모터 토크 추정을 통한 보행보조기의 의지파악 알고리즘

공정식,Kong, Jung-Shik 대한의용생체공학회 2010 의공학회지 Vol.31 No.2

This paper deals with the recognition algorithm of walking will based on torque estimation. Recently, concern about walking assistant aids is increasing according to the increase in population of elder and handicapped person. However, most of walking aids don't have any actuators for its movement. So, general walking aids have weakness for its movement to upward/download direction of slope. To overcome the weakness of the general walking aids, many researches for active type walking aids are being progressed. Unfortunately it is difficult to control aids during its movement, because it is not easy to recognize user's walking will. Many kinds of methods are proposed to recognize of user's walking will. In this paper, we propose walking will recognition algorithm by using torque estimation from wheels. First, we measure wheel velocity and voltage at the walking aids. From these data, external forces are extracted. And then walking will that is included by walking velocity and direction is estimated. Here, all the processes are verified by simulation and experiment in the real world.

모터 토크 추정을 통한 능동형 보행보조기의 차량 제어 알고리즘 구현

공정식(Jung-Shik Kong),이보희(Bo-Hee Lee),이응혁(Eung-Hyuk Lee),최흥호(Heung-Ho Choi) 한국지능시스템학회 2010 한국지능시스템학회논문지 Vol.20 No.2

본 논문은 능동형 보행보조기 이동시 사용자의 보행의지에 의해 바퀴에 걸리는 외력을 추정하여 보행보조기를 제어하기 위한 차량제어 알고리즘에 관한 논문이다. 최근 노인 인구의 증가로 인해 노인 및 장애인을 위한 보행보조기에 대한 관심이 증가되고 있다. 이에 따라 다양한 보행보조기가 개발되고 있으나, 대부분의 경우 동력이 없는 시스템으로써 경사 등의 공간에 취약성을 가지고 있다. 이에 능동형 보행보조기에 대한 관심이 증가되고 있으나, 능동형 보행보조기의 경우 사용자의 의지 파악이 정확히 이루어지지 않아 보행보조기의 조종이 여의치 않다. 이를 극복하기 위해 사용자의 보행의지를 파악할 수 있도록 다양한 장치를 연구 중에 있으나, 정확한 보행의지력 인지가 어려운 형편이다. 이에 본 논문에서는 이러한 사용자 보행의지력을 기존에 외부에 다양한 장치를 통해 인지하는 방법에서 벗어나, 특별한 장치 없이 차량의 바퀴에 걸리는 외력을 기초로 차량을 제어한다. 이를 위해 먼저 바퀴에 전달되는 전압과 바퀴의 현재 속도를 통해 바퀴에 걸리는 외력을 추정하고 이를 토대로 바퀴에 걸리는 외력을 추정한다. 이 추정된 외력을 기초로 사용자의 보행 속도와 방향을 추정할 수 있도록 하였다. This paper presents the control algorithm of active walking aids estimating external torque of the wheels from user's will. Nowadays, interest of the walking aids is increased according to the increase in population of elder and handicapped person. Although many walking aids are developed, most of walking aids don’t have any actuators for its movement. However, general walking aids have weakness for its movement to upward/download direction of slope. To overcome the weakness of the general walking aids, many researches for active type walking aids are being progressed. Unfortunately it is difficult to precision control of walking will during its movement, because it is not easy to recognize user’s walking will. Many kinds of methods are proposed to recognize of user’s walking will. In this paper, we propose control algorithm of walking aids by using torque estimation from wheels. First, we measure wheel velocity and voltage at the walking aids. From these data, external forces are extracted. And then walking will that is included by walking velocity and direction is estimated. Finally, walking aids are controlled by these data. Here, all the processes are verified by simulation.

Vibration Reduction Algorithm of the Walking-will Recognition Sensor on Irregular Terrain

Dong-Kwang Lee,Min-Soo Goh,Jung-Shik Kong,Eung-Huyk Lee 제어로봇시스템학회 2012 제어로봇시스템학회 국제학술대회 논문집 Vol.2012 No.10

This paper presents the vibration reduction algorithm of the walking-will recognition sensors on the irregular terrain. General walking aids have weakness for its movement to upward/download direction of slope. To overcome the weakness of the general walking aids, many researches for active type walking aids are being progressed. Especially, vibration analysis and impulse reduction are one of the important elements of the active-type walking aid during moving on the outdoor area because the ground has many kinds of obstacles such as speed dumps, puddles and so on. So, we analyze the influence from vibration by irregular terrain. And then, we propose the impulse reduction algorithm to overcome the vibration. All the processes are verified experimentally in an active-type walking aid.

하지 재활용 보행보조로봇의 보행의지파악 센서의 설계 및 구현

공정식,이동광,이응혁 한국장애인재활협회 2009 재활복지 Vol.13 No.3

본 논문은 능동형 보행보조기에서 사용자의 보행의지력을 인지하기 위한 장치인 보행의지파악 센서의 설계 및 구현에 관한 논문이다. 최근 노인인구의 증가로 인해 고령자및 장애인이 외부의 도움 없이 실내 및 실외에서 안정적인 생활을 수행할 수 있도록 돕는 보행 보조기에 대한 관심이 증가됨에 따라 최근 다양한 형태의 보행보조기가 생산되고 있으며, 현재 시판되고 있는 대부분의 보행보조기는 수동형 보행보조기이다. 그러나 이러한 수동형 보행보조기는 자체에 동력이 없으므로 근력이 약한 노약자 및 장애인들이 둔턱 및 경사등의 비평탄 지형에서의 환경 극복에 많은 어려움이 존재한다. 이에 능동형 보행보조기에 대한 관심이 증가되고 있으나, 능동형 보행보조기의 경우 사용자의 움직이고자 하는 보행 의지력 파악에 어려움이 존재한다. 이에 본 논문에서는 능동형 보행보조기에서 사용 가능한 보행의지파악 센서를 설계하고 이를 구현함으로써 사용자의 정확한 보행 의지를 파악할 수 있도록 하였다. 본 논문에서 제시된 보행의지파악 센서는 힘의 크기 변화에 따라 저항 값이 변화하는 센서 FSR(force sensing resistor)를 이용하여 사용자의 힘의 정도를 측정한다. 이렇게 측정된 힘의 정도는 사용자의 보행 의지를 정확하게 파악할 수 있는 벡터를 추출할 수 있으며, 이러한 보행 의지력 벡터 정보를 통해 보행보조기는 사용자가 원하는 이동량 만큼 이동할 수 있게 된다. 본 논문에서는 사용자의 보행의지력 파악 센서에 대해 실험을 통해 센서의 사용 가능성을 검증하였다. This paper deals with the design and experiment of the walking-will recognition sensor for walking aids. Recently, walking aid system has been required according to the increase of elder and handicapped person. However, most of walking aid system don't have actuator for its movement. Unfortunately, standard frames have weakness for the movement to upward/download direction of slope. So, active type walking aids are interested, but it is not easy to control. In this paper, we design user's will system that can recognize walking direction and speed. At that time, FSR(force sensing resistor) sensors are included in the system. It measures walking velocity and direction by calculating the difference of each FSR sensors. From this data, Walking aids are able to move comfortably and stably. Here, all the processes are verified experimentally in the real world.

비평탄지형에서의 보행의지파악 센서 진동량 감쇠 알고리즘 개발

이동광(Dong-Kwang Lee),공정식(Jung-Shik Kong),고민수(Min-Soo Goh),이응혁(Eung-Hyuk Lee) 한국지능시스템학회 2011 한국지능시스템학회논문지 Vol.21 No.1

본 논문은 비평탄 지형에서 능동형 보행보조기를 구동하고자 할 때, 바닥 지형에 의해 발생하는 보행의지 센서의 영향을 줄이기 위한 논문이다. 최근 보행보조기에 대한 관심이 증가되고 있으며, 외부 경사지형, 둔턱, 계단 등의 비평탄 지형에서도 안정적으로 차량을 이동시킬 수 있도록 고안된 능동형 보행보조기에 대한 연구가 진행되고 있다. 이러한 실외에서 사용되는 능동형 보행보조기에 있어 진동해석 및 비평탄 지형을 이동하면서 발생하는 기계적 충격을 줄일 수 있는 알고리즘의 개발은 능동형 보행보조기에 있어 해결해야 할 문제 중 하나이다. 이에 본 논문에서는 비평탄 지형에서의 진동을 해석할 수 있도록 가속도 센서를 적용하였으며, 둔턱을 넘을 때 발생하는 진동에 의해 보행의지 센서에 가해지는 진동에 의한 충격을 감쇠시킬 수 있는 알고리즘을 제안하였으며, 이를 실험을 통해 검증하였다. This paper presents the vibration reduction algorithm at the walking-will recognition sensors on the uneven terrain. Recently, concern about walking assistant aids is increasing according to the increase in population of elder and handicapped person. However, most of walking aids don’t have any actuators for its movement. So, general walking aids have weakness for its movement to upward/download direction of slope. To overcome the weakness of the general walking aids, many researches for active type walking aids are being progressed. Especially, vibration analysis and impulse reduction are one of the important elements of the active-type walking aid during moving on the outdoor area because the ground has many kinds of obstacles such as speed dumps, puddles and so on. So, we analyze the influence from vibration by uneven terrain. And then, we propose the impulse reduction algorithm to overcome the vibration. All the processes are verified experimentally in an active-type walking aid.

유니버셜 디자인을 적용한 고령자 보행보조기 디자인에 관한 연구

배예나 대한고령친화산업학회 2023 대한고령친화산업학회지 Vol.15 No.1

Objective : The purpose of this study is to design a walking aids with improved usability for the elderly by applying the universal design principles and design thinking process, to explore the possibility of the design development for the welfare goods through the suggestions on the direction of the walking aids design suitable for user-centered the requirements and the constraints etc. Methods : From October 2022 to December 2022, a focus group interview (FGI) was conducted with five caregivers and social workers related to the elderly and over 70 years of age. The FGI included in-depth interviews on the 7 principles of universal design and shadowing analysis techniques. An interview questionnaire was prepared and analyzed, and a problem-solving process was conducted using the five-step design thinking model from d.school. Results : During the study, the research team applied universal design principles to walking aids, drawing on the actual experiences and cases of research participants. Through the five stages of the design thinking process - Empathize, Define, Ideate, Prototype, and Test - the team derived design improvement directions based on the development of walking aids. Priorities for functional improvements were identified, including the ability to use the aids, a structure that can be used with both hands, and the role of support. Through this process, meaningful conclusions were drawn and design improvements were identified to better meet the needs of users. Conclusion : The design of the walking aids presented in this study were obtained the responses and the positive feedback that the requirements for the elderly's needs and desired points, who were initially surveyed and analyzed, were met. As a result of this study, it is expected that the improvement of the convenience of use and ease of movement, as well as the recovery of self-directed life through this, will greatly contribute to the significant improvement of the quality of life of the elderly users. 연구목적: 본 연구의 목적은 보행보조기 디자인 개발에 유니버셜 디자인 원칙과 디자인 씽킹 프로세스를 적용하여 고령자의 사용편의성이 향상된 보행보조기를 디자인 하는 것이다. 사용자 중심의 요구사항 및 제약조건 등을 고려한 보행보조기의 디자인 방향성에 대한 제안을 통해 디자인 발전 가능성을 모색하고자 한다. 연구방법: 본 연구는 2022년 10월부터 2022년 12월까지 70세 이상의 노인, 고령층과 관련된 간병인 및 사회복지사 5명을 대상으로 초점집단 인터뷰(FGI)를 진행하였다. 심층 인터뷰는 유니버셜 디자인 7원칙과 쉐도잉(Shadowing) 분석 기법을 바탕으로 인터뷰 질문지를 작성하여 분석하고, d.school의 디자인씽킹 5단계 모형을 활용한 문제해결 과정을 진행하였다. 연구결과: 연구참여자들의 실제 경험 및 사례를 기반으로 보행보조기에 유니버셜디자인 원칙을 적용하고, 디자인씽킹 프로세스 진행을 통한 ‘공감하기(Empathize)’, ‘문제 정의하기(Define)’, ‘아이디어 도출(Ideate)’, ‘시제품제작(Prototype)’, ‘평가(Test)’의 5가지 단계별 결론을 도출하여 보행보조기 개발에 따른 디자인 개선 방향을 제시하였다. 결과적으로 한 손 사용 시 부족한 안정성을 보완할 수 있는 기능, 양손 사용이 가능한 구조와 지지대 역할 등의 기능 개선사항이 우선순위로 분석되었으며, 이를 반영한 보행보조기 제품 디자인을 제안하였다. 결론: 본 연구를 통해 제시된 보행보조기 디자인은 초기 조사⋅분석하였던 고령자들의 요구사항과 희망점에 대한 요구사항이 충족되었다는 응답 및 긍정적인 피드백을 얻을 수 있었다. 본 연구결과로 사용편의성 향상과 거동의 불편함 해소는 물론, 이를 통한 자기 주도적 삶의 회복은 고령자들의 삶의 질 향상에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대한다.

고령자용 보행보조기의 보행안정성과 제동방식에 관한 연구

권칠용(주저자) ( Kwon Chilyong(주저자) ),권칠용(교신저자) ( Kwon Chilyong(교신저자) ) 디자인융복합학회(구.한국인포디자인학회) 2021 디자인융복합연구 Vol.20 No.2

본 연구에서는 보행안정성을 중심으로 보행보조기 제동방식에 적용 가능한 기초 자료를 도출하고자 하였다. 실험1에서는 보행보조기 사용 시의 낙상사고의 위험성을 정량적으로 규명하기 위해 3차원 보행분석 실험을 계획하였다. 실험2에서는 보행보조기 디자인 시 제동방식에서 고려해야할 요구조건을 도출하기 위해 Ink foot print test법을 통해 일반적인 제동방식과 반전된 제동방식의 보행안정성 비교 실험을 계획하였다. 실험1을 통해 보행보조기는 단순히 자세유지를 위한 지지대 역할만을 수행하며, 보행 시 낙상의 위험을 내포하고 있음을 확인할 수 있었다. 실험2를 통해 불안정적인 보행 행태를 보완적으로 보조해주기 위해서는 보행보조기에 부과하는 힘을 지속적으로 조절해 줄 수 있는 반전된 방식의 제동장치가 필요함을 확인할 수 있었다. 본 연구는 운동학적 차원의 보행안정성을 중심으로 고령자용 보행 보조기 제동방식에 적용 가능한 기초 자료를 도출했다는 점에 의의가 있다. 본 연구에서는 조작부에 국한된 연구를 진행하였으며, 디자인 개발 전반에 대한 연구내용을 다루지 못하였다. 후속연구에서는 본 연구에서의 결과를 토대로 보다 더 총체적이며 종합적인 측면에서의 후속 연구가 필요하겠다. In this study, we tried to derive basic data applicable to the braking method of a walker. In Experiment 1, a three-dimensional gait analysis experiment was planned to quantitatively determine the risk of a fall accident. In Experiment 2, an experiment was planned to compare the walking stability of the general braking method and the reversed braking method through the ink foot print test method. Through experiment 1, it was confirmed that the walker simply acts as a support for maintaining posture, and that there is a risk of falling when walking. Through experiment 2, it was confirmed that an inverted braking system that can continuously adjust the force imposed on the walker is needed. This study is meaningful in that it derives basic data that can be applied to the braking method of walking aids for the elderly, focusing on gait stability in the kinematic dimension. In this study, a study limited to the operation unit was conducted, and the contents of research on overall design development were not covered. In the follow-up study, based on the results of this study, a more comprehensive and comprehensive follow-up study is needed.

Prototype Design of Robotic Mobility Aid to Assist Elderly’s Standing-Sitting, Walking, and Wheelchair Driving in Daily Life

Satoshi Takahara,Seonghee Jeong 제어로봇시스템학회 2014 제어로봇시스템학회 국제학술대회 논문집 Vol.2014 No.10

In this paper, a robotic mobility aid was proposed, which aims at assisting the elderly’s active mobility in a daily life. A prototype of the devices was designed and constructed, and its mechanical structure and control system configuration was described. It consists of a wheeled balancing mobile platform, a 3 D.O.F waist part with a parallel mechanism, and a dual manipulator with 4 D.O.F. The elderly’s physical motions to move, standing-sitting and walking, from such a bed to the other place could be assisted by the device. In addition, it is also capable of assisting a wheelchair driving by using the dual manipulator. The waist part is able to support user’s heavy weight owing to the parallel link mechanism, and to assist user’s motion based on the information from a 6 axis force/torque sensor. Since the wheeled balancing mobile platform with an overturning prevention equipment has a compact structure, a user can easily and safely moves even in a complicated environment. Pitch and roll motions were demonstrated by the distributed control system implemented on the prototype robotic mobility aid.

Development of IoT System Based on Context Awareness to Assist the Visually Impaired

Mi-Hwa Song 국제문화기술진흥원 2021 International Journal of Advanced Culture Technolo Vol.9 No.4

As the number of visually impaired people steadily increases, interest in independent walking is also increasing. However, there are various inconveniences in the independent walking of the visually impaired at present, reducing the quality of life of the visually impaired. The white cane, which is an existing walking aid for the visually impaired, has difficulty in recognizing upper obstacles and obstacles outside the effective distance. In addition, it is inconvenient to cross the street because the sound signal to help the visually impaired cross the crosswalk is lacking or damaged. These factors make it difficult for the visually impaired to walk independently. Therefore, we propose the design of an embedded system that provides traffic light recognition through object recognition technology, voice guidance using TTS, and upper obstacle recognition through ultrasonic sensors so that blind people can realize safe and high-quality independent walking.

시각장애인을 위한 이동보조시스템의 장애물 감지 특징 조사

민성희(Seonghee Min),오유수(Yoosoo Oh) 한국산업정보학회 2020 한국산업정보학회논문지 Vol.25 No.3

본 논문에서는 시각장애인을 위한 이동보조시스템을 비교 분석하고, 6개의 장애물 감지 특징을 정리한다. 전통적으로, 시각장애인은 흰 지팡이를 사용하거나 안내견과 함께 보행한다. 최근 IoT기술의 발달로 시각장애인의 보행을 보조하는 스마트 이동보조시스템이 개발되었다. 이러한 스마트 이동보조시스템은 장애물을 감지하고, 경로를 안내하는 역할을 수행해야 한다. 특히 스마트 이동보조시스템은 장애물인지 판단하고, 햅틱 피드백을 통해 장애물 정보를 제공한다. 그리고 스마트시스템은 서버를 구성하여 장애물의 정보를 저장하고, 다른 사용자에게 정보를 공유한다. 또한 저장된 장애물 정보를 통해 사용자 중심의 최적의 경로를 생성하여 시각장애인에게 장애물을 회피할 수 있는 경로를 안내한다. 스마트 이동보조시스템은 기계학습과 인공지능 기술을 적용함으로써 더욱 빠르게 발전할 것이다. In this paper, we compare and analyze smart technologies and present six obstacle detection features to help visually impaired people walk. Traditionally, visually impaired people walk with the white cane or a guide dog. With the development of IoT technology, various smart walking aids systems have been developed. Those intelligent walking aids systems have obstacle-detecting systems and route-guidance systems. Many researchers are developing the walking aids system, which detects an obstacle and provides the obstacle information by haptic feedback. Also, they are designing the database server system to share the obstacle information. Particularly the composed system can quickly give an obstacle-avoidance route using shared obstacle information. Smart walking aids systems for visually impaired people will advance more rapidly by applying machine learning and intelligent systems.