KR20100127122A - A device to express one's intension by emg signal and electric wheel chair having the same - Google Patents

A device to express one's intension by emg signal and electric wheel chair having the same Download PDF

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Abstract

PURPOSE: A device for expressing the intention of the disable by EMG signal and an electric wheel chair having the same are provided to assist the expression of user intention by attaching an EMG sensor on the neck ad arm of the user. CONSTITUTION: A device for expressing the intention of the disable includes an EMG sensor(210), a preprocessing unit(220), a text generator(230), and a display unit(240). The EMG sensor is attached to the muscle of the user to obtain an EMG signal. The preprocessing unit converts the EMG signal to a digital signal. A text generator loads the text corresponding to the digital signal according to the correlation of the digital signal and the text. The display unit displays the text which is loaded the text generator.

Description

근전도를 이용한 의사표현장치 및 이를 구비한 전동 휠체어{A device to express one's intension by emg signal and electric wheel chair having the same}A device to express one using an electromyography and an electric wheelchair having the same {A device to express one's intension by emg signal and electric wheel chair having the same}

본 발명의 원활한 의사소통이 가능하지 않은 중증 장애인의 의사소통을 보조하기 위한 근전도를 이용한 의사표현장치 및 이를 구비한 전동 휠체어에 관한 것이다.The present invention relates to a communication expression device using an electromyography for assisting communication of a severely disabled person, which is not capable of smooth communication, and an electric wheelchair having the same.

발성이 불가능한 장애인의 경우 주로 수화를 이용하거나 글씨를 써서 자신의 의사를 표현하였다. 하지만, 수화의 경우 특정인, 즉 수화를 알고 있는 사람들과의 의사소통만 가능하다는 한계가 있다. 또한, 글씨를 써서 의사를 표현하는 방식의 경우, 매번 필기구를 휴대하여야 하는 번거로움이 있을 뿐 아니라, 중증 장애인의 경우에는 필기구로 글씨를 쓰는 행동 자체가 어렵다는 문제점이 있다. 특히, 중증 장애인들의 경우 주로 전동 휠체어를 타고 이동하는 경우가 많은데, 행동이 부자유스러운 장애인들이 의사표현을 하기 위해 손을 움직이는 등 행동을 취하는 경우, 몸의 균형이 흐트러져 휠체어에서 떨어지는 등의 사고가 발생할 우려도 있다.In the case of people with disabilities who cannot speak, they expressed their intentions by using sign language or writing. However, in the case of sign language, there is a limitation that only communication with a specific person, ie, people who know sign language, is possible. In addition, in the case of a method of expressing a doctor by writing, there is a problem that it is not only troublesome to carry a writing instrument every time, and in the case of a severely disabled person, it is difficult to write writing with writing instruments. In particular, many people with severe disabilities often move in electric wheelchairs. When the handicapped people with disabilities take actions such as moving their hands to express their opinions, they may lose their balance and fall off the wheelchair. There is also concern.

따라서, 이러한 중증 장애인들의 의사표현을 보조할 수 있는 의사표현장치 및 이를 구비한 전동 휠체어의 개발이 필요하다.Therefore, there is a need for the development of a pseudo-expression apparatus and an electric wheelchair equipped with the same that can assist the expression of the severely disabled.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 발성이 불가능한 중증 장애인들의 의사표현을 보조하기 위한 근전도를 이용한 의사표현장치 및 이를 구비한 전동 휠체어를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a pseudo-expression device using an electromyography for assisting the expression of the severely disabled people with speech impossibility and an electric wheelchair having the same.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 근전도를 이용한 의사표현장치는 사용자의 근육에 장착되어 근전도 신호를 획득하는 근전도 센서와, 상기 근전도 신호를 필터링하고 디지털 신호로 변환하는 전처리수단과, 상기 디지털 신호와 문자의 상관관계가 저장되어 있으며, 상기 상관관계에 따라 상기 디지털 신호에 대응되는 문자를 로딩하는 문자생성부와, 상기 문자생성부에서 로딩된 문자가 표시되는 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the pseudo-expression apparatus using EMG according to the present invention is an EMG sensor mounted on the muscle of the user to obtain an EMG signal, pre-processing means for filtering and converting the EMG signal into a digital signal, and the digital Correlation between the signal and the character is stored, characterized in that it comprises a character generation unit for loading a character corresponding to the digital signal according to the correlation, and a display unit for displaying the character loaded in the character generation unit .

본 발명에 따른 전동 휠체어는 사용자가 착석하는 본체와, 상기 본체에 회전가능하게 결합되는 바퀴와, 상기 바퀴에 결합되는 모터를 구비하는 전동 휠체어에 있어서, 사용자의 근육에 장착되어 근전도 신호를 획득하는 근전도 센서와, 상기 근전도 신호를 필터링하고 디지털 신호로 변환하는 전처리수단과, 상기 디지털 신호와 문자의 상관관계가 저장되어 있으며, 상기 상관관계에 따라 상기 디지털 신호에 대응되는 문자를 로딩하는 문자생성부와, 상기 문자생성부에서 로딩된 문자가 표시되는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The electric wheelchair according to the present invention is an electric wheelchair having a body seated by a user, a wheel rotatably coupled to the body, and a motor coupled to the wheel, wherein the electric wheelchair is mounted on a user's muscle to acquire an EMG signal. An EMG sensor, preprocessing means for filtering the EMG signal and converting the EMG signal into a digital signal, and a correlation between the digital signal and a character is stored, and a character generation unit for loading a character corresponding to the digital signal according to the correlation And a display unit which displays the character loaded by the character generator.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 발성이 불가능한 중증 장애인이 원활하게 자신의 의사를 표현할 수 있을 뿐 아니라, 중증 장애인이 휠체어에 안정된 자세로 앉은 상태에서 의사를 표현할 수 있다.According to the present invention of the above-described configuration, not only the severely disabled person who is unable to speak can express his / her intention smoothly, but also the severely disabled person can express the doctor while sitting in a stable position in a wheelchair.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 근전도를 이용한 의사표현장치가 구비된 전동 휠체어의 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 근전도를 이용한 의사표현장치의 작동원리를 설명하기 위한 구성도이다.1 is a perspective view of an electric wheelchair equipped with a pseudo-expression apparatus using EMG according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a configuration diagram for explaining the operation principle of the pseudo-expression apparatus using the EMG shown in FIG. .

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 전동 휠체어는 휠체어 본체(100)와 근전도를 이용한 의사표현장치(200)를 구비한다.1 and 2, the electric wheelchair according to the present embodiment includes a wheelchair body 100 and a pseudo expression device 200 using EMG.

휠체어 본체(100)는 사용자가 앉는 본체(10)와, 이 본체에 회전 가능하게 결합되는 바퀴(20)와, 상기 바퀴를 구동하는 모터(미도시)로 이루어진다. 상기 휠체어 본체(100)의 세부적인 구성은 시중에 보급된 전동 휠체어와 동일하며, 구체적인 설명은 생략한다.The wheelchair body 100 includes a body 10 on which a user sits, a wheel 20 rotatably coupled to the body, and a motor (not shown) for driving the wheel. The detailed configuration of the wheelchair body 100 is the same as the electric wheelchair that is commercially available, and detailed description thereof will be omitted.

근전도를 이용한 의사표현장치(200)는 중증 장애인의 의사표현을 보조하기 위한 것으로, 근전도 센서(210)와, 전처리수단(220)과, 문자생성부(230)와, 디스플레이부(240)를 포함한다.The pseudo-expression apparatus 200 using EMG is to assist the expression of the severely disabled person, and includes an EMG sensor 210, a preprocessing unit 220, a character generator 230, and a display 240. do.

근전도 센서(210)는 근전도 신호를 획득(측정)하기 위한 것이다. 근전도란 근육의 전기적인 활동을 기록한 것으로, 세포외 전극(extra cellular electrode)을 이용하여 근육의 전기적인 활동을 기록하여 골격근의 상태나 골격근에 대한 신경지배에 관한 정보를 얻을 수 있다. 정상적인 신경 지배를 받는 근육은 안정 상태에 서 전기적인 활동을 나타내지 않으며, 임상에서 이용하는 근전도 신호는 수축하는 근섬유 근처에 설치한 기록전극과, 이 기록전극과 어느 정도 거리를 가지고 떨어져 있는 기준 전극 간에 나타나는 활동전위를 측정한 것이다. 상기한 근전도를 측정하는 근전도 센서는 생체 전극이라고도 칭해지며, 판 전극과 침 전극의 두 가지 형태로 보급된다. 상기 근전도 센서는 복수 구비되어 사용자의 신체에 부착되는데, 본 실시예의 경우 4개의 근전도 센서(210)가 구비되어 사용자의 양쪽 팔 및 목의 양측에 부착된다.The EMG sensor 210 is for acquiring (measuring) an EMG signal. EMG is a record of the electrical activity of the muscles, using the extra cellular electrode (extra cellular electrode) to record the electrical activity of the muscles can obtain information about the status of skeletal muscles and nerve control for skeletal muscles. Normal nerve-controlled muscles do not exhibit electrical activity in a stable state, and the electromyography signal used in clinical practice is shown between a recording electrode placed near a contracting muscle fiber and a reference electrode at a distance from the recording electrode. It is a measure of action potential. The EMG sensor for measuring the EMG is also referred to as a biological electrode, and is spread in two forms: a plate electrode and a needle electrode. The EMG sensor is provided in plural and attached to the user's body. In the present embodiment, four EMG sensors 210 are provided to be attached to both arms and neck of the user.

전처리수단(220)은 근전도 센서(210)에서 획득된 근전도 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 것으로, 증폭부(221)와, 필터부(222)와, A/D 변환부(223)로 이루어진다. 증폭부(221)는 근전도 센서(210)에서 측정된 근전도 신호를 수신받으며, 이 근전도 신호를 증폭한다. 본 실시예의 경우 근전도 신호를 약 1000배 정도로 증폭하는데, 이때 근전도 신호를 차동 증폭하여 불필요한 노이즈를 제거한다. 필터부(222)에서는 저역통과필터와 고역통과필터를 이용하여 필요한 영역대의 근전도 신호만을 선별한다. A/D 변환부(223)에서는 선별된 근전도 신호를 디지털 신호로 변환한다. The preprocessing means 220 converts the EMG signal obtained by the EMG sensor 210 into a digital signal, and includes an amplifier 221, a filter 222, and an A / D converter 223. The amplifier 221 receives the EMG signal measured by the EMG sensor 210 and amplifies the EMG signal. In this embodiment, the EMG signal is amplified by about 1000 times. At this time, the EMG signal is differentially amplified to remove unnecessary noise. The filter unit 222 selects only the EMG signal in the required area using a low pass filter and a high pass filter. The A / D converter 223 converts the selected EMG signal into a digital signal.

문자생성부(230)는 디지털 신호에 따라 문자를 로딩하기 위한 것으로, 저장부(231)와 생성부(232)로 이루어진다. 저장부(231)에는 디지털 신호와 문자와의 상관관계가 저장되어 있다. 여기서, 상관관계라 함은 디지털 신호와 문자를 매칭시킨 것을 의미하며, 이 상관관계는 다양한 형태의 프로토콜로 설정 가능하다.The character generator 230 is used to load a character according to a digital signal, and includes a storage unit 231 and a generator 232. The storage unit 231 stores correlations between digital signals and characters. Here, the correlation means a match between a digital signal and a character, and the correlation may be set by various types of protocols.

예를 들어, 본 실시예의 경우 4개의 근전도 센서에서 획득되는 근전도 신호 를 이용하여 4개의 디지털 신호를 생성 가능하다(설명의 편의상 각 디지털 신호의 넘버를 1,2,3,4로 함). 그리고, 각 디지털 신호 또는 디지털 신호 조합을 일상적으로 사용되는 문장과 매칭할 수 있다. 예를 들어, 1번 디지털 신호의 입력시 "안녕하세요"란 문장과 매칭할 수 있으며, 1번 및 2번 디지털 신호의 조합은 "감사합니다."라는 문장과 매칭할 수 있다.For example, in the present exemplary embodiment, four digital signals may be generated by using EMG signals obtained from four EMG sensors (for convenience of description, the numbers of each digital signal are 1,2,3,4). Each digital signal or combination of digital signals can be matched with sentences used in everyday life. For example, when the digital signal 1 is input, the phrase "hello" may match, and the combination of the digital signals 1 and 2 may match the sentence "thank you."

한편, 하기 표와 같이 디지털 신호가 알파벳 또는 부호를 나타내도록 프로토콜을 설정할 수 있다.Meanwhile, as shown in the following table, the protocol may be set such that the digital signal represents an alphabet or a sign.

[표][table]

디지털 신호Digital signal 문자text 디지털 신호Digital signal 문자text 1One .. 4,34,3 MM 22 한 칸 띄우기Float one space 4,3,14,3,1 NN 2,12,1 AA 4,3,24,3,2 OO 2,22,2 BB 4,3,2,14,3,2,1 PP 33 CC 4,3,2,24,3,2,2 QQ 3,13,1 DD 4,44,4 RR 3,23,2 EE 4,4,14,4,1 SS 3,2,13,2,1 FF 4,4,24,4,2 TT 3,2,23,2,2 GG 4,4,2,14,4,2,1 UU 44 HH 4,4,2,24,4,2,2 VV 4,14,1 II 4,4,34,4,3 WW 4,24,2 JJ 4,4,3,14,4,3,1 XX 4,2,14,2,1 KK 4,4,3,24,4,3,2 YY 4,2,24,2,2 LL 4,4,3,2,14,4,3,2,1 ZZ

상기와 같이 프로토콜이 설정된 경우, 사용자는 상기 프로토콜에 따라 근육을 수축(팔 또는 목에 힘을 주거나 움직임)함으로써 자신의 의사를 표시할 수 있다. 예를 들어, "HELLO"를 표현하고자 하는 경우에는 [4], [3,2], [4,2,2], [4,2,2], [4,3,2]의 순으로 디지털 신호가 출력되도록 팔 및 목을 움직이면 된다.When the protocol is set as described above, the user may indicate his / her intention by contracting (force or move an arm or neck) the muscle according to the protocol. For example, if you want to express "HELLO", digital in the order of [4], [3,2], [4,2,2], [4,2,2], [4,3,2]. You just have to move your arms and neck to output the signal.

생성부(232)는 A/D 변환된 디지털 신호를 입력받으며, 저장부(231)로부터 디지털 신호에 대응되는 문자(문장)를 로딩하여 생성한다.The generation unit 232 receives the A / D converted digital signal, and loads and generates a character (statement) corresponding to the digital signal from the storage unit 231.

디스플레이부(240)는 휠체어 본체(100)에 회전가능하게 결합된다. 디스플레이부(240)는 문자생성부(230)로부터 생성된 문자를 입력받으며, 이 문자를 화면상에 표시한다.The display unit 240 is rotatably coupled to the wheelchair body 100. The display unit 240 receives a character generated from the character generator 230 and displays the character on the screen.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 근전도를 이용한 의사표현장치 및 전동 휠체를 이용하면 발성이 불가능하고 움직임에 제약이 있는 중증 장애인도 자신의 의사를 원활하게 표현할 수 있다. 특히, 사용자가 전동 휠체어에 탄 상태에서 특별한 움직임, 즉 수화를 한다거나 글씨는 쓰기 위한 움직임 등이 없이, 근전도 센서가 장착된 부분에 힘을 주기만 하면, 즉 목을 좌우로 움직이거나 휠체어의 팔걸이를 잡은 상태에서 팔에 힘을 주기만 하면 의사표현을 자유롭게 할 수 있다. 따라서, 종래와 같이 의사표현을 하는 과정에서 사용자의 자세가 위태로워 지는 등의 문제를 방지할 수 있다.As described above, when the pseudo-expression apparatus and the electric wheel body using the EMG according to the present embodiment are used, a severely disabled person who is unable to speak and has limited movement can express his / her intention smoothly. In particular, when the user is in the electric wheelchair, there is no special movement, such as hydration or writing, but only by applying force to the part where the EMG sensor is mounted, i.e. moving the neck from side to side or holding the armrest of the wheelchair. You can freely express yourself by simply applying strength to your arm in the state. Therefore, it is possible to prevent a problem such as the user's posture is in jeopardy in the process of expressing the pseudo as in the prior art.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and the present invention belongs to the present invention without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and such changes are within the scope of the claims.

예를 들어, 본 실시예에서는 디지털 신호가 알파벳에 대응되도록 프로토콜을 설정하였으나, 디지털 신호가 한글의 모음 및 자음에 대응되도록 프로토콜을 설정할 수 있다.For example, in the present embodiment, the protocol is set so that the digital signal corresponds to the alphabet, but the protocol may be set so that the digital signal corresponds to the vowel and consonant of the Hangul.

또한, 본 실시예의 경우 근전도 센서가 목 및 양 팔에 장착되는 것으로 설명 하였으나, 사용자의 몸 상태에 따라 비교적 자유롭게 힘을 가할 수 있는 부위에 장착할 수 있다.In addition, in the present embodiment, the EMG sensor is described as being mounted on the neck and both arms, but it can be mounted on a portion that can be applied relatively freely according to the user's body condition.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 근전도를 이용한 의사표현장치가 구비된 전동 휠체어의 사시도이다.1 is a perspective view of an electric wheelchair equipped with a pseudo-expression apparatus using EMG according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 도시된 근전도를 이용한 의사표현장치의 작동원리를 설명하기 위한 구성도이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating an operation principle of the pseudo-expression apparatus using the EMG shown in FIG. 1.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100...휠체어 본체 200...근전도를 이용한 의사표현장치100 ... Wheelchair body 200 ... Pseudo-expression apparatus using EMG

210...근전도 센서 220...전처리수단210 ... EMG sensor 220 ... Preprocessing means

230...문자생성부 240...디스플레이부230 ... Character generation 240 ... Display

Claims (2)

사용자의 근육에 장착되어 근전도 신호를 획득하는 근전도 센서;An EMG sensor mounted on a muscle of a user to obtain an EMG signal; 상기 근전도 신호를 필터링하고 디지털 신호로 변환하는 전처리수단;Preprocessing means for filtering and converting the EMG signal into a digital signal; 상기 디지털 신호와 문자의 상관관계가 저장되어 있으며, 상기 상관관계에 따라 상기 디지털 신호에 대응되는 문자를 로딩하는 문자생성부; 및A character generator which stores a correlation between the digital signal and a character and loads a character corresponding to the digital signal according to the correlation; And 상기 문자생성부에서 로딩된 문자가 표시되는 디스플레이부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 근전도를 이용한 의사표현장치.And a display unit for displaying the characters loaded by the character generation unit. 사용자가 착석하는 본체와, 상기 본체에 회전가능하게 결합되는 바퀴와, 상기 바퀴에 결합되는 모터를 구비하는 전동 휠체어에 있어서,In the electric wheelchair having a body seated by the user, a wheel rotatably coupled to the body, and a motor coupled to the wheel, 사용자의 근육에 장착되어 근전도 신호를 획득하는 근전도 센서와,An EMG sensor mounted on a user's muscle to acquire an EMG signal, 상기 근전도 신호를 필터링하고 디지털 신호로 변환하는 전처리수단과,Preprocessing means for filtering and converting the EMG signal into a digital signal; 상기 디지털 신호와 문자의 상관관계가 저장되어 있으며, 상기 상관관계에 따라 상기 디지털 신호에 대응되는 문자를 로딩하는 문자생성부와,A character generator which stores a correlation between the digital signal and a character and loads a character corresponding to the digital signal according to the correlation; 상기 문자생성부에서 로딩된 문자가 표시되는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 휠체어.Electric wheelchair, characterized in that it further comprises a display unit for displaying the characters loaded from the character generation unit.
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