KR101685280B1 - 인체동작 수집 및 분석 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인체동작 수집 및 분석 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 인체에 복수개의 동작감지 센서를 부착하고 동작정보를 수집한 후 가상의 인체 모델에 이를 부위별로 적용하여 동작을 형상화함으로써 비교적 적은 양의 데이터로 사용자의 동작을 형상화할 수 있고, 사고나 재해가 발생할 경우 사고당시 부상자의 동작에 관한 정보를 분석하여 원인을 도출할 수 있으며, 사용자의 실제 동작을 추정할 수 있고, 형상화된 동작을 분석하여 실제 사용자의 근골격계 분석 및 동작의 물리적 분석이 가능한 인체동작 수집 및 분석 시스템에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 관절을 포함한 인체의 부위에 적어도 하나 부착되어 관절의 구부러짐 정도, 롤링(Rolling), 피칭(Pitching), 헤딩(Heading)을 포함한 동작정보를 측정하는 동작감지 센서 모듈; 동작감지 센서 모듈과 유무선 네트워크로 연결되어 동작감지 센서 모듈이 측정한 동작정보를 수집하는 동작정보 수집 모듈; 및 가상의 인체 모델을 생성하고 동작정보 수집 모듈로부터 동작정보를 전송받아 인체 모델에 적용시켜 동작을 형상화하는 동작 형상화 모듈을 포함하는, 인체동작 수집 및 분석 시스템을 제공한다.

Description

인체동작 수집 및 분석 시스템{omitted}

본 발명은 인체동작 수집 및 분석 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 인체에 복수개의 동작감지 센서를 부착하고 동작정보를 수집한 후 가상의 인체 모델에 이를 부위별로 적용하여 동작을 형상화함으로써 비교적 적은 양의 데이터로 사용자의 동작을 형상화할 수 있고, 사고나 재해가 발생할 경우 사고당시 부상자의 동작에 관한 정보를 분석하여 원인을 도출할 수 있으며, 사용자의 실제 동작을 추정할 수 있고, 형상화된 동작을 분석하여 실제 사용자의 근골격계 분석 및 동작의 물리적 분석이 가능한 인체동작 수집 및 분석 시스템에 관한 것이다.

산업현장에는 각종 사고와 재해의 가능성이 상존한다. 이를 예방하기 위해 산업현장의 곳곳에 카메라와 센서를 설치하고 이를 통해 정보를 수집하는 시스템에 대한 기술들이 다양하게 소개되어 있다.

한편, 허리의 동작을 측정하기 위한 것으로 미국 오하이오 주립대학에서 개발한 요추동작측정기(Lumbar Motion Monitor, LMM)가 있다. LMM은 산업현장에서 작업자가 작업을 수행하는 동안의 척추의 상태를 표현한다. 이는 동적인 허리동작을 3차원으로 비교적 정확하게 표현하기 위한 측정장비로. 4개의 포텐시오미터(potentiometer)를 사용하여 측정된 동작 각도를 미분하여 추정된 값을 산출한다.

LLM을 사용하기 위해서는 기존에 요추에 가해지는 압축력(compressive force)에 관련된 측정 자료가 장비에 데이터베이스로 미리 입력되어 있어야 분석이 가능한 단점이 있고, 작업자의 동작에 대한 자료를 실시간으로 표현하는 것이 아니라 최종 결과만을 표시하는 단점을 가지고 있다.

더욱이 허리동작의 측정 만으로는 작업자의 정확한 자세를 재현해낼 수 없고 동작별로 관절을 포함한 근골격계에 가해지는 부하를 실시간으로 측정할 수 없어 사고와 재해 및 질병을 예방하고자 하는 목적을 달성하기에 미흡하다.

선행기술문헌 : KR공개특허공보 제2010-0009090호(2010.1.27.공개)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 실제 사람의 동작을 원격지에서 별도의 시스템을 통해 형상화함으로써 작업자의 동작을 분석하고, 이를 바탕으로 사고, 재해, 질병 등의 발생시 원인을 분석할 수 있는 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 인체동작 수집 및 분석 시스템은 관절을 포함한 인체의 부위에 적어도 하나 부착되어 관절의 구부러짐 정도, 롤링(Rolling), 피칭(Pitching), 헤딩(Heading)을 포함한 동작정보를 측정하는 동작감지 센서 모듈; 동작감지 센서 모듈과 유무선 네트워크로 연결되어 동작감지 센서 모듈이 측정한 동작정보를 수집하는 동작정보 수집 모듈; 및 가상의 인체 모델을 생성하고 동작정보 수집 모듈로부터 동작정보를 전송받아 인체 모델에 적용시켜 동작을 형상화하는 동작 형상화 모듈을 포함한다.

또한, 동작 형상화 모듈은, 가상의 인체 모델을 생성하는 인체 모델 생성부; 및 인체 모델 생성부에서 생성한 인체 모델의 발목, 무릎, 허리, 목, 팔 중 적어도 어느 하나 또는 그 이상을 포함한 부위에 동작정보 수집 모듈로부터 전송받은 동작정보를 적용하는 동작정보 적용부를 포함한다.

또한, 동작 형상화 모듈은, 동작정보를 적용하는 부위가 이동될 때마다 전체 좌표계를 이동시키는 좌표계 이동부; 및 동작정보 적용부와 좌표계 이동부에 의해 인체 모델 전체에 동작정보가 적용되어 형상화된 인체 모델의 모습을 출력하는 출력부를 포함한다.

본 발명에 의하면 인체에 복수개의 동작감지 센서를 부착하고 동작정보를 수집한 후 가상의 인체 모델에 이를 부위별로 적용하여 동작을 형상화함으로써 비교적 적은 양의 데이터로 사용자의 동작을 형상화할 수 있고, 사고나 재해가 발생할 경우 사고당시 부상자의 동작에 관한 정보를 분석하여 원인을 도출할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 사용자의 실제 동작을 추정할 수 있고, 형상화된 동작을 분석하여 실제 사용자의 근골격계 분석 및 동작의 물리적 분석이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인체동작 수집 및 분석 시스템의 개념도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인체동작 수집 및 분석 시스템의 블록도,
도 3은 도 2 중 동작 형상화 모듈의 블록도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인체동작 수집 및 분석 시스템의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인체동작 수집 및 분석 시스템의 블록도이며, 도 3은 도 2 중 동작 형상화 모듈의 블록도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인체동작 수집 및 분석 시스템은, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 동작감지 센서 모듈(10), 동작정보 수집 모듈(20), 및 동작 형상화 모듈(30)을 포함하여 이루어진다.

동작감지 센서 모듈(10)은 관절을 포함한 인체의 부위에 적어도 하나 부착되어 관절의 구부러짐 정도, 롤링(Rolling), 피칭(Pitching), 헤딩(Heading)을 포함한 동작정보를 측정한다.

예컨대 도 1과 같이 동작감지 센서 모듈(10)을 목, 허리, 무릎에 각각 부착시키고 활성화한 후 인체에 움직임을 준다고 가정한다. 목 부위의 기울어짐 각도가 Pitching 방향으로 -5도, 허리 부위의 기울어짐 각도가 Pitching 방향으로 -1도, 무릎 부위의 기울어짐 각도가 Pitching 방향으로 -45도라고 할 때 동작 형상화 모듈(30)의 출력부(38)를 통해 출력되는 인체 모델(4)은 무릎을 구부리고 고개는 약간 숙이고 있는 움직임으로 형상화된다.

일례로 동작감지 센서 모듈(10)은 도 1과 같이 무릎, 허리, 목 관절에 부착될 수 있으며, 여기서 동작감지 센서 모듈의 부착위치와 개수를 한정하는 것은 아니다.

일례로 동작감지 센서 모듈(10)로는 자이로스코프 센서가 사용될 수 있다. 자이로스코프 센서는 x, y, z 3축의 회전운동을 감지하는 센서로 운동방향을 감지한다. 자이로스코프 센서를 신체의 관절부위에 부착하면 관절의 구부러짐의 정도를 측정할 수 있고, 이를 신체 각 부위에 복수개 부착하면 신체의 전체적인 움직임을 유추할 수 있다. 여기서 동작감지 센서 모듈의 종류를 한정하는 것은 아니다.

동작정보 수집 모듈(20)은 동작감지 센서 모듈(10)과 유무선 네트워크로 연결되어 동작감지 센서 모듈(10)이 측정한 동작정보를 수집한다. 동작정보 수집 모듈(20)은 블루투스나 와이파이와 같은 무선 통신으로 동작감지 센서 모듈(10)과 연결될 수 있으며, 여기서 통신방식을 한정하는 것은 아니다.

동작 형상화 모듈(30)은 가상의 인체 모델(4)을 생성하고 동작정보 수집 모듈(20)로부터 동작정보를 전송받아 인체 모델(4)에 적용시켜 동작을 형상화한다.

동작 형상화 모듈(30)은 인체 모델 생성부(32), 동작정보 적용부(34), 좌표계 이동부(36), 및 출력부(38)를 포함한다.

인체 모델 생성부(32)는 가상의 인체 모델(4)을 생성한다.

동작정보 적용부(34)는 인체 모델 생성부(32)에서 생성한 인체 모델의 발목, 무릎, 허리, 목, 팔 중 적어도 어느 하나 또는 그 이상을 포함한 부위에 동작정보 수집 모듈(20)로부터 전송받은 동작정보를 적용한다.

좌표계 이동부(36)는 동작정보를 적용하는 부위가 이동될 때마다 전체 좌표계를 이동시킨다.

출력부(38)는 동작정보 적용부(34)와 좌표계 이동부(36)에 의해 인체 모델 전체에 동작정보가 적용되어 형상화된 인체 모델의 모습을 출력한다. 일례로 출력부(38)는 모니터(2), 모바일기기(3) 등이 사용될 수 있으며, 여기서 출력부의 종류를 한정하는 것은 아니다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인체동작 수집 및 분석 시스템의 작동과정 예시는 아래와 같다.

동작감지 센서 모듈과 동작정보 수집 모듈이 통신으로 연결된 후 동작 데이터의 수집을 시작하되, 동작감지 센서 모듈과 동작정보 수집 모듈의 통신장애가 있을 경우 통신 연결을 재수행한다.

동작정보의 수집이 완료되면 인체 모델을 생성하고, 발목 위치에서의 Heading, Pitching, Rolling 값을 인체 모델에 적용한 후 전체 좌표계를 이동한다.

무릎 위치에서의 동작값을 인체 모델에 적용한 후 전체 좌표계를 이동한다.

허리 위치에서의 동작값을 인체 모델에 적용한 후 전체 좌표계를 이동한다.

팔 위치에서의 동작값을 인체 모델에 적용한 후 전체 좌표계를 이동한다.

형상화된 인체 모델의 전체 모습을 출력한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 - 동작감지 센서 모듈
20 - 동작정보 수집 모듈
30 - 동작 형상화 모듈
32 - 인체 모델 생성부
34 - 동작 정보 적용부
36 - 좌표계 이동부
38 - 출력부

Claims (3)

1. 관절을 포함한 인체의 부위에 적어도 하나 부착되어 관절의 구부러짐 정도, 롤링(Rolling), 피칭(Pitching), 헤딩(Heading)을 포함한 동작정보를 측정하는 동작감지 센서 모듈;
   동작감지 센서 모듈과 유무선 네트워크로 연결되어, 동작감지 센서 모듈이 측정한 동작정보를 수집하는 동작정보 수집 모듈; 및
   가상의 인체 모델을 생성하고 동작정보 수집 모듈로부터 동작정보를 전송받아 인체 모델에 적용시켜 동작을 형상화하는 동작 형상화 모듈
   을 포함하고,
   동작 형상화 모듈은,
   가상의 인체 모델을 생성하는 인체 모델 생성부;
   인체 모델 생성부에서 생성한 인체 모델의 발목, 무릎, 허리, 목, 팔 중 적어도 어느 하나 또는 그 이상을 포함한 부위에 동작정보 수집 모듈로부터 전송받은 동작정보를 적용하는 동작정보 적용부;
   동작정보를 적용하는 부위가 이동될 때마다 전체 좌표계를 이동시키는 좌표계 이동부; 및
   동작정보 적용부와 좌표계 이동부에 의해 인체 모델 전체에 동작정보가 적용되어 형상화된 인체 모델의 모습을 출력하는 출력부
   를 포함하며,
   동작감지 센서 모듈과 동작정보 수집 모듈이 통신으로 연결된 후 동작 데이터의 수집을 시작하되, 동작감지 센서 모듈과 동작정보 수집 모듈의 통신장애가 있을 경우 통신 연결을 재수행하고,
   동작정보 수집 모듈에 의한 동작정보의 수집이 완료되면 동작 형상화 모듈의 인체 모델 생성부가 인체 모델을 생성하고, 동작정보 적용부가 발목 위치에서의 Heading, Pitching, Rolling 값을 인체 모델에 적용한 후 좌표계 이동부가 전체 좌표계를 이동하고, 동작정보 적용부가 무릎 위치에서의 동작값을 인체 모델에 적용한 후 좌표계 이동부가 전체 좌표계를 이동하고, 동작정보 적용부가 허리 위치에서의 동작값을 인체 모델에 적용한 후 좌표계 이동부가 전체 좌표계를 이동하고, 동작정보 적용부가 팔 위치에서의 동작값을 인체 모델에 적용한 후 좌표계 이동부가 전체 좌표계를 이동한 후, 출력부가 형상화된 인체 모델의 전체 모습을 출력하는 인체동작 수집 및 분석 시스템.
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