KR102164335B1 - 운동취약계층을 위한 디지털 제어형 능동모션 기능의 스마트 하지 훈련 복합운동 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 운동취약계층을 위한 디지털 제어형 능동모션 기능의 스마트 하지 훈련 복합운동 장치에 관한 것으로, 사용자별 프로파일에 맞게 웨이트 운동의 경우 디지털기반 중량 제어기능을 제공하고, 사용자에게 적합한 운동이 이루어질 수 있도록 하며, 사용자의 근력과 운동량 및 웨이트 운동의 웨이트(부하) 정보를 측정하고 그에 따른 개인 맞춤형 운동 프로그램을 생성할 수 있으며, 운동 프로그램을 포함한 각종 정보를 저장하고 관리하는 복합운동장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 운동취약계층을 위한 디지털 제어형 능동모션 기능의 스마트 하지 훈련 복합운동 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 ICT(Information & Communication technology)융합기술을 통한 운동취약계층의 하지운동과 훈련효과 극대화를 위한 디지털 제어형 능동모션 기능의 스마트 하지 훈련 복합 운동 장치에 관한 것이다.
최근 고령화 및 현대화로 인하여 하지 근약자가 증가하고 있다
이 중 노인의 경우는 노화과정에서 근골격계 기능이 저하되면서 근감소증(sarcopenia)이 유발되고, 근감소증은 고령자의 하지 근력 약화와 함께 여러 가지 원인으로 균형 능력을 감소시키면서 낙상(fall)의 중요한 요인으로 작용하는데, 이로 인하여 상해 발생이 증가되고 의존적인 생활을 유발함으로써 고령자들의 독립적인 생활이 어렵게 된다.
또한 낙상 경험이 있는 고령자가 건강한 고령자에 비해 낙상의 불안감으로 인하여, 신체 활동이 저하되고, 이로 인하여 하지의 근력이 더욱 저하되며, 이러한 근력상실 뿐만 노화로 인한 관절기능 약화로 인하여 추락과 낙상의 위험이 증가되는 악순환이 되풀이된다.
한편, 젊은 사람의 경우에는 짧은 거리도 차량을 이용하고 건물의 층간 이동이나 지하철 이용 시 계단을 이용하지 않고 에스컬레이터나 엘리베이터를 이용하면서 운동량이 부족해지고, 서구화된 식생활로 인하여 비만이 증가하면서, 하지 근력이 급격히 약화되고 있으며, 이로 인하여 상대적으로 손상이 쉬운 무릎연골이 영향을 받아 관절기능의 저하로 인해 보행 및 계단 이용이 어려운 인구가 증가하고 있다.
이와 같이 노화 또는 운동부족 등의 이유로 근육이 소실될 경우 혈액과 수분이 몸통으로 집중돼 몸통의 장기에 과부하가 생기고, 이로 인하여 혈관, 내장기관, 면역세포 등의 기능이 크게 약화되어 요로감염, 폐렴, 심부전 등이 발생되거나 이로 인한 패혈증으로 사망할 수도 있다.
또한 하지 근 기능저하 및 불균형에 의한 신체적 부자연스러움과 건강저하는 삶에 대한 불만족, 경제적 및 사회적 고립 등을 경험케 하고, 나아가 정서적 불안정, 존재가치의 불확실성, 심리적 존재가치 저하 등의 정신적 요인에도 부정적인 영향을 미치게 된다.
더욱이, 노인의 체력저하 및 하지 근기능의 집중적인 저하현상은 신체적, 정신적 건강문제 외에 학습, 지각, 추론, 문제해결, 기억을 포함하는 인지기능을 저하시키고 중추신경계의 작용이 활발하지 못하여 정상적인 일상생활에 어려움을 갖게 되어 심각한 노인성 정신장애를 유발하기도 한다.
이에 노인 등 운동취약계층에 대한 하지 근기능 개선에 대한 연구가 진행되고 있으며, 규칙적인 저항성 운동이 근력, 근육량, 이동성 및 일상적인 신체활동능력을 향상시키는 데 효과적인 것으로 알려지고 있으며, 특히 연령이 증가함에 따라 근력, 근지구력이 감소하지만 운동에 의해 그 향상 가능성이 보고되면서(McCartney, McKelvie, Martin, Sale & MacDougall, 1993;) 노인 등 운동 취약 계층을 위한 하지 근력 향상을 위한 운동의 중요성이 강조되고 있다.
그러나 상기한 운동 취약 계층을 대상으로 쉽고 간편하게 운동할 수 있도록 하면서 해당 사용자에게 최적의 운동이 가능하도록 관리하고 조정하는 운동장치의 개발은 이루어지지 않고 있어서 이에 대한 개발이 시급한 실정이다.
이에 따라 본 발명은, 사용자별 프로파일에 맞게 웨이트 운동의 경우 디지털기반 중량 제어기능을 제공하고, 사용자에게 적합한 운동이 이루어질 수 있도록 하며, 사용자의 근력과 운동량 및 웨이트 운동의 웨이트(부하) 정보를 측정하고 그에 따른 개인 맞춤형 운동 프로그램을 생성할 수 있으며, 운동 프로그램을 포함한 각종 정보를 저장하고 관리하는 복합운동장치를 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 웨이트 운동을 포함하여 하나의 운동 기구로 다중의 하지 훈련이 가능하며, 상기 웨이트는 중량체를 구비하지 않고 입력되는 동작제어신호에 따라 토크가 제어되어 웨이트가 가변되도록 하는 디지털 웨이트를 사용하며, 근력 및 운동량을 측정하는 측정기가 구비된 복합 운동기; 사용자 인식 태그; 상기 복합 운동기에 구비되고 사용자 인식 태그를 인식하여 그에 해당하는 신호를 출력하는 태그리더; 상기 복합운동기에 구비되어 운동을 위한 각종 메뉴를 선택하고 정보가 출력되며 태그리더 및 서버와 데이터를 송수신하는 터치패널; 복합 운동기 사용자가 구비하고 해당 사용자별 하지 운동 프로그램 및 근력 및 운동량 측정치가 기록되어 상기 복합 운동기와 정보를 송수신하는 사용자 스마트 단말기; 상기 복합 운동기 또는 사용자 스마트 단말기로부터 전송되는 데이터를 기록하고 요청신호에 따라 해당 데이터를 제공하는 서버; 상기 서버에 접속되어 각 사용자별 나이와 복합 운동기에서 측정되어 전송된 근력 및 운동량을 포함한 프로파일에 따라 운동량과 종목을 포함한 운동 프로그램을 설정하고 이를 서버로 전송하는 관리자 단말기;를 포함하여 구성되어, 사용자 프로파일에 따라 관리자에 의하여 설정된 운동프로그램이 복합 운동기로 전송되어 해당 사용자 인식 태그에 따라 디지털 웨이트를 제어하고, 사용자 스마트 단말기로 운동 프로그램이 전송되어 운동관리가 가능하도록 하는 운동취약계층을 위한 디지털 제어형 능동모션 기능의 스마트 하지 훈련 복합운동 장치에 있다.
상기 복합 운동기는 레그 익스텐션/컬, 스쿼트를 수행할 수 있도록 구성된다.
또한 상기 스마트 단말기 및 터치패널에는 사용자가 수행하고자 하는 운동별 도전과제를 제공하고, 운동량에 따라 목표 달성여부를 표시하여 주며, 운동레벨에 따라 도전과제의 레벨도 조정되도록 한다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 의하면 사용자 본인의 근력에 맞는 운동 프로그램이 제시되고, 사용자별 도전과제가 표시되어 사용자가 능동적으로 간단한 조작으로 운동을 수행할 수 있도록 함으로써, 스스로의 동기부여를 통한 지속적인 운동효과를 기대할 수 있게 되어 운동에 즐거움과 선의의 경쟁을 느낄 수 있게 되는 효과가 있다.
또한 운동취약계층(고령자, 근약자, 하지질환자)의 근기능 개선을 위한 수요, 운동취약계층을 위한 과학적체계적 운동방법의 제시를 통한 사회병리적 문제를 해결한다.
그리고 하지 복합운동기를 통해 운동정보, 사용자정보, 운동분석/훈련프로그램 등을 제공하여 복합 운동기를 사용자의 근기능 평가와 근기능 강화, 재활 운동프로그램의 수행을 위하여 사용할 수 있도록 함으로써 복합운동기의 활용성을 증가시킨다.
아울러 오픈 플랫폼 기반의 사용자 정보를 관리하여 개인맞춤형 정보 제공이 가능하고, 재활관련 의료기관(스포츠재활센터, 보인전문의료기관, 보건소, 요양원 등)에서 서버에 접속하여 해당 사용자의 근기능을 개선하기 위한 직접적 보조기구로 활용할 수 있게 된다.
또한 보행이나 계단이용이 힘든 사용자가 동일한 훈련 기구를 사용하여 최적의 운동량으로 해당 기능을 수행할 수 있게 됨은 물론 근력을 보다 강화하여 기존에 하지 못했던 다양한 스포츠 활동이 가능하여 삶의 질을 향상할 수 있는 효과가 있다
도 1은 본 발명에 따른 운동취약계층을 위한 디지털 제어형 능동모션 기능의 스마트 하지 훈련 복합운동 장치를 나타내는 블록도
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 복합 운동 장치의 도전과제 실시예를 나타내는 도면
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 복합 운동 장치의 도전과제 실시예를 나타내는 도면
이하 본 발명의 실시 예를 하기에서 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 운동취약계층을 위한 디지털 제어형 능동모션 기능의 스마트 하지 훈련 복합운동 장치는, 도 1에 나타내는 바와 같이 웨이트 운동을 포함하여 하나의 운동 기구로 다중의 하지 훈련이 가능하며, 웨이트 운동을 위한 중량체를 구비하지 않고 입력되는 동작제어신호에 따라 토크가 제어되어 웨이트가 가변되도록 하는 디지털 웨이트를 사용하며, 근력 및 운동량을 측정하는 측정기가 구비되고 각종 동작모드를 입력하고 정보를 표시하는 터치패널 및 상기 터치패널을 포함하여 입력되는 신호를 기준으로 디지털 웨이트를 포함한 각 구성의 동작을 제어하는 제어부를 포함한 복합 운동기(10); 사용자 인식 태그와 상기 복합 운동기(10)에 구비되고 사용자 인식 태그를 인식하여 그에 해당하는 신호를 출력하는 태그리더를 포함한 사용자 인식기(20); 복합 운동기 사용자가 구비하고 해당 사용자별 하지 운동 프로그램 및 근력 및 운동량 측정치가 기록되어 상기 복합 운동기와 정보를 송수신하는 사용자 스마트 단말기(30); 상기 복합 운동기 또는 스마트 단말기와 연결되어 요청신호에 대응되는 데이터를 제공하고 전송되는 데이터를 기록하고 관리하는 서버(40); 상기 서버(40)에 접속되어 각 사용자별 나이와 복합 운동기(10)에서 측정되어 전송된 근력 및 운동량을 포함한 프로파일에 따라 운동량과 종목을 포함한 운동 프로그램을 설정하고 이를 서버로 전송하는 관리자 단말기(50);를 포함하여 구성된다.
상기 복합 운동기(10)는 레그 익스텐션/컬, 스쿼트 운동을 수행할 수 있도록 구성된다.
그리고, 상기 복합 운동기는 사용자별로 의자의 높낮이와 전후위치 등을 셋팅하여 저장한 후, 사용자 인증 태그로 사용자가 인증되면 해당 사용자에게 최적의 위치와 높낮이로 의자 등을 자동 조정하며, 이를 위하여 서보모터 또는 실린더 등이 요구된다.
한편 상기 디지털 웨이트는 전자석식 부하 시스템 제어방식을 통해 운동 부하조절이 가능하게 하여 사용성, 안정성, 경제성을 확립한다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시 예를 하기에서 제어부의 동작을 기준으로 보다 상세하게 살펴본다.
우선, 사용자 인증 태크(RFID 인증 태그 등)를 통하여 사용자가 인증되면 상기 제어부는 해당 사용자에게 맞는 의자 위치를 설정하고, 운동프로그램에 따른 디지털 웨이트 등을 자동 세팅하여 운동이 이루어지도록 하고, 운동이 완료되면 개인의 훈련내용을 자체 메모리에 저장 또는 스마트 단말기나 서버로 전송하여 저장함으로써 이력 관리가 되도록 한다.
그리고, 사용자가 터치패널을 이용하여 근력측정모드를 선택하면, 상기 복합 운동기의 근력측정기를 구동하여 사용자의 근력을 측정하고, 이에 따라 제어부는 운동 구간별 토크(Torque)를 산출하고, 서보모터 및 디지털 웨이트가 상기 운동 구간별 토크 시작위치에서 최대 부하를 주도록 제어하여 대기시키고, 사용자가 사용자의 힘으로 기구에 힘을 가하고, 사용자가 가하는 토크를 센서(엔코더 등)를 이용하여 측정하여, 사용자 토크에 의해 기구가 서서히 움직일 정도의 위치로 서보모터 및 디지털 웨이트의 제어를 시작한다.
그리고, 복합 운동기의 움직임이 일정하도록 1 사이클(Cycle)동안의 사용자 토크를 측정하여 그 결과값과 설정값을 비교하여 오차를 보정한다.
또한 사용자가 터치 패널을 이용하여 재활 모드를 선택하면, 제어부는 상기 근력측정모드를 통하여 설정된 해당 사용자별 최대 토크 범위내에서 상기에서 살펴본 바와 같이 사용자 감응에 따른 서보 모터 및 디지털 웨이트를 제어하고, 근력 측정모드에서 측정한 토크정보를 바탕으로 운동 프로그램을 생성하여 모니터에 운동 1 사이클(cycle)당 수행해야 할 사용자의 운동 프로그램을 표시하고 사용자는 그 운동 프로그램을 추종하여 운동을 시작한다.
이때 운동 프로그램은 관리자가 수동으로 설정하여 관리자 단말기를 통해서 입력하여 서버를 통해서 복합 운동기의 터치 패널로 전송될 수도 있고, 임의의 운동 관리 프로그램에서 토크별 운동 프로그램이 설정되어 입력되는 토크정보에 따라 해당 운동프로그램을 불러와서 자동으로 토크 정보에 따른 운동정보를 터치 패널로 전송할 수도 있으며, 이러한 사용자별 운동 프로그램은 복합 운동기 자체의 메모리나 사용자 스마트 단말기의 메모리 또는 서버에 기록된다.
한편 운동 수행중 운동 프로그램에서 제시한 토크에 사용자의 힘이 도달하지 못할 시에는 서보 모터에서 최소한의 힘으로 지원한다.
또 사용자가 터치패널을 이용하여 근력증강모드를 선택하면, 사용자 최대 토크 범위이상 사용자 감응에 따른 서보모터를 제어하고, 근력 증강모드는 사용자의 최대 근력보다 더 많은 토크를 부여하여 시간에 따라 사용자가 토크를 추종할 수 있도록 프로그램되어 있으며, 최대 부하 및 최저부하 휴지시간, 운동시간 등을 산출하여 터치패널로 표시해주고 복합 운동기의 동작을 제어한다.
한편, 상기 터치패널로는 사용자가 현재 수행하여야 할 운동의 바른동작이나 수행할 운동에 따른 목표치 즉 도전과제와 현재 달성치 등을 다양한 이미지와 함께 표시해주어 사용자에게 흥미를 유발하여 운동 효과가 향상되도록 한다.
그 예로 도 2에 나타내는 바와 같이 레그링크의 경우 시작시에 스키게임 화면을 표시하여 사용자는 스키 선수가 된듯한 느낌의 콘텐츠를 통해 성취감을 달성하도록 유도하고, 운동수행 중에는 전체 목표까지 다수개의 세트수와 횟수로 구분하고, 현재 세트수와 횟수를 화면에 표시해주며, 운동 위치에 따라 캐릭터를 좌/우로 변경하여 지루하지 않도록 한다.
그리고 해당 운동이 종료되면 운동결과를 표시해주어 사용자가 운동량 등을확인하고 성취감을 느낄 수 있도록 한다
도 3은 스쿼트 운동시의 도전과제 및 결과 표시 예를 나타낸다.
한편, 본 발명의 복합 운동 장치는 운동취약계층을 대상으로 하고 있어서 운동 중 응급상황 즉, 시스템 장치 이상, 이상운동 상태(운동과부하)가 발생할 수 있으므로, 이에 대응할 수 있도록 한다.
즉, 응급상황 시 사용자가 터치패널 또는 복합 운동기 상의 임의의 장소에 구비된 비상버튼을 온(ON)시키면, 일단 모든 시스템을 정지시킨 후, 사용자가 비상버튼을 오프시키거나 다른 사용자가 사용자 인증 태그로 인증되면 다시 복합 운동기가 동작되도록 한다.
한편, 사용자 스마트 단말기는 서버에 접속하여 해당 사용자의 운동분석 및 훈련정보를 조회하고 그 결과를 사용자에게 다양한 시각화 방법으로 표시하며, 오픈 플랫폼에 저장할 데이터를 정의하고 전송한다.
이에 따라 사용자 정보는 서버를 통해서 의료기관이나 요양기관 등으로 전송되어 해당 사용자의 관리정보로 이용할 수 있도록 한다.
따라서 본 발명에 의하면 사용자 프로파일에 따라 운동 프로그램이 설정되고, 사용자 인식 태그를 통하여 인식된 사용자에 대한 정보와 기 설정된 운동 프로그램에 따라 자동으로 디지털 웨이트 등이 제어되고, 운동결과는 서버로 전송되어 사용자별 하지 운동 관리가 가능하게 된다.
한편, 상기에서 사용자 인증은 사용자 스마트 단말기로도 수행이 가능하다.
10 : 복합 운동기 20 : 사용자 인식기
30 : 사용자 스마트 단말기 40 : 서버
50 : 관리자 단말기
30 : 사용자 스마트 단말기 40 : 서버
50 : 관리자 단말기
Claims (9)
- 웨이트 운동을 포함하여 하나의 운동 기구로 다중의 하지 훈련이 가능하며, 웨이트 운동을 위한 중량체를 구비하지 않고 입력되는 동작제어신호에 따라 토크가 제어되어 웨이트가 가변되도록 하는 디지털 웨이트를 사용하며, 근력 및 운동량을 측정하는 측정기가 구비되고, 각종 동작모드를 입력하고 정보를 표시하는 터치패널이 구비되며, 입력되는 신호를 기준으로 디지털 웨이트를 포함한 각 구성의 동작을 제어하는 제어부를 포함한 복합 운동기(10); 상기 복합 운동기(10)에 구비되는 사용자 인식 태그리더와 그에 대응되는 사용자 인식 태그를 포함한 사용자 인식기(20); 상기 복합 운동기와 연결되어 요청신호에 대응되는 데이터를 제공하고 전송되는 데이터를 기록하고 관리하는 서버(40); 를 포함하여 구성되고,
상기 제어부는 사용자가 인증되면 해당 사용자에게 맞는 의자 위치를 설정하고, 운동프로그램에 따른 디지털 웨이트를 포함한 복합 운동기를 자동 세팅하여 사용자에게 맞는 운동이 이루어지도록 하고, 운동이 완료되면 복합운동기의 구동데이터가 서버로 전송되어 해당 사용자의 운동정보가 관리되도록하고,
터치패널을 통하여 근력측정모드가 선택되면, 상기 제어부는 근력측정기를 구동하여 사용자의 근력을 측정하고, 이에 따른 운동 구간별 토크(Torque)를 산출하여 해당 사용자별 최대 토크를 설정하며,
터치 패널을 통하여 재활 모드가 선택하면, 제어부는 해당 사용자에게 설정된 최대 토크 범위내에서 운동이 이루어지도록 복합 운동기를 제어하고,
터치패널을 통하여 근력증강모드가 선택되면, 제어부는 해당 사용자 최대 토크 범위이상으로 운동이 이루어지도록 복합 운동기를 제어하며,
상기 제어부는 상기 터치패널로 사용자가 현재 수행하여야 할 운동의 바른동작과 수행할 운동에 따른 목표치 및 현재 달성치를 다양한 이미지와 함께 표시해주고,
상기 제어부는 터치패널 또는 복합 운동기 상의 임의의 장소에 구비된 비상버튼이 온(ON)되면, 모든 시스템을 정지시킨 후, 비상버튼이 오프되거나 다른 사용자 인증 태그로 인증되면 다시 복합 운동기가 동작되도록 하는 것을 특징으로 하는 운동취약계층을 위한 디지털 제어형 능동모션 기능의 스마트 하지 훈련 복합운동 장치. - 제 1항에 있어서, 상기 복합 운동기(10)는 레그 익스텐션과 레그 컬, 스쿼트를 수행할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 운동취약계층을 위한 디지털 제어형 능동모션 기능의 스마트 하지 훈련 복합운동 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 복합운동 장치는 서버(40)에 접속되어 각 사용자별 나이와 복합 운동기(10)에서 측정되어 전송된 근력 및 운동량을 포함한 프로파일에 따라 운동량과 종목을 포함한 운동 프로그램을 설정하고 이를 서버로 전송하는 관리자 단말기(50); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 운동취약계층을 위한 디지털 제어형 능동모션 기능의 스마트 하지 훈련 복합운동 장치.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 복합운동 장치는 복합 운동기 사용자가 구비하고 해당 사용자별 하지 운동 프로그램 및 근력 및 운동량 측정치가 기록되어 상기 복합 운동기 및 서버와 정보를 송수신하는 사용자 스마트 단말기(30)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 운동취약계층을 위한 디지털 제어형 능동모션 기능의 스마트 하지 훈련 복합운동 장치.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 제어부는 터치패널을 이용하여 상기 복합 운동기의 근력측정기를 구동하여 사용자의 근력을 측정하고, 이에 따라 운동 구간별 토크(Torque)를 산출하고, 디지털 웨이트가 상기 운동 구간별 토크 시작위치에서 최대 부하를 주도록 제어하여 대기시키고, 사용자가 사용자의 힘으로 복합 운동기의 임의의 기구에 힘을 가하고, 사용자가 가하는 토크를 센서를 이용하여 측정하여, 사용자 토크에 의해 기구가 서서히 움직일 정도의 위치로 디지털 웨이트의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 운동취약계층을 위한 디지털 제어형 능동모션 기능의 스마트 하지 훈련 복합운동 장치.
- 제 7항에 있어서, 제어부는 상기 복합 운동기의 움직임이 일정하도록 1 사이클(Cycle)동안의 사용자 토크를 측정하여 그 결과값과 설정값을 비교하여 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 운동취약계층을 위한 디지털 제어형 능동모션 기능의 스마트 하지 훈련 복합운동 장치.
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