KR20210069557A - Method and apparatus for providing resistance to a user of a wearable device - Google Patents

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KR20210069557A KR1020200136562A KR20200136562A KR20210069557A KR 20210069557 A KR20210069557 A KR 20210069557A KR 1020200136562 A KR1020200136562 A KR 1020200136562A KR 20200136562 A KR20200136562 A KR 20200136562A KR 20210069557 A KR20210069557 A KR 20210069557A
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Abstract

Provided are a method and an apparatus for providing resistance to a user. In order to provide the resistance, an angle of a user's joint is measured by using a sensor of a wearable device, a resistance level for the joint is determined based on the angle, a connection ratio of the motor driver circuit of the wearable device corresponding to the resistance level is determined, and a motor is controlled through the motor driver circuit connection ratio.

Description

웨어러블 장치의 사용자에게 저항력을 제공하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PROVIDING RESISTANCE TO A USER OF A WEARABLE DEVICE}METHOD AND APPARATUS FOR PROVIDING RESISTANCE TO A USER OF A WEARABLE DEVICE

아래의 실시예들은 웨어러블 장치의 사용자에게 저항력을 제공하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨어러블 장치의 모터에 에너지를 제공하지 않은 상태에서 사용자에게 저항력을 제공하는 방법 및 장치에 관한 것이다. The following embodiments relate to a method and an apparatus for providing a resistive force to a user of a wearable device, and more particularly, to a method and an apparatus for providing a resistive force to a user in a state where energy is not provided to a motor of the wearable device.

고령화 사회로 진입하면서 노화로 인한 근력 약화 또는 관절 이상으로 보행에 불편과 고통을 호소하는 사람들이 증가하고 있고, 근력이 약화된 노인이나 근관절이 불편한 환자들이 보행을 원활하게 할 수 있는 보행 보조 장치에 대한 관심이 높아지고 있다.As we enter an aging society, an increasing number of people complain of discomfort and pain in walking due to muscle weakness or joint abnormalities due to aging. There is growing interest in

일 측면에 따른, 웨어러블 장치에 의해 수행되는, 저항력 제공 방법은, 상기 웨어러블 장치의 센서를 이용하여 사용자의 제1 관절의 제1 각도를 측정하는 단계, 상기 제1 각도에 기초하여 상기 제1 관절에 대한 저항 레벨을 결정하는 단계, 상기 결정된 저항 레벨에 기초하여, 상기 웨어러블 장치의 모터에 전기적으로 연결되는 모터 드라이버 회로를 폐 루프(close loop)로 제어하는 시간과 상기 모터 드라이버 회로를 개 루프(open loop)로 제어하는 시간 사이의 비율을 결정하는 단계, 및 상기 결정된 비율에 기초하여, 상기 모터 드라이버 회로를 통해 상기 모터를 제어하는 단계를 포함한다.According to one aspect, a method for providing resistance, performed by a wearable device, includes measuring a first angle of a first joint of a user using a sensor of the wearable device, and based on the first angle, the first joint Determining a resistance level for , based on the determined resistance level, a time for controlling a motor driver circuit electrically connected to the motor of the wearable device in a closed loop and opening the motor driver circuit ( determining a ratio between control times in an open loop), and controlling the motor through the motor driver circuit based on the determined ratio.

상기 모터 드라이버 회로는 상기 비율에 기초하여 제어되는 적어도 하나의 스위치를 포함할 수 있다.The motor driver circuit may include at least one switch controlled based on the ratio.

상기 비율은 PWM(pulse width modulation)으로 나타날 수 있다.The ratio may be represented by pulse width modulation (PWM).

상기 사용자에게 제공되는 저항력은 상기 PWM의 반복적인 시간 구간 내에서 상기 모터 드라이버 회로가 폐 루프 또는 개 루프로 제어되는 상기 비율에 의해 조절되고, 상기 모터 드라이버 회로가 폐 루프로 제어되는 시간의 비율이 높을수록 상기 저항력이 증가할 수 있다.The resistance provided to the user is regulated by the ratio that the motor driver circuit is controlled in a closed loop or an open loop within the repetitive time interval of the PWM, and the ratio of the time that the motor driver circuit is controlled in a closed loop is The higher it is, the higher the resistance may be.

상기 모터 드라이버 회로가 폐 루프로 제어된 상태에서 상기 모터는 상기 사용자에 의한 외력에 대해 발전기로서 동작할 수 있다.In a state in which the motor driver circuit is controlled in a closed loop, the motor may operate as a generator against an external force by the user.

상기 저항력 제공 방법은 상기 모터가 상기 발전기로서 동작하는 경우, 상기 발전기에 의해 생성된 에너지에 기초하여 상기 웨어러블 장치의 배터리를 충전하는 단계를 더 포함할 수 있다.The resistive force providing method may further include charging a battery of the wearable device based on energy generated by the generator when the motor operates as the generator.

상기 저항력 제공 방법은 상기 사용자로부터 상기 웨어러블 장치를 제어하는 동작 모드로서 운동 모드를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of providing resistance force may further include receiving an exercise mode as an operation mode for controlling the wearable device from the user.

상기 운동 모드로 설정된 경우, 상기 모터에는 상기 웨어러블 장치의 배터리에 의한 에너지가 제공되지 않을 수 있다.When the exercise mode is set, energy by the battery of the wearable device may not be provided to the motor.

상기 저항력 제공 방법은 상기 사용자로부터 상기 웨어러블 장치를 제어하는 동작 모드로서 보조 모드를 수신하는 단계, 상기 보조 모드가 수신된 경우, 상기 제1 각도에 기초하여 상기 제1 관절에 대한 보조 토크 값을 계산하는 단계, 및 상기 보조 토크 값에 기초하여 상기 모터를 제어함으로써 상기 사용자에게 보조력을 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of providing resistance includes receiving an auxiliary mode as an operation mode for controlling the wearable device from the user, and when the auxiliary mode is received, calculating an auxiliary torque value for the first joint based on the first angle and providing an assisting force to the user by controlling the motor based on the auxiliary torque value.

다른 일 측면에 따른, 사용자에게 저항력을 제공하는 웨어러블 장치는, 사용자에게 저항력을 제공하는 프로그램이 기록된 메모리, 상기 프로그램을 수행하는 프로세서, 상기 사용자의 제1 관절의 제1 각도를 측정하는 센서, 상기 프로세서에 의해 제어되는 모터 드라이버 회로, 및 상기 모터 드라이버 회로와 전기적으로 연결된 모터를 포함하고, 상기 프로그램은, 상기 센서를 이용하여 상기 사용자의 상기 제1 관절의 상기 제1 각도를 측정하는 단계, 상기 제1 각도에 기초하여 상기 제1 관절에 대한 저항 레벨을 결정하는 단계, 상기 결정된 저항 레벨에 기초하여, 상기 모터 드라이버 회로를 폐 루프(close loop)로 제어하는 시간과 상기 모터 드라이버 회로를 개 루프(open loop)로 제어하는 시간 사이의 비율을 결정하는 단계. 및 상기 결정된 비율에 기초하여, 상기 모터 드라이버 회로를 통해 상기 모터를 제어하는 단계를 수행한다.According to another aspect, a wearable device for providing resistance to a user includes a memory in which a program for providing resistance to a user is recorded, a processor for executing the program, a sensor for measuring a first angle of the user's first joint, a motor driver circuit controlled by the processor, and a motor electrically connected to the motor driver circuit, wherein the program includes: measuring the first angle of the first joint of the user using the sensor; Determining a resistance level for the first joint based on the first angle, based on the determined resistance level, time to control the motor driver circuit in a closed loop (close loop) and open the motor driver circuit Determining the ratio between time controlled by an open loop. and controlling the motor through the motor driver circuit based on the determined ratio.

상기 모터 드라이버 회로는 상기 비율에 기초하여 제어되는 적어도 하나의 스위치를 포함할 수 있다.The motor driver circuit may include at least one switch controlled based on the ratio.

상기 비율은 PWM(pulse width modulation)으로 나타나고, 상기 사용자에게 제공되는 저항력은 상기 PWM의 반복적인 시간 구간 내에서 상기 모터 드라이버 회로가 폐 루프 또는 개 루프로 제어되는 상기 비율에 의해 조절되고, 상기 모터 드라이버 회로가 폐 루프로 제어되는 시간의 비율이 높을수록 상기 저항력이 증가할 수 있다.The ratio is represented by pulse width modulation (PWM), and the resistance provided to the user is regulated by the ratio in which the motor driver circuit is controlled in a closed loop or an open loop within a repetitive time interval of the PWM, the motor The higher the percentage of time the driver circuit is controlled in a closed loop, the higher the resistive force may be.

상기 모터 드라이버 회로가 폐 루프로 제어된 상태에서 상기 모터는 상기 사용자에 의한 외력에 대해 발전기로서 동작할 수 있다.In a state in which the motor driver circuit is controlled in a closed loop, the motor may operate as a generator against an external force by the user.

상기 프로그램은, 상기 모터가 상기 발전기로서 동작하는 경우, 상기 발전기에 의해 생성된 에너지에 기초하여 상기 웨어러블 장치의 배터리를 충전하는 단계를 더 수행할 수 있다.The program may further perform, when the motor operates as the generator, charging a battery of the wearable device based on energy generated by the generator.

상기 프로그램은, 상기 사용자로부터 상기 웨어러블 장치를 제어하는 동작 모드로서 운동 모드를 수신하는 단계를 더 수행하고, 상기 제1 각도에 기초하여 상기 제1 관절에 대한 저항 레벨을 결정하는 단계는, 상기 운동 모드 및 상기 제1 각도에 기초하여 상기 제1 관절에 대한 상기 저항 레벨을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.The program further performs the step of receiving an exercise mode as an operation mode for controlling the wearable device from the user, and determining the resistance level for the first joint based on the first angle includes: It may include determining the resistance level for the first joint based on the mode and the first angle.

상기 운동 모드로 설정된 경우, 상기 모터에는 상기 웨어러블 장치의 배터리에 의한 에너지가 제공되지 않을 수 있다.When the exercise mode is set, energy by the battery of the wearable device may not be provided to the motor.

상기 프로그램은, 상기 사용자로부터 상기 웨어러블 장치를 제어하는 동작 모드로서 보조 모드를 수신하는 단계, 상기 보조 모드가 수신된 경우, 상기 제1 각도에 기초하여 상기 제1 관절에 대한 보조 토크를 계산하는 단계, 및 상기 보조 토크에 기초하여 상기 모터를 제어함으로써 상기 사용자에게 보조력을 제공하는 단계를 더 수행할 수 있다.The program may include: receiving an auxiliary mode as an operation mode for controlling the wearable device from the user; when the auxiliary mode is received, calculating an auxiliary torque for the first joint based on the first angle , and controlling the motor based on the auxiliary torque to provide auxiliary force to the user.

도 1은 일 예에 따른 웨어러블 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 예에 따른 전자 장치와 통신하는 웨어러블 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 예에 따른 보행 상태를 도시한다.
도 4는 일 예에 따른 보행 상태들 간의 천이를 도시한다.
도 5는 일 예에 따른 보행 싸이클에 대한 발목 관절 각도의 궤적을 도시한다.
도 6은 일 예에 따른 보행 싸이클에 대한 발목 토크의 궤적을 도시한다.
도 7 내지 도 10은 일 예에 따른 웨어러블 장치의 모터 드라이버 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 저항력을 제공하는 방법의 흐름도이다.
도 12는 일 예에 따른 사용자 단말에 출력되는 저항력 프로파일을 도시한다.
도 13은 다른 일 실시예에 따른 저항력을 제공하는 방법의 흐름도이다.
도 14는 일 예에 따른 개 루프인 모터 드라이버회로를 도시한다.
도 15 및 도 16은 일 예들에 따른 폐 루프인 모터 드라이버 회로를 도시한다.
도 17은 일 예에 따른 폐 루프인 모터 드라이버 회로를 도시한다.
도 18은 일 예에 따른 제동 저항기를 포함하는 폐 루프인 모터 드라이버 회로를 도시한다.
도 19은 다른 일 예에 따른 저항을 포함하는 폐 루프의 모터 드라이버 회로를 도시한다.
도 20는 일 예에 따른 BLDC 모터를 포함하는 폐 루프의 모터 드라이버 회로를 도시한다.
도 21은 일 예에 따른 웨어러블 장치의 구동부의 구성도이다.
도 22 내지 도 24는 다른 일 예에 따른 전신-타입 웨어러블 장치를 도시한다.
1 is a diagram for describing a wearable device according to an example.
2 is a diagram for explaining a wearable device communicating with an electronic device according to an example.
3 illustrates a walking state according to an example.
4 illustrates a transition between gait states according to an example.
5 shows a trajectory of an ankle joint angle with respect to a walking cycle according to an example.
6 shows a trajectory of an ankle torque for a walking cycle according to an example.
7 to 10 are diagrams for explaining a motor driver circuit of a wearable device according to an example.
11 is a flowchart of a method of providing a resistive force according to an embodiment.
12 illustrates a resistive force profile output to a user terminal according to an example.
13 is a flowchart of a method of providing a resistive force according to another exemplary embodiment.
14 shows an open loop motor driver circuit according to an example.
15 and 16 illustrate a motor driver circuit that is a closed loop in accordance with examples.
17 illustrates a closed loop motor driver circuit according to an example.
18 illustrates a closed loop motor driver circuit including a braking resistor according to an example.
19 illustrates a closed-loop motor driver circuit including a resistor according to another example.
20 illustrates a closed-loop motor driver circuit including a BLDC motor according to an example.
21 is a configuration diagram of a driving unit of a wearable device according to an example.
22 to 24 show a whole body-type wearable device according to another example.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the scope of the patent application is not limited or limited by these examples. Like reference numerals in each figure indicate like elements.

아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Various modifications may be made to the embodiments described below. It should be understood that the embodiments described below are not intended to limit the embodiments, and include all modifications, equivalents or substitutes thereto.

실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in the examples are only used to describe specific examples, and are not intended to limit the examples. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the embodiment belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same components are given the same reference numerals regardless of the reference numerals, and the overlapping description thereof will be omitted. In the description of the embodiment, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the embodiment, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 일 예에 따른 웨어러블 장치를 도시한다.1 illustrates a wearable device according to an example.

도 1을 참조하면, 웨어러블 장치(100)는 사용자에게 장착되어 사용자의 보행(gait)을 보조한다. 예를 들어, 웨어러블 장치(100)는 사용자의 보행을 보조하는 장치일 수 있다. 또한, 웨어러블 장치(100)는 사용자의 보행을 보조할 뿐만 아니라, 사용자에게 저항력을 제공함으로써 운동 기능을 제공하는 운동 장치일 수 있다. 사용자에게 제공되는 저항력은 모터와 같은 장치에 의해 출력되는 힘과 같이 사용자에게 능동적으로 가해지는 힘은 아니며, 사용자의 움직임을 방해하는 힘(예를 들어, 저항력은 사용자가 움직이는 방향과 반대 방향으로 작용하는 힘일 수 있다. 다른 말로, 저항력은 운동 부하로 표현될 수 있다.Referring to FIG. 1 , the wearable device 100 is mounted on the user to assist the user in gait. For example, the wearable device 100 may be a device that assists a user in walking. Also, the wearable device 100 may be an exercise device that not only assists the user in walking, but also provides an exercise function by providing a resistance to the user. The resistive force provided to the user is not a force that is actively applied to the user, such as a force output by a device such as a motor, but a force that prevents the user's movement (for example, the resistive force acts in the opposite direction to the user's movement direction In other words, the resistance force can be expressed as an exercise load.

도 1은 힙 타입의 웨어러블 장치(100)를 도시하고 있으나, 웨어러블 장치의 타입은 힙 타입에 제한되는 것은 아니며, 웨어러블 장치는 하지 전체를 지원하는 형태 또는 하지 일부를 지원하는 타입일 수 있다. 그리고, 웨어러블 장치는 하지 일부를 지원하는 형태, 무릎까지 지원하는 형태, 발목까지 지원하는 형태 및 전신을 지원하는 형태 중 어느 하나일 수 있다.Although FIG. 1 shows the wearable device 100 of a hip type, the type of the wearable device is not limited to the hip type, and the wearable device may be a type supporting the entire lower extremity or a type supporting a part of the lower extremity. In addition, the wearable device may be in any one of a form supporting a part of the lower extremities, a form supporting up to the knee, a form supporting up to the ankle, and a form supporting the whole body.

도 1을 참조하여 설명되는 실시예들은 힙 타입에 대해 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것이 아니며 다양한 타입들의 웨어러블 장치에 대해서 모두 적용될 수 있다.The embodiments described with reference to FIG. 1 may be applied to a heap type, but is not limited thereto, and may be applied to various types of wearable devices.

일 측면에 따르면, 웨어러블 장치(100)는 구동부(110), 센서부(120), IMU(Inertial Measurement Unit)(130), 제어부(140) 및 배터리(150)를 포함한다.According to one aspect, the wearable device 100 includes a driving unit 110 , a sensor unit 120 , an Inertial Measurement Unit (IMU) 130 , a control unit 140 , and a battery 150 .

구동부(110)는 모터(114) 및 모터(114)를 구동시키기 위한 모터 드라이버 회로(112)를 포함할 수 있다. 센서부(120)는 적어도 하나의 센서(121)를 포함할 수 있다. 제어부(140)는 프로세서(142), 메모리(144) 및 입력 인터페이스(146)를 포함할 수 있다. 도 1c에는 하나의 센서(121), 하나의 모터 드라이버 회로(112), 및 하나의 모터(114)가 도시되어 있으나 이는 예시적인 사항일 뿐, 도 1d에 도시된 예와 같이 다른 일례의 웨어러블 장치(100-1)는 복수의 센서들(121 및 121-1), 복수의 모터 드라이버 회로들(112 및 112-1), 및 복수의 모터들(114 및 114-1)을 포함할 수 있다. 또한, 구현에 따라 웨어러블 장치(100)는 복수의 프로세서들을 포함할 수 있다. 모터 드라이버 회로 개수, 모터 개수, 또는 프로세서 개수는 웨어러블 장치(100)가 착용되는 신체 부위에 따라 달라질 수 있다.The driving unit 110 may include a motor 114 and a motor driver circuit 112 for driving the motor 114 . The sensor unit 120 may include at least one sensor 121 . The controller 140 may include a processor 142 , a memory 144 , and an input interface 146 . One sensor 121 , one motor driver circuit 112 , and one motor 114 are illustrated in FIG. 1C , but this is only an example, and another example of a wearable device like the example illustrated in FIG. 1D . Reference numeral 100-1 may include a plurality of sensors 121 and 121-1, a plurality of motor driver circuits 112 and 112-1, and a plurality of motors 114 and 114-1. Also, according to implementation, the wearable device 100 may include a plurality of processors. The number of motor driver circuits, the number of motors, or the number of processors may vary according to a body part on which the wearable device 100 is worn.

후술할 센서(121), 모터 드라이버 회로(112), 및 모터(114)에 대한 설명은 도 1d에 도시된 센서(121-1), 모터 드라이버 회로(112-1), 및 모터(114-1)에 대해서도 적용될 수 있다.The sensor 121 , the motor driver circuit 112 , and the motor 114 to be described later will be described with the sensor 121-1, the motor driver circuit 112-1, and the motor 114-1 shown in FIG. 1D. ) can also be applied.

구동부(110)는 사용자의 고관절(hip joint)을 구동시킬 수 있다. 예를 들어, 구동부(110)는 사용자의 오른쪽 힙 및/또는 왼쪽 힙 부분에 위치할 수 있다. 구동부(110)는 사용자의 무릎 부분 및 발목 부분에 추가적으로 위치할 수 있다. 구동부(110)는 회전 토크를 발생시킬 수 있는 모터(114) 및 모터(114)를 구동시키기 위한 모터 드라이버 회로(112)를 포함한다.The driving unit 110 may drive a user's hip joint. For example, the driving unit 110 may be located on the user's right hip and/or left hip portion. The driving unit 110 may be additionally located on the user's knee and ankle portions. The driving unit 110 includes a motor 114 capable of generating rotational torque and a motor driver circuit 112 for driving the motor 114 .

센서부(120)는 보행 시 사용자의 고관절의 각도를 측정할 수 있다. 센서부(120)에서 센싱되는 고관절의 각도에 대한 정보는 오른쪽 고관절의 각도, 왼쪽 고관절의 각도, 양쪽 고관절 각도들 간의 차이 및 고관절 운동 방향을 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서(121)는 구동부(110) 내에 위치할 수 있다. 센서(121)의 위치에 따라 센서부(120)는 사용자의 무릎 각도 및 발목 각도를 추가적으로 측정할 수 있다.The sensor unit 120 may measure the angle of the user's hip joint while walking. The information on the hip joint angle sensed by the sensor unit 120 may include a right hip joint angle, a left hip joint angle, a difference between both hip joint angles, and a hip joint motion direction. For example, the sensor 121 may be located in the driving unit 110 . Depending on the position of the sensor 121 , the sensor unit 120 may additionally measure the user's knee angle and ankle angle.

일 측면에 따르면, 센서부(120)는 포텐셔미터를 포함할 수 있다. 포텐셔미터는 사용자의 보행 동작에 따른 R축 관절 각도, L축 관절 각도, R축 관절 각속도, 및 L축 관절 각속도를 센싱할 수 있다.According to one aspect, the sensor unit 120 may include a potentiometer. The potentiometer may sense an R-axis joint angle, an L-axis joint angle, an R-axis joint angular velocity, and an L-axis joint angular velocity according to the user's gait motion.

IMU(130)는 보행 시 가속도 정보와 자세 정보를 측정할 수 있다. 예를 들어, IMU(130)는 사용자의 보행 동작에 따른 X축, Y축, Z축 가속도 및 X축, Y축, Z축 각속도를 센싱할 수 있다.The IMU 130 may measure acceleration information and posture information while walking. For example, the IMU 130 may sense X-axis, Y-axis, and Z-axis acceleration according to the user's gait motion, and angular velocity on the X-axis, Y-axis, and Z-axis.

웨어러블 장치(100)는 IMU(130)에서 측정된 가속도 정보에 기반하여 사용자의 발이 착지하는 지점을 검출할 수 있다.The wearable device 100 may detect a point at which the user's foot lands based on the acceleration information measured by the IMU 130 .

압력 센서(도시되지 않음)는 사용자의 발바닥에 위치하여 사용자의 발의 착지 시점을 검출할 수 있다.A pressure sensor (not shown) may be located on the user's sole to detect a landing time of the user's foot.

웨어러블 장치(100)는 앞서 설명한 센서부(120) 및 IMU(130) 이외에, 보행 동작에 따른 사용자의 운동량 또는 생체 신호 등의 변화를 센싱할 수 있는 다른 센서(예를 들어, 근전도 센서(ElectroMyoGram sensor; EMG sensor))를 포함할 수 있다.In addition to the sensor unit 120 and the IMU 130 described above, the wearable device 100 includes another sensor (eg, an ElectroMyoGram sensor) capable of sensing a change in a user's exercise amount or a biosignal according to a walking motion. ; EMG sensor)) may be included.

일 측면에 따르면, 제어부(140)의 프로세서(142)는 사용자에게 저항력을 제공하기 위해 구동부(110)를 제어할 수 있다. 이 경우, 구동부(110)는 사용자에게 토크를 출력하지 않고, 모터(114)의 역 구동성(back-drivability)을 이용하여 사용자에게 저항력을 제공할 수 있다. 모터의 역 구동성이란, 외부의 힘에 대한 모터의 회전 축의 반응성을 의미할 수 있고, 모터의 역 구동성이 높을수록 모터의 회전 축에 작용하는 외부의 힘에 대해 쉽게 반응할 수 있다(즉, 모터의 회전 축이 쉽게 회전한다). 예를 들어, 모터의 회전 축에 동일한 외부의 힘이 가해지더라도, 역 구동성의 정도에 따라 모터의 회전 축이 회전하는 정도가 달라진다.According to one aspect, the processor 142 of the controller 140 may control the driving unit 110 to provide a resistance to the user. In this case, the driving unit 110 may provide resistance to the user by using the back-drivability of the motor 114 without outputting a torque to the user. The reverse drivability of the motor may mean the responsiveness of the rotation shaft of the motor to an external force, and the higher the reverse drivability of the motor, the easier it may respond to an external force acting on the rotation shaft of the motor (that is, , the axis of rotation of the motor rotates easily). For example, even when the same external force is applied to the rotation shaft of the motor, the degree of rotation of the rotation shaft of the motor varies according to the degree of reverse drivability.

사용자에게 저항력을 제공하는 방법에 대해서는 아래에서 도 7 내지 도 21을 참조하여 상세히 설명된다.A method of providing a resistance to a user will be described in detail below with reference to FIGS. 7 to 21 .

다른 일 측면에 따르면, 제어부(140)의 프로세서(142)는 구동부(110)가 사용자의 보행을 돕기 위한 토크(또는 보조 토크)를 출력하도록, 구동부(110)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 힙 타입의 웨어러블 장치(100)에서, 구동부(110)는 왼쪽 힙 부분 및 오른쪽 힙 부분에 각각 배치되도록 구성될 수 있고, 제어부(140)는 토크가 발생되도록 구동부(110)를 제어하는 제어 신호를 출력할 수 있다.According to another aspect, the processor 142 of the controller 140 may control the driving unit 110 so that the driving unit 110 outputs a torque (or auxiliary torque) for helping the user walk. For example, in the hip type wearable device 100 , the driving unit 110 may be configured to be disposed on the left hip portion and the right hip portion, respectively, and the controller 140 controls the driving unit 110 to generate torque. control signal can be output.

구동부(110)는 제어부(140)가 출력한 제어 신호에 기반하여, 토크를 발생시킬 수 있다. 토크를 발생시키기 위한 토크 값은 외부에 의해 설정될 수도 있고, 제어부(140)에 의해 설정될 수도 있다. 예를 들어, 제어부(140)는 토크 값의 크기를 나타내기 위해, 구동부(110)로 전송하는 신호에 대한 전류의 크기를 이용할 수 있다. 즉, 구동부(110)가 수신하는 전류의 크기가 클수록, 토크 값이 클 수 있다.The driving unit 110 may generate torque based on the control signal output by the control unit 140 . The torque value for generating the torque may be externally set or may be set by the controller 140 . For example, in order to indicate the magnitude of the torque value, the controller 140 may use the magnitude of the current for the signal transmitted to the driving part 110 . That is, as the magnitude of the current received by the driving unit 110 increases, the torque value may increase.

배터리(150)는 웨어러블 장치(100)의 구성 요소에 전력을 공급한다. 배터리(150)의 전력을 웨어러블 장치(100)의 구성 요소의 동작 전압에 맞게 변환하여 웨어러블 장치(100)의 구성 요소에 제공하는 회로(예를 들어, PMIC(Power Management Integrated Circuit))가 있을 수 있다. 또한, 웨어러블 장치(100)의 동작 모드에 따라 배터리(150)는 모터(114)에 전력을 공급하거나 공급하지 않을 수 있다. 다시 말해, 배터리(150)는 보조 모드에서 모터(114)에 전력을 공급할 수 있고, 운동 모드에서 모터(114)에 전력을 공급하지 않을 수 있다. 이에 따라, 운동 저항 모드에서 배터리(150)의 전력 소모가 덜 발생하여 웨어러블 장치(100)의 사용 시간이 증대될 수 있다.The battery 150 supplies power to the components of the wearable device 100 . There may be a circuit (eg, a Power Management Integrated Circuit (PMIC)) that converts the power of the battery 150 to match the operating voltage of the components of the wearable device 100 and provides it to the components of the wearable device 100 . have. Also, depending on the operation mode of the wearable device 100 , the battery 150 may or may not supply power to the motor 114 . In other words, the battery 150 may supply power to the motor 114 in the auxiliary mode and may not supply power to the motor 114 in the exercise mode. Accordingly, the battery 150 consumes less power in the motion resistance mode, so that the use time of the wearable device 100 may be increased.

도 2는 일 예에 따른 전자 장치와 통신하는 웨어러블 장치를 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram for explaining a wearable device communicating with an electronic device according to an example.

도 2에 도시된 예에서, 웨어러블 장치(100)는 전자 장치(200)와 통신할 수 있다. 전자 장치(200)는 스마트폰, 태블릿, 스마트 워치, 글래스 등을 포함할 수 있고, 기재된 실시예로 한정되지 않는다. 전자 장치(200)는 웨어러블 장치(100)의 사용자의 전자 장치일 수 있다. 또는, 사용자가 웨어러블 장치(100)를 착용한 채로 트레이너와 운동을 할 수 있다. 이 경우, 전자 장치(200)는 트레이너의 전자 장치에 해당할 수 있다.In the example shown in FIG. 2 , the wearable device 100 may communicate with the electronic device 200 . The electronic device 200 may include a smartphone, a tablet, a smart watch, glasses, and the like, and is not limited to the described embodiment. The electronic device 200 may be an electronic device of a user of the wearable device 100 . Alternatively, the user may exercise with the trainer while wearing the wearable device 100 . In this case, the electronic device 200 may correspond to an electronic device of the trainer.

구현에 따라, 웨어러블 장치(100)와 전자 장치(200)는 근거리 무선 통신 방식 또는 셀룰러 이동 통신 방식을 통해 서버(미도시)를 경유하여 통신할 수 있다.According to implementation, the wearable device 100 and the electronic device 200 may communicate via a server (not shown) through a short-range wireless communication method or a cellular mobile communication method.

전자 장치(200)는 디스플레이(200-1)에 웨어러블 장치(100)의 동작을 제어하기 위한 UI(user interface)를 표시할 수 있다. 예를 들어, UI는 사용자가 웨어러블 장치(100)를 제어할 수 있는 적어도 하나의 소프트키를 포함할 수 있다.The electronic device 200 may display a user interface (UI) for controlling the operation of the wearable device 100 on the display 200 - 1 . For example, the UI may include at least one soft key through which the user can control the wearable device 100 .

사용자(또는 트레이너)는 전자 장치(200)의 디스플레이(200-1) 상의 UI를 통해 웨어러블 장치(100)의 동작을 제어하기 위한 제어 명령을 입력할 수 있고, 전자 장치(200)는 해당 제어 명령을 웨어러블 장치(100)로 전송할 수 있다. 웨어러블 장치(100)는 수신된 제어 명령에 따라 동작할 수 있고, 제어 결과를 전자 장치(200)로 전송할 수 있다. 전자 장치(200)는 제어 완료 메시지를 전자 장치(200)의 디스플레이(200-1)에 표시할 수 있다.The user (or trainer) may input a control command for controlling the operation of the wearable device 100 through the UI on the display 200 - 1 of the electronic device 200 , and the electronic device 200 receives the control command may be transmitted to the wearable device 100 . The wearable device 100 may operate according to the received control command, and may transmit a control result to the electronic device 200 . The electronic device 200 may display a control completion message on the display 200 - 1 of the electronic device 200 .

도 3은 일 예에 따른 보행 상태를 도시한다.3 illustrates a walking state according to an example.

보행에 대한 사용자의 어느 한쪽의 다리의 보행 상태(gait state)(또는 보행 위상(gait phase))들이 미리 정의될 수 있다. 예를 들어, 보행 상태들은 지지(stance) 및 스윙(swing)을 포함할 수 있다. 스윙은 다리가 지면에서 떨어져 있는 상태를 의미한다. 왼쪽 다리의 보행 상태들은 왼쪽 지지(left stance: LSt) 및 왼쪽 스윙(left swing: LSw)으로 구분될 수 있다. 오른쪽 다리의 보행 상태들은 오른쪽 지지(right stance: RSt) 및 오른쪽 스윙(right swing: RSw)으로 구분될 수 있다.Gait states (or gait phases) of either leg of the user for gait may be predefined. For example, gait states may include stance and swing. Swing refers to the state in which the legs are off the ground. The gait states of the left leg may be divided into left stance (LSt) and left swing (LSw). The gait states of the right leg may be divided into a right stance (RSt) and a right swing (RSw).

유한 상태 기계(Finite State Machine: FSM)에는 보행 상태에 대해 미리 보행 싸이클(gait cycle)이 매핑(mapping)될 수 있다. 예를 들어, 지지가 시작되는 시점에는 보행 싸이클 0%가 매핑될 수 있고, 스윙이 시작되는 시점에는 보행 싸이클 60%가 매핑될 수 있고, 지지가 시작되기 직전의 시점에는 보행 싸이클 100%가 매핑될 수 있다.In a finite state machine (FSM), a gait cycle may be previously mapped to a gait state. For example, 0% of the gait cycle may be mapped at the time the support is started, 60% of the gait cycle may be mapped at the time the swing starts, and 100% of the gait cycle may be mapped at the time immediately before the start of the support. can be

일 측면에 따르면, 지지 및 스윙은 복수의 상태들로 더욱 세분화될 수 있다. 예를 들어, 지지는 초기 접촉(initial contact), 체중 부하(weight bearing), 지지 중기(middle stance), 지지 말기(terminal stance), 및 전 스윙(pre swing)으로 세분화될 수 있다. 스윙은 초기 스윙(initial swing), 중간 스윙(middle swing) 및 말기 스윙(terminal swing)으로 세분화될 수 있다. 지지 및 스윙은 실시예에 따라 다르게 세분화될 수 있고, 기재된 실시예로 한정되지 않는다.According to one aspect, the support and swing may be further subdivided into a plurality of states. For example, support may be subdivided into initial contact, weight bearing, middle stance, terminal stance, and pre swing. The swing may be subdivided into an initial swing, a middle swing, and a terminal swing. Support and swing may be subdivided differently according to embodiments, and are not limited to the described embodiments.

도 4는 일 예에 따른 보행 상태들 간의 천이를 도시한다.4 illustrates a transition between gait states according to an example.

일반적인 보행 메카니즘(gait mechanism)에 따르면, 각각의 다리의 보행 상태들은 지지 및 스윙을 포함하고, 보행을 위해 지지 및 스윙이 번갈아 가면서 수행된다.According to a general gait mechanism, the gait states of each leg include support and swing, and support and swing are alternately performed for gait.

보행에 따른 오른쪽 다리의 변화(400)에 대한 오른쪽 보행 상태(410)는 오른쪽 지지 및 오른쪽 스윙을 포함한다. 지지는 체중 부하, 지지 중기, 및 지지 말기를 포함할 수 있으나, 개시 및 도시된 실시예에 한정되지 않는다. 오른쪽 다리의 변화(400)에 대해, 왼쪽의 다리의 변화(도시되지 않음)에 대한 왼쪽 보행 상태(420)는 왼쪽 지지 및 왼쪽 스윙을 포함한다.The right gait state 410 for the change 400 of the right leg according to gait includes right support and right swing. Support may include, but is not limited to, the embodiments disclosed and illustrated, including weight bearing, intermediate support, and end support. For the change 400 of the right leg, the left gait state 420 for the change of the left leg (not shown) includes left support and left swing.

사용자의 노화 또는 질병에 의해 사용자의 발목의 근력이 약해지는 경우, 보행에 불편함이 발생한다. 예를 들어, 다리가 스윙을 시작할 때 발의 끝 부분이 들려야 하는데, 들리지 않는 경우 스윙하는 다리가 바닥과 부딪칠 수 있다. 즉, 족하수(foot drop)가 발생하는 경우, 낙상의 위험이 있다. 이러한 위험을 방지하기 위해, 보행 위상의 진행 또는 보행 위상의 변화에 따라, 발목의 각도가 조절되어야 한다. 발목의 근력이 약해져서 스스로 발목의 각도를 조절하기 어려운 사용자에게 웨어러블 장치가 제공될 수 있다. 웨어러블 장치는 사용자의 발목 부근에 착용될 수 있고, 사용자의 보행과 관련하여 센싱된 값에 기초하여 보조 토크를 출력할 수 있다. 보조 토크에 의해 사용자의 발목 각도가 조절될 수 있다.When the muscle strength of the user's ankle is weakened by the user's aging or disease, discomfort occurs in walking. For example, when the leg starts swinging, the tip of the foot should be lifted, but if not, the swinging leg may hit the floor. That is, if a foot drop occurs, there is a risk of a fall. In order to prevent this risk, the angle of the ankle should be adjusted according to the progress of the gait phase or the change of the gait phase. A wearable device may be provided to a user who has difficulty in adjusting the angle of the ankle by himself/herself because the muscle strength of the ankle is weakened. The wearable device may be worn near the user's ankle, and may output an auxiliary torque based on a value sensed in relation to the user's gait. The angle of the user's ankle may be adjusted by the auxiliary torque.

상기의 실시예는 발목을 보조하기 위한 실시예이나, 보행을 보조하기 위해 고관절 또는 무릎을 보조하기 위한 실시예도 유사하게 설명될 수 있다.Although the above embodiment is an embodiment for assisting the ankle, an embodiment for assisting the hip joint or the knee to assist walking may be similarly described.

도 5은 일 예에 따른 보행 싸이클에 대한 발목 관절 각도의 궤적을 도시한다.5 illustrates a trajectory of an ankle joint angle with respect to a walking cycle according to an example.

사람이 일반적인 보행 메커니즘으로 보행하는 경우, 사람의 발목 관절 각도의 궤적(500)은 도 5와 같은 궤적을 나타낸다. 동일한 보행 상태인 경우에도 보폭 및 보행 속도에 따라 발목 관절 각도는 변화할 수 있으나, 하나의 보행 싸이클에 대한 발목 관절 각도의 궤적은 유사한 패턴을 보인다. 발목 관절 각도의 궤적(500)은 특정한 보행 싸이클의 진행도에서 예시적인 변화량의 범위를 갖도록 도시되었다.When a person walks with a general walking mechanism, the trajectory 500 of the person's ankle joint angle shows a trajectory as shown in FIG. 5 . Even in the same gait state, the ankle joint angle may change depending on the stride length and gait speed, but the trajectory of the ankle joint angle for one gait cycle shows a similar pattern. The trajectory 500 of the ankle joint angle is shown to have an exemplary range of variation in the progress of a particular gait cycle.

한쪽 다리가 불편한 환자의 경우 불편한 다리에 대해서는 발목 관절 각도의 궤적(500)이 나타나지 않는다. 환자의 불편한 다리의 발목 관절이 발목 관절 각도의 궤적(500)을 갖도록 발목 관절의 각도가 조절되는 경우, 환자의 보행 메커니즘이 개선될 수 있다.In the case of a patient with one leg uncomfortable, the trajectory 500 of the ankle joint angle does not appear for the uncomfortable leg. If the angle of the ankle joint is adjusted so that the ankle joint of the patient's uncomfortable leg has the trajectory 500 of the angle of the ankle joint, the patient's gait mechanism can be improved.

도 5는 발목 관절 각도의 궤적을 도시하고 있으나, 도 5에 대한 설명은 고관절 각도 및 무릎 관절에 대한 설명에도 유사하게 적용될 수 있다.5 shows the trajectory of the angle of the ankle joint, the description of FIG. 5 may be similarly applied to the description of the angle of the hip joint and the knee joint.

도 6은 일 예에 따른 보행 싸이클에 대한 발목 토크의 궤적을 도시한다.6 shows a trajectory of an ankle torque for a walking cycle according to an example.

도 6을 참조한 설명은 웨어러블 장치(100)가 사용자의 보행을 보조하는 모드로 동작하는 경우에 적용될 수 있다. 웨어러블 장치(100)가 운동 모드로 동작하는 경우에 대한 설명은 아래에서 도 7 내지 도 21을 참조하여 상세하게 설명된다.The description with reference to FIG. 6 may be applied to a case in which the wearable device 100 operates in a mode to assist the user in walking. A description of the case in which the wearable device 100 operates in the exercise mode will be described in detail below with reference to FIGS. 7 to 21 .

사람이 일반적인 보행 메커니즘으로 보행하는 경우, 사람의 발목 관절에 의해 출력되는 발목 토크의 궤적(600)은 도 6과 같은 궤적을 나타낸다. 양수의 발목 토크의 값은 발목 관절 각도를 증가(예를 들어, 발바닥 굽힘(plantar flexion))시키고, 음수의 발목 토크의 값은 발목 관절 각도를 감소(예를 들어, 발등 굽힘(dorsiflexion))시킨다.When a person walks with a general walking mechanism, the trajectory 600 of the ankle torque output by the person's ankle joint shows a trajectory as shown in FIG. 6 . Positive ankle torque values increase the ankle joint angle (eg, plantar flexion), and negative values of ankle torque decrease the ankle joint angle (eg, dorsiflexion). .

일 측면에 따르면, 푸쉬-오프(push-off)가 발생한 이후의 구간에 대응하는 발목 토크의 궤적(600)의 제1 부분(610)은 족하수 방지를 위한 발등 굽힘을 위한 보조 토크 값일 수 있다. 발등 굽힘을 위한 보조 토크 값은 음수일 수 있다.According to one aspect, the first part 610 of the trajectory 600 of the ankle torque corresponding to the section after the push-off occurs may be an auxiliary torque value for bending the instep for preventing foot dislocation. . The auxiliary torque value for dorsiflexion may be negative.

한쪽 다리가 불편한 환자는 스스로 보조 토크를 발생시킬 수 없으므로, 보조 토크를 제공받기 위해 환자는 웨어러블 장치를 불편한 다리에 착용할 수 있다. 웨어러블 장치는 구동 장치를 통해 보조 토크를 출력함으로써 발목 각도를 조정할 수 있다. 발목 각도를 조정하기 위한 보조 토크가 적절한 타이밍에 출력되어야만 사용자가 불편함을 느끼지 않는다. 예를 들어, 불편한 다리가 푸쉬-오프를 수행해야하는 타이밍에 발목 각도를 증가시키기 위한 강한 보조 토크가 제공되어야 한다. 예를 들어, 상기의 타이밍은 직접적으로 불편한 다리의 보행 상태를 결정함으로써 결정될 수 있다. 다른 예로, 상기의 타이밍은 정상 다리의 보행 상태에 기초하여 간접적으로 불편한 다리의 보행 상태를 결정함으로써 결정될 수 있다.Since the patient with one leg uncomfortable cannot generate the auxiliary torque by himself/herself, the patient may wear the wearable device on the uncomfortable leg in order to receive the auxiliary torque. The wearable device may adjust the ankle angle by outputting auxiliary torque through the driving device. Auxiliary torque for adjusting the ankle angle must be output at an appropriate timing so that the user does not feel any discomfort. For example, a strong assist torque to increase the ankle angle should be provided at the timing when the uncomfortable leg must perform a push-off. For example, the timing may be determined by directly determining the gait state of the uncomfortable leg. As another example, the timing may be determined by indirectly determining the gait state of the uncomfortable leg based on the gait state of the normal leg.

웨어러블 장치(100)가 배터리(150)가 요구되지 않는 운동 모드로 동작하기 위한, 구동부(110)에 포함된 모터 드라이버 회로(112)의 구조가 아래에서 도 7 내지 도 10을 참조하여 상세히 설명된다.The structure of the motor driver circuit 112 included in the driving unit 110 for the wearable device 100 to operate in an exercise mode that does not require the battery 150 will be described in detail below with reference to FIGS. 7 to 10 . .

도 7 내지 도 10은 일 예에 따른 웨어러블 장치의 모터 드라이버 회로를 설명하기 위한 도면이다.7 to 10 are diagrams for explaining a motor driver circuit of a wearable device according to an example.

도 7에 도시된 모터 드라이버 회로(112)는 H 브릿지 회로이고, 복수의 스위치들(710 내지 740)을 포함한다. 모터 드라이버 회로(112)는 모터(114)와 연결된다.The motor driver circuit 112 shown in FIG. 7 is an H-bridge circuit and includes a plurality of switches 710 to 740 . The motor driver circuit 112 is connected to the motor 114 .

프로세서(142)의 제어 하에 제1 스위치(710)와 제4 스위치(740)가 닫히고, 제2 스위치(220)와 제3 스위치(230)가 개방되는 경우 배터리(150)를 포함하는 폐 루프가 형성되므로, 배터리(150)에서 모터(114)로 전력이 공급될 수 있다. 모터(114)는 제1 방향으로 회전한다.When the first switch 710 and the fourth switch 740 are closed under the control of the processor 142 and the second switch 220 and the third switch 230 are opened, a closed loop including the battery 150 is formed. Thus, power can be supplied from the battery 150 to the motor 114 . The motor 114 rotates in the first direction.

위와는 반대로, 프로세서(142)의 제어 하에 제2 스위치(720)와 제3 스위치(730)가 닫히고, 제1 스위치(710)와 제4 스위치(740)가 개방되는 경우에도 배터리(150)를 포함하는 폐 루프가 형성되므로, 배터리(150)에서 모터(114)로 전력이 공급될 수 있다. 다만, 모터(114)는 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 회전한다.Contrary to the above, even when the second switch 720 and the third switch 730 are closed and the first switch 710 and the fourth switch 740 are opened under the control of the processor 142, the battery 150 is turned on. Since a closed loop including the battery 150 is formed, power may be supplied from the battery 150 to the motor 114 . However, the motor 114 rotates in a second direction opposite to the first direction.

도 8은 배터리(150)를 포함하는 폐 루프가 형성되도록 모터 드라이버 회로(112)가 제어된 경우를 나타내며, 배터리(150)는 모터(114)에 전력을 공급한다. 모터(114)는 전류의 방향에 대응하도록 회전한다. 프로세서(142)는 웨어러블 장치(100)의 동작 모드가 보조 모드로 동작하는 경우, 배터리(150)를 포함하는 폐 루프가 형성되도록 모터 드라이버 회로(112)를 제어할 수 있다.8 shows a case in which the motor driver circuit 112 is controlled to form a closed loop including the battery 150 , and the battery 150 supplies power to the motor 114 . The motor 114 rotates to correspond to the direction of the current. When the operation mode of the wearable device 100 operates in the auxiliary mode, the processor 142 may control the motor driver circuit 112 to form a closed loop including the battery 150 .

도 7 및 도 8을 참조하여 설명된 배터리(150)를 포함하는 폐 루프가 형성되도록 모터 드라이버 회로(112)를 제어하는 방법과는 다르게, 도 9 및 도 10을 참조하여 배터리(150)를 포함하지 않도록 모터 드라이버 회로(112)가 제어되는 방법이 설명된다. 도 9 및 도 10에 따른 모터 드라이버 회로(112)의 제어 방법은 웨어러블 장치(100)의 동작 모드가 운동 모드인 경우에 사용될 수 있다.Unlike the method of controlling the motor driver circuit 112 to form a closed loop including the battery 150 described with reference to FIGS. 7 and 8 , the battery 150 is included with reference to FIGS. 9 and 10 . How the motor driver circuit 112 is controlled so as not to do so is described. The control method of the motor driver circuit 112 according to FIGS. 9 and 10 may be used when the operation mode of the wearable device 100 is the exercise mode.

도 9을 참조하면, 프로세서(142)는 제1 스위치(710)와 제2 스위치(720)를 개방함으로써 배터리(150)와 모터(114) 사이의 전기적 연결을 차단한다. 운동 모드에서 제1 스위치(710)와 제2 스위치(720)는 닫힌 상태를 유지한다. 운동 모드에서는 모터(114)와 연결된 제3 스위치(730) 및 제4 스위치(740)를 포함하는 하단 드라이버 회로만이 제어될 수 있다.Referring to FIG. 9 , the processor 142 cuts off the electrical connection between the battery 150 and the motor 114 by opening the first switch 710 and the second switch 720 . In the exercise mode, the first switch 710 and the second switch 720 maintain a closed state. In the exercise mode, only the lower driver circuit including the third switch 730 and the fourth switch 740 connected to the motor 114 may be controlled.

프로세서(142)는 모터 드라이버 회로(112)의 제어 상태가 제1 제어 상태와 제2 제어 상태 사이에서 변환하도록 제3 스위치(730)에 제어 신호 1을 인가할 수 있고, 제4 스위치(740)에 제어 신호 2를 인가할 수 있다. 제어 신호 1 및 2는 High 값과 Low 값이 반복되는 PWM 형태로, 듀티 비(duty ratio)를 가질 수 있다. 듀티 비는 연결 비율을 의미할 수 있다. 듀티 비는 한 주기(period)가 T이고, 한 주기 내에서 High 값이 유지되는 시간이 tH인 경우, tH/T이다. 프로세서(142)가 별개의 제어 신호 1 및 2를 출력하는 실시예에 대해 설명하였으나, 이는 예시적인 사항일 뿐이다. 다른 일례로, 프로세서(142)는 하나의 제어 신호를 출력할 수 있고, 출력된 제어 신호는 별도의 회로에 의해 분기될 수 있으며, 분기된 각 제어 신호는 제3 스위치(730) 및 제4 스위치(740) 각각에 인가될 수 있다.The processor 142 may apply the control signal 1 to the third switch 730 to change the control state of the motor driver circuit 112 between the first control state and the second control state, and the fourth switch 740 . A control signal 2 may be applied to Control signals 1 and 2 may have a duty ratio in a PWM form in which a high value and a low value are repeated. The duty ratio may mean a connection ratio. The duty ratio is t H /T when one period is T and the time for which a high value is maintained within one period is t H. Although the embodiment in which the processor 142 outputs separate control signals 1 and 2 has been described, this is merely exemplary. As another example, the processor 142 may output one control signal, the output control signal may be branched by a separate circuit, and each branched control signal may be the third switch 730 and the fourth switch. 740 may be applied to each.

제어 신호 1 및 2가 High 값일 때 모터(114)의 +단자와 -단자는 서로 연결되어 등전위 상태이다. 다시 말해, 제1 제어 상태에서 모터(114)의 +단자와 -단자는 서로 전기적으로 연결되어 동일한 전위(또는 전압)를 갖는다.When the control signals 1 and 2 have a high value, the + and - terminals of the motor 114 are connected to each other and are in an equipotential state. In other words, in the first control state, the + terminal and the - terminal of the motor 114 are electrically connected to each other and have the same potential (or voltage).

제1 제어 상태에서 모터(114)는 배터리(150)와 전기적 연결 없이 그라운드와 폐 루프를 형성할 수 있으므로, 제1 제어 상태는 배터리(150)와 전기적 연결이 없는 모터(114)의 폐 루프 상태로 달리 표현될 수 있다.In the first control state, the motor 114 may form a closed loop with the ground without electrical connection with the battery 150 , so that the first control state is a closed loop state of the motor 114 without electrical connection with the battery 150 . can be expressed differently.

제1 제어 상태에서 사용자가 움직이면 사용자의 관절의 움직임에 의해 해당 관절 부근에 위치한 모터(114)가 회전하게 되고, 이러한 회전에 의해 모터(114)에는 기전력(또는 전위차)이 발생한다. 제1 제어 상태에서 모터(114)의 단자들은 등전위 상태에 있어, 모터(114)에는 발생된 기전력을 줄이고자 회전 저항이 발생할 수 있다. 이러한 회전 저항이 사용자에게 저항력으로 제공될 수 있다.When the user moves in the first control state, the motor 114 located in the vicinity of the corresponding joint is rotated by the movement of the user's joint, and an electromotive force (or potential difference) is generated in the motor 114 by this rotation. In the first control state, the terminals of the motor 114 are in an equipotential state, and rotational resistance may be generated in the motor 114 to reduce the generated electromotive force. This rotational resistance may be provided to the user as a resistance force.

제어 신호 1 및 2가 Low 값일 때 모터(114)의 +단자와 -단자는 전기적으로 개방된다. 제2 제어 상태에서 모터(114)에 대한 전기적인 연결이 없으므로, 제2 제어 상태는 모터(114)의 개 루프 상태로 달리 표현될 수 있다.When the control signals 1 and 2 are low values, the + and - terminals of the motor 114 are electrically open. Since there is no electrical connection to the motor 114 in the second control state, the second control state may be expressed differently as an open loop state of the motor 114 .

제2 제어 상태에서 사용자가 움직이면 사용자의 움직임에 의해 모터(114)가 회전하게 된다. 제2 제어 상태에서 모터(114)의 +단자와 -단자는 전기적으로 개방되어 있으므로 모터(114)에는 상술한 기전력이 발생하지 않고, 저항력이 출력되지 않는다. 다시 말하자면, 모터(114)의 역 구동성은 높아지고, 기어 비에 의한 마찰력만이 사용자에게 저항력으로 느껴진다.When the user moves in the second control state, the motor 114 is rotated by the user's movement. In the second control state, since the + and - terminals of the motor 114 are electrically open, the above-described electromotive force is not generated in the motor 114 and the resistance force is not output. In other words, the reverse drivability of the motor 114 is increased, and only the friction force due to the gear ratio is perceived as a resistance force by the user.

PWM 신호에 따라 제어 신호 1 및 2는 High 값과 Low 값이 반복되므로, 모터 드라이버 회로(112)의 제어 상태는 제1 제어 상태와 제2 제어 상태 사이에서 반복적으로 스위칭될 수 있다.Since the high and low values of the control signals 1 and 2 are repeated according to the PWM signal, the control state of the motor driver circuit 112 may be repeatedly switched between the first control state and the second control state.

프로세서(142)는 제어 신호 1 및 2 각각의 듀티 비를 제어하여 저항력의 크기를 조절할 수 있다. 제어 신호 1 및 2의 각 주기에서 High 값이 유지되는 시간이 증가하면(다시 말하자면, low 값이 유지되는 시간이 감소), 제어 신호 1 및 2의 각 주기에서 모터(114)는 제2 제어 상태보다 제1 제어 상태로 동작하는 비중이 높아져서 사용자에게 출력되는 저항력의 세기가 증가한다. 반대로, 제어 신호 1 및 2의 각 주기에서 High 값이 유지되는 시간이 감소하면(다시 말하자면, low 값이 유지되는 시간이 증가), 제어 신호 1 및 2의 각 주기에서 모터(114)는 제1 제어 상태보다 제2 제어 상태로 동작하는 비중이 높아져서 사용자에게 출력되는 저항력의 세기가 감소한다.The processor 142 may control the duty ratio of each of the control signals 1 and 2 to adjust the magnitude of the resistive force. When the time for which the high value is maintained in each cycle of the control signals 1 and 2 increases (that is, the time the low value is held decreases), in each cycle of the control signals 1 and 2, the motor 114 enters the second control state. Since the proportion of the operation in the first control state is increased, the strength of the resistance force output to the user is increased. Conversely, if the time the high value is held in each cycle of the control signals 1 and 2 decreases (that is, the time the low value is held increases), in each cycle of the control signals 1 and 2, the motor 114 turns on the first The proportion of operating in the second control state is higher than that in the control state, so that the strength of the resistance output to the user decreases.

웨어러블 장치(100)는 운동 모드에서 모터(114)로 배터리(150)의 전력을 공급하지 않고 저항력을 출력할 수 있어, 배터리(150)의 전력을 덜 소모하고 웨어러블 장치(100)의 사용 시간을 향상시킬 수 있다. 또한, 모터(114)에 배터리(150)의 전력이 공급되면 모터(114)가 오동작할 수 있으나, 운동 모드에서는 모터(114)로 배터리(150)의 전력이 공급되지 않으므로 모터(114)의 오동작 가능성이 차단되고, 웨어러블 장치(100)의 안전성이 보다 향상될 수 있다.The wearable device 100 may output a resistance force without supplying power of the battery 150 to the motor 114 in the exercise mode, thereby consuming less power of the battery 150 and reducing the usage time of the wearable device 100 . can be improved In addition, when the power of the battery 150 is supplied to the motor 114 , the motor 114 may malfunction, but in the exercise mode, the motor 114 malfunctions because the power of the battery 150 is not supplied to the motor 114 . The possibility is blocked, and the safety of the wearable device 100 may be further improved.

도 10은 배터리(150)를 포함하지 않도록 모터 드라이버 회로(112)가 제어된 경우를 나타내며, 배터리(150)는 모터(114)와 전기적으로 차단된다. 모터(114)는 모터 드라이버 회로(112)의 연결 상태에 따라 외부의 힘에 의해 기전력을 발생시키거나(연결 상태가 폐 루프인 경우), 기전력을 발생시키지 않는다(연결 상태가 개 루프인 경우). 10 shows a case in which the motor driver circuit 112 is controlled so as not to include the battery 150 , and the battery 150 is electrically cut off from the motor 114 . The motor 114 generates an electromotive force by an external force depending on the connection state of the motor driver circuit 112 (when the connection state is a closed loop) or does not generate an electromotive force (when the connection state is an open loop) .

도 11은 일 실시예에 따른 저항력을 제공하는 방법의 흐름도이다.11 is a flowchart of a method of providing a resistive force according to an embodiment.

일 측면에 따르면, 아래의 단계들(1110 내지 1180)은 전술된 웨어러블 장치(100)에 의해 수행된다. 도 1에 도시된 웨어러블 장치(100)는 사용자의 하반신에 착용되는 것으로 설명되었으나, 개시된 내용으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 웨어러블 장치는 사용자의 상반신에 착용될 수 있다. 다른 예로, 웨어러블 장치는 사용자의 전신에 착용될 수 있다.According to one aspect, the following steps 1110 to 1180 are performed by the wearable device 100 described above. Although it has been described that the wearable device 100 shown in FIG. 1 is worn on the user's lower body, the present invention is not limited thereto. For example, the wearable device may be worn on the user's upper body. As another example, the wearable device may be worn over the user's entire body.

단계(1110)에서, 웨어러블 장치(100)는 사용자로부터 웨어러블 장치(100)를 제어하는 동작 모드를 수신 또는 입력 받을 수 있다. 동작 모드는 운동 모드 및 보조 모드를 포함하고, 수신된 동작 모드는 운동 모드 또는 보조 모드일 수 있다.In operation 1110 , the wearable device 100 may receive or receive an operation mode for controlling the wearable device 100 from the user. The operation mode includes an exercise mode and an auxiliary mode, and the received operation mode may be an exercise mode or an auxiliary mode.

일 측면에 따르면, 사용자는 웨어러블 장치(100)와 무선 네트워크로 연결된 사용자 단말을 통해 특정 동작 모드를 웨어러블 장치(100)로 전송할 수 있다. 웨어러블 장치(100)는 통신 모듈을 통해 특정 동작 모드를 수신할 수 있다. 무선 네트워크는 셀룰러 네트워크, 블루투스 네트워크 및 와이-파이 네트워크 등을 포함할 수 있고, 기재된 실시예로 한정되지 않는다.According to an aspect, a user may transmit a specific operation mode to the wearable device 100 through a user terminal connected to the wearable device 100 through a wireless network. The wearable device 100 may receive a specific operation mode through a communication module. The wireless network may include a cellular network, a Bluetooth network, a Wi-Fi network, and the like, and is not limited to the described embodiment.

다른 일 측면에 따르면, 사용자는 웨어러블 장치(100)의 입력 인터페이스(146)을 통해 동작 모드를 입력할 수 있다. 예를 들어, 입력 인터페이스(146)는 사용자의 입력을 수신하기 위한 물리적 버튼 및 터치 패널에 기초하여 형성되는 소프트웨어 버튼 등을 포함할 수 있고, 웨어러블 장치(100)의 상태 등을 출력하는 디스플레이 및 인디케이터(indicator)를 포함할 수 있다. 인디케이터는 LED(Light Emitting Diode)일 수 있으나 기재된 실시예로 한정되지 않는다.According to another aspect, the user may input an operation mode through the input interface 146 of the wearable device 100 . For example, the input interface 146 may include a physical button for receiving a user's input, a software button formed based on a touch panel, etc., and a display and indicator outputting the state of the wearable device 100 , etc. (indicator) may be included. The indicator may be a Light Emitting Diode (LED), but is not limited to the described embodiment.

웨어러블 장치(100)를 제어할 수 있는 복수의 동적 모드들이 미리 웨어러블 장치(700)에 탑재되어 있을 수 있다.A plurality of dynamic modes capable of controlling the wearable device 100 may be previously mounted on the wearable device 700 .

일 측면에 따르면, 웨어러블 장치(100)는 신경망이 아닌 제어 알고리즘을 통해 웨어러블 장치(100)의 동작을 제어할 수 있다. 제어 알고리즘은 사용자로부터의 입력, 센서부(120), 및 IMU(130) 등의 입력에 대응하는 제어 값을 출력하는 알고리즘일 수 있다. 예를 들어, 제어 알고리즘은 입력 값들에 대한 출력 값을 나타내는 제어 테이블에 기초하여 동작할 수 있다.According to an aspect, the wearable device 100 may control the operation of the wearable device 100 through a control algorithm rather than a neural network. The control algorithm may be an algorithm that outputs a control value corresponding to an input from a user, the sensor unit 120 , and an input such as the IMU 130 . For example, the control algorithm may operate based on a control table representing output values for input values.

다른 일 측면에 따르면, 웨어러블 장치(100)는 각각의 동작 모드에 대응하는 신경망에 기초하여 웨어러블 장치(100)의 동작을 제어할 수 있다. 신경망은 인공 신경망(artificial neural network)일 수 있고, 신경망은 기계 학습을 통해 미리 훈련될 수 있다. 신경망은 CNN(Convolutional Neural Network), RNN(Recurrent Neural Network), DNN(Deep Neural Network) 및 이들의 조합이 될 수 있고, 기재된 실시예로 한정되지 않는다..According to another aspect, the wearable device 100 may control the operation of the wearable device 100 based on a neural network corresponding to each operation mode. The neural network may be an artificial neural network, and the neural network may be trained in advance through machine learning. The neural network may be a Convolutional Neural Network (CNN), a Recurrent Neural Network (RNN), a Deep Neural Network (DNN), and combinations thereof, and is not limited to the described embodiment.

신경망은 수신한 입력에 대한 결과를 출력할 수 있다. 예를 들어, 보조 모드에 대해 훈련된 신경망은 관절의 각도가 입력된 경우, 각도에 대응하는 보행 상태를 결정하고, 관절에 대한 보조 토크 값을 계산할 수 있다. 다른 예로, 운동 모드에 대해 훈련된 신경망은 관절의 각도가 입력된 경우, 각도에 대응하는 보행 상태를 결정하고, 관절에 대한 저항 레벨을 계산 및 출력할 수 있다. 계산되는 저항 레벨은 사용자가 설정한 운동 레벨에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 보행 상태이더라도, 높은 운동 레벨이 설정될수록 높은 저항 레벨이 계산될 수 있다.The neural network may output a result for the received input. For example, when an angle of a joint is input, the neural network trained for the assist mode may determine a gait state corresponding to the angle and calculate an assist torque value for the joint. As another example, when an angle of a joint is input, the neural network trained for the exercise mode may determine a gait state corresponding to the angle, and may calculate and output a resistance level for the joint. The calculated resistance level may vary depending on the exercise level set by the user. For example, even in a walking state, a higher resistance level may be calculated as a higher exercise level is set.

단계(1120)에서, 웨어러블 장치(100)는 센서(121)를 이용하여 사용자의 관절의 각도를 측정한다. 센서(121)는 각도 센서일 수 있고, 고관절, 무릎 관절 및 발목 관절 중 적어도 하나의 각도를 측정할 수 있다. 복수의 관절들의 각도들이 측정될 수 있다. 동시에 측정된 복수의 관절들의 각도들은 특정 시각에 대한 관절 각도 세트를 구성할 수 있다. 관절 각도 세트는 사용자의 보행 싸이클의 정도를 결정하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 고관절 각도, 무릎 관절 각도 및 발목 관절 각도에 기초하여 사용자의 다리 자세가 결정될 수 있다. 추가적으로, 동일한 관절 각도의 변화량에 기초하여 계산된 각 가속도가 관절 각도 세트에 포함될 수 있다.In step 1120 , the wearable device 100 measures the angle of the user's joint using the sensor 121 . The sensor 121 may be an angle sensor, and may measure an angle of at least one of a hip joint, a knee joint, and an ankle joint. Angles of a plurality of joints may be measured. The angles of a plurality of joints measured at the same time may constitute a joint angle set for a specific time. The joint angle set may be used to determine the extent of the user's gait cycle. For example, the user's leg posture may be determined based on the hip joint angle, the knee joint angle, and the ankle joint angle. Additionally, an angular acceleration calculated based on a change amount of the same joint angle may be included in the joint angle set.

고관절, 무릎 관절 및 발목 관절이 예시되었으나, 하지의 관절 이외의 다른 관절(예를 들어, 어깨 관절, 팔꿈치 관절, 및 손목 관절)에도 상기의 설명이 적용될 수 있다.Although the hip joint, the knee joint, and the ankle joint are exemplified, the above description may be applied to joints other than the joints of the lower extremities (eg, the shoulder joint, the elbow joint, and the wrist joint).

단계(1120)가 단계(1110) 및 단계(1130) 사이에서 수행되는 것으로 도시되었으나, 단계(1120)는 센서(121)에 전원이 공급되는 동안 항상 수행될 수 있다. 센서(121)는 미리 설정된 주기로 데이터(예를 들어, 관절 각도)를 생성할 수 있다. 즉, 관절 각도의 측정은 연속적이고, 지속적으로 수행될 수 있다.Although step 1120 is shown to be performed between steps 1110 and 1130 , step 1120 may always be performed while power is supplied to the sensor 121 . The sensor 121 may generate data (eg, joint angle) at a preset period. That is, the measurement of the joint angle may be continuously and continuously performed.

단계(1130)에서, 웨어러블 장치(100)의 프로세서(142)는 동작 모드가 운동 모드인지 또는 보조 모드인지 여부를 결정한다. 동작 모드가 운동 모드인 경우 사용자에게 저항력이 제공될 수 있고, 동작 모드가 보조 모드인 경우 사용자에게 보조력이 제공될 수 있다. 사용자에게 저항력을 제공하기 위해 단계들(1140 내지 1160)이 수행될 수 있고, 사용자에게 보조력을 제공하기 위해 단계들(1170 내지 1180)이 수행될 수 있다.In operation 1130 , the processor 142 of the wearable device 100 determines whether the operation mode is an exercise mode or an auxiliary mode. When the operation mode is an exercise mode, a resistance force may be provided to the user, and when the operation mode is an auxiliary mode, an assist force may be provided to the user. Steps 1140 - 1160 may be performed to provide a resistive force to the user, and steps 1170 - 1180 may be performed to provide an assistive force to the user.

단계(1130)에서 동작 모드를 판단하는 것으로 설명되었으나, 다른 예로, 단계(1130)는 동작 모드가 보조 모드인지 여부를 결정하고, 동작 모드가 보조 모드가 아닌 경우 동작 모드가 운동 모드인지 여부를 결정할 수 있다. 또 다른 예로, 단계(1130)는 동작 모드가 운동 모드인지 여부를 결정하고, 동작 모드가 운동 모드가 아닌 경우 동작 모드가 보조 모드인지 여부를 결정할 수 있다.Although described as determining the operation mode in step 1130, as another example, step 1130 determines whether the operation mode is an auxiliary mode, and if the operation mode is not an auxiliary mode, determines whether the operation mode is an exercise mode can As another example, step 1130 may determine whether the operation mode is the exercise mode, and if the operation mode is not the exercise mode, determine whether the operation mode is the auxiliary mode.

일 측면에 따르면, 사용자가 보행하는 경우, 운동 모드는 전체의 보행 상태에서 적용될 수 있으나, 선택적으로 특정한 보행 상태에서만 적용될 수도 있다. 예를 들어, 사용자의 선택에 의해 지지 상태 및 스윙 상태 중 스윙 상태에서만 운동 모드가 적용될 수 있다. 사용자의 현재 보행 상태를 결정하기 위해 사용자의 관절의 각도가 이용될 수 있다.According to one aspect, when the user walks, the exercise mode may be applied to the entire walking state, but may be selectively applied only to a specific walking state. For example, the exercise mode may be applied only to the swing state among the support state and the swing state by the user's selection. The angle of the user's joint may be used to determine the user's current gait state.

단계(1140)에서, 웨어러블 장치(100)의 프로세서(142)는 동작 모드가 운동 모드인 경우, 측정된 관절 각도에 기초하여 관절에 대한 저항 레벨을 결정한다. 예를 들어, 제어 알고리즘을 통해 관절 각도의 입력에 대한 저항 레벨이 결정될 수 있다. 다른 예로, 동작 모드에 기초하여 결정된 특정 신경망에 관절 각도를 입력함으로써 저항 레벨이 출력될 수 있다.In operation 1140 , when the operation mode is the exercise mode, the processor 142 of the wearable device 100 determines a resistance level for the joint based on the measured joint angle. For example, the level of resistance to the input of the joint angle may be determined through the control algorithm. As another example, a resistance level may be output by inputting a joint angle to a specific neural network determined based on an operation mode.

저항 레벨은 사용자가 느끼는 저항력의 정도 또는 크기일 수 있다. 예를 들어, 사용자가 보행 동작(또는 달리기 동작) 전체에 대해 동일한 저항력이 제공되기를 원하는 경우에는, 보행 동작 전체에 대해 동일한 저항 레벨이 결정될 수 있다. 다른 예로, 사용자가 보행 메커니즘의 특정 단계(예를 들어, 스윙 상태)에 대해서만 저항력이 다르게 제공되기를 원하는 경우에는, 관절 각도(예를 들어, 관절 각도 세트)에 기초하여 사용자의 보행 싸이클의 정도가 결정되고, 결정된 보행 싸이클의 정도에 대응하는 저항 레벨이 결정될 수 있다. 보행 싸이클의 정도가 실시간적으로 변화함에 따라, 결정되는 저항 레벨도 실시간적으로 변화할 수 있다.The resistance level may be a degree or a magnitude of resistance that the user feels. For example, if the user desires to provide the same resistance force for the entire walking motion (or running motion), the same resistance level may be determined for the entire walking motion. As another example, if the user wants to provide different resistance only for a specific stage (eg, swing state) of the gait mechanism, the degree of the user's gait cycle is determined based on the joint angle (eg, joint angle set). The determined and the resistance level corresponding to the determined degree of the gait cycle may be determined. As the degree of the walking cycle changes in real time, the determined resistance level may also change in real time.

일 측면에 따르면, 미리 생성된 저항력 프로파일은 전체의 보행 싸이클에 대한 저항 레벨의 궤적을 나타낼 수 있다. 전체의 보행 싸이클에 대한 저항력 프로파일에 기초하여 현재의 보행 싸이클의 정도에 대응하는 저항 레벨이 결정될 수 있다.According to one aspect, the pre-generated resistance force profile may indicate a trajectory of the resistance level for the entire walking cycle. A resistance level corresponding to the degree of the current walking cycle may be determined based on the resistance profile for the entire walking cycle.

저항력 프로파일은 사용자에 의해 수정될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 웨어러블 장치(100)의 입력 인터페이스(146) 또는 웨어러블 장치(100)와 연결된 사용자 단말을 통해 저항력 프로파일의 적어도 일부 구간에 대한 저항 레벨을 수정할 수 있다. 즉, 사용자는 자신이 원하는 운동 방법을 설정하기 위해 저항력 프로파일의 적어도 일부 구간에 대한 저항 레벨을 수정할 수 있다. 저항력 프로파일에 대해 아래에서 도 12를 참조하여 상세히 설명된다.The resistance profile can be modified by the user. For example, the user may modify the resistance level of at least a partial section of the resistance profile through the input interface 146 of the wearable device 100 or a user terminal connected to the wearable device 100 . That is, the user may modify the resistance level for at least some sections of the resistance force profile in order to set a desired exercise method. The resistive force profile is described in detail below with reference to FIG. 12 .

각각의 동작 모드에 대한 신경망은 웨어러블 장치(100)의 제조사에 의해 미리 훈련될 수 있다(사전 훈련(pre training)). 또한, 신경망은 웨어러블 장치(100)의 사용자에 의해 추가로 훈련될 수 있다(정밀 조정(fine tuning)). 예를 들어, 사용자는 현재의 신경망의 출력에 대한 피드백을 웨어러블 장치(100)에 입력할 수 있고, 프로세서(142)는 피드백이 반영되도록 신경망을 추가 훈련할 수 있다. 예를 들어, 신경망의 훈련을 위해 역 전파 또는 강화 학습 등의 방법이 사용될 수 있고, 기재된 실시예로 한정되지 않는다.The neural network for each operation mode may be pre-trained by the manufacturer of the wearable device 100 (pre-training). In addition, the neural network may be further trained by the user of the wearable device 100 (fine tuning). For example, the user may input feedback on the output of the current neural network to the wearable device 100 , and the processor 142 may further train the neural network to reflect the feedback. For example, a method such as back propagation or reinforcement learning may be used for training the neural network, and it is not limited to the described embodiment.

일 측면에 따르면, 사용자의 관절의 위치 및 각도에 기초하여 저항 레벨이 결정될 수 있다. 예를 들어, 사용자의 왼쪽 다리에 대한 타겟 자세가 미리 설정될 수 있고, 타겟 자세와 사용자의 현재 자세 간의 차이에 기초하여 저항 레벨이 결정될 수 있다. 현재 자세가 타겟 자세와 차이가 큰 경우 저항 레벨이 낮게 결정되고, 타겟 자세와 유사할수록 저항 레벨이 크게 결정될 수 있다. 현재 자세가 타겟 자세인 경우 사용자에게 가장 큰 저항 레벨이 제공될 수 있다.According to one aspect, the resistance level may be determined based on the position and angle of the user's joint. For example, a target posture for the user's left leg may be preset, and a resistance level may be determined based on a difference between the target posture and the user's current posture. When the current posture has a large difference from the target posture, the resistance level may be determined to be low, and as the current posture is similar to the target posture, the resistance level may be determined to be large. When the current posture is the target posture, the largest resistance level may be provided to the user.

예를 들어, 허벅지를 일정 각도 이상 들어 올리는 자세가 타겟 자세로 설정된 경우, 사용자가 허벅지를 들어 올릴수록 저항 레벨이 커지게 되고, 사용자는 타겟 자세에서 가장 강한 저항력을 느낄 수 있다.For example, if a posture in which the thigh is lifted by a certain angle or more is set as the target posture, the resistance level increases as the user lifts the thigh, and the user may feel the strongest resistance in the target posture.

저항 레벨을 결정하기 위해 근육 모델을 적용한 댐핑 제어 기술이 이용될 수 있다. 댐핑 제어 기술을 통해 결정되는 저항 레벨들이 순차적으로 변화하는 경우, 사용자가 느끼는 운동 부하 변화에 대한 거부감이 감소될 수 있다.A damping control technique with a muscle model applied to determine the resistance level can be used. When the resistance levels determined through the damping control technology are sequentially changed, the user's resistance to the change in the exercise load may be reduced.

일반적으로 알려진 근육의 생물학적 모델(의학 공학에서 연구된 힐 타입(hill type) 근육 모델)에 따르면, 근육에 자극 신호를 입력하면, 입력된 자극 신호가 근육이 생성하는 힘에 비례하여 증폭되는 현상을 보이고(양의 피드백), 자극 신호에 의해 증폭되는 근력(힘)은 근육의 길이 및 근육의 수축 속도에 의해 일정한 관계식을 가진다.According to a commonly known biological model of muscle (a hill type muscle model studied in medical engineering), when a stimulus signal is input to a muscle, the phenomenon in which the input stimulus signal is amplified in proportion to the force generated by the muscle is observed. Visible (positive feedback), and the muscle strength (force) amplified by the stimulus signal has a constant relationship by the length of the muscle and the rate of contraction of the muscle.

근육이 가장 많이 수축하였을 경우 및 근육이 가장 늘어났을 경우에는 많은 힘을 가지지 못하고, 근육이 적당한 길이인 경우 근육이 가장 강한 힘을 가질 수 있다. 근육의 길이가 변화하는 속도에 따라 생성되는 힘은, 변화의 속도가 빠를수록 크다.When the muscle is contracted the most or when the muscle is stretched the most, it does not have much force, and when the muscle is of an appropriate length, the muscle can have the strongest force. The force generated according to the speed at which the length of the muscle changes is greater as the speed of change increases.

근육의 길이에 따라 근육이 발휘하는 근력의 관계는 정규 분포(normal distribution)의 형태일 수 있다. 근육 신장 속도에 따라 근육이 발휘하는 근력의 관계는 sigmoid 형태일 수 있다.The relationship between the muscle strength exerted by the muscle according to the length of the muscle may be in the form of a normal distribution. The relationship between the muscle strength exerted by the muscle according to the muscle extension rate may be in the form of a sigmoid.

사용자는 이러한 근육의 신장에 따른 신체 움직임의 변화 및 발휘되는 힘의 크기에 익숙하므로, 신체 움직임의 변화에 대응하여 발휘되는 힘의 크기에 대응하는 저항 레벨이 사용자에게 제공될 수 있다면, 사용자는 그 저항 레벨에 의해 제공되는 저항력(운동 부하) 및 저항 레벨의 변화에 따른 저항력의 변화도 익숙하게 느끼게 될 수 있다.Since the user is familiar with the change in body movement and the magnitude of the force exerted according to the elongation of these muscles, if a resistance level corresponding to the amount of force exerted in response to the change in the body movement can be provided to the user, the user The resistance force (exercise load) provided by the resistance level and the change in the resistance force according to the change in the resistance level may also be felt familiarly.

웨어러블 장치(100)는 사용자의 신체 움직임을 사용자의 관절의 위치 및 각도에 기초하여 계산할 수 있다. 웨어러블 장치(100)의 프로세서(142)는 운동 모드에서 사용자의 관절의 위치 및 각도에 기초하여 사용자의 신체 움직임 및 이에 의한 힘의 크기를 계산할 수 있고, 계산된 힘의 크기에 기초하여 제어 레벨을 계산할 수 있다.The wearable device 100 may calculate the user's body movement based on the position and angle of the user's joint. The processor 142 of the wearable device 100 may calculate the user's body movement and the magnitude of the force thereby based on the position and angle of the user's joint in the exercise mode, and set the control level based on the calculated magnitude of the force. can be calculated

단계(1150)에서, 웨어러블 장치(100)의 프로세서(142)는 저항 레벨에 기초하여 모터 드라이버 회로(112)를 폐 루프로 제어하는 시간과 모터 드라이버 회로(112)를 개 루프로 제어하는 시간 사이의 비율을 결정한다. 모터 드라이버 회로(112)가 폐 루프로 제어되는 시간 및 개 루프로 제어되는 시간 사이의 비율은 연결 비율로 명명될 수 있다. 예를 들어, 저항 레벨에 대응하는 모터 드라이버 회로(112)의 연결 비율이 결정될 수 있다. 모터 드라이버 회로(112)의 연결 비율은 배터리(150)로부터 모터(114)로 에너지가 제공되지 않도록 제어된 상태에서 모터 드라이버 회로(112)가 폐 루프(즉, 제1 제어 상태) 또는 개 루프(즉, 제2 제어 상태)로 제어되는 비율을 의미한다. 예를 들어, 폐 루프 상태를 기준으로, 회로 연결 비율이 0.5인 것은 미리 설정된 기간(period) 내에서 폐 루프 상태가 50%이고, 개 루프 상태가 50%로 제어되는 것을 의미할 수 있다. 회로 연결 비율은 저항 레벨이 변화하는 경우 동적으로 조절될 수 있다.In step 1150 , the processor 142 of the wearable device 100 determines between a time of controlling the motor driver circuit 112 in a closed loop and a time of controlling the motor driver circuit 112 in an open loop based on the resistance level. determine the ratio of The ratio between the time that the motor driver circuit 112 is controlled in the closed loop and the time that the motor driver circuit 112 is controlled in the open loop may be referred to as a connection ratio. For example, a connection ratio of the motor driver circuit 112 corresponding to the resistance level may be determined. The connection ratio of the motor driver circuit 112 is controlled so that no energy is provided from the battery 150 to the motor 114, and the motor driver circuit 112 is either closed loop (ie, in the first control state) or open loop ( That is, it means a ratio controlled by the second control state). For example, based on the closed-loop state, the circuit connection ratio of 0.5 may mean that the closed-loop state is 50% and the open-loop state is controlled to 50% within a preset period. The circuit connection ratio can be dynamically adjusted when the resistance level changes.

예를 들어, 연결 비율은 PWM을 이용하여 구현될 수 있으나, 기재된 실시예로 한정되지 않으며 모터 드라이버 회로(112)의 연결 상태를 조절할 수 있는 다양한 방법들이 적용될 수 있다. 연결 비율을 제어하기 위해 PWM이 이용되는 경우, 단계(1150)에서 결정된 연결 비율은 특정한 듀티 비를 갖는 PWM으로 나타날 수 있다. 특정한 듀티 비를 갖는 PWM은 PWM에 의해 원하는 저항력이 사용자에게 제공될 수 있도록 미리 설정되어 있을 수 있다. 특정한 듀티 비를 갖는 PWM에 의해 모터 드라이버 회로(112)가 폐 루프(제1 제어 상태) 또는 개 루프(제2 제어 상태)로 제어될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(142)는 PWM을 이용하여 모터 드라이버 회로(112) 내의 스위치들의 동작을 제어함으로써 모터 드라이버 회로(112)를 폐 루프 또는 개 루프로 제어할 수 있다.For example, the connection ratio may be implemented using PWM, but it is not limited to the described embodiment, and various methods for controlling the connection state of the motor driver circuit 112 may be applied. When PWM is used to control the connection ratio, the connection ratio determined in step 1150 may be represented as PWM having a specific duty ratio. A PWM having a specific duty ratio may be preset so that a desired resistance can be provided to the user by the PWM. The motor driver circuit 112 can be controlled in a closed loop (first control state) or open loop (second control state) by PWM having a specific duty ratio. For example, the processor 142 may control the operation of switches in the motor driver circuit 112 using PWM to control the motor driver circuit 112 in a closed loop or an open loop.

모터 드라이버 회로(112)가 폐 루프인 경우, 모터(114)는 발전기로서 동작하며 동적 제동(dynamic braking)에 의해 모터(114)의 역 구동성이 낮아진다. 역 구동성이 낮아질수록 사용자가 느끼는 저항력은 증가한다. 반면에, 모터 드라이버 회로(112)가 개 루프인 경우, 모터(114)의 역 구동성은 높아지고, 기어 비에 의한 마찰력만이 사용자에게 저항력으로 느껴진다.When the motor driver circuit 112 is a closed loop, the motor 114 operates as a generator and the reverse drivability of the motor 114 is lowered by dynamic braking. As the reverse drivability decreases, the resistance felt by the user increases. On the other hand, when the motor driver circuit 112 is an open loop, the reverse drivability of the motor 114 is increased, and only the frictional force due to the gear ratio is perceived by the user as a resistive force.

모터 드라이버 회로(112)의 개-폐 상태의 비율을 연결 비율에 기초하여 조정함으로써 원하는 역 구동성이 달성될 수 있다. 예를 들어, 사용자에게 제공되는 저항력은 PWM의 균일하고, 반복적인 시간 구간 내에서 모터 드라이버 회로(112)가 폐 루프 또는 개 루프로 제어되는 비율에 의해 조절될 수 있고, 모터 드라이버 회로(112)가 폐 루프로 제어되는 시간의 비율이 높을수록 저항력이 증가할 수 있다.A desired reverse drivability can be achieved by adjusting the ratio of the open-closed state of the motor driver circuit 112 based on the connection ratio. For example, the resistive force provided to the user may be modulated by the rate at which the motor driver circuit 112 is controlled in a closed loop or an open loop within a uniform, repetitive time interval of PWM, the motor driver circuit 112 The higher the percentage of time that is controlled as a closed loop, the higher the resistance can be.

단계(1160)에서, 웨어러블 장치(100)의 프로세서(142)는 결정된 연결 비율에 기초하여 모터 드라이버 회로(112)를 통해 모터(114)를 제어한다. 모터 드라이버 회로(112)는 연결 비율에 기초하여 제어되는 적어도 하나의 스위치를 포함할 수 있고, 스위치에 의해 모터 드라이버 회로(112)가 폐 루프 또는 개 루프로 제어될 수 있다. 웨어러블 장치(100)의 동작 모드가 운동 모드로 설정된 경우, 모터(114)에는 웨어러블 장치(100)의 에너지가 제공되지 않는다. 예를 들어, 웨어러블 장치(100)의 배터리(150)에 충전된 전기 에너지가 모터(114)로 제공되지 않는다. 전기 에너지가 모터(114)로 제공되지 않더라도 모터 드라이버 회로(112)를 개 루프 또는 폐 루프로 제어함으로써 모터(112)의 역 구동성이 제어되고, 제어된 역 구동성에 의해 저항력이 조절될 수 있다.In operation 1160 , the processor 142 of the wearable device 100 controls the motor 114 through the motor driver circuit 112 based on the determined connection ratio. The motor driver circuit 112 may include at least one switch controlled based on a connection ratio, and the motor driver circuit 112 may be controlled in a closed loop or an open loop by the switch. When the operation mode of the wearable device 100 is set to the exercise mode, the energy of the wearable device 100 is not provided to the motor 114 . For example, electric energy charged in the battery 150 of the wearable device 100 is not provided to the motor 114 . Even if electric energy is not provided to the motor 114 , the reverse drivability of the motor 112 is controlled by controlling the motor driver circuit 112 in an open loop or a closed loop, and the resistance force can be adjusted by the controlled reverse drivability. .

사용자가 움직이지 않으면, 모터(112)도 발전기로 동작하지 않는다. 모터(112)가 발전기로 동작하지 않으므로 사용자에게 저항력이 발생하지 않는다. 즉, 모터(112)의 역 구동성에 기초하여 발생하는 저항력은 사용자가 움직이는 경우에만 발생한다.If the user does not move, the motor 112 also does not operate as a generator. Since the motor 112 does not operate as a generator, a resistive force is not generated by the user. That is, the resistance force generated based on the reverse drivability of the motor 112 is generated only when the user moves.

모터(112)가 발전기로서 동작하는 경우, 발전기에 의해 생성된 에너지에 기초하여 웨어러블 장치(100)의 배터리(150)가 충전될 수 있다. 즉, 웨어러블 장치(100)가 운동 모드로 동작하는 동안에는 웨어러블 장치(100)의 배터리(150)의 에너지가 상당히 적게 소모될 수 있고, 오히려 충전될 수 있다. 웨어러블 장치(100)가 운동 모드로 동작하는 경우 외부로부터 에너지가 공급되지 않아도 웨어러블 장치(100)가 계속적으로 운용될 수 있다.When the motor 112 operates as a generator, the battery 150 of the wearable device 100 may be charged based on energy generated by the generator. That is, while the wearable device 100 operates in the exercise mode, the energy of the battery 150 of the wearable device 100 may be consumed considerably less, and may be charged. When the wearable device 100 operates in the exercise mode, the wearable device 100 may be continuously operated even if energy is not supplied from the outside.

전술된 단계들(1140 내지 1160)은 웨어러블 장치(100)의 동작 모드가 운동 모드로 설정된 경우에 대해 설명하고 있으며, 아래의 단계들(1170 및 1180)은 동작 모드가 보조 모드로 설정된 경우에 대해 설명한다.The above-described steps 1140 to 1160 describe a case in which the operation mode of the wearable device 100 is set to the exercise mode, and steps 1170 and 1180 below describe the case in which the operation mode is set to the auxiliary mode. Explain.

단계(1170)에서, 웨어러블 장치(100)의 프로세서(142)는 보조 모드가 수신 또는 입력된 경우, 측정된 관절의 각도에 기초하여 관절에 대한 보조 토크 값을 계산한다. 예를 들어, 제어 알고리즘을 통해 관절 각도의 입력에 대한 보조 토크 값이 결정될 수 있다. 다른 예로, 동작 모드에 기초하여 결정된 신경망에 관절 각도를 입력함으로써 보조 토크 값이 출력될 수 있다.In operation 1170 , the processor 142 of the wearable device 100 calculates an assist torque value for the joint based on the measured joint angle when the assist mode is received or input. For example, the auxiliary torque value for the input of the joint angle may be determined through the control algorithm. As another example, the auxiliary torque value may be output by inputting the joint angle to the neural network determined based on the operation mode.

일 측면에 따르면, 프로세서(142)는 관절의 각도에 기초하여 사용자의 보행 상태 또는 보행 싸이클의 정도를 결정하고, 결정된 보행 상태 또는 보행 싸이클의 정도에 대응하는 보조 토크 값을 결정할 수 있다. 측정되는 관절들의 개수가 많을수록 보다 정확한 보행 상태 또는 보행 싸이클의 정도가 결정될 수 있다.According to an aspect, the processor 142 may determine the degree of the user's gait state or gait cycle based on the angle of the joint, and determine an auxiliary torque value corresponding to the determined gait state or degree of the gait cycle. As the number of measured joints increases, a more accurate gait state or degree of a gait cycle may be determined.

보조 토크 값은 미리 설정된 토크 프로파일에 기초하여 결정될 수 있다. 보조 토크 값을 계산하는 방법에 대해 기재된 실시예로 한정되지 않는다.The auxiliary torque value may be determined based on a preset torque profile. It is not limited to the embodiment described for the method of calculating the auxiliary torque value.

단계(1180)에서, 웨어러블 장치(100)의 프로세서(142)는 보조 토크 값에 기초하여 모터(114)를 제어함으로써 사용자에게 보조력을 제공한다. 웨어러블 장치(100)는 웨어러블 장치(100)의 배터리(150)를 이용하여 보조 토크가 출력되도록 모터(114)를 구동하고, 모터(114)가 출력한 보조 토크에 의해 사용자에게 보조력이 제공될 수 있다. 보조 토크 값은 모터(114)에 인가되는 제어 신호를 의미하고, 보조 토크는 보조 토크 값에 기초하여 모터(114)에 의해 출력되는 회전 토크를 의미하고, 보조력은 보조 토크에 의해 사용자가 느끼는 힘을 의미한다.In operation 1180 , the processor 142 of the wearable device 100 provides the assisting force to the user by controlling the motor 114 based on the assist torque value. The wearable device 100 drives the motor 114 to output the auxiliary torque by using the battery 150 of the wearable device 100, and the auxiliary torque output from the motor 114 provides an auxiliary power to the user. can The auxiliary torque value means a control signal applied to the motor 114 , the auxiliary torque means a rotation torque output by the motor 114 based on the auxiliary torque value, and the auxiliary torque is felt by the user by the auxiliary torque. means power.

도 11을 참조하여 설명된 일 실시예는 웨어러블 장치(100)가 사용자에게 운동 모드 및 보조 모드를 함께 제공할 수 있는 것으로 설명되었으나, 다른 일 실시예에 따르면, 웨어러블 장치(100)는 운동 모드로만 동작할 수 있다. 웨어러블 장치(100)가 운동 모드로만 동작하는 경우, 전술된 단계들(1110, 1130, 1170 및 1180)이 수행되지 않을 수 있다. 또한, 웨어러블 장치(100)는 모터(114)에 전력을 공급하기 위한 배터리를 포함하지 않을 수 있다. 배터리가 포함되지 않는 경우, 웨어러블 장치(100)가 경량화될 수 있다.In the embodiment described with reference to FIG. 11 , it has been described that the wearable device 100 can provide both the exercise mode and the auxiliary mode to the user. However, according to another embodiment, the wearable device 100 only operates in the exercise mode. can work When the wearable device 100 operates only in the exercise mode, the above-described steps 1110 , 1130 , 1170 , and 1180 may not be performed. Also, the wearable device 100 may not include a battery for supplying power to the motor 114 . When the battery is not included, the wearable device 100 may be lightweight.

도 12는 일 예에 따른 사용자 단말에 출력되는 저항력 프로파일을 도시한다.12 illustrates a resistive force profile output to a user terminal according to an example.

일 측면에 따르면, 웨어러블 장치(100)는 사용자 단말(1200)과 유선 또는 무선 네트워크를 통해 연결될 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 장치(100)는 사용자 단말(1200)에 설치된 애플리케이션을 통해 웨어러블 장치(100)와 관련된 정보를 송수신할 수 있다. 웨어러블 장치(100)와 관련된 정보는 웨어러블 장치(100)에 대한 설정 값, 웨어러블 장치(100)의 동작 상태, 웨어러블 장치(100)의 장치 상태 등을 포함할 수 있다. 웨어러블 장치(100)에 대한 설정 값은 사용자가 설정한 보조 모드 또는 운동 모드에 대한 상세 설정 값을 포함할 수 있다. 웨어러블 장치(100)의 동작 상태는 사용자의 현재 보행 상태 또는 보행 싸이클의 진행도를 포함할 수 있다. 웨어러블 장치(100)의 장치 상태는 배터리(150)의 잔여 용량 등을 포함할 수 있다.According to one aspect, the wearable device 100 may be connected to the user terminal 1200 through a wired or wireless network. For example, the wearable device 100 may transmit/receive information related to the wearable device 100 through an application installed in the user terminal 1200 . The information related to the wearable device 100 may include a setting value for the wearable device 100 , an operating state of the wearable device 100 , a device state of the wearable device 100 , and the like. The setting value for the wearable device 100 may include a detailed setting value for the auxiliary mode or exercise mode set by the user. The operation state of the wearable device 100 may include the user's current gait state or progress of a gait cycle. The device state of the wearable device 100 may include the remaining capacity of the battery 150 .

웨어러블 장치(100) 또는 사용자 단말(1200)에는 운동 모드에 대한 다양한 저항력 프로파일들이 미리 저장될 수 있다. 예를 들어, 저항력 프로파일들의 각각은 서로 다른 운동 효과를 나타낼 수 있도록 미리 생성될 수 있다.In the wearable device 100 or the user terminal 1200, various resistance force profiles for an exercise mode may be stored in advance. For example, each of the resistance force profiles may be pre-generated to exhibit a different exercise effect.

사용자는 기존의 저항력 프로파일(1210)의 적어도 일부 구간(1220)을 자신이 원하는 저항 레벨로 수정함으로써 저항력 프로파일(1210)을 개인화할 수 있다. 예를 들어, 일부 구간(1220)은 스윙 상태에 대응할 수 있고, 사용자는 스윙 상태에서 저항 레벨이 거의 최소가 되도록 일부 구간(1220)의 저항 레벨을 수정할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 사용자 단말(1200)의 터치 패널을 통해 일부 구간(1220)을 터치하고, 선택된 일부 구간(1220)의 궤적을 드래그함으로써 저항 레벨을 수정할 수 있다.The user may personalize the resistance profile 1210 by modifying at least a partial section 1220 of the existing resistance profile 1210 to a desired resistance level. For example, the partial section 1220 may correspond to a swing state, and the user may modify the resistance level of the partial section 1220 so that the resistance level is substantially minimized in the swing state. For example, the user may modify the resistance level by touching the partial section 1220 through the touch panel of the user terminal 1200 and dragging the trajectory of the selected partial section 1220 .

도 13은 다른 일 실시예에 따른 저항력을 제공하는 방법의 흐름도이다.13 is a flowchart of a method of providing a resistive force according to another exemplary embodiment.

다른 일 측면에 따르면, 아래의 단계들(1310 내지 1380)은 전술된 웨어러블 장치(100)에 의해 수행된다.According to another aspect, the following steps 1310 to 1380 are performed by the wearable device 100 described above.

단계(1310)에서, 웨어러블 장치(100)는 사용자로부터 웨어러블 장치(100)를 제어하는 동작 모드를 수신한다. 단계(1310)에 대한 설명은 도 11을 참조하여 전술된 단계(1110)에 대한 설명으로 대체될 수 있다.In operation 1310 , the wearable device 100 receives an operation mode for controlling the wearable device 100 from the user. The description of step 1310 may be replaced with the description of step 1110 described above with reference to FIG. 11 .

단계(1320)에서, 웨어러블 장치(100)는 센서(121)를 이용하여 사용자의 관절의 각도를 측정한다. 단계(1320)에 대한 설명은 도 11을 참조하여 전술된 단계(1120)에 대한 설명으로 대체될 수 있다. 단계(1320)는 단계(1330)와 독립적으로 병렬적으로 수행될 수 있다.In operation 1320 , the wearable device 100 measures the angle of the user's joint using the sensor 121 . The description of step 1320 may be replaced with the description of step 1120 described above with reference to FIG. 11 . Step 1320 may be performed in parallel independently of step 1330 .

단계(1330)에서, 웨어러블 장치(100)는 동작 모드가 운동 모드인지 또는 보조 모드인지 여부를 결정한다.In operation 1330 , the wearable device 100 determines whether the operation mode is an exercise mode or an auxiliary mode.

웨어러블 장치(100)가 복수의 신경망들에 기초하여 동작하는 경우 웨어러블 장치(100)는 결정된 동작 모드에 대응하는 신경망을 결정한다. 결정된 신경망에 기초하여 이후의 단계들을 수행될 수 있다. 예를 들어, 운동 모드에 대해서는 운동 모드 신경망이 결정되고, 보조 모드에 대해서는 보조 모드 신경망이 결정될 수 있다.동작 모드가 운동 모드인 경우 단계들(1340 내지 1360)이 수행되고, 동작 모드가 보조 모드인 경우 단계들(1370 내지 1380)이 수행될 수 있다.When the wearable device 100 operates based on a plurality of neural networks, the wearable device 100 determines a neural network corresponding to the determined operation mode. Subsequent steps may be performed based on the determined neural network. For example, an exercise mode neural network may be determined for the exercise mode, and an assist mode neural network may be determined for the assist mode. If the operation mode is the exercise mode, steps 1340 to 1360 are performed, and the operation mode is the assist mode. In the case of , steps 1370 to 1380 may be performed.

운동 모드 또는 보조 모드가 각각의 신경망에 기초하여 동작할 수 있는 것으로 기재되었으나, 기재된 실시예로 한정되지 않는다. 예를 들어, 신경망이 아닌 제어 알고리즘을 통해 웨어러블 장치(100)의 동작이 제어될 수 있다.Although it has been described that the motor mode or the auxiliary mode can operate based on each neural network, it is not limited to the described embodiment. For example, the operation of the wearable device 100 may be controlled through a control algorithm rather than a neural network.

<운동 모드><Exercise mode>

단계(1340)에서, 웨어러블 장치(100)의 프로세서(142)는 측정된 관절 각도에 기초하여 관절에 대한 저항 레벨을 결정한다. 단계(1340)에 대한 설명은 도 11을 참조하여 전술된 단계(1340)에 대한 설명으로 대체될 수 있다.In operation 1340 , the processor 142 of the wearable device 100 determines a resistance level for the joint based on the measured joint angle. The description of step 1340 may be replaced with the description of step 1340 described above with reference to FIG. 11 .

단계(1350)에서, 웨어러블 장치(100)의 프로세서(142)는 저항 레벨에 대응하는 모터 드라이버 회로(112)의 연결 비율을 결정한다. 단계(1350)에 대한 설명은 도 11을 참조하여 전술된 단계(1350)에 대한 설명으로 대체될 수 있다.In operation 1350 , the processor 142 of the wearable device 100 determines a connection ratio of the motor driver circuit 112 corresponding to the resistance level. The description of step 1350 may be replaced with the description of step 1350 described above with reference to FIG. 11 .

단계(1360)에서, 웨어러블 장치(100)의 프로세서(142)는 모터 드라이버 회로(112)의 연결 비율을 통해 모터(114)를 제어한다. 단계(1360)에 대한 설명은 도 11을 참조하여 전술된 단계(1160)에 대한 설명으로 대체될 수 있다.In operation 1360 , the processor 142 of the wearable device 100 controls the motor 114 through the connection ratio of the motor driver circuit 112 . The description of step 1360 may be replaced with the description of step 1160 described above with reference to FIG. 11 .

<보조 모드><Auxiliary Mode>

단계(1370)에서, 웨어러블 장치(100)의 프로세서(142) 측정된 관절의 각도에 기초하여 관절에 대한 보조 토크 값을 계산한다. 단계(1370)에 대한 설명은 도 11을 참조하여 전술된 단계(1170)에 대한 설명으로 대체될 수 있다.In operation 1370 , the processor 142 of the wearable device 100 calculates an auxiliary torque value for the joint based on the measured joint angle. The description of step 1370 may be replaced with the description of step 1170 described above with reference to FIG. 11 .

단계(1380)에서, 웨어러블 장치(100)의 프로세서(142)는 보조 토크 값에 기초하여 모터(114)를 제어함으로써 사용자에게 보조력을 제공한다. 단계(1380)에 대한 설명은 도 8을 참조하여 전술된 단계(1180)에 대한 설명으로 대체될 수 있다.In operation 1380 , the processor 142 of the wearable device 100 provides the assisting force to the user by controlling the motor 114 based on the assist torque value. The description of step 1380 may be replaced with the description of step 1180 described above with reference to FIG. 8 .

도 14는 일 예에 따른 개 루프인 모터 드라이버 회로를 도시한다.14 illustrates an open loop motor driver circuit according to an example.

일 측면에 따른, 모터 드라이버 회로(1400)는 H 브릿지 회로일 수 있다. 스위치들(1410 내지 1440)의 연결 상태에 따라 모터 드라이버 회로(1400)의 개-폐 상태가 달라진다. 스위치들(1410 내지 1440)은 BJT(Bipolar Junction Transistor) 및 MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field-effect Transistor) 등으로 구현될 수 있고, 기재된 실시예로 한정되지 않는다.According to one aspect, the motor driver circuit 1400 may be an H-bridge circuit. The open/close state of the motor driver circuit 1400 varies according to the connection state of the switches 1410 to 1440 . The switches 1410 to 1440 may be implemented with a Bipolar Junction Transistor (BJT), a Metal-Oxide Semiconductor Field-effect Transistor (MOSFET), or the like, and are not limited to the described embodiments.

모터 드라이버 회로(1400)가 개 루프 상태인 경우, 모터(114)의 동적 제동이 최소가 되며 이에 따라, 모터(114)의 역 구동성이 높아진다. 이 경우, 역 구동성은 모터(114)와 연결된 기어들에 의해 발생하는 마찰력일 수 있다.When the motor driver circuit 1400 is in an open loop state, the dynamic braking of the motor 114 is minimized, and thus, the reverse drivability of the motor 114 is increased. In this case, the reverse drivability may be a friction force generated by the gears connected to the motor 114 .

도 15 및 도 16은 일 예들에 따른 폐 루프인 모터 드라이버 회로를 도시한다.15 and 16 illustrate a motor driver circuit that is a closed loop in accordance with examples.

일 측면에 따르면, 배터리(150) 및 모터(114)를 포함하도록 모터 드라이버 회로(1400)의 폐 루프가 형성될 수 있다.According to one aspect, a closed loop of the motor driver circuit 1400 may be formed to include the battery 150 and the motor 114 .

예를 들어, 모터 드라이버 회로(1400)의 스위치들(1410 및 1440)이 개방된 상태이고, 스위치들(1420 및 1430)이 닫힌 경우, 모터(114)에 제공되는 전류는 제1 방향(1510)으로 흐를 수 있다.For example, when the switches 1410 and 1440 of the motor driver circuit 1400 are open and the switches 1420 and 1430 are closed, the current provided to the motor 114 flows in the first direction 1510 . can flow to

다른 예로, 모터 드라이버 회로(1400)의 스위치들(1410 및 1440)이 닫힌 상태이고, 스위치들(1420 및 1430)이 개방된 경우, 모터(114)에 제공되는 전류는 제2 방향(1610)으로 흐를 수 있다. 제2 방향(1610)은 제1 방향(1510)과 반대 방향이다. 전류의 방향에 따라 모터(114)의 축의 회전 방향이 달라진다.As another example, when the switches 1410 and 1440 of the motor driver circuit 1400 are closed and the switches 1420 and 1430 are open, the current provided to the motor 114 flows in the second direction 1610 . can flow The second direction 1610 is opposite to the first direction 1510 . The direction of rotation of the shaft of the motor 114 varies according to the direction of the current.

상기의 폐 루프들은 보조 모드인 경우에 형성될 수 있고, 사용자에게 제공되는 보조력의 방향에 따라 전류의 방향들(1510 및 1610)이 결정될 수 있다.The closed loops may be formed in the case of the auxiliary mode, and the directions 1510 and 1610 of the current may be determined according to the direction of the auxiliary force provided to the user.

도 17은 일 예에 따른 폐 루프인 모터 드라이버 회로를 도시한다.17 illustrates a closed loop motor driver circuit according to an example.

일 측면에 따르면, 배터리(150)의 에너지를 이용하지 않도록 제어된, 모터(114)가 연결된 모터 드라이버 회로(1400)는 폐 루프를 형성할 수 있다. 즉, 도시된 모터 드라이버 회로(1400)는 배터리(150)의 전력을 사용하지 않는 운동 모드에 대한 모터 드라이버 회로(1400)로서, 모터(114)와 연결되는 폐 루프 회로이다.According to one aspect, the motor driver circuit 1400 to which the motor 114 is connected, controlled not to use the energy of the battery 150 , may form a closed loop. That is, the illustrated motor driver circuit 1400 is a motor driver circuit 1400 for an exercise mode that does not use the power of the battery 150 , and is a closed loop circuit connected to the motor 114 .

예를 들어, 회로(1400)의 스위치들(1410 및 1430)이 개방된 상태이고, 스위치들(1420 및 1440)이 닫힌 경우, 모터(114)를 포함하는 폐 루프가 형성될 수 있다. 즉, 모터 드라이버 회로(1400)의 하단 드라이버 회로에 의해 폐 루프가 형성될 수 있다. 상기의 폐 루프는 운동 모드인 경우에 형성될 수 있고, 모터(114)의 동적 제동이 발생한다. 모터(114)를 회전시키는 사용자는 동적 제동에 의해 저항력을 느끼게 된다.For example, when the switches 1410 and 1430 of the circuit 1400 are in an open state and the switches 1420 and 1440 are closed, a closed loop including the motor 114 may be formed. That is, a closed loop may be formed by the lower driver circuit of the motor driver circuit 1400 . The closed loop may be formed in the case of the motion mode, and dynamic braking of the motor 114 occurs. A user who rotates the motor 114 feels resistance by dynamic braking.

도 18은 일 예에 따른 제동 저항기를 포함하는 폐 루프인 모터 드라이버 회로를 도시한다.18 illustrates a closed loop motor driver circuit including a braking resistor according to an example.

일 측면에 따른, 모터 드라이버 회로(1800)는 배터리(150) 및, 모터(114)와 연결되는 스위치들(1810 내지 1840) 및 제동 저항기(braking resistor)(1850)를 포함한다. 도시된 실시예에서 스위치들(1820 및 1840)이 닫혀 있으므로, 모터(114)를 포함하는 폐 루프가 형성된다. 폐 루프가 형성된 상태에서는 사용자가 느끼는 저항력이 최대가 된다.According to one aspect, the motor driver circuit 1800 includes a battery 150 , switches 1810 to 1840 connected to the motor 114 , and a braking resistor 1850 . Since switches 1820 and 1840 are closed in the illustrated embodiment, a closed loop including motor 114 is formed. In the state in which the closed loop is formed, the resistance felt by the user is maximized.

모터 드라이버 회로(1800)에 대한 개 루프 상태와 폐 루프 상태의 비율이 연결 비율에 의해 조절됨으로써 저항력의 정도가 조절될 수 있다. 저항력을 최대로 하기 위해서는 폐 루프 상태가 계속 유지되고, 저항력을 최소로 하기 위해서는 개 루프 상태가 계속 유지될 수 있다.The degree of resistance may be adjusted by adjusting the ratio of the open loop state and the closed loop state for the motor driver circuit 1800 by the connection ratio. In order to maximize the resistance force, the closed loop state may be continuously maintained, and to minimize the resistance force, the open loop state may be continuously maintained.

모터 드라이버 회로(1800)가 폐 루프로 제어된 상태에서 모터(114)는 사용자에 의한 외력에 대해 발전기로 동작하고, 생성된 에너지는 제동 저항기(1850)를 통해 열로 소모될 수 있다. 다른 예로, 도시된 모터 드라이버 회로(1800)에서, 모터(114)에 의해 생성된 에너지로서의 전류는 다이오드에 의해 모터(144)의 회전 축의 회전 방향에 관계없이 배터리(150)의 +단자에서 -단자의 방향으로 흐른다. 이에 따라, 생성된 에너지는 배터리(150)를 충전할 수 있다.In a state in which the motor driver circuit 1800 is controlled in a closed loop, the motor 114 operates as a generator in response to an external force by a user, and the generated energy may be consumed as heat through the braking resistor 1850 . As another example, in the illustrated motor driver circuit 1800, the current as energy generated by the motor 114 is transferred from the + terminal to the - terminal of the battery 150 regardless of the rotation direction of the rotation axis of the motor 144 by the diode. flows in the direction of Accordingly, the generated energy may charge the battery 150 .

도 19는 다른 일 예에 따른 저항을 포함하는 폐 루프의 모터 드라이버 회로를 도시한다.19 illustrates a closed-loop motor driver circuit including a resistor according to another example.

도 14 내지 도 17을 참조하여 전술된 회로(1400)에 적어도 하나의 저항(1962) 및 스위치(1964)를 포함하는 보조 경로를 부가한 회로(1900)는 폐 루프의 전기적 안정성을 높일 수 있다.The circuit 1900 in which an auxiliary path including at least one resistor 1962 and a switch 1964 is added to the circuit 1400 described above with reference to FIGS. 14 to 17 may increase electrical stability of the closed loop.

모터(114)가 포함된 폐 루프 상태의 모터 드라이버 회로(1900)에서, 모터(114)가 외력에 의해 회전하면 발전기로서 동작하여 기전력이 발생된다. 발생된 기전력에 의해 폐 루프 내의 전자 소자들이 파손될 가능성이 있다. 폐 루프에 저항(1962)을 추가하면, 폐 루프 자체의 내부 저항 값이 커지기 때문에 기전력에 의해 생성되는 전류의 크기를 낮출 수 있다. 전류의 크기가 낮아짐에 따라 폐 루프 내의 전자 소자들의 파손될 가능성도 낮아진다.In the closed-loop motor driver circuit 1900 including the motor 114 , when the motor 114 rotates by an external force, it operates as a generator to generate electromotive force. Electronic elements in the closed loop may be damaged by the generated electromotive force. If the resistor 1962 is added to the closed loop, the value of the internal resistance of the closed loop itself increases, so that the magnitude of the current generated by the electromotive force can be reduced. As the magnitude of the current decreases, the probability of damage to the electronic elements in the closed loop is also reduced.

도 20은 일 예에 따른 BLDC 모터를 포함하는 폐 루프의 모터 드라이버 회로를 도시한다.20 illustrates a closed-loop motor driver circuit including a BLDC motor according to an example.

도 14 내지 도 19를 참조한 모터 드라이버 회로들(1400, 1800, 1900)은 DC 모터와 연결되어 있었으나, 다른 예로서 모터 드라이버 회로(2000)는 BLDC 모터(2005)와 연결될 수 있다. BLDC 모터(2005)는 모터 드라이버 회로(2000) 내의 3개의 단자들과 연결된다. 일반적으로, BLDC 모터는 DC 모터에 비하여 체적 대비 생성하는 토크가 크며, DC 모터에 사용되는 전류 정류를 위한 기계적인 브러쉬를 사용하지 않으므로 브러쉬와 회전자 권선 간의 마찰이 생기지 않는다. 이에 따라, BLDC 모터에는 브러쉬와 회전자 권선 간의 마찰이 생기지 않으므로 DC 모터에 비하여 내구성이 졸다.The motor driver circuits 1400 , 1800 , and 1900 with reference to FIGS. 14 to 19 were connected to the DC motor, but as another example, the motor driver circuit 2000 may be connected to the BLDC motor 2005 . The BLDC motor 2005 is connected to three terminals in the motor driver circuit 2000 . In general, the BLDC motor generates a larger torque compared to the volume compared to the DC motor, and since it does not use a mechanical brush for current rectification used in the DC motor, friction between the brush and the rotor winding does not occur. Accordingly, there is no friction between the brushes and the rotor windings in the BLDC motor, so the durability is less than that of the DC motor.

예를 들어, 모터 드라이버 회로(2000)의 스위치들(2010, 2030 및 2050)이 개방된 상태이고, 스위치들(2020, 2040 및 2060)이 닫힌 경우, BLDC 모터(2005)를 포함하는 폐 루프가 형성될 수 있다. 폐 루프는 배터리(150)를 제외하도록 형성될 수 있다.For example, when the switches 2010, 2030, and 2050 of the motor driver circuit 2000 are in an open state and the switches 2020, 2040, and 2060 are closed, a closed loop including the BLDC motor 2005 is can be formed. The closed loop may be formed to exclude the battery 150 .

스위치들(2020, 2040 및 2060)에 PWM 신호가 인가됨으로써 회로(2000)의 폐 루프 상태 및 개 루프 상태가 제어될 수 있다. 저항 레벨에 따라 제어 비율이 달라질 수 있다.By applying a PWM signal to the switches 2020 , 2040 , and 2060 , the closed loop state and the open loop state of the circuit 2000 may be controlled. The control ratio may vary depending on the resistance level.

스위치(2020)은 BLDC 모터(2005)의 제1 단자(u)의 개폐를 제어할 수 있고, 스위치(2040)은 BLDC 모터(2005)의 제2 단자(v)의 개폐를 제어할 수 있고, 스위치(2060)은 BLDC 모터(2005)의 제3 단자(w)의 개폐를 제어할 수 있다. 예를 들어, 스위치들(2020, 2040 및 2060)에 동일한 PWM 신호를 인가하는 경우, BLDC 모터(2005)에 대한 정류 시퀀스(commutation sequence)에 관계없는 폐 루프가 형성될 수 있다. The switch 2020 may control the opening and closing of the first terminal u of the BLDC motor 2005, and the switch 2040 may control the opening and closing of the second terminal v of the BLDC motor 2005, The switch 2060 may control opening and closing of the third terminal w of the BLDC motor 2005 . For example, when the same PWM signal is applied to the switches 2020 , 2040 , and 2060 , a closed loop irrespective of the commutation sequence for the BLDC motor 2005 may be formed.

BLDC 모터(2005)는 3개의 단자들(u, v, w)과 연결되어 있으므로 단자들(u, v, w) 간의 전기적 폐 루프를 구성하기 위해서는, 회전자의 홀(HALL) 센서 정보(모터 회전 축의 각도)를 판단하여 정류 시퀀스에 맞도록 스위치들(2020, 2040, 및 2060) 중 2 개의 스위치들을 선택적으로 연결함으로써 폐 루프를 구성할 수도 있으나, 운동 모드에서 BLDC 모터(2005)의 역 구동성 만을 제어하기 위한 목적으로 BLDC 모터(2005)를 제어하는 경우에는, 스위치들(2020, 2040, 및 2060)을 모두 연결함으로써 정류 시퀀스를 고려할 필요가 없는 폐 루프를 형성할 수도 있다. 폐 루프를 구성하기 위해 정류 시퀀스를 고려할 필요가 없으므로, 정류 시퀀스의 계산에 필요한 시간 및 BLDC 모터(2005)의 오동작에 대한 우려가 감소될 수 있다.Since the BLDC motor 2005 is connected to three terminals (u, v, w), in order to configure an electrical closed loop between the terminals (u, v, w), Hall sensor information (motor A closed loop may be configured by selectively connecting two of the switches 2020, 2040, and 2060 to match the commutation sequence by determining the angle of the rotation axis), but the inverse of the BLDC motor 2005 in the motion mode In the case of controlling the BLDC motor 2005 for the purpose of controlling only the same sex, by connecting all of the switches 2020, 2040, and 2060, a closed loop that does not need to consider the commutation sequence may be formed. Since it is not necessary to consider the commutation sequence to construct a closed loop, the time required for the calculation of the commutation sequence and concerns about malfunction of the BLDC motor 2005 can be reduced.

다른 예로, BLDC 모터(2005)의 회전 축의 각도에 기초하여 분류된 상태에 대한 정류 시퀀스에 대응하는 폐 루프가 형성되도록 스위치들(2020, 2040 및 2060) 각각에 PWM 신호들이 인가될 수 있다.As another example, PWM signals may be applied to each of the switches 2020 , 2040 , and 2060 to form a closed loop corresponding to a commutation sequence for a classified state based on the angle of the rotation axis of the BLDC motor 2005 .

도 21은 일 예에 따른 웨어러블 장치의 구동부의 구성도이다.21 is a configuration diagram of a driving unit of a wearable device according to an example.

일 측면에 따르면, 전술된 웨어러블 장치(100)의 구동부(110)는 모터(2110) 외에 클러치(2120) 및 복수의 기어들(2130, 2140)을 포함할 수 있다. 복수의 기어들(2130, 2140)은 사용자의 입력에 따라 또는 결정된 저항 레벨에 따라 다르게 선택될 수 있다. 클러치(2120)는 모터(2110)와 복수의 기어들(2130, 2140) 중 어느 하나를 선택적으로 연결함으로써 구동력 전달을 제어할 수 있다.According to one aspect, the driving unit 110 of the aforementioned wearable device 100 may include a clutch 2120 and a plurality of gears 2130 and 2140 in addition to the motor 2110 . The plurality of gears 2130 and 2140 may be differently selected according to a user input or a determined resistance level. The clutch 2120 may control transmission of driving force by selectively connecting the motor 2110 to any one of the plurality of gears 2130 and 2140 .

웨어러블 장치(100)의 동작 모드의 목적에 따라 기어 비가 다르게 설정됨으로써 사용자에게 제공되는 저항력의 크기가 조정될 수 있다.By setting a different gear ratio according to the purpose of the operation mode of the wearable device 100 , the magnitude of the resistive force provided to the user may be adjusted.

도 1을 참조하여 도시된 힙-타입 웨어러블 장치(100)와는 달리, 웨어러블 장치는 도 22 내지 도 24를 참조하여 전술되는 전신-타입 웨어러블 장치(1)일 수 있다. 전신-타입 웨어러블 장치(1)는 사용자의 고관절, 무릎 관절 및 발목 관절에 보행 보조 토크를 각각 제공하는 장치일 수 있다.Unlike the hip-type wearable device 100 illustrated with reference to FIG. 1 , the wearable device may be the whole body-type wearable device 1 described above with reference to FIGS. 22 to 24 . The whole-body-type wearable device 1 may be a device that provides walking assistance torque to the user's hip joint, knee joint, and ankle joint, respectively.

<전신-타입 보행 보조 장치의 개요><Overview of Whole-Type Walking Assistive Device>

도 22 내지 도 24는 다른 일 예에 따른 전신-타입 웨어러블 장치를 도시한다.22 to 24 show a whole body-type wearable device according to another example.

도 22는 전신-타입 웨어러블 장치(1)의 일 실시예에 대한 정면도이고, 도 23은 전신-타입 웨어러블 장치(1)의 측면도이고, 도 24는 전신-타입 웨어러블 장치(1)의 배면도이다.22 is a front view of an embodiment of the whole-type wearable device 1 , FIG. 23 is a side view of the whole-type wearable device 1 , and FIG. 24 is a rear view of the whole-type wearable device 1 .

일 측면에 따르면, 전신-타입 웨어러블 장치(1)는 전술된 구동부(110), 센서부(120), IMU (130), 제어부(140) 및 배터리(150)를 포함할 수 있다.According to one aspect, the whole body-type wearable device 1 may include the above-described driving unit 110 , the sensor unit 120 , the IMU 130 , the control unit 140 , and the battery 150 .

도 22 내지 도 24에 도시된 바와 같이, 전신-타입 웨어러블 장치(1)는 사용자의 왼쪽 다리 및 오른쪽 다리에 각각 착용될 수 있도록 외골격 구조를 가진다. 사용자는 웨어러블 장치(1)를 착용한 상태에서 폄(extension), 굽힘(flexion), 모음(adduction), 벌림(abduction) 등의 동작을 수행할 수 있다. 폄 동작은 관절을 펴는 운동이고, 구부림 동작은 관절을 구부리는 운동이다. 모음 동작은 다리를 몸의 중심축으로 가까이 하는 운동이다. 벌림 동작은 몸의 중심축에서 멀어지는 방향으로 다리를 뻗는 운동이다.22 to 24 , the whole body-type wearable device 1 has an exoskeleton structure to be worn on the user's left leg and right leg, respectively. The user may perform operations such as extension, flexion, adduction, and abduction while wearing the wearable device 1 . Extending motion is an exercise that straightens a joint, and bending motion is an exercise of bending a joint. A vowel motion is an exercise that brings the legs closer to the central axis of the body. The abduction motion is an exercise in which the leg is extended in a direction away from the central axis of the body.

도 22 내지 도 24을 참조하면, 웨어러블 장치(1)는 본체부(10) 및 기구부(20R, 20L, 30R, 30L, 40R, 40L)를 포함할 수 있다.22 to 24 , the wearable device 1 may include a body part 10 and mechanical parts 20R, 20L, 30R, 30L, 40R, and 40L.

본체부(10)는 하우징(11)을 포함할 수 있다. 하우징(11)에는 각종 부품이 내장될 수 있다. 하우징(11)에 내장되는 부품으로는, 중앙 처리 장치(Central Processing Unit: CPU), 인쇄 회로 기판 및 다양한 종류의 저장 장치 및 전원을 예로 들 수 있다. 본체부(10)는 전술된 제어부(140)를 포함할 수 있다. 제어부(140)는 CPU 및 인쇄 회로 기판을 포함할 수 있다.The main body 10 may include a housing 11 . Various parts may be embedded in the housing 11 . As the components embedded in the housing 11 , a central processing unit (CPU), a printed circuit board, and various types of storage devices and power sources may be exemplified. The main body 10 may include the above-described control unit 140 . The controller 140 may include a CPU and a printed circuit board.

CPU는 마이크로 프로세서(micro processor)일 수 있다. 마이크로 프로세서는 실리콘 칩에 산술 논리 연산기, 레지스터, 프로그램 카운터, 명령 디코더 및/또는 제어 회로 등이 설치될 수 있다. CPU는 보행 환경에 적합한 제어 모드를 선택하고, 선택된 제어 모드에 따라 기구부(20, 30, 40)의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다.The CPU may be a microprocessor. In the microprocessor, an arithmetic logic operator, a register, a program counter, an instruction decoder, and/or a control circuit may be installed in a silicon chip. The CPU may select a control mode suitable for the walking environment and generate a control signal for controlling the operation of the mechanical units 20 , 30 , and 40 according to the selected control mode.

인쇄 회로 기판은 소정의 회로가 인쇄되어 있는 기판으로, 인쇄 회로 기판에는 CPU 또는/및 다양한 저장 장치가 설치될 수 있다. 인쇄 회로 기판은 하우징(11)의 내측면에 고정될 수 있다.A printed circuit board is a board on which a predetermined circuit is printed, and a CPU and/or various storage devices may be installed on the printed circuit board. The printed circuit board may be fixed to the inner surface of the housing 11 .

하우징(11)에 내장된 저장 장치는 다양한 종류를 포함할 수 있다. 저장 장치는 자기 디스크 표면을 자화시켜 데이터를 저장하는 자기 디스크 저장 장치, 다양한 종류의 메모리 반도체를 이용하여 데이터를 저장하는 반도체 메모리 장치일 수 있다.The storage device built into the housing 11 may include various types. The storage device may be a magnetic disk storage device that stores data by magnetizing the surface of the magnetic disk, or a semiconductor memory device that stores data using various types of memory semiconductors.

하우징(11)에 내장된 전원은 하우징(11)에 내장된 각종 부품 또는 기구부(20, 30, 40)에 동력을 공급할 수 있다.The power source built into the housing 11 may supply power to various parts or mechanical parts 20 , 30 , 40 built in the housing 11 .

본체부(10)는 사용자의 허리를 지지하기 위한 허리 지지부(12)를 더 포함할 수 있다. 허리 지지부(12)는 사용자의 허리를 지지할 수 있도록 만곡된 평면판의 형상을 가질 수 있다.The main body 10 may further include a waist support 12 for supporting the user's waist. The waist support 12 may have a curved flat plate shape to support the user's waist.

본체부(10)는 사용자의 힙 부분에 하우징(11)을 고정하기 위한 고정부(11a) 및 사용자의 허리에 허리 지지부(12)를 고정하기 위한 고정부(12a)를 더 포함할 수 있다. 고정부(11a, 12a)는 탄성력을 구비한 밴드, 벨트, 끈(strap) 중 하나로 구현될 수 있다.The main body 10 may further include a fixing part 11a for fixing the housing 11 to the user's hip portion and a fixing part 12a for fixing the waist support 12 to the user's waist. The fixing parts 11a and 12a may be implemented as one of a band having an elastic force, a belt, and a strap.

본체부(10)는 전술된 IMU(130)를 포함할 수 있다. 예를 들어, IMU(130)는 하우징(11)의 외부 또는 내부에 설치될 수 있다. IMU(130)는 하우징(11)의 내부에 마련된 인쇄회로기판 상에 설치될 수 있다. IMU(130)는 가속도 및 각속도를 측정할 수 있다.The main body 10 may include the above-described IMU 130 . For example, the IMU 130 may be installed outside or inside the housing 11 . The IMU 130 may be installed on a printed circuit board provided inside the housing 11 . The IMU 130 may measure acceleration and angular velocity.

기구부(20, 30, 40)는 도 22 내지 도 24에 도시된 바와 같이 제1 구조부(20), 제2 구조부(30) 및 제3 구조부(40)를 포함할 수 있다.The mechanical parts 20 , 30 , and 40 may include a first structural part 20 , a second structural part 30 , and a third structural part 40 as shown in FIGS. 22 to 24 .

제1 구조부(20R, 20L)는 보행 동작에 있어서 사용자의 대퇴부 및 고관절의 움직임을 보조할 수 있다. 제1 구조부(20R, 20L)는 제1 구동장치(21R, 21L), 제1 지지부(22R, 22L) 및 제1 고정부(23R, 23L)를 포함할 수 있다.The first structures 20R and 20L may assist the user's thighs and hip joints in the gait motion. The first structural parts 20R and 20L may include first driving devices 21R and 21L, first supporting parts 22R and 22L, and first fixing parts 23R and 23L.

전술된 구동부(110)는 제1 구동 장치(21R, 21L)를 포함할 수 있으며, 도 19 내지 도 21을 참조하여 설명된 구동 장치(110)에 대한 설명은 제1 구동 장치(21R, 21L)에 대한 설명으로 대체될 수 있다.The above-described driving unit 110 may include first driving devices 21R and 21L, and the description of the driving device 110 described with reference to FIGS. 19 to 21 will include first driving devices 21R and 21L. may be substituted for the description of

제1 구동 장치(21R, 21L)는 제1 구조부(20R, 20L)의 고관절에 위치할 수 있으며, 소정의 방향으로 다양한 크기의 회전력을 발생시킬 수 있다. 제1 구동 장치(21R, 21L)에서 발생된 회전력은 제1 지지부(22R, 22L)에 인가될 수 있다. 제1 구동 장치(21R, 21L)는 인체의 고관절의 동작 범위 내에서 회전하도록 설정될 수 있다.The first driving devices 21R and 21L may be located at the hip joints of the first structural parts 20R and 20L, and may generate rotational forces of various magnitudes in a predetermined direction. The rotational force generated by the first driving devices 21R and 21L may be applied to the first supporting parts 22R and 22L. The first driving devices 21R and 21L may be set to rotate within an operation range of a human hip joint.

제1 구동 장치(21R, 21L)는 본체부(10)에서 제공되는 제어 신호에 따라 구동될 수 있다. 제1 구동 장치(21R, 21L)는 모터, 진공 펌프(vacuum pump) 및 수압 펌프(hydraulic pump) 중 하나로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The first driving devices 21R and 21L may be driven according to a control signal provided from the main body 10 . The first driving devices 21R and 21L may be implemented as one of a motor, a vacuum pump, and a hydraulic pump, but is not limited thereto.

제1 구동 장치(21R, 21L)의 주변에는 관절 각도 센서가 설치될 수 있다. 관절 각도 센서는 제1 구동 장치(21R, 21L)가 회전 축을 중심으로 회전한 각도를 검출할 수 있다. 전술된 센서부(120)는 관절 각도 센서를 포함할 수 있다.A joint angle sensor may be installed around the first driving device 21R, 21L. The joint angle sensor may detect an angle at which the first driving devices 21R and 21L are rotated about a rotation axis. The aforementioned sensor unit 120 may include a joint angle sensor.

제1 지지부(22R, 22L)는 제1 구동 장치(21R, 21L)와 물리적으로 연결된다. 제1 지지부(22R, 22L)는 제1 구동 장치(21R, 21L)에서 발생한 회전력에 따라 소정의 방향으로 회전될 수 있다.The first supports 22R, 22L are physically connected to the first driving devices 21R, 21L. The first supports 22R and 22L may be rotated in a predetermined direction according to a rotational force generated by the first driving devices 21R and 21L.

제1 지지부(22R, 22L)는 다양한 형상으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제1 지지부(22R, 22L)는 복수의 마디가 서로 연결되어 있는 형상으로 구현될 수 있다. 이 때, 마디와 마디 사이에는 관절이 마련될 수 있으며, 제1 지지부(22R, 22L)는 이 관절에 의해 일정 범위 내에서 휘어질 수 있다. 다른 예로, 제1 지지부(22R, 22L)는 막대 형상으로 구현될 수 있다. 이 때, 제1 지지부(22R, 22L)는 일정한 범위 내에서 휘어질 수 있도록 가요성 있는 소재로 구현될 수 있다.The first support portions 22R and 22L may be implemented in various shapes. For example, the first support parts 22R and 22L may be implemented in a shape in which a plurality of nodes are connected to each other. At this time, a joint may be provided between the node and the node, and the first supporting parts 22R and 22L may be bent within a certain range by the joint. As another example, the first support portions 22R and 22L may be implemented in a bar shape. In this case, the first support parts 22R and 22L may be implemented with a flexible material so as to be bent within a certain range.

제1 고정부(23R, 23L)는 제1 지지부(22R, 22L)에 마련될 수 있다. 제1 고정부(23R, 23L)는 제1 지지부(22R, 22L)를 사용자의 대퇴부에 고정시키는 역할을 한다.The first fixing parts 23R and 23L may be provided on the first supporting parts 22R and 22L. The first fixing portions 23R and 23L serve to fix the first supporting portions 22R and 22L to the user's thighs.

도 22 내지 도 24는 제1 지지부(22R, 22L)가 제1 고정부(23R, 23L)에 의해 사용자의 대퇴부의 외측에 고정되는 경우를 도시하고 있다. 제1 구동 장치(21R, 21L)가 구동됨에 따라 제1 지지부(22R, 22L)가 회전하게 되면, 제1 지지부(22R, 22L)가 고정된 대퇴부 역시 제1 지지부(22R, 22L)의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전한다.22 to 24 show a case in which the first supporting parts 22R and 22L are fixed to the outside of the user's thighs by the first fixing parts 23R and 23L. When the first supporting parts 22R and 22L are rotated as the first driving devices 21R and 21L are driven, the thighs to which the first supporting parts 22R and 22L are fixed also rotate in the rotation direction of the first supporting parts 22R and 22L. rotate in the same direction as

제1 고정부(23R, 23L)은 탄성력을 구비한 밴드, 벨트, 끈 중 하나로 구현되거나, 금속 소재로 구현될 수도 있다. 도 19는 제1 고정부(23R, 23L)가 체인(chain)인 경우를 도시하고 있다.The first fixing parts 23R and 23L may be implemented as one of a band having an elastic force, a belt, and a string, or may be implemented with a metal material. 19 illustrates a case in which the first fixing parts 23R and 23L are chains.

제2 구조부(30R, 30L)는 보행 동작에 있어서 사용자의 하퇴부 및 무릎 관절의 움직임을 보조할 수 있다. 제2 구조부(30R, 30L)는 제2 구동 장치(31R, 31L), 제2 지지부(32R, 32L) 및 제2 고정부(33R, 33L)를 포함할 수 있다.The second structure parts 30R and 30L may assist the user's lower leg and knee joints in the gait motion. The second structure parts 30R and 30L may include second driving devices 31R and 31L, second support parts 32R and 32L, and second fixing parts 33R and 33L.

제2 구동 장치(31R, 31L)는 제2 구조부(30R, 30L)의 무릎 관절에 위치할 수 있으며, 소정의 방향으로 다양한 크기의 회전력을 발생시킬 수 있다. 제2 구동 장치(31R, 31L)에서 발생된 회전력은 제2 지지부(22R, 22L)에 인가될 수 있다. 제2 구동 장치(31R, 31L)는 인체의 무릎 관절의 동작 범위 내에서 회전하도록 설정될 수 있다.The second driving devices 31R and 31L may be positioned at the knee joints of the second structural parts 30R and 30L, and may generate rotational forces of various magnitudes in a predetermined direction. The rotational force generated by the second driving devices 31R and 31L may be applied to the second supporting parts 22R and 22L. The second driving devices 31R and 31L may be set to rotate within a range of motion of the knee joint of the human body.

전술된 구동부(110)는 제2 구동 장치(31R, 31L)를 포함할 수 있다. 도 1 내지 도 2를 참조하여 설명된 고관절과 관련된 설명이 무릎 관절과 관련된 설명으로 유사하게 적용될 수 있다.The above-described driving unit 110 may include second driving devices 31R and 31L. The description related to the hip joint described with reference to FIGS. 1 and 2 may be similarly applied to the description related to the knee joint.

제2 구동 장치(31R, 31L)는 본체부(10)에서 제공되는 제어 신호에 따라 구동될 수 있다. 제2 구동 장치(31R, 31L)는 모터, 진공 펌프 및 수압 펌프 중 하나로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The second driving devices 31R and 31L may be driven according to a control signal provided from the main body 10 . The second driving devices 31R and 31L may be implemented as one of a motor, a vacuum pump, and a hydraulic pump, but is not limited thereto.

제2 구동 장치(31R, 31L)의 주변에는 관절 각도 센서가 설치될 수 있다. 관절 각도 센서는 제2 구동 장치(31R, 31L)가 회전 축을 중심으로 회전한 각도를 검출할 수 있다. 전술된 센서부(120)는 관절 각도 센서를 포함할 수 있다.A joint angle sensor may be installed around the second driving device 31R, 31L. The joint angle sensor may detect an angle at which the second driving devices 31R and 31L are rotated about a rotation axis. The aforementioned sensor unit 120 may include a joint angle sensor.

제2 지지부(32R, 32L)는 제2 구동 장치(31R, 31L)와 물리적으로 연결된다. 제2 지지부(32R, 32L)는 제2 구동 장치(31R, 31L)에서 발생한 회전력에 따라 소정의 방향으로 회전될 수 있다.The second support portions 32R and 32L are physically connected to the second drive devices 31R and 31L. The second support parts 32R and 32L may be rotated in a predetermined direction according to the rotational force generated by the second driving devices 31R and 31L.

제2 고정부(33R, 33L)는 제2 지지부(32R, 32L)에 마련될 수 있다. 제2 고정부(33R, 33L)는 제2 지지부(32R, 32L)를 사용자의 하퇴부에 고정시키는 역할을 한다. 도 11 내지 도 13은 제2 지지부(32R, 32L)가 제2 고정 장치(33R, 33L)에 의해 사용자의 하퇴부의 외측에 고정되는 경우를 도시하고 있다. 제2 구동 장치(31R, 31L)가 구동됨에 따라 제2 지지부(22R, 22L)가 회전하게 되면, 제2 지지부(22R, 22L)가 고정된 대퇴부 역시 제2 지지부(22R, 22L)의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전한다.The second fixing parts 33R and 33L may be provided on the second support parts 32R and 32L. The second fixing portions 33R and 33L serve to fix the second supporting portions 32R and 32L to the user's lower leg. 11 to 13 illustrate a case in which the second supporting parts 32R and 32L are fixed to the outside of the user's lower leg by the second fixing devices 33R and 33L. When the second supporting parts 22R and 22L rotate as the second driving devices 31R and 31L are driven, the thighs to which the second supporting parts 22R and 22L are fixed also rotate in the rotation direction of the second supporting parts 22R and 22L. rotate in the same direction as

제2 고정 장치(33R, 33L)은 탄성력을 구비한 밴드, 벨트, 끈 중 하나로 구현되거나, 금속 소재로 구현될 수 있다.The second fixing devices 33R and 33L may be implemented as one of a band having an elastic force, a belt, a string, or a metal material.

제3 구조부(40R, 40L)는 보행 동작에 있어서 사용자의 발목 관절 및 관련 근육의 움직임을 보조할 수 있다. 제3 구조부(40R, 40L)는 제3 구동 장치(41R, 41L), 발 받침부(42R, 42L) 및 제3 고정 장치(43R, 43L)를 포함할 수 있다.The third structures 40R and 40L may assist the user's movement of the ankle joint and related muscles in the gait motion. The third structure 40R, 40L may include a third driving device 41R, 41L, a footrest 42R, 42L and a third securing device 43R, 43L.

전술된 구동부(110)는 제3 구동 장치(41R, 41L)를 포함할 수 있다. 도 1을 참조하여 설명된 고관절과 관련된 설명이 발목 관절과 관련된 설명으로 유사하게 적용될 수 있다.The above-described driving unit 110 may include third driving devices 41R and 41L. The description related to the hip joint described with reference to FIG. 1 may be similarly applied to the description related to the ankle joint.

제3 구동 장치(41R, 41L)는 제3 구조부(40R, 40L)의 발목 관절에 마련될 수 있으며, 본체부(10)에서 제공되는 제어 신호에 따라 구동될 수 있다. 제3 구동 장치(41R, 41L)도 제1 구동 장치(21R, 21L) 또는 제2 구동 장치(31R, 31L)와 마찬가지로 모터로 구현될 수 있다.The third driving devices 41R and 41L may be provided at the ankle joints of the third structural parts 40R and 40L, and may be driven according to a control signal provided from the main body 10 . The third driving devices 41R and 41L may also be implemented as motors, like the first driving devices 21R and 21L or the second driving devices 31R and 31L.

발 받침부(42R, 42L)는 사용자의 발바닥에 대응하는 위치에 마련되며, 제3 구동 장치(41R, 41L)와 물리적으로 연결된다.The footrests 42R and 42L are provided at positions corresponding to the soles of the user's soles, and are physically connected to the third driving devices 41R and 41L.

제3 고정부(43R, 43L)는 발 받침부(42R, 42L)에 마련될 수 있다. 제3 고정부(43R, 43L)는 사용자의 발을 발 받침부(42R, 42L)에 고정시키는 역할을 한다.The third fixing portions 43R and 43L may be provided on the footrest portions 42R and 42L. The third fixing portions 43R and 43L serve to fix the user's foot to the footrest portions 42R and 42L.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment, or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic such as floppy disks. - includes magneto-optical media, and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with reference to the limited drawings, those skilled in the art may apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or the described components of the system, structure, apparatus, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components Or substituted or substituted by equivalents may achieve an appropriate result.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (18)

웨어러블 장치에 의해 수행되는, 저항력 제공 방법은,
상기 웨어러블 장치의 센서를 이용하여 사용자의 제1 관절의 제1 각도를 측정하는 단계;
상기 제1 각도에 기초하여 상기 제1 관절에 대한 저항 레벨을 결정하는 단계;
상기 결정된 저항 레벨에 기초하여, 상기 웨어러블 장치의 모터에 전기적으로 연결되는 모터 드라이버 회로를 폐 루프(close loop)로 제어하는 시간과 상기 모터 드라이버 회로를 개 루프(open loop)로 제어하는 시간 사이의 비율을 결정하는 단계; 및
상기 결정된 비율에 기초하여, 상기 모터 드라이버 회로를 통해 상기 모터를 제어하는 단계
를 포함하는,
저항력 제공 방법.
A method of providing resistance, performed by a wearable device, comprises:
measuring a first angle of a user's first joint using a sensor of the wearable device;
determining a resistance level for the first joint based on the first angle;
Based on the determined resistance level, between a time for controlling a motor driver circuit electrically connected to the motor of the wearable device in a closed loop and a time for controlling the motor driver circuit in an open loop determining the ratio; and
controlling the motor through the motor driver circuit based on the determined ratio
containing,
How to provide resistance.
제1항에 있어서,
상기 모터 드라이버 회로는 상기 비율에 기초하여 제어되는 적어도 하나의 스위치를 포함하는,
저항력 제공 방법.
According to claim 1,
wherein the motor driver circuit comprises at least one switch controlled based on the ratio;
How to provide resistance.
제1항에 있어서,
상기 비율은 PWM(pulse width modulation)으로 나타나는,
저항력 제공 방법.
According to claim 1,
The ratio is represented by pulse width modulation (PWM),
How to provide resistance.
제3항에 있어서,
상기 사용자에게 제공되는 저항력은 상기 PWM의 반복적인 시간 구간 내에서 상기 모터 드라이버 회로가 폐 루프 또는 개 루프로 제어되는 상기 비율에 의해 조절되고,
상기 모터 드라이버 회로가 폐 루프로 제어되는 시간의 비율이 높을수록 상기 저항력이 증가하는,
저항력 제공 방법.
4. The method of claim 3,
The resistance provided to the user is regulated by the ratio that the motor driver circuit is controlled in a closed loop or an open loop within a repetitive time interval of the PWM,
The higher the percentage of time that the motor driver circuit is controlled in a closed loop, the higher the resistive force increases.
How to provide resistance.
제1항에 있어서,
상기 모터 드라이버 회로가 폐 루프로 제어된 상태에서 상기 모터는 상기 사용자에 의한 외력에 대해 발전기로서 동작하는,
저항력 제공 방법.
According to claim 1,
In a state in which the motor driver circuit is controlled in a closed loop, the motor operates as a generator against an external force by the user.
How to provide resistance.
제5항에 있어서,
상기 모터가 상기 발전기로서 동작하는 경우, 상기 발전기에 의해 생성된 에너지에 기초하여 상기 웨어러블 장치의 배터리를 충전하는 단계
를 더 포함하는,
저항력 제공 방법.
6. The method of claim 5,
charging a battery of the wearable device based on energy generated by the generator when the motor operates as the generator
further comprising,
How to provide resistance.
제1항에 있어서,
상기 사용자로부터 상기 웨어러블 장치를 제어하는 동작 모드로서 운동 모드를 수신하는 단계
를 더 포함하는,
저항력 제공 방법.
According to claim 1,
Receiving an exercise mode as an operation mode for controlling the wearable device from the user
further comprising,
How to provide resistance.
제7항에 있어서,
상기 운동 모드로 설정된 경우, 상기 모터에는 상기 웨어러블 장치의 배터리에 의한 에너지가 제공되지 않는,
저항력 제공 방법.
8. The method of claim 7,
When the exercise mode is set, the motor is not provided with energy by the battery of the wearable device,
How to provide resistance.
제1항에 있어서,
상기 사용자로부터 상기 웨어러블 장치를 제어하는 동작 모드로서 보조 모드를 수신하는 단계;
상기 보조 모드가 수신된 경우, 상기 제1 각도에 기초하여 상기 제1 관절에 대한 보조 토크 값을 계산하는 단계; 및
상기 보조 토크 값에 기초하여 상기 모터를 제어함으로써 상기 사용자에게 보조력을 제공하는 단계
를 더 포함하는,
저항력 제공 방법.
According to claim 1,
receiving an auxiliary mode as an operation mode for controlling the wearable device from the user;
calculating an assist torque value for the first joint based on the first angle when the assist mode is received; and
providing an assisting force to the user by controlling the motor based on the assisting torque value
further comprising,
How to provide resistance.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 방법을 수행하는 프로그램을 수록한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
A computer-readable recording medium containing a program for performing the method of any one of claims 1 to 9.
사용자에게 저항력을 제공하는 웨어러블 장치는,
사용자에게 저항력을 제공하는 프로그램이 기록된 메모리;
상기 프로그램을 수행하는 프로세서;
상기 사용자의 제1 관절의 제1 각도를 측정하는 센서;
상기 프로세서에 의해 제어되는 모터 드라이버 회로; 및
상기 모터 드라이버 회로와 전기적으로 연결된 모터
를 포함하고,
상기 프로그램은,
상기 센서를 이용하여 상기 사용자의 상기 제1 관절의 상기 제1 각도를 측정하는 단계;
상기 제1 각도에 기초하여 상기 제1 관절에 대한 저항 레벨을 결정하는 단계;
상기 결정된 저항 레벨에 기초하여, 상기 모터 드라이버 회로를 폐 루프(close loop)로 제어하는 시간과 상기 모터 드라이버 회로를 개 루프(open loop)로 제어하는 시간 사이의 비율을 결정하는 단계; 및
상기 결정된 비율에 기초하여, 상기 모터 드라이버 회로를 통해 상기 모터를 제어하는 단계
를 수행하는,
웨어러블 장치.
A wearable device that provides resistance to the user,
a memory in which a program is written to provide resistance to the user;
a processor executing the program;
a sensor for measuring a first angle of the user's first joint;
a motor driver circuit controlled by the processor; and
a motor electrically connected to the motor driver circuit
including,
The program is
measuring the first angle of the first joint of the user using the sensor;
determining a resistance level for the first joint based on the first angle;
determining a ratio between a time for controlling the motor driver circuit in a closed loop and a time for controlling the motor driver circuit in an open loop based on the determined resistance level; and
controlling the motor through the motor driver circuit based on the determined ratio
to do,
wearable devices.
제11항에 있어서,
상기 모터 드라이버 회로는 상기 비율에 기초하여 제어되는 적어도 하나의 스위치를 포함하는,
웨어러블 장치.
12. The method of claim 11,
wherein the motor driver circuit comprises at least one switch controlled based on the ratio;
wearable devices.
제11항에 있어서,
상기 비율은 PWM(pulse width modulation)으로 나타나고,
상기 사용자에게 제공되는 저항력은 상기 PWM의 반복적인 시간 구간 내에서 상기 모터 드라이버 회로가 폐 루프 또는 개 루프로 제어되는 상기 비율에 의해 조절되고,
상기 모터 드라이버 회로가 폐 루프로 제어되는 시간의 비율이 높을수록 상기 저항력이 증가하는,
웨어러블 장치.
12. The method of claim 11,
The ratio is represented by pulse width modulation (PWM),
The resistance provided to the user is regulated by the ratio that the motor driver circuit is controlled in a closed loop or an open loop within a repetitive time interval of the PWM,
The higher the percentage of time that the motor driver circuit is controlled in a closed loop, the higher the resistive force increases.
wearable devices.
제11항에 있어서,
상기 모터 드라이버 회로가 폐 루프로 제어된 상태에서 상기 모터는 상기 사용자에 의한 외력에 대해 발전기로서 동작하는,
웨어러블 장치.
12. The method of claim 11,
In a state in which the motor driver circuit is controlled in a closed loop, the motor operates as a generator against an external force by the user.
wearable devices.
제14항에 있어서,
상기 프로그램은,
상기 모터가 상기 발전기로서 동작하는 경우, 상기 발전기에 의해 생성된 에너지에 기초하여 상기 웨어러블 장치의 배터리를 충전하는 단계
를 더 수행하는,
웨어러블 장치.
15. The method of claim 14,
The program is
charging a battery of the wearable device based on energy generated by the generator when the motor operates as the generator
to do more,
wearable devices.
제11항에 있어서,
상기 프로그램은,
상기 사용자로부터 상기 웨어러블 장치를 제어하는 동작 모드로서 운동 모드를 수신하는 단계
를 더 수행하고,
상기 제1 각도에 기초하여 상기 제1 관절에 대한 저항 레벨을 결정하는 단계는,
상기 운동 모드 및 상기 제1 각도에 기초하여 상기 제1 관절에 대한 상기 저항 레벨을 결정하는 단계
를 포함하는,
웨어러블 장치.
12. The method of claim 11,
The program is
Receiving an exercise mode as an operation mode for controlling the wearable device from the user
do more,
Determining the resistance level for the first joint based on the first angle comprises:
determining the resistance level for the first joint based on the motion mode and the first angle
containing,
wearable devices.
제16항에 있어서,
상기 운동 모드로 설정된 경우, 상기 모터에는 상기 웨어러블 장치의 배터리에 의한 에너지가 제공되지 않는,
웨어러블 장치.
17. The method of claim 16,
When the exercise mode is set, the motor is not provided with energy by the battery of the wearable device,
wearable devices.
제11항에 있어서,
상기 프로그램은,
상기 사용자로부터 상기 웨어러블 장치를 제어하는 동작 모드로서 보조 모드를 수신하는 단계;
상기 보조 모드가 수신된 경우, 상기 제1 각도에 기초하여 상기 제1 관절에 대한 보조 토크 값을 계산하는 단계; 및
상기 보조 토크 값에 기초하여 상기 모터를 제어함으로써 상기 사용자에게 보조력을 제공하는 단계
를 더 수행하는,
웨어러블 장치.
12. The method of claim 11,
The program is
receiving an auxiliary mode as an operation mode for controlling the wearable device from the user;
calculating an assist torque value for the first joint based on the first angle when the assist mode is received; and
providing an assisting force to the user by controlling the motor based on the assisting torque value
to do more,
wearable devices.
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