KR101319130B1 - 근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 방법 - Google Patents

근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 방법을 공개한다. 이 방법은 (a) 근력 운동기구에 설치된 가속도 센서가 사용자의 근력 운동시 중력 가속도를 측정하는 단계; (b) 무선 통신부가 상기 중력 가속도를 인가받아 관리 서버에 전송하는 단계; (c) 상기 관리 서버가 상기 중력 가속도를 전송받아 기 저장된 상기 근력 운동기구의 소정의 정보 및 사용자의 소정의 정보를 이용하여 근력 운동 에너지 소모량을 산출하는 단계; 및 (d) 상기 관리 서버가 상기 산출된 에너지 소모량을 사용자 무선 단말기에 제공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명에 의할 경우, 위치 센서에 비해 현저히 저렴한 가속도 센서를 사용하므로 제품의 생산성이 향상되고, 사용자의 몸무게 중심 위치에 직접 부착할 필요가 없어 사용자의 운동에 방해가 되지 않아 사용의 편의성이 향상된다.

Description

근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 방법{An energy consumption measurement method for weight training equipment}
본 발명은 에너지 소모량 측정 방법에 관한 것으로, 특히 가속도 센서를 근력 운동기구에 설치하여 측정된 사용자의 근력 운동시 중력 가속도와 근력 운동기구 정보 및 사용자의 신체 정보를 이용하여 근력 운동 에너지 소모량을 산출하고 사용자 무선 단말기에 제공하는 근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 방법에 관한 것이다.
최근에 사회 고령화와 더불어 노년층의 복지 및 건강관리에 대한 다양한 사회시설의 확충이 필요한 가운데 공원을 포함한 공공장소에 대한 야외 근력 운동기구의 설치가 일반화 되고 있는 추세이다.
이러한 야외 근력 운동기구를 사용할 경우 사용자가 보다 효율적인 건강관리를 위해 사용시 본인의 칼로리 소모량을 측정할 필요가 있다.
야외 근력 운동기구는 사용자의 몸무게를 이용한 근력운동을 하도록 설계되어 있기 때문에 근력 운동시에 대략적인 사용자의 에너지 소모량은 사용자 몸무게 중심의 위치변화의 차이를 이용하여 간접적으로 측정할 수 밖에 없다.
실제로 근력 운동시에 사용자가 소모하는 에너지의 양은 정확한 측정이 어렵기 때문에 사용자 몸무게의 중심의 위치 변화를 이용하여 산출되는 위치 에너지의 변화로 에너지 소모량을 간접적으로 측정하게 된다.
이 때, 몸무게 무게 중심의 변화는 다양한 센서를 이용하여 측정할 수 있는데, 그 중에 한 방법으로서 위치 센서를 이용하는 경우가 있다.
즉, 위치 센서를 사용자의 몸무게 위치에 부착시키고 몸무게 위치의 변화를 측정하면 위치 에너지의 변화를 측정하여 사용자의 소모되는 에너지의 양을 추정할 수 있다.
하지만, 대부분의 위치 센서는 가격이 일반 야외 운동기구 가격을 초과하기 때문에 위치 센서를 이용하여 사용자의 소모 에너지의 양을 측정하는 것은 현실성이 없다.
또한, 위치 센서는 사용자의 몸무게 중심 위치에 직접 부착해야 하는 번거로움이 있고 사용자의 운동에 방해가 될 수 있는 문제점도 있다.
본 발명의 목적은 근력 운동기구에 저가의 가속도 센서를 설치하고 다절 링크 강체 운동 모델링을 이용하여 근력 운동시 측정되는 중력 가속도를 통하여 사용자의 위치 에너지 변화량을 산출함으로써 근력 운동 에너지 소모량을 사용자 무선 단말기에 제공할 수 있는 근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 방법은 (a) 근력 운동기구에 설치된 가속도 센서가 사용자의 근력 운동시 중력 가속도를 측정하는 단계; (b) 무선 통신부가 상기 중력 가속도를 인가받아 관리 서버에 전송하는 단계; (c) 상기 관리 서버가 상기 중력 가속도를 전송받아 기 저장된 상기 근력 운동기구의 소정의 정보 및 사용자의 소정의 정보를 이용하여 근력 운동 에너지 소모량을 산출하는 단계; 및 (d) 상기 관리 서버가 상기 산출된 에너지 소모량을 사용자 무선 단말기에 제공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 방법의 상기 근력 운동기구는 근력 운동시 위치 변화가 없는 제1 조인트; 일측에 상기 제1 조인트와 연결되어 근력 운동시 상기 제1 조인트를 중심축으로 하여 회전하는 제1 링크; 및 상기 제1 링크의 타측에 연결되어 근력 운동시 상기 제1 링크와 함께 회전하는 제2 조인트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 방법은 상기 (a) 단계 이전에, 상기 근력 운동기구의 소정의 정보 및 상기 사용자의 소정의 정보가 입력되는 단계가 이루어지고, 상기 (c) 단계는 상기 중력 가속도의 기 설정된 기준에 따른 X축 및 Y축 성분을 이용하여 상기 제1 링크의 회전된 각도(Θ)를 산출하는 단계; 상기 산출된 제1 링크의 회전된 각도(Θ) 및 기 저장된 상기 근력 운동기구의 소정의 정보를 이용하여 상기 제2 조인트의 상승된 높이(Δh)를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 제2 조인트의 상승된 높이(Δh) 및 기 저장된 상기 사용자의 소정의 정보를 이용하여 상기 제2 조인트의 위치 에너지 변화량(ΔEp)를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 방법의 상기 근력 운동기구의 소정의 정보는 상기 제1 링크의 길이(l)이고, 상기 사용자의 소정의 정보는 상기 사용자의 체중량(mg)인 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 방법의 상기 사용자의 소정의 정보는 상기 사용자의 키를 포함할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 방법의 상기 가속도 센서는 상기 제1 링크 상에 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 방법의 상기 제2 조인트의 상승된 높이(Δh)는 사용자의 무게 중심 위치 변화값인 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 방법의 상기 제2 조인트의 위치 에너지 변화량(ΔEp)은 사용자의 근력 운동 에너지 소모량인 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 방법의 상기 에너지 소모량 측정 방법은 다절 링크 강체 운동 모델링을 이용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의할 경우, 위치 센서에 비해 현저히 저렴한 가속도 센서를 사용하므로 제품의 생산성이 향상되고, 사용자의 몸무게 중심 위치에 직접 부착할 필요가 없어 사용자의 운동에 방해가 되지 않아 사용의 편의성이 향상된다.
도 1은 본 발명에 따른 근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 시스템을 설명하기 위하여 근력 운동기구를 다절 링크 모델화한 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 방법의 동작을 나타내는 순서도이다.
도 4는 도 3에 도시한 순서도 중 단계(S300)의 세부적인 동작을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 방법을 설명하기 위하여 가속도 센서(120)에서 측정된 중력 가속도의 X축 및 Y축 방향 성분을 표시한 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 시스템을 설명하기 위한 구성도로서, 근력 운동기구(10) 및 에너지 소모량 측정 장치(100)를 포함하고, 근력 운동기구(10)는 복수개의 조인트들(12, 14, 16,) 및 복수개의 링크들(13, 15, 17,)을 구비한다.
(a)는 사용자가 근력 운동하기 전의 상태이고, (b)는 사용자가 근력 운동을 한 직후의 상태를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 시스템을 설명하기 위하여 근력 운동기구를 다절 링크 모델화한 구성도로서, 에너지 소모량 측정 장치(100), 복수개의 조인트들(12, 14, 16), 복수개의 링크들(13, 15, 17), 관리 서버(200) 및 사용자 무선 단말기(300)를 포함하고, 에너지 소모량 측정 장치(100)는 가속도 센서(120) 및 무선 통신부(140)를 구비한다.
(a)는 사용자가 근력 운동하기 전의 상태이고, (b)는 사용자가 근력 운동을 한 직후의 상태를 나타낸다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 시스템의 각 구성요소의 기능을 설명하면 다음과 같다.
근력 운동기구(10)는 복수개의 조인트들(12, 14, 16,…) 및 복수개의 링크들(13, 15, 17,)을 구비하는데, 본 실시예에서는 사용자가 근력 운동 중에 위치 변화가 없는 제1 조인트(12)와 일측에 제1 조인트(12)와 연결되어 근력 운동시 제1 조인트(12)를 중심축으로 하여 회전하는 제1 링크(13) 및 제1 링크(13)의 타측에 연결되어 근력 운동시 제1 링크(13)와 함께 회전하는 제2 조인트(14)를 위주로 설명한다.
제1 링크(13)는 제1 조인트(12)와 회전 중심축이 일치되어 사용자가 근력 운동을 하는 동안 일정 각도만큼 회전한다.
에너지 소모량 측정 장치(100)는 가속도 센서(120)에서 제1 링크(13)의 회전운동시 중력 가속도를 측정하고, 무선 통신부(140)가 중력 가속도를 무선 통신망을 이용하여 관리 서버(200)에 전송한다.
관리 서버(200)는 에너지 소모량 측정 장치(100)로부터 중력 가속도를 전송받아 기 저장된 제1 링크(13)의 길이 및 사용자의 체중량을 이용하여 근력 운동 에너지 소모량을 산출하고, 산출된 에너지 소모량을 사용자 무선 단말기(300)에 전송한다.
관리 서버(200)가 사용자의 근력 운동 에너지 소모량을 산출하는 상세한 과정에 대해서는 도 3 및 도 4를 참조하여 후술하도록 한다.
사용자 무선 단말기(300)는 무선 통신망을 이용하여 관리 서버(200)로부터 산출된 에너지 소모량을 전송받아 화면에 디스플레이한다.
도 3은 본 발명에 따른 근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 방법의 동작을 나타내는 순서도이다.
도 4는 도 3에 도시한 순서도 중 단계(S300)의 세부적인 동작을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 방법을 설명하기 위하여 가속도 센서(120)에서 측정된 중력 가속도의 X축 및 Y축 방향 성분을 표시한 것이다.
도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 방법의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 사용자의 몸이 일종의 강체 마디라고 가정하면, 근력 운동기구(10)를 이용한 근력운동은 도 2에서 보는 바와 같이 다절 링크(multi-link) 강체 운동(Rigid body motion)으로 모델링할 수 있다.
다절 링크 강체 모델에서 두 개 이상의 조인트들 간의 길이 변화가 없는 링크(link)의 각도 정보만을 이용하여 몸무게 중심(20)의 높이 변화값 및 위치 에너지 변화량을 산출할 수 있다.
이를 위하여 가속도 센서(120)는 중심축이 근력 운동 기구의 위치 변화가 없는 제1 조인트(12)에 연결된 제1 링크(13)의 회전 중심축과 일치하도록 하여 제1 링크(13) 상에 설치된다.
또한, 사용자가 근력 운동시 몸무게 중심(20)의 높이 변화값은 근력 운동시 위치 변화가 있는 제2 조인트(14)의 높이 변화값과 동일한 값으로 추정된다.
사용자가 도 1(a)의 근력 운동하기 전의 상태에서 도 1(b)와 같이 근력 운동을 한 직후의 상태가 되면, 도 2(b)에서 보는 바와 같이 다절 링크 모델은 제2 조인트(14)가 지면에서 Δh 높이만큼 상승하고, 제1 링크(13)는 지면에서 Θ각도 만큼 회전한다.
근력 운동기구(10)의 제1 조인트(12) 상에 설치된 가속도 센서(120)는 근력 운동을 한 직후에 제1 링크(13)의 회전운동으로 인한 중력 가속도(g)를 측정한다(S100).
무선 통신부(140)가 가속도 센서(120)로부터 중력 가속도(g)를 인가받아 관리 서버(200)에 전송한다(S200).
관리 서버(200)는 무선 통신망을 통하여 중력 가속도(g)를 전송받아 중력 가속도(g)의 X축 방향 성분과 Y축 방향 성분을 이용하여 다음의 수학식 1에 따라 근력 운동을 한 직후 제1 링크(13)의 회전된 각도(Θ)를 산출한다(S310).
즉, 가속도 센서(120)가 제1 링크(13)와 함께 회전하면 가속도 센서(120)의 축 방향이 변함에 따라 각 축에서 측정되는 중력 가속도(g)의 성분이 변하기 때문에 도 5에서 보는 바와 같이 중력 가속도(g)의 X축 방향 성분(Ax)과 Y축 방향 성분(Ay)의 변화량을 측정할 경우 제1 링크(13)의 회전된 각도(Θ)를 산출할 수 있다(S310).
Figure 112013017332813-pat00001
여기에서, Θ는 제1 링크(13)의 회전된 각도, Ax는 중력 가속도(g)의 X축 방향 성분, Ay는 중력 가속도(g)의 Y축 방향 성분을 나타낸다.
또한, 관리 서버(200)는 산출된 제1 링크(13)의 회전된 각도(Θ) 및 기 저장된 제1 링크(13)의 길이 값(l)을 이용하여 다음의 수학식 2에 따라 근력 운동을 한 직후 제2 조인트(14)의 상승된 높이(Δh), 즉 사용자의 몸무게 중심(20) 위치 변화값을 산출한다(S320).
Figure 112013017332813-pat00002
여기에서, l은 제1 링크(13)의 길이, Δh는 근력 운동을 한 직후 제2 조인트(14)의 상승된 높이를 나타낸다.
또한, 관리 서버(200)는 산출된 제2 조인트(14)의 상승된 높이(Δh) 및 기 저장된 사용자의 체중량 값(mg)을 이용하여 다음의 수학식 3에 따라 근력 운동을 한 직후 제2 조인트(14)의 위치 에너지 변화량(ΔEp), 즉 사용자의 위치 에너지 변화량 값을 산출한다(S330). 이때, 사용자의 체중량 값(mg)뿐 아니라 사용자의 키까지도 고려할 수 있음은 당연하다.
이는 곧 에너지 보존 법칙에 의해 사용자가 근력 운동을 한 동안 소모된 에너지량에 대응되므로 사용자의 근력 운동시 에너지 소모량으로 추정된다(S340).
Figure 112013017332813-pat00003
여기에서, mg는 사용자의 체중량 값, Δh는 근력 운동을 한 직후 제2 조인트(14)의 상승된 높이를 나타낸다.
관리 서버(200)는 산출된 사용자의 소모 에너지량을 사용자의 사용자 단말기에 제공한다.
사용자 무선 단말기(300)는 무선 통신망을 이용하여 관리 서버(200)로부터 산출된 에너지 소모량을 전송받아 화면에 디스플레이하여 사용자로 하여금 근력운동시 소모한 에너지량을 확인시킨다(S400).
이와 같이, 본 발명에 따른 근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 방법은 근력 운동기구에 저가의 가속도 센서(120)를 설치하고 다절 링크 강체 운동 모델링을 이용하여 근력 운동시 측정되는 중력 가속도(g)를 통하여 사용자의 위치 에너지 변화량을 산출함으로써 근력 운동 에너지 소모량을 사용자 무선 단말기(300)에 제공한다.
이를 통하여 위치 센서에 비해 현저히 저렴한 가속도 센서(120)를 사용하므로 제품의 생산성이 향상되고, 사용자의 몸무게 중심 위치에 직접 부착할 필요가 없어 사용자의 운동에 방해가 되지 않아 사용의 편의성이 향상된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (9)

  1. (a) 근력 운동기구에 설치된 가속도 센서가 사용자의 근력 운동시 중력 가속도를 측정하는 단계;
    (b) 무선 통신부가 상기 중력 가속도를 인가받아 관리 서버에 전송하는 단계;
    (c) 상기 관리 서버가 상기 중력 가속도를 전송받아 기 저장된 상기 근력 운동기구의 소정의 정보 및 사용자의 소정의 정보를 이용하여 근력 운동 에너지 소모량을 산출하는 단계; 및
    (d) 상기 관리 서버가 상기 산출된 에너지 소모량을 사용자 무선 단말기에 제공하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 근력 운동기구는
    근력 운동시 위치 변화가 없는 제1 조인트;
    일측에 상기 제1 조인트와 연결되어 근력 운동시 상기 제1 조인트를 중심축으로 하여 회전하는 제1 링크; 및
    상기 제1 링크의 타측에 연결되어 근력 운동시 상기 제1 링크와 함께 회전하는 제2 조인트;
    를 포함하며,
    상기 (c) 단계는
    상기 중력 가속도의 기 설정된 기준에 따른 X축 및 Y축 성분을 이용하여 상기 제1 링크의 회전된 각도(Θ)를 산출하는 단계;
    상기 산출된 제1 링크의 회전된 각도(Θ) 및 기 저장된 상기 근력 운동기구의 소정의 정보를 이용하여 상기 제2 조인트의 상승된 높이(Δh)를 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 제2 조인트의 상승된 높이(Δh) 및 기 저장된 상기 사용자의 소정의 정보를 이용하여 상기 제2 조인트의 위치 에너지 변화량(ΔEp)를 산출하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a) 단계 이전에,
    상기 근력 운동기구의 소정의 정보 및 상기 사용자의 소정의 정보가 입력되는 단계가 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 근력 운동기구의 소정의 정보는 상기 제1 링크의 길이(l)이고,
    상기 사용자의 소정의 정보는 상기 사용자의 체중량(mg)인 것을 특징으로 하는,
    근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 사용자의 소정의 정보는 상기 사용자의 키를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가속도 센서는 상기 제1 링크 상에 설치되는 것을 특징으로 하는,
    근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 방법.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2 조인트의 상승된 높이(Δh)는 사용자의 무게 중심 위치 변화값인 것을 특징으로 하는,
    근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 방법.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2 조인트의 위치 에너지 변화량(ΔEp)은 상기 근력 운동 에너지 소모량인 것을 특징으로 하는,
    근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 에너지 소모량 측정 방법은 다절 링크 강체 운동 모델링을 이용하는 것을 특징으로 하는,
    근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 방법.
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