KR101578200B1 - Functional game system for balance training and quantitative evaluation - Google Patents

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Abstract

균형 능력이 떨어지는 노약자나 환자에 대하여 균형 능력을 정량적으로 평가함과 아울러 균형 능력을 향상시키기 위한 기능성 게임 시스템을 제공한다. 기능성 게임 시스템은 동작 유도 모듈과 동작 분석 모듈 및 게임 제어 모듈을 포함한다. 동작 유도 모듈은 사용자가 위치하는 발판과, 발판의 하부에 결합되어 발판의 6 자유도 운동을 구현하는 모션 플랫폼과, 사용자의 압력분포 중심(COP)의 이동을 측정하는 씨오피(COP) 측정부를 포함한다. 동작 분석 모듈은 동작 분석 카메라와 동작 분석 소프트웨어를 구비하여 사용자의 상지와 하지의 움직임을 측정한다. 게임 제어 모듈은, 게임 소프트웨어를 내장하며 씨오피 측정부로부터 전송 받은 압력분포 중심 데이터 및 동작 분석 모듈로부터 전송 받은 동작 분석 데이터와 연계된 게임을 수행하는 게임 프로그램 처리부와, 게임 화면을 표시하는 표시부를 구비하여 사용자에게 게임 요소를 제공한다.The present invention provides a functional game system for evaluating the balance ability quantitatively and improving the balance ability for the elderly or patients with poor balance ability. The functional game system includes a motion induction module, a motion analysis module, and a game control module. The motion induction module includes a foot plate on which a user is positioned, a motion platform that is coupled to a lower portion of the foot plate to implement six degrees of freedom motion of the foot plate, and a COP measuring unit that measures movement of the user's pressure distribution center (COP) . The motion analysis module includes a motion analysis camera and motion analysis software to measure the motion of the user's upper and lower limbs. The game control module includes a game program processing unit that incorporates game software and executes a game linked with the pressure distribution center data received from the seed measuring unit and the motion analysis data transmitted from the motion analysis module and a display unit displaying the game screen And provides a game element to the user.

Description

균형 능력의 향상 및 정량적 평가를 위한 기능성 게임 시스템 {FUNCTIONAL GAME SYSTEM FOR BALANCE TRAINING AND QUANTITATIVE EVALUATION}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a functional game system for improving balance performance and quantitative evaluation,

본 발명은 기능성 게임 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 균형 능력이 떨어지는 노약자나 환자에 대하여 균형 능력을 정량적으로 평가함과 아울러 균형 능력을 향상시키기 위한 기능성 게임 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a functional game system, and more particularly, to a functional game system for quantitatively evaluating a balance ability for an aged person or a patient whose balance ability is poor, and for improving a balance ability.

의료 및 재활 센터 등에서 거동이 불편한 노약자나 좌우 근육의 균형에 문제가 있는 편마비 환자들을 대상으로 재활 훈련 시스템을 이용한 동적 자세 균형 훈련 및 재활 운동이 행해지고 있다. 통상의 재활 훈련 시스템은 사용자의 움직임을 유도하는 복수의 모션 프레임과, 자신의 운동 상태 정보를 모니터링할 수 있는 모니터로 구성된다.In the medical and rehabilitation centers, dynamic postural balance training and rehabilitation exercises using a rehabilitation training system are being performed for the elderly who are uncomfortable with the movement or hemiplegic patients who have problems in balance of the right and left muscles. A typical rehabilitation training system consists of a plurality of motion frames for inducing a user's motion and a monitor capable of monitoring his / her motion state information.

그런데 기존의 재활 훈련 시스템은 단순한 육체적 반복 훈련으로서 치료 대상자의 흥미를 유발하기 어려워 치료가 효과적이지 않으며, 지속적인 치료에 한계가 있다. 또한, 기존의 재활 훈련 시스템은 환자의 균형 능력을 정량화된 객관적인 지표로 나타내지 못하고 있으며, 사용자의 균형 능력에 따라 치료 단계별 훈련 강도가 체계적으로 정립되지 않아 환자 맞춤형 균형 훈련 시스템이 제공되지 못하고 있다.However, the existing rehabilitation training system is merely physical repetition training, and it is difficult to induce the interest of the subject to be treated, so that the treatment is not effective and there is a limit in continuous treatment. In addition, the existing rehabilitation training system does not show the patient 's balance ability as a quantified objective indicator and the training intensity according to the user' s balance ability is not systematically established.

본 발명은 지속적인 흥미를 유발시키는 게임 방식을 통해 환자의 자발적, 지속적 재활 의지를 고취시키고 치료 효과를 높일 수 있는 균형 능력의 향상 및 정량적 평가를 위한 기능성 게임 시스템을 제공하고자 한다.The present invention aims to provide a functional game system for enhancing the balance ability and quantitative evaluation that can stimulate voluntary and continuous rehabilitation intention of a patient through a game method that induces a continuous interest, and increase a therapeutic effect.

또한, 본 발명은 환자의 균형 능력을 정량화된 지표로 나타낼 수 있으며, 환자 맞춤형 균형 훈련을 제공할 수 있는 균형 능력의 향상 및 정량적 평가를 위한 기능성 게임 시스템을 제공하고자 한다.The present invention also provides a functional game system for improving the balance ability and quantitative evaluation capable of representing a patient's balance ability as a quantitative index and providing patient-customized balance training.

본 발명의 일 실시예에 따른 균형 능력의 향상 및 정량적 평가를 위한 기능성 게임 시스템은 동작 유도 모듈과 동작 분석 모듈 및 게임 제어 모듈을 포함한다. 동작 유도 모듈은 사용자가 위치하는 발판과, 발판의 하부에 결합된 복수의 실린더를 포함하고 발판의 x축 롤링 운동과 y축 피칭 운동 및 z축 직선 운동을 구현하는 모션 플랫폼과, 사용자의 압력분포 중심(center of pressure, COP)의 이동을 측정하는 씨오피(COP) 측정부를 포함한다. 동작 분석 모듈은 동작 분석 카메라와 동작 분석 소프트웨어를 구비하여 사용자의 상지와 하지의 움직임을 측정한다. 게임 제어 모듈은, 게임 소프트웨어를 내장하며 씨오피 측정부로부터 전송 받은 압력분포 중심 데이터 및 동작 분석 모듈로부터 전송 받은 동작 분석 데이터와 연계된 게임을 수행하는 게임 프로그램 처리부와, 게임 화면을 표시하는 표시부를 구비하여 사용자에게 게임 요소를 제공한다. 복수의 구동 실린더 각각은 바닥판에 고정되는 실린더 본체와, 공압 또는 유압에 의해 상승 또는 하강하는 피스톤을 포함하고, 피스톤의 단부는 볼 조인트부에 의해 발판에 결합된다.A functional game system for improving balance performance and quantitative evaluation according to an embodiment of the present invention includes an operation induction module, an operation analysis module, and a game control module. The motion induction module includes a foot platform on which a user is positioned, a motion platform including a plurality of cylinders coupled to a lower portion of the foot plate and implementing x-axis rolling motion, y-axis pitching motion, and z- And a COP measuring unit for measuring the movement of the center of pressure (COP). The motion analysis module includes a motion analysis camera and motion analysis software to measure the motion of the user's upper and lower limbs. The game control module includes a game program processing unit that incorporates game software and executes a game linked with the pressure distribution center data received from the seed measuring unit and the motion analysis data transmitted from the motion analysis module and a display unit displaying the game screen And provides a game element to the user. Each of the plurality of drive cylinders includes a cylinder body fixed to the bottom plate and a piston which is raised or lowered by pneumatic or hydraulic pressure, and the end of the piston is coupled to the foot plate by the ball joint portion.

복수의 구동 실린더는 발판의 원주 방향을 따라 등간격으로 배치될 수 있고, 독립적으로 작동할 수 있다.The plurality of drive cylinders can be arranged at equal intervals along the circumferential direction of the foot plate, and can operate independently.

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씨오피 측정부는 모션 플랫폼에 내장된 복수의 로드셀과, 복수의 로드셀과 전기적으로 연결된 회로부를 포함할 수 있으며, 지면 반발력의 크기와 압력분포 중심의 이동을 실시간으로 측정할 수 있다.The seed measuring unit may include a plurality of load cells built in the motion platform and a circuit unit electrically connected to the plurality of load cells, and can measure the magnitude of the ground reaction force and the movement of the pressure distribution center in real time.

동작 분석 카메라는 적외선 카메라이고, 동작 분석 소프트웨어는 적외선을 조사하고 반사되는 시간 차이를 감지하여 사용자의 모션 패턴을 인식할 수 있다. 다른 한편으로, 동작 분석 카메라는 3차원 깊이 카메라이고, 동작 분석 소프트웨어는 3차원 깊이 카메라의 영상 정보로부터 깊이 데이터를 추출하고, 사용자의 전신 인식 및 배경 제거 과정을 거쳐 사용자의 관절 위치 및 이동 방향을 검출할 수 있다.The motion analysis camera is an infrared camera, and the motion analysis software can recognize the motion pattern of the user by irradiating the infrared ray and detecting the time difference of reflected. On the other hand, the motion analysis camera is a 3D depth camera, and the motion analysis software extracts depth data from the image information of the 3D depth camera and extracts the user's joint position and movement direction Can be detected.

게임 프로그램 처리부의 게임 컨텐츠는 실제 환경과 가상의 객체가 혼합된 증강 현실 게임으로 이루어질 수 있다. 게임 프로그램 처리부는 게임 진행과 동시에 게임과 연관된 압력분포 중심의 경로 정보와 동작 수행 정확도 정보를 출력할 수 있고, 출력된 정보는 개인별 데이터베이스에 저장될 수 있다.The game contents of the game program processing unit may be an augmented reality game in which a real environment and a virtual object are mixed. At the same time as the game progresses, the game program processing unit can output path information and operation performance accuracy information centered on the pressure distribution associated with the game, and the output information can be stored in the individual database.

게임 제어 모듈은 모션 플랫폼 제어부를 포함할 수 있다. 모션 플랫폼 제어부는 게임 프로그램 처리부와 연동하여 복수의 구동 실린더에 독립적인 제어 신호를 출력할 수 있다.The game control module may include a motion platform control unit. The motion platform control unit may output a control signal independent of the plurality of drive cylinders in cooperation with the game program processing unit.

게임 제어 모듈은 평가부를 포함할 수 있다. 평가부는 게임 프로그램 처리부와 연동하여 사용자의 모션 정확도 및 압력분포 중심의 정확도를 평가하고, 사용자의 안정된 균형 유지 여부에 따라 사용자에게 피드백 신호를 제공할 수 있다.The game control module may include an evaluation unit. The evaluating unit evaluates the precision of the motion accuracy and pressure distribution center of the user in cooperation with the game program processing unit, and can provide a feedback signal to the user depending on whether the user maintains a stable balance.

균형 능력의 향상 및 정량적 평가를 위한 기능성 게임 시스템은, 사용자의 상체에 착용 가능하고, 고정 프레임에 연결되어 게임 중 사용자의 낙상을 방지하는 하니스를 더 포함할 수 있다. 하니스에는 진동 소자와 알람 부저 및 스피커 중 적어도 하나를 포함하는 피드백 장치가 설치될 수 있다. 평가부의 피드백 신호는 진동 소자를 이용한 진동 신호와, 알람 부저 또는 스피커를 이용한 청각 신호 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The functional game system for improving the balance ability and quantitative evaluation may further include a harness that can be worn on the upper body of the user and connected to the fixed frame to prevent the user from falling during the game. The harness may be provided with a feedback device including a vibrating element and at least one of an alarm buzzer and a speaker. The feedback signal of the evaluation unit may include at least one of a vibration signal using a vibration element and an audible signal using an alarm buzzer or a speaker.

본 발명의 일 실시예에 따른 균형 능력의 향상 및 정량적 평가를 위한 기능성 게임 시스템의 작동 방법은, 복수의 구동 실린더를 포함하며 x축 롤링 운동과 y축 피칭 운동 및 z축 직선 운동을 구현하는 모션 플랫폼을 작동시켜 사용자가 위치하는 발판을 움직이는 단계와, 씨오피 측정부를 이용하여 지면 반발력의 크기와 압력분포 중심의 이동을 측정하고, 측정된 압력분포 중심 정보를 게임 프로그램 처리부에 전송하는 단계와, 동작 분석 모듈을 이용하여 사용자의 상지와 하지의 움직임을 측정하고, 측정된 동작 분석 정보를 게임 프로그램 처리부에 전송하는 단계와, 게임 프로그램 처리부에서 압력분포 중심 정보 및 동작 분석 정보와 연계된 게임을 실행함과 아울러 표시부에 게임 화면을 표시하여 사용자에게 게임 요소를 제공하는 단계를 포함한다. 복수의 구동 실린더 각각은 바닥판에 고정되는 실린더 본체와, 공압 또는 유압에 의해 상승 또는 하강하는 피스톤을 포함하고, 피스톤의 단부는 볼 조인트부에 의해 발판에 결합된다.A method of operating a functional game system for improving balance performance and quantitative evaluation according to an exemplary embodiment of the present invention includes a plurality of driving cylinders, and includes a plurality of motion cylinders, each of which includes an x-axis rolling motion, a y-axis pitching motion, Measuring a displacement of the center of the pressure distribution center and a magnitude of the ground reaction force using the ceeopi measuring unit and transmitting the measured pressure distribution center information to the game program processing unit; Measuring a motion of a user's upper and lower limbs using a motion analysis module and transmitting the measured motion analysis information to a game program processing unit; executing a game linked to pressure distribution center information and motion analysis information in the game program processing unit; And displaying the game screen on the display unit to provide the game element to the user . Each of the plurality of drive cylinders includes a cylinder body fixed to the bottom plate and a piston which is raised or lowered by pneumatic or hydraulic pressure, and the end of the piston is coupled to the foot plate by the ball joint portion.

게임 요소를 제공하는 단계는, 게임 진행과 동시에 게임과 연관된 압력분포 중심의 경로 정보와 동작 수행 정확도 정보를 출력하고, 출력된 정보를 개인별 데이터베이스에 저장하는 과정을 더 포함할 수 있다.The step of providing the game element may further include the step of outputting path information and operation performance accuracy information centered on the pressure distribution associated with the game while the game progresses and storing the output information in the individual database.

게임 요소를 제공하는 단계는, 사용자의 모션 정확도 및 압력분포 중심의 정확도를 평가하고, 사용자의 안정된 균형 유지 여부에 따라 사용자에게 피드백 신호를 제공하는 과정을 더 포함할 수 있다.The step of providing the game element may further include the step of evaluating the accuracy of the user's motion accuracy and the center of the pressure distribution and providing a feedback signal to the user depending on whether the user maintains a stable balance.

본 실시예의 기능성 게임 시스템에 따르면, 증강 현실 게임을 통해 환자의 자발적 및 지속적 재활 의지를 높일 수 있고, 지속적인 훈련을 통해 치료 효과를 높일 수 있다. 또한, 환자의 균형 능력을 정량화된 지표로 나타낼 수 있으며, 데이터베이스에 저장된 환자별 치료 이력을 통해 환자 맞춤형 균형 훈련을 제공할 수 있다.According to the functional game system of the present embodiment, it is possible to increase the voluntary and continuous rehabilitation will of the patient through the augmented reality game, and the treatment effect can be enhanced through continuous training. In addition, the patient's balance ability can be expressed as a quantified index, and patient-tailored balance training can be provided through the patient's individual history stored in the database.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 게임 시스템의 전체 구성을 나타낸 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시한 동작 유도 모듈 중 발판과 모션 플랫폼의 개략 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시한 동작 유도 모듈 중 발판과 씨오피 측정부의 개략도이다.
도 4는 도 1에 도시한 기능성 게임 시스템의 구성도이다.
도 5는 도 1에 도시한 기능성 게임 시스템의 게임 진행을 나타낸 흐름도이다.
FIG. 1 is a schematic view showing the overall configuration of a functional game system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic perspective view of a foot plate and a motion platform of the motion induction module shown in FIG. 1. FIG.
3 is a schematic view of a foot plate and a ceeopi measuring unit of the motion induction module shown in Fig.
Fig. 4 is a configuration diagram of the functional game system shown in Fig. 1. Fig.
5 is a flowchart showing the game progress of the functional game system shown in Fig.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary 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 to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 균형 능력의 향상 및 정량적 평가를 위한 기능성 게임 시스템(이하, “기능성 게임 시스템”이라 한다)의 전체 구성을 나타낸 개략도이다.1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a functional game system (hereinafter referred to as a "functional game system") for improving balance performance and quantitative evaluation according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 본 실시예의 기능성 게임 시스템(100)은 크게 발판(11)을 움직여 사용자의 움직임을 유도하는 동작 유도 모듈(10)과, 사용자의 상지와 하지의 움직임을 측정하는 동작 분석 모듈(20)과, 게임 소트프웨어를 내장하며 사용자의 동작과 연계된 게임 요소를 제공하는 게임 제어 모듈(30)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the functional game system 100 of the present embodiment includes an operation induction module 10 for moving a footrest 11 to guide a user's movement, an operation analysis module 10 for measuring a movement of a user's upper and lower limbs, And a game control module 30 that incorporates game software and provides a game element associated with a user's operation.

동작 유도 모듈(10)은 사용자가 위치하는 발판(11)과, 발판(11)의 하부에 결합되어 발판(11)의 6 자유도 운동을 구현하는 모션 플랫폼(12)과, 모션 플랫폼(12)에 결합되어 사용자의 압력분포 중심(center of pressure, COP)의 이동을 측정하는 씨오피(COP) 측정부(도시하지 않음)로 구성된다.The motion induction module 10 includes a foot plate 11 on which a user is positioned, a motion platform 12 coupled to a lower portion of the foot plate 11 to implement six degrees of freedom motion of the foot plate 11, And a COP measuring unit (not shown) coupled to the pressure sensor and measuring the movement of the pressure of the user's center of pressure (COP).

도 2는 도 1에 도시한 동작 유도 모듈 중 발판과 모션 플랫폼의 개략 사시도이다.FIG. 2 is a schematic perspective view of a foot plate and a motion platform of the motion induction module shown in FIG. 1. FIG.

도 2를 참고하면, 모션 플랫폼(12)은 발판(11)의 아래에서 발판(11)의 원주 방향을 따라 등간격으로 배치되며 독립적으로 작동하는 세 개 이상의 구동 실린더(13)로 구성된다. 도 2에서는 네 개의 구동 실린더(13)를 도시하였으나, 구동 실린더(13)의 개수는 도시한 예로 한정되지 않는다.2, the motion platform 12 is composed of three or more drive cylinders 13 which are arranged at regular intervals along the circumferential direction of the foot plate 11 under the foot plate 11 and operate independently. Although FIG. 2 shows four drive cylinders 13, the number of drive cylinders 13 is not limited to the illustrated example.

각각의 구동 실린더(13)는 도시하지 않은 바닥판에 고정되는 실린더 본체(131)와, 공압 또는 유압에 의해 실린더 본체(131)로부터 상승 또는 하강 운동을 하는 피스톤(132)을 포함한다. 피스톤(132)의 단부는 볼 조인트부(133)에 의해 발판(11)의 아랫면에 결합될 수 있다. 볼 조인트부(133)는 2개 축(x축 및 y축) 중심의 회전 자유도를 허용하며, 피스톤(132)의 높이 차이가 발생할 때 발판(11)이 자연스럽게 기울어지도록 한다.Each of the drive cylinders 13 includes a cylinder body 131 fixed to a bottom plate (not shown) and a piston 132 moving up or down from the cylinder body 131 by pneumatic or hydraulic pressure. The end of the piston 132 can be coupled to the lower surface of the foot plate 11 by the ball joint portion 133. The ball joint portion 133 permits rotational degrees of freedom about the center of the two axes (x and y axes) and allows the footplate 11 to naturally tilt when the height difference of the piston 132 occurs.

전술한 구성의 모션 플랫폼(12)은 x축 롤링 운동과 y축 피칭 운동과 z축 직선 운동을 구현한다. 여기서, x축과 y축 및 z축은 직교 좌표계의 각 축을 의미하며, 발판에 올라선 사용자를 기준으로 x축 롤링 운동은 좌우로 흔들리는 운동이고, y축 피칭 운동은 앞뒤로 흔들리는 운동이며, z축 직선 운동은 위아래로 움직이는 운동을 의미할 수 있다.The motion platform 12 of the above-described configuration implements x-axis rolling motion, y-axis pitching motion, and z-axis linear motion. The x-axis, y-axis, and z-axis represent the respective axes of the orthogonal coordinate system. The x-axis rolling motion is a swaying motion in the left and right directions based on the user who is on the footstool. Exercise can mean movement up and down.

모션 플랫폼(12)은 게임 제어 모듈(30)에 구비된 모션 플랫폼 제어부(33)의 조작 신호에 따라 복수의 구동 실린더(13)를 다양한 조합으로 작동시켜 발판(11)을 움직이며, 발판(11)은 전술한 x축 롤링 운동과 y축 피칭 운동 및 z축 직선 운동이 이루어진다.The motion platform 12 moves the foot plate 11 by operating the plurality of drive cylinders 13 in various combinations according to the operation signal of the motion platform control section 33 provided in the game control module 30, ) Performs the above-described x-axis rolling motion, y-axis pitching motion and z-axis linear motion.

도 3은 도 1에 도시한 동작 유도 모듈 중 발판과 씨오피 측정부의 개략도이다.3 is a schematic view of a foot plate and a ceeopi measuring unit of the motion induction module shown in Fig.

도 3을 참고하면, 씨오피 측정부(14)는 모션 플랫폼(12)에 내장된 복수의 로드셀(141)과, 복수의 로드셀(141)과 전기적으로 연결된 회로부(142)로 구성될 수 있다. 복수의 로드셀(141)은 피스톤(132)의 단부에 설치되거나 볼 조인트부(133)에 설치될 수 있다. 로드셀(141)에 가해지는 힘에 의해 로드셀(141) 내부 도선의 길이 변화가 생기면 이는 도선의 저항 변화로 이어지며, 저항 변화는 회로부(142)에 내장된 휘트스톤 브릿지를 통해 증폭된 신호를 생성한다.3, the seed measuring unit 14 may include a plurality of load cells 141 built in the motion platform 12 and a circuit unit 142 electrically connected to the plurality of load cells 141. The plurality of load cells 141 may be installed at the end of the piston 132 or at the ball joint portion 133. If the length of the internal conductor of the load cell 141 changes due to the force applied to the load cell 141, this leads to a change in the resistance of the conductor. The resistance change causes a signal amplified through the Wheatstone bridge built in the circuit unit 142 to be generated do.

회로부(142)의 출력 신호는 발판(11)을 누르는 힘의 크기에 비례하므로, 로드셀(141)과 회로부(142)로 구성된 씨오피 측정부(14)를 이용하면 사용자의 움직임에 따른 압력분포 중심의 이동 및 지면 반발력의 크기를 실시간으로 측정할 수 있다. 씨오피 측정부(14)가 측정한 사용자의 압력분포 중심 이동 정보는 게임 제어 모듈(30)로 전송된다.The output signal of the circuit unit 142 is proportional to the magnitude of the pressing force of the foot plate 11. Therefore, by using the seed measuring unit 14 composed of the load cell 141 and the circuit unit 142, And the magnitude of the ground reaction force can be measured in real time. The pressure distribution center movement information of the user measured by the seed measuring unit 14 is transmitted to the game control module 30. [

도 1을 참고하면, 동작 분석 모듈(20)은 동작 분석 카메라(21)와 동작 분석 소프트웨어로 구성되며, 사용자의 상지와 하지의 움직임을 측정한다. 동작 분석 카메라(21)는 적외선 카메라이거나 3차원 깊이 카메라일 수 있다.Referring to FIG. 1, the motion analysis module 20 includes a motion analysis camera 21 and motion analysis software, and measures the motion of the user's upper and lower limbs. The motion analysis camera 21 may be an infrared camera or a three-dimensional depth camera.

적외선 카메라의 경우 동작 분석 소프트웨어는 적외선을 조사하고 반사되는 시간 차이(time of flight)를 감지하여 사용자의 모션 패턴을 인식한다. 3차원 깊이 카메라의 경우 동작 분석 소프트웨어는 제공받은 카메라 영상 정보로부터 깊이 데이터를 추출하고, 전신 인식 및 배경 제거 과정을 거쳐 사용자의 관절 위치 및 이동 방향을 검출한다.In the case of an infrared camera, motion analysis software recognizes the user's motion pattern by irradiating infrared rays and detecting the reflected time of flight. In the case of the 3D depth camera, the motion analysis software extracts the depth data from the camera image information and detects the joint position and movement direction of the user through the whole body recognition and background removal process.

동작 분석 모듈(20)이 분석한 사용자의 동작 정보는 게임 제어 모듈(30)로 전송된다. 동작 유도 모듈(10)과 동작 분석 모듈(20)은 게임 제어 모듈(30)과 유선 또는 무선으로 연결된다. 무선 연결의 경우 블루투스 통신 모듈 또는 무선 인터넷 통신 모듈이 적용될 수 있다.The action information of the user analyzed by the action analysis module 20 is transmitted to the game control module 30. [ The operation inducing module 10 and the operation analysis module 20 are connected to the game control module 30 in a wired or wireless manner. In case of wireless connection, a Bluetooth communication module or a wireless Internet communication module may be applied.

본 실시예의 기능성 게임 시스템(100)은 사용자의 낙상을 방지하기 위한 하니스(40)를 포함할 수 있다. 하니스(40)는 고정 프레임(41)에 연결되며, 사용자의 상체에 착용 가능한 조끼 모양 또는 3점식 벨트 모양으로 이루어질 수 있다. 하니스(40)에는 진동 소자나 알람 부저 또는 스피커 등의 피드백 장치(42)가 설치될 수 있고, 수행 동작의 적절성에 따라 사용자에게 진동 촉각이나 청각 신호 등의 피드백 신호가 제공될 수 있다.The functional game system 100 of the present embodiment may include a harness 40 for preventing a user from falling. The harness 40 is connected to the fixed frame 41 and can be formed into a vest shape or a three-point belt shape that can be worn on the user's upper body. The harness 40 may be provided with a feedback device 42 such as a vibration device, an alarm buzzer or a speaker, and a feedback signal such as a vibration sense angle or an auditory signal may be provided to the user depending on the suitability of the operation.

도 4는 도 1에 도시한 기능성 게임 시스템의 구성도이다.Fig. 4 is a configuration diagram of the functional game system shown in Fig. 1. Fig.

도 4를 참고하면, 게임 제어 모듈(30)은 일반 개인용 컴퓨터나 노트북 등의 컴퓨터를 기반으로 하는 장치이며, 게임 프로그램 처리부(31) 및 이와 연결된 표시부(32), 모션 플랫폼 제어부(33), 데이터베이스(34), 및 평가부(35)를 포함할 수 있다.4, the game control module 30 is a computer-based device such as a general personal computer or a notebook computer. The game control module 30 includes a game program processing unit 31 and a display unit 32 connected thereto, a motion platform control unit 33, (34), and an evaluation unit (35).

게임 프로그램 처리부(31)는 게임 소프트웨어를 내장하고, 씨오피 측정부(13)로부터 전송 받은 사용자의 압력분포 중심(COP) 측정 데이터 및 동작 분석 모듈(20)로부터 전송 받은 모션 캡쳐 데이터를 기반으로 이들 데이터와 연계된 게임을 수행한다. 표시부(32)는 게임 프로그램 처리부(31)의 출력 데이터를 시각화하여 게임 요소를 제공하며, 치료를 위한 데이터 및 치료 이력을 같이 표시할 수 있다.The game program processing section 31 incorporates game software, and based on the user's pressure distribution center (COP) measurement data transmitted from the seed measurement section 13 and the motion capture data transmitted from the motion analysis module 20, Perform a game linked to data. The display unit 32 visualizes the output data of the game program processing unit 31 to provide a game element, and can display the data for treatment and the treatment history together.

게임 프로그램 처리부(31)의 게임 컨텐츠는 실제 환경과 가상의 객체가 혼합된 정보를 바탕으로 하는 증강 현실 게임일 수 있다. 즉 압력분포 중심 측정 데이터와 모션 캡쳐 데이터는 현실 환경을 반영하여 증강 현실에 표현되며, 사용자는 표시부(32)에 나타난 증강 현실 화면을 보면서 균형을 조정하도록 훈련받을 수 있다.The game content of the game program processing unit 31 may be an augmented reality game based on information obtained by mixing a real environment and a virtual object. That is, the pressure distribution center measurement data and the motion capture data are expressed in the augmented reality reflecting the real environment, and the user can be trained to adjust the balance while viewing the augmented reality screen displayed on the display unit 32. [

모션 플랫폼 제어부(33)는 게임 프로그램 처리부(31)의 출력 신호에 따라 복수의 구동 실린더(13)를 독립적으로 작동시켜 발판(11)을 움직인다. 모션 플랫폼(12)은 게임의 난이도나 사용자의 반응에 따라 다양한 움직임을 구현할 수 있다.The motion platform control unit 33 independently operates the plurality of drive cylinders 13 according to the output signal of the game program processing unit 31 to move the foot plate 11. [ The motion platform 12 can implement various movements according to the difficulty of the game or the reaction of the user.

게임 프로그램 처리부(31)는 게임 진행과 동시에 게임과 연관된 압력분포 중심의 경로 정보와 동작 수행 정확도 정보를 출력하며, 출력된 정보는 개인별 데이터베이스(34)에 저장될 수 있다. 동작 수행 정확도 정보는 사용자의 균형 능력을 압력분포 중심 정보 및 동작 분석 결과를 기반으로 미리 설정된 항목에 따라 정량화한 지표 데이터로서, 이를 이용하여 사용자 별 균형 능력을 정량적으로 평가 및 관리할 수 있다.The game program processing unit 31 outputs path information and operation performance accuracy information at the center of the pressure distribution associated with the game at the same time as the game progresses, and the output information can be stored in the individual database 34. The operation performance accuracy information is index data obtained by quantifying the balance capability of the user according to preset items based on the pressure distribution center information and motion analysis results, and can be used to quantitatively evaluate and manage the balance capability for each user.

평가부(35)는 게임 프로그램 처리부(31)와 연동하여 사용자의 모션 정확도와 압력분포 중심의 정확도를 평가하며, 측정된 압력분포 중심의 이동 거리와 분산을 바탕으로 사용자의 안정된 균형 유지 여부에 따라 사용자에게 적절한 피드백 신호를 제공할 수 있다.The evaluation unit 35 evaluates the accuracy of the user's motion accuracy and the center of the pressure distribution in cooperation with the game program processing unit 31 and calculates the accuracy of the user based on the movement distance and the variance of the measured pressure distribution, It is possible to provide an appropriate feedback signal to the user.

피드백 신호는 하니스(40)에 설치된 피드백 장치(42)를 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 피드백 신호는 진동 소자를 이용한 진동 신호나 알람 부저 또는 스피커를 이용한 청각 신호 등으로 구현될 수 있다.The feedback signal may be implemented via a feedback device 42 provided in the harness 40. For example, the feedback signal may be implemented by a vibration signal using a vibration element, an audible buzzer or an audible signal using a speaker.

도 5는 도 1에 도시한 기능성 게임 시스템의 게임 진행을 나타낸 흐름도이다.5 is a flowchart showing the game progress of the functional game system shown in Fig.

도 5를 참고하면, 동작 분석 모듈(20)이 3차원 입체 카메라를 포함하는 경우, 동작 분석 모듈(20)은 3차원 입체 영상 정보로부터 깊이 데이터를 추출하고, 사용자의 전신 인식 및 배경 제거 과정을 거쳐 관절 위치 및 이동 방향을 검출한다. 동작 분석 모듈(20)의 모션 캡쳐 데이터는 게임 제어 모듈의 게임 프로그램 처리부(31)로 전송된다.5, when the motion analysis module 20 includes a three-dimensional stereoscopic camera, the motion analysis module 20 extracts depth data from the three-dimensional stereoscopic image information, Thereby detecting the joint position and movement direction. The motion capture data of the motion analysis module 20 is transmitted to the game program processing unit 31 of the game control module.

씨오피 측정부(13)는 복수의 로드셀을 이용하여 지면의 반력을 측정하고, 압력분포 중심과 적정 압력분포 중심의 범위를 검출한다. 씨오피 측정부(13)의 압력분포 중심 측정 데이터는 게임 제어 모듈의 게임 프로그램 처리부(31)로 전송된다.The seed measuring unit 13 measures the reaction force of the ground using a plurality of load cells and detects the range of the center of the pressure distribution and the center of the appropriate pressure distribution. The pressure distribution center measurement data of the seed measurement unit 13 is transmitted to the game program processing unit 31 of the game control module.

게임 프로그램 처리부는 게임 소프트웨어에 저장된 제스쳐 및 압력분포 중심 라이브러리를 로딩하고, 동작 분석 모듈(20)과 씨오피 측정부(13)로부터 전송 받은 데이터로부터 사용자의 제스처와 압력분포 중심을 인식하여 증강 현실 게임을 수행한다. 표시부(32)는 게임 화면과 더불어 치료 이력과, 정량적 데이터 분석 결과, 및 치료 방향에 관련된 정보를 표시할 수 있다.The game program processing unit loads the gesture and pressure distribution center library stored in the game software and recognizes the user's gesture and pressure distribution center from the data received from the motion analysis module 20 and the seed measurement unit 13, . The display unit 32 can display, along with the game screen, information related to a treatment history, a quantitative data analysis result, and a treatment direction.

전술한 본 실시예의 기능성 게임 시스템(100)에 따르면, 증강 현실 게임을 통해 환자의 자발적 및 지속적 재활 의지를 높일 수 있고, 지속적인 훈련을 통해 치료 효과를 높일 수 있다. 또한, 환자의 균형 능력을 정량화된 지표로 나타낼 수 있으며, 데이터베이스에 저장된 환자별 치료 이력을 통해 환자 맞춤형 균형 훈련을 제공할 수 있다.According to the above-described functional game system 100 of the present embodiment, it is possible to increase the voluntary and continuous rehabilitation intention of the patient through the augmented reality game and to enhance the therapeutic effect through continuous training. In addition, the patient's balance ability can be expressed as a quantified index, and patient-tailored balance training can be provided through the patient's individual history stored in the database.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Of course.

100: 기능성 게임 시스템 10: 동작 유도 모듈
11: 발판 12: 모션 플랫폼
14: 압력분포 중심(COP) 측정부
20: 동작 분석 모듈 21: 동작 분석 카메라
30: 게임 제어 모듈 31: 게임 프로그램 처리부
32: 표시부 33: 모션 플랫폼 제어부
40: 하니스
100: Functional game system 10: Motion induction module
11: Footstep 12: Motion Platform
14: Pressure distribution center (COP) measuring section
20: motion analysis module 21: motion analysis camera
30: game control module 31: game program processor
32: Display section 33: Motion platform control section
40: Harness

Claims (15)

사용자가 위치하는 발판과, 발판의 하부에서 발판의 원주 방향을 따라 등간격으로 배치되며 독립적으로 구동하는 복수의 구동 실린더를 포함하는 모션 플랫폼과, 사용자의 압력분포 중심(center of pressure, COP)의 이동을 측정하는 씨오피(COP) 측정부를 포함하는 동작 유도 모듈;
동작 분석 카메라와 동작 분석 소프트웨어를 구비하여 사용자의 상지와 하지의 움직임을 측정하는 동작 분석 모듈; 및
게임 소프트웨어를 내장하며 상기 씨오피 측정부로부터 전송 받은 압력분포 중심 데이터 및 상기 동작 분석 모듈로부터 전송 받은 동작 분석 데이터와 연계된 게임을 수행하는 게임 프로그램 처리부와, 게임 화면을 표시하는 표시부를 구비하여 사용자에게 게임 요소를 제공하는 게임 제어 모듈
을 포함하며,
상기 복수의 구동 실린더 각각은 바닥판에 고정되는 실린더 본체와, 공압 또는 유압에 의해 상승 또는 하강하는 피스톤을 포함하고, 상기 피스톤의 단부는 볼 조인트부에 의해 상기 발판에 결합되며,
상기 모션 플랫폼은 상기 복수의 구동 실린더의 작동 조합에 의해 상기 발판의 x축 롤링 운동과 y축 피칭 운동 및 z축 직선 운동을 동시에 제어하는 균형 능력의 향상 및 정량적 평가를 위한 기능성 게임 시스템.
A motion platform including a plurality of drive cylinders disposed at regular intervals along the circumferential direction of the foot plate at the bottom of the foot plate and driven independently from each other, and a center of pressure (COP) An operation induction module including a COP measuring unit for measuring movement;
An operation analysis module that includes a motion analysis camera and motion analysis software and measures movement of the user's upper and lower limbs; And
A game program processing unit which embeds game software and performs a game linked with pressure distribution center data received from the seed measuring unit and motion analysis data transmitted from the motion analysis module, and a display unit for displaying a game screen, A game control module
/ RTI >
Wherein each of the plurality of drive cylinders includes a cylinder body fixed to a bottom plate and a piston which is raised or lowered by pneumatic or hydraulic pressure, the end of the piston being coupled to the foot by a ball joint,
Wherein the motion platform is capable of simultaneously controlling the x-axis rolling motion, the y-axis pitching motion, and the z-axis linear motion of the foot plate by the operation combination of the plurality of driving cylinders.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 씨오피 측정부는 상기 모션 플랫폼에 내장된 복수의 로드셀과, 상기 복수의 로드셀과 전기적으로 연결된 회로부를 포함하며, 지면 반발력의 크기와 압력분포 중심의 이동을 실시간으로 측정하는 균형 능력의 향상 및 정량적 평가를 위한 기능성 게임 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the ceeopi measuring unit includes a plurality of load cells built in the motion platform and a circuit unit electrically connected to the plurality of load cells, wherein the ceeopi measuring unit measures the magnitude of the ground reaction force and the movement of the pressure distribution center in real time, Functional game system for evaluation.
제1항에 있어서,
상기 동작 분석 카메라는 적외선 카메라이고,
상기 동작 분석 소프트웨어는 적외선을 조사하고 반사되는 시간 차이를 감지하여 사용자의 모션 패턴을 인식하는 균형 능력의 향상 및 정량적 평가를 위한 기능성 게임 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the motion analysis camera is an infrared camera,
The motion analysis software is a functional game system for improving the balance ability and quantitatively evaluating the user's motion pattern by detecting the time difference reflected by the infrared ray.
제1항에 있어서,
상기 동작 분석 카메라는 3차원 깊이 카메라이고,
상기 동작 분석 소프트웨어는 상기 3차원 깊이 카메라의 영상 정보로부터 깊이 데이터를 추출하고, 사용자의 전신 인식 및 배경 제거 과정을 거쳐 사용자의 관절 위치 및 이동 방향을 검출하는 균형 능력의 향상 및 정량적 평가를 위한 기능성 게임 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the motion analysis camera is a 3D depth camera,
The motion analysis software extracts depth data from the image information of the 3D depth camera, and detects the joint position and movement direction of the user through the whole body recognition and background removal process of the user, Game system.
제1항에 있어서,
상기 게임 프로그램 처리부의 게임 컨텐츠는 실제 환경과 가상의 객체가 혼합된 증강 현실 게임으로 이루어지는 균형 능력의 향상 및 정량적 평가를 위한 기능성 게임 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the game content of the game program processing unit is an augmented reality game in which an actual environment and a virtual object are mixed, and for improving the balance ability and quantitatively evaluating the game.
제7항에 있어서,
상기 게임 프로그램 처리부는 게임 진행과 동시에 게임과 연관된 압력분포 중심의 경로 정보와 동작 수행 정확도 정보를 출력하며, 출력된 정보는 개인별 데이터베이스에 저장되는 균형 능력의 향상 및 정량적 평가를 위한 기능성 게임 시스템.
8. The method of claim 7,
The game program processing unit outputs path information and operation performance accuracy information of a pressure distribution center associated with the game while the game progresses, and the output information is stored in an individual database to improve balance capability and quantitative evaluation.
제1항에 있어서,
상기 게임 제어 모듈은 모션 플랫폼 제어부를 포함하며,
상기 모션 플랫폼 제어부는 상기 게임 프로그램 처리부와 연동하여 상기 복수의 구동 실린더에 독립적인 제어 신호를 출력하는 균형 능력의 향상 및 정량적 평가를 위한 기능성 게임 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the game control module includes a motion platform control unit,
Wherein the motion platform control unit is operable with the game program processing unit to output a control signal independent of the plurality of drive cylinders to improve the balance ability and quantitatively evaluate the balance ability.
제1항에 있어서,
상기 게임 제어 모듈은 평가부를 포함하며,
상기 평가부는 상기 게임 프로그램 처리부와 연동하여 사용자의 모션 정확도 및 압력분포 중심의 정확도를 평가하고, 사용자의 안정된 균형 유지 여부에 따라 사용자에게 피드백 신호를 제공하는 균형 능력의 향상 및 정량적 평가를 위한 기능성 게임 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the game control module includes an evaluation unit,
The evaluation unit evaluates the precision of the motion accuracy and the pressure distribution center of the user in cooperation with the game program processing unit and evaluates the accuracy of the balance of the balance function and the functional game for quantitative evaluation system.
제10항에 있어서,
상기 사용자의 상체에 착용 가능하고, 고정 프레임에 연결되어 게임 중 사용자의 낙상을 방지하는 하니스를 더 포함하며,
상기 하니스에는 진동 소자와 알람 부저 및 스피커 중 적어도 하나를 포함하는 피드백 장치가 설치되는 균형 능력의 향상 및 정량적 평가를 위한 기능성 게임 시스템.
11. The method of claim 10,
Further comprising a harness that is wearable on the upper body of the user and is connected to the fixed frame to prevent a user from falling during a game,
Wherein the harness is provided with a feedback device including at least one of a vibration element, an alarm buzzer and a speaker, for enhancing balance capability and quantitative evaluation.
제11항에 있어서,
상기 평가부의 피드백 신호는 상기 진동 소자를 이용한 진동 신호와, 상기 알람 부저 또는 상기 스피커를 이용한 청각 신호 중 적어도 하나를 포함하는 균형 능력의 향상 및 정량적 평가를 위한 기능성 게임 시스템.
12. The method of claim 11,
Wherein the feedback signal of the evaluation unit includes at least one of a vibration signal using the vibration element and an auditory signal using the alarm buzzer or the speaker.
발판의 원주 방향을 따라 등간격으로 배치되며 독립적으로 작동하는 복수의 구동 실린더를 포함하는 모션 플랫폼을 작동시켜 발판을 움직이는 단계;
씨오피 측정부를 이용하여 지면 반발력의 크기와 압력분포 중심의 이동을 측정하고, 측정된 압력분포 중심 정보를 게임 프로그램 처리부에 전송하는 단계;
동작 분석 모듈을 이용하여 사용자의 상지와 하지의 움직임을 측정하고, 측정된 동작 분석 정보를 상기 게임 프로그램 처리부에 전송하는 단계; 및
상기 게임 프로그램 처리부에서 상기 압력분포 중심 정보 및 상기 동작 분석 정보와 연계된 게임을 실행함과 아울러 표시부에 게임 화면을 표시하여 사용자에게 게임 요소를 제공하는 단계
를 포함하며,
상기 복수의 구동 실린더 각각은 바닥판에 고정되는 실린더 본체와, 공압 또는 유압에 의해 상승 또는 하강하는 피스톤을 포함하고, 상기 피스톤의 단부는 볼 조인트부에 의해 상기 발판에 결합되며,
상기 모션 플랫폼은 상기 복수의 구동 실린더의 작동 조합에 의해 상기 발판의 x축 롤링 운동과 y축 피칭 운동 및 z축 직선 운동을 동시에 제어하는 균형 능력의 향상 및 정량적 평가를 위한 기능성 게임 시스템의 작동 방법.
Moving a foot plate by operating a motion platform including a plurality of independent driving cylinders arranged at regular intervals along a circumferential direction of a foot plate;
Measuring the magnitude of the ground reaction force and the movement of the center of the pressure distribution using the seed measuring unit and transmitting the measured pressure distribution center information to the game program processing unit;
Measuring motion of the user's upper and lower limbs using the motion analysis module, and transmitting the measured motion analysis information to the game program processing unit; And
Executing the game linked with the pressure distribution center information and the motion analysis information in the game program processing unit and displaying a game screen on the display unit to provide a game element to the user
/ RTI >
Wherein each of the plurality of drive cylinders includes a cylinder body fixed to a bottom plate and a piston which is raised or lowered by pneumatic or hydraulic pressure, the end of the piston being coupled to the foot by a ball joint,
Wherein the motion platform includes a plurality of drive cylinders, and the motion platform includes a plurality of drive cylinders, the plurality of drive cylinders being operatively associated with the plurality of drive cylinders, .
제13항에 있어서,
상기 게임 요소를 제공하는 단계는,
게임 진행과 동시에 게임과 연관된 압력분포 중심의 경로 정보와 동작 수행 정확도 정보를 출력하고, 출력된 정보를 개인별 데이터베이스에 저장하는 과정을 더 포함하는 균형 능력의 향상 및 정량적 평가를 위한 기능성 게임 시스템의 작동 방법.
14. The method of claim 13,
Wherein providing the game element comprises:
Outputting path information and operation performance accuracy information at the center of the pressure distribution associated with the game at the same time as the game progresses, and storing the output information in the individual database, the performance game system for improving the balance ability and quantitative evaluation Way.
제13항에 있어서,
상기 게임 요소를 제공하는 단계는,
사용자의 모션 정확도 및 압력분포 중심의 정확도를 평가하고, 사용자의 안정된 균형 유지 여부에 따라 사용자에게 피드백 신호를 제공하는 과정을 더 포함하는 균형 능력의 향상 및 정량적 평가를 위한 기능성 게임 시스템의 작동 방법.
14. The method of claim 13,
Wherein providing the game element comprises:
And evaluating the accuracy of the user's motion accuracy and pressure distribution center and providing a feedback signal to the user depending on whether the user maintains a stable balance or not.
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