KR102232475B1

KR102232475B1 - A smart insole system for diagnosis

Info

Publication number: KR102232475B1
Application number: KR1020170123758A
Authority: KR
Inventors: 신경진
Original assignee: 신경진
Priority date: 2017-09-25
Filing date: 2017-09-25
Publication date: 2021-03-25
Also published as: KR20190035025A

Abstract

본 발명은 생체 진단용 스마트 인솔 시스템에 관한 것으로 특히 사람의 걸음 걸이기 발바닥에 분포되는 압력을 직교하는 3축 방향에서 모두 감지할 수 있도록 착용자의 보행 시 가해지는 압력을 감지하는 복수의 센서 모듈이 내장된 인솔과, 상기 복수의 센서 모듈에서 제공되는 압력 정보를 지면에 평행한 기준면 상의 두 축인 X축, Y축 및 이들에 직교하는 중력 방향인 Z축 방향의 성분으로 변환하여 제공하는 변환부를 포함하여 구성된다.The present invention relates to a smart insole system for biometric diagnosis, and in particular, a plurality of sensor modules for sensing the pressure applied when the wearer is walking so that the pressure distributed on the foot of a person's gait can be detected in the orthogonal three-axis direction is built-in. Including a converted insole and a conversion unit that converts pressure information provided from the plurality of sensor modules into components in the X-axis and Y-axis, which are two axes on a reference plane parallel to the ground, and the Z-axis direction, which is a gravitational direction orthogonal to them. It is composed.

Description

생체 진단용 스마트 인솔 시스템 {A smart insole system for diagnosis}A smart insole system for diagnosis}

본 발명은 생체 진단용 스마트 인솔 시스템에 관한 것으로 특히 사람의 걸음 걸이 시 발바닥에 분포되는 압력을 직교하는 3축 방향에서 모두 감지할 수 있는 인솔 및 이를 이용한 생체 진단 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a biodiagnostic smart insole system, and in particular, to an insole capable of detecting all of the pressure distributed on the sole of the foot in a three-axis direction orthogonal to a person's walking, and a biodiagnostic system using the same.

인솔(Insole)은 발바닥 아래에 쿠션을 제공하여 발 피로와 통증을 완화하는데 사용되어 왔다. 최근에는 인솔에 각종 센서와 통신 모듈을 부착하여 발의 움직임, 신체의 균형 정보를 모니터링하고 이를 헬스케어, 스포츠, 게임 등에 활용하는 스마트 인솔에 관한 기술 개발이 활발하다. Insoles have been used to relieve foot fatigue and pain by providing cushions under the soles of the feet. Recently, there is an active development of technology for smart insoles that monitor foot movements and body balance information by attaching various sensors and communication modules to insoles, and use them for healthcare, sports, and games.

이러한 스마트 인솔 관련 종래 기술의 일 예로써, 대한민국 특허 공개 제10-2013-0043428호는 착용자의 보행 모드를 측정하기 위한 “인솔 센서”에 관한 것으로써, 이러한 인솔 센서는 그 상면 중 전단부에 배치되고, 착용자의 발 앞부분의 압력 변화를 측정하여 제1센싱값을 생성하는 전단부 센서, 이러한 전단부 센서로부터 연장된 연장부를 통해 연결되어 인솔 센서의 상면 중 후단부에 배치되고 내장된 배터리를 이용하여 발의 뒷부분의 압력 변화를 측정하여 제2센싱값을 생성하고 제1센싱값 및 제2센싱값을 무선 통신을 통해 외부 기기로 전송하는 모듈 패키지를 포함하는 인솔 센서를 개시하고 있다. As an example of such a smart insole-related prior art, Korean Patent Publication No. 10-2013-0043428 relates to a “insole sensor” for measuring a wearer's walking mode, and such an insole sensor is disposed at the front end of the upper surface. And, the front end sensor that generates the first sensing value by measuring the pressure change at the front of the wearer's foot, is connected through an extension extending from the front end sensor and is placed at the rear end of the upper surface of the insole sensor and uses a built-in battery. Thus, there is disclosed an insole sensor including a module package that generates a second sensing value by measuring a pressure change at the back of the foot, and transmits the first sensing value and the second sensing value to an external device through wireless communication.

스마트 인솔 관련 종래 기술의 또 다른 일 예로써, 대한민국 특허 공개 제10-2017-0004589호는 인솔의 움직임 정보를 제공할 수 있는 인솔, 이동 단말기 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 제 1 움직임을 센싱하는 제 1 센싱부와, 제 2 움직임을 센싱하는 제 2 센싱부와, 제 3움직임을 센싱하는 제 3 센싱부와, 움직임 정보를 전송하는 커뮤니케이션부와, 센싱된 제 1 움직임을 토대로, 신발의 이동 방향에 대한 제 1 정보, 센싱된 제 2 움직임을 토대로, 신발의 회전 속도에 대한 제 2 정보, 그리고 센싱된 제 3 움직임을 토대로, 신발의 바닥 압력 세기에 대한 제 3 정보를 산출하고, 산출한 제 1, 제 2, 제 3정보를 토대로, 신발의 움직임 정보를 생성 및 전송하여, 외부의 디스플레이 화면에 표시되는 영상의 움직임을 제어하는 제어부를 포함하는 인솔을 개시하고 있다. As another example of the prior art related to smart insole, Korean Patent Publication No. 10-2017-0004589 relates to an insole capable of providing motion information of an insole, a mobile terminal, and a control method thereof, which senses a first motion. A first sensing unit, a second sensing unit sensing a second motion, a third sensing unit sensing a third movement, a communication unit transmitting motion information, and a shoe movement based on the sensed first movement Based on the first information on the direction, the sensed second movement, the second information on the rotational speed of the shoe, and the sensed third movement, the third information on the floor pressure intensity of the shoe is calculated, and the calculated Disclosed is an insole including a control unit that generates and transmits shoe movement information based on first, second, and third information to control movement of an image displayed on an external display screen.

이러한 종래 기술에 따른 인솔은 압력센서, 가속도 센서, 자이로 센서 등 다양한 센서를 구비하여 착용자의 족압이나 발의 움직임을 모니터링 할 수 있다.The insole according to the prior art may be provided with various sensors such as a pressure sensor, an acceleration sensor, and a gyro sensor to monitor the foot pressure or movement of the foot of the wearer.

본 발명은 인솔에 가해지는 압력을 공간상의 3축 방향에 대하여 모두 획득 할 수 있는 스마트 인솔과, 획득된 압력 분포 정보로부터 보행의 이상 징후, 질병의 유무 등을 진단할 수 있는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention provides a smart insole capable of acquiring all of the pressure applied to the insole in three directions in space, and a system capable of diagnosing abnormal signs of walking, the presence or absence of diseases, etc. from the obtained pressure distribution information. The purpose.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 생체 진단용 스마트 인솔 시스템은 착용자의 보행 시 가해지는 압력을 감지하는 복수의 센서 모듈이 내장된 인솔과, 상기 복수의 센서 모듈에서 제공되는 압력 정보를 지면에 평행한 기준면 상의 두 축인 X축, Y축 및 이들에 직교하는 중력 방향인 Z축 방향의 성분으로 변환하여 제공하는 변환부를 포함한다. The smart insole system for biometric diagnosis according to the present invention for achieving this purpose is a built-in insole with a plurality of sensor modules that detect pressure applied when a wearer is walking, and pressure information provided by the plurality of sensor modules is parallel to the ground. It includes a conversion unit for converting and providing components in a Z-axis direction, which is a direction of gravity orthogonal to the two axes of the X-axis and the Y-axis on one reference plane.

또한, 상기 센서 모듈은 기준면에 나란하게 설치되어 그 상면을 이루는 제1 압력 센서와, 기준면에 대하여 소정의 각도(α) 기울어져 비스듬하게 설치되어 빗면을 이루는 제2 내지 제5 압력 센서를 포함하고, 상기 변환부는 상기 제1 내지 제5 압력 센서가 이루는 기하학적 관계를 이용하여 상기 제1 내지 제5 압력 센서에서 각각 감지되는 압력 정보 P₁, P₂, P₃, P₄, P₅ 를 X축, Y축, Z축 각각의 성분으로 변환된 압력 정보 P_1Z, P_2Z, P_2X, P_3Z, P_3Y, P_4Z, P_4X, P_5Z, P_5Y 를 생성하며, 상기 제1 내지 제5 압력 센서는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 상에 구현된 FSR(Force Sensing Resistor)로 구성된다. In addition, the sensor module includes a first pressure sensor installed parallel to the reference surface to form an upper surface thereof, and second to fifth pressure sensors installed at an angle to form an inclined plane at a predetermined angle α with respect to the reference surface. , The conversion unit X-axis of _{the pressure information P 1} , P ₂ , P ₃ , P ₄ , P ₅ respectively sensed by the first to fifth pressure sensors by using the geometrical relationship formed by the first to fifth pressure sensors. , Y-axis, Z-axis each component of the converted pressure information P _1Z , P _2Z , P _2X , P _3Z , P _3Y , P _4Z , P _4X , P _5Z , P _5Y , and the first to fifth The pressure sensor is composed of FSR (Force Sensing Resistor) implemented on FPCB (Flexible Printed Circuit Board).

또한, 전술한 목적을 달성하기 위한 또 다른 본 발명에 따른 생체 진단용 스마트 인솔 시스템은 제어부와, 착용자의 보행 시 가해지는 압력을 감지하는 복수의 센서 모듈이 내장된 인솔과, 상기 제어부와 상기 센서 모듈 간의 데이터의 송수신 경로를 형성하는 통신부와, 상기 센서 모듈에서 수신된 압력 정보를 지면에 평행한 기준면 상의 두 축인 X축, Y축 및 이들에 직교하는 중력 방향인 Z축 방향의 성분으로 변환된 압력 정보를 생성하여 상기 제어부로 전달하는 변환부와, 상기 제어부에서 변환된 압력 정보를 이미지화하여 사용자에게 제공하기 위한 디스플레이부를 포함하고, 상기 센서 모듈은 기준면에 나란하게 배치되는 상면 센서와, 상기 기준면에 대하여 비스듬하게 각을 이루어 배치되는 복수의 빗면 센서를 포함한다.In addition, another smart insole system for biometric diagnosis according to the present invention for achieving the above object includes a control unit, an insole having a plurality of sensor modules that detect pressure applied when a wearer is walking, and the control unit and the sensor module. A communication unit that forms a transmission/reception path of data between the two and the pressure information received from the sensor module is converted into components in the X-axis and Y-axis, which are two axes on a reference plane parallel to the ground, and the Z-axis direction, which is a gravitational direction orthogonal to the ground. A conversion unit for generating information and transmitting it to the control unit, and a display unit for imageizing pressure information converted by the control unit and providing it to a user, wherein the sensor module includes an upper surface sensor disposed parallel to a reference surface, and the reference surface It includes a plurality of inclined sensors arranged at an angle to the angle.

이러한 본 발명에 따른 생체 진단용 스마트 인솔 시스템은 인솔에 가해지는 3축 방향 압력 분포 정보를 제공하여 인솔의 기준면에 나란한 X축, Y축 방향의 압력 정보를 이용하는 것을 가능하게 한다. The smart insole system for biometric diagnosis according to the present invention provides information on pressure distribution in the three-axis directions applied to the insole, and makes it possible to use pressure information in the X-axis and Y-axis directions parallel to the reference plane of the insole.

또한, 이러한 X축, Y축 방향의 압력 정보는 종래 Z축 방향 압력 정보만 제공하던 스마트 인솔과 달리 압력 정보에 대한 입체적인 분석을 가능하게 하여 보행의 이상 유무 파악과 이에 따른 질병 진단 등에 활용 될 수 있다.In addition, the pressure information in the X-axis and Y-axis directions enables a three-dimensional analysis of the pressure information, unlike the conventional smart insole that only provides pressure information in the Z-axis direction, so that it can be used to determine whether there is an abnormality in walking and diagnose diseases accordingly. have.

도1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 생체 진단용 인솔 시스템의 구성을 도시한 도면.
도2는 도1의 인솔 시스템을 구성하는 인솔을 도시한 평면도.
도3은 도2의 인솔에 내장된 센서 모듈을 도시한 사시도.
도4는 도3의 A-A'선에 따라 자른 단면을 도시한 도면.
도5는 도3의 B-B'선에 따라 자른 단면을 도시한 도면.
도6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 생체 진단용 인솔 시스템을 이용한 생체 진단 방법을 도시한 순서도.
도7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 생체 진단용 인솔 시스템에서 제공되는 압력 분포 정보의 일 예를 도시한 도면. 1 is a view showing the configuration of a biometric insole system according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a plan view showing an insole constituting the insole system of Fig. 1;
Fig. 3 is a perspective view showing a sensor module built into the insole of Fig. 2;
Fig. 4 is a view showing a cross section taken along line A-A' of Fig. 3;
Fig. 5 is a view showing a cross section taken along line B-B' of Fig. 3;
6 is a flow chart showing a biometric diagnosis method using an insole system for biometric diagnosis according to an exemplary embodiment of the present invention.
7 is a view showing an example of pressure distribution information provided by the insole system for biometric diagnosis according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명의 다양한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형이 가해질 수 있다. 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명을 해당 실시예로 한정하기 위해 기술되는 것이 아니다. 본 발명은 이하의 실시예 뿐만 아니라 본 명세서 전체로부터 이해되는 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형물, 대체물, 균등물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Various modifications may be made to the embodiments described below by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. The embodiments described below are not described to limit the present invention to the corresponding embodiments. It should be understood that the present invention includes various modifications, substitutes, and equivalents within the scope of the technical idea understood from the entire specification as well as the following examples.

이하에서 사용될 수 있는 “포함한다”, “구성된다”, “가진다” 등의 표현은 추가적인 구성 요소나 기능을 배제하지는 않은 것으로 이해되어야 한다. It should be understood that expressions such as "include", "consist of", and "have" that may be used hereinafter do not exclude additional elements or functions.

이하에서 사용될 수 있는 “제1…”, “제2…”, “첫째”, “둘째”등의 표현은 명시적으로 언급되지 않는 한 구성 요소들 사이의 순서나 중요도 등을 한정하는 의미로 해석되어서는 안 된다. The "first..." that can be used in the following. ”, “2nd… Expressions such as ”, “first”, and “second” should not be construed as limiting the order or importance of elements unless explicitly stated.

이하에서 사용될 수 있는 “결합된다”, “연결된다” 등의 표현은 명시적으로 언급되지 않는 한 직접적으로 결합되거나 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 중간에 다른 구성 요소가 존재하거나 개재될 수도 있는 것으로 이해되어야 한다. It should be understood that expressions such as "combined" and "connected" that may be used hereinafter may be directly combined or connected, as well as other constituent elements may be present or intervening, unless explicitly stated. do.

이하에서 용어의 사용에 있어서 단수의 표현은 명시적으로 언급되지 않는 한 복수의 표현을 배제하지 않은 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, in the use of terms, the singular expression should be understood as not excluding the plural expression unless explicitly stated.

본 발명의 다양한 실시예에 사용된 용어 “모듈”은, 예를 들어, 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어(firmware)중 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함하는 단위(unit)를 의미할 수 있다. “모듈”은 예를 들어, 유닛(unit), 로직(logic), 논리 블록(logical block), 부품(component) 또는 회로(circuit) 등의 용어와 바꾸어 사용(interchangeably use)될 수 있다. “모듈”은, 일체로 구성된 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. “모듈”은 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는 최소 단위 또는 그 일부가 될 수도 있다. “모듈”은 기계적으로 또는 전자적으로 구현될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 “모듈”은, 알려졌거나 앞으로 개발될, 어떤 동작들을 수행하는 ASIC(application-specific integrated circuit) 칩, FPGAs(fieldprogrammable gate arrays) 또는 프로그램 가능 논리 장치(programmable-logic device) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The term "module" used in various embodiments of the present invention may mean, for example, a unit including one or a combination of two or more of hardware, software, or firmware. “Module” may be used interchangeably with terms such as unit, logic, logical block, component, or circuit. “Module” may be the smallest unit or part of an integrally configured part. A “module” may be a minimum unit or a part of one or more functions. The “module” can be implemented mechanically or electronically. For example, a “module” according to various embodiments of the present invention may be known or developed in the future, as well as application-specific integrated circuit (ASIC) chips, fieldprogrammable gate arrays (FPGAs), or programmable logic devices ( programmable-logic device).

다양한 실시예에 따른 장치(예: 모듈들 또는 그 기능들) 또는 방법(예: 동작들)의 적어도 일부는, 예를 들어, 프로그래밍 모듈의 형태로 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체(computer-readable storage media)에 저장된 명령어로 구현될 수 있다. 상기 명령어는, 하나 이상의 제어 모듈에 의해 실행될 경우, 상기 하나 이상의 프로세서가 상기 명령어에 해당하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 프로그래밍 모듈의 적어도 일부는 하나 이상의 기능을 수행하기 위한, 예를 들면, 모듈, 프로그램, 루틴, 명령어 세트(sets of instructions) 또는 프로세스 등을 포함할 수 있다.At least a part of a device (eg, modules or functions thereof) or a method (eg, operations) according to various embodiments is, for example, a computer-readable storage medium in the form of a programming module. media). When the command is executed by one or more control modules, the one or more processors may perform a function corresponding to the command. At least a portion of the programming module may include, for example, a module, a program, a routine, a set of instructions, a process, or the like for performing one or more functions.

상기 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에는 하드디스크, 플로피디스크 및 자기 테이프와 같은 마그네틱 매체(magnetic media)와, CD-ROM(compact disc read only memory), DVD(digital versatile disc)와 같은 광기록 매체(optical media)와, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media)와, 그리고 ROM(read only memory), RAM(random access memory), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령(예: 프로그래밍 모듈)을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함될 수 있다. 또한, 프로그램 명령에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 다양한 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지다.The computer-readable recording medium includes magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, and optical recording media such as compact disc read only memory (CD-ROM) and digital versatile disc (DVD). media, magneto-optical media such as floptical disks, and program commands such as read only memory (ROM), random access memory (RAM), flash memory, etc. A hardware device specially configured to store and perform modules). Further, the program instruction may include not only machine language codes such as those produced by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The above-described hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform operations of various embodiments of the present invention, and vice versa.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 모듈 또는 프로그래밍 모듈은 전술한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하거나, 일부가 생략되거나, 또는 추가적인 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에 따른 모듈, 프로그래밍 모듈 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적, 병렬적, 반복적 또는 휴리스틱(heuristic)한 방법으로 실행될 수 있다. 또한, 일부 동작은 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 다른 동작이 추가될 수 있다.A module or a programming module according to various embodiments of the present disclosure may include at least one or more of the above-described components, some of the above-described components may be omitted, or additional other components may be further included. Operations performed by a module, a programming module, or other components according to various embodiments of the present disclosure may be executed sequentially, in parallel, repeatedly, or in a heuristic manner. In addition, some operations may be executed in a different order, omitted, or other operations may be added.

본 발명에 따른 생체 진단용 인솔 시스템은 보행 시 착용자의 발에서 가해지는 압력을 감지하여, 보행 상태의 이상 유무를 파악하고, 이를 통해 질병을 진단할 수 있는 장치이다. 도1은 본 발명에 따른 생체 진단용 인솔 시스템의 일 예를 도시한 도면이다. 이를 참조하면, 본 발명의 생체 진단용 인솔 시스템은 착용자의 발에서 가해지는 압력을 감지하는 기능을 구비한 인솔(10), 인솔(10)로부터 센싱된 정보를 이용하여 생체 진단을 수행하는 제어부(20), 인솔(10)과 제어부(20) 사이의 정보 송수신 기능을 제공하는 통신부(30), 인솔(10)에서 수신된 압력 정보를 생체 진단을 위한 데이터로 가공하는 변환부(40), 변환부(40)에서 산출된 결과를 보여주는 디스플레이부(50), 인솔 시스템의 구동을 위한 프로그램 및 데이터를 저장하는 메모리부(60)를 포함한다. The insole system for biometric diagnosis according to the present invention is a device capable of detecting a pressure applied from a wearer's foot during walking, determining whether there is an abnormality in a walking state, and diagnosing a disease through this. 1 is a diagram showing an example of an insole system for biometric diagnosis according to the present invention. Referring to this, the biodiagnostic insole system of the present invention includes an insole 10 having a function of detecting pressure applied from a wearer's foot, and a control unit 20 performing biodiagnosis using information sensed from the insole 10. ), a communication unit 30 providing information transmission/reception function between the insole 10 and the control unit 20, a conversion unit 40 processing the pressure information received from the insole 10 into data for biometric diagnosis, and a conversion unit A display unit 50 showing the result calculated in 40, and a memory unit 60 for storing programs and data for driving the insole system.

인솔(10)에는 착용자의 발에서 전달되는 압력을 공간 상의 3축 방향 모두에 대하여 측정 가능한 센서 모듈이 내장된다. 종래 스마트 인솔에 사용된 압력 센서는 지면에 대하여 가해지는 압력 정보만 센싱 할 수 있었던데 반하여 본 발명의 인솔 시스템을 구성하는 인솔(10)은 지면에 대하여 가해지는 압력 정보 뿐만 아니라 지면 상에 평행한 방향으로 가해지는 압력 정보까지 감지할 수 있도록 구성된다. 인솔(10)은 센싱된 압력 정보를 제어부(20)로 전달하여 생체 진단을 위한 데이터로 활용하도록 한다. 인솔(10)의 상세한 구성은 후술한다. The insole 10 has a built-in sensor module capable of measuring the pressure transmitted from the wearer's foot in all three directions in the space. Whereas the pressure sensor used in the conventional smart insole could only sense pressure information applied to the ground, the insole 10 constituting the insole system of the present invention is parallel to the ground as well as pressure information applied to the ground. It is configured to detect even pressure information applied in the direction. The insole 10 transmits the sensed pressure information to the control unit 20 to be used as data for biometric diagnosis. The detailed configuration of the insole 10 will be described later.

통신부(30)는 인솔(10)에서 센싱된 압력 정보를 제어부(20)로 전달하는 기능을 수행한다. 통신부(30)는 블루투스, 와이파이, NFC 및 기타 근거리 무선 통신 프로토콜을 이용하는 통신 모듈을 포함할 수 있다. The communication unit 30 performs a function of transmitting pressure information sensed by the insole 10 to the control unit 20. The communication unit 30 may include a communication module using Bluetooth, Wi-Fi, NFC, and other short-range wireless communication protocols.

변환부(40)는 인솔(10)에서 수신되는 압력 정보를 공간 상의 3축 방향 성분으로 변환한다. 변환부(40)에서 출력되는 정보는 디스플레이부(50)를 통해 수치형태로 제공되거나 또는 그래픽 형태로 제공될 수 있다. The conversion unit 40 converts the pressure information received from the insole 10 into a component in the three-axis direction in space. The information output from the conversion unit 40 may be provided in a numerical form through the display unit 50 or may be provided in a graphic form.

디스플레이부(50)는 본 발명의 스마트 인솔 시스템을 구성하는 응용 프로그램의 실행화면 정보, 또는 이러한 실행 화면 정보에 따른 GUI 정보를 표시한다. 디스플레이부(50)는 평판형 디스플레이, 터치 스크린, 프로젝션 디스플레이, 휴대용 정보 통신 기기 등 다양한 형태로 구현될 수 있다. The display unit 50 displays execution screen information of an application program constituting the smart insole system of the present invention, or GUI information according to the execution screen information. The display unit 50 may be implemented in various forms, such as a flat panel display, a touch screen, a projection display, and a portable information communication device.

메모리부(60)는 본 발명의 스마트 인솔 시스템을 구동하는 응용 프로그램, 어플리케이션 또는 데이터, 명령어 등을 저장할 수 있다. 메모리부(60)는 롬, 램, HDD, EEPROM, 플래쉬 메모리 등 다양한 형태의 저장 매체로 구현될 수 있다. The memory unit 60 may store an application program, an application or data, a command, etc. that drive the smart insole system of the present invention. The memory unit 60 may be implemented in various types of storage media such as ROM, RAM, HDD, EEPROM, and flash memory.

다음은 본 발명의 생체 진단용 스마트 인솔 시스템을 구성하는 인솔(10)에 대하여 좀 더 상세히 설명 한다. 도2를 참조하면, 인솔(10)은 신발 내부에 삽입되어 사용되며, 통상의 안창 형태를 갖는 쿠션 패드(12)와, 상기 쿠션 패드(12)에 내장되어 착용자의 보행 시 쿠션 패드(12) 상에 가해지는 압력을 감지하기 위한 다수의 센서 모듈(11)을 포함한다. 센서 모듈(11)은 쿠션 패드(12) 전면에 고르게 배치되거나 또는 인체의 하중이 집중되는 부위, 예를 들어 앞꿈치, 뒷꿈치 부위에 밀집 되도록 배치될 수도 있다. 쿠션 패드(12)는 실리콘, 폴리 우레탄 등의 수지로 제조될 수 있다. The following will be described in more detail with respect to the insole 10 constituting the biological diagnosis smart insole system of the present invention. Referring to FIG. 2, the insole 10 is inserted into the shoe and used, a cushion pad 12 having a normal insole shape, and a cushion pad 12 embedded in the cushion pad 12 when the wearer walks. It includes a plurality of sensor modules 11 for sensing the pressure applied to the phase. The sensor module 11 may be evenly disposed on the front surface of the cushion pad 12 or may be disposed so as to be concentrated in a portion where a load of the human body is concentrated, for example, a front heel or a heel portion. The cushion pad 12 may be made of a resin such as silicone or polyurethane.

도2에 도시된 좌표계는 인솔(10)을 통해서 수집하는 압력 정보에 대한 방향성을 나타내는 것으로 Z축 방향은 중력에 나란한 방향을 나타내고, X축 및 Y축 방향은 이에 직교하는 두 방향을 나타낸다. 또한, X축 및 Y축에 의해 형성되는 X-Y평면은 지면에 평행한 평면을 나타낸다. 이하에서는 지면(X-Y평면)에 평행한 면을 기준면이라고도 한다. 종래의 스마트 인솔은 족압을 측정할 때 중력 방향(Z축 방향, 즉 X-Y평면에 대한) 압력만을 측정하여 보행을 분석하였기 때문에 보행의 이상 유무나, 그에 따른 질병의 징후를 정확히 측정하는데 한계가 있었다. 본 발명은 이러한 문제를 개선하여 Z축 방향뿐만 아니라, X축 및 Y축 방향의 압력도 측정할 수 있는 인솔(10)을 제공한다. The coordinate system shown in FIG. 2 represents the directionality of pressure information collected through the insole 10. The Z-axis direction represents a direction parallel to gravity, and the X-axis and Y-axis directions represent two directions orthogonal thereto. In addition, the X-Y plane formed by the X-axis and Y-axis represents a plane parallel to the ground. Hereinafter, a plane parallel to the ground (X-Y plane) is also referred to as a reference plane. Conventional smart insoles have limitations in accurately measuring the presence or absence of gait abnormalities or symptoms of disease due to the analysis of gait by measuring only the pressure in the gravitational direction (in the Z-axis direction, that is, on the XY plane) when measuring foot pressure. . The present invention improves this problem and provides an insole 10 capable of measuring pressure in the X-axis and Y-axis directions as well as the Z-axis direction.

도3 내지 도5는 인솔(10)에 내장되는 센서 모듈(11)을 도시한 것으로 이를 참조하면, 센서 모듈(11)은 수 개의 압력 센서(11a, 11b, 11c, 11d, 11e)를 포함한다. 압력 센서(11a, 11b, 11c, 11d, 11e)는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 상에 구현된 FSR(Force Sensing Resistor)로 구성될 수 있다. 이들 압력 센서(11a, 11b, 11c, 11d, 11e)는 윗부분이 잘린 피라미드 형태를 이루며 그 윗면을 이루는 제1 압력 센서(11a)(상면 센서)와, 각 빗면을 구성하는 제2,3,4,5 압력 센서(11b, 11c, 11d, 11e)(빗면 센서)로 구성된다. 제1 압력 센서(11a)는 기준면에 평행하게 놓이며, 제2 압력 센서(11b)와 제4 압력 센서(11d)는 기준면에 대하여 소정의 각도(α) 기울어져 서로 대칭을 이룬다. 제3 압력 센서(11c)와 제5 압력 센서(11e)도 기준면에 대하여 소정의 각도(α) 기울어져 서로 대칭을 이룬다. 제2 내지 제5 압력센서(11b, 11c, 11d, 11e)가 기준면에 대하여 기울어진 각도(α)는 예를 들어 약 45° 내외 일 수 있다. 3 to 5 show a sensor module 11 embedded in the insole 10. Referring to this, the sensor module 11 includes several pressure sensors 11a, 11b, 11c, 11d, and 11e. . The pressure sensors 11a, 11b, 11c, 11d, and 11e may be composed of a Force Sensing Resistor (FSR) implemented on a flexible printed circuit board (FPCB). These pressure sensors 11a, 11b, 11c, 11d, and 11e form a pyramid shape with the upper part cut off, the first pressure sensor 11a (top sensor) forming the upper surface, and the second, 3, and 4 surfaces constituting each inclined surface. ,5 pressure sensors 11b, 11c, 11d, 11e (inclined sensor). The first pressure sensor 11a is placed parallel to the reference surface, and the second pressure sensor 11b and the fourth pressure sensor 11d are inclined at a predetermined angle α with respect to the reference surface to form a symmetry with each other. The third pressure sensor 11c and the fifth pressure sensor 11e are also inclined at a predetermined angle α with respect to the reference plane to form symmetry with each other. The angle α in which the second to fifth pressure sensors 11b, 11c, 11d, and 11e are inclined with respect to the reference plane may be, for example, about 45°.

센서 모듈(11)은 그 상면을 이루고 있는 제1 압력 센서(11a)와 각 빗면을 이루고 있는 제2 내지 제5 압력센서(11b, 11c, 11d, 11e)를 통해 공간 상 3축 방향의 압력을 센싱 할 수 있다. 센서 모듈(11)을 구성하는 제1 내지 제5 압력 센서(11a, 11b, 11c, 11d, 11e)는 이에 수직하게 작용하는 각각의 압력(P₁, P₂, P₃, P₄, P₅)을 감지한다. 이들 압력(P₁, P₂, P₃, P₄, P₅) 정보는 제2 내지 제5 압력센서(11b, 11c, 11d, 11e)가 기준면에 대하여 기울어진 각도(α)에 따른 기하학적 관계를 이용하여 X축, Y축, Z축 방향 성분으로 변환될 수 있다.The sensor module 11 measures the pressure in the three-axis direction in space through the first pressure sensor 11a forming the upper surface and the second to fifth pressure sensors 11b, 11c, 11d, and 11e forming each inclined surface. You can sense it. The first to fifth pressure sensors 11a, 11b, 11c, 11d, and 11e constituting the sensor module 11 are each of the pressures P ₁ , P ₂ , P ₃ , P ₄ , P _{5 acting perpendicularly thereto.} ). These pressure (P ₁ , P ₂ , P ₃ , P ₄ , P ₅ ) information is a geometric relationship according to the angle α in which the second to fifth pressure sensors 11b, 11c, 11d, and 11e are inclined with respect to the reference plane. It can be converted into components in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions using.

제1 압력센서(11a)에서 감지되는 압력 P₁은 Z축 방향에 나란하다. 따라서 Z축 방향 성분 P_1Z만 갖는다. 제2 압력 센서(11a)에서 감지되는 압력 P₂는 Z축 방향 성분 P_2Z와 X축 방향 성분 P_2X로 변환될 수 있다. 여기서 P_2Z는 P₂·

, P_2X는 P₂·

로 계산될 수 있다. 마찬가지로 제3,4,5 압력 센서(11c, 11d, 11e)에서 감지되는 압력 P₃, P₄, P₅도 P_3Z, P_3Y, P_4Z, P_4X, P_5Z, P_5Y로 각각 변환될 수 있다. _{The pressure P 1} sensed by the first pressure sensor 11a is parallel to the Z-axis direction. Therefore, it has only the _{component P 1Z in the} Z-axis direction. _{The pressure P 2} sensed by the second pressure sensor 11a may be converted into a _{component P 2Z} in the Z-axis direction and a component P _{2X in the X-axis direction.} Where P _2Z is P ₂ ·

, P _2X is P ₂ ·

Can be calculated as _{Similarly, the pressures P 3} , P ₄ , and P ₅ detected by the 3rd, 4th and 5th pressure sensors (11c, 11d, 11e) will also be converted into _{P 3Z} , P _3Y , P _4Z , P _4X , P _5Z and P _{5Y, respectively.} I can.

전술한 실시예에 있어서, 제2 내지 제5 압력센서(11b, 11c, 11d, 11e)는 기준면에 대하여 동일한 각도(α) 기울어져 있으나, 필요에 따라서 각기 다른 각도로 기울어져 있을 수도 있다. 또한, 서로 대칭적으로 구성되어 있는 제2 압력 센서(11b)와 제4 압력 센서(11d) 중 어느 하나만 포함하거나, 제3 압력 센서(11c)와 제5 압력 센서(11e) 중 어느 하나만을 포함하여 구성될 수도 있다. In the above-described embodiment, the second to fifth pressure sensors 11b, 11c, 11d, and 11e are inclined at the same angle α with respect to the reference plane, but may be inclined at different angles as necessary. In addition, only one of the second pressure sensor 11b and the fourth pressure sensor 11d configured symmetrically to each other, or only one of the third pressure sensor 11c and the fifth pressure sensor 11e is included. It can also be configured.

이러한 인솔(10)을 이용해 얻은 3축 방향 압력 정보는 사람의 보행에 영향을 미치는 질병을 진단하는데 활용될 수 있다. 예를 들어 파킨슨병의 진단에 활용될 수 있다. 파킨슨병은 움직임이 느려지고 자세의 불안정을 가져오는 증상을 유발하는데, 특히 보폭이 작아지고 발이 지면에서 많이 떨어지지 않으며 발을 끌면서 걷는 보행 장애를 유발한다. 본 발명의 스마트 인솔 시스템은 인솔(10)에서 감지되는 X축 및 Y축 방향 압력 정보를 이용해 이러한 증상을 진단할 수 있다. The pressure information in the three-axis direction obtained using the insole 10 may be used to diagnose a disease that affects a person's gait. For example, it can be used to diagnose Parkinson's disease. Parkinson's disease causes symptoms that lead to slow movement and postural instability. In particular, the stride is shortened, the feet do not fall off the ground much, and walking while dragging the feet causes impaired walking. The smart insole system of the present invention can diagnose these symptoms using pressure information in the X-axis and Y-axis directions detected by the insole 10.

이러한 생체 진단용 스마트 인솔 시스템을 이용한 생체 진단 방법을 도6을 참조하여 좀 더 상세히 설명하면, 생체 진단 방법은 인솔(10)의 센서 모듈(11)을 통해 압력을 감지 하는 단계(S10)를 포함한다. 센서 모듈(11)에 설치된 각 압력 센서(11a, 11b, 11c, 11d, 11e)는 착용자의 보행 시 가해지는 압력 정보(P₁, P₂, P₃, P₄, P₅)를 생성하여 제어부(20)로 전달한다.A biodiagnostic method using such a biometric smart insole system will be described in more detail with reference to FIG. 6, the biodiagnostic method includes a step (S10) of sensing pressure through the sensor module 11 of the insole 10. . Each pressure sensor (11a, 11b, 11c, 11d, 11e) installed in the sensor module 11 generates pressure information (P ₁ , P ₂ , P ₃ , P ₄ , P ₅ ) applied when the wearer is walking Pass it to (20).

제어부(20)는 수신된 압력 정보(P₁, P₂, P₃, P₄, P₅)를 변환부(40)로 전달한다. 변환부(40)에서는 각 압력 센서(11a, 11b, 11c, 11d, 11e)가 기준면에 대하여 기울어진 기하학적 관계를 이용하여 X축, Y축, Z축 각각의 성분으로 변환된 압력 정보(P_1Z, P_2Z, P_2X, P_3Z, P_3Y, P_4Z, P_4X, P_5Z, P_5Y)를 생성하는 압력 정보 변환 단계(S20)가 수행된다. The control unit 20 transmits the received pressure information (P ₁ , P ₂ , P ₃ , P ₄ , P ₅ ) to the conversion unit 40. In the conversion unit 40, each pressure sensor 11a, 11b, 11c, 11d, 11e uses the geometrical relationship inclined with respect to the reference plane to convert pressure information (P _{1Z) into components of each of the X-axis, Y-axis, and Z-axis.} , P _2Z , P _2X , P _3Z , P _3Y , P _4Z , P _4X , P _5Z , P _5Y ) The pressure information conversion step S20 is performed.

다음으로 제어부(20)는 변환된 압력 정보 (P_1Z, P_2Z, P_2X, P_3Z, P_3Y, P_4Z, P_4X, P_5Z, P_5Y)를 이용하여 X축, Y축, Z축 각 방향에서의 압력 분포 정보를 디스플레이부(50)를 통해 사용자에게 제공하는 표시 단계(30)를 수행한다. 디스플레이부(50)를 통해 제공되는 압력 분포 정보는 수치화된 정보이거나 또는 이미지화된 정보일 수 있다. 도7은 디스플레이부(50)를 통해 제공되는 압력 분포 정보의 일 예를 도시한 것으로, 압력 분포 정보는 인솔(10) 상에서 점으로 표현되어 있으며 점의 밀도가 높은 부분이 압력이 큰 부분을 나타낸다. 압력 분포 정보는 X축, Y축, Z축 세 방향에 대하여 모두 제공된다. Next, the controller 20 uses the converted pressure information (P _1Z , P _2Z , P _2X , P _3Z , P _3Y , P _4Z , P _4X , P _5Z , P _5Y ) to A display step 30 of providing pressure distribution information in each direction to a user through the display unit 50 is performed. The pressure distribution information provided through the display unit 50 may be numerical information or imaged information. 7 shows an example of pressure distribution information provided through the display unit 50, the pressure distribution information is represented by dots on the insole 10, and a portion with a high density of dots indicates a portion with a large pressure. . Pressure distribution information is provided in all three directions of the X-axis, Y-axis, and Z-axis.

도7의 (a)는 정상 보행에서 나타나는 압력 분포 정보의 일 예를 보여주며, (b)는 보행 이상 시 나타나는 압력 분포 정보의 일 예를 보여 준다. 보행 이상 시 정상 보행의 경우와 비교하여 X축, Y축 방향 압력 분포가 크게 증가하는 것을 볼 수 있으며 이는 보행 시 발을 끄는 동작으로 인해 압력이 증가한 것이 원인이다. 사용자는 이러한 압력 분포 정보를 통해 착용자의 보행 이상 유무를 파악하여 질병을 진단 할 수 있다. Fig. 7 (a) shows an example of pressure distribution information that appears in normal walking, and (b) shows an example of pressure distribution information that appears when walking is abnormal. When walking abnormally, it can be seen that the pressure distribution in the X and Y axis directions increases significantly compared to the case of normal walking, and this is due to the increase in pressure due to the motion of dragging the foot during walking. A user can diagnose a disease by determining whether the wearer has a gait abnormality through the pressure distribution information.

또한, 이러한 X축, Y축 방향의 압력 정보는 종래 Z축 방향 압력 정보만 제공하던 스마트 인솔과 달리 압력 정보에 대한 입체적인 분석을 가능하게 하여 질병 증상을 진단하는데 활용 될 수 있다.In addition, the pressure information in the X-axis and Y-axis directions can be used to diagnose disease symptoms by enabling a three-dimensional analysis of the pressure information, unlike the conventional smart insole that only provides pressure information in the Z-axis direction.

10 : 인솔
11 : 센서 모듈
12 : 쿠션 패드
20 : 제어부
30 : 통신부
40 : 변환부
50 : 디스플레이부
60 : 메모리부10: insole
11: sensor module
12: cushion pad
20: control unit
30: Communication Department
40: conversion unit
50: display unit
60: memory unit

Claims

제어부와,
착용자의 보행 시 가해지는 압력을 감지하는 복수의 센서 모듈이 내장된 인솔과,
상기 제어부와 상기 센서 모듈 간의 데이터의 송수신 경로를 형성하는 통신부와,
상기 센서 모듈에서 수신된 압력 정보를 지면에 평행한 기준면 상의 두 축인 X축, Y축 및 이들에 직교하는 중력 방향인 Z축 방향의 성분으로 변환하여 상기 제어부로 전달하는 변환부와,
상기 변환부에서 제공되는 압력 정보를 사용자에게 제공하는 디스플레이부를 포함하고,
상기 센서 모듈은 윗부분이 잘린 피라미드 형태를 이루며, 기준면에 평행한 윗면을 이루는 제1압력센서와 윗면과 인접하는 네 개의 빗면을 이루는 제2압력센서, 제3압력센서, 제4압력센서 및 제5압력센서를 포함하고, 상기 제2압력센서 및 상기 제4압력센서는 기준면에 대하여 소정 각도(α) 기울어져 서로 대칭을 이루고, 또한 상기 제3압력센서 및 상기 제5압력센서도 기준면에 대하여 소정 각도(α) 기울어져 서로 대칭을 이루며, 상기 제1 내지 제5압력센서는 FSR(Force Sensing Resistor)로 이루어지며,
상기 변환부는 상기 제1압력센서에서 감지되는 압력정보 P₁을 Z축 방향 성분인 P_1Z로 변환하고, 상기 제2압력센서에서 감지되는 압력정보 P₂의 코사인 성분 P₂· cos(α)을 Z축 방향 성분 P_2Z로 변환하고, 상기 제2압력센서에서 감지되는 압력정보 P₂의 사인 성분 P₂· sin(α)를 X축 방향 성분 P_2X로 변환하고, 상기 제3압력센서에서 감지되는 압력정보 P₃의 코사인 성분 P₃· cos(α)을 Z축 방향 성분 P_3Z로 변환하고, 상기 제3압력센서에서 감지되는 압력정보 P₃의 사인 성분 P₃· sin(α)를 Y축 방향 성분 P_3Y로 변환하고, 제4압력센서에서 감지되는 압력정보 P₄의 코사인 성분 P₄· cos(α)을 Z축 방향 성분 P_4Z로 변환하고, 상기 제4압력센서에서 감지되는 압력정보 P₄의 사인 성분 P₄· sin(α)를 X축 방향 성분 P_4X로 변환하고, 상기 제5압력센서에서 감지되는 압력정보 P₅의 코사인 성분 P₅· cos(α)을 Z축 방향 성분 P_5Z로 변환하고, 상기 제5압력센서에서 감지되는 압력정보 P₅의 사인 성분 P₅· sin(α)를 Y축 방향 성분 P_5Y로 변환하고,
상기 제어부는 상기 변환부에서 제공되는 압력정보 P_1Z, P_2Z, P_2X, P_3Z, P_3Y, P_4Z, P_4X, P_5Z, P_5Y를 이용하여 X축, Y축, Z축 각 방향에서의 압력 분포 정보를 사용자에게 제공하고, 사용자에게 제공되는 상기 압력 분포 정보는 수치화되거나 또는 이미지화되어 상기 디스플레이부를 통해 제공되는 생체 진단용 스마트 인솔 시스템. With the control unit,
An insole with built-in multiple sensor modules that senses the pressure applied when the wearer is walking,
A communication unit forming a transmission/reception path of data between the control unit and the sensor module,
A conversion unit that converts the pressure information received from the sensor module into components in the X-axis and Y-axis, which are two axes on a reference plane parallel to the ground, and a Z-axis direction, which is a gravitational direction orthogonal to them, and transmits the converted pressure information to the control unit;
Includes a display unit for providing the user with pressure information provided by the conversion unit,
The sensor module has a pyramid shape with an upper part cut off, a first pressure sensor forming an upper surface parallel to the reference surface, a second pressure sensor forming four inclined surfaces adjacent to the upper surface, a third pressure sensor, a fourth pressure sensor, and a fifth pressure sensor. Including a pressure sensor, wherein the second pressure sensor and the fourth pressure sensor are inclined at a predetermined angle (α) with respect to the reference surface to form symmetrical with respect to each other, and the third pressure sensor and the fifth pressure sensor are also predetermined with respect to the reference surface. It is inclined at an angle α to form a symmetry with each other, and the first to fifth pressure sensors are made of FSR (Force Sensing Resistor),
The conversion unit converts the pressure information P ₁ _{sensed by the first pressure sensor into P 1Z, which} is a component in the Z-axis direction, and converts the cosine component P ₂ · cos(α) of _{the pressure information P 2} sensed by the second pressure sensor. _{Converts the component P 2Z} in the Z-axis direction, converts the sine component P ₂ sin (α) of _{the pressure information P 2} detected by the second pressure sensor _{into the component P 2X} in the X-axis direction, and is detected by the third pressure sensor. Converts the cosine component P ₃ · cos(α) of the pressure information P ₃ to the Z-axis direction component P _3Z, and converts the sine component P ₃ sin(α) of _{the pressure information P 3} detected by the third pressure sensor to Y Converts the axial component P _3Y and converts the cosine component P ₄ _{cos(α) of the pressure information P 4} detected by the fourth pressure sensor into the Z-direction component P _4Z , and the pressure detected by the fourth pressure sensor Converts the sine component P ₄ · sin(α) of the information P _{4 into} _{the component P 4X} in the X-axis direction, and converts the cosine component P ₅ _{· cos(α) of the pressure information P 5} detected by the fifth pressure sensor into the Z-axis direction. Convert the component P _5Z, and convert the sine component P ₅ _{sin(α) of the pressure information P 5} sensed by the fifth pressure sensor into the Y-axis direction component P _5Y ,
The control unit uses the pressure information P _1Z , P _2Z , P _2X , P _3Z , P _3Y , P _4Z , P _4X , P _5Z , P _5Y provided by the conversion unit in each direction of the X-axis, Y-axis, and Z-axis. A smart insole system for biometric diagnosis provided by providing pressure distribution information in to a user, and wherein the pressure distribution information provided to the user is numerically or imaged and provided through the display unit.

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