtered in the low-level processor with a relatively small amount of calculation to calculate the angular velocity.
  • the torque output may be a torque calculated by calculating a plurality of motion state values based on an angular velocity calculated by a driving unit (230), selecting at least one motion state value among them, and calculating a weighted sum of the selected motion state values.
  • the calculated plurality of motion state values may be stored by repeating a shift operation through a state trajectory memory buffer (200').
  • the plurality of motion state values stored by repeating a shift operation through a state trajectory memory buffer (200') will be described.
  • FIG. 6a is a diagram illustrating an operation of sequentially storing operation state values based on a state trajectory memory buffer according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 6b is a diagram illustrating an embodiment of the present invention in which an operation state value stored in a last storage location (N) is deleted from a state trajectory memory buffer.
  • FIG. 6c is a diagram illustrating an embodiment of the present invention in which an operation state value reflecting a movement state of a wearer according to a movement of the wearer is stored in a state trajectory memory buffer.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a method for calculating torque to provide driving force to a wearable robot wearer using a state trajectory memory buffer according to the present invention.
  • a method for calculating torque to provide driving force will be described step by step based on FIG. 5.
  • the state trajectory memory buffer (200') is a storage device that sequentially stores the wearer's motion state values. Specifically, as illustrated in FIG. 6b, when the first motion state value is input, it is stored in the first storage location (0) of the memory array. Then, when a new motion state value is input, the motion state value stored in the first storage location of the memory array is moved to the second storage location of the memory array, and the newly input motion state value is stored in the first storage location of the memory array.
  • the operation state values stored in the first and second storage locations of the memory array are moved to the second and third storage locations of the memory array, and the newly input operation state value is stored in the first storage location of the memory array.
  • N+1 operation state values are stored in all storage locations of the memory array. Accordingly, when a new operation state value is input, the operation state value stored in the memory array is moved to the next location, but the operation state value stored in the last storage location (N) that has no more places to move is deleted from the state trajectory memory buffer (200').
  • the motion state value stored in the state trajectory memory buffer (103) may be a sensing value (q 0 ) estimated by the sensor or a conversion value of a sensing value that can show the motion state of the wearer.
  • the hip angle difference value (q 0 ) may be an angle value (q 0 ) between one target body part and the other target body part of the wearer estimated by the sensor of the wearable robot (200). That is, as illustrated in FIG. 5, a step (S110) of sensing the hip angle difference value (q 0 ) may be performed first.
  • the angle value (q 0 ) between one target body part and the other target body part of the wearer estimated by the sensor of the wearable robot (200) may itself be a motion state value (s 0 ).
  • the angle value (q 0 ) between the estimated one-sided target body part and the other-sided target body part may be converted into a conversion value (s 0 ) using the following [Mathematical Formula 1], which may be an operation state value.
  • A is an arbitrary constant value, such as -2.
  • the above-mentioned motion state value can be stored in the state trajectory memory buffer (200') as a motion state value reflecting the motion state of the wearer according to the wearer's motion, as illustrated in Fig. 6c.
  • the following state variables can be used with the asymmetry parameter a added to the original state variables as in the following [Mathematical Formula 2].
  • Such calculations can be performed in the step (S120) for determining the conversion value (S0) by adding the asymmetry parameter a, as illustrated in Fig. 5.
  • a 0, it means that there is no asymmetry, and the same torque is symmetrically provided to the left and right movements. If the value of a is negative, the auxiliary torque for the motion of the left movement increases compared to the motion of the right movement. If the value of a is positive, the auxiliary torque for the motion of the right movement increases compared to the motion of the left movement. In other words, the asymmetric assistance for the left or right movement can be adjusted with a single parameter a.
  • the a value can be in the range of -1.0 to 1.0, and it is preferable that a value of -0.5 to 0.5 is used.
  • the asymmetric mode can be used to resolve imbalances in the left/right range of motion and to improve posture, and can be used for other purposes depending on the wearer or the purpose.
  • the asymmetric mode can be usefully used when assisting the movement of a person performing asymmetric movements due to a disease such as a stroke.
  • the asymmetric mode can be utilized to assist walking navigation.
  • pathfinding assistance functions such as reducing torque to induce a decrease in speed, providing direction guidance through asymmetric assistance on curves, and increasing speed on straight distances.
  • vision sensors such as by mounting a smartphone on the exoskeleton device, it can be used for walking movement by the visually impaired.
  • the state trajectory memory buffer (200') is a storage device that sequentially stores the wearer's motion state values. Specifically, as illustrated in FIG. 6b, when the first motion state value is input, it is stored in the first storage location (0) of the memory array. Then, when a new motion state value is input, the motion state value stored in the first storage location of the memory array is moved to the second storage location of the memory array, and the newly input motion state value is stored in the first storage location of the memory array.
  • a user terminal (300) may include an input unit (301), a processor unit (303), a display unit (305), a memory unit (307), and a communication unit (309).
  • Each of these components may perform an independent function, and may simultaneously interact with each other to implement the overall function of the user terminal (300). However, these components do not necessarily have to be physically separated and exist individually.
  • an administrator terminal (400) according to one embodiment of the present invention may also include components of the user terminal (300).
  • the display unit (305) is a component that receives and displays information processed in a user terminal (300), and can display execution screen information of an application program (e.g., an application) running in the user terminal (300), or user interface (UI) or graphical user interface (GUI) information according to such execution screen information.
  • an application program e.g., an application
  • UI user interface
  • GUI graphical user interface
  • the memory unit (307) capable of storing one or more programs may include a high-speed random access memory such as DRAM, SRAM, DDR RAM or other random access solid state memory devices, and may include a non-volatile memory such as one or more magnetic disk storage devices, optical disk storage devices, flash memory devices or other non-volatile solid state storage devices.
  • a high-speed random access memory such as DRAM, SRAM, DDR RAM or other random access solid state memory devices
  • non-volatile memory such as one or more magnetic disk storage devices, optical disk storage devices, flash memory devices or other non-volatile solid state storage devices.
  • a memory unit (307) capable of storing one or more programs may receive user input through a graphical user interface for providing information on the gait of a wearable robot wearer on a user terminal (300) or may receive gait information of a wearable robot wearer and store real-time gait information of the wearer, statistical information based on accumulated gait information, a gait analysis report, a gait ability estimation report based on a deep learning model, and customized program information.
  • the communication unit (309) may include one or more components that enable network communication with an external device, for example, at least one of a wired communication module, a wireless communication module, and a short-range communication module.
  • FIGS. 13 and 14 are diagrams showing a graphical user interface illustrating a user/administrator and experience mode login process for accessing a system that displays information about the gait of a wearable robot wearer according to one embodiment of the present invention.
  • a login process may be performed first.
  • the login process may consist of a user/administrator login for entering an authentication number and registering as a member, and an experience mode login for experiencing without entering information.
  • the user/administrator login process may include a step of entering a phone number in a phone number input area (512) of a phone number input display area (510) in a user/administrator login graphical user interface (500) and selecting login (501), a step of entering an authentication number in an authentication number input area (532) according to the guidance text in an authentication number input guidance area (530) in an authentication number input graphical user interface (502) and selecting next (503), and a step of entering relevant information in a basic information display area (540) and a body information display area (550) in a membership registration graphical user interface (504) and selecting membership application (506).
  • the basic information display area (540) may include a phone number input area (542), a name input area (544), and an account type selection area (546), and the body information display area (550) may include a gender selection area (552), a date of birth input area (554), a height (cm) input area (556), and a weight (kg) input area (558), and the information entered in each area may be added, changed, or deleted as needed.
  • the experience mode login process may include a step of selecting experience mode login (524) in a user/administrator login graphical user interface (500), and a step of selecting experience mode login (508) in a experience mode login graphical user interface (507) without entering an authentication number or information for membership registration.
  • the login information can be stored in the user terminal (100). If the login information is stored in the user terminal (100), the user does not need to go through the login process again unless he or she selects the account management (118) tab in the category selection area (110) in the user terminal (100) and then selects log out (1802) in the user account management graphical user interface (1800) illustrated in FIG. 18. The same may apply when logging in from the administrator terminal (400).
  • the login process according to one embodiment of the present invention is merely exemplary, and various login processes may be adopted.
  • a method may be adopted in which user information is stored in the memory of the user terminal, and login is performed through user authentication based on the information, or a method may be adopted in which account information of a general social media platform is entered, and the user approves a request for data access permission from the platform, thereby logging in through an account of the social media platform.
  • FIG. 15a is a diagram showing a graphical user interface showing a process in which a Bluetooth connection is completed for linking a user terminal and a wearable robot according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 15b is a diagram showing a graphical user interface showing a process in which a Bluetooth connection between a user terminal and a wearable robot is failed according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 15c is a diagram showing a graphical user interface showing a process in which a Bluetooth connection between a user terminal and a wearable robot is disconnected according to one embodiment of the present invention.
  • a Bluetooth connection can be established between the wearable robot (200) and the user terminal (300).
  • the login process can include both user/administrator login and experience mode login.
  • a process for completing a Bluetooth connection between a user terminal (300) and a wearable robot (200) may include a step of selecting a robot search (602) in a Bluetooth connection start graphic user interface (600) to search for a wearable robot (200) that can be connected to the user terminal (300), a step of selecting a searched wearable robot selection area (612) in a searched wearable robot display area (610) of a Bluetooth search-in-progress graphic user interface (603), a loading process for indicating a Bluetooth connection in progress (616) in a Bluetooth connection-in-progress graphic user interface (605), a step of displaying a Bluetooth connection completion indication area (620) together with a Bluetooth connection completion guide text (624) in a Bluetooth connection completion graphic user interface (606) and selecting confirmation (622) in the area to complete the connection.
  • the searched wearable robot display area (610) may include a searched wearable robot selection area (612) and a searched wearable robot number information
  • a process for causing a Bluetooth connection failure between a user terminal (300) and a wearable robot (200) may include a step of selecting a robot search (602) in a Bluetooth connection start graphic user interface (600) to search for a wearable robot (200) that can be connected to the user terminal (300), a step of selecting a searched wearable robot selection area (612) in a searched wearable robot display area (610) of a Bluetooth search-in progress graphic user interface (603), and a loading process indicating a Bluetooth connection in progress (616) in a Bluetooth connection-in-progress graphic user interface (605), but a Bluetooth connection failure display area (630) appears together with a Bluetooth connection failure guide text (634) in a Bluetooth connection failure graphic user interface (607), and a step of causing a connection failure when confirmation (632) is selected in the area.
  • the process of disconnecting the Bluetooth connection between the user terminal (300) and the wearable robot (200) may be performed by switching from a Bluetooth-connected graphical user interface (608) that can confirm that the wearable robot (200) is connected through a Bluetooth-connected wearable robot display area (640) to a Bluetooth-disconnected graphical user interface (609) that includes a Bluetooth-disconnected display area (650) together with a Bluetooth-disconnected notification text (652), thereby disconnecting the existing connection between the user terminal (300) and the wearable robot (200).
  • a Bluetooth-connected graphical user interface 608 that can confirm that the wearable robot (200) is connected through a Bluetooth-connected wearable robot display area (640)
  • a Bluetooth-disconnected graphical user interface (609) that includes a Bluetooth-disconnected display area (650) together with a Bluetooth-disconnected notification text (652), thereby disconnecting the existing connection between the user terminal (300) and the wearable robot (200).
  • Figures 15a to 15c illustrate general embodiments of a Bluetooth connection process between a user terminal (300) and a wearable robot (200), but are not limited thereto and various Bluetooth connection situations can be assumed. In addition, these examples are not limited to the connection between a user terminal (300) and a wearable robot (200), but can also be applied between an administrator terminal (400) and a wearable robot (200).
  • connection between the user terminal (300) and the wearable robot (200) is assumed as a 'Bluetooth connection' in one embodiment of the present invention
  • various technologies may be used for wireless connection between the wearable robot (200) and the user terminal (300), such as a smartphone.
  • BLE Bluetooth Low Energy
  • UWB Ultra-Wide-Band
  • Wi-Fi Direct Wireless Fidelity
  • NFC Near Field Communication
  • Zigbee etc.
  • BLE Bluetooth Low Energy
  • UWB Ultra-Wide-Band
  • connection between the user terminal (300) and the wearable robot (200) is not limited to a Bluetooth connection, but rather, various wireless connection technologies can be applied between the two devices.
  • a wireless connection such as a Bluetooth connection
  • this can be resolved through a wired connection between the user terminal (300) and the wearable robot (200).
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a graphical user interface that displays a main screen on a user/administrator terminal after login and Bluetooth connection are completed according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 (a) is a drawing showing a graphical user interface of a user terminal (300) after login and Bluetooth connection according to one embodiment of the present invention are completed
  • FIG. 16 (b) is a drawing showing a graphical user interface of an administrator terminal (400). The details of each graphical user interface will be described later together with the drawings.
  • FIG. 17a is a diagram showing a graphical user interface of a user terminal indicating a rest mode before robot movement according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 17b is a diagram showing a graphical user interface of a user terminal that sets at least one of an assistance/exercise mode and a torque intensity when starting robot movement according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 17c is a diagram showing a graphical user interface of a user terminal that displays information about a wearer's gait measured during a robot movement process when the robot movement ends according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 17a is a diagram showing a graphical user interface of a user terminal indicating a rest mode before robot movement according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 17b is a diagram showing a graphical user interface of a user terminal that sets at least one of an assistance/exercise mode and a torque intensity when starting robot movement according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 17c is a diagram showing a graphical
  • FIG. 17d is a diagram showing a graphical user interface that displays a gait map of a user terminal that displays current location information and distance information of the wearer and walking time information of the wearer during a robot movement process according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 17e is a diagram showing a graphical user interface that displays a notification that gait analysis information was not generated when the robot movement ends according to one embodiment of the present invention.
  • a robot movement graphical user interface (800) is displayed on which real-time walking information of a wearable robot wearer is displayed.
  • the robot movement graphical user interface (800) may include at least one of a wearable robot status information display area (802), a wearer's real-time walking information display area (810), a movement start/end selection area (820), a walking map selection area (830), and a robot movement setting area (840).
  • the wearable robot status information display area (802) may include at least one of a usage time information display area (803), a battery remaining information display area (804), and a torque gauge bar information display area (805), the wearer's real-time walking information display area (810) may include at least one of a distance information display area (812), a step count information display area (814), a speed information display area (816), and a calorie consumption information display area (818), the exercise start/end selection area (820) is an area where exercise start (822) or exercise end (824) can be selected, the walking map selection area (830) is an area where the graphical user interface (834) displaying the walking map can be switched when a map view (832) is selected, and the robot movement setting area (840) is an area where at least one of a walking mode and a torque intensity corresponding to the wearer's walking purpose is set. Can be.
  • a usage time information display area (803) can display information related to a usage time of a wearable robot based on operation information of the wearable robot worn by a user.
  • a battery remaining amount information display area (804) can display information related to a battery remaining amount of a wearable robot based on operation information of the wearable robot worn by a user.
  • a torque gauge bar information display area (805) can display information related to a torque value applied by the wearable robot to a wearer of the wearable robot based on operation information of the wearable robot worn by the user using a bar gauge.
  • the torque gauge bar is an indicator for checking a torque value actually applied to the wearer during walking assistance or exercise, and can be displayed in real time in the form of a gauge in proportion to a torque value determined by the driving unit (230) of the wearable robot (200) based on the hip angle of the wearer.
  • the torque gauge bar can be calculated through the following [Mathematical Formula 7].
  • [Mathematical Formula 7] is a formula that calculates the torque ratio based on the difference between the maximum torque value (max_torque) and the minimum torque value (min_torque) that occurred in the drive unit (230) of the wearable robot (200) during the last two steps (1 stride).
  • [Mathematical Formula 7] calculates that the difference between the maximum torque value and the minimum torque value is at most 12 Nm ( ) was set to be -6Nm to +6Nm, because the range of the ideal torque value that the wearable robot (200) applies to the wearer was set to be from -6Nm to +6Nm. This range may not necessarily accurately reflect the range of torque values that occur during a typical walking motion of all people.
  • the range of -6Nm to +6Nm may be a range that can satisfy both the purpose of using the wearable robot (200) and the safety of the user.
  • the reason why the absolute value of the difference between the maximum torque value and the minimum torque value is used in [Mathematical Formula 7] is because the walking process of a person includes both a motion of the leg moving forward and a motion of pulling backward, the torque occurs in both directions (positive torque and negative torque), so the torque value can have both positive and negative values.
  • torque gauge values are as follows:
  • Max_torque +6Nm
  • Min_torque -6Nm
  • Max_torque +3Nm
  • Min_torque -3Nm
  • the torque value becomes 0 Nm and the torque gauge becomes 0%.
  • Graphic user interfaces indicating cases where the torque gauge bar is 50% and 0% are illustrated in (b) and (c) of Fig. 17c, respectively.
  • the graphic user interface where the torque gauge bar is 50% may be a graphic user interface when the torque gauge bar is 50% during robot movement or just before the end of robot movement
  • the graphic user interface where the torque gauge bar is 0% may be a graphic user interface when the stride of the wearer is short or stopped or when 2 to 3 seconds have passed after the end of robot movement.
  • the torque gauge can be determined based on a torque value determined in proportion to the hip range of motion of the hip joint, or in other words, the hip stride (Hip Range of Motion) during the current walking process of the wearable robot wearer, regardless of the setting of the torque intensity including at least one of a plurality of steps providing differential torque in the robot movement setting area (840), the wearable robot wearer can estimate the torque value applied to the wearer from the wearable robot (200) through the torque gauge displayed on the robot movement graphical user interface (800), and can adjust the torque intensity based on this to perform walking assistance or exercise suitable for the wearer's current state.
  • the hip stride Hip Range of Motion
  • these systems can be likened to the accelerator pedal and speedometer of a car. Pressing the accelerator pedal is similar to controlling the strength (torque intensity) of a walking assistance or exercise device, and the actual speed (torque in the case of a wearable robot) can be checked through the instrument panel (torque measurement and rate calculation).
  • the wearable robot wearer can control the wearable robot according to the state of the wearable robot during robot movement such as walking assistance or exercise based on information that can be recognized in the state information display area (802) of the wearable robot according to one embodiment of the present invention.
  • the distance information display area (812) may display information related to the user's exercise distance based on the operation information of the wearable robot worn by the user.
  • the step count information display area (814) may display information related to the user's step count based on the operation information of the wearable robot worn by the user.
  • the speed information display area (816) may display information related to the user's current walking speed based on the operation information of the wearable robot worn by the user.
  • the calorie consumption information display area (818) may display information related to the user's calorie consumption based on the operation information of the wearable robot worn by the user.
  • the information included in the real-time walking information display area (810) of the wearer is exemplary and may be added, changed, or deleted as needed.
  • information such as step length, step pattern, continuous walking time, walking rhythm, incline, step count when ascending or descending stairs, and number of floors based on the operation information of the wearable robot worn by the user may be additionally included.
  • movement start (822) and movement end (824) can be selected.
  • the wearable robot in the rest mode (842) can start robot movement according to at least one of the set walking mode and torque intensity
  • the movement end display area (850) is displayed in the robot movement end graphical user interface (808) as shown in (a) of FIG. 17c, and when movement end (852) is selected within the area, the robot movement of the wearable robot can be ended.
  • the robot movement is not ended but can continue.
  • a graphical user interface may appear in the movement end display area (850) to display a notification (856) indicating that gait analysis information was not generated.
  • the wearable robot wearer selects movement end (824) in the movement start/end selection area (820)
  • the movement record measured and calculated during the robot movement process may not be saved and gait analysis may not be performed.
  • the meaningful information corresponds to the necessary conditions for generating gait analysis information (or gait analysis conditions), and the information may include gait information of the wearer measured during the robot movement process, such as valid step information and robot movement time.
  • a notification (856) that "The movement time is less than 5 minutes, so the movement record is not saved. Do you want to quit?" may be displayed on the graphic interface indicating that gait analysis information was not generated. Since the movement record must be saved before performing gait analysis, the phrase "the movement record was not saved” may imply that gait analysis information was not generated.
  • a notification (856) that the step analysis information was not generated may be displayed on the graphic interface, such as "Accurate step analysis is difficult with the current step information. Do you still want to save the exercise record and exit?".
  • the step information required for the step analysis may be, for example, about 500 steps.
  • the step information may be recognized step information using various conditions to filter out low-speed and slow hip swings, steps during resting motions, etc., in order to reflect the number of steps measured in straight walking on flat ground in the gait analysis data.
  • the example of 500 steps as the step information required for the gait analysis may be a normal gait analysis condition required based on a healthy pedestrian, and in the case of low-speed pedestrians (those with poor walking skills) such as the elderly and pregnant women, more relaxed gait analysis conditions may be applied.
  • the normal gait analysis condition requires 500 steps
  • the relaxed gait analysis condition may require 50 steps.
  • the walking map selection area (830) if a map view (832) is selected, it may be switched to a graphical user interface (832) displaying a walking map.
  • the graphical user interface (832) displaying a walking map may include at least one of a walking map display area (860) displaying current location information and distance information of the wearer and a walking time information display area (870) of the wearer.
  • the walking map display area (860) displaying current location information and distance information of the wearer may include a walking map generated by displaying at least one of an auxiliary mode use display area (862), a rest mode use display area (864), and an exercise mode use display area (866) on a map based on current location information of the wearable wearer, and each walking mode may be distinguished by being displayed in a different color on the walking map.
  • the wearer's walking time information display area (870) may include at least one of a total exercise time display area (872), an auxiliary mode use time display area (874), and an exercise mode use time display area (876).
  • a method for generating a graphical user interface (834) displaying a walking map may include a step of receiving input information based on a walking map selection area (830) from a user terminal (300), a step of collecting current location information of a wearer after receiving the input information, a step of generating a walking map based on the collected current location information of the wearer and a map development tool, and a step of generating a graphical user interface (834) displaying the walking map based on the generated walking map and the received real-time walking information of the wearer.
  • a walking map reflecting the wearer's location information and the wearer's real-time walking information can be generated using a public API (Application Programming Interface) or SDK (Software Development Kit) that provides a map service, and the generated walking map can be positioned in a walking map display area that displays the wearer's current location information and distance information of a graphical user interface (832) that displays the walking map, as illustrated in FIG. 17d.
  • a public API Application Programming Interface
  • SDK Software Development Kit
  • a walking mode and a torque intensity can be set.
  • movement start (822) is selected in the movement start/end selection area (820)
  • at least one of a walking mode and a torque intensity can be set in the rest mode (842).
  • the walking mode can include at least one torque transmission mode, and each torque transmission mode can be a mode that transmits a torque corresponding to the walking purpose.
  • the wearable robot when used for the purpose of assisting the walking of the wearer, the wearable robot can provide a torque that acts as an assisting force to the wearer, and when the wearable robot is used for the purpose of strengthening the lower body muscles of the wearer, the wearable robot can provide a torque that acts as a resisting force to the wearer.
  • the plurality of walking modes may be an assist mode (841), a rest mode (842), an exercise mode (843), and a climbing mode (847).
  • the assist mode (841) may be a mode in which the wearable robot (200) applies an assistive force to the wearer to assist the wearer's walking
  • the rest mode (842) may be a mode in which the wearable robot (200) does not apply any torque to the wearer.
  • the exercise mode (843) may be a mode in which the wearable robot (200) applies a resistance force to the wearer to strengthen the wearer's lower body muscles.
  • the climbing mode (847) may be a mode for assisting the walking of the wearable robot wearer who moves up or down a steep slope rather than on a flat surface. At this time, the climbing mode (847) can provide assistance power to the wearer to assist the wearer's walking during the process of climbing uphill or provide resistance power to strengthen the lower body muscles. Similarly, the climbing mode (847) can provide assistance power or resistance power according to the wearer's walking purpose during the process of going downhill during climbing. In addition, the climbing mode (847) can be divided into an uphill mode or a downhill mode, and can be replaced with an uphill mode or a downhill mode.
  • the torque intensity according to one embodiment of the present invention may include at least one of a plurality of stages providing differential torque.
  • the torque intensity may be represented by stage 1 (844), stage 2 (845), and stage 3 (846), and as the torque intensity increases from stage 1 to stage 3, the strength of the assisting force in the assist mode (841) and the resistance force in the exercise mode (843) may increase.
  • the present invention is not limited thereto, and the plurality of stages included in the torque intensity may be further subdivided as needed.
  • the area for setting the walking mode and the torque intensity may be separated.
  • it may be a method of arranging the area for setting the walking mode and the area for setting the torque intensity with a certain interval. If the area for setting the walking mode and the torque intensity are not separated, a situation dangerous to the safety of the wearer may occur.
  • the torque generated from the wearable robot may act on the wearer as a resistive force from the assistive force in an unexpected situation, which may cause an unexpected dangerous accident due to a cognitive mismatch.
  • the area for setting the walking mode and the torque intensity in the robot motion setting area (840) is not limited to being separated, and a method such as separately adopting a locking function to prevent the mode from being changed by mistake after the walking mode is set may also be used.
  • FIG. 17c when the wearer of the wearable robot selects the end of movement (854) in the robot movement end graphic user interface (808) after completing walking or movement, the record of the walking process after the end of walking or movement can be checked.
  • FIG. 17c (b) and (c) are drawings showing examples of information recorded in the robot movement process after the end of movement, and show the graphic user interface (809A) just before the end of robot movement and the graphic user interface (809B) 2 to 3 seconds after the end of robot movement, respectively.
  • the wearer of the wearable robot can check information about walking in real time in the wearer's real-time walking information display area (810) during the robot movement in the robot movement graphical user interface of the robot movement (312) tab of the user terminal (300), and when the robot movement ends, can check information about walking recorded during the robot movement process.
  • a method for generating a graphical user interface displaying real-time gait information of a wearable robot wearer may include a step of receiving real-time gait information of the wearer from a wearable robot (200) and a step of generating a graphical user interface based on the received real-time gait information of the wearer.
  • a graphical user interface displaying real-time gait information of a wearable robot wearer according to one embodiment of the present invention may be generated, and a detailed process will be described below.
  • the execution roles and data transmission/reception processes of the user terminal (300), the wearable robot (200), the external server (100), and the administrator terminal (400) can be represented over time in a series of processes in which the start of exercise is input from the user terminal (300), the robot exercise process of the wearable robot wearer, and the end of exercise is input through the flow chart.
  • the graphical user interface displaying the real-time gait information of the wearer may be generated based on the real-time gait information of the wearer from the wearable robot, and the graphical user interface displaying the statistical information based on the accumulated gait information of the wearer or the gait analysis report of the wearer may be generated based on the gait analysis information of the wearer generated based on the gait information of the wearer.
  • a step (S203) in which setting preparation request information for at least one of a walking mode and a torque intensity is transmitted from the user terminal (300) to the wearable robot (200); a step (S205) in which the wearer sets the 'exercise' mode and 'stage 2' intensity in the robot movement setting area (840) of the robot movement graphical user interface (800) displayed on the user terminal (300); a step (S207) in which the 'exercise' mode and 'stage 2' intensity information set from the user terminal (300) are transmitted to the wearable robot; It may include a step (S209) in which the 'exercise' mode and the 'level 2' intensity are set, a step (S211) in which the drive unit (230) of the wearable robot (200) measures or calculates the wearer's real-time gait information, a step (S213) in which the wearer's real-time gait information is transmitted from the wearable robot (200) to the user terminal
  • the external server (100) may include a step (S215) in which the wearer's real-time gait information is transmitted from the user terminal (300) to the external server (100), and a step (S219) in which the wearer's real-time gait information is stored on the external server (100).
  • the step of generating gait analysis information of a wearer may include the step of receiving the gait information of the wearer from a wearable robot, the step of generating physical/motor ability information of the wearer based on the received gait information of the wearer, and the step of generating gait analysis information of the wearer based on at least one of the generated physical/motor ability information of the wearer and statistical information based on accumulated gait information of the wearer stored in an external server.
  • the step of receiving real-time walking information of a wearer from a wearable robot (200) may include the step of transmitting at least one of walking mode and torque intensity information set in a user terminal (300) to the wearable robot (200), and, after transmitting, the step of receiving real-time walking information of the wearer generated in the wearable robot (200) based on at least one of the set walking mode and torque intensity information.
  • a method for generating physical/exercise ability information of a wearer may include a step of quantifying the physical/exercise ability of the wearer in a wearable robot (200) (S221), a step of transmitting the quantified physical/exercise ability numerical information of the wearer from the wearable robot (200) to a user terminal (300) (S223), and a step of transmitting and storing the quantified physical/exercise ability numerical information of the wearer from the user terminal (300) to an external server (100) (S225, S229), a step of generating 'exercise/exercise ability information' of the wearer in the wearable robot (200) and the user terminal (300) (S227, S231), and a step of transmitting the physical/exercise ability information of the wearer from the wearable robot (200) to the user terminal (300) (S233), and a step of transmitting the physical/exercise ability information of the wearer from
  • a graphical user interface displaying a gait analysis report of a wearer can be generated through a step (S261) of inputting gait analysis (316) into a graphical user interface of a user terminal (300) and a step (S263) of generating and outputting a gait analysis report of the wearer.
  • the generated gait analysis report information of the wearer can be transmitted from the user terminal (300) to an external server (100) (S265), and the gait analysis report of the wearer can be stored in the external server (100) (S267).
  • the accumulated gait of the wearer or the gait analysis report of the wearer generated based on the gait analysis information of the wearer of the wearable robot can be generated when the robot movement ends.
  • the step of generating the graphical user interface based on the gait analysis information of the wearer can include a step of receiving an input of the end of movement from the user terminal and a step of transmitting the inputted exercise end information to the wearable robot.
  • the administrator terminal (400) can also receive walking analysis report information of the wearer stored in the external server (100) (S274) and reflect and output (S275) the walking analysis report of the wearer on the administrator terminal (400).
  • the administrator terminal (400) is not limited to transmitting and receiving data only through an external server (100), and can directly transmit and receive data through a wired or wireless connection with a wearable robot (200).
  • a graphical user interface that displays statistical information based on accumulated walking information of a wearable robot wearer.
  • FIG. 19a is a diagram showing a graphical user interface of a user terminal that records robot movement processes according to an embodiment of the present invention and displays statistical information according to accumulated walking information of a wearer based on the 'number of steps'.
  • FIG. 19b is a diagram showing a graphical user interface of a user terminal that records robot movement processes according to an embodiment of the present invention and displays statistical information according to accumulated walking information of a wearer based on the 'distance'.
  • FIG. 19c is a diagram showing a graphical user interface of a user terminal that records robot movement processes according to an embodiment of the present invention and displays statistical information according to accumulated walking information of a wearer based on the 'time'.
  • a graphical user interface is displayed that displays statistical information based on accumulated walking information of a wearable robot wearer.
  • a graphical user interface (1000) that displays statistical information based on accumulated walking information of a wearer based on the number of steps (1012) selected in the category selection area (1010) may include at least one of a category selection area (1010), a statistical information display area (1020) based on accumulated walking information, a total walking information display area (1030) for a selected date, and a walking record information display area (1040) for a selected date.
  • a category selection area (1010) is an area for selecting a category of statistical information according to accumulated gait information
  • a statistical information display area (1020) according to accumulated gait information is an area for displaying statistical information generated by accumulating information about the wearer's gait in an external server (100)
  • a total gait information display area (1030) of a selected date is an area for displaying total gait information accumulated during one or more robot movement processes on a date selected in the statistical information display area (1020) according to accumulated gait information
  • a gait-specific record information display area (1040) of a selected date is an area for displaying gait information recorded during each robot movement process.
  • the category selection area (1010) can select the number of steps (1012), distance (1014), or time (1016), and there are three categories as shown in (a) of FIG. 19A, but the categories of statistical information according to accumulated walking information can be added, changed, and deleted as needed.
  • a statistical information display area (1020) may be displayed as a bar or chart so that the statistical information according to the accumulated walking information can be easily recognized, and the bar or chart may include an average trend line (1022) indicating an average of the statistical information according to the accumulated walking information, and may have a plurality of areas (1026) according to date.
  • the plurality of areas (1026) according to date appear in proportion to the statistical information according to the accumulated walking information, and may have a relative size compared to other dates.
  • the relative size may be displayed as a bar length, a gauge bar, a ratio, or a graph, and is not limited to that shown in FIG.
  • the selected area can be distinguished from other areas (1026) by using a different color or highlighting, and information about walking according to the robot movement process on the selected date can be displayed in another area on the graphical user interface.
  • the entire walking information display area (1030) of the selected date may include at least one of a step count information display area (1031), a distance information display area (1032), a calorie consumption information display area (1033), a total time information display area (1034), and a walking time information display area (1034).
  • the step count information display area (1031) may display information related to the number of steps of the user based on the entire operation information of the wearable robot worn by the user on the selected date.
  • the distance information display area (1032) may display information related to the exercise distance of the user based on the entire operation information of the wearable robot worn by the user on the selected date.
  • the calorie consumption information display area (1033) may display information related to the calorie consumption of the user based on the entire operation information of the wearable robot worn by the user on the selected date.
  • the walking time information display area (1034) may include a full time information display area (1034A), an auxiliary mode time information display area (1034B), and an exercise mode time information display area (1034C).
  • the total time information display area (1034A) can display information related to the user's operating time based on the total operating information of the wearable robot worn by the user on a selected date, and the operating time can be the sum of the usage times in the auxiliary mode, the rest mode, and the exercise mode.
  • the auxiliary mode time information display area (1034B) is an area that displays the operating time of the wearable robot (200) in the auxiliary mode state in the total time information
  • the exercise mode time information display area (1034C) is an area that displays the operating time of the wearable robot (200) in the exercise mode state in the total time information.
  • the information included in the entire walking information display area (1030) of the selected date is exemplary, and may also include information such as step length, step pattern, continuous walking time, walking rhythm, slope, number of steps when ascending or descending stairs, and number of floors based on the operation information of the wearable robot worn by the user.
  • the area (1040) for displaying the walking record information of the selected date may include a plurality of areas (1042, 1044) in which the walking record of the selected date is displayed.
  • the number of the areas (1042, 1044) is determined by the number of walking steps taken on the selected date, and the areas may include a start time information display area (1042A, B, C) and a total time information display area (1044A, B, C).
  • this is merely exemplary, and information related to walking, such as the number of steps and the distance traveled, may be added, changed, or deleted as needed.
  • a downward arrow (1046A) arranged in each of the multiple areas (1042, 1044) is selected in the step-by-step record information display area (1040) of the selected date, a step-by-step detailed record information display area (1050) appears based on the arrow input information of one area, and each step-by-step record including at least one of the number of steps, the exercise distance, the calories consumed, the total time, the assistance mode time, and the exercise mode time can be arranged in the step-by-step detailed record information display area (1050) within the multiple areas (1042, 1044).
  • step-by-step detailed record information display area (1050) When the step-by-step detailed record information display area (1050) is activated on the graphical user interface, when an upward arrow (1046B) arranged in the multiple areas (1042, 1044) is selected, the step-by-step detailed record information display area (1050) is deactivated.
  • a graphical user interface (1005) is displayed in which statistical information based on the wearer's accumulated walking information based on the distance is displayed
  • a graphical user interface (1007) is displayed in which statistical information based on the wearer's accumulated walking information based on the time is displayed.
  • the detailed configuration displayed within the graphical user interface is exemplary and may be added, changed, or deleted as needed.
  • the wearable robot wearer can check statistical information based on accumulated walking information based on a selected category among the number of steps, distance, or time in the graphical user interface that displays statistical information based on the wearer's accumulated walking information in the My Activity (314) tab of the user terminal (100), and can check at least one of the overall walking information and walking record information for the selected date.
  • a graphical user interface displaying a gait analysis report of a wearable robot wearer.
  • FIG. 20 is a drawing showing a graphical user interface of a user terminal displaying a gait analysis report based on gait analysis information of a wearer based on at least one of information about the wearer's gait obtained during a previous robot movement process and accumulated data stored in an external server according to one embodiment of the present invention.
  • a graphical user interface (1100) displaying a gait analysis report of a wearable robot wearer appears.
  • the graphical user interface (1100) displaying a gait analysis report of a wearable robot wearer may include at least one of a comprehensive gait score and age information display area (1110), a statistical information display area (1120) based on accumulated gait information, a gait index diagram area (1130), and a gait detailed analysis information display area (1140).
  • the comprehensive gait score and age information display region (1110) can display the comprehensive gait score and gait age information based on the wearer's basic information such as the wearer's body and age, and the wearer's gait analysis information.
  • the statistical information display region (1120) based on accumulated gait information can display statistical information on the accumulation of the wearer's gait score by date based on at least one of the information on the wearer's gait and the accumulated data stored in an external server.
  • the gait index diagram region (1130) can represent the wearer's gait ability through a diagram so that the wearer's score for each gait index and the average score for age can be easily compared and confirmed.
  • the gait detailed analysis information display region (1140) can display the gait index score calculated based on the wearer's gait analysis information so that the wearer can confirm it and feedback on the wearer's current gait ability according to the gait index score can be confirmed.
  • a comprehensive gait score and age information display area (1110) may include a comprehensive gait score display area (1112) of the wearer, an actual age information display area (1114) and a gait age information display area (1116), and information displayed in the comprehensive gait score display area (1112) and the gait age information display area (1116) of the wearer may be information generated based on statistical information accumulated from real-time gait information and physical/exercise ability information based on long-term use of the wearer.
  • a statistical information display area (1120) may display statistical information according to accumulated walking information in the form of bars or charts so that the statistical information according to accumulated walking information can be easily recognized, and the bars or charts may include an average trend line (1122) indicating an average of statistical information according to accumulated walking information, and may have a plurality of areas (1126) according to dates.
  • the plurality of areas (1126) according to dates may be displayed in proportion to the statistical information according to accumulated walking information, and may have a relative size compared to other dates.
  • the relative size may be anything that can be displayed so that the numerical values displayed in the plurality of areas (1126) according to dates can be easily confirmed, such as a bar length, a gauge bar, a ratio, or a graph.
  • the selected area when one area (1124) that displays a date on multiple areas (1126) according to date is selected, the selected area can be distinguished from other areas (1126) by using a different color or highlighting, and information about walking according to the robot movement process on the selected date can be displayed in another area on the graphical user interface.
  • statistical information according to accumulated walking information may represent statistical information about the accumulation of walking scores by date, but may also be about walking scores by week or month rather than walking scores by date, and is not limited thereto.
  • a gait index diagram area (1130) may include a gait index score, a user gait index graph (1136) that connects the gait index scores, and an age average gait index graph (1137) that connects the gait index scores according to age average.
  • the area above diagram s the gait index scores of the wearer, and can graphically represent the wearer's walking ability so that the gait index scores of the wearer and the gait index scores according to age average can be compared.
  • methods for graphically representing the wearer's gait index scores may include bar graphs, line graphs, circular graphs, scatter plots, histograms, box plots, heat maps, etc., and these methods are not limited as long as the wearer's gait index scores can be easily compared with the gait index scores according to the age average.
  • the gait index scores may be scores for speed (1131), agility (1132), muscle strength (1133), stability (1134), and balance (1135).
  • they may be added, changed, or deleted in addition to the five gait indices mentioned above.
  • the gait detailed analysis information display area (1140) may include at least one of a gait index score display area (1142) and a gait index score-based feedback display area (1144).
  • the gait index score displayed in the gait index score display area (1142) is not limited to that illustrated in FIG. 11 as mentioned above, and may be displayed as numbers only for each index, or may be displayed in various ways such as a bar graph or a linear graph so that the wearable robot wearer can easily check his or her gait index score.
  • the gait index score-based feedback display area (1144) may include appropriate feedback to the wearer by analyzing the gait index score of the wearer, and specifically, the feedback to the wearer may include strengths and weaknesses of the wearer's walking ability, problems that may occur in the body if the wearer's walking ability is maintained, or an introduction of a method or program for acquiring walking ability appropriate for the wearer's age.
  • speed can be measured by the distance traveled compared to the time measured during the robot movement process
  • agility can be measured by the time taken to quickly and accurately complete an appropriate course for measuring agility, such as the TUG (Test Up and Go).
  • Muscle strength can be measured by measuring the maximum force for a specific muscle group or by evaluating endurance through repeated tests. For example, the time taken to repeatedly stand up from a chair can be measured to evaluate the muscle strength of the lower body.
  • Safety can be measured by how long a specific posture can be maintained while maintaining balance or by measuring the reaction to the ground during walking.
  • Balance can be measured by simply measuring the time spent standing on one foot or by performing a more complex balance test to measure the ability to maintain balance.
  • Appropriate evaluation criteria can be set for each gait index value measured in this way, and the gait index value can be scored according to the set criteria.
  • the evaluation criteria can include various evaluation criteria, such as an absolute score, a standardized score, a grade score, or a percentile score.
  • the graphical user interface displaying the wearer's gait analysis report in the gait analysis (316) tab of the user terminal (300) can measure the numerical values of each gait index based on the generated gait analysis information of the wearer, score such values based on evaluation criteria, and then evaluate the overall physical ability by synthesizing all the indices, and provide such analysis results so that the wearable robot wearer can easily check them.
  • the wearer can receive customized program information recommendations through program recommendation (1149) based on such analysis results, and can share the analysis results with others through sharing (1148) or save them on other devices, etc.
  • a graphical user interface displaying gait analysis estimation reports and customized program information based on deep learning models.
  • FIG. 21 is a diagram for explaining a method for estimating gait analysis information of a wearable robot wearer based on a deep learning model according to one embodiment of the present invention.
  • RLHF Reinforecement Learning with Human Feedback
  • RLHF is a learning method that combines reinforcement learning and human feedback, and improves the performance of artificial intelligence by learning information output through an artificial intelligence model based on human feedback.
  • gait analysis information of a wearable robot wearer can be estimated based on the learned importance parameters.
  • a human feedback-based reinforcement learning method may include a step (S301) of obtaining drive unit power information from a drive unit of a wearable robot while the wearable robot wearer performs at least one walking movement, a step (S302) of estimating first motion information of the wearer based on the obtained drive unit power information, a step (S303) of obtaining body information of the wearable robot wearer, a step (S304) of calculating second motion information by an algorithm operation based on the estimated first motion information of the wearer and the obtained body information of the wearer, a step (S305) of performing learning feedback on the calculated second motion information, and a step (S306) of updating a weight parameter by an algorithm according to the learning feedback.
  • FIG. 22 is a flowchart illustrating a process of combining information about different types of gait of a wearer into multimodal data and estimating gait analysis information based on a deep learning model according to one embodiment of the present invention.
  • a method for combining information on different types of gait of a wearable wearer into multimodal data and estimating gait analysis information through a deep learning model may include, when there are two pieces of information on different types of gait, a first information acquisition step (S400), a step of performing data preprocessing of the acquired first information (S402), a second information acquisition step (S410), a step of performing data preprocessing of the acquired second information (S412), a step of combining into multimodal data (S420), a step of training a deep learning model with the multimodal data (S430), and a step of estimating and acquiring gait analysis information of the wearable robot wearer as an output of the deep learning model (S440).
  • the first information acquisition step (S400) may acquire basic information of a wearable robot wearer from a user terminal (300).
  • the basic information of a wearable robot wearer may include not only information from the user terminal but also information stored in an external server, and may include general information such as the wearer's age, gender, etc., and physical information such as the wearer's body, weight, etc.
  • the first information is not limited to basic information of a wearable robot wearer and may include various forms of information.
  • the step (S402) of performing data preprocessing of the acquired first information can convert the acquired first information into a form suitable for combining the acquired first information into multimodal data.
  • the acquired first information may be text information, which is generally an example of natural language information.
  • the data preprocessing process for the text information is a process of natural language processing (NLP), and generally can include a step of dividing the text into tokens, a step of removing unnecessary tokens, and a step of converting the text into numbers.
  • NLP natural language processing
  • the step of dividing text into tokens is tokenizing the text, which can divide a long text string into smaller, manageable units called tokens.
  • the method of dividing text into tokens can include word tokenization, sentence tokenization, phrase tokenization, subword tokenization, etc.
  • cleaning and normalization tasks may be performed.
  • the cleaning task is to exclude parts that interfere with the tokenization task, and may be performed before the tokenization task.
  • the normalization task can standardize the text information and convert it into a standard form.
  • the method for performing the cleaning and normalization tasks may include normalization, stemming, lemmatization, case unification, number processing, or synonym processing.
  • the cleaning and normalization tasks may include parts that overlap with the step of removing unnecessary tokens below in the process of excluding and standardizing unnecessary text information.
  • the step of removing unnecessary tokens can remove unnecessary information that interferes with converting text information into a form suitable for combining multimodal data.
  • the method of removing unnecessary tokens can include a method of removing unnecessary tokens by setting a removal list such as removing stop words, removing special characters and numbers, removing short words, etc.
  • the step of converting text into a number may convert text information into numeric information. This is because a machine learning model such as a deep learning model processes numeric data, and methods for converting text into a number may include integer encoding, one-hot encoding, byte pair encoding (BFE), bag of words (BoW), TF-IDF, word embeddings, etc.
  • a machine learning model such as a deep learning model processes numeric data
  • methods for converting text into a number may include integer encoding, one-hot encoding, byte pair encoding (BFE), bag of words (BoW), TF-IDF, word embeddings, etc.
  • the step (S402) of performing data preprocessing of the first information may include a data augmentation process for obtaining a sufficient amount of meaningful data for inputting the acquired information into a deep learning model.
  • the data augmentation technique may include pitch shifting augmentation, TileUnTile (TUT) augmentation, and noise-added augmentation.
  • TUT TileUnTile
  • noise-added augmentation The above-described augmentation technique is merely an example, and the present invention is not limited thereto.
  • the second information acquisition step (S410) may acquire information about walking through at least one of the user terminal (300), the wearable robot (200), and the external server (100) during the robot movement process of the wearer of the wearable robot.
  • the information about walking of the wearer according to the present invention may be classified into walking information of the wearer and walking analysis information of the wearer.
  • the walking information of the wearer may include real-time walking information of the wearer during the robot movement process and at least one of the quantified physical/motor ability value of the wearer, and the walking analysis information of the wearer may include at least one of the physical/motor ability information of the wearer and statistical information according to accumulated walking information.
  • the step (412) of performing data preprocessing of the second information may include a data augmentation process for obtaining a sufficient amount of meaningful data for inputting the acquired information into a deep learning model.
  • the step (S412) of performing data preprocessing of the acquired second information can convert the acquired second information into a form suitable for combining it into multimodal data.
  • the acquired second information can be sensed data obtained from a plurality of sensors.
  • the data preprocessing process for the sensed data can generally include a step of refining and normalizing the sensed data, a step of extracting and converting features of the sensed data, and a step of integrating and formatting the sensed data.
  • the step of refining and normalizing the sensed data may be an initial data processing step for removing noise from the sensed data and improving the quality of the data, in order to ensure data consistency and minimize errors in the analysis or modeling process.
  • Such methods may include outlier removal, missing value processing, normalization, and standardization.
  • the step of extracting and transforming features of sensed data can extract useful information of the sensor data and transform the data into a form suitable for analysis or modeling.
  • This method can include extracting important features of the data using the mean, standard deviation, Fast Fourier Transform (FFT), etc., and transforming the data using Principal Component Analysis (PCA), Multidimensional Scaling (MDS), t-distributed Stochastic Neighbor Embedding (T-SNE), Independent Component Analysis (ICA), Linear Discriminant Analysis (LDA), etc.
  • PCA Principal Component Analysis
  • MDS Multidimensional Scaling
  • T-SNE t-distributed Stochastic Neighbor Embedding
  • ICA Independent Component Analysis
  • LDA Linear Discriminant Analysis
  • the step of integrating and formatting sensed data may integrate data obtained from multiple sensors and format it into a final form suitable for analysis or modeling.
  • This method may include sequence padding, splitting data sets into training, validation, and test, and converting the final data format.
  • the specific description of the data preprocessing process of the sensed data described above is merely an example for explaining the step of performing data preprocessing of the acquired second information according to one embodiment of the present invention, and the present invention is not limited thereto.
  • the step (S420) of combining into multimodal data combines a plurality of different types of information that have gone through a data preprocessing process into multimodal data, and combines the data to input multimodal data into a deep learning model.
  • the step (S420) of combining into multimodal data may be combining the preprocessed first information and the preprocessed second information into data of the same format.
  • the first information may be text information obtained from the user terminal (300)
  • the second information may be sensed data obtained from the user terminal (300) or an external server (100).
  • each data may be labeled as being related to the first information and the second information.
  • the step (S420) of combining into multimodal data may perform augmentation on at least one of the first information and the second information and then combine each piece of information.
  • step (S420) of combining into multimodal data is only a simple example of combining preprocessed first information and second information into multimodal data when there are two pieces of different types of information, and the present invention is not limited thereto.
  • the step (S430) of training a deep learning model with multimodal data may be performed by processing a plurality of data into a form suitable for training the above-described deep learning model and inputting the combined multimodal data into the deep learning model for training.
  • processing may be performed if the form of the multimodal data is not a form required by the deep learning model.
  • the step (S440) of estimating and obtaining gait analysis information of a wearable robot wearer as an output of a deep learning model may input multimodal data, estimate gait analysis information of the wearer using a trained deep learning model, and output the same.
  • the estimated gait analysis information of the wearer is not limited to one form and may have various forms.
  • the method may include a step of combining each of the inferred information about different types of gait of a wearable wearer into multimodal data.
  • the method may include a first information acquisition step, a step of performing preprocessing on the acquired first information, a step of inferring information about gait by using the preprocessed first information as an input of a deep learning model, a second information acquisition step, a step of performing preprocessing on the acquired second information, a step of inferring information about gait by using the preprocessed second information as an input of an inference model, a step of combining data multimodally, and a step of estimating and obtaining gait analysis information of the wearable robot wearer by combining the multimodal data.
  • the step of inferring information about walking by using the preprocessed second information as input to the inference model can infer information about walking by using the input of the previously learned inference model.
  • the inference model in the deep learning process is a model that uses the previously learned model to derive predictions or conclusions about new information, and the previously learned inference model may be the above-described walking analysis model, but is not limited thereto, and the previously learned inference model may be an inference model in various forms to achieve the purpose.
  • the previously learned inference model may be adopted in various ways.
  • FIG. 23 is a diagram showing a graphical user interface for displaying a walking ability estimation report based on gait analysis information of a wearer estimated based on a deep learning model according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 24 is a diagram showing a graphical user interface for displaying customized exercise program information suitable for the walking ability of a wearable robot wearer based on a deep learning model according to one embodiment of the present invention.
  • a graphical user interface for providing information on walking generated based on a deep learning model may include a graphical user interface displaying a walking ability estimation report of a wearable robot wearer and a graphical user interface displaying customized program information of the wearer.
  • a method for generating a graphical user interface displaying a report on estimation of walking ability of a wearable robot wearer or customized program information based on a deep learning model may include a step of acquiring information about the wearer's walking, a step of training a deep learning model based on the acquired information about the wearer's walking, a step of estimating gait analysis information of the wearer based on the trained deep learning model, and a step of generating a graphical user interface based on the estimated gait analysis information of the wearer.
  • the step of obtaining information about the gait of a wearer may include the step of receiving the gait information of the wearer from a wearable robot, the step of generating gait analysis information of the wearer based on the received gait information of the wearer, and the step of obtaining information about the gait of the wearer based on the generated gait analysis information of the wearer.
  • the information about the gait of the wearer may be gait information measured during the robot movement of the wearer, gait analysis information of the wearer stored in the user terminal (300) or the external server (100).
  • the information may include various information about gait and various program information that can improve the physical/exercise ability of the wearer during the walking or exercise process.
  • the step of training a deep learning model may be a step of combining the acquired information about the wearer's gait into multimodal data, if the acquired information about the wearer's gait is in multiple different forms, and training a deep learning model based on the combined multimodal data.
  • the plurality of pieces of information about gait are in the same form, i.e., in the same domain, they are considered as unimodal data, and therefore the step of combining them into multimodal data may be omitted.
  • the step of generating gait analysis information of a wearable robot wearer may be the same as the contents described above, as illustrated in FIG. 18.
  • a graphical user interface (1500) that displays a report on estimation of walking ability of a wearable robot wearer based on gait analysis information of the wearer estimated based on a deep learning model according to an embodiment of the present invention in a user terminal (300) is displayed.
  • the graphical user interface (1500) that displays a report on estimation of walking ability of a wearable robot wearer may include at least one of an estimated comprehensive walking score display area (1510), a wearer's basic information display area (1520, 1530), an estimated walking index diagram area (1540), and an estimated walking detailed analysis information display area (1550).
  • the estimated comprehensive walking score display area (1510) can display information about the estimated comprehensive walking score and estimated walking age of the wearer based on the gait analysis information of the wearer estimated based on a deep learning model.
  • the wearer's basic information display area (1520, 1530) can display basic information input by the wearer in the user terminal (300) or basic information stored in an external server (100).
  • the estimated gait index diagram area (1540) can display information on the estimated walking ability of the wearer through a diagram so that the estimated scores of the wearer and the average scores of the age for each gait index based on the gait analysis information of the wearer estimated based on the deep learning model can be easily compared and confirmed.
  • the gait detailed analysis information display area (1550) can confirm the estimated scores for each gait index calculated based on the gait analysis information of the wearer estimated based on the deep learning model, and can display information on feedback on the estimated walking ability of the wearer according to the estimated scores for each gait index.
  • the estimated comprehensive gait score display area (1510) may include an estimated comprehensive gait score display area (1512) of the wearer, an actual age information display area (1514) and an estimated gait age information display area (1516), and information displayed in the estimated comprehensive gait score display area (1512) and the estimated gait age information display area (1516) of the wearer may be information based on gait analysis information of the wearer estimated based on a deep learning model.
  • the information learned by the deep learning model may be information about the gait of the wearer.
  • the information about the gait of the wearer may be at least one of information generated based on basic information of the wearer, real-time gait information of the wearer, real-time gait information according to long-term use of the wearer stored in an external server (100), and statistical information according to accumulation of physical/motor ability information.
  • the wearer's basic information display area (1520, 1530) may include the wearer's general information display area (1520) and the wearer's body information display area (1530), and other basic information about the wearable wearer may be added as needed.
  • the wearer's general information display area (1520) may include general information display areas such as the wearer's gender information display area (1522) and age information display area (1524), and the wearer's body information display area (1530) may include information display areas about the wearer's body such as the wearer's height (cm) information display area (1532) and weight (kg) information display area (1534).
  • An estimated gait index diagram area (1540) may include an estimated score for each gait index, a user's gait index graph (1546) connecting the estimated scores for each gait index, and an age-average gait index graph (1547) connecting the scores for each gait index according to the average age.
  • the above area diagram s the estimated scores for each gait index of the wearer, and may graphically represent the estimated walking ability of the wearer so as to allow comparison between the estimated scores for each gait index of the wearer and the scores for each gait index according to the average age.
  • methods for graphically representing the estimated scores for each gait index of the wearer may include bar graphs, line graphs, circular graphs, scatter plots, histograms, box plots, heat maps, etc., and these methods are not limited as long as the estimated scores for each gait index of the wearer can be easily compared with the scores for each gait index according to the average age.
  • the estimated scores for each gait index may be scores for speed (1541), agility (1542), muscle strength (1543), stability (1544), and balance (1545). However, if there are other important factors for estimating the walking ability of the wearer and analyzing the estimated walking ability of the wearer, they may be added, changed, or deleted in addition to the five gait indices mentioned above.
  • the estimated gait detailed analysis information display area (1550) may include at least one of an estimated score display area (1552) for each gait index and a feedback display area (1554) according to an estimated score for each gait index.
  • the estimated score for each gait index displayed in the estimated score display area (1552) for each gait index is not limited to that shown in FIG. 15 as mentioned above, and the estimated score for each index may be displayed only in numbers, or may be displayed in various ways such as a bar graph or a linear graph so that the wearable robot wearer can easily check his or her estimated score for each gait index.
  • the feedback display area (1554) according to an estimated score for each gait index may include appropriate feedback to the wearer by analyzing the estimated score for each gait index of the wearer, and specifically, the feedback for the wearer may include strengths and weaknesses according to the estimated gait ability of the wearer, problems that may occur in the body if the estimated gait ability of the wearer is maintained, or an introduction of a method or program for acquiring appropriate gait ability suitable for the wearer's age.
  • a graphic user interface (1500) that displays customized exercise program information suitable for the walking ability of a wearable robot wearer based on a deep learning model according to one embodiment of the present invention is displayed on a user terminal (300).
  • the graphic user interface (1600) that displays customized program information of a wearable robot wearer may include at least one of a proposed customized program display area (1610), a comprehensive walking score display area (1620), a walking index diagram area (1630), and a proposed program detail display area (1640).
  • the proposed customized program display area (1610) is an area that proposes a program suitable for the walking ability of the wearer among a balance program (1612), a strength program (1614), and a posture correction program (1616) based on a deep learning model, and may emphasize and display the proposed program by highlighting, underlining, bolding, or utilizing shapes.
  • the programs are not limited to the types described above.
  • the proposed program details display area (1640) shows customized program information proposed based on a deep learning model, and may include a basic principle information display area (1641) for executing the program and a program configuration information display area (1642). Specifically, it may include precautions before proceeding with the program, details of each step of configuring the program, safety rules, etc., and is not limited to what is simply displayed on a graphical user interface.
  • FIG. 25 is a diagram showing customized exercise program information and expected effects suitable for the walking ability of a wearable robot wearer based on a deep learning model according to one embodiment of the present invention.
  • customized program information that can be suggested to a wearable robot wearer based on a deep learning model according to one embodiment of the present invention and an expected effect when the program is performed can be exemplified.
  • customized program information that can be suggested can include a balance program (1702), a strength program (1704), and a posture correction program (1706) as illustrated in FIG. 25(a), and an expected effect when each program is performed can be displayed as a gait index diagram area as illustrated in FIGS. 25(b) to 25(d).
  • the expected effect is not limited in the form or method of expression as long as the wearable robot wearer can intuitively recognize the expected effect in the graphical user interface on the user terminal (300).
  • customized program information that can be suggested to a wearable robot wearer based on a deep learning model according to one embodiment of the present invention can be customized program information having different characteristics depending on the score for each improved gait index.
  • FIG. 26 is a diagram illustrating a graphical user interface illustrating a process for registering administrator information in a user terminal according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 27 is a diagram illustrating a graphical user interface illustrating a process for registering user information in an administrator terminal according to one embodiment of the present invention.
  • the process for a wearable robot wearer to register administrator information in a user terminal (300) includes: a step of selecting an account management (318) tab in a category selection area (310) of a user terminal (300) to display a user account management graphical user interface (1800); a step of selecting 'My Trainer (1814)' in an account setting area (1810) on the user account management graphical user interface (1800); a step of selecting 'Add (1804)' in a graphical user interface (1803) that displays trainer information; a step of entering an administrator's phone number in a trainer phone number input area (1852) in a trainer search graphical user interface (1805) and selecting Search (1854); a step of checking the searched administrator in a search information confirmation area (1862) in a trainer addition graphical user interface (1806) and selecting Add (1864); and a step of completing a trainer addition request graphical user interface.
  • the interface (1807) may include a step of confirming that the
  • a process for an administrator to register user information in an administrator terminal may include a step of displaying a member management graphical user interface (1900) by selecting an account management (416) tab in a category selection area (410) of an administrator terminal (400), a step of selecting a member displayed in a member addition request display area (1910) in the member management graphical user interface (1900), and a step of selecting one of acceptance (1934) and rejection (1936) in a response display area (1930) for a member addition request of a member addition request response graphical user interface (1902) after selecting the member.
  • a graphical user interface (1903) reflecting the added member appears, and as shown in Fig. 27(d), when the added member is selected, the member information (1942) or gait analysis information (1944) for the selected member can be checked in the graphical user interface (1904) displaying information on the member being managed.
  • the corresponding information can be received by selecting the refresh (1901) button.
  • the member information display area (1920) being managed by the administrator can display a list of members for whom the administrator has received and approved member addition information.
  • the member information display area (1920) being managed can include a member number information display area (1921), a member name search area (1922), a classification criteria display area (1923), and a registered member information display area (1924).
  • the member number information display area (1921) can display the number of members registered by the administrator in the administrator terminal (400), the member name search area (1922) is an area where the name of the member to be searched can be entered in the search window, the classification criteria display area (1923) is an area where the members displayed in the registered member information display area (1924) can be displayed according to classification criteria, and the registered member information display area (1924) is an area where at least one of the member's basic information and walking information can be displayed along with the member's name.
  • Figure 28 is a flowchart for explaining the process of registering each piece of user and administrator information on each user terminal and administrator terminal according to one embodiment of the present invention.
  • the process of registering each piece of information of a user and an administrator in each of a user terminal (300) and an administrator terminal (400) may include a step (S501) of performing a trainer addition process by entering/searching a trainer's phone number in the user terminal (300), a step (S503) of an external server (100) receiving a trainer addition request from the user terminal (300) and transmitting the member addition request to the administrator terminal (400), a step (S505) of accepting the member addition request from the external server (100) in the administrator terminal (400), and a step (S507) of transmitting/receiving and storing member addition acceptance information in the administrator terminal (400) to/from the external server (100) and storing the information, and registering trainer/member information in each terminal.
  • the process of registering each piece of information of a user and an administrator in each of a user terminal and an administrator terminal is merely exemplary, and rather than a user requesting the addition of a trainer and the administrator approving it to register each piece of information in each terminal, administrator information can be registered independently in a user terminal (300) or user information can be registered in an administrator terminal (400) using another authentication means.
  • trainer or manager described above refers to a person who is in charge of managing and supervising the robot exercise process of a wearable robot wearer, and the manager may be a doctor, rehabilitation therapist, nurse, health trainer at a gym, exercise program expert, etc.
  • FIG. 29A and FIG. 29B are diagrams showing a graphical user interface of a user terminal that can check and modify a user's account information according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 30 is a diagram showing a graphical user interface of a user terminal that can check and delete administrator information according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 31 is a diagram showing a graphical user interface of a user terminal that can check information on a user's robot according to one embodiment of the present invention.
  • a user account management graphical user interface (1800) displayed by selecting the account management (318) tab in the category selection area (310) of a user terminal (300) may include an account setting area (1810), an environment setting area (1820), other areas (1830), and a logout (1802).
  • An account setting area (1810) on a user account management graphical user interface (1800) can check user information and administrator information.
  • 'My Information (1812)' is selected in the account setting area (1810), a graphical user interface (2100) displaying user information appears as illustrated in (b) of FIG. 29A, and the graphical user interface (2100) displaying user information may include a user information display area (2110) and a basic information display area (2120).
  • the user information display area (2110) may include a phone number information display area (2112) and a name information display area (2114), and the basic information display area (2120) may include a gender information display area (2122), a date of birth information display area (2124), a height (cm) information display area (2126), and a weight (kg) information display area (2128).
  • the details included in the user information display area (2110) and the basic information display area (2120) may be changed.
  • 'My Information (1812)' in the account setting area (1810) when selecting 'My Information (1812)' in the account setting area (1810) according to one embodiment of the present invention and then selecting an area displaying each piece of information, as shown in (a) to (d) of Fig. 29b, user information and basic information about the user stored in the user terminal (300) can be deleted and modified with new information. At this time, the modified information can be transmitted from the user terminal (300) to the external server (100) and stored in the external server (100) that received it.
  • a graphical user interface (1803) displaying administrator information appears as shown in (b) of FIG. 30, and the graphical user interface (1803) displaying administrator information includes a registered administrator information display area (2210) and may include an add (1804) button that allows a user to make an additional request to add a new administrator, as described above.
  • the registered administrator information display area (2210) can display information of an administrator registered in a user terminal.
  • the administrator information can include the administrator's name, gender, phone number, and other information.
  • the information on the selected administrator can be checked in detail, and the information of the registered administrator can be deleted using the delete (2240) button.
  • the information of the registered administrator is deleted in the user terminal, information indicating that it has been deleted is transmitted to the external server (100), and the external server (100) that receives it can delete the stored information of the administrator.
  • the log record that is stored and deleted may still remain in the external server (100).
  • a setting area (1820) on a user account management graphical user interface (1800) may include a user robot information display area (1822).
  • the user robot information display area (1822) may be wirelessly connected to a user terminal and may display information about a wearable robot worn by a user.
  • a graphical user interface (2300) is displayed, including a wearable robot information display area (2310), as illustrated in (b) of FIG. 31, on which wearable robot information is displayed.
  • the wearable robot information display area (2310) may include a robot model name information display area (2312) that can display a unique model name of the wearable robot, and a robot name information display area (2314) that displays a name (management number) set for the wearable robot.
  • the robot name (management number) displayed in the robot name information display area (2314) may be set by a user or an administrator.
  • Other areas (1830) on the user account management graphical user interface (1800) may include areas that can display information about customer support, privacy policy, terms of use, and version information of applications stored in the user terminal. When each area is clicked, detailed information about customer support, privacy policy, terms of use, and version information of applications stored in the user terminal can be confirmed.
  • the multiple areas on the user account management graphical user interface (1800) are exemplary, and may additionally include an area that displays information necessary for managing a user's account.
  • FIG. 32 is a drawing showing a graphical user interface of an administrator terminal that can check and modify administrator account information according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 33 is a drawing showing a graphical user interface of an administrator terminal that sets a robot name (management number) of a wearable robot connected to a user terminal according to one embodiment of the present invention.
  • An administrator account management graphical user interface (2400) displayed by selecting the account management (416) tab in the category selection area (410) of an administrator terminal (400) may include an account and environment settings area (1810), other areas (2420), and a logout (2402).
  • an account and environment setting area (2410) on an administrator account management graphical user interface (2400) can check administrator information and information of a wearable robot connected to a user terminal (300).
  • a graphical user interface (2403) displaying administrator information appears, as shown in (b) of FIG. 32, and the graphical user interface (2403) displaying administrator information can include an administrator information display area (2430), a basic information display area (2440), and membership withdrawal (2404).
  • the administrator information display area (2430) may include a phone number information display area (2432) and a name information display area (2434), and the basic information display area (2440) may include a gender information display area (2442), a date of birth information display area (2444), a height (cm) information display area (2446), and a weight (kg) information display area (2448).
  • the details included in the administrator information display area (2430) and the basic information display area (2440) may be changed.
  • the administrator information and basic information about the administrator stored in the administrator terminal (400) can be deleted and modified with new information, similar to (a) to (d) of FIG. 29b regarding the user terminal (300).
  • the modified information can be transmitted from the administrator terminal (400) to the external server (100) and stored in the external server (100) that received it.
  • the wearable robot name setting graphic user interface (2500) appears as illustrated in (b) and (c) of FIG. 33.
  • the process of setting the name of the wearable robot may include a step of selecting a robot search (2502) button on the wearable robot name setting graphic user interface (2500), a step of displaying a wearable robot that can be connected to a user terminal (300) or an administrator terminal (400) in a searched wearable robot display area (2510) after selecting the robot search (2502) button, a step of selecting the searched wearable robot (2514), a step of entering a name (management number) in the wearable robot name (management number) input area (2504), and a step of selecting a setting completion (2505) button.
  • the other area (2420) on the administrator account management graphical user interface (2400) may include an area capable of displaying information regarding customer support, privacy policy, terms of use, and version information of applications stored in the user terminal.
  • the other area (2420) may include an area capable of displaying information regarding sensitive information processing policy and location-based service terms of use. When each area is clicked, detailed information regarding customer support, privacy policy, terms of use, version information of applications stored in the user terminal, sensitive information processing policy, and location-based service terms of use can be confirmed.
  • a method for controlling at least one of the walking mode and torque intensity of each of the wearable robots (200) of a plurality of wearable robot wearers participating in a program through an administrator terminal (400) may be a method for controlling while setting at least one of the walking mode and torque intensity of the wearable robots through a wireless connection between the administrator terminal and the wearable robots of the participating members.
  • a method for allowing the administrator to check general information or walking information of each of the wearable robot wearers participating in the program through the administrator terminal (400) may be a method for receiving, through the administrator terminal (400) information about walking of a plurality of wearers participating in the program stored in an external server (100) or the user terminals (300) of the wearable robot wearers, information about walking of the plurality of wearers participating in the program, and checking the received information about walking of the plurality of wearers through a graphical user interface.
  • the graphic user interface of the administrator terminal (400) may include a category selection area, and the category selection area (410) may include member management (412), a program (414), and account management (416). At this time, the administrator may group people with similar exercise abilities and proceed with an exercise program through the program (414) of the category selection area (410).
  • the generated program information display area (2620) can display information on a program in a selected progress state among a plurality of programs generated for group exercise when one of a plurality of progress states is selected in the program progress selection area (2610).
  • the generated program information display area (2620) is an area that can display information on a plurality of generated programs, and can include a sorting criterion display and setting area (2622) of the generated programs and a program-specific information display area (2626A, B).
  • the sorting criterion display and setting area of the generated programs is an area that sets and displays a sorting criterion for listing the generated programs, and the sorting criterion can be based on a start date, an end date, a day of the week, etc.
  • Information included in the program information display area (2626A, B) can include information such as a program progress period, a program progress location, a program progress day, and a time.
  • FIG. 35 is a drawing showing a graphical user interface of an administrator terminal for generating a program for 1:N group exercise according to one embodiment of the present invention.
  • Add Program (2602) button on the graphical user interface (2600) displaying program information generated for group exercise according to one embodiment of the present invention is selected, the Add Program graphical user interface (2700) appears as illustrated in FIG. 35.
  • the program addition graphical user interface (2700) may include a program information input area (2710), a program period information input area (2720), and a program description information input area (2730).
  • the program information input area (2710) may include a program name information input area (2712), a location information input area (2714), a day of the week information input area (2716), and a time information input area (2718).
  • the program period information input area (2720) may include a start date information input area (2722) and an end date information input area (2724).
  • the program description information input area (2730) may include a description information input area (2732) for entering an introduction about the program, etc.
  • these multiple input areas are exemplary, and multiple input areas may be added or changed.
  • Figure 35 (b) is a drawing of a graphical user interface (2702) in which an administrator inputs information about a program into multiple input areas in order to create a program in a program addition graphical user interface (2700).
  • a program can be created by selecting the program registration (2701) button.
  • FIG. 36 is a drawing showing a graphical user interface of an administrator terminal showing general information of a program created for 1:N group exercise according to one embodiment of the present invention.
  • a graphic user interface (2800) that displays general information of the program appears as illustrated in FIG. 28, and can become the default screen when a program is selected.
  • a graphical user interface (2800) for displaying general information of a program appears when general information (2812) is selected in a category selection area (2810), and may include a program information display area (2820), a program period information display area (2830), a program description information display area (2840), and a program deletion area (2808).
  • a category selection area (2810) may include general information (2812), exercise progress (2814), and affiliated members (2816).
  • General information (2812) may display information about a program
  • exercise progress (2814) may display information about the process of executing a created program
  • affiliated members (2816) may display information about members participating in the program or members affiliated with an institution such as a hospital or sports facility that is conducting the program.
  • the program information display area (2820) may include a program name information display area (2822), a location information display area (2824), a day of the week information display area (2826), and a time information display area (2828).
  • the program period information display area (2830) may include a start date information display area (2832) and an end date information display area (2834).
  • a program description information display area (2840) and a program deletion area (2802) may include a program description information display area (2840) for entering an introduction about a program, and a program deletion area (2802) may delete a created program.
  • FIG. 37 is a diagram showing a graphical user interface of an administrator terminal illustrating a process of selecting participating members for a program created for 1:N group exercise according to one embodiment of the present invention.
  • a graphical user interface (2900) that displays the program before its start appears.
  • the graphical user interface (2900) that displays the program before its start may include a guide picture and text display area (2901) regarding the program's progress and a start progress (2902) button.
  • the guide picture and text regarding the program's progress are exemplary and the pictures and text may be replaced, and in order to proceed with a program created by an administrator, the start progress (2902) button is selected on the graphical user interface (2900) that displays the program before its start, and then a member who will participate in the program is selected to proceed with the program.
  • the graphical user interface (2903) for selecting a program participation member may include a participation member selection area (2910) and a member selection completion (2904) button.
  • a participating member selection area may include a participating member selection phrase (2911) and close (2912), a member name search area (2913), a selected member count display area (2914), select all (2915), and a selectable member information display area (2916).
  • the member name search area (2913) may display information of a member to be quickly selected through a name search
  • the selected member count display area (2914) may display the number of members selected to participate in the program
  • the selectable member information display area (2916) may display basic information such as the name and age of a selectable member and information about walking such as a comprehensive walking score.
  • basic information such as the gender (male) and age (65 years old) of the member 'Hong Gil-dong' and walking information such as the comprehensive walking score (0 points) can be displayed.
  • the selection can be changed from an inactive selection state (2917B) to an active selection state (2917A), and when a member is selected again, the selection can be changed from an active selection state (2917A) to an inactive selection state (2917B).
  • the active and inactive states can be distinguished by a change in color or highlighting.
  • close (2912) can cancel selection of members to participate in the program, and select all (2915) can change all selectable members to an active selection state (2917A).
  • the program is carried out targeting the selected members.
  • a graphical user interface (2905) displaying program progress information appears.
  • the graphical user interface (2905) displaying program progress information may include a movement time display area (2906), a category selection area (2920), a program participation member information display area (2930), a robot movement setting area (2940), and a program end button (2907).
  • the exercise time display area (2906) can display the exercise time required during the program progress.
  • a category selection area (2920) may include participating members (2922) and member information (2924).
  • the participating members (2922) may display information on members who have participated in the program, and the member information (2924) may display detailed information on members who have participated in the program, and when one of a plurality of members is selected, detailed information on the selected member may be displayed.
  • the program participation member information display area (2930) can display member information that has participated in the program.
  • the program participation member information display area (2930) can include all selections (2932), selection activation and deactivation states (2931A, B), participation member information (2933), and status information (2935) of the participation member's wearable robot.
  • the participation member information (2933) can display, for example, basic information such as the gender (male) and age (65 years old) of the member 'Hong Gil-dong', and information about walking such as the comprehensive walking score (0 points).
  • the status information (2935) of the participation member's wearable robot can display, for example, current status information during the program progress, such as a resting state, a robot movement state, and a non-connected state with the wearable robot.
  • the robot motion setting area (2940) includes a walking mode and a torque intensity setting area, and at least one of the walking mode and the torque intensity can be set.
  • the walking mode can include at least one torque transmission mode, and each torque transmission mode can be a mode that transmits a torque corresponding to the walking purpose.
  • the wearable robot (200) when used for the purpose of assisting the walking of the wearer, the wearable robot can provide a torque that acts as an assisting force to the wearer, and when the wearable robot is used for the purpose of strengthening the lower body muscles of the wearer, the wearable robot can provide a torque that acts as a resisting force to the wearer.
  • the torque intensity can include at least one of a plurality of stages that provide differential torque. Specific examples of the walking mode and the torque intensity displayed in the robot motion setting area (2940) on the graphical user interface are the same as those described above with respect to the user terminal (300).
  • multiple walking modes can be distinguished by different colors. By distinguishing multiple walking modes by different colors, it is possible to prevent incorrect control of the walking mode in advance, and when a mode change occurs, it is possible to clearly recognize the fact that the mode has been changed and the set mode information. Specific examples are as described above.
  • the robot movement setting area (2940) may have a fixed location on the graphic user interface, and the walking mode and torque intensity setting areas included in the robot movement setting area (2940) may be separated. The specific details are as described above.
  • a program termination button (2907) can terminate a program in progress.
  • FIG. 38 is a diagram showing a graphical user interface of an administrator terminal showing a process of connecting a member who is not connected to a wearable robot among members who participated in a program for 1:N group exercise according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 39 is a diagram showing a graphical user interface of an administrator terminal showing a process of starting robot exercise for at least one member who participated in a program for 1:N group exercise according to one embodiment of the present invention.
  • the process of attempting to connect to the wearable robot includes the steps of: checking the disconnection status between the wearable robot (200) of the member 'Park Tae-seong' and the administrator terminal (400) in the program participation member information display area (2930) on the graphic user interface (2905) that displays the progress information of the program; and selecting an area including the information (2933B) of the member 'Park Tae-seong' and the disconnection status information (2935B) to change the disconnection status to a connected status.
  • a step of displaying a graphic user interface (3000) for attempting to connect a wearable robot and a step of selecting confirmation (3012) in a wearable robot connection attempt display area (3010) that may include confirmation (3012) and cancellation (3014) on the graphic user interface (3000) for attempting to connect a wearable robot may be included.
  • a process for starting a robot exercise according to the program for a member who has participated in the program includes: a step of confirming that the wearable robot (200) of member 'Hong Gil-dong' is in a rest mode state (2935A) and that member 'Hong Gil-dong' is not performing a robot exercise in a program participation member information display area (2930) on a graphic user interface (2905) that displays information on the progress of the program; a step of selecting an area including member 'Hong Gil-dong' information (2933A) and rest mode status information (2935A) to start a robot exercise according to the program for member 'Hong Gil-dong'.
  • a step of displaying a robot movement start setting graphic user interface (3100) for the member may be included, and a step of selecting confirmation (3112) in an area (3110) indicating whether the participating member has started the robot movement, which may include confirmation (3112) and cancellation (3114) on the robot movement start setting graphic user interface (3100), may be included.
  • a member who is not performing the robot movement can be made to start the robot movement according to the program.
  • FIG. 40 is a drawing showing a graphic user interface of an administrator terminal that sets the walking mode and torque intensity at the start of exercise for each member in a program for 1:N group exercise according to one embodiment of the present invention.
  • the wearer of the wearable robot can set at least one of the walking mode and the torque intensity.
  • the manager can set at least one of the walking mode and the torque intensity of the wearable robot (200) worn by the member performing the robot movement according to the program.
  • a comprehensive gait score and age information display area (3440) may include a comprehensive gait score display area (3442) of the wearer, an actual age information display area (3444) and a gait age information display area (3446), and information displayed in the comprehensive gait score display area (3442) and the gait age information display area (3446) of the wearer may be information generated based on statistical information based on the accumulation of real-time gait information and physical/exercise ability information based on long-term use of the wearer.
  • a gait index diagram area (3460) may include a gait index score, a user gait index graph (3466) that connects the gait index scores, and an age average gait index graph (3467) that connects the gait index scores according to age average.
  • the area above diagram s the gait index scores of the wearer, and can graphically represent the wearer's walking ability so as to allow comparison between the gait index scores of the wearer and the gait index scores according to age average.
  • the total time information display area (3474A) can display information related to the user's operating time based on the total operating information of the wearable robot worn by the user on a selected date, and the operating time can be the sum of the usage times in the auxiliary mode, the rest mode, and the exercise mode.
  • the auxiliary mode time information display area (3474B) is an area that displays the operating time of the wearable robot (200) in the auxiliary mode state in the total time information
  • the exercise mode time information display area (3474C) is an area that displays the operating time of the wearable robot (200) in the exercise mode state in the total time information.
  • a walking detailed record information display area (not shown in the drawing) based on the arrow input information of one area appears, and each walking record including at least one of the number of steps, the distance traveled, the calories burned, the total time, the assist mode time, and the exercise mode time can be arranged in the walking detailed record information display area within the multiple areas (3482, 3484).
  • an arrow (not shown in the drawing) indicating closing the detailed walking record arranged in the multiple areas (3482, 3484) is selected, the walking detailed record information display area disappears.
  • the gait detailed analysis information display area (3490) may include at least one of a gait index score display area (3492) and a gait index score-based feedback display area (3494).
  • the gait index score displayed in the gait index score display area (3492) is not limited to that shown in (d) and (e) of FIG. 34 as mentioned above, and each index score may be displayed only in numbers, or may be displayed in various ways such as a bar graph or a linear graph so that the wearable robot wearer can easily check his or her gait index score.
  • the gait index score-based feedback display area (3494) may include appropriate feedback to the wearer by analyzing the gait index score of the wearer, and specifically, the feedback to the wearer may include the strengths and weaknesses of the wearer's walking ability, problems that may occur in the body if the wearer's walking ability is maintained, or an introduction of a method or program for acquiring walking ability appropriate for the wearer's age.
  • a device control method for safely performing various tasks other than walking during walking assistance of a wearer may include a step of calculating in real time at each control moment a change in hip trajectory inversion accumulated over a predetermined period of time.
  • the method may include a step (S100) of calculating in real time at each control moment a change in hip trajectory inversion accumulated over a period of 0.5 seconds to 1 second or less.
  • a wearable robot (200) includes a driving unit (220), and the driving unit (220) may be configured to calculate a degree of change in a wearer's state trajectory accumulated for a predetermined period of time and to calculate an output torque based thereon.
  • the driving unit (220) may be configured to calculate a degree of change in a wearer's state trajectory accumulated for a period of 0.5 seconds or more and 1 second or less and to calculate an output torque based thereon.
  • the heap state trajectory memory buffer of Fig. 5a is described to explain the step (S100) of calculating the accumulated heap trajectory change conduction for a time of 0.5 to 1 second in real time at each control moment.
  • the driving unit (220) when the state trajectory movement distance (d 0 ) value is less than or equal to a first threshold value for a predetermined period of time, the driving unit (220) may be configured not to calculate the output torque or to calculate it as a value less than or equal to the threshold value. For example, when a wearer of a wearable robot (200) stops to pick up trash while walking, the driving unit (220) may calculate in real time the degree of change in the hip state trajectory accumulated for a predetermined period of time of less than 1 second.
  • the driving unit (220) may not calculate the output torque or may calculate it as a value less than or equal to the threshold value. Accordingly, since the wearable robot (200) does not calculate the output torque while the wearer is stopped, when the wearer performs a work motion other than walking while stopped, the wearer does not receive a separate output torque and may not feel inconvenience in the work motion.
  • FIG. 45a is a diagram showing a state trajectory when a pedestrian has stopped and when a pedestrian continues walking after stopping according to one embodiment of the present invention.
  • the state trajectory movement distance (d 0 ) value can be calculated as a value close to 0 or a value of 0.
  • the driving unit (220) may be configured to calculate the output torque as a value greater than or equal to the threshold value if the state trajectory movement distance (d 0 ) of the wearer for a predetermined period of time is greater than or equal to the second threshold value.
  • the second threshold value is 2.0
  • the driving unit (220) may be configured to calculate the output torque as a value greater than or equal to the threshold value.
  • the driving unit (220) may be configured to calculate the output torque as a value greater than or equal to the threshold value.
  • the driving unit (220) may be configured to calculate the output torque at a value greater than or equal to the threshold value not only when the wearer's state trajectory movement distance (d 0 ) for a predetermined period of time is greater than or equal to the second threshold value, but also when the wearer has walked more than the number of consecutive steps after stopping, that is, when the wearer's state trajectory movement distance (d 0 ) is greater than or equal to the second threshold value and the wearer has walked more than the number of consecutive steps after stopping.
  • FIG. 46 is a drawing for explaining continuous step counting according to one embodiment of the present invention.
  • the x-coordinate of Fig. 46 represents time and the y-coordinate represents torque (Nm), and the wearer's motion state (hip state) and output torque (torque) when the wearer walks over time can be represented as a graph.
  • the hip movement when the wearer performs a task other than walking while walking, the hip movement may be slowed down or stopped.
  • the driving unit (220) when the state trajectory movement distance (d 0 ) value is less than or equal to a first threshold value for a predetermined period of time, the driving unit (220) may be configured not to calculate the output torque or to calculate it as a value less than or equal to the threshold value. (S100) In this case, the number of steps of the wearer may be reset to 0, and when the walking motion is performed again after completing the task, the driving unit (220) may activate the device torque only when the number of consecutive steps is counted and the number of steps is greater than or equal to the threshold value.
  • the driving unit (220) may be configured to calculate the output torque as a value equal to or greater than the threshold value.
  • the driving unit (220) may be configured to calculate the output torque as a value equal to or greater than the threshold value.
  • the driving unit (220) when the wearer walks more than the number of continuous steps, the driving unit (220) can be configured to calculate the output torque as a value higher than the threshold.
  • the driving unit (220) may not calculate the output torque or may calculate it as a value lower than the threshold value. In this case, the driving unit (220) may change the torque intensity adjustment parameter (k) value illustrated in FIG. 47 to be lower than the threshold value or to 0 in order to perform torque deactivation.
  • the driving unit (220) can change the torque intensity adjustment parameter (k) value to a value less than or equal to 2 or gradually change it to 0 in order to perform torque deactivation. Accordingly, when the wearer stops walking, the output torque provision of the wearable robot (200) is not momentarily stopped, but rather the output torque provision is gradually reduced, thereby providing a soft wearing feeling to the wearer.
  • the driving unit (220) can gradually restore the torque intensity adjustment parameter (k) value to the set value in order to perform torque activation. For example, if the set torque intensity adjustment parameter (k) value is 2.0, if the number of consecutive steps of the wearer after stopping is detected and the state trajectory movement distance (d 0 ) value is equal to or greater than the second threshold value, the driving unit (220) can gradually restore the set torque intensity adjustment parameter (k) value to 2.0, thereby gradually increasing the output torque provision, thereby providing a soft wearing feeling to the wearer.
  • FIG. 44 is a diagram for explaining a comparison of heap state trajectory operations according to one embodiment of the present invention.
  • the state trajectory fluctuation level (d 0 ) may be greater than or equal to a threshold value.
  • the state trajectory fluctuation level (d 0 ) may be less than a threshold value.
  • the state trajectory fluctuation level (d 0 ) may exhibit a value of 0.
  • FIG. 45b is a diagram for explaining a state trajectory movement distance according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 45c is a diagram for explaining a torque intensity adjustment factor according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 47 is a diagram for explaining a walking assistance output algorithm according to the present invention.
  • the state trajectory moving distance (d 0 ) can be expressed as a value obtained by adding up several short state trajectory moving distances (d 1 , d 2 , ..., d N ), and each state trajectory moving distance d i can be a moving distance between consecutive states. That is, each state trajectory moving distance d i can be the square root of the square of the difference between each operation state value (S i ), and the state trajectory moving distance (d 0 ) can be calculated by adding them.
  • a motion detection sensor (not shown) of a driving unit (220) may perform a step (S410) of sensing a hip angle of a wearer of the wearable robot (200).
  • a processor unit (not shown) of the driving unit (220) may calculate an angular velocity based on the sensed hip angle.
  • the motion detection sensor (not shown) may sense the hip angle of the wearer, and the processor unit (not shown) of the driving unit (220) may calculate an angular velocity by differentiating and filtering the hip angle sensed by the motion detection sensor (not shown) at a speed of 1000 Hz or higher.
  • the angular velocity may be calculated through hip angle sensing.
  • a processor unit (not shown) performs real-time control, and the processor unit (not shown) can be divided into a low-level processor and a high-level processor, and in a low-level processor with a relatively small amount of computation, a hip angle sensed by a motion detection sensor (not shown) at a speed of 1000 Hz or more can be differentiated and filtered to calculate an angular velocity.
  • the output torque may be a torque calculated by calculating a plurality of motion state values (S440) based on the angular velocity calculated by the driving unit (220), selecting at least one motion state value among them, and multiplying the weighted sum of the selected motion state values by a torque intensity adjustment factor (k).
  • the calculated plurality of motion state values may be stored by repeating a shift operation through the state trajectory memory buffer (300).
  • the plurality of motion state values stored by repeating a shift operation through the state trajectory memory buffer (300) will be described.
  • a step (S450) of outputting a torque for assisting or resisting the walking of the wearer may be performed in a processor unit (not shown) of a driving unit (220).
  • the step (S450) of outputting a torque for assisting or resisting the walking of the wearer may include a step (S420) of determining a motion state value.
  • a step (S430) of filtering the motion state value may be further included.
  • a step (S440) of deleting the oldest motion state value previously stored from the memory may be further included.
  • the driving unit (220) when the wearer walks more than the number of continuous steps, the driving unit (220) can be configured to calculate the output torque as a value higher than the threshold.
  • the driving unit (220) may not calculate the output torque or may calculate it as a value lower than the threshold value. In this case, the driving unit (220) may change the torque intensity adjustment parameter (k) value illustrated in FIG. 47 to be lower than the threshold value or to 0 in order to perform torque deactivation.
  • the driving unit (220) can change the torque intensity adjustment parameter (k) value to a value less than or equal to 2 or gradually change it to 0 in order to perform torque deactivation. Accordingly, when the wearer stops walking, the output torque provision of the wearable robot (200) is not momentarily stopped, but rather the output torque provision is gradually reduced, thereby providing a soft wearing feeling to the wearer.
  • the driving unit (220) can gradually restore the torque intensity adjustment parameter (k) value to the set value in order to perform torque activation. For example, if the set torque intensity adjustment parameter (k) value is 2.0, if the number of consecutive steps of the wearer after stopping is detected and the state trajectory movement distance (d 0 ) value is equal to or greater than the second threshold value, the driving unit (220) can gradually restore the set torque intensity adjustment parameter (k) value to 2.0, thereby gradually increasing the output torque provision, thereby providing a soft wearing feeling to the wearer.
  • Figure 48 is a drawing for explaining an auxiliary method based on state feedback control according to the present invention.
  • the state trajectory memory buffer (300) is a storage device that sequentially stores the wearer's motion state value. Specifically, when the first motion state value is input, it is stored in the first storage location of the memory array. Then, when a new motion state value is input, the motion state value stored in the first storage location of the memory array is moved to the second storage location of the memory array, and the newly input motion state value is stored in the first storage location of the memory array. Then, when a new motion state value is input, the motion state values stored in the first and second storage locations of the memory array, respectively, are moved to the second and third storage locations of the memory array, and the newly input motion state value is stored in the first storage location of the memory array.
  • N+1 operation state values are stored in all storage locations of the memory array. Accordingly, when a new operation state value is input, the operation state value stored in the memory array is moved to the next location, but the operation state value stored in the last storage location (N) that has no more places to move is deleted from the state trajectory memory buffer (300).
  • the motion state value (s 0 ) stored in the state trajectory memory buffer (300) may be a sensing value (q 0 ) estimated by the sensor or a conversion value of a sensing value that can show the motion state of the wearer.
  • the hip angle difference value (q 0 ) may be an angle value (q 0 ) between one target body part and the other target body part of the wearer estimated by the sensor of the wearable robot (200). That is, as illustrated in FIG. 7, a step (S410) of sensing the hip angle difference value (q 0 ) may be performed first.
  • the angle value (q 0 ) between one target body part and the other target body part of the wearer estimated by the sensor of the wearable robot (200) may itself be a motion state value (s 0 ).
  • the motion state value stored in the state trajectory memory buffer (300) may represent the wearer's recent short period of time (within several seconds, for example, within 1 to 2 seconds).
  • the motion state value stored in the state trajectory memory buffer (300) may include only one motion information of the wearer (a half-cycle of a repetitive motion). Even if the motion state value stored in the state trajectory memory buffer (300) includes only one motion of the wearer, that is, a half-cycle of a repetitive motion, the present invention can be implemented.
  • the motion state value stored in the state trajectory memory buffer (300) may be a motion state value for a movement including one cycle of the wearer's repetitive movements.
  • one cycle of the wearer's motion may be one cycle of the wearer's walking motion (e.g., a walking motion, etc.).

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Abstract

본 발명은 착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇에 있어서, 상기 착용자의 신체 부위에 장착될 수 있는 고정부; 및 상기 고정부에 장착될 수 있는 구동부;를 포함하고, 상기 구동부는, 상기 착용자의 상태 궤적 변화 정도를 계산하고 이에 기초하여 출력 토크를 산출하고, 상기 산출한 출력 토크의 부호가 변하는 시점을 포함하는 임계 이하의 범위에서, 소정의 시간 동안 상기 출력 토크를 임계 이하의 값으로 산출하도록 구성되고, 상기 소정의 시간은 0.5초 이상 1초 이하인, 착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇에 관한 것이다.

Description

착용자의 신체 능력을 추정하고 선택적 근육 강화 운동을 지원하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇 및 웨어러블 로봇시스템
본 발명은 착용자의 신체 능력을 추정하고 선택적 근육 강화 운동을 지원하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇 및 웨어러블 로봇시스템에 관한 것이다.
착용형 로봇은 1960년대부터 개발되기 시작하여 고부하, 고위험 작업자를 대상으로 근력증강, 신체보호를 위한 근력증강용 착용형 로봇, 노인 및 환자를 대상으로 거동을 보조하고 재활, 자세 교정을 하기 위한 착용형 보조 장치, 장애인 대상으로 신체 기능 대체하는 의족, 의수 등으로 개발되어 오고 있다.
착용형 로봇은 60년대 이후 군사/장애인 복지 등 비상업적 영역에서 시작하여 2010년 이후에는 상업적 영역인 재활/산업/건강부분으로 사업영역이 확장되어 개발되고 있다.
착용형 로봇은 사람이 착용한 상태에서 움직여야 하기 때문에 무게가 무겁고 부피가 크게 되면 사람의 움직임을 방해할 뿐만 아니라 제어가 잘못되었을 때 사람을 오히려 다치게 할 수 있다. 따라서, 무게가 무겁고 이동이 불편할 수 있지만 사람이 하지 못하는 고부하, 고위험 작업자를 도와주거나, 걷지 못하는 사람을 걸을 수 있게 도와주는 등의 착용자 니즈가 큰 분야에서 먼저 활용되었다.
노화에 의한 보행, 균형, 근력 능력 정도는 사람마다 그 개인차가 크다. 착용형 로봇 장치의 효율적인 보조 및 운동효과 극대화를 위해서는 신체능력 평가가 필요하고 이를 통한 개인별 맞춤이 필요하다.
그러나, 기존의 신체 기능 및 보행능력 평가는 웨어러블 장치 미착용 상태에서 별도의 측정 프로토콜과 이를 숙지한 전문가가 필요하여, 측정에 많은 비용과 시간이 소요되며, 측정에 에러의 발생 여지가 존재하여 측정에 어려움이 있는 실정이다.
따라서, 별도의 보행능력 측정 없이 웨어러블 장치로 착용자의 신체 능력을 확인할 수 있다면 수준 별 그룹운동 운영에 도움이 될 뿐만이 아니라, 혼자 운동할 때도 개인별 맞춤 운동 프로그램 제안 및 자동화도 가능하게 된다. 이하, 역구동적인 액츄에이터(Backdrivable actuator)를 이용한 착용형 보행운동 로봇을 이용하여 착용자의 신체 능력을 추정할 수 있는 웨어러블 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 보행 보조가 필요한 작업 환경에 놓인 사람 중 보행 동작과 보행 동작이 아는 작업 동작이 섞인 복합 동작을 장시간 반복하는 사람이 많다. 예를 들어, 환경 미화원의 경우 장시간 보행하며 바닥에 위치한 쓰레기를 수거하는 작업과 차량에 탑승하는 등 이동 중 다양한 동작을 반복하는 경우가 많다. 이때, 보행 보조가 필요하지 않는 동작에서는 장치 토크 비활성화를 통해 작업자의 동작을 방해하지 않고 보행시에만 장치 토크 활성화가 이루어져 보행 보조를 수행할 필요가 있다.
종래 기술인 US11,590,383B2의 경우 사용자의 보행 phase를 추정하고 이에 맞는 보조 토크를 미리 계획/결정하며, 선택된 하체 근육에 해당하는 보행 phase의 하나 이상의 보행 segment를 식별하는 과정을 포함한다. 최종적으로 해당 보행 segment에 동작을 방해하는 resistance impulse 토크를 인가하는 전략을 사용한다.
이러한 보행 phase 및 보행 segment를 식별하는 과정을 포함하는 방식은 불규칙한 보행 시 인식 정확도가 떨어져 의도한 보행 segment에 토크를 인가하기 어려워지고 결과적으로 선택적 근육 강화 목적을 달성하기 어렵다. 또한, 착용자의 매순간 움직임을 실시간으로 반영하지 않는 미리 계획된 급격한 파형 토크 궤적 형태는 자연스러운 보행을 급작스럽게 방해하여, 보행 안정성 및 편안함을 방해하는 요소로 작용할 수 있다.
특히, 착용자의 매순간 움직임을 실시간으로 반영하지 않는 미리 계획된 급격한 파형 토크 궤적 형태는 노인이나 보행 약자에게는 위험할 수 있으며, 결과적으로 안전한 방식으로 고부하를(운동효과 증가목적으로) 주기 어려운 실정이다.
또한, 종래 기술은 근력강화를 위해 저항력만을 고려하였으나, 본 발명은 보조력을 이용해 보행속도를 증가시켜 Hip과 거리간 떨어져진 발목 근력 강화가 가능하는 내용도 포함하고 있다.
기존의 보행 보조 웨어러블 로봇은 일반적으로 착용자의 신체를 안정적으로 고정하기 위해 Rigid한 프레임 구조를 허리 및 고관절 부근에 적용하는 방식이 주로 사용되었다. 이러한 구조는 사용자가 로봇을 착용한 상태에서 다양한 움직임을 수행할 때 안정성을 높일 수 있다는 장점이 있으나, 착용자의 움직임을 제한하고 불편함을 초래하는 문제점이 있었다. 특히, Rigid한 프레임이 고관절 측면을 둘러싸는 경우, 착용자의 체형이나 신체 사이즈에 따라 간섭이 발생하여 불편감을 유발할 수 있고, 장시간 사용 시 착용자의 피로도를 높이는 요인이 되었다.
기존의 웨어러블 로봇의 Rigid 프레임 구조는 체형에 맞춤 조정이 필요하고, 사용자 간 체형 차이로 인해 착용감이 다르게 느껴지는 경우가 많았다. 이러한 문제는 웨어러블 로봇의 상용화와 보급화에 있어 큰 장애 요소로 작용하였으며, 다양한 체형에 따른 맞춤성을 제공하기 위한 추가적인 구조 및 설계 변경이 요구되었다.
이로 인해 제품의 무게가 증가하고, 전체적인 시스템이 복잡해지는 문제도 발생하였다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해 일부 웨어러블 로봇에서는 Soft한 소재나 유연한 구조를 적용하여 착용자의 편의성을 높이려는 시도가 이루어졌다. 하지만 여전히 프레임의 일부분에서 Rigid한 요소가 남아 있어, 사용자의 다양한 움직임에 대한 완전한 유연성을 제공하지 못하고, 체형에 따른 완벽한 착용감을 구현하기에는 한계가 있었다.
특히 고관절 부위에서의 간섭을 완전히 제거하지 못해, 착용자의 움직임에 따른 자연스러운 보조 기능을 구현하는 데 어려움이 존재하였다. 이에 본 발명에서는 고관절 측면 방향의 Rigid한 프레임을 제거하고, Soft한 허리 착용부를 적용하여, 체형이나 신체 사이즈에 따른 간섭을 최소화하면서도 착용자의 보행 운동을 효과적으로 보조할 수 있는 웨어러블 로봇을 제안한다.
본 발명은 체형과 무관하게 사용자가 편안하게 착용할 수 있도록 유연한 허리 착용부를 구성하고, 허리 착용부와 구동부 간의 연결 구조를 최적화하여 보행 운동 시 자연스러운 보조 기능을 제공하는 데 초점을 두고 있다.
이와 같은 기술적 배경을 바탕으로 본 발명은 착용자가 장시간 사용해도 편안함을 유지하며, 인체의 움직임을 자연스럽게 따라갈 수 있도록 설계된 부드럽고 안정적인 허벅지 착용부를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 허벅지 착용부는 경량화된 구조와 인체 공학적 설계를 통해 착용감을 극대화하며, 허벅지 프레임 관절부와의 부드러운 슬라이딩 및 회전 동작을 지원하여 보행 보조 로봇의 성능을 향상시키고자 한다.
본 발명은 착용형 로봇의 효율적인 보조 및 운동 효과를 극대화 시키기 위해 착용자의 신체 능력을 추정 또는 평가할 수 있는 장치, 방법 및 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명은 착용형 로봇을 이용한 착용자의 신체 능력을 추정에 기초하여 개인별 맞춤형 운동 프로그램을 제공할 수 있다.
본 발명은 기존의 보행 및 신체 능력을 평가하는 방법의 다양한 문제점을 해결하기 위해 착용형 로봇의 장치 파워에 기초하여 신체 능력을 계량화하고, 이를 통해 보다 편리한 방법으로 신체 능력을 추정하는 서비스를 제공할 수 있다.
본 발명은 보행 운동 중 착용자의 보행 능력을 추정할 수 있는 웨어러블 로봇을 이용하여 착용자의 보행 분석 정보에 기초하여 착용자의 실시간 보행 정보, 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보, 보행 분석 보고서를 표시하는 그래픽 유저 인터페이스를 생성하고 제공함에 있다.
본 발명은 딥러닝 모델에 기초하여 웨어러블 로봇 착용자의 보행 능력을 추정하고, 추정된 보행 능력에 따른 보고서 및 개인별 맞춤형 운동 프로그램 중 적어도 하나를 제공할 수 있다.
종래의 피드포워드 (feedforward) 제어 기반의 보행 보조 기법은 사용자의 현재 보행 phase 및 속도를 추정하고 이에 맞는 보조 토크를 미리 계획한 후 적용한다. 즉, 종래 기술의 경우 사용자의 주기적인 보행 움직임을 기반으로 현재 보행 phase를 추정한 다음, 보행 phase에 맞는 보조력을 인가하는 방식으로 제어한다.
이러한 접근 방법은 주기적인 보행 동작 중에는 문제가 없지만, 급격한 동작 변화는 빠르게 대응하기 힘들어, 사용자-장치 미스매치가 일어나게 된다.
또한, 종래 기술의 경우 사용자의 보행 동작을 사전에 파악하기 위해 추가적인 생체신호 센서(EMG)를 이용할 수 있으나, 별도의 센서신호 처리가 필요하고 센서를 사용자 피부에 접촉시켜야 하는 문제가 있다.
또한, 불규칙한 보행 패턴 변화는 보행 중 회전, 계단/경사 오르기/내리기 등 보행 환경 변화에 기인할 수 있다. 기존에는 착용자의 작업 동작 및 보행 환경을 추정하고 환경에 맞게 미리 계획된 보조 토크를 변경시켜가며 적용하였다. 그러나, 이는 보행 환경 인식 성능에 의존하는 방식으로 복잡한 보행 환경 및 급격한 보행 패턴 변화에 취약하다.
기존의 보행 속도, 케이던스, 걸음수 인식 기반 방식의 보행 보조 웨어러블 로봇은 제어 룰 업데이트에 최소 1걸음 내지 2걸음(약 0.5초 이상)이 소요될 수 있다. 작업자의 경우 보행 중 정지 후 바로 급격한 동작을 수행하는 경우가 있으므로, 보행 보조와 작업 동작 간 불일치가 발생할 수 있다.
기존 다양한 피트니스 운동은 노인이 쉽게 배우기 어려우며, 바른 운동 자세 확인을 위한 전문 트레이너의 교정/도움이 필요한 반면, 보행 운동은 별도의 운동자세 숙지할 필요 없이 간편하고 안전하게 수행할 수 있다. 그러나, 보행 운동은 다양한 운동 효과 및 높은 운동 부하를 주기 어렵다는 단점이 있다. 또한, 기존 연구 결과 골반위치(허리) 또는 발목에 무게를 더하는 것도 보행(개선) 훈련에 효과적이지 않아, 기존의 보행 운동으로 보행 자세 개선 및 보행 시 좌/우 밸런스 교정을 달성하기 어려운 실정이다.
이에 따라, 보행 운동으로 하체 근력을 (선택적으로) 강화할 수 있다면 보행운동의 장점을 살리면서 단점을 최소화할 수 있으므로, 본 발명은 웨어러블 로봇을 이용하여 보행 운동 중 선택적 하체 근력을 강화하고자 한다.
본 발명은 다양한 신체 형상 및 사이즈에 대응할 수 있으며, 착용자 스스로 입고 벗기가 쉬운 웨어러블 로봇을 제공하고자 한다.
또한, 웨어러블 로봇을 사용하지 않는 경우, 휴대가 간편할 수 있는 웨어러블 로봇을 제공하고자 한다.
착용형 로봇은 사용자의 신체에 밀착되어 움직임을 보조해야 하기 때문에 무게와 부피가 크면 사용자의 자유로운 움직임을 제한하고 착용감에 불편함을 초래할 뿐만 아니라, 제어가 잘못될 경우 사용자가 다칠 위험이 있다. 이러한 문제로 인해 기존의 착용형 로봇은 산업용, 군사용, 또는 의료용 등 특수 목적에서 주로 활용되었으며, 일반인이 일상적으로 사용할 수 있는 수준으로 발전하는 데에는 한계가 있었다.
기존 기술 중 H사의 보행보조 장치 및 유사한 구조를 가진 장치는 고관절 양측에 배치된 구동부와 등 뒤쪽에 배치된 배터리 및 제어부를 특징으로 하며, 허리 착용부가 장치를 지지하도록 설계되었다. 하지만 이러한 구조는 장치의 무게가 증가하고, 고정된 프레임 형태 및 사이즈로 인해 다양한 신체 형상 및 크기를 가진 사용자를 효과적으로 지원하지 못하며, 장치가 흘러내리거나 신체와의 밀착도가 낮아지는 문제가 발생한다. 또한, 보조력의 반작용을 허리 착용부가 지지하는 방식은 사용자의 허리에 큰 불편함을 유발한다.
한편, 의류와 유사한 Fabric 소재와 케이블 구동기를 적용한 Soft Exoskeleton은 착용감을 개선하려는 시도가 돋보이나, 케이블 구조로 인해 관절을 도와주는 과정에서 피부에 접촉하는 압박감으로 착용감이 나빠지고, 구동 효율이 낮아지는 문제가 있다. 케이블의 마찰로 인해 토크 전달 효율이 감소하고, 한 방향으로만 보조가 가능하다는 한계도 존재한다.
단일 구동기를 사용하고 차동 구조를 적용한 장치는 구동기의 출력을 양쪽 다리에 대칭적으로 전달하려는 시도로, 착용자 신체에 맞춘 조인트 구조를 통해 착용부를 고정하고자 하였다. 하지만, 고관절 축과 구동기의 회전 중심을 맞추기 위해 강성이 요구되는 복잡한 조인트 구조를 필요로 하며, 이로 인해 무게가 무거워지고 구조가 복잡해지는 문제가 발생한다.
따라서 본 발명은 다음과 같은 문제를 해결하고자 한다.
착용형 로봇의 무게를 경량화하여 착용자가 장치를 차고 다녀도 무게감을 느끼지 않도록 하고, 착용자의 모션을 제한하지 않아 자유로운 움직임을 가능하게 한다. 이를 통해 자동차에 타고 내릴 때, 앉거나 다리를 벌리는 동작, 의자에 앉거나 눕는 등의 일상적인 동작에 전혀 불편함이 없도록 한다.
다양한 신체 형상 및 사이즈를 가진 사용자에게 대응 가능하도록 설계하여, 착용자가 혼자서 장치를 쉽게 착용하고 벗을 수 있도록 한다. 또한, 장치를 사용하지 않을 때는 소형화된 형태로 접거나 분리하여 가방에 넣어 휴대할 수 있도록 한다.
장치가 착용자의 허벅지 및 허리에 밀착되어 흘러내리지 않고, 장치의 보조력이 허리나 피부에 과도한 압박을 주지 않도록 개선하여 착용감을 극대화한다.
단순히 보행을 돕는 기능을 넘어, 착용자의 다양한 동작(걷기, 계단 오르기, 달리기 등)을 효과적으로 지원할 수 있는 동작의 유연성과 적응성을 제공하며, 사용자의 상태와 필요에 맞는 개인 맞춤형 보조를 가능하게 한다.
본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해, 경량화되고 사용자 맞춤형으로 설계된 허벅지 착용부를 포함한 웨어러블 로봇을 제안한다. 허벅지 착용부는 사용자의 허벅지에 부드럽게 밀착되어 착용감이 우수하며, 허벅지 프레임 관절부와의 유연한 슬라이딩 및 회전 동작을 지원하여 착용자의 움직임에 자연스럽게 순응하도록 설계되었다. 이를 통해 기존 기술의 단점을 보완하고, 일상생활에서 일반인도 사용할 수 있는 모빌리티 수준의 착용형 로봇 구현을 가능하게 한다.
기존의 착용형 로봇은 무게가 무겁고 부피가 커서 착용자의 움직임을 제한하거나 불편함을 초래할 가능성이 있다. 본 발명은 프레임 구조를 경량화하고 인체 공학적으로 설계하여 착용자가 자연스럽게 움직일 수 있도록 하여, 이를 해결하고자 한다.
보조력을 전달하는 과정에서 발생하는 충격과 진동은 착용자에게 불편함을 초래하고 장치의 효율성을 떨어뜨린다. 본 발명은 우레탄 베어링과 슬라이딩 메커니즘을 통해 충격과 진동을 효과적으로 억제하여 부드럽고 안정적인 보조력을 제공하여, 이를 해결하고자 한다.
기존 기술은 사용자 개인의 보행 특성(걷기, 계단 오르기, 앉기 등)을 충분히 반영하지 못하거나, 특정 동작에서 불편함을 초래하는 한계를 가지고 있다. 본 발명은 2단 및 2.5단 슬라이딩 메커니즘을 통해 사용자 맞춤형 보조를 제공하며, 다양한 보행 특성에 유연하게 대응하고자 한다.
허벅지 프레임이 슬라이딩할 때 발생할 수 있는 좌우 쏠림 현상은 동작의 안정성을 저해하고 장치의 내구성을 떨어뜨릴 수 있다. 본 발명은 허벅지 커버와 허벅지 이너 부재에 좌우 대칭 구조와 일정 각도를 구현하여 슬라이딩 중 좌우 쏠림 현상을 방지하고자 한다.
기존 착용형 로봇은 착용자의 움직임에 즉각적으로 반응하지 못하거나 관절 가동 범위를 제한하여 착용 시 거부감을 초래할 수 있다. 본 발명은 사용자의 움직임에 순응하며 민첩하게 반응하는 구조를 구현하여 자연스럽고 편안한 보행 지원을 제공하고자 한다.
착용형 로봇은 사람이 착용하고 이동하는 장치이므로, 배터리 사용시간이 짧으면 활용도가 제한된다. 본 발명은 경량화된 구조와 효율적인 설계를 통해 전력 소모를 최소화하고자 한다.
보행 운동 중 착용자의 신체 능력을 추정할 수 있는 웨어러블 로봇에 있어서, 신체 부위에 장착될 수 있는 고정부; 및 상기 고정부에 장착될 수 있는 구동부;를 포함하고, 상기 구동부는, 상기 착용자의 보행 운동에 의한 상기 구동부의 파워에 기초하여 상기 착용자의 신체 능력을 추정할 수 있다.
또한, 상기 구동부는 상기 구동부의 파워를 토크에 의하여 정규화한 값에 기초하여 상기 착용자의 신체 능력을 추정할 수 있다.
또한, 상기 구동부는 상기 구동부의 파워를 상기 구동부의 RMS(Root Mean Square) 토크로 나누어 상기 구동부의 파워 대 토크의 비율을 산출할 수 있다.
또한, 상기 구동부는, 착용자의 힙 각도를 센싱하여, 상기 센싱된 힙 각도에 기초하여 각속도를 산출할 수 있고; 상기 산출한 각속도와 상기 토크의 곱으로 상기 구동부의 파워를 산출할 수 있다.
또한, 상기 산출한 각속도는, 착용자가 역구동적 액츄에이터(backdrivable actuator)를 이용한 경우의 착용자의 보행을 기초로 산출할 수 있다.
또한, 상기 토크는, 상기 구동부가 상기 산출한 각속도에 기초하여 복수의 동작 상태값을 산출하면, 상기 산출한 복수의 동작 상태값들 중 적어도 하나의 동작 상태값을 선택하여, 상기 선택한 동작 상태값의 가중치 합으로 산출될 수 있다.
또한, 상기 구동부는, 상기 산출한 구동부의 파워 대 토크의 비율을 매 회 보행마다 누적할 수 있다.
또한, 상기 산출한 복수의 동작 상태값은 상태 궤적 메모리 버퍼를 통해 쉬프트 연산을 반복하여 저장될 수 있다.
구동부를 포함하는 웨어러블 로봇을 이용하여 보행 중 착용자의 신체 능력을 추정하는 방법에 있어서, 상기 구동부가 산출한 상기 구동부의 파워 대 토크의 비율을 매 회 보행마다 누적하는 단계; 및 상기 누적에 대한 통계를 산출하는 단계;를 포함한다.
구동부를 포함하는 웨어러블 로봇을 이용하여 보행 중 착용자의 신체 능력을 추정하는 방법에 있어서, 서버 장치로부터 상기 구동부가 산출한 상기 구동부의 파워 대 토크의 비율을 매 회 보행마다 누적한 누적에 대한 통계 정보를 수신받는 단계; 및 상기 수신받은 누적에 대한 통계를 디스플레이하는 단계;를 포함한다.
구동부를 포함하는 웨어러블 로봇을 이용하여 보행 중 착용자의 신체 능력을 추정하는 방법에 있어서, 상기 구동부가 산출한 상기 구동부의 파워 대 토크의 비율과 착용자 신체 조건 사이의 상관관계에 따른 데이터 베이스에 기초한 운동 정보를 제안하는 단계;를 포함한다.
구동부를 포함하는 웨어러블 로봇을 이용하여 보행 중 착용자의 신체 능력을 추정하는 방법에 있어서, 상기 구동부가 산출한 상기 구동부의 파워 대 토크의 비율과 착용자 신체 조건을 학습데이터로 하여 학습시킨 딥러닝 모델에 기초한 운동 정보를 제안하는 단계;를 포함한다.
구동부를 포함하는 웨어러블 로봇을 이용하여 보행 중 착용자의 신체 능력을 추정하는 방법에 있어서, 상기 구동부가 산출한 상기 구동부의 파워 대 토크의 비율과 착용자 신체 조건, 웨어러블 로봇 사용정보 및 운동 효과 중 적어도 어느 하나 이상을 학습 데이터로 하여 학습시킨 딥러닝 모델에 기초한 운동 효과를 예측하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 착용자 신체 조건은 착용자의 나이, 성별, 키와 몸무게, 운동 능력 중 적어도 어느 하나 또는 적어도 둘 이상을 고려한 조건일 수 있다.
구동부를 포함하는 웨어러블 로봇을 이용하여 보행 중 착용자의 신체 능력을 추정하는 방법에 있어서, 서버 장치로부터 상기 구동부가 산출한 상기 구동부의 파워 대 토크의 비율과 착용자 신체 조건 사이의 상관관계에 따른 데이터베이스에 기초한 운동 정보를 수신하는 단계; 및 상기 수신받은 운동 정보를 디스플레이하는 단계;를 포함한다.
웨어러블 로봇 착용자의 운동을 관리하기 위한 서버 장치에 있어서, 제1 사용자 단말 로부터 상기 제1 사용자 단말 과 연동되는 웨어러블 로봇을 착용한 착용자의 보행 정보를 수신할 수 있고, 상기 수신된 착용자의 보행 정보를 제2 사용자 단말 로 송신할 수 있다.
또한, 상기 제2 사용자 단말 이 수신한 상기 착용자의 보행 정보에 기초한 피드백 정보를 상기 제2 사용자 단말 로부터 수신할 수 있다.
또한, 상기 제2 사용자 단말 이 수신한 상기 착용자의 보행 정보에 기초한 피드백 정보는, 상기 착용자의 보행 정보에 기초하는 운동 강도를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 사용자 단말 이 수신한 상기 착용자의 보행 정보에 기초한 피드백 정보는, 상기 착용자의 보행 정보에 기초하는 운동 강도를 실시간으로 제어하는 정보를 포함한다.
보행 운동 중 착용자의 신체 능력을 추정할 수 있는 웨어러블 로봇을 착용한 착용자의 운동을 관리하기 위한 시스템에 있어서, 착용자의 운동에 대한 분석 정보를 출력하는 제1 사용자 단말 ; 상기 제1 사용자 단말 이 출력한 상기 착용자의 운동에 대한 분석 정보를 수신하는 서버 장치; 및 상기 서버 장치가 송신한 상기 착용자의 운동에 대한 분석 정보를 수신하는 제2 사용자 단말 ;을 포함한다.
또한, 상기 서버 장치는, 상기 제2 사용자 단말 로 송신된 상기 착용자의 운동에 대한 정보에 기초한 피드백 정보를 상기 제2 사용자 단말 로부터 수신할 수 있고, 상기 제1 사용자 단말 로 상기 수신한 피드백 정보를 송신할 수 있다.
또한, 상기 서버 장치가 수신한 상기 피드백 정보는, 상기 착용자의 보행 정보에 기초하는 운동 강도를 포함한다.
또한, 제1 사용자 단말 이 출력하는 착용자의 운동에 대한 분석 정보는 웨어러블 로봇이 산출한 파워 대 토크의 비율에 기초한 것이다.
또한, 제1 사용자 단말 이 출력하는 착용자의 운동에 대한 분석 정보는 착용자의 민첩성 또는 하체 근력 강도 중 적어도 어느 하나 이상이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법은, 상기 웨어러블 로봇으로부터 착용자의 실시간 보행 정보를 수신 받는 단계; 및 상기 수신 받은 착용자의 실시간 보행 정보에 기초하여 그래픽 유저 인터페이스를 생성하는 단계;를 포함하는 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 그래픽 유저 인터페이스는, 상기 웨어러블 로봇의 상태 정보 표시 영역, 상기 수신 받은 착용자의 실시간 보행 정보 표시 영역, 운동 시작/종료 선택 영역, 보행 지도 선택 영역 및 로봇 운동 설정 영역 중 적어도 하나를 포함하는 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 그래픽 유저 인터페이스는, 복수의 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 표시하는 영역을 포함하고, 상기 영역은 복수의 웨어러블 로봇 각각을 제어할 수 있는 로봇 운동 설정 영역을 포함하는 것인 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 그래픽 유저 인터페이스는, 상기 로봇 운동 설정 영역의 위치가 고정될 수 있는 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 웨어러블 로봇의 상태 정보 표시 영역은, 상기 웨어러블 로봇의 사용 시간 정보 표시 영역, 배터리 잔량 정보 표시 영역 및 토크 게이지 바 정보 표시 영역 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 토크 게이지 바는 착용자의 힙 각도에 기초하여 상기 웨어러블 로봇이 착용자에게 가하는 토크 값에 비례하여 실시간으로 표시되는 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 수신 받은 착용자의 실시간 보행 정보 표시 영역은, 착용자의 거리 정보 표시 영역, 걸음 수 정보 표시 영역, 속도 정보 표시 영역, 소모 칼로리 정보 표시 영역 중 적어도 하나를 포함하는 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 로봇 운동 설정 영역은, 보행 모드 및 토크 강도 중 적어도 하나를 설정하는 영역이고, 상기 보행 모드는 적어도 하나의 토크 전달 모드를 포함하고, 각각의 상기 토크 전달 모드는 보행 목적에 상응하는 토크를 전달하는 모드이고, 상기 토크 강도는 차등적인 토크를 제공하는 복수의 단계 중 적어도 하나를 포함하는 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 로봇 운동 설정 영역은, 상기 보행 모드 및 상기 토크 강도를 설정하는 영역이 분리될 수 있는 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 수신 받은 착용자의 실시간 보행 정보에 기초하여 그래픽 유저 인터페이스를 생성하는 단계는, 사용자 단말기로부터 상기 보행 지도 선택 영역에 기초한 입력 정보 수신 단계; 상기 입력 정보를 수신 받은 후, 착용자의 현재 위치 정보를 수집하는 단계; 상기 수집한 착용자의 현재 위치 정보 및 지도 개발 도구에 기초하여 보행 지도를 생성하는 단계; 및 상기 생성한 보행 지도 및 상기 수신 받은 착용자의 실시간 보행 정보에 기초하여 상기 보행 지도를 표시한 그래픽 유저 인터페이스를 생성하는 단계;를 포함하는 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 보행 지도를 표시한 그래픽 유저 인터페이스는, 상기 착용자의 현재 위치 정보 및 거리 정보를 포함하는 보행 지도 표시 영역 및 착용자의 보행 시간 정보 표시 영역 중 적어도 하나인 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 웨어러블 로봇으로부터 착용자의 실시간 보행 정보를 수신 받는 단계는, 사용자 단말기에서 설정된 보행 모드 및 토크 강도 정보 중 적어도 하나를 상기 웨어러블 로봇으로 송신하는 단계; 및 상기 송신한 후, 상기 설정된 보행 모드 및 토크 강도 정보 중 적어도 하나에 기초하여 상기 웨어러블 로봇에서 생성된 착용자의 실시간 보행 정보를 수신 받는 단계;를 포함하는 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 설정된 보행 모드 및 토크 강도 정보 중 적어도 하나를 송신하는 단계는, 상기 사용자 단말기에 상기 로봇 운동 설정 영역을 표시한 그래픽 유저 인터페이스를 표시하는 단계; 및 상기 사용자 단말기로부터 상기 보행 모드 및 토크 강도 중 적어도 하나의 설정을 입력 받아 상기 웨어러블 로봇으로 송신하는 단계를 포함하는, 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법은, 상기 웨어러블 로봇으로부터 착용자의 보행 정보를 수신 받는 단계; 상기 수신 받은 착용자의 보행 정보에 기초하여 착용자의 보행 분석 정보를 생성하는 단계; 및 상기 생성한 착용자의 보행 분석 정보에 기초하여 그래픽 유저 인터페이스를 생성하는 단계;를 포함하는, 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 그래픽 유저 인터페이스는 착용자의 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보를 표시한 그래픽 유저 인터페이스로, 상기 착용자의 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보를 표시한 그래픽 유저 인터페이스는 카테고리 선택 영역, 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보 표시 영역, 선택된 날짜의 전체 보행 정보 표시 영역 및 선택된 날짜의 보행 별 기록 정보 표시 영역 중 적어도 하나를 포함하는, 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보 표시 영역은, 바 또는 차트로 상기 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보를 나타낼 수 있고, 상기 바 또는 차트로 표시되는 상기 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보의 평균을 나타내는 평균 추세선을 포함할 수 있고, 상기 바 또는 차트는 날짜에 따른 복수의 영역을 가질 수 있고, 상기 복수의 영역은 상기 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보에 비례하여 상대적인 크기를 갖는, 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 선택된 날짜의 전체 보행 정보 표시 영역은, 걸음 수 정보 표시 영역, 거리 정보 표시 영역, 소모 칼로리 정보 표시 영역 및 보행 시간 정보 표시 영역 중 적어도 하나를 포함하는, 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 선택된 날짜의 보행 별 기록 정보 표시 영역은, 상기 선택된 날짜의 보행 별 기록 정보가 표시되는 복수의 영역을 포함하고, 상기 복수의 영역 중 적어도 하나의 입력 정보에 기초하여 보행 별 상세 기록 정보가 표시되는 영역을 포함하는, 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 그래픽 유저 인터페이스는 착용자의 보행 분석 보고서를 표시한 그래픽 유저 인터페이스로, 상기 착용자의 보행 분석 보고서를 표시한 그래픽 유저 인터페이스는 종합 보행 점수 및 나이 정보 표시 영역, 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보 표시 영역, 보행 지표 도식화 영역 및 보행 상세 분석 정보 표시 영역 중 적어도 하나를 포함하는, 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보 표시 영역은, 바 또는 차트로 상기 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보를 나타낼 수 있고, 상기 바 또는 차트로 표시되는 상기 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보의 평균을 나타내는 평균 추세선을 포함할 수 있고, 상기 바 또는 차트는 날짜에 따른 복수의 영역을 가질 수 있고, 상기 복수의 영역은 상기 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보에 비례하여 상대적인 크기를 갖는, 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 보행 지표 도식화 영역은 착용자의 보행 지표 별 점수와 연령 평균에 따른 보행 지표 별 점수를 비교할 수 있도록 착용자의 보행 능력을 도형으로 나타낼 수 있고, 상기 보행 지표 별 점수는 속도, 민첩성, 근력 강도, 안정성 및 균형도의 점수인, 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 보행 상세 분석 정보 표시 영역은 상기 보행 지표 별 점수 표시 영역 및 상기 보행 지표 별 점수에 따른 피드백 표시 영역 중 적어도 하나를 포함하는, 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 착용자의 보행 분석 정보를 생성하는 단계는, 상기 웨어러블 로봇으로부터 상기 착용자의 보행 정보를 수신 받는 단계; 상기 수신 받은 착용자의 보행 정보에 기초하여 착용자의 신체/운동 능력 정보를 생성하는 단계; 및 상기 생성한 착용자의 신체/운동 능력 정보 및 외부 서버에 저장된 착용자의 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보 중 적어도 하나에 기초하여 상기 착용자의 보행 분석 정보를 생성하는 단계;를 포함하는, 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 착용자의 보행 정보를 수신 받는 단계는, 사용자 단말기에서 설정된 보행 모드 및 토크 강도 정보 중 적어도 하나를 상기 웨어러블 로봇으로 송신하는 단계; 상기 송신한 후, 상기 설정된 보행 모드 및 토크 강도 정보 중 적어도 하나에 기초하여 상기 웨어러블 로봇에서 생성된 착용자의 실시간 보행 정보를 수신 받는 단계; 및 상기 수신 받은 착용자의 실시간 보행 정보에 기초하여 생성된 착용자의 계량화된 신체/운동 능력수치를 수신 받는 단계를 포함하는, 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 설정된 보행 모드 및 토크 강도 정보 중 적어도 하나를 송신하는 단계는, 상기 사용자 단말기에 상기 로봇 운동 설정 영역을 표시한 그래픽 유저 인터페이스를 표시하는 단계; 및 상기 사용자 단말기에서 상기 보행 모드 및 토크 강도 중 적어도 하나의 설정을 입력 받아 상기 설정된 보행 모드 및 토크 강도 정보 중 적어도 하나를 상기 웨어러블 로봇으로 송신하는 단계를 포함하는, 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 생성한 착용자의 보행 분석 정보에 기초하여 그래픽 유저 인터페이스를 생성하는 단계는, 사용자 단말기에서 운동 종료를 입력 받고, 상기 입력 받은 운동 종료 정보를 상기 웨어러블 로봇으로 송신하는 단계가 선행되는, 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 운동 종료 정보를 입력 받은 후, 상기 착용자의 보행 분석 정보를 생성하기 위한 필요 조건을 충족하지 못한 경우, 보행 분석 정보가 생성되지 않았다는 알림을 표시하는 그래픽 유저 인터페이스가 생성되는 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법은, 상기 착용자의 보행에 관한 정보를 획득하는 단계; 상기 획득한 착용자의 보행에 관한 정보를 바탕으로 딥러닝 모델을 학습시키는 단계; 상기 학습시킨 딥러닝 모델에 기초하여 착용자의 보행 분석 정보를 추정하는 단계; 및 상기 추정한 착용자의 보행 분석 정보에 기초하여 그래픽 유저 인터페이스를 생성하는 단계;를 포함하는, 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 그래픽 유저 인터페이스는 착용자의 보행 능력 추정 보고서를 표시한 그래픽 유저 인터페이스로, 상기 착용자의 보행 능력 추정 보고서를 표시한 그래픽 유저 인터페이스는 추정된 종합 보행 점수 표시 영역, 착용자의 기본 정보 표시 영역, 추정된 보행 지표 도식화 영역 및 추정된 보행 상세 분석 정보 표시 영역 중 적어도 하나를 포함하는, 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 추정된 보행 지표 도식화 영역은 착용자의 보행 지표 별 추정 점수와 연령 평균에 따른 보행 지표 별 점수를 비교할 수 있도록 착용자의 추정된 보행 능력을 도형으로 나타낼 수 있고, 상기 보행 지표 별 추정 점수는 속도, 민첩성, 근력 강도, 안정성 및 균형도의 점수인, 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 추정된 보행 상세 분석 정보 표시 영역은 상기 보행 지표 별 추정 점수 표시 영역 및 상기 보행 지표 별 추정 점수에 따른 피드백 표시 영역 중 적어도 하나를 포함하는, 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 그래픽 유저 인터페이스는 착용자의 맞춤형 프로그램 정보를 표시한 그래픽 유저 인터페이스로, 상기 착용자의 맞춤형 프로그램 정보를 표시한 그래픽 유저 인터페이스는 제안된 맞춤형 프로그램 표시 영역, 종합 보행 점수 표시 영역, 보행 지표 도식화 영역 및 제안된 프로그램의 상세 내용 표시 영역 중 적어도 하나를 포함하는, 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 종합 보행 점수 표시 영역은 상기 제안된 맞춤형 프로그램을 진행한 후 향상될 것으로 예상되는 착용자의 예상 보행 점수를 나타내는, 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 보행 지표 도식화 영역은 착용자의 보행 지표 별 추정 점수 및 연령 평균에 따른 보행 지표 별 점수를 상기 착용자의 예상 보행 점수의 보행 지표 별 점수와 비교할 수 있도록 착용자의 보행 능력을 도형으로 나타낼 수 있고, 상기 보행 지표 별 점수는 속도, 민첩성, 근력 강도, 안정성 및 균형도의 점수인, 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 딥러닝 모델을 학습시키는 단계는, 상기 획득한 착용자의 보행에 관한 정보가 복수 개의 다른 형태인 경우, 상기 획득한 착용자의 보행에 관한 정보를 멀티모달 데이터로 결합하고, 상기 결합한 멀티모달 데이터를 바탕으로 딥러닝 모델을 학습시키는, 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 착용자의 보행에 관한 정보를 획득하는 단계는, 상기 웨어러블 로봇으로부터 착용자의 보행 정보를 수신 받는 단계; 상기 수신 받은 착용자의 보행 정보에 기초하여 착용자의 보행 분석 정보를 생성하는 단계; 및 상기 생성한 착용자의 보행 분석 정보에 기초하여 상기 착용자의 보행에 관한 정보를 획득하는 단계;를 포함하는, 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 착용자의 보행 분석 정보를 생성하는 단계는, 상기 웨어러블 로봇으로부터 상기 착용자의 보행 정보를 수신 받는 단계; 상기 수신 받은 착용자의 보행 정보에 기초하여 착용자의 신체/운동 능력 정보를 생성하는 단계; 및 상기 생성한 착용자의 신체/운동 능력 정보 및 외부 서버에 저장된 착용자의 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보 중 적어도 하나에 기초하여 상기 착용자의 보행 분석 정보를 생성하는 단계;를 포함하는, 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 착용자의 보행 정보를 수신 받는 단계는, 사용자 단말기에서 설정된 보행 모드 및 토크 강도 정보 중 적어도 하나를 상기 웨어러블 로봇으로 송신하는 단계; 상기 송신한 후, 상기 설정된 보행 모드 및 토크 강도 정보 중 적어도 하나에 기초하여 상기 웨어러블 로봇에서 생성된 착용자의 실시간 보행 정보를 수신 받는 단계; 및 상기 수신 받은 상기 착용자의 실시간 보행 정보에 기초하여 생성된 착용자의 계량화된 신체/운동 능력수치를 수신 받는 단계를 포함하는, 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 설정된 보행 모드 및 토크 강도 정보 중 적어도 하나를 송신하는 단계는, 상기 사용자 단말기에 상기 로봇 운동 설정 영역을 표시한 그래픽 유저 인터페이스를 표시하는 단계; 및 상기 사용자 단말기에서 상기 보행 모드 및 토크 강도 중 적어도 하나의 설정을 입력 받아 상기 설정된 보행 모드 및 토크 강도 정보 중 적어도 하나를 상기 웨어러블 로봇으로 송신하는 단계를 포함하는, 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 표시하는 그래픽 유저 인터페이스를 생성하기 위해 하나 이상의 프로세서에 의해 실행되도록 구성된 하나 이상의 프로그램을 저장한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는, 상기 하나 이상의 프로그램은 상술한 방법 중 적어도 하나를 수행하라는 명령어들을 포함하는, 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스를 생성하는 장치는, 입력부 및 통신부; 디스플레이부; 하나 이상의 프로세서부; 및 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행되도록 구성된 하나 이상의 프로그램을 저장하는 메모리부 - 상기 하나 이상의 프로그램은 상술한 방법 중 적어도 하나의 방법을 수행하기 위한 명령어들을 포함함 - 를 포함하는, 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스를 생성하는 장치일 수 있다.
본 발명은 착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇에 있어서, 상기 착용자의 신체 부위에 장착될 수 있는 고정부; 및 상기 고정부에 장착될 수 있는 구동부;를 포함하고, 상기 구동부는, 소정의 시간 동안 누적된 상기 착용자의 상태 궤적 변화 정도를 계산하고 이에 기초하여 출력 토크를 산출하도록 구성된다.
또한, 상기 소정의 시간은 0.5초 이상 1초 이하이다.
또한, 상기 구동부는 상기 소정의 시간 동안 상기 착용자의 상태 궤적 이동거리가 제1 임계값 이하인 경우, 상기 출력 토크를 산출하지 않거나 임계 이하의 값으로 산출하도록 구성될 수 있고, 상기 소정의 시간 동안 상기 착용자의 상태 궤적 이동거리가 제2 임계값 이상인 경우, 상기 출력 토크를 임계 이상의 값으로 산출하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제1 임계값 및 상기 제2 임계값은 동일한 값으로 구성되거나, 상기 제2 임계값이 상기 제1 임계값보다 큰 값으로 구성된다.
또한, 상기 구동부는 상기 소정의 시간 동안 상기 착용자의 상태 궤적 이동거리가 제1 임계값 이하인 경우, 상기 출력 토크를 계산하기 위한 토크 세기 조절 파라미터의 값을 임계값 이하로 변경하거나 0으로 변경하도록 구성된다.
또한, 상기 구동부는 상기 출력 토크를 계산하기 위한 토크 세기 조절 파라미터의 값은 임계값 이하 또는 0으로 점진적으로 변경하도록 구성된다.
또한, 상기 구동부는 상기 소정의 시간 동안 상기 착용자의 상태 궤적 이동거리가 제2 임계값 이상인 경우, 상기 출력 토크를 계산하기 위한 토크 세기 조절 파라미터의 값을 설정된 값으로 복원하도록 구성된다.
또한, 상기 구동부는 상기 출력 토크를 계산하기 위한 토크 세기 조절 파라미터의 값은 설정된 값으로 점진적으로 복원하도록 구성된다.
본 발명은 착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇에 있어서, 상기 착용자의 신체 부위에 장착될 수 있는 고정부; 및 상기 고정부에 장착될 수 있는 구동부;를 포함하고, 상기 구동부는, 소정의 시간 동안 누적된 상기 착용자의 상태 궤적 이동 거리가 임계값 이상이고 상기 착용자의 정지 후 연속 걸음 수가 소정의 걸음 수 이상인 경우 출력 토크를 산출하도록 구성된다.
또한, 상기 구동부는 상기 소정의 시간 동안 상기 착용자의 상태 궤적 이동 거리가 임계값 이상인 경우, 상기 출력 토크를 계산하기 위한 토크 세기 조절 파라미터의 값을 설정된 값으로 복원하도록 구성된다.
또한, 상기 구동부는 상기 출력 토크를 계산하기 위한 토크 세기 조절 파라미터의 값은 설정된 값으로 점진적으로 복원하도록 구성된다.
또한, 상기 구동부는 상기 착용자의 동작 상태값이 0인 시점을 카운팅하여 상기 착용자의 정지 후 연속 걸음 수를 카운팅하도록 구성된다.
또한, 상기 구동부는 상기 착용자의 일측 목적 신체부위와 타측 목적 신체부위가 교차하는 시점을 카운팅하여 상기 착용자의 정지 후 연속 걸음 수를 카운팅하도록 구성된다.
또한, 상기 구동부는 상기 착용자의 동작 상태값이 소정의 값을 갖는 시점을 카운팅하여 상기 착용자의 정지 후 연속 걸음 수를 카운팅하도록 구성된다.
본 발명은 착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇에 있어서, 상기 착용자의 신체 부위에 장착될 수 있는 고정부; 및 상기 고정부에 장착될 수 있는 구동부;를 포함하고, 상기 구동부는, 상기 착용자의 상태 궤적 변화 정도를 계산하고 이에 기초하여 출력 토크를 산출하고, 상기 산출한 출력 토크의 부호가 변하는 시점을 포함하는 임계 이하의 범위에서, 소정의 시간 동안 상기 출력 토크를 임계 이하의 값으로 산출하도록 구성된다.
또한, 상기 소정의 시간은 0.5초 이상 1초 이하이다.
또한, 상기 구동부는 상기 소정의 시간 동안 상기 착용자의 상태 궤적 이동거리가 제1 임계값 이하인 경우, 상기 출력 토크를 산출하지 않거나 임계 이하의 값으로 산출하도록 구성될 수 있고, 상기 소정의 시간 동안 상기 착용자의 상태 궤적 이동거리가 제2 임계값 이상인 경우, 상기 출력 토크를 임계 이상의 값으로 산출하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제1 임계값 및 상기 제2 임계값은 동일한 값으로 구성되거나, 상기 제2 임계값이 상기 제1 임계값보다 큰 값으로 구성된다.
또한, 상기 구동부는 상기 소정의 시간 동안 상기 착용자의 상태 궤적 이동거리가 제1 임계값 이하인 경우, 상기 출력 토크를 계산하기 위한 토크 세기 조절 파라미터의 값을 임계값 이하로 변경하거나 0으로 변경하도록 구성된다.
본 발명은 착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇의 구동부의 출력 토크 산출 방법에 있어서, 소정의 시간 동안 누적된 상기 착용자의 상태 궤적 이동 거리를 산출하는 단계; 상기 착용자의 정지 후 연속 걸음 수를 카운팅하는 단계; 및 상기 산출된 착용자의 상태 궤적 이동 거리가 임계값 이상이고 상기 카운팅된 정지 후 연속 걸음 수가 소정의 걸음 수 이상인 경우, 출력 토크를 산출하는 단계;를 포함한다.
본 발명은 착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇의 구동부의 출력 토크 산출 방법에 있어서, 소정의 시간 동안 누적된 상기 착용자의 상태 궤적 이동 거리를 산출하는 단계; 상기 산출한 착용자의 상태 궤적 이동 거리에 기초하여 출력 토크를 산출하는 단계; 및 상기 산출한 출력 토크의 부호가 변하는 시점을 포함하는 임계 이하의 범위에서, 소정의 시간 동안 상기 출력 토크를 임계 이하의 값으로 산출하는 단계;를 포함한다.
사용자 단말로부터 운동할 타겟 근육 정보를 수신받는 착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇에 있어서, 상기 착용자의 신체 부위에 장착될 수 있는 고정부; 및 상기 고정부에 장착될 수 있는 구동부;를 포함하고, 상기 구동부는, 상기 수신한 타겟 근육 정보에 기초하여 파라미터를 설정하고, 이에 기초하여 출력 토크를 산출하도록 구성된다.
또한, 상기 구동부는, 상기 착용자의 보행에 기초하여 각속도를 산출하고, 상기 산출한 각속도에 기초하여 동작 상태값을 산출하고, 이에 기초하여 상기 출력 토크를 산출하도록 구성된다.
또한, 상기 설정한 파라미터는, 상기 산출하는 토크의 출력 타이밍 정보, 상기 산출하는 토크의 세기 조절 정보, 상기 출력 토크를 산출하기 위한 필터 정보, 또는 상기 출력 토크를 산출하기 위한 비대칭 정보 중 적어도 하나의 정보를 나타내는 파라미터이다.
또한, 상기 산출하는 토크의 출력 타이밍 정보는 상기 산출한 동작 상태값의 위치 정보를 포함한다.
또한, 상기 산출하는 토크의 세기 조절 정보는 토크 세기 조절 파라미터로 표현될 수 있고, 상기 토크 세기 조절 파라미터는, 상기 구동부가 저항 토크를 출력하는 경우, 음수이고, 상기 구동부가 보조 토크를 출력하는 경우, 양수이다.
또한, 상기 구동부는 상기 산출한 동작 상태값의 가중치 합에 상기 토크 세기 조절 파라미터를 곱하여 상기 출력 토크를 산출하도록 구성된다.
또한, 메모리부;를 더 포함할 수 있고, 상기 구동부는, 설정된 운동 모드에 따른 출력 토크를 산출할 수 있도록 구성되고, 상기 메모리부는, 상기 운동 모드에 따른 파라미터를 룩업 테이블로 저장하도록 구성되고, 상기 설정한 파라미터는, 상기 룩업 테이블에 기초하여 상기 사용자 단말로부터 수신한 타겟 근육 정보에 따른파라미터로 구성된다.
또한, 상기 룩업 테이블은 상기 산출하는 토크의 출력 타이밍 정보, 상기 산출하는 토크의 세기 조절 정보, 상기 출력 토크를 산출하기 위한 필터 정보, 또는 상기 출력 토크를 산출하기 위한 비대칭 정보 중 적어도 하나의 조합으로 이루어진다.
또한, 메모리부;를 더 포함할 수 있고, 상기 메모리부는 상기 수신한 타겟 근육 정보에 기초한 운동 모드 및 상기 운동 모드에 따른 파라미터를 룩업 테이블 형태로 저장할 수 있고, 상기 구동부는, 상기 수신한 타겟 근육 정보에 기초하여 운동 모드를 선택할 수 있고, 상기 선택한 운동 모드에 따른 파라미터에 기초하여 상기 출력 토크를 산출하도록 구성된다.
또한, 상기 구동부는 상기 사용자 단말로부터 상기 파라미터 값을 수신받을 수 있고, 이에 기초하여 상기 출력 토크를 산출하도록 구성된다.
본 발명은 착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇 시스템에 있어서, 상기 시스템은, 상기 사용자 단말 및 상기 웨어러블 로봇을 포함하고, 상기 웨어러블 로봇은, 상기 사용자 단말로부터 운동할 타겟 근육 정보를 수신할 수 있고, 상기 수신한 타겟 근육 정보에 기초하여 파라미터를 설정하고, 이에 기초하여 출력 토크를 산출하고, 상기 사용자 단말로 상기 보행 운동과 관련한 정보를 송신하도록 구성되고, 상기 사용자 단말은 상기 송신된 보행 운동과 관련한 정보를 수신하도록 구성된다.
또한, 상기 웨어러블 로봇은, 상기 착용자의 보행에 기초하여 각속도를 산출하고, 상기 산출한 각속도에 기초하여 동작 상태값을 산출하고, 이에 기초하여 상기 출력 토크를 산출하도록 구성된다.
또한, 상기 설정한 파라미터는, 상기 산출하는 토크의 출력 타이밍 정보, 상기 산출하는 토크의 세기 조절 정보, 상기 출력 토크를 산출하기 위한 필터 정보, 또는 상기 출력 토크를 산출하기 위한 비대칭 정보 중 적어도 하나의 정보를 나타내는 파라미터이다.
또한, 상기 산출하는 토크의 출력 타이밍 정보는 상기 산출한 동작 상태값의 위치 정보를 포함한다.
또한, 상기 산출하는 토크의 세기 조절 정보는 토크 세기 조절 파라미터로 표현될 수 있고, 상기 토크 세기 조절 파라미터는, 상기 구동부가 저항 토크를 출력하는 경우, 음수이고, 상기 구동부가 보조 토크를 출력하는 경우, 양수이다.
또한, 상기 웨어러블 로봇은 상기 산출한 동작 상태값의 가중치 합에 상기 토크 세기 조절 파라미터를 곱하여 상기 출력 토크를 산출하도록 구성된다.
또한, 상기 웨어러블 로봇은, 설정된 운동 모드에 따른 출력 토크를 산출할 수 있도록 구성되고, 상기 운동 모드에 따른 파라미터를 룩업 테이블로 저장하도록 구성되고, 상기 설정한 파라미터는 상기 룩업 테이블에 기초하여 상기 사용자 단말로부터 수신한 타겟 근육 정보에 따른 파라미터로 구성된다.
또한, 상기 룩업 테이블은 상기 산출하는 토크의 출력 타이밍 정보, 상기 산출하는 토크의 세기 조절 정보, 상기 출력 토크를 산출하기 위한 필터 정보, 또는 상기 출력 토크를 산출하기 위한 비대칭 정보 중 적어도 하나의 정보 중 적어도 하나 이상의 조합으로 이루어진다.
또한, 상기 웨어러블 로봇은 상기 수신한 타겟 근육 정보에 기초한 운동 모드 및 상기 운동 모드에 따른 파라미터를 룩업 테이블 형태로 저장할 수 있고, 상기 수신한 타겟 근육 정보에 기초하여 운동 모드를 선택할 수 있고, 상기 선택한 운동 모드에 따른 파라미터에 기초하여 상기 출력 토크를 산출하도록 구성된다.
또한, 상기 웨어러블 로봇은 상기 사용자 단말로부터 상기 파라미터 값을 수신받을 수 있고, 이에 기초하여 상기 출력 토크를 산출하도록 구성된다.
또한, 상기 사용자 단말은 상기 수신한 보행 운동과 관련한 정보에 기초한 시청각 피드백 정보를 제공하도록 구성되고, 상기 시청각 피드백 정보는 상기 착용자의 운동 점수 정보, 상기 착용자의 보행 퍼포먼스 정보 또는 상기 착용자의 운동 정보를 포함한다.
또한, 상기 보행 퍼포먼스 정보는 상기 착용자의 속도 정보, 상기 착용자의 자세 정보, 상기 착용자의 보폭 정보, 상기 착용자의 규칙성 정보, 상기 착용자의 비대칭성 정보 및 상기 착용자의 보행 점수 정보 중 적어도 하나를 포함한다.
또한, 상기 운동 정보는 상기 착용자의 운동 모드 별 운동 경과 시간 정보, 상기 착용자의 누적 운동 시간 정보, 및 상기 착용자의 현재 운동 모드 운동 경과 시간 정보 중 적어도 하나를 포함한다.
또한, 상기 운동 점수 정보는, 상기 착용자의 상태 궤적 이동거리에 기초하여 산출되도록 구성된다.
또한, 상기 운동 점수 정보는, 소정의 시간 동안의 상기 착용자의 상태 궤적 이동거리의 중간값 또는 평균값에 기초하여 산출되도록 구성된다.
또한, 상기 사용자 단말은, 상기 산출된 운동 점수 정보를 100점의 점수로 nomalize시킨 후 제공하도록 구성된다.
본 발명은 사용자 단말로부터 운동할 타겟 운동 정보를 수신받는 착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇에 있어서, 상기 착용자의 신체 부위에 장착될 수 있는 고정부; 및 상기 고정부에 장착될 수 있는 구동부;를 포함하고, 상기 구동부는, 상기 수신한 타겟 운동 정보에 기초하여 파라미터를 설정하고, 이에 기초하여 출력 토크를 산출하도록 구성된다.
본 발명은 착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇 시스템에 있어서, 상기 시스템은, 상기 사용자 단말 및 상기 웨어러블 로봇을 포함하고, 상기 웨어러블 로봇은, 상기 사용자 단말로부터 운동할 타겟 운동 정보를 수신할 수 있고, 상기 수신한 타겟 운동 정보에 기초하여 파라미터를 설정하고, 이에 기초하여 출력 토크를 산출하고, 상기 사용자 단말로 상기 보행 운동과 관련한 정보를 송신하도록 구성되고, 상기 사용자 단말은 상기 송신된 보행 운동과 관련한 정보를 수신하도록 구성된다.
본 발명은 착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇의 허리 착용부에 있어서, 상기 착용자의 허리에 장착될 수 있는 허리 착용부; 및 상기 허리 착용부에 장착될 수 있는 구동부;를 포함하고, 상기 허리 착용부는 허리 착용부 부재; 상기 허리 착용부 부재에 연결되는 허리 착용 버클부;를 포함하고, 상기 구동부는 상기 구동부의 양 측에 위치하는 구동부 고정 프레임;을 포함하고, 상기 허리 착용 버클부는 상기 구동부 고정 프레임에 결합 및 결합 해제할 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 구동부 고정 프레임은 상기 구동부의 수직면을 기준으로 0도 이상 30도 이하의 기울기를 갖도록 구성된다.
또한, 상기 허리 착용 버클부는 구동부 고정 부재를 포함하고, 상기 구동부 고정 부재는 내측 연결 부재;를 더 포함하고, 상기 구동부 고정 부재는 상기 내측 연결 부재에 위치한 버튼 부재; 및 상기 허리 착용 버클부의 내부에 위치한 탄성 부재;를 더 포함하고, 상기 허리 착용 버클부 및 상기 구동부 고정 프레임의 결합 시, 상기 버튼 부재는 상기 구동부 고정 프레임의 진행 방향으로 이동하도록 구성되고, 이에 따라 상기 탄성 부재는 수축하도록 구성되고, 상기 버튼 부재 및 상기 구동부 고정 프레임의 결합 시, 상기 탄성 부재가 이완하여 상기 구동부 고정 프레임의 상기 버튼 부재로의 이탈을 막도록 구성된다.
또한, 상기 버튼 부재는 경사 부분을 갖도록 구성되고, 상기 허리 착용 버클부 및 상기 구동부 고정 프레임의 결합 시, 상기 구동부 고정 프레임은 상기 버튼 부재의 경사 부분에 접촉하여 진행 방향으로 이동하도록 구성된다.
또한, 상기 허리 착용 버클부는 구동부 고정 부재를 포함하고, 상기 구동부 고정 부재는 내측 연결 부재;를 더 포함하고, 상기 내측 연결 부재에 위치한 버튼 부재; 상기 내측 연결 부재에 위치한 손잡이 부재; 및 상기 허리 착용 버클부의 내부에 위치한 탄성 부재;를 더 포함하고, 상기 허리 착용 버클부 및 상기 구동부 고정 프레임의 결합 해제 시, 상기 손잡이 부재가 상기 결합 시의 상기 구동부 고정 프레임의 진행 방향으로 이동하고, 상기 내측 연결 부재의 상기 진행 방향으로의 이동에 따라 상기 탄성 부재가 상기 진행 방향으로 이동하여, 상기 버튼 부재 및 상기 구동부 고정 프레임의 결합이 해제되도록 구성된다.
또한, 상기 허리 착용부 부재 및 상기 허리 착용 버클부는, 밴드(band)에 의해 고정되도록 구성된다.
또한, 상기 허리 착용부 부재 및 상기 허리 착용 버클부는, 벨크로에 의해 고정되도록 구성된다.
본 발명은 착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇의 허리 착용부에 있어서, 상기 착용자의 허리에 장착될 수 있는 허리 착용부; 및 상기 허리 착용부에 장착될 수 있는 구동부;를 포함하고, 상기 허리 착용부는 허리 착용부 부재; 상기 허리 착용부 부재에 연결되는 허리 착용 버클부;를 포함하고, 상기 허리 착용 버클부는 상기 구동부에 결합될 수 있는 구동부 고정부재; 및 상기 구동부 고정부재에 연결되는 스윙 부재;를 더 포함한다.
또한, 상기 스윙 부재는 상기 허리 착용부 부재와 상기 허리 착용 버클부를 연결하도록 구성된다.
또한, 상기 스윙 부재는 스윙 전 자세를 기준으로 0도 이상 30도 이하의 각도로 스윙할 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 구동부는 상기 구동부의 양 측에 위치하는 구동부 고정 프레임;을 포함하고, 상기 허리 착용 버클부는 상기 구동부 고정 프레임에 결합 및 결합 해제할 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 구동부 고정 프레임은 상기 구동부의 수직면을 기준으로 0도 이상 30도 이하의 기울기를 갖도록 구성된다.
또한, 상기 허리 착용 버클부는 상기 허리 착용 버클부의 내측에 위치한 버튼 부재; 및 상기 허리 착용 버클부의 내부에 위치한 탄성 부재;를 더 포함하고, 상기 허리 착용 버클부 및 상기 구동부 고정 프레임의 결합 시, 상기 버튼 부재는 상기 구동부 고정 프레임의 진행 방향으로 이동하도록 구성되고, 이에 따라 상기 탄성 부재는 수축하도록 구성되고, 상기 버튼 부재 및 상기 구동부 고정 프레임의 결합 시, 상기 탄성 부재가 이완하여 상기 구동부 고정 프레임의 상기 버튼 부재로의 이탈을 막도록 구성된다.
또한, 상기 버튼 부재는 경사 부분을 갖도록 구성되고, 상기 허리 착용 버클부 및 상기 구동부 고정 프레임의 결합 시, 상기 구동부 고정 프레임은 상기 버튼 부재의 경사 부분에 접촉하여 진행 방향으로 이동하도록 구성된다.
또한, 상기 허리 착용 버클부는 내측 연결 부재;를 더 포함하고, 상기 내측 연결 부재에 위치한 버튼 부재; 상기 내측 연결 부재에 위치한 손잡이 부재; 및 상기 허리 착용 버클부의 내부에 위치한 탄성 부재;를 더 포함하고, 상기 허리 착용 버클부 및 상기 구동부 고정 프레임의 결합 해제 시, 상기 손잡이 부재가 상기 결합 시의 상기 구동부 고정 프레임의 진행 방향으로 이동하고, 상기 내측 연결 부재의 상기 진행 방향으로의 이동에 따라 상기 탄성 부재가 상기 진행 방향으로 이동하여, 상기 버튼 부재 및 상기 구동부 고정 프레임의 결합이 해제되도록 구성된다.
또한, 상기 허리 착용부 부재 및 상기 허리 착용 버클부는, 밴드(band)에 의해 고정되도록 구성된다.
또한, 상기 허리 착용부 부재 및 상기 허리 착용 버클부는, 벨크로에 의해 고정되도록 구성된다.
본 발명은 착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇에 있어서, 상기 착용자의 허리에 장착될 수 있는 허리 착용부; 및 상기 고정부에 장착될 수 있는 구동부;를 포함하고, 상기 허리 착용부는 허리 착용부 부재; 상기 허리 착용부 부재에 연결되는 허리 착용 버클부;를 포함하고, 상기 허리 착용 버클부는 상기 구동부에 결합될 수 있는 구동부 고정부재; 및 상기 구동부 고정부재에 연결되는 스윙 부재;를 더 포함하고, 상기 구동부는 상기 구동부의 양 측에 위치하는 구동부 고정 프레임;을 포함하고, 상기 구동부 고정 프레임은 상기 구동부의 수직면을 기준으로 0도 이상 30도 이하의 기울기를 갖고, 상기 허리 착용부 부재 및 상기 허리 착용 버클부는 상기 스윙 부재에 의해 연결되도록 구성된다.
또한, 상기 구동부 고정 프레임은 상기 구동부의 수직면을 기준으로 5도 이상 20도 이하의 기울기를 갖도록 구성된다.
본 발명은 보행 운동을 보조하기 위한 웨어러블 로봇에 있어서, 착용자의 허리에 장착될 수 있는 허리 착용부; 및 상기 허리 착용부에 결합하여 착용자의 보행을 보조하는 구동부;를 포함하고 상기 허리 착용부는 착용자의 허리에 밀착되어 착용될 수 있는 허리 착용부재; 및 상기 허리 착용부재에 연결되어 구동부와 결합하기 위한 허리 착용 버클부;를 포함하고, 상기 허리 착용 버클부;는 상기 구동부와 결합할 수 있는 구동부 고정부; 및 상기 구동부 고정부재에 연결되어, 상기 구동부와 상기 허리 착용부 사이의 상대적인 움직임을 허용하는 스윙 부재;를 포함한다.
또한, 상기 스윙 부재는 상기 허리 착용부 부재와 상기 허리 착용 버클부를 연결하도록 구성된다.
또한, 상기 스윙 부재는 스윙 전 자세를 기준으로 0도 이상 30도 이하의 각도로 스윙할 수 있도록 구성된다.
본 발명은 착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇의 허벅지 착용부에 있어서, 상기 착용자의 허리에 장착될 수 있는 허리 착용부; 상기 착용자의 허벅지에 장착될 수 있는 허벅지 착용부; 상기 허리 착용부에 연결되는 구동부; 및 상기 구동부와 상기 허벅지 착용부를 연결하는 허벅지 프레임;을 포함하고, 상기 허벅지 프레임은 허벅지 프레임 관절부;를 포함하고, 상기 허벅지 착용부는 고정 클립부;를 포함하고, 상기 고정 클립부는 상기 허벅지 프레임 관절부를 고정 또는 분리할 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 허벅지 착용부는 상기 허벅지 프레임 관절부를 고정된 상태에서 해제 상태로 전환시키기 위한 허벅지 프레임 Release 버튼;을 포함한다.
또한, 상기 허벅지 프레임 Release 버튼은 허벅지 프레임 Release 탄성 부재;를 더 포함하고, 상기 허벅지 프레임 Release 탄성 부재는 상기 허벅지 프레임 Release 버튼의 조작 후 자동으로 원위치로 복귀할 수 있도록 복귀력을 제공하도록 구성된다.
또한, 상기 허벅지 착용부는 허벅지 밴드부; 및 허벅지 버클부;를 더 포함하고, 상기 허벅지 밴드부는 상기 허벅지 버클부에 연결되어 착용자의 허벅지 둘레에 맞추어 길이를 조정할 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 허벅지 프레임 관절부는 회전 가능하도록 라운드 형태로 설계되어, 착용자의 허벅지 움직임에 따라 유연하게 회전하도록 구성된다.
또한, 상기 허벅지 착용부는 허벅지 착탈 프레임;을 포함하고, 상기 허벅지 착탈 프레임은 슬라이딩 레일 부재를 더 포함하고, 상기 허벅지 프레임 관절부는 상기 슬라이딩 레일 부재를 따라 이동할 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 허벅지 착용부는 충격 방지 부재를 포함하고, 상기 충격 방지 부재는 상기 허벅지 착용부의 내측에 위치하여 상기 허벅지 프레임의 슬라이딩 동작 중 발생하는 충격 또는 진동을 완화할 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 슬라이딩 레일 부재는 상기 허벅지 착탈 프레임에 리니어 가이드 부재를 더 포함하고, 상기 리니어 가이드 부재는 상기 허벅지 프레임 관절부의 슬라이딩 이동을 지지하도록 구성된다.
또한, 상기 충격 방지 부재는 상기 허벅지 프레임 관절부가 슬라이딩 중 발생하는 충격 에너지를 흡수하도록 구성된다.
본 발명은 착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇의 허벅지 프레임에 있어서, 상기 착용자의 허리에 장착될 수 있는 허리 착용부; 상기 착용자의 허벅지에 장착될 수 있는 허벅지 착용부; 상기 허리 착용부에 연결되고 구동기를 포함하는 구동부; 및 상기 구동부와 상기 허벅지 착용부를 연결하는 허벅지 프레임;을 포함하고, 상기 허벅지 프레임은 상기 구동부와 상기 허벅지 프레임을 연결하는 조인트 부재; 상기 조인트 부재와 연결된 허벅지 커버 부재; 및 상기 허벅지 커버 부재의 내부에서 상기 착용자의 보행 운동에 따라 슬라이딩하는 허벅지 이너 부재;를 포함한다.
또한, 상기 조인트 부재는 상기 구동기와 직렬로 연결되고, 상기 구동기로부터 발생된 보조력을 상기 허벅지 프레임으로 전달하도록 구성된다.
또한, 상기 조인트 부재는, 상기 착용자의 보행 방향과 일치하는 스윙 동작 및 상기 보행 방향과 직각 방향으로의 스윙 동작이 가능하도록 구성된다.
또한, 상기 조인트 부재는 상기 조인트 부재의 덮개 역할을 수행하는 조인트 캡 부재; 및 상기 조인트 부재의 축 역할을 수행하는 조인트 샤프트 부재;를 포함하고, 상기 조인트 부재는 상기 조인트 캡 부재 및 상기 조인트 샤프트 부재와 결합되어, 상기 착용자의 보행 방향과 일치하는 스윙 동작 및 상기 보행 방향과 직각 방향으로의 스윙 동작이 가능하도록 구성된다.
또한, 상기 허벅지 커버 부재는 상기 허벅지 커버 부재의 내부에 좌우 대칭으로 형성된 소정의 각도의 레일 구조를 포함하도록 구성된다.
또한, 상기 허벅지 이너 부재는 좌우 대칭으로 형성된 소정의 각도 구조를 포함하고, 상기 허벅지 커버 부재의 내부에서 슬라이딩 하는 경우, 좌우 쏠림 현상을 방지하도록 구성된다.
또한, 베어링 엔드 부재;를 더 포함하고, 상기 허벅지 이너 부재는 상기 베어링 엔드 부재와 결합되고, 상기 베어링 엔드 부재는 상기 허벅지 이너 부재의 슬라이딩 시, 좌우 유격을 방지하고, 상기 구동기의 보조력 발생 시, 상기 허벅지 프레임에 가해지는 하중을 분산시키도록 구성된다.
또한, 상기 허벅지 이너 부재는, 2단 베어링 부재를 포함하며, 상기 2단 베어링 부재는 상기 허벅지 이너 부재의 슬라이딩 방향에 수직으로 작동하여 좌우 균형을 유지하고, 슬라이딩 시 발생할 수 있는 좌우 쏠림을 방지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 허벅지 이너 부재는 2단 보조 베어링 부재를 더 포함하며, 상기 2단 보조 베어링 부재는 상기 2단 베어링 부재와 함께 상기 허벅지 이너 부재의 좌우 움직임을 방지하고, 슬라이딩 시 일정한 간격(Gap)을 유지하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 허벅지 이너 부재는 2.5단 베어링 부재를 포함하며, 상기 2.5단 베어링 부재는 상기 허벅지 이너 부재가 착용자의 계단 오르기, 앉기 또는 쭈그려 앉는 동작 시 내측으로 슬라이딩 하도록 구성된다.
또한, 상기 허벅지 이너 부재는 Distal 복귀 탄성 부재를 더 포함하며, 상기 Distal 복귀 탄성 부재는 상기 허벅지 이너 부재가 슬라이딩 동작 후 초기 상태로 복귀할 수 있도록 보조하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 허벅지 커버 부재는 상기 허벅지 커버 부재의 내부에 좌우 대칭의 일정 각도를 갖는 레일 구조를 포함하며, 상기 레일 구조는 상기 허벅지 이너 부재가 슬라이딩하는 동안 좌우 쏠림 현상을 억제하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 허벅지 커버 부재는 상기 구동기에서 발생된 보조력을 상기 허벅지 이너 부재로 전달하는 과정에서, 상기 허벅지 이너 부재의 슬라이딩 가이드 역할을 수행하고, 상기 허벅지 커버 부재의 내측에 형성된 좌우 대칭 레일 구조는 상기 허벅지 이너 부재가 슬라이딩하는 동안 좌우 쏠림을 방지하도록 구성된다.
또한, 상기 허벅지 이너 부재는 상기 허벅지 착용부와 결합되어 상기 착용자의 다리 길이에 맞추어 길이 값이 변화할 수 있도록 슬라이딩 가능하게 구성되며,상기 슬라이딩 동작은 2단 및 2.5단 슬라이딩으로 구분되어, 상기 착용자의 동작에 따라 조정될 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 허벅지 이너 부재는 2단 복귀 탄성밴드 부재를 포함하며, 상기 2단 복귀 탄성밴드 부재는 상기 허벅지 이너 부재가 슬라이딩 동작 후 원래 위치로 복귀할 수 있도록 탄성력을 제공하도록 구성된다.
또한, 상기 허벅지 프레임은 베어링 커버 부재를 포함하며, 상기 베어링 커버 부재는 상기 허벅지 이너 부재의 내측에 배치된 베어링이 슬라이딩 중 이탈하지 않도록 보호하는 역할을 수행하도록 구성된다.
또한, 상기 허벅지 프레임은 전면 우레탄 베어링 부재 및 후면 우레탄 베어링 부재를 포함하며, 상기 전면 우레탄 베어링 부재와 후면 우레탄 베어링 부재는 상기 허벅지 이너 부재의 슬라이딩 동작 중 발생하는 진동과 소음을 억제하며, 상기 허벅지 프레임의 좌우 균형을 유지하도록 구성된다.
또한, 상기 전면 우레탄 베어링 부재 및 상기 후면 우레탄 베어링 부재는 상기 허벅지 커버 부재의 내측 레일과 동일한 각도로 배치되어, 슬라이딩 과정 중 발생할 수 있는 진동을 최소화하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 허벅지 이너 부재는 2.5단 베어링 부재 및 Distal 복귀 탄성 부재를 포함하며, 상기 Distal 복귀 탄성 부재는 상기 2.5단 베어링 부재가 슬라이딩 후 원래 위치로 복귀할 수 있도록 탄성력을 제공하도록 구성된다.
본 발명은 착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇에 있어서, 상기 착용자의 허리에 장착될 수 있는 허리 착용부; 상기 착용자의 허벅지에 장착될 수 있는 허벅지 착용부; 상기 허리 착용부에 연결되고 구동기를 포함하는 구동부; 및 상기 구동부와 상기 허벅지 착용부를 연결하는 허벅지 프레임;을 포함하고, 상기 허벅지 프레임은 상기 구동부와 상기 허벅지 프레임을 연결하는 조인트 부재; 상기 조인트 부재와 연결된 허벅지 커버 부재; 및 상기 허벅지 커버 부재의 내부에서 상기 착용자의 보행 운동에 따라 슬라이딩하는 허벅지 이너 부재;를 포함한다.
상기 목적은, 본 발명의 일 실시형태에 따라, 관절부의 일측 신체 부위에 고정되는 제1고정부; 관절부의 타측 신체 부위에 고정되는 제2고정부; 상기 제1고정부에 고정되는 구동부; 및 상기 구동부와 제2고정부를 연결하고 상기 관절부의 움직임을 위해 상기 구동부로부터 제공되는 구동력을 제2고정부로 전달하는 연결 부재;를 포함하며, 상기 연결 부재는 관절부의 동작 크기에 따라 달라지는 구동부와 제2고정부의 사이 간격에 대응하여 길이가 조절되거나, 일렬로 배치되어 연결 부재를 이루는 복수의 단위부재 및 상기 복수의 단위부재가 서로 연동하도록 복수의 단위부재를 연결하는 연동부를 포함하는 웨어러블 로봇에 의해 달성된다.
여기서, 상기 구동부의 좌우 양측에 각각 결합되어 좌우 방향 회전축을 중심으로 전후 방향으로 회동하는 회전 조인트부를 더 포함하고, 상기 연결 부재는 상기 회전 조인트부의 하단부에 전후 방향 회전축을 중심으로 좌우 방향으로 회동하도록 힌지 결합될 수 있다.
여기서, 상기 구동부는 두 개의 구동기; 및 상기 구동기를 내부에 수용하는 본체 하우징을 포함하고, 양측의 상기 연결 부재는 상기 구동기로부터 각각 동력을 전달받아 회전할 수 있다.
여기서, 상기 구동부는 단일의 구동기; 상기 구동기를 둘러싸 내부에 수용하고 수평의 축 방향으로 회전하는 구동기 프레임; 및 상기 구동기 및 상기 구동기 프레임을 내부에 수용하는 본체 하우징을 포함하고, 상기 본체부의 일측에 배치되는 연결 부재는 상기 구동기에서 동력을 전달 받아 회전하고, 상기 구동부의 타측에 배치되는 연결 부재는 구동기 프레임에 연결되어 회전할 수 있다.
여기서, 상기 구동부는 상기 구동기 프레임 외측에 장착되어 상기 본체 하우징에 대하여 상기 구동기 프레임을 회전시키는 베어링을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 구동부를 허리에 고정시키는 제1 고정부; 및 상기 연결 부재를 상기 허벅지에 고정시키는 제2 고정부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 연결 부재는 복수의 링크로 형성되어 절곡될 수 있다.
여기서, 상기 연결 부재의 상단은 전후 방향 회전축을 주심으로 좌우 방향으로 회동하도록 힌지 결합될 수 있다.
여기서, 상기 연결 부재는 상기 구동부에 지지되는 제1부재, 상기 제1부재에 이동 가능하게 연결되는 제2부재 및 상기 제2부재에 이동 가능하게 연결되고 상기 제2고정부에 지지되는 제3부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2부재의 일면에는 상기 제3부재의 이동을 안내할 수 있는 제2슬릿이 형성되고, 상기 제1부재의 일면에는 상기 제2부재와 중첩 상태에서 상기 제2슬릿과 연통하는 제1슬릿이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2부재 또는 제3부재를 수축방향으로 탄성 지지하는 탄성부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1부재에 대한 제2부재의 마찰력과 상기 제2부재에 대한 제3부재의 마찰력은 서로 다르게 설정될 수 있다.
또한, 상기 제2부재는 제1부재와의 접촉면에서 구름운동하는 롤러를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제3부재는 상기 롤러에 비해 상대적으로 큰 마찰력을 가지고 상기 제2부재와의 접촉면에서 미끄럼운동하는 슬라이딩패드를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 연결 부재는 상기 구동부와 제2고정부 사이에 일렬로 배치되는 제1길이조절부와 제2길이조절부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1길이조절부는 관절부의 가동범위 중 일부 영역 내에서 길이가 조절되고, 상기 제2길이조절부는 관절부의 가동범위 중 상기 일부 영역을 초과하는 나머지 영역에서 길이가 조절될 수 있다
또한, 상기 연결 부재는 상기 제3부재가 제2부재 상에서 확장하는 방향으로 이동한 상태에서 위치를 고정할 수 있는 영구자석을 포함할 수 있다.
또한, 상기 영구자석은 상기 제2부재의 제2 단부에 마련되는 제1영구자석과 상기 제3부재의 상기 제1영구자석에 대응하는 위치에 마련되는 제2영구자석을 포함할 수 있다.
제1 단부란 제1부재(141)와 제2부재(142)가 중첩되는 경우 중첩되는 방향에 대하여 제1 부재 또는 제2 부재의 끝부분을 말하며, 제2 단부란 상기 중첩되는 방향과 반대 방향에 대하여 제1 부재 또는 제2 부재의 끝부분을 말할 수 있다.
또한, 상기 연결 부재는 일단부가 상기 제1부재에 고정되고 타단부가 상기 제2부재에 지지된 상태로 상기 제3부재에 고정되는 탄성부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2부재는 상기 탄성부재를 지지하는 제1도르래를 포함할 수 있다.
또한, 상기 연동부는 상기 제2부재의 제2 단부에 지지된 상태로 일단부가 상기 제1부재에 고정되고 타단부가 상기 제3부재에 고정되는 제1케이블 및 상기 제2부재의 제1 단부에 지지된 상태로 일단부가 상기 제1부재에 고정되고 타단부가 상기 제3단위부재에 고정되는 제2케이블을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2부재의 제2 단부에는 상기 제1케이블을 지지하는 제2도르래가 배치되고, 상기 제2부재의 제1 단부에는 상기 제2케이블을 지지하는 제3도르래가 배치될 수 있다.
또한, 상기 연동부는 제1부재에 길이방향을 따라 배치되는 래크, 상기 제2부재의 수축측 단부에 배치되고 상기 래크와 맞물리는 피니언, 상기 피니언과 함께 회전하는 제1풀리, 상기 제2부재의 확장측 단부에 배치되는 제2풀리 및 상기 제1풀리와 제2풀리에 감긴 상태로 양단부가 상기 제3부재에 고정되는 벨트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2부재의 일측에는 상기 제3부재의 이동을 안내할 수 있는 제2슬릿이 형성되고, 상기 제1부재의 일측에는 상기 제2부재와 중첩 상태에서 상기 제2슬릿과 연통하는 제1슬릿이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1고정부가 허리에 착용되는 경우, 허리 착용부는 허리 벨트와 허리 착용 프레임으로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 허리 벨트의 양단이 상기 허리 착용 프레임의 양단과 결합하고, 허리 크기에 따라 허리 벨트의 길이가 조절될 수 있다.
또한, 상기 허리 착용 프레임은 탈착 버튼과 하단 기구부, 상단 기구부를 포함하는 것이 바람직하고, 상기 본체 하우징의 일면에는 하단 후크와 상단 후크를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2고정부가 허벅지에 착용되어 허벅지 착용부로 기능하는 경우, 상기 허벅지 착용부는 스트랩부와 플레이트로 구성될 수 있다.
또한, 상기 스트랩부는 스트랩부 일단과 결합하는 제2 버튼을 포함할 수 있다.
또한, 상기 스트랩부의 양단은 상기 플레이트의 양단에 결합할 수 있다.
또한, 양단의 결합부분에서 스트랩부의 길이를 조절하거나 스트랩부를 플레이트와 분리시킬 수 있다.
또한, 상기 플레이트는 플레이트 프레임과 제1 버튼을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 동작 보조 방법은, 상태 궤적 메모리 버퍼에 순차적으로 동작 상태값을 저장하는 단계; 상기 상태 궤적 메모리 버퍼에 저장된 동작 상태값 중 적어도 하나의 동작 상태값을 선택하는 단계; 선택된 동작 상태값을 이용하여 보조력을 결정하는 단계; 및 결정된 보조력을 출력하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 동작 상태값을 저장하는 단계는 FIFO(First In First Out) 방식으로 미리 설정된 개수의 동작 상태값만 저장할 수 있다.
또한, 상기 동작 상태값은 일정한 시간 간격으로 동작 상태를 측정한 센싱값 또는 미리 설정된 수식을 이용한 상기 센싱값의 변환값일 수 있다.
또한, 상기 보조력을 결정하는 단계에서 상기 선택된 동작 상태값의 가중치 합으로 상기 보조력을 결정할 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나의 동작 상태값을 선택하는 단계에서, 상기 상태 궤적 메모리 버퍼에 저장된 동작 상태값 중 미리 결정된 위치에 저장된 동작 상태값을 선택할 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나의 동작 상태값을 선택하는 단계 이전에, 상기 상태 궤적 메모리 버퍼에 순차적으로 저장된 동작 상태값들 사이의 차이를 합산하여 상태 궤적 이동 거리를 계산하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 동작 상태값을 선택하는 단계에서 상기 상태 궤적 이동 거리에 따라 상기 미리 결정된 위치를 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 상태 궤적 이동 거리가 클수록 상기 상태 궤적 메모리 버퍼에서 메모리 어레이의 첫 번째 저장위치 쪽으로 상기 미리 결정된 위치를 변경하고, 상기 상태 궤적 이동 거리가 작을수록 상기 메모리 어레이의 마지막 저장위치 쪽으로 상기 미리 결정된 위치를 변경할 수 있다.
또한, 상기 동작 상태값은 센싱된 힙 각도 값(q0)을 변환식 S0=Asin(q0/2)을 이용하여 변환한 변환값일 수 있으며, A는 상수일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 동작 보조 시스템은 동작 상태값을 순차적으로 저장하는 상태 궤적 메모리 버퍼 및 상기 상태 궤적 메모리 버퍼에 저장된 동작 상태값 중 하나 이상의 동작 상태값을 이용하여 보조력을 결정하는 결정부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 상태 궤적 메모리 버퍼는 상기 동작 상태값을 FIFO(First In First Out) 방식으로 저장하는 유한한 크기의 메모리 버퍼일 수 있다.
또한, 상기 상태 궤적 메모리 버퍼는 사용자의 최근 수 초(seconds) 동안의 움직임에 대한 동작 상태값을 저장할 수 있다.
또한, 상기 결정부는 상기 상태 궤적 메모리 버퍼에서 메모리 어레이의 미리 결정된 위치에 저장된 동작 상태값을 선택하되 상기 상태 궤적 메모리 버퍼에 저장된 동작 상태값의 변화에 따라 상기 미리 결정된 위치를 변경하고 변경된 위치에 저장된 동작 상태값을 선택할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 동작 보조 프로그램은 하드웨어와 결합되어 본 발명의 일 실시형태에 따른 동작 보조 방법의 각 단계들을 실행시키기 위해 매체에 저장된 프로그램일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 안전모드에는 구동부의 동작각이나 동작 속도를 검출하는 단계, 구동부의 모터 회전을 중지하여 안전모드를 동작시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 신체 부위에 장착될 수 있는 고정부; 및 상기 고정부에 장착될 수 있는 구동부;를 포함하고, 상기 구동부는, 상기 착용자의 보행 운동에 의한 상기 구동부의 파워에 기초하여 상기 착용자의 신체 능력을 추정할 수 있다.
본 발명에 따르면, 구동부를 포함하는 웨어러블 로봇을 이용하여 보행 중 착용자의 신체 능력을 추정하는 방법은, 상기 구동부가 산출한 상기 구동부의 파워 대 토크의 비율을 매 회 보행마다 누적하는 단계; 및 상기 누적에 대한 통계를 산출하는 단계;를 포함하고, 이를 통해 상기 구동부가 산출한 상기 구동부의 파워 대 토크의 비율을 매 회 보행마다 누적에 대한 통계를 산출하여 이를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 서버 장치로부터 상기 구동부가 산출한 상기 구동부의 파워 대 토크의 비율을 매 회 보행마다 누적한 누적에 대한 통계를 수신받는 단계; 및 상기 산출한 누적에 대한 통계를 디스플레이하는 단계;를 포함하고, 이를 통해 산출한 누적에 대한 통계를 착용자에게 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 역구동적인 액츄에이터(Backdrivable actuator)를 이용한 착용형 보행운동 로봇을 이용하여, 보행 운동 중 장치가 생성하는 파워 토크 비를 이용해 착용자의 신체 능력을 실시간으로 파악할 수 있다.
본 발명에 따르면, 웨어러블 로봇 착용자의 보행 분석 정보를 표시하는 그래픽 유저 인터페이스는 아래와 같은 효과를 기대할 수 있다.
본 발명에 따르면, 웨어러블 로봇은 역구동적인 액츄에이터(Backdrivable actuator)를 이용하여, 사용자 단말기에서 설정된 보행 모드 및 토크 강도 중 적어도 하나에 기초하여 보행 운동 중 장치가 생성하는 파워 토크 비를 이용해 착용자의 신체/운동 능력 수치를 계량화하고, 계량화된 신체/운동 능력 수치에 기초하여 착용자의 신체/운동 능력 정보를 생성하고, 생성한 착용자의 신체/운동 능력 정보에 기초하여 착용자의 보행 분석 정보를 생성하고, 이를 바탕으로 착용자의 누적된 보행에 따른 통계 정보 또는 보행 분석 보고서를 표시한 그래픽 유저 인터페이스를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 딥러닝 모델을 기반으로 착용자의 보행 정보 등을 학습 데이터로 입력하여, 웨어러블 로봇 착용자의 보행 능력을 추정하거나, 맞춤형 운동 프로그램 정보를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 착용자의 실시간 보행 정보, 착용자의 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보, 보행 분석 보고서, 보행 능력 추정 보고서 및 맞춤형 프로그램 정보와 같은 착용자의 보행에 관한 정보를 표시한 그래픽 유저 인터페이스로 제공하면서 착용자의 신체/운동 능력 정보를 직관적으로 인식할 수 있다.
본 발명에 따르면, 착용자의 보행에 관한 정보를 기초로 생성되는 보행 분석 보고서 등과 같은 직관적인 자료를 토대로 웨어러블 로봇 착용자 또는 관리자는 웨어러블 로봇 착용자의 로봇 운동 과정에서 적절한 보행 모드 및 토크 강도 중 적어도 하나를 설정할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 보행 이외의 동작 시 장치 토크를 빠르게 감소 및 비활성화시켜 임계 보행 걸음 수 이상일 때 장치를 부드럽게 활성화(토크 인가)시켜 원활한 장시간 작업을 도와줄 수 있도록 한다.
본 발명은 장치 토크 부호가 변화하는 구간에서 토크 비활성화(토크 제로) 구간을 늘려 보행 보조가 필요한 순간에 에너지를 효율적으로 사용할 수 있으며, 동시에 착용자가 자연스러운 보행 보조를 수행하도록 보조할 수 있다.
본 발명은 착용자와 장치 움직임 방향이 미스 매치될 가능성을 줄일 수 있고, 출력 토크 값을 줄여 장시간 작업 시 에너지를 효율적으로 사용할 수 있다.
또한, 토크 zero 구간을 늘림으로 배터리 소모 및 내구성 향상에 유리할 수 있다.
또한, 보행 중 발디딤 시 장치에 충격이 반복적으로 인가되는데 이 경우 zero 토크 shaping으로 저토크가 인가된 상황이면 상대적으로 충격량이 줄어들 수 있다.
본 발명은 착용형 보행 운동 로봇을 이용하여 부드러운 상호작용 토크 프로파일을 time shift 및 반전시킴으로써, 보행 운동으로 선택적 근육 강화 운동을 할 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명은 착용자의 최근(1~2 초 이내) 다리 움직임 상태 정보를 버퍼 메모리에 순차적으로 저장하고, 저장된 상태 정보를 이용한 출력 피드백 제어를 수행하여, 특정 근육 강화 및 다양한 운동 효과 달성하는 효과가 있다.
본 발명은 착용형 장치를 이용한 보행 운동으로 다양한 보행 기능을 강화하는 효과가 있다.
본 발명은 Hip, Knee, ankle 과 같이 착용형 장치를 이용한 보행 운동으로 달성하기 어려운 운동 강도 (근육 자극)를 달성하는 효과가 있다.
본 발명은 허리 착용부가 Soft한 재질로 이루어져 있어, 착용자의 움직임에 따라 유연하게 대응할 수 있다. 이로 인해 착용자가 다양한 자세와 동작을 자연스럽게 수행할 수 있어, 활동성이 높은 작업이나 보행 운동을 보조할 때도 부담을 최소화하는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명의 Soft한 허리 착용부는 착용자의 체형이나 신체 사이즈에 구애받지 않고 유연하게 착용이 가능하여, 성별이나 체형, 신체 사이즈에 상관없이 다양한 사용자들이 편안하게 착용할 수 있다. 특히, 착용자의 체형에 따라 자동으로 밀착되므로 추가적인 조정이 필요 없으며, 사용자 맞춤형 착용감을 제공하는 효과가 있다.
본 발명은 Rigid한 프레임을 사용하지 않아 착용자의 고관절 측면이나 허리 부분에 불필요한 압박이나 간섭이 발생하지 않는다. 이러한 Soft한 허리 착용부는 장시간 착용 시에도 착용자에게 불편감을 주지 않고 안정된 착용감을 제공하여, 사용자가 피로감을 덜 느끼고 장시간 사용할 수 있다.
본 발명의 Soft한 허리 착용부는 사용자의 움직임과 자연스럽게 호환되므로, 착용 중의 자세나 움직임에 따라 간섭이 발생하지 않는다. 이로 인해 웨어러블 로봇이 착용자의 동작을 원활하게 보조할 수 있으며, 보행 운동 중에도 사용자가 원활한 보조를 받을 수 있다.
본 발명의 Rigid한 프레임을 제거함으로써 전체적인 무게가 감소하여, 사용자가 부담 없이 휴대하고 사용할 수 있다. 제품의 경량화는 착용감을 향상시키고, 보관이나 운반이 용이하여 사용 편의성을 극대화하는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명은 단일 구동기와 최적화된 구조 설계를 통해 기존 착용형 로봇의 단점을 개선하고, 착용감과 보조 성능을 대폭 향상시키는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명은 단일 구동기를 사용하여 시스템을 경량화하고 슬림하게 설계함으로써, 무게 증가와 시스템 부피 확대를 방지하고 효율적인 동작을 가능하게 한다.
단일 구동기는 사람의 보행 특성에 맞춰 지지발을 기준으로 반대쪽 다리를 대칭적으로 보조할 수 있어, 각 관절당 개별 구동기를 사용하는 기존 기술 대비 구조를 단순화하고, 열손실을 감소시키며, 제작 비용을 절감할 수 있다.
또한, 구동기의 회전력과 회전 반발력을 구동기 프레임 내부에서 상쇄시킴으로써, 사용자는 보조력에 대한 반작용만 느끼게 되어 착용 시 불편함이 감소하고 착용감이 대폭 개선된다.
본 발명은 단일 구동기를 포함한 장치 본체를 착용자의 복부 전면에 배치하여, 고관절 측면에 Rigid한 프레임이 필요하지 않도록 설계되었다. 이로 인해 사용자 체형 및 사이즈에 관계없이 간섭이 발생하지 않아 착용자의 움직임이 더욱 자유로워지는 효과를 제공한다.
본 발명의 허벅지 착용부는 사용자가 장치를 손쉽게 장착하고 제거할 수 있도록 설계되었다. 좌우 대칭 구조와 밴드 및 버클 형태로 구성되어 있어, 착용자가 간단한 조작만으로 빠르게 착용 및 탈착이 가능하다. 이러한 특징은 보행 보조 로봇을 다양한 상황에서 간편히 사용할 수 있도록 하여 사용자 편의성을 증진시킬 수 있다.
본 발명의 허벅지 착용부는 착용자의 허벅지 체형과 둘레에 맞게 길이를 조절할 수 있어, 다양한 신체 크기와 형상을 가진 사용자들에게 적합하다. 이로 인해 장치가 사용자의 허벅지에 정확히 밀착되며, 착용 중 흘러내리거나 이격되는 문제를 방지하여 안정성을 높이는 효과가 있다.
본 발명의 허벅지 착용부는 허벅지 프레임 관절 구조를 감싸는 형태로 설계되어, 보행 중 발생할 수 있는 프레임 틀어짐 현상을 감소시킬 수 있다. 이를 통해 사용자는 장치를 착용한 상태에서도 자유로운 움직임을 유지할 수 있으며, 일상적인 동작(예: 걷기, 앉기, 계단 오르기 등)에 불편함을 느끼지 않는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명의 허벅지 착용부는 허벅지 프레임과 쉽게 착탈할 수 있는 버튼을 구비하고 있어, 사용자 혼자서도 장치를 신속히 조립하거나 해체할 수 있다. 버튼은 복귀력을 가진 탄성 부재를 통해 자동으로 원위치로 복귀되므로, 안정적인 결합 상태를 유지할 수 있다.
본 발명의 허벅지 착용부는 착용자의 허벅지에 부드럽게 밀착되도록 설계되어, 보행 중 발생하는 충격과 흔들림을 효과적으로 완화할 수 있다. 이로 인해 장치를 장시간 착용해도 피로감을 최소화하며, 편안한 착용감을 제공할 수 있다.
본 발명의 허벅지 착용부는 다양한 사용 환경에서 착용자의 움직임에 자연스럽게 순응하며, 보행 보조뿐만 아니라 계단 오르기, 달리기 등의 다양한 활동에서도 효과적으로 동작할 수 있다. 또한, 장치가 허벅지에 안정적으로 고정되어 어떠한 환경에서도 신뢰성을 유지할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 웨어러블 로봇을 나타낸 도면이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 웨어러블 로봇의 구동부의 분리 사시도이다.
도 1c는 본 발명의 일 실시형태에 따른 연결 부재의 좌우 방향 힌지 움직임을 설명하는 도면이다.
도 1d는 본 발명의 일 실시형태에 따른 연결 부재의 슬라이딩 동작을 설명하는 도면이다.
도 1e는 본 발명의 일 실시형태에 따른 연결 부재의 링크 동작을 설명하는 도면이다.
도 1f는 본 발명의 일 실시형태에 따른 착용형 로봇의 보행 중 동작을 설명하는 도면이다.
도 1g는 본 발명의 일 실시형태에 따른 착용자의 동작 및 자세에 따른 웨어러블 로봇의 동작을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 보행 보조 모드 및 보행 저항 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, 그룹 운동 시 트레이너가 회원의 기기 정보를 수집하는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 웨어러블 로봇 착용자의 신체/운동 능력 계량화 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 상태 궤적 메모리 버퍼를 이용하여 웨어러블 로봇 착용자에게 구동력을 제공하기 위해 토크를 산출하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 상태 궤적 메모리 버퍼에 기초하여 동작 상태값을 순차적으로 저장하는 동작을 나타내기 위한 도면이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 마지막 저장위치(N)에 저장된 동작 상태값은 상태 궤적 메모리 버퍼에서 삭제되는 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용자의 동작에 따라 착용자의 동작 상태를 반영한 동작 상태값이 상태 궤적 메모리 버퍼에 저장되는 실시예를 나타내는 도면이다.
도 7은 웨어러블 로봇 착용자의 보행, 균형, 신체기능 지표와 장치 파워 토크비의 피어슨 상관 관계를 분석한 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 착용자의 나이 대 웨어러블 로봇의 보행 보조 모드의 경우, 장치 파워 토크비 사이의 상관관계 및 본 발명에 따른 착용자의 나이 대 웨어러블 로봇의 보행 저항 모드의 경우, 장치 파워 토크비 사이의 상관관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율과 착용자 신체 조건 사이의 상관관계에 따른 데이터베이스에 기초한 운동 정보를 제안하는 방법을 수행하기 위한 하나 이상의 네트워크 함수를 나타낸 개략도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른, 딥 뉴럴 네트워크에 기초하여 웨어러블 로봇의 착용자의 신체 정보 또는 운동 정보의 카테고리의 중요도 점수를 계산하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11a 내지 도 11d는 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 운동 중 착용자의 보행 능력을 추정할 수 있는 웨어러블 로봇을 이용하여 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스를 생성하기 위한 시스템의 볼록도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 표시하는 그래픽 유저 인터페이스를 생성하기 위한 시스템의 사용자 단말기의 블록도이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 표시하는 시스템에 접근하기 위한 사용자/관리자 및 체험모드 로그인 과정을 나타내는 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 15a는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말기와 웨어러블 로봇의 연동을 위해 블루투스 연결이 완료된 과정을 나타내는 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 15b는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말기와 웨어러블 로봇의 블루투스 연결이 실패된 과정을 나타내는 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 15c는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말기와 웨어러블 로봇의 블루투스 연결이 끊어진 과정을 나타내는 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 로그인 및 블루투스 연결이 완료된 후 사용자/관리자 단말기에 메인 화면을 나타내는 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 17a는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 운동 전 휴식 모드를 나타내는 사용자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 17b는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 운동 시작 시 보조/운동 모드 및 토크 강도 중 적어도 하나를 설정한 사용자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 17c는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 운동 종료 시 로봇 운동 과정에서 측정되는 착용자의 보행에 관한 정보를 표시하는 사용자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 17d는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 운동 과정에서 착용자의 현재 위치 정보 및 거리 정보와 착용자의 보행 시간 정보를 표시하는 사용자 단말기의 보행 지도를 표시한 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 17e는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 운동을 종료할 경우, 보행 분석 정보가 생성되지 않았다는 알림을 표시하는 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇, 사용자 단말기 및 외부 서버 사이에서 송수신되는 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 나타내는 사용자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 19a는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 운동 과정들을 기록하여 '걸음수'를 기준으로 한 착용자의 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보를 표시한 사용자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 19b는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 운동 과정들을 기록하여 '거리'를 기준으로 한 착용자의 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보를 표시한 사용자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 19c는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 운동 과정들을 기록하여 '시간'을 기준으로 한 착용자의 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보를 표시한 사용자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 지난 로봇 운동 과정에서 얻은 착용자의 보행에 관한 정보 및 외부 서버에 저장된 누적 데이터 중 적어도 하나를 바탕으로 하는 착용자의 보행 분석 정보에 기초한 보행 분석 보고서를 표시한 사용자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 딥러닝 모델에 기초하여 웨어러블 로봇 착용자의 보행 분석 정보를 추정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용자의 다른 유형의 보행에 관한 정보를 멀티모달 데이터로 결합하고 딥러닝 모델에 기초하여 보행 분석 정보를 추정하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 딥러닝 모델에 기초하여 추정된 착용자의 보행 분석 정보에 기초한 보행 능력 추정 보고서를 표시하는 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 딥러닝 모델에 기초하여 웨어러블 로봇 착용자의 보행 능력에 적합한 맞춤형 운동 프로그램 정보를 표시하는 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 딥러닝 모델에 기초하여 웨어러블 로봇 착용자의 보행 능력에 적합한 맞춤형 운동 프로그램 정보 및 예상되는 효과를 나타낸 도면이다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말기에 관리자의 정보를 등록하기 위한 과정을 나타낸 그래픽 유저 인터페이스가 도시된 되면이다.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 관리자 단말기에 사용자 정보를 등록하기 위한 과정을 나타낸 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 및 관리자의 각 정보를 사용자 단말기 및 관리자 단말기 각각에 등록되는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 29a 및 도 29b는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자의 계정 정보를 확인 및 수정할 수 있는 사용자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 30은 본 발명의 일 실시예에 따른 관리자의 정보 확인 및 등록 삭제를 할 수 있는 사용자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 31은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자의 사용 로봇의 정보를 확인할 수 있는 사용자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 32는 본 발명의 일 실시예에 따른 관리자의 계정 정보를 확인 및 수정할 수 있는 관리자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말기에 연결된 웨어러블 로봇의 로봇 이름(관리번호)을 설정하는 관리자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 34는 본 발명의 일 실시예에 따른 1:N 그룹 운동을 위한 프로그램 탭을 클릭한 경우의 기본 화면을 나타낸 관리자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 35는 본 발명의 일 실시예에 따른 1:N 그룹 운동을 위한 프로그램을 생성하는 관리자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 36은 본 발명의 일 실시예에 따른 1:N 그룹 운동을 위해 생성된 프로그램의 일반 정보를 나타낸 관리자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 37은 본 발명의 일 실시예에 따른 1:N 그룹 운동을 위해 생성된 프로그램에 참여 회원을 선택하는 과정을 나타낸 관리자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 38은 본 발명의 일 실시예에 따른 1:N 그룹 운동을 위한 프로그램에 참여한 회원 중 웨어러블 로봇과 연결되지 않은 경우에 연결하는 과정을 나타낸 관리자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 39는 본 발명의 일 실시예에 따른 1:N 그룹 운동을 위한 프로그램에 참여한 회원 중 적어도 한 명 이상에 대해 로봇 운동을 시작하게 하는 과정을 나타낸 관리자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 40은 본 발명의 일 실시예에 따른 1:N 그룹 운동을 위한 프로그램에서 각 회원의 운동 시작 시 보행 모드 및 토크 강도를 설정한 관리자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 41은 본 발명의 일 실시예에 따른 1:N 그룹 운동을 위한 프로그램에 참여한 회원의 보행 정보를 관리자 단말기를 통해 확인할 수 있는 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 42는 본 발명의 일 실시예에 따른 1:N 그룹 운동을 위한 프로그램에 참여한 회원 중 한 명의 기본 정보 및 보행 분석 보고서를 관리자 단말기를 통해 확인할 수 있는 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 43은 본 발명에 따른 착용자의 보행 보조 중 보행 이외의 다양한 작업을 안전하게 수행하기 위한 장치 제어 방법을 나타낸 도면이다.
도 44는 본 발명의 일 실시예에 따른 힙 상태 궤적 동작 별 비교를 설명하기 위한 도면이다.
도 45a는 본 발명의 일 실시예에 따른 보행자가 정지한 경우와 보행자가 정지 후 보행을 진행하는 경우의 상태 궤적을 나타낸 도면이다.
도 45b는 본 발명의 일 실시예에 따른 상태 궤적 이동거리를 설명하기 위한 도면이다.
도 45c는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 세기 조절 인자에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 46은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 걸음 수 카운팅을 설명하기 위한 도면이다.
도 47은 본 발명에 따른 보행 보조 출력 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 48은 본 발명에 따른 상태 피드백 제어 기반 보조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 49는 본 발명에 따른 출력 토크 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 50a는 본 발명에 따른 보행 중 보행 이외의 작업 후 다시 보행 시 토크 값의 변화를 나타내는 도면이다.
도 50b는 본 발명에 따른 보행 중 느린 보행을 하고, 보행 이외의 작업 후 다시 보행 시 토크 값의 변화를 나타내는 도면이다.
도 51a는 본 발명에 따른 장치 토크 부호가 변화하는 구간에서 토크 비활성화 구간을 늘리는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 51b는 본 발명에 따른 장치 토크 부호가 변화하는 구간에서 토크 비활성화 구간을 늘리는 실시예를 그래프로 설명하기 위한 도면이다.
도 52는 본 발명에 따른 착용형 모빌리티 시스템 및 사용자 단말을 나타낸 도면이다.
도 53은 본 발명에 따른 보행 보조 모드 및 보행 저항 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 54는 본 발명에 따른 보행 운동 중 선택적 근육 강화 운동을 지원하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 55는 본 발명의 일 실시예에 따른 운동할 타겟 근육 선택 사용자 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 56은 본 발명에 따른 보행 보조 출력 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 57은 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟 근력 운동 모드와 매칭되는 설정값의 룩업 테이블을 나타낸 도면이다.
도 58은 본 발명에 따른 출력 토크 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 59는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 피드백 정보 제공을 나타낸 도면이다.
도 60은 본 발명의 일 실시예에 따른 힙 조인트 시각 피드백 정보 제공을 나타낸 도면이다.
도 61은 본 발명의 일 실시예에 따른 보조모드 A의 근력 강화 효과를 나타낸 도면이다.
도 62는 본 발명의 일 실시예에 따른 저항모드 A의 근력 강화 효과를 나타낸 도면이다.
도 63은 본 발명에 따른 저항모드 B와 저항모드 C간의 강화된 근력 차이를 비교하기 위한 도면이다.
도 64는 본 발명에 따른 보조모드 A의 토크, 파워 궤적을 나타낸 도면이다.
도 65는 본 발명에 따른 저항모드 A의 토크, 파워 궤적을 나타낸 도면이다.
도 66은 본 발명에 따른 저항모드 B의 토크, 파워 궤적을 나타낸 도면이다.
도 67은 본 발명에 따른 저항모드 C의 토크, 파워 궤적을 나타낸 도면이다.
도 68은 본 발명에 따른 저항모드 D의 토크, 파워 궤적을 나타낸 도면이다.
도 69는 본 발명에 따른 저항모드 E의 토크, 파워 궤적을 나타낸 도면이다.
도 70은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 운동 중 선택적 보행 강화 운동을 지원하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 71은 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟 동작 운동모드와 매칭되는 설정값 룩업 테이블을 나타낸 도면이다.
도 72는 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟 개선 동작 설정 사용자 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 73은 본 발명의 일 실시예에 따른 보조모드 A의 토크, 파워 프로파일을 나타낸 도면이다.
도 74는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조모드 B의 토크, 파워 프로파일을 나타낸 도면이다.
도 75는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조모드 C의 토크, 파워 프로파일을 나타낸 도면이다.
도 76은 본 발명의 일 실시예에 따른 보조모드 D의 토크, 파워 프로파일을 나타낸 도면이다.
도 77은 본 발명의 일 실시예에 따른 인터벌 걷기 운동 프로그램을 나타낸 도면이다.
도 78은 본 발명의 일 실시예에 따른 보조/저항 프로그램 사용자 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 79는 본 발명의 일 실시예에 따른 내리막, 오르막 보행 등의 상황에 맞는 추가 제어 모드를 나타낸 도면이다.
도 80은 본 발명의 허리 착용부 및 허리 착용 버클부를 설명하기 위한 도면이다.
도 81은 본 발명의 허리 착용부 및 허리 착용 버클부의 벨크로 고정 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 82는 본 발명에 따른 구동부 고정부재를 설명하기 위한 도면이다.
도 83은 본 발명에 따른 구동부 고정 프레임 부를 설명하기 위한 도면이다.
도 84는 본 발명에 따른 구동부 고정 프레임 부의 좌우 대칭 틀어짐 각도와 관련한 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 85는 본 발명에 따른 구동부 고정 프레임 부에 구동부 고정부재를 장착시키는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 86은 본 발명에 따른 구동부 고정부재의 버튼 부재와 관련한 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 87은 본 발명에 따른 구동부 고정부재의 버튼부재 손잡이부와 관련한 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 88은 본 발명에 따른 허벅지 착용부의 상세 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 89는 본 발명의 일 실시예에 따른 허벅지 착용부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 90는 본 발명에 따른 허벅지 프레임 고정 관절구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 91은 본 발명에 따른 허벅지 착탈 프레임을 설명하기 위한 도면이다.
도 92는 본 발명의 일 실시예에 따른 허벅지 착용부의 착탈 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 93은 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 가이드 부재를 설명하기 위한 도면이다.
도 94는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이딩 레일 부재를 설명하기 위한 도면이다.
도 95는 본 발명의 일 실시예에 따른 허벅지 프레임의 동축 2 베어링 구조 및 보조 2 베어링 구조에서의 2단부 및 2.5단부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 96은 본 발명의 일 실시예에 따른 허벅지 프레임의 2단 보조 베어링 부재를 설명하기 위한 도면이다.
도 97a는 본 발명의 일 실시예에 따른 2단 베어링 부재를 설명하기 위한 도면이다.
도 97b는 본 발명의 일 실시예에 따른 복귀 탄성부재의 2.5단 슬라이딩 부재에 결합되어 복귀를 돕는 역할을 설명하기 위한 도면이다.
도 97c는 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 샤프트 부재의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 98은 본 발명의 일 실시예에 따른 조인트 부재, 조인트 샤프트 부재, 2단 복귀 탄성밴드 부재 등을 설명하기 위한 도면이다.
도 99는 본 발명에 따른 일정 각도를 갖는 레일을 슬라이딩하는 우레탄 베어링 구조를 갖는 허벅지 프레임의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 100은 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 엔드 브라켓과 베어링 슬라이딩 브라켓을 설명하기 위한 도면이다.
도 101은 본 발명의 일 실시예에 따른 우레탄 베어링을 설명하기 위한 도면이다.
도 102는 본 발명의 일 실시예에 따른 우레탄 베어링 구조에서의 조인트 부재, 조인트 샤프트 부재, 2단 복귀 탄성밴드 부재 등을 설명하기 위한 도면이다.
도 103 내지 도 108은 본 발명의 일 실시형태에 따른 웨어러블 로봇의 작동 상태를 나타내는 도면이다.
도 109는 본 발명의 제3실시예에 따른 연결부재의 작용도이다.
도 110은 본 발명의 제4실시예에 따른 연결부재의 작용도이다.
도 111은 본 발명의 일 실시형태에 따른 웨어러블 로봇에서 연결부재의 분해사시도이다.
도 112는 본 발명의 일 실시형태에 따른 웨어러블 로봇에서 연결부재의 단면도이다.
도 113은 도 112의 "A"부분 확대도이다.
도 114는 도 112의 "B"부분 확대도이고이다.
도 115 및 도 116은 본 발명의 일 실시형태 따른 웨어러블 로봇의 작동 상태를 나타낸 도면이다.
도 117은 본 발명의 연결부재의 작용도이다.
도 118은 허리 벨트와 허리 착용 프레임이 결합된 상태의 사시도이다.
도 119 내지 도 121은 웨어러블 로봇의 허리 착용부를 탈/부착 하는 과정을 나타내기 위한 도면이다.
도 122는 본 발명의 일 실시형태에 따른 웨어러블 로봇에서 허벅지 착용부의 사시도이다.
도 123은 도 122에 도시된 허벅지 착용부의 분해사시도이다.
도 124는 플레이트와 스트랩부가 분리/결합하는 과정을 나타내기 위한 도면이다.
도 125는 제1 버튼이 플레이트 내에서 동작하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 126은 플레이트와 연결부재가 분리/결합하는 과정을 나타내기 위한 도면이다.
도 127 내지 도 129는 본 발명의 일 실시형태에 따른 웨어러블 로봇에서 허리 착용부와 허벅지 착용부 사이를 연결하는 탄성부재를 나타낸 도면이다.
실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 웨어러블 로봇을 나타낸 도면이다. 도 1b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 웨어러블 로봇의 구동부의 분리 사시도이다.
웨어러블 로봇의 전체 구조
도 1a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 웨어러블 로봇은 제1 고정부(210), 제2 고정부(220), 구동부(230) 및 연결 부재(240)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 웨어러블 로봇의 제1 고정부(210)와 제2 고정부(220)는 신체부위에 착용될 수 있다. 본 발명에 따르면, 보행 운동 중 착용자의 신체 능력을 추정할 수 있는 웨어러블 로봇은 신체 부위에 장착될 수 있는 고정부(제1 고정부(210), 제2 고정부(220)를 포함한다) 및 고정부에 장착될 수 있는 구동부(230)를 포함할 수 있고, 구동부(230)는 착용자의 보행 운동에 의한 구동부(230)의 파워에 기초하여 착용자의 신체 능력을 추정할 수 있다.
설명의 편의를 위하여, 웨어러블 로봇을 착용한 착용자의 전면 방향을 x축 방향으로 정의한다. 또한, 웨어러블 로봇을 착용한 착용자의 양 측면 방향을 y축 방향으로 정의하며, 수직방향은 z축 방향으로 정의한다.
본 발명의 일 실시형태에서 제1 고정부(210)는 착용자의 기준 신체부위에 장착될 수 있고, 제2 고정부(220)는 착용자의 목적 신체부위에 장착될 수 있으며, 제1 고정부(210) 측에 마련된 구동부(230)와 제2 고정부(220)를 연결하는 연결 부재(240)가 구동부(230)의 구동에 의해 y축을 중심으로 회동하면서 관절을 중심으로 하는 신체부위의 움직임에 보조력을 제공할 수 있다. 연결 부재(240)는 제1 연결 부재(240a) 및 제2 연결 부재(240b)로 구분될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 고정부(210)와 제2 고정부(220)는 신체 부위에 각각 장착되는 것으로, 신체 부위를 감쌀 수 있는 밴드(band)나 벨트(belt)와 같은 형태로 이루어질 수 있다. 또한, 양단부에는 상호 고정될 수 있는 후크 앤드 루프 패스너 등의 고정수단이 마련될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부(230)는 제1 고정부(210)에 마련되고, y축을 중심으로 하는 회전토크를 제공하기 위한 모터 또는 액추에이터 등으로 구성될 수 있으며, 토크를 상승시키기 위한 감속기 등을 포함할 수 있다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 구동부(230)는 보조력을 위한 동력을 발생시키는 구동기(231)를 포함하고 기준 신체부위 전방 또는 후방에 장착될 수 있다.
본 발명에 따르면, 구동부(230)에는 구동기(231)에 전원을 공급하는 배터리(236)가 함께 장착될 수 있으나, 배터리(236)가 제어 기판(237)을 포함한 상태에서 구동부(230)와 별도로 형성되어 신체의 다른 부위에 장착될 수도 있다.
본 발명에 따르면, 제1 고정부(210)는 통상적인 벨트(또는 스크랩) 및 버클(또는 벨크로) 등으로 구성될 수 있다. 이에 따라, 제1 고정부(210)는 구동부(230)를 장착시키고 기준 신체부위를 감아 구동부(230)를 착용자의 기준 신체부위 전방 또는 기준 신체부위 후방에 장착시킬 수 있다. 이때, 착용자의 기준 신체부위 사이즈에 맞게 제1 고정부(210)의 둘레 길이를 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 구동부(230)를 기준 신체부위 후방에 장착시키는 경우, 연결 부재(240)는 목적 신체부위의 후방 또는 전방에 위치할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따르면, 연결 부재(240)는 구동부(230)의 양측에 회동 가능하게 결합되어 각각은 양측 목적 신체부위를 따라서 연장되어 목적 신체부위에 장착될 수 있다. 이때, 연결 부재(240)는 구동부(230)의 장착 위치에 따라서 목적 신체부위의 전방 또는 후방에 배치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 연결 부재(240)는 구동부(230)의 구동기(231) 동작에 의해 회동축을 중심으로 전후 방향으로 회동하여 목적 신체부위에 보조력을 전달할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 연결 부재(240)는 긴 막대 형상으로 형성될 수 있고, 목적 신체부위와 접촉하는 내측면은 목적 신체부위에 밀착할 수 있도록 목적 신체부위와 접촉하는 모양에 따라 곡면으로 형성될 수 있다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 제1 연결 부재(240a)는 구동부(230)에 회동 가능하게 결합되어 사각 또는 원형 단면으로 길게 연장되는 연장 프레임(245)을 포함할 수 있다. 또한, 제1 연결 부재(240a)는 고정 프레임(246)을 포함할 수 있다. 제2 연결 부재(240b)는 구동부(230)에 회동 가능하게 결합되어 사각 또는 원형 단면으로 길게 연장되는 연장 프레임(245)을 포함할 수 있다. 또한, 제2 연결 부재(240b)는 고정 프레임(246)을 포함할 수 있다. 고정 프레임(246)은 연장 프레임(245) 하단부에 고정되어 목적 신체부위와 비교적 넓은 접촉 면적을 가지고 목적 신체부위와 접촉하는 모양에 따라 내측면이 곡면으로 형성되고, 연결 부재(240)를 목적 신체부위에 고정시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 제2 고정부(220)는 연결 부재(240)의 하단부에 연결되어 연결 부재(240)의 하단부를 목적 신체부위에 고정시킬 수 있다. 제2 고정부(220)는 제1 고정부(210)와 마찬가지로 벨트(또는 스트랩) 및 버클(또는 벨크로) 등으로 구성될 수 있다.
도면에서는 연결 부재(240)의 하단부에 제2 고정부(220)가 형성되어 있으나 다른 위치에 형성되거나 연결 부재(240) 하단부 외 다른 위치에 추가로 형성될 수도 있다.
또한, 착용자의 목적 신체부위의 움직임 또는 자세를 감지하는 움직임 감지 센서(247)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 제어 기판(237)은 감지 센서의 신호를 수신하여 착용자의 움직임을 예측하고, 이에 따라 구동부(230)의 구동기(231)를 제어하여 연결 부재(240)를 구동시켜 목적 신체부위의 움직임을 보조할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 움직임 감지 센서(247)는 관성 센서, 각도 센서, 또는 리밋 센서 등이 될 수 있다. 움직임 감지 센서(247)는 본체 하우징(234) 내에 장착되어 착용자의 기준 신체부위의 각도를 센싱할 수 있다.
또한, 움직임 감지 센서(247)는 단측 또는 양측의 회전 조인트부(270a, 270b)에 장착되어 착용자의 목적 신체부위의 전후방향 각도를 추정할 수 있다.
또는, 한 측의 목적 신체부위의 각도만 센싱한 후, 양측 목적 신체부위의 상대적인 각도를 통하여 타측 목적 신체부위의 각도를 계산할 수 있다.
또한, 움직임 감지 센서(247)는 연결 부재(240)에 장착되어 착용자의 목적 신체부위의 전후방향과 좌우 회동방향의 각도를 센싱할 수 있다. 센싱된 좌우 회동방향의 각도는 착용자의 균형에 대한 정보를 계산할 때 사용될 수 있다.
또한, 움직임 감지 센서(247)는 모터의 회전량과 방향을 추정할 수 있는 엔코더, 리졸버, 홀 센서 등이 될 수 있다. 움직임 감지 센서(247)는 모터 축의 회전을 감지하여 회전 변량을 측할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서는 구동기(231)를 포함하는 구동부(230)가 기준 신체부위의 전방 또는 후방에 배치되고 동작 중 목적 신체부위가 움직이는 전후 방향에 연결 부재(240)가 위치하므로 연결 부재(240)가 연결 부재(240)의 보조력을 목적 신체부위에 효과적으로 전달시킬 수가 있다.
따라서, 기존의 구조에 비하여 효과적으로 보조력을 전달시킬 수 있으므로 비교적 작은 파워를 가지는 구동기(231)를 사용할 수 있고, 나아가 후술하는 바와 같이 단일의 구동기(231)를 이용하여 양측의 목적 신체부위에 보조력을 전달시킬 수도 있어서 장치 무게를 줄일 수 있다.
구동부의 실시형태
도 1b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 웨어러블 로봇의 구동부의 분리 사시도이다. 도 1c는 본 발명의 일 실시형태에 따른 연결 부재의 좌우 방향 힌지 움직임을 설명하는 도면이다. 도 1d는 본 발명의 일 실시형태에 따른 연결 부재의 슬라이딩 동작을 설명하는 도면이다. 도 1e는 본 발명의 일 실시형태에 따른 연결 부재의 링크 동작을 설명하는 도면이다. 도 1f는 본 발명의 일 실시형태에 따른 착용형 로봇의 보행 중 동작을 설명하는 도면이다. 도 1g는 본 발명의 일 실시형태에 따른 착용자의 동작 및 자세에 따른 웨어러블 로봇의 동작을 설명하는 도면이다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 구동부(230)는 단일의 구동기(231), 구동기 프레임(233) 및 본체 하우징(234)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 목적 신체부위가 허벅지인 경우에, 왼쪽 허벅지와 오른쪽 허벅지를 연동하여 구동할 수 있다. 이 경우, 목적 신체부위에서 보조력 또는 저항력이 전달되는 대상은 두 개의 지점이 될 수 있으며, 그 중 하나를 일측 목적 신체부위, 다른 하나를 타측 목적 신체부위라 칭하기로 한다.
여기서 허벅지는 구동부의 실시형태를 구체적으로 설명하기 위한 목적 신체부위의 예시일 뿐이며, 목적 신체부위는 허벅지에 한정되지 않고, 인체의 다양한 신체부위에 해당할 수 있다.
본 발명에 따르면, 구동기(231)는 회전 방향을 바꿀 수 있는 회전 모터로 구성될 수 있다. 회전 모터의 모터축(232)에는 일측 목적 신체부위에 장착되는 연결 부재(240a)가 연결되어 연결 부재(240a)는 회전 모터의 동력에 의해 좌우 방향 회전축을 중심으로 전후 방향으로 회동할 수가 있다.
본 발명에 따르면, 구동기 프레임(233)은 긴 원통형으로 구동기(231)를 내부에 수용하고 수평의 축 방향으로 회전할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동기 프레임(233)이 별도로 구비되지 않고, 구동기 프레임(233)과 구동기(231)가 일체가 되어 구동기(231) 자체를 구성할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 본체 하우징(234)은 구동기 프레임(233)을 내부에 수용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서 본체 하우징(234)은 구동기 프레임(233)을 내부에 수용하도록 원통형 홀(235)이 수평 방향으로 형성되는 영역 및 배터리(236)와 제어 기판(237)이 장착되는 영역이 구분 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 본체 하우징(234)에 형성된 원통형 홀(235) 내에서 구동기 프레임(233)이 축 방향으로 회전하도록 구동기 프레임(233) 외측과 원통형 홀(235) 사이에는 제1 베어링(238a) 및 제2 베어링(238b)이 장착될 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 구동기 프레임(233) 내부에 위치하는 구동기(231)는 구동기 프레임(233) 내부에 고정될 수 있다. 따라서, 구동기 프레임(233)이 회전할 때 구동기(231)도 함께 회전할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 구동기 프레임(233)의 타단에는 타측 목적 신체부위에 장착되는 제2 연결 부재(240b)가 연결되어 구동기 프레임(233)이 회전할 때 제2 연결 부재(240b)가 함께 좌우 방향 회전축을 중심으로 전후 방향으로 회동할 수 있다.
도시되어 있는 것과 같이 구동기 프레임(233)의 타단에는 회전 조인트부(270b)가 결합될 수 있고, 회전 조인트부(270b)에 연결 부재(240b)가 고정될 수 있다. 또한, 회전 모터의 모터축(232)에도 회전 조인트부(270a)가 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서는 모터축(232) 단부에 별도로 부쉬(239)가 결합되고, 부쉬(239)에 회전 조인트부(270a)가 결합된다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 모터축(232)의 외측면과 본체 하우징(234)의 원통형 홀(235) 사이 또는 부쉬(239)의 외측면과 본체 하우징(234)의 원통형 홀(235) 사이에는 제2 베어링(238b)이 별도 장착될 수도 있다.
본 발명에 따르면, 좌우 양측의 회전 조인트부(270)의 하단부에는 연결 부재(240)가 전후 방향 회전축을 중심으로 좌우 방향으로 회동 가능하도록 힌지 결합될 수 있다.
본 발명에 따르면, 회전 조인트부(270) 상단부 일측은 구동기 프레임(233) 타단 또는 부쉬(239)와 결합될 수 있다. 회전 조인트부(270)의 하단부는 양측이 판상으로 연장된 형태(측면에서 보았을 때 'U'자 형태)로 형성되어 양측 판 사이에 연결 부재(240) 상단부가 전후 방향 회전축을 중심으로 좌우 방향으로 회동 가능하게 힌지 결합될 수 있다.
따라서, 도 1c에 도시되어 있는 것과 같이 연결 부재(240)의 상단부를 축으로 양측의 판 사이에서 연결 부재(240)는 좌우 방향으로 회동이 가능하다.
따라서, 연결 부재(240)는 힌지 결합에 의해 좌우 방향으로 회동할 수 있고, 회전 조인트부(270)의 회전에 의해 좌우 방향 회전축을 중심으로 전후 방향으로도 회동할 수가 있다. 또한, 연결 부재(240)는 길이가 가변될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서 구동부(230)는 기준 신체부위에 장착된다.
따라서, 의자에 앉거나 허리를 굽히는 경우, 팔을 들어올리는 경우 등과 같이 착용자의 다양한 자세 또는 움직임에 따라서 구동부(230) 양측과 연결 부재(240) 하단 사이의 직선 거리가 바뀔 수 있다. 이때, 연결 부재(240)의 길이가 고정되면 연결 부재(240)가 착용자의 움직임을 제한(방해)할 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시형태에서는 착용자의 자세 또는 움직임 따라서 순응하여 연결 부재(240)의 길이가 가변되도록 하여 연결 부재(240)가 착용자의 움직임을 제한하는 것을 방지할 수가 있다.
도 1d에 도시되어 있는 것과 같이 연결 부재(240)는 중첩되어 슬라이딩 이동을 하는 복수의 프레임으로 형성될 수 있다. 따라서, 착용자의 자세 또는 움직임에 따라서 순응하여 연결 부재(240)의 양단 길이가 가변될 수 있다.
도 1e에 도시되어 있는 것과 같이 연결 부재(240)는 복수의 링크로 형성되어 착용자의 움직임에 따라서 순응하여 절곡되거나 펴지도록 구성될 수 있다. 이때 링크는 전후 방향으로 절곡되거나 좌우 방향으로 절곡되도록 링크 결합될 수 있다. 따라서, 착용자의 자세 또는 움직임에 따라서 순응하여 링크의 절곡양이 달라지기 때문에 연결 부재(240)가 착용자의 움직임을 제한하는 것을 방지할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시형태에 따른 착용형 로봇은 타측 목적 신체부위를 기준으로 일측 목적 신체부위를 보조하는 방식으로 보조력을 지지 및 발생시킨다.
즉, 타측 목적 신체부위의 연결 부재(240b)는 구동기 프레임(233)과 연결된다. 또한, 일측 목적 신체부위의 연결 부재(240a)는 구동기(231)의 회전력을 직접 받을 수 있도록, 구동기(231)의 모터축에 연결되어 구동기(231)의 출력으로 직접 회전할 수 있다.
따라서, 구동기(231)가 동력을 발생시키면 타측 목적 신체부위를 기준으로 일측 목적 신체부위의 연결 부재(240a)는 일측 목적 신체부위를 전방으로 벌리거나 후방으로 당기는 방향으로 동작하게 된다.
따라서, 도 1f에 도시되어 있는 것과 같이 구동기(231)에서 발생하는 출력은 일측 목적 신체부위의 연결 부재(240a)를 통해 일측 목적 신체부위에 전달하게 되고, 타측 목적 신체부위에는 구동기(231) 회전력(출력)에 대한 반작용력이 보조력으로 전달될 수 있다. 즉, 단일 구동기(231)를 이용하여 양측 목적 신체부위를 서로 반대 방향의 회전력으로 동시에 보조력을 전달시킬 수 있다. 이때, 일측 목적 신체부위의 연결 부재(240a)에 작용하는 구동기(231)의 회전출력과 구동기(231) 회전력에 대하여 타측 목적 신체부위의 연결 부재(240b)에 작용하는 회전반작용력이 구동기 프레임(233)에서 서로 상쇄되어 보조력에 대한 반작용력만 착용자에게 전달될 수 있다. 따라서, 구동부(230)에는 작은힘만 전달되어 착용자가 느끼는 반발력이 작아 구조적으로 착용감이 개선될 수 있다.
또한, 도 1g에 도시되어 있는 것과 같이 구동기 프레임(233)은 본체 하우징(234)의 원통형 홀(235) 내에서 좌우 방향 회전축을 중심으로 전후 방향으로 회동할 수 있다. 이때, 구동기 프레임(233) 내부에 고정되는 구동기(231)도 구동기 프레임(233)과 함께 회전할 수 있다.
따라서, 착용자의 다양한 자세 및 움직임에 대하여 기준 신체부위에 위치가 고정되는 본체 하우징(234)을 기준으로 구동기 프레임(233)의 회전 방향 기준 위치가 순응하여 바뀔 수 있으므로 착용자의 착용감이 향상될 수 있다. 예를 들어, 도 1g의 (a), 도 1g의 (b), 도 1g의 (c)에 도시된 바와 같이, 착용자의 자세에 따라 연결 부재(240a) 및 연결 부재(240b)가 지평면과 이루는 각도가 서로 다른 경우에도, 기준 신체부위에 위치가 장착되는 본체 하우징(234)에 대한 구동기 프레임(233)의 동작 기준 각도를 자세에 따라 순응하여 바뀔 수가 있다.
또한, 전술한 바와 같이 연결 부재(240)는 힌지 결합되어 좌우로도 회전 가능하고 연결 부재(240)의 길이가 가변적으로 형성되거나 링크 구조로 형성된다. 이에 따라, 착용자의 다양한 자세에 대하여 연결 부재(240)가 움직임을 제한하는 것이 아니라 순응하여 움직이도록 하여 착용형 로봇의 보조력 전달 효율 및 착용감을 개선시킬 수 있다.
예를 들어, 도 1g의 (a)에 도시된 바와 같이 평지를 보행할 때, 도 1g의 (b)에 도시된 바와 같이 계단을 올라가거나 내려갈 때, 도 1g의 (c)에 도시된 바와 같이 의자에 앉았을 때, 허리에 위치가 고정되는 본체 하우징(234)에 대한 구동기 프레임(233)의 동작 기준 각도를 자세에 따라 순응하여 바뀔 수가 있다. 도 1g의 (c)에 도시된 바와 같이 의자에 앉았을 때에는 양 다리의 상대 움직임이 없으므로 구동기(231)의 출력 없이(보조력의 발생 없이) 구동기 프레임(233)이 본체 하우징(234) 내에서 자유 회전만 일어나게 된다. 또한, 전술한 바와 같이 연결 부재(240)는 힌지 결합되어 좌우로도 회전 가능하고 연결 부재(240)의 길이가 가변적으로 형성되거나 링크 구조로 형성되어, 착용자의 다양한 자세(허리를 전후 방향으로 굽히거나 의자에 착석하는 자세 등) 및 좌우로 벌리거나 오므리는 허벅지의 자세 등에 대하여 연결 부재(240)가 움직임을 제한하는 것이 아니라 순응하여 움직이도록 하여 착용형 로봇의 보조력 전달 효율 및 착용감을 개선시킬 수 있다. 전술한 실시예에서는 단일 구동기(231)에 의해 일측 허벅지에 고정되는 연결 부재(a)에 보조력을 직접 전달하고 타측 허벅지에 고정되는 연결 부재(b)에는 지지되는 다리에 의한 반작용력으로 보조력을 전달하는 구조이나, 도시되어 있지 않지만 두 개의 구동기를 구비하고 각 구동기가 양측의 연결 부재(240)를 각각 회전시키도록 구성될 수도 있다. 이때, 구동부(230)는 착용자의 허리에 고정되고 연결 부재(240)는 허벅지의 전방 또는 후방에 배치되므로 보조력의 힘전달 효율이 좋아서, 상대적으로 적은 파워의 구동기를 사용할 수가 있다.
전술한 실시예는 단일 구동기(231)에 의해 일측 목적 신체부위에 고정되는 연결 부재(240a)에 보조력을 직접 전달하고 타측 목적 신체부위에 고정되는 연결 부재(240b)에는 지지되는 목적 신체부위에 의한 반작용력으로 보조력을 전달하는 구조이나, 도시되어 있지 않지만 두 개의 구동기를 구비하고 각 구동기가 양측의 연결 부재(240)을 각각 회전시키도록 구성될 수도 있다. 이때, 구동부(230)는 착용자의 기준 신체부위에 고정되고 연결 부재(240)는 목적 신체부위의 전방 또는 후방에 배치되므로 보조력의 힘전달 효율이 좋아서, 상대적으로 적은 파워의 구동기를 사용할 수가 있다.
보행 보조 및 보행 저항
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 보행 보조 모드 및 보행 저항 모드를 설명하기 위한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 착용자의 일측 목적 신체부위와 타측 목적 신체부위 사이의 각도 값(q0, Hip difference angle)은 후술할 동작 상태값일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 보행 보조 모드의 경우, 웨어러블 로봇 착용자의 다리의 움직임을 보조해 줌으로써 보행 시 근력 소모를 줄어들게 하거나, 빠르고 넓은 보폭의 올바른 보행 자세로 유도할 수 있다. 도 2를 기준으로 하여, 오른쪽에서 왼쪽 방향으로는 웨어러블 로봇 착용자의 다리를 밀어주는(extension) 힘이 인가되며, 도 2를 기준으로 하여, 왼쪽에서 오른쪽 방향으로는 웨어러블 로봇 착용자의 다리를 당기는(flexion) 힘이 인가되어 결과적으로 착용자는 보행 시 근력 소모를 줄어들게 할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 보행 보조 모드의 경우, 웨어러블 로봇 착용자의 다리의 움직임에 대해 순방향토크를 인가하여 보행 보조 효과를 주는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 보행 저항(운동) 모드의 경우, 웨어러블 로봇 착용자의 다리의 움직임에 대해 역방향토크(저항토크)를 인가하여 운동 효과를 주는 것이 가능하다. 도 2를 기준으로 하여, 오른쪽에서 왼쪽 방향으로는 웨어러블 로봇 착용자의 다리를 당기는(flexion) 힘이 인가되며, 도 2를 기준으로 하여, 왼쪽에서 오른쪽 방향으로는 웨어러블 로봇 착용자의 다리를 밀어주는(extension) 힘이 인가되어 결과적으로 착용자는 보행 시 근력 소모를 하여, 운동 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 보행 보조 모드의 경우, 장치 힙 각속도의 방향과 구동부(230)에서 제공하는 토크의 방향이 같으므로, 장치에서 웨어러블 로봇 착용자에게 파워의 전달이 일어나고, 파워 값이 양수로 계산될 수 있다. 반면, 보행 저항(운동) 모드의 경우, 장치 힙 각속도의 방향과 구동부(230)에서 제공하는 토크의 방향이 반대이므로, 착용자가 장치에게 파워의 전달이 일어나므로, 파워 값이 음수로 계산될 수 있다. 즉, 보행 보조 시에는 양의 파워 값이 주로 계산될 수 있고, 보행 저항 시에는 음의 파워 값이 주로 계산될 수 있다.
신체 정보 출력 실시예
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, 그룹 운동 시 트레이너가 회원의 기기 정보를 수집하는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 웨어러블 로봇은 착용자의 다리 근력을 향상시키고, 운동 효과를 극대화하기 위하여 무선 연결과 클라우드 서버(100)를 통한 실시간 데이터 공유를 기반으로 다자간 연결 및 실시간 동기화 기능을 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, 보행 운동 중 착용자의 신체 능력을 추정할 수 있는 웨어러블 로봇(200)을 착용한 착용자의 운동을 관리하기 위한 시스템을 제공할 수 있다. 보행 운동 중 착용자의 신체 능력을 추정할 수 있는 웨어러블 로봇(200)을 착용한 착용자의 운동을 관리하기 위한 시스템은 착용자의 운동에 대한 분석 정보를 출력하는 제1 사용자 단말 과 제1 사용자 단말 이 출력한 착용자의 운동에 대한 분석 정보를 수신하는 서버 장치(100)와 서버 장치(100)가 송신한 상기 착용자의 운동에 대한 분석 정보를 수신하는 제2 사용자 단말을 포함할 수 있다.
구체적인 예를 들어, 제1 사용자 단말 은 도 3에 도시된 회원1의 스마트폰(300-1)일 수 있다. 회원1의 스마트폰(300-1)은 회원1의 웨어러블 로봇(200-1)으로부터 착용자의 운동에 관한 정보를 수신받을 수 있고, 수신받은 정보에 기초하여 착용자의 운동에 대한 분석 정보를 출력할 수 있다. 이에 따라, 서버 장치(100)는 회원1의 스마트폰(300-1)이 출력한 착용자의 운동에 대한 분석 정보를 수신할 수 있다. 이에 따라, 제2 사용자 단말은 서버 장치(100)로부터 착용자의 운동에 대한 분석 정보를 수신할 수 있고, 제2 사용자 단말은 트레이너의 스마트폰(300-T)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 서버 장치(100)는 제2 사용자 단말로 송신된 착용자의 운동에 대한 정보에 기초한 피드백 정보를 제2 착용자 단말로부터 수신할 수 있고, 제1 착용자 단말로 수신한 피드백 정보를 송신할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 제2 사용자 단말은 트레이너의 스마트폰(300-T)일 수 있고, 트레이너는 트레이너의 스마트폰(300-T)을 이용해 착용자의 운동에 대한 정보에 기초한 피드백 정보를 입력할 수 있고, 입력된 피드백 정보는 서버 장치(100)로 송신될 수 있다. 서버 장치(100)는 제1 착용자 단말로 수신받은 착용자의 운동에 대한 정보에 기초한 피드백 정보를 송신할 수 있으며, 이를 통해 회원1은 착용자의 운동에 대한 정보에 기초한 피드백 정보를 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 보행 운동 중 착용자의 신체 능력을 추정할 수 있는 웨어러블 로봇(200)을 착용한 착용자의 운동을 관리하기 위한 시스템은 착용자의 운동에 대한 분석 정보를 출력하는 제1 사용자 단말 과 제1 사용자 단말 이 출력한 착용자의 운동에 대한 분석 정보를 수신하는 서버 장치(100)와 서버 장치(100)가 송신한 상기 착용자의 운동에 대한 분석 정보를 수신하는 제2 사용자 단말을 포함할 수 있다. 이때, 제1 사용자 단말이 출력하는 착용자의 운동에 대한 분석 정보는 웨어러블 로봇(200)이 산출한 파워 대 토크의 비율에 기초한 것일 수 있다. 구체적으로, 제1 사용자 단말이 출력하는 착용자의 운동에 대한 분석 정보는 착용자의 민첩성 또는 하체 근력 강도 중 적어도 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, PTR(power torque ratio) 값으로 추정할 수 있는 착용자의 신체 능력은 민첩성 및 하체 근력 강도를 포함할 수 있다. 구체적으로, 보행 보조 모드에서 평균 양의 파워(Mean positive power/ RMS torque)를 이용하여 착용자의 신체 능력 중 민첩성이 추정될 수 있고, 보행 저항 모드에서 평균 음의 파워(Mean negative power/ RMS torque)를 이용하여 하체 근력 강도가 추정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 서버 장치(100)는 제2 사용자 단말로 송신된 착용자의 운동에 대한 정보에 기초한 피드백 정보를 제2 착용자 단말로부터 수신할 수 있고, 제1 착용자 단말로 수신한 피드백 정보를 송신할 수 있다. 이때, 서버 장치(100)가 수신한 피드백 정보는 착용자의 보행 정보에 기초하는 운동 강도를 포함할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 트레이너는 트레이너의 스마트폰(300-T)을 이용해 착용자의 운동에 대한 정보에 기초한 피드백 정보를 입력할 수 있고, 착용자가 더 강한 강도로 운동을 하도록 피드백 정보를 입력하는 경우, 입력된 피드백 정보는 서버 장치(100)로 송신될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨어러블 로봇 착용자의 운동을 관리하기 위한 서버 장치(100)는 제1 사용자 단말로부터 제1 사용자 단말과 연동되는 웨어러블 로봇(200)을 착용한 착용자의 보행 정보를 수신할 수 있고, 수신된 착용자의 보행 정보를 제2 사용자 단말로 송신할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 서버 장치(100)는 회원1의 스마트폰(300-1)으로부터 웨어러블 로봇(200)을 착용한 착용자의 보행 정보를 수신할 수 있고, 수신된 착용자의 보행 정보를 트레이너의 스마트폰(300-T)으로 송신할 수 있다. 이에 따라, 서버 장치(100)는 제2 사용자 단말이 수신한 착용자의 보행 정보에 기초한 피드백 정보를 제2 사용자 단말로부터 수신할 수도 있다. 이때, 제2 사용자 단말이 수신한 착용자의 보행 정보에 기초한 피드백 정보는, 착용자의 보행 정보에 기초하는 운동 강도를 포함할 수 있고, 제2 사용자 단말이 수신한 착용자의 보행 정보에 기초한 피드백 정보는, 착용자의 보행 정보에 기초하는 운동 강도를 실시간으로 제어하는 정보를 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서 트레이너는 회원이 착용한 웨어러블 로봇(200)의 운동 강도를 실시간으로 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 회원1의 웨어러블 로봇(200-1)과 회원1의 스마트폰(300-1)은 무선으로 연결될 수 있다. 회원1의 웨어러블 로봇(200-1)과 회원1의 스마트폰(300-1) 사이의 무선 연결은 근거리 무선 통신인 블루투스로 연결될 수 있으나, 이 뿐만 아니라, Wi-Fi, NFC, Zigbee, ANT plus, LTE-M, NB-IoT, Z-Wave, LoRa등의 무선 통신 기술로 연결될 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 트레이너는 자신의 스마트폰을 통해 회원들 각각의 운동 현황을 실시간으로 모니터링하고, 회원들 간의 성과를 비교하여 개별적인 피드백을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 트레이너는 실시간 데이터를 기반으로 회원 개개인에게 맞는 운동 강도를 맞춤으로 설정해줄 수 있다. 예를 들어, 운동 능력이 비교적 떨어지는 회원의 경우, 특정 회원만 별도로 장치의 세기를 설정하여 운동 강도를 낮추는 것이 가능하다. 즉, 보행 저항 모드에서 운동 중인 경우, 저항의 세기를 낮춰줄 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 서버 장치(100)는 구동부(230)가 산출한 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율을 매 회 보행마다 누적하는 단계를 수행할 수 있다. 또한, 서버 장치(100)는 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율을 매 회 보행마다 누적하고, 누적에 대한 통계를 산출하는 단계를 수행할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 서버 장치(100)는 회원1의 스마트폰(300-1)으로부터 구동부(230)가 산출한 파워 대 토크의 비율 정보를 수신할 수 있다. 이에 따라, 서버 장치(100)는 스마트폰(300-1)으로부터 수신받은 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율 정보를 매 회 보행마다 누적할 수 있다. 또한, 누적한 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율 정보를 통해 누적에 대한 통계를 산출할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 착용자 단말(300)은 서버 장치(100)로부터 구동부(230)가 산출한 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율을 매 회 보행마다 누적한 누적에 대한 통계 정보를 수신받는 단계를 수행할 수 있다. 이에 따라, 서버 장치(100)로부터 수신받은 누적에 대한 통계를 디스플레이하는 단계를 수행할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 서버 장치(100)로부터 수신받은 누적에 대한 통계를 착용자 인터페이스 형태로 제공할 수 있으며, 서버 장치(100)로부터 수신받은 누적에 대한 통계를 착용자의 신체 능력 보고서 형태의 착용자 인터페이스 형태로 제공할 수 있다. 또한, 서버 장치(100)로부터 수신받은 누적에 대한 통계 정보는 착용자에게 제공하는 운동 프로그램 정보를 포함할 수 있으며, 착용자에게 제공하는 운동 프로그램 정보를 착용자 인터페이스 형태로 제공할 수 있다.
웨어러블 로봇 착용자의 신체/운동 능력 계량화 방법
도 4는 본 발명에 따른 웨어러블 로봇 착용자의 신체/운동 능력 계량화 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 웨어러블 착용자의 신체 능력 정보를 출력하기 위하여, 웨어러블 로봇 착용자의 신체/운동 능력 계량화 방법은 웨어러블 착용자의 신체 능력을 계량화하는 단계(S103)를 포함할 수 있다. 웨어러블 착용자의 신체 능력 정보는 착용자의 보행 능력 정보, 착용자의 균형 능력 정보, 착용자의 하체근력 능력 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 착용자의 신체능력 정보를 출력하는 단계(S104)를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 보행 운동 중 착용자의 신체 능력을 추정할 수 있는 웨어러블 로봇은 신체 부위에 장착될 수 있는 고정부(210) 및 고정부(210)에 장착될 수 있는 구동부(230)를 포함할 수 있다. 이때, 구동부(230)는, 웨어러블 로봇(200) 착용자의 보행 운동에 의한 구동부(230)의 파워에 기초하여 착용자의 신체 능력을 추정할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 따른, 구동부(230)의 파워에 기초하여 착용자의 신체 능력을 추정하는 실시예에 대하여 설명한다.
보행을 보조 또는 저항하기 위한 토크 센싱(S101)
본 발명에 따르면, 보행 운동 중 착용자의 신체 능력을 추정할 수 있는 웨어러블 로봇은 신체 부위에 장착될 수 있는 고정부(210) 및 고정부(210)에 장착될 수 있는 구동부(230)를 포함할 수 있다. 이때, 구동부(230)는, 웨어러블 로봇(200) 착용자의 보행 운동에 의한 구동부(230)의 파워에 기초하여 착용자의 신체 능력을 추정할 수 있다. 구체적으로, 구동부(230)는 구동부(230)의 파워를 토크에 의하여 정규화한 값에 기초하여 상기 착용자의 신체 능력을 추정할 수 있다. 또한, 구동부(230)는 구동부(230)의 파워를 구동부(230)의 RMS(Root Mean Square) 토크로 나누어 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율을 산출할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 구동부(230)의 파워에 기초하여 착용자의 신체 능력을 추정하기 위하여 토크를 센싱해야 하므로, 이하, 웨어러블 로봇 착용자의 보행을 보조하기 위한 토크 또는 저항하기 위한 토크를 센싱하는 단계(S101)에 대하여 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 웨어러블 착용자의 신체 능력 정보를 추정하기 위하여, 웨어러블 로봇 착용자의 보행을 보조하기 위한 토크 또는 저항하기 위한 토크를 센싱하는 단계(S101)가 선행될 수 있다.
이와 달리, 웨어러블 로봇 착용자의 보행을 보조하기 위한 토크 또는 저항하기 위한 토크를 출력하는 단계가 수행될 수 있는데, 이 단계는 도 5에 도시된 바와 같이, 힙 각도차 값(q0)을 센싱하는 단계를 포함한다. 힙 각도차 값(q0)을 센싱하는 단계를 수행하여 출력되는 토크는 보조 모드의 경우 보조 구동력을 제공하여 양의 파워를 생성하게 할 수 있고, 저항 모드(운동 모드)의 경우 저항 구동력을 제공하여 음의 파워를 생성하게 할 수 있다.
즉, 다시 말해, 웨어러블 착용자의 신체 능력 정보를 추정하기 위하여, 웨어러블 로봇 착용자의 보행을 보조하기 위한 토크 또는 저항하기 위한 토크를 센싱하는 단계(S101)가 선행될 수 있고, 웨어러블 착용자의 신체 능력 정보를 추정하기 위하여 산출하는 장치 파워를 계산하기 위해서, 웨어러블 로봇 착용자의 보행을 보조하기 위한 토크 또는 저항하기 위한 토크를 센싱하는 것이고, 착용자에게 구동력을 제공하기 위한 경우, 토크를 계산에 의해 출력할 수 있다. 이하에서는, 상태 궤적 메모리 버퍼(200')를 이용하여 산출한 토크를 구하기 위한 메커니즘에 대해 서술한다.
상태 궤적 메모리 버퍼와 동작 상태값
도 5는 본 발명에 따른 상태 궤적 메모리 버퍼를 이용하여 웨어러블 로봇 착용자에게 구동력을 제공하기 위해 토크를 산출하는 방법을 나타낸 도면이다.
본 발명에 따르면, 보행 운동 중 착용자의 신체 능력을 추정할 수 있는 웨어러블 로봇은 신체 부위에 장착될 수 있는 고정부(210) 및 고정부(210)에 장착될 수 있는 구동부(230)를 포함할 수 있다. 이때, 구동부(230)는, 웨어러블 로봇(200) 착용자의 보행 운동에 의한 구동부(230)의 파워에 기초하여 착용자의 신체 능력을 추정할 수 있다. 구체적으로, 구동부(230)는 구동부(230)의 파워를 토크에 의하여 정규화한 값에 기초하여 상기 착용자의 신체 능력을 추정할 수 있다. 또한, 구동부(230)는 구동부(230)의 파워를 구동부(230)의 RMS(Root Mean Square) 토크로 나누어 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율을 산출할 수도 있다. 이때, 구동부(230)의 파워를 계산하기 위한 토크는 착용자의 보행 중 구동부(230)가 센싱한 토크값을 의미할 수 있다. 반면, 상술한 바와 같이, 웨어러블 로봇 착용자의 보행을 보조하기 위한 토크 또는 저항하기 위한 토크를 출력하는 단계에서 출력되는 토크는 웨어러블 로봇(200) 착용자에게 구동력을 제공할 때 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨어러블 로봇(200) 착용자에게 구동력을 제공하기 위하여, 구동부(230)의 움직임 감지 센서(247)는 웨어러블 로봇(200) 착용자의 힙 각도를 센싱하는 단계(S110)를 수행할 수 있다. 구동부(230)의 프로세서부(미도시)는 센싱된 힙 각도에 기초하여 각속도를 산출할 수 있다. 구체적으로, 도 1B의 구동부(230)의 제어 기판(237)에 위치한 움직임 감지 센서(247)가 착용자의 힙 각도를 센싱하고, 제어 기판(237)의 프로세서부(미도시)는 1000Hz 이상의 빠르기로 움직임 감지 센서(247)에 의해 센싱된 힙 각도를 차분 및 필터링하여 각속도를 계산할 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 별도의 각속도를 센싱하기 위한 회전속도계(tachometer)를 사용하지 않더라도, 힙 각도 센싱을 통해 각속도를 산출할 수 있다. 더욱 더 구체적으로, 제어 기판(237)의 프로세서부(미도시)는 실시간 제어를 수행하며, 프로세서부(미도시)는 로우 레벨 프로세서와 하이 레벨 프로세서로 구분될 수 있으며, 연산량이 상대적으로 적은 로우 레벨 프로세서에서 1000Hz 이상의 빠르기로 움직임 감지 센서(247)에 의해 센싱된 힙 각도를 차분 및 필터링하여 각속도를 계산할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨어러블 로봇 착용자의 보행을 보조하기 위한 토크 또는 저항하기 위한 토크를 출력하는 단계에서 출력되는 토크는 구동부(230)가 산출한 각속도에 기초하여 복수의 동작 상태값을 산출하고, 이들 중 적어도 하나의 동작 상태값을 선택하여, 선택한 동작 상태값의 가중치 합으로 산출된 토크일 수 있다. 이때, 산출한 복수의 동작 상태값은 상태 궤적 메모리 버퍼(200')를 통해 쉬프트 연산을 반복하여 저장될 수 있다. 이하, 상태 궤적 메모리 버퍼(200')를 통해 쉬프트 연산을 반복하여 저장되는 복수의 동작 상태값에 대해 서술한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 웨어러블 로봇(200) 착용자에게 구동력을 제공하기 위하여, 구동부(230)의 프로세서부(미도시)에서 웨어러블 로봇 착용자의 보행을 보조하기 위한 토크 또는 저항하기 위한 토크를 출력하는 단계가 수행될 수 있다. 구체적으로 웨어러블 로봇 착용자의 보행을 보조하기 위한 토크 또는 저항하기 위한 토크를 출력하는 단계는 동작 상태값을 결정하는 단계(S120)를 포함할 수 있다. 또한, 동작 상태값을 필터링하는 단계(S130)을 더 포함할 수 있다. 또한, 이전에 저장된 가장 오래된 동작 상태값은 메모리에서 삭제하는 단계(S140)를 더 포함할 수 있다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 상태 궤적 메모리 버퍼에 기초하여 동작 상태값을 순차적으로 저장하는 동작을 나타내기 위한 도면이다. 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 마지막 저장위치(N)에 저장된 동작 상태값은 상태 궤적 메모리 버퍼에서 삭제되는 실시예를 나타내는 도면이다. 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용자의 동작에 따라 착용자의 동작 상태를 반영한 동작 상태값이 상태 궤적 메모리 버퍼에 저장되는 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 상태 궤적 메모리 버퍼를 이용하여 웨어러블 로봇 착용자에게 구동력을 제공하기 위해 토크를 산출하는 방법을 나타낸 도면이다. 이하, 도 5에 기초하여 구동력을 제공하기 위해 토크를 산출하는 방법을 각 단계별로 서술한다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 상태 궤적 메모리 버퍼(200')는 착용자의 동작 상태값을 순차적으로 저장하는 저장장치이다. 구체적으로, 도 6b에 도시된 바와 같이 첫 번째 동작 상태값이 입력되면 메모리 어레이의 첫 번째 저장위치(0)에 저장된다. 그런 다음, 새로운 동작 상태값이 입력되면, 메모리 어레이의 첫 번째 저장위치에 저장되어 있던 동작 상태값은 메모리 어레이의 두 번째 저장위치로 이동되고 새로 입력된 동작 상태값이 메모리 어레이의 첫 번째 저장위치에 저장된다.
그런 다음, 새로운 동작 상태값이 입력되면, 메모리 어레이의 첫 번째 저장위치와 두 번째 저장위치에 각각 저장되어 있던 동작 상태값들은 메모리 어레이의 두 번째 저장위치와 세 번째 저장위치로 이동되고 새로 입력된 동작 상태값이 메모리 어레이의 첫 번째 저장위치에 저장된다.
이와 같은 쉬프트 연산을 반복하면, 메모리 어레이의 모든 저장 위치에 N+1개의 동작 상태값이 저장된다. 이에 따라, 새로운 동작 상태값이 입력되면 메모리 어레이에 저장된 동작 상태값은 다음 위치로 이동되지만 더 이상 이동할 곳이 없는 마지막 저장위치(N)에 저장된 동작 상태값은 상태 궤적 메모리 버퍼(200')에서 삭제된다.
이와 같은 FIFO(First In First Out) 방식으로 동작 상태값을 저장함으로써 상태 궤적 메모리 버퍼(200')에는 착용자의 최근 움직임에 대한 미리 설정된 개수의 동작 상태값만 저장될 수 있다.
또한 상태 궤적 메모리 버퍼(103)에 저장되는 동작 상태값은 센서가 추정한 센싱값(q0) 또는 착용자의 동작 상태를 보여줄 수 있는 센싱값의 변환값일 수 있다. 구체적인 예를 들어, 힙 각도차 값(q0)은 웨어러블 로봇(200)의 센서가 추정한 착용자의 일측 목적 신체부위와 타측 목적 신체부위 사이의 각도 값(q0)일 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 힙 각도차 값(q0)을 센싱하는 단계(S110)가 가장 먼저 수행될 수 있다. 웨어러블 로봇(200)의 센서가 추정한 착용자의 일측 목적 신체부위와 타측 목적 신체부위 사이의 각도 값(q0)은 그 자체로 동작 상태값(s0)일 수 있다.
또한 추정한 일측 목적 신체부위와 타측 목적 신체부위 사이의 각도 값(q0)을 아래와 같은 [수학식 1]로 변환한 변환값(s0)이 동작 상태값일 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2024021371-appb-img-000001
여기서, A는 예를 들어 -2와 같은 임의의 상수값이다.
위와 같은 동작 상태값은 도 6c에 도시된 바와 같이, 착용자의 동작에 따라 착용자의 동작 상태를 반영한 동작 상태값으로서 상태 궤적 메모리 버퍼(200')에 저장될 수 있다.
또한, 원래의 상태변수에서 다음의 [수학식2]와 같이 비대칭(asymmetry) 파리미터 a를 추가한 아래의 상태변수를 사용할 수 있다. 이와 같은 계산은 도 5에 도시된 바와 같이, 비대칭 파라미터 a를 추가하여 변환값(S0)을 결정하기 위한 단계(S120)에서 수행될 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2024021371-appb-img-000002
여기서, a=0이면 비대칭 정도가 없다는 의미로, 좌우 동작에 동일한 토크가 대칭적으로 제공된다. a값이 음수이면, 우측 동작의 모션에 대비하여 좌측 동작의 모션에 보조 토크가 증가된다. a값이 양수이면, 좌측 동작의 모션에 대비하여 우측 동작의 모션에 보조 토크가 증가한다. 즉, 좌측 혹은 우측 동작에 대한 비대칭 보조를 파라미터 a 하나로 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, a값의 부호로 좌/우측 동작의 비대칭이 결정되고, a값의 크기로 비대칭성의 정도를 조절할 수 있다. 가령, a=0.10 일 때와 비교하여 a=0.20인 경우, 우측 비대칭 보조를 더 강화하게 된다. a값은 -1.0∼1.0 범위내일 수 있으며, -0.5∼0.5 값이 사용되는 게 바람직하다.
위의 방식을 이용하게 되면, 단일 액추에이터를 사용하는 웨어러블 로봇에서도 비대칭 토크 생성이 가능해진다. 비대칭 모드는 좌/우측 가동범위의 불균형 해결 및 자세 개선에 사용될 수 있으며, 착용자나 용도에 따라 다른 목적으로 사용될 수 있다. 가령, 뇌졸중 등의 질환으로 인해 비대칭 동작을 수행하는 사람의 동작을 보조할 때, 비대칭 모드가 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 예를 들어 본 발명의 일 실시형태에 따른 웨어러블 로봇을 보행 동작의 보조에 이용하는 경우에, 비대칭 모드는 보행 네비게이션 보조에 활용될 수 있다.
복잡한 환경에 가면 토크 세기를 줄여 속도 감소를 유도하고, 커브에서는 비대칭 보조를 통한 방향 안내, 직선 거리에서는 속도를 증가시키는 등 길찾기 보조 기능이 가능할 것이다. 또한, exoskeleton 장치에 스마트폰을 장착하는 등의 방법으로 비전 센서를 이용한다면 시각장애인 보행 이동에 사용될 수도 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 변환값(S0)을 결정하기 위한 단계(S120)를 수행한 후, 필터링 단계(S130)가 수행될 수 있다. 본 발명은 웨어러블 로봇 착용자의 급격한 동작 변화에 적응적으로 대응하기 위해 착용자의 동작 상태에 따라 동작 상태값 선택하기 위한 미리 결정된 위치(i)를 변경할 수 있다. 착용자의 동작 변화에 따라 적응적으로 동작 상태값을 선택하여 보조력을 결정하면, 동작 상태값 선택 위치를 고정시킨 경우보다 착용자의 동작 변화에 빠르게 대응할 수 있다.
비록 도 6c에는 착용자의 1주기 동작에 대한 동작 상태값이 저장된 것으로 도시되어 있지만, 상태 궤적 메모리 버퍼(200')에 저장되는 동작 상태값은 착용자의 최근 짧은 시간(수 초 이내, 예를 들어 1∼2초 이내) 동안의 움직임을 나타내면 된다.
예를 들어, 상태 궤적 메모리 버퍼(103)에 저장되는 동작 상태값은 착용자의 한 동작 정보(반복적인 움직임의 반주기)만을 포함할 수도 있다. 상태 궤적 메모리 버퍼(103)에 저장되는 동작 상태값이 착용자의 한 동작, 즉 반복적인 움직임의 반주기 만을 포함하더라도 본 발명의 실시가 가능하다.
바람직하게는, 상태 궤적 메모리 버퍼(200')에 저장되는 동작 상태값은 착용자의 반복적인 움직임 중 한 주기를 포함하는 움직임에 대한 동작 상태값이 저장될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에 따른 웨어러블 로봇을 허리 또는 허벅지 등의 하체부위에 착용하는 경우, 착용자의 1주기 동작은 착용자의 1주기 보행동작(예컨대, 걸음동작 등)일 수 있다.
이하, 상태 궤적 메모리 버퍼(200')에 동작 상태값을 저장하는 동작에 대해 서술한다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 상태 궤적 메모리 버퍼(200')는 착용자의 동작 상태값을 순차적으로 저장하는 저장장치이다. 구체적으로, 도 6b에 도시된 바와 같이 첫 번째 동작 상태값이 입력되면 메모리 어레이의 첫 번째 저장위치(0)에 저장된다. 그런 다음, 새로운 동작 상태값이 입력되면, 메모리 어레이의 첫 번째 저장위치에 저장되어 있던 동작 상태값은 메모리 어레이의 두 번째 저장위치로 이동되고 새로 입력된 동작 상태값이 메모리 어레이의 첫 번째 저장위치에 저장된다.
그런 다음, 새로운 동작 상태값이 입력되면, 메모리 어레이의 첫 번째 저장위치와 두 번째 저장위치에 각각 저장되어 있던 동작 상태값들은 메모리 어레이의 두 번째 저장위치와 세 번째 저장위치로 이동되고 새로 입력된 동작 상태값이 메모리 어레이의 첫 번째 저장위치에 저장된다.
이와 같은 쉬프트 연산을 반복하면, 메모리 어레이의 모든 저장 위치에 N+1개의 동작 상태값이 저장된다. 이에 따라, 새로운 동작 상태값이 입력되면 메모리 어레이에 저장된 동작 상태값은 다음 위치로 이동되지만 더 이상 이동할 곳이 없는 마지막 저장위치(N)에 저장된 동작 상태값은 상태 궤적 메모리 버퍼(200')에서 삭제된다.
이와 같은 FIFO(First In First Out) 방식으로 동작 상태값을 저장함으로써 상태 궤적 메모리 버퍼(200')에는 착용자의 최근 움직임에 대한 미리 설정된 개수의 동작 비대칭 모드는 좌/우측 가동범위의 불균형 해결 및 자세 개선에 사용될 수 있으며, 사용자나 용도에 따라 다른 목적으로 사용될 수 있다. 가령, 뇌졸중 질환으로 인해 비대칭 보행을 수행하는 사람의 이동을 보조할 때, 비대칭 모드가 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 비대칭 모드는 보행 네비게이션 보조에 활용될 수 있다. 복잡한 환경에 가면 토크 세기를 줄여 속도 감소를 유도하고, 커브에서는 비대칭 보조를 통한 방향 안내, 직선 거리에서는 속도를 증가시키는 등 길찾기 보조 기능이 가능할 것이다. 또한, exoskeleton 장치에 스마트폰을 장착하는 등의 방법으로 비전 센서를 이용한다면 시각장애인 보행 이동에 사용될 수도 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상태 궤적 메모리 버퍼(200')에 저장되는 동작 상태값은 사용자의 최근 짧은 시간(수 초 이내, 예를 들어 1∼2초 이내) 동안의 움직임을 나타내면 된다. 예를 들어, 상태 궤적 메모리 버퍼(200')에 저장되는 동작 상태값은 사용자의 한 걸음 정보(보행 반주기)만을 포함할 수도 있다. 상태 궤적 메모리 버퍼(200')에 저장되는 동작 상태값이 사용자의 한 걸음, 즉 보행 반주기 만을 포함하더라도 본 발명의 실시가 가능하다. 바람직하게는, 상태 궤적 메모리 버퍼(200')에 저장되는 동작 상태값은 사용자의 반복적인 움직임 중 한 주기를 포함하는 움직임에 대한 동작 상태값이 저장될 수 있다.
다음으로, 구동부(230)는 결정부(미도시)를 포함할 수 있다. 여기서, 결정부(미도시)는 사용자의 움직임에 따라 제공될 보조력을 결정하는 처리장치이다. 결정부(미도시)는 보조력 결정을 위해 상태 궤적 메모리 버퍼(200')에 저장된 동작 상태값을 이용한다. 구체적으로, 결정부(미도시)는 상태 궤적 메모리 버퍼(200')에 저장된 동작 상태값 중 적어도 하나의 동작 상태값을 선택하고, 선택된 동작 상태값들의 가중치 합으로 보조력(τ0)을 결정하고, 결정된 보조력을 출력함으로써 적절한 보조력이 사용자에게 제공되도록 한다. 이때 결정부(미도시)는 상태 궤적 메모리 버퍼(200')에서 미리 결정된 위치(i)에 저장된 동작 상태값을 선택하도록 설정될 수 있다. 미리 정해진 위치는 메모리 어레이의 어느 위치이어도 상관없다. 그러나 사용자의 급격한 동작 변화에도 운동 보조 장치의 안정성을 향상시키고 사용자에게 부드러운 보조력을 제공하기 위해 현재 보행 상태값을 저장하고 있는 메모리 어레이의 첫 번째 저장위치(0)에 저장된 동작 상태값은 선택하지 않는 것이 바람직하다. 예를 들어, 동작 상태값이 0.01초마다 생성된 값일 때 미리 결정된 위치 i는 20 내지 40인 것이 바람직하고 따라서 동작 상태값 S[20] 내지 동작 상태값 S[40]이 선택되도록 설정할 수 있다. 다만, 반드시 이러한 범위로 한정되는 것은 아니다.
또한 동작 상태값은 상태 궤적 메모리 버퍼(200')에 저장되기 전 저대역 통과 필터를 이용하여 노이즈가 제거될 수 있으나 결정부(미도시)는 저장된 동작 상태값들 중에 노이즈가 포함되었을 가능성을 고려하여 2개 이상의 동작 상태값을 선택할 수 있다. 이때 2개 이상의 동작 상태값은 메모리 어레이에 이격되어 저장된 동작 상태값 보다는 연속된 동작 상태값들(예를 들어 S[i], S[i+1], ...)인 것이 바람직하다. 또한, 결정부(미도시)는 사용자의 움직임에 따라 동작 상태값을 선택하기 위한 미리 결정된 위치(i)를 적응적으로 변경할 수도 있다. 다만 이 경우에도 안정적인 보조력 제공을 위해 동작 상태값을 선택하는 위치의 변경 가능 범위(예를 들어 i는 10 내지 50)를 설정해 놓는 것이 바람직하다. 이때 결정부(미도시)가 사용자의 움직임을 파악하기 위해 종래 기술들처럼 사용자의 동작 속도, 케이던스(cadence), 페이즈(phase) 등을 인식해야 한다면 적어도 두세걸음에 해당하는 보행 상태값들을 분석해야하고, 분석에 소요되는 시간으로 인해 사용자의 움직임 변화에 즉각적으로 반응할 수 없다. 그러나, 결정부(미도시)는 사용자의 움직임 파악을 위해 상태 궤적 메모리 버퍼(200')에 저장된 보행 상태값들을 이용하고, 파악된 결과에 따라 동작 상태값을 선택하는 위치를 변경하는 것만으로 사용자 움직임 변화에 즉각적이고 적응적으로 대응하는 보조력을 제공할 수 있다.
지금까지 본 발명의 일 실시형태에 따른 동작 보조 시스템에 대해 설명하였으며, 이러한 동작 보조 시스템이 제어를 위해 동작 보조 장치에 포함되는 시스템으로 설명하였으나 본 발명의 일 실시형태에 따른 동작 보조 시스템은 동작 보조 장치 그 자체일 수도 있다. 또한 보조력은 사용자의 움직임과 같은 방향으로 제공되어 움직임을 보조하는 것으로 설명하였으나 운동 효과를 위해 사용자의 움직임에 대해 반대 방향으로 제공될 수도 있다.
출력 토크 결정
이하, 저장된 동작 상태값에 기초하여 출력 토크를 생성하는 단계(S150)에 대해 서술한다.
본 발명에 따르면, 보행 운동 중 착용자의 신체 능력을 추정할 수 있는 웨어러블 로봇은 신체 부위에 장착될 수 있는 고정부(210) 및 고정부(210)에 장착될 수 있는 구동부(230)를 포함할 수 있다. 이때, 구동부(230)는, 웨어러블 로봇(200) 착용자의 보행 운동에 의한 구동부(230)의 파워에 기초하여 착용자의 신체 능력을 추정할 수 있다. 구체적으로, 구동부(230)는 구동부(230)의 파워를 센싱한 토크에 의하여 정규화한 값에 기초하여 상기 착용자의 신체 능력을 추정할 수 있다. 또한, 구동부(230)는 구동부(230)의 파워를 구동부(230)의 RMS(Root Mean Square) 토크로 나누어 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율을 산출할 수도 있다.
이때, 구동부(230)의 파워를 계산하기 위한 토크는 착용자의 보행 중 구동부(230)가 센싱한 토크값을 의미할 수 있다. 반면, 웨어러블 로봇 착용자의 보행을 보조하기 위한 토크 또는 저항하기 위한 토크를 출력하는 단계(S101)에서 출력되는 토크는 웨어러블 로봇(200) 착용자에게 제공하는 구동력을 제공할 때 사용될 수 있다. 이 경우, 토크는 구동부(230)가 산출한 각속도에 기초하여 복수의 동작 상태값을 산출할 수 있고, 산출한 복수의 동작 상태값들 중 적어도 하나의 동작 상태값을 선택하여, 선택한 동작 상태값의 가중치의 합으로 산출된 것일 수 있다.
본 발명에 따라, 착용자의 움직임에 따라 제공될 보조력을 출력하는 단계(S150)는 보조력 결정을 위해 상태 궤적 메모리 버퍼(103)에 저장된 동작 상태값을 이용할 수 있다. 구체적으로, 착용자의 움직임에 따라 제공될 보조력을 출력하는 단계(S150)에서, 상태 궤적 메모리 버퍼(200')에 저장된 동작 상태값 중 적어도 하나의 동작 상태값을 선택하고, 선택된 동작 상태값들의 가중치 합으로 보조력(τ0)을 결정하고, 결정된 보조력을 출력함으로써 적절한 보조력이 착용자에게 제공되도록 한다.
이때, 상태 궤적 메모리 버퍼(200')에서 미리 결정된 위치(i)에 저장된 동작 상태값을 선택하도록 설정될 수 있다. 구체적으로, 미리 정해진 위치는 메모리 어레이의 어느 위치이어도 상관없다. 그러나 착용자의 급격한 동작 변화에도 운동 보조 장치의 안정성을 향상시키고 착용자에게 부드러운 보조력을 제공하기 위해 현재 보행 상태값을 저장하고 있는 메모리 어레이의 첫 번째 저장위치(0)에 저장된 동작 상태값은 선택하지 않는 것이 바람직하다. 예를 들어 동작 상태값이 0.01초마다 생성된 값일 때 미리 결정된 위치 i는 20 내지 40인 것이 바람직하고 따라서 동작 상태값 S[20] 내지 동작 상태값 S[40]이 선택되도록 설정할 수 있다.
다만 반드시 이러한 범위로 한정되는 것은 아니다.
또한 동작 상태값은 상태 궤적 메모리 버퍼(200')에 저장되기 전 저대역 통과 필터를 이용하여 노이즈가 제거될 수 있으나. 저장된 동작 상태값들 중에 노이즈가 포함되었을 가능성을 고려하여 2개 이상의 동작 상태값을 선택할 수 있다.
이때 2개 이상의 동작 상태값은 메모리 어레이에 이격되어 저장된 동작 상태값 보다는 연속된 동작 상태값들(예를 들어 S[i], S[i+1], ...)인 것이 바람직하다.
또한, 착용자의 움직임에 따라 동작 상태값을 선택하기 위한 미리 결정된 위치(i)를 적응적으로 변경할 수도 있다. 다만 이 경우에도 안정적인 보조력 제공을 위해 동작 상태값을 선택하는 위치의 변경 가능 범위(예를 들어 i는 10 내지 50)를 설정해 놓는 것이 바람직하다.
이때, 착용자의 움직임 파악을 위해 상태 궤적 메모리 버퍼(200')에 저장된 보행 상태값들을 이용하고, 파악된 결과에 따라 동작 상태값을 선택하는 위치를 변경하는 것만으로 착용자 움직임 변화에 즉각적이고 적응적으로 대응하는 보조력을 제공할 수 있다.
장치파워 대 장치토크 비 계산(S102)
도 4는 본 발명에 따른 웨어러블 로봇 착용자의 신체/운동 능력 계량화 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 웨어러블 착용자의 신체 능력 정보를 출력하기 위하여, 웨어러블 로봇 착용자의 보행을 보조하기 위한 토크 또는 저항하기 위한 토크를 센싱하는 단계(S101) 이후, 장치 파워 대 장치 토크를 계산하는 단계(S102)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 보행 운동 중 착용자의 신체 능력을 추정할 수 있는 웨어러블 로봇은 신체 부위에 장착될 수 있는 고정부(210) 및 고정부(210)에 장착될 수 있는 구동부(230)를 포함할 수 있다. 이때, 구동부(230)는, 웨어러블 로봇(200) 착용자의 보행 운동에 의한 구동부(230)의 파워에 기초하여 착용자의 신체 능력을 추정할 수 있다. 구체적으로, 구동부(230)는 구동부(230)의 파워를 토크에 의하여 정규화한 값에 기초하여 상기 착용자의 신체 능력을 추정할 수 있다.
또한, 구동부(230)는 구동부(230)의 파워를 구동부(230)의 RMS(Root Mean Square) 토크로 나누어 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율을 산출할 수도 있다. 이때, 구동부(230)의 파워를 계산하기 위한 토크는 착용자의 보행 중 구동부(230)가 센싱한 토크값을 의미할 수 있다. 반면, 웨어러블 로봇 착용자의 보행을 보조하기 위한 토크 또는 저항하기 위한 토크를 출력하는 단계(S101)에서 출력되는 토크는 웨어러블 로봇(200) 착용자에게 제공하는 구동력을 제공할 때 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부(230)는 웨어러블 로봇(200) 착용자의 힙 각도를 센싱하여, 센싱된 힙 각도에 기초하여 각속도를 산출할 수 있다. 구체적으로, 도 1b의 구동부(230)의 제어 기판(237)에 위치한 움직임 감지 센서(247)가 착용자의 힙 각도를 센싱하고, 제어 기판(237)의 프로세서부(미도시)는 1000Hz 이상의 빠르기로 움직임 감지 센서(247)에 의해 센싱된 힙 각도를 차분 및 필터링하여 각속도를 계산할 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 별도의 각속도를 센싱하기 위한 회전속도계(tachometer)를 사용하지 않더라도, 힙 각도 센싱을 통해 각속도를 산출할 수 있다. 더욱 더 구체적으로, 제어 기판(237)의 프로세서부(미도시)는 실시간 제어를 수행하며, 프로세서부(미도시)는 로우 레벨 프로세서와 하이 레벨 프로세서로 구분될 수 있으며, 연산량이 상대적으로 적은 로우 레벨 프로세서에서 1000Hz 이상의 빠르기로 움직임 감지 센서(247)에 의해 센싱된 힙 각도를 차분 및 필터링하여 각속도를 계산할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부(230)는 웨어러블 로봇(200) 착용자의 힙 각도를 센싱하여, 센싱된 힙 각도에 기초하여 각속도를 산출할 수 있다. 구체적으로, 산출한 각속도는 착용자가 역구동적 액츄에이터(backdrivable actuator)를 이용한 경우의 착용자의 보행을 기초로 산출된 각속도일 수 있다. 구체적인 예를 들어, 역구동적 액츄에이터(backdrivable actuator)는 장치 전원이 off된 상태에서, 0.5Nm 이하의 외력 즉, 20cm 모멘트 암의 위치에서 2.5N의 힘으로 발생시키는 회전력과 동일한 외력으로 움직이는 구동기를 의미할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부(230)는 웨어러블 로봇(200) 착용자의 힙 각도를 센싱하여, 센싱된 힙 각도에 기초하여 각속도를 산출할 수 있다. 이때, 산출한 각속도는 착용자가 역구동적 액츄에이터(backdrivable actuator)를 이용한 경우의 착용자의 보행을 기초로 산출된 각속도일 수 있는데, 이를 통해 실제 웨어러블 로봇(200) 착용자의 실제 각속도가 반영될 수 있다. 다시 말해, 역구동적 액츄에이터(backdrivable actuator)를 사용하기 때문에 보행 모드 또는 운동 모드인 경우에도 착용자의 움직임에 의한 힙 스윙 속도가 반영될 수 있다. 본 발명의 구동부(230)가 역구동적 액츄에이터(backdrivable actuator) 기반의 위치제어가 아닌 힘제어를 사용하기 때문에 실제 웨어러블 로봇(200) 착용자의 움직임에 대해 순응적으로 움직일 수 있다.
장치 파워 대 장치 토크를 계산하는 단계(S102)에서 장치 피워 토크 비는 아래의 [수학식3]에 의해 계산될 수 있다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2024021371-appb-img-000003
[수학식 4]
Figure PCTKR2024021371-appb-img-000004
Figure PCTKR2024021371-appb-img-000005
Figure PCTKR2024021371-appb-img-000006
Figure PCTKR2024021371-appb-img-000007
본 발명에 따르면,
Figure PCTKR2024021371-appb-img-000008
은 웨어러블 로봇 착용자의 한 번 보행시의 사이클 샘플 데이터 수와 같거나 일정 작동 시간 또는 일정 걸음 수일 수 있다. 바람직하게는,
Figure PCTKR2024021371-appb-img-000009
은 착용자의 한 번 보행시의 사이클 샘플 데이터 수와 같을 수 있다. [수학식 4]에 의하여 양의 파워 값과 음의 파워 값을 산출할 수 있다.
본 발명에 따르면,
Figure PCTKR2024021371-appb-img-000010
는 양의 파워 데이터 수이고,
Figure PCTKR2024021371-appb-img-000011
은 음의 파워 데이터 수일 수 있다. 구체적으로, 힙 각도차 값(q0)의 각속도 방향과 장치 토크의 방향이 같을 때, 즉 보행 보조 모드인 경우에 웨어러블 로봇(200)에서 착용자에게 파워 전달이 발생하고, 이때 파워 값은 동작 상태값에 양수의 가중치가 곱해지므로 양수로 계산될 수 있다. 이와 같이, 보행 보조 모드에서는 양의 파워 값이 주로 계산될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 힙 각도차 값(q0)의 각속도 방향과 장치 토크의 방향이 다를 때, 즉 보행 저항 모드인 경우에 웨어러블 로봇(200) 착용자가 웨어러블 로봇(200)에게 파워 전달이 발생하고, 동작 상태값에 음수의 가중치가 곱해지므로 파워 값이 음수로 계산될 수 있다.
방법 발명의 일 실시예
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부(230)는 산출한 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율을 매 회 보행마다 누적할 수 있다. 구동부(230)의 제어 기판(237)의 프로세서부(미도시)는 특정 웨어러블 로봇(200) 착용자의 파워 대 토크의 비율을 매 회 보행마다 누적할 수 있다. 또한, 누적된 특정 웨어러블 로봇(200) 착용자의 파워 대 토크의 비율을 통해 특정 웨어러블 로봇(200) 착용자의 신체 능력을 추정하는 통계를 계산할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 구동부를 포함하는 웨어러블 로봇을 이용하여 보행 중 착용자의 신체 능력을 추정하는 방법을 제공할 수 있다. 구동부를 포함하는 웨어러블 로봇을 이용하여 보행 중 착용자의 신체 능력을 추정하는 방법은 구동부(230)가 산출한 구동부(230)의 특정 웨어러블 로봇(200) 착용자의 파워 대 토크의 비율을 매 회 보행마다 누적하는 단계와 누적에 대한 통계를 산출하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적인 예를 들면, 이를 통해, 착용자의 신체 능력 또는 착용자의 운동 능력을 수치화하여 계량화하는 것이 가능하고, 운동 프로그램을 진행하는 경우 착용자의 운동 능력 변화를 시각화할 수 있는 착용자 인터페이스를 제공할 수도 있다. 또 다른 예를 들어, 착용자의 매회 운동 종료 시 착용자의 신체 능력 또는 착용자의 운동 능력의 수준을 계량화하여 시각화할 수 있으며, 특정 기간의 운동 프로그램 종료 후 착용자의 신체 능력 또는 착용자의 운동 능력의 변화를 시각적으로 나타내는 것 또한 가능하며, 신체 능력 또는 운동 능력을 분석한 보고서 형태의 착용자 인터페이스를 제공하는 것 또한 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 특정 웨어러블 로봇(200) 착용자의 파워 대 토크의 비율을 매 회 보행마다 누적하는 단계와 누적에 대한 통계를 산출하는 단계를 제공하는 경우, 웨어러블 로봇(200) 착용자는 운동 프로그램을 완수할 수 있도록 동기 부여될 수 있고, 트레이너는 웨어러블 로봇(200)을 이용한 운동 프로그램의 개인별 맞춤 대응을 효과적으로 진행할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 구동부를 포함하는 웨어러블 로봇을 이용하여 보행 중 착용자의 신체 능력을 추정하는 방법을 제공하는 경우, 도 3에 도시된 서버 장치(100)로부터 구동부(230)가 산출한 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율을 매 회 보행마다 누적한 누적에 대한 통계를 수신받는 단계와 산출한 누적에 대한 통계를 디스플레이하는 단계를 제공할 수 있다. 구체적으로, 구동부(230)가 산출한 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율을 매 회 보행마다 누적한 누적에 대한 통계를 보행 분석 보고서와 같은 착용자 인터페이스 형태로 출력할 수 있다. 이 경우, 웨어러블 로봇(200) 착용자는 시각화된 보행 분석 보고서와 같은 착용자 인터페이스를 통해 특정 기간 동안의 신체 능력의 변화 또는 웨어러블 로봇(200) 착용자의 신체 능력 중 강점과 보완할 점 등을 쉽게 인식할 수 있다.
인공지능 활용 실시예
도 9는 본 발명에 따른 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율과 착용자 신체 조건 사이의 상관관계에 따른 데이터베이스에 기초한 운동 정보를 제안하는 방법을 수행하기 위한 하나 이상의 네트워크 함수를 나타낸 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부를 포함하는 웨어러블 로봇을 이용하여 보행 중 착용자의 신체 능력을 추정하는 방법을 제공할 수 있고, 구동부를 포함하는 웨어러블 로봇을 이용하여 보행 중 착용자의 신체 능력을 추정하는 방법은 구동부(230)가 산출한 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율과 착용자 신체 조건 사이의 상관관계에 따른 데이터베이스에 기초한 운동 정보를 제안하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 구동부(230)가 산출한 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율과 착용자 신체 조건 사이의 상관관계에 따른 데이터베이스에 기초한 운동 정보를 제안하는 단계는 서버 장치(100)에서 수행될 수 있으나, 구동부(230)의 프로세서부(미도시)에서 수행될 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부(230)를 포함하는 웨어러블 로봇을 이용하여 보행 중 착용자의 신체 능력을 추정하는 방법은 구동부(230)가 산출한 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율과 착용자 신체 조건을 학습데이터로 하여 학습시킨 딥러닝 모델에 기초한 운동 정보를 제안하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 구동부(230)가 산출한 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율과 착용자 신체 조건을 학습데이터로 하여 학습시킨 딥러닝 모델에 기초한 운동 정보를 제안하는 단계는 서버 장치(100)에서 수행될 수 있으나, 구동부(230)의 프로세서부(미도시)에서 수행될 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부를 포함하는 웨어러블 로봇을 이용하여 보행 중 착용자의 신체 능력을 추정하는 방법은 구동부(230)가 산출한 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율과 착용자의 신체 조건, 웨어러블 로봇 사용정보 및 운동 효과 중 적어도 어느 하나 이상을 학습 데이터로 하여 학습시킨 딥러닝 모델에 기초한 운동 효과를 예측하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 구동부(230)가 산출한 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율과 착용자의 신체 조건, 웨어러블 로봇 사용정보 및 운동 효과 중 적어도 어느 하나 이상을 학습 데이터로 하여 학습시킨 딥러닝 모델에 기초한 운동 효과를 예측하는 단계는 서버 장치(100)에서 수행될 수 있으나, 구동부(230)의 프로세서부(미도시)에서 수행될 수도 있다.
이하, 서버 장치(100) 또는 구동부(230)의 프로세서부(미도시)의 동작을 서술한다.
서버 장치(100) 또는 구동부(230)의 프로세서부(미도시)는 딥러닝(DL: deep learning)에서 학습을 위한 입력 데이터의 처리, 입력 데이터에서의 피처 추출, 오차 계산, 역전파(backpropagation)를 이용한 신경망의 가중치 업데이트 등의 신경망의 학습을 위한 계산을 수행할 수 있다. 또한, 서버 장치(100) 또는 구동부(230)의 프로세서부(미도시)의 CPU, GPGPU, 및 TPU 중 적어도 하나가 네트워크 함수의 학습을 처리할 수 있다. 예를 들어, CPU 와 GPGPU가 함께 네트워크 함수의 학습, 네트워크 함수를 이용한 데이터 분류를 처리할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서 복수의 컴퓨팅 장치의 프로세서를 함께 사용하여 네트워크 함수의 학습, 네트워크 함수를 이용한 데이터 분류를 처리할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치에서 수행되는 컴퓨터 프로그램은 CPU, GPGPU 또는 TPU 실행가능 프로그램일 수 있다.
본 명세서에서 네트워크 함수는 인공 신경망, 뉴럴 네트워크와 상호 교환 가능하게 사용될 수 있다. 본 명세서에서 네트워크 함수는 하나 이상의 뉴럴 네트워크를 포함할 수도 있으며, 이 경우 네트워크 함수의 출력은 하나 이상의 뉴럴 네트워크의 출력의 앙상블(ensemble)일 수 있다. 본 명세서에서 모델은 네트워크 함수를 포함할 수 있다. 모델은 하나 이상의 네트워크 함수를 포함할 수도 있으며, 이 경우 모델의 출력은 하나 이상의 네트워크 함수의 출력의 앙상블일 수 있다.
본 발명에 따르면, 딥 뉴럴 네트워크(DNN: Deep Neural Network, 심층신경망)는 도 9에 도시된 바와 같이, 입력 레이어와 출력 레이어 외에 복수의 히든 레이어를 포함하는 신경망을 의미할 수 있다. 딥 뉴럴 네트워크는 컨벌루셔널 뉴럴 네트워크(CNN: convolutional neural network), 리커런트 뉴럴 네트워크(RNN: recurrent neural network), 오토 인코더(auto encoder), GAN(Generative Adversarial Networks), 제한 볼츠만 머신(RBM: restricted boltzmann machine), 심층 신뢰 네트워크(DBN: deep belief network), Q 네트워크, U 네트워크, 샴 네트워크, Transformer, ViT(Vision Transformer), Mobile ViT(Mobile Vision Transformer) 등을 포함할 수 있다. 전술한 딥 뉴럴 네트워크의 기재는 예시일 뿐이며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명에서 네트워크 함수는 오토 인코더를 포함할 수도 있다. 오토 인코더는 입력 데이터와 유사한 출력 데이터를 출력하기 위한 인공신경망의 일종일 수 있다. 오토 인코더는 적어도 하나의 히든 레이어를 포함할 수 있으며, 홀수 개의 히든 레이어가 입출력 레이어 사이에 배치될 수 있다. 각각의 레이어의 노드의 수는 입력 레이어의 노드의 수에서 병목 레이어(인코딩)라는 중간 레이어로 축소되었다가, 병목 레이어에서 출력 레이어(입력 레이어와 대칭)로 축소와 대칭되어 확장될 수 있다. 차원 감소 레이어와 차원 복원 레이어의 노드는 대칭일 수도 있고 아닐 수도 있다.
본 발명에 따르면, 오토 인코더는 비선형 차원 감소를 수행할 수 있다. 입력 레이어 및 출력 레이어의 수는 입력 데이터의 전처리 이후에 남은 센서들의 수와 대응될 수 있다. 오토 인코더 구조에서 인코더에 포함된 히든 레이어의 노드의 수는 입력 레이어에서 멀어질수록 감소하는 구조를 가질 수 있다. 병목 레이어(인코더와 디코더 사이에 위치하는 가장 적은 노드를 가진 레이어)의 노드의 수는 너무 작은 경우 충분한 양의 정보가 전달되지 않을 수 있으므로, 특정 수 이상(예를 들어, 입력 레이어의 절반 이상 등)으로 유지될 수도 있다.
본 발명에 따르면, 뉴럴 네트워크는 지도 학습(supervised learning), 비지도 학습(unsupervised learning), 및 반지도학습(semi supervised learning) 중 적어도 하나의 방식으로 학습될 수 있다. 뉴럴 네트워크의 학습은 출력의 오류를 최소화하기 위한 것이다. 뉴럴 네트워크의 학습에서 반복적으로 학습 데이터를 뉴럴 네트워크에 입력시키고 학습 데이터에 대한 뉴럴 네트워크의 출력과 타겟의 에러를 계산하고, 에러를 줄이기 위한 방향으로 뉴럴 네트워크의 에러를 뉴럴 네트워크의 출력 레이어에서부터 입력 레이어 방향으로 역전파(backpropagation)하여 뉴럴 네트워크의 각 노드의 가중치를 업데이트 하는 과정이다. 지도 학습의 경우 각각의 학습 데이터에 정답이 라벨링되어 있는 학습 데이터를 사용하며(즉, 라벨링된 학습 데이터), 비지도 학습의 경우는 각각의 학습 데이터에 정답이 라벨링되어 있지 않 을 수 있다. 즉, 예를 들어 데이터 분류에 관한 지도 학습의 경우의 학습 데이터는 학습데이터 각각에 카테고리가 라벨링 된 데이터 일 수 있다. 라벨링된 학습 데이터가 뉴럴 네트워크에 입력되고, 뉴럴 네트워크의 출력(카테고리)과 학습 데이터의 라벨을 비교함으로써 오류(error)가 계산될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른, 딥 뉴럴 네트워크에 기초하여 웨어러블 로봇(200) 착용자의 신체 정보 또는 운동 정보의 카테고리의 중요도 점수를 계산하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 인간 피드백 기반 강화학습(Reinforecement Learning with Human Feedback, RLHF)에 기초하여 중요도 파라미터를 학습할 수 있다. 인간 피드백 기반 강화학습(RLHF)이란, 강화 학습과 사람의 피드백을 결합한 것으로, 인공지능 모델을 통해 출력된 정보를 사람의 피드백에 기초하여 학습시킴으로써 인공지능의 성능을 향상시키는 학습 방법이다. 본 발명의 일 실시예에 따라 학습된 중요도 파라미터에 기초하여 웨어러블 로봇(200) 착용자의 신체 정보 또는 운동 정보의 카테고리의 중요도 점수를 계산할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인간 피드백 기반 강화 학습 방법은, 웨어러블 로봇(200) 착용자가 적어도 1회의 보행 운동을 하는 동안 웨어러블 로봇(200)의 구동부(230)로부터 구동부 파워 정보를 획득하는 단계(S200), 획득된 구동부 파워 정보에 기초하여 착용자의 제1 운동 정보를 추정하는 단계(S220), 웨어러블 로봇(200) 착용자의 신체 정보를 획득하는 단계(S240), 추정된 착용자의 제1 운동 정보 및 획득된 착용자의 신체 정보에 기초한 알고리즘의 연산으로 제2 운동 정보를 계산하는 단계(S260), 계산된 제2 운동 정보에 대하여 학습 피드백을 수행하는 단계(S280), 학습 피드백에 따라 알고리즘이 가중치 파라미터를 업데이트하는 단계(S300)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨어러블 로봇(200) 착용자가 적어도 1회의 보행 운동을 하는 동안 웨어러블 로봇(200)의 구동부(230)로부터 구동부 파워 정보를 획득하는 단계(S200)가 수행될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 웨어러블 로봇(200) 착용자가 최초로 1회의 보행 운동을 하는 경우 또는 착용자의 신체 능력을 추정하기 위해서 보행 운동을 시작하는 경우, 구동부 파워 정보를 획득하기 위하여 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 그 다음으로 획득된 구동부 파워 정보에 기초하여 착용자의 제1 운동 정보를 추정하는 단계(S220)가 수행될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 구동부(230)로부터 획득한 구동부 파워 정보가 임계 이하의 수치를 갖는 경우, 해당 착용자의 제1 운동 정보는 임계 이하의 신체 능력을 갖는 것으로 1차적으로 추정될 수 있다. 또 다른 예를 들어, 구동부(230)로부터 획득한 구동부 파워 정보가 임계 이상의 수치를 갖는 경우, 해당 착용자의 제1 운동 정보는 임계 이상의 신체 능력을 갖는 것으로 1차적으로 추정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨어러블 로봇(200) 착용자의 신체 정보를 획득하는 단계(S240)와 추정된 착용자의 제1 운동 정보 및 획득된 착용자의 신체 정보에 기초한 알고리즘의 연산으로 제2 운동 정보를 계산하는 단계(S260)가 그 다음으로 수행될 수 있다. 구체적으로, 착용자의 신체 정보는 나이, 성별, 몸무게, 키 등이 이에 해당될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 구체적인 예를 들어, 구동부(230)로부터 획득한 구동부 파워 정보가 임계 이하의 수치를 갖는 경우, 해당 착용자의 제1 운동 정보는 임계 이하의 신체 능력을 갖는 것으로 1차적으로 추정될 수 있다. 그러나, 해당 착용자의 나이가 80세 이상인 경우, 해당 착용자의 신체 정보와 상기 추정된 착용자의 제1 운동 정보를 함께 판단한 경우, 알고리즘의 연산에 의하여 제2 운동 정보가 임계 이상의 신체 능력을 갖는 것으로 계산될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 그 다음으로 계산된 제2 운동 정보에 대하여 학습 피드백을 수행하는 단계(S280)가 수행될 수 있다. 본 발명에 따르면, 학습 피드백을 수행하기 위하여 착용자의 신체 정보들 중 중요도가 높다고 판단되는 카테고리의 순위를 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따라 착용자 신체 정보 카테고리의 중요도를 판단하여, 중요도가 높다고 판단되는 것 3개의 순위를 결정할 수 있다. 이 경우, 학습 피드백을 수행하기 위한 샘플 세트는 1위부터 3위까지의 순위와, 각 순위에 해당하는 착용자 신체 정보 카테고리의 이름의 순서쌍으로 이루어지는 데이터 세트에 해당될 수 있으나, 여기서 3위라는 구체적인 수치는 예시일 뿐, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 따르면, 계산된 제2 운동 정보에 대하여 학습 피드백을 수행하는 단계(S280)는 계산된 중요도 점수를 학습 피드백을 수행하기 위한 샘플 세트와 비교하는 학습 피드백을 수행한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 그 다음으로 학습 피드백에 따라 알고리즘이 가중치 파라미터를 업데이트하는 단계(S300)가 수행될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 학습 피드백에 따라 알고리즘이 가중치 파라미터를 업데이트하는 단계(S300)는 계산된 제2 운동 정보에 대하여 학습 피드백을 수행하는 단계(S280)에서 계산된 중요도 점수를 학습 피드백을 수행하기 위한 샘플 세트와 비교하는 학습 피드백을 수행하면, 계산된 중요도 점수에 따른 착용자 신체 정보 카테고리의 순위가 생성된 학습 피드백을 수행하기 위한 샘플 세트와 일치하도록 중요도 파라미터를 업데이트할 수 있다. 또한, 학습된 중요도 파라미터에 기초하여 착용자 신체 정보의 카테고리 간의 중요도를 결정하는 알고리즘의 연산으로 중요도 점수를 계산하고, 계산된 중요도 점수를 다시 학습 피드백을 수행하기 위한 샘플 세트와 비교하는 과정을 반복함으로써, 중요도 파라미터를 재업데이트할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부를 포함하는 웨어러블 로봇을 이용하여 보행 중 착용자의 신체 능력을 추정하는 방법을 제공할 수 있고, 구동부를 포함하는 웨어러블 로봇을 이용하여 보행 중 착용자의 신체 능력을 추정하는 방법은 구동부(230)가 산출한 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율과 착용자 신체 조건 사이의 상관관계에 따른 데이터베이스에 기초한 운동 정보를 제안하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 구동부(230)가 산출한 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율과 착용자 신체 조건 사이의 상관관계에 따른 데이터베이스에 기초한 운동 정보를 제안하는 단계는 서버 장치(100)에서 수행될 수 있으나, 구동부(230)의 프로세서부(미도시)에서 수행될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부(230)에서 산출된 장치 파워 토크비는 착용자의 신체 능력의 정도를 판단할 수 있는 지표로 사용될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 웨어러블 로봇 착용자의 보행 능력, 균형 능력, 하체 근력 정도 등을 판단할 수 있는 지표로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7은 웨어러블 로봇 착용자의 보행, 균형, 신체기능 지표와 장치 파워 토크비의 피어슨 상관 관계를 분석한 결과를 나타내는 도면이다. 도 7은 장치 파워토크비는 기존의 검증된 보행/신체 능력 지표와 통계적으로 유의미한 선형 상관관계를 보여줄 수 있으며, 분석 결과 p-value가 0.05 이하이므로 통계적으로 유의미한 것으로 판단할 수 있다.
도 7의 (A)는 균형 및 보행 평가 지표인 10MWT(10-meter walking test)와 보행 보조 모드인 경우의 PTR(power torque ratio) 값 간의 피어슨 상관관계를 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 균형 및 보행 평가 지표인 10MWT(10-meter walking test)는 단거리 보행속도 및 단거리 보행 능력을 검사할 수 있는 평가도구로 대상자는 노인, 뇌졸중, 척수손상, 파킨슨병 등 중추신경계 손상 환자군 등에서 사용될 수 있는 지표이다. 이때, 측정된 보행속도에 따라 실내 보행과 실외 보행 능력을 구분할 수 있으며, 도 7의 (A)에 도시된 바와 같이, y축의 10MWT(s)의 값이 증가할수록, 측정된 보행 시간 값이 보다 크다는 것을 의미하므로 단거리 보행 속도 및 능력이 보다 부족하다는 것을 의미할 수 있다.
또한, x축의 PTR(power torque ratio) 값(보행 보조 모드인 경우)이 증가하는 경우 착용자로부터 보다 강한 파워 데이터가 측정되고 있음을 의미할 수 있으므로, y축의 10MWT(s)의 값과 반비례하는 상관관계가 있음을 알 수 있고, 이에 따라 y축의 10MWT(s)의 값과 반비례하는 그래프를 나타낼 수 있다. 이를 통해, 구동부(230)가 산출한 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율과 착용자 신체 조건 사이의 상관관계에 따른 데이터베이스를 구축할 수 있고, 보행 보조 모드인 경우의 PTR(power torque ratio) 값을 통해 착용자의 단거리 보행 속도 및 능력을 추정할 수 있다.
도 7의 (B)는 보행 지구력 평가 지표인 6MWT(6-minute walking test)와 보행 보조 모드인 경우의 PTR(power torque ratio) 값 간의 피어슨 상관관계를 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 보행 지구력 평가 지표인 6MWT(6-minute walking test)는 6분 동안 보행자가 걸을 수 있는 총 거리를 측정하는 것으로, 6분의 시점에서 의자에 앉은 후 활력 징후(가벼운 두통, 어지럼증, 창백, 호흡 곤란, 피로, 통증 등)를 체크하는 방법으로 보행 지구력을 평가할 수 있다. 도 7(B)에 도시된 바와 같이, y축의 6MWT(6-minute walking test) 값이 증가할수록, 6분 동안 보행자가 보행한 거리가 보다 크다는 것을 의미하므로, 보행자의 보행 지구력이 보다 뛰어남을 의미할 수 있다.
또한, x축의 PTR(power torque ratio) 값(보행 보조 모드인 경우)이 증가하는 경우 착용자로부터 보다 강한 파워 데이터가 측정되고 있음을 의미할 수 있으므로, y축의 6MWT(6-minute walking test) 값과 비례하는 상관관계가 있음을 알 수 있고, 이에 따라 y축의 6MWT(6-minute walking test) 값과 비례하는 그래프를 나타낼 수 있다. 이를 통해, 구동부(230)가 산출한 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율과 착용자 신체 조건 사이의 상관관계에 따른 데이터베이스를 구축할 수 있고, 보행 보조 모드인 경우의 PTR(power torque ratio) 값을 통해 착용자의 보행 지구력 능력을 추정할 수 있다.
도 7의 (C)는 동적 균형 평가 지표인 TUG(timed up and go test)와 보행 보조 모드인 경우의 PTR(power torque ratio) 값 간의 피어슨 상관관계를 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 동적 균형 평가 지표인 TUG(timed up and go test)는 일상생활 활동 수행 능력을 평가할 수 있는 지표로, 의자에 앉아있는 착용자가 일어나서 시작 신호를 받으면, 일정한 거리에 위치한 지점까지 보행한 후, 해당 지점에서 180도 회전하여 다시 의자에 앉는 것을 측정하는 방법으로 평가될 수 있다. 임계 시간 이상으로 시간이 소요되는 경우, 보행자의 보행 능력, 균형, 일상생활 활동 수행 능력 등이 저조한 것으로 추정될 수 있다. 도 7의 (C)에 도시된 바와 같이, y축의 TUG(timed up and go test) 값이 증가할수록, 의자에 앉아있는 착용자가 일어나서 시작 신호를 받으면, 일정한 거리에 위치한 지점까지 보행한 후, 해당 지점에서 180도 회전하여 다시 의자에 앉는 동안 보행자가 보행한 시간이 보다 길다는 것을 의미하므로, 보행자의 동적 균형 능력 또는 일상생활 활동 수행 능력이 보다 부족함을 의미할 수 있다.
또한, x축의 PTR(power torque ratio) 값(보행 보조 모드인 경우)이 증가하는 경우 착용자로부터 보다 강한 파워 데이터가 측정되고 있음을 의미할 수 있으므로, y축의 TUG(timed up and go test) 값과 반비례하는 상관관계가 있음을 알 수 있고, 이에 따라 y축의 TUG(timed up and go test) 값과 반비례하는 그래프를 나타낼 수 있다. 이를 통해, 구동부(230)가 산출한 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율과 착용자 신체 조건 사이의 상관관계에 따른 데이터베이스를 구축할 수 있고, 보행 보조 모드인 경우의 PTR(power torque ratio) 값을 통해 착용자의 동적 균형 능력을 추정할 수 있다.
도 7의 (D)는 균형 및 보행 평가 지표인 10MWT(10-meter walking test)와 보행 저항 모드인 경우의 PTR(power torque ratio) 값 간의 피어슨 상관관계를 분석한 결과를 나타낸 도면이다. 본 발명에 따르면, 보행 저항 모드인 경우, 음의 파워값을 사용하기 때문에 도 7의 (D)에 도시된 바와 같이, PTR(power torque ratio) 값이 음의 값을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 균형 및 보행 평가 지표인 10MWT(10-meter walking test)는 단거리 보행속도 및 단거리 보행 능력을 검사할 수 있는 평가도구로 대상자는 노인, 뇌졸중, 척수손상, 파킨슨병 등 중추신경계 손상 환자군 등에서 사용될 수 있는 지표이다. 이때, 측정된 보행속도에 따라 실내 보행과 실외 보행 능력을 구분할 수 있으며, 도 7의 (D)에 도시된 바와 같이, y축의 10MWT(s)의 값이 증가할수록, 측정된 보행 시간 값이 보다 크다는 것을 의미하므로 단거리 보행 속도 및 능력이 보다 부족하다는 것을 의미할 수 있다.
또한, x축의 PTR(power torque ratio) 값(보행 저항 모드인 경우)이 증가하는 경우, 보행 저항 모드에서는 장치 각속도 방향과 토크 방향이 반대이고 파워 값이 음수로 계산되므로, 착용자로부터 보다 약한 파워 데이터가 측정되고 있음을 의미할 수 있다. 따라서, y축의 10MWT(s)의 값과 비례하는 상관관계가 있음을 알 수 있고, 이에 따라 y축의 10MWT(s)의 값과 비례하는 그래프를 나타낼 수 있다. 이를 통해, 구동부(230)가 산출한 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율과 착용자 신체 조건 사이의 상관관계에 따른 데이터베이스를 구축할 수 있고, 보행 저항 모드인 경우의 PTR(power torque ratio) 값을 통해 착용자의 단거리 보행 속도 및 능력을 추정할 수 있다.
도 7의 (E)는 보행 지구력 평가 지표인 6MWT(6-minute walking test)와 보행 저항 모드인 경우의 PTR(power torque ratio) 값 간의 피어슨 상관관계를 분석한 결과를 나타낸 도면이다. 본 발명에 따르면, 보행 저항 모드인 경우, 음의 파워값을 사용하기 때문에 도 7의 (E)에 도시된 바와 같이, PTR(power torque ratio) 값이 음의 값을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 보행 지구력 평가 지표인 6MWT(6-minute walking test)는 6분 동안 보행자가 걸을 수 있는 총 거리를 측정하는 것으로, 6분의 시점에서 의자에 앉은 후 활력 징후(가벼운 두통, 어지럼증, 창백, 호흡 곤란, 피로, 통증 등)를 체크하는 방법으로 보행 지구력을 평가할 수 있다. 도 7(E)에 도시된 바와 같이, y축의 6MWT(6-minute walking test) 값이 증가할수록, 6분 동안 보행자가 보행한 거리가 보다 크다는 것을 의미하므로, 보행자의 보행 지구력이 보다 뛰어남을 의미할 수 있다.
또한, x축의 PTR(power torque ratio) 값(보행 저항 모드인 경우)이 증가하는 경우, 보행 저항 모드에서는 장치 각속도 방향과 토크 방향이 반대이고 파워 값이 음수로 계산되므로, 착용자로부터 보다 약한 파워 데이터가 측정되고 있음을 의미할 수 있으므로, y축의 6MWT(6-minute walking test) 값과 반비례하는 상관관계가 있음을 알 수 있고, 이에 따라 y축의 6MWT(6-minute walking test) 값과 반비례하는 그래프를 나타낼 수 있다. 이를 통해, 구동부(230)가 산출한 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율과 착용자 신체 조건 사이의 상관관계에 따른 데이터베이스를 구축할 수 있고, 보행 저항 모드인 경우의 PTR(power torque ratio) 값을 통해 착용자의 보행 지구력 능력을 추정할 수 있다.
도 7의 (F)는 신체 기능 검사 지표인 SPPB(short physical performance battery)와 보행 보조 모드인 경우의 PTR(power torque ratio) 값 간의 피어슨 상관관계를 분석한 결과를 나타낸 도면이다. 본 발명에 따르면, 보행 저항 모드인 경우, 음의 파워값을 사용하기 때문에 도 7의 (F)에 도시된 바와 같이, PTR(power torque ratio) 값이 음의 값을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 신체 기능 검사 지표인 SPPB(short physical performance battery)는 정적 균형 검사, 보행 속도 검사, 일어서기 검사를 종합하여 전반적인 신체 기능을 평가하는 지표로서, 신체 기능, 노쇠 정도, 근감소증 여부, 낙상 위험도 등을 평가하고, 건강 위험도를 예측할 수 있는 지표이다. 도 7의 (F)에 도시된 바와 같이, y축의 SPPB(short physical performance battery) 값이 증가할수록, 신체 기능이 보다 뛰어남을 의미할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 정적균형 검사의 경우, 일반 자세, 반일렬 자세, 일렬 자세 순으로 난이도가 증가하는데, 각각의 자세에서 균형을 잃지 않고 유지하는 시간을 측정할 수 있으므로, y축의 SPPB(short physical performance battery) 값이 증가할수록, 신체 기능이 보다 뛰어남을 의미할 수 있다.
또한, x축의 PTR(power torque ratio) 값(보행 보조 모드인 경우)이 증가하는 경우 착용자로부터 보다 강한 파워 데이터가 측정되고 있음을 의미할 수 있으므로, y축의 SPPB(short physical performance battery) 값과 비례하는 상관관계가 있음을 알 수 있고, 이에 따라 y축의 SPPB(short physical performance battery) 값과 비례하는 그래프를 나타낼 수 있다. 이를 통해, 구동부(230)가 산출한 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율과 착용자 신체 조건 사이의 상관관계에 따른 데이터베이스를 구축할 수 있고, 보행 보조 모드인 경우의 PTR(power torque ratio) 값을 통해 착용자의 신체 기능 능력을 추정할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 착용자의 나이 대 웨어러블 로봇의 보행 보조 모드의 경우, 장치 파워 토크비 사이의 상관관계 및 본 발명에 따른 착용자의 나이 대 웨어러블 로봇의 보행 저항 모드의 경우, 장치 파워 토크비 사이의 상관관계를 나타내는 도면이다.
도 8의 (A)는 본 발명에 따른 착용자의 나이 대 웨어러블 로봇의 보행 보조 모드의 경우, 장치 파워 토크비 사이의 상관관계를 나타낸 도면이다. 도 8의 (B)는 본 발명에 따른 착용자의 나이 대 웨어러블 로봇의 보행 저항 모드의 경우, 장치 파워 토크비 사이의 상관관계를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따라, 구동부(230)의 파워 토크비에 기초하여, 착용자의 보행, 균형, 하체근력 능력 등을 나이에 대하여 평균으로부터 어느 지점에 위치하는지 추정할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 평균 점수를 75점으로 설정하는 경우, 이하의 [수학식 5] 및 [수학식 6]을 통해, 보행 보조 모드일 때의 PTR값을 입력하여, 50점(최저점)부터 100점(최고점)까지 점수화할 수 있다.
[수학식 5]
Figure PCTKR2024021371-appb-img-000012
Figure PCTKR2024021371-appb-img-000013
[수학식 6]
Figure PCTKR2024021371-appb-img-000014
본 발명의 일실시예에 따르면, 나이 대비 평균 25% 이상이면 100점 만점으로 계측될 수 있고, 나이대 평균 -25%이하이면 50점으로 매칭될 수 있다. 이 뿐만 아니라, 착용자의 나이, 성별, 신체조건(기, 몸무게, BMI) 까지 이용하면 보다 정교한 모델을 구축할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부(230)를 포함하는 웨어러블 로봇을 이용하여 보행 중 착용자의 신체 능력을 추정하는 방법은 구동부(230)가 산출한 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율과 착용자 신체 조건을 학습데이터로 하여 학습시킨 딥러닝 모델에 기초한 운동 정보를 제안하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 구동부(230)가 산출한 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율과 착용자 신체 조건을 학습데이터로 하여 학습시킨 딥러닝 모델에 기초한 운동 정보를 제안하는 단계는 서버 장치(100)에서 수행될 수 있으나, 구동부(230)의 프로세서부(미도시)에서 수행될 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부를 포함하는 웨어러블 로봇을 이용하여 보행 중 착용자의 신체 능력을 추정하는 방법은 구동부(230)가 산출한 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율과 착용자의 신체 조건, 웨어러블 로봇 사용정보 및 운동 효과 중 적어도 어느 하나 이상을 학습 데이터로 하여 학습시킨 딥러닝 모델에 기초한 운동 효과를 예측하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 구동부(230)가 산출한 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율과 착용자의 신체 조건, 웨어러블 로봇 사용정보 및 운동 효과 중 적어도 어느 하나 이상을 학습 데이터로 하여 학습시킨 딥러닝 모델에 기초한 운동 효과를 예측하는 단계는 서버 장치(100)에서 수행될 수 있으나, 구동부(230)의 프로세서부(미도시)에서 수행될 수도 있다. 더욱 더 구체적으로, 학습 데이터로 이용될 수 있는 착용자의 신체 조건은 착용자의 나이, 성별, 키와 몸무게, 운동 능력 중 적어도 어느 하나 또는 적어도 둘 이상을 고려한 조건일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부를 포함하는 웨어러블 로봇을 이용하여 보행 중 착용자의 신체 능력을 추정하는 방법은 구동부(230)가 산출한 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율과 착용자의 신체 조건, 웨어러블 로봇 사용정보 및 운동 효과 중 적어도 어느 하나 이상을 학습 데이터로 하여 학습시킨 딥러닝 모델에 기초한 운동 효과를 예측하는 단계를 포함할 수 있고, 웨어러블 로봇 사용정보는 착용자의 과거의 웨어러블 로봇(200) 착용 및 보행에 의해 누적된 PTR(power torque ratio) 값을 포함할 수 있다. 이때, 학습 데이터로 이용할 수 있는 운동 효과는 착용자의 과거의 웨어러블 로봇(200) 착용 및 보행에 의해 시간이 지남에 따라 변화된 PTR(power torque ratio) 값을 포함할 수 있다. 시간이 지남에 따라 변화된 PTR(power torque ratio) 값을 통해 웨어러블 로봇(200) 착용자의 운동 효과를 추정할 수 있으므로, 이를 다시 학습 데이터로 하여 학습시킨 딥러닝 모델에 기초하여 또 다시 운동 효과를 예측하는 단계가 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 사용자 단말(300)은 서버 장치(100)로부터 구동부(230)가 산출한 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율과 착용자 신체 조건 사이의 상관관계에 따른 데이터베이스에 기초한 운동 정보를 수신하는 단계 및 수신받은 운동 정보를 디스플레이하는 단계를 수행할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 서버 장치(100)로부터 구동부(230)가 산출한 구동부(230)의 파워 대 토크의 비율과 착용자 신체 조건 사이의 상관관계에 따른 데이터베이스에 기초한 운동 정보는 착용자의 보행과 관련한 신체 능력에 대해 보고서 형태의 사용자 인터페이스로 제공될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
시스템 구성
도 11a 내지 도 11d는 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 운동 중 착용자의 보행 능력을 추정할 수 있는 웨어러블 로봇을 이용하여 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스를 생성하기 위한 시스템의 볼록도이다.
도 11a에 도시된 바와 같이, 보행 운동 중 착용자의 보행 능력을 추정할 수 있는 웨어러블 로봇(200)을 이용하여 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스를 생성/제공하는 방법을 구현하기 위한 시스템은 사용자 단말기(300), 웨어러블 로봇(200) 및 외부 서버(100)를 포함할 수 있고, 도 11a의 (a)는 시스템에 구성될 수 있는 각 구성을 블록으로, 도 11a(b)는 이미지로 예시한 도면이다.
도 11b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템은 복수의 사용자 단말기(300A, B), 복수의 웨어러블 로봇(200A, B) 및 외부 서버(100)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나의 웨어러블 로봇(200)에 대해 복수의 사용자 단말기(300A, B)가 연결될 수 있고, 복수의 웨어러블 로봇(200A, B) 각각에 대응하여 복수의 사용자 단말기(300A, B)가 연결될 수 있다. 이러한 시스템 구성은 비즈니스 모델에 따라 달리 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 11b의 (a)는 제1 사용자 단말기(300A) 및 제2 사용자 단말기(300B) 등이 포함되는 복수의 사용자 단말기(300A, B)가 하나의 웨어러블 로봇(200)과 연결되는 것으로, B2B(Business to Business) 비즈니스 모델을 목적으로 구성된 시스템을 일 실시예로 예시한 도면이고, 도 11b의 (b)는 복수의 사용자 단말기(300A, B)와 제1 웨어러블 로봇(200A) 및 제2 웨어러블 로봇(200B) 등이 포함되는 복수의 웨어러블 로봇(200A, B)과 연결되는 것으로, B2C(Business to customer) 비즈니스 모델을 목적으로 구성된 시스템을 일 실시예로 예시한 도면이다.
도 11c를 참조하면, 도 11a와 달리 사용자 단말기(300), 웨어러블 로봇(200) 및 외부 서버(100)를 포함할 수 있는 시스템에 관리자 단말기(400)를 더 포함할 수 있다.
도 11d를 참조하면, 도 11d와 달리 복수의 사용자 단말기(300A, B), 복수의 웨어러블 로봇(200A, B) 및 외부 서버(100)를 포함할 수 있는 시스템에 관리자 단말기(400)를 더 포함할 수 있고, 이러한 시스템 구성은 비즈니스 모델에 따라 달리 구성될 수 있다. 도 11d의 (a)는 도 11b의 (a)에서 예시된 시스템 구성에 관리자 단말기(400)가 포함될 수 있는 B2B(Business to Business) 비즈니스 모델을 목적으로 구성된 시스템을 일 실시예로 예시한 도면이고, 도 11d의 (b)는 도 11b의 (b)에서 예시된 시스템 구성에 관리자 단말기(400)가 포함될 수 있는 B2C(Business to Customer) 비즈니스 모델을 목적으로 구성된 시스템을 일 실시예로 예시한 도면이다.
도 11a 내지 도 11d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템은 단말 또는 서버일 수 있으며, 시스템은 서비스를 처리하는 웹 서버일 수 있다.
여기서, 도 11a 내지 도 11d에 도시된 보행 운동 중 착용자의 보행 능력을 추정할 수 있는 웨어러블 로봇(200)을 이용하여 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스를 생성/제공하는 방법, 장치 및 프로그램이 구현되는 시스템은 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소가 도 11a 내지 도 11d에 도시된 것에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 외부 서버(100)는 웹 서버, 데이터베이스 서버, 애플리케이션 서버, 클라우드 서버, DNS서버, 백업 서버 등일 수 있다. 그러나, 상술한 외부 서버(100)는 외부에서 네트워크를 통한 데이터 통신이 가능한 서버의 실시예에 불과하고 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예들에 따른 네트워크는 공중전화 교환망(PSTN:Public Switched Telephone Network), xDSL(x Digital Subscriber Line), RADSL(Rate Adaptive DSL), MDSL(Multi Rate DSL), VDSL(Very High Speed DSL), UADSL(Universal Asymmetric DSL), HDSL(High Bit Rate DSL) 및 근거리 통신망(LAN) 등과 같은 다양한 유선 통신 시스템들을 사용할 수 있다.
또한, 여기서 제시되는 네트워크는 CDMA(Code Division Multi Access), TDMA(Time Division Multi Access), FDMA(Frequency Division Multi Access), OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multi Access), SC-FDMA(Single Carrier-FDMA) 및 다른 시스템들과 같은 다양한 무선 통신 시스템들을 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 네트워크는 유선 및 무선 등과 같은 그 통신 양태를 가리지 않고 구성될 수 있으며, 단거리 통신망(PAN: Personal Area Network), 근거리 통신망(WAN: Wide Area Network) 등 다양한 통신망으로 구성될 수 있다. 또한, 상기 네트워크는 공지의 월드와이드웹(WWW: World Wide Web)일 수 있으며, 적외선(IrDA: Infrared Data Association) 또는 블루투스(Bluetooth)와 같이 단거리 통신에 이용되는 무선 전송 기술을 이용할 수도 있다. 본 명세서에서 설명된 기술들은 위에서 언급된 네트워크들뿐만 아니라, 다른 네트워크들에서도 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 발명의 목적을 달성하기 위해서는 사용자 단말기(300), 웨어러블 로봇(200), 외부 서버(100) 및 관리자 단말기(400)는 상호 교환 가능하고, 반드시 구분되어야 하는 것은 아니다. 즉, 하나의 장치에서 사용자 단말기(300), 웨어러블 로봇(200), 외부 서버(100) 및 관리자 단말기(400) 중 적어도 하나에서 그래픽 유저 인터페이스를 생성/제공을 위해 필요한 동작이 일어날 수 있고, 본 발명의 목적을 달성하기 위해 적절히 선택될 수 있음을 이해하여야 한다.
단말기 구성
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 표시하는 그래픽 유저 인터페이스를 생성하기 위한 시스템의 사용자 단말기의 블록도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말기(300)는, 입력부(301), 프로세서부(303), 디스플레이부(305), 메모리부(307) 및 통신부(309)를 포함할 수 있다. 이러한 구성 요소들은 각각 독립적인 기능을 수행하고, 동시에 상호 연동하여 사용자 단말기(300)의 전체적인 기능을 구현할 수 있다. 다만, 이러한 구성 요소들이 반드시 물리적으로 분리되어 개별적으로 존재해야 하는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 관리자 단말기(400)도 사용자 단말기(300)의 구성 요소들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말기(300)는, 스마트 폰과 같은 휴대용 단말기, 컴퓨터, 웹 브라우저(WEB Browser)가 탑재된 노트북, 데스크톱(desktop), 랩톱(laptop), 태블릿 PC, 슬레이트 PC, 스마트 워치, 스마트 글래스, 헤드 마운트 디바이스 등을 포함할 수 있다. 그러나, 상술한 사용자 단말기(300)는 사용자가 사용할 수 있는 수단을 설명하기 위한 실시예에 불과하고 이에 한정되는 것은 아니다. 당업자는 본 발명의 목적을 위해서 사용자가 사용하는 사용자 단말기는 적절한 수단으로 선택될 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 입력부(301)는 하드웨어식 물리 키 및 소프트웨어식 터치 키를 포함할 수 있다. 구체적으로, 소프트웨어식 터치 키는 소프트웨어적 처리를 통해 터치 스크린 타입의 디스플레이부 상에 표시되는 가상 키(virtual key), 소프트 키(soft key) 또는 비주얼 키(visual key)로 이루어질 수 있다.
가상키 또는 비주얼 키는 다양한 형태를 가지면서 터치스크린 상에 표시될 수 있다. 예를 들어, 그래픽(graphic), 텍스트(text), 아이콘(icon), 비디오(video) 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 프로세서부(303)는 사용자 단말기(300) 내의 구성요소들의 동작을 제어하기 위한 알고리즘 또는 알고리즘을 재현한 프로그램에 대한 데이터를 저장하는 메모리부(307), 및 메모리부(307)에 저장된 데이터를 이용하여 제반 동작을 수행하는 적어도 하나 이상의 프로세서 중 적어도 하나로 구현될 수 있다. 이때, 메모리부(307)와 프로세서부(303)는 각각 별개의 칩으로 구현될 수 있다. 또는 메모리부(307)와 프로세서부(303)는 단일 칩으로 구현될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 디스플레이부(305)는 사용자 단말기(300)에서 처리되는 정보를 전달받아 디스플레이하는 구성 요소로서, 사용자 단말기(300)에서 구동되는 응용 프로그램(예: 애플리케이션)의 실행 화면 정보, 또는 이러한 실행 화면 정보에 따른 유저 인터페이스(UI, User Interface), 그래픽 유저 인터페이스(GUI, Graphic User Interface) 정보를 표시할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 메모리부(307)는 하나 이상의 프로그램을 저장할 수 있고, 하나 이상의 프로그램을 저장할 수 있는 메모리부(307)는 통신부(309)를 통해 입출력되는 데이터들을 저장할 수 있고, 사용자 단말기(300)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 사용자 단말기(300)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다.
또한, 하나 이상의 프로그램을 저장할 수 있는 메모리부(307)는 DRAM, SRAM, DDR RAM 또는 다른 랜덤 엑세서 솔리드 스테이트 메모리 디바이스들과 같은 고속 랜덤 엑세스 메모리를 포함하며, 하나 이상의 자기 디스크 저장 디바이스, 광 디스크 저장 디바이스, 플래시 메모리 디바이스 또는 다른 비휘발성 솔리드 스테이트 저장 디바이스와 같은 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다.
또한, 하나 이상의 프로그램을 저장할 수 있는 메모리부(307)는 사용자 단말기(300)상 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스를 통하여 사용자의 입력을 받거나 또는 웨어러블 로봇 착용자의 보행 정보를 수신 받아 생성된 착용자의 보행에 관한 착용자의 실시간 보행 정보, 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보, 보행 분석 보고서 및 딥러닝 모델에 기초한 보행 능력 추정 보고서, 맞춤형 프로그램 정보를 저장할 수 있다.
본 발명에 따르면, 통신부(309)는 외부 장치와 네트워크 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있는데, 예를 들어, 유선통신 모듈, 무선통신 모듈, 근거리 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
로그인 프로세스
도 13 및 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 표시하는 시스템에 접근하기 위한 사용자/관리자 및 체험모드 로그인 과정을 나타내는 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
사용자 단말기(300) 또는 관리자 단말기(400)에서 외부 서버(100)와 데이터를 송수신하거나 웨어러블 로봇(200)과 연결하기 위해서는 로그인 과정이 선행될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 로그인 과정은 인증번호 입력 및 회원가입을 하는 사용자/관리자 로그인과 정보 입력 없이 체험을 위한 체험모드 로그인으로 구성될 수 있다.
도 13의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이, 사용자/관리자 로그인 과정은, 사용자/관리자 로그인 그래픽 유저 인터페이스(500)에서 전화번호 입력 표시 영역(510)의 전화번호 입력 영역(512)에서 전화번호를 입력하고 로그인(501)을 선택하는 단계, 인증번호 입력 그래픽 유저 인터페이스(502)에서 인증번호 입력 안내 영역(530)의 안내 문구에 따라 인증번호 입력 영역(532)에 인증번호를 입력하고 다음(503)을 선택하는 단계, 및 회원가입 그래픽 유저 인터페이스(504)에서 기본 정보 표시 영역(540)과 신체 정보 표시 영역(550)에 관련 정보를 입력하고 가입 신청(506)을 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 기본 정보 표시 영역(540)은 전화번호 입력 영역(542), 이름 입력 영역(544) 및 계정 타입 선택 영역(546)을 포함할 수 있고, 신체 정보 표시 영역(550)은 성별 선택 영역(552), 생년월일 입력 영역(554), 신장(cm) 입력 영역(556) 및 체중(kg) 입력 영역(558)을 포함할 수 있으며, 각 영역의 입력되는 정보들은 필요에 따라 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 체험모드 로그인 과정은 사용자/관리자 로그인 그래픽 유저 인터페이스(500)에서 체험모드 로그인(524)을 선택하는 단계, 및 인증번호를 입력하거나 회원가입을 위한 정보를 입력하는 과정 없이 체험모드 로그인 그래픽 유저 인터페이스(507)에서 체험모드 로그인(508)을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 체험모드 로그인과는 달리, 사용자, 즉 웨어러블 로봇 착용자가 전화번호를 입력한 후 인증번호 인증하고, 회원가입을 위한 정보를 입력하는 과정을 거쳐 로그인을 한 경우에는 로그인 정보는 사용자 단말기(100) 내에 저장될 수 있다. 로그인 정보가 사용자 단말기(100) 내에 저장된 경우, 사용자 단말기(100)에서 카테고리 선택 영역(110)의 계정관리(118) 탭을 선택한 후, 도 18에 도시된 사용자 계정 관리 그래픽 유저 인터페이스(1800)에서 로그 아웃(1802)을 선택하지 않는 한 로그인 과정을 다시 진행할 필요는 없다. 이는 관리자 단말기(400)에서 로그인을 진행하는 경우에도 마찬가지일 수 있다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 로그인 과정은 예시적인 것일 뿐이며, 다양한 방식의 로그인 과정을 채택할 수 있다. 예를 들어, 사용자 정보가 사용자 단말기 내의 메모리에 저장되어 있어, 해당 정보에 기초한 사용자 인증을 통해 로그인을 하는 방법, 또는 일반적인 소셜 미디어 플랫폼의 계정 정보를 입력하고, 플랫폼에서의 데이터 접근 권한 요청을 사용자가 승인함으로써, 소셜 미디어 플랫폼의 계정을 통해 로그인을 하는 방법을 채택할 수 있다.
블루투스 연결
도 15a는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말기와 웨어러블 로봇의 연동을 위해 블루투스 연결이 완료된 과정을 나타내는 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다. 도 15b는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말기와 웨어러블 로봇의 블루투스 연결이 실패된 과정을 나타내는 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다. 도 15c는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말기와 웨어러블 로봇의 블루투스 연결이 끊어진 과정을 나타내는 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 위에서 상술한 바와 같이 로그인 과정을 거친 후에는 웨어러블 로봇(200)과 사용자 단말기(300) 사이에 블루투스 연결이 진행될 수 있다. 이때, 상기 로그인 과정은 사용자/관리자 로그인 및 체험모드 로그인을 모두 포함할 수 있다.
도 15a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말기(300)와 웨어러블 로봇(200) 사이에서의 블루투스 연결이 완료되는 과정은, 블루투스 연결 시작 그래픽 유저 인터페이스(600)에서 로봇 검색(602)을 선택하여, 사용자 단말기(300)와 연결이 가능한 웨어러블 로봇(200)을 검색하는 단계, 블루투스 검색 중인 그래픽 유저 인터페이스(603)의 검색된 웨어러블 로봇 표시 영역(610)에서 검색된 웨어러블 로봇 선택 영역(612)을 선택하는 단계, 블루투스 연결 진행 중인 그래픽 유저 인터페이스(605)에서 블루투스 연결 진행 중(616)을 나타내는 로딩 과정을 거쳐, 블루투스 연결 완료 그래픽 유저 인터페이스(606)에서 블루투스 연결 완료 안내 문구(624)와 함께 블루투스 연결 완료 표시 영역(620)이 나타나고 그 영역 내의 확인(622)을 선택하면 연결이 완료되는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 검색된 웨어러블 로봇 표시 영역(610)은 검색된 웨어러블 로봇 선택 영역(612) 및 검색된 웨어러블 로봇의 수 정보 표시 영역(614)을 포함할 수 있다.
도 15b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말기(300)와 웨어러블 로봇(200) 사이에서의 블루투스 연결이 실패하는 과정은, 블루투스 연결 시작 그래픽 유저 인터페이스(600)에서 로봇 검색(602)을 선택하여, 사용자 단말기(300)와 연결이 가능한 웨어러블 로봇(200)을 검색하는 단계, 블루투스 검색 중인 그래픽 유저 인터페이스(603)의 검색된 웨어러블 로봇 표시 영역(610)에 검색된 웨어러블 로봇 선택 영역(612)을 선택하는 단계, 블루투스 연결 진행 중인 그래픽 유저 인터페이스(605)에서 블루투스 연결 진행 중(616)을 나타내는 로딩 과정을 거쳤지만, 블루투스 연결 실패 그래픽 유저 인터페이스(607)에서 블루투스 연결 실패 안내 문구(634)와 함께 블루투스 연결 실패 표시 영역(630)이 나타나고, 그 영역 내의 확인(632)을 선택하면 연결이 실패하게 되는 단계를 포함할 수 있다.
도 15c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말기(300) 및 웨어러블 로봇(200) 사이의 블루투스 연결이 끊어지는 과정은, 블루투스 연결된 웨어러블 로봇 표시 영역(640)을 통해 웨어러블 로봇(200)과 연결이 된 것을 확인할 수 있는 블루투스 연결이 된 그래픽 유저 인터페이스(608)에서 블루투스 연결 끊김 안내 문구(652)와 함께 블루투스 연결 끊김 표시 영역(650)을 포함하는 블루투스 연결이 끊어진 그래픽 유저 인터페이스(609)로 전환되면서 사용자 단말기(300) 및 웨어러블 로봇(200) 사이의 기존의 연결이 끊어지게 될 수 있다.
도 15a 내지 도 15c는 사용자 단말기(300)와 웨어러블 로봇(200) 사이의 블루투스 연결 과정에 대한 일반적인 실시예를 나타낸 것이며, 이에 한정하지 않고 다양한 블루투스 연결 상황을 상정할 수 있다. 또한, 이러한 예시들은 사용자 단말기(300)와 웨어러블 로봇(200) 사이에서의 연결에만 한정되는 것이 아니고, 관리자 단말기(400)와 웨어러블 로봇(200) 사이에서도 마찬가지로 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예로 사용자 단말기(300)와 웨어러블 로봇(200) 사이의 연결을 '블루투스 연결'로 상정하고 있지만, 웨어러블 로봇(200)과 스마트폰 등 사용자 단말기(300) 간의 무선 연결을 위해 여러 기술들이 사용될 수 있다. 구체적으로, BLE(Bluetooth Low Energy), UWB(Ultra-Wide-Band), Wi-Fi Direct, NFC(Near Field Communication), Zigbee 등이 있을 수 있다.
본 발명에 따르면, BLE(Bluetooth Low Energy) 및 UWB(Ultra-Wide-Band)에 대해 상세히 서술해보면, BLE(Bluetooth Low Energy)는 에너지 효율성을 극대화한 무선 통신 기술로서, 주로 소형, 배터리 구동 장치에서 널리 사용되며, 이는 저전력으로도 장시간 통신이 가능하게 하여, 웨어러블 기기, 헬스 케어 모니터, 스마트 홈 장치 등 다양한 분야에서 핵심적인 역할을 할 수 있다. UWB(Ultra-Wide-Band)는 고정밀 위치 추적과 데이터 전송에 탁월한 성능을 보이는 기술로서, 초광대역 주파수를 사용하여, 높은 데이터 전송률과 함께 정밀한 거리 측정 및 위치 추적을 가능하게 할 수 있다. 또한, 이 기술은 스마트폰, 자동차, 산업 자동화 등에서 사용되어 물리적 공간 내에서의 상호작용을 혁신적으로 개선할 수 있다.
따라서, 사용자 단말기(300)와 웨어러블 로봇(200) 사이의 연결은 블루투스 연결은 예시적인 것일 뿐이며 이에 한정하지 않고, 다양한 무선 연결 기술이 두 장치 사이에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말기(300)와 웨어러블 로봇(200) 사이에서 블루투스 연결이 되지 않는 등 무선 연결이 되지 않는 경우가 있을 수도 있다. 이러한 경우에는 사용자 단말기(300)와 웨어러블 로봇(200) 사이에 유선 연결을 통해 이를 해결할 수 있다.
웨어러블 로봇과 사용자 단말기의 연결 후 메인 화면(첫 화면)의 예시
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 로그인 및 블루투스 연결이 완료된 후 사용자/관리자 단말기에 메인 화면을 나타내는 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로그인 및 블루투스 연결이 순차적으로 완료가 되면, 메인 화면을 표시한 그래픽 유저 인터페이스가 단말기 상에 표시될 수 있다. 도 16의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 로그인 및 블루투스 연결이 완료된 후 사용자 단말기(300)의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이고, 도 16의 (b)는 관리자 단말기(400)의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면으로, 각 그래픽 유저 인터페이스의 상세 내용은 도면과 함께 후술할 것이다.
웨어러블 로봇 착용자의 실시간 보행 정보 그래픽 유저 인터페이스
도 17a는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 운동 전 휴식 모드를 나타내는 사용자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다. 도 17b는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 운동 시작 시 보조/운동 모드 및 토크 강도 중 적어도 하나를 설정한 사용자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다. 도 17c는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 운동 종료 시 로봇 운동 과정에서 측정되는 착용자의 보행에 관한 정보를 표시하는 사용자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다. 도 17d는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 운동 과정에서 착용자의 현재 위치 정보 및 거리 정보와 착용자의 보행 시간 정보를 표시하는 사용자 단말기의 보행 지도를 표시한 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다. 도 17e는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 운동을 종료할 경우, 보행 분석 정보가 생성되지 않았다는 알림을 표시하는 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 17a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말기(300)의 카테고리 선택 영역(310)에서 로봇 운동(312) 탭이 선택되면 웨어러블 로봇 착용자의 실시간 보행 정보가 표시되는 로봇 운동 그래픽 유저 인터페이스(800)가 나타나게 된다. 로봇 운동 그래픽 유저 인터페이스(800)는 웨어러블 로봇의 상태 정보 표시 영역(802), 착용자의 실시간 보행 정보 표시 영역(810), 운동 시작/종료 선택 영역(820), 보행 지도 선택 영역(830) 및 로봇 운동 설정 영역(840) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 운동 그래픽 유저 인터페이스(800)에서 표시되는 영역들에 대해서 상세히 설명하면, 웨어러블 로봇의 상태 정보 표시 영역(802)은 사용 시간 정보 표시 영역(803), 배터리 잔량 정보 표시 영역(804) 및 토크 게이지 바(bar) 정보 표시 영역(805) 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 착용자의 실시간 보행 정보 표시 영역(810)은 거리 정보 표시 영역(812), 걸음 수 정보 표시 영역(814), 속도 정보 표시 영역(816), 소모 칼로리 정보 표시 영역(818) 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 운동 시작/종료 선택 영역(820)에서는 운동 시작(822) 또는 운동 종료(824)를 선택할 수 있는 영역이고, 보행 지도 선택 영역(830)은 지도 보기(832)를 선택하면 보행 지도를 표시한 그래픽 유저 인터페이스(834)로 전환될 수 있는 영역이고, 로봇 운동 설정 영역(840)에서는 착용자의 보행 목적에 상응하는 보행 모드 및 토크 강도 중 적어도 하나를 설정하는 영역일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇의 상태 정보 표시 영역(802)에서, 사용 시간 정보 표시 영역(803)은 사용자가 착용한 웨어러블 로봇의 작동 정보에 기초한 웨어러블 로봇의 사용 시간과 관련한 정보를 표시할 수 있다. 배터리 잔량 정보 표시 영역(804)은 사용자가 착용한 웨어러블 로봇의 작동 정보에 기초한 웨어러블 로봇의 배터리 잔량과 관련한 정보를 표시할 수 있다. 토크 게이지 바 정보 표시 영역(805)은 사용자가 착용한 웨어러블 로봇의 작동 정보에 기초한 웨어러블 로봇이 웨어러블 로봇 착용자에게 가하는 토크 값과 관련한 정보를 바 게이지로 표시할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 토크 게이지 바 정보 표시 영역(805)에서, 토크 게이지 바는 보행 보조 또는 운동 중에 착용자에게 실제로 가해지는 토크 값을 확인하기 위한 지표로서, 착용자의 힙 각도에 기초하여 웨어러블 로봇(200)의 구동부(230)에서 결정된 토크 값에 비례하여 실시간으로 게이지 형태로 표시될 수 있다.
본 발명에 따르면, 토크 게이지 바는 아래의 [수학식 7]을 통해서 계산될 수 있다.
[수학식 7]
Figure PCTKR2024021371-appb-img-000015
위 [수학식 7]은 웨어러블 로봇(200)의 구동부(230)에서 최근 2걸음(1 stride)동안 발생한 최대 토크 값(max_torque)과 최소 토크 값(min_torque)의 차이를 기반으로 토크 비율을 계산한 식이다. 이때, [수학식 7]은 최대 토크 값과 최소 토크 값의 차이가 최대 12Nm(
Figure PCTKR2024021371-appb-img-000016
)가 되는 것으로 설정했는데, 이는 웨어러블 로봇(200)이 착용자에게 가하는 이상적인 토크 값의 범위를 -6Nm에서 +6Nm까지의 범위로 설정했기 때문이다. 이러한 범위가 반드시 모든 사람의 일반적인 보행 운동 과정에서 발생하는 토크 값의 범위를 정확하게 반영하는 것은 아닐 수 있다. 다만, 너무 낮은 토크는 충분한 보행 과정에서의 지원 또는 저항을 제공하지 못할 수 있고, 너무 높은 토크는 사용자의 보행 패턴을 방해하거나 부상 위험을 증가시킬 수 있기 때문에, -6Nm ~ +6Nm의 범위는 웨어러블 로봇(200)을 이용하는 목적과 사용자의 안전을 모두 충족시킬 수 있는 범위가 될 수 있다. 또한, 최대 토크 값과 최소 토크 값의 차이의 절댓값을 [수학식 7]에서 사용하는 이유는 사람의 걷는 과정은 다리가 앞으로 나아가는 동작과 뒤로 당겨지는 동작을 모두 포함하기 때문에, 토크는 양방향(양의 토크 및 음의 토크)으로 발생하여 토크 값은 양의 값과 음의 값을 모두 가질 수 있 때문이다.
구체적으로, 토크 게이지 값에 대한 예시를 들어보면 아래와 같다.
Max_torque = +6Nm, Min_torque = -6Nm인 경우,
Figure PCTKR2024021371-appb-img-000017
이며,
Max_torque = +3Nm, Min_torque = -3Nm인 경우,
Figure PCTKR2024021371-appb-img-000018
가 되고,
웨어러블 로봇 착용자의 보폭이 작거나 정지하면 토크 값은 0Nm이 되어 토크 게이지는 0%가 된다. 도 17c의 (b) 및 (c)에 토크 게이지 바가 50%, 0%인 경우를 각각 표시하고 있는 그래픽 유저 인터페이스가 도시되어 있다. 예를 들어, 토크 게이지 바가 50%인 그래픽 유저 인터페이스는 로봇 운동 중에 토크 게이지 바가 50%인 경우이거나 로봇 운동 종료 직전인 경우의 그래픽 유저 인터페이스 일 수 있고, 토크 게이지 바가 0%인 그래픽 유저 인터페이스는 착용자의 보폭이 작거나 정지 상태인 경우이거나 로봇 운동 종료 후 2~3초가 지난 경우의 그래픽 유저 인터페이스 일 수 있다.
또한, 토크 게이지는 로봇 운동 설정 영역(840)의 차등적인 토크를 제공하는 복수의 단계 중 적어도 하나를 포함하는 토크 강도의 설정과는 관계없이, 웨어러블 로봇 착용자의 현재 보행 과정에서의 힙 보폭(Hip Range of Motion), 다르게 말하면 고관절의 운동 범위에 비례하여 결정되는 토크 값에 의존하여 결정될 수 있기 때문에, 웨어러블 로봇 착용자는 로봇 운동 그래픽 유저 인터페이스(800)에서 표시된 토크 게이지를 통해 웨어러블 로봇(200)으로부터 착용자에게 가해지는 토크 값을 예상해볼 수 있고, 이를 토대로 토크 강도를 조절하여 착용자의 현재 상태에 맞는 보행 보조 또는 운동을 실시할 수 있다.
예를 들어, 이러한 시스템은 자동차의 가속 페달과 속도계에 비유할 수 있다. 가속 페달을 밟는 것은 보행 보조 또는 운동 장치의 세기(토크 강도)를 조절하는 것과 유사하며, 실제 속도(웨어러블 로봇의 경우는 토크)는 계기판(토크 측정 및 비율 계산)을 통해 확인할 수 있다.
따라서, 웨어러블 로봇 착용자는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇의 상태 정보 표시 영역(802)에서 알 수 있는 정보들을 바탕으로 보행 보조 또는 운동과 같은 로봇 운동을 하는 과정에서 웨어러블 로봇의 상태에 맞게 웨어러블 로봇을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 착용자의 실시간 보행 정보 표시 영역(810)에서, 거리 정보 표시 영역(812)은 사용자가 착용한 웨어러블 로봇의 작동 정보에 기초한 사용자의 운동 거리와 관련한 정보를 표시할 수 있다. 걸음 수 정보 표시 영역(814)은 사용자가 착용한 웨어러블 로봇의 작동 정보에 기초한 사용자의 걸음 수와 관련한 정보를 표시할 수 있다. 속도 정보 표시 영역(816)은 사용자가 착용한 웨어러블 로봇의 작동 정보에 기초한 사용자의 현재 보행 속도와 관련한 정보를 표시할 수 있다. 소모 칼로리 정보 표시 영역(818)은 사용자가 착용한 웨어러블 로봇의 작동 정보에 기초한 사용자의 소모 칼로리와 관련한 정보를 표시할 수 있다. 다만, 착용자의 실시간 보행 정보 표시 영역(810)에 포함되는 정보들은 예시적인 것이며, 필요에 따라 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 착용한 웨어러블 로봇의 작동 정보에 기초한 걸음 길이, 걸음 패턴, 연속 보행 시간, 보행 리듬, 경사도, 계단 상승 또는 하강 시 걸음 수 및 층 수 등의 정보가 추가적으로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 운동 시작/종료 선택 영역(820)에서, 운동 시작(822)과 운동 종료(824)를 선택할 수 있다. 구체적으로, 사용자가 운동 시작(822)을 선택하면 휴식 모드(842)의 상태인 웨어러블 로봇은 설정된 보행 모드 및 토크 강도 중 적어도 하나에 따른 로봇 운동이 시작될 수 있고, 운동 종료(824)를 선택하면 도 17c의 (a)에 도시된 바와 같이 로봇 운동 종료 그래픽 유저 인터페이스(808)에서 운동 종료 표시 영역(850)이 표시되고, 그 영역 내의 운동 종료(852)를 선택하면 웨어러블 로봇의 로봇 운동이 종료될 수 있다. 다만, 운동 종료 표시 영역(850) 내의 계속 운동(854)을 선택하면 로봇 운동은 종료되지 않고, 계속 진행될 수 있다.
도 17e에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 로봇 운동 종료 시 보행 분석 정보를 생성하기 위한 필요 조건을 충족하지 못한 경우, 운동 종료 표시 영역(850)에 보행 분석 정보가 생성되지 않았다는 알림(856)을 표시하는 그래픽 유저 인터페이스가 나타날 수 있다. 구체적으로, 웨어러블 로봇 착용자가 운동 시작/종료 선택 영역(820)에서 운동 종료(824)를 선택한 경우, 착용자의 보행 분석을 하기 위해 유의미한 정보가 부족하다면, 로봇 운동 과정에서 측정 및 계산되는 운동 기록이 저장되지 않고 보행 분석이 이루어지지 않을 수 있다. 이때, 유의미한 정보는 보행 분석 정보를 생성하기 위한 필요 조건(또는 보행 분석 조건)에 해당하고, 정보는 유효한 걸음 정보, 로봇 운동 시간 등과 같은 로봇 운동 과정에서 측정되는 착용자의 보행 정보를 포함할 수 있다.
예를 들면, '로봇 운동 시간'이 5분 이상 되지 않는 경우에는 도 17e의 (a)에 도시된 바와 같이, 그래픽 인터페이스 상에 "운동 시간이 5분 이상 되지 않아, 운동 기록이 저장되지 않습니다. 종료하시겠습니까?" 라는 보행 분석 정보가 생성되지 않았다는 알림(856)을 표시할 수 있다. 보행 분석을 하기 전에 운동 기록을 저장하는 것이 선행되어야 하므로, 운동 기록이 저장되지 않았다는 문구는 보행 분석 정보가 생성되지 않았다는 것을 암시할 수 있다.
또 다른 예를 들면, 웨어러블 로봇 착용자로부터 수집한 '유효한 걸음 정보'가 부족한 경우에는 도 17e의 (b)에 도시된 바와 같이, 그래픽 인터페이스 상에 "현재 걸음 정보로는 정확한 보행 분석이 어렵습니다. 그럼에도 운동 기록을 저장 후 종료하시겠습니까?" 라는 보행 분석 정보가 생성되지 않았다는 알림(856)을 표시할 수 있다. 보행 분석을 위해 요구되는 걸음 정보는 500 걸음 정도를 예시로 들 수 있다. 이때, 걸음 정보는 평지에서의 직선 보행에서 측정되는 걸음 수를 보행 분석 데이터에 반영하기 위해, 저속 및 느린 힙 스윙, 쉬는 동작 중 걸음 등을 필터링 아웃하기 위한 여러 조건을 사용하여 인정된 걸음 정보일 수 있다. 다만, 보행 분석을 위해 요구되는 걸음 정보가 500 걸음이라는 예시는 건강한 보행자를 기준으로 요구되는 정상 보행 분석 조건일 수 있고, 노인, 임산부 등의 저속 보행자(보행 약자)의 경우는 보다 완화된 보행 분석 조건을 적용할 수 있다. 예를 들어, 정상 보행 분석 조건이 500 걸음을 요구한다면, 완화된 보행 분석 조건은 50 걸음을 요구할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 보행 지도 선택 영역(830)에서, 지도 보기(832)를 선택하면 보행 지도를 표시한 그래픽 유저 인터페이스(832)로 전환될 수 있다. 도 17d에 도시된 바와 같이, 보행 지도를 표시한 그래픽 유저 인터페이스(832)는, 착용자의 현재 위치 정보 및 거리 정보를 표시한 보행 지도 표시 영역(860) 및 착용자의 보행 시간 정보 표시 영역(870) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 구체적으로, 착용자의 현재 위치 정보 및 거리 정보를 표시한 보행 지도 표시 영역(860)은 웨어러블 착용자의 현재 위치 정보에 기초하여 보조 모드 사용 표시 영역(862), 휴식 모드 사용 표시 영역(864) 및 운동 모드 사용 표시 영역(866) 중 적어도 하나를 지도 상에 표시하여 생성된 보행 지도를 포함할 수 있으며, 각각의 보행 모드는 보행 지도 상에 다른 색으로 표시됨으로써 구분될 수 있다. 착용자의 보행 시간 정보 표시 영역(870)은, 전체 운동 시간 표시 영역(872), 보조 모드 사용 시간 표시 영역(874) 및 운동 모드 사용 시간 표시 영역(876) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 보행 지도를 표시한 그래픽 유저 인터페이스(834)를 생성하는 방법은, 사용자 단말기(300)로부터 보행 지도 선택 영역(830)에 기초한 입력 정보를 수신하는 단계, 입력 정보를 수신 받은 후, 착용자의 현재 위치 정보를 수집하는 단계, 수집한 착용자의 현재 위치 정보 및 지도 개발 도구에 기초하여 보행 지도를 생성하는 단계, 및 생성한 보행 지도 및 수신 받은 착용자의 실시간 보행 정보에 기초하여 보행 지도를 표시한 그래픽 유저 인터페이스(834)를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 생성 과정에 대해 구체적으로 서술하면, 웨어러블 로봇 착용자가 사용자 단말기(300)의 인터페이스 상의 보행 지도 선택 영역(830)의 지도 보기(832)를 선택해 입력 정보가 송신되면, 입력 정보를 수신 받은 후 지도 서비스를 제공하는 공개된 API(Application Programming Interface) 또는 SDK(Software Development Kit)를 이용하여 착용자의 위치 정보 및 착용자의 실시간 보행 정보가 반영된 보행 지도를 생성할 수 있고, 생성된 보행 지도는 도 17d에 도시된 바와 같이 보행 지도를 표시한 그래픽 유저 인터페이스(832)의 착용자의 현재 위치 정보 및 거리 정보를 표시한 보행 지도 표시 영역에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 운동 설정 영역(840)에서, 보행 모드 및 토크 강도 중 적어도 하나를 설정할 수 있다. 운동 시작/종료 선택 영역(820)에서 운동 시작(822)이 선택되면 휴식 모드(842)에서 보행 모드 및 토크 강도 중 적어도 하나를 설정할 수 있게 되고, 보행 모드는 적어도 하나의 토크 전달 모드를 포함할 수 있고, 각각의 토크 전달 모드는 보행 목적에 상응하는 토크를 전달하는 모드일 수 있다. 예를 들어, 착용자의 보행을 보조하기 위한 용도로 웨어러블 로봇(200)을 이용하는 경우에는 웨어러블 로봇이 착용자에게 보조력 역할을 하는 토크를 제공할 수 있고, 착용자의 하체 근력을 강화하기 위한 용도로 이용하는 경우에는 웨어러블 로봇이 착용자에게 저항력 역할을 하는 토크를 제공할 수 있다.
구체적인 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 보행 모드는 보조 모드(841), 휴식 모드(842), 운동 모드(843) 및 등산 모드(847)일 수 있다. 보조 모드(841)는 착용자의 보행을 보조하기 위해 웨어러블 로봇(200)이 착용자에게 보조력을 가하는 모드일 수 있고, 휴식 모드(842)는 웨어러블 로봇(200)이 착용자에게 아무런 토크를 가하지 않는 모드 일 수 있다. 운동 모드(843)는 착용자의 하체 근력 강화를 위해 웨어러블 로봇(200)이 착용자에게 저항력을 가하는 모드일 수 있다. 등산 모드(847)는 평지가 아닌 경사진 오르막 또는 내리막을 이동하는 웨어러블 로봇 착용자의 보행을 보조하기 위한 모드일 수 있다. 이때, 등산 모드(847)는 등산 중 오르막을 오르는 과정에서 웨어러블 로봇(200)이 착용자에게 착용자의 보행을 보조하기 위해 보조력을 제공하거나 하체 근력 강화를 위해 저항력을 제공할 수 있다. 마찬가지로, 등산 모드(847)는 등산 중 내리막을 내려가는 과정에서도 착용자의 보행 목적에 따라 보조력 또는 저항력을 제공할 수 있다. 또한, 등산 모드(847)는 오르막 모드 또는 내리막 모드로 나눌 수 있고, 오르막 모드 또는 내리막 모드로 대체될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 보행 모드는 서로 다른 색상으로 구분될 수 있다. 복수의 보행 모드를 서로 다른 색상으로 구분하면서, 보행 모드를 잘못 제어하는 것을 미연에 방지할 수 있고, 모드 변경이 이루어진 경우에 모드가 변경된 사실 및 설정된 모드 정보를 명확하게 인지할 수 있다. 예를 들면, 휴식 모드, 보조 모드, 운동 모드, 등산 모드 각각은 초록색, 파란색, 자홍색, 주황색으로 표시될 수 있다. 또는 등산 모드가 오르막, 내리막 모드로 나뉘는 경우에는 오르막 모드는 하늘색으로, 내리막 모드는 주황색으로 표시될 수 있다. 이처럼, 복수의 모드를 서로 다른 색상으로 구분하여 그래픽 유저 인터페이스 상에 표시되면, 웨어러블 로봇(200)에 내재된 LED 표시 등도 동일한 색상으로 표현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 토크 강도는 차등적인 토크를 제공하는 복수의 단계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 토크 강도는 1단계(844), 2단계(845) 및 3단계(846)로 나타낼 수 있고, 1단계에서 3단계로 갈수록 보조 모드(841) 시 보조력과 운동 모드(843) 시 저항력의 세기는 증가할 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 필요에 따라 토크 강도에 포함되는 복수의 단계를 더 세분화할 수 있다.
도 17b는 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 모드 및 토크 강도가 설정된 그래픽 유저 인터페이스 화면을 도시한 도면이다. 도 17b의 (a)는 보조 모드(841) 및 1단계(844), 도 17b의 (b)는 운동 모드(843) 및 2단계(845), 도 17b의 (c)는 등산 모드(847) 및 2 단계(845)를 예시한 도면이다. 도면 상의 보행 모드 및 토크 강도는 앞에서 설명한 바와 같이 예시적인 것이며, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 운동 설정 영역(840)은 웨어러블 로봇 착용자의 실시간 보행 정보가 표시되는 로봇 운동 그래픽 유저 인터페이스(800)에서 영역 전체가 노출되고, 위치가 고정될 수 있다. 이는 하나의 그래픽 유저 인터페이스 내에서 스크롤 등으로 로봇 운동 설정 영역(840)이 이동되거나 일부가 표시되지 않는 것을 방지함으로써, 언제든지 웨어러블 로봇에 대해 원하는 보행 모드 및 토크 강도 중 적어도 하나를 설정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 운동 설정 영역(840)에서 보행 모드 및 토크 강도를 설정하는 영역은 분리될 수 있다. 예를 들어, 도 17a에서 로봇 운동 설정 영역(840)을 확대한 부분을 참조하면, 보행 모드를 설정하는 영역과 토크 강도를 설정하는 영역 사이에 일정한 간격을 두고 배치하는 방법일 수 있다. 보행 모드 및 토크 강도를 설정하는 영역이 분리되지 않은 경우에는 착용자의 안전에 위험한 상황이 발생할 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 로봇 착용자가 토크 강도를 변경하려 했으나, 보행 모드를 보조 모드(841)에서 운동 모드(843)로 변경한 경우에는 착용자가 예기치 못한 상황에서 웨어러블 로봇에서 발생하는 토크가 보조력에서 저항력으로 착용자에게 작용하게 되면서 인지 불일치에 의한 미연의 위험한 사고가 발생할 수 있다. 다만, 로봇 운동 설정 영역(840)에서 보행 모드 및 토크 강도를 설정하는 영역이 분리되는 것에 한정하지 않고, 보행 모드를 설정한 후 착오로 모드를 변경하지 못하도록 잠금 기능을 별도로 채택하는 등의 방식도 있을 수 있다.
또한, 도 17c에 도시된 바와 같이, 웨어러블 로봇 착용자가 보행 또는 운동을 완료한 이후에 로봇 운동 종료 그래픽 유저 인터페이스(808)에서 운동 종료(854)를 선택하는 경우, 보행 또는 운동 종료 후 보행 과정의 기록을 확인할 수 있다. 도 17c의 (b) 및 (c)는 운동 종료 후 로봇 운동 과정에서 기록된 정보의 예시를 나타낸 도면으로, 로봇 운동 종료 직전 그래픽 유저 인터페이스(809A) 및 로봇 운동 종료 2~3초 후 그래픽 유저 인터페이스(809B)를 각각 나타낸다. 웨어러블 로봇의 상태 정보 표시 영역(802)에서 토크 게이지 바 정보 표시 영역(805)을 살펴보면, 로봇 운동 종료 직전 그래픽 유저 인터페이스(809A)의 경우에는 운동 종료 직전에는 웨어러블 로봇(200)이 착용자에게 토크를 가하고 있는 상태이므로 토크 게이지 50%(805A)인 것을 확인할 수 있고, 로봇 운동 종료 2~3초 후 그래픽 유저 인터페이스(809B)의 경우에는 운동 종료 후 착용자의 움직임이 2~3초 동안 없었기 때문에 착용자의 힙 각도가 0이 되므로 토크 값도 0이 되어 토크 게이지 바 정보 표시 영역(805)에서 토크 게이지 0%(805B)를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 웨어러블 로봇 착용자는 사용자 단말기(300)의 로봇 운동(312) 탭의 로봇 운동 그래픽 유저 인터페이스에서, 로봇 운동 중에는 착용자의 실시간 보행 정보 표시 영역(810)에서 실시간으로 보행에 관한 정보를 확인할 수 있고, 로봇 운동 종료 시에는 로봇 운동 과정에서 기록된 보행에 관한 정보를 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇 착용자의 실시간 보행 정보를 표시한 그래픽 유저 인터페이스를 생성하는 방법은, 웨어러블 로봇(200)으로부터 착용자의 실시간 보행 정보를 수신하는 단계 및 수신 받은 착용자의 실시간 보행 정보에 기초하여 그래픽 유저 인터페이스를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 이를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇 착용자의 실시간 보행 정보를 표시하는 그래픽 유저 인터페이스가 생성될 수 있으며, 자세한 프로세스는 아래에서 서술하도록 한다.
웨어러블 로봇 착용자의 보행 분석 정보 생성 및 보행 분석 정보에 기초한 그래픽 유저 인터페이스 생성 프로세스
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇, 사용자 단말기 및 외부 서버 사이에서 송수신되는 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보를 나타내는 사용자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 18에 도시된 바와 같이, 흐름도를 통해 사용자 단말기(300)에서 운동 시작을 입력하여 웨어러블 로봇 착용자의 로봇 운동 과정을 거쳐 운동 종료가 입력되는 일련의 과정 속에서 사용자 단말기(300), 웨어러블 로봇(200), 외부 서버(100) 및 관리자 단말기(400)의 수행 역할 및 데이터 송수신 프로세스를 시간의 흐름에 따라 나타낼 수 있다.
본 발명에 따른 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보는 착용자의 보행 정보 및 착용자의 보행 분석 정보로 분류가 될 수 있다. 착용자의 보행 정보는 로봇 운동 과정에서 얻는 착용자의 실시간 보행 정보 및 착용자의 계량화된 신체/운동 능력수치 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 착용자의 보행 분석 정보는 착용자의 신체/운동 능력 정보 및 외부 서버(100) 또는 사용자 단말기(300)에 저장된 착용자의 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 착용자의 보행 정보는 사용자 단말기에 입력되는 착용자의 기본 정보를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇 착용자의 로봇 운동에 기초한 보행에 관한 정보를 표시한 그래픽 유저 인터페이스는, 착용자의 실시간 보행 정보를 표시한 그래픽 유저 인터페이스, 착용자의 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보를 표시한 그래픽 유저 인터페이스 및 착용자의 보행 분석 보고서를 표시한 그래픽 유저 인터페이스를 포함할 수 있다. 착용자의 실시간 보행 정보를 표시한 그래픽 유저 인터페이스는 웨어러블 로봇으로부터 착용자의 실시간 보행 정보를 기초로 생성될 수 있고, 착용자의 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보 또는 착용자의 보행 분석 보고서를 표시한 그래픽 유저 인터페이스는 착용자의 보행 정보에 기초하여 생성된 착용자의 보행 분석 정보를 기초로 생성될 수 있다.
이러한 그래픽 유저 인터페이스가 생성되는 단계를 운동 시작부터 종료까지의 과정으로 구체적으로 설명해보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇 착용자의 실시간 보행 정보를 표시한 그래픽 유저 인터페이스를 생성하는 방법은, 착용자가 사용자 단말기(300)의 도 17a에 도시된 로봇 운동 그래픽 유저 인터페이스(800) 상의 운동 시작/종료 선택 영역(820)에서 운동 시작(822)을 입력하는 '운동 시작' 입력 단계(S201), 사용자 단말기(300)로부터 보행 모드 및 토크 강도 중 적어도 하나의 세팅 준비 요청 정보가 웨어러블 로봇(200)으로 송신되는 단계(S203), 착용자가 사용자 단말기(300)에 표시된 로봇 운동 그래픽 유저 인터페이스(800)의 로봇 운동 설정 영역(840)에서 '운동' 모드 및 '2단계' 강도를 설정하는 단계(S205), 사용자 단말기(300)로부터 설정된 '운동' 모드 및 '2단계' 강도 정보가 웨어러블 로봇으로 송신되는 단계(S207), 웨어러블 로봇(200)에서 '운동' 모드 및 '2단계' 강도가 설정되는 단계(S209), 웨어러블 로봇(200)의 구동부(230)에서 착용자의 실시간 보행 정보를 측정 또는 계산하는 단계(S211), 웨어러블 로봇(200)으로부터 착용자의 실시간 보행 정보가 사용자 단말기(300)로 송신되는 단계(S213) 및 사용자 단말기(300)에서 착용자의 실시간 보행 정보 반영 및 출력하는 단계(S217)를 포함할 수 있다. 또한, 외부 서버(100)에서는 사용자 단말기(300)로부터 착용자의 실시간 보행 정보가 외부 서버(100)로 송신되는 단계(S215), 외부서버(100)에 착용자의 실시간 보행 정보가 저장되는 단계(S219)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇 착용자의 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보 또는 보행 분석 보고서를 표시한 그래픽 유저 인터페이스를 생성하는 방법은, 착용자의 보행 정보를 수신 받는 단계, 착용자의 보행 정보에 기초하여 착용자의 보행 분석 정보를 생성하는 단계 및 생성한 착용자의 보행 분석 정보에 기초하여 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보 또는 보행 분석 보고서를 표시한 그래픽 유저 인터페이스를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 착용자의 보행 분석 정보를 생성하는 단계는, 웨어러블 로봇으로부터 상기 착용자의 보행 정보를 수신 받는 단계, 수신 받은 착용자의 보행 정보에 기초하여 착용자의 신체/운동 능력 정보를 생성하는 단계 및 생성한 착용자의 신체/운동 능력 정보 및 외부 서버에 저장된 착용자의 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보 중 적어도 하나에 기초하여 착용자의 보행 분석 정보를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇(200)으로부터 착용자의 실시간 보행 정보를 수신 받는 단계는, 사용자 단말기(300)에서 설정된 보행 모드 및 토크 강도 정보 중 적어도 하나를 웨어러블 로봇(200)으로 송신하는 단계 및 송신한 후, 설정된 보행 모드 및 토크 강도 정보 중 적어도 하나에 기초하여 웨어러블 로봇(200)에서 생성된 착용자의 실시간 보행 정보를 수신 받는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 설정된 보행 모드 및 토크 강도 정보 중 적어도 하나를 송신하는 것은, 사용자 단말기(300)에 로봇 운동 설정 영역(840)을 표시한 그래픽 유저 인터페이스를 표시하는 단계 및 사용자 단말기(300)로부터 보행 모드 및 토크 강도 중 적어도 하나의 설정을 입력 받아 웨어러블 로봇으로 송신하는 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 착용자의 신체/운동 능력 정보를 생성하는 방법은 웨어러블 로봇(200)에서 착용자의 신체/운동 능력을 계량화하는 단계(S221), 웨어러블 로봇(200)으로부터 착용자의 계량화된 신체/운동 능력수치 정보를 사용자 단말기(300)로 송신하는 단계(S223) 및 사용자 단말기(300)로부터 착용자의 계량화된 신체/운동 능력수치 정보를 외부 서버(100)로 송신하고 저장되는 단계(S225, S229), 웨어러블 로봇(200) 및 사용자 단말기(300)에서 착용자의 '운동/신체 능력 정보'를 생성하는 단계(S227, S231), 및 웨어러블 로봇(200)으로부터 착용자의 신체/운동 능력 정보를 사용자 단말기(300)로 송신하는 단계(S233) 및 사용자 단말기(300)로부터 착용자의 신체/운동 능력 정보를 외부 서버(100)로 송신하는 단계(S235)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 착용자의 신체/운동 능력 정보가 생성된 후, 외부 서버(100)에서는, 착용자의 신체/운동 능력 정보를 저장하는 단계(S237) 및 장기 사용에 따른 실시간 보행 정보 및 신체/운동 능력 정보의 누적에 따른 통계 정보를 생성하는 단계(S239), 생성한 누적에 따른 통계 정보를 사용자 단말기(300)에 송신(S251)하고, 사용자 단말기(300) 내에 착용자의 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보를 반영하는 단계(S253)를 포함할 수 있다. 사용자 단말기(300)에서는, 웨어러블 로봇 착용자로부터 도 17c의 (a)에 도시된 로봇 운동 종료 그래픽 유저 인터페이스(808)의 운동 종료 표시 영역(820)에서 운동 종료(854)를 입력하는 '운동 종료' 입력 단계(S241), 운동 종료 입력 정보에 기초하여 휴식 모드로 화면이 전환되는 단계(S243), 운동 모드 종료 및 휴식 모드 전환 요청 정보를 웨어러블 로봇(200)으로 송신(S245)하고, 웨어러블 로봇(200)에서 운동 모드 및 2단계 강도 종료 후 휴식 모드를 설정하는 단계(S247)를 포함할 수 있다.
이러한 과정을 바탕으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇 착용자의 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보를 표시한 그래픽 유저 인터페이스는, 사용자 단말기(300)의 그래픽 유저 인터페이스에서 나의 활동(314)를 입력하는 단계(S255) 및 착용자의 보행에 관한 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보를 출력하는 단계(S257)를 거쳐 생성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 착용자의 보행 분석 보고서를 표시한 그래픽 유저 인터페이스는, 사용자 단말기(300)의 그래픽 유저 인터페이스에서 보행 분석(316)을 입력하는 단계(S261) 및 착용자의 보행 분석 보고서를 생성 및 출력하는 단계(S263)를 거쳐 생성될 수 있다. 이때, 생성된 착용자의 보행 분석 보고서 정보는 사용자 단말기(300)로부터 외부 서버(100)로 송신(S265)되어 착용자의 보행 분석 보고서는 외부 서버(100)에 저장(S267)될 수 있다.
앞에서 상술한 내용을 바탕으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇 착용자의 보행 분석 정보에 기초하여 생성되는 착용자의 누적된 보행에 따른 통계 정보 또는 착용자의 보행 분석 보고서는 로봇 운동을 종료하는 경우에 생성될 수 있다. 따라서, 착용자의 보행 분석 정보에 기초하여 그래픽 유저 인터페이스를 생성하는 단계는 사용자 단말기에서 운동 종료를 입력 받고, 입력 받은 운동 종료 정보를 웨어러블 로봇으로 송신하는 단계가 선행되는 단계를 포함할 수 있다.
도 18에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 관리자 단말기(400)는 외부 서버(100)를 통해 보행에 관한 정보를 송수신 받을 수 있는데, 구체적으로, 외부 서버(100)에 저장된 착용자의 실시간 보행 정보를 송신(S270)받아 관리자 단말기(400)에 착용자의 실시간 보행 정보를 반영 및 출력(S271)할 수 있고, 마찬가지로, 외부 서버(100)에 저장된 착용자의 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보를 송신(S272)받아 관리자 단말기(400)에 착용자의 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보를 반영 및 출력(S273)할 수 있고, 외부 서버(100)에 저장된 착용자의 보행 분석 보고서 정보를 송신(S274)받아 관리자 단말기(400)에 착용자의 보행 분석 보고서를 반영 및 출력(S275)할 수 있다. 다만, 관리자 단말기(400)가 외부 서버(100)를 통해서만 데이터를 송수신 받을 수 있는 것으로 한정되는 것은 아니며, 웨어러블 로봇(200)과의 유무선 연결을 통해 직접적으로 데이터를 송수신 받을 수 있다.
웨어러블 로봇 착용자의 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보를 표시한 그래픽 유저 인터페이스
도 19a는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 운동 과정들을 기록하여 '걸음수'를 기준으로 한 착용자의 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보를 표시한 사용자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다. 도 19b는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 운동 과정들을 기록하여 '거리'를 기준으로 한 착용자의 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보를 표시한 사용자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다. 도 19c는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 운동 과정들을 기록하여 '시간'을 기준으로 한 착용자의 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보를 표시한 사용자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말기(300)의 카테고리 선택 영역(310)에서 나의 활동(314) 탭이 선택되면 웨어러블 로봇 착용자의 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보가 표시되는 그래픽 유저 인터페이스가 나타나게 된다. 도 19a에 도시된 바와 같이, 카테고리 선택 영역(1010)에서 걸음 수(1012)가 선택된 걸음 수를 기준으로 한 착용자의 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보가 표시된 그래픽 유저 인터페이스(1000)은 카테고리 선택 영역(1010), 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보 표시 영역(1020), 선택된 날짜의 전체 보행 정보 표시 영역(1030) 및 선택된 날짜의 보행 별 기록 정보 표시 영역(1040) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 착용자의 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보가 표시된 그래픽 유저 인터페이스에서 표시된 영역들에 대해서 상세히 설명하면, 카테고리 선택 영역(1010)은 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보의 카테고리를 선택하는 영역이고, 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보 표시 영역(1020)은 외부 서버(100)에서 착용자의 보행에 관한 정보가 누적되어 생성된 통계 정보를 카테고리 선택 영역(1010)에서 선택된 카테고리를 기준으로 한 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보를 표시하는 영역이고, 선택된 날짜의 전체 보행 정보 표시 영역(1030)은 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보 표시 영역(1020)에서 선택된 날짜에 이루어진 한 번 이상의 로봇 운동 과정에서 누적된 전체 보행 정보를 표시하는 영역이고, 선택된 날짜의 보행 별 기록 정보 표시 영역(1040)은 각각의 로봇 운동 과정에서의 기록이 된 보행 정보를 표시하는 영역이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 카테고리 선택 영역(1010)은, 걸음 수(1012), 거리(1014) 또는 시간(1016)을 선택할 수 있고, 도 19a의 (a)에 도시된 카테고리는 3가지가 있으나, 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보의 카테고리는 필요에 따라 추가, 변경 및 삭제될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보 표시 영역(1020)은, 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보를 쉽게 알 수 있도록 바 또는 차트로 나타낼 수 있고, 바 또는 차트에는 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보의 평균을 나타내는 평균 추세선(1022)을 포함할 수 있고, 날짜에 따른 복수의 영역(1026)을 가질 수 있다. 날짜에 따른 복수의 영역(1026)은 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보에 비례하여 나타나고, 다른 날짜와 대비하여 상대적인 크기를 가질 수 있다. 상대적인 크기는 막대 길이, 게이지 바, 비율, 또는 그래프 등으로 표시될 수 있고, 도 19a에 도시된 것에 한정되지 않으며 날짜에 따른 복수의 영역(1026)에서 표시되는 정보를 쉽게 확인할 수 있도록 표시될 수 있다면 대체될 수 있다. 또한 날짜에 따른 복수의 영역(1026) 상의 어느 날짜를 표시하는 하나의 영역(1024)을 선택하면, 선택된 영역은 색깔을 달리하거나 강조 표시를 하는 등으로 다른 복수의 영역(1026)과는 구별될 수 있고, 선택된 날짜의 로봇 운동 과정에 따른 보행에 관한 정보가 그래픽 유저 인터페이스 상의 다른 영역에 표시될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선택된 날짜의 전체 보행 정보 표시 영역(1030)은, 걸음 수 정보 표시 영역(1031), 거리 정보 표시 영역(1032), 소모 칼로리 정보 표시 영역(1033), 전체 시간 정보 표시 영역(1034), 보행 시간 정보 표시 영역(1034) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 걸음 수 정보 표시 영역(1031)은, 선택된 날짜에 사용자가 착용한 웨어러블 로봇의 전체 작동 정보에 기초한 사용자의 걸음 수와 관련한 정보를 표시할 수 있다. 거리 정보 표시 영역(1032)은, 선택된 날짜에 사용자가 착용한 웨어러블 로봇의 전체 작동 정보에 기초한 사용자의 운동 거리와 관련한 정보를 표시할 수 있다. 소모 칼로리 정보 표시 영역(1033)은, 선택된 날짜에 사용자가 착용한 웨어러블 로봇의 전체 작동 정보에 기초한 사용자의 소모 칼로리와 관련한 정보를 표시할 수 있다. 보행 시간 정보 표시 영역(1034)은 전체 시간 정보 표시 영역(1034A), 보조 모드 시간 정보 표시 영역(1034B) 및 운동 모드 시간 정보 표시 영역(1034C)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 보행 시간 정보 표시 영역(1034)에서, 전체 시간 정보 표시 영역(1034A)은 선택된 날짜에 사용자가 착용한 웨어러블 로봇의 전체 작동 정보에 기초한 사용자의 작동 시간과 관련한 정보를 표시할 수 있고, 작동 시간은 보조 모드, 휴식 모드 및 운동 모드에서의 사용 시간의 합이 될 수 있다. 보조 모드 시간 정보 표시 영역(1034B)은 전체 시간 정보에서 보조 모드 상태에서의 웨어러블 로봇(200)의 작동 시간을 표시하는 영역이고, 운동 모드 시간 정보 표시 영역(1034C)은, 전체 시간 정보에서 운동 모드 상태에서의 웨어러블 로봇(200)의 작동시간을 표시하는 영역이다.
다만, 선택된 날짜의 전체 보행 정보 표시 영역(1030)에 포함되는 정보들은 예시적인 것이며, 사용자가 착용한 웨어러블 로봇의 작동 정보에 기초한 걸음 길이, 걸음 패턴, 연속 보행 시간, 보행 리듬, 경사도, 계단 상승 또는 하강 시 걸음 수 및 층 수 등의 정보도 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선택된 날짜의 보행 별 기록 정보 표시 영역(1040)은, 선택된 날짜의 보행 별 기록이 표시되는 복수의 영역(1042, 1044)을 포함할 수 있다. 선택된 날짜에 이루어진 보행의 횟수 만큼 복수의 영역(1042, 1044)의 개수가 결정되며, 복수의 영역에는 시작 시간 정보 표시 영역(1042A,B,C) 및 전체 시간 정보 표시 영역(1044A,B,C)이 포함될 수 있다. 다만 이는 예시적인 것으로, 필요에 따라 걸음 수, 운동 거리 등 보행에 관한 정보가 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다. 또한, 선택된 날짜의 보행 별 기록 정보 표시 영역(1040)은 복수의 영역(1042, 1044) 중 각 영역 마다 배치된 아래쪽 방향의 화살표(1046A)를 선택하면, 한 영역의 화살표 입력 정보에 기초하여 보행 별 상세 기록 정보 표시 영역(1050)이 나타나게 되고, 걸음 수, 운동거리, 소모 칼로리, 전체 시간, 보조 모드 시간 및 운동 모드 시간 중 적어도 하나를 포함한 보행 별 기록 각각이 복수의 영역(1042, 1044) 내의 보행 별 상세 기록 정보 표시 영역(1050)에 배치될 수 있다. 그래픽 유저 인터페이스 상에 보행 별 상세 기록 정보 표시 영역(1050)이 활성화된 경우, 복수의 영역(1042, 1044)에 배치된 위쪽 방향의 화살표(1046B)를 선택하면, 보행 별 상세 기록 정보 표시 영역(1050)이 비활성화된다.
도 19b에 도시된 바와 같이, 카테고리 선택 영역(1010)에서 거리(1014)가 선택된 경우, 거리를 기준으로 한 착용자의 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보가 표시된 그래픽 유저 인터페이스(1005)가 나타나 있으며, 도 19c에 도시된 바와 같이, 카테고리 선택 영역(1010)에서 시간(1016)가 선택된 시간을 기준으로 한 착용자의 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보가 표시된 그래픽 유저 인터페이스(1007)가 나타나 있다. 다만, 그래픽 유저 인터페이스 내에서 표시되는 세부 구성은 예시적인 것이며, 필요에 따라 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
따라서, 웨어러블 로봇 착용자는 사용자 단말기(100)의 나의 활동(314) 탭의 착용자의 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보를 표시한 그래픽 유저 인터페이스에서, 걸음 수 거리 또는 시간 중 선택된 카테고리를 기준으로 한 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보를 확인할 수 있고, 선택된 날짜의 전체 보행 정보 및 보행 별 기록 정보 중 적어도 하나를 확인할 수 있다.
웨어러블 로봇 착용자의 보행 분석 보고서를 표시한 그래픽 유저 인터페이스
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 지난 로봇 운동 과정에서 얻은 착용자의 보행에 관한 정보 및 외부 서버에 저장된 누적 데이터 중 적어도 하나를 바탕으로 하는 착용자의 보행 분석 정보에 기초한 보행 분석 보고서를 표시한 사용자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 20에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말기(300)의 카테고리 선택 영역(310)에서 보행 분석(316) 탭이 선택되면 웨어러블 로봇 착용자의 보행 분석 보고서를 표시한 그래픽 유저 인터페이스(1100)가 나타나게 된다. 웨어러블 로봇 착용자의 보행 분석 보고서를 표시한 그래픽 유저 인터페이스(1100)는 종합 보행 점수 및 나이 정보 표시 영역(1110), 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보 표시 영역(1120), 보행 지표 도식화 영역(1130) 및 보행 상세 분석 정보 표시 영역(1140) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇 착용자의 보행 분석 보고서를 표시한 그래픽 유저 인터페이스(1100)에서 표시된 영역들에 대해서 상세히 설명하면, 종합 보행 점수 및 나이 정보 표시 영역(1110)은 착용자의 신체, 나이 등의 기본 정보 및 착용자의 보행 분석 정보에 기초한 종합 보행 점수 및 보행 나이 정보를 표시할 수 있다. 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보 표시 영역(1120)은 착용자의 보행에 관한 정보 및 외부 서버에 저장된 누적 데이터 중 적어도 하나에 기초하여 착용자의 날짜 별 보행 점수에 관한 누적에 대한 통계 정보를 표시할 수 있다. 보행 지표 도식화 영역(1130)은 각각의 보행 지표에 대한 착용자의 점수, 연령의 평균 점수를 쉽게 비교 및 확인할 수 있도록 착용자의 보행 능력을 도식화를 통해 나타낼 수 있다. 보행 상세 분석 정보 표시 영역(1140)은 착용자의 보행 분석 정보를 기초로 계산된 보행 지표 별 점수를 확인할 수 있고 보행 지표 별 점수에 따른 현재 착용자의 보행 능력에 대한 피드백을 확인할 수 있도록 표시할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 종합 보행 점수 및 나이 정보 표시 영역(1110)은, 착용자의 종합 보행 점수 표시 영역(1112), 실제 나이 정보 표시 영역(1114) 및 보행 나이 정보 표시 영역(1116)을 포함할 수 있고, 착용자의 종합 보행 점수 표시 영역(1112) 및 보행 나이 정보 표시 영역(1116)에 표시되는 정보는 착용자의 장기 사용에 따른 실시간 보행 정보 및 신체/운동 능력 정보의 누적에 따른 통계 정보를 바탕으로 생성된 정보일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보 표시 영역(1120)은, 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보를 쉽게 알 수 있도록 바 또는 차트로 나타낼 수 있고, 바 또는 차트에는 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보의 평균을 나타내는 평균 추세선(1122)을 포함할 수 있고, 날짜에 따른 복수의 영역(1126)을 가질 수 있다. 날짜에 따른 복수의 영역(1126)은 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보에 비례하여 나타나고, 다른 날짜와 대비하여 상대적인 크기를 가질 수 있다. 상대적인 크기는 막대 길이, 게이지 바, 비율, 또는 그래프 등 날짜에 따른 복수의 영역(1126)에서 표시되는 수치들을 쉽게 확인할 수 있도록 표시될 수 있는 것이면 된다.
또한 날짜에 따른 복수의 영역(1126) 상의 어느 날짜를 표시하는 하나의 영역(1124)을 선택하면, 선택된 영역은 색깔을 달리하거나 강조 표시를 하는 등으로 다른 복수의 영역(1126)과는 구별될 수 있고, 선택된 날짜의 로봇 운동 과정에 따른 보행에 관한 정보가 그래픽 유저 인터페이스 상의 다른 영역에 표시될 수 있다. 또한, 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보는 날짜 별 보행 점수에 관한 누적에 대한 통계 정보를 나타내는 것일 수 있으나, 날짜 별 보행 점수에 관한 것이 아닌 일주일 또는 월 별 보행 점수에 관한 것일 수도 있는 바, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 보행 지표 도식화 영역(1130)은, 보행 지표 별 점수, 보행 지표 별 점수를 연결한 사용자의 보행 지표 그래프(1136) 및 연령 평균에 따른 보행 지표 별 점수를 연결한 연령 평균 보행 지표 그래프(1137)을 포함할 수 있다. 위 영역은 착용자의 보행 지표 별 점수를 도식화한 것으로, 착용자의 보행 지표 별 점수와 연령 평균에 따른 보행 지표 별 점수를 비교할 수 있도록 착용자의 보행 능력을 도형으로 나타낼 수 있다.
구체적으로, 착용자의 보행 지표 별 점수를 도식화하는 방법에는 막대 그래프, 선그래프, 원형 그래프, 산점도, 히스토그램, 상자 그림, 히트맵 등이 있을 수 있으며, 이러한 방법은 착용자의 보행 지표 별 점수와 연령 평균에 따른 보행 지표 별 점수를 쉽게 비교할 수 있다면 제한되지 않는다. 또한 보행 지표 별 점수는 속도(1131), 민첩성(1132), 근력 강도(1133), 안정성(1134) 및 균형도(1135)의 점수일 수 있다. 다만, 착용자의 보행에 관한 신체/운동 능력을 측정 및 분석하는데 중요한 다른 요소가 존재한다면 위에서 언급된 5가지의 보행 지표 이외에 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 보행 상세 분석 정보 표시 영역(1140)은, 보행 지표 별 점수 표시 영역(1142) 및 보행 지표 별 점수에 따른 피드백 표시 영역(1144) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 보행 지표 별 점수 표시 영역(1142)에 표시되는 보행 지표 별 점수는 위에서 언급된 바와 같이 도 11에 도시된 것에 한정되지 않으며, 각 지표 별 점수를 숫자로만 표시할 수도 있으며, 막대 그래프나 선형 그래프 등과 같이 웨어러블 로봇 착용자가 자신의 보행 지표 별 점수를 쉽게 확인할 수 있도록 다양한 방법으로 표시될 수 있다. 보행 지표 별 점수에 따른 피드백 표시 영역(1144)은, 착용자의 보행 지표 별 점수를 분석하여 착용자에게 적절한 피드백을 포함할 수 있고, 구체적으로 착용자의 피드백은 착용자의 보행 능력의 강점, 보완점, 착용자의 보행 능력이 유지될 경우 신체 상에 발생할 수 있는 문제점 또는 착용자의 나이에 맞는 보행 능력을 갖추기 위한 방법이나 프로그램의 소개 등이 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 보행 지표 별 점수에서, 속도는 로봇 운동 과정에서 측정한 시간 대비 이동거리를 통해 속도를 측정할 수 있고, 민첩성은 TUG(Test Up and Go)처럼 민첩성을 측정하기 위한 적절한 코스를 빠르고 정확하게 완수하는데 걸리는 시간을 통해 측정할 수 있다. 근력 강도는 특정 근육군에 대한 최대 힘을 측정하거나 반복 테스트를 통해 지구력을 평가하여 측정할 수 있는데, 예를 들어, 의자에서 일어서기를 반복하는 동안 소요되는 시간을 측정하여 하체의 근력을 평가할 수 있다. 안전성은 균형을 유지하면서 특정 자세를 얼마나 오래 유지할 수 있는지 또는 보행 과정에서는 지면에 대한 반응 측정을 통해 측정할 수 있다. 균형도는 단순히 한 발로 서 있는 시간을 측정하거나, 보다 복잡한 균형 테스트를 수행하여 균형 유지 능력을 측정할 수 있다. 이러한 방식으로 측정된 각 보행 지표 별 수치에 대해서 적절한 평가 기준을 설정하고, 설정된 기준에 따라 보행 지표 별 수치를 점수화할 수 있다. 평가 기준으로는, 예를 들어 절대 점수, 표준화된 점수, 등급 점수 또는 백분위 점수 등 다양한 평가 기준이 있을 수 있다.
따라서, 사용자 단말기(300)의 보행 분석(316) 탭의 착용자의 보행 분석 보고서를 표시한 그래픽 유저 인터페이스는 생성된 착용자의 보행 분석 정보를 바탕으로 보행 지표 별 수치를 측정하고, 그러한 수치를 평가 기준에 따라 점수화를 한 다음, 모든 지표들을 종합하여 전반적인 신체 능력을 평가하고, 이러한 분석 결과를 웨어러블 로봇 착용자가 쉽게 확인할 수 있도록 제공하는 역할을 할 수 있다. 또한, 착용자는 이러한 분석 결과를 토대로 프로그램 추천(1149)을 통해 맞춤형 프로그램 정보 추천을 받을 수 있고, 공유하기(1148)를 통해 분석 결과를 타인에게 공유하거나 다른 장치 등에 저장할 수 있다.
딥러닝 모델에 기초한 보행 분석 추정 보고서 및 맞춤형 프로그램 정보를 표시한 그래픽 유저 인터페이스
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 딥러닝 모델에 기초하여 웨어러블 로봇 착용자의 보행 분석 정보를 추정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 인간 피드백 기반 강화학습 (Reinforecement Learning with Human Feedback, RLHF)에 기초하여 중요도 파라미터를 학습할 수 있다. 인간 피드백 기반 강화학습(RLHF)이란, 강화 학습과 사람의 피드백을 결합한 것으로, 인공지능 모델을 통해 출력된 정보를 사람의 피드백에 기초하여 학습시킴으로써 인공지능의 성능을 향상시키는 학습 방법이다. 본 발명의 일 실시예에 따라 학습된 중요도 파라미터에 기초하여 웨어러블 로봇 착용자의 보행 분석 정보를 추정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인간 피드백 기반 강화 학습 방법은, 웨어러블 로봇 착용자가 적어도 1회의 보행 운동을 하는 동안 웨어러블 로봇의 구동부로부터 구동부 파워 정보를 획득하는 단계(S301), 획득된 구동부 파워 정보에 기초하여 착용자의 제1 운동 정보를 추정하는 단계(S302), 웨어러블 로봇 착용자의 신체 정보를 획득하는 단계(S303), 추정된 착용자의 제1 운동 정보 및 획득된 착용자의 신체 정보에 기초한 알고리즘의 연산으로 제2 운동 정보를 계산하는 단계(S304), 계산된 제2 운동 정보에 대하여 학습 피드백을 수행하는 단계(S305), 및 학습 피드백에 따라 알고리즘이 가중치 파라미터를 업데이트하는 단계(S306)를 포함할 수 있다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용자의 다른 유형의 보행에 관한 정보를 멀티모달 데이터로 결합하고 딥러닝 모델에 기초하여 보행 분석 정보를 추정하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따르면, 웨어러블 착용자의 다른 유형의 보행에 관한 정보를 멀티모달 데이터로 결합하고 딥러닝 모델을 통해 보행 분석 정보를 추정하기 위한 방법은, 다른 유형의 보행에 관한 정보가 2개인 경우, 제1 정보 획득 단계(S400), 획득된 제1 정보의 데이터 전처리를 수행하는 단계(S402), 제2 정보 획득 단계(S410), 획득된 제2 정보의 데이터 전처리를 수행하는 단계(S412), 멀티모달 데이터로 결합하는 단계(S420), 멀티모달 데이터를 딥러닝 모델에 학습시키는 단계(S430) 및 딥러닝 모델의 출력으로 웨어러블 로봇 착용자의 보행 분석 정보를 추정하여 획득하는 단계(S440)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 제1 정보 획득 단계(S400)는 사용자 단말기(300)에서 웨어러블 로봇 착용자의 기본 정보를 획득할 수 있다. 웨어러블 로봇 착용자의 기본 정보는 사용자 단말기에서의 정보뿐만 아니라 외부 서버에 저장된 정보를 포함할 수 있고, 착용자의 나이, 성별 등과 같은 일반적인 정보와 착용자의 신체, 몸무게 등과 같은 신체적인 정보를 포함할 수 있다. 다만, 제1 정보는 웨어러블 로봇 착용자의 기본 정보로 제한되는 것은 아니고 다양한 형태의 정보를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 획득된 제1 정보의 데이터 전처리를 수행하는 단계(S402)는 획득한 제1 정보를 멀티모달 데이터로 결합하는데 적합한 형태로 변환할 수 있다. 예를 들어, 획득한 제1 정보는 일반적으로 자연어 정보의 한 예인 텍스트 정보 일 수 있다. 텍스트 정보에 대한 데이터 전처리 과정은 자연어 처리(NLP)의 한 과정으로, 일반적으로 텍스트를 토큰으로 나누는 단계, 불필요한 토큰을 제거하는 단계, 텍스트를 숫자로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 텍스트를 토큰으로 나누는 단계는 텍스트를 토큰화(Tokenization)하는 것으로 긴 텍스트 문자열을 더 작고 관리 가능한 단위인 토큰으로 분할할 수 있다. 텍스트를 토큰으로 나누는 방법은 단어 토큰화 (Word Tokenization), 문장 토큰화 (Sentence Tokenization), 구 토큰화 (Phrase Tokenization), 서브워드 토큰화 (Subword Tokenization) 등을 포함할 수 있다.
또한, 텍스트 정보의 토큰화가 진행되고 난 후, 정제(Cleaning) 작업과 정규화(Normalization) 작업이 진행될 수 있다. 정제 작업은 토큰화 작업에 방해가 되는 부분을 배제하기 위한 것으로, 토큰화 작업에 앞서 이루어질 수도 있다. 정규화 작업은 텍스트 정보를 표준화하여 표준 형태로 변환할 수 있다. 정제 및 정규화 작업을 하기 위한 방법은 정규화(Normalization), 어간 추출(Stemming), 표제어 추출(Lemmatization), 대소문자 통일, 숫자 처리나 동의어 처리 등을 포함할 수 있다. 정제 및 정규화 작업은 불필요한 텍스트 정보를 배제하고 표준화하는 과정에서, 아래의 불필요한 토큰을 제거하는 단계와 중첩되는 부분이 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 불필요한 토큰을 제거하는 단계는 텍스트 정보를 멀티모달 데이터로 결합하는데 적합한 형태로 변환하는 것에 방해가 되는 불필요한 정보를 제거할 수 있다. 불필요한 토큰을 제거하는 방법은 불용어 제거, 특수 문자 및 숫자 제거, 짧은 단어 제거 등과 같은 제거 목록을 설정하여 불필요한 토큰을 제거하는 방법을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 텍스트를 숫자로 변환하는 단계는 텍스트 정보를 숫자 정보로 변환할 수 있다. 딥러닝 모델과 같은 기계 학습 모델은 숫자 데이터를 처리하기 때문이며, 텍스트를 숫자로 변환하는 방법으로는 정수 인코딩(Integer Encoding), 원-핫 인코딩(One-hot Encoding), 바이트 페어 인코딩(Byte Pair Encoding, BFE), Bag of Words (BoW), TF-IDF, 워드 임베딩(Word Embeddings) 등을 포함할 수 있다.
한편, 전술한 텍스트 정보의 데이터 전처리 과정에 대한 구체적인 기재는, 본 발명의 일 실시예에 따른 획득된 제1 정보의 데이터 전처리를 수행하는 단계를 설명하기 위한 단순한 예시일 뿐이며, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 따라서, 제1 정보의 데이터 전처리를 수행하는 단계(S402)는 획득된 정보를 딥러닝 모델에 입력시키기 위한 충분한 양의 유의미한 데이터를 얻기 위한 데이터 어그멘테이션 과정을 포함할 수 있다. 데이터 어그멘테이션 기법에는 피치 시프팅(Pitch Shifting) 어그멘테이션, TUT(TileUnTile) 어그멘테이션 및 노이즈 부가 어그멘테이션을 포함할 수 있다. 전술한 어그멘테이션 기법은 단순한 예시일 뿐이며, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 다른 유형의 보행에 관한 정보가 2개인 경우, 제2 정보 획득 단계(S410)는 웨어러블 로봇 착용자의 로봇 운동 과정에서 사용자 단말기(300), 웨어러블 로봇(200) 및 외부 서버(100) 중 적어도 하나를 통해서 보행에 관한 정보를 획득할 수 있다. 본 발명에 따른 착용자의 보행에 관한 정보는 착용자의 보행 정보 및 착용자의 보행 분석 정보로 분류가 될 수 있다. 착용자의 보행 정보는 로봇 운동 과정에서의 착용자의 실시간 보행 정보 및 착용자의 계량화된 신체/운동 능력수치 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 착용자의 보행 분석 정보는 착용자의 신체/운동 능력 정보 및 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라서, 제2 정보의 데이터 전처리를 수행하는 단계(412)는 획득된 정보를 딥러닝 모델에 입력시키기 위한 충분한 양의 유의미한 데이터를 얻기 위한 데이터 어그멘테이션 과정을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 획득된 제2 정보의 데이터 전처리를 수행하는 단계(S412)는 획득한 제2 정보를 멀티모달 데이터로 결합하는데 적합한 형태로 변환할 수 있다. 예를 들어, 획득한 제2 정보는 복수의 센서로부터 얻은 센싱된 데이터일 수 있다. 센싱된 데이터에 대한 데이터 전처리 과정은 일반적으로 센싱된 데이터를 정제 및 정규화하는 단계, 센싱된 데이터의 특성 추출 및 변환하는 단계, 센싱된 데이터를 통합하고 형식을 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 센싱된 데이터를 정제 및 정규화하는 단계는 데이터의 일관성을 보장하고, 분석이나 모델링 과정에서의 오류를 최소화하기 위한 것으로, 센싱된 데이터에서 노이즈를 제거하고, 데이터의 품질을 향상시키기 위한 초기의 데이터 처리 과정일 수 있다. 이러한 방법은 이상치 제거, 결측치 처리, 정규화 및 표준화 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 센싱된 데이터의 특성 추출 및 변환하는 단계는 센서 데이터의 유용한 정보를 추출하고, 분석 또는 모델링을 위해 적합한 형태로 데이터를 변환할 수 있다. 이러한 방법은 평균, 표준편차 FFT(Fast Fourier Transform) 등을 사용하여 데이터의 중요한 특성을 추출하고, PCA(Principal Component Analysis), MDS(Multidimensional Scaling), T-SNE(t-distributed Stochastic Neighbor Embedding), ICA(Independent Component Analysis), LDA(Linear Discriminant Analysis) 등을 사용하여 데이터를 변환하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 센싱된 데이터를 통합하고 형식을 조정하는 단계는 복수의 센서로부터 얻은 데이터를 통합하고, 분석이나 모델링에 적합한 최종 형태로 조정할 수 있다. 이러한 방법은 시퀀스 패딩(Sequence Padding), 훈련, 검증, 테스트로의 데이터 세트의 분할, 최종 데이터 형식 변환 등을 포함할 수 있다.
한편, 전술한 센싱된 데이터의 데이터 전처리 과정에 대한 구체적인 기재는, 본 발명의 일 실시예에 따른 획득된 제2 정보의 데이터 전처리를 수행하는 단계를 설명하기 위한 단순한 예시일 뿐이며, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 멀티모달 데이터로 결합하는 단계(S420)는 데이터 전처리 과정을 거친 다른 유형의 복수의 정보를 멀티모달 데이터로 결합하는 것으로, 딥 러닝 모델에 멀티모달 데이터를 입력하기 위하여 데이터를 결합한다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 멀티모달 데이터로 결합하는 단계(S420)는 전처리된 제1 정보와 전처리된 제2 정보를 동일한 형식의 데이터로 결합하는 것일 수 있다. 구체적으로, 제1 정보는 사용자 단말기(300)에서 얻어지는 텍스트 정보이고, 제2 정보는 사용자 단말기(300) 또는 외부 서버(100)에서 얻어지는 센싱된 데이터일 수 있다. 이때, 딥러닝 모델의 입력으로 사용하기 위해 제1 정보와 제2 정보는 도메인이 동일하지 않을 수 있기 때문에, 각각의 데이터를 제1 정보와 제2 정보에 관한 것이라고 라벨링을 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 멀티모달 데이터로 결합하는 단계(S420)는 제1 정보 및 제2 정보 중 적어도 하나에 대해 어그멘테이션을 진행한 후 각각의 정보를 결합할 수 있다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른, 멀티모달 데이터로 결합하는 단계(S420)의 구체적인 기재는 다른 유형의 복수의 정보가 2개인 경우에 전처리된 제1 정보 및 제2 정보를 멀티모달 데이터로 결합하는 단순한 예시일 뿐이며, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 멀티모달 데이터를 딥러닝 모델에 학습시키는 단계(S430)는 상술한 딥러닝 모델의 학습을 위해 적합한 형태로 복수의 데이터를 가공하고 결합한 멀티모달 데이터를 딥러닝 모델에 입력하여 학습시킬 수 있다. 또한, 멀티모달 데이터의 형태가 딥러닝 모델에서 요구되는 형태가 아니라면 가공을 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 딥러닝 모델의 출력으로 웨어러블 로봇 착용자의 보행 분석 정보를 추정하여 획득하는 단계(S440)는 멀티모달 데이터를 입력받아 학습된 딥러닝 모델을 사용하여 착용자의 보행 분석 정보를 추정하고, 이를 출력할 수 있다. 이때, 추정된 착용자의 보행 분석 정보는 한 가지 형태로 제한되지 않으며 다양한 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 다른 실시예에 따르면, 웨어러블 착용자의 다른 유형의 보행에 관한 정보 각각을 추론한 것을 멀티모달 데이터로 결합하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 다른 유형의 보행에 관한 정보가 2개인 경우, 제1 정보 획득 단계, 획득된 제1 정보의 전처리를 수행하는 단계, 전처리된 제1 정보를 딥러닝 모델의 입력으로 하여 보행에 관한 정보를 추론하는 단계, 제2 정보 획득 단계, 획득된 제2 정보의 전처리를 수행하는 단계, 전처리된 제2 정보를 추론 모델의 입력으로 하여 보행에 관한 정보를 추론하는 단계, 멀티모달로 데이터를 결합하는 단계 및 멀티모달 데이터의 결합으로 웨어러블 로봇 착용자의 보행 분석 정보를 추정하여 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라서, 전처리된 제2 정보를 추론 모델의 입력으로 하여 보행에 관한 정보를 추론하는 단계는 기 학습된 추론 모델의 입력으로 하여, 보행에 관한 정보를 추론할 수 있다. 딥러닝 과정에서의 추론 모델은 기 학습된 모델을 사용하여 새로운 정보에 대한 예측이나 결론을 도출하는 모델이고, 기 학습된 추론 모델은, 상술한 보행 분석 모델일 수 있으나 이에 한정되지 아니하고, 기 학습된 추론 모델은 목적을 달성하기 위한 다양한 형태의 방식의 추론 모델일 수 있다. 기 학습된 추론 모델은 다양한 방식이 채용될 수 있다.
다만, 도 22에 도시된 흐름도를 설명하는 구체적인 기재는 다른 유형의 복수의 정보가 2개인 경우를 설명하는 단순한 예시일 뿐이며, 복수의 정보의 개수나 정보의 유형은 제한되지 않는다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 딥러닝 모델에 기초하여 추정된 착용자의 보행 분석 정보에 기초한 보행 능력 추정 보고서를 표시하는 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다. 도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 딥러닝 모델에 기초하여 웨어러블 로봇 착용자의 보행 능력에 적합한 맞춤형 운동 프로그램 정보를 표시하는 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 딥러닝 모델에 기초하여 생성된 보행에 관한 정보를 제공하기 위한 그래픽 유저 인터페이스는 웨어러블 로봇 착용자의 보행 능력 추정 보고서를 표시한 그래픽 유저 인터페이스 및 착용자의 맞춤형 프로그램 정보를 표시한 그래픽 유저 인터페이스를 포함할 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 딥러닝 모델에 기초한 웨어러블 로봇 착용자의 보행 능력 추정 보고서 또는 맞춤형 프로그램 정보를 표시한 그래픽 유저 인터페이스 생성 방법은, 착용자의 보행에 관한 정보를 획득하는 단계, 획득한 착용자의 보행에 관한 정보를 바탕으로 딥러닝 모델을 학습시키는 단계, 학습시킨 딥러닝 모델에 기초하여 착용자의 보행 분석 정보를 추정하는 단계 및 추정한 착용자의 보행 분석 정보에 기초하여 그래픽 유저 인터페이스를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 착용자의 보행에 관한 정보를 획득하는 단계는, 웨어러블 로봇으로부터 착용자의 보행 정보를 수신 받는 단계, 수신 받은 착용자의 보행 정보에 기초하여 착용자의 보행 분석 정보를 생성하는 단계 및 생성한 착용자의 보행 분석 정보에 기초하여 착용자의 보행에 관한 정보를 획득하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 착용자의 보행에 관한 정보는 착용자의 로봇 운동 과정에서 측정되는 보행 정보, 사용자 단말기(300) 또는 외부 서버(100)에 저장되어 있는 착용자의 보행 분석 정보일 수 있다. 또한, 착용자의 보행에 관한 정보 이외에도 보행에 관한 다양한 정보 및 착용자의 보행 또는 운동 과정에서의 신체/운동 능력을 향상시킬 수 있는 다양한 프로그램 정보를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 딥러닝 모델을 학습시키는 단계는, 획득한 착용자의 보행에 관한 정보가 복수 개의 다른 형태인 경우에, 획득한 착용자의 보행에 관한 정보를 멀티모달 데이터로 결합하고, 결합한 멀티모달 데이터를 바탕으로 딥러닝 모델을 학습시키는 단계일 수 있다. 다만, 복수의 보행에 관한 정보가 동일한 형태, 즉 동일 도메인이라면 단일모달 데이터로 간주되므로, 멀티모달 데이터로 결합하는 단계는 생략될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇 착용자의 보행 분석 정보를 생성하는 단계, 착용자의 보행 분석 정보를 생성하기 위해 착용자의 보행 정보를 수신하는 단계 및 착용자의 보행 정보를 수신 받기 위해 설정된 보행 모드 및 토크 강도 정보를 하나를 송신하는 단계는 도 18에 도시된 바와 같이, 앞에서 설명한 내용과 동일할 수 있다.
도 23에 도시된 바와 같이, 사용자 단말기(300)에서 본 발명의 일 실시예에 따른 딥 러닝 모델에 기초하여 추정된 착용자의 보행 분석 정보에 기초한 웨어러블 로봇 착용자의 보행 능력 추정 보고서를 표시한 그래픽 유저 인터페이스(1500)가 나타나게 된다. 웨어러블 로봇 착용자의 보행 능력 추정 보고서를 표시한 그래픽 유저 인터페이스(1500)는 추정된 종합 보행 점수 표시 영역(1510), 착용자의 기본 정보 표시 영역(1520, 1530), 추정된 보행 지표 도식화 영역(1540) 및 추정된 보행 상세 분석 정보 표시 영역(1550) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 착용자의 보행 능력 추정 보고서를 표시한 그래픽 유저 인터페이스(1500)에서 표시되는 영역들에 대해서 상세히 설명하면, 추정된 종합 보행 점수 표시 영역(1510)은 딥러닝 모델에 기초하여 추정된 착용자의 보행 분석 정보에 기초한 착용자의 추정 보행 종합 점수 및 추정 보행 나이에 관한 정보를 표시할 수 있다. 착용자의 기본 정보 표시 영역(1520, 1530)은 착용자가 사용자 단말기(300)에서 입력한 기본적인 정보이거나 외부 서버(100)에서 저장된 기본 정보를 표시할 수 있다.
본 발명에 따르면, 추정된 보행 지표 도식화 영역(1540)은 딥러닝 모델에 기초하여 추정된 착용자의 보행 분석 정보에 기초한 각각의 보행 지표에 대한 추정된 착용자의 점수 및 연령의 평균 점수를 쉽게 비교 및 확인할 수 있도록 추정된 착용자의 보행 능력에 관한 정보를 도식화를 통해 표시할 수 있다. 보행 상세 분석 정보 표시 영역(1550)은 딥러닝 모델에 기초하여 추정된 착용자의 보행 분석 정보를 기초로 계산된 보행 지표 별 추정 점수를 확인할 수 있고, 보행 지표 별 추정 점수에 따른 추정된 착용자의 보행 능력에 대한 피드백에 관한 정보를 표시할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 추정된 종합 보행 점수 표시 영역(1510)은 착용자의 추정된 종합 보행 점수 표시 영역(1512), 실제 나이 정보 표시 영역(1514) 및 추정된 보행 나이 정보 표시 영역(1516)을 포함할 수 있고, 착용자의 추정된 종합 보행 점수 표시 영역(1512) 및 추정된 보행 나이 정보 표시 영역(1516)에 표시되는 정보는 딥러닝 모델에 기초하여 추정된 착용자의 보행 분석 정보에 기초한 정보일 수 있다. 이때, 딥러닝 모델에 학습되는 정보는 착용자의 보행에 관한 정보일 수 있다. 구체적으로 착용자의 보행에 관한 정보는 착용자의 기본 정보, 착용자의 실시간 보행 정보 및 외부 서버(100)에 저장된 착용자의 장기 사용에 따른 실시간 보행 정보 및 신체/운동 능력 정보의 누적에 따른 통계 정보를 바탕으로 생성된 정보 중 적어도 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 착용자의 기본 정보 표시 영역(1520, 1530)은 착용자의 일반 정보 표시 영역(1520) 및 착용자의 신체 정보 표시 영역(1530)을 포함할 수 있고, 그 밖에 웨어러블 착용자에 관한 기본적인 정보라면 필요에 따라 추가될 수 있다. 착용자의 일반 정보 표시 영역(1520)은 착용자의 성별 정보 표시 영역(1522) 및 나이 정보 표시 영역(1524) 등 일반적인 정보 표시 영역을 포함할 수 있고, 착용자의 신체 정보 표시 영역(1530)은 착용자의 신장(cm) 정보 표시 영역(1532) 및 체중(kg) 정보 표시 영역(1534) 등 착용자의 신체에 관한 정보 표시 영역을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 추정된 보행 지표 도식화 영역(1540)은 보행 지표 별 추정 점수, 보행 지표 별 추정 점수를 연결한 사용자의 보행 지표 그래프(1546) 및 연령 평균에 따른 보행 지표 별 점수를 연결한 연령 평균 보행 지표 그래프(1547)을 포함할 수 있다. 위 영역은 착용자의 보행 지표 별 추정 점수를 도식화한 것으로, 착용자의 보행 지표 별 추정 점수와 연령 평균에 따른 보행 지표 별 점수를 비교할 수 있도록 추정된 착용자의 보행 능력을 도형으로 나타낼 수 있다.
구체적으로, 착용자의 보행 지표 별 추정 점수를 도식화하는 방법에는 막대 그래프, 선그래프, 원형 그래프, 산점도, 히스토그램, 상자 그림, 히트맵 등이 있을 수 있으며, 이러한 방법은 착용자의 보행 지표 별 추정 점수와 연령 평균에 따른 보행 지표 별 점수를 쉽게 비교할 수 있다면 제한되지 않는다. 또한 보행 지표 별 추정 점수는 속도(1541), 민첩성(1542), 근력 강도(1543), 안정성(1544) 및 균형도(1545)의 점수일 수 있다. 다만, 착용자의 보행 능력을 추정하고, 추정된 착용자의 보행 능력을 분석하는데 중요한 다른 요소가 존재한다면 위에서 언급된 5가지의 보행 지표 이외에 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 추정된 보행 상세 분석 정보 표시 영역(1550)은 보행 지표 별 추정 점수 표시 영역(1552) 및 보행 지표 별 추정 점수에 따른 피드백 표시 영역(1554) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 보행 지표 별 추정 점수 표시 영역(1552)에 표시되는 보행 지표 별 추정 점수는 위에서 언급된 바와 같이 도 15에 도시된 것에 한정되지 않으며, 각 지표 별 추정 점수를 숫자로만 표시할 수도 있으며, 막대 그래프나 선형 그래프 등과 같이 웨어러블 로봇 착용자가 자신의 보행 지표 별 추정 점수를 쉽게 확인할 수 있도록 다양한 방법으로 표시될 수 있다. 보행 지표 별 추정 점수에 따른 피드백 표시 영역(1554)은, 착용자의 보행 지표 별 추정 점수를 분석하여 착용자에게 적절한 피드백을 포함할 수 있고, 구체적으로 착용자의 피드백은 추정된 착용자의 보행 능력에 따른 강점, 보완점, 추정된 착용자의 보행 능력이 유지될 경우 신체 상에 발생할 수 있는 문제점 또는 착용자의 나이에 맞는 적절한 보행 능력을 갖추기 위한 방법이나 프로그램의 소개 등이 있을 수 있다.
도 24에 도시된 바와 같이, 사용자 단말기(300)에서 본 발명의 일 실시예에 따른 딥러닝 모델에 기초하여 웨어러블 로봇 착용자의 보행 능력에 적합한 맞춤형 운동 프로그램 정보를 표시한 그래픽 유저 인터페이스(1500)가 나타나게 된다. 웨어러블 로봇 착용자의 맞춤형 프로그램 정보를 표시한 그래픽 유저 인터페이스(1600)는 제안된 맞춤형 프로그램 표시 영역(1610), 종합 보행 점수 표시 영역(1620), 보행 지표 도식화 영역(1630) 및 제안된 프로그램의 상세 내용 표시 영역(1640) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 착용자의 맞춤형 프로그램 정보를 표시한 그래픽 유저 인터페이스(1500)에서 표시되는 영역들에 대해서 상세히 설명하면, 제안된 맞춤형 프로그램 표시 영역(1610)은 복수의 프로그램 중 웨어러블 로봇 착용자의 보행 분석 정보에 적합한 맞춤형 프로그램을 표시할 수 있다. 종합 보행 점수 표시 영역(1620)은 딥러닝 모델에 기초한 맞춤형 프로그램을 진행한 경우에 향상될 것으로 예상되는 종합 보행 점수를 표시할 수 있다. 보행 지표 도식화 영역(1630)은 각각의 보행 지표에 대한 착용자의 점수, 연령의 평균 점수 및 딥러닝 모델에 기초한 맞춤형 프로그램을 진행한 경우에 향상될 것으로 예상되는 착용자의 점수를 쉽게 비교 및 확인할 수 있도록 착용자의 보행 능력을 도식화를 통해 나타낼 수 있다. 제안된 프로그램의 상세 내용 표시 영역(1640)은 딥러닝 모델에 기초한 맞춤형 프로그램 정보를 기본 원칙 및 프로그램 구성 등으로 상세하게 표시할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제안된 맞춤형 프로그램 표시 영역(1610)은 딥러닝 모델에 기초하여 밸런스 프로그램(1612), 스트렝스 프로그램(1614) 및 자세 교정 프로그램(1616) 중에서 착용자의 보행 능력에 적합한 프로그램을 제안하는 영역으로, 하이라이트(Highlight), 밑줄, 굵게 표시하거나 도형을 활용하는 등으로 제안하는 프로그램을 강조하여 표시할 수 있다. 또한, 후술하겠으나, 프로그램은 상술한 종류에 한하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 종합 보행 점수 표시 영역(1620)은 착용자의 보행 분석 정보에 기초한 착용자의 보행 능력에 따른 종합 보행 점수 정보(1622) 및 딥러닝 모델에 기초한 맞춤형 프로그램을 진행한 경우에 향상될 것으로 예상되는 종합 보행 점수 정보(1624)를 포함할 수 있다. 이는 예시적인 것일 뿐이며, 딥러닝 모델에 기초한 맞춤형 프로그램을 실행하여 예상되는 종합 보행 점수를 나타내는 것이라면 추가적인 사항을 부가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 보행 지표 도식화 영역(1630)은 보행 지표 별 점수, 보행 지표 별 점수를 연결한 사용자의 보행 지표 그래프(1636) 및 연령 평균에 따른 보행 지표 별 점수를 연결한 연령 평균 보행 지표 그래프(1637)을 포함할 수 있다. 또한, 딥러닝 모델에 기초한 맞춤형 프로그램을 진행한 경우에 향상될 것으로 예상되는 보행 지표 별 점수를 연결한 보행 지표 예상 그래프(1638)를 포함할 수 있다. 위 영역은 착용자의 보행 지표 별 점수를 도식화한 것으로, 착용자의 보행 지표 별 점수, 연령 평균에 따른 보행 지표 별 점수 및 딥러닝 모델에 기초한 맞춤형 프로그램을 진행한 경우에 향상될 것으로 예상되는 보행 지표 별 점수를 비교할 수 있도록 착용자의 보행 능력을 도형으로 나타낼 수 있다.
구체적으로, 착용자의 보행 지표 별 점수를 도식화하는 방법에는 막대 그래프, 선그래프, 원형 그래프, 산점도, 히스토그램, 상자 그림, 히트맵 등이 있을 수 있으며, 이러한 방법은 착용자의 보행 지표 별 점수와 연령 평균에 따른 보행 지표 별 점수를 쉽게 비교할 수 있다면 제한되지 않는다. 또한 보행 지표 별 점수는 속도(1631), 민첩성(1632), 근력 강도(1633), 안정성(1634) 및 균형도(1635)의 점수일 수 있다. 다만, 착용자의 보행에 관한 신체/운동 능력을 측정 및 분석하는데 중요한 다른 요소가 존재한다면 위에서 언급된 5가지의 보행 지표 이외에 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 보행 지표 도식화 영역(1630)에서, 착용자의 보행 지표 별 점수는 딥러닝 모델에 기초하여 추정된 착용자의 보행 지표 별 추정 점수를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제안된 프로그램의 상세 내용 표시 영역(1640)은 딥러닝 모델에 기초하여 제안된 맞춤형 프로그램 정보를 나타내는 것으로, 프로그램을 실행하기 위한 기본 원칙 정보 표시 영역(1641) 및 프로그램 구성 정보 표시 영역(1642)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 프로그램을 진행하기 전 주의점, 프로그램을 구성하는 각 단계의 세부 내용 또는 안전 수칙 등을 포함할 수 있으며, 단순히 그래픽 유저 인터페이스 상에 표시된 것에 한정되지 않는다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 딥러닝 모델에 기초하여 웨어러블 로봇 착용자의 보행 능력에 적합한 맞춤형 운동 프로그램 정보 및 예상되는 효과를 나타낸 도면이다.
도 25에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 딥러닝 모델에 기초하여 웨어러블 로봇 착용자에게 제안할 수 있는 맞춤형 프로그램 정보 및 프로그램을 진행한 경우 예상되는 효과를 예시할 수 있다. 구체적으로, 제안할 수 있는 맞춤형 프로그램 정보는 도 25(a)에 예시되어 있는 밸런스 프로그램(1702), 스트렝스 프로그램(1704), 자세 교정 프로그램(1706)를 포함할 수 있고, 각 프로그램을 진행한 경우에 예상되는 효과는 도 25(b) 내지 도 25(d)에 도시된 바와 같이 보행 지표 도식화 영역으로 표시될 수 있다. 다만, 예상되는 효과는 웨어러블 로봇 착용자가 사용자 단말기(300) 상의 그래픽 유저 인터페이스에서 직관적으로 예상되는 효과를 인식할 수 있다면 표현되는 형태 또는 방식은 제한되지 않는다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 딥러닝 모델에 기초하여 웨어러블 로봇 착용자에게 제안할 수 있는 맞춤형 프로그램 정보는 향상되는 보행 지표 별 점수에 따라서 다른 특징을 가지는 맞춤형 프로그램 정보일 수 있다.
트레이너 추가 및 등록
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말기에 관리자의 정보를 등록하기 위한 과정을 나타낸 그래픽 유저 인터페이스가 도시된 되면이다. 도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 관리자 단말기에 사용자 정보를 등록하기 위한 과정을 나타낸 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 26의 (a) 내지 (e)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇 착용자가 사용자 단말기(300)에 관리자 정보를 등록하기 위한 과정은, 사용자 단말기(300)의 카테고리 선택 영역(310)에서 계정관리(318) 탭을 선택하여 사용자 계정 관리 그래픽 유저 인터페이스(1800)가 표시되는 단계, 사용자 계정 관리 그래픽 유저 인터페이스(1800) 상의 계정 설정 영역(1810)에서 '나의 트레이너(1814)'를 선택하는 단계, 트레이너 정보를 표시하는 그래픽 유저 인터페이스(1803)에서 '추가하기(1804)'를 선택하는 단계, 트레이너 검색 그래픽 유저 인터페이스(1805)에서 트레이너 전화번호 입력 영역(1852)에 관리자의 전화번호를 입력하고 검색(1854)을 선택하는 단계, 트레이너 추가 그래픽 유저 인터페이스(1806)에서 검색 정보 확인 영역(1862)에서 검색된 관리자를 확인하고 추가(1864)를 선택하는 단계 및 트레이너 추가 요청 완료 그래픽 유저 인터페이스(1807)에서 트레이너 추가 요청 완료 표시 영역(1870)가 표시된 것을 확인하고 추가(1874)를 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 트레이너는 관리자를 지칭하는 용어일 수 있다.
도 27 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 관리자가 관리자 단말기에 사용자 정보를 등록하기 위한 과정은, 관리자 단말기(400)의 카테고리 선택 영역(410)에서 계정관리(416) 탭을 선택하여 회원 관리 그래픽 유저 인터페이스(1900)가 표시되는 단계, 회원 관리 그래픽 유저 인터페이스(1900)에서 회원 추가 요청 표시 영역(1910)에 표시되는 회원을 선택하는 단계, 회원을 선택한 후 회원 추가 요청 응답 그래픽 유저 인터페이스(1902)의 회원 추가 요청에 대한 응답 표시 영역(1930)에서 수락(1934) 및 거절(1936) 중 하나를 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
도 27(c)에 도시된 바와 같이, 회원 추가 요청에 대한 응답 표시 영역(1930)에서 수락(1934)를 선택한 경우, 추가된 회원을 반영한 그래픽 유저 인터페이스(1903)이 나타나게 되고, 도 27(d)에 도시된 바와 같이, 추가된 회원을 선택하면, 관리 중인 회원의 정보가 표시된 그래픽 유저 인터페이스(1904)에서 선택한 회원에 대한 회원 정보(1942) 또는 보행 분석 정보(1944)를 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 회원 관리 그래픽 유저 인터페이스(1900)에서 회원 추가 요청 표시 영역(1910)에 회원 추가 요청 정보가 수신되지 않은 경우에는, 새로고침(1901) 버튼을 선택하여 해당 정보를 수신 받을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 회원 관리 그래픽 유저 인터페이스(1900)에서 관리자가 관리 중인 회원 정보 표시 영역(1920)은 관리자가 회원 추가 요정 정보를 수신 받아 이를 승낙한 회원들의 목록을 표시할 수 있다. 이때, 관리 중인 회원 정보 표시 영역(1920)은 회원 수 정보 표시 영역(1921), 회원 이름 검색 영역(1922), 분류 기준 표시 영역(1923) 및 등록된 회원 정보 표시 영역(1924)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회원 수 정보 표시 영역(1921)은 관리자가 관리자 단말기(400)에 등록한 회원의 수를 표시할 수 있고, 회원 이름 검색 영역(1922)은 검색 창에 찾고자 하는 회원 이름을 입력할 수 있는 영역이고, 분류 기준 표시 영역(1923)은 등록된 회원 정보 표시 영역(1924)에 표시되는 회원들을 분류 기준에 따라 표시할 수 있도록 설정하는 영역이고, 등록된 회원 정보 표시 영역(1924)은 회원의 이름과 함께 회원의 기본 정보 및 보행 정보 중 적어도 하나를 표시할 수 있는 영역이다.
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 및 관리자의 각 정보를 사용자 단말기 및 관리자 단말기 각각에 등록되는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 28에 도시된 바와 같이, 사용자 및 관리자의 각 정보를 사용자 단말기(300) 및 관리자 단말기(400) 각각에 등록되는 과정은 사용자 단말기(300)에서 트레이너의 전화번호 입력/검색을 통해 트레이너 추가 요정을 하는 단계(S501), 사용자 단말기(300)로부터 트레이너 추가 요청 수신을 받은 외부 서버(100)가 회원 추가 요청을 관리자 단말기(400)로 송신하는 단계(S503), 외부 서버(100)로부터 회원 추가 요청을 관리자 단말기(400)에서 회원 추가 요청을 수락하는 단계(S505), 관리자 단말기(400)에서의 회원 추가 수락 정보가 외부 서버(100)로 송수신 및 저장되고, 각 단말기에 트레이너/회원 정보가 각각 등록되는 단계(S507)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 및 관리자의 각 정보를 사용자 단말기 및 관리자 단말기 각각에 등록되는 과정은 예시적인 것에 불과하고, 사용자가 트레이너 추가 요청을 하고 관리자가 이를 승낙하여 각 정보가 각 단말기에 등록되는 것이 아닌, 다른 인증 수단을 이용하여 독립적으로 사용자 단말기(300)에서 관리자 정보를 등록하거나 관리자 단말기(400)에서 사용자 정보를 등록할 수 있다.
또한, 앞에서 상술한 트레이너 또는 관리자는 웨어러블 로봇 착용자의 로봇 운동 과정을 관리, 감독하는 역할을 맡은 사람을 말하며, 관리자는 의사, 재활치료사, 간호사, 체육관의 헬스 트레이너, 운동 프로그램 전문가 등 일 수 있다.
사용자 계정관리
도 29a 및 도 29b는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자의 계정 정보를 확인 및 수정할 수 있는 사용자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다. 도 30은 본 발명의 일 실시예에 따른 관리자의 정보 확인 및 등록 삭제를 할 수 있는 사용자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다. 도 31은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자의 사용 로봇의 정보를 확인할 수 있는 사용자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말기(300)의 카테고리 선택 영역(310)에서 계정관리(318) 탭을 선택하여 표시되는 사용자 계정 관리 그래픽 유저 인터페이스(1800)는 계정 설정 영역(1810), 환경 설정 영역(1820), 기타 영역(1830) 및 로그 아웃(1802)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 계정 관리 그래픽 유저 인터페이스(1800) 상의 계정 설정 영역(1810)은 사용자 정보 및 관리자 정보를 확인할 수 있다. 계정 설정 영역(1810)에서 '나의 정보(1812)'를 선택하면, 도 29a의 (b)에 도시된 바와 같이, 사용자 정보를 표시한 그래픽 유저 인터페이스(2100)가 나타나게 되고, 사용자 정보를 표시한 그래픽 유저 인터페이스(2100)는 사용자 정보 표시 영역(2110) 및 기본 정보 표시 영역(2120)을 포함할 수 있다. 사용자 정보 표시 영역(2110)은 전화번호 정보 표시 영역(2112) 및 이름 정보 표시 영역(2114)을 포함할 수 있고, 기본 정보 표시 영역(2120)은 성별 정보 표시 영역(2122), 생년월일 정보 표시 영역(2124), 신장(cm) 정보 표시 영역(2126), 체중(kg) 정보 표시 영역(2128)을 포함할 수 있다. 다만, 사용자 정보 표시 영역(2110) 및 기본 정보 표시 영역(2120)에 포함되는 상세 내용은 변경될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 계정 설정 영역(1810)에서 '나의 정보(1812)'를 선택한 후 각 정보를 표시한 영역을 선택하면, 도 29b의 (a) 내지 (d)에 도시된 바와 같이, 사용자 단말기(300) 내에 저장된 사용자에 관한 사용자 정보 및 기본 정보를 삭제하고, 새로운 정보로 수정할 수 있다. 이때, 수정된 정보는 사용자 단말기(300)로부터 외부 서버(100)로 송신될 수 있고, 수신 받은 외부 서버(100) 내에 저장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 계정 설정 영역(1810)에서 '나의 트레이너(1814)'를 선택하면, 도 30의 (b)에 도시된 바와 같이 관리자 정보를 표시하는 그래픽 유저 인터페이스(1803)가 나타나게 되고, 관리자 정보를 표시하는 그래픽 유저 인터페이스(1803)는 등록된 관리자 정보 표시 영역(2210)을 포함하고, 앞에서 설명한 사용자가 새로운 관리자를 추가하기 위해 추가 요청을 할 수 있는 추가하기(1804) 버튼을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 등록된 관리자 정보 표시 영역(2210)은 사용자 단말기에 등록된 관리자의 정보를 표시할 수 있다. 예를 들어, 관리자의 정보는 관리자의 성명, 성별, 전화번호, 그 밖의 정보 등을 포함할 수 있다. 등록된 관리자 정보 표시 영역(2210)에서 등록된 관리자 중 한 명을 선택하는 경우, 도 30의 (c)에 도시된 바와 같이, 선택한 관리자에 대한 정보를 상세하게 확인할 수 있고, 등록된 관리자의 정보를 삭제(2240) 버튼을 통해 삭제할 수 있다. 또한, 등록된 관리자의 정보가 사용자 단말기 내에서 삭제가 된 경우에는 삭제가 되었다는 정보가 외부 서버(100)로 송신되고, 수신 받은 외부 서버(100)에서는 저장된 관리자의 정보를 삭제할 수 있다. 다만, 저장되고 삭제되는 로그 기록은 외부 서버(100)에 여전히 남아 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 계정 관리 그래픽 유저 인터페이스(1800) 상의 환경 설정 영역(1820)은 사용 로봇 정보 표시 영역(1822)을 포함할 수 있다. 사용 로봇 정보 표시 영역(1822)은 사용자 단말기와 무선으로 연결되고, 사용자가 착용하는 웨어러블 로봇에 관한 정보를 표시할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 환경 설정 영역(1820)에서 '사용 로봇(1822)'을 선택하면, 도 31의 (b)에 도시된 바와 같이, 웨어러블 로봇 정보 표시 영역(2310)을 포함하는 웨어러블 로봇 정보가 표시된 그래픽 유저 인터페이스(2300)가 나타나게 된다. 웨어러블 로봇 정보 표시 영역(2310)은 웨어러블 로봇의 고유한 모델명을 표시할 수 있는 로봇 모델명 정보 표시 영역(2312) 및 웨어러블 로봇에 대해 설정한 이름(관리번호)을 표시하는 로봇 이름 정보 표시 영역(2314)를 포함할 수 있다. 이때, 로봇 이름 정보 표시 영역(2314)에 표시되는 로봇 이름(관리번호)은 사용자 또는 관리자가 설정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 계정 관리 그래픽 유저 인터페이스(1800) 상의 기타 영역(1830)은 고객 지원, 개인 정보 보호 방침, 이용 약관, 사용자 단말기에 저장된 애플리케이션의 버전 정보에 관한 정보를 표시할 수 있는 영역을 포함할 수 있다. 각 영역을 클릭하는 경우에는 고객 지원, 개인 정보 보호 방침, 이용 약관, 사용자 단말기에 저장된 애플리케이션의 버전 정보에 관한 상세한 내용들을 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 계정 관리 그래픽 유저 인터페이스(1800) 상의 복수의 영역들은 예시적인 것이며, 그 밖에 사용자의 계정을 관리하는데 필요한 정보를 표시하는 영역을 추가로 포함할 수 있다.
관리자 계정관리
도 32는 본 발명의 일 실시예에 따른 관리자의 계정 정보를 확인 및 수정할 수 있는 관리자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다. 도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말기에 연결된 웨어러블 로봇의 로봇 이름(관리번호)을 설정하는 관리자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 관리자 단말기(400)의 카테고리 선택 영역(410)에서 계정관리(416) 탭을 선택하여 표시되는 관리자 계정 관리 그래픽 유저 인터페이스(2400)는 계정 및 환경 설정 영역(1810), 기타 영역(2420) 및 로그 아웃(2402)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 관리자 계정 관리 그래픽 유저 인터페이스(2400) 상의 계정 및 환경 설정 영역(2410)은 관리자 정보 및 사용자 단말기(300)와 연결되는 웨어러블 로봇의 정보를 확인할 수 있다. 계정 및 환경 설정 영역(2410)에서 '나의 정보(2412)'를 선택하면, 도 32의 (b)에 도시된 바와 같이, 관리자 정보를 표시한 그래픽 유저 인터페이스(2403)가 나타나게 되고, 관리자 정보를 표시한 그래픽 유저 인터페이스(2403)는 관리자 정보 표시 영역(2430), 기본 정보 표시 영역(2440), 회원 탈퇴(2404)를 포함할 수 있다. 관리자 정보 표시 영역(2430)은 전화번호 정보 표시 영역(2432) 및 이름 정보 표시 영역(2434)을 포함할 수 있고, 기본 정보 표시 영역(2440)은 성별 정보 표시 영역(2442), 생년월일 정보 표시 영역(2444), 신장(cm) 정보 표시 영역(2446), 체중(kg) 정보 표시 영역(2448)을 포함할 수 있다. 다만, 관리자 정보 표시 영역(2430) 및 기본 정보 표시 영역(2440)에 포함되는 상세 내용은 변경될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 계정 및 환경 설정 영역(2410)에서 '나의 정보(2412)'를 선택한 후 각 정보를 표시한 영역을 선택하면, 사용자 단말기(300)에 관한 도 29b의 (a) 내지 (d)에서와 마찬가지로, 관리자 단말기(400) 내에 저장된 관리자에 관한 관리자 정보 및 기본 정보를 삭제하고, 새로운 정보로 수정할 수 있다. 이때, 수정된 정보는 관리자 단말기(400)로부터 외부 서버(100)로 송신될 수 있고, 수신 받은 외부 서버(100) 내에 저장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 관리자 계정 관리 그래픽 유저 인터페이스(2400) 상의 계정 및 환경 설정 영역(2410)에서 '로봇 설정(2414)'을 선택하면, 도 33의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 웨어러블 로봇 이름 설정 그래픽 유저 인터페이스(2500)가 나타나게 된다. 웨어러블 로봇의 이름을 설정하는 과정은, 웨어러블 로봇 이름 설정 그래픽 유저 인터페이스(2500) 상의 로봇 검색(2502) 버튼을 선택하는 단계, 로봇 검색(2502) 버튼을 선택한 후, 검색된 웨어러블 로봇 표시 영역(2510)에 사용자 단말기(300) 또는 관리자 단말기(400)와 연결할 수 있는 웨어러블 로봇을 표시하는 단계, 검색된 웨어러블 로봇(2514)을 선택하는 단계 및 웨어러블 로봇의 이름(관리번호) 입력 영역(2504)에 이름(관리번호)를 입력하고, 설정 완료(2505) 버튼을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
이러한 과정을 거친 경우, 설정된 웨어러블 로봇 이름(관리번호) 정보는 관리자 단말기에 저장되고, 관리자 단말기(400)로부터 외부 서버(100)로 전송될 수 있다. 외부 서버(100)에 전송되고 저장된 웨어러블 로봇 이름(관리번호) 정보는 사용자 단말기(300)에 전송될 수 있고, 웨어러블 로봇 착용자는 사용자 단말기(300)의 사용자 계정 관리 그래픽 유저 인터페이스(1800)의 환경 설정 영역(1820)에서 '사용 로봇(1822)'을 선택하면 관리자 단말기(400)에서 설정한 웨어러블 로봇 이름(관리번호) 정보를 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 검색된 웨어러블 로봇 표시 영역(2510)은 검색된 웨어러블 로봇의 수 표시 영역(2512) 및 검색된 웨어러블 로봇(2514)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 관리자 계정 관리 그래픽 유저 인터페이스(2400) 상의 기타 영역(2420)은 고객 지원, 개인 정보 보호 방침, 이용 약관, 사용자 단말기에 저장된 애플리케이션의 버전 정보에 관한 정보를 표시할 수 있는 영역을 포함할 수 있다. 또한, 기타 영역(2420)은 민감 정보 처리 방침 및 위치 기반 서비스 이용 약관에 관한 정보를 표시할 수 있는 영역을 포함할 수 있다. 각 영역을 클릭하는 경우에는 고객 지원, 개인 정보 보호 방침, 이용 약관, 사용자 단말기에 저장된 애플리케이션의 버전 정보, 민감 정보 처리 방침, 위치 기반 서비스 이용 약관에 관한 상세한 내용들을 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 관리자 계정 관리 그래픽 유저 인터페이스(2400) 상의 복수의 영역들은 예시적인 것이며, 그 밖에 사용자의 계정을 관리하는데 필요한 정보를 표시하는 영역을 추가로 포함할 수 있다.
관리자의 1:N 그룹 운동을 위해 생성된 프로그램 정보 및 프로그램에 참여하는 복수의 회원의 보행에 관한 정보를 제공하는 그래픽 유저 인터페이스
본 발명의 일 실시예에 따른, 웨어러블 로봇(200)은 앞에서 설명한 바와 같이, 사용자 단말기(300) 또는 관리자 단말기(400)를 통해 웨어러블 로봇 사용자의 보행 또는 운동의 목적마다 제공하는 보조력 또는 저항력을 조절할 수 있다. 이때, 웨어러블 로봇 착용자는 사용자 단말기(300)를 통해 직접 보행 모드 및 토크 강도 중 적어도 하나를 조절할 수 있지만, 관리자는 관리자 단말기(400)를 통해 1:N 그룹운동을 위해 생성된 프로그램에 참여하는 복수의 웨어러블 로봇 착용자 각각의 웨어러블 로봇의 보행 모드 및 토크 강도 중 적어도 하나를 제어할 수 있고, 프로그램을 진행하고 사용자 단말기(300) 또는 웨어러블 로봇(200)에서 측정 및 계산되는 보행 분석 정보를 확인할 수 있다.
본 발명에 따르면, 관리자가 본 발명의 일 실시예에 따른 관리자 단말기(400)를 통해 프로그램에 참여하는 복수의 웨어러블 로봇 착용자 각각의 웨어러블 로봇(200)의 보행 모드 및 토크 강도 중 적어도 하나를 제어하는 방법은 관리자 단말기와 참여한 회원들의 웨어러블 로봇 사이에 무선 연결을 통해 웨어러블 로봇의 보행 모드 및 토크 강도 중 적어도 하나를 설정하면서 제어하는 방법일 수 있다. 또한, 관리자가 프로그램에 참여하는 복수의 웨어러블 로봇 착용자 각각의 일반 정보 또는 보행에 관한 정보를 관리자 단말기(400)를 통해 확인할 수 있는 방법은, 외부 서버(100) 또는 복수의 웨어러블 로봇 착용자의 사용자 단말기(300)에 저장되어 있는 프로그램에 참여하는 복수의 착용자의 보행에 관한 정보를 관리자 단말기(400)로 수신 받고, 수신 받은 복수의 착용자의 보행에 관한 정보를 그래픽 유저 인터페이스를 통해 확인하는 방법일 수 있다.
이때, 관리자는 본 발명의 일 실시예에 따른 관리자 단말기(400)를 통해 프로그램에 참여하는 복수의 웨어러블 로봇 착용자 각각의 웨어러블 로봇(200)의 보행 모드 및 토크 강도 중 적어도 하나를 제어하고 있는 중인 경우, 관리자는 선택적으로 착용자가 스스로 사용자 단말기(300)를 통해 웨어러블 로봇을 보행 모드 및 운동 강도 중 적어도 하나를 제어하는 것을 가능하게 하거나, 제어하는 것을 제한할 수 있다.
도 34는 본 발명의 일 실시예에 따른 1:N 그룹 운동을 위한 프로그램 탭을 클릭한 경우의 기본 화면을 나타낸 관리자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 관리자 단말기(400)의 그래픽 유저 인터페이스 상에는 카테고리 선택 영역을 포함할 수 있고, 카테고리 선택 영역(410)은 회원 관리(412), 프로그램(414), 계정 관리(416)을 포함할 수 있다. 이때, 관리자는 카테고리 선택 영역(410)의 프로그램(414)를 통해 비슷한 운동 능력을 갖는 사람들을 그룹화하여 운동 프로그램을 진행할 수 있다.
도 34에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 관리자 단말기(400)의 그룹 운동을 위해 생성된 프로그램 정보를 표시하는 그래픽 유저 인터페이스(2600)는 프로그램 진행 상황 선택 영역(2610) 및 진행 상황에 따른 프로그램 정보 표시 영역(2620)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 프로그램 진행 상황 선택 영역(2610)은 진행 중(2612), 진행 예정(2614) 및 진행 종료(2616)을 포함할 수 있다. 이러한 복수의 진행 상황 중 한 상황을 선택하면, 생성된 프로그램 정보 표시 영역에 진행 상황에 맞는 프로그램 정보를 표시할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 생성된 프로그램 정보 표시 영역(2620)은 프로그램 진행 상황 선택 영역(2610)에서 복수의 진행 상황 중 한 상황을 선택하는 경우, 그룹 운동을 위해 생성된 복수의 프로그램 중 선택한 진행 상황에 있는 프로그램의 정보를 표시할 수 있다. 생성된 프로그램 정보 표시 영역(2620)은 생성된 복수의 프로그램 정보를 표시할 수 있는 영역으로, 생성된 프로그램의 정렬 기준 표시 및 설정 영역(2622) 및 프로그램 별 정보 표시 영역(2626A,B)을 포함할 수 있다. 생성된 프로그램의 정렬 기준 표시 및 설정 영역은 생성된 프로그램을 나열하는 정렬 기준을 설정하고 표시하는 영역으로, 정렬 기준은 시작일 기준, 종료일 기준, 요일 기준 등이 될 수 있다. 프로그램 정보 표시 영역(2626A,B)에 포함되는 정보는 프로그램 진행 기간, 프로그램 진행 장소, 진행 요일 및 시간 등의 정보를 포함할 수 있다
도 35는 본 발명의 일 실시예에 따른 1:N 그룹 운동을 위한 프로그램을 생성하는 관리자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 그룹 운동을 위해 생성된 프로그램 정보를 표시하는 그래픽 유저 인터페이스(2600) 상의 프로그램 추가(2602) 버튼을 선택한 경우, 도 35에 도시된 바와 같이, 프로그램 추가 그래픽 유저 인터페이스(2700)가 나타나게 된다.
도 35의 (a)에 도시된 바와 같이, 프로그램 추가 그래픽 유저 인터페이스(2700)는 프로그램 정보 입력 영역(2710), 프로그램 기간 정보 입력 영역(2720) 및 프로그램 설명 정보 입력 영역(2730)을 포함할 수 있다. 프로그램 정보 입력 영역(2710)은 프로그램 이름 정보 입력 영역(2712), 장소 정보 입력 영역(2714), 요일 정보 입력 영역(2716) 및 시간 정보 입력 영역(2718)을 포함할 수 있다. 프로그램 기간 정보 입력 영역(2720)은 시작일 정보 입력 영역(2722) 및 종료일 정보 입력 영역(2724)을 포함할 수 있다. 프로그램 설명 정보 입력 영역(2730)은 프로그램에 관한 소개 등을 입력하는 설명 정보 입력 영역(2732)을 포함할 수 있다. 다만, 이러한 복수의 입력 영역은 예시적인 것으로, 복수의 입력 영역이 부가, 변경될 수 있다.
도 35의 (b)는 프로그램 추가 그래픽 유저 인터페이스(2700)에서 관리자가 프로그램을 생성하기 위해 복수의 입력 영역에 프로그램에 관한 정보를 입력한 그래픽 유저 인터페이스(2702)에 관한 도면으로, 복수의 입력 영역에 정보가 입력된 경우에는 프로그램 등록(2701) 버튼을 선택하여 프로그램을 생성할 수 있다.
도 36은 본 발명의 일 실시예에 따른 1:N 그룹 운동을 위해 생성된 프로그램의 일반 정보를 나타낸 관리자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 그룹 운동을 위해 생성된 프로그램 정보를 표시하는 그래픽 유저 인터페이스(2600) 상의 진행 상황에 따른 프로그램 정보 표시 영역(2620)에서 표시되는 복수의 프로그램 중 하나의 프로그램을 선택한 경우, 도 28에 도시된 바와 같이, 프로그램의 일반 정보를 표시하는 그래픽 유저 인터페이스(2800)가 나타나게 되고, 프로그램을 선택한 경우의 기본 화면이 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 프로그램의 일반 정보를 표시하는 그래픽 유저 인터페이스(2800)는 카테고리 선택 영역(2810)에서 일반 정보(2812)를 선택한 경우에 나타나는 것으로, 프로그램 정보 표시 영역(2820), 프로그램 기간 정보 표시 영역(2830), 프로그램 설명 정보 표시 영역(2840) 및 프로그램 삭제(2808)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 카테고리 선택 영역(2810)은 일반 정보(2812), 운동 진행(2814) 및 소속 회원(2816)을 포함할 수 있다. 일반 정보(2812)는 프로그램에 관한 정보를 표시할 수 있고, 운동 진행(2814)은 생성된 프로그램을 실행하는 과정에서의 정보를 표시할 수 있고, 소속 회원(2816)은 프로그램에 참여하고 있는 회원들 또는 프로그램을 진행하는 병원이나 체육시설 등의 기관에 소속된 회원들의 정보를 표시할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 프로그램 정보 표시 영역(2820)은 프로그램 정보 표시 영역(2820)은 프로그램 이름 정보 표시 영역(2822), 장소 정보 표시 영역(2824), 요일 정보 표시 영역(2826) 및 시간 정보 표시 영역(2828)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 프로그램 기간 정보 표시 영역(2830)은 시작일 정보 표시 영역(2832) 및 종료일 정보 표시 영역(2834)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 프로그램 설명 정보 표시 영역(2840) 및 프로그램 삭제(2802)는 프로그램 설명 정보 표시 영역(2840)은 프로그램에 관한 소개 등을 입력하는 설명 정보 표시 영역(2842)을 포함할 수 있고, 프로그램 삭제(2802)는 생성된 프로그램을 삭제할 수 있다.
도 37은 본 발명의 일 실시예에 따른 1:N 그룹 운동을 위해 생성된 프로그램에 참여 회원을 선택하는 과정을 나타낸 관리자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 37의 (a)에 도시된 바와 같이, 카테고리 선택 영역(2810)에서 운동 진행(2814)을 선택한 경우 프로그램의 진행 시작 전을 표시하는 그래픽 유저 인터페이스(2900)가 나타나게 된다. 프로그램의 진행 시작 전을 표시하는 그래픽 유저 인터페이스(2900)는 프로그램 진행에 관한 안내 그림 및 문구 표시 영역(2901) 및 진행 시작(2902) 버튼을 포함할 수 있다. 이때, 프로그램 진행에 관한 안내 그림 및 문구는 예시적인 것으로 그림 및 문구는 대체될 수 있고, 관리자가 생성한 프로그램을 진행하기 위해서는 프로그램의 진행 시작 전을 표시하는 그래픽 유저 인터페이스(2900) 상의 진행 시작(2902) 버튼을 선택한 후, 프로그램에 참여하게 될 회원을 선택하면 프로그램을 진행할 수 있다.
도 37의 (b)에 도시된 바와 같이, 진행 시작(2902) 버튼을 누르면, 프로그램 참여 회원을 선택하는 그래픽 유저 인터페이스(2903)가 나타나게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 프로그램 참여 회원을 선택하는 그래픽 유저 인터페이스(2903)는 참여 회원 선택 영역(2910) 및 회원 선택 완료(2904) 버튼을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 참여 회원 선택 영역(2910)은 참여 회원 선택 문구(2911) 및 닫기(2912), 회원 이름 검색 영역(2913), 선택된 회원의 수 표시 영역(2914), 전체 선택(2915), 선택 가능한 회원 정보 표시 영역(2916)을 포함할 수 있다. 이때, 회원 이름 검색 영역(2913)은 이름 검색을 통해 빠르게 선택하고자 하는 회원의 정보를 표시할 수 있고, 선택된 회원 수 표시 영역(2914)는 프로그램에 참여하게 하기 위해 선택한 회원의 수를 표시할 수 있고, 선택 가능한 회원 정보 표시 영역(2916)은 선택 가능한 회원의 성명, 나이 등과 같은 기본 정보 및 종합 보행 점수 등과 같은 보행에 관한 정보를 표시할 수 있다.
예를 들어, '홍길동'회원의 성별(남), 나이(65세) 등과 같은 기본 정보 및 종합 보행 점수(0점) 등과 같은 보행에 관한 정보를 표시할 수 있다. 또한, 회원을 선택하게 되면 선택 비활성 상태(2917B)에서 선택 활성 상태(2917A)가 될 수 있으며, 다시 회원을 선택하게 되면 선택 활성 상태(2917A)에서 선택 비활성 상태(2917B)로 반대가 될 수 있다. 이때, 활성 및 비활성 상태는 색깔의 변화 또는 강조 표시 등으로 구분을 할 수 있다. 또한, 닫기(2912)는 프로그램에 참여할 회원을 선택하는 것을 취소할 수 있고, 전체 선택(2915)은 선택 가능한 모든 회원들을 선택 활성 상태(2917A)로 바꿀 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 프로그램 참여 회원을 선택하는 그래픽 유저 인터페이스(2903) 상의 회원 선택 완료(2904) 버튼을 선택하게 되면, 선택한 회원들을 대상으로 프로그램이 진행하게 된다.
도 37의 (c)에 도시된 바와 같이, 회원 선택 완료(2904) 버튼을 선택한 경우, 프로그램의 진행 상황 정보를 표시하는 그래픽 유저 인터페이스(2905)가 나타나게 된다. 프로그램의 진행 상황 정보를 표시하는 그래픽 유저 인터페이스(2905)는 운동 시간 표시 영역(2906), 카테고리 선택 영역(2920), 프로그램 참여 회원 정보 표시 영역(2930), 로봇 운동 설정 영역(2940) 및 프로그램 종료 버튼(2907)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 운동 시간 표시 영역(2906)은 프로그램 진행 과정에서 소요되는 운동 시간을 표시할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 카테고리 선택 영역(2920)은 참여 회원(2922) 및 회원 정보(2924)를 포함할 수 있다. 참여 회원(2922)은 프로그램에 참여한 회원의 정보를 표시할 수 있고, 회원 정보(2924)는 프로그램에 참여한 회원의 정보를 상세하게 표시할 수 있고, 복수의 회원 중 한 명을 선택하면 그 선택한 회원에 대한 정보를 상세하게 표시할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 프로그램 참여 회원 정보 표시 영역(2930)은 프로그램에 참여한 회원 정보를 표시할 수 있다. 구체적으로, 프로그램 참여 회원 정보 표시 영역(2930)은 모두 선택(2932), 선택 활성 및 비활성 상태(2931A, B), 참여 회원 정보(2933) 및 참여 회원의 웨어러블 로봇의 상태 정보(2935)를 포함할 수 있다. 참여 회원 정보(2933)는, 예를 들어, '홍길동'회원의 성별(남), 나이(65세) 등과 같은 기본 정보 및 종합 보행 점수(0점) 등과 같은 보행에 관한 정보를 표시할 수 있다. 참여 회원의 웨어러블 로봇의 상태 정보(2935)는, 예를 들어, 휴식 상태, 로봇 운동 상태, 웨어러블 로봇과의 미연결 상태 등 프로그램 진행 과정에서의 현재 상태 정보를 표시할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 운동 설정 영역(2940)은 보행 모드 및 토크 강도 설정 영역을 포함하고, 보행 모드 및 토크 강도 중 적어도 하나를 설정할 수 있다. 보행 모드는 적어도 하나의 토크 전달 모드를 포함할 수 있고, 각각의 토크 전달 모드는 보행 목적에 상응하는 토크를 전달하는 모드일 수 있다. 예를 들어, 착용자의 보행을 보조하기 위한 용도로 웨어러블 로봇(200)을 이용하는 경우에는 웨어러블 로봇이 착용자에게 보조력 역할을 하는 토크를 제공할 수 있고, 착용자의 하체 근력을 강화하기 위한 용도로 이용하는 경우에는 웨어러블 로봇이 착용자에게 저항력 역할을 하는 토크를 제공할 수 있다. 토크 강도는 차등적인 토크를 제공하는 복수의 단계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그래픽 유저 인터페이스 상의 로봇 운동 설정 영역(2940)에서 표시되는 보행 모드 및 토크 강도에 관한 구체적인 예시는 사용자 단말기(300)와 관련하여 앞에서 상술한 것과 같다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 보행 모드는 서로 다른 색상으로 구분될 수 있다. 복수의 보행 모드를 서로 다른 색상으로 구분하면서, 보행 모드를 잘못 제어하는 것을 미연에 방지할 수 있고, 모드 변경이 이루어진 경우에 모드가 변경된 사실 및 설정된 모드 정보를 명확하게 인지할 수 있다. 구체적인 예시는 앞에서 상술한 것과 같다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 운동 설정 영역(2940)은 그래픽 유저 인터페이스 상에 위치가 고정될 수 있고, 로봇 운동 설정 영역(2940)에 포함되는 보행 모드 및 토크 강도 설정 영역은 분리될 수 있다. 구체적인 내용은 앞에서 상술한 것과 같다.
본 발명의 일 실시예에 따른 프로그램 종료 버튼(2907)은 진행 중인 프로그램을 종료할 수 있다.
도 38은 본 발명의 일 실시예에 따른 1:N 그룹 운동을 위한 프로그램에 참여한 회원 중 웨어러블 로봇과 연결되지 않은 경우에 연결하는 과정을 나타낸 관리자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다. 도 39는 본 발명의 일 실시예에 따른 1:N 그룹 운동을 위한 프로그램에 참여한 회원 중 적어도 한 명 이상에 대해 로봇 운동을 시작하게 하는 과정을 나타낸 관리자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 38에 도시된 바와 같이, 프로그램에 참여한 회원의 웨어러블 로봇(200)과 관리자 단말기(400)가 연결되지 않은 경우에는 웨어러블 로봇과의 연결을 시도할 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 로봇과의 연결을 시도하는 과정은 프로그램의 진행 상황 정보를 표시하는 그래픽 유저 인터페이스(2905) 상의 프로그램 참여 회원 정보 표시 영역(2930)에서 '박태성'회원의 웨어러블 로봇(200)과 관리자 단말기(400)간 미연결 상태를 확인하는 단계, 미연결 상태를 연결 상태로 변경하기 위해 '박태성'회원의 정보(2933B) 및 미연결 상태 정보(2935B)를 포함하는 영역을 선택하는 단계. 연결 상태로 변경하려는 '박태성' 회원의 정보를 표시하는 영역을 선택한 후, 웨어러블 로봇 연결을 시도하기 위한 그래픽 유저 인터페이스(3000)가 나타나는 단계 및 웨어러블 로봇 연결을 시도하기 위한 그래픽 유저 인터페이스(3000) 상의 확인(3012) 및 취소(3014)를 포함할 수 있는 웨어러블 로봇 연결 시도 표시 영역(3010)에서 확인(3012)을 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 과정을 거친 후에는, 프로그램에 참여한 회원의 웨어러블 로봇(200)과 관리자 단말기(400)가 연결되지 않은 경우에는 웨어러블 로봇과의 연결이 완료될 수 있다.
도 39에 도시된 바와 같이, 프로그램에 참여한 복수의 회원 중 로봇 운동을 진행하고 있지 않은 회원에 대해 프로그램에 따른 로봇 운동을 시작하게 할 수 있다. 예를 들어, 프로그램에 참여한 회원에 대해 프로그램에 따른 로봇 운동을 시작하게 하는 과정은 프로그램의 진행 상황 정보를 표시하는 그래픽 유저 인터페이스(2905) 상의 프로그램 참여 회원 정보 표시 영역(2930)에서 '홍길동'회원의 웨어러블 로봇(200)이 휴식 모드 상태(2935A)에 있어 '홍길동'회원이 로봇 운동을 진행하고 있지 않는 것을 확인하는 단계, '홍길동'회원에 대해 프로그램에 따른 로봇 운동을 시작하게 위해 '홍길동'회원의 정보(2933A) 및 휴식 모드 상태 정보(2935A)를 포함하는 영역을 선택하는 단계. 로봇 운동을 시작하게 하기 위한 '홍길동'회원의 정보를 표시하는 영역을 선택한 후, 회원에 대한 로봇 운동 시작 설정 그래픽 유저 인터페이스(3100)가 나타나는 단계 및 회원에 대한 로봇 운동 시작 설정 그래픽 유저 인터페이스(3100) 상의 확인(3112) 및 취소(3114)를 포함할 수 있는 참여 회원의 로봇 운동 시작 여부 표시 영역(3110)에서 확인(3112)을 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 과정을 거친 후에는, 로봇 운동을 진행하고 있지 않은 회원에 대해 프로그램에 따른 로봇 운동을 시작하게 할 수 있다.
도 40은 본 발명의 일 실시예에 따른 1:N 그룹 운동을 위한 프로그램에서 각 회원의 운동 시작 시 보행 모드 및 토크 강도를 설정한 관리자 단말기의 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
앞에서 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말기(300)의 보행 정보가 표시되는 로봇 운동 그래픽 유저 인터페이스(800) 상의 로봇 운동 설정 영역(840)에서 웨어러블 로봇 착용자는 보행 모드 및 토크 강도 중 적어도 하나를 설정할 수 있다. 마찬가지로, 관리자도 프로그램에 따른 로봇 운동을 진행하는 회원이 착용하는 웨어러블 로봇(200)의 보행 모드 및 토크 강도 중 적어도 하나를 설정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라서, 관리자는 프로그램 참여 회원 정보 표시 영역(2930)의 참여 회원 정보(2933) 중 회원의 종합 보행 점수에 기초하여 보행 모드 및 토크 강도 중 적어도 하나를 설정할 수 있다. 예를 들어, 종합 보행 점수가 0점에서 79점 사이인 경우에는 보조 모드로 설정하는 것이 바람직할 수 있다. 이때, 토크 강도는 특별히 제한되지 않고, 로봇 운동 과정에 따라 유동적으로 설정할 수 있다. 종합 보행 점수가 80점에서 86점 사이인 경우, 운동 모드 및 1단계의 토크 강도를 설정하는 것이 바람직할 수 있다. 종합 보행 점수가 87점에서 93점 사이인 경우, 운동 모드 및 2단계의 토크 강도를 설정하는 것이 바람직할 수 있다. 종합 보행 점수가 94점에서 100점 사이인 경우, 운동 모드 및 3단계의 토크 강도를 설정하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 종합 보행 점수 별 보행 모드 및 토크 강도 설정 기준은 웨어러블 로봇을 착용한 노인 35명에 대한 실험값 및 보행 능력 측정 표준 자료를 바탕으로 하는 것으로, 이는 단순한 예시일 뿐이며, 더 많은 수의 웨어러블 로봇 착용자의 보행에 관한 정보의 데이터가 확보됨에 따라 설정 기준은 변경될 수 있다.
도 40의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로그램의 진행 상황 정보를 표시하는 그래픽 유저 인터페이스(2905) 상의 프로그램 참여 회원 정보 표시 영역(2930)에서 모두 선택(2932)을 선택하고, 로봇 운동 설정 영역(2940)에서 보조 모드(2941) 및 3단계(2946)로 보행 모드 및 토크 강도를 설정하면서, '홍길동'회원 및 '박태성' 회원의 웨어러블 로봇의 상태 정보(2935)가 보조 모드 및 3단계 강도 상태 정보(2935C)로 각각 표시되는 그래픽 유저 인터페이스(3200A)의 예시 도면이다.
도 40의 (b)는 프로그램 참여 회원 정보 표시 영역(2930)에서'박태성'회원의 정보(2933A) 및 휴식 모드 상태 정보(2935A)를 포함하는 영역을 선택하고, 로봇 운동 설정 영역(2940)에서 운동 모드(2943) 및 2단계(2945)로 보행 모드 및 토크 강도를 설정하면서, '박태성' 회원의 웨어러블 로봇의 상태 정보(2935)가 운동 모드 및 2단계 강도 상태 정보(2935D)로 각각 표시되는 그래픽 유저 인터페이스(3200B)의 예시 도면이다.
도 41은 본 발명의 일 실시예에 따른 1:N 그룹 운동을 위한 프로그램에 참여한 회원의 보행 정보를 관리자 단말기를 통해 확인할 수 있는 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다. 도 42는 본 발명의 일 실시예에 따른 1:N 그룹 운동을 위한 프로그램에 참여한 회원 중 한 명의 기본 정보 및 보행 분석 보고서를 관리자 단말기를 통해 확인할 수 있는 그래픽 유저 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 41에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로그램의 진행 상황 정보를 표시하는 그래픽 유저 인터페이스(2905) 상의 카테고리 선택 영역(2920)에서 회원 정보(2924)를 선택하게 되면, 프로그램에 참여한 회원의 정보가 표시된 그래픽 유저 인터페이스(3300)가 나타나게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 프로그램에 참여한 회원의 정보가 표시된 그래픽 유저 인터페이스(3300)는 카테고리 선택 영역(2920), 프로그램 참여 회원 정보 표시 영역(3310) 및 프로그램 종료(3304)를 포함할 수 있다. 이때, 프로그램 참여 회원 정보 표시 영역(3310)은 참여 회원의 이름, 성별 등과 같은 기본 정보 및 종합 보행 점수 등과 같은 보행에 관한 정보를 포함할 수 있고, 각 회원의 정보 표시 영역을 선택하게 되면 선택한 회원에 대한 상세 정보를 표시하는 그래픽 유저 인터페이스가 나타나게 된다.
도 42의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로그램에 참여한 회원의 정보가 표시된 그래픽 유저 인터페이스(3300)는 프로그램 참여 회원 정보 표시 영역(3310)을 포함할 수 있다. 이때, 복수의 회원 정보 표시 영역 중 한 명의 정보 표시 영역을 선택하게 되면, 회원에 대한 상세 정보를 표시하는 그래픽 유저 인터페이스(3401)가 나타나게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회원에 대한 상세 정보를 표시하는 그래픽 유저 인터페이스(3401)는 카테고리 선택 영역(33410), 기본 정보 표시 영역(3420) 및 신체 정보 표시 영역(3430)을 포함할 수 있다. 카테고리 선택 영역(3410)은 회원의 상세 정보를 표시하는 회원 정보(3412) 및 회원의 보행 분석 보고서를 표시하는 보행 분석(3414)을 포함할 수 있다. 기본 정보 표시 영역(3420)은 전화번호 정보 표시 영역(3422), 이름 정보 표시 영역(3424), 성별 정보 표시 영역(3426) 및 생년월일 정보 표시 영역(3428)을 포함할 수 있고, 신체 정보 표시 영역(3430)은 신장(cm) 정보 표시 영역(3432), 체중(kg) 정보 표시 영역(3434)을 포함할 수 있다. 다만, 기본 정보 표시 영역(3420) 및 신체 정보 표시 영역(3430)에 포함되는 상세 내용은 변경될 수 있다.
도 42의 (c) 내지 (e)에 도시된 바와 같이, 카테고리 선택 영역(3410)에서 보행 분석(3414)을 선택하게 되면 선택된 회원에 대한 보행 분석 보고서를 표시하는 그래픽 유저 인터페이스(3403)가 나타나게 된다. 선택된 회원에 대한 보행 분석 보고서를 표시하는 그래픽 유저 인터페이스(3401)는 종합 보행 점수 및 나이 정보 표시 영역(3440), 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보 표시 영역(3450), 보행 지표 도식화 영역(3460), 선택된 날짜의 전체 보행 정보 표시 영역(3470) 및 선택된 날짜의 보행 별 기록 정보 표시 영역(3480) 및 보행 상세 분석 정보 표시 영역(3490) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 종합 보행 점수 및 나이 정보 표시 영역(3440)은, 착용자의 종합 보행 점수 표시 영역(3442), 실제 나이 정보 표시 영역(3444) 및 보행 나이 정보 표시 영역(3446)을 포함할 수 있고, 착용자의 종합 보행 점수 표시 영역(3442) 및 보행 나이 정보 표시 영역(3446)에 표시되는 정보는 착용자의 장기 사용에 따른 실시간 보행 정보 및 신체/운동 능력 정보의 누적에 따른 통계 정보를 바탕으로 생성된 정보일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보 표시 영역(3450)은, 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보를 쉽게 알 수 있도록 바 또는 차트로 나타낼 수 있고, 바 또는 차트에는 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보의 평균을 나타내는 평균 추세선을 포함할 수 있고, 날짜에 따른 복수의 영역을 가질 수 있다. 날짜에 따른 복수의 영역은 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보에 비례하여 나타나고, 다른 날짜와 대비하여 상대적인 크기를 가질 수 있다. 상대적인 크기는 막대 길이, 게이지 바, 비율, 또는 그래프 등으로 표시될 수 있고, 도 42의 (c)에 도시된 것에 한정되지 않으며 날짜에 따른 복수의 영역에서 표시되는 정보를 쉽게 확인할 수 있도록 표시될 수 있다면 대체될 수 있다.
또한 날짜에 따른 복수의 영역 상의 어느 날짜를 표시하는 하나의 영역을 선택하면, 선택된 영역은 색깔을 달리하거나 강조 표시를 하는 등으로 다른 복수의 영역과는 구별될 수 있고, 선택된 날짜의 로봇 운동 과정에 따른 보행에 관한 정보가 그래픽 유저 인터페이스 상의 다른 영역에 표시될 수 있다. 또한, 누적된 보행 정보에 따른 통계 정보는 날짜 별 보행 점수에 관한 누적에 대한 통계 정보를 나타내는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 보행 지표 도식화 영역(3460)은, 보행 지표 별 점수, 보행 지표 별 점수를 연결한 사용자의 보행 지표 그래프(3466) 및 연령 평균에 따른 보행 지표 별 점수를 연결한 연령 평균 보행 지표 그래프(3467)을 포함할 수 있다. 위 영역은 착용자의 보행 지표 별 점수를 도식화한 것으로, 착용자의 보행 지표 별 점수와 연령 평균에 따른 보행 지표 별 점수를 비교할 수 있도록 착용자의 보행 능력을 도형으로 나타낼 수 있다.
구체적으로, 착용자의 보행 지표 별 점수를 도식화하는 방법에는 막대 그래프, 선그래프, 원형 그래프, 산점도, 히스토그램, 상자 그림, 히트맵 등이 있을 수 있으며, 이러한 방법은 착용자의 보행 지표 별 점수와 연령 평균에 따른 보행 지표 별 점수를 쉽게 비교할 수 있다면 제한되지 않는다. 또한 보행 지표 별 점수는 속도(3461), 민첩성(3462), 근력 강도(3463), 안정성(3464) 및 균형도(3465)의 점수일 수 있다. 다만, 착용자의 보행에 관한 신체/운동 능력을 측정 및 분석하는데 중요한 다른 요소가 존재한다면 위에서 언급된 5가지의 보행 지표 이외에 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선택된 날짜의 전체 보행 정보 표시 영역(3470)은, 걸음 수 정보 표시 영역(3471), 거리 정보 표시 영역(3472), 소모 칼로리 정보 표시 영역(3473), 보행 시간 정보 표시 영역(3474) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 걸음 수 정보 표시 영역(3471)은, 선택된 날짜에 사용자가 착용한 웨어러블 로봇의 전체 작동 정보에 기초한 사용자의 걸음 수와 관련한 정보를 표시할 수 있다. 거리 정보 표시 영역(3472)은, 선택된 날짜에 사용자가 착용한 웨어러블 로봇의 전체 작동 정보에 기초한 사용자의 운동 거리와 관련한 정보를 표시할 수 있다. 소모 칼로리 정보 표시 영역(3473)은, 선택된 날짜에 사용자가 착용한 웨어러블 로봇의 전체 작동 정보에 기초한 사용자의 소모 칼로리와 관련한 정보를 표시할 수 있다. 보행 시간 정보 표시 영역(3474)은, 전체 시간 정보 표시 영역(3474A), 보조 모드 시간 정보 표시 영역(3474B) 및 운동 모드 시간 정보 표시 영역(3474C)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 보행 시간 정보 표시 영역(3474)에서, 전체 시간 정보 표시 영역(3474A)은 선택된 날짜에 사용자가 착용한 웨어러블 로봇의 전체 작동 정보에 기초한 사용자의 작동 시간과 관련한 정보를 표시할 수 있고, 작동 시간은 보조 모드, 휴식 모드 및 운동 모드에서의 사용 시간의 합이 될 수 있다. 보조 모드 시간 정보 표시 영역(3474B)은 전체 시간 정보에서 보조 모드 상태에서의 웨어러블 로봇(200)의 작동 시간을 표시하는 영역이고, 운동 모드 시간 정보 표시 영역(3474C)은 전체 시간 정보에서 운동 모드 상태에서의 웨어러블 로봇(200)의 작동시간을 표시하는 영역이다. 다만, 선택된 날짜의 전체 보행 정보 표시 영역(3470)에 포함되는 정보들은 예시적인 것이며, 사용자가 착용한 웨어러블 로봇의 작동 정보에 기초한 걸음 길이, 걸음 패턴, 연속 보행 시간, 보행 리듬, 경사도, 계단 상승 또는 하강 시 걸음 수 및 층 수 등의 정보도 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선택된 날짜의 보행 별 기록 정보 표시 영역(3480)은, 선택된 날짜의 보행 별 기록이 표시되는 복수의 영역(3482, 3484)을 포함할 수 있다. 선택된 날짜에 이루어진 보행의 횟수만큼 복수의 영역의 개수가 결정되며, 복수의 영역(3482, 3484)에는 시작 시간 정보 표시 영역(3482) 및 전체 시간 정보 표시 영역(3484)이 포함될 수 있다. 다만 이는 예시적인 것으로 걸음 수, 운동 거리 등 보행에 관한 정보가 대신하여 포함될 수 있다. 또한, 선택된 날짜의 보행 별 기록 정보 표시 영역(3480)은 복수의 영역(3482, 3484) 중 각 영역 마다 배치된 상세 보행 기록 정보를 활성화하는 화살표(3486)를 선택하면, 한 영역의 화살표 입력 정보에 기초한 보행 별 상세 기록 정보 표시 영역(도면 미도시)이 나타나게 되고, 걸음 수, 운동거리, 소모 칼로리, 전체 시간, 보조 모드 시간 및 운동 모드 시간 중 적어도 하나를 포함한 보행 별 기록 각각이 복수의 영역(3482, 3484) 내의 보행 별 상세 기록 정보 표시 영역에 배치될 수 있다. 복수의 영역(3482, 3484)에 배치된 상세 보행 기록 닫기를 의미하는 화살표(도면 미도시)를 선택하면, 보행 별 상세 기록 정보 표시 영역이 사라지게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 보행 상세 분석 정보 표시 영역(3490)은, 보행 지표 별 점수 표시 영역(3492) 및 보행 지표 별 점수에 따른 피드백 표시 영역(3494) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 보행 지표 별 점수 표시 영역(3492)에 표시되는 보행 지표 별 점수는 위에서 언급된 바와 같이 도 34의 (d) 및 (e)에 도시된 것에 한정되지 않으며, 각 지표 별 점수를 숫자로만 표시할 수도 있으며, 막대 그래프나 선형 그래프 등과 같이 웨어러블 로봇 착용자가 자신의 보행 지표 별 점수를 쉽게 확인할 수 있도록 다양한 방법으로 표시될 수 있다. 보행 지표 별 점수에 따른 피드백 표시 영역(3494)은, 착용자의 보행 지표 별 점수를 분석하여 착용자에게 적절한 피드백을 포함할 수 있고, 구체적으로 착용자의 피드백은 착용자의 보행 능력의 강점, 보완점, 착용자의 보행 능력이 유지될 경우 신체 상에 발생할 수 있는 문제점 또는 착용자의 나이에 맞는 보행 능력을 갖추기 위한 방법이나 프로그램의 소개 등이 있을 수 있다.
도 43은 본 발명에 따른 착용자의 보행 보조 중 보행 이외의 다양한 작업을 안전하게 수행하기 위한 장치 제어 방법을 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 착용자의 보행 보조 중 보행 이외의 다양한 작업을 안전하게 수행하기 위한 장치 제어 방법은 소정의 시간 동안 누적된 힙 궤적 변화 전도를 매 제어 순간 실시간 계산하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 0.5초 내지 1초 이하의 시간 동안 누적된 힙 궤적 변화 전도를 매 제어 순간 실시간 계산하는 단계(S100)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 웨어러블 로봇(200)은 구동부(220)를 포함하며, 구동부(220)는 소정의 시간 동안 누적된 착용자의 상태 궤적 변화 정도를 계산하고 이에 기초하여 출력 토크를 산출하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 구동부(220)는 0.5초 이상 1초 이하의 시간 동안 누적된 착용자의 상태 궤적 변화 정도를 계산하고 이에 기초하여 출력 토크를 산출하도록 구성될 수 있다.
이하, 0.5초 내지 1초 이하의 시간 동안 누적된 힙 궤적 변화 전도를 매 제어 순간 실시간 계산하는 단계(S100)를 설명하기 위해 도 5a의 힙 상태 궤적 메모리 버퍼를 설명한다.
본 발명에 따른 웨어러블 로봇(200)은 상태 궤적 메모리 버퍼(300)에 저장된 상태변수 히스토리 정보를 이용해 보행 동작 여부를 추정할 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 로봇(200)에 짧은 시간 동안 빠른 힙 동작 변화가 이루어진 경우, 상태 궤적 이동거리(d0) 값은 크게 계산되고, 정지 동작 중에는 상태 궤적 이동거리(d0) 값이 0에 근사한 값 또는 0의 값으로 계산될 수 있다.
장치 토크 비활성화
본 발명에 따르면, 소정의 시간 동안 상태 궤적 이동거리(d0) 값이 제1 임계값 이하인 경우, 구동부(220)는 출력 토크를 산출하지 않거나 임계 이하의 값으로 산출하도록 구성될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 웨어러블 로봇(200)의 착용자가 보행 중 쓰레기를 줍기 위해 정지하는 경우, 구동부(220)는 1초 이내의 소정의 시간 동안 누적된 힙 상태 궤적 변화 정도를 실시간으로 계산할 수 있다. 이 경우, 정지한 착용자의 계산된 상태 궤적 이동거리(d0) 값은 제1 임계값 이하로 산출될 수 있기 때문에 구동부(220)는 출력 토크를 산출하지 않거나 임계 이하의 값으로 산출할 수 있다. 이에 따라, 웨어러블 로봇(200)은 착용자가 정지해 있는 동안 출력 토크를 산출하지 않으므로 착용자는 정지 상태에서 보행이 아닌 작업 동작을 수행하는 경우, 별도의 출력 토크를 전달받지 않으므로 작업 동작에 불편함을 느끼지 않을 수 있다.
도 45a는 본 발명의 일 실시예에 따른 보행자가 정지한 경우와 보행자가 정지 후 보행을 진행하는 경우의 상태 궤적을 나타낸 도면이다.
도 45a의 (a)에 도시된 바와 같이, 웨어러블 로봇(200)의 착용자가 정지 동작 중인 경우, 상태 궤적 이동거리(d0) 값이 0에 근사한 값 또는 0의 값으로 계산될 수 있다.
장치 토크 활성화
도 45a의 (b)에 도시된 바와 같이, 웨어러블 로봇(200)의 착용자가 정지 후 다시 보행을 시작하는 경우가 있다. 이때, 구동부(220)는 소정의 시간 동안 착용자의 상태 궤적 이동거리(d0)가 제2 임계값 이상인 경우, 출력 토크를 임계 이상의 값으로 산출하도록 구성될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 제2 임계값이 2.0인 경우, 착용자가 정지 후 보행하여 소정의 시간 동안 상태 궤적 이동거리(d0)가 2.0 이상인 경우, 구동부(220)는 출력 토크를 임계 이상의 값으로 산출하도록 구성될 수 있다. 더욱 더 구체적으로, 착용자가 정지 후 보행하여 0.5초 이상 1.0초 이하의 시간 동안 상태 궤적 이동거리(d0)가 2.0 이상인 경우, 구동부(220)는 출력 토크를 임계 이상의 값으로 산출하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 의하면, 구동부(220)는 소정의 시간 동안 착용자의 상태 궤적 이동거리(d0)가 제2 임계값 이상인 경우뿐만 아니라, 정지 후 착용자가 연속 걸음 수 이상으로 보행한 경우에 즉, 착용자의 상태 궤적 이동거리(d0)가 제2 임계값 이상이고 정지 후 착용자가 연속 걸음 수 이상으로 보행한 경우에 구동부(220)는 출력 토크를 임계 이상의 값으로 산출하도록 구성될 수 있다.
도 46은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 걸음 수 카운팅을 설명하기 위한 도면이다.
도시된 바와 같이, 도 46의 x좌표는 시간을 나타내고 y좌표는 torque(Nm)를 나타내며, 시간에 따른 착용자의 보행 시 착용자의 동작 상태값(hip state) 및 출력 토크(torque)를 그래프로 나타낼 수 있다.
도 43에 도시된 바와 같이, 구동부(220)는 출력 토크를 임계 이상의 값으로 산출하기 위해 최근 정지 동작 이후부터 연속 걸음 수를 카운팅(S200)할 수 있다. 구체적으로, 착용자의 보행 시 착용자의 동작 상태값(hip state)이 y=0을 지나는 시점을 카운팅할 수 있다. 즉, 착용자의 보행이 정지된 이후부터 착용자의 걸음 수를 정확히 카운팅할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 착용자의 보행 시 착용자의 동작 상태값(hip state)이 y=0을 지나는 시점 즉, zero cross 포인트는 착용자의 일측 목적 신체부위와 타측 목적 신체부위가 교차하는 시점일 수 있다. 또는, y=0을 지나는 시점이 아닌 소정의 값을 지정하여 이를 통과하는 이벤트를 카운팅하여 착용자의 걸음수를 카운팅할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 착용자가 보행 중 보행 이외의 작업을 수행하는 경우, hip 움직임은 느려지거나 정지될 수 있다. 이는 전술한 바와 같이, 소정의 시간 동안 상태 궤적 이동거리(d0) 값이 제1 임계값 이하인 경우, 구동부(220)는 출력 토크를 산출하지 않거나 임계 이하의 값으로 산출하도록 구성될 수 있다.(S100) 이 경우, 착용자의 걸음 수를 0으로 리셋할 수 있으며, 작업 완료 후 다시 보행 동작을 수행하는 경우에 연속 걸음 수를 카운팅하여 걸음수가 임계값 이상인 경우에 구동부(220)는 비로소 장치 토크를 활성화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 착용자의 상태 궤적 이동거리(d0)가 제2 임계값 이상이고 정지 후 착용자가 연속 걸음 수 이상으로 보행한 경우에 구동부(220)는 출력 토크를 임계 이상의 값으로 산출하도록 구성될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 제2 임계값이 2.0으로 설정되어 있고 설정된 연속 걸음 수가 2걸음인 경우, 정지 후에 착용자가 다시 보행을 시작하여 착용자의 상태 궤적 이동거리(d0)가 2.0 이상이고 정지 후 착용자가 2걸음을 걸어 착용자의 동작 상태값(hip state)이 y=0을 지나는 카운팅이 2회 이상 이루어진 경우에 구동부(220)는 출력 토크를 임계 이상의 값으로 산출하도록 구성될 수 있다.
토크 세기 조절 인자
본 발명에 따르면, 착용자가 연속 걸음 수 이상으로 보행한 경우에 구동부(220)는 출력 토크를 임계 이상의 값으로 산출하도록 구성될 수 있다. 또한, 정지한 착용자의 계산된 상태 궤적 이동거리(d0) 값이 제1 임계값 이하로 산출되어 구동부(220)가 출력 토크를 산출하지 않거나 임계 이하의 값으로 산출할 수 있다. 이 경우, 구동부(220)는 토크 비활성화를 수행하기 위해 도 47에 도시된 토크 세기 조절 파라미터(k) 값을 임계값 이하로 변경하거나 0으로 변경할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부(220)는 토크 비활성화를 수행하기 위해 토크 세기 조절 파라미터(k) 값을 2 이하의 값으로 변경하거나 0으로 점진적으로 변경할 수 있다. 이에 따라, 착용자가 보행 중 정지 시 웨어러블 로봇(200)의 출력 토크 제공이 순간적으로 멈추는 것이 아니라, 점진적으로 출력 토크 제공이 줄어들어 착용자에게 부드러운 착용감을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부(220)는 토크 활성화를 수행하기 위해 토크 세기 조절 파라미터(k) 값을 설정된 값으로 점진적으로 복원할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 설정된 토크 세기 조절 파라미터(k) 값이 2.0인 경우, 정지 후 착용자의 연속 걸음수가 감지되고, 상태 궤적 이동거리(d0) 값이 제2 임계값 이상인 경우, 구동부(220)는 설정된 토크 세기 조절 파라미터(k) 값인 2.0으로 점진적으로 복원하여 점진적으로 출력 토크 제공이 증가하여 착용자에게 부드러운 착용감을 제공할 수 있다.
도 44는 본 발명의 일 실시예에 따른 힙 상태 궤적 동작 별 비교를 설명하기 위한 도면이다.
도 44의 (a)에 도시된 바와 같이, 착용자가 보통의 걸음으로 보행을 하는 경우, 상태 궤적 이동거리(state trajectory fluctuation level, d0)는 임계값보다 크거나 임계값과 같을 수 있다.
도 44의 (b)에 도시된 바와 같이, 착용자가 보통의 걸음이 아닌 느린 힙 동작을 하는 경우, 상태 궤적 이동거리(state trajectory fluctuation level, d0)는 임계값보다 작을 수 있다.
도 44의 (c)에 도시된 바와 같이, 착용자가 정지한 경우, 상태 궤적 이동거리(state trajectory fluctuation level, d0)는 0의 값을 나타낼 수 있다.
도 45b는 본 발명의 일 실시예에 따른 상태 궤적 이동거리를 설명하기 위한 도면이다. 도 45c는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 세기 조절 인자에 대해 설명하기 위한 도면이다. 도 47은 본 발명에 따른 보행 보조 출력 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 45b에 도시된 바와 같이, 상태 궤적 이동거리(d0)는 여러 개의 짧은 상태 궤적 이동거리(d1, d2, …, dN)를 합한 값으로 표현될 수 있으며, 각각의 상태 궤적 이동거리 di는 연속된 상태 간의 이동 거리일 수 있다. 즉, 각각의 상태 궤적 이동거리 di는 각각의 동작 상태값(Si) 사이의 차의 제곱에 제곱근을 취한 것일 수 있으며, 이를 합하여 상태 궤적 이동거리(d0)를 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨어러블 로봇(200) 착용자에게 구동력을 제공하기 위하여, 구동부(220)의 움직임 감지 센서(미도시)는 웨어러블 로봇(200) 착용자의 힙 각도를 센싱하는 단계(S410)를 수행할 수 있다. 구동부(220)의 프로세서부(미도시)는 센싱된 힙 각도에 기초하여 각속도를 산출할 수 있다. 구체적으로, 움직임 감지 센서(미도시)가 착용자의 힙 각도를 센싱하고, 구동부(220)의 프로세서부(미도시)는 1000Hz 이상의 빠르기로 움직임 감지 센서(미도시)에 의해 센싱된 힙 각도를 차분 및 필터링하여 각속도를 계산할 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 별도의 각속도를 센싱하기 위한 회전속도계(tachometer)를 사용하지 않더라도, 힙 각도 센싱을 통해 각속도를 산출할 수 있다. 더욱 더 구체적으로, 프로세서부(미도시)는 실시간 제어를 수행하며, 프로세서부(미도시)는 로우 레벨 프로세서와 하이 레벨 프로세서로 구분될 수 있으며, 연산량이 상대적으로 적은 로우 레벨 프로세서에서 1000Hz 이상의 빠르기로 움직임 감지 센서(미도시)에 의해 센싱된 힙 각도를 차분 및 필터링하여 각속도를 계산할 수 있다.
도 45c에 도시된 바와 같이, 웨어러블 로봇(200)의 착용자의 보행을 보조하기 위한 토크 또는 저항하기 위한 토크를 출력하는 단계(S450)에서 출력되는 토크는 구동부(220)가 산출한 각속도에 기초하여 복수의 동작 상태값을 산출(S440)하고, 이들 중 적어도 하나의 동작 상태값을 선택하여, 선택한 동작 상태값의 가중치 합에 토크 세기 조절 인자(k)를 곱하여 산출된 토크일 수 있다. 이때, 산출한 복수의 동작 상태값은 상태 궤적 메모리 버퍼(300)를 통해 쉬프트 연산을 반복하여 저장될 수 있다. 이하, 상태 궤적 메모리 버퍼(300)를 통해 쉬프트 연산을 반복하여 저장되는 복수의 동작 상태값에 대해 서술한다.
도 47에 도시된 바와 같이, 웨어러블 로봇(200) 착용자에게 구동력을 제공하기 위하여, 구동부(220)의 프로세서부(미도시)에서 착용자의 보행을 보조하기 위한 토크 또는 저항하기 위한 토크를 출력하는 단계(S450)가 수행될 수 있다. 구체적으로, 착용자의 보행을 보조하기 위한 토크 또는 저항하기 위한 토크를 출력하는 단계(S450)는 동작 상태값을 결정하는 단계(S420)를 포함할 수 있다. 또한, 동작 상태값을 필터링하는 단계(S430)을 더 포함할 수 있다. 또한, 이전에 저장된 가장 오래된 동작 상태값은 메모리에서 삭제하는 단계(S440)를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 착용자가 연속 걸음 수 이상으로 보행한 경우에 구동부(220)는 출력 토크를 임계 이상의 값으로 산출하도록 구성될 수 있다. 또한, 정지한 착용자의 계산된 상태 궤적 이동거리(d0) 값이 제1 임계값 이하로 산출되어 구동부(220)가 출력 토크를 산출하지 않거나 임계 이하의 값으로 산출할 수 있다. 이 경우, 구동부(220)는 토크 비활성화를 수행하기 위해 도 47에 도시된 토크 세기 조절 파라미터(k) 값을 임계값 이하로 변경하거나 0으로 변경할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부(220)는 토크 비활성화를 수행하기 위해 토크 세기 조절 파라미터(k) 값을 2 이하의 값으로 변경하거나 0으로 점진적으로 변경할 수 있다. 이에 따라, 착용자가 보행 중 정지 시 웨어러블 로봇(200)의 출력 토크 제공이 순간적으로 멈추는 것이 아니라, 점진적으로 출력 토크 제공이 줄어들어 착용자에게 부드러운 착용감을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부(220)는 토크 활성화를 수행하기 위해 토크 세기 조절 파라미터(k) 값을 설정된 값으로 점진적으로 복원할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 설정된 토크 세기 조절 파라미터(k) 값이 2.0인 경우, 정지 후 착용자의 연속 걸음수가 감지되고, 상태 궤적 이동거리(d0) 값이 제2 임계값 이상인 경우, 구동부(220)는 설정된 토크 세기 조절 파라미터(k) 값인 2.0으로 점진적으로 복원하여 점진적으로 출력 토크 제공이 증가하여 착용자에게 부드러운 착용감을 제공할 수 있다.
도 48은 본 발명에 따른 상태 피드백 제어 기반 보조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 48에 도시된 바와 같이, 상태 궤적 메모리 버퍼(300)는 착용자의 동작 상태값을 순차적으로 저장하는 저장장치이다. 구체적으로, 첫 번째 동작 상태값이 입력되면 메모리 어레이의 첫 번째 저장위치에 저장된다. 그 다음, 새로운 동작 상태값이 입력되면, 메모리 어레이의 첫 번째 저장위치에 저장되어 있던 동작 상태값은 메모리 어레이의 두 번째 저장위치로 이동되고 새로 입력된 동작 상태값이 메모리 어레이의 첫 번째 저장위치에 저장된다. 그런 다음, 새로운 동작 상태값이 입력되면, 메모리 어레이의 첫 번째 저장위치와 두 번째 저장위치에 각각 저장되어 있던 동작 상태값들은 메모리 어레이의 두 번째 저장위치와 세 번째 저장위치로 이동되고 새로 입력된 동작 상태값이 메모리 어레이의 첫 번째 저장위치에 저장된다.
이와 같은 쉬프트 연산을 반복하면, 메모리 어레이의 모든 저장 위치에 N+1개의 동작 상태값이 저장된다. 이에 따라, 새로운 동작 상태값이 입력되면 메모리 어레이에 저장된 동작 상태값은 다음 위치로 이동되지만 더 이상 이동할 곳이 없는 마지막 저장위치(N)에 저장된 동작 상태값은 상태 궤적 메모리 버퍼(300)에서 삭제된다.
이와 같은 FIFO(First In First Out) 방식으로 동작 상태값을 저장함으로써 상태 궤적 메모리 버퍼(300)에는 착용자의 최근 움직임에 대한 미리 설정된 개수의 동작 상태값만 저장될 수 있다.
또한, 상태 궤적 메모리 버퍼(300)에 저장되는 동작 상태값(s0)은 센서가 추정한 센싱값(q0) 또는 착용자의 동작 상태를 보여줄 수 있는 센싱값의 변환값일 수 있다. 구체적인 예를 들어, 힙 각도차 값(q0)은 웨어러블 로봇(200)의 센서가 추정한 착용자의 일측 목적 신체부위와 타측 목적 신체부위 사이의 각도 값(q0)일 수 있다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 힙 각도차 값(q0)을 센싱하는 단계(S410)가 가장 먼저 수행될 수 있다. 웨어러블 로봇(200)의 센서가 추정한 착용자의 일측 목적 신체부위와 타측 목적 신체부위 사이의 각도 값(q0)은 그 자체로 동작 상태값(s0)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상태 궤적 메모리 버퍼(300)에 저장되는 동작 상태값은 착용자의 최근 짧은 시간(수 초 이내, 예를 들어 1∼2초 이내) 동안의 움직임을 나타낼 수도 있다. 예를 들어, 상태 궤적 메모리 버퍼(300)에 저장되는 동작 상태값은 착용자의 한 동작 정보(반복적인 움직임의 반주기)만을 포함할 수도 있다. 상태 궤적 메모리 버퍼(300)에 저장되는 동작 상태값이 착용자의 한 동작, 즉 반복적인 움직임의 반주기 만을 포함하더라도 본 발명의 실시가 가능하다.
바람직하게는, 상태 궤적 메모리 버퍼(300)에 저장되는 동작 상태값은 착용자의 반복적인 움직임 중 한 주기를 포함하는 움직임에 대한 동작 상태값이 저장될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에 따른 웨어러블 로봇(200)을 허리 또는 허벅지 등의 하체부위에 착용하는 경우, 착용자의 1주기 동작은 착용자의 1주기 보행동작(예컨대, 걸음동작 등)일 수 있다.
도 49는 본 발명에 따른 출력 토크 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 도 47의 구동부(220)의 출력 토크 산출과 관련하여 더욱 자세히 서술한다.
도시된 바와 같이, Exoskeleton으로부터 센싱된 현재의 힙 각도 정보(q0)는 힙 상태 변수인 동작 상태값(S0)으로 변환될 수 있다.(S411)
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부(220)는 변환된 동작 상태값(S0)에 비대칭 파라미터 a를 이용하여 일측 목적 신체부위의 보행과 타측 목적 신체부위의 보행 시 출력 토크의 차이를 제공할 수 있다. 구체적으로, a=0이면 비대칭 정도가 없다는 의미로, 좌우 동작에 동일한 토크가 대칭적으로 제공될 수 있다. a값이 음수이면, 우측 동작의 모션에 대비하여 좌측 동작의 모션에 보조 토크가 증가된다. a값이 양수이면, 좌측 동작의 모션에 대비하여 우측 동작의 모션에 보조 토크가 증가한다. 즉, 좌측 혹은 우측 동작에 대한 비대칭 보조를 파라미터 a 하나로 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, a값의 부호로 좌/우측 동작의 비대칭이 결정되고, a값의 크기로 비대칭성의 정도를 조절할 수 있다. 가령, a=0.10 일 때와 비교하여 a=0.20인 경우, 우측 비대칭 보조를 더 강화하게 된다. a값은 -1.0∼1.0 범위내일 수 있으며, -0.5∼0.5 값이 사용되는 게 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 변환된 동작 상태값(S0)은 Exponential moving average 필터를 통과할 수 있다.(S412) 즉, 구동부(220)는 필터 파라미터
Figure PCTKR2024021371-appb-img-000019
를 이용해 신호의 차단주파수(cutoff frequency)를 조절할 수 있다. -3dB 차단 주파수(신호 전력이 절반으로 감소하는 주파수,
Figure PCTKR2024021371-appb-img-000020
로 표시됨)는 다음 [수학식 8]로 나타낼 수 있다.
[수학식 8]
Figure PCTKR2024021371-appb-img-000021
여기서 fs는 sampling frequency를 나타낸다. 본 발명에 따르면, 필터링된 동작 상태값(s0)은 상태 궤적 메모리 버퍼(300)에 저장 및 업데이트 될 수 있으며(S440, S413), 매 제어 순간 유한한 크기의 모션 메모리 버퍼에 hip state s0의 최근 움직임 정보들이 저장되고 매 순간 업데이트 될 수 있다. 이에 따라 구동부(220)는 필터링된 동작 상태값(S0)에 기초하여 출력 토크 값을 산출할 수 있다. (S450)
본 발명에 따르면, 센싱된 신호의 동작 속도를 상태 궤적 이동거리(d0)를 이용하여 계산 제어 파라미터(S416의 파라미터)를 착용자 움직임 특성에 맞춰 적응적(adaptive)으로 조절할 수도 있다. 또한, 다양한 작업자/사용자에 특화된 모드는 웨어러블 로봇(200), 외부 원격장치 또는 외부 서버 등에 룩업테이블 형태로 저장되어 있을 수 있으며, 사용자 단말(100)의 인터페이스를 통해 선택하면 저장된 파라미터를 수신하여 구동부(220)가 지정된 모드의 파라미터에 따라 출력 토크를 산출할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 바뀐 모드에 의한 파라미터 설정 값은 매 제어 순간 현재 설정된 파라미터 값을 기점으로 점진적으로 변경시켜 반영될 수 있다.(S416) 따라서, 모드 데이터 베이스(S415)에 설정된 선택된 운동모드에 해당하는 세팅은 사용자가 사용자 단말(100)의 인터페이스를 이용하여 선택된 운동모드로 변경했을 때 즉각 바뀌지 않고, 소정의 시간 이후에 구동부(220)에 최종적으로 반영될 수 있다. 즉, 구동부(220)는 상태 궤적 메모리 버퍼(300)와 점진적 파라미터 변경(S416)을 통해 이동 중에도 보행 정지 없이 안전하게 보행 보조 모드 또는 보행 저항 모드로 전환할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부(220)는 토크 세기 조절 파라미터(k)의 부호를 바꿈으로서 보행 보조 모드 또는 보행 저항 모드로의 전환을 별도의 제어기 스위칭 없이 통합된 하나의 제어룰로 적용할 수 있다. 이에 따라, 웨어러블 로봇(200)은 착용자에게 예측 가능한 형태(일관된)의 출력 토크를 인가할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 착용자에게 안전한 보행 보조/저항을 가능하게 할 수 있다.
도 50a는 본 발명에 따른 보행 중 보행 이외의 작업 후 다시 보행 시 토크 값의 변화를 나타내는 도면이다. 도 50b는 본 발명에 따른 보행 중 느린 보행을 하고, 보행 이외의 작업 후 다시 보행 시 토크 값의 변화를 나타내는 도면이다.
도 50a에 도시된 바와 같이, 착용자가 정지(10a-1)한 상태에서는 착용자의 힙 각도 차(angle)가 발생하지 않으며 출력 토크(torque)가 발생하지 않는다. 이후, 착용자가 보행을 시작하는 경우(10a-2), 착용자의 힙 각도 차(angle)가 발생하기 시작하지만, 출력 토크(torque)가 착용자의 힙 각도 차(angle)에 따라 곧바로 산출되는 것이 아닌, 임계 이상의 걸음 수 이후부터 점진적으로 출력 토크(torque)가 산출될 수 있다. 이후, 작업을 위한 한쪽 무릎 꿇기 동작 시(10a-3), 소정의 시간 동안 상태 궤적 이동거리(d0) 값이 임계 이하이므로 구동부(220)는 출력 토크(torque)를 토크 세기 조절 파라미터(k)를 점진적으로 감소시킴으로 줄일 수 있다. 이후, 다시 착용자의 보행이 시작되는 경우(10a-4)에 연속적일 걸음 수가 임계 이상인 경우에 구동부(220)는 토크 세기 조절 파라미터(k)를 점진적으로 복원시킴으로써 출력 토크(torque)를 산출할 수 있다. 이에 따라, 구동부(220)가 산출하는 파워(power) 또한 착용자의 움직임에 부드럽게 제공될 수 있으므로 본 발명에 따라 착용자는 부드러운 출력 토크를 제공받을 수 있다.
도 50b에 도시된 바와 같이, 착용자가 정지(10b-1)한 상태에서는 착용자의 힙 각도 차(angle)가 발생하지 않으며 출력 토크(torque)가 발생하지 않는다. 이후, 착용자가 보행을 시작하는 경우(10b-2), 착용자의 힙 각도 차(angle)가 발생하기 시작하지만, 출력 토크(torque)가 착용자의 힙 각도 차(angle)에 따라 곧바로 산출되는 것이 아닌, 임계 이상의 걸음 수 이후부터 점진적으로 출력 토크(torque)가 산출될 수 있다.
이후, 착용자가 작업을 하기 위해 천천히 보행(10b-3)을 할 수 있고, 소정의 시간 동안 상태 궤적 이동거리(d0) 값이 임계 이하이므로 구동부(220)는 출력 토크(torque)를 토크 세기 조절 파라미터(k)를 점진적으로 감소시킴으로 줄일 수 있다. 또한, 느린 보행 이후 작업을 위한 한쪽 무릎 꿇기 동작 시(10b-4), 소정의 시간 동안 상태 궤적 이동거리(d0) 값이 마찬가지로 임계 이하이므로 구동부(220)는 출력 토크(torque)를 토크 세기 조절 파라미터(k)를 점진적으로 감소시킴으로 줄일 수 있다. 이후, 다시 착용자의 보행이 시작되는 경우(10b-5)에 연속적일 걸음 수가 임계 이상인 경우에 구동부(220)는 토크 세기 조절 파라미터(k)를 점진적으로 복원시킴으로써 점진적으로 출력 토크(torque)를 산출할 수 있다. 이에 따라, 구동부(220)가 산출하는 파워(power) 또한 착용자의 움직임에 부드럽게 제공될 수 있으므로 본 발명에 따라 착용자는 부드러운 출력 토크를 제공받을 수 있다.
도 51a는 본 발명에 따른 장치 토크 부호가 변화하는 구간에서 토크 비활성화 구간을 늘리는 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 도 51b는 본 발명에 따른 장치 토크 부호가 변화하는 구간에서 토크 비활성화 구간을 늘리는 실시예를 그래프로 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따르면, 구동부(220)는 출력 토크 부호가 변화는 구간에서 토크 비활성화(토크 제로) 구간을 늘려 출력 토크를 0 또는 임계 이하의 값으로 제공하는 시간을 소정의 시간 동안 제공할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 웨어러블 로봇(200)은 보행 보조가 필요한 시점에 집중하여 에너지 효율적인 장치 구동을 수행할 수 있다. 또한, 본 발명의 웨어러블 로봇(200)은 착용자에게 자연스러운 보행 보조를 수행할 수 있도록 하며, 작업자의 장시간 작업에 효과적일 수 있다.
본 발명에 따르면, 구동부(220)는 동작 상태값(S0)에 Shaping 연산을 추가 적용하여 출력 토크 형태를 변경시킬 수 있다. 구체적인 예를 들어, error function을 이용해서 최종적으로 동작 상태값(S0)을 적용하는 경우, 도 11b에 도시된 바와 같이, 출력 토크 방향이 바뀌는 지점에서 토크 출력 제로 구간을 늘릴 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부(220)는 동작 상태값(S0)에 Shaping 연산을 추가 적용하여 출력 토크 형태를 변경시킬 수 있다. 여기서, error function 이외 exponential, sine, cosine 함수 등을 이용해 보다 다양한 토크 형상 변환을 적용할 수도 있다.
도 52는 본 발명에 따른 착용형 모빌리티 시스템 및 사용자 단말을 나타낸 도면이다.
도 52에 도시된 바와 같이, 웨어러블 로봇(200)은 허리 착용부(210), 허벅지 착용부(240), 구동부(220) 및 연결 부재(230)를 포함한다. 또한, 본 발명의 웨어러블 로봇(200)의 허리 착용부(210)와 허벅지 착용부(240)는 신체부위에 착용될 수 있다. 구체적으로, 허벅지 착용부(240) 및 허리 착용부(210)는 착용자의 신체 부위에 장착될 수 있으며, 본 발명에서 고정부에 해당할 수 있다. 또한, 구동부(220)는 고정부에 장착될 수 있다.
설명의 편의를 위하여, 웨어러블 로봇(200)을 착용한 착용자의 전면 방향을 x축 방향으로 정의한다. 또한, 웨어러블 로봇(200)을 착용한 착용자의 양 측면 방향을 y축 방향으로 정의하며, 수직방향은 z축 방향으로 정의한다.
본 발명의 일 실시형태에서 허리 착용부(210)는 착용자의 기준 신체부위에 장착될 수 있고, 허벅지 착용부(240)는 착용자의 목적 신체부위에 장착될 수 있으며, 허리 착용부(210) 측에 마련된 구동부(220)와 허벅지 착용부(240)를 연결하는 연결 부재(230)가 구동부(220)의 구동에 의해 y축을 중심으로 회동하면서 관절을 중심으로 하는 신체부위의 움직임에 보조력을 제공할 수 있다. 연결 부재(230)는 제1 연결 부재 및 제2 연결 부재로 구분될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허리 착용부(210)와 허벅지 착용부(240)는 신체 부위에 각각 장착되는 것으로, 신체 부위를 감쌀 수 있는 밴드(band)나 벨트(belt)와 같은 형태로 이루어질 수 있다. 또한, 양단부에는 상호 고정될 수 있는 후크 앤드 루프 패스너 등의 고정수단이 마련될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부(220)는 허리 착용부(210)에 마련되고, y축을 중심으로 하는 회전토크를 제공하기 위한 모터 또는 액추에이터 등으로 구성될 수 있으며, 토크를 상승시키기 위한 감속기 등을 포함할 수 있다.
본 발명은 사용자 단말(100)로부터 운동할 타겟 근육 정보를 수신받는 착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇(200)을 제공할 수 있다. 구체적으로, 구동부(220)는 사용자 단말(100)로부터 수신한 타겟 근육을 강화하도록 파라미터를 설정하고, 이에 기초하여 출력 토크를 산출하도록 구성될 수 있다.
본 발명은 착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇 시스템을 제공할 수도 있다. 착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇 시스템은 사용자 단말(100) 및 웨어러블 로봇(200)을 포함하고, 웨어러블 로봇(200)은 사용자 단말(100)로부터 운동할 타겟 근육 정보를 수신할 수 있고, 수신한 타겟 근육 정보에 기초하여 파라미터를 설정하고, 이에 기초하여 출력 토크를 산출하고, 사용자 단말(100)로 보행 운동과 관련한 정보를 송신할 수 있다. 이때, 사용자 단말(100)은 송신된 보행 운동과 관련한 정보를 수신할 수 있다. 이 경우, 웨어러블 로봇(200)은 착용자의 보행에 기초하여 각속도를 산출하고, 산출한 각속도에 기초하여 동작 상태값을 산출하고, 이에 기초하여 출력 토크를 산출할 수 있다.
본 발명에 따르면, 사용자 단말(100)은 웨어러블 로봇(200)의 착용자가 자신의 움직임 데이터를 실시간으로 모니터링 할 수 있도록 사용자 친화적인 인터페이스를 제공할 수 있다. 구체적으로, 착용자는 웨어러블 로봇(200)의 설정을 조정할 수 있고, 또는 사용자 인터페이스로부터 보행 성능에 대한 피드백을 제공받을 수 있다.
본 발명에 따르면, 웨어러블 로봇(200)은 사용자 단말(100)로부터 운동할 타겟 근육 정보를 수신받을 수 있으며, 이에 기초하여 착용자의 보행 운동을 보조할 수 있다.
본 발명에 따르면, 사용자 단말(100)은 웨어러블 로봇(200)의 민감도, 타이밍, 강도, 보행 보조 모드, 보행 저항 모드 또는 등산 모드 등과 같은 설정을 개인 선호에 따라 조정할 수 있는 기능을 제공할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 저항 모드(Resist Program)는 걷는 동안 사용자의 다리 근육에 저항을 주어, 근육이 더 많은 힘을 사용하게 하고 근력을 강화하는 데 효과가 있다. 또한, 보조 모드(Assist Program)는 웨어러블 로봇(200)이 보조하여 사용자의 걷기를 돕고, 근육의 피로를 줄이면서도 운동 효율을 유지할 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 사용자 단말(100)은 웨어러블 로봇(200)과 Bluetooth, Wi-Fi, 또는 다른 무선 통신 기술에 의해 상호 연결될 수 있으며, 이를 통해 데이터를 상호 교환할 수 있다. 구체적으로, 사용자 단말(100)은 웨어러블 로봇(200)의 상태 정보를 실시간으로 모니터링하거나, 웨어러블 로봇(200)의 동작을 제어할 수 있다. 또한, 웨어러블 로봇(200)은 센서를 통해 수집한 데이터를 사용자 단말(100)로 실시간으로 전송할 수 있으며, 이를 통해 웨어러블 로봇(200)이 착용자의 보행에 대한 피드백을 제공할 수도 있다.
도 53은 본 발명에 따른 보행 보조 모드 및 보행 저항 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 53에 도시된 바와 같이, 착용자의 일측 목적 신체부위와 타측 목적 신체부위 사이의 각도 값(q0, Hip difference angle)은 후술할 동작 상태값일 수 있다.
본 발명은 사용자 단말(100)로부터 운동할 타겟 근육 정보를 수신받는 착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇(200)을 제공할 수 있다. 구체적으로, 구동부(220)는 사용자 단말(100)로부터 수신한 타겟 근육을 강화하도록 파라미터를 설정하고, 이에 기초하여 출력 토크를 산출하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 구동부(220)는 저항 토크를 출력할 수 있고, 보조 토크를출력할 수 있다. 구체적으로, 구동부(220)가 저항 토크를 출력하는 경우, 저항 모드로 표현할 수 있다. 또한, 구동부(220)가 보조 토크를 출력하는 경우, 보조 모드로 표현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 보행 보조 모드의 경우, 웨어러블 로봇 착용자의 다리의 움직임을 보조해 줌으로써 보행 시 근력 소모를 줄어들게 하거나, 빠르고 넓은 보폭의 올바른 보행 자세로 유도할 수 있다. 도 2를 기준으로 하여, 오른쪽에서 왼쪽 방향으로는 웨어러블 로봇 착용자의 다리를 밀어주는(extension) 힘이 인가되며, 도 2를 기준으로 하여, 왼쪽에서 오른쪽 방향으로는 웨어러블 로봇 착용자의 다리를 당기는(flexion) 힘이 인가되어 결과적으로 착용자는 보행 시 근력 소모를 줄어들게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 보행 저항(운동) 모드의 경우, 웨어러블 로봇 착용자의 다리의 움직임에 대해 역방향토크(저항토크)를 인가하여 운동 효과를 주는 것이 가능하다. 도 2를 기준으로 하여, 오른쪽에서 왼쪽 방향으로는 웨어러블 로봇 착용자의 다리를 당기는(flexion) 힘이 인가되며, 도 2를 기준으로 하여, 왼쪽에서 오른쪽 방향으로는 웨어러블 로봇 착용자의 다리를 밀어주는(extension) 힘이 인가되어 결과적으로 착용자는 보행 시 근력 소모를 하여, 운동 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 보행 보조 모드의 경우, 장치 힙 각속도의 방향과 구동부(220)에서 제공하는 토크의 방향이 같으므로, 장치에서 웨어러블 로봇 착용자에게 파워의 전달이 일어나고, 파워 값이 양수로 계산될 수 있다. 반면, 보행 저항(운동) 모드의 경우, 장치 힙 각속도의 방향과 구동부(220)에서 제공하는 토크의 방향이 반대이므로, 착용자가 장치에게 파워의 전달이 일어나므로, 파워 값이 음수로 계산될 수 있다. 즉, 보행 보조 시에는 양의 파워 값이 주로 계산될 수 있고, 보행 저항 시에는 음의 파워 값이 주로 계산될 수 있다.
본 발명에 따르면, 구동부(220)는 착용자의 보행에 기초하여 각속도를 산출할 수 있다. 또한, 구동부(220)는 산출한 각속도에 기초하여 동작 상태값을 산출할 수 있다. 또한, 구동부(220)는 산출한 동작 상태값에 기초하여 출력 토크를 산출할 수 있다. 구동부(220)의 출력 토크 산출과 관련하여 자세한 내용은 후술한다.
도 54는 본 발명에 따른 보행 운동 중 선택적 근육 강화 운동을 지원하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따르면, 보행 운동 중 선택적 근육 강화 운동을 지원하는 방법은 타겟 근육 정보 수신 단계(S100), 웨어러블 로봇(200)에 적용될 타겟 근육 운동에 해당되는 토크 출력 타이밍 정보를 포함한 제어 파라미터 조합 선택 단계(S200), 선택된 제어 파라미터에 기초하여 출력 토크를 결정하고 액츄에이터를 구동하는 단계(S300) 및 보행, 균형, 하체근력 정보를 출력하는 단계(S400)를 포함할 수 있다.
본 발명은 선택적 근육 강화를 위한 웨어러블 로봇(200)을 이용한 출력 토크 제공 방법을 제공할 수 있다. 선택적 근육 강화를 위한 웨어러블 로봇(200)을 이용한 출력 토크 제공 방법은 사용자 단말(100)로부터 웨어러블 로봇(200)이 타겟 근육 정보를 수신받는 단계, 수신한 타겟 근육 정보에 기초하여 웨어러블 로봇(200)이 파라미터를 선택하는 선택 단계; 및 선택한 파라미터에 기초하여 웨어러블 로봇(200)이 출력 토크를 산출하는 산출 단계;를 포함할 수 있다. 구체적으로, 산출 단계는 웨어러블 로봇(200)의 착용자의 보행에 기초하여 각속도를 산출하는 단계, 산출한 각속도에 기초하여 동작 상태값을 산출하는 단계, 및 산출한 동작 상태값에 기초하여 출력 토크를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 산출 단계는 산출한 동작 상태값의 가중치 합에 토크 세기 조절 파라미터를 곱하여 출력 토크를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 선택 단계는 웨어러블 로봇(200)이 운동 모드에 따른 파라미터를 룩업 테이블로 저장하는 단계, 및 웨어러블 로봇(200)이 저장된 룩업 테이블에 기초하여 사용자 단말(100)로부터 수신한 타겟 근육 정보에 따른 파라미터를 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
도 55는 본 발명의 일 실시예에 따른 운동할 타겟 근육 선택 사용자 인터페이스를 나타낸 도면이다.
본 발명에 따르면, 보행 운동 중 선택적 근육 강화 운동을 지원하는 방법은 타겟 근육 정보 수신 단계(S100)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 타겟 근육 정보 수신 단계(S100)는 사용자 단말(100)의 디스플레이부(미도시)에 사용자 인터페이스를 제공하여, 제공된 사용자 인터페이스로부터 입력된 정보를 구동부(220)가 수신하는 방법으로 이루어질 수 있다.
도 55에 도시된 바와 같이, 사용자 단말(100)의 디스플레이부(미도시)는 착용자가 운동할 타겟 근육을 선택할 수 있도록 사용자 인터페이스를 제공할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 웨어러블 로봇(200)의 착용자는 운동할 타겟 근육을 Hip flexor, Knee flexor 등으로 선택할 수 있다. 또한, 웨어러블 로봇(200)의 착용자는 모든 근육을 운동하기 위해 'select all muscle'의 버튼 형태의 사용자 인터페이스를 선택할 수도 있다. 이 경우, 사용자 단말(100)과 웨어러블 로봇(200)은 도 1에 도시된 바와 같이, Bluetooth, Wi-Fi, 또는 다른 무선 통신 기술을 사용하여 연결될 수 있으며, 이와 같은 무선 연결을 통해 데이터가 상호 교환될 수 있다. 따라서, 웨어러블 로봇(200)은 사용자 단말(100)로부터 타겟 근육 정보를 수신할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 사용자 단말(100)의 디스플레이부(미도시)는 착용자가 운동할 타겟 근육을 선택할 수 있도록 사용자 인터페이스를 제공할 수 있다. 또한, 사용자 단말(100)의 수신부(미도시)는 착용자가 운동할 타겟 근육을 선택할 수 있도록 착용자의 음성 데이터를 수신하여 웨어러블 로봇(200)을 제어할 수도 있으나, 웨어러블 로봇(200)이 타겟 근육 정보를 사용자 단말(100)로부터 수신하는 실시예는 이에 제한되지 않는다.
도 57은 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟 근력 운동 모드와 매칭되는 설정값의 룩업 테이블을 나타낸 도면이다.
본 발명에 따르면, 보행 운동 중 선택적 근육 강화 운동을 지원하는 방법은 웨어러블 로봇(200)에 적용될 타겟 근육 운동에 해당되는 토크 출력 타이밍 정보를 포함한 제어 파라미터 조합 선택 단계(S200)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 웨어러블 로봇(200)은 메모리부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 또한, 구동부(220)는 설정된 운동 모드에 따른 출력 토크를 산출할 수 있도록 구성되고, 메모리부(미도시)는 설정된 운동 모드에 따른 파라미터를 룩업 테이블로 저장하도록 구성될 수 있다. 이때, 설정한 파라미터는 룩업 테이블에 기초하여 사용자 단말(100)로부터 수신한 타겟 근육 정보에 따른 파라미터로 구성될 수 있다. 구체적으로, 룩업 테이블은 산출하는 토크의 출력 타이밍 정보, 산출하는 토크의 세기 조절 정보, 출력 토크를 산출하기 위한 필터 정보, 또는 출력 토크를 산출하기 위한 비대칭 정보 중 저겅도 하나의 정보 중 적어도 하나 또는 적어도 둘 이상의 조합으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부(220)는 사용자 단말(100)로부터 파라미터 값 자체를 수신받을 수도 있다. 이 경우, 구동부(200)는 이에 기초하여 출력 토크를 산출할 수 있다. 즉, 룩업 테이블에 의한 파라미터 값이 아닌, 착용자가 설정한 각각의 값을 갖는 파라미터의 조합에 의해 구동부(200)가 출력 토크를 산출할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 웨어러블 로봇(200)은 메모리부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 또한, 메모리부(미도시)는 사용자 단말(100)로부터 수신한 타겟 근육 정보에 기초한 운동 모드 및 운동 모드에 따른 파라미터를 룩업 테이블 형태로 저장할 수 있다. 이 경우, 구동부(220)는 사용자 단말(100)로부터 수신한 타겟 근육 정보에 기초하여 운동 모드를 선택할 수 있고, 선택한 운동 모드에 따른 파라미터에 기초하여 출력 토크를 산출하도록 구성될 수 있다.
도 57에 도시된 표에 따르면, Ankle 근력 강화 모드(보조모드 A)는 발목의 플렉서와 도르시플렉서를 목표로 한 근력 강화 모드이며, Hip, Knee 근력 강화 모드(저항모드 A)는 엉덩이와 무릎 근육을 강화하는 저항 운동 모드이고, Hip extensor, Knee flexor 근력 강화 모드(저항모드 B)는 엉덩이 신전근과 무릎 굴근을 강화하는 저항 운동 모드이며, Knee extensor 근력 강화(저항모드 C) 모드는 무릎 신전근을 목표로 근력을 강화하는 저항 운동 모드이다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 Right leg 근력 강화(저항모드 D) 모드는 오른쪽 다리 근육을 강화하는 운동 모드이며, Left leg 근력 강화(저항모드 E) 모드는 왼쪽 다리 근육을 강화하는 운동 모드이다. 도 57에 도시된 타겟 근력 운동 모드와 매칭되는 설정값 룩업 테이블은 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 이에 제한되는 것이 아니다. 다만, 상술한 각각의 저항모드에 대해서 이하 구체적인 실시예를 서술할 것이나, 마찬가지로 본 발명의 권리범위가 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 착용자가 사용자 단말(100)의 사용자 인터페이스를 통해 운동할 타겟 근육을 'Ankle plantarflexor' 또는 'Ankle dorsiflexor'를 선택하는 경우가 있다. 이 경우, 웨어러블 로봇(200)은 도 57의 룩업 테이블에 기초하여 보조모드 A를 실행할 수 있다. 구체적으로, 보조모드 A가 선택됨에 따라, Target muscle (타겟 근육)은 Ankle plantarflexor 및 Ankle dorsiflexor가 될 수 있으며, Ankle plantarflexor는 발목을 아래쪽으로 굽히는 역할을 하는 근육으로 걷거나 뛰는 동안 힘을 내어 몸을 앞으로 밀어주는 역할을 할 수 있다. 또한, Ankle dorsiflexor는 발목을 위쪽으로 들어 올리는 근육으로, 발을 들어 올리는 데 관여하며, 걷기 또는 달리기 중 발이 바닥에 닿지 않도록 하는 역할을 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 구동부(220)는 타겟 근육을 강화하도록 파라미터를 설정할 수 있고, 이에 기초하여 출력 토크를 산출할 수 있다. 구체적으로, 구동부(220)가 설정하는 파라미터는 산출하는 토크의 출력 타이밍 정보, 산출하는 토크의 세기 조절 정보, 출력 토크를 산출하기 위한 필터 정보, 또는 출력 토크를 산출하기 위한 비대칭 정보 중 적어도 하나의 정보를 나타내는 파라미터일 수 있다. 구체적인 예를 들어, 산출하는 토크의 세기 조절 정보는 본 발명에 따른 토크 세기 조절 파라미터인 Gain 값으로 표현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 보조모드 A가 선택됨에 따라, 도 57의 룩업 테이블에 의해, 토크 세기 조절 파라미터인 Gain 값이 6.5로 설정되는 것을 확인할 수 있다. 토크 세기 조절 파라미터 6.5는 양수이므로, 이는 보조모드에서 사용되며, 사용자가 발목 근육을 사용할 때 힘을 강화해주는 방식으로 작용할 수 있게 된다. 즉, 보조모드 A에서는 사용자가 발목을 굽히거나 펼 때 웨어러블 로봇(200)이 더 큰 힘을 가해 발목 근육의 움직임을 도울 수 있다. 즉, 구동부(220)가 산출하는 토크의 세기 조절 정보는 토크 세기 조절 파라미터로 표현될 수 있고, 토크 세기 조절 파라미터는 구동부(220)가 저항 토크를 출력하는 경우에 음수이고, 구동부(220)가 보조 토크를 출력하는 경우 양수로 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 구동부(220)는 타겟 근육을 강화하도록 파라미터를 설정할 수 있고, 이에 기초하여 출력 토크를 산출할 수 있다. 구체적으로, 구동부(220)가 설정하는 파라미터는 산출하는 토크의 출력 타이밍 정보, 산출하는 토크의 세기 조절 정보, 출력 토크를 산출하기 위한 필터 정보, 또는 출력 토크를 산출하기 위한 비대칭 정보 중 적어도 하나의 정보를 나타내는 파라미터일 수 있다. 구체적인 예를 들어, 산출하는 토크의 출력 타이밍 정보는 본 발명에 따른 동작 상태값의 위치를 의미하는 Array location 값으로 표현될 수 있다.
본 발명에 따르면, 산출하는 토크의 출력 타이밍 정보는 산출한 동작 상태값의 위치 정보를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 보조모드 A가 선택됨에 따라, 도 57의 룩업 테이블에 의해, Array location 값이 26으로 설정되는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 Array location 값은 동작 상태값의 위치를 의미할 수 있다. 다시 말해, 산출하는 토크의 출력 타이밍 정보는 산출한 동작 상태값의 위치 정보를 포함할 수 있다. 즉, Array location 값은 도 56에 도시된 특정 동작 상태값을 의미하는 i에 해당하는 파라미터일 수 있다. 구체적인 예를 들어, 보조모드 A가 선택됨에 따라, 도 57의 룩업 테이블에 의해, Array location 값이 26으로 설정되므로, 구동부(220)는 26번째 동작 상태값의 타이밍에 설정된 파라미터 값에 기초한 출력 토크를 산출할 수 있다. 이에 따라, 웨어러블 로봇(200)은 보조모드 A가 선택됨에 따라, 착용자에게 Target muscle (타겟 근육)인 Ankle plantarflexor 및 Ankle dorsiflexor에 Ankle 근력 강화 효과를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 구동부(220)는 타겟 근육을 강화하도록 파라미터를 설정할 수 있고, 이에 기초하여 출력 토크를 산출할 수 있다. 구체적으로, 구동부(220)가 설정하는 파라미터는 산출하는 토크의 출력 타이밍 정보, 산출하는 토크의 세기 조절 정보, 출력 토크를 산출하기 위한 필터 정보, 또는 출력 토크를 산출하기 위한 비대칭 정보 중 적어도 하나의 정보를 나타내는 파라미터일 수 있다. 구체적인 예를 들어, 출력 토크를 산출하기 위한 필터 정보는 본 발명에 따른 Filter 값으로 표현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 보조모드 A가 선택됨에 따라, 도 57의 룩업 테이블에 의해, Filter 값이 0.05로 설정되는 것을 확인할 수 있다. 이 경우, 구동부(220)는 출력 토크를 산출하기 위하여 센싱된 힙 각도를 차분 및 필터링하여 각속도를 계산할 때, 0.05의 필터 값으로 필터링을 수행하여 출력 토크를 산출할 수 있다. 출력 토크 산출과 관련하여 이하에서 자세히 서술한다.
본 발명에 따르면, 구동부(220)는 타겟 근육을 강화하도록 파라미터를 설정할 수 있고, 이에 기초하여 출력 토크를 산출할 수 있다. 구체적으로, 구동부(220)가 설정하는 파라미터는 산출하는 토크의 출력 타이밍 정보, 산출하는 토크의 세기 조절 정보, 출력 토크를 산출하기 위한 필터 정보, 또는 출력 토크를 산출하기 위한 비대칭 정보 중 적어도 하나의 정보를 나타내는 파라미터일 수 있다. 구체적인 예를 들어, 출력 토크를 산출하기 위한 비대칭 정보는 본 발명에 따른 asymmetry 값으로 표현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 보조모드 A가 선택됨에 따라, 도 57의 룩업 테이블에 의해, asymmetry 값이 0.0으로 설정되는 것을 확인할 수 있다. asymmetry 값 0.0은 양쪽 발목 근육에 동일한 자극이 가해짐을 의미할 수 있다. 즉, 보조모드 A에서는 좌우 발목 근육에 동일한 힘을 가해 균형 잡힌 보조가 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 구동부(220)는 도 57에 도시된 바와 같이 미리 지정된 운동 모드 별 파라미터 값을 적용하여 출력 토크를 산출할 수도 있으나, 착용자가 사용자 단말(100)의 사용자 인터페이스를 통해 각 파라미터를 조절할 수도 있다.
도 56은 본 발명에 따른 보행 보조 출력 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨어러블 로봇(200) 착용자에게 구동력을 제공하기 위하여, 구동부(220)의 움직임 감지 센서(미도시)는 웨어러블 로봇(200) 착용자의 힙 각도를 센싱하는 단계(S410)를 수행할 수 있다. 구동부(220)의 프로세서부(미도시)는 센싱된 힙 각도에 기초하여 각속도를 산출할 수 있다. 구체적으로, 움직임 감지 센서(미도시)가 착용자의 힙 각도를 센싱하고, 구동부(220)의 프로세서부(미도시)는 1000Hz 이상의 빠르기로 움직임 감지 센서(미도시)에 의해 센싱된 힙 각도를 차분 및 필터링하여 각속도를 계산할 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 별도의 각속도를 센싱하기 위한 회전속도계(tachometer)를 사용하지 않더라도, 힙 각도 센싱을 통해 각속도를 산출할 수 있다. 더욱 더 구체적으로, 프로세서부(미도시)는 실시간 제어를 수행하며, 프로세서부(미도시)는 로우 레벨 프로세서와 하이 레벨 프로세서로 구분될 수 있으며, 연산량이 상대적으로 적은 로우 레벨 프로세서에서 1000Hz 이상의 빠르기로 움직임 감지 센서(미도시)에 의해 센싱된 힙 각도를 차분 및 필터링하여 각속도를 계산할 수 있다.
도시된 바와 같이, 웨어러블 로봇(200)의 착용자의 보행을 보조하기 위한 토크 또는 저항하기 위한 토크를 출력하는 단계(S450)에서 출력되는 토크는 구동부(220)가 산출한 각속도에 기초하여 복수의 동작 상태값을 산출(S440)하고, 이들 중 적어도 하나의 동작 상태값을 선택하여, 선택한 동작 상태값의 가중치 합에 토크 세기 조절 인자(k)를 곱하여 산출된 토크일 수 있다. 이때, 산출한 복수의 동작 상태값은 상태 궤적 메모리 버퍼(300)를 통해 쉬프트 연산을 반복하여 저장될 수 있다. 이하, 상태 궤적 메모리 버퍼(300)를 통해 쉬프트 연산을 반복하여 저장되는 복수의 동작 상태값에 대해 서술한다.
도시된 바와 같이, 웨어러블 로봇(200) 착용자에게 구동력을 제공하기 위하여, 구동부(220)의 프로세서부(미도시)에서 착용자의 보행을 보조하기 위한 토크 또는 저항하기 위한 토크를 출력하는 단계(S450)가 수행될 수 있다. 구체적으로, 착용자의 보행을 보조하기 위한 토크 또는 저항하기 위한 토크를 출력하는 단계(S450)는 동작 상태값을 결정하는 단계(S420)를 포함할 수 있다. 또한, 동작 상태값을 필터링하는 단계(S430)을 더 포함할 수 있다. 또한, 이전에 저장된 가장 오래된 동작 상태값은 메모리에서 삭제하는 단계(S440)를 더 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 상태 궤적 메모리 버퍼(300)는 착용자의 동작 상태값을 순차적으로 저장하는 저장장치이다. 구체적으로, 첫 번째 동작 상태값이 입력되면 메모리 어레이의 첫 번째 저장위치에 저장된다. 그 다음, 새로운 동작 상태값이 입력되면, 메모리 어레이의 첫 번째 저장위치에 저장되어 있던 동작 상태값은 메모리 어레이의 두 번째 저장위치로 이동되고 새로 입력된 동작 상태값이 메모리 어레이의 첫 번째 저장위치에 저장된다. 그런 다음, 새로운 동작 상태값이 입력되면, 메모리 어레이의 첫 번째 저장위치와 두 번째 저장위치에 각각 저장되어 있던 동작 상태값들은 메모리 어레이의 두 번째 저장위치와 세 번째 저장위치로 이동되고 새로 입력된 동작 상태값이 메모리 어레이의 첫 번째 저장위치에 저장된다.
이와 같은 쉬프트 연산을 반복하면, 메모리 어레이의 모든 저장 위치에 N+1개의 동작 상태값이 저장된다. 이에 따라, 새로운 동작 상태값이 입력되면 메모리 어레이에 저장된 동작 상태값은 다음 위치로 이동되지만 더 이상 이동할 곳이 없는 마지막 저장위치(N)에 저장된 동작 상태값은 상태 궤적 메모리 버퍼(300)에서 삭제된다.
위의 방식을 이용하게 되면, 단일 액추에이터를 사용하는 웨어러블 로봇에서도 비대칭 토크 생성이 가능해진다. 비대칭 모드는 좌/우측 가동범위의 불균형 해결 및 자세 개선에 사용될 수 있으며, 착용자나 용도에 따라 다른 목적으로 사용될 수 있다. 가령, 뇌졸중 등의 질환으로 인해 비대칭 동작을 수행하는 사람의 동작을 보조할 때, 비대칭 모드가 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 예를 들어 본 발명의 일 실시형태에 따른 웨어러블 로봇을 보행 동작의 보조에 이용하는 경우에, 비대칭 모드는 보행 네비게이션 보조에 활용될 수 있다.
복잡한 환경에 가면 토크 세기를 줄여 속도 감소를 유도하고, 커브에서는 비대칭 보조를 통한 방향 안내, 직선 거리에서는 속도를 증가시키는 등 길찾기 보조 기능이 가능할 것이다. 또한, exoskeleton 장치에 스마트폰을 장착하는 등의 방법으로 비전 센서를 이용한다면 시각장애인 보행 이동에 사용될 수도 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 변환값(S0)을 결정하기 위한 단계(S420)를 수행한 후, 필터링 단계(S430)가 수행될 수 있다. 본 발명은 착용자의 급격한 동작 변화에 적응적으로 대응하기 위해 착용자의 동작 상태에 따라 동작 상태값 선택하기 위한 미리 결정된 위치를 변경할 수 있다. 착용자의 동작 변화에 따라 적응적으로 동작 상태값을 선택하여 보조력을 결정하면, 동작 상태값 선택 위치를 고정시킨 경우보다 착용자의 동작 변화에 빠르게 대응할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상태 궤적 메모리 버퍼(300)에 저장되는 동작 상태값은 착용자의 최근 짧은 시간(수 초 이내, 예를 들어 1∼2초 이내) 동안의 움직임을 나타낼 수도 있다. 예를 들어, 상태 궤적 메모리 버퍼(300)에 저장되는 동작 상태값은 착용자의 한 동작 정보(반복적인 움직임의 반주기)만을 포함할 수도 있다. 상태 궤적 메모리 버퍼(300)에 저장되는 동작 상태값이 착용자의 한 동작, 즉 반복적인 움직임의 반주기 만을 포함하더라도 본 발명의 실시가 가능하다.
바람직하게는, 상태 궤적 메모리 버퍼(300)에 저장되는 동작 상태값은 착용자의 반복적인 움직임 중 한 주기를 포함하는 움직임에 대한 동작 상태값이 저장될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에 따른 웨어러블 로봇(200)을 허리 또는 허벅지 등의 하체부위에 착용하는 경우, 착용자의 1주기 동작은 착용자의 1주기 보행동작(예컨대, 걸음동작 등)일 수 있다.
도 58은 본 발명에 따른 출력 토크 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다. 구동부(220)의 출력 토크 산출과 관련하여 더욱 자세히 서술한다.
도시된 바와 같이, Exoskeleton으로부터 센싱된 현재의 힙 각도 정보(q0)는 힙 상태 변수인 동작 상태값(S0)으로 변환될 수 있다.(S411)
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부(220)는 변환된 동작 상태값(S0)에 비대칭 파라미터 a를 이용하여 일측 목적 신체부위의 보행과 타측 목적 신체부위의 보행 시 출력 토크의 차이를 제공할 수 있다. 구체적으로, a=0이면 비대칭 정도가 없다는 의미로, 좌우 동작에 동일한 토크가 대칭적으로 제공될 수 있다. a값이 음수이면, 우측 동작의 모션에 대비하여 좌측 동작의 모션에 보조 토크가 증가된다. a값이 양수이면, 좌측 동작의 모션에 대비하여 우측 동작의 모션에 보조 토크가 증가한다. 즉, 좌측 혹은 우측 동작에 대한 비대칭 보조를 파라미터 a 하나로 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, a값의 부호로 좌/우측 동작의 비대칭이 결정되고, a값의 크기로 비대칭성의 정도를 조절할 수 있다. 가령, a=0.10 일 때와 비교하여 a=0.20인 경우, 우측 비대칭 보조를 더 강화하게 된다. a값은 -1.0∼1.0 범위내일 수 있으며, -0.5∼0.5 값이 사용되는 게 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 변환된 동작 상태값(S0)은 Exponential moving average 필터를 통과할 수 있다.(S412) 즉, 구동부(220)는 필터 파라미터
Figure PCTKR2024021371-appb-img-000022
를 이용해 신호의 차단주파수(cutoff frequency)를 조절할 수 있다.
본 발명에 따르면, 필터링된 동작 상태값(S0)은 상태 궤적 메모리 버퍼(300)에 저장 및 업데이트 될 수 있으며(S440, S413), 매 제어 순간 유한한 크기의 모션 메모리 버퍼에 hip state
Figure PCTKR2024021371-appb-img-000023
의 최근 움직임 정보들이 저장되고 매 순간 업데이트 될 수 있다. 이에 따라 구동부(220)는 필터링된 동작 상태값(S0)에 기초하여 출력 토크 값을 산출할 수 있다. (S450)
본 발명에 따르면, 센싱된 신호의 동작 속도를 상태 궤적 이동거리(d0)를 이용하여 계산 제어 파라미터(S416의 파라미터)를 착용자 움직임 특성에 맞춰 적응적(adaptive)으로 조절할 수도 있다. 또한, 다양한 작업자/사용자에 특화된 모드는 웨어러블 로봇(200), 외부 원격장치 또는 외부 서버 등에 룩업테이블 형태로 저장되어 있을 수 있으며, 사용자 단말(100)의 인터페이스를 통해 선택하면 저장된 파라미터를 수신하여 구동부(220)가 지정된 모드의 파라미터에 따라 출력 토크를 산출할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 바뀐 모드에 의한 파라미터 설정 값은 매 제어 순간 현재 설정된 파라미터 값을 기점으로 점진적으로 변경시켜 반영될 수 있다.(S416) 따라서, 모드 데이터베이스(S415)에 설정된 선택된 운동모드에 해당하는 세팅은 사용자가 사용자 단말(100)의 인터페이스를 이용하여 선택된 운동모드로 변경했을 때 즉각 바뀌지 않고, 소정의 시간 이후에 구동부(220)에 최종적으로 반영될 수 있다. 즉, 구동부(220)는 상태 궤적 메모리 버퍼(300)와 점진적 파라미터 변경(S416)을 통해 이동 중에도 보행 정지 없이 안전하게 보행 보조 모드 또는 보행 저항 모드로 전환할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부(220)는 토크 세기 조절 파라미터(k)의 부호를 바꿈으로서 보행 보조 모드 또는 보행 저항 모드로의 전환을 별도의 제어기 스위칭 없이 통합된 하나의 제어룰로 적용할 수 있다. 이에 따라, 웨어러블 로봇(200)은 착용자에게 예측 가능한 형태(일관된)의 출력 토크를 인가할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 착용자에게 안전한 보행 보조/저항을 가능하게 할 수 있다.
도 58의 사용자 시청각 피드백 정보 제공 단계(S417)에 대하여 이하 서술한다.
도 59는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 피드백 정보 제공을 나타낸 도면이다.
본 발명의 보행 운동 중 선택적 근육 강화 운동을 지원하는 방법은 사용자 시청각 피드백 정보 제공 단계(S417)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 웨어러블 로봇(200)은 사용자 단말(100) 또는 워치(110) 형태의 단말을 통해 착용자에게 사용자 시청각 피드백 정보를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부(220)는 상태 궤적 메모리 버퍼(300)에 저장되어 있는 최근 착용자의 움직임 정보로부터 착용자에게 보행 운동에 관한 정보를 제공할 수 있다. 이 경우, 웨어러블 로봇(200)은 웨어러블 로봇(200)과 무선 통신되는 사용자 단말(100) 또는 워치(110) 형태의 단말을 통해 현재 착용자의 보행 퍼포먼스 정보 및 운동 정보를 포함하는 시청각 피드백 정보를 제공할 수 있다. 구체적으로, 시청각 피드백 정보는 보행 퍼포먼스 정보 및 운동 정보를 포함하고, 보행 퍼포먼스 정보는 속도 정보, 자세 정보, 보폭 정보, 규칙성 정보, 비대칭성 정보 및 보행 점수 정보를 포함할 수 있으며, 운동 정보는 운동 모드별 운동 경과 시간 정보, 누적 운동 시간 정보, 현재 모드 운동 경과 시간 정보를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 보행 운동 중 선택적 근육 강화 운동을 지원하는 방법은 타겟 근육 정보 수신 단계(S100), 웨어러블 로봇(200)에 적용될 타겟 근육 운동에 해당되는 토크 출력 타이밍 정보를 포함한 제어 파라미터 조합 선택 단계(S200), 선택된 제어 파라미터에 기초하여 출력 토크를 결정하고 액츄에이터를 구동하는 단계(S300) 및 보행, 균형, 하체근력 정보를 출력하는 단계(S400)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 보행, 균형, 하체근력 정보를 출력하는 단계(S400)는 사용자 시청각 피드백 정보 제공 단계(S417)를 포함할 수 있다. 이에 따라 본 발명은 착용자로 하여금 운동을 지속할 수 있는 동기를 부여할 수 있으며, 효율으로 운동을 보조하는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 사용자 단말(100)의 디스플레이부(미도시)는 시청각 피드백 정보를 숫자 또는 그래프 형태로 제공할 수 있으며, 구체적으로, 속도 정보, 자세 정보, 보폭 정보, 규칙성 정보, 비대칭성 정보 및 보행 점수 정보, 운동 모드별 운동 경과 시간 정보, 누적 운동 시간 정보, 현재 모드 운동 경과 시간 정보를 숫자 또는 그래프 형태로 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨어러블 로봇(200)은 웨어러블 로봇(200)과 무선 통신되는 사용자 단말(100) 또는 워치(110) 형태의 단말을 통해 도 59의 (a)에 도시된 보행 지표 정보를 제공할 수 있다. 도 59의 (a)에 도시된 바와 같이 구체적인 예를 들어, 현재 착용자가 웨어러블 로봇(200)을 착용하고 보행하고 있으며, 현재의 speed 또는 평균 speed는 착용자의 보행 속도를 의미하며 4.5km/h인 것을 확인할 수 있다. 또한, distance는 착용자가 보행한 총 거리를 의미하며 2km인 것을 확인할 수 있다. 또한, step count는 착용자가 보행한 걸음 수를 나타내며 50걸음을 보행한 것을 확인할 수 있다. cadence는 착용자의 분당 걸음 수를 의미하며 100steps/min이므로 착용자가 1분에 100걸음을 보행하는 것을 확인할 수 있다. regularity는 착용자의 보행이 얼마나 규칙적인지를 나타내는 지표이며 현재 95%의 규칙성을 유지하고 있음을 확인할 수 있다. 또한, Balance/Symmetry는 착용자가 보행 시 좌우 균형이나 대칭성을 나타내는 지표이며, 95%의 대칭성을 유지하고 있음을 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨어러블 로봇(200)은 웨어러블 로봇(200)과 무선 통신되는 사용자 단말(100) 또는 워치(110) 형태의 단말을 통해 도 59의 (b)에 도시된 현재 구간 운동시간 정보 및 적용 운동 모드 정보를 제공할 수 있다. 도 59의 (b)에 도시된 바와 같이 구체적인 예를 들어, Current mode: Assist (Brisk)는 현재 웨어러블 로봇(200)이 동작하고 있는 모드를 나타낼 수 있다. 즉, 웨어러블 로봇(200)이 현재 보조 모드로 작동하는 것을 확인할 수 있으며, 빠른 걸음 또는 속도감 있는 보행을 지원하고 있음을 확인할 수 있다. 또한, Elapsed time은 사용자가 보행을 시작한 후 경과된 시간을 나타내며, 2분 35초가 경과한 것을 확인할 수 있다. 또한, Mobility score는 착용자의 이동성 또는 보행 성능을 평가하는 점수이며, Mobility score가 90점으로 측정된 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, Mobility score는 착용자의 종합적인 보행 성능을 포함하며, 구동부(220) 또는 사용자 단말(100) 등은 상태 궤적 이동거리(d0)에 기초하여 Mobility score를 산출할 수 있다. 즉, 착용자의 보행 속도와 상태 궤적 이동거리(d0)는 양의 상관 관계를 가지므로, 착용자의 보행 속도가 증가하는 경우, Mobility score 값은 증가할 수 있다. 이하, 도 59의 (c) 및 도 59의 (d)의 설명에 기초하여 Mobility score에 대해 이어서 서술한다.
도 59의 (c)에 도시된 바와 같이, 웨어러블 로봇(200)은 웨어러블 로봇(200)과 무선 통신되는 사용자 단말(100) 또는 워치(110) 형태의 단말을 통해 보행 limit cycles 시각 피드백 정보를 제공할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 웨어러블 로봇(200)은 phase portrait을 이용하여 착용자의 보행 상태를 시각화할 수 있으며, 두 가지 상태 변수인 동작 상태값 s와 Hip state derivative
Figure PCTKR2024021371-appb-img-000024
의 관계를 나타낼 수 있다.
도시된 바와 같이, Limit cycle이 클수록 착용자의 보폭이 크고, 보행 속도가 빠른 것을 확인할 수 있다. 또한, 속도가 증가할수록(그래프에서 3km/h부터 7km/h까지) limit cycle이 커지며, 이는 보폭이 넓고 더 활발한 보행 패턴을 나타낼 수 있다. 즉, 더 큰 limit cycle이 나타나는 경우, 착용자는 더 바람직한 보행임을 확인할 수 있으며, 이는 착용자의 보폭이 크고 속도가 빠르며, 보행의 효율성이 증가했음을 나타낼 수 있다. 또한, 착용자는 도 59의 (c)에 도시된 그래프를 통해 limit cycle이 커지도록 보행을 할 수 있으며, 이는 웨어러블 로봇(200)이 실시간으로 제공하는 피드백에 따라 착용자에게 더 바람직한 보행을 유도하는 효과가 있음을 이해할 수 있다.
도 59의 (d)에 도시된 바와 같이, 웨어러블 로봇(200)은 웨어러블 로봇(200)과 무선 통신되는 사용자 단말(100) 또는 워치(110) 형태의 단말을 통해 mobility score 시각 피드백 정보를 제공할 수 있다. 구체적인 예를 들어, x축은 Time (sec)을 나타내며 이는 시간이 진행됨에 따라 착용자의 상태 궤적 이동거리(d0)가 어떻게 변하는지를 나타내기 위함이며, 도 59의 (d)에서는 착용자의 보행 시간이 0초에서 140초까지 측정되었다.
또한, y축은 착용자의 상태 궤적 이동거리(d0)로, 상태 궤적 이동거리(d0)값은 보행 속도가 증가하면 그 값이 증가하여 mobility score 즉, 착용자의 보행 성능을 평가하는 데 사용될 수 있다. y축 값이 커질수록 보행 성능이 증가된 것으로 확인할 수 있다. 또한, 도시된 바와 같이, 착용자의 상태 궤적 이동거리(d0)가 계단식으로 증가하는데, 이는 각 속도 구간에서 착용자의 보행 상태가 일정하게 유지되다가, 속도가 증가할 때마다 상태 궤적 이동거리(d0)가 급격히 증가하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 착용자는 사용자 단말(100) 등을 통한 시각적인 피드백을 통해, 더 높은 속도로 걷게 되면 보행 성능이 더욱 향상됨을 확인할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 착용자가 더 나은 보행 패턴을 유지하거나 목표를 달성하도록 유도하는 역할을 하는 효과가 있다.
도 60은 본 발명의 일 실시예에 따른 힙 조인트 시각 피드백 정보 제공을 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, mobility score 계산 시 매 순간 착용자의 움직임에 의해 상태 궤적 이동거리(d0) 값이 일정한 값을 갖지 않기 때문에, 웨어러블 로봇(200)은 소정의 시간 동안의 상태 궤적 이동거리(d0) 값들의 평균 또는 중간값을 이용할 수 있다. 이에 따라, 소정의 시간 동안의 상태 궤적 이동거리(d0) 값들의 평균 또는 중간값을 100점 점수로 normalize 시켜 사용자 단말(100) 등을 통해 착용자에게 mobility score 값의 형태로 제공할 수 있다. 또한, 웨어러블 로봇(200) 또는 사용자 단말(100) 등은 서버 장치 등으로부터 문헌 통계 정보 등을 수신하여, 이에 기초한 착용자의 보행나이 또는 보행순위로 mobility score 값을 환산해서 나타낼 수도 있다. 이에 따라, 본 발명은 착용자의 운동에 대한 동기부여를 제공하는 효과를 가질 수 있다.
도 61은 본 발명의 일 실시예에 따른 보조모드 A의 근력 강화 효과를 나타낸 도면이다. 도 62는 본 발명의 일 실시예에 따른 저항모드 A의 근력 강화 효과를 나타낸 도면이다.
이하, 도 57에 도시된 각각의 운동모드인 보조모드 A, 저항모드 A, 저항모드 B, 저항모드 C, 저항모드 D, 저항모드 E의 설정된 파라미터 세트에 따른 실험 결과를 서술한다. 전술한 바와 같이, 타겟 근력 운동 모드와 매칭되는 설정값 룩업 테이블은 일 실시예에 불과하므로, 상기 서술된 각각의 모드의 파라미터가 아닌 다른 운동 모드의 다른 파라미터에 의해 본 발명에 따라 또 다른 운동 효과를 기대해볼 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨어러블 로봇(200)은 착용자에게 보조모드에서는 평소보다 보폭이 커지고 속도가 빨라지는, 활기찬(Brisk) 보행을 유도하는 효과를 제공할 수 있다. 이에 따라, 보조모드에서는 보폭이 작고, 느린 보행 대비 하지 근육 자극이 커지고, 상체 기립 및 코어 근육 사용도 증가하게 되는 효과가 있다. 또한, 보조모드에서는 착용자에게 바르고 역동적인 걸음을 유도하며 동시에 코어 근력과 발목 근력을 강화하는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨어러블 로봇(200)은 저항모드에서는 착용자에게 물속 걷기처럼 보행 중 직접적으로 저항을 주어 하체 근육 및 코어 근육을 강화하는 효과를 제공할 수 있다. 구체적으로, 저항모드에서는 착용자에게 외부 힘에 견디는 저항성 능력과 함께 고관절 및 무릎 근력을 강화하는 효과를 제공할 수 있다. 또한, 착용자가 고관 보조모드와 저항모드를 인터벌로 교대로 사용하면 다양한 하체 근력 및 코어 근력에 자극을 줄 수 있으므로 웨어러블 로봇(200)은 착용자에게 이에 따른 시너지 효과를 제공할 수도 있다.
도시된 바와 같이, 9명의 노인 대상 8주 운동프로그램 진행 시 4주간 보조모드 운동 진행 결과 보행 시 추진력을 발생시키는 발목 근력은 43.8% 향상되었고, 발목 등굽힘 근력은 75.4% 향상된 것을 확인할 수 있었다. 이후 4주간 저항모드 운동프로그램 진행결과 고관절 신전근/굴곡근 각각 19.9%, 11.7% 향상, 무릎 신전근은 22.4% 향상된 것을 확인할 수 있었다.
도 61에 도시된 바와 같이, 보조모드 A에서 고관절 굴곡근(Hip flexion)은 12.5% 증가(+1.10 kgf)가 관찰되었다. 이는 보조 모드 운동이 고관절 굴곡근에 긍정적인 영향을 미쳤음을 확인할 수 있다. 또한, 무릎 굴곡근(Knee flexion)의 근력은 4.7% 증가(+0.37 kgf)하였다. 증가폭이 크지 않지만, 보조 모드가 무릎 굴곡근에 긍정적인 효과를 준 것을 확인할 수 있었다. 또한, 발목 배측굴곡근(Ankle dorsiflexion)은 가장 큰 변화가 나타난 근육이며, 75.4% 증가(+5.51 kgf)로, 발목 배측굴곡근의 근력이 크게 향상되었다. 이는 보조 모드를 통해 발목이 적극적으로 사용된 것으로 해석할 수 있다. 또한, 고관절 신전근(Hip extension)의 변화는 미미하며, 0.3% 감소(-0.38 kgf)가 확인되었다. 즉, 고관절 신전근(Hip extension)은 보조 모드 운동에서 큰 영향을 받지 않은 것으로 확인되었다. 또한, 무릎 신전근(Knee extension)의 근력은 10.2% 증가(+1.03 kgf)로 나타났으며, 무릎 신전근 강화에 효과적인 결과를 확인하였다. 또한, 발목 저속굴곡근(Ankle plantarflexion) 역시 매우 큰 변화가 관찰되었으며, 발목 저속굴곡근의 근력은 43.8% 증가(+4.11 kgf)하였다. 결과적으로, 보조 모드를 통해 발목 근력과 무릎 및 고관절 근력이 향상되었음을 확인할 수 있다. 특히, 발목 배측굴곡근과 발목 저속굴곡근의 근력 증가가 두드러지며, 이는 보조 모드가 발목을 적극적으로 사용하게 하여 걷기의 추진력과 균형을 강화하는 데 기여하는 효과가 있음을 확인할 수 있다.
도 62에 도시된 바와 같이, 저항모드 A에서는 고관절 굴곡근(Hip flexion)은 저항 모드 운동 전후 근력이 11.7% 증가(+1.21 kgf)한 것을 확인할 수 있다. 즉, 저항 모드를 통해 고관절 굴곡근이 활성화되었음을 나타낸다. 또한, 무릎 굴곡근(Knee flexion)은 11.8% 증가(+1.37 kgf) 하였으며, 저항 모드를 통해 무릎 굴곡근 강화에도 효과가 있음을 확인할 수 있다. 또한, 발목 배측굴곡근(Ankle dorsiflexion)은 7.4% 증가(+1.13 kgf)로, 저항 모드를 통해 약간의 향상이 있는 것을 확인할 수 있다. 즉, 보조 모드에 비해 증가 폭은 작지만 여전히 발목 근력에 긍정적인 영향을 주는 것을 나타낸다. 또한, 고관절 신전근(Hip extension)은 19.9% 증가(+2.31 kgf)로 크게 향상된 것을 확인할 수 있으며, 이 결과는 저항 모드가 고관절 신전근 강화에 매우 효과적임을 나타낸다. 또한, 무릎 신전근(Knee extension)은 22.4% 증가(+2.47 kgf)로, 저항 모드 운동 후 가장 큰 증가폭을 나타내므로, 저항 모드가 무릎 신전근을 강화하는 데 효과적임을 확인할 수 있다. 또한, 발목 저속굴곡근(Ankle plantarflexion)은 8.0% 증가(+1.36 kgf)로, 발목 근력에도 효과가 있는 것을 확인할 수 있다.
본 발명에 따르면, 보조 모드는 활기찬(Brisk) 보행을 유도하며, 주로 발목 근력 향상에 효과가 있다. 구체적으로, 발목 배측굴곡근과 발목 저속굴곡근에서 각각 75.4%와 43.8%의 큰 증가를 나타낸 것을 확인할 수 있다. 즉, 보조 모드는 보행을 통해 빠른 속도와 큰 보폭을 유지하게 하며, 이를 통해 발목과 코어 근육을 사용하게 함을 알 수 있다. 반면, 저항 모드는 고관절 및 무릎 근력을 강화하는 데 더 효과가 있으며, 외부 저항을 통해 하체와 코어 근육의 저항성을 향상시키는 효과가 있다.
도 63은 본 발명에 따른 저항모드 B와 저항모드 C간의 강화된 근력 차이를 비교하기 위한 도면이다.
도시된 바와 같이, 저항모드 B, C 간의 타이밍 차이에 의한 토크 프로파일 차이는 하체 부위 별 근력 강화 효과에 차이를 발생시키는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 8명의 노인을 대상으로 6주 운동프로그램 수행을 완료하였다. 이에 기초하여, 저항모드 B 사용자와 저항모드 C 사용자 간의 하체 부위 별 강화된 근력을 비교해보면, 저항모드 B를 사용할 경우 Hip extensor, Hip abductor, Knee flexor 근력 강화 효과가 큰 반면에, 저항모드 C 사용자의 경우 Knee extensor 근력 강화가 큰 것을 확인할 수 있다.
도시된 바와 같이, x축은 HIP.FLEX(고관절 굴곡근), HIP.EXT(고관절 신전근), HIP.ADD(고관절 내전근), HIP.ABD(고관절 외전근), KN.FLEX(무릎 굴곡근), KN.EXT(무릎 신전근), DF(발목 배측굴곡근), PF(발목 저속굴곡근)을 나타내며, y축은 운동 전후의 근력 차이를 나타낸다. 즉, y축 값이 클수록 근력 강화 효과가 더 크다는 것을 나타낼 수 있다. 또한, 그래프에는 각 근육 그룹에 대한 p-value가 표시되어 있으며, p-value가 낮을수록 통계적으로 유의미한 차이를 나타낼 수 있다. 통상적으로 p-value < 0.05일 경우 유의미한 결과로 간주될 수 있다. 도시된 바와 같이, HIP.FLEX(고관절 굴곡근)의 경우, 두 그룹 모두 큰 차이는 없으며, p-value는 0.732로 유의미하지 않은 차이를 나타낸다.
또한, HIP.EXT (고관절 신전근)은 저항모드 B가 저항모드 C에 비해 더 큰 근력 증가를 보였으며, p-value는 0.017로 유의미한 차이를 나타낸다. 즉, 저항모드 B가 고관절 신전근을 강화하는 데 더 효과적인 것을 확인할 수 있다. 또한, HIP.ADD (고관절 내전근)은 저항모드 B가 더 큰 근력 향상을 보이지만, p-value는 0.339로 유의미하지 않는 것을 확인할 수 있다. 또한, HIP.ABD (고관절 외전근)은 저항모드 B가 더 큰 근력 증가를 나타냄을 확인할 수 있다. 또한, KN.FLEX (무릎 굴곡근)은 저항모드 B가 더 큰 근력 향상을 보였지만, p-value는 0.313로 유의미하지 않은 것을 확인할 수 있다. 또한, KN.EXT (무릎 신전근)은 저항모드 C가 저항모드 B에 비해 큰 근력 향상을 보였으며, p-value는 0.087로 저항모드 C가 무릎 신전근을 강화하는 데 더 효과적인 것으로 확인할 수 있다. 또한, DF (발목 배측굴곡근)는 두 모드 모두 근력 변화가 미미하며, p-value는 0.77로 유의미하지 않는 것을 확인할 수 있다. 또한, PF (발목 저속굴곡근)의 경우, 두 모드 모두 비슷한 근력 향상을 보였으며, p-value는 0.945로 유의미하지 않은 것을 확인할 수 있다.
본 발명에 따르면, 저항모드 B는 고관절 신전근(HIP.EXT), 고관절 외전근(HIP.ABD), 무릎 굴곡근(KN.FLEX)에서 더 큰 근력 향상 효과를 가지며, 특히 고관절 신전근 강화 효과가 있음을 확인할 수 있다. 반면에 저항모드 C는 무릎 신전근(KN.EXT)에서 더 큰 근력 향상을 보여, 무릎 신전근 강화에 더 효과적인 것을 확인할 수 있다.
도 64는 본 발명에 따른 보조모드 A의 토크, 파워 궤적을 나타낸 도면이다. 도 65는 본 발명에 따른 저항모드 A의 토크, 파워 궤적을 나타낸 도면이다.
도 64에 도시된 바와 같이, 보조모드 A에서 x축 시간에 따라, y축 토크와 각도가 주기적으로 변하는 것을 나타내며, 토크의 파형이 양의 영역에서 주로 나타나고 있으므로, 발목 근력 강화 시 주로 양의 토크가 발생함을 확인할 수 있다. 또한, x축 시간에 따라, y축 Power (토크 × 각속도) 역시 양의 파워가 주로 발생하고 있으며, 평균 양의 파워는 10.55W로 확인할 수 있다. 이는 보조모드에서 착용자가 에너지를 발산하며 발목을 움직이고 있음을 의미하고, 음의 파워의 평균 값은 -0.05W로 매우 작은 것을 확인할 수 있다. 이는 보조모드에서 주로 착용자의 근육이 힘을 내며 발목을 움직이는 것을 나타낸다.
도 65에 도시된 바와 같이, 저항모드 A에서 x축 시간에 따라, y축 토크와 각도가 주기적으로 변하는 것을 나타내며, 토크의 궤적이 각도의 변화에 따라 양의 값과 음의 값을 모두 오가는 궤적을 나타낸다. 이는 저항에 대항하여 착용자가 다리 근육을 사용하는 특성을 나타낸다. 특히, 음의 토크가 상대적으로 많이 발생하며, 이는 저항을 받으면서 관절을 제어하는 움직임이 이루어짐을 확인할 수 있다. 또한, x축 시간에 따라, y축 Power (토크 × 각속도)에서 음의 파워가 주로 발생하고 있으며, 평균 음의 파워는 -4.95W인 것을 확인할 수 있다. 이는 저항모드에서 다리 근육이 저항에 대응하여 에너지를 흡수하고, 제어하며 힘을 소모하는 특성을 나타낸다. 이 경우, 양의 파워는 거의 발생하지 않으며, 평균 값은 0.23W로 작은 것을 확인할 수 있다. 이는 저항모드에서는 착용자의 근육이 힘을 내기보다는 저항을 견디고 컨트롤하는 것이 주된 역할임을 나타낸다.
본 발명에 따르면, 보조모드는 발목 근력을 강화하며, 추진력을 발생시키는 데 효과적이다. 이 모드에서는 양의 파워가 주로 발생하여 근육이 힘을 내는 데 효과가 있는 반면, 저항모드는 고관절과 무릎 근육에 저항을 가하며, 근육이 저항을 견디고 제어하는 능력을 키우는 데 효과적인 것을 확인할 수 있다. 이 모드에서는 음의 파워가 주로 발생하여 근육이 외부 힘에 대응하는 훈련을 하는 효과가 있다.
도 66은 본 발명에 따른 저항모드 B의 토크, 파워 궤적을 나타낸 도면이다.
도 67은 본 발명에 따른 저항모드 C의 토크, 파워 궤적을 나타낸 도면이다.
도 66에 도시된 바와 같이, 저항모드 B에서는 x축 시간에 따라 y축 토크와 각도 간의 변화를 주기적으로 나타낸다. 또한, 토크의 파형은 양의 값과 음의 값을 모두 오가며, 저항모드 B에서 고관절 신전근과 무릎 굴곡근이 모두 저항을 받으며 운동하고 있음을 확인할 수 있다. 특히, 양의 토크보다는 음의 토크가 더 많이 발생하고 있으며, 이는 근육이 저항에 대항하여 에너지를 흡수하는 방식으로 작동하고 있음을 의미할 수 있다. 또한, x축 시간에 따라 y축 Power (토크 × 각속도)는 음의 파워가 주로 발생하며, 평균 음의 파워는 -3.53W로 확인할 수 있다. 이는 저항모드 B에서 근육이 저항을 견디며 에너지를 흡수하고, 이를 통해 근육의 제어 능력이 강화되고 있음을 확인할 수 있다. 또한, 양의 파워도 약간 발생하며, 평균 값은 0.85W로 확인할 수 있다. 이는 저항모드 B에서 근육이 저항을 받을 뿐만 아니라 일부는 힘을 내어 작동하고 있음을 나타낸다.
도 67에 도시된 바와 같이, 저항모드 C에서는 x축 시간에 따라 y축 토크와 각도 간의 변화를 주기적으로 나타낸다. 저항모드 C에서는 무릎 신전근(Knee extensor)을 중점적으로 사용하며, 토크의 궤적은 양의 값과 음의 값을 모두 오가고 있고, 특히 양의 토크보다 음의 토크가 더 많이 발생하는 것을 확인할 수 있다. 이는 저항에 대응하여 무릎 신전근이 에너지를 흡수하면서 제어하고 있음을 나타낼 수 있다. 또한, x축 시간에 따라 y축 Power (토크 × 각속도)는 음의 파워가 주로 발생하며, 평균 음의 파워는 -3.59W로 확인할 수 있다. 이는 무릎 신전근이 저항을 견디며 에너지를 흡수하고, 저항을 이겨내는 능력을 키우고 있는 것으로 이해할 수 있다. 또한, 양의 파워는 거의 발생하지 않으며, 평균 값은 0.03W로 낮은 것을 확인할 수 있다. 이는 저항모드 C에서 근육이 주로 저항을 견디는 훈련을 하고 있음을 나타낸다.
본 발명에 따르면, 저항모드 B는 고관절 신전근(Hip extensor)과 무릎 굴곡근(Knee flexor)에 주로 영향을 준다. 도시된 바와 같이, 양의 파워(0.85W)와 음의 파워(-3.53W)가 모두 발생하지만, 음의 파워가 더 크게 발생하여 주로 근육이 저항을 견디고 제어하는 역할을 하고 있음을 확인할 수 있다. 즉, 저항모드 B는 저항을 견디면서도 일부 근육은 힘을 발휘하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 저항모드 C는 무릎 신전근(Knee extensor)에 주로 영향을 준다. 도시된 바와 같이, 양의 파워(0.03W)는 거의 발생하지 않고, 음의 파워(-3.59W)가 주로 발생하여 저항에 대한 대응 및 제어의 효과가 있다. 이 모드는 거의 대부분의 운동이 저항을 견디는 데 집중되어 있어, 근육의 제어력과 저항성 강화에 효과가 있다.
도 68은 본 발명에 따른 저항모드 D의 토크, 파워 궤적을 나타낸 도면이다.
도 69는 본 발명에 따른 저항모드 E의 토크, 파워 궤적을 나타낸 도면이다.
도 68에 도시된 바와 같이, 저항모드 D에서는 x축 시간에 따라 y축 토크와 각도의 주기적인 변화를 나타낸다. 토크가 양의 값과 음의 값을 오가면서 근육이 저항에 맞서서 작동하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 오른쪽 다리에서 주로 음의 토크가 더 많이 발생하고 있음을 확인할 수 있다. 또한, 저항모드 D에서는 x축 시간에 따라 y축 Power (토크 × 각속도)는 음의 파워가 주로 발생하며, 평균 음의 파워는 -4.88W로 확인할 수 있다. 또한, 양의 파워는 매우 적으며, 평균 0.14W로 거의 발생하지 않고, 이로 인해 근육이 저항에 대응하는 데 주로 에너지를 소모하는 운동을 하고 있음을 확인할 수 있다.
도 69에 도시된 바와 같이, 저항모드 E에서는 x축 시간에 따라 y축 토크와 각도의 주기적인 변화를 나타낸다. 즉, 저항모드 E에서는 왼쪽 다리에서의 토크와 각도의 변화를 나타낸다. 오른쪽 다리와 마찬가지로 토크는 양의 값과 음의 값을 오가고 있으며, 음의 토크가 주로 발생하므로, 왼쪽 다리도 주로 저항에 대응하여 토크를 제어하고 있음을 나타낸다. 또한, 저항모드 E에서는 x축 시간에 따라 y축 Power(토크 × 각속도)는 음의 파워가 주로 발생하며, 평균 음의 파워는 -4.99W로 확인할 수 있다. 또한, 양의 파워는 매우 적으며, 평균 0.07W로 거의 발생하지 않으므로, 이는 저항모드 E가 근육 제어 및 저항 견디기 훈련에 효과가 있음을 확인할 수 있다.
본 발명에 따르면, 저항모드 D(오른쪽 다리)에서 양의 파워(0.14W)와 음의 파워(-4.88W)가 발생하지만, 주로 음의 파워가 더 크게 발생하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 오른쪽 다리 근력 강화에서 주로 저항에 대응하는 운동이 이루어지는 효과가 있다. 또한, 저항모드 E(왼쪽 다리)에서 양의 파워(0.07W)와 음의 파워(-4.99W)가 발생하지만, 역시 음의 파워가 주로 발생하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 왼쪽 다리 근력 강화도 오른쪽 다리와 마찬가지로 주로 저항에 대응하여 에너지를 소모하는 효과가 있다.
도 70은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 운동 중 선택적 보행 강화 운동을 지원하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟 동작 운동모드와 매칭되는 설정값 룩업 테이블을 나타낸 도면이다.
도 70에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따라 타겟 근력이 아닌 타겟 운동 효과 또는 타겟 보행 능력 강화 효과를 선택적으로 설정하는 실시예도 가능하다. 구체적으로, 타겟 운동 효과 또는 타겟 보행 능력 강화 효과 지원 방법은 타겟 운동 효과 설정 정보 수신 단계(S110), 웨어러블 장치에 적용될 타겟 보행 운동 효과에 해당되는 토크 타이밍을 포함한 제어 파라미터 조합 선택 단계(S210), 선택된 제어 파라미터에 기초하여 출력 토크 결정 및 액츄에이터 구동 단계(S310) 및 보행, 균형, 하체근력 정보 출력 단계(S410)를 포함할 수 있다.
도 71에 도시된 바와 같이, 타겟 동작 운동모드와 매칭되는 각각의 파라미터 설정값 룩업 테이블이 제공될 수 있으나, 이는 실시예에 불과하므로 본 발명의 권리범위가 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, Target 운동 효과는 각 모드가 제공하는 운동 효과를 나타내며, 착용자가 원하는 운동 효과에 따라 이 모드가 선택될 수 있다. 예를 들어, 착용자가 보행 보조 효과를 원하는 경우, 보조모드 A가 실행될 수 있으며, 이는 보행의 속도, 보폭, 상체 안정성 등 보행 품질을 개선하는 모드일 수 있다.
또한, 착용자가 우측 보조 효과를 원하는 경우, 보조모드 B가 실행될 수 있으며, 이는 우측 다리의 ROM(운동 범위)을 증가시키고, 비대칭성을 개선하는 모드일 수 있다. 또한, 착용자가 좌측 보조 효과를 원하는 경우, 보조모드 C가 실행될 수 있으며, 이는 좌측 다리의 ROM을 증가시키고, 비대칭성을 개선하는 모드일 수 있다. 또한, 착용자가 저속 보조 효과를 원하는 경우, 보조모드 D가 실행될 수 있으며, 이는 저속 보행자의 ROM과 보폭을 증가시키는 모드일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 토크 세기 조절 파라미터(Gain 값)는 운동 중 발생하는 출력 강도를 설정하는 값일 수 있으며, 보조모드 A에서는 6.5로 설정되어 보행을 개선하는 데 필요한 적절한 힘을 제공할 수 있고, 다른 모드(B, C, D)에서는 8로 설정되어 더 강한 출력 토크를 제공할 수 있다. 또한, 보조모드 A에서는 동작 상태값의 26번 위치를, 보조모드 B와 C에서는 28번, 보조모드 D에서는 36번 위치의 타이밍에 출력 토크를 산출하여 각 타이밍은 운동의 목적에 맞게 설정될 수 있다. 또한, 각 모드에서 필터 파라미터, 비대칭 파라미터가 설정될 수 있음은 전술한 바와 같다.
도 72는 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟 개선 동작 설정 사용자 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 타겟 운동 설정 사용자 인터페이스가 사용자 단말(100)을 통해 제공될 수 있다. 또한, 착용자가 주로 사용하는 운동모드는 웨어러블 로봇(200)에 부착된 버튼(미도시)으로 설정/변경할 수 있으나, 도시된 바와 같은 다양한 타겟 운동모드는 사용자 단말(100)의 인터페이스를 통해 웨어러블 로봇(200)의 수신부(미도시)로 전달될 수 있다.
본 발명에 따르면, 타겟 운동은 타겟 보행기능 개선을 위한 동작 항목별 운동일 수 있다. 구체적으로, 보조 토크를 이용한 Assist Program과 저항토크를 이용한 Resist Program으로 구분될 수 있으며, 각각은 모빌리티 확장(augmentation)과 근력 강화(strengthening)를 통한 보행기능 강화 운동일 수 있다. 즉, 각각의 Assistive 보행, Resistive 보행 운동프로그램 내에서 토크 세기 조절 파라미터를 포함하는 각각의 파라미터를 조절함으로써 더욱 다양한 운동 효과를 주거나 특정 보행 동작 기능을 강화시키는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 보조 토크를 이용하는 Assist 프로그램은 보행 자세 개선, 교정, 가동 동작 증가(보폭 증가) 효과를 제공할 수 있으며, 저항 토크를 이용한 Resist 프로그램은 자세 개선 효과 보다는 보행 시 사용되는 근력 강화 효과를 제공할 수 있으나, 상술한 효과에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 착용자가 보조 토크를 받아 Brisk 보행을 통해 보폭이 넓고 바른 자세로 빠르게 걸으면, 웨어러블 로봇(200)의 미착용 또는 느린 보행에 대비하여 하지 근육 자극이 커지고 또한 상체 기립 및 코어근육 사용도 증가하게 된다. 즉, 하지/코어 모드 시 저항토크에 의해 보폭 증가가 이루어지지 않아도, 저항훈련 후 장치 미착용 시 보폭이 자연스럽게 늘어나는 효과도 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 보행속도 증가(Brisk 보행) 모드에서 넓은 보폭과 빠른 속도의 보행을 착용자가 수행하게 되면, 좁은 보폭-느린속도 보행 대비 더 큰 보조력이 착용자에게 adaptive하게 인가될 수 있다. 이에 따라, 웨어러블 로봇(200)은 착용자가 넓은 보폭 보행, 즉 Brisk 보행을 오래 지속할수록 한다. 또한, 전문가는 보행 운동 시 Brisk 보행을 권장하는데, 웨어러블 로봇(200)은 올바른 스타일의 보행 자세를 쉽게 지속할 수 있도록 하는 효과가 있다. 특히, 노인이나 환자의 경우 Brisk 보행을 수행하면 쉽게 지쳐서 바람직하지 않는 좁은 보폭의 느린 보행을 수행하게 되는 경향이 있는데, 본 발명의 웨어러블 로봇(200)은 이를 개선시키는 효과도 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 보행 운동 시 구동부(220)의 보행 속도를 올리면, 웨어러블 로봇(200)의 운동 강도가 증가한다. 즉, 구동부(220)의 보행 속도를 증가시키면, 착용자의 운동 강도가 증가하는 효과가 있고 또한, 구동부(220)의 속도를 증가시키면 구동부(220)의 저항 토크가 증가하므로 운동 강도가 증가하는 효과가 있다. 또한, 보행 속도 증가 시, 착용자의 지면 착지 시의 발바닥 반력이 증가하고 이는 각 하지관절부(Hip/Knee/Ankle)의 모멘트 증가로 이어져 운동강도 및 근육 자극 강화로 이어질 수 있다. 또한, 노화로 인한 하지 근력 감퇴 등의 이유로 노인의 경우, 평소 보행 속도가 젊은 사람에 비해 21% 가량 떨어지게 된다. 본 발명은 이러한 보행능력 감퇴 속도를 지연시키거나 개선시키는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 의하면, 보조 타이밍을 착용자 움직임에 맞춰 Adaptive하게 자동 조절하는 Brisk 보행모드와 달리, 착용자는 보조 타이밍을 고정시킬 수도 있다. 즉, 보폭증가 모드는 보조타이밍을 의도적으로 늦춤으로써 착용자가 보행 보폭이 크게 가져갈수록 착용자-장치 미스매치에 의한 저항감이 작아지게 함으로써 보폭 증가 훈련을 유도할 수 있다. 예를 들어, 적절한 보조 타이밍보다 보조 타이밍이 늦게 되면(상태궤적 메모리 버퍼에 저장된 state array 위치를 후반부로 이동시키는 경우), 힙스윙 후 바로 내리는 좁은 보폭 보행 수행시 저항감이 크게 느껴지지만, 힙스윙 후 보폭을 크게한 후 다리를 내딛는 넓은 보폭 보행 시 저항감이 작아지는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 케이던스(분당 걸음수)를 증가시키는 보행 동작을 적절하게 보조하기 위해서, 필터 파라미터를 조절해 느린 보행 대비 센싱 민감도를 올리고, state array 위치를 초반부로 이동시킬 수 있다. 즉, 본 발명은 보폭보다는 케이던스를 집중적으로 올릴 필요가 있는 착용자에게는 케이던스 모드를 제공할 수 있다. 또한, 케이던스 모드는 달리기 운동 시 케이던스 증가가 필요한 경우에도 활용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 우측 보폭 증가모드는 좌측 걸음 전진 대비 우측 걸음 전진 시 더 큰 보조를 주는 제어를 수행할 수 있다. 구체적으로, 좌측 걸음 전진 대비 우측 걸음 전진 시 더 큰 보조를 주는 제어는 asymmetry 파라미터 a를 조절해서 대응할 수 있다. 이 경우, a 값이 음수이면 우측 스텝 모션 대비 좌측 스텝 모션 보조 토크가 증가되며, a값이 양수이면 좌측 스텝모션 대비 우측 스텝모션 보조 토크 증가할 수 있다. 즉, 구동부(220)는 좌측 혹은 우측 비대칭 보조를 파라미터 하나로 조절할 수 있다. 다시 말해, a값의 부호로 좌/우측 비대칭이 결정되고, a값의 크기로 비대칭성 정도를 조절할 수 있다. 예를 들어, a=0.10 보다 a=0.20 의 경우. 구동부(220)는 착용자에게 우측 비대칭 보조를 더 강화하는 효과를 제공할 수 있다. 또한, a값은 -1.0~1.0 사이값을 갖게 되며, 주로 -0.5~0.5 값이 사용되는 게 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 하지/코어 운동 모드는 착용자에게 보행 중 저항 토크를 인가할 수 있으며, 이는 하지 전반 근력 및 척추 코어근육 강화를 위한 운동모드일 수 있다. 즉, 보행 중 저항 토크를 인가해서 마치 물속에서 걸을 때 물의 의한 저항력을 착용형 장치가 인가하는 효과를 제공할 수 있다. 또한, 하지/코어 운동모드는 저항 타이밍을 고정시켜서 이루어질 수 있고, 저항 타이밍 즉, 상태변수 array 위치를 조정함으로써 주 운동 근육 강화 부위를 다르게 하는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, Extension 모드의 경우 상태변수 array 위치를 초반부로 설정함으로써 보행 중 Extension 동작 강화 운동을 수행할 수 있다. 또한, Flexion 모드의 경우 상태변수 array 위치를 후반부로 설정함으로써 보행 중 Flexion 동작 강화 운동을 수행할 수 있다. 구체적으로, asymmetry 파라미터 a 값을 이용하고 gain 값을 음수로 설정하면, 보행 중 비대칭 저항 토크를 인가할 수 있다. 따라서, 우측 강화 모드의 경우, 오른쪽 다리 Flexion 왼쪽 다리 Extension 근육 부하를 줌으로써 우측 전진 걸음 시의 동작을 강화할 수 있다. 또한, 좌측 강화 모드의 경우 반대로 왼쪽다리 Flexion 오른쪽 다리 Extension 근육 부하를 줌으로써 좌측 전진 걸음 시의 동작을 강화할 수 있다.
도 73은 본 발명의 일 실시예에 따른 보조모드 A의 토크, 파워 프로파일을 나타낸 도면이다. 도 74는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조모드 B의 토크, 파워 프로파일을 나타낸 도면이다. 도 75는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조모드 C의 토크, 파워 프로파일을 나타낸 도면이다. 도 76은 본 발명의 일 실시예에 따른 보조모드 D의 토크, 파워 프로파일을 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 착용자가 보행 보조 효과를 원하는 경우, 사용자 인터페이스를 통해 보행 보조와 관련된 정보를 입력할 수 있다. 이 경우, 구동부(220)는 보조모드 A를 실행할 수 있고, x축 시간에 따른 y축 토크 및 각도는 토크(연속선)와 각도(점선)가 주기적으로 변화하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 보조모드 A에서는 양의 토크가 주로 발생하며, 평균 양의 파워는 10.55W, 음의 파워는 -0.05W로 양의 파워가 주로 발생하여 보행을 보조하는 역할을 수행함을 확인할 수 있다. 또한, x축 시간에 따른 y축 Power (토크 × 각속도)는 양의 파워가 주로 발생하고 있으며, 이는 착용자가 보조를 받으며 힘을 내는 구간에서 발생하는 것을 확인할 수 있다. 이 경우, 음의 파워는 거의 없으며, 보조모드 A에서는 에너지를 흡수하기보다는 힘을 발산하는 운동 패턴을 확인할 수 있다.
도시된 바와 같이, 착용자가 우측 보조 효과를 원하는 경우, 사용자 인터페이스를 통해 우측 보조와 관련된 정보를 입력할 수 있다. 이 경우, 구동부(220)는 보조모드 B를 실행할 수 있고, x축 시간에 따른 y축 토크 및 각도는 주기적으로 변하는 것을 확인할 수 있다. 보조모드 B의 경우, 우측 다리의 ROM(Range of Motion, 운동 범위)을 증가시키는 데 효과가 있으며, 평균 양의 파워는 10.11W, 음의 파워는 -0.15W로 보조모드 A보다 음의 파워가 약간 더 발생하지만, 주로 양의 파워가 발생한다. 이는 보조모드 B가 착용자가 오른쪽 다리를 더 적극적으로 사용할 수 있도록 보조하는 효과가 있음을 나타낸다. 또한, x축 시간에 따른 y축 Power (토크 × 각속도)는 양의 파워가 주로 발생하며, 음의 파워는 약간 더 크지만, 여전히 양의 파워가 지배적인 것을 확인할 수 있다.
도시된 바와 같이, 착용자가 좌측 보조 효과를 원하는 경우, 사용자 인터페이스를 통해 좌측 보조와 관련된 정보를 입력할 수 있다. 이 경우, 구동부(220)는 보조모드 C를 실행할 수 있고, x축 시간에 따른 y축 토크 및 각도는 변화가 유사하게 발생하는 것을 확인할 수 있다. 보조모드 C는 좌측 다리의 운동 범위를 개선하는 데 효과가 있으며, 평균 양의 파워는 11.06W, 음의 파워는 -0.15W로 보조모드 B와 유사한 것으로 확인할 수 있다. 또한, 보조모드 C는 좌측 다리의 ROM을 증가시키는 데 효과가 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, x축 시간에 따른 y축 Power (토크 × 각속도)는 좌측 다리에서 양의 파워가 주로 발생하며, 음의 파워는 보조모드 B와 동일한 수준으로, 보조모드 C는 착용자가 좌측 다리를 더 적극적으로 사용하게 하는 효과를 제공할 수 있다.
도시된 바와 같이, 착용자가 저속 보조 효과를 원하는 경우, 사용자 인터페이스를 통해 저속 보조와 관련된 정보를 입력할 수 있다. 이 경우, 구동부(220)는 보조모드 D를 실행할 수 있고, x축 시간에 따른 y축 토크 및 각도는 주기적으로 변화하는 것을 확인할 수 있다. 저속 보조모드 D는 저속 보행자(한 발을 내디딘 후 다른 발을 내딛을 때 그 두 발 사이의 거리가 짧은 보행자)를 대상으로 ROM과 보폭을 증가시키는 데 효과가 있으며, 평균 양의 파워는 11.31W, 음의 파워는 -0.45W로 나타난다. 즉, 음의 파워가 상대적으로 더 많이 발생하여, 저속 보조는 근육의 제어와 저항을 돕는 효과가 있다. 또한, x축 시간에 따른 y축 Power (토크 × 각속도)는 양의 파워가 주로 발생하지만, 음의 파워도 다른 모드에 비해 큰 것으로 볼 수 있다. 이는 저속 보조모드가 저항을 견디며 보행을 돕는 데 효과가 있음을 나타낸다.
본 발명에 따르면, 보조모드 A는 전반적인 보행 품질을 개선하고 양의 파워가 주로 발생하여 보행을 적극적으로 보조하는 데 효과가 있다. 또한, 보조모드 B와 C는 각각 우측과 좌측 다리의 ROM 증가를 목표로 하며, 양의 파워가 주로 발생하지만 음의 파워도 일부 나타나 근육 제어와 보조에 효과가 있다. 또한, 보조모드 D는 저속 보행자를 위한 모드로, 음의 파워가 상대적으로 더 많이 발생하여 근육의 저항성을 키우는 데 효과가 있다.
도 77은 본 발명의 일 실시예에 따른 인터벌 걷기 운동 프로그램을 나타낸 도면이다. 도 78은 본 발명의 일 실시예에 따른 보조/저항 프로그램 사용자 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 걷기 강도에 변화를 주는 인터벌 걷기를 수행하면 운동 효과는 2~3배 증가할 수 있다. 이 경우, 본 발명의 웨어러블 로봇(200)을 이용한 를 이용하면 그 효과를 더욱 증폭 시킬 수 있다. 이는, Assist Program과 Resist 프로그램을 이동 중 번갈아 수행함으로써 근육의 수축과 이완을 더욱 효과적으로 수행할 수 있기 때문이다. 착용자는 본래 속도로 이동하지만, Assist-resist 전환만으로 인터벌 운동 효과를 줄 수 있다. 또는, 고강도(빠르게 걷기) 구간에 resist 토크를 이용해 더욱 운동 강도를 높이거나, 저강도(느리게 걷기) 구간에 assist 토크를 이용해 근육 이완 효과를 높일 수 있다.
도 77에 도시된 바와 같이, Assist 프로그램은 Assist 프로그램에 속해 있는 보조 운동 모드 중 하나일 수 있고, Resist 프로그램은 Resist 프로그램에 속해 있는 저항 운동 모드 중 하나일 수 있다. 구체적으로, 편한 속도 보행 (Self-selected comfortable speed)은 Resist Program과 Assist Program이 교대로 적용되며, 착용자는 스스로 선택한 편한 속도로 걷기 운동을 하고, 저항 모드와 보조 모드가 반복적으로 적용되어 근육에 다양한 자극을 주는 효과가 있다. 또한,
저항 모드에서는 다리 근육이 저항을 견디며 더 큰 힘을 발휘할 수 있고, 보조 모드에서는 로봇이 근육을 보조하여 부드럽게 걷기 쉽게 만드는 효과가 있다.
도시된 바와 같이, 최고강도 인터벌 걷기는 빠르게 걷기와 느리게 걷기가 교차되며, 운동 강도를 극대화하는 효과가 있다. 모든 단계에서 Resist Program이 적용되며, 빠르게 걷는 동안 저항을 견디면서 근력을 강화하고, 느리게 걷는 동안에는 근육을 회복시키는 패턴으로 진행될 수 있다. 이는 주로 강한 근력 강화와 심폐 지구력을 기르는 효과를 제공할 수 있다.
도시된 바와 같이, 고강도 인터벌 걷기는 빠르게 걷기와 느리게 걷기를 반복하며, Resist Program과 Assist Program이 교차 적용될 수 있다. 빠르게 걷기 구간에서는 저항 모드를 적용하여 근력을 강화하고, 느리게 걷기 구간에서는 보조 모드를 적용하여 근육 피로를 회복하면서도 일정한 운동 효과를 제공할 수 있다. 이 단계는 근력 강화와 보행 효율성 향상의 효과도 제공할 수 있다.
도시된 바와 같이, 저강도 인터벌 걷기는 빠르게 걷기와 느리게 걷기 구간에서 모두 Assist Program을 적용할 수 있다. 저강도 운동을 통해 근육에 큰 부담을 주지 않으면서도 보조를 통해 보행 능력을 유지하고 개선할 수 있다. 이는 주로 회복 운동이나 보행 안정성을 개선하는 데 적합할 수 있다.
도 78에 도시된 바와 같이, 사용자는 사용자 단말(100)을 통해 assist, resist 또는 exercise를 선택할 수 있으며, 도 78의 (a)와 같이, assist 프로그램을 선택한 경우, 사용자가 normal, right, left, user 버튼을 선택할 수 있도록 사용자 인터페이스가 제공될 수 있다. 또한, 사용자가 force 및 timing을 선택할 수 있도록 사용자 인터페이스가 제공될 수도 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 도 78의 (b)와 같이, 사용자가 exercise 프로그램을 선택한 경우, 사용자가 normal, right, left, user 버튼을 선택할 수 있도록 사용자 인터페이스가 제공될 수 있다. 또한, 사용자가 force 및 timing을 선택할 수 있도록 사용자 인터페이스가 제공될 수도 있으나, 이에 제한되지 않는다.
도 79는 본 발명의 일 실시예에 따른 내리막, 오르막 보행 등의 상황에 맞는 추가 제어 모드를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 전술한 듯 파라미터 세트 설정을 통해 다양한 운동 효과를 줄 수 있는 운동 모드를 만들 수 있는 것과 같이, 파라미터를 조절해서 특정 환경 및 보행 패턴에 맞는 상호작용 토크를 제공하는 실시예도 가능하다. 예를 들어, 웨어러블 로봇(200)은 등산에서 내리막 보행 시 무릎 보호를 위해 발 착지 시 hip 토크로 발디딤 충격량을 줄일 수 있는 지지 저항력을 인가할 수도 있다. 또는, 장치 사용 시간을 높이기 위해 토크 세기 조절 파라미터(gain) 설정을 자동으로 낮춰주는 모드도 실시예로 가능하나, 이에 제한되지 않는다.
도 79의 (a)에 도시된 바와 같이, 다양한 환경 및 상황에 맞는 추가 제어 모드가 실행될 수 있다. 예를 들어, 내리막 보행 모드에서는 토크 세기 조절 파라미터(Gain)가 -4, Array location가 5번 위치, Filter가 0.10, Asymmetry가 0.00으로 좌우 대칭 보행의 효과를 나타낼 수 있다. 즉, 내리막길에서 지면 반력과 충격을 줄이기 위한 설정으로, 본 발명의 웨어러블 로봇(200)은 내리막길에서 그에 필요한 운동 효과를 제공할 수 있다.
도 79의 (b)에 도시된 바와 같이, x축은 Step cycle %로, 보행 주기의 각 구간을 0%에서 100%까지 나타낸다. 이는 한 발을 내디딘 순간부터 한 주기가 끝날 때까지의 시간을 의미할 수 있다. 또한, y축은 Ground reaction force 로, 지면 반력의 크기를 나타내며, N (뉴턴) 단위로 측정될 수 있다. 지면에 가해지는 발 디딤 충격을 나타낼 수 있다. 구체적으로, No Exo 즉, 로봇을 사용하지 않았을 때의 지면 반력은 약 250N까지 도달하지만, 본 발명의 웨어러블 로봇(200)이 내리막 모드를 사용하면 지면 반력이 12.6% 감소하여 약 190N 까지 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 즉, 착용자가 내리막 모드를 사용할 경우, 웨어러블 로봇(200)은 발 착지 시 지면과의 충격을 줄여 주어 무릎과 관절에 가해지는 부담을 완화해 주는 효과를 제공할 수 있다.
도 80은 본 발명의 허리 착용부 및 허리 착용 버클부를 설명하기 위한 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 허리 착용부(100)는 허리 착용 버클부(110) 및 허리 착용부 부재(120)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 허리 착용부 부재(120)는 착용자가 웨어러블 로봇(10)을 착용하는 경우, 허리를 감싸주며 신체에 장착할 수 있도록 하여 웨어러블 로봇(10)의 일부 무게를 지탱하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 허리 착용부 부재(120)는 착용자의 허리를 감싸면서 움직임 중에도 고정된 상태를 유지할 수 있도록 설계될 수 있다. 또한, 허리 착용부 부재(120)는 착용자가 걷거나 움직일 때 허리 부분이 흔들리지 않도록 밀착될 수 있으며, 착용자의 체형에 맞게 조절 가능한 구조일 수 있다. 또한, 허리 착용부 부재(120)는 착용자의 허리 곡선을 따라 부드럽게 맞아떨어지도록 설계되어 착용감이 편안하며 안전하다. 이를 위해, 허리 착용부 부재(120)는 인체공학적인 재료와 구조가 사용될 수 있으며, 장시간 착용 시에도 부담을 최소화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허리 착용부 부재(120)는 착용자의 동작을 지지하는 역할을 하기 때문에, 강한 내구성을 가질 수 있으며, 착용 중 안전하게 허리를 보호할 수 있는 소재로 제작될 수 있다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 허리 착용부(100)는 허리 착용 버클부(110)를 포함할 수 있으며, 허리 착용 버클부(110)는 구동부 고정 부재(111) 및 버클 부재(112)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 버클 부재(112)는 구동부 고정 부재(111)와는 독립적으로, 허리 착용부(100) 자체의 고정성을 높여줄 수 있는 추가적인 보조 장치로 기능할 수 있다. 즉, 버클 부재(112)는 신체의 중앙에서 허리 착용부를 연결하는 기능을 할 수 있다. 두 개의 구동부 고정 부재(111)가 각각 구동부(200)에 결합하여 안정성을 제공하지만, 버클 부재(112)가 있을 경우, 허리 착용부 전체의 구조적 안정성이 더욱 강화될 수 있다.
특히, 허리를 감싸는 구조가 단단해지고, 착용자가 더 안전하게 로봇을 사용할 수 있게된다. 또한, 버클 부재(112)가 있을 경우, 구동부 고정 부재(111)가 허리에 주는 압력을 중앙에서 일부 분산시킬 수 있다. 따라서, 버클 부재(112)는 착용 시의 편안함을 증가시키고, 허리에 집중되는 힘을 줄여줄 수 있다. 또한, 만약 착용자가 급격히 움직이거나 허리 쪽에 강한 충격이 가해지는 상황이라면, 버클 부재(112)가 허리 착용부(100)의 위치를 고정해 주기 때문에 구동부(200)가 더욱 정확하게 제자리에 유지될 수 있다.
본 발명에 따른 구동부 고정 부재(111)에 대하여는 이하 자세히 서술한다.
도 81은 본 발명의 허리 착용부 및 허리 착용 버클부의 벨크로 고정 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도시된 바와 같이, 허리 착용부 부재(120)와 허리 착용 버클부(110)는 허리 착용 버클부(110)의 구동부 고정 부재(111)의 허리 착용부 부재 연결 부분(111-R)에 의해 밴드(band)에 의해 고정되도록 구성된다. 또한, 허리 착용부 부재(120)와 허리 착용 버클부(110)는 허리 착용 버클부(110)의 구동부 고정 부재(111)의 허리 착용부 부재 연결 부분(111-R)에 의해 통과되어 벨크로에 의해 고정되도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 밴드는 허리 착용부 부재(120)가 착용자 허리에 밀착되도록 조정하는 기능을 할 수 있다. 즉, 밴드는 허리 착용부(100) 전체를 감싸면서, 구동부(200)가 착용자에게 안정적으로 장착되게 하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 허리 착용부(100)는 밴드를 통해 허리를 감쌀 수 있고, 착용자의 신체 크기에 맞게 조정할 수 있다. 즉, 허리 착용부 부재(120)의 밴드 구조는 밴드를 조여 허리를 단단히 고정하거나, 필요한 경우 더 느슨하게 조정할 수 있는 유연성을 제공할 수 있다. 또한, 밴드가 착용자의 허리에 균일하게 압력을 가해 착용부가 흔들리지 않도록 안정감을 주며, 구동부(200)에서 발생하는 힘을 효율적으로 전달할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 벨크로는 밴드를 허리 착용부(100)에 고정하는 역할을 수행할 수 있다. 착용자는 벨크로를 통해 허리 착용부(100)를 쉽게 착용하고, 필요에 따라 밴드의 길이를 조정하여 허리 둘레에 맞게 맞출 수 있다. 또한, 벨크로는 접착력이 강하여 허리 착용부(100)가 쉽게 풀리지 않으며, 안정성을 유지할 수 있다. 허리 착용부(100)를 고정할 때 빠르게 접착하거나 떼어낼 수 있어, 착용과 해체가 매우 용이하므로, 착용자에게 편의성을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 버클 부재(112)는 허리 착용부(100)를 중앙에서 고정하는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 버클 부재(112)는 허리 착용부(100)의 양쪽 끝을 연결하여, 허리 착용부(100) 전체가 착용자의 허리에 밀착되도록 밀착력을 제공할 수 있다. 착용자는 버클 부재(112)를 통해 허리 착용부(100)를 착용자의 허리에 단단히 고정할 수 있으며, 구동부(200)와의 연결을 통해 웨어러블 로봇(10)이 안정적으로 착용자의 움직임을 지원할 수 있게 된다.
도 82는 본 발명에 따른 구동부 고정부재를 설명하기 위한 도면이다.
도 82는 (a)에 도시된 바와 같이, 구동부 고정 부재(111)는 도 81에 도시된 허리 착용부 부재 연결 부분(111-R)을 포함할 수 있으나, 별도의 스윙 부재(111-S)를 포함할 수도 있다. 스윙 부재(111-S)는 구동부 고정 부재(111)와 결합하여 허리 착용부(100)가 착용자의 움직임에 따라 미세하게 움직일 수 있게 한다. 도 82의 (b)와 같이 스윙 부재(111-S)는 좌우 0도 이상 30도 이하의 각도로 회전할 수 있는 구조를 가지고 있어, 착용자의 허리의 자연스러운 움직임을 지원할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 스윙 부재(111-S)는 허리 착용부(100)가 고정된 상태에서 구동부(200)와의 결합이 딱딱하게 고정되지 않고, 일정 각도 내에서 유연하게 움직일 수 있도록 한다. 이를 통해, 착용자는 제한 없이 편안하게 허리나 상체를 돌리거나 움직일 수 있다. 이에 따라, 스윙 부재(111-S)는 착용자에게 움직임에 따른 압박을 최소화하고, 착용자가 다양한 자세를 취할 때도 불편함이 줄어드는 효과를 제공할 수 있다.
이하, 도 83에서 구동부 고정 프레임(210)의 각도의 역할에 대해 서술할 것이나, 구동부 고정 프레임(210)의 각도가 0도인 경우, 스윙 부재(111-S)로 인해 착용자에게 유연한 착용감을 제공할 수 있을 것이다. 그러나, 이하에서 설명되는 구동부 고정 프레임(210)의 각도가 0도 초과 30도 이하인 경우에 있어서도, 착용자에게 더욱 더 유연한 착용감을 제공하기 위해 여전히 구동부 고정 부재(111)가 스윙 부재(111-S)를 포함하는 실시예도 우리 발명의 권리범위에 속한다고 할 것이다.
도 83은 본 발명에 따른 구동부 고정 프레임을 설명하기 위한 도면이다.
도시된 바와 같이, 구동부(200)는 허리 착용부(100)와 연결되기 위해 구동부 고정 프레임(210)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 구동부 고정 프레임(210)은 구동부(200)의 배면에 위치할 수 있다. 즉, 착용자가 웨어러블 로봇(10)을 착용한 경우, 착용자의 전면에 위치하도록 구성될 수 있다. 이하, 구동부 고정 프레임(210)의 기울기에 대해 서술한다.
도 84는 본 발명에 따른 구동부 고정 프레임의 좌우 대칭 틀어짐 각도와 관련한 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도시된 바와 같이, 구동부 고정 프레임(210)은 구동부(200)의 수직면을 기준으로 0도 이상 30도 이하의 기울기를 갖도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 구동부 고정 프레임(210)이 기울어져 있는 것은 웨어러블 로봇(10)을 착용했을 때 착용자의 신체 곡선에 맞게 조정되는 효과를 제공할 수 있다. 착용자의 허리나 상체는 완벽하게 평평하지 않고 곡선 형태를 띠기 때문에, 구동부 고정 프레임(210)이 기울어져 있을 때 착용자의 허리나 등 부위에 더욱 자연스럽게 밀착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부(200)가 착용자의 신체에 밀착되어 있을 때, 웨어러블 로봇(10)의 동작 효율성이 높아질 수 있다. 즉, 구동부(200)가 몸에 가까워질수록 웨어러블 로봇(10)의 동작이 착용자의 움직임에 더 효과적으로 반응할 수 있다. 따라서, 구동부(200)에서 발생하는 힘이 착용자의 허리나 상체를 통해 더 직접적으로 전달되어, 웨어러블 로봇(10)이 보다 정확하고 빠르게 반응할 수 있게 된다. 또한, 구동부(200)가 밀착된 상태에서 웨어러블 로봇(10)과 착용자의 움직임이 더욱 자연스럽게 동기화될 수 있다. 즉, 기울어진 각도로 인해 착용자는 몸을 움직일 때 웨어러블 로봇(10)이 자신의 움직임을 정확하게 따라가고 있다는 느낌을 받을 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부 고정 프레임(210)이 기울어져 있으면 구동부(200)가 착용자의 몸에 접촉하는 압력이 고르게 분산될 수 있게 된다. 구동부(200)가 특정 부분에만 압력을 가하는 대신, 기울어진 구동부 고정 프레임(210)을 통해 힘이 여러 부위에 나누어져 더 안정적으로 로봇을 착용할 수 있다. 이에 따라, 압력이 분산됨으로써 착용자가 장시간 로봇을 착용해도 특정 부위에 과도한 압박을 느끼지 않게 된다. 또한, 착용자가 움직일 때 로봇이 흔들리거나 이탈할 위험이 줄어듦으로, 본 발명은 웨어러블 로봇(10)의 무게 중심을 안정적으로 유지하는 데 효과를 제공할 수 있다.
도 85는 본 발명에 따른 구동부 고정 프레임에 구동부 고정부재를 장착시키는 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 도 86은 본 발명에 따른 구동부 고정부재의 버튼 부재와 관련한 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 도 87은 본 발명에 따른 구동부 고정부재의 버튼부재 손잡이부와 관련한 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 85에 도시된 바와 같이, 구동부 고정 프레임(210)에 구동부 고정부재(111)를 결합시킬 수 있으며, 반대로, 구동부 고정 프레임(210)로부터 구동부 고정부재(111)를 해제시킬 수 있다.
도 86에 도시된 바와 같이, 구동부 고정 부재(111)는 내측 연결 부재(116)를 포함할 수 있고, 내측 연결 부재에 위치한 버튼 부재(113) 및 허리 착용 버클부(110)의 내부에 위치한 탄성 부재(114)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부 고정 프레임(210)에 구동부 고정부재(111)를 결합하기 위하여, 구동부 고정 프레임(210)이 버튼 부재(113)에 접촉될 수 있다. 이 경우, 구동부 고정 프레임(210)의 진행 방향으로 내측 연결 부재(116) 및 버튼 부재(113)는 이동할 수 있으며, 이 때 탄성 부재(114)는 구동부 고정 프레임(210)의 진행 방향으로 수축될 수 있다. 이후, 구동부 고정 프레임(210)은 버튼 부재(113)에 의해 구동부 고정 부재(111)에 결합되고, 탄성 부재(114)가 이완하여 내측 연결 부재(116)가 구동부 고정 프레임(210)의 진행 방향의 반대 방향으로 이동할 수 있다. 이에 따라, 구동부 고정 부재(111)는 구동부 고정 프레임(210)의 이탈을 막도록 하는 역할을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 버튼 부재(113)는 경사 부분을 갖도록 구성될 수 있다. 즉, 구동부 고정 프레임(210)이 버튼 부재(113)에 접촉되는 경우, 버튼 부재(113)의 경사 부분에 구동부 고정 프레임(210)이 접촉되어 진행 방향으로 이동하도록 구성될 수 있다. 즉, 버튼 부재(113)의 경사면에 의해, 버튼 부재(113)가 눌릴 때 더 적은 힘으로도 충분히 작동이 가능하며, 버튼 부재(113)가 밀리면서 움직이는 방향이 사용자가 원하는 작동 방향과 일치하여 효율적으로 힘을 전달할 수 있다. 또한, 경사면이 없을 경우 버튼 부재(113)의 표면이 평평하여 손가락이 미끄러질 수 있지만, 경사면이 있으면 손가락이 자연스럽게 고정되어 미끄러짐을 방지할 수 있다.
도 87에 도시된 바와 같이, 구동부 고정 부재(111)는 내측 연결 부재(116)를 포함할 수 있고, 내측 연결 부재에 위치한 손잡이 부재(115), 내측 연결 부재에 위치한 버튼 부재(113) 및 허리 착용 버클부(110)의 내부에 위치한 탄성 부재(114)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부 고정 프레임(210)에서부터 구동부 고정부재(111)를 결합 해제하기 위하여, 손잡이 부재(115)가 구동부 고정 프레임(210)의 결합시 진행 방향으로 이동 가능하게 구성될 수 있다. 이 경우, 내측 연결 부재(116)는 구동부 고정 프레임(210)의 결합시 진행 방향으로 이동할 수 있고, 탄성 부재(114)는 구동부 고정 프레임(210)의 결합시 진행 방향으로 수축하게 된다. 이에 따라, 구동부 고정 프레임(210)이 버튼 부재(113)로부터 접촉 해제될 수 있다.
도 88은 본 발명에 따른 허벅지 착용부의 상세 구성을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허벅지 프레임(300)은 양쪽 허벅지에 위치하며, 웨어러블 로봇(10)의 허리 착용부(100)와 허벅지 착용부(400)를 연결할 수 있다. 구체적으로, 허벅지 프레임(300)은 허리 착용부(100)와 허벅지 착용부(400)를 연결하여 사용자에게 출력 토크를 전달할 수 있다. 또한, 허벅지 프레임(300)은 주로 금속 또는 경량 복합재로 제작될 수 있으며, 사용자 체형에 맞는 길이와 강성을 갖출 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허벅지 착용부(400R, 400L)는 착용자의 좌우 허벅지에 착용되며, 착용감과 안정성을 고려해 인체공학적으로 설계될 수 있다. 구체적으로, 허벅지 착용부(400R, 400L)는 400R(오른쪽)과 400L(왼쪽)로 구성될 수 있고, 각각 허벅지 프레임(300)의 끝에 연결될 수 있다. 또한, 허벅지 착용부(400R, 400L)의 내부에는 착용자의 다리에 직접적으로 닿는 부드러운 패딩이나 스트랩 형태를 갖출 수 있고, 움직임에 따라 사용자를 따라가는 메커니즘(예: 힌지 구조 또는 회전 축)이 포함될 수 있다.
도 89는 본 발명의 일 실시예에 따른 허벅지 착용부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 허벅지 착용부(400)는 허벅지 버클부(410), 허벅지 버클 release 버튼(420), 허벅지 버클 release 버튼 탄성부재(421), 고정 클립부(430), 허벅지 프레임 release 버튼(440) 및 허벅지 프레임 release 버튼 탄성 부재(441)를 포함한다.
허벅지 버클부(410)
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허벅지 착용부(400)는 허벅지 버클부(410)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 허벅지 버클부(410)는 허벅지 밴드부(470)를 통해 사용자의 허벅지 둘레에 맞게 길이를 조정할 수 있어 다양한 체형의 사용자에게 적합한 맞춤형 착용감을 제공할 수 있다. 또한, 허벅지 버클부(410)는 조임 및 고정 기능을 수행하며, 사용 중 미끄러지거나 헐거워지지 않도록 안정적으로 설계될 수 있다. 또한, 허벅지 버클부(410)는 허벅지 버클 Release 버튼(420)과 연동되어 작동하며, 허벅지 버클 Release 버튼(420)을 누르면 내부 고정 구조가 해제되어 허벅지 버클부(410)를 간단히 탈착할 수 있다. 사용자가 허벅지 버클 Release 버튼(420)을 놓으면, 허벅지 버클 Release 버튼 탄성 부재(421)에 의해 허벅지 버클 Release 버튼(420)과 고정 구조가 자동으로 원래 상태로 복원될 수 있다. 이러한 작동 방식으로 인해 본 발명은 사용자가 한 손으로도 쉽게 버클을 조작할 수 있도록 하여 착용과 제거 과정에서 높은 편의성을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허벅지 버클부(410)는 일반적으로 고강도 플라스틱이나 금속 합금으로 제작되어 내구성이 뛰어나며, 장시간 사용 시에도 안정성을 유지할 수 있다. 또한, 인체공학적 디자인을 통해 사용자의 허벅지를 부드럽게 감싸며 움직임을 제한하지 않고 편안함을 제공할 수 있다. 또한, 내부 잠금 메커니즘은 조임 상태를 안정적으로 유지하며, 착용 중 풀림이나 이탈을 방지하여 안전성을 강화할 수 있다. 또한, 허벅지 버클부(410)는 조작의 단순화, 체형에 따른 유연성, 반복 사용의 용이성을 제공할 수 있다.
허벅지 버클 Release 버튼(420), 허벅지 버클 Release 버튼 탄성 부재(421)
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허벅지 버클 Release 버튼(420)은 허벅지 착용부(400)에 부착된 허벅지 버클부(410)를 손쉽게 착탈할 수 있도록 설계된 버튼으로, 한 번의 간단한 조작으로 버클을 해제할 수 있다. 구체적으로, 허벅지 버클 Release 버튼(420)을 누르면 내부 고정 구조가 풀리며, 허벅지 착용부(400)를 쉽게 제거할 수 있는 상태가 된다. 또한, 허벅지 버클 Release 버튼(420)의 조작 방식은 인체공학적으로 설계되어, 한 손으로도 빠르고 간편하게 동작할 수 있도록 사용자 중심의 설계가 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허벅지 버클 Release 버튼(420)의 복귀력은 허벅지 버클 Release 버튼 탄성 부재(421)에 의해 제공될 수 있다. 구체적으로, 허벅지 버클 Release 버튼 탄성 부재(421)는 허벅지 버클 Release 버튼(420)이 눌린 후 자동으로 원래 위치로 돌아가도록 복원력을 제공하며, 허벅지 버클 Release 버튼(420)이 반복적으로 사용되더라도 안정적인 성능을 유지할 수 있다. 또한, 허벅지 버클 Release 버튼 탄성 부재(421)는 내구성이 높은 소재로 제작되어 장기간 사용에도 고장이나 성능 저하 없이 안정적인 동작을 보장할 수 있다. 또한, 허벅지 착용부(400)는 다양한 체형의 사용자가 편리하게 착용할 수 있도록 설계되어, 허벅지 버클부(410)과 허벅지 버클 Release 버튼(420)을 통해 길이 조절과 탈착이 용이하게 이루어질 수 있다.
고정 클립부(430)
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허벅지 착용부는(400) 고정 클립부(430)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 고정 클립부(430)는 허벅지 착용부(400)에서 허벅지 프레임 관절부(450)를 안정적으로 고정하고, 착용자가 필요할 때 쉽게 분리할 수 있도록 설계된 구성 요소일 수 있다. 구체적으로, 고정 클립부(430)는 허벅지 프레임 관절부(450)와 허벅지 착용부(400) 사이의 연결을 유지하여 웨어러블 로봇(10)이 사용 중에도 흔들리거나 풀리지 않도록 안정성을 제공할 수 있다. 또한, 고정 클립부(430)는 허벅지 프레임 Release 버튼(440)과 연동하여 작동할 수 있으며, 사용자가 허벅지 프레임 Release 버튼(440)을 누르면 고정 클립부(430)가 해제되어 허벅지 프레임(300)을 손쉽게 분리할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고정 클립부(430)는 고강도 소재로 제작되어 반복적인 착탈 과정에서도 안정적으로 작동하며, 내구성을 유지할 수 있다. 또한, 고정 클립부(430)는 Round 형태의 관절구조와 결합되어 허벅지 프레임(300)이 다양한 각도로 움직일 수 있도록 허용하면서도 안정적인 고정을 제공할 수 있다. 또한, 사용자는 고정 클립부(430)를 통해 허벅지 프레임(300)을 안정적으로 고정하거나 필요 시 간편하게 해제할 수 있다. 특히, 고정 상태에서 우발적인 해제를 방지하는 설계로 인해 동작 중에도 높은 안전성을 유지할 수 있다.
허벅지 프레임 Release 버튼(440), 허벅지 프레임 Release 버튼 탄성 부재(441)
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허벅지 착용부(400)는 허벅지 프레임 관절부(450)를 고정된 상태에서 해제 상태로 전환시키기 위한 허벅지 프레임 Release 버튼(440)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 허벅지 프레임 Release 버튼(440)은 사용자가 허벅지 프레임(300)을 손쉽게 착탈할 수 있도록 설계되었으며, 한 번의 간단한 조작으로 허벅지 프레임을 고정 상태에서 해제 상태로 전환할 수 있다. 허벅지 프레임 Release 버튼(440)을 누르면 고정 클립부(430)가 해제되어 허벅지 프레임(300)의 관절구조가 쉽게 분리되며, 이로 인해 사용자는 최소한의 노력으로 프레임을 제거하거나 재장착할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허벅지 프레임 Release 버튼(440)은 허벅지 프레임 Release 버튼 탄성 부재(441)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 허벅지 프레임 Release 버튼 탄성 부재(441)는 허벅지 프레임 Release 버튼(440)에 복귀력을 제공하는 역할을 수행할 수 있다. 구체적으로, 사용자가 허벅지 프레임 Release 버튼(440)을 누른 후 허벅지 프레임 Release 버튼(440)이 자동으로 원래 위치로 복귀하도록 돕는 허벅지 프레임 Release 버튼 탄성 부재(441)는 버튼 조작의 편의성을 향상시키며, 버튼이 제자리에 정확히 복귀함으로써 고정 클립부(430)가 안정적으로 동작할 수 있도록 한다.
본 발명은 착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇(10)의 허벅지 착용부(400)를 제공할 수 있다. 구체적으로, 보행 보조 웨어러블 로봇(10)은 착용자의 허리에 장착될 수 있는 허리 착용부(100), 착용자의 허벅지에 장착될 수 있는 허벅지 착용부(400), 허리 착용부(100)에 연결되는 구동부(200) 및 구동부(200)와 허벅지 착용부(400)를 연결하는 허벅지 프레임(300)을 포함하고, 허벅지 프레임(300)은 허벅지 프레임 관절부(450)를 포함하고, 허벅지 착용부(400)는 고정 클립부(430)를 포함하고, 고정 클립부(430)는 허벅지 프레임 관절부(450)를 고정 또는 분리할 수 있도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 다르면, 허벅지 착용부(400)는 허벅지 프레임 관절부(450)를 고정된 상태에서 해제 상태로 전환시키기 위한 허벅지 프레임 release 버튼(440)을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허벅지 프레임 release버튼(440)은 허벅지 프레임 release 탄성 부재(441)를 더 포함하고, 허벅지 프레임 release 탄성 부재(441)는 허벅지 프레임 release 버튼(440)의 조작 후 자동으로 원위치로 복귀할 수 있도록 복귀력을 제공하도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허벅지 착용부(400)는 허벅지 밴드부(470) 및 허벅지 버클부(410)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 허벅지 밴드부(470)는 허벅지 버클부(410)에 연결되어 착용자의 허벅지 둘레에 맞추어 길이를 조정할 수 있도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허벅지 프레임 관절부(450)는 회전 가능하도록 라운드 형태로 설계되어, 착용자의 허벅지 움직임에 따라 유연하게 회전하도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허벅지 착용부(400)는 허벅지 착탈 프레임(460)을 포함하고, 허벅지 착탈 프레임(460)은 슬라이딩 레일 부재(320)를 더 포함하고, 허벅지 프레임 관절부(450)는 슬라이딩 레일 부재(320)를 따라 이동할 수 있도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허벅지 착용부(400)는 충격 방지 부재를 포함하고, 충격 방지 부재는 허벅지 착용부(400)의 내측에 위치하여 허벅지 프레임(300)의 슬라이딩 동작 중 발생하는 충격 또는 진동을 완화할 수 있도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 슬라이딩 레일 부재(320)는 허벅지 착탈 프레임(460)에 리니어 가이드 부재(480)를 더 포함하고, 리니어 가이드 부재(480)는허벅지 프레임 관절부(450)의 슬라이딩 이동을 지지하도록 구성된다. 또한, 리니어 가이드 부재(480)는 허벅지 프레임 관절부(450)의 이동 경로를 안내하여 슬라이딩 중 발생하는 진동과 마찰을 최소화하도록 구성된다. 또한, 충격 방지 부재는 허벅지 프레임 관절부(450)가 슬라이딩 중 발생하는 충격 에너지를 흡수하도록 구성된다.
도 4a는 본 발명에 따른 허벅지 프레임 고정 관절구조를 설명하기 위한 도면이다.
허벅지 프레임 관절부(450)
도 90에 도시된 바와 같이, 허벅지 프레임 관절부(450)는 라운드 형태로 설계되어 허벅지 프레임(300)과 허벅지 착용부(400)를 연결하는 구성이다. 구체적으로, 허벅지 프레임 관절부(450)는 허벅지 프레임(300)이 다양한 각도로 회전하거나 움직일 수 있도록 유연성을 제공하며, 사용자 움직임에 자연스럽게 대응할 수 있도록 한다. 특히, 허벅지 프레임 관절부(450)는 허벅지 프레임(300)과 허벅지 착용부(400) 간의 동작을 부드럽게 연결해주는 기능을 수행하여 웨어러블 로봇(10)이 사용자의 다리 움직임에 적응할 수 있도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허벅지 프레임 관절부(450)는 라운드 형태를 가지므로, 허벅지 프레임(300)이 다리의 움직임에 따라 자유롭게 회전하거나 슬라이딩할 수 있도록 한다. 또한, 허벅지 프레임 관절부(450)는 허벅지 프레임 Release 버튼(440) 및 고정 클립부(430)과 연동되어 허벅지 프레임(300)을 단단히 고정하거나 필요 시 쉽게 해제할 수 있도록 설계될 수 있다.
허벅지 쿠션(451)
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허벅지 쿠션(451)은 사용자가 착용 중 장시간 장치에 의해 압박을 받는 것을 완화하고, 착용감을 향상시키기 위한 인체공학적 부품일 수 있다. 구체적으로, 허벅지 쿠션(451)은 허벅지 착용부(400)가 피부나 근육에 가하는 압력을 분산시키며, 착용 시 발생할 수 있는 불편함을 최소화할 수 있다. 또한, 허벅지 쿠션(451)은 부드러운 재질로 제작되어 사용자의 허벅지와 허벅지 착용부(400) 사이에 완충 역할을 하며, 웨어러블 로봇(10)이 움직이는 동안 발생할 수 있는 마찰이나 자극으로부터 피부를 보호할 수 있다. 또한, 허벅지 쿠션(451)은 웨어러블 로봇(10)이 사용자 다리에 더 안정적으로 밀착되도록 도와 웨어러블 로봇(10)의 보조력을 효과적으로 전달할 수 있도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허벅지 프레임 Release 버튼(440)의 Release 상태는 사용자가 허벅지 프레임 Release 버튼(440)을 눌러 고정 클립부(430)를 허벅지 프레임 관절부(450)로부터 해제한 상태를 의미할 수 있다. 이 상태에서는 허벅지 프레임 관절부(450)가 고정되지 않아 허벅지 프레임(300)을 쉽게 분리하거나 조정할 수 있다. 허벅지 프레임 Release 버튼(440)을 누르면 고정 클립부(430)가 좌우로 이동하여 허벅지 프레임 관절부(450)를 잡고 있던 힘이 해제되며, 허벅지 프레임(300)이 자유롭게 움직일 수 있는 상태가 된다. Release 상태는 주로 허벅지 프레임(300)을 제거하거나 재장착할 때 사용될 수 있다.
반면, 허벅지 프레임 Release 버튼(440)의 Locking 상태는 허벅지 프레임 Release 버튼(440)이 눌리지 않은 상태로, 고정 클립부(430)가 허벅지 프레임 관절부(450)를 단단히 고정하고 있는 상태이다. 이 상태에서는 허벅지 프레임(300)이 안정적으로 고정되어 사용 중 흔들리거나 풀리지 않으며, 허벅지 프레임(300)이 사용자에게 보조력을 효과적으로 전달할 수 있도록 한다. 고정 클립부(430)는 허벅지 프레임 Release 버튼(440)이 눌리지 않았을 때 자동으로 제자리에 복귀하며, 허벅지 프레임 관절부(450)를 좌우에서 단단히 잡아주는 역할을 수행할 수 있다. 이 과정에서 탄성 부재(441)가 허벅지 프레임 Release 버튼(440)의 복귀력을 제공하여 Locking 상태를 유지하도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, Release와 Locking 상태의 전환은 허벅지 프레임 Release 버튼(440)의 간단한 조작으로 이루어질 수 있다. 사용자가 허벅지 프레임 Release 버튼(440)을 누르면 Release 상태로 전환되어 허벅지 프레임 관절부(450)가 해제되고, 허벅지 프레임 Release 버튼(440)에서 손을 떼면 탄성 부재의 복귀력에 의해 자동으로 Locking 상태로 복귀될 수 있다. 본 발명의 이와 같은 설계는 사용자의 편의성과 장치의 안정성을 동시에 보장하며, 직관적이고 간단한 조작 방식을 통해 웨어러블 로봇(10)의 사용성을 극대화할 수 있다. Release와 Locking 상태를 통해 허벅지 프레임(300)은 반복 사용 시에도 안정성과 신뢰성을 유지하며, 다양한 환경에서 효과적으로 작동할 수 있다.
도 91은 본 발명에 따른 허벅지 착탈 프레임을 설명하기 위한 도면이다.
허벅지 착탈 프레임(460)
도시된 바와 같이, 허벅지 착탈 프레임(460)은 허벅지 프레임 관절구조(460)와 연결되어 착용자의 다리 움직임에 자연스럽게 대응할 수 있도록 설계된다. 라운드 형태의 관절구조와 결합된 허벅지 착탈 프레임(460)은 허벅지 프레임(300)이 다양한 각도로 회전하거나 슬라이딩 동작을 수행할 수 있도록 하여, 사용자의 보행이나 움직임 중에도 프레임이 안정적으로 움직이면서 유연성을 유지할 수 있게 한다. 이에 따라, 본 발명의 웨어러블 로봇(10)은 착용자에게 보조력을 전달하면서도 사용자 움직임을 방해하지 않도록 한다.
또한, 허벅지 착탈 프레임(460)은 허벅지 밴드부(470)와 허벅지 프레임 하측 부재(461)와 함께 작동하여 웨어러블 로봇(10)이 착용자의 허벅지에 안정적으로 부착되도록 한다. 또한, 허벅지 착탈 프레임(460)은 허벅지 프레임 Release 버튼(440)과 고정 클립부(430) 메커니즘을 활용하여 허벅지 프레임(300)을 쉽게 장치에서 분리하거나 재장착할 수 있으며, 허벅지 프레임 Release 버튼 탄성 부재(441)에 의해 허벅지 프레임 Release 버튼(440)이 원래 위치로 복귀하면서 허벅지 착탈 프레임(460)이 안정적으로 고정될 수 있다.
허벅지 프레임 하측 부재(461)
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허벅지 프레임 하측 부재(461)는 웨어러블 로봇(10)에서 허벅지 착탈 프레임(460)과 허벅지 밴드부(470)를 연결하는 구성으로, 허벅지 착탈 프레임(460)과 허벅지 밴드부(470)를 연결하여 웨어러블 로봇(10)의 다른 구성 요소들이 일체화된 구조로 작동할 수 있도록 한다. 또한, 허벅지 프레임 하측 부재(461)는 허벅지 착탈 프레임(460)에서 생성되는 보조력을 사용자의 허벅지로 전달하는 역할을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허벅지 프레임 하측 부재(461)는 웨어러블 로봇(10)이 착용 중 흔들리거나 위치가 어긋나는 것을 방지하는 역할도 수행할 수 있다. 허벅지 밴드부(470)와 허벅지 착탈 프레임(460)을 고정하여 움직임 중 발생할 수 있는 불편함을 최소화할 수 있다. 또한, 허벅지 프레임 하측 부재(461)는 내구성이 높은 소재로 제작되어 반복적인 사용과 다양한 환경에서도 안정적으로 작동할 수 있다.
허벅지 밴드부(470)
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허벅지 착용부(400)는 허벅지 밴드부(470)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 허벅지 밴드부(470)는 사용자의 허벅지 둘레에 맞게 길이를 조절할 수 있는 구조를 갖추고 있어, 다양한 체형의 사용자들에게 적합한 착용감을 제공할 수 있다. 허벅지 밴드부(470)의 조절 메커니즘은 일반적으로 스트랩이나 버클 방식으로 이루어져 사용자가 손쉽게 길이를 조정하고 고정할 수 있도록 설계되었다. 이를 통해 웨어러블 로봇(10)이 사용자에게 과도한 압박을 주지 않으면서도 단단히 고정될 수 있다. 또한, 허벅지 밴드부(470)는 허벅지 착탈 프레임(460)과 허벅지 프레임 하측 부재(461)와 연결되어 웨어러블 로봇(10)을 안정적으로 고정하고, 사용자의 움직임 중에도 장치가 미끄러지거나 위치가 어긋나지 않도록 할 수 있다. 또한, 허벅지 밴드부(470)는 웨어러블 로봇(10)이 허벅지에 밀착되어 보조력을 효과적으로 전달할 수 있도록 설계될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허벅지 밴드부(470)는 사용자의 피부와 직접 접촉하는 부품으로, 착용 중 발생할 수 있는 불편함을 최소화하기 위해 부드럽고 유연한 재질로 제작될 수 있다. 이와 같은 재질은 피부에 자극이나 마찰을 줄이며, 착용자가 장시간 장치를 사용하더라도 피로감을 덜 느끼도록 한다. 특히, 사용자의 움직임에 따라 밴드가 유연하게 반응하도록 설계되어, 걷거나 움직이는 동안에도 장치가 안정적으로 고정되면서 자연스러운 착용감을 제공할 수 있다.
도 92는 본 발명의 일 실시예에 따른 허벅지 착용부의 착탈 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다. 도 93은 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 가이드 부재를 설명하기 위한 도면이다. 도 94는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이딩 레일 부재를 설명하기 위한 도면이다.
도시된 바와 같이, 허벅지 착용부(400)는 허벅지 프레임(300), 허벅지 프레임 회전 가이드 부재(310)와 연결된 허벅지 착탈 프레임(460)으로 구성되며, 내부에는 슬라이딩 레일 부재(320)와 리니어 가이드 부재(480)가 포함된다.
도 92의 (a)는 허벅지 프레임(300)과 허벅지 착용부(400)가 슬라이딩 레일 부재(320)와 리니어 가이드 부재(480)에 의해 결합된 상태를 나타낸다. 이 경우, 착용자의 움직임에 따라 허벅지 착용부(400)가 슬라이딩하면서 다리와의 접촉면에서 부드럽게 동작할 수 있다. 도 92의 (b)는 허벅지 착탈 프레임(460)이 분리될 수 있는 구조를 나타내며, 허벅지 프레임 Release 버튼(440)을 사용하여 쉽게 착탈이 가능하도록 설계될 수 있다.
슬라이딩 레일 부재(320), 리니어 가이드 부재(480)
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허벅지 착용부(400)는 허벅지 착탈 프레임(460)을 포함하고, 허벅지 착탈 프레임(460)은 슬라이딩 레일 부재(320) 및 리니어 가이드 부재(480)를 포함할 수 있다. 또한, 슬라이딩 레일 부재(320)는 허벅지 착탈 프레임(460)에 리니어 가이드 부재(480)를 더 포함하고, 리니어 가이드 부재(480)는 허벅지 프레임 관절부(450)의 슬라이딩 이동을 지지하도록 구성된다. 구체적으로, 허벅지 착탈 프레임(460)의 내부에는 좌우로 배치된 슬라이딩 레일 부재(320)와 이를 안정적으로 고정하는 리니어 가이드 부재(480)가 포함되어 있다. 구체적으로, 슬라이딩 레일 부재(320)는 허벅지 착용부(400)가 사용자의 움직임에 따라 수평 방향으로 부드럽게 움직이도록 할 수 있다. 즉, 허벅지 프레임 관절부(450)가 슬라이딩 레일 부재(320)를 따라 이동할 수 있다. 또한, 리니어 가이드 부재(480)는 슬라이딩 레일 부재(320)가 흔들리거나 어긋나지 않도록 유지하여 슬라이딩 동작 중에도 구조적 안정성을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 리니어 가이드 부재(480)는 허벅지 착탈 프레임(460)의 내부에 위치하며, 슬라이딩 레일 부재(320)와 함께 허벅지 프레임(300)이 부드럽게 이동할 수 있도록 안내할 수 있다. 구체적으로, 리니어 가이드 부재(480)는 프레임의 수평 이동을 정밀하게 제어하며, 이동 중 흔들림을 방지하여 착용부의 안정성을 유지할 수 있다.
충격방지 부재(481)
본 발명의 일 실시예에 따르면, 충격방지 부재(481)는 슬라이딩 및 회전 동작 중 발생할 수 있는 충격과 진동을 흡수하여 사용자가 느끼는 불편함을 최소화하는 역할을 수행할 수 있다. 구체적으로, 충격방지 부재(481)는 착용 중 발생하는 충격을 완화하여 장치의 내구성을 높이고, 반복적인 동작에서도 성능을 유지할 수 있다.
도 95는 본 발명의 일 실시예에 따른 허벅지 프레임의 동축 2 베어링 구조 및 보조 2 베어링 구조에서의 2단부 및 2.5단부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 95의 (a)는 본 발명의 허벅지 프레임(300)이 평상시에 아무런 외부 힘이나 보조력이 발생하지 않는 상태를 나타낸다. 이와 같은 상태에서는 2단 슬라이딩 부재(310)가 작동하지 않아 허벅지 프레임(300)이 착용자 다리 길이에 맞춰 고정된 형태로 유지될 수 있다. 따라서 허벅지 프레임(300)은 일반적인 보행이나 정지 상태에서 안정적으로 사용할 수 있는 구조를 제공할 수 있다.
도 95의 (b)는 웨어러블 로봇(10)의 착용자가 보조력을 제공받으며 보행하는 경우를 나타낸다. 본 발명의 허벅지 프레임(300)은 2단 슬라이딩 부재(310)를 포함한다. 이와 같은 상태에서는 허벅지 프레임(300) 내의 2단 슬라이딩 부재(310)가 작동하여 허벅지 프레임(300)이 길어지는 구조를 나타낸다. 구체적으로, 착용자가 보행을 시작하거나 상하 스윙 동작을 진행하는 동안 슬라이딩 메커니즘이 활성화되어, 허벅지 프레임(300)이 사용자 다리 길이에 동적으로 맞춰지게 된다. 이를 통해 본 발명은 착용자에게 보다 자연스러운 움직임과 보조력을 제공할 수 있다.
도 95의 (c)는 웨어러블 로봇(10)의 착용자가 계단을 오르거나 의자에 앉거나 쭈그려 앉는 동작을 수행할 때를 나타낸다. 본 발명의 허벅지 프레임(300)은 2.5단 슬라이딩 부재(320)를 포함한다. 구체적으로, 웨어러블 로봇(10)의 착용자가 계단을 오르거나 의자에 앉거나 쭈그려 앉는 동작을 수행하는 경우, 2.5단 슬라이딩 부재(320)가 활성화되어 허벅지 프레임(300)의 내측으로 부드럽게 슬라이딩할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 허벅지 프레임(300)이 착용자 다리의 움직임에 따라 더욱 세밀하게 조정되며, 착용감이 크게 향상되는 효과를 제공할 수 있다. 특히, 본 발명은 계단을 오르는 동작과 같이 복잡한 움직임에서도 착용자에게 불편함 없이 자연스러운 동작을 지원할 수 있다.
도 96은 본 발명의 일 실시예에 따른 허벅지 프레임의 2단 보조 베어링 부재를 설명하기 위한 도면이다. 도 97a는 본 발명의 일 실시예에 따른 2단 베어링 부재를 설명하기 위한 도면이다. 도 97b는 본 발명의 일 실시예에 따른 복귀 탄성부재의 2.5단 슬라이딩 부재에 결합되어 복귀를 돕는 역할을 설명하기 위한 도면이다. 도 97c는 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 샤프트 부재의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 96의 (a)는 본 발명의 2단 보조 베어링 부재의 정면을 나타낸다. 본 발명의 허벅지 프레임(300)은 2단 보조 베어링 부재(330)를 포함한다. 구체적으로, 2단 보조 베어링 부재(330)는 도 98(a)의 허벅지 이너 부재(359)가 슬라이딩하는 동안 좌우 균형을 유지하며, 슬라이딩 방향에 수직으로 작동하여 허벅지 프레임(300)의 내부에서 안정성을 제공하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 2단 보조 베어링 부재(330)는 허벅지 이너 부재(359)가 슬라이딩하는 과정에서 발생할 수 있는 좌우 쏠림을 방지하여, 착용자가 느낄 수 있는 불편함이나 장치의 마모를 줄이는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 2단 보조 베어링 부재(330)는 2단 슬라이딩 부재(310)와 샤프트 커버 부재(341) 간의 간격(Gap)을 일정하게 유지함으로써, 슬라이딩 시의 마찰을 최소화할 수 있다.
도 96의 (b)는 2단 보조 베어링 부재(330)가 슬라이딩 방향과 수직으로 위치하여, 허벅지 이너 부재(359)의 좌우 균형을 잡아주는 구조를 나타낸다. 또한, 2단 보조 베어링 부재(330)는 착용자의 움직임에서 발생하는 하중을 효과적으로 분산시켜 장치의 내구성을 높이는 효과를 제공할 수 있다. 또한, 2단 보조 베어링 부재(330)는 허벅지 이너 부재(359)가 슬라이딩하는 동안 발생할 수 있는 좌우 쏠림을 방지하여, 허벅지 프레임의 안정성과 정밀도를 높이는 효과를 제공할 수 있다. 즉, 2단 보조 베어링 부재(330)는 2단 베어링 부재(340)가 정회전 또는 역회전을 하면서 허벅지 이너 부재(359)가 편측으로 쏠리는 현상을 막아줄 수 있다. 또한, 2단 보조 베어링 부재(330)는 도 98의 Bearing END ASSY 부재(356)와 함께, 사용 중 발생하는 하중을 분산시키고 장치의 안정성을 높이는 효과를 제공할 수 있다. 또한, 2단 보조 베어링 부재(330)는 착용자가 계단 오르기, 쭈그려 앉기 등의 다양한 움직임을 수행할 때도 장치가 원활히 작동하도록 하여 편안한 착용감을 제공할 수 있다.
2단 베어링 부재(340)
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허벅지 프레임(300)은 2단 베어링 부재(340)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 2단 베어링 부재(340)는 슬라이딩 방향에 수직으로 작동하며, 도 98의 허벅지 이너 부재(359)가 움직이는 동안 좌우 균형을 유지하여 구조적인 안정성을 제공할 수 있다. 특히, 2단 베어링 부재(340)는 도 98의 Bearing END ASSY 부재(356)와 함께 작동하여, 허벅지 이너 부재(359)의 좌우 움직임을 효과적으로 방지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 웨어러블 로봇(10)의 사용 중 발생할 수 있는 불필요한 쏠림 현상을 방지하며, 허벅지 프레임(300) 내의 안정성을 강화하는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 2단 베어링 부재(340)는 허벅지 이너 부재(359)와 샤프트 커버 부재(341) 간의 일정한 간격(Gap)을 유지하도록 설계되어, 슬라이딩 과정에서 발생할 수 있는 마찰력을 최소화하고 부드럽고 원활한 움직임을 가능하게 할 수 있다.
샤프트 커버 부재(341)
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허벅지 프레임(300)은 샤프트 커버 부재(341)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 샤프트 커버 부재(341)는 2단 베어링 부재(340)와 베어링 샤프트 부재(342)를 외부 환경으로부터 보호하는 역할을 수행할 수 있다. 구체적으로, 샤프트 커버 부재(341)는 내부 부품들이 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 샤프트 커버 부재(341)는 허벅지 프레임(300)의 슬라이딩 동작 중 발생할 수 있는 먼지, 이물질, 또는 외부 환경의 오염 물질이 내부로 침투하지 못하도록 차단하여, 내부 부품들이 원활하게 작동할 수 있는 환경을 제공할 수 있다. 이에 따라 본 발명은 웨어러블 로봇(10)의 내구성을 크게 향상시키고, 내부 부품의 마모나 손상을 최소화할 수 있다. 또한, 샤프트 커버 부재(341)는 내부 부품들의 정렬을 유지하며, 슬라이딩 과정에서 부드럽고 안정적인 동작이 가능하도록 돕는 역할을 함께 수행할 수 있다.
베어링 샤프트 부재(342)
도 97c는 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 샤프트 부재의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허벅지 프레임(300)은 베어링 샤프트 부재(342)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 베어링 샤프트 부재(342)는 2단 베어링 부재(340)의 중심 축으로 작동하며, 허벅지 이너 부재(359)의 슬라이딩 동작을 지지할 수 있다. 또한, 베어링 샤프트 부재(342)는 2단 베어링 부재(340)와 연동되어 슬라이딩 동작이 정확하고 매끄럽게 이루어지도록 설계될 수 있다. 특히, 베어링 샤프트 부재(342)는 허벅지 이너 부재(359)가 슬라이딩하는 동안 발생할 수 있는 흔들림이나 비정상적인 움직임을 방지하여, 허벅지 프레임(300)의 안정성을 유지할 수 있다. 또한, 베어링 샤프트 부재(342)는 슬라이딩 과정에서 발생하는 하중을 효과적으로 분산시켜, 허벅지 프레임(300)의 내구성을 높이는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 베어링 샤프트 부재(342)는 허벅지 프레임(300)의 구성 요소로서, 2단 베어링 부재(340)와 결합하여 허벅지 이너 부재(359)의 슬라이딩 동작을 지지하고 안정성을 보장하는 역할을 수행할 수 있다. 도 5c의 (a)에서 나타난 바와 같이, 베어링 샤프트 부재(342)는 2단 베어링 부재(340)의 중심 축으로 작동하며, 슬라이딩 과정에서 발생하는 하중을 균등하게 분산시킬 수 있도록 설계되어 있다. 또한, 베어링 샤프트 부재(342)는 허벅지 프레임(300)의 내부에서 정밀한 위치를 유지하며, 슬라이딩 동작이 흔들림 없이 매끄럽게 이루어지도록 보조를 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 5c의 (b)에 도시된 바와 같이, 베어링 샤프트 부재(342)는 허벅지 이너 부재(359)의 구조와 정밀하게 결합되며, 이를 통해 슬라이딩 과정에서 발생할 수 있는 비정상적인 움직임이나 불안정성을 방지할 수 있다. 이와 같은 베어링 샤프트 부재(342)의 설계는 허벅지 프레임(300)의 전체적인 내구성과 안정성을 높이는 데 기여할 수 있다. 또한, 베어링 샤프트 부재(342)는 2단 베어링 부재(340)와 연동하여 슬라이딩 과정에서 발생하는 진동이나 마찰을 최소화하며, 사용자에게 부드럽고 자연스러운 보조 동작을 제공할 수 있다. 즉, 베어링 샤프트 부재(342)는 허벅지 프레임(300)의 슬라이딩 메커니즘에서의 구성 요소로, 허벅지 이너 부재(359)의 원활한 동작을 지원하고 장치의 내구성을 향상시키는 역할을 수행할 수 있다.
복귀 탄성 부재(343)
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 복귀 탄성부재의 2.5단 슬라이딩 부재에 결합되어 복귀를 돕는 역할을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허벅지 프레임(300)은 복귀 탄성 부재(343)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 복귀 탄성 부재(343)는 허벅지 이너 부재(359)가 착용자의 움직임에 의해 슬라이딩 된 후 원래 위치로 빠르게 복귀하도록 하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 복귀 탄성 부재(343)는 허벅지 이너 부재(359)가 이동할 때 발생하는 반작용을 활용하여 슬라이딩 후 허벅지 이너 부재(359)가 초기 위치로 복귀하는 과정을 가속화할 수 있다. 이에 따라 본 발명은 착용자가 계단을 오르거나, 쭈그려 앉거나, 의자에 앉는 등 다양한 동작을 수행한 이후에도 허벅지 프레임(300)이 신속하게 초기 상태로 복귀하여 다음 동작을 준비할 수 있도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복귀 탄성부재(343)는 2.5단 슬라이딩 부재(320)와 결합되어 슬라이딩 동작이 완료된 후 원래 위치로 복귀할 수 있도록 보조하는 역할을 수행할 수 있다. 구체적으로, 복귀 탄성부재(343)는 길고 유연한 구조로 설계되어 2.5단 슬라이딩 부재(320)의 움직임을 제한하지 않으면서도 복귀 동작을 원활히 지원하며, 정확한 위치 결합을 통해 복귀 과정 중 발생할 수 있는 떨림이나 비정상적인 움직임을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복귀 탄성부재(343)는 사용자가 계단을 오르거나 앉는 동작을 수행한 후, 확장된 2.5단 슬라이딩 부재(320)를 탄성력을 이용해 빠르고 부드럽게 원래 상태로 복귀시킬 수 있다. 또한, 복귀 탄성부재(320)는 2.5단 슬라이딩 메커니즘과 통합되어 웨어러블 로봇(10)의 움직임을 보조하면서도, 복귀 과정에서 발생하는 반작용을 흡수하고 허벅지 프레임(300)의 내부의 진동과 소음을 억제하는 역할을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복귀 탄성부재(343)는 반복적인 슬라이딩 동작에서도 안정적인 복귀 성능을 제공하여 장치의 내구성을 높이며, 탄성 소재로 제작되어 변형에 강하고 장시간 사용에도 성능이 유지될 수 있다. 이에 따라, 복귀 탄성부재(343)는 슬라이딩 동작과 복귀 동작 사이의 연속성을 보장하며, 사용자가 걷기, 앉기, 계단 오르기 등의 다양한 움직임을 수행할 때도 일관된 장치 성능을 유지하도록 돕는 역할을 수행할 수 있다.
도 98은 본 발명의 일 실시예에 따른 조인트 부재, 조인트 샤프트 부재, 2단 복귀 탄성밴드 부재 등을 설명하기 위한 도면이다. 도 102는 본 발명의 일 실시예에 따른 우레탄 베어링 구조에서의 조인트 부재, 조인트 샤프트 부재, 2단 복귀 탄성밴드 부재 등을 설명하기 위한 도면이다.
조인트 부재(350)
도시된 바와 같이, 허벅지 프레임(300)은 조인트 부재(350)를 포함할 수 있다. 도 98의 (a)의 조인트 부재(350)는 구동부(200)로부터 전달받은 보조력을 착용자에게 전달하는 역할을 수행할 수 있다. 구체적으로, 조인트 부재(350)는 구동부(200)의 구동기에서 발생한 힘을 허벅지 프레임(300)으로 원활히 전달하여 착용자가 자연스럽고 효과적으로 보조력을 받을 수 있도록 설계될 수 있다. 또한, 조인트 부재(350)는 구동부(200)와 허벅지 프레임(300) 사이의 힘 전달 경로를 형성하며, 움직임 과정에서 발생하는 충격이나 하중을 흡수하여 웨어러블 로봇(10)의 안정성과 내구성을 유지할 수 있다. 또한, 조인트 부재(350)는 착용자의 보행, 계단 오르기 등의 다양한 동작에 따라 구동부(200)로부터 전달되는 보조력을 효율적으로 분산시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 조인트 부재(350)는 조인트 부재(350)의 덮개 역할을 수행하는 조인트 캡 부재(351) 및 조인트 부재(350)의 축 역할을 수행하는 조인트 샤프트 부재(352)를 포함하고, 조인트 부재(350)는 조인트 캡 부재(351) 및 조인트 샤프트 부재(352)와 결합되어, 착용자의 보행 방향과 일치하는 스윙 동작 및 상기 보행 방향과 직각 방향으로의 스윙 동작이 가능하도록 구성된다.
조인트 캡 부재(351)
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허벅지 프레임(300)은 조인트 부재(350)를 포함할 수 있고, 조인트 부재(350)는 조인트 캡 부재(351)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 조인트 캡 부재(351)는 조인트 부재(350)를 외부 충격이나 마모로부터 보호하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 조인트 캡 부재(351)는 조인트 부재(350)가 사용 중 외부 환경으로부터 손상되거나 마모되지 않도록 덮개 역할을 수행할 수 있다. 특히, 허벅지 프레임(300)이 다양한 동작과 하중을 받는 환경에서 조인트 부재(350)의 손상을 방지하여, 부품의 수명을 연장할 수 있다. 또한, 조인트 캡 부재(351)는 조인트 부재(350)의 내부 구성 요소를 먼지, 이물질, 습기 등 외부 요소로부터 차단하여, 웨어러블 로봇(10)의 성능 저하를 방지하고 지속적인 안정성을 제공할 수 있다.
조인트 샤프트 부재(352)
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허벅지 프레임(300)은 조인트 부재(350)를 포함할 수 있고, 조인트 부재(350)는 조인트 샤프트 부재(352)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 조인트 샤프트 부재(352)는 조인트 부재(350)와 구동부(200) 사이에서 힘을 전달하는 축 역할을 수행할 수 있다. 또한, 조인트 샤프트 부재(352)는 구동부(200)에서 생성된 힘을 조인트 부재(350)로 전달하여 허벅지 프레임(300)이 자연스럽게 작동할 수 있도록 한다. 또한, 조인트 샤프트 부재(352)는 허벅지 프레임(300) 내에서 회전과 움직임이 가능하도록 지지하는 구조적 요소로, 동작 중 발생할 수 있는 불필요한 흔들림이나 틀어짐을 방지하여 웨어러블 로봇(10)의 안정성을 유지할 수 있다. 또한, 조인트 샤프트 부재(352)는 움직임 과정에서 발생하는 하중을 견디고 분산시키는 동시에, 웨어러블 로봇(10)의 기계적 성능과 내구성을 높일 수 있다.
허벅지 커버 부재 (353)
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허벅지 프레임(300)은 허벅지 커버 부재(353)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 허벅지 커버 부재(353)는 허벅지 프레임(300)의 외곽을 덮는 동시에, 착용자의 움직임 방향으로 보조력을 효과적으로 가이드할 수 있다. 또한, 허벅지 커버 부재(353)는 허벅지 프레임(300)의 안정성을 유지하며, 내부 부품들을 보호하는 덮개 역할을 수행할 수 있다. 또한, 허벅지 커버 부재(353)는 2단 슬라이딩 동작을 지원하는 가이드 레일로 작동하여, 허벅지 이너 부재(359)가 매끄럽게 움직일 수 있도록 한다. 이에 따라, 본 발명은 착용자가 보행하거나 계단을 오르는 등 다양한 동작을 수행할 때, 보조력이 자연스럽고 부드럽게 전달되도록 할 수 있다.
스트링 엔드 부재(354)
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허벅지 프레임(300)은 스트링 엔드 부재(354)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 스트링 엔드 부재(354)는 허벅지 프레임(300) 내의 장력을 유지하고 연결 부위를 마무리할 수 있다. 또한, 스트링 엔드 부재(354)는 허벅지 프레임(300)의 내부 장력이 일정하게 유지되도록 설계될 수 있다. 또한, 스트링 엔드 부재(354)는 착용자가 보행하거나 계단을 오르는 등 다양한 움직임을 수행할 때, 내부 부품 간의 균형을 유지하며, 동작 중 발생할 수 있는 불필요한 흔들림이나 이탈을 방지할 수 있다.
탄성밴드 부재(355)
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허벅지 프레임(300)은 탄성밴드 부재(355)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 탄성밴드 부재(355)는 허벅지 이너 부재(359)가 착용자의 움직임에 의해 슬라이딩된 후, 반작용의 힘을 활용하여 원래 위치로 빠르게 복귀할 수 있도록 한다. 또한, 탄성밴드 부재(355)는 허벅지 이너 부재(359)가 동작을 수행한 후 자연스럽고 부드럽게 초기 상태로 돌아가도록 하며, 착용자가 계단을 오르거나 의자에 앉는 등의 다양한 동작을 수행한 후에도 허벅지 이너 부재(359)가 복귀하도록 하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 탄성밴드 부재(355)는 슬라이딩 동작 중 발생하는 반작용 에너지를 효율적으로 활용하여 복귀 속도를 높이고, 복귀 과정에서의 불필요한 흔들림이나 비정상적인 움직임을 방지할 수 있다.
베어링 엔드 부재(356)
본 발명에 일 실시예에 따르면, 허벅지 프레임(300)은 베어링 엔드 부재(356)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 베어링 엔드 부재(356)는 허벅지 이너 부재(359)가 슬라이딩 동작을 수행할 때 좌우로 쏠리는 것을 방지하고, 안정적인 슬라이딩을 제공할 수 있다. 도한, 베어링 엔드 부재(356)는 허벅지 이너 부재(359)의 움직임을 지지하고 가이드하며, 슬라이딩 과정에서 발생할 수 있는 비정상적인 움직임이나 흔들림을 최소화할 수 있다. 또한, 베어링 엔드 부재(356)는 본 발명의 웨어러블 로봇(10)의 착용 중 발생하는 하중을 효과적으로 분산시켜 웨어러블 로봇(10) 내 특정 부품에 과도한 스트레스가 가해지는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 일 실시예에 따르면, 허벅지 프레임(300)은 베어링 엔드 부재(356)를 더 포함하고, 허벅지 이너 부재(359)는 베어링 엔드 부재(356)와 결합되고, 베어링 엔드 부재(356)는 허벅지 이너 부재(359)의 슬라이딩 시, 좌우 유격을 방지하고, 구동부(200)의 보조력 발생 시, 허벅지 프레임(300)에 가해지는 하중을 분산시키도록 구성된다.
2.5단 베어링 부재(357)
본 발명에 일 실시예에 따르면, 허벅지 프레임(300)은 2.5단 베어링 부재(357)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 2.5단 베어링 부재(357)는 착용자가 계단을 오르거나 쭈그려 앉는 등 복잡한 동작을 수행할 때 허벅지 이너 부재(359)의 확장 범위를 넓혀 더욱 세밀한 보조력을 제공할 수 있다. 또한, 2.5단 베어링 부재(357)는 허벅지 이너 부재(359)의 슬라이딩 동작을 보조하며, 착용자 움직임의 특성과 요구에 따라 부드럽고 자연스러운 동작을 가능하게 한다. 특히, 일반적인 2단 슬라이딩 동작을 넘어서는 추가적인 확장 기능을 통해, 2.5단 베어링 부재(357)는 착용자가 더 넓은 움직임 범위를 필요로 하는 상황에서도 편안하고 안정적인 보조를 받도록 할 수 있다.
말단 부재(358)
본 발명에 일 실시예에 따르면, 허벅지 프레임(300)은 말단 부재(358)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 말단 부재(358)는 착용자가 계단을 오르거나 쭈그려 앉기, 의자에 앉기 등의 동작을 수행할 때, 다리 길이의 변화에 맞추어 내측으로 슬라이딩하여 착용자에게 편안한 착용감을 제공할 수 있다. 착용자가 계단을 오르거나 쭈그려 앉기, 의자에 앉기 등의 동작을 수행할 때, 다리 길이의 변화가 없으면 착용자가 상당한 불편함을 느끼므로, 말단 부재(358)가 다리 길이의 변화에 맞추어 내측으로 슬라이딩하는 경우, 착용자에게 편안한 착용감을 제공할 수 있다.
본 발명에 일 실시예에 따르면, 말단 부재(358)는 허벅지 프레임(300)의 길이가 고정되어 있을 경우 발생할 수 있는 불편함을 해결할 수 있다. 즉, 착용자가 동작을 수행할 때 다리 길이가 변하더라도 말단 부재(358)는 자연스럽게 슬라이딩하여 허벅지 프레임(300)보다 짧은 위치에서도 웨어러블 로봇(10)이 부드럽고 원활하게 작동할 수 있도록 한다.
허벅지 이너 부재(359)
본 발명에 일 실시예에 따르면, 허벅지 프레임(300)은 허벅지 이너 부재(359)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 허벅지 이너 부재(359)는 사용자의 다리 길이 변화에 유연하게 대응하며 늘어나고 줄어드는 슬라이딩 동작을 수행할 수 있다. 구체적으로, 허벅지 이너 부재(359)는 착용자가 보행하거나 계단을 오르는 등 다양한 동작을 수행할 때, 다리 길이의 변화를 자동으로 감지하고 이에 맞춰 슬라이딩할 수 있다. 또한, 허벅지 이너 부재(359)는 슬라이딩 동작을 통해 구동부(200)에서 발생된 보조력을 착용자에게 전달하는 역할도 수행할 수 있다.
도 99는 본 발명에 따른 일정 각도를 갖는 레일을 슬라이딩하는 우레탄 베어링 구조를 갖는 허벅지 프레임의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 99의 (a)에 도시된 바와 같이, 허벅지 프레임(300)의 평상시 상태는 웨어러블 로봇(10)이 보조력을 제공하지 않고, 기본적으로 고정된 상태를 유지할 수 있다. 이와 같은 상태에서는 착용자가 움직임을 시작하기 전에 허벅지 프레임(300)이 초기 위치에 안정적으로 고정되어 있으며, 2단 슬라이딩이나 2.5단 슬라이딩 동작이 활성화되지 않은 상태이다. 도시된 바와 같이, 우레탄으로 코팅된 베어링은 허벅지 프레임(300)의 내부에서 발생할 수 있는 진동과 소음을 효과적으로 억제하여 안정적이고 조용한 상태를 유지할 수 있다.
도 99의 (b)는 2단 슬라이딩 부재(310)가 활성화되어 허벅지 프레임(300)이 늘어나 착용자 다리 길이에 맞추어 조정되는 경우를 나타낸다. 도 99의 (b)에서 허벅지 프레임(300)은 착용자의 다리 길이에 맞게 확장되며, 상하 스윙 동작을 부드럽게 수행할 수 있도록 설계될 수 있다. 도시된 바와 같이, 우레탄 베어링 구조는 슬라이딩 과정에서 발생할 수 있는 진동과 소음을 우레탄 코팅으로 최소화하여 사용자가 쾌적한 착용감을 느낄 수 있도록 할 수 있다. 또한, 우레탄 베어링의 부드러운 움직임은 슬라이딩 중 허벅지 프레임(300)이 좌우로 쏠리는 현상을 방지하여 안정적인 동작을 제공할 수 있다.
도 99의 (c)에 도시된 바와 같이, 2.5단 슬라이딩 부재(320)가 활성화된 상태는 사용자가 계단을 오르거나 앉는 동작을 수행할 때, 2.5단 슬라이딩 부재(320)가 추가로 활성화되어 허벅지 프레임(300)이 더 짧아지면서 사용자에게 더욱 편안한 착용감을 제공할 수 있다. 본 발명은 착용자의 움직임에 따라 허벅지 프레임(300)의 길이를 세밀하게 조정하여 부드럽고 안정적인 동작을 지원할 수 있다. 구체적으로, 계단을 오르거나 앉는 등의 복잡한 동작에서도 허벅지 프레임(300)은 사용자의 요구에 맞춰 자연스럽게 조정되어 쾌적한 착용 경험을 제공할 수 있다. 또한, 우레탄 코팅된 베어링은 슬라이딩 과정에서 발생할 수 있는 진동과 소음을 효과적으로 억제하며, 안정적인 슬라이딩 동작을 유지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 본 발명은 허벅지 커버 부재(353)와 허벅지 이너 부재(359)에 좌우 대칭으로 각도를 구현하여 슬라이딩 중 발생할 수 있는 좌우 쏠림 현상을 억제할 수 있다. 또한, 본 발명은 모든 슬라이딩 베어링에 우레탄 코팅을 적용함으로써 진동과 소음을 최소화할 수도 있다.
도 100은 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 엔드 브라켓과 베어링 슬라이딩 브라켓을 설명하기 위한 도면이다.
베어링 엔드 브라켓(361)
도 100의 (a)에 도시된 바와 같이, 허벅지 프레임(300)은 베어링 엔드 브라켓(361)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 베어링 엔드 브라켓(361)은 본 발명의 베어링이 정렬된 상태를 유지하도록 지지하며, 슬라이딩 과정에서 발생할 수 있는 좌우 쏠림이나 흔들림을 방지할 수 있다. 또한, 베어링 엔드 브라켓(361)은 베어링이 레일을 따라 매끄럽게 움직일 수 있도록 가이드 역할을 수행하며, 슬라이딩 중 발생하는 하중을 효과적으로 분산시켜 허벅지 프레임(300)의 다른 구성 요소에 과도한 압력이 가해지지 않도록 하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 베어링 엔드 브라켓(361)은 우레탄 코팅된 베어링을 지지하는 구조로 설계되어, 슬라이딩 중 발생할 수 있는 진동과 소음을 최소화하여 착용자에게 조용하고 안정적인 작동 환경을 제공할 수 있다.
베어링 슬라이딩 브라켓(362)
도 100의 (b)에 도시된 바와 같이, 허벅지 프레임(300)은 베어링 슬라이딩 브라켓(362)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 베어링 슬라이딩 브라켓(362)은 베어링이 정렬된 상태를 유지하며, 슬라이딩 과정에서 발생할 수 있는 흔들림이나 좌우 쏠림을 방지할 수 있다. 또한, 베어링 슬라이딩 브라켓(362)은 베어링이 레일을 따라 매끄럽게 슬라이딩할 수 있도록 가이드 역할을 수행하여, 슬라이딩 동작의 안정성을 유지할 수 있다. 또한, 베어링 슬라이딩 브라켓(362)의 구조는 슬라이딩 중 발생하는 하중을 효과적으로 분산시켜 허벅지 프레임(300)의 다른 구성 요소에 가해지는 압력을 줄이는 효과를 제공할 수 있다. 또한, 베어링 슬라이딩 브라켓(362)은 진동과 소음을 억제할 수 있으므로, 착용자에게 조용하고 안정적인 작동 환경을 제공할 수 있다.
도 101은 본 발명의 일 실시예에 따른 우레탄 베어링을 설명하기 위한 도면이다.
상측 우레탄 베어링(363-1) 및 하측 우레탄 베어링(363-2)
도시된 바와 같이, 허벅지 프레임(300)은 상측 우레탄 베어링(363-1)과 하측 우레탄 베어링(363-2)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상측 우레탄 베어링(363-1)과 하측 우레탄 베어링(363-2)은 허벅지 커버 부재(353)의 내부 레일에 위치하여 슬라이딩 동작을 지원할 수 있다. 상측 우레탄 베어링(363-1)과 하측 우레탄 베어링(363-2)은 우레탄 코팅이 적용되어 있어, 슬라이딩 과정에서 발생할 수 있는 진동과 소음을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 상측 우레탄 베어링(363-1)과 하측 우레탄 베어링(363-2)은 각각 일정한 각도로 위치하여, 슬라이딩 과정 중 발생할 수 있는 좌우 쏠림이나 흔들림을 방지할 수 있다. 특히, 상측 우레탄 베어링(363-1)과 하측 우레탄 베어링(363-2)은 서로 균형을 이루며 허벅지 프레임(300)의 구조적 안정성을 높이고, 슬라이딩 동작의 부드러움을 유지할 수 있다.
베어링 커버(365)
도시된 바와 같이, 허벅지 프레임(300)은 베어링 커버(365), 전면 우레탄 베어링(364-1), 후면 우레탄 베어링(364-2)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 베어링 커버(365)는 베어링이 제 위치에서 벗어나지 않도록 고정하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 베어링 커버(365)는 슬라이딩 중 발생할 수 있는 충격이나 진동으로 인해 베어링이 움직이거나 이탈하는 현상을 방지할 수 있다. 또한, 베어링 커버(365)는 먼지, 이물질, 습기와 같은 외부 환경 요인으로부터 베어링을 보호할 수 있다. 또한, 베어링 커버(365)는 외부 환경에 의해 베어링이 마모되거나 성능이 저하되는 것을 방지하여, 장치의 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한, 베어링 커버(365)는 슬라이딩 중 발생할 수 있는 진동과 소음을 억제할 수 있다.
전면 우레탄 베어링(364-1), 후면 우레탄 베어링(364-2)
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전면 우레탄 베어링(364-1)과 후면 우레탄 베어링(364-2)은 허벅지 커버 부재(353)의 내부 레일과 정밀하게 결합하여 슬라이딩 도중 발생할 수 있는 진동과 소음을 억제하며, 부드럽고 조용한 슬라이딩 동작을 수행하도록 한다. 특히, 허벅지 커버 부재(353)와 허벅지 이너 부재(359)는 좌우 대칭 구조로 설계되어 있으며, 이와 같은 구조는 전면 우레탄 베어링(364-1) 및 후면 우레탄 베어링(364-2)의 역할과 상호 작용하여 슬라이딩 도중 좌우 쏠림 현상을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 전면 우레탄 베어링(364-1)과 후면 우레탄 베어링(364-2)은 좌우 대칭의 일정한 각도를 갖는 레일 구조를 통해 허벅지 이너 부재(359)가 슬라이딩 시 흔들리지 않고 안정적으로 움직일 수 있도록 보조하며, 이는 슬라이딩 과정의 정밀도와 안정성을 크게 향상시키는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전면 우레탄 베어링(364-1) 및 후면 우레탄 베어링(364-2)은 2단 및 2.5단 슬라이딩 메커니즘과 통합되어 작동하며, 사용자가 보행을 시작하거나 상하 스윙 동작을 수행할 때 허벅지 프레임(300)의 길이 변화를 지원할 수 있다. 구체적으로, 2단 슬라이딩 부재(310)는 사용자의 보행 시 다리 길이에 맞춰 허벅지 프레임(300)을 확장시키고, 2.5단 슬라이딩 부재(320)는 사용자가 계단을 오르거나 앉는 동작을 수행할 때 허벅지 프레임(300)의 길이를 추가로 조정하여 편안한 착용감을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전면 우레탄 베어링(364-1) 및 후면 우레탄 베어링(364-2)은 슬라이딩 도중 발생하는 충격과 진동을 효과적으로 흡수하여 사용자가 부드럽고 안정적인 보조력을 느낄 수 있도록 한다. 이와 같은 설계는 진동과 소음 억제를 통한 사용자 편의성뿐만 아니라 장치의 내구성을 높이는 데에도 기여할 수 있다.
도 102는 본 발명의 일 실시예에 따른 우레탄 베어링 구조에서의 조인트 부재, 조인트 샤프트 부재, 2단 복귀 탄성밴드 부재 등을 설명하기 위한 도면이다.
도 102의 (a)에 도시된 바와 같이, 조인트 부재(350)는 구동기로부터 보조력을 전달받아 허벅지 프레임(359)에 연결되는 부품으로, 사용자가 보행 중 스윙 동작을 수행할 수 있도록 설계될 수 있다. 구체적으로, 조인트 부재(350)는 구동기와 허벅지 프레임(300) 사이에서 보조력을 전달하는 동시에 안정적인 움직임을 제공할 수 있다.
도시된 바와 같이, 조인트 캡 부재(351)는 조인트 부재(350)를 외부 충격이나 마모로부터 보호하고, 내부 부품의 안정성을 보장하는 역할을 수행할 수 있다. 조인트 샤프트 부재(352)는 조인트 부재(350)와 허벅지 프레임(300)을 연결하며, 허벅지 프레임(300)이 슬라이딩하거나 스윙 동작을 수행할 때 안정적인 지지 구조를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허벅지 커버 부재(353)는 허벅지 프레임(359)을 감싸며 내부에 슬라이딩 레일 구조를 포함하고 있어 허벅지 이너 부재(359)의 부드럽고 안정적인 슬라이딩 동작을 지원할 수 있다. 또한 허벅지 커버 부재(353)는 허벅지 프레임(300) 전체의 보호 역할도 수행하여 외부 환경으로부터 구조를 보호할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 스트링 엔드 부재(354)는 허벅지 프레임 구조의 끝부분을 마감하며, 내부 부품들의 연결을 강화하여 전체적인 구조 안정성을 높이는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 탄성밴드 부재(355)는 허벅지 프레임(300)이 사용자의 움직임에 따라 확장되거나 축소된 후 원래 상태로 복귀할 수 있도록 탄성을 제공하며, 이에 따라 사용자의 동작을 자연스럽고 효율적으로 보조할 수 있다. 또한, 허벅지 이너 부재(359)는 허벅지 프레임(300)의 내부에서 슬라이딩하며, 사용자의 다리 길이에 맞춰 길이를 조정할 수 있다. 구체적으로, 허벅지 이너 부재(359)는 보조력을 사용자에게 정확히 전달하는 역할을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 2.5단 베어링 부재(357)는 허벅지 이너 부재(359)가 계단을 오르거나 앉는 동작을 수행할 때 추가적으로 확장될 수 있도록 지지하며, 부드럽고 안정적인 슬라이딩 동작을 지원할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 말단 부재(358)는 허벅지 프레임(300)의 하단 끝부분에 위치하며, 구조적 완성도를 높이는 동시에 사용자의 하중을 효과적으로 분산시키는 효과를 제공할 수 있다. 이는 허벅지 프레임(300) 전체의 내구성과 안정성을 강화하며, 사용자가 다양한 동작을 수행할 때 편안한 착용감을 제공할 수 있다.
도 102의 (b)에 도시된 바와 같이, 2.5단 베어링 부재(357)는 허벅지 이너 부재(359)의 추가적인 슬라이딩 동작을 지원하며, 이를 통해 사용자가 계단을 오르거나 앉는 동작과 같은 다양한 움직임을 부드럽고 자연스럽게 수행할 수 있도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허벅지 커버 부재(353)와 허벅지 이너 부재(359)는 일정 각도로 설계된 레일 구조를 따라 슬라이딩하며, 이와 같은 구조는 허벅지 이너 부재(359)가 움직이는 동안 발생할 수 있는 좌우 쏠림 현상을 방지할 수 있다. 또한, 슬라이딩 과정에서 허벅지 이너 부재(359)는 조인트 샤프트 부재(352)에 의해 안정적으로 지지되며, 각 베어링 부재(357)는 하중을 효과적으로 분산시켜 정밀하고 부드러운 동작을 제공할 수 있다.
연결부재의 실시형태
도 103 내지 도 108은 본 발명의 일 실시형태에 따른 웨어러블 로봇의 작동 상태를 나타낸 도면이다.
도 103에 도시된 바와 같이, 제1 고정부(110)는 고관절 상측에 위치하는 허리부위에 고정되고, 제2 고정부(120)는 고관절 하측에 위치하는 대퇴부에 고정될 수 있으며, 연결부재(140)는 사용자의 앞 부분에 배치된 상태에서 제1 고정부(110) 측에 고정된 구동부(130)와 제2 고정부(120)를 연결할 수 있다. 이 경우, 연결부재(140)는 구동부(130)에 의해 y축을 중심으로 회동하면서 대퇴부에 고정된 제2 고정부(120)를 들어올리거나 내리는 방향으로 보조력을 제공할 수 있으므로 보조력의 제공으로 인한 관절부 회전중심의 내전, 외전 또는 비틀림 등을 예방할 수 있으며, 대퇴부가 보조력에 의해 들어올려진 상태에서 좌우로 움직이는 경우에도 연결 부재(140)가 이에 순응하여 좌우로 회동할 수 있으므로 관절부의 가동범위를 제한하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 연결부재(140)는 구동부(130)와 제2 고정부(120)의 사이 간격에 대응하여 길이가 조절될 수 있도록 구성되는데, 연결부재(140)가 다단으로 신축되도록 구성됨에 따라 각 부재가 중첩된 상태의 길이를 최소화 하면서도 큰 스트로크를 제공할 수 있다. 따라서, 보행과 같이 관절부의 운동범위가 작은 동작으로부터, 앉거나 계단 보행과 같이 관절부의 운동범위가 큰 동작에 이르기까지 보조력을 전달할 수 있다.
도 104에 도시된 바와 같이, 연결부재(140)의 제1 부재(141)는 일단부가 제1고정부(110)에 마련된 구동부(130)에 고정되고, 제2부재(142)는 제1 부재(141)에 길이방향을 따라 이동 가능한 상태로 연결된다. 제2 고정부(120)에 고정된 제3부재(143)는 제2 부재(142)에 길이방향을 따라 이동 가능한 상태로 연결된다. 여기서, 탄성부재(144)는 양단부가 제2 부재(142)와 제1 부재(141)에 고정되고, 제2부재(142)에게 상기 제1 부재(141)와 상기 제2 부재(142)가 중첩되는 방향으로 탄성력을 제공한다. 여기서, 구동부(130)에 의한 y축을 중심으로 하는 회동시키는 구동력은 제1 부재(141)에 직접 전달될 수 있다. 이러한 구동력은 제1 부재(141)에 길이방향을 따라 이동 가능한 제2 부재(142)와 이어서 제2 부재(142)에 길이방향을 따라 이동 가능한 제3 부재(143)를 통해, 제3 부재(143)에 연결된 제2 고정부(120)에 전달될 수 있다.
여기서, 연결부재(140)의 제2 부재(142)의 이동길이는 도 105 및 도 106과 같이 관절부의 작은 동작에 따른 구동부(130)와 제2 고정부(120) 사이 간격의 변화에 대응할 수 있도록 설정되고, 제3 부재(143)의 이동길이는 도 107 및 도 108과 같이 관절부의 큰 동작에 따른 구동부(130)와 제2 고정부(120)의 사이 간격의 변화에 대응할 수 있도록 설정된다.
도 103은 사용자가 본 발명의 일 실시형태에 따른 웨어러블 로봇을 착용하고 제자리에 서 있는 상태를 나타낸 것으로서, 이러한 상태에서 고관절 상측의 허리부위에 배치된 구동부(130)와 하측의 대퇴부에 고정된 제2 고정부(120)의 사이 간격은 최대가 된다. 이에 따라 구동부(130)와 제2 고정부(120) 사이에 배치된 연결부재(140)는 도 104와 같이 제2 부재(142)와 제3 부재(143)가 각각 확장 방향으로 이동하게 되고, 이 과정에서 탄성부재(144)는 외력에 의해 탄력적으로 인장된 상태가 된다.
이어서, 도 105는 관절부의 작은 동작에 의해 구동부(130)와 제2 고정부(120) 사이 간격이 변화된 상태를 나타낸 것으로서, 보행 과정에서의 관절부의 운동범위는 가동범위의 일부인 제1 영역 내에서만 제한적으로 이루어지게 되며, 연 결 부재(140)는 관절부의 작은 동작에 따른 구동부(130)와 제2 고정부(120) 사이 간격의 변화에 대응하여 제2 부재(142)의 이동 위치가 조절될 수 있도록 설정된다.
즉, 도 106에 도시된 바와 같이 연결부재(140)는 제2 부재(142)가 제3 부재(143)를 지지한 상태로 제1 부재(141)를 따라 수축 방향으로 이동함에 따라, 관절부의 작은 동작에 따른 구동부(130)와 제2 고정부(120)의 사이 간격에 대응하는 길이로 조절될 수 있다. 여기서, 구동부(130)와 제2 고정부(120)의 사이 간격이 줄어드는 것에 대응하여 제2 부재(142)와 제3 부재(143)가 각각 수축 방향으로 이동할 수 있는데, 제2 부재(142)는 탄성부재(144)에 의해 제1 부재(141)에 대하여 수축하는 방향으로 탄성 지지된 상태이므로, 제3 부재(143)가 제2 부재(142)를 따라 이동하는 것에 우선하여 제2 부재(142)가 제1 부재(141)를 따라 이동하게 된다. 아울러, 제2 부재(142)는 탄성부재(144)에 의해 수축 방향으로 탄성지지되는 상태가 되므로, 수축 방향으로 이동한 상태에서 제2 부재(142)가 자중에 의해 임의로 확장 방향으로 이동하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 부재(142)는 복수의 롤러(142d)를 통해 제1 부재(141)에 대하여 구름운동 가능한 상태로 지지되고, 제3 부재(143)는 슬라이딩 패드(143a)를 통해 제2 부재(142)에 대하여 미끄럼운동 가능한 상태로 지지되는데, 슬라이딩 패드(143a)는 롤러(142d)에 비해 상대적으로 큰 마찰력을 갖도록 설계된다. 따라서 제2 부재(142)는 제3 부재(143)보다 작은 마찰력으로 이동할 수 있으므로, 제3 부재(143)가 제2 부재(142)를 따라 이동하는 것에 우선하여 제2 부재(142)가 제3 부재(143)를 지지한 상태로 제1 부재(141)를 따라 이동할 수 있다.
이어서, 도 107은 관절부의 큰 동작에 따른 구동부(130)와 제2 고정부(120)의 사이 간격의 변화를 나타낸 것으로서, 앉는 동작이나 계단 보행 과정에서의 관절부의 운동범위는 제1 영역을 초과하는 제2영역으로 확장되며, 연결 부재(140)는 관절부의 큰 동작에 따른 구동부(130)와 제2 고정부(120) 사이 간격의 변화에 대응하여 제2 부재(142)와 함께 제3 부재(143)의 이동 위치가 조절될 수 있도록 설정된다. 즉, 연결부재(140)는 도 106에 도시된 바와 같이 제2 부재(142)가 제3 부재(143)를 지지한 상태로 제1 부재(141)를 따라 수축 방향으로 완전히 이동한 상태에서, 도 108과 같이 제3 부재(143)가 제2 부재(142)를 따라 수축 방향으로 이동함에 따라, 관절부의 큰 동작에 따른 구동부(130)와 제2 고정부(120)의 사이 간격에 대응하는 길이로 조절될 수 있다.
이때, 제3 부재(143)는 제2 부재(142)의 일면에 형성된 제2 슬릿(142c)을 통해 일부가 외부로 노출된 상태로 이동하는데, 제1 부재(141)의 일면에는 제2 슬릿(142c)과 연통하는 제1 슬릿(141c)이 형성되어 있으므로, 제2 부재(142)가 제1 부재(141)와 중첩된 상태에서도 제3 부재(143)가 제2 부재(142)를 따라 수축 방향으로 이동할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 웨어러블 로봇은 도 103 내지 도 108과 같이 구동부의 정방향 구동에 의해 연결부재가 y축을 중심으로 시계방향으로 회전하면서 대퇴부를 상측으로 이동시켜 관절부의 움직임에 보조력을 제공할 수 있으며, 이 과정에서 연결 부재(140)가 구동부(130)와 제2 고정부(120)의 사이 간격에 대응하여 수축될 수 있다.
반대로, 연결 부재(140)는 구동부의 역방향 구동에 의해 y축을 중심으로 반시계방향으로 회전하면서 대퇴부를 하측 방향으로 이동시켜 관절부의 움직임에 보조력을 제공할 수 있으며, 이 과정에서 구동부(130)와 제2 고정부(120)의 사이 간격에 대응하여 확장될 수 있다. 이러한 연결 부재(140)의 확장과정은 상술한 수축과정의 역순으로 이루어지므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 109는 본 발명 웨어러블 로봇의 일 실시예에 따른 연결 부재의 작용도이다.
도 109에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연결부재(140)는 제1 부재(141), 제2 부재(142), 제3 부재(143) 및 탄성 부재(144)를 포함하고, 제2 부재(142)와 제3 부재(143)의 서로 마주하는 면에 제1 영구자석(M1)과 제2 영구자석(M2)을 구비하여 제3 부재(143)가 확장 방향으로 완전히 이동하였을 때 제1 영구자석(M1)과 제2 영구자석(M2)이 서로 달라붙을 수 있다. 구체적으로, 제2 부재(142)의 확장 측 단부를 마감하는 제2-2 엔드캡(142b)의 제3 부재(143)와 마주하는 면에는 제1 영구자석(M1)이 배치되고, 제3 부재(143)의 제2-2 엔드캡(142b)과 마주하는 면에는 제1 영구자석(M1)에 달라붙을 수 있는 제2 영구자석(M2)이 배치된다. 제1 영구자석(M1)과 제2 영구자석(M2)의 자력에 의한 고정력은 탄성 부재(144)의 탄성 복원력에 의해 임의로 분리되지 않을 수 있는 정도로 설정되는 것이 바람직하다.
즉, 도 109의 (a)와 같이 제1 부재(141), 제2 부재(142) 및 제3 부재(143)가 각각 확장 방향으로 이동한 상태에서, 제1 부재(141)와 제2 부재(142)를 연결하는 탄성 부재(144)는 탄력적으로 인장되고, 제2 부재(142)의 제1 영구자석(M1)과 제3부재(143)의 제2 영구자석(M2)은 자력에 의해 서로 달라붙게 된다.
이어, 도 109의 (b)와 같이 관절부의 작은 움직임에 의해 구동부(130)와 제2고정부(120) 사이 간격이 줄어드는 경우, 제2 고정부(120)에 연결된 제3 부재(143)가 수축방향으로 이동하게 된다. 이때, 제3 부재(143)는 제1 영구자석(M1)과 제2 영구자석(M2)에 의해 제2 부재(142)의 제2-2 엔드캡(142b)에 고정된 상태이고, 제2부재(142)는 탄성 부재(144)에 의해 수축 방향으로 탄성지지된 상태이므로, 제2 부재(142)가 제3 부재(143)를 지지한 상태로 제1 부재(141) 상에서 수축 방향으로 이동하게 된다.
이어서, 도 109의 (c)와 같이 관절부의 큰 움직임에 의해 구동부(130)와 제2고정부(120) 사이 간격이 줄어드는 경우, 제2 고정부(120)에 연결된 제3 부재(143)가 추가로 수축방향으로 이동하게 된다. 이때, 제2 부재(142)는 제1 부재(141)에 대하여 수축 방향으로 완전히 이동한 상태에서 추가 이동이 제한됨에 따라, 외력에 의해 제1 영구자석(M1)과 제2 영구자석(M2)이 분리되면서 제3 부재(143)가 제2 부재(142) 상에서 수축 방향으로 이동하게 된다.
한편, 본 실시예에서는 상기 한 쌍의 영구자석이 이용되는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 상기 제1영구자석(M1)과 제2영구자석(M2) 중 어느 하나를 자성체로 구성하는 것도 가능할 것이다. 또한, 제1 영구자석(M1)과 제2 영구자석(M2)사이에는 완충제(미도시)가 배치될 수 있다. 상기 완충제는 어느 한 영구자석의 일면 또는, 각 영구자석의 일면에 배치될 수 있다. 제3 부재(143)가 제2 부제(142)안에서 도 109의 (c)에서 (b)로 이동할 때, 제1 영구자석(M1)과 제2 영구자석(M2)은 결합한다. 이 경우 상기 완충제는 소음과 영구자석의 파손을 막을 수 있다.
도 100은 본 발명에 따른 웨어러블 로봇의 다른 일 실시예에 따른 연결부재의 작용도이다.
본 발명의 연결부재(140)는 도 110에 도시된 바와 같이 제1 부재(141), 제2부재(142), 제3 부재(143) 및 탄성 부재(144)를 포함하되, 제2 부재(142)의 확장 측 단부를 마감하는 제2-2 엔드캡(142b)에는 탄성 부재(144)를 이동 가능한 상태로 지지할 수 있는 제1 도르래(142e)가 배치되고, 탄성 부재(144)는 탄성줄 형태로 이루어지고 일단부가 제1 부재(141)에 고정되고 타단부가 제1 도르래(142e)에 감겨진 상태로 제3 부재(143)에 고정되는 점에서 상술한 실시예와 구성의 차이를 갖는다.
도 110의 (a)와 같이 제1 부재(141), 제2 부재(142) 및 제3 부재(143)가 각각 확장 방향으로 이동한 상태에서는, 탄성 부재(144)가 탄성 변형하여 인장된 상태가 되고, 제2 부재(142)의 제2-2 엔드캡(142b)은 탄성 부재(144)의 탄성력에 의해 제3부재(143)를 향해 탄력적으로 가압된 상태가 유지될 수 있다.
이어서, 도 110의 (b)와 같이 관절부의 작은 움직임에 의해 구동부(130)와 제2 고정부(120) 사이 간격이 줄어드는 경우, 제2 고정부(120)에 연결된 제3 부재(143)가 수축방향으로 이동하게 된다. 이때, 제2 부재(142)는 제1 부재(141) 상에서 탄성 부재(144)의 탄성력에 의해 수축 방향으로 가압되고, 제3 부재(143)는 제2 부재(142) 상에서 탄성 부재(144)의 탄성력에 의해 확장 방향으로 가압된 상태이므로, 제2 부재(142)가 제3 부재(143)를 지지한 상태로 제1 부재(141) 상에서 수축 방향으로 이동하게 된다.
도 110의 (c)와 같이 관절부의 큰 움직임에 의해 구동부(130)와 제2 고정부(120) 사이 간격이 추가로 줄어드는 경우, 제2 고정부(120)를 통해 제3 부재(143)에 작용하는 수축 방향 외력에 의해 제3 부재(143)가 제2 부재(142) 상에서 수축 방향으로 이동하게 된다. 이때, 탄성 부재(144)는 일단부가 제1 부재(141)에 고정되고 타단부가 제1 도르래(142e)에 지지된 상태로 제3 부재(143)에 고정되므로, 제3 부재(143)가 제2 부재(142) 상에서 수축방향으로 이동하는 것에 의해 탄력적으로 인장된다. 즉, 제2 부재(142)는 탄성 부재(144)에 의해 수축 방향으로 탄성 지지된 상태가 되므로, 제2 부재(142)가 자중에 의해 임의로 확장 방향으로 이동하는 것을 방지할 수 있다.
도 112는 본 발명의 일 실시형태에 따른 웨어러블 로봇에서 연결부재의 단면도이며, 도 113은 도 112의 "A"부분 확대도이고, 도 114는 도 112의 "B"부분 확대도이다.
도 103에 도시된 바와 같이, 제1 고정부(110)는 고관절 상측에 위치하는 허리부위에 고정되고, 제2 고정부(120)는 고관절 하측에 위치하는 대퇴부에 고정될 수 있으며, 연결 부재(140)는 사용자의 앞 부분에 배치된 상태에서 상기 제1고정부(110) 측에 고정된 구동부(130)와 제2 고정부(120)를 연결할 수 있다.
이러한 배치구조에서 연결 부재(140)는 구동부(130)에 의해 y축을 중심으로 상하로 회동하면서 대퇴부에 고정된 제2 고정부(120)를 들어올리거나 내리는 방향으로 보조력을 제공할 수 있으므로 보조력의 제공으로 인한 관절부 회전중심의 내전, 외전 또는 비틀림 등을 예방할 수 있으며, 대퇴부가 보조력에 의해 움직인 상태에서 좌우로 움직이는 경우에도 연결 부재(140)가 이에 순응하여 회동할 수 있으므로 관절부의 가동범위를 제한하지 않을 수 있다.
또한, 연결 부재(140)는 구동부(130)와 제2 고정부(120)의 사이 간격에 대응하여 길이가 조절될 수 있도록 구성되는데, 연결 부재(140)가 다단으로 신축되도록 구성됨에 따라 수축상태의 길이를 최소화 하면서도 큰 스트로크를 제공할 수 있다. 따라서, 보행과 같이 관절부의 운동범위가 작은 동작으로부터, 앉거나 계단 보행과 같이 관절부의 운동범위가 큰 동작에 이르기까지 보조력을 전달할 수 있다.
도 112 내지 도 114에 도시된 바와 같이, 연결 부재(140)의 제1 부재(141)는 일단부가 제1 고정부(110)에 마련된 구동부(130)에 연결되고, 제2 부재(142)는 제1부재(141)의 내측에 삽입된 상태에서 제1 부재(141)의 길이방향을 따라 이동 가능한 상태로 결합된다. 또한, 제2 고정부(120)에 연결된 제3 부재(143)는 제2 부재(142)의 내측에 삽입된 상태에서 제2 부재(142)의 길이방향을 따라 이동 가능한 상태로 결합되고, 연동부(150)는 제2 부재(142)와 제3 부재(143)가 서로 연동하도록 한다. 또한, 탄성 부재(144)는 양단부가 제1 부재(141)와 제2 부재(142)에 고정된 상태에서 제2부재(142)에 수축 방향으로 탄성력을 제공한다. 여기서, 구동부(130)에 의한 y축을 중심으로 하는 회동시키는 구동력은 제1 부재(141)에 직접 전달될 수 있다. 이러한 구동력은 제1 부재(141)에 길이방향을 따라 이동 가능한 제2 부재(142)와 이어서 제2 부재(142)에 길이방향을 따라 이동 가능한 제3 부재(143)를 통해, 제3 부재(143)에 연결된 제2 고정부(120)에 전달될 수 있다.
여기서, 연동부(150)를 구성하는 제1 케이블(151)은 일단부가 제1 부재(141)의 제1-1 엔드캡(141a)에 고정된 상태에서 타단부가 제2 부재(142)의 제2-2 엔드캡(142b)에 조립된 제2 도르래(142f)를 경유하여 제3 부재(143)에 고정되고, 제2 케이블(152)은 일단부가 제1 부재(141)의 제1-2 엔드캡(141b)에 고정된 상태에서 타단부가 제2 부재(142)의 제2-1 엔드캡(142a)에 조립된 제3 도르래(142g)를 경유하여 제3 부재(143)에 고정된다.
즉, 제3 부재(143)의 수축 방향 이동에 대해서는 제3 부재(143)와 연결된 제1 케이블(151)이 제2 부재(142)의 확장측 단부에 결합된 제2 도르래(142f)를 수축 방향으로 이동시킴에 따라 제2 부재(142)가 수축 방향으로 이동하게 되고, 반대로 제3 부재(143)의 확장 방향 이동에 대해서는 제3 부재(143)와 연결된 제2 케이블(152)이 제2 부재(142)의 수축측 단부에 결합된 제3 도르래(142g)를 확장 방향으로 이동시킴에 따라 제2 부재(142)가 확장 방향으로 이동하게 된다.
또한, 제2 부재(142)는 수축측 단부의 상측과 하측에 각각 배치된 롤러(142d)가 제1 부재(141)의 내측면을 따라 구름운동함에 따라 제1 부재(141)에 대한 마찰력을 최소화할 수 있고, 제3 부재(143)는 외측면을 감싸는 형태로 배치된 슬라이딩 패드(143a)가 제2 부재(142)의 내측면을 따라 미끄럼운동함에 따라 제2 부재(142)에 대한 마찰력을 최소화할 수 있다.
도 103은 사용자가 본 발명의 일 실시형태에 따른 웨어러블 로봇을 착용하고 제자리에 서 있는 상태를 나타낸 것으로서, 이러한 상태에서 고관절 상측의 허리부위에 배치된 구동부(130)와 하측의 대퇴부에 고정된 제2 고정부(120)의 사이 간격은 최대가 된다. 이에 따라 구동부(130)와 제2 고정부(120) 사이에 배치된 연결부재(140)는 도 112와 같이 제2 고정부(120)에 연결된 제3 부재(143)가 확장 방향으로 이동하게 되고, 이 과정에서 연동부(150)의 제2 케이블(152)을 통해 제3 부재(143)와 연결된 제2 부재(142)가 제3 부재(143)와 함께 연동하여 확장 방향으로 이동하게 되며, 이 과정에서 제1 부재(141)와 제2 부재(142)를 연결하는 탄성 부재(144)는 외력에 의해 탄력적으로 인장된 상태가 된다.
이어서, 도 105 및 도 115는 보행 동작과 같은 작은 범위의 움직임에 의해 구동부(130)와 제2 고정부(120) 사이 간격이 변화된 상태를 나타낸 것으로서, 연결부재(140)는 구동부(130)의 구동에 의해 회동하면서 제2 고정부(120)를 상측으로 들어올려 사용자의 보행 동작에 보조력을 제공할 수 있다. 이때, 구동부(130)와 연결 부재(140)의 연결위치가 관절부의 회전중심과 일치하지 않기 때문에, 대퇴부가 상측 방향으로 회동하는 과정에서 제2 고정부(120)와 구동부(130)의 사이 간격이 변화하게 되며, 이러한 사이 간격의 변화에 대응하여 연결 부재(140)의 길이가 조절될 수 있다.
구체적으로, 도 105과 같이 대퇴부가 고관절을 중심으로 상측 방향으로 회동하는 경우, 대퇴부에 위치한 제2 고정부(120)와 허리부위에 위치한 구동부(130) 사이 간격이 줄어들게 되고, 이 과정에서 제2 고정부(120)에 연결된 연결부재(140)에는 수축 방향으로 외력이 작용하게 된다.
즉, 도 115에 도시된 바와 같이, 제2 부재(142) 상에서 길이방향을 따라 이동 가능하게 배치된 제3 부재(143)가 외력에 의해 수축 방향으로 이동하게 되면, 제3 부재(143)에 연결된 제1 케이블(151)의 단부가 수축 방향으로 잡아당겨지게 되고, 이 과정에서 제1 케이블(151)을 지지하고 있는 제2 도르래(142f)에 수축 방향으로 힘이 작용함에 따라 제1 부재(141)를 따라 이동 가능하게 배치된 제2 부재(142)가 제3 부재(143)와 함께 수축 방향으로 이동하게 된다.
이어, 도 107 및 도 116은 앉는 동작이나 계단 보행과 같은 큰 범위의 움직임에 의해 구동부(130)와 제2 고정부(120) 사이 간격이 변화된 상태를 나타낸 것으로서, 연결 부재(140)는 구동부(130)의 구동에 의해 회동하면서 제2 고정부(120)를 상측으로 들어올려 사용자의 앉는 동작이나 계단 보행과 같은 동작에 보조력을 제공할 수 있으며, 다단으로 구성되어 수축 상태에서 짧은 길이를 갖는 동시에 큰 스크로크를 제공할 수 있으므로 관절부의 큰 범위의 동작에 대해서도 효과적으로 대응할 수 있다.
구체적으로, 연결 부재(140)의 제3 부재(143)는 대퇴부가 고관절을 중심으로 상측 방향으로 회동하는 과정에서 제2 고정부(120)를 통해 인가되는 외력에 의해 수축 방향으로 이동하게 되는데, 이 과정에서 제3 부재(143)에 연결된 제1 케이블(151)의 단부가 수축 방향으로 잡아당겨지게 되면서 제1 케이블(151)을 지지하고 있는 제2 도르래(142f)에 수축 방향으로 힘이 작용함에 따라 제1 부재(141)를 따라 이동 가능하게 배치된 제2 부재(142)가 제3 부재(143)와 함께 수축 방향으로 이동하게 된다.
여기서, 제3 부재(143)는 제2 부재(142)의 일면에 형성된 제2 슬릿(142c)을 통해 일부가 외부로 노출된 상태로 이동하는데, 제1 부재(141)의 일면에는 제2 슬릿(142c)과 연통하는 제1 슬릿(141c)이 형성되어 있으므로, 제2 부재(142)가 제1 부재(141)와 중첩된 상태에서도 제3 부재(143)가 제2 부재(142)를 따라 수축 방향으로 이동할 수 있게 된다.
또한, 제2 부재(142)는 수축 방향으로 이동한 상태에서 수축측 단부가 제1 부재(141)의 제1-1 엔드캡(141a)에 접촉하는 것에 의해 수축 방향으로의 추가 이동이 제한될 수 있으며, 이러한 상태에서는 제1 케이블(151) 및 제2 케이블(152)을 통해 제2 부재(142)와 연결된 제3 부재(143)의 수축 방향으로의 이동 역시 제한될 수 있다.
한편, 제2 부재(142)는 제1 부재(141)와 제3 부재(143)를 연결하는 제1 케이블(151)과 제2 케이블(152)에 의해 제3 부재(143)의 양방향 이동에 대하여 연동하도록 구성되므로, 수축 방향으로 이동한 상태에서 자중에 의해 임의로 확장 방향으로 이동하는 것이 방지될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 웨어러블 로봇은 도 105, 207, 115, 116과 같이 구동부의 정방향 구동에 의해 연결부재가 y축을 중심으로 시계방향으로 회전하면서 대퇴부를 상측으로 이동시켜 관절부의 움직임에 보조력을 제공할 수 있으며, 이 과정에서 연결 부재(140)가 구동부(130)와 제2 고정부(120)의 사이 간격에 대응하여 수축될 수 있다.
반대로, 연결 부재(140)는 구동부의 역방향 구동에 의해 y축을 중심으로 반시계방향으로 회전하면서 대퇴부를 하측 방향으로 이동시켜 관절부의 움직임에 보조력을 제공할 수 있으며, 이 과정에서 구동부(130)와 제2 고정부(120)의 사이 간격에 대응하여 확장될 수 있다.
즉, 연결 부재(140)의 제3부재(143)는 대퇴부가 고관절을 중심으로 하측 방향으로 회동하는 과정에서 제2 고정부(120)를 통해 인가되는 외력에 의해 확장 방향으로 이동하게 된다. 이때, 제3 부재(143)에 연결된 제2 케이블(152)의 단부가 확장 방향으로 잡아당겨지게 되고, 이 과정에서 제2 케이블(152)을 지지하고 있는 제3 도르래(142g)에 확장 방향으로 힘이 작용함에 따라 제1 부재(141)를 따라 이동 가능하게 배치된 제2 부재(142)가 제3 부재(143)와 함께 확장 방향으로 이동할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 연동부(150)의 제1 케이블(151)을 통해 제3 부재(143)의 수축 방향 이동에 대하여 제2 부재(142)를 수축 방향으로 이동시킬 수 있고, 연동부(150)의 제2 케이블(152)을 통해 제3 부재(143)의 확장 방향 이동에 대하여 제2 부재(142)를 확장 방향으로 이동시킬 수 있다. 이와 같이 제2 부재(142)와 제3 부재(143)가 연동부(150)에 의해 서로 연동하여 이동하도록 함으로써, 하나의 탄성부재(144)를 이용해 제2 부재(142)와 제3 부재(143)에 각각 탄성력을 제공할 수 있는 것은 물론, 연결 부재(140)를 구성하는 다수의 부재 중 일부 부재가 임의로 동작하지 않도록 할 수 있다.
도 117은 본 발명 웨어러블 로봇의 다른 일 실시예에 따른 연결부재의 작용도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇의 연결부재(140)는 도 117에 도시된 바와 같이 제1 부재(141), 제2 부재(142), 제3 부재(143), 연동부(150) 및 탄성 부재(144)를 포함하며, 연동부(150)는 제1 부재(141)의 내측면에 길이방향을 따라 배치되는 래크(153), 제2 부재(142)의 수축측 단부에 배치되고 래크(153)와 맞물리는 피니언(154), 피니언(154)과 함께 회전하는 제1 풀리(155), 제2 부재(142)의 확장측 단부에 배치되는 제2 풀리(156) 및 제1 풀리(155)와 제2 풀리(156)에 감긴 상태로 양단부가 제3 부재(143)에 고정되는 벨트(157)를 포함한다.
도 117의 (a)와 같이 제1 부재(141), 제2 부재(142) 및 제3 부재(143)가 각각 확장 방향으로 이동한 상태에서, 제2 부재(142)의 수축측 단부에 결합된 피니언(154)은 제1 부재(141)의 내측면에 마련된 래크(153)와 맞물리고, 제3 부재(143)는 제2 부재(142)의 제1 풀리(155)와 제2 풀리(156)에 감겨진 벨트(157)에 고정되며, 제1 풀리(155)는 피니언(154)과 함께 회전하도록 구성된다.
이러한 상태에서, 도 117의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 제3 부재(143)가 외력에 의해 수축 방향으로 이동하는 과정에서, 제3 부재(143)에 고정된 벨트(157)에 의해 제1 풀리(155)와 제2 풀리(156)가 각각 반시계방향으로 회전한다. 이때, 제2 부재(142)에 지지되고 제1 부재(141)의 래크(153)에 맞물린 피니언(154)이 제1 풀리(155)와 함께 반시계방향으로 회전함에 따라, 제2 부재(142)가 제 3부재(143)의 수축 방향 이동에 따라 연동하여 수축 방향으로 이동하게 된다.
도 118은 허리 벨트(113)와 허리 착용 프레임(116)이 결합된 상태의 사시도, 도 119 내지 도 121은 웨어러블 로봇의 허리 착용부(110)를 탈/부착하는 과정을 나타내기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 허리 착용부(110)는, 허리 벨트(113)와 허리 착용 프레임(116)을 포함할 수 있다. 또한, 허리 벨트(113)의 양단은 허리 착용 프레임(116)의 양단과 결합할 수 있다. 허리 벨트(113)는, 착용자의 허리 크기에 따라 그 길이가 조절될 수 있다.
본 발명에 따르면, 허리 착용 프레임(116)은 하단 기구부(117a)와 상단 기구부(117b) 및 탈착 버튼(118)을 포함할 수 있다. 상기 구동부(130)의 본체 하우징(134)의 일면에는 하단 후크(134a)와 상단 후크(134b)가 포함될 수 있다. 하단 기구부(117a)는 하단 후크(134a)와 결합하고 상단 기구부(117b)는 상단 후크(134b)와 결합하여 허리 착용부(110)와 구동부(130)는 결합할 수 있다. 탈착 버튼(118)을 누르면 상단 기구부(117b)와 상기 상단 후크(134b)는 분리되고, 이에 따라 하단 기구부(117a)와 하단 후크(134a)는 쉽게 분리될 수 있어서 구동부(130)와 허리 착용부(110)를 용이하게 장/탈착할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 구동부(130) 장/탈착시 허리 착용부(110)의 동작을 설명하기로 한다.
웨어러블 로봇을 착용하는 경우, 웨어러블 로봇 착용 방법은, 도 119에서와 같이 허리 착용부(110)를 착용자의 허리에 착용하고 구동부(130)를 허리 착용부(110) 근처로 가져오는 단계를 포함한다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 웨어러블 로봇 착용 방법은, 도 120에서와 같이 본체 하우징(134) 내측에 있는 하단 후크(134a)를 허리 착용 프레임(116)의 기구부 하단(117a)에 거는 단계를 포함한다.
웨어러블 로봇 착용 방법은, 도 121에서와 같이 구동부(130)를 기울여 본체 하우징(134) 내측에 있는 상단 후크(134b)를 허리 착용 프레임(116)의 기구부 상단(117b)에 거는 단계를 포함한다.
이때, 기구부 상단(117b)에는 고정쇠가 있어서 자동으로 상기 기구부 상단(117b)과 상단 후크(134b)가 체결되어 본체 하우징(134)과 허리 착용 프레임(116)이 결합한다. 그에 따라 구동부(130)와 허리 착용부가(110) 결합하게 된다.
웨어러블 로봇을 탈착하는 경우, 웨어러블 로봇 탈착 방법은, 허리 착용부를 착용자의 허리로부터 분리하고, 도 121에서와 같이 허리 착용부(110)의 허리 착용 프레임(116)에 있는 탈착 버튼(118)을 누르는 단계를 포함한다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 웨어러블 로봇 탈착 방법은, 도 120에서와 같이 하단 후크(134a)가 기구부 하단(117a)에 걸려 있는 상태로 구동부(130)의 자중에 의해 구동부(130)의 상단이 착용자의 앞으로 기울어지는 단계를 포함한다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 웨어러블 로봇 탈착 방법은, 도 119에서와 같이 구동부(130)를 살짝 들어 전방으로 이동시키면서 허리 착용부(110)와 분리시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 구동부(130)와 허리 착용부(110)를 분리할 수 있어 웨어러블로봇의 부피를 줄일 수 있다. 또한, 분리된 각각의 구동부(130)와 허리 착용부(110)에 대한 보관이 용이하다. 또한, 허리 착용부(110)를 별도로 미리 착용하여 웨어러블 로봇의 착용 및 분리 시간을 단축할 수 있다. 또한 허리 착용부(110)는 벨트 형상과 유사하게 만듦으로써 사용 편의성과 착용 편의성을 확보할 수 있다.
도 122는 본 발명의 일 실시형태에 따른 웨어러블 로봇에서 허벅지 착용부의 사시도이며, 도 123은 도 122에 도시된 허벅지 착용부의 분해사시도이다. 도 124는 플레이트와 스트랩부가 분리/결합하는 과정을 나타내기 위한 도면이고, 도 125는 제1 버튼이 플레이트 내에서 동작하는 방법을 나타낸 도면이며, 도 126은 플레이트와 연결부재가 분리/결합하는 과정을 나타내기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 허벅지 착용부(120)는 스트랩부(123)와 플레이트(126)를 포함할 수 있다. 스트랩부(123)는 스트랩부(123)의 일단에 결합하는 제2 버튼(129)을 포함할 수 있다. 제2 버튼(129)은 단순 버클형태로 구성될 수 있으나, 후크-스프링 요소가 결합한 형태로 구성될 수도 있다. 스트랩부(123)의 양단은 플레이트(126) 양단과 결합할 수 있다. 스트랩부(123)는, 착용자의 허벅지 크기에 따라 그 길이가 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 스트랩부(123)의 길이 조절이나 분리는 스트랩부(123)와 플레이트(126)가 결합하는 양단에서 이루어질 수 있다. 또한, 결합하는 양단 중 일단을 고정하고, 타단에서만 스트랩부(123)를 길이 조절, 분리시킬 수 있다. 또한, 스트랩부(123)는 단일의 탄성 소재나 비탄성 소재, 또는 각각을 혼용하여 구성할 수 있고, 이종의 탄성 소재로 구성할 수도 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 플레이트(126)와 스트랩부(123)간 결합방법은, 도 124의 (a)에서와 같이 플레이트(126)의 일단과 제2 버튼(129)을 접촉하고 소정의 힘으로 제2 버튼(129)을 플레이트(126) 방향으로 미는 단계를 포함한다. 본 발멸의 일 실시형태에 따른 플레이트(126)와 스트랩부(123)간 결합방법은, 도 124의 (b)에서와 같이 제2 버튼(129)의 홈(미도시)이 플레이트(126)에 걸리면서 결합하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 플레이트(126)와 스트랩부(123)간 분리방법은, 도 124의 (b)에서와 같이 스트랩부(123)의 제2 버튼(129)을 누르는 단계를 포함한다. 플레이트(126)와 스트랩부(123)간 분리방법은, 도 124의 (a)에서와 같이 제2 버튼(129)이 플레이트(126)로부터 밀어나서 분리되는 단계를 포함한다. 이와 같이, 플레이트(126)와 스트랩부(123)는 쉽게 분리될 수 있어서, 웨어러블 로봇을 용이하게 장/탈착할 수 있다.
도 123에 도시된 바와 같이, 플레이트(126)는 플레이트 프레임(127)과 제1 버튼(128)을 포함할 수 있다. 플레이트 프레임(127)은 개구부(127a)를 포함할 수 있다. 또한, 제3 부재(143)는 돌출부(143b)를 포함할 수 있다.
도 125의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 버튼(128)을 누르지 않은 상태에서는, 개구부(127a)는 열려있는 상태이다. 따라서, 제3 부재(143)의 돌출부(143b)가 개구부(127a)와 결합할 수 있다. 반면에, 제1 버튼(128)을 누르는 경우에는 도 125의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 버튼(128)이 개구부(127a)에 결합한 돌출부(143b)을 밀어낼 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 플레이트(126)와 연결 부재(140)간 결합방법은, 도 125의 (b)에서와 같이 연결부재(140)의 돌출부(143b)가 개구부(127a)에 접촉하는 단계를 포함할 수 있다. 플레이트(126)와 연결부재(140)간 결합방법은, 도 126의 (c)에서와 같이 연결 부재(140)에 소정의 힘을 가하여 돌출부(143b)가 개구부(127a)에 완전히 삽입되는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 플레이트(126)와 연결 부재(140)간 분리방법은, 도 126의 (c)에서와 같이 제1 버튼(128)를 누르는 단계를 포함한다. 플레이트(126)와 연결부재(140)간 분리방법은, 도 126의 (b)에서와 같이 돌출부(143b)가 개구부(127a)로부터 튀어나와, 연결 부재(140)가 플레이트(126)와 쉽게 분리될 수 있는 상태가 되는 단계를 포함한다. 이와 같이, 플레이트(126)와 연결부재(140)는 쉽게 분리될 수 있어서, 웨어러블 로봇을 용이하게 장/탈착할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 플레이트(126)와 연결부재(140) 및 플레이트(126)와 스트랩부(123)가 결합하면, 구동부(130)에 내장되어 있는 구동기(131)가 내는 회전 출력이 연결 부재(140) 및 제3 부재(143)를 통해 플레이트(126) 및 스트랩부(123)로 전달될 수 있다. 이를 통하여, 웨어러블 로봇은 구동부(130)가 생성한 보조력 또는 저항력을 착용자의 허벅지에 전달하여, 허벅지를 들어주거나 내려줄 수 있다. 즉, 착용자가 보조력 또는 저항력을 전달받는 작용 부위가 플레이트(126) 및 스트랩부(123)이다.
또한, 플레이트(126)와 연결 부재(140)간에는 하나 이상의 자유도를 부여할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 일 실시형태로써 돌출부(143b)는 구 형태를 이룰 수 있고, 돌출부(143b)가 개구부(127a)와 결합하면 연결 부재(140)는 플레이트(126)로부터 빠지지 않으면서 회전이 가능하다. 즉, 플레이트(126)와 연결 부재(140)사이에 있는 피봇(pivot)이나 조인트(joint) 형태의 관절부 기능을 하는 구성이 자유도를 부여하게 된다. 한편, 돌출부(143b)는 반드시 구 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 돌출부(143b) 또는 다른 구성에서 다른 축 방향으로의 자유도를 부여할 수 있고, 이 경우 기존의 결합으로 있던 회전 자유도에서 새로운 자유도가 추가된다. 상기와 같은 자유도를 통하여 착용자는 웨어러블 로봇을 착용하고도 다양한 모션을 취할 수 있고, 다양한 모션을 취할 시에 저항감을 최소화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 웨어러블 로봇과 허벅지 착용부(120)를 분리할 수 있어 웨어러블 로봇의 부피를 줄일 수 있다. 또한, 분리된 각각의 웨어러블 로봇과 허벅지 착용부(120)에 대한 보관이 용이하다. 또한, 허벅지 착용부(120)를 별도로 미리 착용하여 웨어러블 로봇의 착용 및 분리 시간을 단축할 수 있다. 또한, 스트랩부(123)에 비탄성 소재와 탄성 소재를 적절히 사용함으로써, 웨어러블 로봇의 사용 편의성과 착용 편의성을 확보할 수 있다.
본 발명의 구성은 앞서 언급한 실시예에 한정하는 것은 아니다. 예를 들면, 의류만으로도 허벅지 착용부(120)의 기능을 할 수 있도록 허벅지 착용부(120)의 구성을 의류에 병합할 수 있다. 그리하여, 별도의 허벅지 착용부(120)가 없어도 웨어러블 로봇의 사용 편의성과 착용 편의성을 유지할 수 있다.
한편, 도 127 내지 도 129에 도시된 바와 같이, 허리 착용부(110)와 허벅지 착용부(120) 사이에는 착용부 탄성 부재(148)가 배치될 수 있다. 이 경우, 허리 착용부(110)의 고리(미도시) 또는 개구부(미도시)가 착용부 탄성 부재(148)의 일단과 결합하고, 허벅지 착용부(120)에서 플레이트 프레임(127)의 고리(미도시) 또는 개구부(미도시)가 착용부 탄성부재(148)의 타단과 결합할 수 있다. 이러한 결합은 고리나 개구부 뿐만 아니라, 다양한 방법으로 구현될 수 있다.
또한, 도 127의 (b)에 도시된 바와 같이 착용부 탄성부재(148)의 일단은 회전 조인트부(170)와 결합하고 타단은 허벅지 착용부(120)와 결합할 수 있다. 상기와 같은 결합상태에서 착용부 탄성 부재(148)는 길이 조절이 가능하다. 한편, 착용부 탄성 부재(148)에 생기는 장력으로 인해, 착용부 탄성 부재(148)는 연결 부재(140)에서 탄성 부재(144)의 기능을 대신할 수 있다. 이에 따라, 연결 부재(140)내의 탄성 부재(144)가 생략된 채로 웨어러블 로봇의 구현이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 착용부 탄성부재(148)가 포함된 웨어러블 로봇을 착용하는 경우, 웨어러블 로봇 착용 방법은, 허리 착용부(110)와 허벅지 착용부(120)를 착용하고 착용부 탄성부재(148)의 길이를 조절하는 단계를 포함한다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 웨어러블 로봇 착용 방법은, 구동부(130)와 허리 착용부(110)를 결합하고 연결부재(140)와 허벅지 착용부(120)를 결합하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 착용부 탄성부재(148)가 허리 착용부(110)와 허벅지 착용부(120)사이를 연결하는 경우, 허벅지 착용부(120)의 흘러내림을 방지할 수 있다. 또한, 착용자의 체형에 맞추어 착용부 탄성 부재(148)의 길이가 조절되면 착용부 탄성 부재(148)의 장력을 최소화 할 수 있다. 이에 따라 허리 착용부(110)를 허벅지 착용부(120)가 아래로 당기는 힘을 최소화하여 착용자가 느끼는 무게감을 최소화할 수 있다. 또한, 연결 부재(140)내에서 탄성 부재(144)의 탄성력을 최소화 할 수 있다. 또한, 연결 부재(140)에서 탄성 부재(144) 구성을 생략하여 연결 부재(140)의 구조를 단순화 시킬 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

Claims (20)

  1. 착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇의 허벅지 프레임에 있어서,
    상기 착용자의 허리에 장착될 수 있는 허리 착용부;
    상기 착용자의 허벅지에 장착될 수 있는 허벅지 착용부;
    상기 허리 착용부에 연결되고 구동기를 포함하는 구동부; 및
    상기 구동부와 상기 허벅지 착용부를 연결하는 허벅지 프레임;을 포함하고,
    상기 허벅지 프레임은
    상기 구동부와 상기 허벅지 프레임을 연결하는 조인트 부재;
    상기 조인트 부재와 연결된 허벅지 커버 부재;및
    상기 허벅지 커버 부재의 내부에서 상기 착용자의 보행 운동에 따라 슬라이딩하는 허벅지 이너 부재;를 포함하고,
    상기 조인트 부재는
    상기 구동기와 직렬로 연결되고, 상기 구동기로부터 발생된 보조력을 상기 허벅지 프레임으로 전달하도록 구성되고,
    상기 허벅지 커버 부재는
    상기 허벅지 커버 부재의 내부에 좌우 대칭으로 형성된 소정의 각도의 레일 구조를 포함하도록 구성된,
    착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇의 허벅지 프레임.
  2. 제 1 항에 있어서,
    베어링 엔드 부재;를 더 포함하고,
    상기 허벅지 이너 부재는
    상기 베어링 엔드 부재와 결합되고,
    상기 베어링 엔드 부재는 상기 허벅지 이너 부재의 슬라이딩 시, 좌우 유격을 방지하고, 상기 구동기의 보조력 발생 시, 상기 허벅지 프레임에 가해지는 하중을 분산시키도록 구성된,
    착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇의 허벅지 프레임.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 허벅지 이너 부재는
    2단 보조 베어링 부재를 더 포함하며,
    상기 2단 보조 베어링 부재는 상기 2단 베어링 부재와 함께 상기 허벅지 이너 부재의 좌우 움직임을 방지하고, 슬라이딩 시 일정한 간격(Gap)을 유지하도록 구성된,
    착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇의 허벅지 프레임.
  4. 착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇의 허벅지 착용부에 있어서,
    상기 보행 보조 웨어러블 로봇은
    상기 착용자의 허리에 장착될 수 있는 허리 착용부;
    상기 착용자의 허벅지에 장착될 수 있는 허벅지 착용부;
    상기 허리 착용부에 연결되는 구동부; 및
    상기 구동부와 상기 허벅지 착용부를 연결하는 허벅지 프레임;을 포함하고,
    상기 허벅지 프레임은
    허벅지 프레임 관절부;를 포함하고,
    상기 허벅지 착용부는
    고정 클립부;를 포함하고,
    상기 고정 클립부는 상기 허벅지 프레임 관절부를 고정 또는 분리할 수 있도록 구성되고,
    상기 허벅지 착용부는
    상기 허벅지 프레임 관절부를 고정된 상태에서 해제 상태로 전환시키기 위한 허벅지 프레임 Release 버튼;을 포함하는,
    착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇의 허벅지 착용부.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 허벅지 착용부는
    허벅지 밴드부; 및 허벅지 버클부;를 더 포함하고,
    상기 허벅지 밴드부는
    상기 허벅지 버클부에 연결되어 착용자의 허벅지 둘레에 맞추어 길이를 조정할 수 있도록 구성되고,
    상기 허벅지 프레임 관절부는
    회전 가능하도록 라운드 형태로 설계되어, 착용자의 허벅지 움직임에 따라 유연하게 회전하도록 구성된,
    착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇의 허벅지 착용부.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 허벅지 착용부는
    충격 방지 부재;및
    허벅 착탈 프레임;을 포함하고,
    상기 허벅지 착탈 프레임은
    슬라이딩 레일 부재를 더 포함하고,
    상기 허벅지 프레임 관절부는
    상기 슬라이딩 레일 부재를 따라 이동할 수 있도록 구성되고,
    상기 충격 방지 부재는
    상기 허벅지 착용부의 내측에 위치하여 상기 허벅지 프레임의 슬라이딩 동작 중 발생하는 충격 또는 진동을 완화할 수 있도록 구성된,
    착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇의 허벅지 착용부.
  7. 착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇의 허리 착용부에 있어서,
    상기 착용자의 허리에 장착될 수 있는 허리 착용부; 및
    상기 허리 착용부에 장착될 수 있는 구동부;를 포함하고,
    상기 허리 착용부는
    허리 착용부 부재;
    상기 허리 착용부 부재에 연결되는 허리 착용 버클부;를 포함하고,
    상기 구동부는
    상기 구동부의 양 측에 위치하는 구동부 고정 프레임;을 포함하고,
    상기 허리 착용 버클부는 상기 구동부 고정 프레임에 결합 및 결합 해제할 수 있도록 구성되고,
    상기 구동부 고정 프레임은
    상기 구동부의 수직면을 기준으로 0도 이상 30도 이하의 기울기를 갖도록 구성된,
    착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇의 허리 착용부.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 허리 착용 버클부는
    구동부 고정 부재를 포함하고,
    상기 구동부 고정 부재는
    내측 연결 부재;를 더 포함하고,
    상기 구동부 고정 부재는
    상기 내측 연결 부재에 위치한 버튼 부재; 및
    상기 허리 착용 버클부의 내부에 위치한 탄성 부재;를 더 포함하고,
    상기 허리 착용 버클부 및 상기 구동부 고정 프레임의 결합 시,
    상기 버튼 부재는 상기 구동부 고정 프레임의 진행 방향으로 이동하도록 구성되고, 이에 따라 상기 탄성 부재는 수축하도록 구성되고,
    상기 버튼 부재 및 상기 구동부 고정 프레임의 결합 시, 상기 탄성 부재가 이완하여 상기 구동부 고정 프레임의 상기 버튼 부재로의 이탈을 막도록 구성된,
    착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇의 허리 착용부.
  9. 보행 운동 중 착용자의 신체 능력을 추정할 수 있는 웨어러블 로봇에 있어서,
    신체 부위에 장착될 수 있는 고정부; 및 상기 고정부에 장착될 수 있는 구동부;를 포함하고,
    상기 구동부는,
    상기 착용자의 보행 운동에 의한 상기 구동부의 파워에 기초하여 상기 착용자의 신체 능력을 추정하도록 구성되고,
    상기 구동부의 파워를 토크에 의하여 정규화한 값에 기초하여 상기 착용자의 신체 능력을 추정하도록 구성되고,
    상기 구동부의 파워를 상기 구동부의 RMS(Root Mean Square) 토크로 나누어 상기 구동부의 파워 대 토크의 비율을 산출하도록 구성된,
    보행 운동 중 착용자의 신체 능력을 추정할 수 있는 웨어러블 로봇.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 구동부는,
    착용자의 힙 각도를 센싱하여, 상기 센싱된 힙 각도에 기초하여 각속도를 산출하도록 구성되고,
    상기 산출한 각속도와 상기 토크의 곱으로 상기 구동부의 파워를 산출하도록 구성되고,
    상기 산출한 각속도는,
    착용자가 역구동적 액츄에이터(backdrivable actuator)를 이용한 경우의 착용자의 보행을 기초로 산출되는,
    보행 운동 중 착용자의 신체 능력을 추정할 수 있는 웨어러블 로봇.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 토크는,
    상기 구동부가 상기 산출한 각속도에 기초하여 복수의 동작 상태값을 산출하면,
    상기 산출한 복수의 동작 상태값들 중 적어도 하나의 동작 상태값을 선택하여,
    상기 선택한 동작 상태값의 가중치 합으로 산출되는,
    보행 운동 중 착용자의 신체 능력을 추정할 수 있는 웨어러블 로봇.
  12. 웨어러블 로봇의 착용자의 운동을 관리하기 위한 서버 장치에 있어서,
    제1 사용자 단말로부터 상기 제1 사용자 단말과 연동되는 상기 웨어러블 로봇을 착용한 착용자의 보행 정보를 수신하도록 구성되고,
    상기 수신된 착용자의 보행 정보를 제2 사용자 단말로 송신하도록 구성되고,
    상기 제2 사용자 단말이 수신한 상기 착용자의 보행 정보에 기초한 피드백 정보를 상기 제2 사용자 단말로부터 수신하도록 구성되고,
    상기 제2 사용자 단말이 수신한 상기 착용자의 보행 정보에 기초한 피드백 정보는,
    상기 착용자의 보행 정보에 기초하는 운동 강도를 포함하고,
    상기 제2 사용자 단말 이 수신한 상기 착용자의 보행 정보에 기초한 피드백 정보는,
    상기 착용자의 보행 정보에 기초하는 운동 강도를 실시간으로 제어하는 정보를 포함하는,
    웨어러블 로봇 착용자의 운동을 관리하기 위한 서버 장치.
  13. 보행 운동 중 착용자의 신체 능력을 추정할 수 있는 웨어러블 로봇을 착용한 착용자의 운동을 관리하기 위한 시스템에 있어서,
    착용자의 운동에 대한 분석 정보를 출력하는 제1 사용자 단말 ;
    상기 제1 사용자 단말 이 출력한 상기 착용자의 운동에 대한 분석 정보를 수신하는 서버 장치; 및
    상기 서버 장치가 송신한 상기 착용자의 운동에 대한 분석 정보를 수신하는 제2 사용자 단말;을 포함하고,
    상기 서버 장치는,
    상기 제2 사용자 단말 로 송신된 상기 착용자의 운동에 대한 정보에 기초한 피드백 정보를 상기 제2 사용자 단말 로부터 수신하도록 구성되고,
    상기 제1 사용자 단말로 상기 수신한 피드백 정보를 송신하도록 구성되고,
    상기 서버 장치가 수신한 상기 피드백 정보는,
    상기 착용자의 보행 정보에 기초하는 운동 강도를 포함하는,
    보행 운동 중 착용자의 신체 능력을 추정할 수 있는 웨어러블 로봇을 착용한 착용자의 운동을 관리하기 위한 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1 사용자 단말이 출력하는 상기 착용자의 운동에 대한 분석 정보는,
    상기 웨어러블 로봇이 산출한 파워 대 토크의 비율에 기초한 것이고, 상기 착용자의 민첩성 또는 하체 근력 강도 중 적어도 어느 하나 이상인,
    보행 운동 중 착용자의 신체 능력을 추정할 수 있는 웨어러블 로봇을 착용한 착용자의 운동을 관리하기 위한 시스템.
  15. 착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇 시스템에 있어서,
    상기 시스템은,
    상기 사용자 단말 및 상기 웨어러블 로봇을 포함하고,
    상기 웨어러블 로봇은,
    상기 사용자 단말로부터 운동할 타겟 근육 정보를 수신할 수 있고,
    상기 수신한 타겟 근육 정보에 기초하여 파라미터를 설정하고, 이에 기초하여 출력 토크를 산출하고,
    상기 사용자 단말로 상기 보행 운동과 관련한 정보를 송신하도록 구성되고,
    상기 사용자 단말은,
    상기 송신된 보행 운동과 관련한 정보를 수신하도록 구성되고,
    상기 웨어러블 로봇은,
    상기 착용자의 보행에 기초하여 각속도를 산출하고,
    상기 산출한 각속도에 기초하여 동작 상태값을 산출하고, 이에 기초하여 상기 출력 토크를 산출하도록 구성되는,
    착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 설정한 파라미터는,
    상기 산출하는 토크의 출력 타이밍 정보, 상기 산출하는 토크의 세기 조절 정보, 상기 출력 토크를 산출하기 위한 필터 정보, 또는 상기 출력 토크를 산출하기 위한 비대칭 정보 중 적어도 하나의 정보를 나타내는 파라미터이고,
    상기 산출하는 토크의 출력 타이밍 정보는,
    상기 산출한 동작 상태값의 위치 정보를 포함하는,
    착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    메모리부;를 더 포함할 수 있고,
    상기 구동부는,
    설정된 운동 모드에 따른 출력 토크를 산출할 수 있도록 구성되고,
    상기 메모리부는,
    상기 운동 모드에 따른 파라미터를 룩업 테이블로 저장하도록 구성되고,
    상기 설정한 파라미터는,
    상기 룩업 테이블에 기초하여 상기 사용자 단말로부터 수신한 타겟 근육 정보에 따른파라미터로 구성되고,
    상기 룩업 테이블은 상기 산출하는 토크의 출력 타이밍 정보, 상기 산출하는 토크의 세기 조절 정보, 상기 출력 토크를 산출하기 위한 필터 정보, 또는 상기 출력 토크를 산출하기 위한 비대칭 정보 중 적어도 하나의 조합으로 이루어지도록 구성된,
    착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇 시스템.
  18. 착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇에 있어서,
    상기 착용자의 신체 부위에 장착될 수 있는 고정부; 및
    상기 고정부에 장착될 수 있는 구동부;를 포함하고,
    상기 구동부는,
    상기 착용자의 상태 궤적 변화 정도를 계산하고 이에 기초하여 출력 토크를 산출하고,
    상기 산출한 출력 토크의 부호가 변하는 시점을 포함하는 임계 이하의 범위에서, 소정의 시간 동안 상기 출력 토크를 임계 이하의 값으로 산출하도록 구성되고,
    상기 소정의 시간은 0.5초 이상 1초 이하인,
    착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 소정의 시간 동안 상기 착용자의 상태 궤적 이동거리가 제1 임계값 이하인 경우,
    상기 출력 토크를 산출하지 않거나 임계 이하의 값으로 산출하도록 구성될 수 있고,
    상기 소정의 시간 동안 상기 착용자의 상태 궤적 이동거리가 제2 임계값 이상인 경우,
    상기 출력 토크를 임계 이상의 값으로 산출하도록 구성되는,
    착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제1 임계값 및 상기 제2 임계값은 동일한 값으로 구성되거나, 상기 제2 임계값이 상기 제1 임계값보다 큰 값으로 구성되고,
    상기 구동부는,
    상기 소정의 시간 동안 상기 착용자의 상태 궤적 이동거리가 제1 임계값 이하인 경우,
    상기 출력 토크를 계산하기 위한 토크 세기 조절 파라미터의 값을 임계값 이하로 변경하거나 0으로 변경하도록 구성되고,
    상기 출력 토크를 계산하기 위한 토크 세기 조절 파라미터의 값은 임계값 이하 또는 0으로 점진적으로 변경하도록 구성되는,
    착용자의 보행 운동을 보조하기 위한 보행 보조 웨어러블 로봇.
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