KR101766002B1 - 깔창을 이용한 건강관리 시스템 - Google Patents

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KR101766002B1 KR1020150026366A KR20150026366A KR101766002B1 KR 101766002 B1 KR101766002 B1 KR 101766002B1 KR 1020150026366 A KR1020150026366 A KR 1020150026366A KR 20150026366 A KR20150026366 A KR 20150026366A KR 101766002 B1 KR101766002 B1 KR 101766002B1
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    • A61B5/1038—Measuring plantar pressure during gait

Abstract

본 발명은 사용자의 걷기를 인식하여 걷는 자세를 파악하고 파악된 걷는 자세를 사용자에게 제공할 수 있는 깔창을 이용한 건강관리 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 특징은, 전원을 공급하는 전원공급부(10)와, 전원공급부(10)의 +극과 -극이 상하로 각각 인가되는 상태로 신발에 장착되어 사용자의 하중에 의해 상하두께가 변화되는 깔창부재(20)와, 깔창부재(20)의 두께변화에 의해 +극과 -극의 사이에 형성되는 커패시턴스 값을 전압값으로 변환하고, 변환된 전압값을 걷기데이터로 변환하여 관리하는 데이터관리부(30)와, 데이터관리부(30)에 전기적으로 연결되어 데이터관리부(30)에서 변환되는 걷기데이터를 외부로 전송하는 데이터전송부(40)와, 데이터전송부(40)에서 전송되는 걷기데이터를 수신하여 관리하는 모바일(100)을 포함한다.

Description

깔창을 이용한 건강관리 시스템{HEALTH CARE SYSTEM USING INSOLE}
본 발명은 사용자의 걷기를 인식하여 걷는 자세를 파악하고 파악된 걷는 자세를 사용자에게 제공할 수 있는 깔창을 이용한 건강관리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 신발은 운동화, 패션화, 및 실내화 등이 있다. 이와 같은 신발류 중 운동화는 운동 종목에 따라 그 종목에 적합한 구조를 갖는 각각의 운동화가 개발되어 있으며, 특히 이들 운동화는 밑창 구조에 특징을 갖고 있는 것이 대부분이고, 패션화는 외출 또는 일상생활에서 보편적으로 싣는 신발이며, 실내화는 가정의 실내 또는 뜰 및 주택 주변 등에서 신을 수 있는 가볍고 간편한 신발이다.
이러한 신발에서 가장 중요한 부분이 사용자의 발바닥이 닿는 깔창이다.
한편, 개개인에 따라 차이는 있지만 사람은 평생 동안 수십만 Km를 걸으며, 1Km를 걸을 때 마다 대략 10 ~ 20톤가량의 압력을 받는다. 또한, 선천적인 발 질환 또는 현대인들의 건강 생활환경(비만, 운동 부족, 보행 습관, 관리 소홀 등)으로 발과 관련된 후천성 질환들이 속속 나타나고 있다.
보행이라 하더라도 누구나 똑같이 보행하는 것은 아니며, 보행시에도 오른발과 왼발에 가해지는 충격이 다르거나 비정상적으로 충격이 클 수 있다. 이는 보행자의 건강에 나쁜 영향을 미칠 수 있으므로, 이 경우 보행 습관을 교정할 필요가 있다. 그러나, 실제 생활에서 보행 습관이 비정상적인 것인지는 알아내기가 쉽지 않으며, 알더라도 보행 습관을 교정하는 것은 쉽지가 않다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 특허청에 출원되어 공개된 공개특허공보 10-2011-0067771(공개일자:2011.06.22.)호가 게재되어 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 사용자의 걷기를 인식하여 걷는 자세를 파악하고 파악된 걷는 자세를 사용자에게 제공할 수 있는 깔창을 이용한 건강관리 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 깔창을 이용한 건강관리 시스템은, 전원을 공급하는 전원공급부(10)와, 전원공급부(10)의 +측과 -측이 상하로 각각 인가되는 상태로 신발에 장착되어 사용자의 하중에 의해 상하두께가 변화되는 깔창부재(20)와, 깔창부재(20)의 두께변화에 의해 +측과 -측의 사이에 형성되는 커패시턴스 값을 전압값으로 변환하고, 변환된 전압값을 걷기데이터로 변환하여 관리하는 데이터관리부(30)와, 데이터관리부(30)에 전기적으로 연결되어 데이터관리부(30)에서 변환되는 걷기데이터를 외부로 전송하는 데이터전송부(40)와, 데이터전송부(40)에서 전송되는 걷기데이터를 수신하여 관리하는 모바일(100)을 포함하되, 깔창부재(20)는 상하로 이격되게 구비되고 앞발에 대응하는 영역의 넓이(a1)가 뒷발에 대응하는 영역의 넓이(a2) 보다 넓게 형성되며, 전원공급부(10)의 '+'측과 '-'측이 각각 연결되어 눌린 넓이에 따른 서로 다른 커패시턴스 값을 출력하는 전도성섬유(21)와, 전도성섬유(21)들의 사이에 구비되어 전도성섬유(21)들에 외압이 가해지면 수축되어서 전도성섬유(21)들의 가까워지게 하고, 전도성섬유(21)들에 외압이 가해지지 않으면 확장되어서 전도성섬유(21)들의 간격을 유지시키는 간격유지부(22)를 포함하되, 상기 모바일은, 일측 신발의 상기 깔창부재의 상기 앞발 영역의 넓이(a1)과 뒷발 영역의 넓이(a2)의 넓이 차이에 따라 발생하는 서로 다른 커패시턴스 값에 대응하는 상기 걷기 데이터를 인식하여 걸음을 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 깔창을 이용하여 사용자의 걷기를 인식하여 걷는 자세를 파악하고 파악된 걷는 자세를 스마트폰을 이용하여 사용자에게 제공할 수 있어서, 사용자가 자신의 걷는 자세나 걸음걸이를 스스로 교정할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 깔창을 이용한 건강관리 시스템이 신발에 적용된 상태를 보인 도면.
도 2는 본 발명에 적용되는 깔창부재의 분해된 상태를 보인 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 구성을 보인 도면.
도 4는 본 발명에 적용되는 깔창부재의 작동상태를 보인 단면도.
도 5는 본 발명의 깔창부재에 발의 압력이 가해지는 넓이를 보인 평면도.
도 6은 본 발명에 적용되는 데이터관리부의 구성을 보인 블록도.
도 7은 본 발명에 적용되는 모바일의 구성을 보인 블록도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 자세히 살펴본다.
도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 깔창을 이용한 건강관리 시스템은, 전원공급부(10)와, 깔창부재(20)와, 데이터관리부(30)와, 데이터전송부(40)와, 모바일(100)을 포함한다.
전원공급부(10)는 전원을 공급하기 위한 것으로 충전된 전원을 공급하는 배터리로 구성될 수 있다. 이러한, 전원공급부(10)는 +'측과 '-'측이 깔창부재(20)의 상하에 전기적으로 연결되어서 전원을 공급할 수 있다.
깔창부재(20)는 전원공급부(10)의 +극과 -극이 상하로 각각 인가되는 상태로 신발에 장착되어 사용자의 하중에 의해 상하두께가 변화될 수 있다.
이러한, 깔창부재(20)는 상하로 이격되게 구비되어 전원공급부(10)의 '+'측과 '-'측이 각각 연결되는 전도성섬유(21)와, 전도성섬유(21)들의 사이에 구비되어 전도성섬유(21)들에 외압이 가해지면 수축되어서 전도성섬유(21)들의 가까워지게 하고, 전도성섬유(21)들에 외압이 가해지지 않으면 확장되어서 전도성섬유(21)들의 간격을 유지시키는 간격유지부(22)를 포함한다.
전도성섬유(21)는 섬유 속에 탄소나 금속 등의 전도성 물질이 혼합된 섬유로 구성되어 전기가 쉽게 도통될 수 있다.
간격유지부(22)는 전도성섬유(21)들의 사이에서 전기적 유도 작용을 일으키면서 유전체로 구성될 수 있다. 유전체는 전류가 도통되지 않는 부직포일 수 있다.
따라서, +극과 -극이 각각 연결되는 전도성섬유(21)들의 사이에 위치는 간격유지부(22)에서 커패시턴스가 형성될 수 있다.
이때, 신발을 착용한 착용자의 하중에 의해 간격유지부(22)가 수축되어 전도성섬유(21)들의 간격이 변화됨에 의해 커패시턴스값이 변화될 수 있다.
그리고, 전도성섬유(21) 및 간격유지부(22)는 소정넓이의 깔창모양으로 형성되면서 중앙을 기준으로 앞부분의 넓이(a1)가 뒷부분의 넓이(a2)보다 넓게 형성된다. 따라서, 사용자의 체중이 전도성섬유(21)의 앞부분에 집중되면 앞부분의 넓이(a1)가 크므로 커패시턴스값이 크게 발생되고, 사용자의 체중이 전도성섬유(21)의 뒷부분에 집중되면 뒷부분의 넓이(a2)가 작으므로 커패시턴스값이 작게 발생될 수 있다. 즉, 앞부분의 넓이(a1)에 의한 커패시턴스값이 뒷부분의 넓이(a2)에 의한 커패시턴스값 보다 크다.
그리고, 깔창부재(20)는 상부나 하부 또는 상부와 하부에 커버부재(미도시)가 구비될 수 있다. 이러한, 커버부재는 사용자의 체중에 의한 충격을 흡수할 수 있는 쿠션으로 구성될 수 있다.
데이터관리부(30)는 깔창부재(20)의 두께변화에 의해 +극과 -극의 사이에 형성되는 커패시턴스 값을 전압값으로 변환하고, 변환된 전압값을 걷기데이터로 변환하여 관리하는 것으로, 프로그래밍 가능한 IC칩과 전자부품이 탑재되는 회로기판으로 구성될 수 있다.
이러한, 데이터관리부(30)는 깔창부재(20)에서 변화되는 커패시턴스값을 인식하고 인식된 커패시턴스값을 전압값으로 변환하는 전압값변환부(31)와, 전압값변환부(31)에서 변환된 전압값의 크기를 측정하는 전압값크기측정부(32)와, 전압값크기측정부(32)에서 측정된 전압값의 크기를 걷기데이터로 변환하는 걷기데이터변환부(33)를 포함한다.
전압값변환부(31)는 커패시턴스값을 전압값으로 변환하도록 설정되어 있어서, 실시간으로 변화되는 커패시턴스값을 전압값으로 변환할 수 있다.
여기서, 전압값변환부(31)에서 커패시턴스값이 얻어지는 과정은 아래의 수학식으로 이루어질 수 있다.
[수학식1]
Figure 112015018597493-pat00001
C는 커패시턴스값 이다.
A는 전도성섬유(21)들이 가압되는 면적이다.
d는 전도성섬유(21)들이 사이의 거리이다.
따라서, 전도성섬유(21)들이 가압되는 면적과 이격되는 거리에 의해 커패시턴스값이 결정되며, 면적이 넓어질수록 커패시턴스값이 커지게 된다.
데이터관리부(30)는 사용자가 걷는 동안에 깔창부재(20)에서 커패시턴스값이 반복적으로 변환될 때마다 커패시턴스값을 전압값으로 변환하면서 전압값의 크기를 반복적으로 측정하고, 측정되는 전압값의 크기를 반복적으로 걷기데이터로 변환한다.
데이터전송부(40)는 데이터관리부(30)에 전기적으로 연결되어 데이터관리부(30)에서 변환되는 걷기데이터를 외부로 전송하기 위한 것으로, 무선통신기로 구성될 수 있다. 이러한, 데이터전송부(40)는 데이터관리부(30)에서 변환되는 걷기데이터를 실시간으로 전송할 수 있다.
이와 같이, 깔창부재(20), 데이터관리부(30), 데이터전송부(40)는 각각 복수로 구성되어 한 쌍의 신발에 각각 장착될 수 있다.
모바일(100)은 데이터전송부(40)에서 전송되는 걷기데이터를 수신하여 관리하는 것으로, 디스플레이(101) 및 스피커(102)를 포함하는 스마트폰으로 구성될 수 있다.
이러한, 모바일(100)은 신발들에 구비된 데이터전송부(40)들에서 각각 전송되는 걷기데이터를 구분하여 수신하는 데이터수신부(110)와, 데이터수신부(110)에서 수신되는 걷기데이터들을 수치화하는 수치변환부(120)와, 수치변환부(120)에서 변환되고 데이터전송부(40)들에 각각 해당하는 수치들을 양쪽으로 분할하여 화면으로 출력하는 깔창데이터출력부(130)를 포함한다.
따라서, 사용자가 걸으면서 휴대한 모바일(100)에 구비되는 디스플레이(101)를 통해 걷기데이터들이 각각 수치화되어 모바일(100)의 디스플레이(101)를 통해 양쪽으로 분할되어서 출력될 수 있다. 즉, 사용자는 모바일(100)을 통해 걸을 때마다 왼쪽신발과 오른쪽신발에서 각각 발생되는 수치들을 육안으로 확인할 수 있다.
이때, 사용자는 양쪽의 수치가 서로 일치하지 않으면 자신의 몸이 기울어진 상태로 걷고 있음을 육안으로 확인할 수 있다. 즉, 사용자는 양쪽의 수치가 일치되도록 자신의 몸을 바르게 하는 상태로 걷기를 계속하면 자신의 걷는 자세를 바르게 교정할 수 있다.
또한, 모바일(100)은 수치변환부(120)에서 변환되는 수치들을 각각 합산하고 합산된 합산값을 비교하여 일치하는지 판단하는 수치판단부(140)와, 수치판단부(140)에서 각각의 합산값들이 일치하지 않으면 경고하는 좌우경고부(150)를 더 포함한다.
따라서, 수치판단부(140)에서 양쪽신발에서 발생되는 양쪽의 합산값들이 서로 일치하지 않는 것으로 판단되면 좌우경고부(150)가 디스플레이(101)를 통해 문자로 경고메시지를 출력하거나 스피커(102)를 통해 소리로 경고메시지를 출력할 수 있다. 즉, 사용자는 경고메시지를 확인하면서 경고메시지가 출력되지 않을 때까지 계속해서 자세를 바르게 하면서 걷기를 진행하여서 자세를 교정할 수 있다.
또한, 사용자가 서있는 자세에서도 디스플레이(101)를 통해 전압값의 크기에 대한 걷기데이터가 수치로 출력되므로 사용자는 전압값의 크기가 작은 쪽으로 자신의 몸이 기울어진 상태임을 확인할 수 있다. 따라서, 사용자는 전압값의 크기가 큰 쪽으로 자신의 몸이 기울어지게 하여서 서있는 자세도 바르게 교정할 수 있다.
이와 같이, 사용자는 좌측이나 우측으로 기울어진 자신의 자세를 확인하여 바르게 교정할 수 있다.
또한, 모바일(100)은 수치변환부(120)에서 1회 변환되는 수치에서 최초의 수치와 최후의 수치를 비교하여, 최초의 수치가 최후의 수치보다 크게 나오면 정상으로 판단하고, 최초의 수치가 최후의 수치보다 작거나 같게 나오면 이상으로 판단하는 걷기판단부(160)와, 걷기판단부(160)에서 이상으로 판단하면 경고하는 전후경고부(170)를 더 포함한다.
여기서, 사용자가 걸을 때 한쪽 신발의 뒤꿈치부터 지면에 접촉되고, 연이어서 신발의 뒤꿈치보다 넓은 범위로 형성되는 신발의 앞꿈치가 지면에 접촉된다. 따라서, 도 5(a)와 같이 깔창부재(20)에서 뒷부분의 넓이(a2)에 의해 작은 커패시턴스값이 발생되고 도 5(b)와 같이 앞부분의 넓이(a1)에 의해 큰 커패시턴스값이 발생될 수 있다. 즉, 작은 커패시턴스값과 큰 커패시턴스값이 연이어서 발생될 수 있다.
따라서, 사용자가 한걸음 이동할 때 한쪽신발에서 발생되는 수치들의 크기가 걷기판단부(160)에서 판단된다. 이때, 걷기판단부(160)에서 최초의 수치가 최후의 수치보다 크게 나와서 정상으로 판단되어 전후경고부(170)가 경고하지 않으면, 사용자는 자신이 뒤꿈치부터 앞꿈치가 지면에 순차적으로 접촉되게 하면서 걷고 있음을 확인할 수 있다.
이와 달리, 걷기판단부(160)에서 최초의 수치가 최후의 수치보다 작거나 같게 나와서 이상으로 판단되어 전후경고부(170)가 디스플레이(101)를 통해 문자로 경고메시지를 출력하거나 스피커(102)를 통해 소리로 경고메시지를 출력할 수 있다. 따라서, 사용자는 자신이 뒤꿈치와 앞꿈치가 동시에 지면에 닫게 하여서 걷고 있거나 앞꿈치로만 걷고 있음을 확인할 수 있다. 이에 의해, 사용자는 자신의 걸음걸이를 확인하여 경고메시지가 출력되지 않을 때까지 뒤꿈치부터 앞꿈치가 지면에 순차적으로 접촉되게 하면서 걷기를 연습하여 걸음걸이를 교정할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 신발을 착용한 상태로 걷기 운동을 수행하면서 스마트폰을 이용하여 자신의 기울어진 몸을 확인하고 잘못된 걸음걸이를 확인하여 건강관리에 활용할 수 있어서, 건강을 관리할 수 있는 건강관리 시스템에 적용되어 널리 사용될 수 있는 매우 유용한 발명이라 할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 전원공급부 20 : 깔창부재
21 : 전도성섬유 22 : 간격유지부
30 : 데이터관리부 31 : 전압값변환부
32 : 전압값크기측정부 33 : 걷기데이터변환부
a1 : 앞부분의 넓이 a2 : 뒷부분의 넓이
40 : 데이터전송부
100 : 모바일 110 : 데이터수신부
120 : 수치변환부 130 : 데이터출력부
140 : 수치판단부 150 : 좌우경고부
160 : 걷기판단부 170 : 전후경고부
101 : 디스플레이 102 : 스피커

Claims (8)

  1. 전원을 공급하는 전원공급부(10)와,
    전원공급부(10)의 +측과 -측이 상하로 각각 인가되는 상태로 신발에 장착되어 사용자의 하중에 의해 상하두께가 변화되는 깔창부재(20)와,
    깔창부재(20)의 두께변화에 의해 +측과 -측의 사이에 형성되는 커패시턴스 값을 전압값으로 변환하고, 변환된 전압값을 걷기데이터로 변환하여 관리하는 데이터관리부(30)와,
    데이터관리부(30)에 전기적으로 연결되어 데이터관리부(30)에서 변환되는 걷기데이터를 외부로 전송하는 데이터전송부(40)와,
    데이터전송부(40)에서 전송되는 걷기데이터를 수신하여 관리하는 모바일(100)을 포함하되,
    깔창부재(20)는
    상하로 이격되게 구비되고 앞발에 대응하는 영역의 넓이(a1)가 뒷발에 대응하는 영역의 넓이(a2) 보다 넓게 형성되며, 전원공급부(10)의 '+'측과 '-'측이 각각 연결되어 눌린 넓이에 따른 서로 다른 커패시턴스 값을 출력하는 전도성섬유(21)와,
    전도성섬유(21)들의 사이에 구비되어 전도성섬유(21)들에 외압이 가해지면 수축되어서 전도성섬유(21)들의 가까워지게 하고, 전도성섬유(21)들에 외압이 가해지지 않으면 확장되어서 전도성섬유(21)들의 간격을 유지시키는 간격유지부(22)를 포함하되,
    모바일(100)은
    일측 신발의 상기 깔창부재의 상기 앞발 영역의 넓이(a1)과 뒷발 영역의 넓이(a2)의 넓이 차이에 따라 발생하는 서로 다른 커패시턴스 값에 대응하는 상기 걷기 데이터를 인식하여 걸음을 판단하되,
    신발들에 구비된 데이터전송부(40)들에서 각각 전송되는 걷기데이터를 구분하여 수신하는 데이터수신부(110)와,
    데이터수신부(110)에서 수신되는 걷기데이터들을 수치화하는 수치변환부(120)와,
    수치변환부(120)에서 변환되고 데이터전송부(40)들에 각각 해당하는 수치들을 양쪽으로 분할하여 화면으로 출력하는 데이터출력부(130)를 포함하고,
    수치변환부(120)에서 1회 변환되는 수치에서 최초의 수치와 최후의 수치를 비교하여, 최초의 수치가 최후의 수치보다 크게 나오면 정상으로 판단하고, 최초의 수치가 최후의 수치보다 작거나 같게 나오면 이상으로 판단하는 걷기판단부(160)와,
    걷기판단부(160)에서 이상으로 판단하면 경고하는 전후경고부(170)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 깔창을 이용한 건강관리 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    전도성섬유(21)는 섬유 속에 탄소나 금속이 혼합된 섬유로 구성되고,
    간격유지부(22)는 전도성섬유(21)들의 사이에서 전기적 유도 작용을 일으키는 유전체로 구성되는 것을 특징으로 하는 깔창을 이용한 건강관리 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    데이터관리부(30)는
    깔창부재(20)에서 변화되는 커패시턴스값을 인식하고 인식된 커패시턴스값을 전압값으로 변환하는 전압값변환부(31)와,
    전압값변환부(31)에서 변환된 전압값의 크기를 측정하는 전압값크기측정부(32)와,
    전압값크기측정부(32)에서 측정된 전압값의 크기를 걷기데이터로 변환하는 걷기데이터변환부(33)를 포함하는 것을 특징으로 하는 깔창을 이용한 건강관리 시스템.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    모바일(100)은
    수치변환부(120)에서 변환되는 수치들을 각각 합산하고 합산된 합산값을 비교하여 일치하는지 판단하는 수치판단부(140)와,
    수치판단부(140)에서 각각의 합산값들이 일치하지 않으면 경고하는 좌우경고부(150)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 깔창을 이용한 건강관리 시스템.
  8. 삭제
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