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KR-20260061968-A - WEARABLE DEVICE AND METHOD OF OPERATING THE SAME

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Abstract

웨어러블 장치는 각도 센서를 통해 사용자의 고관절에 대한 각도를 획득하고, 상기 획득된 각도를 기초로 상기 고관절의 모션 상태에 대한 제1 상태 값을 획득하고, 상기 제1 상태 값을 기초로 상기 고관절의 각속도와 관련된 제2 상태 값을 획득하고, 상기 제1 상태 값을 기초로 상기 제2 상태 값의 적어도 하나의 가중치를 결정하고, 상기 제2 상태 값과 상기 적어도 하나의 가중치를 기초로 구동 모듈의 제어에 이용되는 토크 제어 값을 결정하고, 상기 토크 제어 값에 해당하는 토크가 상기 구동 모듈에 의해 출력되도록 상기 구동 모듈을 제어할 수 있다.

Inventors

  • 김동현
  • 김상훈
  • 박정훈
  • 신교욱
  • 이민형
  • 김용태

Assignees

  • 삼성전자주식회사

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241028

Claims (20)

  1. 웨어러블 장치(100; 500)에 있어서, 구동 모듈(112; 113; 400; 612; 613); 각도 센서(607; 609); 및 프로세싱 회로를 포함한 프로세서(601) 를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 각도 센서를 통해 사용자의 고관절에 대한 각도를 획득하고, 상기 획득된 각도를 기초로 상기 고관절의 모션 상태에 대한 제1 상태 값을 획득하고, 상기 제1 상태 값을 기초로 상기 고관절의 각속도와 관련된 제2 상태 값을 획득하고, 상기 제1 상태 값을 기초로 상기 제2 상태 값의 적어도 하나의 가중치를 결정하고, 상기 제2 상태 값과 상기 적어도 하나의 가중치를 기초로 상기 구동 모듈의 제어에 이용되는 토크 제어 값을 결정하고, 상기 토크 제어 값에 해당하는 토크가 상기 구동 모듈에 의해 출력되도록 상기 구동 모듈을 제어하는, 웨어러블 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 제1 상태 값의 절대 값이 작을수록 커지는 함수 값을 제공하는 제1 함수 및 상기 제1 상태 값에 기초하여, 상기 제2 상태 값에 적용할 제1 가중치를 결정하는, 웨어러블 장치.
  3. 제1항 내지 제2항 중 어느 하나에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 고관절의 제1 모션 방향일 때와 상기 고관절의 제2 모션 방향일 때 각각에서 다른 함수 값을 제공하는 제2 함수 및 상기 제1 상태 값에 기초하여, 상기 제2 상태 값에 적용할 제2 가중치를 결정하는, 웨어러블 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나에 있어서, 상기 프로세서는, 제1 함수를 통해 상기 제1 상태 값에 대응하는 제1 가중치를 결정하고, 제2 함수를 통해 상기 제1 상태 값에 대응하는 제2 가중치를 결정하고, 상기 제1 가중치와 상기 제2 가중치를 상기 제2 상태 값에 적용하여 상기 토크 제어 값을 결정하는, 웨어러블 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 고관절의 각속도와 관련된 제3 상태 값에 기초하여, 상기 토크 제어 값을 조정하는데 이용되는 조정 값을 계산하고, 상기 토크 제어 값에서 상기 조정 값을 차감하여 조정 토크 제어 값을 결정하고, 상기 조정 토크 제어 값에 해당하는 토크가 상기 구동 모듈에 의해 출력되도록 상기 구동 모듈을 제어하는, 웨어러블 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제3 상태 값은 상기 제2 상태 값 이후에 획득된 것이고, 상기 제2 상태 값의 획득과 상기 제3 상태 값의 획득 사이의 시간 차이는 토크 출력 시간과 관련된 시간 값에 기반하는, 웨어러블 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 제1 상태 값을 제1 버퍼에 저장하고 상기 제2 상태 값을 제2 버퍼에 저장하고, 시간 값만큼의 시간이 지연된 후 상기 제1 버퍼로부터 상기 제1 상태 값을 수신 및 상기 제2 버퍼로부터 상기 제2 상태 값을 수신하는, 웨어러블 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나에 있어서, 상기 구동 모듈은, 상기 토크를 출력하는 모터; 상기 토크를 전달하는 전달 부재; 상기 전달 부재로부터 전달 받은 토크를 기초로 회전하고, 상기 웨어러블 장치의 제1 케이블을 와인드(wind)하거나 언와인드(unwind)하는 제1 스풀; 및 상기 전달 부재로부터 전달 받은 토크를 기초로 상기 제1 스풀의 회전 방향과 반대 방향으로 회전하고, 상기 웨어러블 장치의 제2 케이블을 와인드하거나 언와인드하는 제2 스풀 을 포함하고, 웨어러블 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 구동 모듈은, 상기 토크 제어 값이 양수인 경우, 상기 제1 스풀을 이용하여 상기 제1 케이블을 와인드하고 상기 제2 스풀을 이용하여 상기 제2 케이블을 언와인드함으로써 제1 모션을 수행하는 상기 사용자에게 보조력을 제공하고, 상기 토크 제어 값이 음수인 경우, 상기 제1 스풀을 이용하여 상기 제1 케이블을 언와인드하고 상기 제2 스풀을 이용하여 상기 제2 케이블을 와인드함으로써, 제2 모션을 수행하는 상기 사용자에게 보조력을 제공하는, 웨어러블 장치.
  10. 웨어러블 장치(100; 500)에 있어서, 구동 모듈(112; 113; 400; 612; 613); 각도 센서(607; 609); 및 프로세싱 회로를 포함한 프로세서(601) 를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 각도 센서를 통해 사용자의 고관절에 대한 각도를 획득하고, 상기 획득된 각도를 기초로 상기 고관절의 모션 상태에 대한 제1 상태 값을 획득하고, 상기 제1 상태 값을 기초로 상기 고관절의 각속도와 관련된 제2 상태 값을 획득하고, 제1 함수와 상기 제1 상태 값을 기초로 상기 제2 상태 값의 제1 가중치를 결정하고, 제2 함수와 상기 제2 상태 값을 기초로 상기 제2 상태 값의 제2 가중치를 결정하고, 상기 제2 상태 값, 상기 제1 가중치, 및 상기 제2 가중치를 기초로 상기 구동 모듈의 토크 제어 값을 결정하고, 상기 토크 제어 값에 해당하는 토크가 상기 구동 모듈에 의해 출력되도록 상기 구동 모듈을 제어하는, 웨어러블 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 함수는 상기 제1 상태 값의 절대 값이 작을수록 커지는 함수 값을 제공하는 함수를 나타내고, 상기 제2 함수는 상기 고관절의 제1 모션 방향일 때와 상기 고관절의 제2 모션 방향일 때 각각에서 다른 함수 값을 제공하는 함수를 나타내는, 웨어러블 장치.
  12. 제10항 내지 제11항 중 어느 하나에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 고관절의 각속도와 관련된 제3 상태 값에 기초하여, 상기 토크 제어 값을 조정하는데 이용되는 조정 값을 계산하고, 상기 토크 제어 값에서 상기 조정 값을 차감하여 조정 토크 제어 값을 결정하고, 상기 조정 토크 제어 값에 해당하는 토크가 상기 구동 모듈에 의해 출력되도록 상기 구동 모듈을 제어하는, 웨어러블 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제3 상태 값은 상기 제2 상태 값 이후에 획득된 것이고, 상기 제2 상태 값의 획득과 상기 제3 상태 값의 획득 사이의 시간 차이는 토크 출력 시간과 관련된 시간 값에 기반하는, 웨어러블 장치.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 하나에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 제1 상태 값을 제1 버퍼에 저장하고 상기 제2 상태 값을 제2 버퍼에 저장하고, 시간 값만큼의 시간이 지연된 후 상기 제1 버퍼로부터 상기 제1 상태 값을 수신 및 상기 제2 버퍼로부터 상기 제2 상태 값을 수신하는, 웨어러블 장치.
  15. 제10항 내지 제14항 중 어느 하나에 있어서, 상기 구동 모듈은, 상기 토크를 출력하는 모터; 상기 토크를 전달하는 전달 부재; 상기 전달 부재로부터 전달 받은 토크를 기초로 회전하고, 상기 웨어러블 장치의 제1 케이블을 와인드(wind)하거나 언와인드(unwind)하는 제1 스풀; 및 상기 전달 부재로부터 전달 받은 토크를 기초로 상기 제1 스풀의 회전 방향과 반대 방향으로 회전하고, 상기 웨어러블 장치의 제2 케이블을 와인드하거나 언와인드하는 제2 스풀 을 포함하고, 웨어러블 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 구동 모듈은, 상기 토크 제어 값이 양수인 경우, 상기 제1 스풀을 이용하여 상기 제1 케이블을 와인드하고 상기 제2 스풀을 이용하여 상기 제2 케이블을 언와인드함으로써 제1 모션을 수행하는 상기 사용자에게 보조력을 제공하고, 상기 토크 제어 값이 음수인 경우, 상기 제1 스풀을 이용하여 상기 제1 케이블을 언와인드하고 상기 제2 스풀을 이용하여 상기 제2 케이블을 와인드함으로써, 제2 모션을 수행하는 상기 사용자에게 보조력을 제공하는, 웨어러블 장치.
  17. 웨어러블 장치(100; 500)의 동작 방법에 있어서, 각도 센서(607; 609)를 통해 사용자의 고관절에 대한 각도를 획득하는 동작; 상기 획득된 각도를 기초로 상기 고관절의 모션 상태에 대한 제1 상태 값을 획득하는 동작; 상기 제1 상태 값을 기초로 상기 고관절의 각속도와 관련된 제2 상태 값을 획득하는 동작; 상기 제1 상태 값을 기초로 상기 제2 상태 값의 적어도 하나의 가중치를 결정하는 동작; 상기 제2 상태 값과 상기 적어도 하나의 가중치를 기초로 상기 웨어러블 장치의 구동 모듈(112; 113; 400; 612; 613)의 토크 제어 값을 결정하는 동작; 및 상기 구동 모듈을 통해 상기 토크 제어 값에 해당하는 토크를 출력하는 동작 을 포함하는, 웨어러블 장치의 동작 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 적어도 하나의 가중치를 결정하는 동작은, 상기 제1 상태 값의 절대 값이 작을수록 커지는 함수 값을 제공하는 제1 함수 및 상기 제1 상태 값에 기초하여, 상기 제2 상태 값에 적용할 제1 가중치를 결정하는 동작 을 포함하는, 웨어러블 장치의 동작 방법.
  19. 제17항 내지 제18항 중 어느 하나에 있어서, 상기 적어도 하나의 가중치를 결정하는 동작은, 상기 고관절의 제1 모션 방향일 때와 상기 고관절의 제2 모션 방향일 때 각각에서 다른 함수 값을 제공하는 제2 함수 및 상기 제1 상태 값에 기초하여, 상기 제2 상태 값에 적용할 제2 가중치를 결정하는 동작 을 포함하는, 웨어러블 장치의 동작 방법.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 하나에 있어서, 상기 고관절의 각속도와 관련된 제3 상태 값에 기초하여, 상기 토크 제어 값을 조정하는데 이용되는 조정 값을 계산하는 동작; 상기 토크 제어 값에서 상기 조정 값을 차감하여 조정 토크 제어 값을 결정하는 동작; 및 상기 구동 모듈을 통해 상기 조정 토크 제어 값에 해당하는 토크를 출력하는 동작 을 포함하는, 웨어러블 장치의 동작 방법.

Description

웨어러블 장치 및 이의 동작 방법{WEARABLE DEVICE AND METHOD OF OPERATING THE SAME} 실시 예는 웨어러블 장치 및/또는 이의 동작 방법에 관한 것이다. 보조 장치(assistance device)는 사용자가 운동 또는 움직임을 수행할 수 있도록 도와주는 기구 또는 장치를 말할 수 있다. 보조 장치는 사용자의 신체에 착용될 수 있고 사용자가 운동 또는 움직임을 수행하는데 필요한 힘을 사용자에게 제공할 수 있다. 도 1은 일 실시 예에 따른 웨어러블 장치의 전면도이고, 사용자가 웨어러블 장치를 착용한 모습을 도시한다. 도 2는 일 실시 예에 따른 웨어러블 장치의 후면도이고, 사용자가 웨어러블 장치를 착용한 모습을 도시한다. 도 3은 일 실시 예에 따른 웨어러블 장치를 펼쳐 놓은 모습을 도시하는 도면이다. 도 4는 일 실시 예에 따른 웨어러블 장치의 구동 모듈 내부 모습을 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 5는 일 실시 예에 따른 웨어러블 장치의 측면도이고 사용자가 웨어러블 장치를 착용한 모습을 도시한다. 도 6은 일 실시 예에 따른 웨어러블 장치의 구성의 예시를 설명하는 블록도이다. 도 7, 도 8, 도 9, 도 10, 도 11, 및 도 12는 일 실시 예에 따른 웨어러블 장치의 동작의 예시를 설명하는 도면이다. 도 13은 일 실시 예에 따른 웨어러블 장치의 보조력에 대한 그래프를 설명하는 도면이다. 도 14는 일 실시 예에 따른 웨어러블 장치의 동작 방법의 예시를 설명하는 흐름도이다. 실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 실시예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다. 제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 도 1은 일 실시 예에 따른 웨어러블 장치의 전면도이고, 사용자가 웨어러블 장치를 착용한 모습을 도시한다. 도 2는 일 실시 예에 따른 웨어러블 장치의 후면도이고, 사용자가 웨어러블 장치를 착용한 모습을 도시한다. 도 3은 일 실시 예에 따른 웨어러블 장치를 펼쳐 놓은 모습을 도시하는 도면이다. 도 1, 도 2, 및 도 3을 참조하면, 일 실시 예에 따른 웨어러블 장치(100)는 사용자에 착용될 수 있다. 웨어러블 장치(100)는 사용자의 허리에 착용될 수 있다. 웨어러블 장치(100)는 사용자의 허벅지에 착용될 수 있다. 웨어러블 장치(100)는 사용자의 허벅지 또는 다리에 힘을 인가할 수 있다. 웨어러블 장치(100)는 사용자의 고관절의 움직임을 보조할 수 있다. 웨어러블 장치(100)는 사용자의 보행을 보조할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 웨어러블 장치(100)는 바디(11), 허리 벨트(121, 122), 고정 밴드(13), 전방 스트랩들(14-1, 14-2), 후방 스트랩들(15-1, 15-2), 허벅지 벨트들(16-1, 16-2), 전방 힘 전달 케이블들(17-1, 17-2), 힘 분산 케이블들(18-1, 18-2), 후방 힘 전달 케이블들(19-1, 19-2), 구동 모듈들(112, 113), 가이드(2), 및 지지 플레이트(31)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 바디(11)는 사용자의 허리를 지지할 수 있다. 예를 들어, 바디(11)는 사용자의 등쪽을 지지할 수 있다. 바디(11)는 내부에 수용 공간을 구비하는 바디 케이스(111)를 포함할 수 있다. 바디 케이스(111)에 구동 모듈들(112, 113)이 탈착 가능할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 구동 모듈들(112, 113) 각각은 서로 다른 케이블을 구동할 수 있다. 예를 들어, 제1 구동 모듈(112)은 전방 힘 전달 케이블(17-1) 및/또는 후방 힘 전달 케이블(19-1)을 구동할 수 있다. 제1 구동 모듈(112)은 제1 전방 힘 전달 케이블(17-1) 및/또는 제1 후방 힘 전달 케이블(19-1)에 장력을 인가할 수 있다. 제2 구동 모듈(113)은 제2 전방 힘 전달 케이블(17-2) 및/또는 제2 후방 힘 전달 케이블(19-2)을 구동할 수 있다. 제2 구동 모듈(113)은 제2 전방 힘 전달 케이블(17-2) 및/또는 제2 후방 힘 전달 케이블(19-2)에 장력을 인가할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 허리 벨트(121, 122)는 사용자의 허리를 감쌀 수 있다. 허리 벨트(121, 122)는 바디(11)의 일 측에 연결되는 제 1 허리 벨트(121)와 바디(11)의 타 측에 연결되는 제 2 허리 벨트(122)를 포함할 수 있다. 제 1 허리 벨트(121) 및 제 2 허리 벨트(122)는 사용자의 전방에서 서로 오버랩될 수 있다. 예를 들어, 제 1 허리 벨트(121) 및 제 2 허리 벨트(122)는 탈부착 가능할 수 있다. 예를 들어, 제 1 허리 벨트(121) 및 제 2 허리 벨트(122) 중 어느 하나의 표면에는 후크(hook)가 마련되고, 다른 하나의 표면에는 루프(loop)가 마련될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 고정 밴드(13)는 제 1 허리 벨트(121) 및 제 2 허리 벨트(122)를 지지할 수 있다. 고정 밴드(13)는 제 1 허리 벨트(121) 및 제 2 허리 벨트(122)의 결합력을 증가시킬 수 있다. 고정 밴드(13)는 제 1 허리 벨트(121) 및 제 2 허리 벨트(122)가 오버랩된 부분을 둘러쌀 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 전방 스트랩들(14-1, 14-2)은 허리 벨트(121, 122)와 허벅지 벨트들(16-1, 16-2)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 전방 스트랩(14-1)의 일 단은 제1 허리 벨트(121)에 연결될 수 있고, 타 단은 제1 허벅지 벨트(16-1)에 연결될 수 있다. 제2 전방 스트랩(14-2)의 일 단은 제2 허리 벨트(122)에 연결될 수 있고, 타 단은 제2 허벅지 벨트(16-2)에 연결될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 전방 스트랩들(14-1, 14-2) 각각은 사용자의 각 허벅지의 전면을 따라 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 전방 스트랩(14-1)은 사용자의 제1 허벅지(예: 왼쪽 허벅지)의 전면에 따라 배치될 수 있고, 제2 전방 스트랩(14-2)은 사용자의 제2 허벅지(예: 오른쪽 허벅지)의 전면에 따라 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 전방 스트랩들(14-1, 14-2) 각각은 탄성을 가질 수 있다. 전방 스트랩들(14-1, 14-2)은 탄성을 가질 수 있어 길이가 감소하더라도 구겨짐이 적게 발생할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 전방 스트랩들(14-1, 14-2) 각각은 내부에 전방 힘 전달 케이블들(17-1, 17-2) 각각을 수용할 수 있는 수용 공간을 구비할 수 있다. 제1 전방 스트랩(14-1)은 제1 전방 힘 전달 케이블(17-1)을 수용할 수 있는 수용 공간을 구비할 수 있고, 제2 전방 스트랩(14-2)은 제2 전방 힘 전달 케이블(17-2)을 수용할 수 있는 수용 공간을 구비할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 후방 스트랩들(15-1, 15-2)은 바디(11)와 허벅지 벨트들(16-1, 16-2)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 후방 스트랩(15-1)의 일 단은 바디(11)에 연결될 수 있고, 타 단은 허벅지 벨트(16-1)에 연결될 수 있다. 제2 후방 스트랩(15-2)의 일 단은 바디(11)에 연결될 수 있고, 타 단은 허벅지 벨트(16-2)에 연결될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 후방 스트랩들(15-1, 15-2) 각각은 사용자의 각 허벅지의 후면을 따라 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 후방 스트랩(15-1)은 사용자의 제1 허벅지(예: 왼쪽 허벅지)의 후면을 따라 배치될 수 있고, 제2 후방 스트랩(15-2)은 사용자의 제2 허벅지(예: 오른쪽 허벅지)의 후면을 따라 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 후방 스트랩들(15-1, 15-2) 각각은 탄성을 가질 수 있다. 후방 스트랩들(15-1, 15-2)은 탄성을 가질 수 있어 길이가 감소하더라도 구겨짐이 적게 발생할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 후방 스트랩들(15-1, 15-2) 각각은 내부에 후방 힘 전달 케이블들(19-1, 19-2) 각각을 수용하기 위한 수용 공간을 구비할 수 있다. 제1 후방 스트랩(15-1)은 제1 후방 힘 전달 케이블(19-1)을 수