KR101995484B1 - Motion posture deriving method and apparatus based path of COP - Google Patents
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Abstract
본 발명은 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 사용자의 머리 및 허리에 착용할 수 있도록 형성되며 압력 센서를 배제하고 가속도 센서, 위치 센서 등과 같이 사용자의 동적 물리량을 측정하는 센서만을 이용하여 효과적이고 정확하게 보행을 인식, 감지, 분석할 수 있는, 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 방법 및 장치를 제공함에 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for deriving a center-of-path-based motion posture. The object of the present invention is to provide a method and apparatus for recognizing, detecting, and analyzing gait effectively and accurately by using only a sensor for measuring a user's dynamic physical quantity, such as an acceleration sensor and a position sensor, The present invention provides a method and apparatus for deriving a center-of-path-based motion posture that can be applied to a robot.
Description
본 발명은 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사용자의 보행과 관련된 개선, 재활 등을 위한 모니터링이 올바르게 이루어질 수 있도록, 사용자의 운동을 효과적으로 감지하여 데이터를 수집하고 분석하는 운동 자세 도출 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and an apparatus for deriving a center-of-path-based motion posture, and more particularly to a method and apparatus for accurately detecting movement of a user and collecting data so that monitoring for improvement, rehabilitation, The present invention relates to a method and apparatus for deriving a motion posture to be analyzed.
일반적으로 현대인의 일상생활에서의 운동량은 적절한 신체 건강을 유지하기에 상당히 부족하다는 점이 꾸준히 지적되어 왔다. 이에 따라 효과적으로 건강을 촉진할 수 있도록 하는 체계적인 운동 방법에 대한 관심도가 유례없이 높아지고 있다. 구체적인 예를 들자면, 체계적이고 효율적으로 신속하게 신체를 단련할 수 있도록 하는 운동, 장기적인 관점에서의 건강 촉진을 위한 자세의 교정 등과 같은 운동, 인간 수명이 길어짐에 따라 신체 능력이 저하된 노인에게 적합한 운동 등 다양한 운동에 대한 관심이 높아지는 실정이다. 이와 같은 다양한 요구에 부합하는 운동 방법 중 하나로서, 누구나 쉽게 할 수 있는 보행 운동이 있다.In general, it has been pointed out that the amount of exercise in daily life of modern people is insufficient to maintain appropriate physical health. Accordingly, interest in systematic exercise methods that can effectively promote health is increasing unprecedentedly. For example, exercise such as exercise to systematically and efficiently speed up body training, correction of posture to promote health from a long-term perspective, exercise suitable for elderly people with decreased physical ability as human life becomes longer, There is a growing interest in various sports such as sports. As one of the exercise methods that meet these various demands, there is a walking exercise that anyone can easily do.
신체적인 문제가 없는 사람이라면 누구나 보행을 할 수 있기 때문에 대부분의 사람들은 무의식적으로 익숙해진 자세로 보행을 하게 된다. 그런데 사람의 신체란 완벽하게 대칭적으로 이루어져 있지 않기 때문에, 대부분의 경우 불균형하고 올바르지 못한 자세로 보행이 이루어진다. 이와 같은 잘못된 자세의 지속적인 보행은 근육과 골격을 비뚤어지게 하고, 나아가 다양한 전신통증을 유발하는 원인이 되기도 한다. 일반인의 경우 이와 같은 잘못된 보행 자세는 신체 건강을 저하시키는 문제를 발생시키며, 특히 자라나는 어린이나 신체 능력이 저하된 노인의 경우 체형 왜곡이나 건강 저하 문제가 더욱 심하게 나타난다. 한편 운동선수, 무용수 등과 같이 일반인보다 더욱 향상된 신체 능력을 필요로 하는 전문인들에게는 신체 능력 향상에의 한계를 발생시키는 등의 문제가 있다.Most people are walking unconsciously in a familiar position because anyone who has no physical problems can walk. However, since the human body is not perfectly symmetrical, in most cases the walking is performed in an unbalanced and incorrect position. Such a persistent gait can lead to skewing of the muscles and skeletal muscles, leading to various systemic pain. In the case of the general public, such a false walking posture causes a problem of deteriorating the physical health. Especially, the elderly who are growing up or suffering from physical abilities are more likely to suffer from body strain and health problems. On the other hand, professionals who need more physical abilities than ordinary people, such as athletes and dancers, have problems such as the limitation on the improvement of physical abilities.
이처럼 올바른 보행 자세는 일반인으로부터 전문인에 이르기까지 중요성을 인정받고 있으며, 따라서 보행 자세의 교정을 어떻게 효과적으로 수행할 것인지에 대한 다양한 연구가 이루어져 오고 있다.Thus, it is recognized that the correct walking posture is important from the general public to the professional, and various studies have been conducted on how to effectively correct the walking posture.
한국특허등록 제1252634호("보행자세 분석 시스템", 2013.04.03, 선행문헌 1)에는, 신발에 압력 센서, 관성 센서 등을 구비하여 이 센서들로부터 검출되는 측정값들을 이용하여 보행 동작을 인식하고 보행 자세를 분석하는 시스템이 개시된다. 선행문헌 1은 신체적인 문제가 없는 일반 사용자의 보행 자세 분석을 목적으로 하는 기술로서, 보행요소를 발의 이동궤적, 걸음 주파수 및 보폭, 발끝의 방향, 발에 미치는 압력분포 등 보행자의 발과 연관된 부분에 초점을 맞추어 분석이 이루어지도록 하고 있다. 이외에도 한국특허등록 제1435366호("보행 감지 인터페이스 기기 및 이를 이용한 보행 정보 제공 방법", 2014.08.22, 선행문헌 2)의 경우 반구형으로 형성되어 사용자가 올라서서 전후좌우 방향으로 걸음을 내딛는 동작을 감지하여 보행 방향과 속도를 판단하는 보행 감지 장치가 개시되며, 한국특허등록 제1583369호("걸음 인지 시스템 및 그 방법, 그리고 이 방법을 처리하는 프로그램이 기록된 저장 매체", 2015.12.31, 선행문헌 3)에는 신발 깔창에 구비된 압력 센서 및 스마트폰의 가속도 센서를 이용하여 보행을 인지하는 기술이 개시되고, 한국특허공개 제2014-0076331호("보행 자세 교정장치 및 이의 제어방법", 2014.06.20, 선행문헌 4)에는 안경과 같은 형태로 얼굴에 착용되어 하방으로 신호를 송신하는 송신부 및 발등에 구비되어 신호를 수신하는 수신부를 포함하여 이루어져 보행 시 올바른 직립 자세를 유지하는지 감지할 수 있는 장치가 개시되는 등, 보행의 인지 및 분석과 관련된 다양한 기술들이 개시되고 있다.In Korean Patent Registration No. 1252634 ("Walking Attitude Analysis System", Apr. 03, 2013, Prior Art 1), a foot sensor is provided with a pressure sensor and an inertial sensor, A system for analyzing a walking posture is disclosed. The
그런데, 선행문헌들을 살펴보면 보행을 감지함에 있어서 대부분 신발 또는 발판에 장착되는 압력 센서를 사용한다(선행문헌 4의 경우 얼굴에 착용하는 장치가 개시되기는 하나, 실질적으로 선행문헌 4는 직립 정도를 감지하기 위한 기술일 뿐으로 엄밀하게는 보행 자체를 인식하거나 분석하는 기술이라 하기에는 부족하다). 따라서 선행문헌들에 의한 장치를 사용하여 보행 자세를 인식 및 분석하고자 할 경우, 장기간 지속적으로 압력을 받는 과정에서 압력 센서가 손상될 우려가 있으며, 이에 따라 장치의 교체나 수리로 인한 사용자에게 시간적, 경제적 불편함을 초래할 수 있다. 또한, 사람의 발 크기는 개개인에 따라 상당히 편차가 크며 이에 따라 압력 센서를 장착한 신발이 다양한 크기로 생산되어야 한다는 점에서, 생산 효율 및 경제성이 상당히 떨어지는 문제가 있다. 물론 사용자 입장에서도, 예를 들어 한 가족끼리 보행 자세 교정을 위한 장치를 구매하고자 할지라도, 하나의 장치를 공유할 수 없고 발 크기에 맞추어 각자 따로 구매해야 되어, 경제적 부담이 늘어나는 문제가 있다.However, in the prior literature, a pressure sensor mounted on a shoe or a footrest is used in detecting the walking (in the case of the
이처럼 보행 자세를 교정하기 위하여 보행을 인식, 감지, 분석하는 기술에 있어서, 신발에 압력 센서를 구비하는 형태 외에 다른 형태의 장치를 이용하면서도 효과적이고 정확하게 보행을 인식, 감지, 분석할 수 있게 하는 기술에 대한 요구가 점점 커지고 있는 실정이다.In the technique of recognizing, detecting and analyzing gait to calibrate the walking posture, there is a technique of enabling effective and precise recognition, detection and analysis of the gait using a device other than the form having the pressure sensor in the shoe There is a growing demand for the < / RTI >
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 사용자의 머리 및 허리에 착용할 수 있도록 형성되며 압력 센서를 배제하고 가속도 센서, 위치 센서 등과 같이 사용자의 동적 물리량을 측정하는 센서만을 이용하여 효과적이고 정확하게 보행을 인식, 감지, 분석할 수 있는, 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 방법 및 장치를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for manufacturing the same, The present invention provides a method and apparatus for deriving a motion-posture based on a pressure center path, which can effectively and precisely recognize, detect and analyze a walk using only a sensor measuring a dynamic physical quantity of a user.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 방법은, 상하, 좌우, 전후를 포함하는 머리측 3축 방향 가속도 센서(111H)를 포함하여 이루어지며 사용자의 머리에 착용되는 머리측 센서 신호 수집부(110H) 및 상하, 좌우, 전후를 포함하는 허리측 3축 방향 가속도 센서(111W) 및 사용자 위치를 측정하는 위치 측정 센서(112W)를 포함하여 이루어지며 사용자의 허리에 착용되는 허리측 센서 신호 수집부(110W)를 이용한 운동 자세 도출 방법에 있어서, 상기 머리측 센서 신호 수집부(110H) 또는 상기 허리측 센서 신호 수집부(110W)에서 측정된 3축 방향 가속도(ax, ay, az)를 사용하여 산출된 사용자 질량 중심의 운동 상태 값들을 사용하여, 질량 중심 위치에서 가속도 벡터 방향으로 지면에 프로젝션하여 압력 중심 경로를 추산하는 압력 중심 경로 추산 단계; 상하 방향 가속도(az) 그래프의 패턴으로부터 보행인지 또는 주행인지를 판단하는 운동 종류 판단 단계; 압력 중심 경로 추산치 및 3축 방향 가속도(ax, ay, az)를 기반으로 보폭, 보간, 보각, 좌우 비대칭을 포함하는 자세 정보를 도출하는 운동 자세 도출 단계; 를 포함하여 이루어질 수 있다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a pressure center path-based motion posture deriving method including a head-side three-axis
이 때 상기 압력 중심 경로 추산 단계는, 상기 머리측 센서 신호 수집부(110H) 또는 상기 허리측 센서 신호 수집부(110W)에서 측정된 상하 방향 가속도(az)와, 상기 머리측 센서 신호 수집부(110H)에서 측정된 좌우 방향 가속도(ax)와, 상기 허리측 센서 신호 수집부(110W)에서 측정된 전후 방향 가속도(ay)를 수집하도록 이루어질 수 있다.In this case, the pressure center path estimating step may include calculating the pressure center path based on the vertical acceleration (a z ) measured by the head sensor
또한 상기 압력 중심 경로 추산 단계는, 상하 방향 가속도(az) 및 중력가속도(g)의 합 대비 좌우 방향 가속도(ax)의 비율 및 상하 방향 가속도(az) 및 중력가속도(g)의 합 대비 전후 방향 가속도(ay)의 비율로 압력 중심의 방향을 결정하는 압력 중심 방향 결정 단계, 질량 중심이 미리 측정된 사용자 키 정보에 미리 결정된 유추용 상수를 곱한 값으로 결정되는 높이에 위치한 것으로 가정하고, 상기 압력 중심 방향 결정 단계에서 결정된 방향으로 지면에 프로젝션하여 압력 중심 위치를 유추하는 압력 중심 위치 유추 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.In addition, the sum of the pressure center path estimating step includes vertical acceleration (a z), and gravitational acceleration (g) the sum over the left and right longitudinal acceleration (a x) ratio and the vertical acceleration (a z), and gravitational acceleration (g) of the Determining a direction of the pressure center by a ratio of the front-back direction acceleration (a y ) in the contrast direction, and determining a direction of the center of the pressure in accordance with the assumption that the center of mass is located at a height determined by multiplying the previously measured user key information by a predetermined constant for inference. And a pressure center position inference step of projecting the pressure center position on the ground in a direction determined in the pressure center direction determination step to infer the pressure center position.
또한 이 때 상기 압력 중심 경로 추산 단계는, 상기 압력 중심 위치 유추 단계에서 유추된 압력 중심 위치에 미리 결정된 전후 및 좌우 방향 보정용 상수를 곱한 값으로 보정되는 압력 중심 위치 보정 단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다.In this case, the pressure center path estimating step may further include a pressure center position correcting step of correcting the pressure center position inferred in the pressure center position approximating step to a value obtained by multiplying the predetermined forward and backward and left and right direction correcting constants .
또한 상기 운동 자세 도출 단계는, 사용자의 운동이 주행일 경우 시간 영역에서 측정된 상하 방향 가속도(az)에서 1주기 내 최대값인 로컬 맥시멈을 중간지지시점으로 정의하고, 사용자의 운동이 보행일 경우 시간 영역에서 측정된 상하 방향 가속도(az)에서 1주기 내 최소값인 로컬 미니멈을 중간지지시점으로 정의하는, 중간지지시점 결정 단계, 사용자의 운동이 주행일 경우 시간 영역에서 측정된 상하 방향 가속도(az)에서 상수값으로 나타나는 구간을 공중부유구간으로 결정하며 나머지 구간을 한발지지구간으로 결정하고, 사용자의 운동이 보행일 경우 시간 영역에서 측정된 상하 방향 가속도(az)에서 피크값이 형성되는 구간을 양발지지구간으로 결정하며 나머지 구간을 한발지지구간으로 결정하는, 구간 분류 결정 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.Also, the step of deriving the motion attitude defines a local maximum, which is the maximum value in one period, from the vertical acceleration (a z ) measured in the time domain when the user's motion is running, as an intermediate support point, A middle support point determining step of defining a local minimum, which is the minimum value in one period, from the vertical acceleration (a z ) measured in the time domain, as an intermediate support point, a vertical acceleration measured in the time domain when the user's motion is traveling, (a z ) is determined as a floating section, and the remaining section is determined as a pair of support sections. When the user's motion is a gait, the peak value in the vertical acceleration (a z ) Determining a section to be formed as a bipedal support section and determining a remaining section as a pair of support sections, There.
또한 상기 운동 자세 도출 단계는, 사용자 위치 정보를 미리 정해진 시간 간격마다 측정하여 평균 속도를 산출하는 단계, 상기 시간 간격 동안의 상기 중간지지시점 개수를 측정하여 보행 주파수를 산출하는 단계, 상기 평균 속도를 상기 보행 주파수로 나누어 보폭을 산출하는 단계를 포함하여 이루어져 전후 방향의 보폭을 산출할 수 있다.Calculating the average speed by measuring the user position information at predetermined time intervals; calculating a walking frequency by measuring the number of the intermediate support points during the time interval; And calculating the step size by dividing the walking frequency by the walking frequency, thereby calculating the stride in the forward and backward directions.
또한 상기 운동 자세 도출 단계는, 상기 중간지지시점에 해당하는 압력 중심 위치 값을 사용하여 좌우 방향의 보간을 산출할 수 있다.Also, in the deriving step, the interpolation in the left-right direction may be calculated using the pressure center position value corresponding to the intermediate support point.
또한 상기 운동 자세 도출 단계는, 상기 한발지지구간의 시작 시점에 해당하는 압력 중심 위치 값 및 상기 한발지지구간의 끝 시점에 해당하는 압력 중심 위치 값을 사용하여 보각을 산출할 수 있다.Also, the step of deriving the exercise attitude may calculate the elevation angle using the pressure center position value corresponding to the start point of the pair of support sections and the pressure center position value corresponding to the end point of the pair of support sections.
또한 상기 운동 자세 도출 단계는, 시간 영역에서 측정된 좌우 방향 가속도(ax)의 부호를 기준으로 지지하고 있는 발을 파악하는 단계, 시간 영역에서 측정된 상하 방향 가속도(az)의 피크값, 골값 및 둘 간의 차이값을 비교하는 단계를 포함하여 이루어져 좌우 비대칭 및 반복성을 산출할 수 있다.The step of deriving the motion posture may further comprise the steps of: grasping a foot supporting on the basis of the sign of the lateral acceleration (a x ) measured in the time domain; calculating a peak value of the vertical acceleration (a z ) Comparing the bone value and the difference value between the two, thereby calculating the left-right asymmetry and the repeatability.
또한 본 발명에 의한 보행 모니터링을 위한 운동 자세 도출 장치(100)는, 상하, 좌우, 전후를 포함하는 머리측 3축 방향 가속도 센서(111H)를 포함하여 이루어지며 사용자의 머리에 착용되는 머리측 센서 신호 수집부(110H), 상하, 좌우, 전후를 포함하는 허리측 3축 방향 가속도 센서(111W) 및 사용자 위치를 측정하는 위치 측정 센서(112W)를 포함하여 이루어지며 사용자의 허리에 착용되는 허리측 센서 신호 수집부(110W), 상기 머리측 및 허리측 센서 신호 수집부(110H)(110W)로부터 신호를 전달받아, 3축 방향 가속도 및 위치 신호를 사용하여 사용자 질량 중심의 가속도, 속도, 위치를 포함하는 보행 또는 주행 운동 상태 값을 도출하고, 상기 보행 또는 주행 운동 상태 값으로부터 압력 중심 경로를 추산하며, 상기 압력 중심 경로를 분석하여 보행 또는 주행 자세를 도출하는 운동 자세 도출부(121)를 포함하여 이루어질 수 있다.In addition, the
이 때 상기 머리측 센서 신호 수집부(110H)는, 3축 방향 각속도 센서(112H)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.At this time, the head sensor
또한 상기 위치 측정 센서(112W)는, GPS 신호를 이용하여 사용자 위치를 측정할 수 있다.Also, the
또한 상기 운동 자세 도출 장치(100)는, 상기 운동 자세 도출부(121)에 의하여 도출된 보행 자세와 기준 자세를 비교하여 자세 교정용 정보를 생성하는 운동 교정 생성부(122)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.The exercise
또한 이 때 상기 운동 자세 도출 장치(100)는, 상기 운동 교정 생성부(122)에 의하여 생성된 자세 교정용 정보를 음향, 도해, 영상을 포함하는 사용자가 인식 가능한 정보로서 변환하여 출력하는 교정 정보 출력부(130)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.Also, at this time, the exercise
또한 이 때 상기 운동 자세 도출 장치(100)는, 상기 머리측 센서 신호 수집부(110H) 및 상기 교정 정보 출력부(130)가 일체로 이루어질 수 있다.In this case, the motion-
또한 상기 운동 자세 도출 장치(100)는, 상기 운동 자세 도출부(121)에 의하여 도출된 보행 자세를 외부의 데이터베이스(140)에 전송하여 누적적으로 저장하도록 이루어질 수 있다.The exercise
또한 상기 운동 자세 도출 장치(100)는, 상기 허리측 센서 신호 수집부(110W) 및 상기 운동 자세 도출부(121)가 일체로 이루어질 수 있다.The motion-
또한 상기 운동 자세 도출 장치(100)는, 상기 머리측 센서 신호 수집부(110H) 및 상기 운동 자세 도출부(121) 간의 신호 전달이, 블루투스, 와이파이, NFC 중 선택되는 적어도 하나의 무선 통신에 의하여 이루어질 수 있다.The movement
본 발명에 의하면, 사용자의 신체에서 가속도, 위치 등을 측정하되 이를 질량 중심 운동 상태 값으로 변환하고, 이로부터 압력 중심 경로를 추산하는 등과 같은 본 발명의 특징적인 분석 알고리즘을 사용함으로써, 효과적이고 정확하게 보행을 인식, 감지, 분석할 수 있는 큰 효과가 있다. 특히 본 발명은, 사용자 신체의 질량 중심의 운동과 가장 흡사하게 나타나는 위치에서 측정된 가속도를 사용함으로써(구체적인 예를 들면, 좌우 방향의 가속도는 머리측에서 측정하고, 전후 방향의 가속도 및 위치는 허리측에서 측정하고, 상하 방향의 가속도는 머리측 또는 허리측에서 측정하도록 이루어짐으로써), 보다 정확한 가속도 및 위치의 측정이 가능하다는 장점이 있다.According to the present invention, by using the characteristic analysis algorithm of the present invention, such as measuring the acceleration, position, etc. in the body of a user, converting it into a mass center motion state value and estimating a pressure center path therefrom, There is a great effect of recognizing, detecting and analyzing walking. Particularly, the present invention is based on the fact that by using the acceleration measured at a position most similar to the motion of the center of mass of the user's body (for example, the acceleration in the left-right direction is measured at the head side, And the acceleration in the up-and-down direction is measured at the head side or the waist side), it is possible to measure the acceleration and the position more accurately.
또한 장치 구성적인 측면에서, 본 발명에 의하면 가속도 센서, 위치 센서 등과 같이 사용자의 동적 물리량을 측정하는 센서만을 이용할 수 있다는 큰 장점이 있다. 즉 기존에는 사용자의 발에 의해 눌림으로써 보행을 인지하는 압력 센서를 이용함으로써 장치 내구도 및 수명 저하 문제, 사용자 신체 치수에 따른 별도 장치 생산 및 사용 문제 등의 여러 문제들이 있었다. 그러나 본 발명의 경우 이러한 문제의 원인인 압력 센서를 발 부분에 배치한다는 기술 구성 자체가 완전히 배제되기 때문에, 상술한 바와 같은 여러 문제들이 원천적으로 제거되는 것이다. 물론 이로부터 사용자 편의성 향상, 사용자 또는 생산자 각각에서의 경제성 향상 등과 같은 효과 또한 얻을 수 있음은 당연하다.Also, in terms of device configuration, according to the present invention, there is a great advantage that only a sensor for measuring a user's dynamic physical quantity such as an acceleration sensor, a position sensor, or the like can be used. In other words, there have been various problems such as a problem of device durability and life span degradation by using a pressure sensor that recognizes walking by pressing by a user's foot, and problems of production and use of separate devices according to user's body dimensions. However, in the case of the present invention, since the technique of disposing the pressure sensor, which is the cause of such a problem, in the foot portion is completely excluded, various problems as described above are eliminated. Of course, it is natural that such advantages as the improvement of user convenience and the economical improvement of each user or producer can be obtained.
도 1은 본 발명의 운동 자세 도출 장치의 사용 상태의 여러 실시예.
도 2는 본 발명의 운동 자세 도출 장치의 개략도.
도 3은 본 발명의 운동 자세 도출 방법의 흐름도.
도 4는 질량 중심 및 압력 중심 간의 관계도.
도 5는 압력 중심 방향 결정 및 위치 유추의 설명도.
도 6은 추산된 압력 중심 경로의 예시.
도 7은 보행 및 주행 시 시간에 대한 상하 방향 가속도 그래프 예시.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view showing various embodiments of a use state of the exercise posture deriving apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of the exercise posture deriving device of the present invention. FIG.
3 is a flowchart of a method of deriving the exercise attitude according to the present invention.
4 is a diagram showing the relationship between the center of mass and the center of pressure.
5 is an explanatory diagram of the determination of the direction of the pressure center and the position analogy.
6 is an illustration of an estimated pressure center path.
FIG. 7 is a graph showing a vertical acceleration graph with respect to time during walking and running; FIG.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 방법 및 장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method and apparatus for deriving a center-of-path-based motion posture according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
운동 자세 도출 장치Exercise attitude deriving device
도 1은 본 발명의 운동 자세 도출 장치의 사용 상태의 여러 실시예이며, 도 2는 본 발명의 운동 자세 도출 장치의 개략도를 도시하고 있다. 먼저 도 1, 2를 통해 본 발명의 운동 자세 도출 장치의 구성을 간략히 설명하고, 이후 이러한 운동 자세 도출 장치를 이용한 보행 모니터링을 위한 운동 인식 방법에 대하여 보다 상세히 설명한다.Fig. 1 shows various embodiments of the use state of the exercise posture deriving apparatus according to the present invention, and Fig. 2 shows a schematic view of the exercise posture deriving apparatus according to the present invention. First, the configuration of the exercise posture deriving device of the present invention will be briefly described with reference to FIGS. 1 and 2, and a motion recognition method for gait monitoring using the exercise posture deriving device will be described in detail below.
본 발명의 운동 자세 도출 장치(100)는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 사용자의 신체, 보다 구체적으로는 머리 및 허리에 나누어 착용되도록 이루어진다. 즉 착용 상태의 구체적인 예시로서 본 발명의 운동 자세 도출 장치(100)는, 도 1의 개략도에 나타나는 바와 같이, 머리측에 착용되는 머리측 센서 신호 수집부(110H)는 이어폰과 같이 귀에 꽂는 형태로 이루어지고, 허리측에 착용되는 허리측 센서 신호 수집부(110W)는 벨트에 꽂는 형태로 이루어질 수 있다. 물론 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 상기 머리측 센서 신호 수집부(110H)가 헤어밴드 형태, 안경 형태, 별도의 모자에 꽂아 부착하는 형태, 헬멧 형태 등 다양하게 변경 실시될 수 있음은 당연하다.As shown in FIG. 1, the exercise
한편 구성적인 구체적인 예시로서 본 발명의 운동 자세 도출 장치(100)는, 도 2에 나타나는 바와 같이, 가장 기본적으로는 머리측 센서 신호 수집부(110H), 허리측 센서 신호 수집부(110W) 및 운동 자세 도출부(121)를 포함하여 이루어지며, 여기에 상기 운동 자세 도출 장치(100)는, 운동 교정 생성부(122), 교정 정보 출력부(130) 등을 더 포함하여 이루어질 수 있다.On the other hand, as a specific concrete example, as shown in FIG. 2, the exercise
상기 머리측 센서 신호 수집부(110H)는, 상하, 좌우, 전후를 포함하는 머리측 3축 방향 가속도 센서(111H)를 포함하여 이루어지며, 상기 허리측 센서 신호 수집부(110W)는, 상하, 좌우, 전후를 포함하는 허리측 3축 방향 가속도 센서(111W) 및 사용자 위치를 측정하는 위치 측정 센서(112W)를 포함하여 이루어진다. 상기 머리측 및 허리측 3축 방향 가속도 센서(111H)(111W)는 자이로스코프를 내장하는 형태 등과 같이 일반적으로 3축 방향의 가속도를 측정하는 데 사용되는 센서들 중 적절한 것을 선택하여 채용할 수 있다. 상기 위치 측정 센서(112W)는 사용자의 절대 위치를 측정하기 위한 것으로서, 예를 들어 GPS 신호를 이용하여 사용자 위치를 측정하도록 이루어질 수 있으며, 또는 최근 GPS보다 정확성이 높은 초정밀 위성항법 기술이 개발되고 있는바 이러한 기술이 적용되는 센서가 사용될 수도 있다. 더불어 상기 머리측 및 허리측 센서 신호 수집부(110H)(110W)는, 이하 보다 상세히 설명될 운동 인식 및 분석 과정에서의 정확도를 높일 수 있도록, 도 2에 도시된 바와 같이 3축 방향 각속도 센서(112H)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.The head side sensor
특히 본 발명의 운동 자세 도출 장치(100)에서 상기 상기 머리측 및 허리측 센서 신호 수집부(110H)(110W)는, 도 1에 도시된 바와 같이 사용자의 머리 및 허리에 착용되어 가속도, 속도, 위치 등과 같은 사용자의 동적 물리량을 측정한다. 기존에는 앞서 설명한 바와 같이 대부분의 경우 보행 모니터링을 위해 직접적으로 발로 눌러지는 부분인 신발, 발판 등에 구비되는 압력 센서를 사용하였으며, 이에 따라 센서의 손상이 빨리 일어나 장치 내구도 및 수명이 짧아지는 문제가 있었다. 물론 이는 사용 중 장치 손상으로 인한 보행 인식 및 분석 정확성의 저하, 잦은 장치 교체로 인한 편의성 및 경제성 저하 등의 문제를 유발시킨다. 더불어 이러한 장치가 신발에 구비되는 경우 사용자의 발 크기에 따라 사용자마다 각각 별도의 장치가 필요하게 되어, 사용자의 편의성 및 경제성 저하가 가중되며, 생산자에게는 크기별 별도 생산을 해야만 하여 역시 경제적 부담을 발생시키는 등의 문제가 있었다.Particularly, in the exercise
그러나 본 발명에서는 보행 인식을 함에 있어서 발로 눌리는 압력을 사용한다는 개념을 완전히 탈피하여, 도 1에 도시된 바와 같이 사용자의 머리 및 허리에서 측정되는 가속도, 속도, 위치 등과 같은 사용자의 동적 물리량을 측정하고 (이하 설명될) 본 발명의 특징적인 분석 알고리즘을 적용하여 보행의 인식, 감지, 분석을 실현한다. 이처럼 본 발명은 종래기술과는 측정 위치가 전혀 상이하고(종래기술 : 발 / 본 발명: 머리 및 허리), 측정 물리량도 전혀 상이하다(종래기술 : 압력 / 본 발명 : 가속도, 위치 등 동적 물리량). 이 때 앞서 종래기술에서 지적된 여러 문제점들의 근본적인 원인은 '압력 센서를 발 부분에 배치한다'는 기술 구성에서 오는 것인바, 본 발명에 의하면 그 구성만으로서 상술한 바와 같은 여러 문제들이 원천적으로 제거될 수 있게 된다.However, in the present invention, the concept of using the pressure applied by the foot in the walking recognition is completely eliminated and the dynamic physical quantity of the user such as acceleration, speed, and position measured at the head and waist of the user is measured Detection, and analysis of gait by applying the characteristic analysis algorithm of the present invention (to be described below). As described above, the present invention differs from the conventional art in that the measured positions are completely different (prior art: feet / present invention: head and waist) and measurement physical quantities are completely different (prior art: pressure / invention: . At this time, the root cause of the various problems pointed out in the prior art comes from the technical arrangement that 'the pressure sensor is disposed at the foot part', and according to the present invention, the above- .
특히, 본 발명에서는 자세 도출을 위한 사용자의 동적 물리량 측정 시, 사용자 신체의 질량 중심의 운동과 가장 흡사하게 나타나는 위치에서 측정된 값을 사용하도록 이루어진다. 구체적인 예를 들자면, 본 발명에서는 좌우 방향의 가속도는 머리측에서 측정하고, 전후 방향의 가속도 및 위치는 허리측에서 측정하고, 상하 방향의 가속도는 머리측 또는 허리측에서 측정하도록 한다. 상하 방향의 가속도의 경우에 대해서 좀더 부연하자면, 상하 방향의 가속도는 머리측 또는 허리측 어디에서 측정하여도 상당히 정확하게 잘 나타나므로, 머리측이나 허리측 둘 중 하나에서 측정된 값을 선택적으로 사용하여도 되고, 또는 양측에서 측정된 값들의 평균값을 사용하여도 되는 등 적절하게 선택할 수 있다.Particularly, in the present invention, when measuring the dynamic physical quantity of the user for attitude determination, the measured value is used at the position most similar to the motion of the center of mass of the user's body. For example, in the present invention, the acceleration in the left-right direction is measured at the head side, the acceleration and the position in the front-rear direction are measured at the waist side, and the acceleration in the vertical direction is measured at the head side or the waist side. More specifically for the acceleration in the up-and-down direction, the acceleration in the up-and-down direction is fairly accurate when measured from either the head or waist side, so that the measured values at either the head or waist side are selectively used Or an average value of the values measured on both sides may be used, or the like.
물론 일반적으로 가속도 센서는 상하, 좌우, 전후 즉 3축 방향의 가속도를 모두 측정할 수 있도록 이루어지며, 따라서 상기 머리측 센서 신호 수집부(110H) 단독 또는 상기 허리측 센서 신호 수집부(110W) 단독에서 수집된 상하, 좌우, 전후 방향 가속도들을 이용하여 이후 설명될 여러 계산들을 수행할 수도 있음은 물론이다. 그런데 보행 및 주행이 이루어질 때, 상대적으로 머리에서의 좌우 움직임과 사용자 신체의 질량 중심의 좌우 움직임이 보다 유사하게 나타나고, 또한 상대적으로 허리에서의 전후 움직임과 사용자 신체의 질량 중심의 전후 움직임이 보다 유사하게 나타난다. 더불어 상하 움직임은 머리, 허리, 질량 중심 모두에서 유사하게 나타난다. 한편 이후 설명될 본 발명의 운동 인식 방법에서, 궁극적으로는 사용자 신체의 질량 중심에서의 동적 물리량을 사용하여 운동 인식이나 자세 도출 등이 이루어지게 된다. 이러한 사항들을 종합하여 볼 때, 머리측에서 좌우 방향 가속도를 측정하고, 허리측에서 전후 방향 가속도를 측정하고, 머리측 또는 허리측 중 적절히 원하는 대로 선택하여 상하 방향 가속도를 측정하거나 또는 양측 모두에서 측정하여 평균값을 낸 값으로서 상하 방향 가속도를 산출함으로써, 최종적인 운동 인식이나 자세 도출 등이 훨씬 정확하게 이루어지는 효과를 얻을 수 있게 된다.In other words, in general, the acceleration sensor is configured to measure the acceleration in the up-and-down direction, the left-right direction, the front-back direction and the three-axis direction. Therefore, the head-side sensor
상기 운동 자세 도출부(121)는, 상기 머리측 및 허리측 센서 신호 수집부(110H)(110W)로부터 신호를 전달받아, 3축 방향 가속도 및 위치 신호를 사용하여 사용자 질량 중심의 가속도, 속도, 위치를 포함하는 보행 또는 주행 운동 상태 값을 도출하고, 상기 보행 또는 주행 운동 상태 값으로부터 압력 중심 경로를 추산하며, 상기 압력 중심 경로를 분석하여 보행 또는 주행 자세를 도출하는 역할을 한다. 상기 운동 자세 도출부(121)에서 사용하는 본 발명의 분석 알고리즘에 대해서는 이후 보다 상세히 설명될 것이므로 여기에서는 설명을 생략한다.The motion
한편 상기 운동 자세 도출부(121)는, 다양한 계산을 수행할 수 있는 집적 회로 형태로 이루어져 상기 허리측 센서 신호 수집부(110W)와 일체로서 하나의 기판 상에 형성될 수도 있고, 또는 별도의 컴퓨터 등과 같은 형태로 이루어질 수도 있다. 더불어 상기 머리측 및 상기 허리측 센서 신호 수집부(110H)(110W)에는, 상기 운동 자세 도출부(121)와의 신호 전달을 위해 각각 머리측 통신부(113H) 및 허리측 통신부(110W)가 구비될 수 있다. 상기 허리측 센서 신호 수집부(110W)가 상기 운동 자세 도출부(121)와 일체로 형성되는 경우, 상기 허리측 통신부(110W)는 상기 운동 자세 도출부(121)와 직접 연결되어 신호 전달을 할 수 있으며, 또는 상기 허리측 통신부(110W)는 상기 머리측 통신부(110H)로부터 전달되어 오는 신호를 받아 상기 운동 자세 도출부(121)에 전달해 주는 역할을 할 수도 있다. 상기 머리측 및 허리측 통신부(110H)(110W)는 유선으로 이루어질 수도 있으며, 또는 보다 사용자 편의성을 높일 수 있도록 블루투스, 와이파이, NFC 중 선택되는 적어도 하나의 무선 통신을 이용하여 신호가 전달되도록 이루어질 수도 있다.On the other hand, the exercise
상기 운동 교정 생성부(122)는, 상기 운동 자세 도출부(121)에 의하여 도출된 보행 자세와 기준 자세를 비교하여 자세 교정용 정보를 생성하는 역할을 한다. 상기 운동 자세 도출부(121)에서는 상술한 바와 같이 상기 머리측 및 허리측 센서 신호 수집부(110H)(110W)에서 수집된 신호를 바탕으로 사용자의 보행 또는 주행 자세를 도출하는데, 구체적인 예를 들자면 보행 또는 주행 시 사용자의 진행 방향, 속도 등을 도출할 수 있으며, 이로부터 보행 자세의 요소 중 하나인 보폭을 얻을 수 있다. 이러한 경우 상기 운동 교정 생성부(122)에서는, 보행 및 주행 속도별 최적의 키-보폭 관계 데이터를 내장하고 있다가, 해당 사용자의 보행 자세 정보를 이와 비교하여 해당 사용자의 키에 비해 보폭이 지나치게 넓거나 좁지는 않은지를 판단하고, 최적 범위에서 벗어날 경우 줄이거나 늘려야 할 보폭 교정량을 용이하게 산출해 낼 수 있는 것이다.The exercise
상기 교정 정보 출력부(130)는, 이처럼 상기 운동 교정 생성부(122)에 의하여 생성된 자세 교정용 정보를 음향, 도해, 영상을 포함하는 사용자가 인식 가능한 정보로서 변환하여 출력한다. 예를 들자면, 보폭 교정량이 산출되어 보폭을 줄여야 할 필요가 있을 경우, 상기 운동 자세 도출 장치(100) 상에 구비된 스피커를 통해 "보폭을 줄이세요"와 같은 음성이 출력되도록 하거나, 경고음이 울리게 하여 사용자가 최적 보폭이 아님을 인지하고 보행 자세를 바꾸도록 유도할 수 있다. 특히 이와 같이 구성되는 경우, 상기 교정 정보 출력부(130)는 상기 머리측 센서 신호 수집부(110H)와 일체로 이루어짐으로써, 사용자의 정보 수집 기관 즉 눈, 귀 등에 가깝게 배치되어 정보를 전달하도록 이루어지는 것이 바람직하다. 즉 구체적인 예시로서, 상기 머리측 센서 신호 수집부(110H)가 도 1에 도시된 예시와 같이 귀에 꽂는 이어폰 형태로 이루어지고, 출력되는 정보 형태가 음성, 음향 신호일 경우, 교정 정보 전달의 효율이 극대화될 수 있다. 또는 스마트폰, 컴퓨터, 또는 전용 디스플레이 등과 연결되어, 도해 또는 영상으로 정확한 교정 정보가 출력되도록 할 수도 있는 등, 다양한 형태로의 실현이 가능하다.The calibration
더불어 상기 운동 자세 도출 장치(100)는, 상기 운동 자세 도출부(121)에 의하여 도출된 보행 자세를 외부의 데이터베이스(140)에 전송하여 누적적으로 저장하도록 이루어질 수 있다. 이러한 보행 또는 주행 운동 분석을 필요로 하는 사용자는, 건강 촉진을 위해 매일 산책 또는 조깅을 수행하는 일반인이나, 또는 신체 능력 향상을 위해 훈련하는 전문가 등이 있을 수 있으며, 이러한 운동 분석 데이터가 누적되어 시간적인 변화를 볼 수 있도록 이루어지는 것이 당연히 바람직하다. 뿐만 아니라, 이처럼 운동 분석 데이터가 대량으로 누적 저장되면, 이러한 데이터가 빅데이터로서 활용되어 각종 통계나 분석에 사용될 수도 있는 등, 다양한 활용이 가능하다.In addition, the exercise
상술한 바와 같이 이루어지는 본 발명의 운동 자세 도출 장치(100)에서, 운동 인식에서부터 운동 자세 도출을 거쳐 교정 정보 출력까지 이루어지는 구체적이고 종합적인 예시를 들자면 다음과 같다. 먼저 앞서 설명한 바와 같이 사용자 신체의 질량 중심의 운동과 흡사하도록, 머리측에서 좌우 방향 가속도를 수집하고, 허리측에서 전후 방향 가속도 및 위치를 수집하고, 머리측 또는 허리측에서 상하 방향 가속도를 수집한다.In the motion-
상기 허리측 센서 신호 수집부(110W)는 상기 운동 자세 도출부(121)와 일체로 이루어질 수 있으며, 따라서 상기 머리측 센서 신호 수집부(110H)에서 수집된 물리량들은 머리측 통신부(113H)를 통해 상기 운동 자세 도출부(121) 측으로 전달된다. 이 때 상기 허리측 센서 신호 수집부(110W)에 구비된 허리측 통신부(113W)가 이 신호를 전달받아 상기 운동 자세 도출부(121)로 전달해 주도록 이루어지면 더욱 효율적이다.The waist side sensor
이와 같이 수집된 가속도 및 위치 등의 물리량을 이용하여, 상기 운동 자세 도출부(121)에서는 사용자의 보행 및 주행 자세를 도출한다. 상기 운동 교정 생성부(122)에서는 이처럼 도출된 실제 사제와 이상적인 기준 자세를 비교하여 자세 교정용 정보를 생성하게 된다. 상기 운동 자세 도출부(121) 및 상기 운동 교정 생성부(122) 역시 일체로 이루어질 수 있으며, 즉 이들은 상기 허리측 센서 신호 수집부(110W)와 일체로 이루어지게 된다.Using the physical quantities such as the acceleration and the position thus collected, the exercise
이처럼 생성된 자세 교정용 정보가 사용자에게 효과적으로 전달되기 위해서는, 사용자의 정보 수집 기관인 눈, 귀 등에 가까운 머리측에서 정보가 전달되게 하는 것이 바람직하다. 앞서 설명한 바와 같이 상기 머리측 센서 신호 수집부(110H)와 상기 교정 정보 출력부(130)가 일체로 이루어질 경우, 상기 생성된 자세 교정용 정보가 상기 허리측 통신부(113W) - 상기 머리측 통신부(113H)를 순차적으로 거쳐 상기 교정 정보 출력부(130)로 전달되어, 사용자의 귀에 음성 메시지를 전달하는 등과 같은 형태로 교정 정보의 효과적인 전달이 이루어지게 된다.In order for the generated posture correction information to be effectively transmitted to the user, it is preferable that the information is transmitted from the head side close to the eyes, ears, or the like, which is the information collecting institution of the user. When the head sensor
운동 자세 도출 방법How to derive exercise attitude
본 발명의 운동 자세 도출 방법은, 상술한 바와 같은 운동 자세 도출 장치를 이용하여 사용자의 운동을 감지하고 보행인지 주행인지를 판단하는 등의 분석을 수행한다. 이 때 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에서 사용되는 분석 알고리즘은 사용자의 머리 및 허리에서 측정되는 동적 물리량을 이용하는 바, 상기 운동 자세 도출 장치(100)는 최소한으로는 상하, 좌우, 전후를 포함하는 머리측 3축 방향 가속도 센서(111H), 상하, 좌우, 전후를 포함하는 허리측 3축 방향 가속도 센서(111W) 및 사용자 위치를 측정하는 위치 측정 센서(112W)를 포함하여 이루어지면 되며, 상기 운동 자세 도출부(121)에서 이하에 설명될 분석 알고리즘이 수행되면 된다. 또한 상기 운동 자세 도출 장치(100)는 장치의 기능 향상을 위해 앞서 설명한 다양한 부가 구성들을 더 포함하여 이루어질 수도 있음은 물론이다.The method for deriving the exercise attitude according to the present invention performs an analysis such as detecting the user's exercise using the above-described exercise attitude deriving device and determining whether the user is walking or running. As described above, the analysis algorithm used in the present invention uses dynamic physical quantities measured at the head and waist of a user, and the exercise
도 3은 본 발명의 운동 자세 도출 방법의 흐름도를 도시하고 있다. 본 발명의 운동 자세 도출 방법은, 도시된 바와 같이 크게는 압력 중심 경로 추산 단계, 운동 종류 판단 단계, 운동 자세 도출 단계 이 세 단계를 포함하여 이루어질 수 있다. 이하에서 각 단계에 대하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Fig. 3 shows a flowchart of a method of deriving the exercise attitude according to the present invention. The method of deriving the motion posture of the present invention may include three steps, that is, a pressure center path estimation step, a motion type determination step, and a motion posture derivation step as shown in FIG. Each step will be described in more detail as follows.
상기 압력 중심 경로 추산 단계에서는, 상기 운동 자세 도출 장치(100)에 의해 수집된 3축 방향 가속도(ax, ay, az)를 사용하여 산출된 사용자 질량 중심의 운동 상태 값들을 사용하여, 질량 중심 위치에서 가속도 벡터 방향으로 지면에 프로젝션하여 압력 중심 경로를 추산한다.In the pressure center path estimation step, using the motion state values of the user mass center calculated using the three-axis direction acceleration (a x , a y , a z ) collected by the motion
상기 운동 자세 도출 장치(100)에서 3축 방향 가속도 센서(111)를 이용하여 좌우, 전후, 상하의 3축 방향 가속도를 수집할 수 있으며, 이를 적분하거나 또는 시간당 상기 위치 측정 센서(112W)를 이용하여 수집된 위치 정보를 이용하여 속도, 위치 등을 모두 구할 수 있다. 한편 일반적으로 어떤 대상물의 운동을 분석할 경우 그 대상물의 질량 중심의 운동을 기준으로 분석하게 되는데, 상기 운동 자세 도출 장치(100)는 사용자의 머리에 구비되는 것이므로, 여기에서 측정된 값들을 질량 중심의 운동 상태 값으로 변환하여 분석하는 것이 바람직하다. 이와 같이 사용자 머리 위치에서 측정된 값을 사용자 질량 중심에서의 값으로 변환하는 것은, 사용자 키 정보 등과 같은 신체 정보를 이용하여 미리 구해진 게인 값을 적절히 곱하는 등으로 용이하게 도출할 수 있다.The three-axis direction acceleration sensor 111 can be used to acquire three-axis acceleration in the right, left, front, rear, and upper directions in the motion
이와 같이 질량 중심의 운동 상태 값(각 방향들에 대한 시간당 가속도/속도/위치, 주파수 분석 등)들을 도출하면, 이로부터 압력 중심 경로를 추산할 수 있다. 인체는 보행 또는 주행 시 지지하는 발에 가해지는 반작용 압력을 이용하여 거동한다. 이 반작용 압력의 합을 지면 반력(Ground reaction force; GRF)이라고 부르며, 이 압력의 중심을 압력 중심(Center of pressure; COP)이라고 부른다. 이 때 발생하는 지면 반력은 압력 중심에서 인체 질량 중심(center of mass; COM)을 향하는 특성을 가진다고 밝혀져 있다. 도 4는 이러한 질량 중심 및 압력 중심 간의 관계도를 간략하게 나타내고 있다. 본 발명에서는 바로 이러한 생체역학적 특성을 역으로 이용하여, 질량중심에서 측정된 힘의 벡터 방향으로 지면에 프로젝션하여 압력중심을 유추하도록 하고 있다.Thus, by deriving the motion state values of the center of mass (acceleration per hour / velocity / position, frequency analysis for each direction, etc.), the pressure center path can be estimated from this. The human body behaves by using the reaction pressure applied to the supporting foot during walking or running. The sum of these reaction pressures is called the ground reaction force (GRF), and the center of this pressure is called the center of pressure (COP). It is found that the ground reaction force generated at this time has a characteristic of being directed to the center of mass (COM) from the pressure center. Fig. 4 briefly shows the relationship between the center of mass and the center of pressure. In the present invention, this biomechanical property is reversely used to project the center of the pressure on the ground in the vector direction of the force measured at the center of mass.
도 5는 압력 중심 방향 결정 및 위치 유추를 설명하는 도면이다. 압력 중심 방향이란 질량 중심에서 압력 중심을 향하는 방향을 말한다. 상기 압력 중심 경로 추산 단계는, 압력 중심 방향을 먼저 결정하고, 이 방향으로 프로젝션하여 압력 중심 위치를 유추하도록 이루어질 수 있다. 보다 상세히 설명하자면, 먼저 압력 중심 방향 결정 단계에서는, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 상하 방향 가속도(az) 및 중력가속도(g)의 합 대비 좌우 방향 가속도(ax)의 비율 및 상하 방향 가속도(az) 및 중력가속도(g)의 합 대비 전후 방향 가속도(ay)의 비율로 압력 중심의 방향을 결정한다. 이와 같이 압력 중심의 방향이 결정되면, 다음으로 압력 중심 위치 유추 단계에서는, 질량 중심이 미리 측정된 사용자 키 정보에 미리 결정된 유추용 상수를 곱한 값으로 결정되는 높이에 위치한 것으로 가정하고, 상기 압력 중심 방향 결정 단계에서 결정된 방향으로 지면에 프로젝션하여 압력 중심 위치를 유추하게 된다. 여기에서 유추용 상수란 사용자의 키에 따른 질량 중심의 높이를 말하는 것이다. 일반적으로 사람의 신체의 질량 중심은 대략 허리 부근에 있다. 따라서 상기 허리측 센서 신호 수집부(110W)의 위치를 질량 중심의 위치로 간주하여도 된다. 이 경우에는 상기 유추용 상수 값은 단순히 상기 허리측 센서 신호 수집부(110W)의 높이가 될 수 있다. 한편 일반적으로 어린이의 질량 중심이 성인의 질량 중심보다 비율상 높고, 남성의 질량 중심이 여성의 질량 중심보다 비율상 높게 나타난다는 점이 잘 알려져 있으며, 물론 그 비율도 알려져 있다. 구체적인 예를 들면 성인 남성의 질량 중심은 평균적으로 신장의 55.27% 위치에 있다는 것이 알려져 있으며, 이 경우 유추용 상수는 0.5527이 된다. 따라서 예를 들어 사용자 키 정보를 입력할 때 어린이/성인 및 남성/여성 구분 정보를 함께 입력하게 함으로써, 적절한 유추용 상수가 선택되어 산출에 사용될 수 있다.5 is a view for explaining the center-of-pressure direction determination and the position analogy. The pressure center direction is the direction from the center of mass to the pressure center. The pressure center path estimating step may be performed to first determine the direction of the pressure center, and project it in this direction to infer the pressure center position. 5, the ratio of the vertical acceleration a z and the gravity acceleration g to the sum of the lateral acceleration a x and the vertical acceleration? the direction of the pressure center is determined by the ratio of the forward and backward acceleration (a y ) to the sum of the acceleration (a z ) and the gravity acceleration (g). If the direction of the pressure center is determined as described above, then, in the pressure center position analogy step, it is assumed that the center of mass is located at a height determined by multiplying pre-measured user key information by a predetermined constant for analogy, And the pressure center position is inferred by projecting on the ground in a direction determined in the direction determination step. Here, the constant for inference is the height of the center of mass according to the user's key. In general, the center of mass of a person's body is approximately in the vicinity of the waist. Therefore, the position of the waist side sensor
이렇게 구해진 압력 중심 위치의 정확도를 더욱 높이기 위해, 상기 압력 중심 위치 유추 단계에서 유추된 압력 중심 위치에 미리 결정된 전후 및 좌우 방향 보정용 상수를 곱한 값으로 보정되는 압력 중심 위치 보정 단계가 더 수행될 수도 있다. 여기에서 전후 및 좌우 방향 보정용 상수란, 상술한 바와 같은 프로젝션 방법으로 구한 압력 중심 위치를 실제 전후 및 좌우 방향 압력 중심과 통계적으로 일치시킬 수 있는 상수이다.In order to further increase the accuracy of the pressure center position thus obtained, a pressure center position correction step may be further performed in which the pressure center position inferred in the pressure center position inference step is corrected to a value obtained by multiplying a predetermined constant for forward and backward and lateral correction . Here, the constants for the back and forth and left and right directions are constants that can statistically match the pressure center position obtained by the above projection method with the actual front and rear and left and right pressure centers.
상기 운동 종류 판단 단계에서는, 상하 방향 가속도(az) 그래프의 패턴으로부터 보행인지 또는 주행인지를 판단한다. 도 6은 추산된 압력 중심 경로로서 구해진 발착지 패턴의 한 예시이다. 도시된 바와 같이 좌우 발이 번갈아 지면을 지지하면서 진행되는 것을 알 수 있다.In the motion type determination step, it is determined whether the vehicle is walking or running from the pattern of the vertical acceleration (a z ) graph. 6 is an example of a landing pattern obtained as an estimated pressure center path. As shown in the figure, the left and right feet are alternately supported while supporting the ground surface.
한편 보행과 주행을 구분짓는 것은, 보행의 경우 한 발 또는 양 발이 항상 지면에 닿아 있는 반면, 주행의 경우 한 발 또는 양 발이 항상 지면으로부터 떠 있다는 것이다. 도 7은 보행 및 주행 시 시간에 대한 상하 방향 가속도 그래프 예시를 도시하고 있다. 도 7(A)에 도시된 보행 시 그래프의 경우 양 발이 모두 지면에 딛어지는 순간 피크가 발생하는 것을 확인할 수 있으며, 도 7(B)에 도시된 주행 시 그래프의 경우 양 발이 모두 지면으로부터 떠 있는 순간 상하 방향 가속도(az)가 최소값이 되는 상수값 구간이 존재함을 확인할 수 있다. 이처럼 보행 및 주행 시 각각의 경우 상하 방향 가속도(az) 그래프의 패턴이 서로 다르게 나타나는 것을 이용하여, 현재 이루어지고 있는 사용자의 운동이 보행인지 또는 주행인지를 판단할 수 있게 되는 것이다.On the other hand, the distinction between walking and running is that one or both feet always touch the ground in the case of walking, whereas one or both feet always float from the ground in the case of driving. FIG. 7 shows an example of a vertical acceleration graph with respect to time during walking and running. In the case of the graph at the time of walking shown in Fig. 7 (A), it can be seen that an instantaneous peak occurs when both feet are stepped on the ground. In the case of the graph at the time of running shown in Fig. 7 (B) It can be confirmed that there is a constant value interval in which the instantaneous vertical acceleration (a z ) is the minimum value. In this way, it is possible to judge whether the motion of the current user is a walking or running by using the fact that the patterns of the graph of the vertical acceleration (a z ) are different from each other in the case of walking and running.
상기 운동 자세 도출 단계에서는, 압력 중심 경로 추산치 및 3축 방향 가속도(ax, ay, az)를 기반으로 보폭, 보간, 보각, 좌우 비대칭을 포함하는 자세 정보를 도출한다. 도 6의 압력 중심 경로 예시 및 도 7의 보행 또는 주행 시 상하 방향 가속도 예시를 참조하여 보다 상세히 설명한다.In the exercise attitude deriving step, attitude information including stride, interpolation, angle of repose, and asymmetry are derived based on the pressure center path estimated value and the three-axis direction acceleration (a x , a y , a z ). The pressure center path example of Fig. 6, and the vertical acceleration example of the walking or running of Fig. 7 will be described in more detail.
먼저, 사용자의 운동이 보행일 경우와 주행일 경우 양상이 다소 다르게 나타난다는 점을 위에서 설명하였으며, 물론 공통적으로 나타나는 사항도 있다. 앞서 설명한 바와 같이 보행의 경우 한 발 또는 양 발이 항상 지면에 닿아 있으며, 주행의 경우 한 발 또는 양 발이 항상 지면으로부터 떠 있다. 즉 보행 시 및 주행 시 공통으로 한 발로만 지지되는 구간이 존재하게 된다. 이러한 점들을 고려하여, 상기 운동 자세 도출 단계에서는, 먼저 중간지지시점을 결정하는 중간지지시점 결정 단계와, 양발지지구간, 한발지지구간, 공중부유구간을 결정하는 구간 분류 결정 단계를 포함하여 이루어져, 보행 및 주행을 구분하면서 자세를 도출하는 기초 정보를 형성하게 된다.First of all, it is explained above that the user's movements appear to be slightly different when walking or driving. As described above, in the case of walking, one foot or both feet always touch the ground. In the case of driving, one foot or both feet always float from the ground. That is, there is a section that is supported only by one foot when walking and traveling. In consideration of these points, in the step of deriving the exercise attitude, an intermediate supporting time determining step of determining an intermediate supporting time point and an interval classification determining step of determining a sole supporting period, a pair of supporting period, The basic information for deriving the posture is formed while distinguishing the walking and the running.
먼저 보행 운동을 풀어서 묘사하자면 다음과 같다. 먼저 한 쪽 발의 발뒤꿈치가 지면을 디디는 순간에 다른 쪽 발의 발끝도 지면에서 미처 떨어지지 않은 상태, 즉 양발이 지지되어 있는 상태로 시작한다. 이 상태에서, 한 쪽 발로만 지면을 지지하면서 다른 쪽 발이 지면으로부터 떨어지고, 이 다른 쪽 발이 허공을 저으면서 전방으로 진행하면서 사람의 몸체도 전방으로 이동하게 된다. 그리고 이 다른 쪽 발의 발뒤꿈치가 지면을 디디는 순간에 한 쪽 발의 발끝이 지면에서 미처 떨어지지 않은 상태, 즉 양발이 지지되어 있는 상태가 다시 이루어지면서 한 걸음의 보행이 이루어진다. 이 과정에서, 한 발로만 지지된 채 사람의 몸체가 전방으로 이동하고 있는 순간에는 사람의 머리가 상하 방향으로 크게 흔들리지 않는 반면(상하 방향 가속도(az)에서 로컬 미니멈이 형성됨), 발을 디디는 순간에 상하 방향으로 가장 크게 흔들리게 된다(상하 방향 가속도(az)에서 피크값이 형성됨).First, let 's describe the walking movement as follows. First, at the moment when the heel of one foot touches the ground, the toe of the other foot starts with the state where the foot is not dropped from the ground. In this state, the one foot supports the ground surface while the other foot comes off the ground, and the other foot moves forward as the foot sweeps through the air, and the human body also moves forward. And at the moment when the heel of this other foot touches the ground, the foot of one foot does not fall off from the ground, that is, the condition that the feet are supported is restored, and one step is performed. In this process, when the human body is moved forward while being supported only by one foot, the head of the person is not largely shaken up and down (a local minimum is formed at the vertical acceleration (a z )), (The peak value is formed at the vertical acceleration (a z )).
즉 보행 운동은, 양발이 모두 지면을 딛고 있는 상태인 구간, 한 발만 지면을 딛고 있는 상태인 구간으로 나뉠 수 있으며, 한 발만 지면을 딛고 있는 상태인 중에 상하 방향으로의 흔들림이 가장 적다. 이러한 운동의 양상이 도 7(A)에 잘 나타나 있으며 이러한 예시에 나타나 있는 바와 같이, 중간지지시점 결정 단계에서는, 사용자의 운동이 보행일 경우 시간 영역에서 측정된 상하 방향 가속도(az)에서 로컬 미니멈을 중간지지시점으로 정의한다. 또한 구간 분류 결정 단계에서는, 사용자의 운동이 보행일 경우 시간 영역에서 측정된 상하 방향 가속도(az)에서 피크값이 형성되는 구간을 양발지지구간으로 결정하며 나머지 구간을 한발지지구간으로 결정한다.In other words, the walking movement can be divided into a section in which both feet are in a state of standing on the ground, and a section in which one foot is in a state of standing on the ground, and the fluctuation in the upward and downward directions is least when one foot is on the ground. As this is the movement pattern is also well shown in 7 (A) are shown in this example, the intermediate support point determination step, if the user's movement gait one of the vertical direction acceleration measurements in the time domain (a z) locally on The minimum is defined as the intermediate support point. Also, in the section classification decision step, when the user's motion is a gait, the period in which the peak value is formed in the up-down acceleration (a z ) measured in the time domain is determined as the bipod support period and the remaining period is determined as the support period.
다음으로 주행 운동을 풀어서 묘사하자면 다음과 같다. 먼저 전방으로 나와 있는 한 쪽 발이 지면을 박차는 순간(이 순간 다른 쪽 발은 허공에 떠 있음)으로 시작한다. 이 상태에서, 한 쪽 발이 지면을 박차서 떠오르면서 양 발이 모두 허공에 떠 있는 상태인 채로 사람의 몸체가 전방으로 이동하며, 이와 함께 양 발이 허공을 저으면서 전후가 바뀌어 다른 쪽 발이 전방으로 나오게 된다. 전방으로 나온 다른 쪽 발이 지면에 닿음과 동시에 지면을 박차는 순간이 다시 이루어지면서 한 걸음의 주행이 이루어진다. 이 과정에서, 한 발로 지면을 박차는 순간에는 사람의 머리가 상하 방향으로 가장 크게 흔들리는 반면(상하 방향 가속도(az)에서 로컬 맥시멈이 형성됨), 공중에 뜬 채 나아가고 있는 상태에서는 상하 방향으로 거의 흔들리지 않게 된다(상하 방향 가속도(az)에서 상수값이 형성됨).Next, let 's describe the driving movement as follows. First, one foot from the front begins with the moment when the floor spurs (the other foot is floating in the air). In this state, as one foot rises from the ground, the human body moves forward while both feet float in the air, and both feet swing through the air, and the other foot comes forward. The other side of the foot comes into contact with the ground, and at the same time the moment of spurting the ground is done again, and a stepping motion is made. In this process, the human head is swung most vertically at the moment when the ground is sprung from one foot (the local maxima are formed at the vertical acceleration (a z )), while in the state of floating in the air, (A constant value is formed at the vertical acceleration (a z )).
즉 주행 운동은, 양발이 모두 허공에 떠 있는 상태인 구간, 한 발만 지면을 딛고 있는 상태인 구간으로 나뉠 수 있으며, 양발이 모두 허공에 떠 있는 상태인 중에 상하 방향으로의 흔들림이 가장 적다. 이러한 운동의 양상이 도 7(B)에 잘 나타나 있으며 이러한 예시에 나타나 있는 바와 같이, 중간지지시점 결정 단계에서는, 사용자의 운동이 주행일 경우 시간 영역에서 측정된 상하 방향 가속도(az)에서 로컬 맥시멈을 중간지지시점으로 정의한다. 또한 구간 분류 결정 단계에서는, 사용자의 운동이 주행일 경우 시간 영역에서 측정된 상하 방향 가속도(az)에서 상수값으로 나타나는 구간을 공중부유구간으로 결정하며 나머지 구간을 한발지지구간으로 결정한다. 여기에서 공중부유구간에서 나타나는 상수값은 가속도계가 중력 외에 다른 외력이 작용하지 않을 때의 신호 레벨 수준의 기설정된 값으로서, 대략 0에 가까운 값으로 적절히 결정될 수 있다. 즉 상기 상수값은 현재 스탠스를 판별할 수 있게 해 주는 기준값인 바 이러한 의미에서 스탠스 판별 상수(stance phase constant)라고 불릴 수 있으며, 요약하자면 주행 시에 상하 방향 가속도가 스탠스 판별 상수보다 작으면 공중부유구간, 크면 한발지지구간으로 판별하게 된다.In other words, the running exercise can be divided into a section in which both feet float in the air, and a section in which one foot is standing on the ground, and the fluctuation in the up and down directions is least when both feet are floating in the air. 7 (B). As shown in this example, in the intermediate support timing determination step, when the user's motion is traveling, the vertical acceleration (a z ) Maxima is defined as the intermediate support point. Also, in the section classification decision step, when the user's motion is traveling, the section which is represented by a constant value in the vertical acceleration (a z ) measured in the time domain is determined as a floating section, and the remaining section is determined as a pair support section. Here, the constant value appearing in the air floating period is a predetermined value of the signal level level when the accelerometer has no external force other than gravity, and can be appropriately determined to be a value close to approximately zero. In other words, the constant value is a reference value that makes it possible to determine the current stance. In this sense, it can be called a stance phase constant. In summary, when the up-down acceleration is smaller than the stance determination constant during running, And if it is large, it is discriminated as a pair of support sections.
이와 같이 자세 도출을 위한 기초 정보들이 도출되면, 비로소 보폭, 보간, 보각, 좌우 비대칭 등의 보행 또는 주행 자세의 도출이 가능하게 된다.When the basic information for the attitude derivation is derived as described above, it becomes possible to obtain the walking or posture of the stride such as the stride, the interpolation, the angle of inclination, the asymmetry, or the like.
보폭 : 먼저 사용자 위치 정보를 미리 정해진 시간 간격마다 측정하여 평균 속도를 산출한다. 다음으로 상기 시간 간격 동안의 상기 중간지지시점 개수를 측정하여 보행 주파수를 산출한다. 마지막으로 상기 평균 속도를 상기 보행 주파수로 나눔으로써 사용자의 보폭을 정확하게 산출할 수 있다. Stride: First, the average speed is calculated by measuring the user position information at predetermined time intervals. Next, the walking frequency is calculated by measuring the number of the intermediate support points during the time interval. Finally, by dividing the average speed by the walking frequency, the stride of the user can be accurately calculated.
보간 : 상기 중간지지시점에 해당하는 압력 중심 위치 값을 사용하여 좌우 방향의 보간을 산출할 수 있다. 즉 도 7(A) 또는 (B)에 나타나는 중간지지시점에 해당하는 시간 값을 도 6에 나타나는 압력 중심 위치 값에 적용하여, 이 시간 값에 해당하는 압력 중심 위치를 찾으면, 좌측 발이 지면을 디딘 위치 및 우측 발이 지면을 디딘 위치가 나오게 되며, 이들 간 간격을 재어 사용자의 보간을 정확하게 산출할 수 있는 것이다. Interpolation: The interpolation in the left and right direction can be calculated using the pressure center position value corresponding to the intermediate support point. That is, the time value corresponding to the intermediate support time shown in FIG. 7 (A) or (B) is applied to the pressure center position value shown in FIG. 6 and if the pressure center position corresponding to this time value is found, Position and the position where the right foot is positioned on the ground surface, and the user's interpolation can be accurately calculated by calculating the interval between them.
보각 : 상기 한발지지구간의 시작 시점에 해당하는 압력 중심 위치 값 및 상기 한발지지구간의 끝 시점에 해당하는 압력 중심 위치 값을 사용하여 보각을 산출할 수 있다. 풀어서 설명하자면, 한발지지구간의 시작 시점에는 발뒤꿈치가 지면을 디디게 되며, 한발지지구간의 끝 시점에는 발끝이 지면을 디디게 된다. 즉 상술한 바와 같이 압력 중심 위치들 간의 각도를 구한다는 것은 지면을 디딘 순간의 발뒤꿈치 위치와 발끝 위치가 이루는 각도 즉 보각을 구한다는 것으로, 즉 이러한 방법으로 사용자의 보각을 정확하게 산출할 수 있게 된다. The angle of inclination can be calculated using the pressure center position value corresponding to the starting point of the pair of support sections and the pressure center position value corresponding to the end point of the pair of support sections. To explain the problem, the heel is placed on the ground at the start of a pair of support segments, and the toe of the foot is considered at the end of the pair of support segments. That is, as described above, the angle between the pressure center positions is obtained by obtaining the angle formed by the heel position and the toe position at the moment when the ground surface is tilted, that is, by this method, the user's bending angle can be accurately calculated .
좌우 비대칭 : 먼저 시간 영역에서 측정된 좌우 방향 가속도(ax)의 부호를 기준으로 지지하고 있는 발을 파악한다. 다음으로 시간 영역에서 측정된 상하 방향 가속도(az)의 피크값, 골값 및 둘 간의 차이값을 비교한다. 즉 좌측 발이 지지하고 있을 때와 우측 발이 지지하고 있을 때의 피크값, 골값 등을 비교함으로써, 사용자의 좌우 비대칭을 정확하게 산출할 수 있게 된다. 또한 동일한 방식으로 보행 또는 주행의 반복성도 산출할 수 있다. 도 8은 가속도 신호 측정 결과 예시로서, 도 8의 맨 아래 그래프에서 상하 방향 가속도(az)의 좌우 비대칭이 강하게 나타나고 있음을 알 수 있다. Left asymmetry: First, the foot supporting the left and right acceleration (a x ) measured in the time domain is identified. Next, the peak value, the bone value, and the difference between the two values of the vertical acceleration (a z ) measured in the time domain are compared. That is, by comparing the peak value, the bone value, and the like when the left foot is supported and when the right foot is supported, it is possible to accurately calculate the left-right asymmetry of the user. Also, the repeatability of walking or running can be calculated in the same manner. FIG. 8 shows an example of an acceleration signal measurement result. In the bottom graph of FIG. 8, the left-right asymmetry of the vertical acceleration (a z ) is strongly shown.
상술한 바와 같은 방법으로 보폭, 보간, 보각, 좌우 비대칭 등의 보행 또는 주행 자세를 도출함으로써, 사용자가 올바른 자세로 보행 또는 주행을 하고 있는지를 실시간으로 모니터링할 수 있다. 물론 이 때 최적의 자세에 해당하는 보폭, 보간, 보각, 좌우 비대칭 값을 미리 저장하고 있다가, 현재 모니터링 중인 현재의 각 자세 값들과 비교하여 교정량을 산출할 수 있다. 이를 사용자에게 실시간으로 알리거나 또는 저장하여 두었다가 추후 확인할 수 있게 함으로써, 사용자는 보다 올바른 자세로의 보행 또는 주행으로 자신의 자세를 효과적으로 교정해 나갈 수 있게 된다.It is possible to monitor in real time whether the user is walking or running in the correct posture by deriving the walking or running posture such as stride, interpolation, angle of inclination, asymmetry, or the like in the manner as described above. Of course, it is possible to store the stride, interpolation, angle of inclination, and asymmetry value corresponding to the optimum posture at this time, and calculate the correction amount by comparing with the current posture values currently being monitored. By informing the user in real time or by storing it in advance and checking it later, the user can correct his / her posture by walking or running in a more correct posture.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It goes without saying that various modifications can be made.
100: 운동 자세 도출 장치
110H: 머리측 센서 신호 수집부 111H: 머리측 3축 방향 가속도 센서
112H: 3축 방향 각속도 센서 113H: 머리측 통신부
110W: 허리측 센서 신호 수집부 111W: 3축 방향 가속도 센서
112W: 위치 측정 센서 113W: 허리측 통신부
120: 분석부
121: 운동 자세 도출부 122: 운동 교정 생성부
130: 교정 정보 출력부 140: 데이터베이스100: exercise attitude deriving device
110H: Head side sensor
112H: triaxial
110W: Waist side sensor
112W:
120:
121: a motion posture deriving unit 122: a motion correction generating unit
130: calibration information output unit 140:
Claims (18)
상기 머리측 센서 신호 수집부 또는 상기 허리측 센서 신호 수집부에서 측정된 3축 방향 가속도를 사용하여 산출된 사용자 질량 중심의 운동 상태 값들을 사용하여, 질량 중심 위치에서 가속도 벡터 방향으로 지면에 프로젝션하여 압력 중심 경로를 추산하는 압력 중심 경로 추산 단계;
상하 방향 가속도 그래프의 패턴으로부터 보행인지 또는 주행인지를 판단하는 운동 종류 판단 단계;
압력 중심 경로 추산치 및 3축 방향 가속도를 기반으로 보폭, 보간, 보각, 좌우 비대칭을 포함하는 자세 정보를 도출하는 운동 자세 도출 단계;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 방법.
A head side sensor signal collecting part including a head side three axis direction acceleration sensor including up and down, left and right, and front and rear sides and worn on a user's head, a waist side three axis direction acceleration sensor including up and down, left and right, And a position sensor for measuring a position of the waist side sensor signal collecting unit,
The center of gravity of the user, which is calculated using the three-axis direction acceleration measured by the head-side sensor signal collecting unit or the waist-side sensor signal collecting unit, is projected on the ground in the acceleration vector direction A pressure center path estimating step of estimating a pressure center path;
A motion type judgment step of judging whether the vehicle is walking or running from the pattern of the vertical acceleration graph;
A step of deriving a posture information including stride, interpolation, angle of inclination, and lateral asymmetry based on the pressure center path estimated value and the 3-axis direction acceleration;
Wherein the pressure-center-path-based motion-posture derivation method comprises:
상기 머리측 센서 신호 수집부 또는 상기 허리측 센서 신호 수집부에서 측정된 상하 방향 가속도와,
상기 머리측 센서 신호 수집부에서 측정된 좌우 방향 가속도와,
상기 허리측 센서 신호 수집부에서 측정된 전후 방향 가속도를 수집하는 것을 특징으로 하는 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 방법.
2. The method of claim 1, wherein the pressure-
A vertical direction acceleration measured by the head side sensor signal collecting unit or the waist side sensor signal collecting unit,
A left-right acceleration measured by the head-side sensor signal collecting unit,
And the front-rear direction acceleration measured by the waist-side sensor signal collecting unit is collected.
상하 방향 가속도 및 중력가속도의 합 대비 좌우 방향 가속도의 비율 및 상하 방향 가속도 및 중력가속도의 합 대비 전후 방향 가속도의 비율로 압력 중심의 방향을 결정하는 압력 중심 방향 결정 단계,
질량 중심이 미리 측정된 사용자 키 정보에 미리 결정된 유추용 상수를 곱한 값으로 결정되는 높이에 위치한 것으로 가정하고, 상기 압력 중심 방향 결정 단계에서 결정된 방향으로 지면에 프로젝션하여 압력 중심 위치를 유추하는 압력 중심 위치 유추 단계
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 방법.
2. The method of claim 1, wherein the pressure-
A pressure center direction determination step of determining a direction of the pressure center by a ratio of the ratio of the vertical acceleration to the sum of the acceleration of gravity and the acceleration of the left and right direction and the ratio of the acceleration to the sum of the vertical acceleration and the gravity acceleration,
It is assumed that the center of mass is located at a height determined by multiplying pre-measured user key information by a predetermined constant for inference, and a pressure center Location inference step
Wherein the pressure-center-path-based motion-posture derivation method comprises:
상기 압력 중심 위치 유추 단계에서 유추된 압력 중심 위치에 미리 결정된 전후 및 좌우 방향 보정용 상수를 곱한 값으로 보정되는 압력 중심 위치 보정 단계
를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 방법.
4. The method according to claim 3, wherein the pressure-
A pressure center position correction step in which the pressure center position inferred in the pressure center position inference step is corrected to a value obtained by multiplying a predetermined constant for forward and backward and left and right direction,
Further comprising the steps of: (a) calculating a center-of-path-based motion posture based on the pressure center path;
사용자의 운동이 주행일 경우 시간 영역에서 측정된 상하 방향 가속도에서 1주기 내 최대값인 로컬 맥시멈을 중간지지시점으로 정의하고, 사용자의 운동이 보행일 경우 시간 영역에서 측정된 상하 방향 가속도에서 1주기 내 최소값인 로컬 미니멈을 중간지지시점으로 정의하는, 중간지지시점 결정 단계,
사용자의 운동이 주행일 경우 시간 영역에서 측정된 상하 방향 가속도에서 상수값으로 나타나는 구간을 공중부유구간으로 결정하며 나머지 구간을 한발지지구간으로 결정하고, 사용자의 운동이 보행일 경우 시간 영역에서 측정된 상하 방향 가속도에서 피크값이 형성되는 구간을 양발지지구간으로 결정하며 나머지 구간을 한발지지구간으로 결정하는, 구간 분류 결정 단계
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 방법.
[2] The method of claim 1,
The local maximum, which is the maximum value in one cycle in the vertical acceleration measured in the time domain when the user's motion is traveling, is defined as the intermediate support point, and when the user's motion is a gait, An intermediate support time determination step of defining a local minimum as an intermediate minimum support time,
When the user's motion is traveling, the section that is represented by a constant value in the vertical acceleration measured in the time domain is determined as the air floating segment, and the remaining segment is determined as the support segment. When the user's motion is a gait, A section in which a peak value is formed in the vertical acceleration is determined as a bipod support section and a remaining section is determined as a support section in a section,
Wherein the pressure-center-path-based motion-posture derivation method comprises:
GPS 신호를 이용하여 얻어진 사용자 위치 정보를 미리 정해진 시간 간격마다 측정하여 평균 속도를 산출하는 단계,
상기 시간 간격 동안의 상기 중간지지시점 개수를 측정하여 보행 주파수를 산출하는 단계,
상기 평균 속도를 상기 보행 주파수로 나누어 보폭을 산출하는 단계
를 포함하여 이루어져 전후 방향의 보폭을 산출하는 것을 특징으로 하는 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 방법.
6. The method according to claim 5,
Calculating an average speed by measuring user position information obtained using a GPS signal at predetermined time intervals,
Calculating a walking frequency by measuring the number of intermediate support points during the time interval;
Dividing the average speed by the walking frequency to calculate a stride
And calculating a stride length in the forward and backward directions.
상기 중간지지시점에 해당하는 압력 중심 위치 값을 사용하여 좌우 방향의 보간을 산출하는 것을 특징으로 하는 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 방법.
6. The method according to claim 5,
Wherein interpolation in the left and right directions is calculated using the pressure center position value corresponding to the intermediate support time point.
상기 한발지지구간의 시작 시점에 해당하는 압력 중심 위치 값 및 상기 한발지지구간의 끝 시점에 해당하는 압력 중심 위치 값을 사용하여 보각을 산출하는 것을 특징으로 하는 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 방법.
6. The method according to claim 5,
And calculating a compensating angle based on a pressure center position value corresponding to a starting point of the pair of support sections and a pressure center position value corresponding to an end point of the pair of support sections.
시간 영역에서 측정된 좌우 방향 가속도의 부호를 기준으로 지지하고 있는 발을 파악하는 단계,
시간 영역에서 측정된 상하 방향 가속도의 피크값, 골값 및 둘 간의 차이값을 비교하는 단계
를 포함하여 이루어져 좌우 비대칭 및 반복성을 산출하는 것을 특징으로 하는 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 방법.
6. The method according to claim 5,
A step of grasping the supporting foot on the basis of the sign of the lateral acceleration measured in the time domain,
Comparing the peak value, the bone value, and the difference value between the up and down acceleration measured in the time domain
And calculating a left-right asymmetry and a repeatability based on the center-of-path-based motion.
상하, 좌우, 전후를 포함하는 허리측 3축 방향 가속도 센서 및 사용자 위치를 측정하는 위치 측정 센서를 포함하여 이루어지며 사용자의 허리에 착용되는 허리측 센서 신호 수집부,
상기 머리측 및 허리측 센서 신호 수집부로부터 신호를 전달받아, 3축 방향 가속도 및 위치 신호를 사용하여 사용자 질량 중심의 가속도, 속도, 위치를 포함하는 보행 또는 주행 운동 상태 값을 도출하고, 상기 보행 또는 주행 운동 상태 값으로부터 압력 중심 경로를 추산하며, 상기 압력 중심 경로를 분석하여 보행 또는 주행 자세를 도출하는 운동 자세 도출부
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 장치.
A head side sensor signal collecting part including a head side three axis direction acceleration sensor including up and down, left and right and front and rear sides and worn on the user's head,
A waist side sensor signal acquisition unit including a waist side three-axis direction acceleration sensor including up and down, left and right, front and rear, and a position measurement sensor for measuring a user position,
The robot controller receives a signal from the head and waist side sensor signal collecting units and derives a walking or running state value including an acceleration, a speed, and a position of a center of the user's mass using a three axis direction acceleration and a position signal, Or a running motion state value and estimating a center path of the pressure from the running motion state value and deriving a walking or running posture by analyzing the pressure center path,
And a pressure-centered path-based motion-posture deriving device.
3축 방향 각속도 센서를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 장치.
11. The apparatus according to claim 10, wherein the head-
Further comprising a three-axis angular velocity sensor.
GPS 신호를 이용하여 사용자 위치를 측정하는 것을 특징으로 하는 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 장치.
11. The apparatus according to claim 10,
Wherein the user position is measured using a GPS signal.
상기 운동 자세 도출부에 의하여 도출된 보행 자세와 기준 자세를 비교하여 자세 교정용 정보를 생성하는 운동 교정 생성부
를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 장치.
11. The exercise posture deriving apparatus according to claim 10,
A motion correction generating unit for generating posture correcting information by comparing the walking posture derived by the motion posture deriving unit with a reference posture,
Further comprising: a pressure-center-path-based motion-posture deriving device.
상기 운동 교정 생성부에 의하여 생성된 자세 교정용 정보를 음향, 도해, 영상을 포함하는 사용자가 인식 가능한 정보로서 변환하여 출력하는 교정 정보 출력부
를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 장치.
14. The exercise posture deriving apparatus according to claim 13,
A calibration information output unit for converting the posture correction information generated by the motion correction generating unit into information recognizable by the user including sound,
Further comprising: a pressure-center-path-based motion-posture deriving device.
상기 머리측 센서 신호 수집부 및 상기 교정 정보 출력부가 일체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 장치.
15. The exercise posture deriving apparatus according to claim 14,
Wherein the head side sensor signal collecting unit and the calibration information output unit are integrally formed.
상기 운동 자세 도출부에 의하여 도출된 보행 자세를 외부의 데이터베이스에 전송하여 누적적으로 저장하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 장치.
11. The exercise posture deriving apparatus according to claim 10,
Wherein the walking posture derived by the exercise posture deriving unit is transferred to an external database and stored cumulatively.
상기 허리측 센서 신호 수집부 및 상기 운동 자세 도출부가 일체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 장치.
11. The exercise posture deriving apparatus according to claim 10,
Wherein the waist side sensor signal collecting unit and the exercise posture deriving unit are integrally formed.
상기 머리측 센서 신호 수집부 및 상기 운동 자세 도출부 간의 신호 전달이,
블루투스, 와이파이, NFC 중 선택되는 적어도 하나의 무선 통신에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 장치.
11. The exercise posture deriving apparatus according to claim 10,
The signal transmission between the head-side sensor signal collecting unit and the exercise posture deriving unit,
Wherein the at least one wireless communication is selected from at least one of Bluetooth, Wi-Fi, and NFC.
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