초록

본 발명은 하지 절단 장애인이 착용하는 의족 시스템에 관한 것으로, 자세하게는 각종 센서와 액추에이터를 구비하여 의족을 구동시켜 원활한 보행을 지원함에 있어 착용자의 보행단계를 분석하고 이를 맞춤형으로 예측제어하여 불편함 없이 자연스러운 보행 동작을 구현할 수 있는 보행단계분석 및 예측제어가 가능한 인공지능 기반 스마트 의족 시스템에 관한 것이다.

대표청구항 ▼

하지 절단부에 고정되는 착용부(111)와, 상기 착용부(111) 하측에 설치되어 설정된 각도 범위에서 전후방향으로 회동하며 무릎관절 역할을 하는 제1힌지부(112)와, 상기 제1힌지부(112) 하측으로 연장되며 일부를 이중관 연결구조로 구성하되 슬라이드 및 나사방식으로 결합하여 길이 조절이 가능하며 이중관 결합부에 눈금표시를 통해 조절된 길이를 확인할 수 있는 조절부(114)를 구비하는 다리구조체(113)와, 상기 다리구조체(113) 하단에 설정된 각도 범위에서 전방향 자유회동이 가능한 제2힌지부(115)를 통해 결합되며 바닥면에

하지 절단부에 고정되는 착용부(111)와, 상기 착용부(111) 하측에 설치되어 설정된 각도 범위에서 전후방향으로 회동하며 무릎관절 역할을 하는 제1힌지부(112)와, 상기 제1힌지부(112) 하측으로 연장되며 일부를 이중관 연결구조로 구성하되 슬라이드 및 나사방식으로 결합하여 길이 조절이 가능하며 이중관 결합부에 눈금표시를 통해 조절된 길이를 확인할 수 있는 조절부(114)를 구비하는 다리구조체(113)와, 상기 다리구조체(113) 하단에 설정된 각도 범위에서 전방향 자유회동이 가능한 제2힌지부(115)를 통해 결합되며 바닥면에 지지되는 발구조체(116)를 구비하는 의족부(110);상기 다리구조체(113)의 움직임을 측정하는 관성센서(121)와, 제1힌지부(112)의 각도를 측정하는 각도센서(123)와, 상기 다리구조체(113)에 인가되는 하중을 측정하는 하중센서(122)를 구비하는 감지부(120);상기 다리구조체(113) 및 제1힌지부(112)에 연결되는 실린더 구조로 제1힌지부(112)를 움직여 각도를 조절하는 액추에이터(131)와, 입력 또는 설정된 제어신호에 따라 상기 액추에이터(131)의 구동신호를 인가하는 제어유닛(132)과, 상기 감지부(120)의 감지신호의 송신 및 제어신호의 수신이 이루어지는 무선통신부(133)를 구비하는 구동부(130);상기 감지부(120)를 통해 감지된 신호를 분석하여 보행단계를 구분하여 보행 패턴 데이터를 생성 및 수집하되 하중센서(122)를 통한 지면 반발력과 관성센서(121) 및 각도센서(123)를 통해 계산된 무릎각도를 이용하여 보행 단계를 Loading Response(LR)와 Mid Stance (MS)와 Push Off(PO)와 Early Swing(ES)와, Late Swing(LS) 5단계로 추정하여 데이터를 생성하고 슬라이딩 윈도우 알고리즘을 통해 평면 형식의 2차원 배열 데이터로 변환하는 수집부(141)와, 수집된 보행 패턴 데이터를 분석하되 정규화 과정을 거친 후 4차원 입력 데이터 배열로 변환과정을 거쳐 CNN 모델에 Epochs는 100 batch size 4개로 학습을 진행하여 보행단계별 감지값의 최적치를 산출하고 이에 대응한 제어신호를 생성하여 상기 제어유닛(132)에 인가하되 대상자의 신장 및 상기 다리구조체의 길이를 수집하고 이를 반영하여 상기 보행 패턴 데이터의 분석하며 의족 착용자의 신장 및 다리구조체의 길이를 반영하여 제어신호를 생성하고 바닥경사 또는 계단구조를 수집하고 이를 반영하여 상기 보행 패턴 데이터의 분석하며 상기 감지부(120)를 통해 수집된 바닥경사 또는 계단구조를 반영하여 제어신호를 생성하는 분석부(142)를 구비하는 제어부(140); 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스마트 의족 시스템.