WO2016182181A1 - 웨어러블 디바이스 및 웨어러블 디바이스의 피드백 제공 방법 - Google Patents

웨어러블 디바이스 및 웨어러블 디바이스의 피드백 제공 방법 Download PDF

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WO2016182181A1
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user
motion
signal
wearable device
feedback
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PCT/KR2016/002238
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안광덕
윤서영
정문식
문보석
이영은
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Samsung Electronics Co Ltd
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Samsung Electronics Co Ltd
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    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/017—Gesture based interaction, e.g. based on a set of recognized hand gestures

Definitions

  • the disclosed embodiments are related to a wearable device and a method for providing feedback of the wearable device.
  • HCI Human-Computer Interaction
  • the user's input method has traditionally used a device such as a keyboard and a mouse.
  • a user inputs by mapping a virtual input UI (User Interface) in a space and recognizes the user's motion. There is a way.
  • UI User Interface
  • the electronic device may provide feedback to the user regarding the above-described input process or the specific processing result.
  • the electronic device generates a vibration or sound to transmit the feedback to the user, or displays specific graphic elements on the display device to provide feedback to the user about input completion or a specific result.
  • a method and apparatus for transmitting a feedback signal to a body part corresponding to a motion of a user is provided to increase a physical usability, thereby providing a feedback device with improved realism.
  • a method of providing feedback of a wearable device may include detecting a motion of a user; Determining a body part to which a feedback signal is to be transmitted based on the detected motion of the user; Generating the feedback signal; And outputting the feedback signal, wherein the feedback signal is an electrical signal for stimulating the muscles of the body part.
  • a wearable device may include an electrode pad positioned on a body of a user; An input unit detecting the motion of the user; A controller configured to determine a body part to which a feedback signal is to be transmitted based on the detected user motion; And an output unit configured to output the feedback signal through an electrode pad positioned on the body part, wherein the feedback signal is an electrical signal for stimulating the muscle of the body part.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a method of transmitting a feedback signal according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a feedback providing method according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a feedback providing method according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 4A is a block diagram illustrating a wearable device according to an exemplary embodiment.
  • 4B is a diagram for describing a method of detecting a motion of a user using depth data and an EMG signal.
  • 4C is a diagram for describing a method of detecting a motion of a user using depth data and an EMG signal.
  • 5 is a view for explaining an example of the EMG signal generated when the muscle contraction and relaxation.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a wearable device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram for describing an electrode shape of a wearable device, according to another exemplary embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram for describing an electrode shape of a wearable device, according to another exemplary embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram for describing an electrode shape of a wearable device according to still another embodiment.
  • 10A and 10D are diagrams for explaining muscles associated with body parts to which a wearable device transmits a feedback signal.
  • FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a method of transmitting a feedback signal according to an exemplary embodiment.
  • 12A is a flowchart illustrating a method of outputting a feedback signal according to an exemplary embodiment.
  • 12B is a flowchart for describing a method of transmitting a feedback signal, according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining changing a user's operation by transmitting a feedback signal.
  • FIG. 14 is a view for explaining a smart garment according to an embodiment.
  • 15 is a view for explaining a smart garment according to another embodiment.
  • 16A is a flowchart illustrating a method of outputting a feedback signal according to an exemplary embodiment.
  • 16B is a flowchart illustrating a method of outputting a feedback signal according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 17 is a block diagram illustrating a wearable device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 18 is a block diagram illustrating a wearable device according to still another embodiment.
  • 19 is a flowchart for explaining that the wearable device detects a potential and detects movement of the musculoskeletal system.
  • a method of providing feedback of a wearable device may include detecting a motion of a user; Determining a body part to which a feedback signal is to be transmitted based on the detected motion of the user; Generating the feedback signal; And outputting the feedback signal, wherein the feedback signal is an electrical signal for stimulating the muscles of the body part.
  • a wearable device may include an electrode pad positioned on a body of a user; An input unit detecting the motion of the user; A controller configured to determine a body part to which a feedback signal is to be transmitted based on the detected user motion; And an output unit configured to output the feedback signal through an electrode pad positioned on the body part, wherein the feedback signal is an electrical signal for stimulating the muscle of the body part.
  • the wearable device 14 may detect a body of a user who performs a spatial input and transmit a feedback signal to the detected body part.
  • the smart glasses 12 detect the air conditioner 11.
  • the smart glasses 12 may track the eyes of the user to detect an electronic device that the user wants to control.
  • the smart glasses 12 display a control menu 13 for controlling the air conditioner 11.
  • the smart glasses 12 may display the control menu 13 for setting the temperature of the air conditioner 11.
  • the smart glasses 12 may display the control menu 13 on the space. Therefore, a user wearing the smart glasses 12 may view the control menu 13 through the smart glasses 12.
  • the user may touch the virtual screen.
  • the user may touch the virtual screen through the smart glasses 12 to perform an input.
  • the user may increase or decrease the temperature of the air conditioner 11 by touching a button displayed on the virtual screen.
  • the smart glasses 12 control the air conditioner 11 according to a user's input.
  • the smart glasses 12 may detect a user's motion used for input, recognize the user's motion as a control signal, and increase or decrease the temperature of the air conditioner 11.
  • the wearable device 14 provides a feedback signal to the user.
  • the wearable device 14 receives a motion of the user from the smart glasses 12 and transmits a feedback signal to the body part of the user according to the motion of the user.
  • the feedback signal may be an electrical signal for stimulating the muscles of the body part.
  • the smart glass 12 detects the index finger of the user and indicates that the index finger approaches a specific UI on the virtual screen.
  • An event can be detected by extracting a, and the detected event and depth value are transmitted to the wearable device 14 as a detection result.
  • wearable device 14 transmits an electrical signal to the muscle or muscle bundle associated with the user's index finger.
  • the wearable device 14 may provide electrical feedback as a musculoskeletal repulsive force that delivers electrical muscle stimulation to a muscle or a bundle of muscles, thereby contacting the user with a virtual menu.
  • the wearable device may provide physical feedback, such as completion or depth of input, to a user's motion or gesture.
  • the wearable device 100 may transmit an electrical signal to a feedback part according to a user's motion received from the electronic device 200.
  • the electronic device 200 detects a motion of the user.
  • the electronic device 200 may detect a user's motion using a camera, a depth camera, an infrared sensor, an ultrasonic sensor, a motion sensor, or the like.
  • the electronic device 200 may detect which finger a user inputs to a space, what kind of action the user takes, or the like.
  • the electronic device 200 transmits the detection result to the wearable device 100.
  • the wearable device 100 determines a feedback portion based on the detection result.
  • the feedback site represents part of the user's body.
  • the feedback portion may be a user's finger, fingertip, user's neck, back, knee, or the like used for input.
  • the wearable device 100 determines which part of the user's body to transmit the feedback signal to according to the user's motion.
  • the wearable device 100 may determine a feedback region based on a detection result received from the electronic device 200 and a measured surface electromyogram signal (hereinafter, referred to as an sEMG signal).
  • an sEMG signal a measured surface electromyogram signal
  • the wearable device 100 determines a feedback strength.
  • the feedback strength indicates the magnitude of the electrical signal that the wearable device 100 transmits to the user.
  • the wearable device 100 may set the feedback strength differently according to a user, an external environment such as current temperature and humidity, a user setting, or a learning result.
  • the wearable device 100 may set the feedback strength in consideration of at least two of a user, an external environment such as a current temperature and humidity, a user's setting, or a learning result.
  • the wearable device 100 determines a feedback direction.
  • the feedback direction indicates the direction of the electrical signal that the wearable device 100 transmits to the user.
  • the wearable device 100 may sequentially transmit electrical signals to a plurality of body parts.
  • the feedback direction indicates the direction of the electrical signal that is sequentially output.
  • the wearable device 100 may set the feedback direction differently according to a user, an external environment such as current temperature and humidity, a user setting, or a learning result.
  • the wearable device 100 may set the feedback direction in consideration of at least two of a user, an external environment such as a current temperature and humidity, a user's setting, or a learning result.
  • the wearable device 100 may determine a feedback period.
  • the feedback period may indicate a time interval during which the wearable device 100 outputs a feedback signal.
  • the feedback period may represent a pattern in which the wearable device 100 outputs a feedback signal.
  • the wearable device 100 may set a feedback period differently according to a user, an external environment such as current temperature and humidity, a user setting, or a learning result.
  • the wearable device 100 may set a feedback period in consideration of at least two of a user, an external environment such as a current temperature and humidity, a user's setting, or a learning result.
  • the wearable device 100 transmits an electrical signal to the feedback portion.
  • the wearable device 100 may generate an electrical muscle stimulus signal and emit a near stimulus signal through an electrode pad.
  • the electrode pad may be located on or attached to the body of the user.
  • the wearable device 100 transmits a feedback signal to the user according to the method determined in steps 230 to 260. In other words, the wearable device 100 transmits a feedback signal to the determined feedback portion at a determined intensity, direction, and period.
  • the feedback signal is determined in the order of determining the feedback area (step 230), determining the feedback strength (step 240), determining the feedback direction (step 250), and determining the feedback period (step 260).
  • the order of the steps 260 to 260 may be changed, and in some cases, the steps 230 to 260 may occur simultaneously.
  • the wearable device 100 may output an electrical signal according to a feedback result received from the electronic device 200.
  • the wearable device 100 determines all feedback methods, but in the flowchart of FIG. 3, the electronic device 200 determines a feedback method and transmits the feedback method to the wearable device 100. Therefore, in operation 370, the wearable device 100 outputs an electrical signal according to the received result.
  • Steps 310 to 360 of FIG. 3 are the same as steps 210 to 260 of FIG. 2. However, steps 301 to 360 are performed by the electronic device 200.
  • the electronic device 200 may determine the feedback method instead of the wearable device 100. Therefore, the wearable device 100 may be manufactured in a simpler form.
  • the wearable device 400 includes an input unit 410, a control unit 420, a communication unit 430, a storage unit 440, and an output unit 450.
  • the input unit 410 detects a user's motion.
  • the input unit 410 may detect the motion of the user by measuring the sEMG signal generated from the muscle of the user.
  • the input unit 410 may detect the motion of the user by photographing the motion of the user.
  • the input unit 410 may detect a user's motion using various sensors.
  • the input unit 410 may include a sensor unit 411, an ADC filter 412, and a camera 413.
  • the sensor unit 411 includes a temperature sensor, a humidity sensor, or an EMG signal measuring device.
  • the EMG signal measuring apparatus may include a conductive electrode, an inductive electrode, or the like, and measure an electrical signal generated from a muscle of a user.
  • the ADC filter 412 extracts only the activation signal of the user's muscle from the signal received from the conductive electrode or the inductive electrode, and converts the extracted signal into a digital signal.
  • the camera 413 photographs a user and outputs an image photographed by the controller 420.
  • the camera 413 may be a depth camera, and the depth camera may acquire depth information of the user.
  • the input unit 410 may extract the contour of the user by comparing the change of the depth value received from the depth camera, and track the change of the user's motion.
  • the input unit 410 may further include a sensor for tracking a wearing position of the wearable device 400.
  • the input unit 410 may further include an acceleration sensor, a gyro sensor, a motion sensor, an EMG sensor, an infrared sensor, or an ultrasonic sensor, and may detect a user's motion using the sensors.
  • the input unit 410 may detect a user's motion using signals received from two or more sensors. For example, the input unit 410 may detect the entire motion of the user by using the image photographed by the camera, and detect the detailed motion of the user by using the data detected by the EMG sensor.
  • the wearing position of the wearable device 400 may change with time. Therefore, the input unit 410 tracks the wearing position of the wearable device 400 using various sensors, and outputs the tracking result to the controller 420.
  • the controller 420 may operate and control the signal processing module, the electrode selection module, the signal generation module, the learning module, the wearing position determination module, and the ground control module.
  • the signal processing module, the electrode selection module, the signal generation module, the learning module, the wearing position determining module, and the ground control module may be stored in the storage unit 440.
  • the controller 420 may output the feedback signal to the user by controlling the output unit 450 based on the signal received from the input unit 410.
  • the control unit 420 not only outputs a feedback signal according to the user's motion, but also tracks the change in the tension of the user's muscle and uses the change in the tension as an input. Changes in muscle tension can be measured through measured sEMG signals. For example, the user may acquire an object virtually through a gesture in which the user holds an object displayed in the virtual space by hand. Subsequently, when the user's gesture is unchanged but the muscle tension is increased, the controller 420 determines that the user applies the grip force to the object, and executes an event in which the grip force is applied to the virtual object. Therefore, the controller 420 may detect the intention of the user through the sEMG signal, and may interact with the user by processing an event according to the intention of the user.
  • the controller determines a feedback method based on the signal received from the input unit 410.
  • the signal processing module may determine a body part to transmit the feedback signal, determine the strength of the feedback signal, determine the direction of the feedback signal, and determine a period of the feedback signal.
  • the controller selects an electrode to output the feedback signal based on the determined feedback method.
  • the electrode selection module may select at least one electrode or group of electrodes.
  • the electrode selection module may select an electrode pad to be turned on or off, or select an electrode to be turned on or off.
  • the signal generation module may generate a feedback signal through a predefined algorithm and a reference value.
  • the signal generation module may dynamically change the feedback signal based on the value calculated by the learning module.
  • the learning module calculates the strength, direction, period, etc. of the feedback signal suitable for the user based on the motion of the user received through the input unit 410 or the communication unit 430 and the data received from the reference DB 442.
  • the learning module transmits the calculated strength, direction, period, etc. data to the signal processing module.
  • the wearing position determining module determines a current wearing position by tracking a wearing position of the wearable device 400.
  • the wearing position determining module may control mechanisms for preventing the change of the wearing position.
  • the ground control module prevents the EMS signal from radiating to unintended body parts.
  • the ground control module keeps the ground around the electrodes from which the EMS signal is radiated.
  • the ground control module may output a signal to the ground electrodes around the electrodes from which the EMS signal is emitted such that the ground state is maintained around the electrodes from which the EMS signal is emitted.
  • the ground control module may output a signal to the ground electrodes to control on / off of the ground electrodes.
  • the communication unit 430 may receive a result of detecting the motion of the user from an electronic device other than the wearable device 400.
  • the communication unit 430 may transmit and receive data with other electronic devices using Ziabee, Wifi, Bluetooth, and the like.
  • the storage unit 440 may store a database 411 (hereinafter, referred to as a learning data DB) for the training data and a database unit 442 (the reference DB) for the reference under the control of the controller 420.
  • the training data DB 441 stores training data on usage characteristics and muscle activation of the user.
  • the training data DB 441 outputs the user's optimal EMS strength, EMS direction, EMS cycle, etc. to the controller 420.
  • the training data DB 441 stores the learned user-specific sensitivity and muscle activity.
  • the reference DB 442 provides the control unit 420 with standardized reference muscle activity.
  • the reference DB 442 may store the reference model based on the height, weight, and the like of the user.
  • the output 450 includes a DAC filter 451, a motor / pump 452, an EMS radiator 453, and an EMS canceller 454.
  • the DAC filter 451 converts the digital signal received from the controller 420 into an analog signal.
  • the motor / pump 452 controls the mechanism for preventing the change of the wearing position.
  • the EMS radiator 453 radiates an EMS signal through the electrode.
  • the EMS canceling unit 454 generates an activation pattern and a sequence of the ground electrode corresponding to the EMS radiating unit 453 to limit the emission of the EMS.
  • the EMS canceller 454 appropriately cancels the EMS signal based on the strength, the direction of the electrical signal emitted from the EMS radiator 453, and the type of muscle desired.
  • the EMS canceller 454 serves to limit the conduction signal propagated through the user's skin to and from the target muscles so as not to intrude into the range where the unwanted muscles are located. To control.
  • the wearable device 400 may detect depth of a user by receiving depth data from a synchronized device 500.
  • the companion device 500 is a device connected to the wearable device 400 by wireless or wired.
  • the companion device 500 may receive data from the wearable device 400 or transmit data to the wearable device 400.
  • the companion device 500 includes a depth camera 510, a controller 520, and a communicator 530.
  • the depth camera 510 photographs a user to generate depth data.
  • the depth data is output to the controller 520, and the depth data is transmitted to the wearable device 400 through the communication unit 530.
  • the depth camera 510 may use a time of flight (TOF) method and a pattern deformation capture method.
  • the TOF method calculates the depth by identifying the phase difference of the reflected wave.
  • the depth camera 510 may use infrared rays. In an environment where infrared rays are strongly incident, a recognition rate of the depth camera 510 may be lowered. Therefore, the wearable device 400 may detect the motion of the user using not only the depth data but also the sEMG signal measured by the input unit 410.
  • the wearable device 400 may use the EMG signal to compensate for the depth data on a portion where the depth measurement by the depth camera 510 is unstable.
  • the input unit 410 may measure an EMG signal by using an electrode pad positioned on a user's local musculoskeletal system.
  • the wearable device 400 may estimate the movement of the musculoskeletal system of the user by filtering the sEMG signal and extracting the intensity of the pattern or the signal of the sEMG. Therefore, the wearable device 400 may detect the motion of the user by supplementing the depth data based on the estimated movement.
  • the controller 420 detects the motion of the user using the input data and the depth data received from the input unit 410.
  • the controller 420 may detect the entire motion of the user by using the depth data, and detect the detailed motion of the user by using the input data.
  • the controller 420 may extract the contour of the user through the depth data and track the change of the exercise state.
  • the input data may be an EMG signal, and the controller 420 may detect the motion by analyzing the EMG signal. Since the controller 420 uses the depth data and the input data, the controller 420 may detect the motion of the user more precisely.
  • the companion device 500 performs an operation using input data and depth data, and outputs an operation result to the wearable device 400.
  • the operation result may indicate a motion of the user.
  • the companion device 500 detects a user's motion using the input data and the depth data, and outputs the detection result to the wearable device 400.
  • the wearable device 400 may measure the sEMG signal generated by the movement of the muscle of the user, and transmit the sEMG signal to the companion device 500.
  • the companion device 500 may supplement depth data or provide additional information by using the received sEMG signal.
  • the companion device 500 may track a change in a user's exercise state or posture by analyzing a pattern of the sEMG signal or a change in the sEMG signal. Alternatively, the companion device 500 may analyze the pattern of the sEMG signal or track the change in the exercise state or posture of the user by comparing the change of the sEMG signal with a reference.
  • the controller 520 receives depth data from the depth camera 510 and receives input data from the wearable device 400.
  • the controller 520 performs an operation using the depth data and the input data, and outputs the operation result to the wearable device 400 again. Accordingly, the wearable device 400 does not need to perform an operation and may control the output unit 450 to output a feedback signal according to the received operation result.
  • the wearable device 400 may detect a user's motion through a position and a pattern at which the EMG signal is measured. In addition, the wearable device 400 may induce contraction or relaxation of the muscle 20 by transmitting a signal having the same pattern as the EMG signal 21 and the EMG signal 22.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a wearable device according to an exemplary embodiment.
  • the wearable device 600 may be worn on a wrist.
  • the wearable device 600 may include a velcro 620 and an electrode pad 610.
  • the user may fix the wearable device 600 to the wrist of the user using the Velcro 620.
  • the user fixes the wearable device 600 such that the electrode pad 610 contacts the skin.
  • the electrode pad 610 When the user wears the wearable device 600, the electrode pad 610 is in contact with the user's body. In addition, when the user wears the wearable device 600 on the wrist, the electrode pad 610 is located at a portion where the muscles of the finger split. Therefore, the wearable device 600 may output the EMS signal to the muscle of the finger to which the feedback signal is to be transmitted.
  • 6 illustrates a case in which the wearable device 600 is worn on the wrist, for example, the wearable device 600 may be worn on each part of the user's body such as a finger, a shoulder, and a thigh. Therefore, the wearable device 600 may be worn on a body part to which the feedback signal is to be transmitted, and may transmit the feedback signal according to a user's motion.
  • the electrode pad 610 may detect an EMG signal generated according to a user's motion.
  • the electrode pad 610 may detect an EMG signal generated in the body through the electrodes 611. Therefore, the wearable device 600 may detect the motion of the user according to the position of the electrode 611 that detects the EMG signal.
  • the electrode pad 610 includes electrodes 611 for outputting an EMS signal to a wrist of a user.
  • the electrode pad 610 includes a plurality of electrodes 611.
  • the electrodes 611 may vary in distribution, shape, size, etc. according to muscles.
  • the electrode pad 610 may be used for both input and output of a signal.
  • the wearable device 600 may output an EMS signal or receive an EMG signal through the electrode pad 610.
  • the wearable device 600 may transmit a feedback signal for each finger.
  • the electrode pad 610 may output an EMS signal through some of the electrodes 611 of the plurality of electrodes 611.
  • the wearable device 600 determines a finger to transmit the EMS signal, and determines an electrode 611 in contact with the determined muscle of the finger.
  • the wearable device 600 outputs an EMS signal through the determined electrode 611.
  • the shape of the electrode pad 610 may be changed to facilitate contact with the user's body.
  • the electrode pad 610 may be manufactured in a different form or may include different types of electrodes 611 according to a part to be located on the body. .
  • the electrode pad 610 may be manufactured to be attached to a body.
  • the wearable device 600 may detect a user's motion to detect a finger used by the user for space input, and may transmit a feedback signal to a used finger or a muscle connected to the used finger.
  • the position where the EMG signal is generated, the shape of the EMG signal, and the strength of the EMG signal vary according to the user's motion. Therefore, the wearable device 600 may detect the motion of the user according to the sensed EMG signal.
  • the wearable device 600 selects an electrode 611 to output a feedback signal according to a user's motion, and outputs a feedback signal (ie, an electrical signal) to the selected electrode 611.
  • the wearable device 600 may output a feedback signal to the plurality of electrodes 611, and differently set a time point, a duration, and the like to output an electrical signal to the plurality of electrodes 611.
  • FIG. 7 is a diagram for describing an electrode shape of a wearable device, according to another exemplary embodiment.
  • the wearable device 600 further includes a ground electrode 630.
  • the ground electrode 630 is formed around the electrode pad 610.
  • the ground electrode 630 prevents the EMS signal output to the electrode pad 610 from being radiated to the surroundings.
  • FIG. 8 is a diagram for describing an electrode shape of a wearable device, according to another exemplary embodiment; FIG. Referring to FIG. 8, the wearable device 600 may include a plurality of electrode pads 610. The plurality of electrode pads 610 may be electrically separated by the ground electrodes 630. The electrode pad 610 may be rectangular. The wearable device 600 may determine an electrode pad 610 to output the EMS signal, and may determine which electrode 611 of the electrodes 611 included in the determined electrode pad 610 to output the EMS signal. .
  • FIG. 9 is a diagram for describing an electrode shape of a wearable device, according to another exemplary embodiment.
  • the wearable device 600 may include polygonal electrode pads 610. 9 illustrates an example of a hexagonal electrode pad 610, but the electrode pad 610 may have various shapes such as a pentagon, a heptagon, and a circle. Each hexagonal electrode pad 610 is surrounded by a ground electrode 630.
  • FIGS. 10A and 10D are diagrams for explaining muscles associated with body parts to which a wearable device transmits a feedback signal.
  • the wearable device 600 may output a feedback signal so that the thumb, the index finger, the middle finger, the little finger, and the like may feel a physical repulsion.
  • FIG. 10A is a view for explaining muscles associated with the thumb
  • FIG. 10B is a view for explaining muscles associated with the index finger
  • FIG. 10C is a view for explaining muscles associated with the middle finger
  • FIG. 10D is a pinky finger. Figure for explaining the muscles associated with.
  • the wearable device 600 detects a user's motion and determines whether the user performs a space input using a finger, a thumb, a middle finger, or a little finger. For example, when the wearable device 600 determines that the user performs a space input using the thumb, the wearable device 600 may transmit a feedback signal to one of the muscles for making the thumb feel a physical repulsion.
  • the wearable device 600 may transmit a feedback signal to muscles related to the thumb, index finger, middle finger, and pinkie movement shown in FIGS. 10A to 10D to make the finger feel a physical repulsion.
  • the wearable device 600 may select an electrode located in contact with or around muscles associated with the movement of a finger and output an EMS signal to the selected electrode.
  • the wearable device 600 may determine the strength, direction, or period of the EMS signal according to the user, and output the EMS signal according to the determined strength, direction, or period.
  • 10A and 10D illustrate examples of outputting a feedback signal to muscles associated with the movement of a finger.
  • the wearable device 600 inputs a space.
  • the user may feel a physical repulsion.
  • the sub-large feedback device 1110 or the coated feedback device 1120 may determine whether the motion of the user matches the reference motion, and may transmit a feedback signal to a body part that does not match according to the determination result.
  • the sub-large feedback device 1110 or the sheathed feedback device 1120 is an example of a wearable device.
  • the sub-large feedback device 1110 or the sheathed feedback device 1120 may directly detect a user's motion or receive motion detected from electronic devices located near the user.
  • the sub-large feedback device 1110 or the sheathed feedback device 1120 may detect the motion of the user through the input unit.
  • the sub-large feedback device 1110 or the sheathed feedback device 1120 may detect the motion of the user through the EMG signal received through the electrodes.
  • the sub-large feedback device 1110 or the coated feedback device 1120 may include an electrode pad positioned on a user's body, and may detect an EMG signal through electrodes included in the electrode pad.
  • the control unit of the sub-large feedback device 1110 or the cover-type feedback device 1120 may detect the motion of the user through the part of the body where the EMG signal is measured, the strength of the EMG signal, the shape of the EMG signal, and the like.
  • the sub-large feedback device 1110 or the coated feedback device 1120 may detect a user's motion through a depth image captured by the depth camera of the companion device.
  • the depth camera may acquire a depth image by measuring a distance between each body part of the user and the depth camera according to the user's motion. If the user's motion is different, the distance between the respective body parts of the user and the depth camera is different.
  • the depth camera may acquire a depth image whenever the user's motion is changed.
  • the sub-large feedback device 1110 or the cover-type feedback device 1120 may receive a depth image from the companion device.
  • the control unit of the sub-large feedback device 1110 or the cover-type feedback device 1120 may detect the motion of the user through the received depth image.
  • the companion device may transmit a result of detecting the motion of the user through the depth image to the sub-large feedback device 1110 or the coated feedback device 1120.
  • the companion device may be a separate device located in front of the user.
  • the companion device may be wirelessly or wiredly connected to the sub-large feedback device 1110 or the coated feedback device 1120 to transmit / receive data with the sub-large feedback device 1110 or the coated feedback device 1120.
  • the sub-large feedback device 1110 or the cover-type feedback device 1120 may compare the motion of the user with the reference motion, or receive a comparison result from the companion device.
  • the sub-large feedback device 1110 or the sheathed feedback device 1120 determines a body part different from a user's motion and a reference motion.
  • the sub-large feedback device 1110 or the coated feedback device 1120 may calculate an error between the motion of the user and the reference motion by calculating a difference between the position coordinates of the feature points of the user's motion and the reference motion.
  • the sub-large feedback device 1110 or the sheathed feedback device 1120 determines the body part to transmit the electrical signal through the calculated error.
  • the sub-large feedback device 1110 or the sheathed feedback device 1120 outputs an electrical signal for stimulating the determined body part.
  • the electric signal can be transmitted to the body part determined according to the error of the user's motion and the reference motion or the surrounding muscles of the determined body part, and the electric signal is output to reduce the error of the user's motion and the reference motion. Correct.
  • the sub-large feedback device 1110 or the sheathed feedback device 1120 may output an electrical signal so that the error is reduced. Alternatively, the sub-large feedback device 1110 or the sheathed feedback device 1120 may output an electrical signal until the error becomes zero.
  • the sub-large feedback device 1110 or the sheathed feedback device 1120 can update the error by re-detecting the user's motion while outputting the electrical signal, and through the electrode pad until the error is zero. Output an electrical signal.
  • the sub-large feedback device 1110 or the coated feedback device 1120 may output an electric signal until an error is smaller than a preset threshold. Since the motion of the user and the reference motion cannot be perfectly matched, the sub-large feedback device 1110 or the sheathed feedback device 1120 may set a threshold value and output an electric signal until the error is smaller than the threshold value. have.
  • the threshold can be set to a threshold that does not need to provide feedback even if the error is not zero.
  • the wearable device may provide feedback to the user by comparing the motion of the user with a reference motion.
  • the wearable device detects a motion of a user.
  • the wearable device may detect the motion of the user using the sensors.
  • the wearable device may receive body information of the user from the user or directly scan the body of the user to obtain body information.
  • the body information means information such as height, appearance, and weight of the user.
  • the wearable device measures the body ratio of the user.
  • the wearable device may detect the user's feature points (eg, neck, left elbow, right knee, etc.) and measure the user's body ratio through the distance of the feature points.
  • feature points eg, neck, left elbow, right knee, etc.
  • the wearable device determines whether the motion of the user matches the reference motion. If the user motion and the reference motion match, the step ends, otherwise proceeds to step 1230.
  • the user can select a reference motion.
  • the wearable device may scan a user's body, determine a reference model most similar to the user's body, and select a motion most similar to the user's motion among the motions of the reference model.
  • the wearable device may compare the selected motion with the motion of the user. You can compare your body motion to that of your reference model.
  • the wearable device may compare the feature points of the reference model with the feature points of the user's body.
  • the wearable device may calculate a difference value of the feature points.
  • the wearable device matches a user's body with a reference model, and stores a change amount of each feature point in a table to obtain a change amount of the user's body.
  • the wearable device provides feedback.
  • the wearable device transmits a feedback signal to the user if the motion of the user does not match the reference motion.
  • the wearable device may transmit a feedback signal to a body part in which the motion of the user and the reference motion do not match, and provide the user with feedback on which body part does not match the reference motion.
  • the wearable device provides feedback and proceeds to step 1210.
  • the wearable device may provide feedback until it is determined that the motion of the user matches the reference motion.
  • 12B is a flowchart for describing a method of transmitting a feedback signal, according to an exemplary embodiment.
  • the companion device acquires a depth image through a depth camera.
  • the companion device may acquire a depth image by photographing a user at a set period.
  • the companion device may detect a user's motion using not only a depth camera but also various sensors and cameras.
  • the wearable device receives a depth image from the companion device.
  • the wearable device detects the motion of the user through the depth image, and calculates an error between the motion of the user and the reference motion.
  • the wearable device determines whether an error has occurred.
  • the wearable device may determine whether an error occurs for each body part.
  • the wearable device determines an electrode located on a body part in which an error occurs.
  • the wearable device outputs an electrical signal to the determined electrode.
  • the wearable device may output an EMS signal through an electrode to provide a feedback signal to a user.
  • the steps 1201 to 1206 are repeated, and if the user motion and the reference motion match, the step ends.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining changing a user's operation by transmitting a feedback signal.
  • the user's motion may not be accurate.
  • the degree of contraction or relaxation of the user's muscles may be different from the reference motion.
  • the wearable device determines whether the user's operation is correct and transmits a feedback signal to the user.
  • the wearable device may detect a yoga motion of the user through a depth image.
  • the companion device may be positioned in front of the user to acquire a depth image by capturing a yoga motion of the user, and the companion device may transmit the depth image to the wearable device.
  • the wearable device detects the yoga motion of the user through the depth image and compares the yoga motion with the reference motion to determine whether the yoga motion of the user is correct.
  • the wearable device may detect the yoga motion of the user through an electric signal detected through an electrode pad positioned on the body of the user, or may detect the yoga motion of the user by combining the depth image and the electrical signal.
  • the wearable device compares the detected yoga motion with the reference motion to determine whether the user's motion is correct. For example, the direction in which the user's back is bent may be opposite to the reference motion, and the wearable device may determine the user's back as the body part to which the feedback signal is to be transmitted. Alternatively, the operation of the user's leg or arm may be different from the reference operation, and the wearable device may determine the leg or the arm as the body part to which the feedback signal is to be transmitted.
  • the wearable device may change a user's operation by transmitting a feedback signal to positions 1 to 3.
  • the wearable device transmits a feedback signal to positions 1 to 3.
  • the wearable device may transmit a feedback signal to positions 1 to 3 until the user changes his posture to operation B indicated by a dotted line.
  • the wearable device may determine the direction of the feedback signal from 1 to 3 and reduce the magnitude of the feedback signal from 1 to 3.
  • the user performs a yoga action, but may be used in other sports events requiring posture correction or games requiring body movement.
  • the smart garment 1700 may include a plurality of feedback devices 1710.
  • the smart garment 1700 may detect the motion of the user by measuring the EMG signal through the feedback device 1710.
  • the smart garment 1700 may detect the motion of the user through the position of the feedback device 1710 in which the EMG signal is measured and the pattern of the EMG signal.
  • the feedback devices 1710 may be located inside the smart garment 1700 in a circle. Thus, the feedback devices 1710 are in contact with the user's body.
  • the smart garment 1700 may transmit a feedback signal to a desired body part through the feedback device 1710.
  • the feedback device 1710 may generate an EMS signal and output an EMS signal to a user through an electrode.
  • the feedback device 1710 may be a plurality of electrode pads, and the electrode pad may include at least one electrode.
  • the smart garment 1700 may determine an electrode pad to output a feedback signal, and activate only the determined electrode pad.
  • the smart garment 1700 may output a feedback signal to the activated electrode pad.
  • the smart garment 1700 may output the feedback signal to only some of the plurality of electrodes included in one electrode pad to more accurately output the feedback signal.
  • the smart garment 1800 may include a plurality of feedback devices 1810, and the feedback devices 1810 may be located inside the smart garment 1800 in a horizontal, vertical, or grid form.
  • the feedback device 1810 may be an electrode pad, and the electrode pad may include a plurality of electrodes.
  • the electrode pad is illustrated as a quadrangle, but the electrode pad may have various shapes such as a circle and a polygon.
  • the smart garment 1800 may determine an electrode pad or an electrode to output a feedback signal, and activate only the determined electrode pad or the electrode.
  • the smart garment 1800 may output the feedback signal to the activated electrode pad or the electrode to more precisely output the feedback signal.
  • 16A is a flowchart illustrating a method of outputting a feedback signal according to an exemplary embodiment.
  • the wearable device detects a motion of the user.
  • the wearable device may directly detect a user's motion using a sensor. Also, the wearable device may receive a detection result from another electronic device.
  • the wearable device determines a body part to which the feedback signal is to be transmitted based on the motion of the user.
  • the wearable device determines a body part used by the user for spatial input, or determines a body part having an error between the user's motion and the reference motion.
  • the wearable device transmits a feedback signal to the determined body part.
  • the wearable device may transmit vibration, sound, or electrical signals to the determined body part.
  • 16B is a flowchart illustrating a method of outputting a feedback signal according to an exemplary embodiment.
  • the wearable device measures an EMG signal through an electrode pad. Depending on the user's motion, an EMG signal is generated from the muscles.
  • the electrode pad may detect the EMG signal and transmit the detected EMG signal to the control unit of the wearable device.
  • the wearable device analyzes the position and pattern at which the EMG signal is measured.
  • the wearable device determines which electrode pad the EMG signal is measured, and analyzes the pattern of the measured EMG signal.
  • the wearable device may predict the motion of the user based on the analysis result.
  • the wearable device determines a body part to transmit an EMS signal.
  • the wearable device determines which body part to provide an EMS signal to the user according to the user's motion.
  • step 1904 the wearable device determines an electrode pad located on the determined body part.
  • the wearable device activates the determined electrode pad.
  • the wearable device may activate only some of the electrodes included in the electrode pad.
  • the wearable device outputs an EMS signal to the determined electrode pad.
  • the wearable device may determine the strength, pattern, and time of the EMS signal and output the EMS signal of the determined strength and pattern to the electrode pad for the determined time.
  • the wearable device 2000 includes an input unit 2010, a processor 2020, an output unit 2030, and an electrode pad 2040.
  • the input unit 2010 may detect a motion of a user using sensors.
  • the input unit 2010 may capture a motion of the user or measure a signal generated from the muscle of the user.
  • the input unit 2010 may detect an EMG signal from an electrode located on a user's body, and detect a motion of the user by analyzing a body part where the EMG signal is detected and a pattern of the EMG signal.
  • the processor 2020 determines a body part to which the feedback signal is to be transmitted based on the motion of the user.
  • the processor 2020 may determine a body part used by the user for space input. Alternatively, the processor 2020 may compare the reference motion with the motion of the user received from the input unit 2010 to determine a body part to which the feedback signal is to be transmitted.
  • the processor 2020 outputs a feedback signal to a muscle or a bundle of muscles connected to the determined body part, so that the determined body part can sense the repulsive force.
  • the processor 2020 may calculate an error between the motion of the user and the reference motion, and may output the feedback signal to the determined body part by controlling the output unit 2030 until the error is less than or equal to the threshold value.
  • the processor 2020 may determine the strength, direction, and period of the feedback signal.
  • the processor 2020 may determine the strength, direction, and period based on the stored learning data for each user.
  • the output unit 2030 transmits a feedback signal to the determined body part.
  • the output unit 2030 may output an electrical signal for stimulating the muscle of the determined body part to the electrode pad 2040 positioned on the determined body.
  • the output unit 2030 may generate an EMS signal and transmit the EMS signal to the body through the electrode pad 2040.
  • the output unit 2030 When the output unit 2030 outputs a feedback signal, the output unit 2030 outputs power to the ground electrode around the electrode where the feedback signal is output, thereby preventing the feedback signal from being radiated to another electrode or muscle.
  • the electrode pad 2040 includes at least one polygonal electrode pad and a ground electrode.
  • the polygonal electrode pad may be enclosed by the ground electrode.
  • the polygonal electrode pad may be hexagonal, but may have various shapes in addition to the hexagon.
  • the electrode pad 2040 may be in contact with or located on the body and may be attached to the inside of the garment.
  • the electrode pad 2040 may be connected to the input unit 2010 and the output unit 2030 through a switch 2050.
  • the input unit 2010 may receive an EMG signal through the electrode pad 2040.
  • the output unit 2030 may output an EMS signal through the electrode pad 2040. Therefore, the electrode pad 2040 may be used both at the time of input and output of a signal, and the input unit 2010 and the output unit 2030 may share the electrode pad 2040.
  • 19 is a flowchart for explaining that the wearable device detects a potential and detects movement of the musculoskeletal system.
  • the wearable device 2000 switches modes. Among the input mode and the output mode, the wearable device 2000 switches the electrode pad 2040 to the input mode and connects the input unit 2010 and the electrode pad 2040.
  • the input unit 2010 maintains a standby state until an electric potential is detected.
  • the input unit 2010 determines whether an active potential is detected.
  • the input unit 2010 determines whether the measured data exceeds a threshold. In other words, the input unit 2010 determines whether the measured potential exceeds the threshold.
  • step 2250 the processor 2020 detects the movement of the local musculoskeletal system by detecting the pattern of the measured potential.
  • step 2270 the processor 2020 detects the momentum and the vector using the measurement data.
  • step 2280 the processor 2020 detects the pattern of the measured potential.
  • processor 2020 integrates the data to detect movement of the entire musculoskeletal system.
  • the processor 2020 detects motion of the entire musculoskeletal system by integrating momentum, vectors and dislocation patterns.
  • the wearable device 2000 transmits a detection result to another device such as the companion device 500.
  • the wearable device 2000 transmits a result of detecting the movement of the local musculoskeletal system and the movement of the entire musculoskeletal system to another device.
  • the wearable device 2000 transmits a detection result to another device, the wearable device 2000 receives measurement data from another device and uses the detection result and the received measurement data to determine a user's ability. Motion can be detected.
  • a wearable device may transmit a feedback signal to a body part used by a user for input.
  • a wearable device may transmit an electrical signal to a body part used when a user inputs a space.
  • a wearable device may compare an operation of a user with a reference motion and transmit an electrical signal to a body part.
  • a device may include a processor, a memory for storing and executing program data, a permanent storage such as a disk drive, a communication port for communicating with an external device, a touch panel, a key, a button, and the like. Interface devices and the like.
  • Methods implemented by software modules or algorithms may be stored on a computer readable recording medium as computer readable codes or program instructions executable on the processor.
  • the computer-readable recording medium may be a magnetic storage medium (eg, read-only memory (ROM), random-access memory (RAM), floppy disk, hard disk, etc.) and an optical reading medium (eg, CD-ROM). ) And DVD (Digital Versatile Disc).
  • the computer readable recording medium can be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.
  • the medium is readable by the computer, stored in the memory, and can be executed by the processor.
  • This embodiment can be represented by functional block configurations and various processing steps. Such functional blocks may be implemented in various numbers of hardware or / and software configurations that perform particular functions.
  • an embodiment may include an integrated circuit configuration such as memory, processing, logic, look-up table, etc. that may execute various functions by the control of one or more microprocessors or other control devices. You can employ them.
  • the present embodiment includes various algorithms implemented in C, C ++, Java (data structures, processes, routines or other combinations of programming constructs). It may be implemented in a programming or scripting language such as Java), an assembler, or the like.
  • the functional aspects may be implemented with an algorithm running on one or more processors.
  • the present embodiment may employ the prior art for electronic configuration, signal processing, and / or data processing.
  • Terms such as “mechanism”, “element”, “means” and “configuration” can be used widely and are not limited to mechanical and physical configurations. The term may include the meaning of a series of routines of software in conjunction with a processor or the like.
  • connection or connection members of the lines between the components shown in the drawings by way of example shows a functional connection and / or physical or circuit connections, in the actual device replaceable or additional various functional connections, physical It may be represented as a connection, or circuit connections.

Landscapes

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Abstract

개시된 일 실시 예에 따른 웨어러블 디바이스의 피드백 제공 방법은 사용자의 모션을 검출하는 단계; 상기 검출된 사용자의 모션을 기초로 피드백 신호를 전달할 신체 부위를 결정하는 단계; 상기 피드백 신호를 생성하는 단계; 및 상기 피드백 신호를 출력하는 단계를 포함하고, 상기 피드백 신호는 상기 신체 부위의 근육을 자극하기 위한 전기 신호인 것을 특징으로 한다.

Description

웨어러블 디바이스 및 웨어러블 디바이스의 피드백 제공 방법
개시된 실시 예들은 웨어러블 디바이스 및 웨어러블 디바이스의 피드백 제공 방법에 관한 것이다.
HCI(Human-Computer Interaction)에서 사용자의 입력 방식은 전통적으로 키보드, 마우스와 같은 디바이스가 사용되어 왔으며 최근에는 공간 상에 가상의 입력 UI(User Interface)를 mapping하여 사용자의 동작을 인지함으로써 입력을 수행하는 방법이 있다.
상술한 형태의 입력 과정 내지 특정한 처리 결과에 대하여 전자장치는 사용자에게 피드백을 제공할 수 있다. 전자 장치는 사용자에게 피드백의 전달을 위하여 진동 혹은 소리를 발생시키거나 특정한 그래픽 요소를 화면표시장치를 통해 표시함으로써 사용자에게 입력이 완료되었거나 특정한 결과에 대해 피드백을 제공한다.
사용자의 모션에 대응되는 신체 부위에 피드백 신호를 전달하는 방법 및 장치를 제공하여 물리적 사용감을 증가시켜 실제감이 향상된 피드백 장치를 제공하는데 있다.
일 실시 예에 따른 웨어러블 디바이스의 피드백 제공 방법은 사용자의 모션을 검출하는 단계; 상기 검출된 사용자의 모션을 기초로 피드백 신호를 전달할 신체 부위를 결정하는 단계; 상기 피드백 신호를 생성하는 단계; 및 상기 피드백 신호를 출력하는 단계를 포함하고, 상기 피드백 신호는 상기 신체 부위의 근육을 자극하기 위한 전기 신호이다.
일 실시 예에 따른 웨어러블 디바이스는 사용자의 신체 상에 위치하는 전극 패드; 상기 사용자의 모션을 검출하는 입력부; 상기 검출된 사용자의 모션을 기초로 피드백 신호를 전달할 신체 부위를 결정하는 제어부; 및 상기 신체 부위 상에 위치하는 전극 패드를 통해 상기 피드백 신호를 출력하는 출력부를 포함하고, 상기 피드백 신호를 상기 신체 부위의 근육을 자극하기 위한 전기 신호이다.
도 1은 일 실시 예에 따른 피드백 신호를 전달하는 방법을 설명하기 위한 개요도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 피드백 제공 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 피드백 제공 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4a는 일 실시 예에 따른 웨어러블 디바이스를 설명하기 위한 구성도이다.
도 4b는 깊이 데이터와 EMG 신호를 이용하여 사용자의 모션을 검출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4c는 깊이 데이터와 EMG 신호를 이용하여 사용자의 모션을 검출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 근육의 수축 및 이완 시 발생하는 EMG 신호의 예를 설명하는 도면이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 웨어러블 디바이스를 설명하기 위한 개요도이다.
도 7은 또 다른 실시 예에 따른 웨어러블 디바이스의 전극 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 또 다른 실시 예에 따른 웨어러블 디바이스의 전극 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 또 다른 실시 예에 따른 웨어러블 디바이스의 전극 형태를 설명하기 위한 도면이다..
도 10a-10d는 웨어러블 디바이스가 피드백 신호를 전달할 신체 부위와 관련된 근육을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일 실시 예에 따른 피드백 신호를 전달하는 방법을 설명하기 위한 개요도이다.
도 12a는 일 실시 예에 따른 피드백 신호 출력 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 12b는 일 실시 예에 따른 피드백 신호를 전달하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 13은 피드백 신호를 전달하여 사용자의 동작을 변화시키는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 일 실시 예에 따른 스마트 의복을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 또 다른 실시 예에 따른 스마트 의복을 설명하기 위한 도면이다.
도 16a는 일 실시 예에 따른 피드백 신호 출력 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 16b는 일 실시 예에 따른 피드백 신호를 출력하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 17은 일 실시 예에 따른 웨어러블 디바이스를 나타내는 구성도이다.
도 18은 또 다른 실시 예에 따른 웨어러블 디바이스를 나타내는 구성도이다.
도 19는 웨어러블 디바이스가 전위를 검출하여 근골격계의 운동을 검출하는 것을 설명하기 위한 순서도이다.
일 실시 예에 따른 웨어러블 디바이스의 피드백 제공 방법은 사용자의 모션을 검출하는 단계; 상기 검출된 사용자의 모션을 기초로 피드백 신호를 전달할 신체 부위를 결정하는 단계; 상기 피드백 신호를 생성하는 단계; 및 상기 피드백 신호를 출력하는 단계를 포함하고, 상기 피드백 신호는 상기 신체 부위의 근육을 자극하기 위한 전기 신호이다.
일 실시 예에 따른 웨어러블 디바이스는 사용자의 신체 상에 위치하는 전극 패드; 상기 사용자의 모션을 검출하는 입력부; 상기 검출된 사용자의 모션을 기초로 피드백 신호를 전달할 신체 부위를 결정하는 제어부; 및 상기 신체 부위 상에 위치하는 전극 패드를 통해 상기 피드백 신호를 출력하는 출력부를 포함하고, 상기 피드백 신호를 상기 신체 부위의 근육을 자극하기 위한 전기 신호이다.
도 1은 일 실시 예에 따른 피드백 신호를 전달하는 방법을 설명하기 위한 개요도이다. 도 1을 참조하면, 웨어러블 디바이스(14)는 공간 입력을 수행한 사용자의 신체를 검출하고, 검출된 신체 부위에 피드백 신호를 전달할 수 있다.
스마트 글래스(12)는 에어컨(11)을 검출한다. 스마트 글래스(12)는 사용자의 시선을 추적하여 사용자가 제어하고자 하는 전자 장치를 검출할 수 있다.
스마트 글래스(12)는 에어컨(11)을 제어하기 위한 제어 메뉴(13)를 디스플레이 한다. 예를 들어, 스마트 글래스(12)는 에어컨(11)의 온도를 설정하기 위한 제어 메뉴(13)를 표시할 수 있다. 스마트 글래스(12)는 제어 메뉴(13)를 공간상에 표시할 수 있다. 따라서, 스마트 글래스(12)를 착용중인 사용자는 스마트 글래스(12)를 통해 제어 메뉴(13)를 볼 수 있다.
사용자는 가상 화면을 터치할 수 있다. 사용자는 스마트 글래스(12)를 통해 가상 화면을 터치하여 입력을 수행할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 가상 화면에 디스플레이 된 버튼을 터치하여 에어컨(11)의 온도를 높이거나 낮출 수 있다.
스마트 글래스(12)는 사용자의 입력에 따라 에어컨(11)을 제어한다. 스마트 글래스(12)는 입력에 사용된 사용자의 모션을 검출하고, 사용자의 모션을 컨트롤 신호로 인식하여, 에어컨(11)의 온도를 높이거나 낮출 수 있다.
웨어러블 디바이스(14)는 사용자에게 피드백 신호를 제공한다. 웨어러블 디바이스(14)는 스마트 글래스(12)로부터 사용자의 모션을 수신하고, 사용자의 모션에 따라 사용자의 신체 부위에 피드백 신호를 전달한다. 피드백 신호는 신체 부위의 근육을 자극하기 위한 전기 신호일 수 있다. 예를 들어, 사용자가 검지 손가락을 이용하여 가상 화면을 터치한 경우, 스마트 글래스(12)는 사용자의 검지 손가락을 검출하고, 검지 손가락이 가상 화면에 특정 UI에 접근함을 깊이값(depth value)를 추출함으로써 이벤트를 검출할 수 있고, 검출된 이벤트와 깊이값을 검출 결과로서 웨어러블 디바이스(14)로 전송한다. 전송된 데이터에 기초하여, 웨어러블 디바이스(14)는 사용자의 검지 손가락과 연결된 근육 또는 근육 다발에 전기 신호를 전달한다. 웨어러블 디바이스(14)는 근육 또는 근육 다발에 전기 자극(Electrical Muscle stimulation)을 전달하여 사용자에게 가상의 메뉴와 접촉하게 되었음을 근골격계 반발력으로써 물리적인 피드백을 제공할 수 있다.
사용자가 공간상에서 모션 또는 제스쳐 등을 통해 입력을 수행할 때, 사용자에게 실제 물리적 접촉이 발생하지 않더라도, 사용자는 입력에 대한 물리적인 인지가 가능하다. 따라서, 웨어러블 디바이스는 사용자의 모션 또는 제스쳐에 대해 입력의 완료 또는 깊이감 등의 물리적인 피드백을 제공할 수 있다.
도 2는 일 실시 예에 따른 피드백 제공 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 2를 참조하면, 웨어러블 디바이스(100)는 전자 장치(200)로부터 수신된 사용자의 모션에 따라 피드백 부위에 전기 신호를 전달할 수 있다.
단계 210에서, 전자 장치(200)는 사용자의 모션을 검출한다. 전자 장치(200)는 카메라, 깊이 카메라, 적외선 센서, 초음파 센서, 모션 센서 등을 이용하여 사용자의 모션을 검출할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(200)는 사용자가 어느 손가락을 이용하여 공간 입력을 수행하였는지, 사용자가 어떠한 동작을 취하고 있는지 등을 검출할 수 있다.
단계 220에서, 전자 장치(200)는 검출 결과를 웨어러블 디바이스(100)로 전송한다.
단계 230에서, 웨어러블 디바이스(100)는 검출 결과에 기초하여 피드백 부위를 결정한다. 피드백 부위는 사용자의 신체 중 일부를 나타낸다. 예를 들어, 피드백 부위는 입력에 사용된 사용자의 손가락, 손끝, 사용자의 목, 등, 무릎 등일 수 있다. 웨어러블 디바이스(100)는 사용자의 모션에 따라서 사용자의 신체 중 어느 부위에 피드백 신호를 전달할지를 결정한다. 웨어러블 디바이스(100)는 전자 장치(200)로부터 수신된 검출 결과와 측정한 표면 근전도 신호(surface electromyogram signal, 이하 sEMG 신호)에 기초하여 피드백 부위를 결정할 수 있다.
단계 240에서, 웨어러블 디바이스(100)는 피드백 세기를 결정한다. 피드백 세기는 웨어러블 디바이스(100)가 사용자에게 전달하는 전기 신호의 크기를 나타낸다. 웨어러블 디바이스(100)는 사용자, 현재 온도, 습도 등의 외부 환경, 사용자의 설정 또는 학습 결과에 따라 피드백 세기를 다르게 설정할 수 있다. 또한, 웨어러블 디바이스(100)는 사용자, 현재 온도, 습도 등의 외부 환경, 사용자의 설정 또는 학습 결과 중 적어도 2가지 이상을 고려하여 피드백 세기를 설정할 수 있다.
단계 250에서, 웨어러블 디바이스(100)는 피드백 방향을 결정한다. 피드백 방향은 웨어러블 디바이스(100)가 사용자에게 전달하는 전기 신호의 방향을 나타낸다. 웨어러블 디바이스(100)는 복수의 신체 부위에 순차적으로 전기 신호를 전달할 수 있다. 피드백 방향은 순차적으로 출력되는 전기 신호의 방향을 나타낸다. 웨어러블 디바이스(100)는 사용자, 현재 온도, 습도 등의 외부 환경, 사용자의 설정 또는 학습 결과에 따라 피드백 방향을 다르게 설정할 수 있다. 또한, 웨어러블 디바이스(100)는 사용자, 현재 온도, 습도 등의 외부 환경, 사용자의 설정 또는 학습 결과 중 적어도 2 이상을 고려하여 피드백 방향을 설정할 수 있다.
단계 260에서, 웨어러블 디바이스(100)는 피드백 주기를 결정할 수 있다. 피드백 주기는 웨어러블 디바이스(100)가 피드백 신호를 출력하는 시간 간격을 나타낼 수 있다. 또한, 피드백 주기는 웨어러블 디바이스(100)가 피드백 신호를 출력하는 패턴을 나타낼 수 있다. 웨어러블 디바이스(100)는 사용자, 현재 온도, 습도 등의 외부 환경, 사용자의 설정 또는 학습 결과에 따라 피드백 주기를 다르게 설정할 수 있다. 또한, 웨어러블 디바이스(100)는 사용자, 현재 온도, 습도 등의 외부 환경, 사용자의 설정 또는 학습 결과 중 적어도 2 이상을 고려하여 피드백 주기를 설정할 수 있다.
단계 270에서, 웨어러블 디바이스(100)는 피드백 부위에 전기 신호를 전달한다. 예를 들어, 웨어러블 디바이스(100)는 근자극 신호(Electrical muscle Stimulus Signal)를 생성하고, 전극 패드를 통해 근자극 신호를 방사할 수 있다. 전극 패드는 사용자의 신체 상에 위치하거나, 신체에 부착될 수 있다. 웨어러블 디바이스(100)는 단계 230 내지 단계 260에서 결정된 방법에 따라 사용자에게 피드백 신호를 전달한다. 다시 말해서, 웨어러블 디바이스(100)는 결정된 피드백 부위에 결정된 세기, 방향, 주기로 피드백 신호를 전달한다.
이 실시 예에서는 피드백 부위의 결정(단계 230), 피드백 세기의 결정(단계 240), 피드백 방향의 결정(단계 250), 피드백 주기의 결정(단계 260)의 순서대로 피드백 신호를 결정하였으나, 단계 230 내지 단계 260의 순서가 바뀌어도 무방하며, 경우에 따라 단계 230 내지 단계 260이 동시에 일어날 수도 있다.
도 3은 일 실시 예에 따른 피드백 제공 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 3을 참조하면, 웨어러블 디바이스(100)는 전자 장치(200)로부터 수신된 피드백 결과에 따라 전기 신호를 출력할 수 있다.
도 2의 순서도에서는 웨어러블 디바이스(100)가 피드백 방법을 모두 결정하였으나, 도 3의 순서도에서는 전자 장치(200)가 피드백 방법을 결정하여 웨어러블 디바이스(100)로 전송할 수 있다. 따라서, 단계 370에서 웨어러블 디바이스(100)는 수신된 결과에 따라 전기 신호를 출력한다.
도 3의 단계 310 내지 단계 360은 도 2의 단계 210 내지 단계 260과 동일하다. 다만, 단계 301 내지 단계 360은 전자 장치(200)에서 수행된다.
웨어러블 디바이스(100)가 전기 신호 발생 장치만을 포함하고 있는 경우, 웨어러블 디바이스(100) 대신 전자 장치(200)가 피드백 방법을 결정할 수 있다. 따라서, 웨어러블 디바이스(100)는 보다 단순한 형태로 제작이 가능하다.
도 4a는 일 실시 예에 따른 웨어러블 디바이스를 설명하기 위한 구성도이다. 도 4a를 참조하면, 웨어러블 디바이스(400)는 입력부(410), 제어부(420), 통신부(430), 저장부(440) 및 출력부(450)를 포함한다.
입력부(410)는 사용자의 모션을 검출한다. 입력부(410)는 사용자의 근육에서 발생하는 sEMG 신호를 측정하여 사용자의 모션을 검출할 수 있다. 또한, 입력부(410)는 사용자의 모션을 촬영하여 사용자의 모션을 검출할 수 있다. 또한, 입력부(410)는 각종 센서를 이용하여 사용자의 모션을 검출할 수 있다.
입력부(410)는 센서부(411), ADC 필터(412) 및 카메라(413)를 포함할 수 있다. 센서부(411)는 온도 센서, 습도 센서 또는 EMG 신호 측정 장치 등을 포함한다. EMG 신호 측정 장치는 전도성 전극(conductive electrode) 또는 유도성 전극(inductive electrode) 등을 포함하고, 사용자의 근육에서 발생하는 전기 신호를 측정할 수 있다.
ADC 필터(412)는 전도성 전극 또는 유도성 전극으로부터 수신된 신호에서 사용자의 근육의 활성화 신호만을 추출하고, 추출된 신호를 디지털 신호로 변환한다.
카메라(413)는 사용자를 촬영하여 제어부(420)로 촬영된 영상을 출력한다. 예를 들어, 카메라(413)는 깊이 카메라일 수 있으며, 깊이 카메라는 사용자의 깊이 정보를 획득할 수 있다. 따라서, 입력부(410)는 깊이 카메라로부터 수신된 깊이 값의 변화를 비교하여 사용자의 윤곽을 추출하고, 사용자의 동작의 변화를 추적할 수 있다.
입력부(410)는 웨어러블 디바이스(400)의 착용 위치를 추적하기 위한 센서를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 입력부(410)는 가속도 센서, 자이로 센서, 모션 센서, EMG 센서, 적외선 센서 또는 초음파 센서 등을 더 포함할 수 있으며, 센서들을 이용하여 사용자의 모션을 검출할 수 있다. 입력부(410)는 2개 이상의 센서들로부터 수신된 신호를 이용하여 사용자의 모션을 검출할 수 있다. 예를 들어, 입력부(410)는 카메라를 통해 촬영된 영상을 이용하여 사용자의 전체 동작을 검출하고, EMG 센서를 통해 검출된 데이터를 이용하여 사용자의 세부 동작을 검출할 수 있다.
웨어러블 디바이스(400)의 착용 위치는 시간에 따라 변할 수 있다. 따라서, 입력부(410)는 각종 센서를 이용하여 웨어러블 디바이스(400)의 착용 위치를 추적하고, 제어부(420)로 추적 결과를 출력한다.
제어부(420)는 신호 처리 모듈, 전극 선택 모듈, 신호 생성 모듈, 학습 모듈, 착용위치 판단 모듈 및 접지 제어 모듈을 동작시키고 제어할 수 있다. 신호 처리 모듈, 전극 선택 모듈, 신호 생성 모듈, 학습 모듈, 착용위치 판단 모듈 및 접지 제어 모듈은 저장부(440)에 저장되어 있을 수 있다. 제어부(420)는 입력부(410)로부터 수신된 신호에 기초하여, 출력부(450)를 제어함으로써 사용자에게 피드백 신호를 출력할 수 있다.
제어부(420)는 사용자의 모션에 따라 피드백 신호를 출력할 뿐만 아니라, 사용자의 근육의 긴장도의 변화를 추적하고, 긴장도의 변화를 입력으로 활용할 수 있다. 근육의 긴장도의 변화는 측정된 sEMG 신호를 통해 측정될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 가상의 공간에 표시된 객체를 손으로 잡는 제스쳐를 통해 사용자는 객체를 가상으로 취득할 수 있다. 이후, 사용자의 제스쳐는 변화가 없으나 근육의 긴장도가 증가하는 것을 감지하면, 제어부(420)는 사용자가 객체에 악력을 가하는 것으로 판단하고, 가상의 객체에 악력이 가하는 이벤트를 실행한다. 따라서, 제어부(420)는 sEMG 신호를 통해 사용자의 의도를 검출할 수 있고, 사용자의 의도에 따라 이벤트를 처리하여 사용자와의 인터렉션(interaction)이 가능하다.
제어부는 입력부(410)로부터 수신된 신호에 기초하여 피드백 방법을 결정한다. 신호 처리 모듈은 피드백 신호를 전달할 신체 부위를 결정하고, 피드백 신호의 세기를 결정하고, 피드백 신호의 방향을 결정하고, 피드백 신호의 주기를 결정할 수 있다.
제어부는 결정된 피드백 방법에 기초하여 피드백 신호를 출력할 전극을 선택한다. 전극 선택 모듈은 적어도 하나의 전극 또는 전극의 그룹을 선택할 수 있다. 전극 선택 모듈은 온 또는 오프 할 전극 패드를 선택하거나, 온 또는 오프 할 전극을 선택할 수 있다.
신호 생성 모듈은 미리 정의된 알고리즘 및 레퍼런스 값을 통해 피드백 신호를 생성할 수 있다. 또한, 신호 생성 모듈은 학습 모듈을 통해 연산된 값에 기초하여 동적으로 피드백 신호를 변경할 수 있다.
학습 모듈은 입력부(410) 또는 통신부(430)를 통해 수신된 사용자의 모션 및 레퍼런스 DB(442)로부터 수신된 데이터에 기초하여 사용자에게 적합한 피드백 신호의 세기, 방향, 주기 등을 계산한다. 학습 모듈은 계산된 세기, 방향, 주기 등의 데이터를 신호 처리 모듈로 전송한다.
착용위치 판단 모듈은 웨어러블 디바이스(400)의 착용 위치를 추적하여, 현재 착용 위치를 판단한다. 착용위치 판단 모듈은 착용 위치의 변경을 방지하기 위한 기구들을 제어할 수도 있다.
접지 제어 모듈은 의도하지 않은 신체 부위로 EMS 신호가 방사되는 것을 방지한다. 접지 제어 모듈은 EMS 신호가 방사되는 전극들 주변을 접지 상태로 유지한다. 접지 제어 모듈은 EMS 신호가 방사되는 전극들 주변의 접지 전극에 신호를 출력하여 EMS 신호가 방사되는 전극들 주변이 접지 상태가 유지되도록 할 수 있다. 접지 제어 모듈은 접지 전극들에 신호를 출력하여 접지 전극들의 온/오프를 제어할 수 있다.
통신부(430)는 웨어러블 디바이스(400)가 아닌 다른 전자 장치로부터 사용자의 모션을 검출한 결과를 수신할 수 있다. 통신부(430)는 Ziabee, Wifi, Bluetooth 등을 이용하여 다른 전자 장치와 데이터를 송수신할 수 있다.
저장부(440)는 제어부(420)의 제어에 의해 학습 데이터에 대한 데이터베이스(411, 이하, 학습 데이터 DB) 및 레퍼런스에 대한 데이터베이스부(442, 레퍼런스 DB)를 저장할 수 있다. 학습 데이터 DB(441)는 사용자의 사용 특성 및 근육 활성화에 대한 학습 데이터를 저장한다. 학습 데이터 DB(441)는 사용자별 최적의 EMS 세기, EMS 방향, EMS 주기 등을 제어부(420)로 출력한다. 또한, 학습 데이터 DB(441)는 학습된 사용자별 민감도 및 근육 활성도를 저장한다.
레퍼런스 DB(442)는 표준화된 레퍼런스 근육 활성도를 제어부(420)에 제공한다. 레퍼런스 DB(442)는 사용자의 키, 체중 등에 기초하여 레퍼런스 모델을 저장할 수 있다.
출력부(450)는 DAC 필터(451), 모터/펌프(452), EMS 방사부(453) 및 EMS 상쇄부(454)를 포함한다. DAC 필터(451)는 제어부(420)로부터 수신된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한다. 모터/펌프(452)는 착용위치 변경을 방지하기 위한 기구를 제어한다. EMS 방사부(453)는 EMS 신호를 전극을 통해 방사한다. EMS 상쇄부(454)는 EMS 방사부(453)에 대응하여 EMS의 방사를 제한하는 접지 전극의 활성화 패턴과 sequence를 생성한다. EMS 상쇄부(454)는 EMS 방사부(453)에서 방사되는 전기 신호의 세기, 방향 및 목적하는 근육의 종류에 기초하여 EMS 신호를 적절히 상쇄한다. 또한, EMS 상쇄부(454)는 사용자의 피부 내외부를 통해 propagation되는 전도성 신호가 목적하지 않는 근육이 위치하는 범위로 침범하지 않도록 제한하는 역할을 수행함으로써 피부와 인체의 도전성에 의해 발생되는 EMS의 propagation을 제어한다.
도 4b는 깊이 데이터와 EMG 신호를 이용하여 사용자의 모션을 검출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 4b를 참조하면, 웨어러블 디바이스(400)는 연동 디바이스(synchronized device, 500)로부터 깊이 데이터를 수신하여 사용자의 모션을 검출할 수 있다.
연동 디바이스(500)는 웨어러블 디바이스(400)와 무선 또는 유선으로 연결된 디바이스이다. 연동 디바이스(500)는 웨어러블 디바이스(400)로부터 데이터를 수신하거나 웨어러블 디바이스(400)로 데이터를 전송할 수 있다.
연동 디바이스(500)는 깊이 카메라(510), 제어부(520) 및 통신부(530)를 포함한다. 깊이 카메라(510)는 사용자를 촬영하여 깊이 데이터를 생성한다. 깊이 데이터는 제어부(520)로 출력되고, 깊이 데이터는 통신부(530)를 통해 웨어러블 디바이스(400)로 전송된다.
깊이 카메라(510)는 TOF(Time of Flight) 방식과 패턴변형 캡쳐 방식이 사용될 수 있다. TOF 방식은 반사파의 위상 차이를 파악하여 깊이를 계산한다. 깊이 카메라(510)는 적외선을 이용할 수 있다. 적외선이 강하게 입사되는 환경에서 깊이 카메라(510)의 인식률은 낮아질 수 있다. 따라서, 웨어러블 디바이스(400)는 깊이 데이터뿐만 아니라, 입력부(410)에서 측정되는 sEMG 신호를 이용하여 사용자의 모션을 검출할 수 있다.
웨어러블 디바이스(400)는 깊이 카메라(510)에 의한 깊이 측정이 불안정한 부위에 대해서, 깊이 데이터를 보완하기 위해 EMG 신호를 이용할 수 있다. 입력부(410)는 사용자의 국부 근골격계 상에 위치하는 전극 패드를 이용하여 EMG 신호를 측정할 수 있다. 웨어러블 디바이스(400)는 sEMG 신호를 필터링하여 sEMG의 패턴 또는 신호의 강약을 추출하여 사용자의 근골격계의 움직임을 추정할 수 있다. 따라서, 웨어러블 디바이스(400)는 추정된 움직임에 기초하여 깊이 데이터를 보완하여 사용자의 모션을 검출할 수 있다.
제어부(420)는 입력부(410)로부터 수신된 입력 데이터 및 깊이 데이터를 이용하여 사용자의 모션을 검출한다. 일 예로서, 제어부(420)는 깊이 데이터를 이용하여 사용자의 전체 모션을 검출하고, 입력 데이터를 이용하여 사용자의 세부 모션을 검출할 수 있다. 제어부(420)는 깊이 데이터를 통해 사용자의 윤곽을 추출하고, 운동 상태의 변화를 추적할 수 있다. 입력 데이터는 EMG 신호일 수 있으며, 제어부(420)는 EMG 신호를 분석하여 모션을 검출할 수 있다. 제어부(420)는 깊이 데이터 및 입력 데이터를 이용하기 때문에 보다 정밀하게 사용자의 모션을 검출할 수 있다.
도 4c는 깊이 데이터와 EMG 신호를 이용하여 사용자의 모션을 검출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 연동 디바이스(500)는 입력 데이터 및 깊이 데이터를 이용하여 연산을 수행하고, 연산 결과를 웨어러블 디바이스(400)로 출력한다. 연산 결과는 사용자의 모션을 나타낼 수 있다. 다시 말해서, 연동 디바이스(500)는 입력 데이터 및 깊이 데이터를 이용하여 사용자의 모션을 검출하고, 검출 결과를 웨어러블 디바이스(400)로 출력한다. 예를 들어, 웨어러블 디바이스(400)는 사용자의 근육의 움직임에 의해 발생되는 sEMG 신호를 측정하고, sEMG 신호를 연동 디바이스(500)로 전송할 수 있다. 연동 디바이스(500)는 수신된 sEMG 신호를 이용하여 깊이 데이터를 보완하거나 추가적인 정보를 제공할 수 있다.
연동 디바이스(500)는 sEMG 신호의 패턴 또는 sEMG 신호의 변화를 분석하여 사용자의 운동 상태 또는 자세의 변경을 추적할 수 있다. 또는 연동 디바이스(500)는 sEMG 신호의 패턴을 분석하거나, sEMG 신호의 변화를 레퍼런스와 비교하여 사용자의 운동 상태 또는 자세의 변경을 추적할 수 있다.
제어부(520)는 깊이 카메라(510)로부터 깊이 데이터를 수신하고, 웨어러블 디바이스(400)로부터 입력 데이터를 수신한다. 제어부(520)는 깊이 데이터 및 입력 데이터를 이용하여 연산을 수행하고, 연산 결과를 다시 웨어러블 디바이스(400)로 출력한다. 따라서, 웨어러블 디바이스(400)는 연산을 수행할 필요가 없으며, 수신된 연산 결과에 따라 출력부(450)를 제어하여 피드백 신호를 출력할 수 있다.
도 5는 근육의 수축 및 이완 시 발생하는 EMG 신호의 예를 설명하는 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 근육(20)이 수축할 때 발생하는 EMG 신호(21)와 근육(20)이 이완될 때 발생하는 EMG 신호(22)는 서로 상이하다. 웨어러블 디바이스(400)는 EMG 신호가 측정되는 위치 및 패턴 등을 통해 사용자의 모션을 검출할 수 있다. 또한, 웨어러블 디바이스(400)는 EMG 신호(21) EMG 신호(22)와 같은 패턴의 신호를 전달하여 근육(20)의 수축 또는 이완을 유도할 수 있다.
도 6은 일 실시 예에 따른 웨어러블 디바이스를 설명하기 위한 개요도이다. 도 6을 참조하면, 웨어러블 디바이스(600)는 손목에 착용 가능한 형태일 수 있다. 웨어러블 디바이스(600)는 벨크로(620) 및 전극 패드(610)를 포함할 수 있다. 사용자는 벨크로(620)를 이용하여 웨어러블 디바이스(600)를 사용자의 손목에 고정시킬 수 있다. 사용자는 전극 패드(610)가 피부에 접촉되도록 웨어러블 디바이스(600)를 고정시킨다.
사용자가 웨어러블 디바이스(600)를 착용하면, 전극 패드(610)는 사용자의 신체와 접촉된다. 또한, 웨어러블 디바이스(600)를 사용자가 손목에 착용하는 경우, 전극 패드(610)는 손가락의 근육이 갈라지는 부위에 위치한다. 따라서, 웨어러블 디바이스(600)는 피드백 신호를 전달하고자 하는 손가락의 근육에 EMS 신호를 출력할 수 있다. 도 6에서는 웨어러블 디바이스(600)를 손목에 착용하는 경우를 예를 들어 설명하고 있으나, 웨어러블 디바이스(600)는 손가락, 어깨, 허벅지 등 사용자의 신체의 각 부분에 착용될 수 있다. 따라서, 웨어러블 디바이스(600)는 피드백 신호를 전달하고자 하는 신체 부위에 착용되어, 사용자의 동작에 따라 피드백 신호를 전달할 수 있다.
전극 패드(610)는 사용자의 동작에 따라 발생하는 EMG 신호를 감지할 수 있다. 전극 패드(610)는 전극들(611)을 통해 신체에서 발생하는 EMG 신호를 감지할 수 있다. 따라서, EMG 신호를 감지한 전극(611)의 위치에 따라, 웨어러블 디바이스(600)는 사용자의 모션을 검출할 수 있다.
전극 패드(610)는 사용자의 손목에 EMS 신호를 출력하는 전극들(611)을 포함한다. 다시 말해서, 전극 패드(610)는 복수의 전극들(611)을 포함한다. 전극들(611)은 근육에 따라 분포, 형태, 크기 등이 달라질 수 있다.
전극 패드(610)는 신호의 입력과 출력에 모두 사용될 수 있다. 다시 말해서, 웨어러블 디바이스(600)는 전극 패드(610)를 통해 EMS 신호를 출력하거나, EMG 신호를 수신할 수 있다.
웨어러블 디바이스(600)는 손가락 별로 피드백 신호를 전달할 수 있다. 전극 패드(610)는 복수의 전극들(611) 중 일부 전극들(611)을 통해 EMS 신호를 출력할 수 있다. 웨어러블 디바이스(600)는 EMS 신호를 전달할 손가락을 결정하고, 결정된 손가락의 근육과 접촉된 전극(611)을 결정한다. 웨어러블 디바이스(600)는 결정된 전극(611)을 통해 EMS 신호를 출력한다.
도 6에서는 전극 패드(610)가 일자형인 경우를 도시하고 있으나, 전극 패드(610)의 형태는 사용자의 신체와의 접촉이 용이하도록 변경될 수 있다. 또한, 용자의 신체 부위마다 근육의 형태와 위치가 다르므로, 전극 패드(610)는 신체 상에 위치하게 될 부위에 따라 다른 형태로 제작되거나, 다른 형태의 전극들(611)을 포함할 수 있다. 또 다른 실시 예로서, 전극 패드(610)는 신체에 부착되는 형태로 제작될 수 있다.
웨어러블 디바이스(600)는 사용자의 모션을 검출하여 사용자가 공간 입력에 사용한 손가락을 검출하여, 사용한 손가락에 또는 사용한 손가락에 연결된 근육에 피드백 신호를 전달할 수 있다. 사용자의 모션에 따라 EMG 신호가 발생하는 위치 및 EMG 신호의 형태, EMG 신호의 세기 등이 달라진다. 따라서, 웨어러블 디바이스(600)는 감지된 EMG 신호에 따라 사용자의 모션을 검출할 수 있다. 웨어러블 디바이스(600)는 사용자의 모션에 따라 피드백 신호를 출력할 전극(611)을 선택하고, 선택된 전극(611)에 피드백 신호(즉, 전기 신호)를 출력한다. 웨어러블 디바이스(600)는 복수의 전극들(611)에 피드백 신호를 출력할 수 있으며, 복수의 전극들(611)에 전기 신호를 출력하는 시점, 지속시간 등을 다르게 설정할 수 있다.
도 7은 또 다른 실시 예에 따른 웨어러블 디바이스의 전극 형태를 설명하기 위한 도면이다. 도 7을 참조하면, 웨어러블 디바이스(600)는 접지 전극(630)을 더 포함한다. 접지 전극(630)은 전극 패드(610)의 주변에 형성된다. 접지 전극(630)은 전극 패드(610)에 출력된 EMS 신호가 주변으로 방사되는 것을 방지한다.
도 8은 또 다른 실시 예에 따른 웨어러블 디바이스의 전극 형태를 설명하기 위한 도면이다. 도 8을 참조하면, 웨어러블 디바이스(600)는 복수의 전극 패드(610)들을 포함할 수 있다. 복수의 전극 패드(610)들은 접지 전극(630)들에 의해 전기적으로 분리될 수 있다. 전극 패드(610)는 사각형일 수 있다. 웨어러블 디바이스(600)는 EMS 신호를 출력할 전극 패드(610)를 결정할 수 있고, 결정된 전극 패드(610)에 포함된 전극(611)들 중 어느 전극(611)에 EMS 신호를 출력할지를 결정할 수 있다.
도 9는 또 다른 실시 예에 따른 웨어러블 디바이스의 전극 형태를 설명하기 위한 도면이다. 도 9를 참조하면, 웨어러블 디바이스(600)는 다각형의 전극 패드(610)들을 포함할 수 있다. 도 9는 육각형의 전극 패드(610)를 예를 들어 도시하고 있으나, 전극 패드(610)의 형태는 오각형, 칠각형, 원형 등 다양한 형태일 수 있다. 각각의 육각형의 전극 패드(610)는 접지 전극(630)에 의해 둘러 쌓여진다.
도 10a-10d는 웨어러블 디바이스가 피드백 신호를 전달할 신체 부위와 관련된 근육을 설명하기 위한 도면이다. 도 10a-10d를 참조하면, 웨어러블 디바이스(600)는 엄지, 검지, 중지, 새끼 손가락 등이 물리적 반발감을 느끼도록 피드백 신호를 출력할 수 있다. 도 10a는 엄지 손가락과 관련된 근육을 설명하기 위한 도면이고, 도 10b는 검지 손가락과 관련된 근육을 설명하기 위한 도면이고, 도 10c는 중지 손가락과 관련된 근육을 설명하기 위한 도면이고, 도 10d는 새끼 손가락과 관련된 근육을 설명하기 위한 도면이다.
웨어러블 디바이스(600)는 사용자의 모션을 검출하고, 사용자가 엄지, 검지, 중지, 새끼 손가락 중 어느 손가락을 이용하여 공간 입력을 수행한 것인지를 판단한다. 예를 들어, 웨어러블 디바이스(600)는 사용자가 엄지 손가락을 이용하여 공간 입력을 수행한 것으로 판단하면, 엄지 손가락이 물리적 반발감을 느끼게 하기 위한 근육들 중 어느 하나의 근육에 피드백 신호를 전달할 수 있다.
웨어러블 디바이스(600)는 도 10a-10d에 도시된 엄지, 검지, 중지, 새끼 손가락의 움직임과 관련된 근육들에 피드백 신호를 전달하여 손가락이 물리적 반발감을 느끼게 할 수 있다.
웨어러블 디바이스(600)는 손가락의 움직임과 관련된 근육들과 접촉 또는 근육들 주위에 위치하고 있는 전극을 선택하고, 선택된 전극에 EMS 신호를 출력할 수 있다. 웨어러블 디바이스(600)는 사용자에 따라 EMS 신호의 세기, 방향 또는 주기를 결정하고, 결정된 세기, 방향 또는 주기에 따라 EMS 신호를 출력할 수 있다.
도 10a-10d에서는 손가락의 움직임과 관련된 근육들에 피드백 신호를 출력하는 실시 예들을 도시하였으나, 사용자가 손가락 이외의 다른 신체 부위를 이용하여 공간 입력을 수행하는 경우, 웨어러블 디바이스(600)는 공간 입력을 수행한 신체 부위와 관련된 근육들에 피드백 신호를 전달함으로써, 사용자에게 물리적 반발감을 느끼게 할 수 있다.
도 11은 일 실시 예에 따른 피드백 신호를 전달하는 방법을 설명하기 위한 개요도이다. 도 11을 참조하면, 아대형 피드백 장치(1110) 또는 피복형 피드백 장치(1120)는 사용자의 모션이 레퍼런스 모션과 일치하는지를 판단하고, 판단 결과에 따라 일치하지 않는 신체 부위에 피드백 신호를 전달할 수 있다. 아대형 피드백 장치(1110) 또는 피복형 피드백 장치(1120)는 웨어러블 디바이스의 일 예이다.
아대형 피드백 장치(1110) 또는 피복형 피드백 장치(1120)는 직접 사용자의 모션을 검출하거나, 사용자의 주변에 위치한 전자 장치들로부터 검출된 모션을 수신할 수 있다. 아대형 피드백 장치(1110) 또는 피복형 피드백 장치(1120)는 입력부를 통해 사용자의 모션을 검출할 수 있다. 예를 들어, 아대형 피드백 장치(1110) 또는 피복형 피드백 장치(1120)는 전극들을 통해 수신된 EMG 신호를 통해 사용자의 모션을 검출할 수 있다. 아대형 피드백 장치(1110) 또는 피복형 피드백 장치(1120)는 사용자의 신체 상에 위치하는 전극 패드를 포함하며, 전극 패드에 포함된 전극들을 통해 EMG 신호를 감지할 수 있다. 아대형 피드백 장치(1110) 또는 피복형 피드백 장치(1120)의 제어부는 EMG 신호가 측정된 신체의 부위, EMG 신호의 세기, EMG 신호의 형태 등을 통해 사용자의 모션을 검출할 수 있다.
또 다른 예로서, 아대형 피드백 장치(1110) 또는 피복형 피드백 장치(1120)는 연동 디바이스의 깊이 카메라에 의해 촬영된 깊이 영상을 통해 사용자의 모션을 검출할 수 있다. 깊이 카메라는 사용자의 동작에 따라, 사용자의 각각의 신체 부위와 깊이 카메라의 거리를 측정하여 깊이 영상을 획득할 수 있다. 사용자의 동작이 달라지면, 사용자의 각각의 신체 부위와 깊이 카메라의 거리가 달라지게 된다. 깊이 카메라는 사용자의 동작이 달라질 때마다 깊이 영상을 획득할 수 있다.
아대형 피드백 장치(1110) 또는 피복형 피드백 장치(1120)는 연동 디바이스로부터 깊이 영상을 수신할 수 있다. 아대형 피드백 장치(1110) 또는 피복형 피드백 장치(1120)의 제어부는 수신된 깊이 영상을 통해 사용자의 모션을 검출할 수 있다. 연동 디바이스는 깊이 영상을 통해 사용자의 모션을 검출한 결과를 아대형 피드백 장치(1110) 또는 피복형 피드백 장치(1120)로 전송할 수도 있다. 연동 디바이스는 사용자의 정면에 위치한 별도의 기기일 수 있으며,
연동 디바이스는 아대형 피드백 장치(1110) 또는 피복형 피드백 장치(1120)와 무선 또는 유선으로 연결되어 아대형 피드백 장치(1110) 또는 피복형 피드백 장치(1120)와 데이터를 송수신할 수 있다.
아대형 피드백 장치(1110) 또는 피복형 피드백 장치(1120)는 사용자의 모션과 레퍼런스 모션을 비교하거나, 비교 결과를 연동 디바이스로부터 수신할 수 있다. 아대형 피드백 장치(1110) 또는 피복형 피드백 장치(1120)는 사용자의 모션과 레퍼런스 모션이 다른 신체 부위를 결정한다. 예를 들어, 아대형 피드백 장치(1110) 또는 피복형 피드백 장치(1120)는 사용자의 모션과 레퍼런스 모션의 특징점들의 위치 좌표 간의 차이를 계산하여 사용자의 모션과 레퍼런스 모션의 오차를 계산할 수 있다.
아대형 피드백 장치(1110) 또는 피복형 피드백 장치(1120)는 계산된 오차를 통해 전기 신호를 전달할 신체 부위를 결정한다. 아대형 피드백 장치(1110) 또는 피복형 피드백 장치(1120)는 결정된 신체 부위를 자극하기 위한 전기 신호를 출력한다. 사용자의 모션과 레퍼런스 모션의 오차에 따라 결정된 신체 부위 또는 결정된 신체 부위의 주변 근육에 전기 신호를 전달할 수 있으며, 전기 신호는 사용자의 모션과 레퍼런스 모션의 오차를 감소시킬 수 있도록 출력되어 사용자의 모션을 교정한다. 아대형 피드백 장치(1110) 또는 피복형 피드백 장치(1120)는 오차가 감소되도록 전기 신호를 출력할 수 있다. 또는, 아대형 피드백 장치(1110) 또는 피복형 피드백 장치(1120)는 오차가 0가 될 때까지 전기 신호를 출력할 수 있다. 다시 말해서, 아대형 피드백 장치(1110) 또는 피복형 피드백 장치(1120)는 전기 신호를 출력하는 동안 사용자의 모션을 재검출하여 오차를 업데이트할 수 있고, 오차가 0이 될 때까지 전극 패드를 통해 전기 신호를 출력한다. 또 다른 예로서, 아대형 피드백 장치(1110) 또는 피복형 피드백 장치(1120)는 오차가 미리 설정된 임계값 보다 작을 때까지 전기 신호를 출력할 수 있다. 사용자의 모션과 레퍼런스 모션이 완벽하게 일치할 수 없으므로, 아대형 피드백 장치(1110) 또는 피복형 피드백 장치(1120)는 임계값을 설정하여, 오차가 임계값 보다 작을 때까지 전기 신호를 출력할 수 있다. 여기서 임계값은 오차가 0은 아닐지라도 피드백을 제공할 필요가 없는 한계값으로 설정할 수 있다.
도 12a는 일 실시 예에 따른 피드백 신호 출력 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 12a를 참조하면, 웨어러블 디바이스는 사용자의 모션과 레퍼런스 모션을 비교하여 사용자에게 피드백을 제공할 수 있다.
단계 1210에서, 웨어러블 디바이스는 사용자의 모션을 검출한다. 웨어러블 디바이스는 센서들을 이용하여 사용자의 모션을 검출할 수 있다.
웨어러블 디바이스는 사용자로부터 사용자의 신체 정보를 수신하거나, 직접 사용자의 신체를 스캔하여 신체 정보를 획득할 수 있다. 신체 정보는 사용자의 키, 외형, 체중 등의 정보를 의미한다.
웨어러블 디바이스는 사용자의 신체 비율을 측정한다. 웨어러블 디바이스는 사용자의 특징점들(예를 들어, neck, left elbow, right knee 등)을 검출하고, 특징점들의 거리를 통해 사용자의 신체 비율을 측정할 수 있다.
단계 1220에서, 웨어러블 디바이스는 사용자의 모션과 레퍼런스 모션이 일치하는지 판단한다. 만약 사용자의 모션과 레퍼런스 모션이 일치하면 단계를 종료하고, 그렇지 않으면 단계 1230으로 진행한다.
사용자는 레퍼런스 모션을 선택할 수 있다. 또는, 웨어러블 디바이스는 사용자의 신체를 스캔하고, 사용자의 신체와 가장 유사한 레퍼런스 모델(Reference model)을 결정하고, 레퍼런스 모델의 모션 중 사용자의 모션과 가장 유사한 모션을 선택할 수 있다.
웨어러블 디바이스는 선택된 모션과 사용자의 모션을 비교할 수 있다. 사용자의 신체 모션과 레퍼런스 모델의 모션을 비교할 수 있다. 웨어러블 디바이스는 사용자의 신체의 특징점들과 대응되는 레퍼런스 모델의 특징점들을 비교할 수 있다. 웨어러블 디바이스는 특징점들의 차이값을 계산할 수 있다. 보다 상세히 설명하면, 웨어러블 디바이스는 사용자의 신체와 레퍼런스 모델을 일치 시키고, 각 특징점들에 대한 변화량을 테이블에 저장하여 사용자의 신체의 변화량을 획득한다.
단계 1230에서, 웨어러블 디바이스는 피드백을 제공한다. 웨어러블 디바이스는 사용자의 모션이 레퍼런스 모션과 일치하지 않으면, 사용자에게 피드백 신호를 전달한다. 웨어러블 디바이스는 사용자의 모션과 레퍼런스 모션이 일치하지 않는 신체 부위에 피드백 신호를 전달하여, 사용자에게 어느 신체 부위가 레퍼런스 모션과 일치하지 않는지 피드백을 제공할 수 있다. 웨어러블 디바이스는 피드백을 제공하고 단계 1210으로 진행한다.
웨어러블 디바이스는 사용자의 모션과 레퍼런스 모션이 일치한다고 판단될 때까지 피드백을 제공할 수 있다.
도 12b는 일 실시 예에 따른 피드백 신호를 전달하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
단계 1201에서, 연동 디바이스는 깊이 카메라를 통해 깊이 영상을 획득한다. 연동 디바이스는 설정된 주기 마다 사용자를 촬영하여 깊이 영상을 획득할 수 있다. 연동 디바이스는 깊이 카메라뿐만 아니라 다양한 센서, 카메라 등을 이용하여 사용자의 모션을 감지할 수 있다.
단계 1202에서, 웨어러블 디바이스는 연동 디바이스로부터 깊이 영상을 수신한다.
단계 1203에서, 웨어러블 디바이스는 깊이 영상을 통해 사용자의 모션을 검출하고, 사용자의 모션과 레퍼런스 모션의 오차를 계산한다.
단계 1204에서, 웨어러블 디바이스는 오차가 발생하였는지를 판단한다. 웨어러블 디바이스는 신체 부위별로 오차의 발생 여부를 판단할 수 있다.
단계 1205에서, 웨어러블 디바이스는 오차가 발생한 신체 부위 상에 위치하는 전극을 결정한다.
단계 1206에서, 웨어러블 디바이스는 결정된 전극에 전기 신호를 출력한다. 웨어러블 디바이스는 전극을 통해 EMS 신호를 출력하여 사용자에게 피드백 신호를 제공할 수 있다.
사용자의 모션과 레퍼런스 모션이 일치 하지 않으면, 단계 1201 내지 단계 1206을 반복하여 수행하고, 사용자의 모션과 레퍼런스 모션이 일치 하면 단계를 종료한다.
도 13은 피드백 신호를 전달하여 사용자의 동작을 변화시키는 것을 설명하기 위한 도면이다. 도 13을 참조하면, 사용자가 등을 구부리는 요가 동작을 할 때, 사용자의 동작이 정확하지 않을 수 있다. 예를 들어 사용자의 근육의 수축 또는 이완의 정도가 레퍼런스 동작과 차이가 있을 수 있다. 웨어러블 디바이스는 사용자의 동작이 정확한지를 판단하고, 사용자에게 피드백 신호를 전달한다.
웨어러블 디바이스는 사용자의 요가 동작을 깊이 영상을 통해 검출할 수 있다. 연동 디바이스는 사용자의 정면에 위치하여, 사용자의 요가 동작을 촬영하여 깊이 영상을 획득하고, 연동 디바이스는 웨어러블 디바이스로 깊이 영상을 전송할 수 있다. 웨어러블 디바이스는 깊이 영상을 통해 사용자의 요가 동작을 검출하고, 레퍼런스 동작과 비교하여, 사용자의 요가 동작이 정확한지를 판단한다. 또는, 웨어러블 디바이스는 사용자의 신체 상에 위치하는 전극 패드를 통해 감지된 전기 신호를 통해 사용자의 요가 동작을 검출할 수도 있으며, 깊이 영상과 전기 신호를 조합하여 사용자의 요가 동작을 검출할 수도 있다.
웨어러블 디바이스는 검출된 요가 동작과 레퍼런스 동작을 비교하여 사용자의 동작이 정확한지 판단한다. 예를 들어, 사용자의 등이 구부러지는 방향이 레퍼런스 동작과 반대 방향일 수 있으며, 웨어러블 디바이스는 사용자의 등을 피드백 신호를 전달할 신체 부위로 결정할 수 있다. 또는, 사용자의 다리나 팔 등의 동작이 레퍼런스 동작과 상이할 수 있으며, 웨어러블 디바이스는 다리나 팔을 피드백 신호를 전달할 신체 부위로 결정할 수 있다.
웨어러블 디바이스는 1번에서 3번 위치에 피드백 신호를 전달하여 사용자의 동작을 변화시킬 수 있다. 사용자가 실선으로 표현된 동작A를 취하고 있고, 레퍼런스 동작은 점선으로 표시된 동작B일 때, 웨어러블 디바이스가 1번에서 3번 위치에 피드백 신호를 전달한다. 사용자가 점선으로 표시된 동작B로 자세를 바꿀 때까지 웨어러블 디바이스는 1번에서 3번 위치에 피드백 신호를 전달할 수 있다. 웨어러블 디바이스는 1번에서 3번으로 피드백 신호의 방향을 결정할 수 있고, 1번에서 3번으로 갈수록 피드백 신호의 크기를 줄일 수 있다.
이 실시 예에서는 사용자가 요가 동작을 하는 경우를 예시하고 있으나, 자세 교정이 필요한 다른 스포츠 종목 또는 신체 움직임이 필요한 게임 등에도 활용될 수 있다.
도 14는 일 실시 예에 따른 스마트 의복을 설명하기 위한 도면이다. 스마트 의복(1700)은 복수의 피드백 장치(1710)들을 포함할 수 있다.
스마트 의복(1700)은 피드백 장치(1710)를 통해 EMG 신호를 측정하여 사용자의 모션을 검출할 수 있다. 스마트 의복(1700)은 EMG 신호가 측정된 피드백 장치(1710)의 위치 및 EMG 신호의 패턴 등을 통해 사용자의 모션을 검출할 수 있다.
*피드백 장치(1710)들은 원형으로 스마트 의복(1700)의 내부에 위치할 수 있다. 따라서, 피드백 장치(1710)들은 사용자의 신체에 접촉된다. 스마트 의복(1700)은 피드백 장치(1710)를 통해 원하는 신체 부위에 피드백 신호를 전달할 수 있다. 피드백 장치(1710)는 EMS 신호를 생성하고, 전극을 통해 사용자에게 EMS 신호를 출력할 수 있다.
피드백 장치(1710)은 복수의 전극 패드들일 수 있으며, 전극 패드는 적어도 하나의 전극들을 포함할 수 있다. 스마트 의복(1700)은 피드백 신호를 출력할 전극 패드를 결정할 수 있고, 결정된 전극 패드만을 활성화 시킬 수 있다. 스마트 의복(1700)은 활성화된 전극 패드로 피드백 신호를 출력할 수 있다. 또한, 스마트 의복(1700)은 하나의 전극 패드에 포함된 복수의 전극들 중에서 일부 전극들에만 피드백 신호를 출력하여 보다 정밀하게 피드백 신호를 출력할 수 있다.
도 15는 또 다른 실시 예에 따른 스마트 의복을 설명하기 위한 도면이다. 스마트 의복(1800)은 복수의 피드백 장치(1810)들을 포함하고, 피드백 장치(1810)들은 가로, 세로 또는 그리드(Grid) 형태로 스마트 의복(1800)의 내부에 위치할 수 있다. 피드백 장치(1810)는 전극 패드일 수 있으며, 전극 패드는 복수의 전극들을 포함할 수 있다. 도 15에서는 전극 패드를 사각형으로 도시하고 있으나, 전극 패드는 원형, 다각형 등 다양한 형태일 수 있다.
스마트 의복(1800)은 피드백 신호를 출력할 전극 패드 또는 전극을 결정하고, 결정된 전극 패드 또는 전극만을 활성화 시킬 수 있다. 스마트 의복(1800)은 활성화된 전극 패드 또는 전극에 피드백 신호를 출력하여 보다 정밀하게 피드백 신호를 출력할 수 있다.
도 16a는 일 실시 예에 따른 피드백 신호 출력 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
단계 1910에서, 웨어러블 디바이스는 사용자의 모션을 검출한다. 웨어러블 디바이스는 센서를 이용하여 사용자의 모션을 직접 검출할 수 있다. 또한, 웨어러블 디바이스는 다른 전자 장치로부터 검출 결과를 수신할 수 있다.
단계 1920에서, 웨어러블 디바이스는 사용자의 모션을 기초로 피드백 신호를 전달할 신체 부위를 결정한다. 웨어러블 디바이스는 사용자가 공간 입력에 사용한 신체 부위를 결정하거나, 사용자의 모션과 레퍼런스 모션 사이에 오차가 있는 신체 부위를 결정한다.
단계 1930에서, 웨어러블 디바이스는 결정된 신체 부위에 피드백 신호를 전달한다. 웨어러블 디바이스는 결정된 신체 부위에 진동, 소리 또는 전기 신호 등을 전달할 수 있다.
도 16b는 일 실시 예에 따른 피드백 신호를 출력하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
단계 1901에서, 웨어러블 디바이스는 전극 패드를 통해 EMG 신호를 측정한다. 사용자의 모션에 따라, 근육에서 EMG 신호가 발생한다. 전극 패드는 EMG 신호를 감지하여 웨어러블 디바이스의 제어부로 전송할 수 있다.
단계 1902에서, 웨어러블 디바이스는 EMG 신호가 측정된 위치 및 패턴을 분석한다. 웨어러블 디바이스는 EMG 신호가 어느 전극 패드에서 측정되었는지를 판단하고, 측정된 EMG 신호의 패턴을 분석한다. 웨어러블 디바이스는 분석 결과에 기초하여 사용자의 모션을 예측할 수 있다.
단계 1903에서, 웨어러블 디바이스는 EMS 신호를 전달할 신체 부위를 결정한다. 웨어러블 디바이스는 사용자의 모션에 따라, 어느 신체 부위에 EMS 신호를 전달하여 사용자에게 피드백을 제공할 것인지를 결정한다.
단계 1904에서, 웨어러블 디바이스는 결정된 신체 부위 상에 위치하는 전극 패드를 결정한다.
단계 1905에서, 웨어러블 디바이스는 결정된 전극 패드를 활성화한다. 또는 웨어러블 디바이스는 전극 패드에 포함된 전극들 중 일부 전극들만 활성화할 수도 있다.
단계 1906에서, 웨어러블 디바이스는 결정된 전극 패드에 EMS 신호를 출력한다. 웨어러블 디바이스는 EMS 신호의 세기, 패턴, 시간 등을 결정하고, 결정된 세기, 패턴의 EMS 신호를 결정된 시간 동안 전극 패드에 출력할 수 있다.
도 17은 일 실시 예에 따른 웨어러블 디바이스를 나타내는 구성도이다. 도 17을 참조하면, 웨어러블 디바이스(2000)는 입력부(2010), 프로세서(2020), 출력부(2030) 및 전극 패드(2040)를 포함한다.
입력부(2010)는 센서들을 이용하여 사용자의 모션을 검출할 수 있다. 입력부(2010)는 사용자의 모션을 촬영하거나, 사용자의 근육에서 발생하는 신호를 측정할 수 있다. 예를 들어, 입력부(2010)는 사용자의 신체 상에 위치하는 전극으로부터 EMG 신호를 감지하고, EMG 신호가 감지된 신체 부위 및 EMG 신호의 패턴을 분석하여 사용자의 모션을 검출할 수 있다.
프로세서(2020)는 사용자의 모션을 기초로 피드백 신호를 전달할 신체 부위를 결정한다. 프로세서(2020)는 사용자가 공간 입력에 사용한 신체 부위를 결정할 수 있다. 또는, 프로세서(2020)는 레퍼런스 모션과 입력부(2010)로부터 수신된 사용자의 모션을 비교하여, 피드백 신호를 전달할 신체 부위를 결정할 수 있다. 프로세서(2020)는 결정된 신체 부위와 연결된 근육 또는 근육 다발에 피드백 신호를 출력하여, 결정된 신체 부위가 반발력을 감지할 수 있게 한다.
프로세서(2020)는 사용자의 모션과 레퍼런스 모션의 오차를 계산하고, 오차가 임계값 이하일 때까지 출력부(2030)를 제어하여 결정된 신체 부위에 피드백 신호를 출력할 수 있다.
프로세서(2020)는 피드백 신호의 세기, 방향 및 주기를 결정할 수 있다. 프로세서(2020)는 사용자별 저장된 학습 데이터를 기초로 세기, 방향 및 주기를 결정할 수 있다.
*출력부(2030)는 결정된 신체 부위에 피드백 신호를 전달한다. 출력부(2030)는 결정된 신체 부위의 근육을 자극하기 위한 전기 신호를 결정된 신체 상에 위치하는 전극 패드(2040)에 출력할 수 있다. 예를 들어, 출력부(2030)는 EMS 신호를 생성하고, 전극 패드(2040)를 통해 EMS 신호를 신체에 전달할 수 있다.
출력부(2030)는 피드백 신호를 출력할 때, 피드백 신호가 출력되는 전극의 주변의 접지 전극에 전원을 출력하여, 피드백 신호가 다른 전극 또는 근육으로 방사되는 것을 방지한다.
전극 패드(2040)는 적어도 하나의 다각형 전극 패드 및 접지 전극을 포함한다. 다각형 전극 패드는 접지 전극에 의해 둘러 쌓여 배치될 수 있다. 예를 들어, 다각형 전극 패드는 육각형일 수 있으나, 육각형 이외에 다양한 형태일 수 있다.
전극 패드(2040)는 신체에 접촉되거나 신체 상에 위치할 수 있으며, 의복의 안쪽에 부착될 수 있다.
도 18은 또 다른 실시 예에 따른 웨어러블 디바이스를 나타내는 구성도이다. 도 18을 참조하면, 전극 패드(2040)는 스위치(2050)를 통해 입력부(2010) 및 출력부(2030)와 연결될 수 있다.
전극 패드(2040)가 입력부(2010)와 연결되면, 입력부(2010)는 전극 패드(2040)를 통해 EMG 신호를 수신할 수 있다. 전극 패드(2040)가 출력부(2030)와 연결되면, 출력부(2030)는 전극 패드(2040)를 통해 EMS 신호를 출력할 수 있다. 따라서, 전극 패드(2040)는 신호의 입력과 출력 시에 모두 사용될 수 있으며, 입력부(2010)와 출력부(2030)는 전극 패드(2040)를 공유할 수 있다.
도 19는 웨어러블 디바이스가 전위를 검출하여 근골격계의 운동을 검출하는 것을 설명하기 위한 순서도이다.
단계 2210에서, 웨어러블 디바이스(2000)는 모드를 전환한다. 입력 모드와 출력 모드 중에서 웨어러블 디바이스(2000)는 전극 패드(2040)를 입력 모드로 전환하여, 입력부(2010)와 전극 패드(2040)를 연결한다.
단계 2220에서, 입력부(2010)는 전위(Electric Potential)가 검출될 때까지 대기 상태를 유지한다.
단계 2230에서, 입력부(2010)는 활성 전위가 검출되는지 판단한다.
단계 2240에서, 입력부(2010)는 측정 데이터가 임계값을 초과하는지 판단한다. 다시 말해서, 입력부(2010)는 측정된 전위가 임계값을 초과하는지를 판단한다.
단계 2250에서, 프로세서(2020)는 측정된 전위의 패턴을 검출하여 국부 근골격계의 운동을 검출한다.
단계 2270에서, 프로세서(2020)는 측정 데이터를 이용하여 운동량 및 벡터를 검출한다.
단계 2280에서, 프로세서(2020)는 측정된 전위의 패턴을 검출한다.
단계 2290에서, 프로세서(2020)는 데이터를 통합하여 전체 근골격계의 운동을 검출한다. 프로세서(2020)는 운동량, 벡터 및 전위 패턴을 통합하여 전체 근골격계의 운동을 검출한다.
단계 2260에서, 웨어러블 디바이스(2000)는 연동 디바이스(500)와 같은 다른 디바이스로 검출 결과를 전송한다. 웨어러블 디바이스(2000)는 국부 근골격계의 운동 및 전체 근골격계의 운동을 검출한 결과를 다른 디바이스로 전송한다.
도 19에서는 웨어러블 디바이스(2000)가 다른 디바이스로 검출 결과를 전송하는 예를 들어 설명하였으나, 웨어러블 디바이스(2000)는 다른 디바이스로부터 측정 데이터를 수신하고, 검출 결과와 수신된 측정 데이터를 이용하여 사용자의 모션을 검출할 수 있다.
일 실시 예에 따른 웨어러블 디바이스는 사용자가 입력에 사용한 신체 부위에 피드백 신호를 전달할 수 있다.
일 실시 예에 따른 웨어러블 디바이스는 사용자가 공간 입력 시 사용한 신체 부위에 전기 신호를 전달할 수 있다.
일 실시 예에 따른 웨어러블 디바이스는 사용자의 모션과 레퍼런스 모션을 비교하여 신체 부위에 전기 신호를 전달할 수 있다.
본 실시 예들에 따른 장치는 프로세서, 프로그램 데이터를 저장하고 실행하는 메모리, 디스크 드라이브와 같은 영구 저장부(permanent storage), 외부 장치와 통신하는 통신 포트, 터치 패널, 키(key), 버튼 등과 같은 사용자 인터페이스 장치 등을 포함할 수 있다. 소프트웨어 모듈 또는 알고리즘으로 구현되는 방법들은 상기 프로세서상에서 실행 가능한 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드들 또는 프로그램 명령들로서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체 상에 저장될 수 있다. 여기서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로 마그네틱 저장 매체(예컨대, ROM(read-only memory), RAM(random-access memory), 플로피 디스크, 하드 디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예컨대, 시디롬(CD-ROM), 디브이디(DVD: Digital Versatile Disc)) 등이 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템들에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 판독 가능한 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 매체는 컴퓨터에 의해 판독가능하며, 메모리에 저장되고, 프로세서에서 실행될 수 있다.
본 실시 예는 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들은 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 또는/및 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시 예는 하나 이상의 마이크로프로세서들의 제어 또는 다른 제어 장치들에 의해서 다양한 기능들을 실행할 수 있는, 메모리, 프로세싱, 로직(logic), 룩 업 테이블(look-up table) 등과 같은 직접 회로 구성들을 채용할 수 있다. 구성 요소들이 소프트웨어 프로그래밍 또는 소프트웨어 요소들로 실행될 수 있는 것과 유사하게, 본 실시 예는 데이터 구조, 프로세스들, 루틴들 또는 다른 프로그래밍 구성들의 조합으로 구현되는 다양한 알고리즘을 포함하여, C, C++, 자바(Java), 어셈블러(assembler) 등과 같은 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능적인 측면들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 실시 예는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. “매커니즘”, “요소”, “수단”, “구성”과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 상기 용어는 프로세서 등과 연계하여 소프트웨어의 일련의 처리들(routines)의 의미를 포함할 수 있다.
본 실시 예에서 설명하는 특정 실행들은 예시들로서, 어떠한 방법으로도 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다.
본 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 “상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 마지막으로, 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 한정되는 것은 아니다. 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.

Claims (20)

  1. 사용자의 모션을 검출하는 단계;
    상기 검출된 사용자의 모션을 기초로 피드백 신호를 전달할 신체 부위를 결정하는 단계;
    상기 피드백 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 피드백 신호를 출력하는 단계를 포함하고,
    상기 피드백 신호는 상기 신체 부위의 근육을 자극하기 위한 전기 신호인 웨어러블 디바이스의 피드백 제공 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 피드백 신호를 출력하는 단계는,
    상기 전기 신호를 상기 신체 부위 상에 위치하는 전극에 출력하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스의 피드백 제공 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 신체 부위를 결정하는 단계는,
    상기 검출된 사용자의 모션과 레퍼런스 모션을 비교하여, 상기 피드백 신호를 전달할 신체 부위를 결정하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스의 피드백 제공 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 신체 부위를 결정하는 단계는 상기 검출된 사용자의 모션과 상기 레퍼런스 모션의 오차를 계산하는 단계를 포함하고,
    상기 피드백 신호를 출력하는 단계는 상기 오차가 감소되도록 상기 피드백 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스의 피드백 제공 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 피드백 신호를 생성하는 단계는 상기 피드백 신호의 세기, 방향 또는 주기를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스의 피드백 제공 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    사용자별 저장된 학습 데이터를 기초로 상기 세기, 상기 방향 또는 상기 주기를 결정하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스의 피드백 제공 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 사용자의 모션을 검출하는 단계는,
    상기 사용자의 신체 부위 상에 위치하는 전극으로부터 EMG 신호를 감지하고, 상기 EMG 신호가 감지된 신체 부위 및 상기 EMG 신호의 패턴을 분석하여 상기 사용자의 모션을 검출하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스의 피드백 제공 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 사용자의 모션을 검출하는 단계는,
    깊이 카메라를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스의 피드백 제공 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 사용자의 모션을 검출하는 단계는,
    상기 깊이 카메라를 통한 모션 검출 데이터와 상기 사용자의 신체 상에 위치하는 전극으로부터 감지된 EMG 신호를 모두 이용하여 사용자의 모션을 검출하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스의 피드백 제공 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 피드백 신호를 출력하는 단계는,
    상기 신체 부위와 연결된 근육 또는 근육 다발에 피드백 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스의 피드백 제공 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 피드백 신호를 출력하는 단계는,
    상기 피드백 신호를 전극을 통해 출력하고, 상기 전극의 주변의 접지 전극에 신호를 출력하여 전극 주변이 접지 상태가 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스의 피드백 제공 방법.
  12. 사용자의 신체 상에 위치하는 전극 패드;
    상기 사용자의 모션을 검출하는 입력부;
    상기 검출된 사용자의 모션을 기초로 피드백 신호를 전달할 신체 부위를 결정하는 제어부; 및
    상기 신체 부위 상에 위치하는 전극 패드를 통해 상기 피드백 신호를 출력하는 출력부를 포함하고, 상기 피드백 신호는 상기 신체 부위의 근육을 자극하기 위한 전기 신호인, 웨어러블 디바이스.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 전극 패드는 복수의 전극들을 포함하고,
    상기 제어부는 상기 전극 패드에서 상기 신체 부위에 대응되는 영역을 결정하고,
    상기 출력부는 상기 영역에 포함된 전극들에 상기 피드백 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 영역에 포함된 전극들에 출력하는 상기 피드백 신호의 세기, 방향 또는 주기를 결정하고,
    상기 출력부는 상기 세기, 상기 방향 또는 상기 주기에 따라 상기 영역에 포함된 전극들에 상기 피드백 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 검출된 사용자의 모션과 상기 레퍼런스 모션의 오차를 계산하고,
    상기 출력부는 상기 오차가 감소되도록 상기 피드백 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어부는 사용자별로 저장된 학습 데이터를 기초로 상기 피드백 신호의 세기, 방향 또는 주기를 결정하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 전극 패드는 적어도 하나의 다각형 전극 패드 및 접지 전극을 포함하고, 상기 다각형 전극 패드는 상기 접지 전극에 의해 둘러 쌓여 배치된 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 전극 패드는 신호의 입력과 출력에 모두 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 입력부 및 상기 전극 패드를 연결하거나, 상기 출력부 및 상기 전극 패드를 연결하는 스위치를 더 포함하고,
    상기 스위치는 상기 제어부에 의해 입력부 또는 출력부와 연결되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스.
  20. 제1항 내지 제11항 중에 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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