KR100894895B1 - Movement, Gait, and Posture Assessment and Intervention System and Method, MGPAISM - Google Patents

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Abstract

본 발명은 별도의 보행 분석실을 필요로 하지 않아서 유지 및 관리가 용이하고 저렴한 비용으로 사용할 수 있으면서도 이동이 가능한 보행 분석 시스템 및 이를 이용한 보행 분석 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a gait analysis system and a gait analysis method using the same, which is easy to maintain and manage and can be used at low cost since a separate gait analysis room is not required.

본 발명은 인체의 COG 및 COP 의 움직임을 측정하여 보행을 분석하는 시스템으로서, 인체의 3 차원 가속도 감지를 위한 3 축 가속도 센서, 상기 인체의 각속도 감지를 위한 자이로 센서, 족압 분포를 측정하기 위한 FSR (Force Sensing Resistor)센서, 및 상기 가속도 센서, 자이로 센서, 및 FSR 센서로부터의 신호를 입력받아, 상기 신호를 기초로 COG 및 COP 를 계산하는 연산처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention is a system for analyzing gait by measuring the movement of COG and COP of the human body, a three-axis acceleration sensor for detecting three-dimensional acceleration of the human body, a gyro sensor for detecting the angular velocity of the human body, FSR for measuring the foot pressure distribution (Force Sensing Resistor) sensor and a calculation processing unit for receiving a signal from the acceleration sensor, gyro sensor, and the FSR sensor, and calculates the COG and COP based on the signal.

본 발명은 고가의 장비 없이도 인체의 COG 및 COP 측정을 할 수 있으며, 이에 따른 낙상의 위험 진단, 예방, 또는 운동선수들의 자세 교정이 가능한 보행 분석 시스템 및 이를 이용한 보행 분석 방법이 제공된다. The present invention can measure COG and COP of a human body without expensive equipment, and thus provides a gait analysis system capable of diagnosing, preventing, or correcting posture of athletes, and a gait analysis method using the same.

운동, 균형, 보행 분석, 측정방법, 치료시스템, 피드백(feedback), COG, COP, 가속도 센서, 자이로 센서, FSR 센서 Motion, balance, gait analysis, measurement method, treatment system, feedback, COG, COP, acceleration sensor, gyro sensor, FSR sensor

Description

운동, 균형 및 보행측정방법 및 치료시스템{Movement, Gait, and Posture Assessment and Intervention System and Method, MGPAISM}Movement, Gait, and Posture Assessment and Intervention System and Method, MGPAISM

도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 보행 분석 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram schematically showing the configuration of a gait analysis system according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명에서 가속도 신호를 이용하여 COG를 추정하는 방법을 설명하는 설명도이다.2 is an explanatory diagram for explaining a method for estimating COG using an acceleration signal in the present invention.

도 3은 도 1의 연산처리부에서 COG를 연산하는 흐름도이다.3 is a flowchart of calculating a COG in the calculation processor of FIG. 1.

도 4는 기존의 3 차원 동작분석기에서 획득한 가속도 데이터와 본 발명에 따른 가속도 센서로부터 획득한 가속도 신호를 비교하는 그래프이다.Figure 4 is a graph comparing the acceleration data obtained from the acceleration sensor according to the present invention and the acceleration data obtained by the conventional three-dimensional motion analyzer.

도 5는 도 1의 연산처리부에서 COP를 연산하는 흐름도이다.5 is a flowchart of calculating a COP in the calculation processing unit of FIG. 1.

도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 보행 분석 시스템에서 디스플레이 수단을 설명하기 위한 설명도이다.It is explanatory drawing for demonstrating a display means in the gait analysis system which concerns on one Embodiment of this invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10 : 가속도 센서 12 : 가속도 검출부10: acceleration sensor 12: acceleration detection unit

16 : 본체부 20 : 자이로 센서16: main body 20: gyro sensor

21 : 대역통과필터 22 : 각속도 검출부21 band pass filter 22 angular velocity detector

30 : FSR 센서부 32 : FSR 검출부30: FSR sensor unit 32: FSR detection unit

40 : 데이터 취득부 50 : 가속도데이터 취득부40: data acquisition unit 50: acceleration data acquisition unit

60 : 각속도데이터 취득부 70 : FSR데이터 취득부60: angular velocity data acquisition unit 70: FSR data acquisition unit

80 : 연산처리부 90 : 디스플레이부80: operation processing unit 90: display unit

100 : 메모리부100: memory

본 발명은 보행 분석 시스템 및 이를 이용한 보행 분석방법에 관한 것으로서, 특히 별도의 보행 분석실을 필요로 하지 않아서 유지 및 관리가 용이하고 저렴한 비용으로 사용할 수 있으면서도 이동이 가능한 보행 분석 시스템 및 이를 이용한 보행 분석 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a gait analysis system and a gait analysis method using the same, and in particular, a gait analysis system that is easy to maintain and manage and can be used at a low cost without requiring a separate gait analysis room and a gait analysis method using the same It is about.

신체의 움직임을 측정하고 분석하는 장치 및 이의 응용 장치에 대한 필요성이 스포츠 및 의료업계를 중심으로 대두되고 있다. The need for a device for measuring and analyzing the movement of the body and its application is emerging around the sports and medical industry.

특히, 낙상 및 운동훈련 등의 진단 및 치료를 위해, 인체의 COG (Center of Gravity, 중력 중심점)및 COP (Center of Pressure, 압력 중심점)의 측정에 대한 필요성이 대두되고 있다.In particular, for the diagnosis and treatment of falls and exercise training, the need for measuring the center of gravity (COG) and center of pressure (COP) of the human body is emerging.

이러한 COG 및 COP 는 스포츠 선수들의 학습 성취도와 밀접한 관련이 있고, COG 및 COP 의 변화에 대한 측정은, 낙상의 예방 및 치료를 가능하게 하기도 하며, 이는 보행자의 보행 패턴을 분석함으로써 측정될 수 있다. These COGs and COPs are closely related to the learning achievements of sports athletes, and the measurement of changes in COGs and COPs also enables prevention and treatment of falls, which can be measured by analyzing pedestrian walking patterns.

현재, COG 및 COP 의 측정은, 동작분석 시스템 또는 보행 분석 시스템에 의해 이루어지고 있다. Currently, the measurement of COG and COP is performed by a motion analysis system or a walking analysis system.

보행 분석 방법으로는 육안에 의한 관찰 분석법, 사진촬영에 의한 분석법 및 환자의 움직임을 광학식 카메라로 촬영하고 컴퓨터로 분석하는 영상 동작분석법 등이 있다. Gait analysis methods include observational analysis by visual observation, analysis by photographing, and image motion analysis which analyzes a patient's movement with an optical camera and analyzes it with a computer.

그러나, 육안에 의한 관찰 분석법을 사용할 경우에는, 보행이 빠르게 진행 되어서 움직임을 정확하게 기억하고 기록하기 곤란할 뿐만 아니라, 분석자가 보행을 정확하게 기록하기 위해서는 보행자가 보행을 수회 반복하여야 하는 문제가 발생할 수 있다.However, in the case of using the observational analysis method with the naked eye, it is difficult to accurately remember and record the movement because the walking progresses rapidly, and the analyst may need to repeat the walking several times in order to accurately record the walking.

또한, 사진촬영에 의한 분석법은, 원하는 보행 모습을 촬영하였다고 해도, 분석을 위해서는 사진 촬영 후 현상완료까지 대기해야 하는 문제가 있어 신속한 진단이 어려우며, 경우에 따라서는 재촬영을 해야 하는 문제도 발생할 수 있다.In addition, the analysis method by the photographing, even if the desired walking image is taken, there is a problem to wait until the completion of the development after the photographing for analysis, it is difficult to quickly diagnose, and in some cases may need to retake have.

한편, 이러한 육안 관찰법 및 사진촬영에 의한 분석법의 문제점들을 해결하기 위한 보행 분석법으로서 영상 동작분석법이 있다. 이러한 영상 동작분석법이 적용된 장비로서는, VICON 사의 3 차원 동작 분석기가 있다. On the other hand, there is an image motion analysis method as a gait analysis method for solving the problems of the analysis method by visual observation and photographing. As a device to which such image motion analysis is applied, there is a three-dimensional motion analyzer of VICON.

영상 동작분석법은, 보행자의 신체 일부에 반사체를 부착하고, 보행분석을 위해 마련된 약 25 평 규모의 보행 분석실 내에 적외선 카메라를 소정 위치에 설치함으로써 실현될 수 있다. 이 방법은, 상기 반사체를 부착한 환자가 보행할 때 반사체의 움직임을 카메라가 찍을 수 있도록 하고, 이렇게 얻어지는 영상으로부터 반 사체의 위치 값을 구하여, 보행 분석에 필요한 데이터를 얻는 방식이다. 이러한 영상 분석법은 보행 분석을 정확하고 입체적으로 할 수 있는 장점이 있으나, 이를 수행하기 위해서는 별도의 보행 분석실이 마련되어야 하고, 보행 분석기의 동작, 유지 및 관리의 필요성이 있게 된다.The image motion analysis method can be realized by attaching a reflector to a body part of a pedestrian and installing an infrared camera at a predetermined position in a gait analysis chamber of about 25 square meters provided for gait analysis. This method allows the camera to take a picture of the movement of the reflector when the patient with the reflector walks, obtains the position value of the reflector from the image thus obtained, and obtains data necessary for gait analysis. Such an image analysis method has an advantage that it is possible to accurately and three-dimensional gait analysis, but to perform this, a separate gait analysis room should be provided, and there is a need for operation, maintenance and management of the gait analyzer.

한편, 족관절, 배측 굴곡각 또는 저측 굴곡각을 측정하여 보행을 분석하기 위한 장치로서 제브리스(Zebris)사의 초음파 각도 측정기가 있으며, 보행시 발에 작용하는 압력 분포 및 족저의 COP 궤적을 해석하여 보행 패턴을 분석하기 위한 힘판(Force plate), 압력판(Pressure plate), 신발삽입형 족저압측정장치(pressure insole)등의 족저압측정장치가 있다. Meanwhile, as an apparatus for analyzing gait by measuring ankle joint, dorsal flexion angle or bottom flexion angle, there is an ultrasonic angle measuring device of Zebris, which analyzes the pressure distribution acting on the foot during walking and the COP trajectory of the plantar foot. There are plantar pressure measurement devices, such as force plates, pressure plates, and shoe-inserted pressure insoles for pattern analysis.

그러나, 이러한 고가의 장비를 이용한 보행 분석법 또한 실험실 환경 하에서만 실현이 가능하고, 이동 또는 휴대가 불가능하다는 문제가 있다. However, the gait analysis method using such expensive equipment can also be realized only in a laboratory environment, and there is a problem that it cannot be moved or carried.

또한, 인체의 COG 및 COP 를 측정함으로써 재활치료를 위한 훈련시스템이 존재하나, 이는 정적인 자세에 대해서만 진단 및 치료가 가능하며, 동적인 움직임에 대한 보행 패턴을 연속적으로 분석할 수는 없는 시스템이다. In addition, there is a training system for rehabilitation treatment by measuring COG and COP of the human body, but it is a system that can diagnose and treat only a static posture and cannot analyze the gait pattern for dynamic movement continuously. .

따라서, 상기와 같은 방법들은 모두, 구축하고 유지하는 데에 상당한 비용이 들어갈 뿐만 아니라, 장비의 휴대 또는 이동이 불가능하며, 동적으로 움직이는 인체의 COG 및 COP 를 직접적으로 측정할 수 없다는 문제점이 있다.Therefore, all of the above methods are not only expensive to build and maintain, but also have a problem in that the portable or mobile equipment is not portable and the COG and COP of a dynamically moving human body cannot be directly measured.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출한 것으로, The present invention has been made to solve the above problems,

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 체중심에 가까운 천추부근에 부착된 센서 및 신발에 포함되는 센서로부터 신호를 획득하고, 이로부터 COG 및 COP 를 계산하며, 이를 기초로 보행자의 COG 및 COP 의 변화를 관찰할 수 있게 하는, 비용이 저렴하고 착용 및 휴대가 편리한 보행 분석 시스템을 및 이를 이용한 분석 방법을 제공하는 것이다. The technical problem to be achieved by the present invention is to obtain a signal from the sensor included in the sensor and shoes attached to the close to the sacral weight near the weight center, calculate COG and COP from it, based on the change of COG and COP of the pedestrian The present invention provides a gait analysis system which is inexpensive, easy to wear and carry, and an analysis method using the same.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 가속도 센서, 자이로 센서, FSR 센서를 이용하여 COG 및 COP를 검출하고 이를 디스플레이하여, 바이오피드백에 의해 자세를 교정할 수 있게 하는 보행 분석 시스템을 및 이를 이용한 분석 방법을 제공하는 것이다.   Another technical problem to be achieved by the present invention is to detect and display COG and COP using an acceleration sensor, a gyro sensor, and an FSR sensor, and to analyze the gait analysis system for correcting a posture by biofeedback and analysis using the same. To provide a way.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 인체의 COG 및 COP의 움직임(트랜드)을 측정하여 보행을 분석하는 시스템으로서, 상기 인체의 3 차원 가속도 감지를 위한 3 축 가속도 센서, 상기 인체의 각속도 감지를 위한 자이로 센서, 족압 분포를 측정하기 위한 힘 감지 저항(Force Sensing Resistor)(이하 FSR 이라 함) 센서로부터의 신호를 입력받아, 상기 신호를 기초로 COG 및 COP 를 계산하는 CPU 를 포함하는 보행 분석 시스템이 제공된다. According to an embodiment of the present invention for achieving the above object, a system for analyzing the gait by measuring the movement (trend) of COG and COP of the human body, a three-axis acceleration sensor for detecting the three-dimensional acceleration of the human body, CPU for inputting a signal from the gyro sensor for detecting the angular velocity of the human body and a force sensing resistor (hereinafter referred to as FSR) sensor for measuring the foot pressure distribution, and calculating COG and COP based on the signal There is provided a gait analysis system comprising a.

바람직하게는, 상기 CPU 는 가속도 신호로부터 얻어진 가속도 신호를 두 번 적분함으로써 COG 를 계산한다. Preferably, the CPU calculates the COG by integrating the acceleration signal obtained from the acceleration signal twice.

바람직하게는, 상기 보행 분석 시스템은, 상기 가속도 센서, 자이로 센서, 및 FSR 센서로부터의 신호를 변환시키는 A/D 변환기를 더 포함한다. Preferably, the gait analysis system further includes an A / D converter for converting signals from the acceleration sensor, the gyro sensor, and the FSR sensor.

바람직하게는, 상기 보행 분석 시스템은, 상기 CPU 에 의해 계산된 COG 및 COP 값을 표시하는 디스플레이 수단을 더 포함한다.Preferably, the gait analysis system further includes display means for displaying the COG and COP values calculated by the CPU.

바람직하게는, 상기 디스플레이 수단은, COG 및 COP 값의 기준범위, 즉 정상적인 사람의 COG 및 COP 값을 더 표시한다. Preferably, the display means further displays a reference range of COG and COP values, that is, COG and COP values of normal humans.

바람직하게는, 상기 가속도 센서 및 상기 자이로 센서는 인체의 체중심에 위치되며, 상기 FSR 센서부는 신발의 인솔로 신발의 인솔에 다수의 FSR 센서가 골고루 분포되도록 배치된다.Preferably, the acceleration sensor and the gyro sensor is located in the body weight of the human body, the FSR sensor unit is arranged such that a plurality of FSR sensors are evenly distributed on the insole of the shoe to the insole of the shoe.

한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 인체의 COG 및 COP 의 움직임을 측정하여 보행을 분석하는 방법으로서, 상기 인체의 3 차원 가속도를 감지하는 단계, 상기 인체의 각속도를 감지하는 단계, 족압의 분포를 감지하는 단계, 및 감지된 상기 가속도, 각속도, 및 족압의 분포를 기초로 하여 COG 및 COP 를 계산하는 단계를 포함하는 보행 분석 방법이 제공된다.On the other hand, according to another embodiment of the present invention for achieving the above object, a method for analyzing the gait by measuring the movement of the COG and COP of the human body, detecting the three-dimensional acceleration of the human body, the angular velocity of the human body A gait analysis method is provided, comprising detecting a step, detecting a distribution of foot pressure, and calculating COG and COP based on the detected distribution of acceleration, angular velocity, and foot pressure.

바람직하게는, 상기 COG 를 계산하는 단계는, 3 차원 가속도를 감지한 결과 획득된 가속도 신호를 두 번 적분하는 단계를 포함한다. Preferably, calculating the COG includes integrating the acceleration signal obtained as a result of sensing the three-dimensional acceleration twice.

바람직하게는, 상기 보행 분석 방법은, 상기 감지된 가속도, 각속도, 및 족압의 분포에 대한 신호를 변환시키는 단계를 더 포함한다. Advantageously, the gait analysis method further comprises transforming a signal for the sensed distribution of acceleration, angular velocity, and foot pressure.

바람직하게는, 상기 보행 분석 방법은, 계산된 상기 COG 및 COP 값을 디스플레이하는 단계를 더 포함한다. Preferably, the gait analysis method further comprises the step of displaying the calculated COG and COP values.

바람직하게는, 상기 디스플레이하는 단계는, 정상적인 사람의 COG 및 COP 값 을 표시하는 단계를 더 포함한다. Preferably, the displaying further includes displaying COG and COP values of a normal person.

이하, 첨부되는 도면을 참조하여, 본 발명의 다양한 실시형태들을 상세히 설명한다. Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 보행 분석 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a gait analysis system according to an embodiment of the present invention.

도 1 에 도시되는 바와 같이, 본 발명에 따른 보행 분석 시스템은 가속도 센서(10), 자이로 센서(20), FSR(Force Sensing Resistor) 센서부(30), 데이터취득부(40), 연산처리부(80), 디스플레이부(90), 메모리부(100)를 구비한다.As shown in FIG. 1, the gait analysis system according to the present invention includes an acceleration sensor 10, a gyro sensor 20, a Force Sensing Resistor (FSR) sensor unit 30, a data acquisition unit 40, and an operation processing unit ( 80, a display unit 90, and a memory unit 100.

가속도 센서(10)는 보행자의 인체의 체중심에 가까운 천추 부위, 더 정확하게는 제 2 천추 부위에 장착되어 보행자의 이동 정보(가속도 신호)를 추출한다. 가속도 센서(10)로는 3 차원의 가속도를 감지할 수 있는 3 축(X, Y, Z 축)가속도 센서가 이용하며, 이는 3 축 방향의 가속도 신호를 각각 검출하고, 각 검출 결과를 나타내는 가속도 신호를 데이터취득부(40)로 출력한다. 가속도 센서(10)로는 기계식 가속도 센서 또는 실리콘 가속도 센서를 사용할 수 있다.The acceleration sensor 10 is mounted on the sacral region, more precisely, the second sacral region, which is closer to the weight center of the human body of the pedestrian, and extracts pedestrian movement information (acceleration signal). As the acceleration sensor 10, a three-axis (X, Y, Z-axis) acceleration sensor capable of detecting three-dimensional acceleration is used, which detects acceleration signals in three-axis directions and displays an acceleration signal representing each detection result. Is output to the data acquisition unit 40. As the acceleration sensor 10, a mechanical acceleration sensor or a silicon acceleration sensor may be used.

기계식 가속도 센서는 외부의 케이싱, 내부의 일정한 질량크기를 갖고 있는 물체, 외부 케이싱과 내부 질량의 연결 스프링(Suspension)및 스프링이 변형하면 변형된 크기에 비례하는 전기신호를 출력하는 기전 (기계-전자)에너지 변환요소로 구성되며, 이러한 가속도 센서는 미세전자기계시스템 (MEMS)기술로 제조된다. 즉, 기계식 가속도 센서는 코일 내에 장치된 이동체가 가속에 의해 움직일 때 자장의 변화를 측정하여 가속도에 대한 정보를 얻는 방식이다.Mechanical accelerometers have an external casing, an object with a constant mass size inside, a connection spring of the external casing and internal mass, and a mechanism that outputs an electrical signal proportional to the deformation when the spring deforms (mechanical-electronic It is composed of energy conversion elements, and these acceleration sensors are manufactured by microelectromechanical system (MEMS) technology. That is, the mechanical acceleration sensor is a method of obtaining information on acceleration by measuring a change in the magnetic field when the moving body installed in the coil moves by acceleration.

실리콘 가속도 센서는 기계적 성질이 우수하며, 기존에 확립된 반도체 집적회로 공정기술을 이용함으로써 신뢰성과 양산성이 높고, 소자의 소형화, 경량화 및 저가격화에 유리하다. 실리콘 가속도센서는 박막형성이 용이한 폴리실리콘을 표면 마이크로머시닝 (surface micromachining)하여 만든 용량형 (capacitive type)과 단결정 실리콘 위에 압저항소자를 제작하고 이를 기판 마이크로머시닝 (bulk micromachining)으로 박막 가공하여 만든 압저항형 (piezoresistive type)으로 나눌 수 있다. 이러한 실리콘 가속도센서는 구조에 따라 하나의 센서로 2 차원 또는 3 차원의 가속도를 감지할 수 있다. Silicon accelerometer has excellent mechanical properties, high reliability and mass productivity by using the established semiconductor integrated circuit process technology, and is advantageous for miniaturization, light weight and low cost of devices. The silicon acceleration sensor is made by capacitive type made by surface micromachining of polysilicon which is easy to form thin film and piezoresistive element on single crystal silicon and thin film processing by substrate micromachining. It can be divided into piezoresistive type. The silicon acceleration sensor can detect two-dimensional or three-dimensional acceleration with one sensor depending on the structure.

1 차원 방향의 가속도를 감지하는 가속도 센서를 중심으로 가속도 센서의 동작 원리를 설명하면 가속도 센서가 정지 상태에 있을 때에는 중력만 작용하여, 중력 방향에 직교하는 평면에는 중력이 작용하지 않게 되는데, 이 평면이 절대수평인 기준평면이 되고 이 평면 방향에 축이 배치된 가속도센서에서의 센서신호 값은 기준 또는 0 이 된다. 이러한 기준평면을 기초로 하여 움직임에 따른 기울기, 즉, 측정선의 기울기 값을 측정하고, 이를 이용하여 축 방향으로의 가속도를 측정할 수 있다. When explaining the principle of operation of the acceleration sensor centering on the acceleration sensor that detects the acceleration in the one-dimensional direction, only the gravity acts when the acceleration sensor is at rest, and gravity does not act on the plane orthogonal to the direction of gravity. The absolute signal is the reference plane, and the value of the sensor signal in the acceleration sensor whose axis is arranged in this plane direction is the reference or zero. Based on such a reference plane, the tilt according to the movement, that is, the tilt value of the measurement line may be measured, and the acceleration in the axial direction may be measured using the reference plane.

자이로 센서(20)는 가속도 센서(10)와 함께 보행자의 인체의 체중심에 가까운 천추 부위, 더 정확하게는 제 2 천추 부위에 장착되어, 보행자의 회전 정보를 추출한다. 자이로 센서(20)는 최소한 1 축 (예를 들면, Z 축)둘레로 각속도를 검출하고, 검출된 각속도 신호를 데이터취득부(40)로 출력한다.The gyro sensor 20 is attached to the sacral region, more precisely the second sacral region, which is closer to the weight center of the human body of the pedestrian along with the acceleration sensor 10, and extracts rotation information of the pedestrian. The gyro sensor 20 detects the angular velocity around at least one axis (for example, Z axis) and outputs the detected angular velocity signal to the data acquisition unit 40.

FSR 센서부(30)는 발바닥에 장착되어 족압의 분포를 검출하는 것으로, 이는 압력 중심점(Center of Pressure)(이하 COP라 함)과 관련되는 정보 추출한다. FSR 센서부(30)는 신발의 인솔형태로, 예를들어 신발의 인솔에 다수의 FSR 센서가 골고루 분포되어 장착되어 있다. FSR 센서부(30)는 족압의 분포를 검출하여 검출된 FSR 신호를 데이터취득부(40)로 출력한다. The FSR sensor unit 30 is mounted on the sole to detect the distribution of foot pressure, which extracts information related to a center of pressure (hereinafter referred to as COP). The FSR sensor unit 30 is in the form of a shoe insole, for example, a plurality of FSR sensors are evenly distributed on the shoe insole. The FSR sensor unit 30 detects the distribution of the foot pressure and outputs the detected FSR signal to the data acquisition unit 40.

데이터취득부(40)는 가속도 센서(10), 자이로 센서(20), FSR 센서부(30)로부터 아날로그 신호인 3 축 가속도 신호, 각속도 신호, FSR(Force Sensing Resistor) 신호를 디지털 신호로 변환하여 연산처리부(80)로 전송한다. 데이터취득부(40)는 가속도 데이터취득부(50), 각속도 데이터취득부(60), FSR 데이터취득부(70)으로 이루어진다. 데이터취득부(40)와 연산처리부(80)간의 통신은 무선으로 행해질 수 있다. 데이터 취득부(40)는 내쇼날 인스트루먼트(NI)사의 데이터 취득 카드 등을 사용할 수도 있다.The data acquisition unit 40 converts the 3-axis acceleration signal, the angular velocity signal, and the Force Sensing Resistor (FSR) signal, which are analog signals, from the acceleration sensor 10, the gyro sensor 20, and the FSR sensor unit 30 into a digital signal. Transfer to arithmetic processing unit 80. The data acquisition unit 40 includes an acceleration data acquisition unit 50, an angular velocity data acquisition unit 60, and an FSR data acquisition unit 70. Communication between the data acquisition unit 40 and the operation processing unit 80 may be performed wirelessly. The data acquisition part 40 can also use the data acquisition card etc. of National Instruments.

가속도 데이터취득부(50)는 가속도 센서(10)로부터 아날로그 신호인 3 축 가속도 신호, 즉, X축 가속도 신호, Y축 가속도 신호, Z축 가속도 신호를 각각 디지털 신호로 변환하여 연산처리부(80)로 전송한다.The acceleration data acquisition unit 50 converts a 3-axis acceleration signal, that is, an analog signal, that is, an X-axis acceleration signal, a Y-axis acceleration signal, and a Z-axis acceleration signal, respectively, from the acceleration sensor 10 into a digital signal, and calculates the arithmetic processing unit 80. To send.

각속도 데이터취득부(60)는 자이로 센서(20)로부터 아날로그 신호인 각속도 신호를 디지털 신호로 변환하여 연산처리부(80)로 전송한다. 경우에 따라서, 가속도 데이터취득부(50)와 각속도 데이터취득부(60)는 하나의 데이터 취득부로 이루어질 수 있다. The angular velocity data acquisition unit 60 converts the angular velocity signal, which is an analog signal, from the gyro sensor 20 into a digital signal, and transmits the digital signal to the computation processing unit 80. In some cases, the acceleration data acquisition unit 50 and the angular velocity data acquisition unit 60 may be formed of one data acquisition unit.

FSR 데이터취득부(70)는 FSR 센서부(30)로부터 아날로그 신호인 FSR(Force Sensing Resistor) 신호를 디지털 신호로 변환하여 연산처리부(80)로 전송한다. FSR 데이터취득부(70)는 변환된 FSR 신호를 무선으로 연산처리부(80)로 전송할 수 있다.The FSR data acquisition unit 70 converts an FSR (Force Sensing Resistor) signal, which is an analog signal, from the FSR sensor unit 30 into a digital signal and transmits the digital signal to the calculation processing unit 80. The FSR data acquisition unit 70 may wirelessly transmit the converted FSR signal to the calculation processing unit 80.

가속도 센서(10), 가속도 데이터처리부(50)은 가속도 검출부(12)를 이루며, 자이로 센서(20), 각속도 데이터처리부(60)는 각속도 검출부(22)를 이루며, FSR 센서부(30), FSR 데이터취득부(70)은 FSR 검출부(32)를 이룬다.The acceleration sensor 10 and the acceleration data processor 50 constitute the acceleration detector 12, the gyro sensor 20 and the angular velocity data processor 60 constitute the angular velocity detector 22, and the FSR sensor unit 30 and the FSR. The data acquisition unit 70 forms the FSR detection unit 32.

연산처리부(80)는 데이터취득부(40)로부터 3축 가속도 신호, 각속도 신호, FSR 신호를 수신하여 COG(중력 중심점), COP(압력 중심점)를 계산한다. 즉, 연산처리부(80)는 3축 가속도 신호 및 각속도 신호를 입력받아 이들을 기초로하여 COG를 연산하는 알고리즘을 수행하고, FSR 신호를 입력받아 이를 기초로 하여 COP의 분포를 판독한다. The calculation processing unit 80 receives the 3-axis acceleration signal, the angular velocity signal, and the FSR signal from the data acquisition unit 40 to calculate the COG (gravity center point) and COP (pressure center point). That is, the calculation processing unit 80 receives the 3-axis acceleration signal and the angular velocity signal, performs an algorithm for calculating COG based on these, and receives the FSR signal to read the distribution of the COP based on the input.

메모리부(100)는 연산처리부(80)의 결과를 저장하며, 또한 COG를 계산하는 알고리즘을 저장하고 있을 수 있다.The memory unit 100 may store the result of the calculation processing unit 80 and may also store an algorithm for calculating the COG.

디스플레이부(90)는 연산처리부(80)에서의 연산하여 얻어진 COG 및 COP 지수를 디스플레이한다.The display unit 90 displays the COG and COP indexes obtained by the calculation in the calculation processing unit 80.

여기서, 가속도 센서(10), 자이로 센서(20)는 인체의 체중심에 가까운 천추 부근, 정확하게는 제 2 천추 부근에 위치되며, FSR 센서부(30)는 족압 측정을 위해 신발 내에 인솔 형태로 장착된다. 상기 인솔형의 FSR 센서부(30)는 발 사이즈별로 제작될 수 있다.Here, the acceleration sensor 10, the gyro sensor 20 is located near the sacral weight close to the weight of the human body, precisely near the second sacral weight, the FSR sensor unit 30 is mounted in an insole form in the shoe for foot pressure measurement do. The insole-type FSR sensor unit 30 may be manufactured for each foot size.

다음은 연산처리부(80)가 가속도 센서(10)에 의해 센싱된 가속도 신호를 이용하여 어떻게 COG 를 계산하는 지에 대해 설명한다.Next, how the calculation processing unit 80 calculates the COG using the acceleration signal sensed by the acceleration sensor 10 will be described.

도 2는 본 발명에서 가속도 신호를 이용하여 COG를 추정하는 방법을 설명하는 설명도이다. 즉, 도 2에서는 연산처리부(80)에서 데이터 취득부(40)로부터 수신된 가속도 신호를 이용하여 COG를 추정하는 방법을 설명한다.2 is an explanatory diagram for explaining a method for estimating COG using an acceleration signal in the present invention. That is, FIG. 2 illustrates a method of estimating COG using the acceleration signal received from the data acquisition unit 40 in the calculation processing unit 80.

COG를 추정해내는 방법은, 3 차원 동작분석 시스템을 이용하여 전신에 마커를 부착하고 각 체절의 위치에 대한 평균을 계산하여 이로부터 COG 를 추정하는 방법, 골반 주위의 4 군데에 마커를 부착하여 COG 를 추정하는 방법, 또는 천추에 마커를 부착하여 COG 를 추정하는 방법 등이 있으나, 본 발명에서는 2 차원 동작분석 시스템이 아닌 가속도 센서(10)를 천추(sacrum)에 부착하여 얻어진 가속도 신호를 이용하여 COG 를 추정해낸다. The method of estimating the COG is to attach a marker to the whole body using a 3D motion analysis system, calculate the average of the position of each segment, and estimate the COG from it. There is a method for estimating the COG, or a method for estimating the COG by attaching a marker to the sacral spine, but in the present invention, the acceleration signal obtained by attaching the acceleration sensor 10 to the sacral, rather than the two-dimensional motion analysis system, is used. To estimate the COG.

먼저, 가속도 센서(10)에 의해 얻어진 가속도 신호에는 불필요한 신체의 진동 등에 의한 노이즈 등이 포함되어 있기 때문에, 2~15 Hz 범위의 대역 통과 특성을 갖는 대역 통과 필터 (band-pass filter) (21)를 이용하여 고주파의 노이즈 등을 제거해준다. First, since the acceleration signal obtained by the acceleration sensor 10 includes noise due to unnecessary body vibration and the like, a band-pass filter 21 having a bandpass characteristic in the range of 2 to 15 Hz is provided. Use to remove high frequency noise.

대역 통과 필터(21)를 거친 3 축 가속도 센서(10)의 데이터, 즉 x, y, z 축에서 나오는 3 축 가속도 성분의 데이터들을 수학식 1과 같은 적분 과정을 통하여 속도로 표현한다. The data of the 3-axis acceleration sensor 10 passing through the band pass filter 21, that is, the data of the 3-axis acceleration components coming from the x, y, and z axes, are expressed as a speed through an integration process as shown in Equation (1).

Figure 112007036918570-pat00001
Figure 112007036918570-pat00001

여기서 v는 속도이며, a는 가속도 신호이며, t는 시간이며, vo는 초기속도이 다.Where v is velocity, a is acceleration signal, t is time, and v o is Initial speed is up.

수학식 1의 적분 과정을 거쳐 얻어진 속도 데이터를 수학식 2 와 같이 적분하여 위치 데이터를 얻을 수 있다. Position data may be obtained by integrating velocity data obtained through the integration process of Equation 1 as in Equation 2.

Figure 112007036918570-pat00002
Figure 112007036918570-pat00002

여기서 s는 위치이며, so는 초기위치이다.Where s is the position and s o is the initial position.

이렇게 하여 얻어진 위치 데이터가 가속도 센서(10)가 부착된 신체의 COG가 된다.The position data thus obtained becomes COG of the body to which the acceleration sensor 10 is attached.

도 3은 도 1의 연산처리부에서 COG를 연산하는 흐름도이다. 즉, 도 3은 연산처리부(80)에서, 도 2의 COG 연산방법을 이용하여, COG를 연산하는 과정을 설명한다.3 is a flowchart of calculating a COG in the calculation processor of FIG. 1. That is, FIG. 3 illustrates a process of calculating the COG by using the COG calculation method of FIG. 2 in the calculation processing unit 80.

대역통과 필터링 단계로, 데이터 취득부(40)로부터 수신된 가속도 신호를 2~15 Hz 범위의 대역 통과 특성을 갖는 대역 통과 필터(21)를 거쳐 대역통과 필터링한다(S110).In the bandpass filtering step, bandpass filtering is performed on the acceleration signal received from the data acquisition unit 40 through a bandpass filter 21 having a bandpass characteristic in a range of 2 to 15 Hz (S110).

속도데이터 획득단계로, 상기 대역통과 필터링 단계의 출력신호를 수학식 1에 의해 적분하여 속도 데이터를 획득한다(S120). 수학식 1에서 vo는 초기속도로 초기에 설정된 속도값이다.In the speed data obtaining step, the output signal of the bandpass filtering step is integrated by Equation 1 to obtain speed data (S120). In Equation 1, v o is a speed value initially set as an initial speed.

위치데이터 획득단계로, 상기 속도데이터 획득단계의 출력신호를 수학식 2에 의해 다시 적분하여 위치 데이터를 획득한다(S130). 수학식 2에서 so는 초기위치로 초기에 설정된 위치값이다.In the position data acquisition step, the output signal of the speed data acquisition step is integrated again by Equation 2 to obtain position data (S130). In Equation 2, s o is a position value initially set as an initial position.

COG 출력단계로, 상기 위치데이터 획득단계에서 획득된 위치 데이터를 COG로서 추정하고 이를 출력한다(S140).In the COG output step, the location data obtained in the location data acquisition step is estimated as a COG and outputs the same (S140).

도 4는 기존의 3 차원 동작분석기에서 획득한 가속도 데이터와 본 발명에 따른 가속도 센서로부터 획득한 가속도 신호를 비교하는 그래프이다.Figure 4 is a graph comparing the acceleration data obtained from the acceleration sensor according to the present invention and the acceleration data obtained by the conventional three-dimensional motion analyzer.

도 4는, 보행시에 기존의 3 차원 동작분석기와 본 발명의 보행 분석 시스템으로 동시에 측정한 결과이다.4 is a result measured simultaneously with the existing three-dimensional motion analyzer and the gait analysis system of the present invention at the time of walking.

기존의 3 차원 동작분석기에서 출력된 신호인 COG 신호로부터 가속도 데이터를 구하려면 미분을 2번 하여야 한다.To obtain the acceleration data from the COG signal, which is the signal output from the conventional 3D motion analyzer, the derivative must be performed twice.

따라서 도 4에서는 기존의 3 차원 동작분석기에서 획득한 신호를 2 번 미분하여 얻어진 COG 의 가속도 데이터와 본 발명의 가속도 센서(10)로부터 획득한 가속도 신호를 대역 통과 필터(21)를 이용하여 필터링한 신호를 나타낸다. Therefore, in FIG. 4, the acceleration data of COG obtained by differentiating the signal acquired by the conventional three-dimensional motion analyzer twice and the acceleration signal obtained from the acceleration sensor 10 of the present invention are filtered using the band pass filter 21. Indicates a signal.

도 4의 그래프에서 검은색으로 표현된 데이터는 기존 3 차원 동작분석기에서 획득한 신호를 2 번 미분한 결과이며, 붉은색으로 표현된 데이터는 천추에 부착한 가속도 센서(10)에 의해 얻어진 가속도 신호를 필터링한 결과를 나타낸다. The data represented in black in the graph of FIG. 4 is a result of differentiating a signal acquired by an existing three-dimensional motion analyzer twice, and the data represented in red represents an acceleration signal obtained by the acceleration sensor 10 attached to the sacral spine. Shows the result of filtering.

도 4의 그래프에서 알 수 있듯이, 기존 3 차원 동작분석기의 결과 데이터와 본 발명의 보행 분석 시스템의 결과 데이터는 오차범위 내에서 동일하다고 할 수 있다. 즉, 실제 신체의 COG 데이터를 2 번 미분한 결과와 가속도 센서(10)에 의해 얻어진 가속도 신호가 일치한다는 것이다.As can be seen in the graph of FIG. 4, the result data of the conventional three-dimensional motion analyzer and the result data of the gait analysis system of the present invention may be said to be identical within an error range. That is, the result of differentiating the COG data of the actual body twice and the acceleration signal obtained by the acceleration sensor 10 coincide.

따라서, 반대로 가속도 센서(10)에 의해 얻어지는 가속도 신호를 2 번 적분하면 실제 신체의 COG가 계산되는 것이다.Therefore, on the contrary, when the acceleration signal obtained by the acceleration sensor 10 is integrated twice, the actual body COG is calculated.

한편, 연산처리부(80)는 신발의 인솔에 다수 분포되어 장착된 FSR 센서부(30)로부터의 신호를 통해 COP를 추정한다. 즉, FSR 센서부(30)의 각 FSR 센서로부터 발의 압력분포에 대한 신호를 수신하고, 최대로 압력(FSR)이 가해진 위치를 COP로 추정한다. On the other hand, the calculation processing unit 80 estimates the COP through the signal from the FSR sensor unit 30 is distributed in a number of insoles of the shoe. That is, a signal about the pressure distribution of the foot is received from each FSR sensor of the FSR sensor unit 30, and the position where the pressure FSR is applied to the maximum is estimated as COP.

도 5는 도 1의 연산처리부에서 COP를 연산하는 흐름도이다.5 is a flowchart of calculating a COP in the calculation processing unit of FIG. 1.

FSR 수신단계로, FSR 센서부(30)의 다수의 FSR 센서로부터 FSR 데이터취득부(70)을 거쳐 다수의 FSR 데이터를 수신한다(S210).In the FSR receiving step, a plurality of FSR data is received from the plurality of FSR sensors of the FSR sensor unit 30 via the FSR data acquisition unit 70 (S210).

최대 FSR 검출단계로, 상기 FSR데이터 수신단계에서 FSR 센서부(30)의 다수의 FSR 센서로부터 FSR 데이터취득부(70)을 거쳐 수신된 다수의 FSR 데이터에서 최대 FSR 데이터를 검출한다(S220).In the maximum FSR detection step, the maximum FSR data is detected from the plurality of FSR data received through the FSR data acquisition unit 70 from the plurality of FSR sensors of the FSR sensor unit 30 in the FSR data reception step (S220).

COP 출력단계로, 상기 최대 FSR 검출단계에서 검출된 최대 FSR 데이터를 COP로 추정하고 추정된 COP를 출력한다(S230).In the COP output step, the maximum FSR data detected in the maximum FSR detection step is estimated as COP and the estimated COP is output (S230).

도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 보행 분석 시스템에서 디스플레이 수단을 설명하기 위한 설명도이다.It is explanatory drawing for demonstrating a display means in the gait analysis system which concerns on one Embodiment of this invention.

가속도 데이터취득부(50), 각속도 데이터취득부(60), 연산처리부(80), 디스플레이부(90), 메모리부(100) 등으로 이루어진 본체부(16)는 허리에 장착되어 진다.The main body 16 including the acceleration data acquisition unit 50, the angular velocity data acquisition unit 60, the operation processing unit 80, the display unit 90, the memory unit 100, and the like is mounted on the waist.

도 6에서와 같이, 디스플레이부(90)는 연산처리부(80)에서 얻어진 COG 및 COP 수치의 움직임(트랜드)이 표시된다. 디스플레이부(90)는 LED, OLED 또는 LCD 와 같은 표시수단일 수 있고, 그래프, 수치 또는 도트 형식과 같은 다양한 방식으로 데이터를 표시할 수 있다. As shown in FIG. 6, the display unit 90 displays the movement (trend) of the COG and COP values obtained by the arithmetic processing unit 80. The display unit 90 may be a display unit such as an LED, an OLED, or an LCD, and may display data in various ways such as a graph, a numerical value, or a dot format.

디스플레이부(90)는 정상인의 COG 및 COP 수치와 함께, 가속도 신호, 각속도 신호 및 FSR 신호를 기초로 연산처리부(80)에 의해 계산된 보행자의 COG 및 COP 수치를 그래프 형식으로 표시할 수 있다. 따라서 보행자는, 상기 정상인의 COG 또는 COP 수치를 기준으로, 자신의 COG 또는 COP 수치를 비교하여 동작의 이상 유무를 판단할 수 있다. 예를 들면, 보행에 이상이 없는 사람들의 COG 데이터는 도 6의 그래프와 같이, 나비모양과 비슷한 형태로 표시되는데, 보행자의 COG 가 이 형태에서 많이 벗어나는 경우라면, 넘어지거나 낙상의 위험이 있다는 것이며, 보행자는 이를 직접 확인함으로써 자신의 동작을 교정할 수 있다. 즉 디스플레이부(90)가 바이오 피드백의 효과를 가져온다.The display unit 90 may display the COG and COP values of the pedestrian calculated by the operation processor 80 based on the acceleration signal, the angular velocity signal, and the FSR signal, together with the COG and COP values of the normal person, in a graph form. Accordingly, the pedestrian may determine whether there is an abnormal operation by comparing his or her COG or COP value based on the normal person's COG or COP value. For example, the COG data of people who are not abnormal in walking are displayed in a form similar to a butterfly shape, as shown in the graph of FIG. 6, and if the COG of the pedestrian is far from this type, there is a risk of falling or falling. In addition, pedestrians can verify their own behavior by checking this directly. That is, the display unit 90 brings the effect of biofeedback.

다음으로, 도 1 을 참조하여 본 발명의 일 실시형태에 따른 보행 분석 시스템을 이용한 보행 분석 방법을 설명한다. Next, the gait analysis method using the gait analysis system which concerns on one Embodiment of this invention is demonstrated with reference to FIG.

먼저, 가속도 센서(10)가 3 축 방향으로의 가속도를 각각 검출하여, 3 차원의 가속도를 감지함과 동시에, 자이로 센서(20)가 최소한 1 축 (예를 들면, Z 축)둘레로 각속도를 검출한다. 또한, 보행자의 신발에 인솔형태로 형성된 FSR 센서부(30)는 족압의 분포를 검출한다.First, the acceleration sensor 10 detects the acceleration in the three-axis direction, respectively, and detects the three-dimensional acceleration, while the gyro sensor 20 measures the angular velocity around at least one axis (for example, the Z axis). Detect. In addition, the FSR sensor unit 30 formed in the insole form on the shoes of the pedestrian detects the distribution of the foot pressure.

이렇게 3 개의 센서의 의해 검출된 아날로그 신호는데이터취득부(40)로 전송 되어 디지털 신호로 변환되고, 데이터취득부(40)에 의해 변환된 신호는 무선 또는 유선으로 연산처리부(80)에 전송된다. The analog signals detected by the three sensors are transmitted to the data acquisition unit 40 and converted into digital signals, and the signals converted by the data acquisition unit 40 are transmitted to the calculation processing unit 80 by wireless or wired. .

연산처리부(80)는 전술한 바와 같은 방법으로 입력된 신호를 기초로 하여 COG를 계산하는 알고리즘을 수행하고, COP를 계산하며, 이 알고리즘에 의해 계산된 보행자의 COG 및 COP 수치는 디스플레이부(90)에 다양한 방식, 예를 들면, 수치, 도트 또는 그래픽 방식 등으로 표시된다. 이렇게 표시된 COG 및 COP 수치를 정상인의 수치와 실시간으로 비교함으로써, 보행자는 자신의 동작을 교정할 수 있다. The calculation processing unit 80 performs an algorithm for calculating the COG based on the signal input in the manner described above, calculates the COP, and the COG and COP values of the pedestrians calculated by the algorithm are displayed on the display unit 90. ) Is displayed in various ways, for example, numerical, dot, or graphical manner. By comparing the COG and COP values thus displayed in real time with those of a normal person, a pedestrian can correct his / her movement.

이렇게 가속도 센서, 자이로 센서, FSR 센서 및 컴퓨터만을 이용하여 인체의 COG 및 COP 를 계산하고 이를 표시함으로써 고가의 장비 없이도 보행 분석이 가능하며, 동적인 움직임에도 연속적으로 COG 및 COP 측정이 가능하다. By calculating and displaying the COG and COP of the human body using only the acceleration sensor, the gyro sensor, the FSR sensor, and the computer, the gait analysis is possible without expensive equipment, and the COG and COP measurement can be continuously performed even in the dynamic movement.

또한, 이러한 시스템을 통하여 낙상의 위험을 진단하고 이를 예방할 수 있으며, 운동선수들의 운동 분석을 통해 자세 등을 교정시킬 수 있어, 재활훈련 등에 사용될 수도 있다. In addition, it is possible to diagnose and prevent the fall through this system, and to correct postures through the analysis of the athlete's exercise, and may be used for rehabilitation.

이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 범위에 속한다. 또한, 본 명세서에서 설명한 각 구성요소는 당업자가 공지된 다양한 구성요소들로부터 용이하게 선택하여 대체할 수 있다. 또한 당업자는 본 명세서에서 설명된 구성요소 중 일부를 성능의 열화 없이 생략하거나 성능을 개선하기 위해 구성요소를 추가할 수 있다. 뿐만 아니라, 당업자는 공정 환경이 나 장비에 따라 본 명세서에서 설명한 방법 단계의 순서를 변경할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시형태가 아니라 특허청구범위 및 그 균등물에 의해 결정되어야 한다.The present invention has been described above in connection with specific embodiments of the present invention, but this is only an example and the present invention is not limited thereto. Those skilled in the art can change or modify the described embodiments without departing from the scope of the present invention, and such changes or modifications are within the scope of the present invention. In addition, each component described in the present specification can be easily selected and replaced from various known components by those skilled in the art. Those skilled in the art can also omit some of the components described herein without adding performance degradation or add components to improve performance. In addition, those skilled in the art may change the order of the method steps described herein according to the process environment or equipment. Therefore, the scope of the present invention should be determined not by the embodiments described, but by the claims and their equivalents.

상술한 바와 같이, 본 발명의 보행 분석 시스템을 및 이를 이용한 분석 방법은 체중심에 가까운 천추부근에 부착된 센서 및 신발에 포함되는 센서로부터 신호를 획득하고, 이로부터 COG 및 COP 를 계산하며, 이를 기초로 보행자의 COG 및 COP 의 변화를 관찰할 수 있게 하는, 비용이 저렴하고 착용 및 휴대가 편리하다. As described above, the gait analysis system of the present invention and the analysis method using the same obtain a signal from the sensor included in the sensor and shoes attached to the sacral region near the weight center, and calculates COG and COP therefrom, It is inexpensive, easy to wear and carry, allowing you to observe changes in COG and COP of pedestrians as a basis.

또한, 본 발명의 보행 분석 시스템을 및 이를 이용한 분석 방법은 가속도 센서, 자이로 센서, FSR 센서를 이용하여 COG 및 COP를 검출하고 이를 디스플레이하여, 바이오피드백에 의해 자세를 교정할 수 있게 하여 자세교정 효율을 높일 수 있다.In addition, the gait analysis system of the present invention and an analysis method using the same detects and displays COG and COP using an acceleration sensor, a gyro sensor, and an FSR sensor, and enables posture correction by biofeedback so as to correct posture. Can increase.

또한, 본 발명에 따르면, 고가의 장비 없이도 인체의 COP 및 COP 측정을 할 수 있으며, 이에 따른 낙상의 위험 진단, 예방, 또는 운동선수들의 자세 교정이 가능하다. In addition, according to the present invention, it is possible to measure the COP and COP of the human body without expensive equipment, and thus, it is possible to diagnose, prevent, or correct posture of athletes.

Claims (20)

3축(X, Y, Z축)의 가속도 신호를 검출하는 가속도 검출부;An acceleration detector for detecting acceleration signals of three axes (X, Y, and Z axes); 각속도신호를 검출하는 각속도 검출부;An angular velocity detector detecting an angular velocity signal; FSR(Force Sensing Resistor) 신호를 검출하는 FSR 검출부;An FSR detector for detecting a Force Sensing Resistor (FSR) signal; 2 내지15 Hz 범위의 대역 통과 특성을 갖는 대역 통과 필터를 구비하고 있으며, 상기 대역통과 필터를 통해 입력된 상기 가속도 검출부의 출력신호와 상기 각속도 검출부의 출력신호로부터 획득된 속도데이터를 적분과정을 거쳐 COG(중력 중심점)를 구하며, 상기 FSR 검출부에서 출력된 FSR 데이터들중 최대 FSR 데이터를 COP(압력 중심점)로 추정하는 연산처리부;And a band pass filter having a band pass characteristic in a range of 2 to 15 Hz, and integrating velocity data obtained from an output signal of the acceleration detector and an output signal of the angular velocity detector inputted through the band pass filter. A calculation processing unit for obtaining a COG (gravity center point) and estimating a maximum FSR data among the FSR data output from the FSR detection unit as a COP (pressure center point); 상기 연산처리부로 부터 수신된 COG, COP를 디스플레이하는 디스플레이부;A display unit which displays the COG and COP received from the operation processor; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 분석 시스템. Gait analysis system comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가속도 검출부는, 3축 가속도 센서; 상기 3축 가속도 센서로부터 출력된 가속도 신호를 디지탈신호로 변환하는 가속도 데이터처리부;를 구비하며,The acceleration detection unit, a three-axis acceleration sensor; And an acceleration data processor converting the acceleration signal output from the three-axis acceleration sensor into a digital signal. 상기 각속도 검출부는, 자이로 센서; 상기 자이로 센서로부터 출력된 각속도 신호를 디지탈신호로 변환하는 각속도 데이터처리부;를 구비하며,The angular velocity detection unit, a gyro sensor; And an angular velocity data processor converting the angular velocity signal output from the gyro sensor into a digital signal. FSR 검출부는, FSR 센서부; 상기 FSR 센서부로부터 출력된 FSR 신호를 디지탈신호로 변환하는 FSR 데이터처리부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 보행 분석 시스템. The FSR detection unit includes an FSR sensor unit; And a FSR data processing unit for converting the FSR signal output from the FSR sensor unit into a digital signal. 인체의 COG 및 COP 의 움직임을 측정하여 보행을 분석하는 시스템으로서, A system that analyzes gait by measuring the movement of human COG and COP. 상기 인체의 3 차원 가속도 감지를 위한 3 축 가속도 센서;3-axis acceleration sensor for detecting the three-dimensional acceleration of the human body; 상기 인체의 각속도 감지를 위한 자이로 센서;A gyro sensor for sensing the angular velocity of the human body; 족압 분포를 측정하기 위한 FSR (Force Sensing Resistor)센서; Force Sensing Resistor (FSR) sensors for measuring foot pressure distribution; 상기 가속도 센서, 자이로 센서, 및 FSR 센서로부터의 신호를 수신하여 연산처리하되, 대역 통과 필터를 거쳐 입력된 상기 가속도 센서의 출력신호를 두번의 적분과정을 거쳐 COG(중력 중심점)를 구하며, 상기 FSR 센서에서 출력된 FSR 신호들중 최대 FSR 데이터를 COP(압력 중심점)로 추정하는 연산처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 분석 시스템.Receives and processes the signals from the acceleration sensor, the gyro sensor, and the FSR sensor, and obtains COG (gravity center point) through two integration processes of the output signal of the acceleration sensor input through a band pass filter, and the FSR And a calculation processing unit for estimating the maximum FSR data among the FSR signals output from the sensor as a COP (pressure center point). 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to claim 2 or 3, 상기 자이로 센서와 상기 가속도 센서는 천추 부위에 장착되는 것을 특징으로 하는 보행 분석 시스템. The gyro sensor and the acceleration sensor is gait analysis system, characterized in that mounted on the sacral region. 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to claim 2 or 3, 상기 FSR 센서부는The FSR sensor unit 신발의 인솔에 다수의 FSR 센서가 골고루 분포되어 장착되는 것을 특징으로 하는 보행 분석 시스템. Walking analysis system, characterized in that a plurality of FSR sensors are evenly distributed in the shoe insole. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 가속도 데이터처리부와 상기 각속도 데이터처리부는 하나의 데이터처리부로 이루어진 것을 특징으로 하는 보행 분석 시스템. The acceleration data processor and the angular velocity data processor comprises a single data processor. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 FSR 데이터취득부는 FSR 신호를 무선으로 연산처리부로 전송하는 것을 특징으로 하는 보행 분석 시스템. And the FSR data acquisition unit wirelessly transmits the FSR signal to the arithmetic processing unit. 삭제delete 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 대역 통과 필터는 2 내지15 Hz 범위의 대역 통과 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 보행 분석 시스템. The band pass filter has a band pass characteristic in the range of 2 to 15 Hz. 삭제delete 제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 연산처리부는,The operation processing unit, 상기 대역 통과 필터의 출력신호인 x, y, z 축에서 나오는 3 축 가속도 성분의 데이터들Data of three-axis acceleration components from x, y and z axes, which are output signals of the band pass filter
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 (단, v는 속도이며, a는 가속도 신호이며, t는 시간이며, vo는 초기속도임)(Where v is velocity, a is acceleration signal, t is time, and v o is Initial speed) 의 수학식을 이용하여 속도 데이터를 구하고, To find the velocity data, 상기 속도 데이터The speed data
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 (단, s는 위치이며, so는 초기위치임)(Where s is position and s o is initial position) 의 수학식을 이용하여 위치 데이터를 구하며, Find the location data using the equation of, 이렇게 구하여진 위치 데이터가 COG로 추정하는 것을 특징으로 하는 보행 분석 시스템. The gait analysis system, wherein the position data thus obtained is estimated by the COG. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 디스플레이부는 COG 및 COP의 기준범위를 더 표시하는 것을 특징으로 하는 보행 분석 시스템.The display unit walk analysis system, characterized in that to further display the reference range of the COG and COP. 3축 가속도 검출부를 적어도 구비하는 보행 분석 시스템을 이용한 보행분석 방법에 있어서,In the gait analysis method using a gait analysis system having at least a three-axis acceleration detection unit, 상기 3축 가속도 검출부로 부터 수신된 3축 가속도 신호를 2 내지 15 Hz 범위의 대역통과 필터링하는 대역통과 필터링단계;A bandpass filtering step of bandpass filtering the 3-axis acceleration signal received from the 3-axis acceleration detection unit in a range of 2 to 15 Hz; 상기 대역통과 필터링 단계의 출력신호를 적분하여 속도 데이터를 획득하는 속도데이터 획득단계;A rate data obtaining step of obtaining rate data by integrating the output signal of the bandpass filtering step; 상기 속도데이터 획득단계의 출력신호를 적분하여 위치 데이터를 획득하는 위치데이터 획득단계;A position data acquisition step of acquiring position data by integrating the output signal of the velocity data acquisition step; 상기 위치데이터 획득단계에서 획득된 위치 데이터를 COG로서 추정하고 이를 출력하는 COG 출력단계;A COG output step of estimating the position data acquired in the position data obtaining step as a COG and outputting the same; 를 구비하는 것을 특징으로 하는 보행분석 방법.Gait analysis method characterized in that it comprises a. 제13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 속도데이터 획득단계는The speed data acquisition step 상기 대역통과 필터링단계의 출력신호인 x, y, z 축에서 나오는 3 축 가속도 성분의 데이터들Data of three-axis acceleration components from x, y, and z axes, which are output signals of the bandpass filtering step
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 (단, v는 속도이며, a는 가속도 신호이며, t는 시간이며, vo는 초기속도임)(Where v is velocity, a is acceleration signal, t is time, and v o is Initial speed) 의 수학식을 이용하여 속도 데이터를 구하는 것을 특징으로 하는 보행분석 방법.Gait analysis method characterized in that to obtain the velocity data by using the equation. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 위치데이터 획득단계는Position data acquisition step 상기 속도데이터 획득단계에서 출력된 속도 데이터를Speed data output in the speed data acquisition step
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 (단, s는 위치이며, so는 초기위치임)(Where s is position and s o is initial position) 의 수학식을 이용하여 위치 데이터를 구하는 것을 특징으로 하는 보행분석 방법.Gait analysis method characterized in that to obtain the position data by using the equation. 제15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 보행 분석 시스템은 신발의 인솔에 다수 FSR 센서가 분포되어 장착된 FSR 센서부를 더 구비하여, FSR 센서부의 다수의 FSR 센서로부터의 출력을 디지탈 변환하여 수신하는 FSR데이터 수신단계;The gait analysis system may further include an FSR sensor unit in which a plurality of FSR sensors are distributed and mounted on an insole of a shoe, and receive the FSR data by digitally converting and receiving outputs from the plurality of FSR sensors. 상기 FSR데이터 수신단계에서 수신된 다수의 FSR 데이터에서 최대 FSR 데이터를 검출하는 최대 FSR 검출단계;A maximum FSR detection step of detecting maximum FSR data from the plurality of FSR data received in the FSR data receiving step; 상기 최대 FSR 검출단계에서 검출된 최대 FSR 데이터를 COP로 추정하고 추정된 COP를 출력하는 COP 출력단계;A COP output step of estimating the maximum FSR data detected in the maximum FSR detection step as COP and outputting the estimated COP; 를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 보행분석 방법.Gait analysis method characterized in that it further comprises. 인체의 COG 및 COP 의 움직임을 측정하여 보행을 분석하는 방법으로서,As a method of analyzing gait by measuring the movement of human COG and COP, 상기 인체의 3 차원 가속도를 감출하는 가속도 검출단계;An acceleration detection step of hiding the three-dimensional acceleration of the human body; 신발 인솔에 분포되어 있는 다수의 FSR 센서로부터 FSR 신호를 검출함으로써 족압의 분포를 검출하는 족압분포 검출단계; A foot pressure distribution detecting step of detecting a distribution of foot pressure by detecting FSR signals from a plurality of FSR sensors distributed in a shoe insole; 상기 가속도 검출단계에서 검출된 3차원 가속도 신호를 두번 적분하여 COG(중력 중심점)를 구하며, 상기 족압분포 검출단계에서 검출된 FSR 신호들중 최대 FSR 데이터를 COP(압력 중심점)로 추정하는 연산단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 분석 방법.Calculating a COG (gravity center point) by integrating the three-dimensional acceleration signal detected in the acceleration detection step twice, and estimating the maximum FSR data among the FSR signals detected in the foot pressure distribution detection step as a COP (pressure center point); Gait analysis method comprising a. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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