KR102126801B1 - 개인 맞춤형 운동강도조절 기능을 갖는 멀티센서 기반 타이밍 피드백 시스템 - Google Patents

개인 맞춤형 운동강도조절 기능을 갖는 멀티센서 기반 타이밍 피드백 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 개인별 운동능력 및 인지능력에 따라 복수 개의 멀티센서의 위치를 산개하여 배치하고, 랜덤방식으로 배치된 멀티센서를 동작시키도록 유도함으로써, 학습자에 대한 뇌인지 훈련, 운동능력 및 순발력 등을 향상시킴과 동시에 운동에 따른 흥미를 유발하여 지루함을 최소화시킬 수 있는 개인 맞춤형 운동강도조절 기능을 갖는 멀티센서 기반 타이밍 피드백 시스템에 관한 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 개인 맞춤형 운동강도조절 기능을 갖는 멀티센서 기반 타이밍 피드백 시스템은 복수 개로 이루어지고, 일정 구역에 산개되어 배치되는 멀티센서 및 상기 멀티센서와 무선 통신으로 연결되고, 입력 정보에 근거하여 개인별 맞춤된 훈련로직을 생성하고, 생성된 훈련로직을 상기 멀티센서로 전송하며, 상기 멀티센서로부터 피드백되는 피드백 데이터를 이용하여 생성된 상기 훈련로직에 대한 분석 정보를 제공하는 컨트롤러를 포함하여 구성되고, 상기 멀티센서는 상기 컨트롤러로부터 전송된 훈련로직에 따라 이웃하는 멀티센서와의 이격 거리를 안내받아 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

개인 맞춤형 운동강도조절 기능을 갖는 멀티센서 기반 타이밍 피드백 시스템{TIMING FEEDBACK SYSTEM BASED ON MULTI-SENSOR WITH ADJUSTING INTENSITY OF EXERCISE}
본 발명은 개인 맞춤형 운동강도조절 기능을 갖는 멀티센서 기반 타이밍 피드백 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 개인별 운동능력 및 인지능력에 따라 복수 개의 멀티센서의 위치를 산개하여 배치하고, 랜덤방식으로 배치된 멀티센서를 동작시키도록 유도함으로써, 피검자에 대한 뇌인지 훈련, 운동능력 및 순발력 등을 향상시킴과 동시에 운동에 따른 흥미를 유발하여 지루함을 최소화시킬 수 있는 개인 맞춤형 운동강도조절 기능을 갖는 멀티센서 기반 타이밍 피드백 시스템에 관한 것이다.
근래 과학기술이 고도로 발달하면서 생활환경이 윤택해지고 편리해진 반면 신체활동과 운동 부족으로 인해 고혈압, 당뇨, 심혈관계 질환, 만성피로 등 만성적인 성인병이 문제되고 있다. 이에 따라 건강에 대한 관심이 높아지고 운동의 필요성에 대한 인식이 확산되면서 많은 사람들이 운동을 실행하거나 계획하고 있다.
그러나 개개인에게 적합한 운동을 처방받기 위해서는 병원이나 전문적인 헬스 센터를 방문해야 하고, 전문가로부터 개인 지도를 받아야 하기 때문에 시간 및 비용이 많이 소모되는 단점이 있었다.
이에, 다양한 연구를 통해서 개인 맞춤형 운동 및 신체 상태를 가이드하기 위한 기술로서, 등록특허공보 제10-1715369호에 멀티센서를 이용한 운동 가이드피드백 시스템 및 방법이 개시되었다.
상기 기술은 신체 부위별로 착용되는 센서들을 포함하여, 사용자의 착용 부위별 운동 상태와 신체 상태 정보를 검출하여 전송하는 멀티센서디바이스; 상기 멀티센서디바이스로부터 정보를 수신하여 운동 상태와 신체 상태 정보를 생성하여 가이드 피드백을 제공하는 가이드피드백앱 및 상기 가이드피드백앱으로부터 운동 상태와 신체 상태 정보를 검출한 후 인터넷을 통해 기 설정된 기간 동안 누적된 운동패턴, 칼로리소모를 포함하는 운동효율, 심전도 변화, 근전도 변화, UV 조사량 중 하나 이상의 통계정보를 가이드피드백서비스로 제공하는 가이드피드백서버를 포함하여 구성된다.
그러나 상기의 기술은 사용자에 부착된 멀티센서디바이스로부터 전송된 데이터에 근거하여 운동에 따른 효율을 제공한다는 점에서는 의미가 있으나, 사용자 개개인의 뇌인지 훈련, 재활 훈련, 치매 훈련 및 민첩성 훈련 등 종합적인 훈련을 수행할 수 없는 문제점이 있다.
한편, 미국 특허공보 US9,808,671에 연습 훈련 시스템(Exercise training system)이 개시되었다.
상기 기술은 시스템 컨트롤러와 상기 시스템 컨트롤러로 무선 네트워크를 매개로 접속되는 복수의 타겟 유닛을 포함하고, 상기 타겟 유닛은 빛을 제공하는 광원, 근접 센서를 포함하여 광원 동작시 물체의 근접에 대한 동작을 피드백하는 것을 특징으로 한다.
그러나 상기의 기술은 설치되는 복수의 타겟 유닛 사이의 이격 거리가 설치자의 주관적인 경험에 의해 이루어지는 것으로서, 피드백 데이터에 대한 신뢰성이 저하될 수 있고, 아울러 뇌인지 훈련, 재활 훈련, 치매 훈련 및 민첩성 훈련 등의 종합적인 훈련을 수행할 수 없는 문제점이 있다.
KR 10-1715369 B1 (2017. 03. 06.) US 9,808,671 B2 (2017. 11. 07.)
본 발명은 상기 종래기술이 갖는 문제점을 해소하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 개인별 나이, 성별, 운동 능력 및 인지 능력 등의 개별 능력에 따라 멀티센서의 이격 위치를 조절하여 타이밍 분석을 통한 종합적인 신체 진단을 수행할 수 있는 개인 맞춤형 운동강도조절 기능을 갖는 멀티센서 기반 타이밍 피드백 시스템을 제공하는 데 있다.
또한, 사용 목적과 훈련 대상에 따라 멀티센서의 동작 방식을 가변할 수 있는 개인 맞춤형 운동강도조절 기능을 갖는 멀티센서 기반 타이밍 피드백 시스템을 제공하는 데 있다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 개인 맞춤형 운동강도조절 기능을 갖는 멀티센서 기반 타이밍 피드백 시스템은 복수 개로 이루어지고, 일정 구역에 산개되어 배치되는 멀티센서 및 상기 멀티센서와 무선 통신으로 연결되고, 입력 정보에 근거하여 개인별 맞춤된 훈련로직을 생성하고, 생성된 훈련로직을 상기 멀티센서로 전송하며, 상기 멀티센서로부터 피드백되는 피드백 데이터를 이용하여 생성된 상기 훈련로직에 대한 분석 정보를 제공하는 컨트롤러를 포함하여 구성되고, 상기 멀티센서는 상기 컨트롤러로부터 전송된 훈련로직에 따라 이웃하는 멀티센서와의 이격 거리를 안내받아 배치되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 이격 거리는 키 및 몸무게를 포함하는 신체정보, 나이정보, 성별정보 및 장애정보에 근거하여 결정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 멀티센서는 상기 컨트롤러와 무선통신을 수행하는 무선통신부; 2개 이상의 센서를 포함하고, 사용자의 동작을 검출하여 검출값을 출력하는 센서부; 상기 센서부를 구성하는 센서들의 활성화를 스위칭하는 스위칭부; 상기 무선통신부에서 수신된 훈련로직에 따라 상기 스위칭부를 제어하고, 상기 센서부에서 출력되는 검출값에 근거하여 피드백 데이터를 생성하고, 생성된 상기 피드백 데이터를 상기 컨트롤러로 전송하도록 상기 무선통신부를 제어하는 센서제어부; 및 상기 센서제어부에서 출력되는 피드백 데이터에 근거하여 상기 센서부의 센싱 결과를 출력하는 출력부를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 센서부는 상기 사용자의 근접여부를 검출하는 적외선(IR, Infrared Ray) 센서; 상기 멀티센서 자체의 움직임을 감지하는 관성 센서(IMU, Inertia Measurement Unit); 상기 사용자에 의한 물리적 압력을 검출하는 터치 센서; 컬러 매칭을 통해 반사되는 빛의 색상을 분석하여 검출하는 컬러 센서; 및 이웃하는 멀티센서와의 거리를 검출하는 초음파 센서를 포함하여 구성될 수 있다.
아울러, 상기 출력부는 상기 피드백 데이터에 따라 진동을 발생시키는 진동모터; 상기 피드백 데이터에 따라 음향을 출력하는 스피커; 및 수신된 상기 훈련로직에 근거하여 상기 피드백 데이터에 따라 식별문자를 출력하는 디스플레이패널을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 개인 맞춤형 운동강도조절 기능을 갖는 멀티센서 기반 타이밍 피드백 시스템에 의하면, 멀티센서의 이격 거리를 조절하여 배치함으로써 개인별 특징에 맞춰 훈련 강도를 조절할 수 있고, 피드백 데이터를 통해 민첩성훈련, 노인재활, 뇌인지훈련, 치매노인재활훈련 및 아동심리운동영역 등의 다양한 분야에서 활용될 수 있는 장점이 있다.
또한, 사용목적과 훈련대상에 따라 스위치의 입력방식을 선택하여 훈련에 따른 흥미를 유발하여 운동에 대한 거부감을 최소화함으로써 훈련 효과를 증진시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 개인 맞춤형 운동강도조절 기능을 갖는 멀티센서 기반 타이밍 피드백 시스템의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 개인 맞춤형 운동강도조절 기능을 갖는 멀티센서 기반 타이밍 피드백 시스템에 적용된 일 실시 예의 멀티센서의 사시도(a)와 분해 단면도(b)를 나타낸 도면.
도 3은 발명에 따른 개인 맞춤형 운동강도조절 기능을 갖는 멀티센서 기반 타이밍 피드백 시스템에 적용된 일 실시 예에 따른 멀티센서의 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 개인 맞춤형 운동강도조절 기능을 갖는 멀티센서 기반 타이밍 피드백 시스템에 적용된 스위칭부와 센서부의 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 개인 맞춤형 운동강도조절 기능을 갖는 멀티센서 기반 타이밍 피드백 시스템에 적용된 컨트롤러의 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 개인 맞춤형 운동강도조절 기능을 갖는 멀티센서 기반 타이밍 피드백 시스템에 적용된 생체신호검출장치에서 생체정보를 각각 출력하는 필터모듈의 구성도.
도 7은 본 발명에 따른 개인 맞춤형 운동강도조절 기능을 갖는 멀티센서 기반 타이밍 피드백 시스템에서 컨트롤러의 표시부에 표시되는 피검자 정보 입력 인터페이스.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 개인별 운동능력 및 인지능력에 따라 복수 개의 멀티센서의 위치를 산개하여 배치하고, 랜덤방식으로 배치된 멀티센서를 동작시키도록 유도함으로써, 학습자에 대한 뇌인지 훈련, 운동능력 및 순발력 등을 향상시킴과 동시에 운동에 따른 흥미를 유발하여 지루함을 최소화시킬 수 있는 개인 맞춤형 운동강도조절 기능을 갖는 멀티센서 기반 타이밍 피드백 시스템에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 개인 맞춤형 운동강도조절 기능을 갖는 멀티센서 기반 타이밍 피드백 시스템의 개략적인 구성도이다.
첨부된 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 개인 맞춤형 운동강도조절 기능을 갖는 멀티센서 기반 타이밍 피드백 시스템은 멀티센서(100), 컨트롤러(200) 및 생체신호검출장치(300)를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 개인 맞춤형 운동강도조절 기능을 갖는 멀티센서 기반 타이밍 피드백 시스템을 이용한 운동(훈련) 방식은 컨트롤러(200)에서 복수 개의 멀티센서 중에서 무작위로 선택된 하나의 멀티센서로 동작신호를 전송하고, 이를 수신한 멀티센서는 시각적(또는 청각적)으로 피검자(훈련 대상자)로 하여금 인지할 수 있도록 표시하고, 피검자가 멀티센서를 터치 또는 근접 동작을 수행하여 피검자의 동작에 대한 피드백 데이터를 상기 컨트롤러로 전송하고, 컨트롤러는 피드백 데이터를 수신하여 피검자의 반응속도에 대응한 뇌인지 훈련, 운동능력 및 순발력 등을 분석하는 시스템이다.
여기서, 훈련로직에 따른 수행시간은 소정의 설정된 시간 동안 이루어지며, 멀티센서는 설정된 소정의 시간 범위에서 랜덤방식으로 선택되게 된다.
이때, 멀티센서와 이웃하는 멀티센서의 이격 거리는 피검자의 반응속도에 긴밀한 연관성이 있는 것으로서, 멀티센서 사이의 이격 거리는 훈련로직을 설정하는 데 중요한 데이터로 활용된다.
멀티센서(100)는 일정 구역에 산개되어 배치되도록 2 ~ 10 범위에서 복수 개로 구성되고, 피검자의 동작을 감지하여, 센싱데이터를 출력하는 기능을 수행한다.
이때, 상기 멀티센서(100)는 피검자가 훈련하는 구역의 바닥, 벽면 또는 천장에 배치될 수 있고, 필요에 따라서는 피검자에 부착되거나 피검자가 소지한 상태로 배치될 수 있다.
도 2 및 도 3은 각각 본 발명에 따른 개인 맞춤형 운동강도조절 기능을 갖는 멀티센서 기반 타이밍 피드백 시스템에 적용된 일 실시 예의 멀티센서의 사시도(도 2의 (a)), 분해 단면도(도 2의 (b)) 및 구성도(도 3)를 나타낸 도면이다.
첨부된 도 2 및 도 3을 참조하면, 멀티센서(100)는 무선통신부(110), 센서부(120), 스위칭부(130), 센서제어부(140), 출력부(150), 결착부(160) 및 배터리(170)를 포함하여 구성된다.
무선통신부(110)는 컨트롤러(200)와 무선통신방식으로 연결되어 데이터 또는 제어신호를 송수신하는 것으로서, 적외선(IR)통신, 블루투스(BLUETOOTH)통신, 지그비(ZIGBEE)통신, 와이파이(WIFI)통신 및 무선 주파수(RF)통신 중 어느 하나의 무선통신 방식이 적용될 수 있으며, 10m 범위 내에서 무선통신 가능한 방식이면 어느 것이라도 무관하다.
상기 무선통신부(110)는 후술되는 센서제어부(140)에 의해 컨트롤러(200)로부터 훈련로직을 수신하고, 생성된 피드백 데이터를 상기 컨트롤러(200)로 전송하는 기능을 수행한다.
센서부(120)는 피검자의 동작을 검출하여 검출값을 출력하는 것으로서, 본 발명에서는 2개 이상의 센서를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 센서부(120)는 도 2의 (b) 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 적외선(IR, Infrared Ray) 센서(121), 관성 센서(122, IMU, Inertia Measurement Unit), 터치 센서(123), 컬러 센서(124) 및 초음파 센서(125)를 포함하여 구성된다.
적외선 센서(121)는 피검자의 근접여부를 검출하는 것으로서, 피검자의 접근, 손동작 또는 발동작 등에 의해 동작되어 동작에 따른 검출값을 출력한다.
관성 센서(122)는 상기 멀티센서(100) 자체의 움직임을 감지하는 것으로서, 가속도를 검출하는 가속도 모듈과 각가속도를 검출하는 자이로 모듈을 포함하여 구성되며, 멀티센서의 이동에 따른 위치 및 속도 등을 검출하고, 검출된 검출값을 출력한다.
터치 센서(123)는 피검자에 의한 물리적 압력을 검출하는 것으로서, 피검자가 멀티센서(100)를 터치하거나 소정의 외압력에 의해 동작되어 동작에 따른 검출값을 출력한다.
컬러 센서(124)는 컬러 매칭을 통해 반사되는 빛의 색상을 분석하여 검출하는 것으로서, 물체가 방사 또는 반사하는 빛의 파장을 감지하여 색을 판별한다. 상기 컬러 센서(124)로는 CCD에 의한 MOS형 카메라나 수광 소자가 사용되고, 파장을 전압으로 바꾸어서 출력한 것을 처리하여 색을 판별한다.
초음파(Ultrasonic) 센서(125)는 초음파를 송신/수신하는 과정을 반복하여 초음파의 이동 시간을 측정하고, 측정된 이동 시간에 근거하여 타겟(이웃하는 멀티센서)까지의 거리를 검출한다.
이때, 본 발명에서의 초음파 센서(125)는 상기 무선통신부(110)를 통해 수신된 훈련로직에 근거하여 멀티센서와 이웃하는 멀티센서 사이의 이격 거리를 조절하는 기능을 수행한다. 즉, 상기 컨트롤러로부터 전송된 훈련로직에 따라 이웃하는 멀티센서와의 이격 거리를 안내받아 배치되도록 구성된다.
예를 들어, 수신된 훈련로직에 포함된 멀티센서 사이의 이격 거리가 1m로 설정된 경우, 제1 멀티센서의 초음파 센서에서 초음파를 송신하고 제2 멀티센서에서 초음파를 수신하게 되면, 제1 멀티센서에서 초음파를 송신한 시간과 제2 멀티센서에서 상기 초음파를 수신한 시간차에 근거하여 제1 멀티센서와 제2 멀티센서 사이의 거리값을 검출하고, 검출된 거리값이 설정된 거리(1m)의 오차범위 이내에 속하는 경우, 후술되는 출력부(150)를 통해 설정된 훈련로직의 설정 거리에 있음을 출력하도록 구성될 수 있다. 이와 같은 구성을 위해서 각각의 멀티센서에는 동기화된 시간에 초음파를 송신할 수 있도록 구성된다.
여기서, 제1 멀티센서와 제2 멀티센서에 대해서 설명하였으나, 제3 내지 그 이상의 개수로 멀티센서가 구성되는 경우, 상기 설정 거리는 제1 멀티센서와 최 근거리에 배치된 이웃하는 제2 멀티센서이고, 제1 멀티센서와 제3 멀티센서와의 거리와는 무관하다. 즉, 제1 멀티센서와 제2 멀티센서의 거리가 설정 거리에 속하면 충분하고, 제2 멀티센서와 제3 멀티센서가 설정 거리에 속하면 충분하다.
이와 같은 멀티센서(100)의 구성에 의하면, 멀티센서와 이웃하는 멀티센서 사이의 이격 거리를 훈련로직에 설정된 이격 거리로 배치할 수 있어, 훈련로직에 부응하는 멀티센서를 배치시킬 수 있는 장점이 있다.
스위칭부(130)는 상기 센서부(120)를 구성하는 센서들의 활성화를 스위칭하는 것으로서, 스위칭부(130)의 스위칭 여부에 따라 상기 센서부(120)에 구성된 센서들 중 선택된 센서가 활성화되게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 개인 맞춤형 운동강도조절 기능을 갖는 멀티센서 기반 타이밍 피드백 시스템에 적용된 스위칭부와 센서부의 구성을 나타낸 것이다.
첨부된 도 4를 참조하면, 스위칭부(130)의 스위칭 동작에 따라 센서부(120)에 구성된 센서들 중에서 선택된 센서가 활성화되게 된다.
예를 들어, 멀티센서(100)를 소정의 영역에 배치하는 과정에서 스위칭부(130)는 초음파 센서(125)만 활성화되도록 연결하고 나머지 센서는 비활성화 되도록 한다. 또한, 훈련로직에 의해 피검자가 운동(테스트)을 수행하는 과정에서 상기 스위칭부(130)는 초음파 센서(125)는 비활성화되도록 연결하고 상기 훈련로직에 따른 센서만 활성화되도록 연결한다.
이를 상세히 설명하면, 설정된 훈련로직에 터치방식으로 피검자의 동작이 검출되도록 하는 경우, 상기 스위칭부(130)는 터치 센서(123)를 활성화시키도록 스위칭되고 나머지 센서들은 비활성되도록 구성되며, 설정된 훈련로직에 움직임(근접)으로 피검자의 동작이 검출되도록 하는 경우, 상기 스위칭부(130)는 적외선 센서(121) 또는 컬러 센서(124)를 활성화시키도록 스위칭되고 나머지 센서들은 비활성되도록 구성된다. 또는 피검자의 활동량을 검출하도록 하는 경우, 상기 스위칭부(130)는 관성 센서(122)를 활성화시키도록 스위칭되고 나머지 센서들은 비활성되도록 구성된다.
이에 따라, 상기 스위칭부(130)는 설정된 훈련로직에 근거하여 선택된 센서가 활성화되고, 훈련로직에서 제외되는 센서는 비활성화된다.
센서제어부(140)는 상기 무선통신부(110)에서 수신된 훈련로직에 따라 상기 스위칭부(130)를 제어하고, 상기 센서부(120)에서 출력되는 검출값에 근거하여 피드백 데이터를 생성하고, 생성된 상기 피드백 데이터를 상기 컨트롤러(200)로 전송하도록 상기 무선통신부(110)를 제어하는 기능을 수행한다.
출력부(150)는 상기 센서제어부에서 출력되는 피드백 데이터에 근거하여 상기 센서부의 센싱 결과를 출력한다.
이때, 상기 출력부(150)는 진동모터(151), 스피커(152) 및 디스플레이패널(153)을 포함하여 구성될 수 있다.
진동모터(151)는 상기 피드백 데이터에 따라 진동을 발생시키는 것으로서, 피검자의 동작에 의해서 상기 센서제어부(140)에서 생성된 피드백 데이터에 근거하여 상기 멀티센서(100)를 진동시키게 된다.
스피커(152)는 상기 피드백 데이터에 따라 음향을 출력하는 것으로서, 피검자의 동작에 의해서 상기 센서제어부(140)에서 생성된 피드백 데이터에 근거하여 음향(음성)을 출력하게 된다.
디스플레이패널(153)은 수신된 상기 훈련로직에 근거하여 상기 피드백 데이터에 따라 식별문자를 출력한다. 이때, 디스플레이패널(153)에 출력되는 식별문자는 한글, 영문, 도형 또는 기호 등으로 구성될 수 있고, 상기 멀티센서에서 피검자의 동작이 검출되기 전의 식별문자와 상기 멀티센서에서 피검자의 동작이 검출된 후 상기 피드백 데이터에 따라 출력되는 식별문자가 다르게 출력될 수 있다.
이에 따라, 멀티센서에서 피검자의 동작이 검출되면, 이에 대한 검출 결과에 대해 출력부(150)를 통해서 피드백 출력하여 피검자가 이를 확인할 수 있게 된다.
결착부(160)는 멀티센서(100)가 배치된 위치에서 고정되도록 하는 것으로서, 멀티센서를 고정면(바닥, 벽 또는 천장)에 고정시키는 기능을 수행한다.
상기 결착부(160)는 영구자석 또는 흡착판 등으로 이루어질 수 있으며, 필요에 따라 영구자석과 흡착판이 모두 구성될 수 있다.
배터리(170)는 전원이 필요한 구성에 동작전원을 공급하는 것으로서, 전원의 인가에 의해 충전가능하도록 구성될 수 있다.
상기와 같은 구성에서 센서부(120), 스위칭부(130), 센서제어부(140) 및 출력부(150) 등은 PCB에 부착된 형태로 구성될 수 있다.
상기 멀티센서(100)는 사용자에 의해 이동 및 고정이 쉽게 이루어져야 하고, 외부 충격에 대해 일정한 내구성을 가져야 한다. 따라서, 상기 멀티센서(100)를 구성하는 무선통신부(110), 센서부(120), 스위칭부(130), 센서제어부(140), 출력부(150), 결착부(160) 및 배터리(170)는 베이스판(101)과 상기 베이스판(101)과 결합되는 캡(102)의 내부 공간에 설치될 수 있다.
컨트롤러(200)는 상기 멀티센서(100)와 무선 통신으로 연결되고, 입력 정보에 근거하여 개인별 맞춤된 훈련로직을 설정하고, 설정된 훈련로직을 상기 멀티센서(100)로 전송하며, 상기 멀티센서(100)로부터 피드백되는 피드백 데이터를 이용하여 설정된 훈련로직에 대한 분석 정보를 제공하는 기능을 수행한다.
도 5는 본 발명에 따른 개인 맞춤형 운동강도조절 기능을 갖는 멀티센서 기반 타이밍 피드백 시스템에 적용된 컨트롤러의 구성도를 나타낸 도면이다.
첨부된 도 5를 참조하면, 상기 컨트롤러(200)는 입력부(210), 송수신부(220), 로직연산부(230) 및 표시부(240)를 포함하여 구성된다.
입력부(210)는 피검자에 대한 정보를 입력받아 저장한다.
여기서, 입력부(210)는 마우스, 키보드 및 터치패널 등을 이용하여 피검자의 정보를 입력받을 수 있도록 구성된다.
상기 입력부(210)를 통해 입력받는 피검자의 정보에는 키 및 몸무게를 포함하는 신체정보, 나이정보, 성별정보 및 장애정보뿐만 아니라 이름, 주소 및 연락처 등이 더 포함될 수 있다.
이러한 피검자의 정보는 후술되는 로직연산부(220)에서 훈련로직을 설정하는 기본 데이터로 활용된다.
송수신부(220)는 무선통신으로 상기 멀티센서(100)와 연결되어, 상기 멀티센서(100)와의 데이터를 송수신하는 것으로서, 상기 멀티센서(100)에 적용되는 통신방식과 동일한 방식이 적용된다.
로직연산부(230)는 상기 입력부(210)를 통해 입력받은 피검자의 정보에 근거하여 훈련로직을 생성하고, 생성된 상기 훈련로직에 근거하여 상기 멀티센서(100)로 훈련로직을 전송하며, 상기 멀티센서(100)로부터 전송되는 피드백 데이터를 수신하여 피검자의 훈련로직에 대한 분석 정보를 제공하는 것으로서, 훈련설정 모듈(231) 및 분석모듈(232)을 포함한다.
훈련설정모듈(231)은 상기 입력부(210)를 통해 입력받은 피검자의 정보에 근거하여 훈련로직을 생성한다.
여기서, 훈련로직을 생성하기 위해 상기 피검자의 정보인 키 및 몸무게를 포함하는 신체정보, 나이정보, 성별정보 및 장애정보에 근거하여 멀티센서(100) 사이의 이격 거리가 산출되게 된다.
상기 이격 거리는 피검자의 키, 몸무게, 나이, 성별 및 장애에 따라 각각 1 ~ 10 등급으로 구분되고, 기준 이격 거리에서 각 등급에 따라 가감하는 방식이 적용될 수 있다.
예를 들어, 기준 이격 거리가 1m로 설정된 상태에서, 피검자의 키가 기준등급 이상인 경우 상기 이격 거리는 증가되고, 나이가 기준 등급보다 많은 경우 상기 이격 거리는 감소되도록 하여 최종적인 이격 거리가 산출되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 생성되는 훈련로직에는 입력 방식에 따라 센서부(120)가 선택되도록 구성된다. 즉, 입력 방식이 '근접'으로 설정되면 적외선 센서(121) 또는 컬러 센서(124)가 선택되고, '터치'로 설정되면 터치 센서(123)가 선택되며, 훈련 방식이 걷기/달리기로 설정되면 관성 센서(122)가 선택된다.
분석모듈(232)은 생성된 상기 훈련로직에 따라 상기 멀티센서(100)로부터 수신된 피드백 데이터에 근거하여 뇌인지 능력, 민첩성, 재활능 및 치매정도 등을 분석하여 그래프 또는 숫자 등의 시각적 데이터로 출력한다.
이와 같은 로직연산부(230)는 컴퓨터 언어로 작성되는 애플리케이션으로 구성될 수 있음은 물론이다.
표시부(240)는 상기 로직연산부(230)의 제어에 의해 훈련로직에 대한 전반적인 인터페이스를 표시한다.
상기 표시부(240)에 대한 설명은 후술한다.
한편, 본 발명에 따른 개인 맞춤형 운동강도조절 기능을 갖는 멀티센서 기반 타이밍 피드백 시스템에는 피검자의 손목 또는 팔목에 착용 가능하도록 구성되어 훈련과정 중 생체정보를 실시간으로 수신하여 분석하고 이를 모니터링할 수 있는 생체신호검출장치(300)가 포함될 수 있다.
상기 생체신호검출장치(300)는 피검자의 손목 등에 착용 가능한 부착형 디바이스(310)와 피검자의 피부에 직접 부착하는 접착형 디바이스(320)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 부착형 디바이스(310)와 접착형 디바이스(320)는 피검자의 생체신호를 검출하는 전극부, 상기 전극부에서 검출된 생체신호를 선택에 따라 심전도, 근전도, 안구전도 및 뇌전도로 구분하여 검출하는 검출부, 상기 검출부에서 구분 검출된 생체신호를 필터링 및 증폭하여 생체신호의 잡음을 제거하고 증폭하는 처리부, 상기 처리부에서 출력되는 생체신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부 및 상기 A/D 변환부에서 디지털 신호로 변환된 신호를 무선 통신 방식으로 상기 컨트롤러(200)로 전송하는 디바이스 통신부를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 전극부는 필요에 따라 제1 전극, 제2 전극 및 기준전극으로 이루어질 수 있다.
상기의 구성에서 검출부는 상기 전극부에서 검출된 생체신호를 증폭하는 계측증폭모듈, 상기 계측증폭모듈에서 출력되는 신호를 선택하여 연결하는 셀렉터모듈 및 심전도 필터, 근전도 필터, 안구전도 필터 및 뇌전도 필터로 구성되어 상기 셀렉터모듈의 선택에 따라 심전도, 근전도, 안구전도 및 뇌전도에 대한 생체정보를 각각 출력하는 필터모듈을 포함하여 구성될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 개인 맞춤형 운동강도조절 기능을 갖는 멀티센서 기반 타이밍 피드백 시스템에 적용된 생체신호검출장치에서 생체정보를 각각 출력하는 필터모듈의 구성도를 나타낸 도면이다.
첨부된 도 6을 참조하면, 상기 필터모듈은 각각 심전도, 근전도, 안구전도 및 뇌전도의 주파수 대역을 검출하도록 심전도 필터(301), 근전도 필터(302), 안구전도 필터(303) 및 뇌전도 필터(304)로 구성되며, 상기 각각의 필터는 하이패스필터와 로우패스필터로 구성된다.
심전도 필터(301)에서 하이패스필터는 0.1Hz 이상의 주파수를 통과하도록 구성되고, 로우패스필터는 150Hz이하의 주파수를 통과하도록 구성된다.
근전도 필터(302)에서 하이패스필터는 1Hz 이상의 주파수를 통과하도록 구성되고, 로우패스필터는 10,000Hz이하의 주파수를 통과하도록 구성된다.
안구전도 필터(303)에서 하이패스필터는 0.1Hz 이상의 주파수를 통과하도록 구성되고, 로우패스필터는 4Hz이하의 주파수를 통과하도록 구성된다.
뇌전도 필터(234)에서 하이패스필터는 1Hz 이상의 주파수를 통과하도록 구성되고, 로우패스필터는 100Hz이하의 주파수를 통과하도록 구성된다.
이와 같이, 각각 필터의 주파수 대역이 다르게 구성됨에 따라 생체신호를 정확히 검출할 수 있는 장점이 있다.
근전도(Electromyography, EMG)는 근섬유의 수축시 발생하는 활동전위를 기록하여 근육의 기능을 평가하는 것으로서, 초진과 치료 후의 근육의 균형성을 판단하고, 치료 후의 회귀현상을 예측하는 지표로 사용되며, 보정기간 중 교합이 긴밀해져서 교합압이 증가하는 것을 관찰하기 위해 측정된다.
근전도 신호는 근육 수축 시 뇌의 운동 피질에서 발생된 신경 임펄스로서, 척수를 통해 전달되고 상기 신경 임펄스가 운동 신경 섬유의 끝까지 전달된 다음 근육으로 이동된다. 상기 신경 임펄스에 의해서 신경근 연접에 연결된 운동성 뉴런의 모든 가지가 활성화되고, 상기 임펄스의 자극에 의해 운동 단위 내의 모든 근섬유가 활성화된다. 근육의 수축 또는 이완을 지속하기 위해서는 신경 임펄스가 열을 이루고, 상기 신경 임펄스 열이 근육에 인가되면 운동 단위 활동 전단 열이 발생한다. 전극에 의해서 이 운동 단위 활동 전단열의 시간에 대한 공간적 합이 추출되는데, 상기 신호가 근전도이다.
안구전도 전극모듈은 피검자의 안구운동을 전기적으로 검출하기 위해 제1 전극(110)은 피검자 관자놀이 상부측에 부착되고, 제2 전극은 피검자의 관자놀이 하부측에 부착되며, 기준전극은 생략될 수 있다.
안구전도(Electrooculogram, EOG)는 각막과 망막 간에 약 0.4~1mV 정도의 일정한 전위차가 존재하는 것을 이용하는 것으로서, 안구의 움직임 및 눈의 깜빡임에 의해 전위 변화가 발생되는 것을 이용한다. 상기 안전도는 0.1 ~ 4Hz까지 주파수 대역을 가지고 있다.
뇌전도 전극모듈은 피검자의 뇌파를 검출하기 위한 것으로서, 제1 전극, 제2 전극 및 기준전극이 피검자의 두부에 부착된다.
이때, 상기 뇌전도 전극모듈의 제1 전극, 제2 전극 및 기준전극은 헬멧 또는 모자 등의 내측에 설치될 수 있으며, 헬멧 등을 착용하는 것으로 피검자의 두부에 부착되도록 구성될 수 있다.
뇌전도(Electroencephalogram, EEG)는 대뇌 피질에 자극이 가해진 상태에서 신경세포 사이에 이온화된 전류가 흐르며 전기장과 자기장이 형성되는 것을 이용하는 것으로서, 두피에 부착된 전극을 통해 발생되는 미세한 전위 변화의 감지에 의해 검출된다. 상기 뇌전도는 1 ~ 100Hz 주파수 대역에 분포하고, 전기적 신호는 20~200μV 정도의 크기를 갖는다.
뇌는 약 1,000억개 이상의 뉴런들로 구성되어 있으며, 각각의 뉴런들은 2,000개 또는 그 이상의 다른 뉴런과 연결되어 20,000개 정도의 입력을 받아들인다. 뉴런 사이에서의 신호 전달은 전기적 신호 형태로 이루어진다.
따라서 뇌의 활동에 따라 뇌에서는 전기적 변화가 발생하며, 이러한 전기적 변화를 측정한 신호를 뇌파라고 한다.
본 발명에 따른 개인 맞춤형 운동강도조절 기능을 갖는 멀티센서 기반 타이밍 피드백 시스템에 의하면, 멀티센서의 이격 거리를 조절하여 배치함으로써 개인별 특징에 맞춰 훈련 강도를 조절할 수 있고, 피드백 데이터를 통해 민첩성훈련, 노인재활, 뇌인지훈련, 치매노인재활훈련 및 아동심리운동영역 등의 다양한 분야에서 활용될 수 있는 장점이 있다.
또한, 사용목적과 훈련대상에 따라 스위치의 입력방식을 선택하여 훈련에 따른 흥미를 유발하여 운동에 대한 거부감을 최소화함으로써 훈련 효과를 증진시킬 수 있는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.
100: 멀티센서 110: 무선통신부
120: 센서부 130: 스위칭부
140: 센서제어부 150: 출력부
160: 결착부 170: 배터리
200: 컨트롤러 210: 입력부
220: 송수신부 230: 로직연산부
240: 표시부 300: 생체신호검출장치
310: 부착형 디바이스 320: 접착형 디바이스

Claims (5)

  1. 복수 개로 이루어지고, 일정 구역에 산개되어 배치되는 멀티센서;
    상기 멀티센서와 무선 통신으로 연결되고, 입력 정보에 근거하여 개인별 맞춤된 훈련로직을 생성하고, 생성된 훈련로직을 상기 멀티센서로 전송하며, 상기 멀티센서로부터 피드백되는 피드백 데이터를 이용하여 생성된 상기 훈련로직에 대한 분석 정보를 제공하는 컨트롤러; 및
    훈련과정 중 생체정보를 실시간으로 수신하여 분석하고 이를 모니터링할 수 있는 생체신호검출장치;
    를 포함하여 구성되고,
    상기 멀티센서는,
    상기 컨트롤러로부터 전송된 훈련로직에 따라 이웃하는 멀티센서와의 이격 거리를 안내받아 배치되되,
    상기 멀티센서는,
    상기 컨트롤러와 무선통신을 수행하는 무선통신부;
    2개 이상의 센서를 포함하고, 피검자의 동작을 검출하여 검출값을 출력하는 센서부;
    상기 센서부를 구성하는 센서들의 활성화를 스위칭하는 스위칭부;
    상기 무선통신부에서 수신된 훈련로직에 따라 상기 스위칭부를 제어하고, 상기 센서부에서 출력되는 검출값에 근거하여 피드백 데이터를 생성하고, 생성된 상기 피드백 데이터를 상기 컨트롤러로 전송하도록 상기 무선통신부를 제어하는 센서제어부; 및
    상기 센서제어부에서 출력되는 피드백 데이터에 근거하여 상기 센서부의 센싱 결과를 출력하는 출력부;
    를 포함하며,
    상기 센서부는,
    상기 피검자의 근접여부를 검출하는 적외선(IR, Infrared Ray) 센서;
    상기 멀티센서 자체의 움직임을 감지하는 관성 센서(IMU, Inertia Measurement Unit);
    상기 피검자에 의한 물리적 압력을 검출하는 터치 센서;
    컬러 매칭을 통해 반사되는 빛의 색상을 분석하여 검출하는 컬러 센서; 및
    이웃하는 멀티센서와의 거리를 검출하는 초음파 센서;
    를 포함하며,
    상기 출력부는,
    상기 피드백 데이터에 따라 진동을 발생시키는 진동모터;
    상기 피드백 데이터에 따라 음향을 출력하는 스피커; 및
    수신된 상기 훈련로직에 근거하여 상기 피드백 데이터에 따라 식별문자를 출력하는 디스플레이패널;
    을 포함하며,
    상기 스위칭부는,
    스위칭 여부에 따라 상기 센서부의 센서들 중 선택된 센서가 활성화되도록 하되, 설정된 훈련로직에 터치방식으로 피검자의 동작이 검출되도록 하는 경우 터치 센서를 활성화시키도록 스위칭되고 나머지 센서들은 비활성되도록 하며, 설정된 훈련로직에 움직임으로 피검자의 동작이 검출되도록 하는 경우 적외선 센서 또는 컬러 센서를 활성화시키도록 스위칭되고 나머지 센서들은 비활성되도록 하며, 피검자의 활동량을 검출하도록 하는 경우 관성 센서를 활성화시키도록 스위칭되고 나머지 센서들은 비활성되도록 하며,
    상기 디스플레이패널은,
    상기 멀티센서에서 피검자의 동작이 검출되기 전의 식별문자와 상기 멀티센서에서 피검자의 동작이 검출된 후 상기 피드백 데이터에 따라 출력되는 식별문자가 다르게 출력되도록 하여 피검자가 확인할 수 있도록 하며,
    상기 컨트롤러는,
    피검자에 대한 정보를 입력받아 저장하는 입력부;
    무선통신으로 상기 멀티센서와 연결되며, 상기 멀티센서와의 데이터를 송수신하는 송수신부;
    상기 입력부를 통해 입력받은 피검자의 정보에 근거하여 훈련로직을 생성하고, 생성된 상기 훈련로직에 근거하여 상기 멀티센서로 훈련로직을 전송하며, 상기 멀티센서로부터 전송되는 피드백 데이터를 수신하여 피검자의 훈련로직에 대한 분석 정보를 제공하는 로직연산부; 및
    상기 로직연산부의 제어에 의해 훈련로직에 대한 인터페이스를 표시하는 표시부를 포함하며,
    상기 로직연산부는,
    상기 입력부를 통해 입력받은 피검자의 정보에 근거하여 훈련로직을 생성하는 훈련설정모듈과,
    생성된 상기 훈련로직에 따라 상기 멀티센서로부터 수신된 피드백 데이터에 근거하여 뇌인지 능력, 민첩성, 재활능 및 치매정도를 분석하여 그래프 또는 숫자의 시각적 데이터로 출력하는 분석모듈을 포함하며,
    상기 생체신호검출장치는,
    부착형 디바이스와 접착형 디바이스를 포함하되, 피검자의 생체신호를 검출하는 전극부, 상기 전극부에서 검출된 생체신호를 선택에 따라 심전도, 근전도, 안구전도 및 뇌전도로 구분하여 검출하는 검출부, 상기 검출부에서 구분 검출된 생체신호를 필터링 및 증폭하여 생체신호의 잡음을 제거하고 증폭하는 처리부, 상기 처리부에서 출력되는 생체신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부 및 상기 A/D 변환부에서 디지털 신호로 변환된 신호를 무선 통신 방식으로 상기 컨트롤러로 전송하는 디바이스 통신부를 포함하며,
    상기 검출부는,
    상기 전극부에서 검출된 생체신호를 증폭하는 계측증폭모듈, 상기 계측증폭모듈에서 출력되는 신호를 선택하여 연결하는 셀렉터모듈 및 심전도 필터, 근전도 필터, 안구전도 필터 및 뇌전도 필터로 구성되어 상기 셀렉터모듈의 선택에 따라 심전도, 근전도, 안구전도 및 뇌전도에 대한 생체정보를 각각 출력하는 필터모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 개인 맞춤형 운동강도조절 기능을 갖는 멀티센서 기반 타이밍 피드백 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 이격 거리는,
    키 및 몸무게를 포함하는 신체정보, 나이정보, 성별정보 및 장애정보에 근거하여 결정되는 것을 특징으로 하는 개인 맞춤형 운동강도조절 기능을 갖는 멀티센서 기반 타이밍 피드백 시스템.
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