KR101575688B1 - 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 본 발명의 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템은 의자의 상부 유니트와 하부 유니트사이에 부착된 3개의 로드셀과 상기 3개의 로드셀로부터 무게변화에 따른 무게신호를 계측하기 위한 신호계측부와 상기 계측된 무게신호의 시간적 변화량 연산을 위한 타이머와 상기 계측된 무게신호의 시간적 변화량에 따라 착석자의 자세 또는 산만도를 포함하는 자세정보를 연산하는 제어부와 상기 제어부의 자세정보를 통신신호로 변환하여 전송하는 신호송신부 및 상기 신호송신부에서 전송된 자세정보로 상기 착석자의 자세 또는 산만도를 모니터링하는 단말장치를 포함한다.
Description
본 발명은 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3개의 로드셀을 부착한 의자에서 무게신호를 검출하여 착석자의 자세교정 및 산만도를 측정할 수 있도록 하는 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템에 관한 것이다.
최근 현대인들은 매우 바쁜 업무, 학업 등으로 인한 좌식생활이 길어지면서 의자와 함께하는 시간이 점점 증가하여 활동성이 떨어져 심혈관질환, 당뇨병, 비만 등 심각한 질환에 노출될 수 있으며, 좌식생활 중 잘못된 자세로 장시간 착석할 경우 각종 척추질환에 노출될 수 있다.
특히 대부분의 아이가 초등학교에 입학한 후 45분간의 수업시간 동안 의자에 앉아 있어야 하며, 각종 과제의 수행 및 구조화된 학교 시스템에 스트레스를 받게 되는 경우에 ADHD(주의력결핍 과잉행동장애)의 증상을 보이는 아이는 심각한 스트레스를 받게 된다.
성인들의 경우에서도 반복적인 다리 떨기와 자세변화 등의 산만한 행동에 따라 집중력이 떨어지나, 이를 스스로 인지하여 교정하기에는 매우 어려운 일이다.
따라서, 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0420947호 "척추교정용 의자" 또는 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2009-004145호 "척추교정용 가구"에서는 아이들 또는 어른이 의자에서 제대로 앉아 있을 수 있도록 의자의 특징적인 구조적 변형을 통해 바른 자세와 집중력 향상을 유도하고 있으나, 이러한 발명에서도 착석자 자신의 자세 및 산만도를 스스로 인지하여 교정하기에는 쉽지 않은 일이다.
본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 착석자의 무게신호를 이용하여 착석자 스스로 자세를 교정하며, 산만도를 측정할 수 있도록 하는 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 앉아있는 착석자의 무게중심의 위치에 따른 자세를 검출하여 자세를 판단하고 자세변화 및 움직임에 따른 산만도를 측정하여 스마트폰을 비롯한 단말장치에서 지속적으로 모니터링할 수 있도록 하는 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 착석자에게 바른 자세로 의자에 앉을 수 있도록 도와주며, 산만도를 측정하여 이를 데이터를 제공함으로써 집중력을 향상시킬 수 있도록 하는 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템은 의자의 상부 유니트와 하부 유니트사이에 부착된 3개의 로드셀과 상기 3개의 로드셀로부터 무게변화에 따른 무게신호를 계측하기 위한 신호계측부와 상기 계측된 무게신호의 시간적 변화량 연산을 위한 타이머와 상기 계측된 무게신호의 시간적 변화량에 따라 착석자의 자세 또는 산만도를 포함하는 자세정보를 연산하는 제어부와 상기 제어부의 자세정보를 통신신호로 변환하여 전송하는 신호송신부 및 상기 신호송신부에서 전송된 자세정보로 상기 착석자의 자세 또는 산만도를 모니터링하는 단말장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템에서 이용되는 신호계측부는 무게변화에 대응하여 저항값이 변하는 가변 저항과 상기 가변저항에 의해 변화되는 전압값을 증폭시키기 위한 전치증폭부와 상기 증폭된 전압값에서 노이즈를 제거하기 위한 노치필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
특히, 본 발명의 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템의 제어부는 로드셀의 무게신호로 착석자의 착석에 대한 무게중심을 검출하며, 상기 무게중심의 변화에 따라 상기 착석자의 착석자세를 연산하며, 상기 무게신호의 시간적 변화량이 일정 범위를 벗어나는 경우를 산만도로 연산하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템에 사용되는 단말장치는 산만도의 수치가 임계치 이상인 경우에는 알람 및 경고 메시지를 전달하는 경보수단을 포함하며, 단말장치는 PDA, 컴퓨터, 노트북, 네트워크 서버 등 다양한 장치가 사용될 수 있으며, 특히 자세교정 어플리케이션이 설치된 스마트폰인 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템은 착석자 스스로 자세를 교정하며, 산만도를 측정할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템은 착석자의 자세변화 및 움직임에 따른 산만도를 지속적으로 스마트폰을 비롯한 단말장치에서 모니터링할 수 있는 효과가 있다.
그 외에도 본 발명에 따른 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템도록 도와주며, 산만도를 측정하여 이를 데이터를 제공함으로써 집중력을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템의 전체 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 3-로드셀을 이용한 착석형 의자의 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템에 포함되는 신호계측부의 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템에서 무게신호를 이용하여 무게중심을 구하는 개념도.
도 5는 본 발명에 따른 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템에서의 착석자세 교정 플로우차트.
도 6은 본 발명에 따른 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템의 산만도 교정 플로우차트.
도 7은 본 발명에 따른 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템의 단말장치(스마트폰) 어플리케이션의 초기 설정화면
도 8은 본 발명에 따른 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템에서 스마트폰 어플리케이션에 제공되는 화면.
도 2는 본 발명에 따른 3-로드셀을 이용한 착석형 의자의 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템에 포함되는 신호계측부의 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템에서 무게신호를 이용하여 무게중심을 구하는 개념도.
도 5는 본 발명에 따른 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템에서의 착석자세 교정 플로우차트.
도 6은 본 발명에 따른 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템의 산만도 교정 플로우차트.
도 7은 본 발명에 따른 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템의 단말장치(스마트폰) 어플리케이션의 초기 설정화면
도 8은 본 발명에 따른 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템에서 스마트폰 어플리케이션에 제공되는 화면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략하며, 동일 구성인 경우에는 도면의 위치와 관계없이 동일한 부호를 사용하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템의 전체 구성도이다.
본 발명에 따른 도 1은 본 발명에 따른 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템은 착석의자(1)의 상부 유니트와 하부 유니트 사이에 착석자의 착석에 따른 무게 변화를 감지하도록 하는 3개의 로드셀을 이용하여 착석자의 착석자세를 감지한다.
로드셀은 착석자의 무게가 가해져 저항값이 변하면 전류의 흐름이 전압의 변화(V=IR)로 나타나는 센서로써 3개의 로드셀에 각각의 무게가 가해지면 로드셀마다 각각 미세한 전압이 발생한다.
이때 로드셀은 3개를 설치하여 착석자의 착석자세를 좌측과 우측 및 전후측에서 측정하여 착석자에게 바른 자세로 교정할 수 있도록 하는 것이 바람직하며, 경우에 따라서는 로드셀의 숫자를 늘려 착석자의 무게변화를 정밀하게 측정할 수도 있을 것이다.
로드셀에서 검출된 무게신호는 신호계측부(2)로 전송되며, 전송된 무게신호는 전치증폭부를 통해 증폭되며, 노치필터에서 노이즈가 제거된 후에 제어부로 전송된다.
이때 제어부로 전송되는 신호는 아날로그 신호일 수도 있으며, 디지털로 변환된 신호일 수도 있을 것이다.
신호계측부(2)의 구성 및 각 구성요소의 기능에 대하여는 후술한다.
또한, 본 발명에 따른 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템은 신호계측부에서 계측된 무게신호를 이용하여 산만도를 측정하여 위하여 신호계측부에서 계측된 무게신호의 시간적 변화량을 제어부에서 연산할 수 있도록 하는 타이머(미도시)를 구비한다.
제어부(3)는 신호계측부에서 계측된 무게신호와 타이머를 통해 측정된 무게신호의 변화량을 이용하여 착석자의 자세 또는 산만도를 포함하는 자세정보를 연산한다.
또한, 이렇게 연산된 자세정보는 신호송신부(미도시)에서 유선 또는 무선 통신신호로 변환되어 자세정보를 모니터링하는 단말장치(4)로 전송된다.
단말장치(4)는 착석자의 착석자세와 산만도를 실시간으로 모니터링하며, 산만도의 수치가 임계치 이상인 경우에는 착석자 또는 모니터링하는 사람에게 청각적인 알람신호 또는 시각적인 경보메시지를 발생시켜 착석의 바른 자세와 산만도 교정을 유도한다.
본 발명의 단말장치는 컴퓨터, 관리서버, 노트북, PDA 등 시각 또는 청각적으로 착석자의 착석자세와 산만도 수치를 보여줄 수 있는 장치이며 특히 스마트폰이 대중화됨에 따라 스마트폰을 포함하는 이동통신단말기도 포함될 수 있을 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 3-로드셀을 이용한 착석형 의자의 사시도이다.
본 발명에 따른 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템에 이용되는 착석의자(10)는 상부 유니트(20), 하부 유니트(30), 로드셀(40) 및 신호계측부(50)를 구비하여 착석자가 일상생활에서 지속적으로 사용하는 의자를 통해 무구속 무자각 상태에서 본인의 착석자세 및 산만도를 계측할 수 있도록 한다.
본 발명에서 이용되는 착석의자는 상부 유니트(20)와 하부 유니트(30)는 갖는 통상의 의자이며 본 발명에서는 그 중간에 탈부착이 용이한 3개의 로드셀(40)을 설치하는 구조를 갖는다.
로드셀은 상판(24)에 고정되는 브라켓(42)과 하판(32)에 결합되는 브라켓(44)에 의해 고정되어 착석의자에 설치되고, 상판에 인가된 하중을 로드셀로 전달하는 기능을 수행한다. 따라서, 브라켓의 결합을 해제시키면 착석의자에서 손쉽게 탈착시킬 수 있다.
또한 상부 유니트(20)는 착석자가 앉을 수 있도록 형성되는 둔부 받침판(22)을 갖고, 둔부 받침판(22)의 하측에 결합되는 상판(24)을 갖는다. 그리고, 하부 유니트(30)는 상판(24)과 마주보도록 위치되는 하판(32)을 갖고, 하판(32)이 상판(24)과 이격되도록 위치되어 지면에 놓인다. 그리고, 로드셀(40)은 상판(24)과 하판(32) 사이의 이격된 공간에서 하부 유니트(30)에 의해 지지되어 상부 유니트(20)를 받치도록 설치되고, 상부 유니트(20)로부터 전달되는 착석자의 무게의 변화에 따른 신호를 출력한다.
또한, 신호계측부(50)는 로드셀(40)로부터 출력되는 신호를 증폭하고 필터링하여 제어부로 전송한다.
신호계측부(50)는 후술하는 바와 같이 저항을 비롯한 수동소자와 증폭기와 같은 능동소자로 이루어져 있으며 기술의 발달에 따라 소형화되고 있어, 경우에 따라서는 로드셀(40)과 일체형으로 제작될 수도 있을 것이다.
본 발명에 따른 3-로드셀을 이용하는 착석의자는 통상의 의자형태로 구성하면서 의자를 이루는 상부 유니트(20)와 하부 유니트(30) 사이에 로드셀(40)을 설치하여 착석자가 앉으므로써 상부 유니트(20)에 가해지는 무게신호가 종래기술보다 더욱 집중적으로 로드셀(40)에 작용하도록 하였다.
따라서, 본 발명에 따른 3-로드셀을 이용하는 착석의자는 종래기술과 달리 통상 가정이나 사무실에서 일상생활에 사용되는 제품인 의자로 구성되므로, 착석자가 별도로 부품을 준비할 필요가 없으며, 경우에 따라서는 착석자가 모르는 상태에서 일상생활을 하는 중에 착석의 바른 자세를 유도하고 산만도를 교정할 수 있도록 하는 잇점이 있다.
도 3은 본 발명에 따른 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템에 포함되는 신호계측부(2)의 구성도이다.
본 발명에 따른 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템은 착석의자의 로드셀(40)로부터 미세한 무게변화에 따른 무게신호를 가변저항(21)을 통해 인지하며, 가변저항에 의해 변화되는 전압값과 이를 기준저항에서 출력되는 기준전압과 비교하여 증폭시키는 전치증폭기(22)와 이 전치증폭기(22)로부터 출력되는 전압값에서 특정 대역의 노이즈 또는 잡음을 제거하는 노치필터(23), 이 노치필터(23)를 통과한 신호를 증폭하는 제 1 증폭기(24)와 제 1 증폭기(24)를 통해 증폭된 신호에서 착석자의 체중에 의한 오프셋을 제거하여 특정 대역의 신호만을 통과시키는 대역패스필터(25)와 이 대역패스필터(25)를 통과한 신호를 재차 증폭시키는 제 2 증폭기(26) 및 제 2 증폭기를 통해 증폭된 무게신호를 제어부(3)로 출력하는 신호출력부(27)을 포함하여 구성된다.
상기 노치필터(23)와 대역패스필터(25)는 수동소자인 저항(R), 인덕터(L), 커패시터(C)를 이용하여 구성될 수도 있으나, 신호계측부의 소형화 및 안정성을 위하여 능동소자로 구성함이 바람직하다.
로드셀(40)로부터 입력되어 신호출력부(27)로 출력되는 신호는 아날로그 신호처리인 것을 가정한 것이나, 경우에 따라서는 로드셀(40)로부터 입력되는 신호를 아날로그/디지털 컨버터(ADC)를 이용하여 디지털 변환한 후에 제어부(3)로 출력할 수도 있을 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템의 제어부에서 무게신호를 이용하여 착석자의 무게중심과 착석자세를 연산하기 위한 개념도이다.
3개의 로드셀로부터 검출된 무게신호를 제어부내에서 착석 위치에 따른 자세 정보를 계산하기 위하여 도4와 같이 자세 검출 기법을 구현하였다.
구현된 자세 검출 기법은 삼각형의 무게 중심을 이용하는 방법으로 삼각형 형태로 배치된 각각의 로드셀에서 검출되는 무게신호를 이용한다.
도 4의 (a)와 같이 로드셀에서 검출되는 무게신호를 이용하기 위하여 각각의 로드셀 좌표를 좌측에 있는 것은 -a, 우측에 있는 것은 b, 전방에 위치한 것은 -c 라 정하였다.
이때 무게신호의 연산을 위한 연산점(Calibration Point)은 좌측(-a)과 우측(b)의 값의 중앙값으로 하였으며, 좌측과 우측을 연결하는 가상선(수평선)과 전방(-c) 및 중앙값를 지나는 가상선(수직선)이 수직으로 만나는 점(0, 0)으로 하였다.
바른 자세에서의 무게신호 및 착석자의 무게중심을 구하기 위하여 최초 정자세로 앉은 상태에서 무게신호를 검출하고 식 (1)을 이용하여 삼각형 무게중심을 연산하여 하나의 좌표로 변환한다.
TC(X0, Y0)= {(-a0+b0+0)/3, (0+0-c0)/3) -------(식1)
이때 연산파라미터(Calibration parameter)는 무게중심의 변화에 따라 변화되는 연산점과 무게중심과의 거리와 연산점과 무게중심과의 각도로 설정한다.
즉, 연산파라미터인 무게중심의 거리와 각도를 연산하면 착석자의 착석위치를 파악할 수 있도록 하였다.
예를 들어, 도4의 (b)는 실제 착석자가 착석하면서 로드셀에서 측정되는 무게신호가 좌측은 -a0에서 -a1으로 변경되었으며, 우측은 b0에서 b1으로 변화되었고, 전방은 -c0에서 -c1으로 변경되었다.
이제 착석자의 무게중심은 (X0, Y0)에서 아래 식(2)에서 연상되는 (X1, Y1)으로 변경된다.
TC(X1, Y1)= {(-a1+b1+0)/3, (0+0-c1)/3) -------(식1)
이를 통해 초기의 무게중심과 변화된 무게중심으로부터 착석자의 착석자세와 각도를 연산할 수 있다.
또한, 변화되는 무게중심이 초기중심의 무게중심에서 많이 벗어날수록 착석자의 자세가 바른 자세에서부터 많이 벗어났음을 알 수 있다. 이러한 벗어난 정도를 민감도로 정의하며 이는 잘못된 자세를 판별하기 위한 자료로 이용된다.
즉, 민감도(S, Sensitivity)는
이다.
민감도의 수치가 클수록 착석자의 무게중심이 바른자세에 있을 때의 무게중심에서 많이 벗어났음을 의미함으로 이러한 수치가 일정 임계치를 넘어서는 경우에는 착석자 또는 착석자의 자세를 모니터링하는 관리자에게 경보할 수 있도록 조치하여 바른 자세를 갖도록 하는 것이 바람직하다.
무게중심의 변화에 따른 각도는 360°를 기준으로 4개의 방향으로 나누어 좌, 우, 앞, 뒤로 구분하며 착석자의 자세(posture)는 아래 식(4)에 의해 구해진다.
atan2(y, x) = 자세(posture) ----------(식3)
또한, 본 발명에 따른 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템에 포함되는 제어부는 무게신호의 시간적 변화량 연산을 위하여 타이머가 포함된다.
타이머는 제어부(2) 또는 신호계측부(2)와 일체형으로 형성되거나 독립적으로 형성될 수 있으며, 무게신호의 지속시간을 측정한다.
타이머는 시간에 따라 착석자의 자세가 어떻게 변화되는 지를 판단하기 위한 기기로서, 각 로드셀에서 전해지는 무게신호가 일정 시간동안 검출되지 않는 경우에는 착석자가 의자에서 탈석한 것으로 판단하며, 복수 개의 로드셀에서 각 로드셀에서 전해지는 무게신호가 일정 시간동안 미약한 경우에는 착석자가 반쯤 앉은 경우이며, 3개의 로드셀 중에서 특정 로드셀에만 일정 시간동안 지속적으로 무게신호가 크게 나타나면 한쪽으로 착석자가 기울여 앉은 것임을 의미하며, 3개의 로드셀에서 무게신호가 일정 수치이상으로 자꾸 변동되면 착석자가 제대로 앉아 있지 못하고 자꾸만 의자에서 움직이고 있다는 것을 의미한다.
따라서 이러한 로드셀에서 무게신호가 일정 임계치 이상 변화되는 것을 이벤트라고 정의하면 일정 시간 동안에 감지되는 이벤트 숫자를 산만도의 수치로 사용하여 이용할 수 있다.
일정 시간은 착석자 또는 모니터링하는 관리자가 임의로 설정가능하며, 착석자의 집중도를 고려하여 10분 또는 30분 단위로 설정함이 바람직하다.
즉, 산만도(Attention deficit level)은
(이벤트 발생숫자 ÷ 일정 착석시간 ) = 산만도(횟수) --------------(식4)
로 측정된다.
또 잘못된 자세를 유지하는 시간이 길어지는 경우도 착석자가 바른 자세를 유지하지 못하거나 잘못된 착석 습관을 갖고 있음을 의미하므로 착석자가 알 수 있도록 이를 수치화하여 착석자 또는 착석자를 모니터링하는 관리자에게 알려주는 것이 바람직하다.
즉, 자세교정 요구율은
(잘못된 자세유지시간 ÷ 일정 착석시간) ×100 = 자세교정요구율(%) -------(식5)
로 측정된다.
또한, 타이머는 각 로드셀에서 전해지는 무게신호가 일정 시간동안 검출되지 않아 착석자가 의자에서 탈석한 것으로 판단되는 경우에는 신호계측부 또는 제어부를 슬립모드(Sleep mode)로 동작하게 하며, 제어부의 자세정보를 통신신호로 변환하여 전송하는 신호송신부의 동작도 정지시켜 저전력으로 본 발명에 따른 시스템이 오랜 시간동안 작동될 수 있도록 구성함이 바람직하다.
한편, 제어부는 타이머에서 계측된 무게신호의 시간적 변화량으로 식(1) 내지 식(5)를 연산하여 착석자 또는 관리자의 단말장치로 전송한다.
도 5는 본 발명에 따른 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템에서의 제어부에서 착석자의 착석자세 교정을 위해 연산되거나 실행되는 플로우차트이다.
먼저, 착석자가 본 발명에 따른 3-로드셀을 부착한 의자에 착석하게 되면(S1), 각각의 로드셀에서 무게신호를 검출하며 신호계측부에서 변화된 저항값 또는 전압값을 이용하여 신호계측부에서 무게신호를 계측하여 제어부로 신호를 출력하며 제어부는 신호계측부에서 출력된 신호를 전송받는다.(S2)
제어부는 검출된 3-로드셀의 무게신호로부터 무게중심을 구하며(S3), 무게중심을 2차원의 좌표로 변환(S4)한다.
이때 제어부는 무게중심의 기준값이 저장되어 있는지를 판단(S5)한다.
즉, 무게중심의 기준값이 저장되어 있지 않고 변환된 좌표값이 착석자의 최초의 바른 자세를 의미하는 경우에는 이때의 좌표값을 기준 무게중심으로 설정(S6)하며, 저장되어 있는 기준값이 있어서 최초의 바른 자세를 의미하는 것이 아닌 경우에는 기준 무게중심과 측정된 좌표값에 의한 무게중심과의 거리와 각도(자세, posture)를 연산(S7)하며, 이를 바탕으로 타이머에서 측정된 일정 시간을 기준으로 식4 및 식5에 의해 산만도와 자세교정요구율을 연산한다.(S8)
연산된 산만도 또는 자세교정요구율이 일정 임계치를 벗어나는지를 판단(S9)하며, 이중 어느 것 하나 또는 두개 모두가 임계치를 벗어나는 경우에는 사용자에게 실시간으로 경고하거나 알람을 통해 경고할 수 있도록 한다.(S10)
도 6은 본 발명에 따른 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템에서 산만도를 교정하기 위한 방법을 더욱 상세하게 도시한 플로우차트이다.
산만도에 따라 경고수준을 달리할 수 있도록 산만도의 수치를 단계화(L1<L2<L3)하여 착석자 또는 관리자에게 경고하는 것이 바람직하기 때문에 하기에서는 산만도의 수치를 달리하여 경고하는 것으로 설명한다.
이를 위해 먼저, 제어부에 무게신호가 전송되면(R1), 식4 및 식5에 의해 산만도를 연산하며(R2), 산만도 또는 자세교정요구율이 일정 수준(L3) 이상인 경우(R3), 예를 들어 산만도의 횟수가 10회, 자세교정요구율이 80% 이상인 경우에는 즉시 사용자에게 알람과 경고 메시지를 전송한다(R4).
또 산만도 또는 자세교정요구율이 특정 범위(L2)에 있는 경우(R5), 예를 들면 산만도 횟수가 5~9회, 자세교정요구율이 30~79%인 경우에는 착석자 또는 관리자에게 즉시 주의 메시지를 전송하거나 또는 일정 주기적으로 주의 경보를 전송하여 착석자 또는 관리자가 자세교정 및 산만도 교정을 위한 참고자료로 사용할 수 있도록 한다.(R6)
또, 산만도 또는 자세교정요구율이 낮을(L1) 경우(R7), 예를 들면 산만도 횟수가 4회 이하, 자세교정율이 30% 미만인 경우에는 정상으로 진단한다.
필요한 경우 산만도의 레벨에 따라 경고횟수를 달리하거나 청각적 경보를 위해 알람장치의 소리크기를 조정할 수 있다.
진단된 결과 또는 경고메시지, 주의 메시지 등은 모두 사용자에게 전송되거나 데이터 로거에 저장(R8)되도록 하여 나중에 산만도 진단 또는 교정을 위한 자료로 활용(R9)될 수 있도록 함이 바람직하다.
제어부(3)에서 단말장치(4)로의 신호는 유선 또는 무선으로 전송될 수 있으며, 이를 위하여 신호송신부는 제어부에서 연산된 자세정보를 통신신호로 변환한다.
유선에 의한 전송방식은 유선케이블 또는 광케이블 등을 사용할 수 있으며, 무선에 의한 전송방식은 블루투스(Bluetooth), 오이파이(WiFi), 지그비(ZigBee), 지웨이브(Z-wave) 또는 NFC 등의 무선 네트워크를 이용할 수 있다.
블루투스는 반경 10m, 와이파이는 반경 50m, 지그비는 반경 10m, 지웨이브는 반경 30m, NFC의 경우는 반경 10m이내의 장치와 연결될 수 있으며, 어떤 기기이든 관계없으나 널리 사용되는 블루투스를 이용하는 전송방식을 사용함이 사용범위나 사용자 확대 측면에서 바람직하다.
도 7은 본 발명에 따른 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템의 단말장치 어플리케이션의 초기 설정화면이다.
본 발명의 실시예에 따른 단말장치(4), 특히 스마트폰에서 구현되는 자세 애플리케이션은 도7의 (a)와 같은 초기 착석자의 착석자세 측정화면과 도7의 (b)와 같이 환경설정 화면으로 구성된다.
먼저, 도 7의 (a)는 바른 자세 및 집중력 향상을 위하여 바른 자세의 기준을 세팅하기 위한 것으로, 착석자에게 바른 자세를 요구하고 시작하기 버튼을 눌러 로드셀에서 무게신호를 측정하는 순서를 보여준다.
측정이 시작되면 착석자의 착석자세를 가상의 3D로 표현하여 직관적으로 교정에 도움을 줄 수 있도록 구성함이 바람직하다.
도 7의 (b)는 환경설정 부분으로서, 어느 정도의 산만도 및 자세교정요구율에서 경보할 것인지와 일정 시간을 어떻게 설정할 것인지, 경보를 소리로 설정할지 혹은 진동으로 설정할지 등에 대해 셋팅하는 영역이다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 단말장치(4)는 불량 자세가 검출될 시, 착석자 또는 관리자가 미리 정한 환경설정에 따라 진동, 알림음, 팝업 메시지와 같은 다양한 알림 방식으로 사용자에게 경보를 하도록 구성된다.
도 8은 본 발명에 따른 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템에서 스마트폰 어플리케이션에 실제로 제공되는 화면의 예시이다.
도 8의 (a)에서 보여지는 바와 같이 착석자의 인적사항 또는 얼굴이미지가 보여지며, 이를 통해 착석자가 누구인지를 알 수 있도록 구성한다.
또한, 이러한 구성을 통해 사용자 또는 착석자를 지정하면 하나의 단말장치에서 여러 착석자의 착석자세 및 산만도를 모니터링할 수도 있을 것이다.
도 8의 (b)에 보여지듯이 착석자의 무게중심의 변화 및 각도에 따른 자세(posture)를 스마트폰에서 시각적으로 보여주며, 도 8의 (c)에 나타난 바와 같이 착석자의 무게와 산만도, 자세교정요구율, 착석시간 등을 디스플레이 수단을 통해 보여주며, 도 8의 (d)에 나타난 바와 같이 로드셀의 무게신호가 어떻게 변화되는 지를 그래프를 통해 한눈에 파악할 수 있도록 구성한다.
아래 표1은 본 발명의 자세교정 및 산만도 측정에 대한 성능을 평가하기 위하여 피검자 5명을 대상으로 각 자세별 20회의 실험을 수행한 결과이며, 실험의 성능평가결과 96.8%의 놀라운 정확도를 확인할 수 있다.
| 구분 | 중앙 | 좌 | 우 | 앞 | 뒤 | 정확도(%) |
| 중앙 | 92 | 8 | 92 | |||
| 좌 | 100 | 100 | ||||
| 우 | 100 | 100 | ||||
| 앞 | 100 | 100 | ||||
| 뒤 | 8 | 92 | 92 | |||
| 평균 | 96.8 | |||||
이와 같이 본 발명에 따른 3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템은 착석자 스스로 자세를 교정하며, 산만도를 측정할 수 있도록 착석자의 자세변화 및 움직임에 따른 산만도를 지속적으로 전송하여 바른 자세를 유도하며, 집중력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변경 및 변형이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 의해 해석되어 진다.
1: 착석형 의자
10: 착석의자, 20: 상부 유니트, 30: 하부 유니트, 40 : 로드셀
24: 상판, 32: 하판, 42, 44: 브라켓, 50: 신호계측부
2. 신호계측부
21: 가변저항, 22: 전치증폭부, 23: 노치필터, 24: 제 1 증폭기
25: 대역패스필터, 26: 제 2 증폭기(26) 27: 신호출력부
3. 제어부
4. 단말장치(모니터링부)
10: 착석의자, 20: 상부 유니트, 30: 하부 유니트, 40 : 로드셀
24: 상판, 32: 하판, 42, 44: 브라켓, 50: 신호계측부
2. 신호계측부
21: 가변저항, 22: 전치증폭부, 23: 노치필터, 24: 제 1 증폭기
25: 대역패스필터, 26: 제 2 증폭기(26) 27: 신호출력부
3. 제어부
4. 단말장치(모니터링부)
Claims (5)
- 의자의 상부 유니트와 하부 유니트사이에 부착된 3개의 로드셀;과
상기 3개의 로드셀로부터 무게변화에 따른 무게신호를 계측하기 위한 신호계측부;와
상기 계측된 무게신호의 시간적 변화량 연산을 위한 타이머;와
상기 계측된 무게신호의 시간적 변화량에 따라 착석자의 자세 또는 산만도를 포함하는 자세정보를 연산하는 제어부;와
상기 제어부의 자세정보를 통신신호로 변환하여 전송하는 신호송신부; 및
상기 신호송신부에서 전송된 자세정보로 상기 착석자의 자세 또는 산만도를 모니터링하는 단말장치를 포함하고,
상기 단말장치는 상기 산만도의 수치가 임계치 이상인 경우에는 알람 및 경고 메시지를 전달하는 경보수단을 포함하는 것을 특징으로 하는
3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 신호계측부는 무게변화에 대응하여 저항값이 변하는 가변 저항;과
상기 가변저항에 의해 변화되는 전압값을 증폭시키기 위한 전치증폭부;와
상기 증폭된 전압값에서 노이즈를 제거하기 위한 노치필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는
3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 로드셀의 무게신호로 상기 착석자의 착석에 대한 무게중심을 검출하며, 상기 무게중심의 변화에 따라 상기 착석자의 착석자세를 연산하며,
상기 무게신호의 시간적 변화량이 일정 범위를 벗어나는 경우를 산만도로 연산하는 것을 특징으로 하는
3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 단말장치는 자세교정 어플리케이션이 설치된 스마트폰인 것을 특징으로 하는
3-로드셀을 이용한 의자형 착석자세 및 산만도 교정시스템.
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