KR101082161B1 - 보행 보조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보행 보조 장치에 관한 것으로, 보행자가 입력한 보행 목적에 따라 보행 주변 환경을 파악하여 보행 경로를 제공함과 동시에 보행자의 외적인 보행 상태 및 내적인 심리 상태를 파악하여 실시간으로 최적의 보행 정보를 제공하는 형태로 보행을 위한 의사 결정을 지능적으로 보조하여 이를 보행자에게 제공함으로써 보행자의 보행 편의성을 증대시키고, 또한, 보행 경로 제공, 손상된 신체 기능에 대한 치료 기능 및 손상된 신체 기능에 대한 보완 기능을 제공함으로써, 비장애인, 경미 보행 장애인 및 중증 보행 장애인 모두에게 각각 유용하게 사용될 수 있는 보행 보조 장치를 제공한다.

Description

보행 보조 장치{Human Walking Assistance System}

본 발명은 보행 보조 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 보행자가 입력한 보행 목적에 따라 보행 주변 환경을 파악하여 보행 경로를 제공함과 동시에 보행자의 외적인 보행 상태 및 내적인 심리 상태를 파악하여 실시간으로 최적의 보행 정보를 제공하는 형태로 보행을 위한 의사 결정을 지능적으로 보조하여 이를 보행자에게 제공함으로써 보행자의 보행 편의성을 증대시키고, 또한, 보행 경로 제공, 손상된 신체 기능에 대한 치료 기능 및 손상된 신체 기능에 대한 보완 기능을 제공함으로써, 비장애인, 경미 보행 장애인 및 중증 보행 장애인 모두에게 각각 유용하게 사용될 수 있는 보행 보조 장치에 관한 것이다.

시각 장애인을 위한 보행 보조 기구로 시각 장애인용 지팡이(white-cane)가 널리 사용되고 있으나 이를 사용하기 위해서는 오랜 기간의 훈련이 필요하고 또한 장애물 등의 감지 정보가 부족하여 상해를 입는 경우가 빈번히 발생한다. 이를 보완하기 위해 국내외적으로 좀 더 편리한 보행 보조 장치에 관한 연구가 진행되고 있다.

이러한 보행 보조 장치는 일반적으로 시각 장애인만을 위한 용도로 개발되는 것이 대부분이며, 통상 장애물을 감지하여 사용자에게 장애물 여부를 청각적인 신호로 알려주는 단순한 형태가 주를 이루고 있다.

따라서, 이러한 단순한 형태의 보행 보조 장치는 시각 장애인 이외의 사람들에게는 사용되기 어려우며, 또한 시각 장애인에게 사용되는 경우에도 단순 장애물 여부만을 알려주는 방식으로 구성되기 때문에, 장애물 근처까지 가서 장애물을 직접 확인해야 하거나 장애물의 종류 등에 대해서 구체적인 정보 제공이 없어 사용하는데 많은 불편함이 있었다.

예를 들면, 파키슨씨병 등으로 일부 보행 장애를 갖는 사람의 경우에는 심리적인 위축감에 의해 정상적인 길 찾기나 장애물 판단 능력이 부족한 경우가 발생할 수 있는데, 종래 기술에 의한 일반적인 보행 보조 장치는 이러한 일부 보행 장애를 갖는 사람에게 적용되는 데에는 한계가 있었다. 마찬가지로 비장애인의 경우에도 새로운 길이나 건물 등을 찾아가야 하는 경우, 그 길에 대한 경로 또는 건물 내부 구조 등을 알기가 어려워 특정 장소로 쉽게 찾아가기 어려운 경우가 현대 생활에는 빈번히 발생하고 있다.

따라서, 시각 장애인 뿐만 아니라 일부 보행 장애를 갖는 사람 또는 비장애인에게도 보행 보조 장치가 유용하게 사용될 수 있으므로, 좀 더 활용도가 높은 보행 보조 장치가 요구되고 있으며, 특히, 장애물 판단 여부를 청각 정보로 알려주는 단순한 형태가 아닌 사용자와 쌍방향 통신 및 다양한 기능을 갖는 고성능의 보행 보조 장치가 요구되고 있다.

본 발명은 이러한 종래 기술의 요구에 대응하여 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 보행자가 입력한 보행 목적에 따라 보행 주변 환경을 파악하여 보행 경로를 제공함과 동시에 보행자의 외적인 보행 상태 및 내적인 심리 상태를 파악하여 실시간으로 최적의 보행 정보를 제공하는 형태로 보행을 위한 의사 결정을 지능적으로 보조하여 이를 보행자에게 제공함으로써 보행자의 보행 편의성을 증대시키는 보행 보조 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 보행 경로 제공, 손상된 신체 기능에 대한 치료 기능 및 손상된 신체 기능에 대한 보완 기능을 제공함으로써, 비장애인, 경미 보행 장애인 및 중증 보행 장애인 모두에게 각각 유용하게 사용될 수 있는 보행 보조 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은, 보행에 대한 다양한 명령을 입력할 수 있는 명령 입력부; 보행자의 주변 환경에 대한 공간적인 정보를 파악하는 주변 환경 인식 모듈; 보행자의 보행 상태 및 심리 상태를 실시간으로 파악하는 행동 예측 모듈; 상기 명령 입력부, 주변 환경 인식 모듈 및 행동 예측 모듈을 통해 인가된 다양한 정보를 연산하여 보행 목적 달성을 위한 최적의 정보를 산출하는 연산 모듈; 및 상기 연산 모듈을 통해 산출된 정보를 보행자에게 전달하는 보행 정보 제공 모듈을 포함하는 보행 보조 장치를 제공한다.

이때, 상기 명령 입력부는 음성 조작을 통해 명령을 입력하는 마이크와, 터치 조작을 통해 명령을 입력하는 터치 입력부와, 버튼 조작을 통해 명령을 입력하는 버튼부 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 명령 입력부는 보행 목적지를 입력하는 목적지 입력 기능과 보행 경로에 대한 특성을 선택 입력할 수 있는 경로 선택 기능을 갖도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 주변 환경 인식 모듈은 유/무선 네트워크와 연계되어 특정 공간에 대한 정보를 획득할 수 있는 네트워크 정보 획득부와, 지도상에서 보행자의 절대 위치를 인식할 수 있는 위치 정보 센서와, 보행자 주변의 장애물을 탐지할 수 있는 장애물 탐지 센서와, 보행자 주변의 3차원 영상 정보를 추출할 수 있는 영상 센서 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 행동 예측 모듈은 보행자의 생체 신호를 측정할 수 있는 신체 정보 센서와, 보행자의 보행 속도 및 가속도를 측정할 수 있는 중력 정보 센서를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 연산 모듈은 다양한 기본 정보들이 저장되는 데이터 베이스와, 상기 주변 환경 인식 모듈을 통해 인가된 정보를 상기 데이터 베이스의 정보를 이용하여 해석하는 센서 정보 해석부와, 상기 데이터 베이스의 정보 및 상기 행동 예측 모듈을 통해 인가된 정보를 통해 보행자의 보행 상태 또는 심리 상태를 판단하는 보행자 의도 판단부와, 상기 명령 입력부, 센서 정보 해석부 및 보행자 의도 판단부를 통해 인가된 정보를 연산하여 최적의 보행 정보를 산출하는 출력 정보 산출부를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 보행 정보 제공 모듈은 보행자의 신체에 착용되어 특정 부분에 진동을 발생시키는 방식으로 보행자에게 보행 정보를 전달하는 진동 장치와, 보행자의 신체에 착용되어 보행자의 신체 특정 부위에 외력을 작용시키는 방식으로 보행자에게 보행 정보를 전달하는 힘반향 장치와, 영상 정보를 출력하는 방식으로 보행자에게 보행 정보를 전달하는 영상 출력 장치와, 보행자의 신체에 착용되어 보행자에게 다양한 촉각 정보를 제공하는 방식으로 보행자에게 보행 정보를 전달하는 촉각 출력 장치와, 음성 정보를 출력하는 방식으로 보행자에게 보행 정보를 전달하는 음성 출력 장치 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 연산 모듈을 통해 산출된 정보를 별도의 외부 단말기에 전송하기 위한 상태 정보 제공 모듈을 더 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 명령 입력부, 주변 상황 인식 모듈, 행동 예측 모듈, 연산 모듈, 보행 정보 제공 모듈 및 상태 정보 제공 모듈이 각각 상호 무선 통신을 통해 연계되도록 별도의 통신 모듈을 더 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에 의하면, 보행자가 입력한 보행 목적에 따라 보행 주변 환경을 파악하여 보행 경로를 제공함과 동시에 보행자의 외적인 보행 상태 및 내적인 심리 상태를 파악하여 실시간으로 최적의 보행 정보를 제공함으로써, 보행을 위한 의사 결정을 지능적으로 보조하여 이를 보행자에게 제공할 수 있고, 이에 따라 보행자의 보행 편의성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 다양한 기능의 명령을 입력할 수 있는 명령 입력부와, 네트워크 환경 및 각종 센서들을 이용하여 다양한 주변 환경 정보를 파악할 수 있는 주변 환경 인식 모듈을 구비함과 동시에 보행자의 외적인 보행 상태 및 내적인 심리 상태까지도 파악할 수 있는 행동 예측 모듈을 구비하여, 이를 통해 인식된 정보들을 조합 연산하여 최적의 보행 정보를 실시간으로 제공하도록 구성됨으로써, 보행자 개개인의 특성에 따라 각각 서로 다른 최적의 보행 정보를 제공할 수 있고, 동일한 보행자인 경우에도 보행자의 내적 외적 상태에 따라 서로 다른 최적의 보행 정보를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 보행 경로 제공, 손상된 신체 기능에 대한 치료 기능 및 손상된 신체 기능에 대한 보완 기능을 제공하도록 구성됨으로써, 단순히 시각 장애인을 위한 용도 뿐만 아니라 일부 보행 장애를 갖는 사람이나 비장애인에게도 모두 유용하게 활용될 수 있으며, 특히, 보행 정보 제공 모듈의 구성이 다양한 형태로 구성되기 때문에 그 활용 범위를 더욱 확장시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 보조 장치의 개략적인 구성을 개념적으로 도시한 블록도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 보조 장치의 명령 입력부에 대한 구성을 개략적으로 도시한 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 보조 장치의 주변 환경 인식 모듈에 대한 구성을 개략적으로 도시한 블록도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 보조 장치의 행동 예측 모듈에 대한 구성을 개략적으로 도시한 블록도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 보조 장치의 보행 정보 제공 모듈에 대한 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 보행 보조 장치는 시각 장애인 뿐만 아니라 일부 보행 장애가 있는 사람이나 비장애인에게도 모두 사용 가능한 장치로서, 사용자에게 기본적인 보행 안내 기능을 수행함과 동시에 사용자의 보행 상태 및 심리 상태를 실시간으로 파악하여 이에 대응되는 적절한 방식의 보행 안내 기능을 수행할 수 있고, 사용자의 선택에 따라 다양한 보행 경로 등을 제공할 수 있는 장치이다. 즉, 사람의 보행에 필요한 다양한 정보들을 파악하여 보행자에게 제공함으로써 보행자의 보행 편의성을 증대시키도록 구성된다.

먼저, 사람의 보행에 필요한 정보들에 대해 살펴보면, 이는 크게 보행자의 보행 목적, 보행자의 상태 정보, 주변의 환경 정보 및 보행 경로 정보로 나눌 수 있다. 보행자의 보행 목적은 보행자가 어느 위치로(where) 어떻게(how) 도달하고자 하는지에 대한 정보인데, 이때, 위치(where)는 보행자의 시작점을 기준으로 주어질 수도 있고, 지도상의 특정 위치로 정해질 수도 있다. 또한, 어떻게(how)는 가장 빠른길, 가장 안전한 길, 가장 편안한 길 등 보행자의 상태에 따라 다양하게 주어질 수 있다. 보행자의 상태 정보는 현재 보행자의 동역학적 위치, 속도, 가속도 정보와 같은 외적 정보와 보행 중 발생하는 모든 심리적 내적 상태를 포함한다. 주변의 환경 정보는 보행자 주변의 장애물의 위치, 보행자 주변의 보행을 방해할 수 있는 요소 및 보행자 주변의 위험 요소 등과 같은 공간적인 정보를 비롯하여, 보행중인 장소의 지명, 역할 등의 의미적 정보를 포함한다. 보행 경로 정보는 보행자의 목적을 달성하기 위해 보행자가 가야할 국지적 영역의 방향 및 광역적 영역의 방향을 모두 포함하는 개념으로 정리할 수 있다.

사람은 보행 중 이러한 정보들은 끊임없이 분석하고 계산하여 원하는 보행 목적을 달성하게 되는데, 이러한 목적 달성의 성공률은 인간의 보행 능력에 크게 좌우된다. 일례로 정상 보행이 가능한 비장애인의 경우 상대적으로 큰 어려움 없이 보행을 성공적으로 수행할 수 있으나, 파킨슨씨병 등 보행 관련 질환을 앓고 있는 환자의 경우에는 보행에 대한 정확한 판단을 내리지 못하여 성공적 보행에 어려움을 겪을 수 있다. 더욱이 맹인과 같은 중증 장애인의 경우에는 보행을 위한 정보들을 받아들이기 어렵기 때문에 보행에 훨씬 더 큰 어려움을 겪게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 보행 보조 장치는 비장애인, 경미한 보행 장애인 및 중증 보행 장애인 모두에게 적용 가능하도록 인간 친화적 시스템을 통해 보행 정보를 획득하고, 이러한 보행 정보를 보행자에게 직관적으로 제공할 수 있도록 구성된다. 이러한 보행 보조 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 명령 입력부(10)와, 주변 환경 인식 모듈(20)과, 행동 예측 모듈(30)과, 연산 모듈(40)과, 보행 정보 제공 모듈(50)을 포함하여 구성된다.

명령 입력부(10)는 보행에 대한 다양한 명령을 입력할 수 있도록 구성되는데, 주로 보행 목적과 관련된 정보를 사용자가 입력할 수 있도록 구성된다. 예를 들면, 보행 목적지가 어디인지, 어떻게 도달하기 원하는지, 현재 필요한 보행 정보가 무엇인지 등에 대해 입력할 수 있도록 다양한 형태의 입력 기능을 갖도록 구성된다. 주변 환경 인식 모듈(20)은 보행자의 주변 환경에 대한 공간적인 정보를 실시간으로 파악할 수 있도록 구성되는데, 유/무선 네트워크와 연계되어 주변의 상황 정보를 파악하거나 보행자의 절대 위치, 주변의 장애물 등을 파악할 수 있도록 구성되며, 행동 예측 모듈(30)은 보행자의 보행 상태 및 보행자의 심리 상태를 실시간으로 파악할 수 있도록 구성된다. 연산 모듈(40)은 명령 입력부(10), 주변 환경 인식 모듈(20) 및 행동 예측 모듈(30)을 통해 파악된 정보들을 인가받고, 인가된 다양한 정보를 연산하여 명령 입력부(10)를 통해 입력된 보행 목적 달성을 위한 최적의 정보를 산출하도록 구성된다. 보행 정보 제공 모듈(50)은 이러한 연산 모듈(40)을 통해 산출된 최적의 정보를 보행자에게 전달하도록 구성된다.

이러한 구성에 따라 명령 입력부(10)를 통해 보행 목적이 입력되면, 이후 주변 환경 인식 모듈(20) 및 행동 예측 모듈(30)을 통해 획득된 보행자의 주변 환경에 대한 공간적인 정보와 보행자의 보행 상태 및 심리 상태 등에 따라 연산 모듈(40)에 의해 최적 정보가 산출되고, 이와 같이 산출된 최적 정보가 보행 정보 제공 모듈(50)을 통해 보행자에게 전달된다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 보조 장치는 연산 모듈(40)을 통해 보행자의 보행 목적에 따라 최적의 보행 경로를 제공하고, 또한 단순히 장애물 존재 여부만을 보행자에게 전달하는 방식이 아니라 행동 예측 모듈(30)을 통해 획득된 보행자의 보행 상태 및 심리 상태에 따라 실시간으로 보행자에게 항상 최적의 보행 정보를 제공할 수 있다.

각각의 구성에 대해 좀 더 자세히 살펴보면, 명령 입력부(10)는 별도의 입력 단말기의 형태로 구성되거나 신체에 착용하는 형태로 다른 구성 요소에 결합되는 방식으로 형성될 수 있는데, 이러한 명령 입력부(10)는 다양한 입력 방식을 채택할 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이 음성 조작을 통해 명령을 입력할 수 있는 마이크(11), 터치 패널과 같이 터치 조작을 통해 명령을 입력하는 터치 입력부(12) 또는 버튼 조작을 통해 명령을 입력하는 버튼부(13) 등의 형태로 구성될 수 있다. 명령 입력부(10)는 이러한 마이크(11), 터치 입력부(12) 및 버튼부(13) 중 어느 하나의 형태만으로 구성될 수 있으며, 이 중 2개 이상을 조합한 형태로도 구성될 수 있다. 예를 들면, 마이크(11)는 후술하는 보행 정보 제공 모듈(50)의 음성 출력 장치(55)와 연결된 하나의 장치로 보행자의 머리 부분에 착용할 수 있는 형태로 구성될 수 있으며, 별도의 단말기를 통해 터치 입력부(12)와 버튼부(13)가 형성되도록 구성될 수 있다.

이러한 명령 입력부(10)는 보행자가 보행의 목적지 및 보행 경로의 종류를 입력할 수 있도록 구성된다. 즉, 명령 입력부(10)는 보행 목적지를 입력하는 목적지 입력 기능과, 보행 경로에 대한 특성을 선택 입력할 수 있는 경로 선택 기능을 갖도록 구성된다. 이때, 목적지 입력 기능은 목적지의 주소나 상호명, 건물명 등으로 다양하게 입력 가능하도록 구성될 수 있고, 경로 선택 기능은 안전한 길, 빠른 길 또는 편안한 길 등 경로에 대한 특성을 사용자가 선택할 수 있도록 구성될 수 있다.

주변 환경 인식 모듈(20)은 도 3에 도시된 바와 같이 유/무선 네트워크와 연계되어 특정 공간에 대한 정보를 획득할 수 있는 네트워크 정보 획득부(21)와, 지도상에서 보행자의 절대 위치를 인식할 수 있는 위치 정보 센서(22)와, 보행자 주변의 장애물을 탐지할 수 있는 장애물 탐지 센서(23)와, 보행자 주변의 3차원 영상 정보를 추출할 수 있는 영상 센서(24) 중 적어도 어느 하나 이상을 구비하는 형태로 구성될 수 있다.

네트워크 정보 획득부(21)는 유/무선 네트워크와 연계되어 주변의 상황 정보를 획득하기 위한 장치인데, 예를 들면, 특정 건물 내부의 배치도, 엘리베이터 및 계단의 위치, 건물 내 거주하는 사람의 정보 등이 네트워크 상으로 제공되고 있다면, 여기서 필요한 정보를 네트워크 정보 획득부(21)를 통하여 받아들일 수 있고 이러한 정보를 보행 경로를 결정하는데 사용할 수 있다. 위치 정보 센서(22)는 지도상 혹은 지구상에서의 특정 지점에 대한 절대 위치 인식을 위한 장치로, GPS 등과 같은 인공위성 기반 위치 정보 제공 센서 및 자기장을 이용하여 절대 방향을 인식하는 마그네틱 센서 등을 포함하여 구성될 수 있으며, 이를 통해 현재 보행자의 위치에 따른 보행 경로를 실시간으로 제공할 수 있다. 장애물 탐지 센서(23)는 보행자 주위의 장애물을 탐지해 내는 장치로, 거리를 측정할 수 있는 모든 센서(초음파, 적외선, 레이저) 및 이들의 운영을 통해 일정 각도 이상의 거리를 스캔할 수 있는 센서를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 장애물 탐지 센서(23)를 통해 보행자 주변의 3차원 거리 정보를 실시간으로 추출할 수 있으며, 따라서 보행자 주변에 돌발적으로 발생하는 장애물 등을 원활하게 파악하여 보행자에게 경고함과 동시에 이를 회피하여 보행할 수 있는 방법 등을 제공할 수 있다. 영상 센서(24)는 보행자 주위의 3차원 영상 정보 추출을 위한 스테레오 카메라 혹은 2차원 영상 정보 추출을 위한 모노 카메라 혹은 360도 영상 정보 추출을 위한 파노라마 카메라 등을 포함하는 영상 정보 제공 장치로서, 이를 통해 장애물 탐지 센서(23)를 작동시킬 수도 있으며, 영상 센서(24)를 통해 추출된 영상 정보를 후술하는 상태 정보 제공 모듈(60)을 통해 별도의 외부 단말기에 전송할 수도 있을 것이다.

행동 예측 모듈(30)은 도 4에 도시된 바와 같이 보행자의 내적인 심리 상태를 실시간으로 파악할 수 있도록 보행자의 생체 신호를 측정하는 신체 정보 센서(31)와, 보행자의 외적인 보행 상태를 실시간으로 파악할 수 있도록 보행자의 보행 속도 및 가속도를 측정할 수 있는 중력 정보 센서(32)를 포함하여 구성될 수 있다. 신체 정보 센서(31)는 보행자의 현재 심리 상태 및 의도를 예측하기 위한 장치로서, 뇌파 인식을 위한 EEG 센서, 근전도 측정을 위한 EMG 센서, 안구 근육 운동 측정을 위한 EOG 센서 등을 포함하여 구성될 수 있다. 사람의 심리 상태 변화는 뇌파, 근전도 신호 등을 통해 일정 부분 파악할 수 있으며, 이를 통해 사람의 행동을 예측할 수도 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 신체 정보 센서(31)는 이러한 보행자의 생체 신호를 측정하여 보행자의 심리 상태를 실시간으로 측정하고 이에 따라 적절한 보행 경로 및 보행 정보 등을 조절하여 보행자에게 제공할 수 있다. 중력 정보 센서(32)는 보행자의 동역학적 정보를 측정하기 위한 장치로서, 보행자의 보행 속도 및 가속도를 측정할 수 있는 가속도 센서, 자이로스코프, 마그네틱 센서 등을 포함하여 구성될 수 있다. 또한 이러한 중력 정보 센서(32)는 측정된 보행 속도 및 가속도를 이용하여 출발지를 기준으로 한 보행자의 현재 위치 등을 파악할 수 있고, 이를 통해 현재 상태에서 국지적 영역 및 광역적 영역의 보행 방향을 제공할 수 있다.

연산 모듈(40)은 도 1에 도시된 바와 같이 명령 입력부(10)를 통해 입력된 보행 목적과, 주변 환경 인식 모듈(20)을 통해 파악된 주변 환경에 대한 공간적인 정보와, 행동 예측 모듈(30)을 통해 파악된 보행자의 보행 상태 및 심리 상태 정보를 인가받아 어떠한 보행 정보를 보행자에게 피드백할 것인지 결정하는데, 이를 위해 다양한 기본 정보들이 저장되는 데이터 베이스(41)와, 주변 환경 인식 모듈(20)을 통해 인가된 정보를 데이터 베이스(41)의 정보를 이용하여 해석하는 센서 정보 해석부(42)와, 데이터 베이스(41)의 정보 및 행동 예측 모듈(30)을 통해 인가된 정보를 이용하여 보행자의 보행 상태 또는 심리 상태를 판단하는 보행자 의도 판단부(43)와, 이러한 명령 입력부(10), 센서 정보 해석부(42) 및 보행자 의도 판단부(43)로부터 정보를 인가받고 인가된 정보를 연산하여 최적의 보행 정보를 산출하는 출력 정보 산출부(44)를 포함하여 구성된다.

데이터 베이스(41)는 지능적 계산을 위하여 필요한 다양한 기본 데이터들을 저장하도록 구성된다. 예를 들면, 도시 내 보행을 위한 지도 정보, 산악 보행을 위한 지형 정보, 인간의 생체 신호로부터 추정 가능한 다양한 심리상태 정보 등을 저장할 수 있다.

센서 정보 해석부(42)는 주변 환경 인식 모듈(20)에서 제공된 다양한 정보들을 데이터 베이스(41)에 저장된 정보를 활용하여 보행에 필요한 정보들만을 추출해내도록 구성된다. 예를 들면, 네트워크 정보 획득부(21)로부터 엘리베이터가 건물 안에 존재하고 있음을 파악한 경우, 영상 센서(24)를 통해 추출된 영상과 데이터 베이스 내에 존재하는 일반적 엘리베이터 형태를 영상 매칭기법을 통해 파악할 수 있다. 또한, 이와 같이 건물 내에 엘리베이터가 존재하거나 명령 입력부(10)로부터 획득된 명령이 복도를 따라 이동하는 명령인 경우, 장애물 탐지 센서(23)를 통해 획득된 정보를 이용하여 복도의 방향을 추정해 낼 수 있다.

보행자 의도 판단부(43)는 행동 예측 모듈(30)로부터 측정된 신호와 데이터 베이스(41) 내의 정보를 활용하여 현재 보행자의 상태를 예측하도록 구성된다. 예를 들면, 신체 정보 센서(31)에 의해 측정된 보행자의 생체 신호를 데이터 베이스(41) 내에 저장되어 있는 기준 정보와 매칭하여 인간의 현재 심리적 상태 및 의도를 파악할 수 있다. 일례로 파킨슨씨병 환자의 경우, 정상적인 보행을 하다가도, 문을 만나는 경우 순간적으로 보행을 주저하게 되는 증상을 보이는데, 이 경우 환자의 EEG신호를 신체 정보 센서(31)를 통해 읽어내고, 이를 데이터 베이스(41) 내에 있는 파킨슨씨병 환자 정보와 비교하여, 보행자가 문을 만나 두려워하고 있다는 심리 상태를 예측 할 수 있다. 이때, 환자는 두려운 심리 상태에 따라 그 보행 속도가 급격히 느려질 수 있는데, 이러한 보행 속도 변화는 중력 정보 센서(32)에 의해 파악될 수 있으므로, 중력 정보 센서(32)에 의한 정보 또한 신체 정보 센서(31)에 의한 정보와 함께 환자의 심리 상태를 파악하는 요소로 활용될 수 있다.

출력 정보 산출부(44)는 이상에서 판단된 다양한 정보들 중에서 현재 보행자에게 가장 좋은 보행 정보를 산출하도록 구성된다. 즉, 명령 입력부(10)로부터 제공된 혹은 현재 보행자가 제공하고 있는 다양한 정보들을 바탕으로 보행자의 최종 보행 목적을 파악하고, 센서 정보 해석부(42)로부터 입력되는 현재 주변 환경 정보와 보행자 의도 판단부(43)로부터 입력되는 보행자의 외적 내적 상태를 바탕으로, 최종 목적 달성에 도움이 되는 정보들을 판단하여 산출한다. 예를 들면, 명령 입력부(10)로부터 획득된 명령이 도시에서 특정 목적지로 이동하는 것으로 지시된 경우, 출력 정보 산출부(44)는 데이터 베이스(41)에 저장되어 있는 지도 정보와 위치 정보 센서(22)로부터 입력된 현재 위치 정보를 결합하여, 특정 목적지로 가기 위한 다양한 보행 경로를 생성하고, 센서 정보 해석부(42) 및 의도 판단부(43)로부터 파악된 보행자 상태에 따라 현재 보행자에게 제공해야 할 최적 정보를 추출한다. 다른 예로, 명령 입력부(10)로부터 붐비는 건물 내부에서 타인과의 접촉을 최소화하며 안전하게 특정 목적지로 이동하기를 요구받은 경우, 건물 내에서 무선으로 제공되는 건물 자체 정보를 네트워크 정보 획득부(21)통해 입력받고, 주변의 장애물(사람 혹은 건물 자체)에 대한 정보 및 위험 부분(계단, 난간 등)에 대한 정보를 장애물 탐지 센서(23)를 통해 입력받고, 인간의 현재 상태를 신체 정보 센서(31)로부터 입력받아, 최종 목적에 부합하는 경로를 생성해 내는 역할을 수행한다.

보행 정보 제공 모듈(50)은 연산 모듈(40)로부터 산출된 최적 정보를 보행자에게 전달하도록 구성되는데, 도 5에 도시된 바와 같이 보행자의 신체에 착용되어 특정 부분에 진동을 발생시키는 방식으로 보행자에게 보행 정보를 전달하는 진동 장치(51)와, 보행자의 신체에 착용되어 보행자의 신체 특정 부위에 외력을 작용시키는 방식으로 보행자에게 보행 정보를 전달하는 힘반향 장치(52)와, 영상 정보를 출력하는 방식으로 보행자에게 보행 정보를 전달하는 영상 출력 장치(53)와, 보행자의 신체에 착용되어 보행자에게 다양한 촉각 정보를 제공하는 방식으로 보행자에게 보행 정보를 전달하는 촉각 출력 장치(54)와, 음성 정보를 출력하는 방식으로 보행자에게 보행 정보를 전달하는 음성 출력 장치(55) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 방식으로 구성된다.

진동 장치(51)는 특정 부분의 진동을 통해 필요한 정보를 제공하는 장치로서, 예를 들면, 진동 장치(51)를 양손에 착용하는 반지나 팔지의 형태로 구성하고, 양손에 착용된 반지나 팔찌의 선택적 진동을 통해 보행 방향을 왼쪽 또는 오른쪽으로 향하도록 보행자에게 전달할 수 있다. 이외에도 벨트의 형태로 구성되어 보행 방향을 좀더 세분화하여 보행자에게 전달하도록 구성될 수 있는 등 신체에 착용되는 다양한 형태로 변경 가능하다.

힘반향 장치(52)는 보행자에게 미리 학습된 특정 방향으로 힘을 작용시킴으로써 보행자에게 보행 정보를 제공하는 장치로서, 예를 들면, 힘반향 장치(52)를 허리에 착용하는 벨트의 형태로 형성하고, 벨트의 내측면에 에어백과 에어백 구동 장치를 마련하는 방식으로 구성되어, 특정 부분의 에어백을 부풀게 하여 보행자에게 외력을 가함으로써 보행 방향을 제공하도록 구성될 수 있으며, 에어백의 부푼 정도를 보행 방향에 대한 이탈 정도에 따라 단계적으로 변화시켜 보행 방향을 더욱 세분화하여 정확하게 제공하도록 구성될 수 있다. 다른 예로서, 힘반향 장치(52)를 맹인용 지팡이로 구현할 수 있으며, 이 경우에는 지팡이의 길이 변화를 통해 맹인에게 주행 정보를 직관적으로 전달하도록 구성될 수 있다.

영상 출력 장치(53)는 영상 센서(24)로부터 추출된 영상 정보를 HMD(Head Mounted Display)를 통해 전달하거나 혹은 붉은색 점과 같은 특정 영상을 보행자의 시야 범위 내에 보행 방향에 따라 변화하도록 출력함으로써 보행자에게 보행 정보를 제공하도록 구성될 수 있다.

촉각 출력 장치(54)는 다양한 정보를 촉각을 통해 전달하기 위한 장치로서, 예를 들면, 손바닥 혹은 손등과 같이 촉각이 민감한 부분에 부착된 촉각센서의 형태로 구성할 수 있고, 이 경우 영상센서(24)로부터 취득된 영상 정보를 단순화하여 촉각센서를 통해 보행자에게 전달하는 방식으로 구성할 수 있다. 이러한 방식은 촉각의 위치 및 그 강약의 정도를 통해 개략적 영상을 파악할 수 있다는 점에서 맹인의 경우에도 원활하게 사용할 수 있는 구조이다. 또한, 촉각 출력 장치(54)는 촉각 입력이 가능한 장치들이 부착된 모자의 형태로 구성될 수도 있는데, 이러한 장치에는 중력 정보 센서(32)로부터 입력된 현재 보행자의 다양한 동역학 정보들을 모자를 통해 보행자에게 전달할 수 있다. 따라서, 평형 감각 기능에 이상이 발생하여 정상적 보행이 힘든 환자의 경우, 이러한 방식을 통해 자신의 보행을 촉각을 통해 느낄 수 있도록 도와줄 수 있다.

음성 출력 장치(55)는 보행자에게 음성 신호로 보행 정보를 제공하는 장치로서, 헤드폰이나 이어폰의 형태로 구성될 수 있으며, 소음이 심한 곳이나 시각 장애 정도가 큰 보행자에게 특히 유용하게 사용될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 보조 장치는 다양한 기능의 명령을 입력할 수 있는 명령 입력부(10)와, 네트워크 환경 및 각종 센서들을 이용하여 다양한 주변 환경 정보를 파악할 수 있는 주변 환경 인식 모듈(20)을 구비함과 동시에 보행자의 외적인 보행 상태 및 내적인 심리 상태까지도 파악할 수 있는 행동 예측 모듈(30)을 구비하고, 이를 통해 인식된 정보들을 조합 연산하여 최적의 보행 정보를 실시간으로 제공하도록 구성된다. 따라서, 보행자 개개인의 특성에 따라 각각 서로 다른 최적의 보행 정보를 제공할 수 있고, 동일한 보행자인 경우에도 보행자의 내적 외적 상태에 따라 서로 다른 최적의 보행 정보를 제공할 수 있다. 또한, 이러한 구성에 따라 단순히 시각 장애인을 위한 용도 뿐만 아니라 전술한 바와 같이 일부 보행 장애를 갖는 사람이나 비장애인에게도 모두 유용하게 활용될 수 있으며, 특히, 보행 정보 제공 모듈(50)의 구성이 다양한 형태로 구성되기 때문에 그러한 활용 범위가 더욱 확장될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 보조 장치는 연산 모듈(40)을 통해 산출된 보행자 관련 정보를 별도의 외부 단말기에 전송하기 위한 상태 정보 제공 모듈(60)을 더 포함하여 구성될 수 있다. 상태 정보 제공 모듈(60)은 보행자의 현재 위치 또는 보행자의 내적 외적 상태 등의 정보를 보행자가 아닌 다른 사람에게 전송하기 위한 장치로서, 예를 들면, 보행자의 현재 위치를 네트워크를 통해 계속해서 보호자에게 전송하거나 또는 행동 예측 모듈(30)을 통해 보행자가 쓰러진 것으로 파악된 경우 이 정보를 병원 등에 전송하는 방식으로 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 보조 장치는 전술한 바와 같이 명령 입력부(10)와, 주변 상황 인식 모듈(20)과, 행동 예측 모듈(30)과, 연산 모듈(40)과, 보행 정보 제공 모듈(50)과, 상태 정보 제공 모듈(60)이 구비되는데, 이러한 구성 요소들이 각각 상호 무선 통신을 통해 연계되도록 별도의 통신 모듈(70)을 더 포함하는 것이 바람직하다. 즉, 각 구성 요소들은 전술한 바와 같이 인체의 다양한 부분에 각각 분산 장착되거나 또는 별도의 본체 내에 특정 구성 요소가 수용되는 형태로 구성될 수 있는데, 이때 각각의 구성 요소는 모두 통신 가능하게 연계되어야 한다. 예를 들면, 보행 보조 장치가 전술한 바와 같이 양손에 착용하는 반지나 팔지 형태로 구성될 수도 있고, 허리에 착용하는 벨트와 맹인용 지팡이 형태로 분리되어 구현될 수도 있으며, 진동 장치(51)의 기능을 보행자의 휴대폰을 통해 구현하는 방식으로 구성될 수도 있으므로, 이러한 각 구성 요소가 사용상의 편의를 위해 모두 상호 무선 통신 가능하게 연계되는 것이 바람직하며, 이를 통해 일부 기능을 기존 기기와의 융합을 통해 구현할 수도 있을 것이다.

다음으로 이상에서 설명한 보행 보조 장치의 다양한 활용예를 살펴보면, 이는 전술한 바와 같이 비장애인, 경미한 보행 장애인 및 중증 보행 장애인 모두에게 각각 활용될 수 있다.

먼저, 비장애인을 위한 활용예로는 경로 제공 서비스의 형태로 제공될 수 있다. 즉, 비장애인이 처음 방문하는 지역에서 특정 지점으로 이동하기를 원할 때, 일반적인 경우 지도를 살펴보고 그 경로를 계획해야 하는데, 본 장치를 활용할 경우, 목적지를 명령 입력부(10)를 통해 보행 보조 장치에 입력하면, 보행 보조 장치가 주변 환경 인식 모듈(20)과 데이터 베이스(41) 내의 지도를 연동하여 자동으로 가야할 길의 경로를 계획하고, 자동으로 인식된 경로는 다양한 형태의 보행 정보 제공 모듈(50)을 통해 보행자에게 된다. 예를 들어, 보행 보조 장치가 양손가락에 착용하는 반지 혹은 팔찌와 같은 형태일 경우, 방향 전환이 필요한 곳에서 왼쪽 혹은 오른쪽의 진동 장치(51)를 통해 방향 전환 필요성 및 목표 방향을 알려 줄 수 있으며, 또한 비장애인이 대형 마트에서 구매가 필요한 물품들의 리스트를 시스템에 입력하면, 네트워크 정보 획득부(21)가 마트 내의 정보를 획득하고 필요한 물품이 있는 곳을 방문할 수 있는 최단 경로를 생성 한 후, 보행 정보 제공 모듈(50)을 통해 보행자를 인도할 수 있다.

경미한 보행 장애인에 대한 활용예로는 보행 판단에 대한 보조 역할을 수행함과 동시에 치료 시스템의 형태로도 제공될 수 있다. 즉, 파킨슨씨병 등의 환자가 문을 인식한 이후 두뇌에서 이를 지나갈 수 없는 영역으로 판단하여 보행이 어려워진 경우, 이러한 심리 상태는 행동 예측 모듈(30)을 통해 파악되며, 주변 환경 인식 모듈(20) 및 연산 모듈(40)을 통해 문에 대한 상태를 충분히 지나갈 수 있다는 것으로 판단한 후에, 보행 정보 제공 모듈(50)을 통해 이를 보행자에게 알려주고 또한 이를 위해 필요한 보행 방향 혹은 보행 속도 등을 힘반향 장치(54) 등을 통해 제공할 수 있다. 이 경우, 보행 보조 장치는 벨트 형태로 제작될 수 있으며, 벨트 안쪽으로 에어백 등의 힘반향이 가능한 장치를 설치함으로써, 직관적인 힘반향을 가능하게 할 수 있다. 또한 경미한 보행 장애인이 보행 중 위험 요소를 판단하지 못하여, 계단이나 난간이 앞에 있음에도 불구하고 속도를 내어 걷고 있을 경우 이를 중력 정보 센서(32)로 인지한 후, 보행 정보 제공 모듈(50)을 통해 급히 정지해야 함을 알려줄 수도 있다. 아울러, 이러한 과정을 반복해서 적용함으로써, 손상된 뇌 부위의 기능을 다시 학습시킬 수 있고 이를 통해 단순한 보행 보조 수단으로서의 기능 뿐만 아니라, 치료 시스템으로도 활용이 가능하다.

중증 보행 장애인에 대한 활용예로는 손상된 신체 기능을 보완하여 보행을 보조하는 형태로 제공될 수 있다. 즉, 시각이 손상된 장애인에게는 영상 센서(24)의 정보를 단순화하고, 이를 촉각 출력 장치(54)를 통해 장애인에게 다시 전달해 줌으로써, 촉각으로 영상을 느낄 수 있도록 보조해 줄 수 있고, 관성 감각을 상실한 장애인에게는 중력 정보 센서(32)에 의한 정보를 힘반향 장치(52) 혹은 촉각 출력 장치(54) 등을 통해 제공함으로써, 중심을 잃지 않고 보행이 가능하도록 도움을 줄 수 있다. 이와 더불어 혹은 별개로, 이상에서 기술된 다양한 형태의 구성들을 분산 구현함으로써, 시각 장애인의 보행을 더욱 용이하게 할 수 있다. 예를 들면, 힘반향 장치(52) 및 각종 센서를 에어백이 부착된 벨트 형태로 장애인의 허리에 부착하고, 보다 직관적인 입력을 위하여 음성 출력 장치(55)인 이어폰을 장애인이 착용토록 하며, 진동 장치(51)를 장애인의 지팡이 손잡이 부분에 간단히 추가 구현하고, 이들을 통신 모듈(7)을 통해 근거리 네트워크로 연결하면, 장애인의 손실된 보행 기능을 본 발명의 보행 보조 장치가 총체적으로 보조해 줄 수 있다. 이외에도 전술한 다양한 형태의 다른 구성 또한 동시에 분산 구현할 수 있으며, 이를 통해 장애인의 손상된 신체 기능을 보완할 수 있고, 이에 따라 장애인의 보행 또한 더욱 용이하게 수행될 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 명령 입력부 20: 주변 환경 인식 모듈
30: 행동 예측 모듈 40: 연산 모듈
50: 보행 정보 제공 모듈 60: 상태 정보 제공 모듈
70: 통신 모듈

Claims (9)

1. 보행에 대한 다양한 명령을 입력할 수 있는 명령 입력부;
   보행자의 주변 환경에 대한 공간적인 정보를 파악하는 주변 환경 인식 모듈;
   보행자의 보행 상태 및 심리 상태를 실시간으로 파악하는 행동 예측 모듈;
   상기 명령 입력부, 주변 환경 인식 모듈 및 행동 예측 모듈을 통해 인가된 다양한 정보를 연산하여 보행 목적 달성을 위한 최적의 정보를 산출하는 연산 모듈; 및
   상기 연산 모듈을 통해 산출된 정보를 보행자에게 전달하는 보행 정보 제공 모듈
   을 포함하는 보행 보조 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 명령 입력부는
   음성 조작을 통해 명령을 입력하는 마이크와, 터치 조작을 통해 명령을 입력하는 터치 입력부와, 버튼 조작을 통해 명령을 입력하는 버튼부 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 명령 입력부는
   보행 목적지를 입력하는 목적지 입력 기능과 보행 경로에 대한 특성을 선택 입력할 수 있는 경로 선택 기능을 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 보행 보조 장치.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 주변 환경 인식 모듈은
   유/무선 네트워크와 연계되어 특정 공간에 대한 정보를 획득할 수 있는 네트워크 정보 획득부와, 지도상에서 보행자의 절대 위치를 인식할 수 있는 위치 정보 센서와, 보행자 주변의 장애물을 탐지할 수 있는 장애물 탐지 센서와, 보행자 주변의 3차원 영상 정보를 추출할 수 있는 영상 센서 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 행동 예측 모듈은
   보행자의 생체 신호를 측정할 수 있는 신체 정보 센서와, 보행자의 보행 속도 및 가속도를 측정할 수 있는 중력 정보 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 장치.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 연산 모듈은
   다양한 기본 정보들이 저장되는 데이터 베이스와, 상기 주변 환경 인식 모듈을 통해 인가된 정보를 상기 데이터 베이스의 정보를 이용하여 해석하는 센서 정보 해석부와, 상기 데이터 베이스의 정보 및 상기 행동 예측 모듈을 통해 인가된 정보를 통해 보행자의 보행 상태 또는 심리 상태를 판단하는 보행자 의도 판단부와, 상기 명령 입력부, 센서 정보 해석부 및 보행자 의도 판단부를 통해 인가된 정보를 연산하여 최적의 보행 정보를 산출하는 출력 정보 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 장치.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 보행 정보 제공 모듈은
   보행자의 신체에 착용되어 특정 부분에 진동을 발생시키는 방식으로 보행자에게 보행 정보를 전달하는 진동 장치와, 보행자의 신체에 착용되어 보행자의 신체 특정 부위에 외력을 작용시키는 방식으로 보행자에게 보행 정보를 전달하는 힘반향 장치와, 영상 정보를 출력하는 방식으로 보행자에게 보행 정보를 전달하는 영상 출력 장치와, 보행자의 신체에 착용되어 보행자에게 다양한 촉각 정보를 제공하는 방식으로 보행자에게 보행 정보를 전달하는 촉각 출력 장치와, 음성 정보를 출력하는 방식으로 보행자에게 보행 정보를 전달하는 음성 출력 장치 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 장치.
   
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 연산 모듈을 통해 산출된 정보를 별도의 외부 단말기에 전송하기 위한 상태 정보 제공 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 장치.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 명령 입력부, 주변 상황 인식 모듈, 행동 예측 모듈, 연산 모듈, 보행 정보 제공 모듈 및 상태 정보 제공 모듈이 각각 상호 무선 통신을 통해 연계되도록 별도의 통신 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 장치.
   

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