KR101283464B1 - 동작 인식용 신발을 이용한 동작 인식 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 동작 인식용 신발을 이용한 동작 인식 시스템에 관한 것으로, 신발 착용자의 발 압력을 측정하기 위한 압력 센서, 고도를 측정하기 위한 고도 센서 및 가속도를 측정하기 위한 3축 가속도 센서를 구비하여, 상기 신발 착용자의 동작에 따라 달라지는 발 압력, 고도 및 가속도를 측정하며, 측정된 신호를 전처리하여 외부로 전송하는 동작 인식용 신발; 및 상기 동작 인식용 신발로부터 수신한 신호를 분석하여 상기 신발 착용자의 몸의 중심, 3차원상의 위치 및 발의 움직임 정보를 획득하고, 획득된 정보를 기반으로 응용 서비스를 제공하는 정보처리 단말을 포함하여 구성된다.
동작 인식, 신발, 압력 센서, 고도 센서

Description

동작 인식용 신발을 이용한 동작 인식 시스템 {MOTION RECOGNITION SYSTEM USING FOOTWEAR FOR MOTION RECOGNITION}
본 발명은 동작 인식용 신발을 이용한 동작 인식 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압력 센서, 고도 센서 및 3축 가속도 센서를 구비한 동작 인식용 신발을 통해 신발 착용자의 몸의 중심, 3차원상의 위치 및 발의 움직임을 감지할 수 있도록 하고, 감지된 정보를 활용하여 신발 착용자에 대한 자세 교습, 실내 위치 감지 등의 다양한 서비스를 제공할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.
종래에도 가속도 센서나 자이로 센서를 내장한 신발을 이용하여 신발 착용자의 발 움직임을 감지하고 이를 입력으로 활용하여 다양한 서비스를 제공하는 시스템이 제안되었다.
그러나, 종래의 시스템들은 단순히 평면상의 발의 움직임만을 감지할 수 있다는 한계가 있었으며, 이에 따라 감지된 정보를 이용하여 제공할 수 있는 서비스의 종류 역시 제한되었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 압력 센서, 고도 센서 및 3축 가속도 센서를 구비한 동작 인식용 신발을 통해 신발 착용자의 몸의 중심, 3차원상의 위치 및 발의 움직임을 감지할 수 있도록 하고, 감지된 정보를 활용하여 신발 착용자에 대한 자세 교습, 실내 위치 감지 등의 다양한 서비스를 제공할 수 있도록 하는 동작 인식용 신발을 이용한 동작 인식 시스템을 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 동작 인식용 신발을 이용한 동작 인식 시스템은, 신발 착용자의 발 압력을 측정하기 위한 압력 센서, 고도를 측정하기 위한 고도 센서 및 가속도를 측정하기 위한 3축 가속도 센서를 구비하여, 상기 신발 착용자의 동작에 따라 달라지는 발 압력, 고도 및 가속도를 측정하며, 측정된 신호를 전처리하여 외부로 전송하는 동작 인식용 신발; 및 상기 동작 인식용 신발로부터 수신한 신호를 분석하여 상기 신발 착용자의 몸의 중심, 3차원상의 위치 및 발의 움직임 정보를 획득하고, 획득된 정보를 기반으로 응용 서비스를 제공하는 정보처리 단말을 포함하여 구성된다.
상기 동작 인식용 신발은, 각속도를 측정하기 위한 자이로 센서를 더 구비할 수도 있다.
또한, 상기 동작 인식용 신발은, 상기 전처리된 신호를 상기 정보처리 단말 로 전송하는 무선통신 모듈; 및 상기 압력 센서, 상기 고도 센서 및 상기 3축 가속도 센서에 의해 측정된 신호를 전처리하고, 상기 전처리된 신호를 상기 무선통신 모듈을 통해 상기 정보처리 단말로 전송하도록 제어하는 제어모듈을 더 구비할 수도 있다.
또한, 상기 동작 인식용 신발은, 상기 동작 인식용 신발에 구비된 각 구성요소의 구동을 위한 내장 배터리를 더 구비할 수도 있다.
한편, 상기 정보처리 단말은, 상기 동작 인식용 신발로부터 전송되는 신호를 수신하는 무선통신 모듈; 및 상기 무선통신 모듈을 통해 수신한 신호 중, 상기 압력 센서에 의해 측정된 발 압력 값을 이용하여 신발 착용자의 몸의 중심을 계산하고, 상기 고도센서 및 상기 3축 가속도 센서에 의해 각각 측정된 고도 값 및 가속도 값을 이용하여 신발 착용자의 3차원상의 위치를 계산하며, 소정 시간 간격으로 계산된 신발 착용자의 3차원상의 위치 정보를 기초로 신발 착용자의 발 움직임 정보를 획득하는 센서신호 분석모듈을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 센서신호 분석모듈은 상기 신발 착용자의 몸의 중심, 3차원상의 위치 및 발 움직임 정보를 이용하여 운동 자세 교습 서비스 또는 위치 감지 서비스를 제공할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 정보처리 단말은, 교습하고자 하는 운동의 각 자세 별 올바른 몸의 중심 및 3차원상의 위치 정보를 저장하는 데이터베이스를 더 구비하며, 상기 센서신호 분석모듈은 계산한 몸의 중심 및 3차원상의 위치 정보와 상기 데이터베이스에 저장된 몸의 중심 및 3차원상의 위치 정보를 비교하고, 비교 결 과를 디스플레이 모듈을 통해 디스플레이하도록 구현될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 정보처리 단말은, 신발 착용자가 위치하는 장소의 3차원 공간 정보를 저장하는 데이터베이스를 더 구비하며, 상기 센서신호 분석모듈은 계산한 3차원상의 위치 정보가 상기 데이터베이스에 저장된 3차원 공간 정보 상에 표시되도록 디스플레이 모듈을 통해 디스플레이하도록 구현될 수도 있다.
본 발명에 의하면, 압력 센서, 고도 센서 및 3축 가속도 센서를 구비한 동작 인식용 신발을 통해 신발 착용자의 몸의 중심, 3차원상의 위치 및 발의 움직임을 감지할 수 있다.
또한, 정보처리단말은 감지된 신발 착용자의 몸의 중심, 3차원상의 위치 및 발의 움직임 정보를 활용하여 신발 착용자에게 댄스, 체조, 태권도 등의 운동 자세 교습을 할 수 있다.
또한, 소방관 등과 같이 위험 지역에서 업무를 수행하는 사람들에게 동작 인식용 신발을 착용하도록 함으로써, 동작 인식용 신발로부터 획득한 3차원상의 위치 정보를 이용하여 위치 감지 서비스 등을 제공할 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있 다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, '모듈'이란 용어는 특정한 기능이나 동작을 수행하는 하나의 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 동작 인식용 신발을 이용한 동작 인식 시스템의 구성도이다.
본 발명에 의한 동작 인식 시스템은 동작 인식용 신발(10)과 정보처리 단말(20)을 포함하여 구성된다.
동작 인식용 신발(10)은 압력 센서, 고도 센서 및 3축 가속도 센서를 내장하고, 내장한 각종 센서를 통해 획득한 신호를 전처리한 후 정보처리 단말 (20)로 전송해 준다.
정보처리 단말(20)은 동작 인식용 신발(10)로부터 수신한 신호를 분석하여 신발 착용자의 몸의 중심, 3차원상의 위치 및 발의 움직임 정보를 획득한다. 또한, 정보처리 단말(20)은 획득한 정보를 활용하여 신발 착용자에 대한 자세 교습, 실내 위치 감지 등의 다양한 서비스를 제공할 수 있다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 동작 인식용 신발과 정보처리단말의 구성 및 기능을 보다 상세히 설명한다.
도 2는 도 1에 도시된 동작 인식용 신발의 상세 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 동작 인식용 신발(10)에는 압력 센서(11), 고도 센서(12), 3축 가속도 센서(13), 제어모듈(14), 무선통신 모듈(15) 및 내장 배터리(16)가 내장된다.
압력 센서(11)는 신발 착용자의 발 압력을 측정하기 위한 것으로, FSR(Force Sensing Resistor) 센서나 압전센서 등으로 구현될 수 있다. 또한, 압력 센서(11)는 발 전체를 커버할 수 있도록 신발의 패드 전체에 걸쳐 하나 이상 배치되는 것이 바람직하다.
고도 센서(12)는 신발 착용자의 발 움직임이나 위치 이동에 따라 달라지는 고도를 측정하기 위한 것이다.
3축 가속도 센서(13)는 신발 착용자의 발이 이동하는 가속도를 측정하기 위한 것이다.
한편, 도 2에는 도시되지 않았지만, 3축 가속도 센서(13) 대신에 이동 각속도를 측정하기 위한 자이로 센서가 사용될 수도 있고, 3축 가속도 센서(13) 및 자이로 센서를 동시에 사용함으로써 발의 위치를 보다 정확하게 감지할 수도 있다.
제어모듈(14)은 동작 인식용 신발(10)에 구비된 각 구성요소의 동작을 제어한다. 특히, 제어모듈(14)은 압력 센서(11), 고도 센서(12) 및 3축 가속도 센서(13)에 의해 측정된 신호를 전처리하고, 전처리된 신호를 무선통신 모듈 (15)을 통해 정보처리 단말(20)로 전송하도록 제어한다. 제어모듈(14)은 마이크로컨트롤러(MCU) 등으로 구현될 수 있다.
무선통신 모듈(15)은 제어모듈(14)에 의해 전처리된 신호를 정보처리 단말(20)로 전송하기 위한 것으로, 지그비(ZigBee) 또는 블루투스(Bluetooth) 등의 무선통신기술에 의해 구현될 수 있다.
내장 배터리(16)는 동작 인식용 신발(10)에 구비된 각 구성요소의 구동을 위한 전원을 공급한다.
도 3은 도 1에 도시된 정보처리단말의 상세 구성도이다.
정보처리단말(20)은 동작 인식용 신발(10)로부터 수신한 신호를 분석하여 신발 착용자의 몸의 중심, 3차원상의 위치 및 발의 움직임 정보를 획득하고, 획득한 정보를 활용하여 신발 착용자에 대한 자세 교습, 실내 위치 감지 등의 다양한 서비스를 제공한다. 정보처리단말(20)은 무선통신모듈(21), 센서신호 분석모듈(22), 데이터베이스(23) 및 디스플레이 모듈(24)을 포함하여 구성된다.
무선통신모듈(21)은 동작 인식용 신발(10)로부터 데이터를 수신하기 위한 것으로, 동작 인식용 신발(10)에 탑재된 무선통신모듈(15)과 동일한 통신기술, 즉 지그비 또는 블루투스 등의 무선통신기술에 의해 구현될 수 있다.
센서신호 분석모듈(22)은 무선통신모듈(21)을 통해 동작 인식용 신발 (10)로부터 수신한 신호를 이용하여 신발 착용자의 몸의 중심, 3차원상의 위치 및 발의 움직임 정보를 획득한다.
구체적으로, 센서신호 분석모듈(22)은 압력 센서(11)에 의해 측정된 발 압력 값을 이용하여 신발 착용자의 몸의 중심을 계산하고, 고도센서(12) 및 3축 가속도 센서(13)에 의해 측정된 고도 값 및 가속도 값을 이용하여 신발 착용자의 3차원상의 위치를 계산한다. 또한, 센서신호 분석모듈(22)은 소정 시간 간격으로 계산된 신발 착용자의 3차원상의 위치 정보를 기초로 신발 착용자의 발의 움직임 정보를 제공할 수 있다.
또한, 센서신호 분석모듈(22)은 획득한 신발 착용자의 몸의 중심, 3차원상의 위치 및 발의 움직임 정보를 이용하여 운동 자세 교습 또는 위치 감지 서비스 등과 같은 다양한 서비스를 제공할 수 있다.
데이터베이스(23)는 센서신호 분석모듈(22)에 의해 획득된 정보와, 센서신호 분석모듈(22)이 획득된 정보를 활용하여 다양한 서비스를 제공하는데 필요한 데이터를 저장한다. 구체적으로, 데이터베이스(23)에는 센서신호 분석모듈(22)에 의해 획득된 신발 착용자의 몸의 중심, 3차원상의 위치 및 발의 움직임 정보가 저장되고, 후술하는 바와 같이 제공하고자 하는 서비스의 종류에 따라 교습하고자 하는 운동의 각 자세 별로 올바른 몸의 중심 및 3차원상의 위치 정보, 또는 3차원 공간 정보 등이 저장될 수 있다.
디스플레이 모듈(24)은 센서신호 분석모듈(22)에 의해 획득된 정보 또는 획 득된 정보를 활용하여 제공하고자 하는 서비스 관련 정보를 디스플레이한다.
상술한 바와 같이 구성된 정보처리단말(20)은 센서신호 분석모듈(22)에 의해 획득한 신발 착용자의 몸의 중심, 3차원상의 위치 및 발의 움직임 정보를 이용하여 운동 자세 교습 또는 위치 감지 서비스 등을 제공할 수 있다.
일 예로, 정보처리단말(20)을 통해 운동 자세 교습 서비스를 제공하고자 하는 경우, 데이터베이스(23)에 교습하고자 하는 운동의 각 자세 별로 올바른 몸의 중심 및 3차원상의 위치 정보를 기 저장해 두고, 센서신호 분석모듈(22)은 동작 인식용 신발(10)로부터 수신한 신호를 이용하여 계산한 몸의 중심 및 3차원상의 위치 정보와 데이터베이스(23)에 기 저장된 정보를 비교하여 그 결과를 디스플레이 모듈(24)을 통해 신발 착용자에게 디스플레이 하도록 구현될 수 있다. 이에 따라, 신발 착용자에 대한 운동 교습시, 신발 착용자의 운동 동작의 자세를 지속적으로 평가하고 그 결과를 디스플레이함으로써 신발 착용자의 정확한 자세를 유도할 수 있게 된다.
다른 예로, 정보처리단말(20)을 통해 위치 감지 서비스를 제공하고자 하는 경우, 데이터베이스(23)에 신발 착용자가 위치하는 3차원 공간에 대한 정보(이하, '3차원 공간 정보'라 함), 예를 들어 신발 착용자가 위치하는 건물의 설계도 등을 기 저장해 두고, 센서신호 분석모듈(22)은 동작 인식용 신발 (10)로부터 수신한 신호를 이용하여 계산한 신발 착용자의 3차원상의 위치 정보를 데이터베이스(23)에 기 저장된 3차원 공간 정보 상에 나타내어 디스플레이 모듈(24)을 통해 디스플레이 하도록 구현될 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 동작 인식용 신발을 이용한 동작 인식 시스템의 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 동작 인식용 신발의 상세 구성도, 그리고
도 3은 도 1에 도시된 정보처리단말의 상세 구성도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 동작 인식용 신발 11: 압력센서
12: 고도센서 13: 3축 가속도 센서
14: 제어모듈 15: 무선통신모듈
16: 내장배터리
20: 정보처리단말 21: 무선통신모듈
22: 센서신호분석 모듈 23: 데이터베이스
24: 디스플레이 모듈

Claims (8)

  1. 신발 착용자의 발 압력을 측정하기 위한 압력 센서, 고도를 측정하기 위한 고도 센서 및 가속도를 측정하기 위한 3축 가속도 센서를 구비하여, 상기 신발 착용자의 동작에 따라 달라지는 발 압력, 고도 및 가속도를 측정하며, 측정된 신호를 전처리하여 외부로 전송하는 동작 인식용 신발; 및
    상기 동작 인식용 신발로부터 수신한 신호를 분석하여 상기 신발 착용자의 몸의 중심, 3차원상의 위치 및 발의 움직임 정보를 획득하고, 획득된 정보를 기반으로 응용 서비스를 제공하는 정보처리 단말을 포함하며,
    상기 응용 서비스는 운동 자세 교습 서비스 또는 위치 감지 서비스를 포함하는 것을 특징으로 하는 동작 인식 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 동작 인식용 신발은,
    각속도를 측정하기 위한 자이로 센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 동작 인식 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 동작 인식용 신발은,
    상기 전처리된 신호를 상기 정보처리 단말로 전송하는 무선통신 모듈; 및
    상기 압력 센서, 상기 고도 센서 및 상기 3축 가속도 센서에 의해 측정된 신 호를 전처리하고, 상기 전처리된 신호를 상기 무선통신 모듈을 통해 상기 정보처리 단말로 전송하도록 제어하는 제어모듈을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 동작 인식 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 동작 인식용 신발은,
    상기 동작 인식용 신발에 구비된 각 구성요소의 구동을 위한 내장 배터리를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 동작 인식 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 정보처리 단말은,
    상기 동작 인식용 신발로부터 전송되는 신호를 수신하는 무선통신 모듈; 및
    상기 무선통신 모듈을 통해 수신한 신호 중, 상기 압력 센서에 의해 측정된 발 압력 값을 이용하여 신발 착용자의 몸의 중심을 계산하고, 상기 고도센서 및 상기 3축 가속도 센서에 의해 각각 측정된 고도 값 및 가속도 값을 이용하여 신발 착용자의 3차원상의 위치를 계산하며, 소정 시간 간격으로 계산된 신발 착용자의 3차원상의 위치 정보를 기초로 신발 착용자의 발 움직임 정보를 획득하는 센서신호 분석모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 동작 인식 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 센서신호 분석모듈은 상기 신발 착용자의 몸의 중심, 3차원상의 위치 및 발 움직임 정보를 이용하여 운동 자세 교습 서비스 또는 위치 감지 서비스를 제공하는 것을 특징으로 하는 동작 인식 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 정보처리 단말은,
    교습하고자 하는 운동의 각 자세 별 올바른 몸의 중심 및 3차원상의 위치 정보를 저장하는 데이터베이스를 더 구비하며,
    상기 센서신호 분석모듈은 계산한 몸의 중심 및 3차원상의 위치 정보와 상기 데이터베이스에 저장된 몸의 중심 및 3차원상의 위치 정보를 비교하고, 비교 결과를 디스플레이 모듈을 통해 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 동작 인식 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 정보처리 단말은,
    신발 착용자가 위치하는 장소의 3차원 공간 정보를 저장하는 데이터베이스를 더 구비하며,
    상기 센서신호 분석모듈은 계산한 3차원상의 위치 정보가 상기 데이터베이스에 저장된 3차원 공간 정보 상에 표시되도록 디스플레이 모듈을 통해 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 동작 인식 시스템.
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