KR101174729B1 - Ubiquitous healthcare system and multi-functional shoes having the same - Google Patents

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KR101174729B1
KR101174729B1 KR1020100014937A KR20100014937A KR101174729B1 KR 101174729 B1 KR101174729 B1 KR 101174729B1 KR 1020100014937 A KR1020100014937 A KR 1020100014937A KR 20100014937 A KR20100014937 A KR 20100014937A KR 101174729 B1 KR101174729 B1 KR 101174729B1
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Abstract

본 발명은 유비쿼터스 헬스케어 장치 및 이를 구비한 다기능 신발에 관한 것으로, 가속도 센서 및 신호처리회로를 내장한 다기능 신발을 통해 일상생활 중 활동 상태에 따른 가속도 변화를 측정하여, 활동 상태를 판단하고 활동량을 예측하여 에너지 소모량을 추정하며, 낙상 등과 같은 응급상황을 판단할 수 있다.
본 발명에 따른 유비쿼터스 헬스케어 장치는, 신체의 움직임에 따라 변화하는 가속도 정보를 측정하는 가속도 센서와; 상기 가속도센서의 출력 신호에 포함된 고주파 잡음성분을 제거하는 저역 통과 필터와; 상기 가속도센서의 출력 신호에 포함된 지자계에 의한 오프셋 신호를 제거하는 고역 통과 필터와; 상기 고역 통과 필터를 이용하여 오프셋이 제거된 가속도 신호를 합산한 후 적분하여 특정 시간 동안의 활동량 정보를 획득하는 적분 회로와; 상기 가속도 센서의 출력 신호에 포함된 오프셋 신호를 판별하여 상기 가속도 센서의 위치 및 방향을 검출하는 오프셋 검출회로와; 상기 오프셋 검출회로로부터 추출된 정보에 의해 상기 가속도 센서의 위치 상태를 판별하여 자세 정보를 발생하는 자세 판별 디코더와; 상기 활동량 및 자세 정보를 저장하는 메모리; 및 상기 적분 회로 및 자세 판별 디코더로부터 상기 활동량 및 자세 정보를 수신받아 상기 메모리에 저장하고, 상기 메모리에 저장된 정보를 통신모듈을 통해 외부 단말기로 전송하는 마이크로프로세서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
The present invention relates to a ubiquitous healthcare device and a multifunctional shoe having the same, by measuring an acceleration change according to an activity state in daily life through a multifunctional shoe having an acceleration sensor and a signal processing circuit, determining an activity state and determining an amount of activity. Predicting energy consumption can be estimated and emergency situations such as falls can be determined.
Ubiquitous healthcare device according to the invention, the acceleration sensor for measuring the acceleration information that changes according to the movement of the body; A low pass filter for removing high frequency noise components included in the output signal of the acceleration sensor; A high pass filter for removing the offset signal by the geomagnetic field included in the output signal of the acceleration sensor; An integrating circuit that sums and then integrates the acceleration signals from which the offset is removed using the high pass filter to obtain activity information for a specific time; An offset detection circuit that detects a position and a direction of the acceleration sensor by determining an offset signal included in an output signal of the acceleration sensor; A posture determination decoder for determining a position state of the acceleration sensor based on the information extracted from the offset detection circuit and generating posture information; A memory for storing the activity amount and posture information; And a microprocessor that receives the activity amount and attitude information from the integrating circuit and the attitude determination decoder, stores the activity amount and attitude information in the memory, and transmits the information stored in the memory to an external terminal through a communication module.

Figure R1020100014937
Figure R1020100014937

Description

유비쿼터스 헬스케어 장치 및 이를 구비한 다기능 신발{UBIQUITOUS HEALTHCARE SYSTEM AND MULTI-FUNCTIONAL SHOES HAVING THE SAME}UBIQUITOUS HEALTHCARE SYSTEM AND MULTI-FUNCTIONAL SHOES HAVING THE SAME}

본 발명은 유비쿼터스 헬스케어(Ubiquitous Healthcare) 장치 및 이를 구비한 다기능 신발에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가속도 센서 및 신호처리회로를 내장한 다기능 신발을 통해 일상생활 중 활동 상태에 따른 가속도 변화를 측정하여, 활동 상태를 판단하고 활동량을 예측하여 에너지 소모량을 추정하며, 낙상 등과 같은 응급상황을 판단하는 유비쿼터스 헬스케어 장치 및 이를 구비한 다기능 신발에 관한 것이다.
The present invention relates to a ubiquitous healthcare (Ubiquitous Healthcare) device and a multifunctional shoe having the same, and more specifically, to measure the change in acceleration according to the activity state in daily life through the multifunctional shoe with an acceleration sensor and a signal processing circuit The present invention relates to a ubiquitous healthcare device and a multifunctional shoe having the same, which determine an activity state, estimate an activity amount, estimate energy consumption, and determine an emergency situation such as a fall.

최근 경제성장과 더불어 건강에 대한 관심이 높아지고 있으며, 병원중심의 건강관리에서 확장하여 일상생활 중 지속적인 건강관리를 수행하기 위한 유비쿼터스 헬스케어(Ubiquitous Healthcare) 기술이 부각되고 있다. 그리고 헬스케어 기술의 부각에 따라 일상생활 중 보다 편리하게 건강상태를 모니터링하기 위한 다양한 연구들이 추진되고 있다. With the recent economic growth, interest in health is increasing, and Ubiquitous Healthcare technology is emerging to extend from hospital-centered health care to perform continuous health care in daily life. Also, according to the emergence of healthcare technology, various researches for monitoring the health status in daily life more conveniently are being pursued.

그 중에서, 최근에는 인체의 다양한 활동을 보다 정확하고 효율적으로 측정하기 위해 인체의 여러 곳에 센서를 부착하고 다양한 자세변화와 활동 상태를 모니터링 하는 기법이 소개되고 있으며, 자세변화와 활동 상태를 판별하기 위해 다양한 신호처리 기법을 적용한 연구들이 수행되고 있다.Recently, in order to measure various activities of the human body more accurately and efficiently, techniques for attaching sensors to various parts of the human body and monitoring various posture changes and activity states have been introduced. Researches applying various signal processing techniques have been conducted.

대한민국 등록특허 10-0702613의 콘트롤러를 장착한 인공지능신발과 운동량측정방법(이하, '선행기술 1'이라 한다)에서는, 신발에 부설되어 사용자의 보행 여부를 감지하는 보행감지센서와 상기 보행감지센서로부터 신호를 수신하여 칼로리소모량을 연산하는 콘트롤러를 포함하며, 상기 보행감지센서는 사용자의 보행에 따라 신발이 지면에 착지시에 그리고 지면에서 떨어지는 순간 온오프신호를 주기적으로 발생시키고, 상기 콘트롤러는 신발에 착탈가능하게 부착되며 사용자의 체지방을 측정할 수 있도록 사용자의 인체로 전류를 통전시키는 도전성 접촉전극을 가지는 체지방측정부와, 상기 보행감지센서로부터 수신되는 온오프신호의 시간차를 연산하여 도출되는 보행속도에 따라 연산된 칼로리소모량과 상기 체지방측정부를 통해 연산된 측정체지방량을 표시하는 디스플레이부를 포함하고 있다.In the artificial intelligence shoe and exercise amount measuring method (hereinafter, referred to as 'prior art 1') equipped with the controller of the Republic of Korea Patent No. 10-0702613, a walking sensor and a walking sensor which detect whether the user is walking by being attached to shoes And a controller for calculating a calorie consumption amount by receiving a signal from the gait sensor, wherein the gait sensor periodically generates an on-off signal when the shoe lands on the ground and falls off the ground according to the user's walking, and the controller generates a shoe. A body fat measurement unit having a detachable attachment to the body and having a conductive contact electrode for conducting a current to the user's body so as to measure the body fat of the user, and a walking derived by calculating a time difference between the on and off signals received from the walking sensor Calorie consumption calculated according to speed and measured stay calculated through the body fat measurement unit And it includes a display for displaying the amount.

상기 선행기술 1에 따르면, 신발 본체에 장착된 보행감지센서, 체지방측정부와 맥박감지센서로 측정된 각종 수치(칼로리소비량, 체지방량, 맥박)를 디스플레이부상에 실시간으로 표시하여 사용자가 자신의 운동량을 주기적으로 체크할 수 있는 인공지능신발과 운동량측정방법에 대해 개시되어 있다.According to the prior art 1, the user can display his or her exercise amount by displaying various values (calorie consumption amount, body fat amount, pulse rate) measured by the walking sensor, body fat measuring unit and pulse detection sensor mounted on the shoe body in real time. An intelligent shoe and a momentum measuring method which can be checked periodically are disclosed.

대한민국 등록특허 10-0386788의 운동량 측정 센서가 내장된 신발을 이용한 인터넷운동관리장치(이하, '선행기술 2'라 한다)에서는, 운동량검출 센서를 구비한 신발과, 무선신호 모듈에 의한 신호를 입력받고, 외부로 송신하는 제 1 단말기와, 상기 제 1 단말기에 의한 신호를 입력받고, 인터넷에 연결되어 운동자료에 대한 정보나 자료를 요청하는 제 2 단말기와, 상기 제 2 단말기로부터 식별정보 및 운동자료를 입력받는 웹서버와, 상기 웹서버에 가입한 회원의 개인정보가 저장되는 회원데이터베이스와, 상기 제 2 단말기에서 웹서버로 전송된 회원의 운동자료가 저장되는 운동량데이터베이스와, 상기 운동량데이터베이스에 저장된 운동정보를 바탕으로 회원의 운동통계정보를 상기 제 2 단말기로 제공하는 운동량계산모듈을 포함하고 있다.In the Internet exercise management device (hereinafter referred to as "prior art 2") using a shoe with a built-in momentum measurement sensor of the Republic of Korea Patent No. 10-0386788, a shoe with a momentum detection sensor and a signal by a wireless signal module is inputted A first terminal for receiving and transmitting to the outside, a second terminal for receiving a signal from the first terminal, connecting to the Internet and requesting information or data on exercise data, and identification information and exercise from the second terminal. A web server receiving data, a member database storing personal information of a member subscribing to the web server, an exercise amount database storing a member's exercise data transmitted from the second terminal to a web server, and the exercise amount database And an exercise amount calculation module for providing the user's exercise statistics information to the second terminal based on the stored exercise information.

상기 선행기술 2에 따르면, 사용자에게 맞는 운동시간, 칼로리 소비량 등의 정보를 인터넷을 통하여 지속적으로 제공할 수 있도록 한 운동량 측정 센서가 내장된 신발을 이용한 인터넷 운동관리장치에 대해 게시되어 있다.According to the prior art 2, there is posted on the Internet exercise management device using a shoe with a built-in exercise sensor for continuously providing information, such as exercise time, calorie consumption, etc. to the user over the Internet.

대한민국 공개특허 10-2006-0037642의 건강진단기능을 갖는 신발 및 이를 구비한 건강진단장치(이하, '선행기술 3'이라 한다)에서는, 신발의 안창에 설치된 센서에 의해 감지된 발의 온도를 기초로 하여 신발 사용자의 건강을 진단할 수 있는 신발 및 이를 이동 단말기 및 건강관리 서버와 연동하여 사용할 수 있는 진단 장치에 대해 개시되어 있다.In the shoe having a health diagnosis function of the Republic of Korea Patent Publication No. 10-2006-0037642 and a health diagnosis device having the same (hereinafter referred to as "prior art 3"), based on the temperature of the foot detected by the sensor installed in the insole of the shoe The present invention discloses a shoe that can diagnose the health of a shoe user and a diagnostic device that can be used in conjunction with a mobile terminal and a health care server.

대한민국 등록특허 10-0746504의 보행 센서가 구비된 신발(이하, '선행기술 4'라 한다)에서는, 신발의 내부에 위치하는 깔창, 상기 깔창의 일 측에 형성되는 보행 센서 및 상기 신발 또는 깔창의 일 측에 형성되고 상기 보행 센서로부터 신호를 받아 보행 횟수를 표시하는 표시부를 포함하며, 상기 보행 센서는 상판과 하판 사이의 양단에 형성되는 제 1 및 제 2 접속부 및 일 측 끝단이 상기 제 1 접속부에 연결되고 타 측 끝단이 상기 제 2 접속부와 소정 거리 떨어져 있으며 다수의 굴곡부가 형성되어 있어 상판에 작용하는 외부 압력에 의해 굴곡부가 펴지면서 타 측 끝단이 상기 제 2 접속부에 연결되는 감지부를 포함하고 있다.In a shoe equipped with a walking sensor of the Republic of Korea Patent No. 10-0746504 (hereinafter referred to as 'prior art 4'), the insole located inside the shoe, the walking sensor formed on one side of the insole and the shoe or insole It is formed on one side and includes a display unit for receiving a signal from the walking sensor to display the number of walking, wherein the walking sensor is formed on both ends between the upper plate and the lower plate and one end is the first connection portion It is connected to the other end is a predetermined distance away from the second connection portion and a plurality of bent portion is formed so that the bent portion is extended by the external pressure acting on the upper plate and the other end is connected to the second connection portion have.

상기 선행기술 4에 따르면, 감지부에 외부 압력에 의해 퍼질 수 있는 굴곡부를 형성함으로써, 굴곡부가 형성된 감지부와 제 2 접소구와의 단락에 의하여 보행 횟수를 정확하게 계산할 수 있는 보행 센서가 구비된 신발에 대해 개시되어 있다.According to the prior art 4, the shoe is provided with a walking sensor that can accurately calculate the number of walking by the short circuit between the sensing unit formed in the bent portion and the second fold by forming a bent portion that can be spread by the external pressure Is disclosed.

대한민국 등록특허 10-0941058의 6축 힘/모멘트센서를 이용한 보행실험을 위한 힘 정보 측정용 지능형 신발 및 이를 이용한 힘 정보 측정방법(이하, '선행기술 5'라 한다)에서는, 6축 힘/모멘트센서를 이용한 보행실험을 위한 힘 정보 측정용 지능형 신발은 사람의 보행시 발바닥에 가해지는 힘과 모멘트를 동시에 측정하는 보행실험을 위한 힘 정보 측정용 지능형 신발 구조에 있어서, 신발의 깔창의 내부의 앞꿈치와 뒤꿈치 부분에 각각 설치되고, 일 측에 구비된 외부접속단자와 연결된 6축 힘/모멘트센서와, 상기 6축 힘/모멘트센서에서 감지된 신호를 저장 및 외부로 전송하는 제어수단을 포함하고 있다.In the intelligent shoe and the force information measuring method (hereinafter, referred to as "prior art 5") for force information measurement for walking test using the 6-axis force / moment sensor of the Republic of Korea Patent Registration 10-0941058, 6-axis force / moment The intelligent shoe for force information measurement for pedestrian experiment using sensor is an intelligent shoe structure for force information measurement for pedestrian experiment that simultaneously measures the force and moment applied to the sole of a person when walking. And a six-axis force / moment sensor installed at each of the and heel portions and connected to an external connection terminal provided at one side, and control means for storing and transmitting the signal detected by the six-axis force / moment sensor to the outside. .

상기 선행기술 5에 따르면, 사람의 보행시 발바닥의 앞꿈치와 뒤꿈치에 가해지는 힘과 모멘트를 동시에 측정하는 보행실험을 위한 힘 정보 측정용 지능형 신발에 대해 개시되어 있다.According to the prior art 5, an intelligent shoe for measuring force information for a gait experiment for simultaneously measuring the force and moment applied to the heel and the heel of the sole when a person walks is disclosed.

기존의 다른 응용에서 가속도 계측 장치는 가속도 센서로부터 출력된 아날로그 신호 또는 디지털 신호를 초당 수십 회 또는 수백 회 샘플링을 수행하여 마이크로프로세서에서 신호처리를 수행하는 방식을 사용하였다. 이러한 방식은 데이터 샘플링 및 샘플링을 통해 획득한 신호를 처리하여 유용한 정보를 추출하기 위해 마이크로프로세서가 계속 동작해야 하기 때문에 전력소모가 많은 문제점이 있다.
In other existing applications, the acceleration measuring device uses a method of performing signal processing in a microprocessor by sampling an analog signal or a digital signal output from an acceleration sensor several tens or hundreds of times per second. This method has a lot of power consumption because the microprocessor must continue to operate to extract the useful information by processing the signal obtained through the data sampling and sampling.

전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 가속도 센서 및 신호처리회로를 내장한 다기능 신발을 통해 일상생활 중 활동 상태에 따른 가속도 변화를 측정하여, 활동 상태를 판단하고 활동량을 예측하여 에너지 소모량을 추정하며, 낙상 등과 같은 응급상황을 판단하는 유비쿼터스 헬스케어 장치 및 이를 구비한 다기능 신발을 제시하는 데 있다.The technical problem to be solved by the present invention to solve the above problems, by measuring the change in acceleration according to the activity state in the daily life through the multifunctional shoes with the acceleration sensor and signal processing circuit, determine the activity state and predict the amount of activity To estimate the energy consumption, and to present an ubiquitous health care device for determining an emergency situation, such as a fall, and a multifunctional shoe having the same.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 가속도 신호로부터 출력되는 아날로그 신호를 저전력 아날로그 신호처리회로를 통해 유용한 정보로 가공한 후 마이크로프로세서로 초당 1회 정도 입력하여 처리함으로써, 초소형 및 저전력이 가능한 유비쿼터스 헬스케어 장치 및 이를 구비한 다기능 신발을 제시하는 데 있다.In addition, another technical problem to be achieved by the present invention is to process the analog signal output from the acceleration signal into useful information through a low-power analog signal processing circuit and then input it once per second with a microprocessor to process the ubiquitous ultra small and low power The present invention provides a healthcare device and a multifunctional shoe having the same.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 오프셋이 제거된 3축의 가속도 신호를 합산하여 움직임에 따른 3축의 활동정보를 취합하고, 이를 특정 시정수를 갖는 상기 적분 회로를 이용하여 적분함으로써 특정 시간 동안의 활동량 정보를 획득하는 유비쿼터스 헬스케어 장치 및 이를 구비한 다기능 신발을 제시하는 데 있다.In addition, another technical problem to be achieved by the present invention is to sum the three-axis acceleration signal from which the offset is removed to collect the three-axis activity information according to the movement, by integrating it using the integration circuit having a specific time constant for a specific time The present invention provides a ubiquitous health care device for acquiring activity information and a multifunction shoe having the same.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 가속도 센서로부터 출력된 신호를 이용하여 가속도의 특정 축에서 오프셋 신호를 판별하여 가속도 센서의 위치 또는 방향을 검출하는 유비쿼터스 헬스케어 장치 및 이를 구비한 다기능 신발을 제시하는 데 있다.In addition, another technical problem to be achieved by the present invention is a ubiquitous healthcare device for detecting the position or direction of the acceleration sensor by determining the offset signal on a specific axis of the acceleration using the signal output from the acceleration sensor and a multifunctional shoe having the same To present.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 장치의 적분 회로를 통과한 신호와 운동에너지와의 관계식을 도출하여 에너지 소모량을 추정한 유비쿼터스 헬스케어 장치 및 이를 구비한 다기능 신발을 제시하는 데 있다.
In addition, another technical problem to be achieved by the present invention is to present a ubiquitous healthcare device and a multifunctional shoe having the same by deriving a relationship between the signal passing through the integral circuit of the device and the kinetic energy.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
The problem of the present invention is not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 청구항 1에 기재된 발명은, 「가속도 센서가 구비되어 신체의 움직임에 따라 변화하는 가속도 정보를 측정하고, 상기 가속도센서의 출력 신호에 포함된 고주파 잡음성분을 제거하는 저역 통과 필터, 상기 가속도센서의 출력 신호에 포함된 지자계에 의한 오프셋 신호를 제거하는 고역 통과 필터, 상기 고역 통과 필터를 이용하여 오프셋이 제거된 가속도 신호를 합산한 후 적분하여 특정 시간 동안의 활동량 정보를 획득하는 적분 회로로 구성된 아날로그 신호처리회로가 구비되어 상기 가속도 센서로부터 출력되는 아날로그 형태의 가속도 정보를 가공하여 아날로그 신호로 출력하며, 마이크로프로세서가 구비되어 상기 아날로그 신호처리회로의 적분회로로부터 출력되는 아날로그 신호를 처리하되, 상기 가속도 센서의 출력 신호에 포함된 오프셋 신호를 판별하여 상기 가속도 센서의 위치 및 방향을 검출하는 오프셋 검출회로와; 상기 오프셋 검출회로로부터 추출된 정보에 의해 상기 가속도 센서의 위치 상태를 판별하여 자세 정보를 발생하는 자세 판별 디코더 및; 상기 활동량 및 자세 정보를 저장하는 메모리가 구비되도록 하여, 상기 마이크로프로세서는 상기 적분 회로 및 자세 판별 디코더로부터 상기 활동량 및 자세 정보를 수신받아 상기 메모리에 저장하고, 상기 메모리에 저장된 정보를 통신모듈을 통해 외부 단말기로 전송하되, 상기 마이크로프로세서는 상기 오프셋 검출 회로 및 자세 판별 디코더의 출력 신호에 의해, 착용자의 자세를 판단하고, 정상적인 일상생활에서는 나타날 수 없는 오프셋 신호가 검출될 경우 착용자의 낙상, 골절 등으로 판단하여 근거리 통신 모듈을 통해 경보 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 헬스케어 장치.」을 제공한다.As a means for solving the above technical problem, the invention described in claim 1, "Acceleration sensor is provided to measure the acceleration information that changes according to the movement of the body, and the high frequency noise component included in the output signal of the acceleration sensor A low pass filter to remove, a high pass filter to remove the offset signal by the geomagnetic field included in the output signal of the acceleration sensor, the acceleration signal from which the offset is removed using the high pass filter is added and integrated for a specific time. An analog signal processing circuit comprising an integrating circuit for acquiring the amount of activity information is provided to process the analog acceleration information output from the acceleration sensor and output it as an analog signal, and a microprocessor is provided for the integrating circuit of the analog signal processing circuit. Process analog signals from To determine an offset signal included in the output signal of the acceleration sensor groups and the offset detection circuit for detecting the position and direction of the acceleration sensor; An attitude determination decoder configured to determine a position state of the acceleration sensor based on the information extracted from the offset detection circuit, and to generate attitude information; A memory for storing the activity amount and posture information is provided so that the microprocessor receives the activity amount and attitude information from the integrating circuit and the attitude determination decoder and stores the activity amount and posture information in the memory and stores the information stored in the memory through a communication module. The microprocessor transmits to an external terminal, and the microprocessor determines the wearer's posture by using the output signal of the offset detection circuit and the posture determination decoder, and falls, fractures, etc. of the wearer when an offset signal is detected that cannot appear in normal daily life. Ubiquitous healthcare device, characterized in that for transmitting the alarm signal through the short-range communication module.

청구항 2에 기재된 발명은, 「제 1 항에 있어서, 상기 적분 회로 및 상기 자세 판별 디코더는 초당 1회의 샘플링을 통해 활동량 정보 및 자세 정보를 획득하여 상기 마이크로프로세서로 각각 출력하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 헬스케어 장치.」을 제공한다.The invention as set forth in claim 2, wherein the integrating circuit and the attitude determination decoder obtain activity amount information and attitude information through sampling once per second and output the ubiquitous health to the microprocessor, respectively. Care device.

청구항 3에 기재된 발명은, 「제 1 항에 있어서, 상기 가속도 센서는 단축, 2축, 3축 가속도 센서 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 헬스케어 장치.」을 제공한다.The invention according to claim 3 provides the ubiquitous healthcare device according to claim 1, wherein the acceleration sensor is any one of a single axis, a two-axis, and a three-axis acceleration sensor.

청구항 4에 기재된 발명은, 「제 1 항에 있어서, 상기 통신 모듈은: 가정, 사무실을 포함한 장소에 구비된 무선통신 수신기와의 무선 통신을 통해 PC를 포함한 범용 네트워크 접속이 가능한 단말기로 플래쉬 메모리에 저장된 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 헬스케어 장치.」을 제공한다.The invention as set forth in claim 4, wherein the communication module is a terminal capable of a universal network connection including a PC via wireless communication with a wireless communication receiver provided at a place including a home and an office. Ubiquitous healthcare device, characterized in that for transmitting the stored data.

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청구항 5에 기재된 발명은, 「제 1 항에 있어서, 상기 통신 모듈은: 블루투스, 지그비(Zigbee), 근 적외선 통신을 포함한 근거리 무선통신 방식을 적용하여 계측된 정보(활동정보 및 자세정보)를 무선 통신 수신기를 구비한 단말기로 전송하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 헬스케어 장치.」을 제공한다.According to the invention of claim 5, the communication module according to claim 1, wherein the communication module: wirelessly transmits measured information (activity information and attitude information) by applying a short range wireless communication scheme including Bluetooth, Zigbee, and near infrared communication. Ubiquitous healthcare device characterized in that the transmission to the terminal having a communication receiver.

청구항 6에 기재된 발명은, 「제 1 항에 있어서, 상기 유비쿼터스 헬스케어 장치는: 상기 적분 회로(140)를 통과한 신호(ISVM)와 운동에너지와의 관계식을 아래의 수학식으로 도출하여 에너지 소모량을 추정하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 헬스케어 장치. According to the invention of claim 6, "The ubiquitous healthcare device of claim 1, wherein: the relationship between the signal (ISVM) passed through the integration circuit 140 and the kinetic energy is derived by the following equation, energy consumption Ubiquitous healthcare device, characterized in that for estimating.

Figure 112010010879112-pat00001
Figure 112010010879112-pat00001

여기서, y는 운동에너지(kcal)를 나타내고, x는 운동에너지를 추정하기 위한 적분 회로를 통과한 신호(ISVM)이다.」을 제공한다.Here, y represents the kinetic energy kcal, and x is the signal ISVM which has passed through the integration circuit for estimating the kinetic energy.

또한, 전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서, 청구항 8에 기재된 발명은, 「제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 유비쿼터스 헬스케어 장치를 구비한 다기능 신발.」를 제공한다.
Moreover, as another means for solving the technical problem mentioned above, the invention of Claim 8 provides "The multifunctional shoe provided with the ubiquitous healthcare device in any one of Claims 1-6."

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본 발명에 따르면, 가속도 센서 및 신호처리회로를 내장한 다기능 신발을 통해 일상생활 중 활동 상태에 따른 가속도 변화를 측정하여 활동 상태를 판단하고 활동량을 예측하여 에너지 소모량을 추정하며, 낙상 등과 같은 응급상황을 판단할 수 있다.According to the present invention, by measuring the change in acceleration according to the activity state in the daily life through the multifunctional shoes with the acceleration sensor and signal processing circuit to determine the activity state and predict the amount of activity to estimate the energy consumption, emergency situations such as falls Can be judged.

또한, 가속도 신호로부터 출력되는 아날로그 신호를 저전력 아날로그 신호처리회로를 통해 유용한 정보로 가공한 후 마이크로프로세서로 입력하는 방식을 사용함에 따라 기존 방식에서 사용하던 초당 수십 회 또는 수백 회의 샘플링 및 신호처리 과정을 필요치 않고, 아날로그 신호처리 회로로부터 추출된 정보를 초당 1회 정도 검출하여 처리함으로써 저전력 장치이 가능하다.
In addition, the analog signal output from the acceleration signal is processed into a useful information through a low-power analog signal processing circuit, and then input into a microprocessor, thereby performing sampling or signal processing processes of several tens or hundreds of times per second. It is not necessary, a low power device is possible by detecting and processing information extracted from the analog signal processing circuit about once per second.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 유비쿼터스 헬스케어 장치의 구성도
도 2는 가속도 신호를 이용한 자세 추정 그래프
도 3은 일반적인 에너지 정량화 순서
도 4는 적분 회로를 통과한 신호(ISVM)와 에너지 소모량의 관계를 나타낸 그래프
1 is a block diagram of a ubiquitous healthcare device according to a preferred embodiment of the present invention
2 is a pose estimation graph using an acceleration signal
3 is a general energy quantification sequence
4 is a graph showing a relationship between a signal (ISVM) passing through an integrated circuit and energy consumption

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명되는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by similar reference numerals throughout the specification.

이하, 본 발명에서 실시하고자 하는 구체적인 기술내용에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

유비쿼터스 헬스케어 장치의 실시 예Embodiment of ubiquitous healthcare device

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 유비쿼터스 헬스케어 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a ubiquitous healthcare device according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명에 의한 유비쿼터스 헬스케어 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 마이프로프로세서(100), 3축 가속도센서(110), 저역 통과 필터(120), 고역 통과 필터(130), 적분 회로(140), 오프셋 검출회로(150), 자세 판별 디코더(160), 플래쉬 메모리(170), 무선 통신 모듈(180), 근거리 무선통신 모듈(190)을 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, the ubiquitous healthcare device according to the present invention includes a microprocessor 100, a three-axis acceleration sensor 110, a low pass filter 120, a high pass filter 130, and an integrating circuit 140. ), An offset detection circuit 150, an attitude determination decoder 160, a flash memory 170, a wireless communication module 180, and a short range wireless communication module 190.

여기서, 상기 3축 가속도센서(110)는 신체의 움직임에 따라 변화하는 가속도 정보를 측정하기 위한 가속도 센서로서, 기울임 상태에서 3축(x,y,z축)의 중력가속도 값을 각각 측정한다. 본 발명에서는 3축 가속도센서를 예로 들어 나타내었지만, 단일 축, 2축 등의 가속도 계측센서를 사용할 수도 있다.Here, the three-axis acceleration sensor 110 is an acceleration sensor for measuring the acceleration information that changes according to the movement of the body, and measures the gravity acceleration values of the three axes (x, y, z axis) in the tilted state, respectively. In the present invention, a three-axis acceleration sensor is shown as an example, but an acceleration measurement sensor such as a single axis or two axes may be used.

상기 저역 통과 필터(120)는 상기 3축 가속도센서(110)로부터 출력되는 신호에 포함된 고주파 잡음성분을 제거하는 기능을 한다. 이때, 상기 고주파 잡음성분은 상기 3축 가속도센서(110)의 내부동작에 따라 발생하여 출력 신호에 포함되게 된다.The low pass filter 120 removes high frequency noise components included in a signal output from the three-axis acceleration sensor 110. At this time, the high frequency noise component is generated according to the internal operation of the three-axis acceleration sensor 110 is included in the output signal.

상기 고역 통과 필터(130)는 상기 3축 가속도센서(110)로부터 출력되는 신호에 포함된 지자계에 의한 오프셋 신호를 제거하는 기능을 한다. 상기 3축 가속도센서(110)로부터 출력되는 신호는 지자계에 의한 오프셋 신호를 포함하고 있으므로 지자계 성분에 의한 가속도 신호를 제거하고 순수하게 신체의 활동에 따른 가속도 성분만을 추출하기 위해 상기 고역 통과 필터(130)를 이용하여 지자계에 의한 가속도센서의 오프셋 신호를 제거하게 된다.The high pass filter 130 removes the offset signal by the geomagnetic field included in the signal output from the three-axis acceleration sensor 110. Since the signal output from the three-axis acceleration sensor 110 includes an offset signal by the geomagnetic field, the high pass filter to remove the acceleration signal by the geomagnetic field and extract only the acceleration component according to the activity of the body. By using the 130, the offset signal of the acceleration sensor due to the geomagnetic field is removed.

상기 적분 회로(140)는 상기 고역 통과 필터(130)를 이용하여 오프셋이 제거된 3축의 가속도 신호를 합산한 후 특정 시정수로 적분하여 특정 시간 동안의 활동량을 대변하는 아날로그 신호(활동 정보)를 획득하는 기능을 한다. 이와 같이, 상기 적분 회로(140)는 상기 고역 통과 필터(130)를 이용하여 오프셋이 제거된 3축의 가속도 신호를 합산함으로써 움직임에 따른 3축의 활동정보를 취합할 수 있으며, 이를 특정 시정수를 갖는 상기 적분 회로(140)를 이용하여 적분함으로써 순간 가속도 변화의 누적으로 표현하여 특정 시간 동안의 활동량을 대변하는 아날로그 신호를 획득할 수 있다.The integrating circuit 140 sums up the three-axis acceleration signal from which the offset is removed using the high pass filter 130 and integrates the analog signal (activity information) representing the amount of activity for a specific time by integrating with a specific time constant. Function to acquire. In this way, the integrating circuit 140 may collect the three-axis acceleration information according to the motion by summing the three-axis acceleration signals from which the offset is removed by using the high pass filter 130, which has a specific time constant. By integrating by using the integrating circuit 140, an analog signal representing an amount of activity during a specific time may be obtained by expressing the cumulative acceleration change.

기존의 방법에서 가속도 신호를 분석하기 위해서는 센서로부터 출력되는 신호를 초당 수십 회 또는 수백 회 샘플링을 취해야 하지만, 본 발명에서는 상기 3축 가속도 센서(110)로부터 출력된 신호를 상기 저역 통과 필터(120)와 고역 통과 필터(130) 및 적분 회로(140)로 구성된 아날로그 신호처리회로를 통해 가공하여 초당 1회 정도의 샘플링을 통해 활동량을 대변하는 정보의 획득이 가능하다. 따라서, 상기 마이크로프로세서(100)에서는 상기 적분 회로(140)로부터 출력된 아날로그 신호를 초당 1회 정도 입력하여 신호를 처리하기 때문에 작업량을 획기적으로 줄일 수 있어 저전력 구동이 가능하다.In the conventional method, in order to analyze the acceleration signal, the signal output from the sensor needs to be sampled several tens or hundreds of times per second. However, in the present invention, the signal output from the three-axis acceleration sensor 110 is output to the low pass filter 120. And an analog signal processing circuit composed of a high pass filter 130 and an integrating circuit 140 to obtain information representing the amount of activity through sampling about once a second. Therefore, since the microprocessor 100 processes the signal by inputting the analog signal output from the integrating circuit 140 about once per second, the amount of work can be drastically reduced, thereby enabling low power driving.

상기 오프셋 검출회로(150)는 상기 저역 통과 필터(120)를 통과한 상기 3축 가속도 센서(110)로부터 출력된 신호를 입력하여, 가속도의 특정 축에서 오프셋 신호를 판별하여 상기 3축 가속도 센서(110)의 위치 또는 방향을 검출하는 기능을 한다. 상기 3축 가속도 센서(110)로부터 출력된 신호는 지자계에 의한 오프셋 신호를 포함하고 있으므로 가속도의 특정 축에서 오프셋 신호를 판별하여 상기 3축 가속도 센서(110)의 위치 또는 방향의 추정이 가능하다. The offset detection circuit 150 inputs a signal output from the three-axis acceleration sensor 110 that has passed through the low pass filter 120, and determines an offset signal from a specific axis of acceleration to determine the three-axis acceleration sensor ( It serves to detect the position or direction of 110. Since the signal output from the three-axis acceleration sensor 110 includes an offset signal by a geomagnetic field, it is possible to estimate the position or direction of the three-axis acceleration sensor 110 by determining the offset signal on a specific axis of acceleration. .

본 발명의 실시 예에서는 신발에 가속도 센서(예를 들어, 단축, 2축, 3축 가속도 센서 등)를 부착하고, 상기 가속도센서로부터 출력되는 지자계에 의한 오프셋 신호를 검출함에 따라 착용자의 상태 파악이 가능하다(정상적으로 서 있는 자세, 신발이 다양하게 뒤집어 진 상태 등). 특히, 정상적인 일상생활에서는 나타날 수 없는 가속도 센서의 오프셋 신호가 검출될 경우 착용자의 낙상, 골절 등으로 판단하여 상기 근거리 통신 모듈(190)을 통해 경보 기능을 하도록 구현할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, an acceleration sensor (for example, a single axis, a two axis, a three axis acceleration sensor, etc.) is attached to a shoe, and the state of the wearer is detected by detecting an offset signal by a geomagnetic field output from the acceleration sensor. This can be done (normal standing posture, shoes flipped upside down, etc.). In particular, when an offset signal of an acceleration sensor that cannot appear in normal daily life is detected, it may be determined as a fall of a wearer, a fracture, or the like, and the alarm may be implemented through the short range communication module 190.

상기 자세판별 디코더(160)는 상기 오프셋 검출회로(150)로부터 추출된 정보를 이용하여 다양한 자세(신발에 부착된 가속도센서가 위치한 상태)를 판별하여 아날로그 또는 디지털 신호로 자세 정보를 발생하는 회로이다.The posture discrimination decoder 160 is a circuit for generating posture information as an analog or digital signal by determining various postures (a state in which an acceleration sensor attached to a shoe is located) by using information extracted from the offset detection circuit 150. .

기존의 가속도 측정 방식에서는 마이크로프로세서를 통해 초당 수십 회 또는 수백 회 샘플링을 수행하고, 신호처리기법의 적용을 통해 자세정보를 추출하였으나, 본 발명에서는 상기 오프셋 검출회로(150)와 상기 자세 판별 디코더(160)를 이용함으로써 초당 1회 정도의 샘플링을 통해 자세판별이 가능하도록 하였다. 이로 인해, 상기 마이크로프로세서(100)의 작업량을 획기적으로 줄임으로 저전력 구동이 가능하다.In the conventional acceleration measurement method, sampling is performed tens or hundreds of times per second through a microprocessor, and attitude information is extracted by applying a signal processing technique. However, in the present invention, the offset detection circuit 150 and the attitude determination decoder ( 160) enables posture discrimination through sampling once per second. As a result, it is possible to drive a low power by dramatically reducing the amount of work of the microprocessor 100.

상기 플래쉬 메모리(170)는 상기 적분 회로(140)에서 계측된 활동정보와 상기 자세 판별 디코더(160)에서 계측된 자세정보를 저장하는 기능을 한다. 이와 같이, 상기 계측된 활동정보 및 자세정보를 장치 자체에 내장된 상기 플래쉬 메모리(170)에 저장함으로써 장시간의 활동정보 분석이 가능하다.The flash memory 170 stores the activity information measured by the integrating circuit 140 and the attitude information measured by the attitude determining decoder 160. As such, the measured activity information and posture information are stored in the flash memory 170 built in the device itself, thereby enabling analysis of activity information for a long time.

상기 무선 통신 모듈(180)은 가정, 사무실 등의 장소에 구비된 무선통신 수신기와의 무선 통신을 통해 PC 등 범용 네트워크 접속이 가능한 단말기로 상기 플래쉬 메모리(170)에 저장된 데이터를 전송하는 기능을 한다. 이와 같이, 상기 무선 통신 모듈(180)은 무선통신 수신기와의 무선통신을 통해 별도의 선 연결이 없이도 PC등 범용 네트워크 접속이 가능한 단말기로 상기 플래쉬 메모리(170)에 저장된 데이터를 전송함으로써, 지속적인 정보의 관리 및 모니터링이 가능하다.The wireless communication module 180 transmits data stored in the flash memory 170 to a terminal capable of accessing a universal network such as a PC through wireless communication with a wireless communication receiver provided at a place such as a home or an office. . As such, the wireless communication module 180 transmits data stored in the flash memory 170 to a terminal capable of accessing a universal network such as a PC without a separate line connection through wireless communication with a wireless communication receiver, thereby providing continuous information. Management and monitoring is possible.

상기 근거리 무선통신 모듈(190)은 블루투스 또는 지그비(Zigbee), 근 적외선 등 저전력 근거리 무선통신방식을 적용하여 계측된 정보(활동정보 및 자세정보)를 건강단말기로 전송하여 원격 모니터링이 가능하도록 지원한다. 만약, 근거리 무선통신이 불가능할 경우 자체에 내장한 상기 플래쉬 메모리(170)를 통해 계측된 정보를 저장하였다가 상기 무선 통신 모듈(180)을 이용하여 무선통신 수신기와 연결된 단말기로 저장된 정보를 전송함으로써, 지속적인 활동정보 및 자세정보의 관리 및 모니터링이 가능하다.
The short range wireless communication module 190 transmits measured information (activity information and posture information) to a health terminal by applying low power short range wireless communication methods such as Bluetooth, Zigbee, near infrared, etc. to enable remote monitoring. . If short-range wireless communication is not possible, by storing the measured information through the flash memory 170 built therein and transmitting the stored information to the terminal connected to the wireless communication receiver using the wireless communication module 180, Continuous management and monitoring of activity information and attitude information is possible.

오프셋 검출회로 및 자세 판별 디코드 신호를 이용한 자세판별Posture discrimination using offset detection circuit and posture discrimination decode signal

본 발명에서는 상기 오프셋 검출회로(150)를 이용하여 지자계 방향과 가속도센서의 위치를 판별하고, 상기 자세 판별 디코더(160)에서 상기 오프셋 검출회로(150)로부터 추출된 정보를 이용하여 자세변화의 추정(판별)이 가능하다. 이때, 자세변화는 서 있거나 앉은 자세(standing & sitting; St. & Si.), 바로 누워있는 자세(lying; Ly.), 앞으로 누워있는 자세(lying-front; LyF.), 왼쪽으로 누워있는 자세(lying-left; LyL.), 오른쪽으로 누워있는 자세(lying-right; LyR.)의 5가지 이상의 자세 분류가 가능하다.In the present invention, the direction of the geomagnetic field and the position of the acceleration sensor are determined using the offset detection circuit 150, and the attitude change decoder 160 uses the information extracted from the offset detection circuit 150 to determine the change of attitude. Estimation is possible. At this time, the posture changes are standing or sitting (St. & Si.), Lying (ly .; Ly.), Lying-front (LyF.), And lying to the left. More than five pose categories are available: lying-left (LyL.) and lying-right (LyR.).

자세를 판단하기 위하여 가속도 센서의 중력방향에 따른 기울기의 차이에 의해 각 축의 진폭이 변화하는 특징을 이용하여 의사 결정 트리에 의해 판별이 가능하며, 각 자세별 가속도 센서의 출력 오프셋은 아래 표 1과 같다.In order to determine the posture, it is possible to discriminate it by the decision tree by using the characteristic that the amplitude of each axis is changed by the difference of the inclination according to the direction of gravity of the acceleration sensor. same.

Figure 112010010879112-pat00002
Figure 112010010879112-pat00002

표 1에 제시된 St 또는 Si를 제외한 나머지 자세는 정상적인 보행 중에는 발생하지 않는 자세이며, 표 1을 이용하여 자세변화의 검출뿐만 아니라 급격한 가속도 변화 후 이상자세가 검출되었을 경우 낙상 등의 추정이 가능하며, 가속도 센서를 이용한 자세추정 일례는 도 2와 같다.
The postures other than St or Si shown in Table 1 are postures that do not occur during normal walking, and using Table 1, it is possible not only to detect posture change but also to estimate falls when abnormal posture is detected after a sudden acceleration change. An example of posture estimation using an acceleration sensor is shown in FIG. 2.

가속도 신호의 변화를 이용한 에너지 소모량 추정기법Energy Consumption Estimation Method Using Variation of Acceleration Signal

기존의 방법에서는 정확한 에너지 소모량의 추정을 위해 가속도로부터 속도변화를 추정 후 운동에너지를 추정해야하며, 각 축의 가속도 변화 및 초기 속도 값의 추정 등 복잡한 연산과정을 거쳐야 한다(도 3 참조). 이러한 연산과정은 본 발명과 같은 저전력 장치에는 적합하지 않다.In the conventional method, the kinetic energy must be estimated after estimating the speed change from the acceleration in order to accurately estimate the energy consumption, and has to undergo a complicated calculation process such as the acceleration change of each axis and the initial velocity value (see FIG. 3). This computation is not suitable for low power devices such as the present invention.

일반적으로, 가속도센서에서 나오는 가속도 값을 적분하여 각 축의 방향의 속도를 구하고 이를 운동에너지 공식에 대입하여 활동량을 예측할 수 있다. 여기서 운동에너지를 구하기 위한 수식은 아래 수학식 1과 같다.In general, it is possible to predict the amount of activity by integrating the acceleration value from the acceleration sensor to obtain the velocity in the direction of each axis and substituting it into the kinetic energy formula. The equation for obtaining the kinetic energy is shown in Equation 1 below.

Figure 112010010879112-pat00003
Figure 112010010879112-pat00003

여기서,

Figure 112010010879112-pat00004
은 체중을 의미하며,
Figure 112010010879112-pat00005
는 가속도 센서로부터 출력된 가속도 변화로부터 추정한 속도이다.here,
Figure 112010010879112-pat00004
Means your weight,
Figure 112010010879112-pat00005
Is the velocity estimated from the acceleration change output from the acceleration sensor.

본 발명에서는 보다 간편한 에너지 소모량의 추정을 위해 장치의 적분 회로(140)를 통과한 신호(ISVM)와 운동에너지와의 관계식을 도출하여 에너지 소모량을 추정하는 기법을 적용하였다.In the present invention, a technique for estimating energy consumption is derived by deriving a relationship between the signal (ISVM) passing through the integrated circuit 140 of the device and the kinetic energy for easier estimation of the energy consumption.

본 발명에서는 추정된 운동에너지와 가속도 신호로부터 쉽게 계산이 가능한 ISVM과의 상관관계 분석한 결과 아래 수학식 2와 같은 관계식을 나타내었다. 이때, ISVM과 운동에너지와의 상관계수는 0.9645로 상관식을 도출하였다.In the present invention, as a result of correlation analysis between the estimated kinetic energy and the ISVM which can be easily calculated from the acceleration signal, the following equation is shown. At this time, the correlation coefficient between ISVM and kinetic energy was 0.9645.

Figure 112011039202697-pat00006

여기서, y는 운동에너지(kcal)를 나타내고, x는 운동에너지를 추정하기 위한 적분 회로를 통과한 신호(ISVM)이다.
Figure 112011039202697-pat00006

Here, y represents the kinetic energy (kcal), and x is the signal (ISVM) passed through the integration circuit for estimating the kinetic energy.

끝으로, 상기 적분 회로(140)를 통과한 신호(ISVM)와 에너지 소모량의 관계를 도 4에 나타내었다.Finally, the relationship between the signal ISVM and the energy consumption passed through the integration circuit 140 is shown in FIG. 4.

본 발명의 유비쿼터스 헬스케어 장치를 신발에 적용할 경우, 신발의 안창, 밑창, 뒤꿈치, 앞꿈치, 신발 끈, 측면, 후면, 전면 등 어느 한 곳에 내장 또는 설치하여 구성할 수 있다. When the ubiquitous healthcare device of the present invention is applied to a shoe, the insole, the sole, the heel, the heel, the shoe laces, the side, the rear, the front of the shoe can be built or installed.

이와 같이 구성된 본 발명의 유비쿼터스 헬스케어 장치 및 이를 구비한 다기능 신발은 가속도 센서 및 신호처리회로를 내장한 다기능 신발을 통해 일상생활 중 활동 상태에 따른 가속도 변화를 측정하여 활동 상태를 판단하고 활동량을 예측하여 에너지 소모량을 추정하며, 가속도 센서의 자세변화를 검출하여 낙상 등과 같은 응급상황을 판단함으로써, 본 발명의 기술적 과제를 해결할 수가 있다.
The ubiquitous healthcare device of the present invention configured as described above and a multifunctional shoe having the same measure the acceleration change according to the activity state in daily life through the multifunctional shoe having the acceleration sensor and the signal processing circuit to determine the activity state and predict the amount of activity. By estimating the energy consumption, and detecting an emergency situation such as a fall by detecting a change in attitude of the acceleration sensor, the technical problem of the present invention can be solved.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시 예들은 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(당업자)라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
Preferred embodiments of the present invention described above are disclosed to solve the technical problem, and those skilled in the art to which the present invention pertains (man skilled in the art) various modifications, changes, additions, etc. within the spirit and scope of the present invention. It will be possible to, and such modifications, changes, etc. will be considered to be within the scope of the following claims.

본 발명에서는 유비쿼터스 헬스케어 장치를 신발에 내장한 예에 대해 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않고 유비쿼터스 헬스케어 장치를 착용자의 몸이나 다른 곳에 부착하여 착용자의 활동정보 및 자세정보를 지속적으로 관리 및 모니터링 하도록 동일하게 적용할 수 있다.
Although the present invention has been described for an example in which the ubiquitous healthcare device is embedded in the shoe, the present invention is not limited thereto, and the ubiquitous healthcare device is attached to the wearer's body or elsewhere to continuously manage and monitor the wearer's activity information and posture information. The same can be applied.

100 : 마이프로프로세서 110 : 3축 가속도센서
120 : 저역 통과 필터 130 : 고역 통과 필터
140 : 적분 회로 150 : 오프셋 검출회로
160 : 자세 판별 디코더 170 : 플래쉬 메모리
180 : 무선 통신 모듈 190 : 근거리 무선통신 모듈
100: microprocessor 110: 3-axis acceleration sensor
120: low pass filter 130: high pass filter
140: integral circuit 150: offset detection circuit
160: attitude determination decoder 170: flash memory
180: wireless communication module 190: short-range wireless communication module

Claims (8)

가속도 센서가 구비되어 신체의 움직임에 따라 변화하는 가속도 정보를 측정하고,
상기 가속도센서의 출력 신호에 포함된 고주파 잡음성분을 제거하는 저역 통과 필터, 상기 가속도센서의 출력 신호에 포함된 지자계에 의한 오프셋 신호를 제거하는 고역 통과 필터, 상기 고역 통과 필터를 이용하여 오프셋이 제거된 가속도 신호를 합산한 후 적분하여 특정 시간 동안의 활동량 정보를 획득하는 적분 회로로 구성된 아날로그 신호처리회로가 구비되어 상기 가속도 센서로부터 출력되는 아날로그 형태의 가속도 정보를 가공하여 아날로그 신호로 출력하며,
마이크로프로세서가 구비되어 상기 아날로그 신호처리회로의 적분회로로부터 출력되는 아날로그 신호를 처리하되,
상기 가속도 센서의 출력 신호에 포함된 오프셋 신호를 판별하여 상기 가속도 센서의 위치 및 방향을 검출하는 오프셋 검출회로와; 상기 오프셋 검출회로로부터 추출된 정보에 의해 상기 가속도 센서의 위치 상태를 판별하여 자세 정보를 발생하는 자세 판별 디코더 및; 상기 활동량 및 자세 정보를 저장하는 메모리가 구비되도록 하여,
상기 마이크로프로세서는 상기 적분 회로 및 자세 판별 디코더로부터 상기 활동량 및 자세 정보를 수신받아 상기 메모리에 저장하고, 상기 메모리에 저장된 정보를 통신모듈을 통해 외부 단말기로 전송하되,
상기 마이크로프로세서는 상기 오프셋 검출 회로 및 자세 판별 디코더의 출력 신호에 의해, 착용자의 자세를 판단하고, 정상적인 일상생활에서는 나타날 수 없는 오프셋 신호가 검출될 경우 착용자의 낙상, 골절 등으로 판단하여 근거리 통신 모듈을 통해 경보 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 헬스케어 장치.
It is equipped with an acceleration sensor to measure the acceleration information that changes according to the movement of the body,
A low pass filter for removing high frequency noise components included in the output signal of the acceleration sensor, a high pass filter for removing offset signals caused by a geomagnetic field included in the output signal of the acceleration sensor, and an offset using the high pass filter. An analog signal processing circuit comprising an integrated circuit for summing the removed acceleration signals and integrating them to obtain activity information for a specific time is processed, and processes the analog acceleration information output from the acceleration sensor and outputs it as an analog signal.
A microprocessor is provided to process an analog signal output from an integrated circuit of the analog signal processing circuit,
An offset detection circuit that detects a position and a direction of the acceleration sensor by determining an offset signal included in an output signal of the acceleration sensor; An attitude determination decoder configured to determine a position state of the acceleration sensor based on the information extracted from the offset detection circuit, and to generate attitude information; A memory for storing the activity amount and posture information is provided,
The microprocessor receives the activity amount and attitude information from the integrating circuit and the attitude determination decoder, stores the activity amount and attitude information in the memory, and transmits the information stored in the memory to an external terminal through a communication module.
The microprocessor determines the posture of the wearer based on the output signals of the offset detection circuit and the posture determination decoder, and determines that the wearer falls, fractures, etc. when an offset signal that cannot appear in normal daily life is detected. Ubiquitous healthcare device, characterized in that for transmitting an alarm signal through.
제 1 항에 있어서,
상기 적분 회로 및 상기 자세 판별 디코더는 초당 1회의 샘플링을 통해 활동량 정보 및 자세 정보를 획득하여 상기 마이크로프로세서로 각각 출력하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 헬스케어 장치.
The method of claim 1,
The integrating circuit and the posture determination decoder obtain activity amount information and posture information through sampling once per second and output them to the microprocessor, respectively.
제 1 항에 있어서,
상기 가속도 센서는 단축, 2축, 3축 가속도 센서 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 헬스케어 장치.
The method of claim 1,
The acceleration sensor is a ubiquitous healthcare device, characterized in that any one of a single axis, two-axis, three-axis acceleration sensor.
제 1 항에 있어서, 상기 통신 모듈은:
가정, 사무실을 포함한 장소에 구비된 무선통신 수신기와의 무선 통신을 통해 PC를 포함한 범용 네트워크 접속이 가능한 단말기로 플래쉬 메모리에 저장된 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 헬스케어 장치.
The communication module of claim 1, wherein the communication module comprises:
Ubiquitous healthcare device, characterized in that for transmitting the data stored in the flash memory to a terminal capable of a universal network connection, including a PC through a wireless communication with a wireless communication receiver provided in places including homes, offices.
제 1 항에 있어서, 상기 통신 모듈은:
블루투스, 지그비(Zigbee), 근 적외선 통신을 포함한 근거리 무선통신 방식을 적용하여 계측된 정보(활동정보 및 자세정보)를 무선 통신 수신기를 구비한 단말기로 전송하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 헬스케어 장치.
The communication module of claim 1, wherein the communication module comprises:
Ubiquitous healthcare device, characterized in that for transmitting the measured information (activity information and attitude information) by applying a short-range wireless communication method including Bluetooth, Zigbee, near infrared communication to a terminal equipped with a wireless communication receiver.
제 1 항에 있어서, 상기 유비쿼터스 헬스케어 장치는:
상기 적분 회로(140)를 통과한 신호(ISVM)와 운동에너지와의 관계식을 아래의 수학식으로 도출하여 에너지 소모량을 추정하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 헬스케어 장치.
Figure 112012009968548-pat00007

(여기서, y는 운동에너지(kcal)를 나타내고, x는 운동에너지를 추정하기 위한 적분 회로를 통과한 신호(ISVM)이다.)
The device of claim 1, wherein the ubiquitous healthcare device is:
Ubiquitous healthcare device, characterized in that the energy consumption is estimated by deriving the relationship between the signal (ISVM) and the kinetic energy passed through the integration circuit 140 by the following equation.
Figure 112012009968548-pat00007

(Where y is the kinetic energy (kcal) and x is the signal (ISVM) passed through the integrating circuit to estimate the kinetic energy.)
삭제delete 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 유비쿼터스 헬스케어 장치를 구비한 다기능 신발.The multifunctional shoe provided with the ubiquitous healthcare device in any one of Claims 1-6.
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