6축 가속도계와 자이로스코프는 스마트 기능성 신발의 관성 추적 코어 역할을 합니다. 이 센서들은 3차원 공간에서 가속도와 각속도를 지속적으로 모니터링함으로써 발의 자세와 궤적에 대한 실시간 데이터를 생성합니다. 이를 통해 시스템은 발을 들어 올리고, 회전하고, 착지하는 것과 같은 특정 움직임 단계를 정밀하게 구별할 수 있습니다.
핵심 요점: 이 센서들은 단순히 걸음 수를 세는 것 이상으로, 알고리즘 보정을 통해 보행 패턴을 디지털 방식으로 재구성하여 보행 균형 및 낙상 방지에 대한 중요한 통찰력을 제공합니다.
모션 캡처의 메커니즘
가속도 및 각속도 추적
6축 시스템은 3차원 공간에서 움직임을 모니터링하기 위해 두 가지 다른 유형의 측정을 통합합니다.
가속도계는 선형 가속도(속도 변화 속도)를 측정하고, 자이로스코프는 각속도(회전 속도)를 추적합니다.
특정 보행 단계 캡처
이 조합을 통해 신발은 발을 들어 올리고, 착지하고, 회전하는 것과 같은 특정 신체 동작을 식별할 수 있습니다.
고정밀 관성 센서는 특정 발 착지 각도, 토오프 여유 공간, 스윙 속도를 포함한 미묘한 운동학적 세부 정보를 감지할 수 있습니다.
움직임의 디지털 재구성
센서가 캡처한 원시 물리 신호는 알고리즘 엔진으로 전송됩니다.
이 엔진은 데이터를 처리하여 보행 패턴의 디지털 재구성을 수행하고, 추상적인 센서 판독값을 사용자의 보폭에 대한 일관된 모델로 변환합니다.
원시 데이터에서 건강 통찰력으로
실시간 자세 모니터링
이 센서들은 공간에서 발의 위치를 지속적으로 분석하여 실시간 자세 데이터를 제공합니다.
이 지속적인 정보 흐름은 안정성을 평가하고 정상적인 보행 패턴에서 벗어나는 것을 감지하는 데 중요합니다.
보행 균형 및 낙상 방지
처리된 데이터는 단순한 활동 추적을 넘어 정확한 보행 균형 모니터링을 용이하게 합니다.
이 기능은 특히 낙상을 예측하고 예방하는 데 초점을 맞춘 건강 모니터링 응용 프로그램에서 신발의 기능적 유용성을 향상시킵니다.
움직임과 하중의 구분
관성 센서가 측정하지 않는 것
6축 가속도계와 자이로스코프는 물리적 무게나 압력이 아닌 움직임 궤적을 추적한다는 것을 이해하는 것이 중요합니다.
이들은 발이 공중을 통과하고 지면에 닿는 방법을 식별하지만, 접촉 중에 가해지는 하중은 측정하지 않습니다.
보완 센서의 역할
지면 반력(GRF) 또는 체중 분포를 측정하려면 정전 용량 압력 센서와 같은 다른 구성 요소가 필요합니다.
따라서 6축 센서는 운동학적(움직임) 분석을 위한 솔루션으로 간주되어야 하며, 압력 센서는 동역학적(힘) 분석을 처리합니다.
목표에 맞는 올바른 선택
스마트 신발 기술을 평가할 때 특정 센서 기능은 의도된 응용 프로그램과 일치해야 합니다.
- 주요 초점이 안정성과 안전이라면: 균형 상실을 나타내는 미세한 회전 변화를 감지하기 위해 고급 알고리즘 보정이 있는 시스템을 우선적으로 고려하십시오.
- 주요 초점이 재활 또는 분석이라면: 센서가 스윙 속도 및 발 착지 각도에 대한 고해상도 데이터를 제공하여 보행 주기를 정확하게 재구성하도록 하십시오.
이 센서들은 신발을 수동적인 의류에서 동역학적 분석을 위한 지능형 도구로 변환합니다.
요약 표:
| 특징 | 센서 유형 | 측정 데이터 | 보행 분석 역할 |
|---|---|---|---|
| 선형 동역학 | 가속도계 | 속도 변화 및 가속도 | 발 들어 올림 및 착지 충격 감지 |
| 회전 동역학 | 자이로스코프 | 각속도 및 회전 | 발 착지 각도 및 스윙 궤적 식별 |
| 데이터 출력 | 통합 6축 | 3D 모션 재구성 | 보행 균형 및 안정성 모니터링 |
| 제한 사항 | 관성만 해당 | 움직임 궤적 (운동학) | 압력 또는 하중 (동역학) 측정 안 함 |
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참고문헌
- M D Ikbal Hosen, S. Sahiya Anjum. IOT BASED INTELLIGENT AND MULTI-FUNCTIONAL SHOE FOR THE VISUALLY IMPAIRED PEOPLES. DOI: 10.56726/irjmets43940
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