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Development of Insole Sensor System for Measurement of vertical Ground Reaction Force

Title
Development of Insole Sensor System for Measurement of vertical Ground Reaction Force
Other Titles
수직 지면반발력 측정을 위한 인솔 센서 시스템 개발
Author
CHO, Jeong Ho
Alternative Author(s)
조정호
Advisor(s)
한창수
Issue Date
2019. 8
Publisher
한양대학교
Degree
Master
Abstract
본 논문은 압전저항식 압력센서를 이용하여 수직 지면반발력 측정을 위한 인솔센서 시스템 개발에 목적을 두고 있다. 지면반발력은 2족보행을 연구하는 데 중요한 요소로, 최근 지면반발력 측정을 통하여 운동선수의 경기력을 분석 하거나, 보행패턴을 분석하여 환자를 진단하기도 하며 웨어러블로봇에 적용하 여 착용자의 의도파악을 판단하기 위해 사용하기도 한다. 지면반발력 측정을 위한 방법으로는 힘 측정판을 이용하여 측정하는 방식이 있나, 고가이며 공간 의 제약이 있으며 실시간 데이터 처리의 어려움이 따른다. 이러한 단점을 보 완하기 위하여 신발 내부에 착용하는 인솔타입의 센서 시스템을 개발하였다. 본 연구에서는 인솔센서 시스템을 개발하기 위해서, 지면반발력 측정을 가 장 필요로 하는 2족 보행에 대하여 이해하고, 보행 한 주기의 지면반발력 곡 선에서 보행패턴을 분석하였다. 이를 통하여 개발된 인솔센서 시스템은 인솔 센서와 신호 처리보드로 구성된다. 인솔센서에는 환자를 포함한 대부분의 사 람에게 적용 가능하도록 21개의 압전저항방식의 압력센서를 배치하였으며, 신 호 처리보드는 5VDC 전원사양과 다양한 시스템과 연동이 가능하도록 CAN통 신과 UART(RS-232)통신방식을 선택, 사용하여 5ms마다 데이터 송수신이 가능하도록 개발하였다. 개발된 인솔센서의 성능검증을 위하여 반복성, 선형성 시험을 진행 하였으며, 피시험자 5명을 대상으로 인솔센서 시스템의 캘리브레 이션 과정을 거쳐, 수직 지면반발력을 측정과 측정된 데이터를 통하여 보행패 턴을 구분 가능함을 보임으로써 시스템의 성능을 검증하였다.; The purpose of this paper is developing insole sensor system for measuring vertical ground reaction force(vGRF) using piezo-resistive pressure sensors. Ground reaction force(GRF) is important factor to research about walking with two legs. These days, GRF is using for analysis of athlete performance or diagnosis as analyzing gait pattern. It can be applied to wearable robot and used to judge user’s intention of movement. Force plate is method to measure the GRF. However, it requires high cost, has space limitation, and has difficulty of processing real-time data. In order to supplement these disadvantages, insole sensor system, which is put inside of shoes, is developed. In this study, insole sensor system is developed for measurement of the vGRF. In order to develop the insole sensor system, walking with two legs where measurement of the GRF is most necessary, is understood and gait phase is analyzed based on the GRF patterns of one gait cycle. From these, developed insole sensor system contains insole sensor and signal processing board. Insole sensor has 21 piezo-resistive pressure sensors to be feasible to most people including patients. For signal processing board, CAN, UART or RS-232 are selected to be able to interlock with 5VDC power specification and various system and used to be available of data transmission and reception every 5ms. In order to verify features of developed the insole sensor, repeatability and linearity experiments are conducted. After calibration process of the insole sensor system with 5 subjects, it is verified that it is possible to classify gait pattern as using the vGRF data.
URI
https://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/109079http://hanyang.dcollection.net/common/orgView/200000435717
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GRADUATE SCHOOL[S](대학원) > INTERDISCIPLINARY ENGINEERING SYSTEMS(융합시스템학과) > Theses (Master)
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