KR101358859B1 - 9축모션센서모듈을 통한 스마트기기연계형 사용자 모션 교정장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 종래의 사용자 모션인식시스템이 단지, 카메라 영상만을 가지고 분석하기에는 사용자의 움직임에 따른 팔, 다리, 신체의 정확한 모션 교정이 어렵고, 사용자의 움직임에 따른 모션인식과 모션캡쳐를 현장에서 실시간이 아닌, 별도의 교정관리서버에서 이루어지므로, 모션교정시간이 오래 걸리는 문제점과, 사용자 모션인식시스템의 구성요소가 부피가 크고 무거우며, 휴대와 이동이 어려워 골프 이외의 휘트니스, 야구, 양궁과 같은 다양한 운동종목에 응용시켜 접목시킬 수가 없는 문제점을 개선하고자, 9축모션센서모듈(100), 모션센서감지형 스마트기기어플모듈(200)로 구성됨으로서, 사용자의 신체에 9축모션센서모듈을 탈부착식으로 부착시킬 수 있어 사용자의 움직임에 따른 모션을 실시간으로 측정할 수가 있고, 스마트기기의 기기와 연계되어 사용자의 움직임을 스마트기기카메라로 촬영하면서, 9축모션센서모듈로부터 전송된 9축모션데이터를 속도와 각도로 분석하여 사용자 움직임을 스마트기기 화면에 디스플레이시킬 수 있어, 휴대와 이동이 간편하여 장소에 구애받지 않고, 골프 뿐만 아니라, 휘트니스, 야구, 양궁, 의료 재활 등의 다양한 분야에 응용시켜 사용자 움직임에 따른 모션을 실시간으로 교정시킬 수 있고, 사용자 움직임이 설정된 기준범위값(X,Y,Z축) 범위에 위치되면 사운드효과를 통해 사용자에게 알려주면서 자세교정시킬 수 있어, 전문가의 도움없이도 운동하면서 사용자 본인이 자가교정할 수 있으며, 무엇보다 왼쪽모션, 오른쪽모션, 위(up)모션, 아래(down)모션, 정면(forward)모션, 왼쪽 위(LeftUp)모션, 왼쪽 아래(LeftDown)모션, 오른쪽 위(RightUp)모션, 오른쪽 아래(RightDown)모션의 9축모션을 통해 기존에 비해 70% 향상된 사용자 모션 교정율을 갖는 9축모션센서모듈을 통한 스마트기기연계형 사용자 모션 교정장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
Description
본 발명에서는 골프, 휘트니스, 야구, 양궁, 의료 재활분야 등의 사용자 움직임을 스마트기기카메라로 촬영하면서, 9축모션센서모듈로부터 전송된 9축모션데이터를 속도와 각도로 분석하여 사용자 움직임을 스마트기기 화면에 디스플레이시키고, 사용자 움직임이 설정된 기준범위값(X,Y,Z축) 범위에 위치하면 사운드효과를 통해 사용자에게 알려주면서, 자세교정과 동시에 자가교정시킬 수 있는 9축모션센서모듈을 통한 스마트기기연계형 사용자 모션 교정장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 골프가 대중화됨에 따라 그에 대한 일반인의 관심도가 증가되었고, 근래에는 주거지와 가까운 장소의 골프 연습장을 이용하여 실제 골프장을 이용하기 어려운 사람이나 골프 연습을 하는 사람이 손쉽게 골프를 즐길 수 있는 기회가 많아지고 있다.
그러나 몇 개월 정도의 기본적인 골프 연습 후 필드에서 골프를 즐기는 것이 일반화되어 깊이 있는 골프 연습를 하지 않고 혼자 골프를 연습하는 경우가 많아 제대로 골프를 즐기기가 어려운 실정이며, 대부분이 코킹, 비거리 및 슬라이스에 관한 고민을 하고 있는 실정이다.
상기와 같이 코킹 자세를 유지하고 비거리를 향상시키며 슬라이스를 최소화하기 위해서는, 본질적으로 어드레스, 테이크 백, 탑, 다운 스윙, 임팩트, 팔로우 스루 및 피니쉬 상태의 골프클럽이 정면과 일측면에서 보았을 때 일정한 코킹 각도와 스윙 궤도를 가지면서 일정한 리듬과 템포를 유지해야만 하며, 이를 통하여 정확한 임팩트를 가능하게 할 수 있다.
이에, 연습자의 골프 스윙 자세를 연습자가 인지하도록 하는 사용자 모션인식시스템이 많이 제공되고 있으나, 종래의 사용자 모션인식시스템은, 단순히 연습자의 골프 스윙 자세를 카메라로 촬영한 후 상기 골프 스윙 자세를 모니터에 디스플레이하여 사용자의 모션 교정을 실시하고 있다.
그러나, 사용자의 움직임에 따른 골프 스윙 자세를 단지, 카메라 영상만을 가지고 분석하기에는 사용자의 움직임에 따른 팔, 다리, 신체의 정확한 모션 교정이 어렵고, 사용자의 움직임에 따른 모션인식과 모션캡쳐를 현장에서 실시간이 아닌, 별도의 교정관리서버로 카메라영상데이터와 센서데이터를 보낸 후, 분석프로그램엔진을 통해 사용자 모션을 분석하고, 분석에 따른 교정결과를 알려줘야 하므로, 모션교정시간이 오래 걸리는 문제점이 있었다.
또한, 기존의 사용자 모션인식시스템을 구동시키기 위해서는 특정장소에 카메라를 셋팅시키고, 교정관리서버를 설치해야 하므로, 설치비용이 많이 발생되고, 사용자 모션인식시스템의 구성요소가 부피가 크고 무거우며, 휴대와 이동이 어려워 골프 이외의 휘트니스, 야구, 양궁과 같은 다양한 운동종목에 응용시켜 접목시킬 수가 없는 문제점이 있었다.
상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 사용자의 신체에 9축모션센서모듈을 탈부착식으로 부착시킬 수 있어 사용자의 움직임에 따른 모션을 실시간으로 측정할 수가 있고, 스마트기기의 기기와 연계되어 사용자의 움직임을 스마트기기카메라로 촬영하면서, 9축모션센서모듈로부터 전송된 9축모션데이터를 속도와 각도로 분석하여 사용자 움직임을 스마트기기 화면에 디스플레이시킬 수 있어, 휴대와 이동이 간편하여 장소에 구애받지 않고, 골프 뿐만 아니라, 휘트니스, 야구, 양궁 등의 다양한 운동분야, 의료 재활분야에 응용시켜 사용자 움직임에 따른 모션을 실시간으로 자세교정시킬 수 있고, 사용자 움직임이 설정된 기준범위값(X,Y,Z축) 범위에 위치되면 사운드효과를 통해 사용자에게 알려주면서 교정시킬 수 있어, 전문가의 도움없이도 운동하면서 사용자 본인이 자가교정할 수 있으며, 무엇보다 왼쪽모션, 오른쪽모션, 위(up)모션, 아래(down)모션, 정면(forward)모션, 왼쪽 위(LeftUp)모션, 왼쪽 아래(LeftDown)모션, 오른쪽 위(RightUp)모션, 오른쪽 아래(RightDown)모션의 9축모션을 통해 기존에 비해 70% 향상된 사용자 모션 교정율을 갖는 9축모션센서모듈을 통한 스마트기기연계형 사용자 모션 교정장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 9축모션센서모듈을 통한 스마트기기연계형 사용자 모션 교정장치는
사용자의 신체에 착용되어 사용자의 움직임을 왼쪽모션, 오른쪽모션, 위(up)모션, 아래(down)모션, 정면(forward)모션, 왼쪽 위(LeftUp)모션, 왼쪽 아래(LeftDown)모션, 오른쪽 위(RightUp)모션, 오른쪽 아래(RightDown)모션으로 이루어진 9축모션데이터를 감지해서 근거리무선통신망으로 모션센서감지형 스마트기기어플모듈로 전송시키는 9축모션센서모듈(100)과,
스마트폰, 스마트TV, 스마트패드로 이루어진 스마트기기와 연계되어 사용자의 움직임을 스마트기기카메라로 촬영하면서, 9축모션센서모듈로부터 전송된 9축모션데이터를 속도와 각도로 분석하여 사용자 움직임을 스마트기기 화면에 디스플레이시키고, 사용자 움직임이 설정된 기준범위값(X,Y,Z축) 범위에 위치하면 사운드효과를 통해 사용자에게 알려주도록 제어하는 모션센서감지형 스마트기기어플모듈(200)로 구성됨으로서 달성된다.
또한, 본 발명에 따른 9축모션센서모듈을 통한 스마트기기연계형 사용자 모션 교정방법은,
사용자의 상체 일측 또는 하체 일측 부위에 탈부착으로 설치된 9축모션센서모듈의 전원을 온(ON)시켜 각 기기를 구동시키는 단계(S100)와,
모션센서감지형 스마트기기어플모듈을 스마트기기 상에서 활성화시키는 단계(S110)와,
사용자의 움직임이 발생되면, 9축모션센서모듈의 3축자이로센서를 통해 X축, Y축, Z축의 한 축을 기준으로 단위 시간에 사용자의 움직임에 따라 회전한 각도의 값을 수치화해서 모션센서제어부로 전달시키는 단계(S120)와,
사용자의 움직임이 발생되면, 9축모션센서모듈의 3축가속도센서를 통해 X축, Y축, Z축의 각 축별 직선운동에 대한 가속도 값을 수치화해서 모션센서제어부로 전달시키는 단계(S130)와,
사용자의 움직임이 발생되면, 9축모션센서모듈의 3축 전자콤파스를 통해 현재 모듈본체의 방향을 사용자의 움직임에 따라 X축, Y축, Z축의 한 축을 기준으로 방위값을 수치화해서 모션센서제어부로 전달시키는 단계(S140)와,
모션센서제어부의 제어를 통해 사용자의 움직임에 따라 측정된 3축 자이로센서의 회전각도값, 3축가속도센서의 가속도값, 3축 전자콤파스의 방위값으로 이루어진 모션센싱데이터를 모션송수신부를 통해 모션센서감지형 스마프폰어플모듈로 전송시키는 단계(S150)와,
모션센서감지형 스마프폰어플모듈의 스마트기기핸들러부를 통해 스마트기기의 카메라를 구동시켜 사용자의 움직임을 촬영하면서, 촬영된 사용자의 움직임을 실시간으로 스마트기기 화면상에 표출시키는 단계(S160)와,
모션수신부를 통해 9축모션센서모듈과 페어링시킨 후, 9축모션센서모듈로부터 전송된 모션센싱데이터를 수신받는 단계(S170)와,
모션필터링부를 통해 모션수신부로부터 수신된 3축 자이로센서의 회전각도값, 3축가속도센서의 가속도값, 3축 전자콤파스의 방위값으로 이루어진 모션센싱데이터를 로우패스필터와 하이패스필터를 통해 필터링시키는 단계(S180)와,
모션컨트롤러부를 통해 모션필터링부로부터 필터링된 모션센싱데이터를 불러와서, 모션구간을 탐지하고, 모션을 왼쪽모션, 오른쪽모션, 위(up)모션, 아래(down)모션, 정면(forward)모션, 왼쪽 위(LeftUp)모션, 왼쪽 아래(LeftDown)모션, 오른쪽 위(RightUp)모션, 오른쪽 아래(RightDown)모션으로 분리시키며, 모션을 결정해서 모션인식시키는 단계(S190)와,
모션컨트롤부를 통해 모션인식된 현재모션인식데이터를 미리 설정된 기준모션인식데이터와 비교 분석한 모션분석데이터가 사용자 움직임이 설정된 기준범위값(X,Y,Z축) 범위에 위치되는지 여부를 판별한 후, 사용자 움직임이 설정된 기준범위값(X,Y,Z축) 범위에 위치되면 사운드효과를 통해 사용자에게 알려주는 단계(S200)와,
모션컨트롤부의 제어하에 데이터전송부가 구동되어, 현재모션인식데이터와 모션분석데이터를 원격지의 모션관리서버로 전송시키는 단계(S210)로 이루어짐으로서 달성된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 사용자의 신체에 부착되는 9축모션센서모듈과 모션센서감지형 스마트기기어플모듈을 통해 스마트기기 화면상에서 실시간으로 사용자의 움직임에 따라 모션을 체크할 수가 있어, 사용이 간단하고 실용적이며, 골프 뿐만 아니라, 휘트니스, 야구, 양궁 등의 다양한 운동분야에 응용시킬 수 있어 응용범위가 넓고, 사용자 움직임이 설정된 기준범위값(X,Y,Z축) 범위에 위치되면 사운드효과를 통해 사용자에게 알려주면서 자세교정시킬 수 있어, 전문가의 도움없이도 운동하면서 사용자 본인이 자가교정할 수 있으며, 무엇보다 왼쪽모션, 오른쪽모션, 위(up)모션, 아래(down)모션, 정면(forward)모션, 왼쪽 위(LeftUp)모션, 왼쪽 아래(LeftDown)모션, 오른쪽 위(RightUp)모션, 오른쪽 아래(RightDown)모션의 9축모션을 통해 기존에 비해 70% 향상된 사용자 모션 교정율을 제공할 수 있는 좋은 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 9축모션센서모듈을 통한 스마트기기연계형 사용자 모션 교정장치의 구성요소를 도시한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 9축모션센서모듈의 구성요소를 도시한 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 모션센서감지형 스마트기기어플모듈의 구성요소를 도시한 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 모션센서감지형 스마트기기어플모듈 중 스마트패드 스마트기기핸들러부의 구성요소를 도시한 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 모션센서감지형 스마트기기어플모듈 중 모션컨트롤러부의 구성요소를 도시한 구성도,
도 6은 본 발명에 따른 9축모션센서모듈의 외형을 도시한 외형사시도,
도 7은 본 발명에 따른 9축모션센서모듈의 내부구성요소를 도시한 내부분해사시도,
도 8은 본 발명에 따른 전원부의 구성요소를 도시한 회로도,
도 9는 본 발명에 따른 모션센서제어부의 구성요소를 도시한 회로도,
도 10은 본 발명에 따른 9축모션센서모듈을 통해 사용자의 움직임을 왼쪽모션, 오른쪽모션, 위(up)모션, 아래(down)모션, 정면(forward)모션, 왼쪽 위(LeftUp)모션, 왼쪽 아래(LeftDown)모션, 오른쪽 위(RightUp)모션, 오른쪽 아래(RightDown)모션으로 이루어진 9축모션데이터를 감지한 것을 도시한 일실시예도,
도 11은 본 발명에 따른 9축모션센서모듈을 골프 사용자의 신체에 착용한 후, 골프스윙에 따른 골프 사용자의 움직임 모습을 스마트기기 중 스마트폰 화면에 디스플레이시키고, 스마트폰 화면상에 9축모션센서모듈에서 전송된 9축모션데이터를 분석한 각도와 속도를 수치로 표출시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 12는 본 발명에 따른 9축모션센서모듈을 골프사용자의 신체 중 우측어깨 상단 일측에 설치되어 골프스윙에 따른 사용자의 움직임을 센싱하는 것을 도시한 일실시예도,
도 13은 본 발명에 따른 9축모션센서모듈을 휘트니스 사용자의 신체에 착용한 후, 휘트니스 운동(역기들기)에 따른 휘트니스 사용자의 움직임 모습을 스마트기기 중 스마트폰 화면에 디스플레이시키고, 스마트폰 화면상에 9축모션센서모듈에서 전송된 9축모션데이터를 분석한 각도와 속도를 수치로 표출시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 14는 본 발명에 따른 9축모션센서모듈을 야구배트 사용자의 신체에 착용한 후, 야구배트 스윙에 따른 야구배트 사용자의 움직임 모습을 스마트기기 중 스마트패드 화면에 디스플레이시키고, 스마트패드 화면상에 9축모션센서모듈에서 전송된 9축모션데이터를 분석한 각도와 속도를 수치로 표출시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 15는 본 발명에 따른 9축모션센서모듈을 양궁 사용자의 신체에 착용한 후, 양궁 샷에 따른 양궁 사용자의 움직임 모습을 스마트기기 중 스마트패드 화면에 디스플레이시키고, 스마트패드 화면상에 9축모션센서모듈에서 전송된 9축모션데이터를 분석한 각도와 속도를 수치로 표출시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 16은 본 발명에 따른 모션필터링부를 통해 모션수신부로부터 수신된 3축 자이로센서의 회전각도값, 3축가속도센서의 가속도값, 3축 전자콤파스의 방위값으로 이루어진 모션센싱데이터에 로우패스필터와 하이패스필터를 적용시켜 필터링시킨 것을 도시한 그래프,
도 17은 본 발명에 따른 모션필터링부를 통해 모션센싱데이터 중 3축 가속도센서의 가속도값에 프로그램화된 로우패스필터와 하이패스필터를 적용시켜 필터링시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 18은 본 발명에 따른 스무팅(Smoothing)부를 통해 회전각도값 전 후의 값 3개의 평균값과 3개의 평균값을 연속하여 그래프로 표출시켜서 회전각도값의 노이즈를 제거시키고, 가속도값 전 후의 값 3개의 평균값과 3개의 평균값을 연속하여 그래프로 표출시켜서 가속도값의 노이즈를 제거시키고, 방위값 전 후의 값 3개의 평균값과 3개의 평균값을 연속하여 그래프로 표출시켜서 방위값의 노이즈를 제거시키는 것을 도시한 그래프.
도 19는 본 발명에 따른 모션구간탐지부를 통해 윈도우 크기를 결정하여 각 윈도우를 이전 윈도우와 50% 겹쳐진 이동을 하면서 가속도 값으로 에너지 레벨을 연산한 후, 에너지 레벨이 기준문턱값을 넘으면 모션의 첫점과 끝점으로 탐지하는 것을 도시한 그래프,
도 20은 본 발명에 따른 DTW 알고리즘엔진부를 통해 모션구간탐지부를 탐지한 모션의 X,Y,Z축상에 표출된 구성요소 두열의 각 성분에 대한 거리 척도값을 비용으로 설정하고, 두열이 이루는 격자상에서 각열의 시작성분에서 시작하여, 끝성분에 이르기까지 비용테이블에 최소비용을 순환적으로 택하여 저장하는 점화식을 이용하는 동적계획법으로 매핑함수를 찾아가면서 두열을 비교해서 최적패스를 찾아 가장 적합한 모션을 결정시키는 과정을 도시한 일실시예도.
도 21은 본 발명에 따른 9축모션센서모듈을 통한 스마트기기연계형 사용자 모션 교정방법을 도시한 순서도.
본 발명에서 설명되는 스마트기기는 스마트폰, 스마트TV, 스마트패드(갤럭시패드, 애플패드) 중 어느 하나로 선택되어, 화면상에 어플형태로 활성화되어 9축모션센서모듈과 근거리무선통신망으로 연결되면서 양방향 인터페이스 방식으로 사용자의 움직임을 스마트기기 화면상에 디스플레이시키는 기기를 말한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 첨부하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 9축모션센서모듈을 통한 스마트기기연계형 사용자 모션 교정장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도에 관한 것으로, 이는 9축모션센서모듈(100), 모션센서감지형 스마트기기어플모듈(200)로 구성된다.
먼저, 본 발명에 따른 9축모션센서모듈(100)에 관해 설명한다.
상기 9축모션센서모듈(100)은 사용자의 신체에 착용되어 사용자의 움직임을 왼쪽모션, 오른쪽모션, 위(up)모션, 아래(down)모션, 정면(forward)모션, 왼쪽 위(LeftUp)모션, 왼쪽 아래(LeftDown)모션, 오른쪽 위(RightUp)모션, 오른쪽 아래(RightDown)모션으로 이루어진 9축모션데이터를 감지해서 근거리무선통신망으로 모션센서감지형 스마트기기어플모듈로 전송시키는 역할을 한다.
이는 도 2에 도시한 바와 같이, 모듈본체(110), 전원부(120), 3축자이로센서(130), 3축가속도센서(140), 3축 전자콤파스(150), 모션센서제어부(160), 모션송수신부(170)로 구성된다.
첫째, 본 발명에 따른 모듈본체(110)에 관해 설명한다.
상기 모듈본체(110)는 박스형상으로 이루어지고, 사용자 상체 일측 또는 하체 일측 부위에 탈부착식으로 설치되어 기기가 외압에 의해 흔들리지 않도록 지지하는 역할을 한다.
이는 상단커버와 하단커버로 이루어지고, 도 7에서 도시한 바와 같이, 하단커버 내부에 전원부(120), 3축자이로센서(130), 3축가속도센서(140), 3축 전자콤파스(150), 모션센서제어부(160), 모션송수신부(170)가 PCB기판으로 형성되어, 육각형상으로 형성된다.
상기 모듈본체는 하단커버의 바닥부위인 사용자의 의복과 접촉되는 부위에 벨크로테입 또는 슬라이드 끼움바가 형성되어, 사용자의 의복과 탈부착식으로 결합된다.
또한, 모듈본체는 하단커버의 바닥부위에 고무밴드가 형성되어 사용자의 의복과 탈부착식으로 결합되거나, 또는 사용자의 의복과 일체형으로 제작되어 결합된다.
상기 모듈본체(110)는 사용자의 의복과 접촉되기 때문에 사용자의 땀이나 온기에 의해 내부로 습기가 차는 문제점을 방지하기 위해, 모듈본체의 상단커버와 하단커버 내부에는 방수패드가 포함되어 구성된다.
상기 모듈본체(110)는 도 6에서 도시한 바와 같이, 측면 일측에 기기의 구동을 온오프시키는 온오프버튼(111)과, 리셋시키는 리셋버튼(112)과, 슬립모드로 구동되는 기기를 웨이크업시키는 웨이크업버튼(113)과, USB전원소켓과 연결되어 AC상용전원을 입력받는 USB전원컨넥터핀(114)와, 사용자의 움직임에 따라 사운드효과를 출력시키는 부저부(115)가 포함되어 구성된다.
둘째, 본 발명에 따른 전원부(120)에 관해 설명한다.
상기 전원부(120)는 모듈본체의 내부 일측에 위치되어, 각 기기에 전원을 공급시키는 역할을 한다.
이는 1.55V~3V의 단추형상을 갖는 리튬 전지로 구성된다.
상기 전원부(120)는 도 8에서 도시한 바와 같이, USB 충전컨넥터 모듈(121)을 통해 충전배터리에 충전된 전원을 이용한다.
상기 전원부(120)는 도 8에서 도시한 바와 같이, 충전배터리로부터 공급된 3.7V~4.2V 전원을 3.3V로 다운시켜 안정적으로 3축자이로센서(130), 3축가속도센서(140), 3축 전자콤파스(150), 모션센서제어부(160), 모션송수신부(170)로 공급시키는 레귤레이터(122)가 포함되어 구성된다.
셋째, 본 발명에 따른 3축자이로센서(130)에 관해 설명한다.
상기 3축자이로센서(130)는 전원부 일측에 위치되어, X축, Y축, Z축의 한 축을 기준으로 단위 시간에 사용자의 움직임에 따라 회전한 각도의 값을 수치화해서 모션센서제어부로 전달시키는 역할을 한다.
이는 도 9에서 도시한 바와 같이, 각속도를 측정하는 센서로서, 측정되는 회전각은 섬세한 회전동작을 감지하도록 ITG_3200/ITG-3205로 구성된다.
본 특허에는 사용자의 움직임에 따른 모션 동작 인식에는 회전 각도 대신에 회전 방향만이 필요하고 이것은 가속도센서의 값으로 파악할 수 있도록 구성된다.
즉, 한 축을 기준으로 단위 시간에 물체가 회전한 각도의 값을 수치로 알려주는 센서로서, 운동하고 있는 물체가 회전하면, 그 속도방향에 수직으로 '코리오리스'의 힘이 작용하는데 이러한 물리현상을 이용하여 각속도를 검출하는 역할을 한다.
상기 3축자이로센서(130)를 통해 사용자의 움직임에 따라 회전한 각도의 값을 감지할 때, 원점은 모듈본체의 왼쪽 밑 코너로 설정한다.
상기 원점을 기준으로 -X축은 수평축(portrait 모드에서 짧은 에지를 landscape 모드에서 긴 에지)을 나타내며 양의 방향은 오른쪽으로 설정하고, -Y축은 수직축을 나타내며 양의 방향은 화면위쪽으로 설정하며, -Z축은 단말이 화면을 위로 해서 테이블에 올려져 있다고 생각했을 때 상단방향을 가리키도록 설정한다.
넷째, 본 발명에 따른 3축가속도센서(140)에 관해 설명한다.
상기 3축가속도센서(140)는 3축자이로센서 일측에 위치되어, X축, Y축, Z축의 각 축별 직선운동에 대한 가속도 값을 수치화해서 모션센서제어부로 전달시키는 역할을 한다.
이는 도 9에서 도시한 바와 같이, 각 축별 직선운동에 대한 가속도를 수치로 알려주는 센서로서, ADXL345로 구성된다.
상기 3축가속도센서는 모듈본체가 막 움직이기 시작할 때 속도가 얼마나 급격하게 늘어나는지, 이동을 중지할 때 얼마나 빨리 멈추는지를 감지해내는 센서이다.
즉, 가속도 뿐만 아니라 모듈본체가 각 축의 양의 방향인지 음의 방향인지를 알아내도록 구성된다.
여기서, 가속도라는 것은 수학적으로 속도의 미분으로 정의되며 속도가 어떻게 변하고 있는 가를 나타내는 것이지 현재의 이동속도를 나타내는 것은 아니다.
그리고, 모듈본체를 바닥에 평평하게 놓았을 때 상기 3축가속도 센서는 기본적으로 항상 Z축 방향으로 자유낙하 가속도인 9.80665(STANDARD_GRAVITY)값을 가지게 된다.
또한 노이즈에 의한 떨림 현상이 있다.
이때, 3축 가속도 센서는 기본적으로 항상 중력 값의 영향을 받아 약 9.8의 값을 가지게 된다.
따라서 모듈본체의 실제 가속을 측정하기 위하여, 중력의 힘을 가속도계 데이터에서 제거해야 한다.
그래서 로우 패스 필터와 하이 패스 필터를 적용하여 중력을 제거하도록 구성된다.
다섯째, 본 발명에 따른 3축 전자콤파스(150)에 관해 설명한다.
상기 3축 전자콤파스(150)는 3축가속도센서 일측에 위치되어, 현재 모듈본체의 방향을 사용자의 움직임에 따라 X축, Y축, Z축의 한 축을 기준으로 방위값을 수치화해서 모션센서제어부로 전달시키는 역할을 한다.
이는 도 9에서 도시한 바와 같이, 정 북 방향을 가리키는 나침반과 같은 역할을 하는 지자기센서로서, 현재 모듈본체가 어느 방향을 가리키고 있는지를 알려주도록 HMC5883로 구성된다.
여섯째, 본 발명에 따른 모션센서제어부(160)에 관해 설명한다.
상기 모션센서제어부(160)는 전원부, 3축자이로센서, 3축가속센서, 3축 전자콤파스와 연결되어 각 기기의 전반적인 동작을 제어하고, 모듈본체에 식별ID를 코드화해서 생성시키며, 사용자의 움직임에 따라 측정된 3축 자이로센서의 회전각도값, 3축가속도센서의 가속도값, 3축 전자콤파스의 방위값으로 이루어진 모션센싱데이터를 모션송수신부를 통해 모션센서감지형 스마프폰어플모듈로 전송시키도록 제어하는 역할을 한다.
이는 ATMEGA328P_AU 칩으로 구성된다.
즉, 도 9에 도시한 바와 같이, 입력단자(SDA*PCINT12*ADC4*PC4)에 3축자이로센서(130), 3축가속도센서(140), 3축 전자콤파스(150)의 SDA핀이 연결되어, 3축 자이로센서의 회전각도값에 관한 데이터신호, 3축가속도센서의 가속도값에 관한 데이터신호, 3축 전자콤파스의 방위값에 관한 데이터신호가 입력되고, 또 다른 입력단자(SCL*PCINT13*ADC5*PC5)에 3축자이로센서(130), 3축가속도센서(140), 3축 전자콤파스(150)의 SCL핀이 연결되어, 3축자이로센서(130), 3축가속도센서(140), 3축 전자콤파스(150)의 클럭신호가 입력되며, 또 다른 입력단자(_RESET*PCINT14*ADC6*PC6)에 리셋버튼이 연결되어, 리셋버튼으로부터 리셋신호가 입력되고, 수신단자(PCINT16*RXD*PD0)에 모션송수신부가 연결되어, 모션센서감지형 스마프폰어플모듈로부터 전송된 명령신호와 데이터신호를 수신받고, 송신단자(PCINT17*TXD*PD1)에 모션송수신부가 연결되어, 3축 자이로센서의 회전각도값, 3축가속도센서의 가속도값, 3축 전자콤파스의 방위값으로 이루어진 모션센싱데이터를 모션센서감지형 스마프폰어플모듈로 무선전송시키며, 또 다른 입력단자(PCINT18*INT0*PD2)단자에 웨이크업버튼이 연결되어, 웨이크업버튼으로부터 웨이크업신호를 입력받고, 출력단자(T1*PCINT21*OC0B*PD5)에 LED표시부의 레드표시부가 연결되어 USB 전원컨넥터를 통해 충전배터리가 충전상태에 있음을 표출시키며, 또 다른 출력단자(AIN0*PCINT22*OC0A*PD6)에 LED표시부의 옐로우표시부가 연결되어 모션송수신부를 통해 모션센서감지형 스마트폰어플모듈과 근거리무선통신망으로 연결되었는지 여부를 표출시키고, 또 다른 출력단자(AIN1*PCINT23*PD7)에 LED표시부의 그린표시부가 연결되어 충전배터리의 충전용량을 표출시키며, 출력단자(PCINT1*OC1A*PB1)에 부저부가 연결되어, 외부로 사운드효과를 출력시키도록 구성된다.
일곱째, 본 발명에 따른 모션송수신부(170)에 관해 설명한다.
상기 모션송수신부(170)는 모션센서제어부의 제어하에 구동되어, 모션인식된 모션데이터값을 근거리무선통신망을 통해 모션센서감지형 스마트기기어플모듈로 전송시키는 역할을 한다.
이는 적외선 무선통신망, 지그비통신망, 블루투스통신망 중 어느 하나가 선택되어 구성된다.
본 발명에서는 도 9에서 도시한 바와 같이, FZ750BC 지그비통신모듈(171)과, FB155BC 블루투스모듈(172)으로 구성된다.
그리고, 상기 모션송수신부는 모션센서제어부의 칩실렉트 신호에 따라 FZ750BC 지그비통신모듈과, FB155BC 블루투스모듈 중 어느 하나가 선택되어 구성된다.
도 10은 본 발명에 따른 9축모션센서모듈을 통해 사용자의 움직임을 왼쪽모션, 오른쪽모션, 위(up)모션, 아래(down)모션, 정면(forward)모션, 왼쪽 위(LeftUp)모션, 왼쪽 아래(LeftDown)모션, 오른쪽 위(RightUp)모션, 오른쪽 아래(RightDown)모션으로 이루어진 9축모션데이터를 감지한 것을 도시한 일실시예도에 관한 것이다.
상기 왼쪽모션은 반듯하게 선 자세를 기준으로 사용자의 신체를 (-)X축으로 기울여서 움직이는 모션을 말한다.
상기 오른쪽모션은 반듯하게 선 자세를 기준으로 사용자의 신체를 (+)X축으로 기울여서 움직이는 모션을 말한다.
상기 위(up)모션은 반듯하게 선 자세를 기준으로 사용자의 신체를 (+)Y축으로 향하도록 움직이는 모션을 말한다.
상기 아래(down)모션은 반듯하게 선 자세를 기준으로 사용자의 신체를 (-)Y축으로 향하도록 움직이는 모션을 말한다.
상기 정면(forward)모션은 반듯하게 선 자세를 기준으로 사용자의 신체를 (-)Z축에서 (+)Z축으로 구부려서 움직이는 모션을 말한다.
상기 왼쪽 위(LeftUp)모션은 반듯하게 선 자세를 기준으로 사용자의 신체를 (-)X축, (+)Y축방향으로 구부려서 움직이는 모션을 말한다.
상기 왼쪽 아래(LeftDown)모션은 반듯하게 선 자세를 기준으로 사용자의 신체를 (-)X축, (-)Y축방향으로 구부려서 움직이는 모션을 말한다.
상기 오른쪽 위(RightUp)모션은 반듯하게 선 자세를 기준으로 사용자의 신체를 (+)X축, (+)Y축방향으로 구부려서 움직이는 모션을 말한다.
상기 오른쪽 아래(RightDown)모션은 반듯하게 선 자세를 기준으로 사용자의 신체를 (+)X축, (-)Y축방향으로 구부려서 움직이는 모션을 말한다.
다음으로, 본 발명에 따른 모션센서감지형 스마트기기어플모듈(200)에 관해 설명한다.
상기 모션센서감지형 스마트기기어플모듈(200)은 스마트폰, 스마트TV, 스마트패드로 이루어진 스마트기기와 연계되어 사용자의 움직임을 스마트기기카메라로 촬영하면서, 9축모션센서모듈로부터 전송된 9축모션데이터를 속도와 각도로 분석하여 사용자 움직임을 스마트기기 화면에 디스플레이시키고, 사용자 움직임이 설정된 기준범위값(X,Y,Z축) 범위에 위치하면 사운드효과를 통해 사용자에게 알려주도록 제어하는 역할을 한다.
이는 도 3에 도시한 바와 같이, 스마트기기핸들러부(210), 모션수신부(220), 모션필터링부(230), 모션컨트롤러부(240), 이벤트설정부(250), 모션인식데이터표출제어부(260), 모션데이터 DB부(270), 데이터전송부(280)로 구성된다.
첫째, 본 발명에 따른 스마트기기핸들러부(210)에 관해 설명한다.
상기 스마트기기핸들러부(210)는 스마트기기 내에 어플화된 상태에서 스마트기기의 주변 기기와 연계되어 스마트기기의 주변 기기 중 하나인 카메라를 구동시켜 사용자의 움직임을 촬영하면서, 촬영된 사용자의 움직임을 실시간으로 스마트기기 화면상에 표출시키는 역할을 한다.
이는 도 4에 도시한 바와 같이, 카메라핸들러부(211), 비주얼핸들러부(212), 사운드핸들러부(213)로 구성된다.
상기 카메라핸들러부(211)는 스마트기기의 카메라과 연계되어 카메라를 영상모드로 변환시켜 사용자의 움직임을 실시간으로 촬영시키는 역할을 한다.
상기 비주얼핸들러부(212)는 스마트기기의 디스플레이창과 연계되어 카메라핸들러부에서 촬영한 사용자의 움직임 영상을 그대로 스마트기기 화면상에 표출시키는 역할을 한다.
상기 사운드핸들러부(213)는 스마트기기의 사운드와 연계되어 모션분석알고리즘엔진부를 통해 분석한 모션분석데이터가 사용자 움직임이 설정된 기준범위값(X,Y,Z축) 범위에 위치하면, 스마트기기의 사운드를 통해 사용자에게 알려주도록 사운드효과를 발생시키는 역할을 한다.
둘째, 본 발명에 따른 모션수신부(220)에 관해 설명한다.
상기 모션수신부(220)는 스마트기기의 주변 기기 중 하나인 근거리무선통신망을 통해 9축모션센서모듈과 페어링시킨 후, 9축모션센서모듈로부터 전송된 모션센싱데이터를 수신받는 역할을 한다.
이는 근거리무선통신망인 적외선통신망, 지그비 통신망, 블루투스망 중 어느 하나가 선택되어 구성된다.
상기 9축모션센서모듈과 페어링시킨다는 것은 스마트기기 기기 주변을 검색해서 9축모션센서모듈이 검색되면, 9축모션센서모듈과 연결시키도록 식별ID와 IP입력을 유도시켜 정상적인 식별ID와 IP가 입력되년 9축모션센서모듈과 접속시키는 것을 말한다.
셋째, 본 발명에 따른 모션필터링부(230)에 관해 설명한다.
상기 모션필터링부(230)는 도 16에 도시한 바와 같이, 모션수신부로부터 수신된 3축 자이로센서의 회전각도값, 3축가속도센서의 가속도값, 3축 전자콤파스의 방위값으로 이루어진 모션센싱데이터를 로우패스필터와 하이패스필터를 통해 필터링시키는 역할을 한다.
여기서, 모션필터링부가 로우패스필터와 하이패스필터를 통해 필터링시키는 이유는 3축 가속도센서의 가속도값은 항상 중력값의 영향을 받아 약 9.8의 값을 가지게 되고, 9축모션센서모듈의 실제 가속을 측정하기 위하여, 중력의 힘을 가속도계 데이터에서 제거하기 위해, 도 17에서 도시한 바와 같은 로우 패스필터와 하이패스필터를 적용시켜 중력을 제거하기 하기 위함이다.
넷째, 본 발명에 따른 모션컨트롤러부(240)에 관해 설명한다.
상기 모션컨트롤러부(240)는 모션필터링부로부터 필터링된 모션센싱데이터를 불러와서, 모션구간을 탐지하고, 모션을 왼쪽모션, 오른쪽모션, 위(up)모션, 아래(down)모션, 정면(forward)모션, 왼쪽 위(LeftUp)모션, 왼쪽 아래(LeftDown)모션, 오른쪽 위(RightUp)모션, 오른쪽 아래(RightDown)모션으로 분리시키며, 모션을 결정해서 모션인식 후, 모션인식된 현재모션인식데이터를 미리 설정된 기준모션인식데이터와 비교 분석한 모션분석데이터가 사용자 움직임이 설정된 기준범위값(X,Y,Z축) 범위에 위치하면 사운드효과를 통해 사용자에게 알려주고, 현재모션인식데이터와 모션분석데이터를 원격지의 모션관리서버로 전송시키도록 제어하는 역할을 한다.
이는 도 5에 도시한 바와 같이, 스무팅(Smoothing)부(241), 밴드이레이져(BandEraser)(242), 모션구간탐지부(243), DTW 알고리즘엔진부(244), 모션분석알고리즘엔진부(245), 알림발생부(246)로 구성된다.
상기 스무팅(Smoothing)부(241)는 도 18에 도시한 바와 같이, 회전각도값 전 후의 값 3개의 평균값과 3개의 평균값을 연속하여 그래프로 표출시켜서 회전각도값의 노이즈를 제거시키고, 가속도값 전 후의 값 3개의 평균값과 3개의 평균값을 연속하여 그래프로 표출시켜서 가속도값의 노이즈를 제거시키고, 방위값 전 후의 값 3개의 평균값과 3개의 평균값을 연속하여 그래프로 표출시켜서 방위값의 노이즈를 제거시키는 역할을 한다.
상기 밴드이레이져(BandEraser)(242)는 -1<x<1 사이의 회전각도값을 0으로 만들어주고, x,y,z축 회전각도값을 세점 거리의 합이 0일 경우에 회전각도값을 제거시키고, -1<x<1 사이의 가속도값을 0으로 만들어주고, x,y,z축 가속도값을 세점 거리의 합이 0일 경우에 가속도값을 제거시키고, -1<x<1 사이의 방위값을 0으로 만들어주고, x,y,z축 방위값을 세점 거리의 합이 0일 경우에 방위값을 제거시키는 역할을 한다.
상기 모션구간탐지부(243)는 도 19에 도시한 바와 같이, 윈도우 크기를 결정하여 각 윈도우를 이전 윈도우와 50% 겹쳐진 이동을 하면서 가속도 값으로 에너지 레벨을 연산한 후, 에너지 레벨이 기준문턱값을 넘으면 모션의 첫점과 끝점으로 탐지하는 역할을 한다.
상기 DTW 알고리즘엔진부(244)는 도 20에 도시한 바와 같이, 모션구간탐지부를 탐지한 모션의 X,Y,Z축상에 표출된 구성요소 두열의 각 성분에 대한 거리 척도값을 비용으로 설정하고, 두열이 이루는 격자상에서 각열의 시작성분에서 시작하여, 끝성분에 이르기까지 비용테이블에 최소비용을 순환적으로 택하여 저장하는 점화식을 이용하는 동적계획법으로 매핑함수를 찾아가면서 두열을 비교해서 최적패스를 찾아 가장 적합한 모션을 결정시키는 역할을 한다.
상기 모션분석알고리즘엔진부(245)는 모션인식된 현재모션인식데이터를 미리 설정된 기준모션인식데이터와 비교 분석한 모션분석데이터를 그래프로 표출시키고, 그래프를 통해 구간별 속도와 움직임각도를 비교하여 사용자 움직임이 설정된 기준범위값(X,Y,Z축) 범위에 위치되는지 여부를 판별하는 역할을 한다.
상기 알림발생부(246)는 모션분석알고리즘엔진부를 통해 분석한 모션분석데이터가 사용자 움직임이 설정된 기준범위값(X,Y,Z축) 범위에 위치하면, 사운드핸들러부를 통해 스마트기기의 사운드를 통해 사용자에게 알려주도록 제어하는 역할을 한다.
여섯째, 본 발명에 따른 이벤트설정부(250)에 관해 설명한다.
상기 이벤트설정부(250)는 스마트기기핸들러부를 통해 사용자의 움직임이 실시간으로 표출된 스마트기기 화면상에, 카메라 조절버튼, 범위값 조절버튼, 트레이닝 모드 버튼, 영점조정 버튼, 페어링 버튼, 모션 설정버튼, 사운드 선택버튼, 기능 컨트롤버튼을 사용자인터페이스(User Interface)로 활성화시킨 후, 활성화시킨 버튼에 이벤트값을 설정시켜 해당 이벤트를 구동시키는 역할을 한다.
일곱째, 본 발명에 따른 모션인식데이터표출제어부(260)에 관해 설명한다.
상기 모션인식데이터표출제어부(260)는 스마트기기핸들러부를 통해 사용자의 움직임이 실시간으로 표출된 스마트기기 화면상에, 모션컨트롤러부를 통해 모션인식된 X축, Y축, Z축의 현재모션인식데이터를 실시간으로 수치화해서 표출시키는 역할을 한다.
여덟째, 본 발명에 따른 모션데이터 DB부(270)에 관해 설명한다.
상기 모션데이터 DB부(270)는 모션수신부로부터 수신된 3축 자이로센서의 회전각도값, 3축가속도센서의 가속도값, 3축 전자콤파스의 방위값으로 이루어진 모션센싱데이터, 그리고, 현재모션인식데이터, 기준모션인식데이터, 모션분석데이터를 DB화시켜 저장시키는 역할을 한다.
아홉째, 본 발명에 따른 데이터전송부(280)에 관해 설명한다.
상기 데이터전송부(280)는 모션컨트롤러부의 제어하에 구동되어 모션데이터 DB부에 저장된 현재모션인식데이터와 모션분석데이터를 불러와서 원격지의 모션관리서버로 전송시키는 역할을 한다.
이하, 본 발명에 따른 9축모션센서모듈을 통한 스마트기기연계형 사용자 모션 교정방법에 관해 설명한다.
먼저, 도 21에 도시한 바와 같이, 사용자의 상체 일측 또는 하체 일측 부위에 탈부착으로 설치된 9축모션센서모듈의 전원을 온(ON)시켜 각 기기를 구동시킨다(S100).
다음으로, 모션센서감지형 스마트기기어플모듈을 스마트기기 상에서 활성화시킨다(S110).
다음으로, 사용자의 움직임이 발생되면, 9축모션센서모듈의 3축자이로센서를 통해 X축, Y축, Z축의 한 축을 기준으로 단위 시간에 사용자의 움직임에 따라 회전한 각도의 값을 수치화해서 모션센서제어부로 전달시킨다(S120).
다음으로, 사용자의 움직임이 발생되면, 9축모션센서모듈의 3축가속도센서를 통해 X축, Y축, Z축의 각 축별 직선운동에 대한 가속도 값을 수치화해서 모션센서제어부로 전달시킨다(S130).
다음으로, 사용자의 움직임이 발생되면, 9축모션센서모듈의 3축 전자콤파스를 통해 현재 모듈본체의 방향을 사용자의 움직임에 따라 X축, Y축, Z축의 한 축을 기준으로 방위값을 수치화해서 모션센서제어부로 전달시킨다(S130).
다음으로, 모션센서제어부의 제어를 통해 사용자의 움직임에 따라 측정된 3축 자이로센서의 회전각도값, 3축가속도센서의 가속도값, 3축 전자콤파스의 방위값으로 이루어진 모션센싱데이터를 모션송수신부를 통해 모션센서감지형 스마프폰어플모듈로 전송시킨다(S140).
다음으로, 모션센서감지형 스마프폰어플모듈의 스마트기기핸들러부를 통해 스마트기기의 카메라를 구동시켜 사용자의 움직임을 촬영하면서, 촬영된 사용자의 움직임을 실시간으로 스마트기기 화면상에 표출시킨다(S150).
이때, 모션인식데이터표출제어부를 통해 모션인식된 X축, Y축, Z축의 현재모션인식데이터를 실시간으로 수치화해서 표출시킨다.
다음으로, 모션수신부를 통해 9축모션센서모듈과 페어링시킨 후, 9축모션센서모듈로부터 전송된 모션센싱데이터를 수신받는다(S160).
다음으로, 모션필터링부를 통해 모션수신부로부터 수신된 3축 자이로센서의 회전각도값, 3축가속도센서의 가속도값, 3축 전자콤파스의 방위값으로 이루어진 모션센싱데이터를 로우패스필터와 하이패스필터를 통해 필터링시킨다(S170).
다음으로, 모션컨트롤러부를 통해 모션필터링부로부터 필터링된 모션센싱데이터를 불러와서, 모션구간을 탐지하고, 모션을 왼쪽모션, 오른쪽모션, 위(up)모션, 아래(down)모션, 정면(forward)모션, 왼쪽 위(LeftUp)모션, 왼쪽 아래(LeftDown)모션, 오른쪽 위(RightUp)모션, 오른쪽 아래(RightDown)모션으로 분리시키며, 모션을 결정해서 모션인식시킨다(S180).
다음으로, 모션컨트롤부를 통해 모션인식된 현재모션인식데이터를 미리 설정된 기준모션인식데이터와 비교 분석한 모션분석데이터가 사용자 움직임이 설정된 기준범위값(X,Y,Z축) 범위에 위치되는지 여부를 판별한 후, 사용자 움직임이 설정된 기준범위값(X,Y,Z축) 범위에 위치되면 사운드효과를 통해 사용자에게 알려준다(S190).
끝으로, 모션컨트롤부의 제어하에 데이터전송부가 구동되어, 현재모션인식데이터와 모션분석데이터를 원격지의 모션관리서버로 전송시킨다(S200).
이처럼, 본 발명에 따른 9축모션센서모듈을 통한 스마트기기연계형 사용자 모션 교정방법을 통해 9축모션센서모듈로부터 전송된 9축모션데이터를 속도와 각도로 분석하여 사용자 움직임을 스마트기기 화면에 디스플레이시킬 수 있어, 휴대와 이동이 간편하여 장소에 구애받지 않고, 골프 뿐만 아니라, 휘트니스, 야구, 양궁의 다양한 운동분야에 응용시켜 사용자 움직임에 따른 모션을 실시간으로 교정시킬 수 있다.
즉, 도 11은 본 발명에 따른 9축모션센서모듈을 골프 사용자의 신체에 착용한 후, 골프스윙에 따른 골프 사용자의 움직임 모습을 스마트기기 중 스마트폰 화면에 디스플레이시키고, 스마트폰 화면상에 9축모션센서모듈에서 전송된 9축모션데이터를 분석한 각도와 속도를 수치로 표출시키는 것을 도시한 일실시예도에 관한 것이고, 도 12는 본 발명에 따른 9축모션센서모듈을 골프사용자의 신체 중 우측어깨 상단 일측에 설치되어 골프스윙에 따른 사용자의 움직임을 센싱하는 것을 도시한 일실시예도에 관한 것이다. 여기서, 9축모션센서모듈은 사용자의 신체에 하나 또는 둘 이상으로 복수개로 설치되고, 사용자의 신체부위인 등부위, 가슴부위, 왼쪽어깨, 오른쪽어깨, 팔목, 팔뚝, 허벅지 중 어느 하나에 선택되어 설치된다.
또한, 도 13은 본 발명에 따른 9축모션센서모듈을 휘트니스 사용자의 신체에 착용한 후, 휘트니스 운동(역기들기)에 따른 휘트니스 사용자의 움직임 모습을 스마트기기 중 스마트폰 화면에 디스플레이시키고, 스마트폰 화면상에 9축모션센서모듈에서 전송된 9축모션데이터를 분석한 각도와 속도를 수치로 표출시키는 것을 도시한 일실시예도에 관한 것이다.
도 14는 본 발명에 따른 9축모션센서모듈을 야구배트 사용자의 신체에 착용한 후, 야구배트 스윙에 따른 야구배트 사용자의 움직임 모습을 스마트기기 중 스마트패드 화면에 디스플레이시키고, 스마트패드 화면상에 9축모션센서모듈에서 전송된 9축모션데이터를 분석한 각도와 속도를 수치로 표출시키는 것을 도시한 일실시예도에 관한 것이고,
도 15는 본 발명에 따른 9축모션센서모듈을 양궁 사용자의 신체에 착용한 후, 양궁 샷에 따른 양궁 사용자의 움직임 모습을 스마트기기 중 스마트패드 화면에 디스플레이시키고, 스마트패드 화면상에 9축모션센서모듈에서 전송된 9축모션데이터를 분석한 각도와 속도를 수치로 표출시키는 것을 도시한 일실시예도에 관한 것이다.
1 : 스마트기기연계형 사용자 모션 교정장치 100 : 9축모션센서모듈
110 : 모듈본체 120 : 전원부
130 : 3축자이로센서 140 : 3축가속도센서
150 : 3축 전자콤파스 160 : 모션센서제어부
170 : 모션송수신부
200 : 모션센서감지형 스마트기기어플모듈
110 : 모듈본체 120 : 전원부
130 : 3축자이로센서 140 : 3축가속도센서
150 : 3축 전자콤파스 160 : 모션센서제어부
170 : 모션송수신부
200 : 모션센서감지형 스마트기기어플모듈
Claims (6)
- 사용자의 신체에 착용되어 사용자의 움직임을 왼쪽모션, 오른쪽모션, 위(up)모션, 아래(down)모션, 정면(forward)모션, 왼쪽 위(LeftUp)모션, 왼쪽 아래(LeftDown)모션, 오른쪽 위(RightUp)모션, 오른쪽 아래(RightDown)모션으로 이루어진 9축모션데이터를 감지해서 근거리무선통신망으로 모션센서감지형 스마트기기어플모듈로 전송시키는 9축모션센서모듈(100)과,
스마트폰, 스마트TV, 스마트패드로 이루어진 스마트기기와 연계되어 사용자의 움직임을 스마트기기카메라로 촬영하면서, 9축모션센서모듈로부터 전송된 9축모션데이터를 속도와 각도로 분석하여 사용자 움직임을 스마트기기 화면에 디스플레이시키고, 사용자 움직임이 설정된 기준범위값(X,Y,Z축) 범위에 위치하면 사운드효과를 통해 사용자에게 알려주도록 제어하는 모션센서감지형 스마트기기어플모듈(200)로 구성되는 9축모션센서모듈을 통한 스마트기기연계형 사용자 모션 교정장치에 있어서,
상기 9축모션센서모듈(100)은
박스형상으로 이루어지고, 사용자 상체 일측 또는 하체 일측 부위에 탈부착식으로 설치되어 기기가 외압에 의해 흔들리지 않도록 지지하는 모듈본체(110)와,
모듈본체의 내부 일측에 위치되어, 각 기기에 전원을 공급시키는 전원부(120)와,
전원부 일측에 위치되어, X축, Y축, Z축의 한 축을 기준으로 단위 시간에 사용자의 움직임에 따라 회전한 각도의 값을 수치화해서 모션센서제어부로 전달시키는 3축자이로센서(130)와,
3축자이로센서 일측에 위치되어, X축, Y축, Z축의 각 축별 직선운동에 대한 가속도 값을 수치화해서 모션센서제어부로 전달시키는 3축가속도센서(140)와,
3축가속도센서 일측에 위치되어, 현재 모듈본체의 방향을 사용자의 움직임에 따라 X축, Y축, Z축의 한 축을 기준으로 방위값을 수치화해서 모션센서제어부로 전달시키는 3축 전자콤파스(150)와,
전원부, 3축자이로센서, 3축가속센서, 3축 전자콤파스와 연결되어 각 기기의 전반적인 동작을 제어하고, 모듈본체에 식별ID를 코드화해서 생성시키며, 사용자의 움직임에 따라 측정된 3축 자이로센서의 회전각도값, 3축가속도센서의 가속도값, 3축 전자콤파스의 방위값으로 이루어진 모션센싱데이터를 모션송수신부를 통해 모션센서감지형 스마프폰어플모듈로 전송시키도록 제어하는 모션센서제어부(160)와,
모션센서제어부의 제어하에 구동되어, 모션인식된 모션데이터값을 근거리무선통신망을 통해 모션센서감지형 스마트기기어플모듈로 전송시키는 모션송수신부(170)로 구성되는 것을 특징으로 하는 9축모션센서모듈을 통한 스마트기기연계형 사용자 모션 교정장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 모션센서감지형 스마트기기어플모듈(200)은
스마트기기 내에 어플화된 상태에서 스마트기기의 주변 기기와 연계되어 스마트기기의 주변 기기 중 하나인 카메라를 구동시켜 사용자의 움직임을 촬영하면서, 촬영된 사용자의 움직임을 실시간으로 스마트기기 화면상에 표출시키는 스마트기기핸들러부(210)와,
스마트기기의 주변 기기 중 하나인 근거리무선통신망을 통해 9축모션센서모듈과 페어링시킨 후, 9축모션센서모듈로부터 전송된 모션센싱데이터를 수신받는 모션수신부(220)와,
모션수신부로부터 수신된 3축 자이로센서의 회전각도값, 3축가속도센서의 가속도값, 3축 전자콤파스의 방위값으로 이루어진 모션센싱데이터를 로우패스필터와 하이패스필터를 통해 필터링시키는 모션필터링부(230)와,
모션필터링부로부터 필터링된 모션센싱데이터를 불러와서, 모션구간을 탐지하고, 모션을 왼쪽모션, 오른쪽모션, 위(up)모션, 아래(down)모션, 정면(forward)모션, 왼쪽 위(LeftUp)모션, 왼쪽 아래(LeftDown)모션, 오른쪽 위(RightUp)모션, 오른쪽 아래(RightDown)모션으로 분리시키며, 모션을 결정해서 모션인식 후, 모션인식된 현재모션인식데이터를 미리 설정된 기준모션인식데이터와 비교 분석한 모션분석데이터가 사용자 움직임이 설정된 기준범위값(X,Y,Z축) 범위에 위치하면 사운드효과를 통해 사용자에게 알려주고, 현재모션인식데이터와 모션분석데이터를 원격지의 모션관리서버로 전송시키도록 제어하는 모션컨트롤러부(240)와,
스마트기기핸들러부를 통해 사용자의 움직임이 실시간으로 표출된 스마트기기 화면상에, 카메라 조절버튼, 범위값 조절버튼, 트레이닝 모드 버튼, 영점조정 버튼, 페어링 버튼, 모션 설정버튼, 사운드 선택버튼, 기능 컨트롤버튼을 사용자인터페이스(User Interface)로 활성화시킨 후, 활성화시킨 버튼에 이벤트값을 설정시켜 해당 이벤트를 구동시키는 이벤트설정부(250)와,
스마트기기핸들러부를 통해 사용자의 움직임이 실시간으로 표출된 스마트기기 화면상에, 모션컨트롤러부를 통해 모션인식된 X축, Y축, Z축의 현재모션인식데이터를 실시간으로 수치화해서 표출시키는 모션인식데이터표출제어부(260)와,
모션수신부로부터 수신된 3축 자이로센서의 회전각도값, 3축가속도센서의 가속도값, 3축 전자콤파스의 방위값으로 이루어진 모션센싱데이터, 그리고, 현재모션인식데이터, 기준모션인식데이터, 모션분석데이터를 DB화시켜 저장시키는 모션데이터 DB부(270)와,
모션컨트롤러부의 제어하에 구동되어 모션데이터 DB부에 저장된 현재모션인식데이터와 모션분석데이터를 불러와서 원격지의 모션관리서버로 전송시키는 데이터전송부(280)로 구성되는 것을 특징으로 하는 9축모션센서모듈을 통한 스마트기기연계형 사용자 모션 교정장치.
- 제3항에 있어서, 상기 스마트기기핸들러부(210)는
스마트기기의 카메라과 연계되어 카메라를 영상모드로 변환시켜 사용자의 움직임을 실시간으로 촬영시키는 카메라핸들러부(211)와,
스마트기기의 디스플레이창과 연계되어 카메라핸들러부에서 촬영한 사용자의 움직임 영상을 그대로 스마트기기 화면상에 표출시키는 비주얼핸들러부(212)와,
스마트기기의 사운드와 연계되어 모션분석알고리즘엔진부를 통해 분석한 모션분석데이터가 사용자 움직임이 설정된 기준범위값(X,Y,Z축) 범위에 위치하면, 스마트기기의 사운드를 통해 사용자에게 알려주도록 사운드효과를 발생시키는 사운드핸들러부(213)로 구성되는 것을 특징으로 하는 9축모션센서모듈을 통한 스마트기기연계형 사용자 모션 교정장치.
- 제3항에 있어서, 상기 모션컨트롤러부(240)는
회전각도값 전 후의 값 3개의 평균값과 3개의 평균값을 연속하여 그래프로 표출시켜서 회전각도값의 노이즈를 제거시키고, 가속도값 전 후의 값 3개의 평균값과 3개의 평균값을 연속하여 그래프로 표출시켜서 가속도값의 노이즈를 제거시키고, 방위값 전 후의 값 3개의 평균값과 3개의 평균값을 연속하여 그래프로 표출시켜서 방위값의 노이즈를 제거시키는 스무팅(Smoothing)부(241)와,
-1<x<1 사이의 회전각도값을 0으로 만들어주고, x,y,z축 회전각도값을 세점 거리의 합이 0일 경우에 회전각도값을 제거시키고, -1<x<1 사이의 가속도값을 0으로 만들어주고, x,y,z축 가속도값을 세점 거리의 합이 0일 경우에 가속도값을 제거시키고, -1<x<1 사이의 방위값을 0으로 만들어주고, x,y,z축 방위값을 세점 거리의 합이 0일 경우에 방위값을 제거시키는 밴드이레이져(BandEraser)(242)와,
윈도우 크기를 결정하여 각 윈도우를 이전 윈도우와 50% 겹쳐진 이동을 하면서 가속도 값으로 에너지 레벨을 연산한 후, 에너지 레벨이 기준문턱값을 넘으면 모션의 첫점과 끝점으로 탐지하는 모션구간탐지부(243)와,
모션구간탐지부를 탐지한 모션의 X,Y,Z축상에 표출된 구성요소 두열의 각 성분에 대한 거리 척도값을 비용으로 설정하고, 두열이 이루는 격자상에서 각열의 시작성분에서 시작하여, 끝성분에 이르기까지 비용테이블에 최소비용을 순환적으로 택하여 저장하는 점화식을 이용하는 동적계획법으로 매핑함수를 찾아가면서 두열을 비교해서 최적패스를 찾아 가장 적합한 모션을 결정시키는 DTW 알고리즘엔진부(244)와,
모션인식된 현재모션인식데이터를 미리 설정된 기준모션인식데이터와 비교 분석한 모션분석데이터를 그래프로 표출시키고, 그래프를 통해 구간별 속도와 움직임각도를 비교하여 사용자 움직임이 설정된 기준범위값(X,Y,Z축) 범위에 위치되는지 여부를 판별하는 모션분석알고리즘엔진부(245)와,
모션분석알고리즘엔진부를 통해 분석한 모션분석데이터가 사용자 움직임이 설정된 기준범위값(X,Y,Z축) 범위에 위치하면, 사운드핸들러부를 통해 스마트기기의 사운드를 통해 사용자에게 알려주도록 제어하는 알림발생부(246)로 구성되는 것을 특징으로 하는 9축모션센서모듈을 통한 스마트기기연계형 사용자 모션 교정장치.
- 사용자의 상체 일측 또는 하체 일측 부위에 탈부착으로 설치된 9축모션센서모듈의 전원을 온(ON)시켜 각 기기를 구동시키는 단계(S100)와,
모션센서감지형 스마트기기어플모듈을 스마트기기 상에서 활성화시키는 단계(S110)와,
사용자의 움직임이 발생되면, 9축모션센서모듈의 3축자이로센서를 통해 X축, Y축, Z축의 한 축을 기준으로 단위 시간에 사용자의 움직임에 따라 회전한 각도의 값을 수치화해서 모션센서제어부로 전달시키는 단계(S120)와,
사용자의 움직임이 발생되면, 9축모션센서모듈의 3축가속도센서를 통해 X축, Y축, Z축의 각 축별 직선운동에 대한 가속도 값을 수치화해서 모션센서제어부로 전달시키는 단계(S130)와,
사용자의 움직임이 발생되면, 9축모션센서모듈의 3축 전자콤파스를 통해 현재 모듈본체의 방향을 사용자의 움직임에 따라 X축, Y축, Z축의 한 축을 기준으로 방위값을 수치화해서 모션센서제어부로 전달시키는 단계(S140)와,
모션센서제어부의 제어를 통해 사용자의 움직임에 따라 측정된 3축 자이로센서의 회전각도값, 3축가속도센서의 가속도값, 3축 전자콤파스의 방위값으로 이루어진 모션센싱데이터를 모션송수신부를 통해 모션센서감지형 스마프폰어플모듈로 전송시키는 단계(S150)와,
모션센서감지형 스마프폰어플모듈의 스마트기기핸들러부를 통해 스마트기기의 카메라를 구동시켜 사용자의 움직임을 촬영하면서, 촬영된 사용자의 움직임을 실시간으로 스마트기기 화면상에 표출시키는 단계(S160)와,
모션수신부를 통해 9축모션센서모듈과 페어링시킨 후, 9축모션센서모듈로부터 전송된 모션센싱데이터를 수신받는 단계(S170)와,
모션필터링부를 통해 모션수신부로부터 수신된 3축 자이로센서의 회전각도값, 3축가속도센서의 가속도값, 3축 전자콤파스의 방위값으로 이루어진 모션센싱데이터를 로우패스필터와 하이패스필터를 통해 필터링시키는 단계(S180)와,
모션컨트롤러부를 통해 모션필터링부로부터 필터링된 모션센싱데이터를 불러와서, 모션구간을 탐지하고, 모션을 왼쪽모션, 오른쪽모션, 위(up)모션, 아래(down)모션, 정면(forward)모션, 왼쪽 위(LeftUp)모션, 왼쪽 아래(LeftDown)모션, 오른쪽 위(RightUp)모션, 오른쪽 아래(RightDown)모션으로 분리시키며, 모션을 결정해서 모션인식시키는 단계(S190)와,
모션컨트롤부를 통해 모션인식된 현재모션인식데이터를 미리 설정된 기준모션인식데이터와 비교 분석한 모션분석데이터가 사용자 움직임이 설정된 기준범위값(X,Y,Z축) 범위에 위치되는지 여부를 판별한 후, 사용자 움직임이 설정된 기준범위값(X,Y,Z축) 범위에 위치되면 사운드효과를 통해 사용자에게 알려주는 단계(S200)와,
모션컨트롤부의 제어하에 데이터전송부가 구동되어, 현재모션인식데이터와 모션분석데이터를 원격지의 모션관리서버로 전송시키는 단계(S210)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 9축모션센서모듈을 통한 스마트기기연계형 사용자 모션 교정방법.
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020130088875A KR101358859B1 (ko) | 2013-07-26 | 2013-07-26 | 9축모션센서모듈을 통한 스마트기기연계형 사용자 모션 교정장치 및 방법 |
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| KR101358859B1 true KR101358859B1 (ko) | 2014-02-06 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020130088875A KR101358859B1 (ko) | 2013-07-26 | 2013-07-26 | 9축모션센서모듈을 통한 스마트기기연계형 사용자 모션 교정장치 및 방법 |
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|---|---|
| KR (1) | KR101358859B1 (ko) |
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