KR101138012B1 - 복수 개의 측정 자세에서 사용자의 균형도를 측정하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

복수 개의 측정 자세(measurement posture)에서 사용자의 균형도를 측정하기 위한 장치가 개시된다. 균형도 측정 장치는 측정 자세에 따라서 수직 위치, 수평 위치, 및 기울기 중 적어도 하나가 조절되며 각각 사용자의 좌우측 발에 상응하는 한 쌍의 발판들, 발판들 상에 설치되어 사용자의 좌우측 발이 발판들에 가하는 부하를 측정하기 위한 적어도 하나의 센서들, 및 센서들의 출력 신호를 분석하여 사용자의 측정 자세별 균형도를 측정하고, 측정 자세별 균형도를 이용하여 사용자의 건강 정보를 생성하는 중앙 제어부를 포함한다. 중앙 제어부는 발판들의 수직 위치, 수평 위치, 및 기울기 중 적어도 하나를 측정 자세에 따라서 조절한다. 본 발명에 의하여 사용자의 균형 유지능력과 같은 건강 정보를 용이하게 측정할 수 있는 것은 물론, 사용자의 균형 유지능력을 향상시키기에 적합한 운동 처방을 제공할 수 있다.

Description

복수 개의 측정 자세에서 사용자의 균형도를 측정하기 위한 장치 및 방법{Method and apparatus for measuring balance of user at plural measurement postures}

본 발명은 사용자의 건강 정보를 측정하기 위한 장치에 관한 것으로서, 특히, 복수 개의 측정 자세에서 사용자의 균형도를 측정하고, 측정된 균형도에 기반하여 사용자의 건강 정보 및 사용자에게 적합한 운동 처방을 제공하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

현대인들은 컴퓨터 앞에서 생활하는 일이 많기 때문에, 마우스 조작이나 키보드 조작과 같은 단순 반복적인 운동 외에는 운동량이 절대적으로 부족한 실정이다. 뿐만 아니라, 인터넷의 급속한 보급에 따라, 현대인들의 컴퓨터 앞에서 보내는 시간은 더욱 증가하고 있다. 따라서, 운동 부족에 기인한 다양한 성인병이 현대인의 건강을 위협하고 있으며, 이에 대한 경각심이 고조된다.

현대인의 건강을 증진하기 위하여, 우선 현재의 건강 상태를 정확하게 측정하는 것이 중요하다. 따라서, 다양한 건강 정보를 측정할 수 있는 장치들이 널리 보급되었으며, 이러한 장치들은 특히 피트니스 센터 등에서 널리 이용된다.

사용자의 신체는 좌우측이 반드시 균형적으로 발달되는 것은 아니다. 특히, 장시간 책상에 앉아있거나 운전을 하는 등, 현대인들은 같은 자세를 오랫동안 취하게 된다. 이 경우, 잘못된 자세가 오랫동안 지속되게 되어 사용자의 신체에는 치명적인 불균형이 초래된다. 이러한 불균형이 발생하면 현대인의 일상 생활에 큰 영향을 줄 수 있다.

보행 동작은 정상적인 신체를 가지고 있으면 누구나 쉽게 할 수 있기 때문에 사람들은 걷는 것에 특별한 관심을 기울이지 않지만, 보행 동작은 신경과 골격근이 총괄적으로 사용되는 아주 복잡한 과정이며, 한쪽 다리가 입각기의 안정된 상태를 유지하는 동시에 다른 다리가 몸을 앞으로 전진시키는 연속적이고 반복적인 동작이다. 또한 100여 개의 골격근이 상지와 하지의 여러 관절과 협응을 이루어야 가능한 복합적인 동작이며 호흡 작용이나 심장 박동 등 여러 신체 활동의 협응으로 이루어진다.

또한, 보행은 일상 생활에서 가장 기초적이면서 필수적인 동작이다. 그러므로, 보행을 제대로 하지 못하는 환자의 경우 일상 생활을 정상적으로 수행할 수 없음은 물론, 근육의 퇴행으로 인한 추가적인 합병증까지도 발생하게 된다. 또한, 보행 조건이 나쁜 경우에는 중심이 불안정해지므로 신체 각 부위의 평형성 및 호흡과 심장 활동에 영향을 미쳐 피로가 증가하게 된다.

정상적인 보행을 위하여 균형유지능력(balancing capability)이 매우 중요하다는 것이 여러 연구에 의하여 알려진다. 균형유지능력이 떨어질 경우, 보행시 안정감이 저하되므로 낙상으로 인한 추가 부상이 우려된다. 이러한 위험성은 특히 노약자나 부상에서 재활중인 환자 등의 사람들에게 치명적일 수 있다. 또한, 현대인의 신체는 상호 유기적으로 영향을 미치므로, 어느 신체 부분이 비정상적으로 발달하거나 비정상적으로 열악하게 발달하면 다른 신체 부분에 추가적인 영향을 미칠 수 있다. 그러므로, 환자의 보행은 물론 정상적인 생활을 유지하기 위하여 균형유지능력을 증진시키는 것이 절실히 필요하다.

균형유지능력을 증진하기 위해서는, 일단 사용자의 현재의 균형유지능력을 측정하는 것이 필요하다. 현재의 균형유지능력을 알아야 어떠한 방식으로 이를 증진시킬 것인지 결정할 수 있기 때문이다. 균형유지능력을 측정하기 위한 종래의 기술은 수평으로 위치한 발판 상에 사용자가 정지 상태를 유지하면서 서있는 동안 사용자의 체중의 중심의 변화량에 기반하여 사용자의 균형유지능력을 측정한다. 즉, 체중의 중심점이 움직이는 정도가 큰 사용자일수록 균형을 유지하는 능력이 부족하다고 판단하고, 체중의 중심점이 잘 변하지 않는 사용자의 경우에는 균형유지능력이 크다고 판단한다. 이와 같이 사용자의 현재 균형유지능력이 측정되면, 이러한 측정 결과를 바탕으로 균형유지능력을 증진시키기 위하여 사용자에게 가장 적합한 운동 처방 등을 제공하게 된다.

그런데, 종래의 균형유지능력 측정 장치는 한정된 측정 자세에서만 균형유지능력을 측정할 수 있다. 즉, 오직 평평한 지면 상에서 균형을 유지하는 능력만을 측정할 수 있다. 하지만, 실질적으로 필요한 것은 걷기 동작의 다양한 시점에서도 안정되게 균형을 유지할 수 있는 능력이다. 예를 들어, 평평한 지면 위에서는 비교적 균형을 잘 유지하는 사용자도 실제 걷기를 시작할 경우 균형을 잡는 것이 곤란할 수 있다. 특히, 근육 손상 등의 이유로 다리를 높이 들 수 없는 사용자의 경우, 걷기 동작이 역동적으로 변할수록 다리의 움직임이 제한되어 쉽게 균형을 잃을 수 있다.

그러므로, 수평 위치에서 뿐만 아니라 걷기 동작 중에 발생되는 다양한 측정 자세에서의 사용자의 균형유지능력도 정확하게 측정함으로써, 이러한 정밀한 균형유지능력에 기반하여 사용자의 균형 유지력(또는 균형도)을 포함하는 건강 정보를 정밀하게 측정하고, 측정된 사용자의 건강 정보에 특화된 운동 처방을 제공하기 위한 기술이 절실히 요구된다.

본 발명의 목적은 특정 측정 자세를 유지할 수 있는 능력을 의미하는 사용자의 균형유지능력을 다양한 측정 자세에 대하여 측정할 수 있는 균형도 측정 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 다양한 측정 자세에 대한 사용자의 균형유지능력을 측정하고, 측정된 균형도에 기반하여 정확하게 사용자의 건강 정보를 생성하며, 생성된 건강 정보를 이용하여 사용자에게 적합한 운동 처방을 제공할 수 있는 균형도 측정 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 사용자의 건강 정보에 상응하여 각 사용자에게 특화된 운동 처방을 제공함은 물론, 운동 처방에 상응하게 사용자의 자세에 외란(perturbation)을 부여함으로써, 사용자가 외란을 극복하고 소정의 자세로 복귀하는 연습을 반복적으로 수행하도록 하여 사용자의 균형유지능력을 회복시키기 위한 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 사용자의 신체 중심이 전후좌우 어느 방향으로 점진적으로 편향되는 동안에 사용자의 신체를 견인하는 홀더 구동부가 상기 홀더를 견인하는 견인력을 측정하도록 하고, 견인력이 급격히 증가하는 경우 해당 견인력을 해당 방향에 상응하는 균형유지 최소외력(minimum balancing force)으로서 결정하여 사용자의 측정 자세별 균형도를 정밀하게 측정할 수 있는 균형도 측정 장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일면은, 복수 개의 측정 자세(measurement posture)에서 사용자의 균형도를 측정하기 위한 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 균형도 측정 장치는 측정 자세에 따라서 수직 위치, 수평 위치, 및 기울기 중 적어도 하나가 조절되며 각각 사용자의 좌우측 발에 상응하는 한 쌍의 발판들, 발판들 상에 설치되어 사용자의 좌우측 발이 발판들에 가하는 부하를 측정하기 위한 적어도 하나의 센서들, 및 센서들의 출력 신호를 분석하여 사용자의 측정 자세별 균형도를 측정하고, 측정 자세별 균형도를 이용하여 사용자의 건강 정보를 생성하는 중앙 제어부를 포함한다. 중앙 제어부는 발판들의 수직 위치, 수평 위치, 및 기울기 중 적어도 하나를 측정 자세에 따라서 조절하는 것을 특징으로 한다. 또한, 균형도 측정 장치는 건강 정보에 기반하여 사용자의 건강을 증진하기 위한 운동 처방을 생성하는 운동 처방 생성부를 더 포함한다. 더 나아가, 균형도 측정 장치는 발판의 평형 상태에 외란(perturbation)을 인가하기 위한 외란 인가부를 더 포함하며, 외란의 강도 및 빈도 중 적어도 하나는 운동 처방에 상응하여 조절된다. 뿐만 아니라, 균형도 측정 장치는 사용자의 신체 소정 부위에 부착되는 홀더(holder) 및 홀더를 상승 및 하강시키기 위한 홀더 구동부를 포함하며 사용자의 양 발에 인가되는 체중을 감소 및 증가시키기 위한 체중 완화/견인력 측정부(unweighing/pulling force measuring portion)를 더 포함하며, 체중 완화/하중 측정부는, 사용자의 직립 상태를 유지시키기 위하여 홀더 구동부가 홀더를 견인하는 견인력을 측정한다. 바람직하게는, 제어부는 발판들을 제어하여 사용자의 중심이 전후좌우 방향 중 어느 한 방향으로 점진적으로 편중되도록 제어하면서 홀더 구동부가 홀더를 견인하는 견인력을 측정하며, 견인력이 급격히 증가하는 임계점에서의 해당 견인력을 해당 방향에 상응하는 균형유지 최소외력(minimum balancing force)으로서 결정하고, 임계점 및 균형유지 최소외력을 더욱 이용하여 사용자의 측정 자세별 균형도를 측정한다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 면은 복수 개의 측정 자세에서 사용자의 균형도를 측정하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 균형도 측정 방법은 사용자의 좌우측 발에 상응하는 한 쌍의 발판의 수직 위치, 수평 위치, 및 기울기 중 적어도 하나를 측정 자세에 따라서 조절하는 발판 조절 단계, 발판들 상에 설치되는 센서들을 이용하여 사용자의 좌우측 발이 발판들에 가하는 부하를 측정하는 부하 측정 단계, 센서들의 출력 신호를 분석하여 사용자의 측정 자세별 균형도를 측정하는 균형도 측정 단계, 측정할 자세가 더 남아있으면 발판 조절 단계로 복귀하는 단계, 및 측정된 자세별 균형도를 이용하여 사용자의 건강 정보를 생성하는 건강 정보 생성 단계를 포함한다. 특히, 균형도 측정 방법은 건강 정보에 기반하여 사용자의 건강을 증진하기 위한 운동 처방을 생성하는 운동 처방 생성 단계를 더 포함한다. 특히, 발판 조절 단계는 발판의 평형 상태에 외란을 인가하는 단계를 더 포함하고, 균형도 측정 단계는 외란에 대한 센서들의 출력 신호를 더욱 분석하여 사용자의 측정 자세별 균형도를 측정한다. 뿐만 아니라, 부하 측정 단계는, 발판들을 제어하여 사용자의 중심이 전후좌우 방향 중 어느 한 방향으로 점진적으로 편중되도록 제어하면서 사용자의 직립 상태를 유지시키기 위하여 사용자를 상향으로 견인해야 하는 견인력을 측정하는 단계를 더 포함한다. 더 나아가, 균형도 측정 단계는, 견인력이 급격히 증가하는 임계점에서의 해당 견인력을 해당 방향에 상응하는 균형유지 최소외력으로서 결정하는 단계, 및 임계점과 균형유지 최소외력을 더욱 이용하여 사용자의 측정 자세별 균형도를 측정하는 단계를 더 포함한다.

본 발명에 의하여 사용자의 균형유지능력과 같은 건강 정보를 용이하게 측정할 수 있는 것은 물론, 사용자의 균형유지능력을 향상시키기에 적합한 운동 처방을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일면에 따른 균형도 측정 장치를 개념적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일면에 따른 균형도 측정 장치의 일 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 균형도 측정 장치(200)에 포함되는 발판 조절부(230)의 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 균형도 측정 장치(200)에 포함되는 발판 조절부(130)의 정면도이다.
도 5는 발판(30, 50)의 정면도 및 평면도를 예시하는 도면이다.
도 6은 다양한 측정 자세에서의 제1 및 제2 발판(30, 50)들의 상대적인 위치 관계를 예시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 측면에 의한 균형도 측정 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 8은 본 발명에 의한 균형도 측정 장치에서 균형유지 최소외력을 측정하는 과정을 설명하기 위한 그래프이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일면에 따른 균형도 측정 장치를 개념적으로 나타내는 블록도이다.

도 1에 도시된 균형도 측정 장치(100)는, 발판 조절부(130), 중앙 제어부(150), 운동 처방 생성부(170), 및 체중 완화/견인력 측정부(180)를 포함한다.

발판 조절부(130)는 제1 및 제2 발판(30, 50) 각각의 수직 위치, 수평 위치, 및 기울기를 조절한다. 센서(110, 120)들은 제1 및 제2 발판(30, 50) 각각에 배치되어 사용자의 좌우측 발이 발판들에 가하는 부하를 측정한다. 센서는 각각의 발판에 두 개 이상 적용될 수 있다.

중앙 제어부(150)는 센서들(110, 120)의 출력 신호를 분석하여 사용자의 측정 자세별 균형도를 결정한다. 또한, 중앙 제어부(150)는 결정된 측정 자세별 균형도를 이용하여 사용자의 건강 정보를 생성한다. 본 발명에서, 중앙 제어부(150)는 어느 하나의 특정 측정 자세에 대한 사용자의 균형도를 측정하는 것이 아니라, 다양한 측정 자세에 대한 균형도를 측정한다. 그러므로, 사용자의 균형도에 대한 정보의 정확도가 향상되고, 이에 기반하여 사용자의 건강 상태에 대한 정확한 건강 정보를 얻을 수 있다.

또한, 발판 조절부(130)는 발판(30, 50)들의 평형 상태에 외란을 인가하기 위한 외란 인가부(190)를 더 포함한다. 사용자의 건강 정보를 측정하기 위하여 외란을 인가하는 이유는, 특정 자세를 지속적으로 유지하는 능력뿐만 아니라, 주위의 예측하지 못한 자극에 대하여 원하는 자세를 얼마나 빨리 복귀하는가가 사용자의 건강과 일상 생활 수행 능력을 결정하는데 큰 요인이 되기 때문이다.

운동 처방 생성부(170)는 측정된 건강 정보에 상응하여 사용자의 건강을 증진하기 위한 운동 처방을 선택적으로 생성할 수도 있다. 이 과정에서, 중앙 제어부(150)는 외부 인터페이스를 이용하여 측정된 건강 정보를 외부 장치(미도시)로 송신하고, 외부 장치로부터 운동 처방을 수신할 수도 있다.

운동 처방 생성부(170)에 의하여 제공되는 운동 처방은 다음과 같다.

예를 들어, 사용자의 균형유지능력이 매우 낮다는 것이 결정되면, 운동 처방 생성부(170)는 사용자가 천천히 균형 유지 훈련을 수행하도록 유도하는 운동 처방을 제공할 수 있다. 이 과정에서, 균형도 측정 장치(100)의 발판 조절부(130)는 발판의 수직/수평 위치 및 기울기를 동적으로 제어하여, 사용자의 균형 유지 훈련의 효과를 향상시킬 수 있다.

중앙 제어부(150)는 센서들(110, 120)로부터 수신된 출력 신호, 출력 신호로부터 측정한 측정 자세별 균형도, 각 측정 자세별 균형도를 종합하여 생성한 건강 정보, 및 바람직한 운동 처방을 디스플레이(미도시)를 통하여 사용자에게 제공한다. 이 경우, 사용자가 이해하기 쉽도록 건강 정보를 수치화하고 추상화하여 제공할 수도 있다. 예를 들어, 중앙 제어부(150)는 사용자의 균형유지능력을 0점 내지 100점 사이의 점수로서 추상화하여 제공할 수 있다.

또한, 체중 완화/견인력 측정부(180)는 사용자의 신체 부분을 상방으로 견인함으로써 사용자의 체중을 완화시키면서, 이 때 인가된 견인력을 측정할 수 있다. 사용자의 체중을 완화시켜야 하는 이유는, 수술이나 사고 등의 이유로 사용자의 균형유지능력이 현저히 저하되었을 경우에 일반인에게는 용이한 측정 자세에서 균형유지능력을 측정하는 것도 특정 사용자에게는 위험할 수 있기 때문이다. 특히, 건강을 증진시키기 위하여 수행하는 균형유지능력 측정 작업 동안에 불의의 낙상 사고 등을 당하게 되면 수술 직후의 사용자 등에게는 치명적인 후유증을 야기할 수도 있다. 그러므로, 사용자의 현재 건강 상태를 참조하여 사용자의 체중을 완화시킴으로써 불의의 사고를 미연에 방지할 수 있다.

또한, 체중 완화/견인력 측정부(180)는 사용자의 균형유지능력을 전후좌우 방향별로 차등적으로 측정할 수도 있다. 즉, 발판 조절부(130)가 사용자의 체중이 전후좌우 방향 중 어느 한 방향으로 편중되도록 발판(30, 50)을 제어하는 동안 체중 완화/견인력 측정부(180)는 사용자가 균형을 유지하도록 사용자를 상방으로 견인하는 견인력을 모니터링할 수 있다.

도 8은 본 발명에 의한 균형도 측정 장치에서 균형유지 최소외력을 측정하는 과정을 설명하기 위한 그래프이다. 도 8(a) 및 도 8(b)는 각각 사용자의 체중이 전후 방향 및 좌우방향으로 편중될 경우에 체중 완화/견인력 측정부(180)가 사용자의 신체에 인가하는 견인력을 예시한다. 도 8에 도시된 그래프의 수평축은 각 방향에서의 발판의 상대적 높이차를 의미한다. 예를 들어, 도 8(a)의 원점(O)부터 좌측으로 갈수록 사용자의 앞발이 위치한 발판의 상대적 높이가 뒷발이 위치한 발판보다 점점 더 낮게 되어 사용자의 체중이 전방으로 편중된다는 것을 의미한다.

도 8(a)를 참조하면, 사용자의 체중이 전방으로 편중될 경우 견인력이 천천히 증가하다가 제1 지점(A)에서 급격히 증가되는 것을 알 수 있다. 견인력이 증가한다는 것은, 체중 완화/견인력 측정부(180)가 그만큼 많은 견인력을 이용하여 사용자를 지지하고 있다는 것을 의미한다. 사용자가 균형을 잘 유지하는 동안에는 체중 완화/견인력 측정부(180)는 적은 견인력만 이용해도 사용자를 지지할 수 있다. 이것은 원점(O)부터 제1 지점(A)까지의 구간에 해당된다. 또한, 사용자의 체중이 전방으로 점점 편중된다는 것은, 사용자의 뒷발이 놓여진 페달의 수직위치가 앞발이 놓여진 페달의 수직위치보다 점점 더 높도록 구동된다는 것을 의미한다. 도 8(a)에서, 체중 완화/견인력 측정부(180)의 견인력은 제1 지점(A)까지는 0부터 FF까지 서서히 증가하고 있으므로, 이것으로부터 사용자가 제1 지점(A)까지는 스스로 균형을 유지하고 있다고 판단할 수 있다. 그런데, 제1 지점(A) 이후에, 견인력이 사용자의 체중(W)까지 현저하게 증가한다. 이것은, 사용자가 제1 지점(A) 이후에 스스로 균형을 유지할 수 없으므로 체중 완화/견인력 측정부(180)에 큰 하중이 갑자기 걸리게 된다는 것을 의미한다. 그러므로, 도 8(a)의 그래프로부터, FF가 제1 지점(A)에서의 균형유지 최소외력이라고 결정할 수 있다. 본 명세서에서 균형유지 최소외력이란 사용자가 넘어지지 않고 균형을 유지하도록 하기 위하여 체중 완화/견인력 측정부(180)가 사용자를 상방으로 견인해야 하는 최소 힘을 의미한다. 따라서, 발판들의 위치 차가 특정값일 경우(예를 들어 A 지점), 해당 지점에 상응하는 균형유지 최소외력(예를 들어, FF)보다 더 큰 힘으로 견인하면 사용자의 균형이 유지될 수 있지만, 균형유지 최소외력보다 적은 힘으로 견인할 경우 사용자의 균형이 깨지게 된다는 것을 의미한다. 이 때의 A 지점을 전방에서의 임계점(critical point)이라고 정의할 수 있다.

다시 도 8(a)를 참조하면, 사용자의 체중이 후방으로 편중될 경우 견인력이 천천히 증가하다가 제2 지점(B)에서 급격히 증가되는 것을 알 수 있다. 사용자의 체중이 후방으로 점점 편중된다는 것은, 사용자의 앞발이 놓여진 페달의 수직위치가 뒷발이 놓여진 페달의 수직위치보다 점점 더 높도록 구동된다는 것을 의미한다. 도 8(a)에서, 체중 완화/견인력 측정부(180)의 견인력은 제2 지점(B)까지는 0부터 FB까지 서서히 증가하고 있으므로, 이것으로부터 사용자가 제2 지점(B)까지는 스스로 균형을 유지하고 있다고 판단할 수 있다. 그런데, 제2 지점(B) 이후에, 견인력이 사용자의 체중(W)까지 현저하게 증가한다. 이것은, 사용자가 제2 지점(B) 이후에 스스로 균형을 유지할 수 없으므로 체중 완화/견인력 측정부(180)에 큰 하중이 갑자기 걸리게 된다는 것을 의미한다. 그러므로, 도 8(a)의 그래프로부터, FB가 제2 지점(B)에서의 사용자의 균형유지 최소외력이라고 결정할 수 있다.

이와 같은 방법으로 도 8(b)를 참조하면, 사용자의 체중이 좌방으로 편중될 경우, 제3 지점(C)까지 견인력이 0부터 FL까지 점진적으로 증가하다가 제3 지점(C)이후에 급격히 증가한다는 것을 알 수 있다. 또한, 사용자의 체중이 우방으로 편중될 경우, 제4 지점(D)까지 견인력이 0부터 FR까지 점진적으로 증가하다가 제4 지점(D)이후에 급격히 증가한다는 것을 알 수 있다. 그러므로, FL 및 FR을 각각 제3 지점(C) 및 제4 지점(D)에서의 균형유지 최소외력이라고 결정할 수 있다. 도 8(a) 및 8(b)에서, 견인력의 최대값은 사용자의 체중인 W에 해당한다는 것이 용이하게 이해될 수 있다.

또한, 도 8에 도시된 그래프의 제1 내지 제4 지점(A, B, C, D)에 대해서 설명하면 다음과 같다. 제1 내지 제4 지점은 각각 전후좌우 방향으로 사용자의 체중이 편중될 경우에, 체중 완화/견인력 측정부(180)에 갑자기 큰 하중이 인가되기 시작하는 임계점을 의미한다. 그러므로, 원점(O) 및 제1 내지 제4 지점(A, B, C, D)까지의 거리가 길수록, 해당 방향에서의 사용자의 균형유지능력이 양호하다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 도 8(a)에서 사용자의 전방 균형유지능력이 후방 균형유지능력보다 양호하다는 것을 알 수 있다. 이 경우, 사용자의 후방 균형유지능력을 중점적으로 개선시키기 위한 운동 처방을 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 도 8(b)에서, 사용자의 좌방 균형유지능력보다 우방 균형유지능력이 양호하다는 것을 알 수 있다. 이 때에는, 사용자의 좌방 균형유지능력을 개선시키기 위한 운동 처방이 필요하다.

다시 도 1을 참조하면, 중앙 제어부(150)는 사용자의 전후좌우 방향에 따른 균형유지 최소외력을 더욱 이용하여 사용자의 균형유지능력을 평가할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일면에 따른 균형도 측정 장치의 일 실시예를 나타내는 사시도이다.

도 1에 도시된 균형도 측정 장치(200)는, 하부 프레임(205), 지지 프레임(210), 하중 지지봉(215), 손잡이(220)로 구성되는 골격을 가진다. 또한, 균형도 측정 장치(200)는 사용자의 양 발이 놓여지는 발판(30, 50), 발판(30, 50)을 구동하는 발판 조절부(230), 디스플레이(285) 및 중앙 제어부(250)를 포함한다. 바람직하게는, 균형도 측정 장치(200)는 사용자의 체중을 완화시키기 위한 체중 완화/견인력 측정부(280) 및 사용자의 신체를 감싸도록 구성된 홀더(270)를 포함한다.

하부 프레임(205), 지지 프레임(210), 및 하중 지지봉(215)은 강철과 같은 견고한 물질로 제조된다. 하부 프레임(205)에는 발판 조절부(230)가 설치된다. 발판 조절부(230)는 측정 자세에 따라서 발판의 수직 위치, 수평 위치 및 기울기 등을 각각 조절한다. 발판 조절부(230)의 구성에 대해서는 도 3 및 도 4를 이용하여 상세히 후술된다.

도 2에서, 참조하면, 발판(30, 50) 각각에는 전후 두 개의 발판 조절봉(25a, 25b)이 연결된다. 발판 조절봉(25a, 25b)은 발판 조절부(230)에 따라서 전후 방향(수평 방향) 및 상하 방향(수직 방향)으로 자유롭게 이동한다. 이 때, 두 개의 발판 조절봉(25a, 25b)의 상대적인 높이차에 의하여 발판(30, 50)의 기울기가 결정된다.

균형도 측정 동작이 수행되는 동안에, 사용자는 손잡이(220)를 붙잡음으로써 중심을 유지할 수 있다. 또한, 상체의 힘이 충분한 사용자의 경우, 사용자는 양 손잡이(220)를 기초로 자신의 몸을 일정 부분 들어올림으로써, 상체 근육 운동과 함께 하체에 가해지는 체중을 경감시키는 효과를 얻을 수도 있다. 하체에 가해지는 체중이 경감되면, 무릎 관절 등 취약한 부분에 가해지는 손상을 방지할 수 있다.

중앙 제어부(250)는 다양한 측정 자세에 대한 사용자의 균형유지능력을 측정하고, 이러한 측정 결과에 기반하여 사용자에게 개별화된 운동 처방(exercise prescription)을 제공한다. 운동 처방이란, 개인의 건강, 균형유지능력과 체력 수준과 같은 신체 정보를 분석하고, 분석 결과에 따라 개인에게 적합한 운동의 종류와 강도, 시간, 및 빈도 등을 결정하여 제공하는 서비스를 의미한다. 또한, 운동의 진행 단계에 따라 운동의 강도와 양을 적절히 조절해 주는 과학적이고 체계적인 건강 증진 서비스를 의미한다. 이와 같은 운동 처방은 의학적 전문지식을 가지고 운동 과학적 토대 위에서 체계적으로 이루어진다.

다양한 측정 자세는 버튼(255)을 이용하여 사용자에 의하여 직접 입력될 수도 있다. 또한, 균형도 측정 과정에서, 다양한 신체 정보 수집 장치를 통하여 사용자의 신체 정보가 수신될 수도 있다. 예를 들어, 발판(30, 50)에는 로드셀이 부착되어, 사용자가 발판(30, 50) 위에 올라서는 순간 사용자의 체중이 측정되고, 측정된 체중이 제어부(250)에 전달될 수 있다. 또한, 손잡이(220)에는 사용자가 잡을 수 있는 소정 부위에 맥박계 및 혈압계 등을 포함할 수 있다. 그러면, 사용자가 단지 손잡이(220)를 잡기만 하면, 해당 사용자의 맥박 및 혈압 등이 측정되어 제어부(250)로 제공된다. 또는 사용자의 신체 정보는 사용자의 가슴에 착용된 체스트 벨트(chest belt) 또는 사용자가 착용한 모자(hat)에 부착된 센서들을 이용하여 수신될 수도 있다. 이러한 신체 정보는 중앙 제어부(250)가 사용자에게 적합한 운동 처방을 결정할 때 기초 지식으로 이용될 수 있다.

이하, 체중 완화/견인력 측정부(280)에 대하여 상세히 후술된다.

홀더(270)는 사용자의 신체 소정 부위에 부착된다. 특히, 홀더(270)는 사용자의 상체에 안정적으로 부착되는 것이 바람직하다. 그러면, 홀더(270)에 연결된 라인(275)이 체중 완화/견인력 측정부(280)에 연결된다. 체중 완화/견인력 측정부(280)는 라인(275)을 감거나 풀어 줌으로써, 홀더(270)를 상승 및 하강시킬 수 있는 모터(미도시)를 포함한다.

사용자는 홀더(270)를 착용한 후 버튼(255)을 조작한다. 그러면, 중앙 제어부(250)는 사용자 입력에 응답하여 체중 완화/견인력 측정부(280)가 홀더(270)를 견인하도록 제어한다. 홀더(270)가 견인됨으로써 발판(30, 50)에 가해지는 사용자 체중이 감소한다. 그러면, 사용자는 넘어짐의 위험으로부터 자유롭게 균형도 측정을 수행할 수 있다. 또한, 중앙 제어부(250)는 사용자의 체중이 전후좌우 방향 중 특정 방향으로 편중되도록 발판 조절부(230)를 제어하면서 이 때 체중 완화/견인력 측정부(280)가 사용자를 견인하는 견인력을 측정함으로써 균형유지 최소외력을 측정할 수 있다. 그러면, 중앙 제어부(250)는 결정된 방향별 균형유지 최소외력을 더욱 이용하여 사용자 맞춤형 운동 처방을 제공할 수 있다.

도 3 및 도 4는 각각 도 2에 도시된 균형도 측정 장치(200)에 포함되는 발판 조절부(230)의 사시도 및 정면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 균형도 측정 장치는 크게 수평 스크류(12)가 내장된 가이드웨이 구동판(11)과, 가이드웨이 구동판(11) 상에 설치된 한 쌍의 가이드웨이(20) 및 가이드웨이(20) 내측에 부착된 발판(30)으로 구성된다. 가이드웨이 구동판(11)은 사용자의 보격에 해당하는 간격을 가지도록 배치된 좌우 한 쌍으로 구성되며, 소정의 길이를 갖는 판형으로 구성되어 그 중앙부에 수평 스크류(12)가 장착된다. 수평 스크류(12)는 가이드웨이 구동판(11)의 일 측에 결합된 모터(13)의 구동에 의해서 회전되며, 수평 스크류(12)의 회전에 따라 그 상부에서 가이드웨이(20)의 수평 이송이 이루어진다. 즉, 수평 스크류(12)가 도 1의 발판 조절부(130)로서 동작할 수 있다.

가이드웨이(20)는 가이드웨이 구동판(11)의 길이 방향을 따라 이송되며, 각 가이드웨이 구동판(11) 상부에 그 높이가 각기 다른 한 쌍의 가이드웨이(20)가 인접하여 수직 설치된다. 또한, 가이드웨이(20)는 가이드웨이 구동판(11) 상에서 수평 스크류(12)를 따라 수평 이송되는 가이드웨이 이송판(21)에 지지되어 수직 설치되며, 가이드웨이(20)의 외측면은 가이드웨이 지지구(22)에 밀착되어 지지된다. 한 쌍의 가이드웨이(20)는 각각 내측 중앙부에 수직 스크류(23)가 장착되며, 수직 스크류(23)의 상단, 즉 가이드웨이(20)의 상단부에는 수직 스크류(23)를 개별적으로 회전 구동시키기 위한 모터(24)가 설치된다. 또한, 수직 스크류(23) 상에 발판 구동부(25)가 결합되고, 발판 구동부(25)는 모터(24)의 구동에 의해 수직 스크류(23)가 회전됨에 따라서 가이드웨이 지지구(22)의 내측에서 수직 스크류(23)를 따라 그 상하부로 수직 이송된다. 그러므로, 수직 스크류(23)가 도 1의 발판 조절부(130)로서 동작할 수 있다. 이 때, 수직 스크류(23)의 상단에는 스토퍼(26)가 장착되어 발판 구동부의 수직 이송시 모터(24) 또는 모터 회전축과의 충돌을 방지한다.

그리고, 가이드웨이(20)가 수평 이송되는 가이드웨이 구동판(11)의 수평 스크류(12)와 결합된 모터(13) 및 각 가이드웨이(20) 내에 설치된 수직 스크류(23)에 결합된 모터(24)는 볼 스크류(27)를 통해 연결되고, 이 볼 스크류(27)를 통해 각 모터(13,24)의 회전력이 각각의 스크류(12,23)로 전달된다.

한편, 한 쌍의 가이드웨이(20)에 설치된 발판 구동부(25)는 그 내측에 각 발판 구동부(25)와 양측부가 상호 결합되며, 개별 발판 구동부(25)의 수직 이송에 따라 양단부의 높낮이가 조절 가능하게 연동되는 발판(30)이 장착된다. 발판(30)의 양측부는 가이드웨이(20)에 설치된 각 발판 구동부(25)에서 그 내측으로 연장된 발판 지지대(28)에 의하여 지지되며, 발판(30)은 발판 구동부(25)의 개별적인 수직 이송에 따라 그 전방과 후방이 회동 가능하게 결합된다. 즉, 사용자의 발바닥이 안착되는 발판(30)의 상면이 실제 보행 시에 발바닥이 지면과 순차적으로 이루는 각도를 가지도록 함으로써, 발판(30) 상에 양 발이 지지된 채로 보행 훈련을 하는 사용자에게 실제 보행과 동일한 운동이 이루어지도록 한다. 따라서, 발판 구동부(25)가 도 1의 발판 조절부(130)로서 동작할 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 발판 조절부(130)는 발판(30, 50)의 수직 위치, 수평 위치, 및 기울기를 조절할 수 있으며, 이러한 동작은 각각 수직 스크류(23), 수평 스크류(12), 및 발판 구동부(25)에 의하여 수행될 수 있다.

도 5는 발판(30)의 정면도 및 평면도를 예시하는 도면이다.

도 5(a)에서, 발판(30)에는 두 개의 발판 구동부(25a, 25b)에 의해 구동된다는 것을 알 수 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 발판 구동부(25a, 25b)는 모터(24)의 구동에 의해 수직 스크류(23)가 회전됨에 따라서 가이드웨이 지지구(22)의 내측에서 수직 스크류(23)를 따라 그 상하부로 각각 수직 이송된다. 따라서, 발판 구동부(25a, 25b)의 상대적인 높이차를 이용하여 발판(30)의 기울기를 조절할 수 있다. 예를 들어, 제1 발판 구동부(25a)가 제2 발판 구동부(25b)보다 높이가 높다면 이는 발뒤꿈치가 발가락보다 더 높게 위치되는 상태를 나타낼 수 있다. 반면에, 제1 발판 구동부(25a)가 제2 발판 구동부(25b)보다 낮다면 이는 발뒤꿈치가 발가락보다 더 낮은 형태를 나타낼 수 있다. 따라서, 발판 구동부(25a, 25b)의 상대적 높이차를 이용하여 발판(30)의 다양한 기울기를 구현할 수 있다.

도 5(b)는 발판(30, 50) 상에 센서들이 구현된 형상을 예시하는 도면이다. 도 5(b)에서, 제1 발판(30) 상에는 오른쪽 발이 놓여지고, 제2 발판(50) 상에는 왼쪽 발이 놓여진다. 이는 설명의 편의를 위한 것으로서, 본 발명을 한정하지 않는 것임은 명백하다. 제2 발판(50) 상에는 제1 내지 제4 센서들(80, 81, 82, 83)이 배치되고, 제1 발판(30) 상에는 제5 내지 제8 센서들(85, 86, 87, 88)이 배치된다. 압력을 측정하기 위해 사용된 센서는 로드셀(load cell)이며, 내부는 스트레인 게이지(strain gauge)로 조합된 브릿지 회로(bridge circuit)가 구성되어 있어, 외부에서 압력이 가해지면 스트레인 게이지의 변형으로 인한 저항의 변화를 만들어낸다. 로드셀의 브릿지 회로에 전류를 인가함으로써 저항의 변화로 야기되는 전압의 변화를 측정할 수 있다. 즉, 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 로드셀들이 피검자의 양발 각각의 전후좌우(Left-Foot-Front / Left-Foot-Rear / Right-Foot-Front / Right-Foot-Rear) 압력 변화를 각각 독립적으로 측정할 수 있다.

제1 및 제2 발판(30, 50)에는 적어도 두 개 이상의 센서들이 부착되며, 바람직하게는 세 개 이상의 센서들이 부착되는 것이 좋다. 그 이유는 발바닥이 평평하게 평판에 부착되는 것이 아니기 때문이다. 즉, 사용자가 평판 위에 똑바로 서면 발바닥 부위에서는 발가락의 복측(腹側)과 발가락의 기부에서 바깥쪽 가장자리 및 발뒤꿈치의 전면만이 평판에 접촉한다. 그리고, 발바닥의 내측부는 거의 타원형으로 평면에서 떨어지게 되며, 이 부분을 발바닥의 장심(掌心)이라고 부른다. 그러므로, 체중의 반은 발뒤꿈치에, 나머지 반은 발바닥의 전단에 걸리게 된다. 따라서, 본 발명에서는 발뒤꿈치 부분에 하나의 센서를 위치시키고, 발바닥의 전단부에 두 개의 센서를 위치시킨다. 이와 같이, 한쪽 발에 세 개의 센서들을 부착시켜 체중을 측정함으로써, 사용자의 체중을 정밀하게 측정할 수 있다.

각 센서들의 출력 신호를 분석하면, 발판(30, 50)에 가해지는 압력들의 중심(Center Of Pressure, COP)을 구할 수 있고, 시간에 따른 압력 중심(COP)의 변화량과 같은 다양한 파라미터를 측정할 수 있다. 사용자의 균형도를 얻기 위해 필요한 다양한 파라미터들을 다음과 같을 수 있다.

1) 압력 중심 : 피검자의 왼발 앞부분(Left Front), 왼발 뒷부분(Left Rear), 오른발 앞부분(Right Front), 오른발 뒷부분(Right Rear)에서 측정되는 압력수치를 이용하여 전후방향과 좌우방향을 중심으로 하는 모멘트의 균형으로부터 압력중심(Xcop, Ycop)을 계산한다.

2) 압력중심의 편향(Deviation) : 중심으로부터 좌우/전후 방향으로 평균적으로 편향된 정도를 의미하며, 특정시간 동안 측정하여 계산된 압력중심 데이터들의 x성분, y성분에 대한 각각의 평균치이다.

3) 압력중심궤적의 길이 : 순차적으로 계산되는 압력중심점들 간의 거리의 합으로 계산되며, 피검자가 직립자세를 취하는 특정시간 동안 움직임의 양을 의미한다.

4) 압력중심궤적의 구형면적 : 압력중심점들을 모두 포함하는 최소 크기의 사각형의 면적으로 계산되며, 피검자가 직립자세를 취하는 특정시간 동안 좌/우, 전/후 방향으로 최대로 벗어난 위치에 의해 결정되는 영역의 면적이다.

5) 압력중심궤적의 실효치 면적 : 압력중심점들의 평균점에서 각 압력중심점까지 거리들의 실효치를 반지름으로 하는 원의 면적으로 계산되며, 피검자가 직립자세를 취하는 특정시간 동안 주요 움직임의 영역을 의미한다.

6) 압력중심궤적의 외주면적 : 압력중심궤적의 외각 곡선에 의해 둘러싸인 내측의 면적으로 계산되며, 피검자가 직립자세를 취하는 특정시간 동안 움직임의 영역을 의미한다.

7) 압력중심궤적 움직임의 주파수 및 강도 : 압력중심궤적 움직임의 주파수와 강도를 분석하기 위해 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행한다. 주파수 및 강도를 분석은 압력중심궤적의 좌/우, 전/후, 좌상/우후, 우상/좌후 방향에 대해서 수행한다. 또한, 압력중심점들의 x축, y축, y=x축, y=-x축에 정사영된 데이터들은 각각 압력중심궤적의 좌/우, 전/후, 좌상/우후, 우상/좌후 방향에 대한 움직임을 의미하므로, 각 축에 정사영된 데이터를 FFT의 입력 포인트로 사용하며, FFT를 수행한 결과는 해당 방향에 대한 압력중심궤적의 움직임에 대한 주파수 분석 결과이다.

8) 압력중심궤적의 위치 및 속도 벡터

압력중심궤적의 벡터분석에서는 압력중심점들의 평균점을 중심으로 45도의 간격으로 나누어지는 8개 영역에서, 각 영역에 포함되는 벡터들의 벡터 합을 계산한다. 위치벡터는 압력중심점들의 평균점을 시작으로 하고, 각각의 압력중심점들을 끝으로 하는 벡터들을 이용하여 각 영역에서 벡터 합이 계산된다. 위치벡터 분석결과 나타나는 각 영역의 벡터들은 방향과 길이를 가지고 있으며, 각각은 해당 영역에 압력중심점들이 머문 위치와 정도를 나타낸다. 또한, 속도벡터는 순차적으로 계산되는 압력중심점들에서, 이전 압력중심점을 시작으로 하고 다음 압력중심점을 끝으로 하는 벡터들을 이용하여 각 영역에서 벡터 합이 계산된다. 속도벡터 분석결과 나타나는 각 영역의 벡터들은 방향과 길이를 가지고 있으며, 각각은 압력중심점들이 움직인 방향과 정도를 나타낸다.

이러한 다양한 파라미터를 이용하여 사용자의 특정 측정 자세에서의 균형도가 정밀하게 측정될 수 있다.

도 6은 다양한 측정 자세에서의 제1 및 제2 발판(30, 50)들의 상대적인 위치 관계를 예시하는 도면이다.

도 6(a)에서, 제1 및 제2 발판(30, 50)은 서로 동일한 수직 위치에 위치된다. 따라서, 사용자는 나란히 배치된 제1 및 제2 발판(30, 50) 상에 발을 위치시키고 균형을 유지하도록 주문받는다.

도 6(b)에서, 측정 자세는 제1 발판(30)이 제2 발판(50)보다 높게 위치된 상태이다. 따라서, 사용자는 오른 발을 위로 들어올린 계단을 오르는 자세를 유지하도록 주문받는다.

이와 반대로, 도 6(c)에 도시된 측정 자세는 제1 발판(30)이 제2 발판(50)보다 낮게 위치된 상태이다. 따라서, 사용자는 오른 발을 아래로 내린 계단을 내려가는 자세를 유지하도록 주문받는다. 도 6의 (a) 내지 (c)에서, 제1 및 제2 발판(30, 50)의 기울기는 조절되지 않고 모두 수평 상태로 유지된다.

도 6(d)에서, 사용자는 오른발을 앞으로 뻗은 보행 자세를 취하도록 주문받는다. 이 때, 제1 발판(30)은 앞쪽이 들린 각도를 유지하고, 제2 발판(50)은 뒤쪽이 들린 각도를 유지함으로써, 실제 보행하는 것과 가장 유사한 상태를 얻을 수 있다.

도 6(e)에서, 사용자는 왼발을 앞으로 뻗은 보행 자세를 취하도록 주문받는다. 이 때, 제2 발판(50)은 앞쪽이 들린 각도를 유지하고, 제1 발판(30)은 뒤쪽이 들린 각도를 유지한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 균형도 측정 장치는 다양한 측정 자세에 대한 사용자의 균형도를 측정할 수 있기 때문에, 사용자의 다양한 신경계 질환이나 근골격계 질환을 정확하게 진단하여 건강 정보를 생성할 수 있다.

예를 들어, 정상인의 보행시 무게중심점은 1 보행 패턴 중 수직으로 2회 이동하고, 수평으로 1회 이동한다. 또한, 골반은 수직축에 관해 수평면상에서 전후방향으로 이동되며, 골반은 다리가 지면에서 떨어질 때 약 15도 하방으로 경사되는 것이 알려진다. 이 때, 무릎 관절은 충격을 방지하고 신체 중심의 수직 방향의 위치 차이를 적게 한다. 따라서, 보행과 유사한 측정 자세에 대한 사용자의 균형도를 측정하였을 때, 신체 중심의 수직 방향의 차이가 많이 발생한다면 이는 무릎 관절에 문제가 발생한 것임을 나타낸다. 이와 같이 다양한 측정 자세에서의 균형도를 측정함으로써 진단할 수 있는 것들 중 몇 가지를 예를 들면 다음과 같다.

1) 균형도 측정 결과 무게 중심점이 높고 불안정하며, 양 발이 자꾸 벌어지려고 한다면 이는 소아 보행 증상을 나타내는 것이다.

2) 균형도 측정 결과 양 발에 인가되는 압력이 다르다면 양 발의 길이가 다른 것으로 판단할 수 있으며, 그 차이가 3㎝를 넘는다면 피험자의 어깨와 골반이 처지고, 발 길이의 차이 때문에 보행시 발돋움 현상이 발생하고 있는 것으로 판단할 수 있다.

3) 균형도 측정 결과 신체 중심이 앞으로 쏠려 있다면 이는 양측 요통 또는 편측 요통이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

4) 발판이 평행이더라도 압력 중심(COP)이 균등하게 분배되지 않고 발가락 쪽으로 썰려 있다면 이는 무릎 관절염에 인한 것으로 판단할 수 있다.

5) 이 외에도 중추 신경계 질환에 의한 편마비 보행, 말초 시경에 의한 이상 보행 등 다양한 질환을 진단할 수 있다.

또한, 로드셀의 출력 신호의 주파수 성분의 크기에 따라서, 예를 들어 다음과 같은 결과를 유추할 수 있다.

6) 만일, 출력 신호 중 저주파 성분이 비정상적으로 크다면, 이는 사용자가 직립 상태를 유지하는 동안에 매우 천천히 움직였다는 것을 나타낸다. 그러면, 사용자의 시각에 문제가 있다고 판단할 수 있다.

7) 만일, 출력 신호의 중저주파 성분이 비정상적으로 크다면, 이는 사용자가 직립 상태를 유지하는 동안에 다소 천천히 움직였다는 것을 나타낸다. 그러면, 사용자의 전정기관(vestibular organ)에 문제가 있다고 판단할 수 있다.

8) 만일, 출력 신호의 중고주파 성분이 비정상적으로 크다면, 이는 사용자가 직립 상태를 유지하는 동안에 다소 빨리 움직였다는 것을 나타낸다. 그러면, 사용자의 체성 신경계(somato-sensory neuron system)에 문제가 있다고 판단할 수 있다.

9) 만일, 출력 신호의 고주파 성분이 비정상적으로 크다면, 이는 사용자가 직립 상태를 유지하는 동안에 매우 빨리 움직였다는 것을 나타낸다. 그러면, 사용자의 중추 신경계(central neuron system)에 문제가 있다고 판단할 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 측면에 의한 균형도 측정 방법을 예시하는 흐름도이다.

우선, 복수 개의 측정 자세 중 하나의 측정 자세를 선택하고, 선택된 측정 자세에 상응하게 발판의 각도 및 위치를 조절한다(S710).

그러면, 사용자는 소정 시간 동안 발판 상에서 일정한 자세를 유지하도록 지시받는다(S720). 예를 들어, 사용자는 서로 대칭적으로 기울어지도록 배치된 발판 상에 좌우측 발을 위치시키고 균형을 유지하도록 요청받는다. 그러면, 사용자가 균형을 유지하는 동안 발판 상에 인가되는 부하를 센서를 이용하여 측정한다(S730).

센서 신호가 수신되면, 수신된 센서 신호를 균형도 측정 알고리즘에 적용하여 선택된 특정 측정 자세에 상응하는 균형도를 정밀하게 결정한다. 전술된 바와 같이, 특정 측정 자세에서의 균형도를 측정하기 위하여 다양한 파라미터들이 연산되고 이용될 수 있다.

특정 측정 자세에 대한 균형도가 측정되면, 다른 측정 자세가 남아있는지 판단한다(S750). 만일 다른 측정 자세가 남아있다면 나머지 측정 자세 중에서 하나의 측정 자세를 선택한다(S760). 그러면, 새로 선택된 측정 자세에 따라서 발판 각도와 위치가 다시 조절된다(S710). 모든 측정 자세에 대한 균형도 측정이 종료되면, 모든 측정 자세별 균형도를 이용하여 사의 건강 정보를 생성하고, 사용자에게 가정 적합한 운동 처방을 제공한다(S770). 예를 들어, 사용자의 좌측 균형유지능력이 우측 균형유지능력보다 떨어진다면, 좌측 균형유지능력을 선택적으로 개선하기 위한 운동 처방을 제공할 수 있음은 전술된 바와 같다. 이 때, 사용자의 흥미를 유발하기 위하여 다양한 게임을 디스플레이에 제공하고, 사용자가 평판 상에 무게 중심을 이동하는데 응답하여 게임 캐릭터를 이동시키도록 할 수도 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명에 의하여, 여러 측정 자세에 대한 사용자의 균형유지능력을 정밀하게 측정하고, 이에 기반하여 사용자의 건강 상태를 정밀하게 판단할 수 있는 균형도 측정 장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 의하여, 사용자의 방향별 균형유지 최소외력을 측정하고, 이에 기반하여 사용자의 건강 상태에 상응하는 가장 적합한 운동 처방을 제공함으로써, 사용자가 건강을 회복하는데 결정적인 도움을 줄 수 있다.

Claims (9)

1. 복수 개의 측정 자세(measurement posture)에서 사용자의 균형도를 측정하기 위한 장치에 있어서,
   사용자의 좌우측 발에 각각 대응되도록 제공되며, 수직 위치, 수평 위치, 및 기울기 중 적어도 하나가 조절될 수 있는 한 쌍의 발판들;
   상기 발판들 각각에 설치되어 사용자의 좌우측 발이 상기 발판들에 가하는 부하를 측정하기 위한 적어도 하나의 센서들; 및
   각각의 측정 자세가 결정되면 결정된 측정 자세에 상응하도록 상기 발판들의 수직 위치, 수평 위치, 및 기울기 중 적어도 하나를 조절하며, 상기 센서들의 출력 신호를 분석하여 상기 각각의 측정 자세에 대한 균형도를 측정하고, 복수 개의 측정 자세들에 대한 균형도들을 이용하여 사용자의 건강 정보를 생성하는 중앙 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 균형도 측정 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 건강 정보에 기반하여 상기 사용자의 건강을 증진하기 위한 운동 처방을 생성하는 운동 처방 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 균형도 측정 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 발판의 평형 상태에 외란(perturbation)을 인가하기 위한 외란 인가부를 더 포함하며,
   상기 외란의 강도 및 빈도 중 적어도 하나는 상기 운동 처방에 상응하여 조절되는 것을 특징으로 하는 균형도 측정 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 사용자의 신체 소정 부위에 부착되는 홀더(holder) 및 상기 홀더를 상승 및 하강시키기 위한 홀더 구동부를 포함하며 상기 사용자의 양 발에 인가되는 체중을 감소 및 증가시키기 위한 체중 완화/견인력 측정부(unweighing/pulling force measuring portion)를 더 포함하며, 상기 체중 완화/하중 측정부는,
   상기 사용자의 직립 상태를 유지시키기 위하여 상기 홀더 구동부가 상기 홀더를 견인하는 견인력을 측정하는 것을 특징으로 하는 균형도 측정 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 중앙 제어부는,
   상기 발판들을 제어하여 상기 사용자의 중심이 전후좌우 방향 중 어느 한 방향으로 점진적으로 편중되도록 제어하면서 상기 홀더 구동부가 상기 홀더를 견인하는 견인력을 측정하며, 상기 견인력이 급격히 증가하는 임계점에서의 해당 견인력을 해당 방향에 상응하는 균형유지 최소외력(minimum balancing force)으로서 결정하고,
   상기 임계점 및 상기 균형유지 최소외력을 더욱 이용하여 상기 각각의 측정 자세에 대한 균형도를 측정하는 것을 특징으로 하는 균형도 측정 장치.
6. 복수 개의 측정 자세에서 사용자의 균형도를 측정하기 위한 방법에 있어서,
   각각의 측정 자세가 결정되면, 사용자의 좌우측 발에 각각 대응되도록 제공되는 한 쌍의 발판의 수직 위치, 수평 위치, 및 기울기 중 적어도 하나를 결정된 측정 자세에 상응하도록 조절하는 발판 조절 단계;
   상기 발판들에 각각 설치되는 센서들을 이용하여 사용자의 좌우측 발이 상기 발판들에 가하는 부하를 측정하는 부하 측정 단계;
   상기 센서들의 출력 신호를 분석하여 상기 각각의 측정 자세에 대한 균형도를 측정하는 균형도 측정 단계;
   측정할 자세가 더 남아있으면 상기 발판 조절 단계로 복귀하는 단계; 및
   복수 개의 측정된 자세들에 대한 균형도들을 이용하여 사용자의 건강 정보를 생성하는 건강 정보 생성 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 균형도 측정 방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 건강 정보에 기반하여 상기 사용자의 건강을 증진하기 위한 운동 처방을 생성하는 운동 처방 생성 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 균형도 측정 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 발판 조절 단계는 상기 발판의 평형 상태에 외란을 인가하는 단계를 더 포함하고,
   상기 균형도 측정 단계는 상기 외란에 대한 상기 센서들의 출력 신호를 더욱 분석하여 상기 각각의 측정 자세에 대한 균형도를 측정하는 것을 특징으로 하는 균형도 측정 방법.
9. 제6항에 있어서, 상기 부하 측정 단계는,
   상기 발판들을 제어하여 상기 사용자의 중심이 전후좌우 방향 중 어느 한 방향으로 점진적으로 편중되도록 제어하면서 상기 사용자의 직립 상태를 유지시키기 위하여 상기 사용자를 상향으로 견인해야 하는 견인력을 측정하는 단계를 더 포함하며, 상기 균형도 측정 단계는,
   상기 견인력이 급격히 증가하는 임계점에서의 해당 견인력을 해당 방향에 상응하는 균형유지 최소외력으로서 결정하는 단계; 및
   상기 임계점 및 상기 균형유지 최소외력을 더욱 이용하여 상기 각각의 측정 자세에 대한 균형도를 측정하는 단계를 더 포함하는 특징으로 하는 균형도 측정 방법.

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