3축 가속도계는 힘 측정에 공간적 움직임의 차원을 추가함으로써 압력 센서를 보완합니다. 압력 센서는 수직 하중과 발 전체의 무게 분산을 감지하는 데 엄격히 제한되는 반면, 가속도계는 3차원 공간에서 움직임 벡터를 추적합니다. 이러한 통합을 통해 스마트 깔창은 발이 지면에 닿을 때뿐만 아니라 발걸음 사이 공중에 떠 있을 때의 움직임까지 모니터링할 수 있습니다.
핵심 시너지 압력 센서는 운동역학 데이터(신체에 작용하는 힘)를 제공하는 반면, 가속도계는 운동학 데이터(움직임의 기하학적 구조)를 제공합니다. 이 두 가지 별개의 데이터 세트를 결합하면 어느 한 센서만으로는 달성할 수 없는 포괄적인 보행 분석이 가능합니다.
운동학적 기여
데이터 격차 해소
압력 센서는 보행 중 발이 지면에 닿아 있는 "입각기" 동안 매우 효과적입니다. 그러나 발이 떨어지면 더 이상 데이터를 제공하지 않습니다.
3D 움직임 벡터 추적
3축 가속도계는 3차원 공간에서 움직임 벡터를 캡처하여 이러한 침묵을 메웁니다. 지속적으로 발의 공간 궤적을 모니터링하여 압력 부하가 없을 때에도 사지의 위치를 시스템이 인지하도록 합니다.
스윙 각도 측정
이 공간 데이터에서 파생되는 중요한 지표 중 하나는 발 스윙 각도입니다. 스윙 단계 동안 발의 각도를 이해하는 것은 사용자의 보행 역학 및 효율성을 독특하게 특징화하는 데 도움이 됩니다.
고급 보행 매개변수 도출
공간적 매개변수 계산
시간 경과에 따른 가속도 데이터를 분석함으로써 시스템은 압력 센서로는 감지할 수 없는 특정 공간적 매개변수를 도출할 수 있습니다.
이러한 매개변수에는 보폭과 보행 속도가 포함됩니다. 이는 이동성 수준과 운동 성능을 평가하는 데 기본적입니다.
정확한 단계 식별
가속도계는 보행 주기를 세분화하는 데 중요합니다. 높은 시간적 정밀도로 특정 보행 단계를 식별하는 데 도움이 됩니다.
식별되는 주요 단계에는 뒤꿈치 닿기, 전체 입각기, 발가락 밀기가 포함됩니다. 이 세분화는 압력 센서로 캡처된 힘 데이터를 정확한 충격 또는 추진 순간과 동기화하는 데 필수적입니다.
절충점 이해
통합의 복잡성
센서 조합은 완전한 그림을 제공하지만 상당한 데이터 복잡성을 야기합니다. 정확한 분석을 보장하기 위해 시스템은 가속도계(움직임)의 타이밍과 압력 센서(힘)의 타이밍을 완벽하게 동기화해야 합니다.
해석 요구 사항
원시 가속도 데이터를 분석하려면 노이즈와 드리프트를 필터링하기 위한 정교한 알고리즘이 필요합니다. 종종 힘의 직접적인 판독값인 압력 데이터와 달리, 가속도 데이터는 위치와 속도를 결정하기 위해 수학적으로 통합되어야 하므로 계산 요구량이 더 많습니다.
목표에 맞는 올바른 선택
스마트 깔창 기술에서 최대한의 가치를 추출하려면 어떤 센서가 어떤 질문에 답하는지 이해해야 합니다.
- 주요 초점이 운동역학(힘)이라면: 수직 하중, 무게 분산 및 충격 강도를 이해하기 위해 압력 센서 데이터에 우선순위를 두십시오.
- 주요 초점이 운동학(움직임)이라면: 보폭, 보행 속도 및 3D 공간에서의 발 궤적을 분석하기 위해 가속도계 데이터에 의존하십시오.
- 주요 초점이 포괄적인 보행 분석이라면: 특정 움직임 패턴(운동학)이 특정 힘 하중(운동역학)을 어떻게 초래하는지 상관시키기 위해 두 데이터 스트림을 모두 합성해야 합니다.
진정한 보행 분석은 지면에 가해진 힘과 그것을 만들어낸 움직임 모두를 볼 필요가 있습니다.
요약 표:
| 특징 | 압력 센서 (운동역학) | 3축 가속도계 (운동학) |
|---|---|---|
| 측정 초점 | 수직 하중 및 무게 분산 | 3D 움직임 벡터 및 궤적 |
| 활성 단계 | 입각기 (발이 지면에 닿아 있을 때) | 유각기 (발이 공중에 있을 때) |
| 주요 지표 | 충격력, COP (압력 중심) | 보폭, 속도, 스윙 각도 |
| 주요 역할 | 힘의 강도 식별 | 움직임의 기하학적 구조 특징화 |
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참고문헌
- Ho Won Kang, Dong Yeon Lee. Assessment of Validity and Reliability of Plantar Pressure in Smart Insole. DOI: 10.14193/jkfas.2022.26.3.130
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