사용자 맞춤형 팔 재활 모니터링 시스템
Customized arm rehabilitation monitoring system
특허 요약
본발명은 사용자 맞춤형 팔 재활 모니터링 시스템에 관한 것으로, 단말기인 근전도센서, 가속도센서,자이로센서, 팔의 움직임을 보조하기 위한 동력 수단인 모터, 스마트폰과; 제어기인 MCU;로 구성되되, 상기 MCU는 근전도센서, 가속도센서,자이로센서의 신호가 입력되는 입력부; 모터를 구동하는 모터구동부; 스마트폰과 무선통신을 하는 송신부, 수신부; 저장부; 및 제어부;로 이루어지는 것으로, 본 발명은 근전도 및 가속도・자이로 센서를 사용하여 근육 활동, 신체의 움직임 및 자세 정보를 수집하여 올바른 자세에 대해 피드백 및 모니터링이 간단하고 정확하며 팔 재활 운동을 돕기 위하여 모터를 달아 팔의 운동을 보조함으로써 재활 운동의 효율성을 높이며, 팔뿐만 아니라 다양한 신체 위치의 재활 운동 자세 모니터링이 가능한 현저한 효과가 있다.
청구항
번호청구항
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단말기인 근전도센서, 가속도센서,자이로센서, 팔의 움직임을 보조하기 위한 동력 수단인 모터, 스마트폰과; 제어기인 MCU;로 구성되되,상기 MCU는 근전도센서, 가속도센서,자이로센서의 신호가 입력되는 입력부;모터를 구동하는 모터구동부;스마트폰과 무선통신을 하는 송신부, 수신부;저장부;및 제어부;로 이루어지는 것으로,상기 근전도센서를 통해 팔의 근력이 들어갔는지, 가속도 자이로를 통해 팔의 움직임이 측정되는 것이며,상기 모터는 기준 자세와 비교하여 팔의 움직임이 적을 때 이두쪽에 부착되어 있는 모터가 움직여 팔목과 연결된 줄을 감아 팔을 들어 올려주어 팔의 움직임을 보조하기 위한 동력 수단으로 DC모터인 사용자 맞춤형 팔 재활 모니터링 시스템에 있어서,상기 모터부위에는 토크센서 내지 장력센서가 설치되어, 팔에 가해지는 장력을 제어부는 센서신호를 입력받아 저장하여 데이터로 활용하되, 이때 장력이 설정치를 초과하면, 제어부는 모터가동을 정지시키고 안전을 위해 팔목과 모터와의 줄의 길이가 일정길이가 되는 상태에서 모터가 작동되게 제어부는 모터를 동작시키며,재활 운동을 시작하기 전 최초 1회 자세 측정할 때 칼만 데이터로 팔을 한번 위아래 움직인 것을 파악하여 파악한 시간 안에 근전도 데이터와 칼만 데이터의 최고점과 최저점을 추출하여 저장 후 기준점으로 설정하며, 이때 진행하는 1회 운동은 재활 운동 센터나 전문 치료사에게 배운 올바른 운동법으로 정확하게 1회 실시하고, 재활 운동 시 실시간으로 근전도 데이터와 칼만 데이터를 측정하여 측정된 근전도 데이터와 칼만 데이터의 최저점, 최고점을 미리 측정된 1회 운동 데이터와 비교를 하여 실시간 데이터의 최고점과 최저점이 모두 근사치에 도달했는지 판별을 통해 재활 운동의 정확도를 판별하며,위치 데이터 계측 및 처리과정은, 칼만 필터를 통과한 데이터를 통해 팔의 위치를 계산하여 실시간으로 팔의 움직임을 인식하는 것으로, 칼만 필터는 잡음이 포함되어 있는 측정치를 바탕으로 선형 역학계의 상태를 추정하는 재귀 필터로, 알고리즘은 예측과 업데이트 두 단계로 이루어지며, 예측 단계에서는 현재 상태의 변수의 값과 정확도를 예측하고 현재 상태 변수의 값이 실제로 측정된 이후, 업데이트 단계에서는 이전의 추정한 상태 변수를 기반으로 예측한 측정치와 실제 측정치의 차이를 반영해 현재의 상태 변수를 업데이트하는 것으로,먼저 1회 운동 자세 측정을 실시하여 임계값으로 최고점과 최저점의 칼만 데이터가 저장되고 근전도의 최고점이 저장되고 임계값이 저장되는 순간 1회 운동 자세 측정이 종료되며,운동을 시작하였을 때 실시간으로 측정되되,팔 움직임의 방향이 바뀌었을 때 근전도의 최고점, 칼만 데이터의 최저점과 최고점이 측정이 되고 최고점에 도달하였을 때 임계값과의 비교를 통해 카운트가 실행되며 근전도의 데이터가 임계값에 도달하지 못하였을 경우 근력 불량 횟수에, 칼만 데이터가 임계값에 도달하지 못하였을 경우 자세 불량 횟수에 카운트되는 것이며재활 운동이 정확히 수행되고 있는지 판단하기 위하여 기준점으로 정해진 데이터에 근전도 및 칼만 데이터의 임계값 도달 유무를 통해 판단하는 것으로, 이때 임계값은 자세 측정 시 측정된 근전도 및 칼만 데이터의 최고점과 최저점을 기준으로 하는 것으로 데이터는 근전도와 칼만 데이터가 임계값에 모두 도달할 경우 정상 자세(A), 근전도가 미도달일 경우 근력 부족(B), 칼만 데이터가 미도달일 경우 자세 불량(C), 둘 다 도달하지 못하였을 경우 전체 불량(D)으로 판별하는 것을 특징으로 하는 사용자 맞춤형 팔 재활 모니터링 시스템

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