KR102630930B1 - 웨어러블 로봇의 동력 보조 방법, 장치 및 컴퓨터프로그램 - Google Patents

Abstract

본 발명은 컴퓨팅 장치에 의해 실시되어, 센싱데이터 및 운동데이터를 기반으로 구동부를 제어하는 단계를 포함하는 것으로서, 센싱데이터 및 운동데이터를 기반으로 구동부를 제어하는 단계는 센싱데이터 및 운동데이터를 기반으로 운동능력 정보를 획득하는 단계, 운동능력 정보를 기반으로 체력수준을 판단하는 단계, 구동부의 조정 방향에 관한 정보를 획득하는 단계 및 체력수준의 판단 결과를 기반으로 조정 방향에 대응하는 구동신호정보를 획득하는 단계를 포함한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 사용자가 수동으로 구동부의 출력을 제어하지 않아도 사용자의 체력 상태에 따라 능동적인 근력 운동 보조 또는 근력 보조가 이루어질 수 있어 하이브리드 형태의 운동 수행 능력을 용이하게 제공할 수 있고, 사용자에게 맞춤화된 동력 보조 관련 최적 프로파일을 확보 및 저장할 수 있어 웨어러블 로봇을 재사용하는 사용자로 하여금 보다 신속하고 정확한 구동부의 출력 세팅 값을 제공할 수 있다.

Description

웨어러블 로봇의 동력 보조 방법, 장치 및 컴퓨터프로그램{Method, apparatus and computer program for assisting power of wearable robot}

본 발명은 웨어러블 로봇을 대상으로 하는 동력 보조 방법, 장치 및 컴퓨터프로그램에 관한 것이다. 상세하게, 본 발명은 웨어러블 로봇을 착용하고 보행 등 운동을 실시하는 사용자를 대상으로 체력 수준을 판단하고, 판단 결과에 따라 움직임 과정에서 항력 또는 보완력을 제공하는 기술에 관한 것이다.

웨어러블 로봇은 사용자가 의복을 착용하고 모터 등의 구동부에서 의복에 보조력을 전달하여 사용자의 움직임을 보조하는 장치이다. 상기와 같은 웨어러블 로봇은 보행보조 및 재활치료가 필요한 사용자가 용이하게 일상생활 또는 치료를 할 수 있도록 보조하며, 기존의 외골격형 재활 로봇과 비교했을 때 저중량 및 저부피로 구성되어 용이하게 취급 및 착용할 수 있다.

하지만, 종래의 웨어러블 로봇의 경우, 사용자의 체력 상태에 맞추어 구동되지 않고 일괄적인 보조력만을 제공한다. 따라서, 종래의 웨어러블 로봇은 비교적 힘이 세거나 체력이 많은 사용자를 대상으로 보조 효과가 저하되며, 비교적 힘 또는 체력이 약한 사용자의 경우 보조력이 미약하여 일상생활 또는 치료 과정에서 효과가 저하되는 문제점이 있다.

따라서, 웨어러블 로봇을 착용한 사용자가 움직임을 취함에 따라 체력 상태를 능동적으로 파악하고, 이를 기반으로 적절하게 힘을 보조할 수 있는 기술의 개발이 필요하다.

본 발명의 다양한 실시예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 사용자의 체력 상태 및 움직임을 기반으로 필요한 힘만큼의 동력을 보조하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 사용자의 상태에 따라 근력 운동을 보조하거나 근력 자체를 보조하는 것을 목적으로 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이를 위해, 본 발명은 컴퓨팅 장치에 의해 실시되어, 센싱데이터 및 운동데이터를 기반으로 구동부를 제어하는 단계를 포함하는 것으로서, 센싱데이터 및 운동데이터를 기반으로 구동부를 제어하는 단계는 센싱데이터 및 운동데이터를 기반으로 운동능력 정보를 획득하는 단계, 운동능력 정보를 기반으로 체력수준을 판단하는 단계, 구동부의 조정 방향에 관한 정보를 획득하는 단계 및 체력수준의 판단 결과를 기반으로 조정 방향에 대응하는 구동신호정보를 획득하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명은 센싱데이터 및 운동데이터를 기반으로 구동부를 제어하는 단계 이전에 사용자에 관한 기본 정보를 획득하는 단계 및 구동부에 관한 최적 파라미터 정보를 획득하는 단계를 더 포함하고, 구동부는 최적 파라미터 정보에 대응하여 출력 제어된다.

또한, 센싱데이터 및 운동데이터를 기반으로 구동부를 제어하는 단계 이전에 구동부에 관한 보조모드 여부를 입력받는 단계를 더 포함하고, 보조모드의 입력 시 구동부의 출력 제어가 실시된다.

또한, 센싱데이터 및 운동데이터를 기반으로 운동능력 정보를 획득하는 단계는 기설정된 기준 시간 당 구동부의 회전수에 관한 정보를 획득하는 단계, 획득한 구동부의 회전수에 관한 정보를 기설정된 기준 회전수와 비교하는 단계 및 구동부의 회전수와 기준 회전수의 비교 결과에 기초하여 저체력정보 또는 고체력정보를 획득하는 단계를 포함한다.

또한, 운동능력 정보를 기반으로 체력수준을 판단하는 단계는 저체력정보의 획득에 대응하여 체력수준이 낮은 것으로 판단하는 단계를 더 포함하고, 획득한 저체력정보의 개수가 기설정된 제1기준 기록수를 초과할 시 체력수준의 판단이 실시된다.

또한, 운동능력 정보를 기반으로 체력수준을 판단하는 단계는 고체력정보의 획득에 대응하여 체력수준이 높은 것으로 판단하는 단계를 더 포함하고, 획득한 고체력정보의 개수가 기설정된 제2기준 기록수를 초과할 시 체력수준의 판단이 실시된다.

또한, 체력수준의 판단 결과를 기반으로 조정 방향에 대응하는 구동신호정보를 획득하는 단계는 체력수준이 높은 것으로 판단될 시 구동부에 항력의 제공을 지시하는 단계 및 체력수준이 낮은 것으로 판단될 시 구동부에 보완력의 제공을 지시하는 단계를 포함한다.

또한, 체력수준의 판단 결과를 기반으로 조정 방향에 대응하는 구동신호정보를 획득하는 단계 이후, 구동신호정보를 기반으로 최적 파라미터 정보를 재획득하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 사용자가 수동으로 구동부의 출력을 제어하지 않아도, 사용자의 체력 상태에 따라 능동적인 근력 운동 보조 또는 근력 보조가 이루어질 수 있어, 하이브리드 형태의 운동 수행 능력을 용이하게 제공할 수 있다.

또한, 본 발명을 통해 힘이나 체력이 약한 사용자를 대상으로 심폐기능 강화 및 근지구력을 유도할 수 있다.

또한, 본 발명을 통해 사용자에게 맞춤화된 동력 보조 관련 최적 프로파일을 확보 및 저장할 수 있어, 웨어러블 로봇을 재사용하는 사용자로 하여금 보다 신속하고 정확한 구동부의 출력 세팅 값을 제공할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇의 동력 보조를 위한 시스템을 전체적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치 내 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇의 동력 보조 방법을 전체적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기본 정보를 입력하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조모드 여부를 입력받는 과정을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱데이터 및 운동데이터를 획득하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동부의 출력 제어 및 최적 파라미터 정보를 획득하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 운동능력 정보를 획득하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 운동능력 정보에 기반하여 항력 또는 보완력을 부여하는 과정을 나타내는 도면이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

명세서에서 사용되는 "부" 또는 “모듈”이라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부" 또는 “모듈”은 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부" 또는 “모듈”은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부" 또는 “모듈”은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부" 또는 “모듈”은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부" 또는 “모듈”들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부" 또는 “모듈”들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부" 또는 “모듈”들로 더 분리될 수 있다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성요소와 다른 구성요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들어, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓일 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

본 명세서에서, 컴퓨터는 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 모든 종류의 하드웨어 장치를 의미하는 것이고, 실시 예에 따라 해당 하드웨어 장치에서 동작하는 소프트웨어적 구성도 포괄하는 의미로서 이해될 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터는 스마트폰, 태블릿 PC, 데스크톱, 노트북 및 각 장치에서 구동되는 사용자 클라이언트 및 애플리케이션을 모두 포함하는 의미로서 이해될 수 있으며, 또한 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명을 상세히 설명하기에 앞서, “사용자”는 본 발명에 따른 웨어러블 로봇을 착용하고 보행 등 운동을 실시하는 주체이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇의 동력 보조를 위한 시스템을 전체적으로 나타내는 도면이다.

본 발명은 컴퓨팅 장치(100) 및 웨어러블 로봇을 포함하고, 컴퓨팅 장치(100)의 제어 하에 웨어러블 로봇을 조정할 수 있다. 추가로, 사용자가 휴대하는 사용 단말(300)을 통해 웨어러블 로봇의 조정에 필요한 보조모드를 선택할 수 있으며, 이외에도 웨어러블 로봇의 조정과 관련된 각종 정보를 컴퓨팅 장치(100)를 통해 제공받을 수 있다.

컴퓨팅 장치(100)는 웨어러블 로봇의 구동 제어와 관련된 데이터 관리 장치이다. 이를 위해, 컴퓨팅 장치(100)는 센싱데이터 및 운동데이터를 기반으로 웨어러블 로봇을 움직이는 구동부를 제어한다. 상세하게, 컴퓨팅 장치(100)는 운동능력 정보를 획득하고, 이를 기준으로 사용자의 체력수준을 판단하며, 구동부의 조정 방향에 관한 정보를 획득하고, 판단된 사용자의 체력수준을 기반으로 조정 방향에 대응하는 구동신호정보를 획득한다.

웨어러블 로봇(200)는 사용자가 착용한 상태에서 보행 등 운동에 필요한 힘을 보조하는 구성이다. 이를 위해, 웨어러블 로봇(200)는 신체에 착용가능한 하나 이상의 부재 및 상기 부재와 와이어 등으로 연결된 상태에서 구동되어 와이어를 권취 및 권출함으로써 힘을 부여하는 구동부를 포함한다. 추가로, 구동부와 연결되어 센싱데이터 및 운동데이터를 획득하는 센서부가 더 구비될 수 있다.

사용 단말(300)은 웨어러블 로봇의 동력 보조 과정에서 획득할 수 있는 각종 정보를 제공받고, 웨어러블 로봇을 착용한 후 보조모드 여부를 입력하기 위한 구성으로서, 사용자가 휴대하는 단말로 구비된다, 이를 위해, 사용 단말(300)은 적어도 일부분에 각종 정보를 육안으로 확인 및 입력할 수 있는 터치 가능한 디스플레이를 포함할 수 있으며, 상기 디스플레이를 통해 컴퓨팅 장치(100)에서 제공하는 다양한 UI(예: 보조모드 결정 UI, 체력수준 UI, 제어정보 UI 등)를 출력할 수 있다. 예를 들어, 사용 단말(300)은 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북 및 데스크탑 중 적어도 하나를 포함하여, 컴퓨팅 장치(100)로부터 웹 또는 앱 상으로 구현되는 선술한 UI를 제공받을 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

서버는 웨어러블 로봇의 동력 보조 과정에서 획득할 수 있는 일련의 정보들을 저장하는 구성이며, 상술한 일련의 구성들은 네트워크로 연결될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치(100) 내 구성을 나타내는 도면이다.

본 발명에 따른 컴퓨팅 장치(100)는 프로세서(101) 및 메모리(102)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 컴퓨팅 장치(100)는 네트워크 인터페이스(또는 통신 인터페이스), 스토리지(미도시), 버스(bus)(미도시)를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 프로세서는 컴퓨팅 장치(100)의 각 구성의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 프로세서는 CPU(Central Processing Unit), MPU(Micro Processor Unit), MCU(Micro Controller Unit), 또는 본 발명의 기술 분야에 잘 알려진 임의의 형태의 프로세서를 포함하여 구성될 수 있다.

다양한 실시예에서, 프로세서는 본 발명의 실시예들에 따른 방법(예: 웨어러블 로봇의 동력 보조 방법)을 실행하기 위한 적어도 하나의 애플리케이션 또는 프로그램에 대한 연산을 수행할 수 있다. 다양한 실시예에서, 프로세서는 하나 이상의 코어(core, 미도시) 및 그래픽 처리부(미도시) 및/또는 다른 구성 요소와 신호를 송수신하는 연결 통로(예: 버스(bus) 등)를 포함할 수 있다.

다양한 실시예에서, 프로세서(101)는 프로세서 내부에서 처리되는 신호(또는, 데이터)를 일시적 및/또는 영구적으로 저장하는 램(RAM: Random Access Memory, 미도시) 및 롬(ROM: Read-Only Memory, 미도시)을 더 포함할 수 있다. 또한, 프로세서는 그래픽 처리부, 램 및 롬 중 적어도 하나를 포함하는 시스템온칩(SoC: system on chip) 형태로 구현될 수 있다.

일 실시예에서, 프로세서(101)는 메모리(102)에 저장된 하나 이상의 인스트럭션을 실행함으로써, 도 3 내지 도 9와 관련하여 설명될 방법을 수행할 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 메모리에 저장된 하나 이상의 인스트럭션(instruction)을 실행함으로써, 기본 정보를 입력받는 동작, 보조모드 여부를 입력받는 동작, 최적 파라미터의 유무를 확인하는 동작, 센싱데이터 및 운동데이터를 획득하는 동작, 센싱데이터 및 운동데이터를 기반으로 운동능력 정보를 획득하는 동작, 운동능력 정보를 기반으로 체력수준을 판단하는 동작, 조정 방향에 관한 정보를 수집하는 동작, 체력수준의 판단 결과를 기반으로 조정 방향에 관한 정보에 대응하는 구동신호정보를 획득 및 전송하는 동작, 구동부에 관한 제어정보를 획득하는 동작, 구동부에 관한 제어정보를 기반으로 하는 수정된 최적 파라미터를 획득하는 동작을 수행할 수 있다.

일 실시예에서, 메모리는 각종 데이터, 명령 및/또는 정보를 저장할 수 있다. 메모리에는 프로세서의 처리 및 제어를 위한 프로그램들(하나 이상의 인스트럭션들)을 저장할 수 있다. 메모리에 저장된 프로그램들은 기능에 따라 복수 개의 모듈들로 구분될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇의 동력 보조 방법을 전체적으로 나타내는 도면이다.

본 발명에 따른 웨어러블 로봇의 동력 보조 방법은 컴퓨팅 장치(100)에 의해 실시되는 것으로서, 기본 정보를 입력하는 단계(s110), 보조모드 여부를 입력받는 단계(s120), 최적 파라미터를 획득하는 단계(s130), 센싱데이터를 획득하는 단계(s140), 운동데이터를 획득하는 단계(s150), 구동부를 제어하는 단계(s160) 및 수정된 최적 파라미터를 획득하는 단계(s170)를 포함한다.

기본정보의 획득은 사용 단말(300)에서의 입력(예: 터치)에 따라 형성되는 기본정보가 컴퓨팅 장치(100)로 전달되는 것이다.

보조모드 여부를 입력받는 것은 기본정보의 획득과 동일하게 사용 단말(300)에서의 입력에 따라 이루어지거나, 사용자에 관한 움직임 정보를 획득하고 이를 기반으로 보조모드 또는 대기모드의 실시 여부를 결정할 수 있다.

최적 파라미터의 획득은 컴퓨팅 장치(100)에 의해 실시되며, 최적 파라미터의 유무를 확인한 결과에 기반하여 기지정된 파라미터를 획득할 수도 있다.

센싱데이터 및 운동데이터의 획득은 보조모드 하에서 실시되며, 컴퓨팅 장치(100)는 센서부에 의해 획득되는 센싱데이터 및 운동데이터를 접수한다.

구동부를 제어하는 과정은 센싱데이터 및 운동데이터를 기반으로 이루어지며, 운동능력 정보를 획득하고, 체력수준을 판단하며, 구동부의 조정 방향을 획득하고, 판단된 체력수준을 기반으로 구동부의 조정 방향에 대응하는 구동신호정보를 획득 및 전송하는 과정을 순차적으로 거쳐 실시된다.

수정된 최적 파라미터를 획득하는 것은 구동신호정보에 의해 제어되는 구동부로부터 제어정보를 획득하고 이를 기반으로 실시된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기본 정보를 입력하는 과정을 나타내는 도면이다.

선술한 바와 같이, 기본 정보를 획득하는 단계(s110)는 사용 단말(300)에 의해 입력되거나 컴퓨팅 장치(100) 또는 서버에 선저장된 기본 정보를 불러오는 과정을 통해 이루어진다. 여기서, 기본 정보는 사용자에 관한 키, 몸무게, 성별 등 신체정보를 포함할 수 있고 이에 한정되지 않는다. 또다른 일례로서, 기본정보는 사용자가 보행 등의 운동을 실시하는데 있어 영향을 미칠 수 있는 특이사항(예: 병력)에 관한 정보가 더 포함될 수 있다.

또다른 실시예로서, 사용 단말(300)은 컴퓨팅 장치(100)를 통해 제공되는 별도의 UI(예: 기본 정보 입력 UI)를 통해 기본 정보를 입력 폼 형태로 형성하고, 이를 통해 형성된 기본 정보는 컴퓨팅 장치(100)로 회신될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조모드 여부를 입력받는 과정을 나타내는 도면이다.

보조모드 여부를 입력받는 단계(s120)는 웨어러블 로봇을 착용한 사용자를 대상으로 보조모드 또는 대기모드의 선택을 유도하는 것이다.

웨어러블 로봇의 구동은 대기모드 및 보조모드로 구분된다. 대기모드는 사용자의 힘을 보조하는 보조력을 제공하지 않는 것으로서, 오프(off) 상태로 간주할 수 있다. 반면, 보조모드는 사용자의 힘을 보조하는 보조력이 구동부를 통해 작용되는 상태이다. 사용자는 상기와 같은 대기모드 또는 보조모드를 선택하고, 컴퓨팅 장치(100)는 사용자의 선택에 기반하여 보조모드 또는 대기모드를 실시되도록 웨어러블 로봇에 형성된 구동부를 제어할 수 있다.

한편, 웨어러블 로봇에 관한 보조모드로의 선택은 수동 접수 및 능동 접수로 구분될 수 있다.

보조모드의 수동 접수는 사용 단말(300)을 통해 보조모드를 선택하는 것(s121)이며, 이를 위해 컴퓨팅 장치(100)를 통해 제공되는 별도의 UI(예: 보조모드 선택 UI)로 구현 가능하다. 또다른 실시예로서, 웨어러블 로봇에 연결된 별도의 입력수단(예: 버튼, 터치형 디스플레이)을 통해 보조모드로의 선택을 접수받을 수 있다.

보조모드의 능동 접수는 웨어러블 로봇을 착용한 사용자의 움직임에 기반하여 보조모드의 실시 여부를 능동적으로 판단 및 실시하는 것이다. 이를 위해, 움직임 정보를 획득하는 단계 및 움직임 정보를 기반으로 보조모드 실시를 결정하는 단계를 포함한다.

움직임 정보를 획득하는 단계(s122)는 웨어러블 로봇을 착용한 사용자를 대상으로 실시된다. 컴퓨팅 장치(100)는 센서부를 통해 사용자의 움직임에 관한 정보를 획득한다.

여기서, 사용자의 움직임 정보는 하지의 관절 회동에 관한 정보, 이동 거리에 관한 정도 등을 포함할 수 있으며 이에 한정되지 않는다. 컴퓨팅 장치(100)는 상기와 같은 움직임 정보를 기반으로 사용자의 걸음수를 연산 및 획득할 수 있다.

움직임 정보를 기반으로 보조모드 실시를 결정하는 단계(s123)는 사용자가 실제 보행을 실시함에 따라 보조력의 제공이 필요한지 판단하는 목적으로 구비된다. 이를 위해, 컴퓨팅 장치(100)는 움직임 정보를 기반으로 사용자의 보행이 시작되었는지 판단한다. 상세하게, 컴퓨팅 장치(100)는 움직임 정보를 미리 지정된 기지정 걸음수와 비교하며, 비교 결과에 따라 보조모드를 실시한다. 컴퓨팅 장치(100)에 의해 먼저 획득한 움직임 정보 내 걸음수와 기지정 걸음수를 비교한다.

움직임 정보 내 걸음수가 기지정 걸음수를 초과하지 않는 경우, 컴퓨팅 장치(100)는 사용자가 미보행 상태인 것으로 간주하고 대기모드를 실시한다.

반면, 움직임 정보에 반영된 사용자의 걸음수가 기지정 걸음수를 초과할 시, 컴퓨팅 장치(100)는 사용자가 보행 상태인 것으로 판단하여 보조모드를 실시한다. 이에 따라, 컴퓨팅 장치(100)를 통한 구동부의 출력 제어가 실시될 수 있다.

상기와 같이 사용자의 움직임에 대응하여 선택적으로 보조모드가 실시됨으로써, 움직이지 않으려는 사용자가 의도하지 않게 보조력을 제공받는 상황을 미연에 방지하고, 이에 따른 의도하지 않은 부상 및 배터리의 효율 저하 또한 방지할 수 있다.

아울러, 사용자의 보행 등 신체 움직임에 따라 자동으로 보조력을 제공받을 수 있다. 이는 사용자가 직접 손으로 보조모드의 실행을 위해 별도의 구성을 조작하지 않아도 되어 번거로움을 덜고, 신체가 불편한 사용자로 하여금 편의성을 극대화하는 효과를 가진다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱데이터 및 운동데이터를 획득하는 과정을 나타내는 도면이다.

센싱데이터 및 운동데이터를 획득하기 이전에, 최적 파라미터 정보를 획득하는 단계가 선행될 수 있다.

최적 파라미터 정보를 획득하는 단계(s130)는 사용자의 보행에 적합한 보조 환경을 제공하기 위해 구비된다. 이를 위해, 컴퓨팅 장치(100)는 먼저 획득한 기본 정보를 기반으로 최적 파라미터 정보의 유무를 확인한다.

최적 파라미터 정보는 구동부의 엔코더 값, 속도, 토크, IMU 데이터, 사용자의 보행 속도, 보행 균형에 관한 정보, 기준 시간 당 에너지 소모량 등을 포함할 수 있으며 이에 한정되지 않는다.

사용자가 본 발명에 따른 웨어러블 로봇을 착용하고 초회 보행 시, 컴퓨팅 장치(100)에 의해 기설정된 기존 파라미터가 먼저 선택되며, 구동부는 상기 기존 파라미터에 대응하여 출력 제어된다. 이후, 후술할 센싱데이터 및 운동데이터의 획득에 따른 구동부의 제어가 이루어지고, 구동부의 제어과정에서 획득하는 제어정보를 기반으로 최적 파라미터 정보가 형성된다. 이후, 동일한 사용자의 추가 보행 시, 먼저 사용된 기존 파라미터를 대체하는 최적 파라미터 정보가 선택되고, 구동부는 선택된 최적 파라미터 정보에 대응하여 출력 제어된다.

센싱데이터 및 운동데이터는 보조모드 하에서 수집될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 대기모드에서도 별도로 수집 및 저장될 수도 있다.

웨어러블 로봇을 착용한 사용자가 보행 등 관절을 사용한 동작을 실시함에 따라, 컴퓨팅 장치(100)는 신체 또는 웨어러블 로봇에 연결된 센서부를 통해 센싱데이터 및 운동데이터를 획득할 수 있다.

센싱데이터를 획득하는 단계(s140)는 사용자의 움직임 및 이에 대응하는 구동부에 관한 데이터를 수집하는 것으로서, 컴퓨팅 장치(100)에 의해 실시된다. 센싱데이터는 센서부를 기반으로 실시간 측정되는 것으로서 관절 각도, 각속도, 가속도, 구동부의 엔코더 값, 속도, 토크, 사용전류, 와이어의 장력, 구동부에 인가되는 전류, 전압, 온도, 웨어러블 로봇의 GPS 값 등을 포함하며 이에 한정되지 않는다.

운동데이터를 획득하는 단계(s150)는 먼저 획득한 센싱데이터를 기반으로 운동데이터를 연산 및 획득하는 것으로서, 컴퓨팅 장치(100)에 의해 실시된다. 상세하게, 컴퓨팅 장치(100)는 센싱데이터의 연산을 통해 운동데이터를 획득하며, 상기 운동데이터는 구동부에 관한 실시간 소비전력, 일률, 운동량, 사용자의 에너지 소모량, 보행 주기, 보행 속도, 보행 균형에 관한 정보 등을 포함하고 이에 한정되지 않는다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동부의 출력 제어 및 최적 파라미터 정보를 획득하는 과정을 나타내는 도면이다.

사용자가 웨어러블 로봇을 착용하고 움직이는 과정에서 센싱데이터 및 운동데이터가 수집되고, 이를 기반으로 구동부의 출력을 제어할 수 있다.

센싱데이터 및 운동데이터를 기반으로 구동부를 제어하는 단계(s160)는 사용자의 체력 상태에 따라 능동적으로 보조력을 선택적으로 제공하는 것으로서, 상기 보조력은 사용자가 발휘하는 힘에 반작용하는 항력 및 사용자가 가하는 힘과 동일한 방향으로 작용하여 보조하는 보완력으로 구분된다. 이 과정에서 구동부에 대한 제어정보가 형성되고, 컴퓨팅 장치(100)는 상기와 같은 제어정보를 획득하여 후술할 최적 파라미터의 갱신에 사용할 수 있다.

이를 위해, 센싱데이터 및 운동데이터를 기반으로 구동부를 제어하는 과정은 운동능력 정보를 획득하는 단계(s161), 체력수준을 판단하는 단계(s162), 구동부의 조정 방향에 관한 정보를 획득하는 단계(s163), 구동신호정보를 획득하는 단계(s164) 및 제어정보를 획득하는 단계(s165)를 포함한다.

운동능력 정보를 획득하는 단계(s161)에서, 컴퓨팅 장치(100)는 센싱데이터 및 운동데이터를 기반으로 사용자의 체력 상태를 정의하는 저체력정보 및 고체력정보를 선택적으로 획득한다.

이후, 컴퓨팅 장치(100)는 획득한 운동능력 정보를 기반으로 사용자의 체력수준을 최종 판단하고, 구동부의 조정 방향에 관한 정보와 연계하여 구동신호정보를 획득한다. 구동신호정보는 모터 등으로 구비되는 구동부가 웨어러블 로봇을 구성하는 와이어 등 신축수단을 권취 또는 권출하여 항력 또는 보완력이 가해지도록 제어하는 것이다.

이후, 컴퓨팅 장치(100)는 구동신호정보에 의해 출력이 제공되는 구동부에 관한 제어정보를 획득하고, 획득한 제어정보를 기반으로 최적 파라미터 정보를 수정 및 저장한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 운동능력 정보를 획득하는 과정을 나타내는 도면이다.

운동능력 정보를 획득하는 단계(s161)는 구동부의 회전수에 관한 정보를 획득하는 단계(s1611), 구동부의 회전수에 관한 정보를 기설정된 기준 회전수와 비교하는 단계(s1612) 및 저체력정보 또는 고체력정보를 획득하는 단계(s1612a, s1612b)를 포함한다.

구동부의 회전수에 관한 정보를 획득하는 단계(s1611)는 센서부와 연결되는 컴퓨팅 장치(100)가 기설정된 기준 시간(예: 10초) 동안 회전한 구동부의 회전수에 관한 정보를 획득하는 것이다. 이는 사용자의 체력 상태에 기반한 신체 움직임 상태를 파악하는 것이다. 이는 센싱데이터 및 운동데이터 기반으로 획득될 수 있다.

구동부의 회전수에 관한 정보를 기설정된 기준 회전수와 비교하는 단계(s1612)는 체력저하 여부 또는 체력충분 여부를 확인하기 위한 것으로서, 컴퓨팅 장치(100)에 의해 수행된다. 상세하게, 컴퓨팅 장치(100)는 기설정된 기준 회전수를 획득한 구동부의 회전수에 관한 정보와 비교한다. 또한, 컴퓨팅 장치(100)의 제어 하에 비교되는 구동부의 회전수는 미리 지정된 기준 간격(예: 3분)마다 반복 비교됨에 따라, 저체력정보 또는 고체력정보가 복수 개 획득 및 누계될 수 있다.

기설정된 기준 회전수는 하한 모터 회전수 및 상한 모터 회전수를 포함한다. 하한 모터 회전수는 사용자의 체력저하를 판별하기 위한 기준 항목으로 사용되며, 미리 지정되어 저장된다. 또한, 상항 모터 회전수는 사용자의 체력이 충분한지 판단하기 위한 기준 항목으로 사용되며, 하한 모터 회전수와 동일하게 기설정되어 컴퓨팅 장치(100) 또는 별도의 서버에 저장된다.

구동부의 회전수가 하한 모터 회전수보다 큰 경우, 웨어러블 로봇을 착용한 사용자의 체력이 크게 저하되지 않은 경우를 의미한다.

반면, 구동부의 회전수가 하한 모터 회전수보다 작을 시, 사용자의 체력이 극도로 저하됨에 따라 관절 등 신체를 움직이는 속도가 현저히 느려짐을 의미한다. 이에 따라, 컴퓨팅 장치(100)는 저체력정보를 획득하는 단계(s1612a)를 실시하고, 저체력정보는 사용자의 기본 정보가 결합된 상태로 해당 사용자의 체력이 보충되어야 함을 의미하는 정보(예: 시간 당 구동부의 회전수 감소 그래프) 등을 포함할 수 있다.

또한, 구동부의 회전수가 상한 모터 회전수보다 작은 경우, 사용자의 체력이 과도하네 높은 상태가 아니고, 적정 수준을 유지하는 것으로 간주될 수 있다.

반면, 구동부의 회전수가 상한 모터 회전수보다 큰 경우, 사용자가 웨어러블 로봇을 착용한 상태에서 불필요한 구동부의 출력을 사용하면서 체력이 저하되지 않는 상태를 의미한다. 이에 기반하여, 컴퓨팅 장치(100)는 고체력정보를 획득하는 단계(s1612b)를 실시한다. 고체력정보는 저체력정보와 동일한 종류의 정보가 포함되되, 해당 사용자의 근력 운동이 필요함을 의미하는 정보(예: 근력 운동 필요 정보)를 더 포함할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 운동능력 정보에 기반하여 항력 또는 보완력을 부여하는 과정을 나타내는 도면이다.

체력수준을 판단하는 단계(s162)는 선술한 운동능력 정보의 획득 이후에 실시되는 것으로서, 고체력정보 및 저체력정보의 획득 개수에 기반하여 사용자의 체력 수준에 관한 판단을 실시한다. 즉, 고체력정보 및 저체력정보의 수집이 충분할 경우에만 사용자에 관한 체력수준의 판단이 이루어진다.

저체력정보의 획득에 대응하여 체력수준이 낮은 것으로 판단하는 단계(s162a)는 컴퓨팅 장치(100)에 의해 수행되며, 저체력정보를 획득한 개수를 기설정된 제1기준 기록수(예: 3개)와 비교하며, 비교 결과에 따라 사용자의 체력수준이 낮은 것으로 판단한다.

저체력정보의 개수가 제1기준 기록수를 초과하지 않을 시, 사용자의 체력은 지속적으로 낮은 상태가 아닐 수도 있음을 의미한다. 즉, 저체력정보의 개수가 충분하지 않을 경우, 실제 사용자의 체력 상태가 일시적으로 낮은 것일 수도 있다. 상기와 같은 경우, 체력수준의 판단을 유보하며 기설정된 기준 간격만큼 획득되는 저체력정보의 누계를 대기한다.

반면, 저체력정보의 개수가 제1기준 기록수를 초과할 시, 사용자의 체력은 지속적으로 낮은 상태임을 의미한다. 상세하게, 저체력정보가 계속 기록되는 경우, 사용자의 체력이 회복되지 않을 가능성이 높은 상태임을 예측할 수 있다. 이에 따라, 컴퓨팅 장치(100)는 사용자의 체력수준이 낮은 것으로 판단한다.

고체력정보의 획득에 대응하여 체력수준이 높은 것으로 판단하는 단계(s162b)는 선술한 저체력정보의 획득에 대응하여 체력수준이 낮은 것으로 판단하는 단계와 동일한 원리로 실시되되, 획득한 고체력정보의 개수를 기설정된 제2기준 기록수(예: 5개)와 비교하여 사용자의 체력수준이 높은 것을 판단한다.

고체력정보의 개수가 제2기준 기록수를 초과하지 않을 시, 체력수준의 판단 유보와 함께 기준 간격만큼 획득되는 고체력정보의 누적을 대기한다.

고체력정보의 개수가 제2기준 기록수를 초과할 경우, 컴퓨팅 장치(100)는 사용자의 체력수준이 높은 것으로 판단한다.

상기와 같이 저체력정보 및 고체력정보의 개수가 기설된 제1기준 기록수 및 제2기준 기록수를 각각 초과할 시 체력수준의 판단이 실시됨으로써, 무분별한 사용자의 체력수준 판단에 따른 데이터 처리를 방지할 수 있고, 판단된 사용자의 체력수준에 관한 신뢰도를 높일 수 있다.

구동부의 조정 방향에 관한 정보를 획득하는 단계(s163)는 사용자의 체력수준 판단에 따른 구동부의 제어의 기반이 되는 정보를 획득하는 것으로서, 이는 구동부의 조정 방향에 관한 정보로 구비된다. 상세하게, 컴퓨팅 장치(100)는 센서부로부터 구동부의 조정 방향에 관한 정보를 획득한다.

여기서, 구동부의 조정 방향은 구동부가 와이어 등 신축수단을 권취 및 권출하는 방향을 의미하며, 또다른 의미로 사지를 펴거나 구부리는 방향일 수도 있다.

일례로, 구동부의 조정 방향에 관한 정보는 “몸통으로부터 멀어지는 방향” 또는 “팔꿈치를 펴는 방향” 등으로 구비될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.

구동신호정보를 획득하는 과정(s164)은 먼저 획득한 구동부의 조정 방향에 관한 정보에 대응하여 컴퓨팅 장치(100)에 의해 이루어지며, 상기 구동신호정보는 체력수준의 판단 결과를 기반으로 획득할 수 있다.

구동신호정보는 구동부에 항력의 제공을 지시하는 의미를 포함하거나 보완력의 제공을 지시하는 의미를 포함할 수 있으며, 이는 구동부에 항력의 제공을 지시하는 단계(s164a) 및 구동부에 보완력의 제공을 지시하는 단계(s164b)를 포함하고, 각 단계는 가변 가능한 순서를 가지거나 병렬 수행될 수도 있다.

구동부에 항력의 제공을 지시하는 단계(s164a)는 사용자의 체력수준이 높은 것으로 판단될 시 항력이 가해지도록 구동부를 제어하는 것이다. 컴퓨팅 장치(100)는 사용자의 움직임에 반하는 항력이 작용하도록 구동부의 출력을 제어한다.

일례로, 사용자가 “팔꿈치를 펴는 방향”으로 움직이고 있어 동일하게 구동부의 조정 방향이 기록되는 상태에서 사용자의 체력수준이 높은 경우, 컴퓨팅 장치(100)는 사용자의 근력 운동을 보조하기 위해 “팔꿈치는 굽히는 방향”으로 구동부의 출력이 증가하도록 제어한다. 이에 따라, 체력이 저하되지 않은 상태의 사용자는 팔꿈치의 회동 과정에서의 저항을 받으면서 이를 기반으로 근력 향상 운동을 실시할 수 있다.

구동부에 보완력의 제공을 지시하는 단계(s164b)는 체력수준이 낮은 것으로 판단된 사용자에게 보완력을 부여하는 것으로서, 컴퓨팅 장치(100)는 사용자의 움직임과 동일한 방향으로 보완력이 가해지도록 구동부의 출력을 제어한다.

일례로, “팔꿈치를 펴는 방향”으로 움직이고 있는 사용자의 체력수준이 낮은 것으로 판단될 시, 컴퓨팅 장치(100)는 동일하게 “팔꿈치를 펴는 방향”으로 구동부의 출력이 증가하도록 제어한다. 이에 따라, 해당 사용자는 보다 적은 힘만으로도 동일한 각도로 팔꿈치를 펼 수 있다.

상기와 같은 사용자를 대상으로 하는 구동부의 항력 제공 또는 보완력 제공 제어를 통해, 체력수준이 높은 사용자를 대상으로 근력 운동, 심페기능 및 근지구력을 향상시킬 수 있도록 자연스럽게 유도할 수 있다.

또한, 사용자의 체력 수준에 대응하는 힘 보조 또는 운동 유도 기능을 능동적으로 제공할 수 있어, 건강 증진 측면에서 현저한 효과를 가진다.

한편, 구동신호정보의 획득에 따라 출력 제어되는 구동부를 대상으로 제어정보가 획득되는 단계(s165)가 실시되며, 제어정보는 구동부의 가압 방향 전환 시간, 사용자의 체력수준에 관한 정보를 포함하며, 추가로 사용자에 관한 센싱데이터 및 운동데이터를 더 포함할 수 있다. 이를 통해, 구동부의 출력 제어에 필요한 최적 파라미터 정보의 갱신 준비가 완료되며, 컴퓨팅 장치(100)는 이에 대응하여 최적 파라미터 정보를 재획득하는 단계(s170)를 통해, 구동부의 출력에 관한 최적 파라미터 정보를 갱신한다.

상기와 같은 일련의 구성 및 과정을 통해, 사용자의 건강 증진 및 복지 측면에서의 근력 보조를 사용자의 체력 수준에 따라 맞춤형으로 제공할 수 있다. 또한, 본 발명을 통해 구동부의 출력에 사용되는 불필요한 전력 소모량을 절감할 수 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100: 컴퓨팅 장치 200: 웨어러블 로봇
300: 사용 단말

Claims (10)

1. 컴퓨팅 장치에 의해 실시되어, 구동부에 관한 보조모드 여부를 입력받는 단계; 및 센싱데이터 및 운동데이터를 기반으로 구동부를 제어하는 단계;를 포함하는 것으로서,
   상기 보조모드의 입력 시 상기 구동부의 출력 제어가 실시되고,
   상기 보조모드는 수동 접수 및 능동 접수로 구분되며,
   상기 보조모드가 능동 접수로 구분된 경우, 사용자의 움직임을 기초로 보조모드 또는 대기모드의 실시 여부를 판단하는 단계;
   를 더 포함하고,
   상기 사용자의 움직임을 기초로 보조모드의 실시 여부를 판단하는 단계는,
   웨어러블 로봇을 착용한 상기 사용자를 대상으로 움직임 정보를 획득하는 단계;
   상기 움직임 정보를 기반으로 상기 사용자의 보행이 시작되었는지 판단하는 단계;
   상기 사용자의 보행이 시작되었다고 판단한 경우, 상기 움직임 정보를 기반으로 획득된 상기 사용자의 걸음수와 기지정 걸음수를 비교하는 단계; 및
   상기 사용자의 걸음수가 상기 기지정 걸음수를 초과할 시 상기 보조모드를 실시하고, 상기 사용자의 걸음수가 상기 기지정 걸음수를 초과하지 않는 경우 상기 대기모드를 실시하는 단계;
   를 포함하고,
   센싱데이터 및 운동데이터를 기반으로 구동부를 제어하는 단계는,
   센싱데이터 및 운동데이터를 기반으로 운동능력 정보를 획득하는 단계;
   상기 운동능력 정보를 기반으로 체력수준을 판단하는 단계;
   상기 구동부의 조정 방향에 관한 정보를 획득하는 단계; 및
   체력수준의 판단 결과를 기반으로 상기 조정 방향에 대응하는 구동신호정보를 획득하는 단계;를 포함하는, 웨어러블 로봇의 동력 보조 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   센싱데이터 및 운동데이터를 기반으로 구동부를 제어하는 단계 전에,
   상기 사용자에 관한 기본 정보를 획득하는 단계; 및
   상기 구동부에 관한 최적 파라미터 정보를 획득하는 단계;를 더 포함하고,
   상기 구동부는 상기 최적 파라미터 정보에 대응하여 출력 제어되는, 웨어러블 로봇의 동력 보조 방법.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   센싱데이터 및 운동데이터를 기반으로 운동능력 정보를 획득하는 단계는,
   기설정된 기준 시간 당 구동부의 회전수에 관한 정보를 획득하는 단계;
   획득한 구동부의 회전수에 관한 정보를 기설정된 기준 회전수와 비교하는 단계; 및
   상기 구동부의 회전수 및 기준 회전수의 비교 결과에 기초하여 저체력정보 또는 고체력정보를 획득하는 단계;를 포함하는, 웨어러블 로봇의 동력 보조 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 운동능력 정보를 기반으로 체력수준을 판단하는 단계는,
   상기 저체력정보의 획득에 대응하여 체력수준이 낮은 것으로 판단하는 단계;를 더 포함하고,
   획득한 상기 저체력정보의 개수가 기설정된 제1기준 기록수를 초과할 시, 체력수준의 판단이 실시되는 것을 특징으로 하는, 웨어러블 로봇의 동력 보조 방법.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 운동능력 정보를 기반으로 체력수준을 판단하는 단계는,
   상기 고체력정보의 획득에 대응하여 체력수준이 높은 것으로 판단하는 단계;를 더 포함하고,
   획득한 상기 고체력정보의 개수가 기설정된 제2기준 기록수를 초과할 시 체력수준의 판단이 실시되는 것을 특징으로 하는, 웨어러블 로봇의 동력 보조 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   체력수준의 판단 결과를 기반으로 상기 조정 방향에 대응하는 구동신호정보를 획득하는 단계는,
   체력수준이 높은 것으로 판단될 시, 구동부에 항력의 제공을 지시하는 단계; 및
   체력수준이 낮은 것으로 판단될 시, 구동부에 보완력의 제공을 지시하는 단계;를 포함하는, 웨어러블 로봇의 동력 보조 방법.
8. 제 1 항에 있어서,
   체력수준의 판단 결과를 기반으로 상기 조정 방향에 대응하는 구동신호정보를 획득하는 단계 이후,
   구동신호정보를 기반으로 최적 파라미터 정보를 재획득하는 단계;를 더 포함하는, 웨어러블 로봇의 동력 보조 방법.
9. 하나 이상의 인스트럭션을 저장하는 메모리; 및
   상기 메모리에 저장된 상기 하나 이상의 인스트럭션을 실행하는 프로세서;를 포함하고,
   상기 프로세서는 상기 하나 이상의 인스트럭션을 실행함으로써, 제1항의 방법을 수행하는, 장치.
10. 하드웨어인 컴퓨터와 결합되어, 제1항의 방법을 수행할 수 있도록 컴퓨터에서 독출가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터프로그램.