KR102261608B1

KR102261608B1 - Control Apparatus and Method for Wearable Walk Assist Robot

Info

Publication number: KR102261608B1
Application number: KR1020200009749A
Authority: KR
Inventors: 김병조; 김정빈
Original assignee: 고려대학교 산학협력단
Priority date: 2019-01-29
Filing date: 2020-01-28
Publication date: 2021-06-08
Also published as: KR20200094678A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 보행 보조 로봇 제어 장치는, 웨어러블 보행 보조 로봇을 착용한 사용자의 생체신호를 감지하는 생체신호 감지부; 상기 생체신호 감지부에 의해 감지한 생체신호를 기초로 사용자의 근력을 분석하는 신호 분석부; 및 상기 신호 분석부에 의해 분석된 사용자의 근력에 따라 상기 웨어러블 보행 보조 로봇의 구동 파워를 제어하는 로봇 구동 제어부를 포함할 수 있다.A wearable walking assistance robot control apparatus according to an embodiment of the present invention includes: a biosignal detector for detecting a biosignal of a user wearing the wearable walking aid robot; a signal analyzer analyzing the user's muscle strength based on the biosignal sensed by the biosignal detector; and a robot driving control unit controlling the driving power of the wearable walking assistance robot according to the user's muscle strength analyzed by the signal analyzing unit.

Description

{Control Apparatus and Method for Wearable Walk Assist Robot}

본 출원은 웨어러블 보행 보조 로봇 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.The present application relates to a wearable walking assistance robot control apparatus and method.

최근, 노약자나 장애인의 보행 동작을 보조하기 위한 보행 보조 로봇에 대한 연구개발이 널리 이루어지고 있다.Recently, research and development of a walking assistance robot for assisting the walking motion of the elderly or the disabled has been widely conducted.

예를 들어, 혼자서 보행하기 힘든 환자의 다리의 근력을 보조하여 보행을 도와주는 웨어러블 로봇이나, 하체 마비로 인해서 보행이 불가능한 환자를 보조하기 위한 보행 보조 로봇 등이 개발된 바 있다.For example, a wearable robot that assists in walking by assisting the muscle strength of the legs of a patient who is difficult to walk alone, or a walking assistance robot for assisting a patient who is unable to walk due to paralysis of the lower body, etc. have been developed.

이와 같은 기존의 보행 보조 로봇의 제어 기술은 대부분 완전마비 환자의 보행을 보조하는데 초점이 맞추어져 있다. 따라서, 환자가 보행 보조 로봇을 착용할 경우 보행은 가능해지나, 보행 보조 로봇에 전적으로 의존함에 따라 근육의 사용이 줄어서 근육이 소실되는 문제가 생길 수 있으며, 부분적이나마 근력이 남아 있어 보행 보조 로봇의 움직임과 부조화를 이룰 경우 오히려 근육의 손상이나 골절 등의 외상이 발생할 수 있다.Most of the control technology of the existing walking assistance robot is focused on assisting the walking of a patient with complete paralysis. Therefore, when a patient wears a walking assistance robot, walking is possible, but depending on the walking assistance robot entirely, the use of muscles decreases and there may be a problem of muscle loss, and the movement of the walking assistance robot is partially due to the remaining muscle strength. In case of over-dissonance, trauma such as muscle damage or fracture may occur.

따라서, 당해 기술분야에서는 웨어러블 보행 보조 로봇을 착용한 사용자의 근육의 소실을 최소화하도록 웨어러블 보행 보조 로봇을 제어하기 위한 방안이 요구되고 있다.Therefore, in the art, there is a need for a method for controlling the wearable walking assistance robot to minimize the loss of muscles of a user wearing the wearable walking assistance robot.

뿐만 아니라, 웨어러블 보행 보조 로봇을 통해 보행을 보조함과 동시에 근육을 최대한 사용하도록 하여 재활 효과를 낼 수 있도록 웨어러블 보행 보조 로봇을 제어하기 위한 방안이 요구되고 있다.In addition, there is a need for a method for controlling the wearable walking assisting robot so that the wearable walking assisting robot can assist in walking and at the same time maximize the use of muscles to achieve a rehabilitation effect.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 실시예는 웨어러블 보행 보조 로봇 제어 장치를 제공한다.In order to solve the above problems, an embodiment of the present invention provides a wearable walking assistance robot control device.

상기 웨어러블 보행 보조 로봇 제어 장치는, 웨어러블 보행 보조 로봇을 착용한 사용자의 생체신호를 감지하는 생체신호 감지부; 상기 생체신호 감지부에 의해 감지한 생체신호를 기초로 사용자의 근력을 분석하는 신호 분석부; 및 상기 신호 분석부에 의해 분석된 사용자의 근력에 따라 상기 웨어러블 보행 보조 로봇의 구동 파워를 제어하는 로봇 구동 제어부를 포함할 수 있다.The wearable walking assistance robot control device may include: a biosignal detector for detecting a biosignal of a user wearing the wearable walking assisting robot; a signal analyzer analyzing the user's muscle strength based on the biosignal sensed by the biosignal detector; and a robot driving control unit controlling the driving power of the wearable walking assistance robot according to the user's muscle strength analyzed by the signal analyzing unit.

또한, 본 발명의 다른 실시예는 웨어러블 보행 보조 로봇 제어 방법을 제공한다.In addition, another embodiment of the present invention provides a wearable walking assistance robot control method.

상기 웨어러블 보행 보조 로봇 제어 방법은, 기 설정된 구동 파워로 사용자에 의해 착용된 웨어러블 보행 보조 로봇을 구동시키는 단계; 상기 사용자의 움직임에 따른 생체신호를 획득하는 단계; 상기 생체신호를 기초로 사용자의 근력을 분석하는 단계; 및 상기 사용자의 근력에 따라 상기 웨어러블 보행 보조 로봇의 구동 파워를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.The method for controlling the wearable walking assistance robot includes: driving the wearable walking assistance robot worn by the user with a preset driving power; obtaining a biosignal according to the user's movement; analyzing the user's muscle strength based on the bio-signals; and controlling the driving power of the wearable walking assistance robot according to the user's muscle strength.

덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것이 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.Incidentally, the means for solving the above problems do not enumerate all the features of the present invention. Various features of the present invention and its advantages and effects may be understood in more detail with reference to the following specific embodiments.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨어러블 보행 보조 로봇을 착용한 사용자의 움직임에 따른 근전도 신호를 측정 및 분석하고, 이로부터 사용자의 근력을 분석하여 분석된 근력에 따라 보행 보조 로봇의 구동 파워를 조절함으로써, 사용자의 자력에 의한 근육의 사용을 유도하여 사용자의 근육의 소실을 최소화할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, an EMG signal according to the movement of a user wearing a wearable walking assistance robot is measured and analyzed, and the user's muscle strength is analyzed therefrom, and the driving power of the walking assistance robot is adjusted according to the analyzed muscle strength. By doing so, it is possible to induce the use of the muscles by the user's magnetic force, thereby minimizing the loss of the user's muscles.

더 나아가, 웨어러블 보행 보조 로봇을 통해 보행을 보조함과 동시에 근육을 최대한 사용하도록 하여 재활 효과까지 기대할 수 있다.Furthermore, a rehabilitation effect can be expected by maximizing the use of muscles while assisting walking through a wearable walking assistance robot.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 보행 보조 로봇 제어 장치의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 근력을 측정하는 근육 및 전극 부착 지점을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 정상인과 환자의 근전도 신호를 측정한 예를 비교하여 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨어러블 보행 보조 로봇 제어 방법의 흐름도이다.1 is a block diagram of an apparatus for controlling a wearable walking assistance robot according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a muscle and an electrode attachment point for measuring muscle strength according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a comparison between an example in which EMG signals of a normal person and a patient are measured.
4 is a flowchart of a method for controlling a wearable walking assistance robot according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.Hereinafter, preferred embodiments will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily practice the present invention with reference to the accompanying drawings. However, in describing the preferred embodiment of the present invention in detail, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the same reference numerals are used throughout the drawings for parts having similar functions and functions.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.In addition, throughout the specification, when a part is 'connected' with another part, it is not only 'directly connected' but also 'indirectly connected' with another element interposed therebetween. include In addition, 'including' a certain component means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 보행 보조 로봇 제어 장치의 블록 구성도이다.1 is a block diagram of an apparatus for controlling a wearable walking assistance robot according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 보행 보조 로봇 제어 장치(100)는 생체신호 감지부(110), 신호 분석부(120) 및 로봇 구동 제어부(130)를 포함하여 구성될 수 있으며, 필요에 따라 데이터 입력부(140)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a wearable walking assistance robot control apparatus 100 according to an embodiment of the present invention may include a biosignal detection unit 110 , a signal analysis unit 120 , and a robot driving control unit 130 . and may further include a data input unit 140 as necessary.

생체신호 감지부(110)는 웨어러블 보행 보조 로봇을 착용한 사용자의 생체신호를 감지하기 위한 것이다.The biosignal detection unit 110 is for detecting a biosignal of a user wearing the wearable walking assistance robot.

일 실시예에 따르면, 생체신호 감지부(110)는 사용자의 피부 표면에 부착되는 복수의 표면 근전도 센서로 구성되어 사용자의 근전도(Electromyogram, EMG) 신호를 측정할 수 있다. According to an embodiment, the biosignal sensor 110 may be configured with a plurality of surface EMG sensors attached to the user's skin surface to measure the user's Electromyogram (EMG) signal.

여기서, 생체신호 감지부(110)가 최소의 센서(즉, 전극)만을 사용하여 사용자의 근력을 분석하기 위해서 측정 대상이 되는 대상 근육 및 전극 부착 지점이 최적으로 선정될 필요가 있다.Here, in order for the biosignal sensing unit 110 to analyze the user's muscle strength using only the minimum sensor (ie, electrode), the target muscle to be measured and the electrode attachment point need to be optimally selected.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 근력을 측정하는 근육 및 전극 부착 지점을 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining a muscle and an electrode attachment point for measuring muscle strength according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 측정 대상이 되는 대상 근육은 큰볼기근(Gluteus maximus), 넙다리곧은근(Rectus femoris), 안쪽넓은근(Vastus medialis), 넙다리두갈래근(Biceps femoris), 앞정강근(Tibialis anterior) 및 장딴지근(Gastrocnemius)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the target muscles to be measured are gluteus maximus, rectus femoris, broad inner muscle (Vastus medialis), biceps femoris, and tibialis anterior (Tibialis). anterior) and calf muscles (Gastrocnemius).

구체적으로, 도 2의 (a)에 도시된 큰볼기근은 고관절의 외회전과 폄(hip joint external rotation and extension) 동작을 담당하는 근육으로, 큰볼기근의 근력 측정을 위해서 둔부 사분면의 외상방 또는 내하방 지점에 전극이 부착될 수 있다.Specifically, the gluteus medius shown in Fig. 2 (a) is a muscle responsible for external rotation and extension of the hip joint, and for measuring the muscle strength of the gluteus maximus, the gluteus maximus quadrant or internal downward direction An electrode may be attached to the point.

또한, 도 2의 (b)에 도시된 넙다리곧은근은 무릎관절 폄과 고관절 굽힘(knee joint extension and hip flexion) 동작을 담당하는 근육으로, 넙다리곧은근의 근력 측정을 위해서 앞 넓다리(anterior thigh)의 고관절과 무릎관절의 중간 지점에 전극이 부착될 수 있다.In addition, the rectus femoris muscle shown in (b) of FIG. 2 is a muscle responsible for knee joint extension and hip flexion operations, and for measuring the muscle strength of the rectus femoris muscle, the front thigh ( Electrodes can be attached to the midpoint between the hip and knee joints of the anterior thigh.

또한, 도 2의 (c)에 도시된 안쪽넓은근은 무릎관절 폄(knee joint extension) 동작을 담당하는 근육으로, 안쪽넓은근의 근력 측정을 위해서 앞 넓다리 내측(anterior medial thigh)의 무릎관절 내측(medial knee)에서부터 3-4 수지 넓이 근위부(proximal to 3-4 fingerbreadths)에 전극이 부착될 수 있다.In addition, the medial broad muscle shown in (c) of FIG. 2 is a muscle responsible for knee joint extension operation, and for measuring the muscle strength of the medial broad muscle, the knee joint of the anterior medial thigh Electrodes can be placed from the medial knee to proximal to 3-4 fingerbreadths.

또한, 도 2의 (d)에 도시된 넙다리두갈래근은 무릎관절 굽힘과 무릎 굽힘 상태에서 바깥쪽 회전(knee joint flexion and lateral rotation) 동작 및 고관절 폄(hip joint extension, 긴갈래) 동작을 담당하는 근육으로, 넙다리두갈래근의 근력 측정을 위해서 외측 무릎관절(lateral knee)과 궁둥뼈결절(ischial tuberosity)의 중간 지점에 전극이 부착될 수 있다.In addition, the biceps femoris muscle shown in (d) of FIG. 2 is responsible for knee joint flexion and lateral rotation motion and hip joint extension (long forked) motion in knee joint flexion and knee flexion state. In order to measure the muscle strength of the biceps femoris, an electrode can be attached to the midpoint between the lateral knee and the ischial tuberosity.

또한, 도 2의 (e)에 도시된 앞정강근은 발목관절 발등쪽 굽힘과 내반(ankle joint dorsiflexion and inversion) 동작을 담당하는 근육으로, 앞정강근의 근력 측정을 위해서 정강뼈능선(tibial crest)의 바로 외측(just lateral), 발목관절에서 무릎관절 쪽 방향으로 2/3 거리 지점(two thirds the distance up from the ankle toward the knee)에 전극이 부착될 수 있다.In addition, the tibialis anterior shown in (e) of FIG. 2 is a muscle responsible for ankle joint dorsiflexion and inversion motion, and is a muscle of the tibial crest for measuring the strength of the anterior tibialis anterior muscle. The electrode may be attached just lateral to the ankle joint and two thirds the distance up from the ankle toward the knee.

또한, 도 2의 (f)에 도시된 장딴지근은 발목관절 바닥쪽 굽힘(ankle joint plantar flexion) 동작 및 무릎관절 굽힘(knee joint flexion, 부기능) 동작을 담당하는 근육으로, 장딴지근의 근력 측정을 위해서 장딴지의 내측(medial posterior calf)에 전극이 부착될 수 있다.In addition, the calf muscle shown in (f) of FIG. 2 is a muscle responsible for ankle joint plantar flexion and knee joint flexion (supplemental function) motion, and measurement of muscle strength of the calf muscle For this purpose, an electrode may be attached to the medial posterior calf of the calf.

신호 분석부(120)는 생체신호 감지부(110)에 의해 감지한 생체신호를 기초로 사용자의 대상 근육의 근력을 분석하기 위한 것이다.The signal analyzer 120 is to analyze the muscle strength of the target muscle of the user based on the biosignal sensed by the biosignal detector 110 .

일 실시예에 따르면, 신호 분석부(120)는 생체신호 감지부(110)에 의해 감지된 근전도 신호의 진폭, 최대 진폭까지의 시간(time to maximum amplitude) 및 간섭(interference)을 기 설정된 정상 범위값과 비교하여 해당 근육의 기능을 정량화함으로써 사용자의 근력을 분석할 수 있다. 구체적으로, 도 3은 정상인과 환자의 근전도 신호를 측정한 예를 비교하여 도시하는 도면으로, (a)는 정상인의 근전도 신호를, (b)는 환자의 근전도 신호를 도시하며, 도 3의 (a)에서 A는 진폭, B는 최대 진폭까지의 시간을 나타낸다. 이 경우, 하기의 수식에 따라 정상 값 대비 환자의 근전도 신호를 비교함으로써 사용자의 근력을 분석할 수 있다. 여기서, C는 간섭을 나타내고, A, B, C는 정상인의 값을, A', B', C'는 환자의 값을 나타낸다.According to an embodiment, the signal analyzer 120 sets the amplitude, time to maximum amplitude, and interference of the EMG signal detected by the biosignal detector 110 to a preset normal range. By comparing the value and quantifying the function of the corresponding muscle, the user's muscle strength can be analyzed. Specifically, FIG. 3 is a diagram illustrating an example of measuring the EMG signal of a normal person and a patient, in which (a) is an EMG signal of a normal person, (b) is an EMG signal of a patient, and FIG. 3 ( In a), A is the amplitude and B is the time to the maximum amplitude. In this case, the user's muscle strength may be analyzed by comparing the patient's EMG signal with a normal value according to the following equation. Here, C represents interference, A, B, and C represent normal values, and A', B' and C' represent patient values.

A'/A × B/B' × C'/CA'/A × B/B' × C'/C

다른 실시예에 따르면, 신호 분석부(120)는 생체신호 감지부(110)에 의해 감지된 근전도 신호의 진폭(amplitude), 지속기간(duration), 간섭양상(interference pattern) 및 위상(phase)을 기 설정된 정상 범위값과 비교하여 해당 근육의 기능을 정량화함으로써 사용자의 근력을 분석할 수 있다. 여기서, 정상 범위값은 임상적으로 알려진 값으로서 보다 정밀한 분석 및 제어를 위해 사용자가 속하는 그룹별(예를 들어, 성별, 연령 등)로 정상 범위값이 상이하게 설정될 수도 있다. 이를 통해, 사용자의 각 대상 근육이 제한된 정도, 즉 각 대상 근육별 남아있는 근력을 분석할 수 있다.According to another embodiment, the signal analyzer 120 determines the amplitude, duration, interference pattern, and phase of the EMG signal detected by the biosignal detector 110 . The user's muscle strength can be analyzed by quantifying the function of the corresponding muscle by comparing it with a preset normal range value. Here, the normal range value is a clinically known value, and for more precise analysis and control, the normal range value may be set differently for each group to which the user belongs (eg, gender, age, etc.). Through this, the extent to which each target muscle of the user is limited, that is, the remaining muscle strength for each target muscle may be analyzed.

또 다른 실시예에 따르면, 신호 분석부(120)는 상술한 바에 따라 분석된 사용자의 근력과 후술하는 데이터 입력부(140)를 통해 입력된 근력평가척도(medical research council score)를 종합적으로 고려하여 사용자의 각 대상 근육별 근력이 기 설정된 복수의 단계 중 어느 단계에 속하는지 판단함으로써 근력을 분석할 수 있다.According to another embodiment, the signal analyzer 120 comprehensively considers the user's muscle strength analyzed as described above and a medical research council score input through the data input unit 140 to be described later. The muscle strength can be analyzed by determining which stage the muscle strength for each target muscle belongs to among a plurality of preset stages.

필요에 따라, 신호 분석부(120)는 생체신호 감지부(110)에 의해 감지된 근전도 신호들의 패턴 분석을 통해 사용자의 동작 의도를 추가로 분석할 수 있다.If necessary, the signal analyzer 120 may further analyze the user's motion intention through pattern analysis of the EMG signals sensed by the biosignal detector 110 .

로봇 구동 제어부(130)는 신호 분석부(120)에 의해 분석된 사용자의 근력에 따라 웨어러블 보행 보조 로봇의 구동 파워를 제어하기 위한 것이다.The robot driving control unit 130 is to control the driving power of the wearable walking assistance robot according to the user's muscle strength analyzed by the signal analysis unit 120 .

일 실시예에 따르면, 로봇 구동 제어부(130)는 웨어러블 보행 보조 로봇에 의해 의도한 동작을 수행하기 위해 필요한 구동 파워와 사용자의 근육별 남아있는 근력을 고려하여 적절한 구동 파워를 결정할 수 있다. 이 경우, 로봇 구동 제어부(130)는 사용자가 능동적으로 남아있는 근력을 최대한 사용하여 근력을 증진시킬 수 있도록 하기 위해서 필요한 구동 파워에서 남아있는 근력을 제한 구동 파워보다 일정 수준 낮도록 구동 파워(예를 들어, 90%의 구동 파워)를 결정할 수 있다. 즉, 사용자가 의도한 동작을 수행하기 위해서 보행 보조 로봇에만 의존하는 것이 아니라 경직(spasticity), 강직(rigidity), 실조(ataxia) 등의 사용자의 증상에 따라서 구동 파워를 제어하여 보행을 보조함으로써 부적절한 외력을 방지하고 자력을 개입하도록 하여 근육의 소실이 최소화되도록 할 수 있다.According to an embodiment, the robot driving control unit 130 may determine an appropriate driving power in consideration of the driving power required to perform an intended operation by the wearable walking assistance robot and the remaining muscle strength for each muscle of the user. In this case, the robot driving control unit 130 sets the driving power (eg, the driving power to be lower than the limiting driving power in the driving power required for the user to actively use the remaining muscle strength to the maximum to enhance the muscle strength). For example, the driving power of 90%) can be determined. That is, in order to perform the user's intended motion, the user does not rely only on the walking assistance robot, but controls the driving power according to the user's symptoms such as spasticity, rigidity, and ataxia to assist in walking. By preventing external force and intervening magnetic force, the loss of muscle can be minimized.

다른 실시예에 따르면, 로봇 구동 제어부(130)는 상술한 바와 같이 신호 분석부(120)에 의해 판단된 각 대상 근육별 근력이 속하는 단계에 따라서 웨어러블 보행 보조 로봇의 제어 모드를 기 설정된 복수의 제어 모드 중 어느 하나로 설정한 후, 설정된 제어 모드에 따라서 웨어러블 보행 보조 로봇의 구동 파워를 제어할 수 있다. 예를 들어, 대상 근육별 근력을 경도 장애, 중증 장애 및 완전 마비의 3 단계로 분류할 경우, 각 단계별 제어 모드에서는 구동 파워의 비율이, 예를 들어 경도 장애의 경우 10~20%, 중증 장애의 경우 60~70%, 완전 마비의 경우 100% 등으로 설정될 수 있다. 이에 따라, 로봇 구동 제어부(130)는 의도한 동작을 수행하기 위해 필요한 구동 파워에서 위와 같이 설정된 비율에 해당하는 구동 파워로 웨어러블 보행 보조 로봇을 제어하도록 할 수 있다. 또한, 로봇 구동 제어부(130)는 웨어러블 보행 보조 로봇의 사용에 따른 재활 효과로 인해 근력이 증진되면 이에 따라 제어 모드를 변경함으로써 지속적인 재활 효과를 내도록 할 수 있다. 상술한 바와 같은 근력 분류 단계 및 각 단계별 제어 모드에서의 구동 파워의 비율은 일 예에 불과한 것으로 필요에 따라 다양하게 변경될 수 있다.According to another embodiment, the robot driving control unit 130 controls a plurality of preset control modes of the wearable walking assistance robot according to the stage to which the muscle strength for each target muscle determined by the signal analysis unit 120 belongs as described above. After setting to any one of the modes, it is possible to control the driving power of the wearable walking assistance robot according to the set control mode. For example, if the muscle strength for each target muscle is classified into three stages: mild impairment, severe impairment, and complete paralysis, in each stage control mode, the ratio of driving power is, for example, 10-20% for mild impairment, severe impairment. It can be set to 60-70% in the case of a patient, 100% in the case of complete paralysis, and the like. Accordingly, the robot driving control unit 130 may control the wearable walking assistance robot with the driving power corresponding to the ratio set as above from the driving power required to perform the intended operation. In addition, when the muscle strength is increased due to the rehabilitation effect according to the use of the wearable walking assistance robot, the robot driving control unit 130 may change the control mode accordingly to produce a continuous rehabilitation effect. The ratio of the driving power in the muscle strength classification step and each step control mode as described above is only an example and may be variously changed as needed.

데이터 입력부(140)는 웨어러블 보행 보조 로봇의 제어를 위해 필요한 데이터를 입력 받기 위한 것으로, 예를 들어 사용자의 근력평가척도 등을 입력 받을 수 있다.The data input unit 140 is for receiving data required for control of the wearable walking assistance robot, and may receive, for example, a user's muscle strength evaluation scale.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨어러블 보행 보조 로봇 제어 방법의 흐름도이다.4 is a flowchart of a method for controlling a wearable walking assistance robot according to another embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 우선 웨어러블 보행 보조 로봇을 착용한 사용자가 임의의 동작을 수행할 수 있도록 기 설정된 구동 파워로 보행 보조 로봇을 구동시킬 수 있다(S210).Referring to FIG. 4 , first, the walking assistance robot may be driven with a preset driving power so that a user wearing the wearable walking assistance robot can perform an arbitrary operation ( S210 ).

이후, 사용자의 움직임에 따른 생체신호를 획득할 수 있다(S220). 일 실시예에 따르면, 생체신호로서 사용자의 근전도 신호를 획득할 수 있다.Thereafter, a bio-signal according to the user's movement may be obtained (S220). According to an embodiment, the user's EMG signal may be obtained as a biosignal.

이후, 감지한 생체신호를 기초로 사용자의 근력을 분석할 수 있다(S230). 일 실시예에 따르면, 근전도 신호를 이용하여 사용자의 각 근육이 제한된 정도, 즉 각 근육별 남아있는 근력을 분석할 수 있다.Thereafter, the user's muscle strength may be analyzed based on the sensed bio-signal (S230). According to an embodiment, the degree to which each muscle of the user is limited, that is, the remaining strength of each muscle may be analyzed using the EMG signal.

이후, 분석된 사용자의 근력에 따라 웨어러블 보행 보조 로봇의 구동 파워를 제어할 수 있다(S240). 일 실시예에 따르면, 웨어러블 보행 보조 로봇에 의해 의도한 동작을 수행하기 위해 필요한 구동 파워와 사용자의 근육별 남아있는 근력을 고려하여 적절한 구동 파워를 결정할 수 있으며, 이 경우, 사용자가 능동적으로 남아있는 근력을 최대한 사용하여 근력을 증진시킬 수 있도록 하기 위해서 필요한 구동 파워에서 남아있는 근력을 제한 구동 파워보다 일정 수준 낮도록 구동 파워를 결정할 수 있다.Thereafter, the driving power of the wearable walking assistance robot may be controlled according to the analyzed muscle strength of the user ( S240 ). According to an embodiment, an appropriate driving power may be determined in consideration of the driving power required to perform the intended motion by the wearable walking assistance robot and the remaining muscle strength for each muscle of the user. The driving power may be determined so that the remaining muscle strength is lower than the limit driving power in the driving power required in order to increase the muscle strength by maximally using the muscle strength.

도 4를 참조하여 상술한 각 단계에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 구체적으로 설명한 바에 따라 웨어러블 보행 보조 로봇을 제어할 수 있으며, 이에 대한 중복적인 설명은 생략한다.In each of the steps described above with reference to FIG. 4 , the wearable walking assistance robot may be controlled as described in detail with reference to FIGS. 1 and 2 , and a redundant description thereof will be omitted.

또한, 도 4를 참조하여 상술한 웨어러블 보행 보조 로봇 제어 방법은 상기 웨어러블 보행 보조 로봇과 유선 또는 무선으로 연결된 컴퓨팅 디바이스에 의해 수행될 수 있다.In addition, the wearable walking assistance robot control method described above with reference to FIG. 4 may be performed by a computing device connected to the wearable walking assistance robot by wire or wirelessly.

본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.The present invention is not limited by the above embodiments and the accompanying drawings. For those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains, it will be apparent that the components according to the present invention can be substituted, modified and changed without departing from the technical spirit of the present invention.

100: 웨어러블 보행 보조 로봇 제어 장치
110: 생체신호 감지부
120: 신호 분석부
130: 로봇 구동 제어부
140: 데이터 입력부100: wearable walking assistance robot control device
110: biosignal detection unit
120: signal analysis unit
130: robot driving control unit
140: data input unit

Claims

a biosignal detection unit that detects a biosignal of a user wearing the wearable walking assistance robot;
a signal analyzer for analyzing the user's muscle strength based on the biosignal sensed by the biosignal detector; and
and a robot driving control unit for controlling the driving power of the wearable walking assistance robot according to the user's muscle strength analyzed by the signal analysis unit,
The robot driving control unit determines the driving power so that the user's muscle strength is lower than the limiting driving power from the driving power required to perform the intended operation by the wearable walking assistance robot to induce the use of the muscle by magnetic force. By minimizing the loss of muscle strength, it enables gait assistance and rehabilitation at the same time.
The robot driving control unit is a wearable walking assistance robot control device, characterized in that when the user's muscle strength is increased to enable continuous rehabilitation by changing the driving power.

The method of claim 1,
The biosignal detection unit includes a plurality of surface electromyography sensors,
The electrodes of each of the plurality of surface electromyography sensors are gluteus maximus, rectus femoris, vastus medialis, biceps femoris, tibialis anterior and A wearable walking assistance robot control device, characterized in that it is attached to measure the muscle strength of the gastrocnemius.

3. The method of claim 2,
The signal analyzer compares the amplitude, duration, interference pattern, and phase of the EMG signal detected by the biosignal detector with a preset normal range value, and the target muscle Wearable walking assistance robot control device, characterized in that quantifying the function of.

4. The method of claim 3,
Further comprising a data input unit for receiving the data required for control of the wearable walking assistance robot,
The signal analysis unit determines to which stage the user's muscle strength for each target muscle belongs to among a plurality of preset stages based on the quantified user's muscle strength and a medical research council score input through the data input unit. Wearable walking assistance robot control device, characterized in that.

5. The method of claim 4,
The robot driving control unit sets the control mode of the wearable walking assistance robot to any one of a plurality of preset control modes according to the stage to which the muscle strength for each target muscle determined by the signal analysis unit belongs, and then according to the set control mode A wearable walking assistance robot control device, characterized in that it controls the driving power of the wearable walking assistance robot.

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driving a wearable walking assistance robot worn by a user with a preset driving power;
obtaining a biosignal according to the user's movement;
analyzing the user's muscle strength based on the bio-signals; and
Controlling the driving power of the wearable walking assistance robot according to the user's muscle strength,
The step of controlling the driving power comprises:
In the driving power required to perform the intended operation by the wearable walking assistance robot, the driving power is determined so as to be lower than the driving power that limits the user's muscle strength by a predetermined level, thereby inducing the use of the muscle by magnetic force to prevent the loss of muscle strength By minimizing it, it enables gait assistance and rehabilitation at the same time,
A wearable walking assistance robot control method, characterized in that when the user's muscle strength is increased, the driving power is changed to enable continuous rehabilitation.

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