KR102200998B1 - Virtual reality based musculoskeletal health status measurement system - Google Patents

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KR102200998B1
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Abstract

본 발명은 가상현실 기반 근골격 건강 상태 측정 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 난이도를 달리하는 복수개의 반복되는 작업 동작을 사용자가 가상현실 환경에서 수행할 수 있도록 유도하는 측정 VR콘텐츠를 제공하고, 이를 수행하는 사용자의 동작을 표준 동작과 비교 분석하여 사용자의 근골격 건강 상태를 측정할 수 있는 가상현실 기반 근골격 건강 상태 측정 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 가상현실 기반 근골격 건강 상태 측정 시스템은 난이도를 달리하는 복수개의 반복되는 작업 동작을 사용자가 가상현실 환경에서 수행할 수 있도록 유도하는 측정 VR콘텐츠가 구비된 VR기기와; 상기 VR기기를 사용하는 사용자의 작업 동작을 취득할 수 있는 모션센서와; 상기 측정 VR콘텐츠에 매칭된 표준 작업 동작이 저장된 표준DB와; 상기 모션센서에서 취득된 사용자의 작업 동작과 상기 표준DB에 저장된 표준 작업 동작을 상호 비교 분석하여 사용자의 근골격 건강 상태를 측정하는 상태측정서버를; 포함하는 것을 특징으로 한다.
The present invention relates to a virtual reality-based musculoskeletal health state measurement system, and more particularly, to provide a measurement VR content that induces a user to perform a plurality of repetitive task operations with different degrees of difficulty in a virtual reality environment. The present invention relates to a virtual reality based musculoskeletal health state measurement system capable of measuring a user's musculoskeletal health state by comparing and analyzing a user's motion with a standard motion.
A virtual reality-based musculoskeletal health state measurement system according to the present invention comprises: a VR device equipped with a measurement VR content that induces a user to perform a plurality of repetitive work operations having different degrees of difficulty in a virtual reality environment; A motion sensor capable of acquiring a work motion of a user using the VR device; A standard DB in which a standard operation operation matched with the measured VR content is stored; A state measurement server for measuring a user's musculoskeletal health state by comparing and analyzing a user's work motion acquired from the motion sensor and a standard work motion stored in the standard DB; It characterized in that it includes.

Description

가상현실 기반 근골격 건강 상태 측정 시스템{VIRTUAL REALITY BASED MUSCULOSKELETAL HEALTH STATUS MEASUREMENT SYSTEM}Virtual reality based musculoskeletal health condition measurement system {VIRTUAL REALITY BASED MUSCULOSKELETAL HEALTH STATUS MEASUREMENT SYSTEM}

본 발명은 가상현실 기반 근골격 건강 상태 측정 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 난이도를 달리하는 복수개의 반복되는 작업 동작을 사용자가 가상현실 환경에서 수행할 수 있도록 유도하는 측정 VR콘텐츠를 제공하고, 이를 수행하는 사용자의 동작을 표준 동작과 비교 분석하여 사용자의 근골격 건강 상태를 측정할 수 있는 가상현실 기반 근골격 건강 상태 측정 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a virtual reality-based musculoskeletal health state measurement system, and more particularly, to provide a measurement VR content that induces a user to perform a plurality of repetitive task operations with different degrees of difficulty in a virtual reality environment. The present invention relates to a virtual reality-based musculoskeletal health state measurement system capable of measuring a user's musculoskeletal health state by comparing and analyzing a user's motion with a standard motion.

현재 IT 기술의 발달로 가상현실(Virtual Reality) 기술을 이용한 연구가 활발히 진행 중이다.Currently, research using virtual reality technology is actively underway with the development of IT technology.

상기 가상현실(Virtual Reality)은 1956년 모튼 헤이리그에 의해 가상 체험이라는 것으로 처음 고안된 후에 이반 서덜런드(1965년)의 얼티메이트 디스플레이, 마이런 크루이거(1983년)의 인공 현실감으로 불리우다 1986년 재론 래니어에 의해 가상현실이라는 용어로 불리기 시작하였다.The Virtual Reality was first conceived as a virtual experience by Morton Haylig in 1956, and then called the Ultimate Display of Ivan Sutherland (1965) and the artificial reality of Myron Kruger (1983). It began to be called the term virtual reality by Near.

상기 가상현실은 여러 측면에서 다양하게 정의할 수 있으나, 대표적으로 두 가지 입장에서 정리할 수 있다.The virtual reality can be defined in various ways in various aspects, but can be summarized in two representative positions.

먼저, 기술 중심적 관점으로 "이용자가 현실과 같은 3차원 상황 속에서 상호 작용할 수 있도록 해 주는 Headmounted goggle과 망으로 연결된 의상을 통해 경험하게 되는 전자적인 환경 시뮬레이션"(Coates,1992)으로 정의한다.First, from a technology-oriented perspective, it is defined as "an electronic environment simulation experienced through a headmounted goggle that enables users to interact in a realistic 3D situation and through clothes connected by a network" (Coates, 1992).

이와 달리 경험 중심적 입장에서는 "지각하는 자가 원격현전을 경험하는 실재적 또는 시뮬레이션 된 환경"(Steuer,1992)으로 정의할 수 있다.On the contrary, from an experience-oriented perspective, it can be defined as "real or simulated environment in which the perceiver experiences a remote presence" (Steuer, 1992).

종합적으로 현재 대중에 널리 알려지기에는 "컴퓨터가 만들어낸 감각 몰입이 이루어지는 가상 세계에서 이용자가 실시간으로 상호 작용을 할 수 있는 인간-컴퓨터 인터페이스'라고 정의할 수 있다.In general, it can be defined as "a human-computer interface through which users can interact in real time in a virtual world in which sensory immersion created by a computer is made", which is widely known to the public.

이와 같이, 가상현실의 역사는 오래되었으나 1990년대 이후부터 건축, 게임, 전시, 군사, 의료 등 다양한 분야에서 본격적으로 사용되기 시작하였다.As such, virtual reality has a long history, but from the 1990s it began to be used in earnest in various fields such as architecture, games, exhibitions, military, and medical care.

관련된 종래기술로 공개특허공보 제10-2017-0087214호(2017.07.28. 공개)에는 "가상 현실 장비를 이용한 재활 치료 방법"이 제안된 바 있다.As a related prior art, “Rehabilitation Treatment Method Using Virtual Reality Equipment” has been proposed in Korean Patent Publication No. 10-2017-0087214 (published on July 28, 2017).

한편, 근골격계 질환(Musculoskeletal Disorders; MSDs)은 특정한 신체부위의 근육, 인대, 힘줄, 추간판, 연골, 뼈 또는 그와 관련된 신경 및 혈관에 미세한 손상이 누적되어 통증이나 기능 저하 증상이 나타나는 급성 또는 만성 질환을 말한다.On the other hand, musculoskeletal disorders (MSDs) are acute or chronic diseases in which minor damage accumulates in muscles, ligaments, tendons, intervertebral discs, cartilage, bones or related nerves and blood vessels in specific body parts, resulting in pain or decreased function. Say.

근골격계 질환은 특정 신체부위에 부담을 주는 단순반복 작업, 무거운 물건 들기, 부적절한 자세 취하기 등의 직접적인 원인과 생활습관, 스트레스, 운동부족 등이 간접적인 원인에 의해 발병하는 것으로 보고 있다. Musculoskeletal disorders are reported to be caused by direct causes such as simple repetitive work, lifting heavy objects, and taking inappropriate postures that place a burden on a specific body part, as well as lifestyle habits, stress, and lack of exercise due to indirect causes.

근골격계 질환은 신체에 반복적으로 부담을 주는 작업에 종사하는 작업자들에게 주로 장기간에 걸쳐 발생하는 건강장애로 젊은 연령층의 근로자에 비하여 고령근로자에게 발생 가능성이 크며, 힘의 저하와 움직임의 제한을 동반하기 때문에 작업과 일상생활에 많은 활동 제약을 가져다준다. Musculoskeletal disorders are health disorders that occur over a long period of time, mainly for workers engaged in tasks that repeatedly burden the body, and are more likely to occur in older workers than workers in younger age groups, and are accompanied by a decrease in strength and restriction of movement. Because of this, it places a lot of activity restrictions on work and daily life.

특히, 농업인의 근골격계 질환율은 비농업인의 2.4배에 이르고 있고 작목별 증상 유병율에서 차이가 있다고 보고되고 있다. In particular, the musculoskeletal disease rate of farmers is 2.4 times that of non-farmers, and it is reported that there is a difference in the prevalence of symptoms for each crop.

농업인의 근골격계 질환 유병율은 상지, 허리, 하지 모두 시설재배 농업인에서 벼 재배 농업인보다 높게 나타난다고 하였고, 근골격계 질환의 발병은 농업인들의 건강관련 삶의 질 감소와 관련이 있다고 보고 있다. It is reported that the prevalence of musculoskeletal disorders in farmers is higher in facility cultivated farmers than in rice cultivation farmers in both upper limb, lower back and lower extremities, and the incidence of musculoskeletal disease is considered to be related to the decrease in health-related quality of life of farmers.

농업인의 근력강화운동이 정신사회 및 신체적 건강수준에 미치는 영향에 대한 연구에서도 농업인에게 근력강화운동의 적용은 심리적인 안정을 주고 신체능력을 향상시켜 근골격계 질환을 예방하고 관리하는데 적합한 치료프로그램으로 사용될 수 있으며, 요통 수준을 감소시키는데 유용하다고 보고 있다. In a study on the effect of muscle strength exercise of farmers on mental and social and physical health level, the application of muscle strength exercise to farmers can be used as a treatment program suitable for preventing and managing musculoskeletal diseases by providing psychological stability and improving physical ability. It is believed to be useful in reducing the level of low back pain.

따라서 근골격계 부담 작업으로 인한 질병 및 사고의 발생은 농업인의 안전보건에서 중요한 요소이며, 고령 농업인의 사회참여 부족, 무료한 생활에서 오는 사회적 고립과 정서적 고독 및 우울감을 해결하고 심신 기능의 저하도 해결을 위한 방안에 대한 연구가 필요한 실정이다. Therefore, the occurrence of diseases and accidents due to the burden of the musculoskeletal system is an important factor in the safety and health of farmers, and the lack of social participation of elderly farmers, social isolation and emotional loneliness and depression that come from boring life, and the deterioration of mental and physical function are also resolved. There is a need for research on the plan for this.

본 발명은 가상현실 기술과 접목한 근골격 건강 상태 측정 시스템의 필요성에 의해 안출된 것으로, VR콘텐츠에 대응되는 사용자의 동작을 표준 동작과 비교 분석하는 방법으로 사용자의 근골격 건강 상태를 측정할 수 있는 가상현실 기반 근골격 건강 상태 측정 시스템을 제공하는 데에 있다.The present invention was conceived by the necessity of a musculoskeletal health state measurement system incorporating virtual reality technology, and is a virtual method capable of measuring the user's musculoskeletal health state by comparing and analyzing the user's motion corresponding to the VR content with the standard motion. It is to provide a reality-based musculoskeletal health condition measurement system.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 가상현실 기반 근골격 건강 상태 측정 시스템은 난이도를 달리하는 복수개의 반복되는 작업 동작을 사용자가 가상현실 환경에서 수행할 수 있도록 유도하는 측정 VR콘텐츠가 구비된 VR기기와; 상기 VR기기를 사용하는 사용자의 작업 동작을 취득할 수 있는 모션센서와; 상기 측정 VR콘텐츠에 매칭된 표준 작업 동작이 저장된 표준DB와; 상기 모션센서에서 취득된 사용자의 작업 동작과 상기 표준DB에 저장된 표준 작업 동작을 상호 비교 분석하여 사용자의 근골격 건강 상태를 측정하는 상태측정서버를; 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the virtual reality-based musculoskeletal health state measurement system according to the present invention is provided with measurement VR content that induces a user to perform a plurality of repetitive task operations with different degrees of difficulty in a virtual reality environment. VR devices; A motion sensor capable of acquiring a work motion of a user using the VR device; A standard DB in which standard operation operations matched with the measured VR content are stored; A state measurement server for measuring a user's musculoskeletal health state by comparing and analyzing a user's work motion acquired from the motion sensor and a standard work motion stored in the standard DB; It characterized in that it includes.

또한, 본 발명에 따른 가상현실 기반 근골격 건강 상태 측정 시스템은 상기 상태측정서버에서 측정된 사용자의 근골격 건강 상태에 대응되는 피드백을 사용자에게 제공하는 피드백서버를; 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the virtual reality based musculoskeletal health state measurement system according to the present invention includes a feedback server that provides a user with a feedback corresponding to the user's musculoskeletal health state measured by the state measurement server; It characterized in that it further includes.

여기서, 상기 피드백서버는 사용자에게 피드백으로 근골격 질환 예방 훈련이 가능한 훈련 VR콘텐츠를 제공하는 것을 특징으로 한다Here, the feedback server is characterized in that it provides a training VR content capable of training to prevent musculoskeletal diseases through feedback to the user.

여기서, 상기 VR기기를 사용하는 사용자는 농업인이고, 상기 측정 VR콘텐츠는 작목별 반복되는 농작업 동작을 사용자가 가상현실 환경에서 수행할 수 있도록 유도하는 것을 특징으로 한다.Here, the user using the VR device is a farmer, and the measured VR content is characterized by inducing the user to perform a farming operation repeated for each crop in a virtual reality environment.

여기서, 상기 상태측정서버는 농작업과 관련된 신체 위험요인 노출비중을 바탕으로 정해진 특정 신체 부위를 중심으로 비교 분석하는 것을 특징으로 한다.Here, the condition measurement server is characterized in that the comparative analysis is performed focusing on a specific body part determined based on the exposure weight of a body risk factor related to agricultural work.

여기서, 상기 상태측정서버는 상기 정해진 특정 신체 부위를 정해진 기준에 따라 키포인트 조인트(Keypoint Joint), 타겟 조인트(Target Joint), 릴레이션 조인트(Relation Joint) 및 컨선 조인트(Concern Joint)로 분류하고, 각 분류별로 가산점을 달리하여 비교 분석하는 것을 특징으로 한다.Here, the condition measurement server categorizes the specified specific body parts into keypoint joints, target joints, relation joints, and concern joints according to predetermined criteria, and for each classification It is characterized in that the comparative analysis is performed by varying the addition point.

상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 가상현실 기반 근골격 건강 상태 측정 시스템은 방사선적 검사 등을 통하지 않고서도 가상현실 기반 모션 분석을 통해 사용자의 근골격 건강 상태를 측정할 수 있는 장점이 있고, 나아가 측정 상태에 따른 피드백을 제공받을 수 있는 장점이 있다.With the configuration as described above, the virtual reality-based musculoskeletal health state measurement system according to the present invention has the advantage of being able to measure the user's musculoskeletal health state through virtual reality-based motion analysis without going through a radiographic examination, etc. There is an advantage of being able to receive feedback according to the status.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가상현실 기반 근골격 건강 상태 측정 시스템의 구성도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가상현실 기반 근골격 건강 상태 측정 시스템에서 사용되는 측정 VR콘텐츠의 예시도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 모션센서에서 사용자의 작업 동작을 취득 및 분석하는 과정을 도시한 블록도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 모션센서에 사용될 수 있는 깊이 카메라의 종류
1 is a configuration diagram of a virtual reality-based musculoskeletal health state measurement system according to an embodiment of the present invention
2 is an exemplary diagram of measured VR content used in a virtual reality based musculoskeletal health state measurement system according to an embodiment of the present invention
3 is a block diagram showing a process of acquiring and analyzing a user's work motion in a motion sensor according to an embodiment of the present invention
4 is a type of depth camera that can be used in a motion sensor according to an embodiment of the present invention

이하에서는 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 가상현실 기반 근골격 건강 상태 측정 시스템을 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a virtual reality-based musculoskeletal health state measurement system according to the present invention will be described in more detail with reference to embodiments shown in the drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가상현실 기반 근골격 건강 상태 측정 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a virtual reality based musculoskeletal health state measurement system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 살펴보면 본 발명의 일실시예에 따른 가상현실 기반 근골격 건강 상태 측정 시스템은 VR기기(10)와, 모션센서(20)와, 표준DB(30)와, 상태측정서버(40)와, 피드백(50)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, a virtual reality-based musculoskeletal health state measurement system according to an embodiment of the present invention includes a VR device 10, a motion sensor 20, a standard DB 30, a state measurement server 40, and It consists of a feedback 50.

상기 VR기기(10)는 난이도를 달리하는 복수개의 반복되는 작업 동작을 사용자가 가상현실 환경에서 수행할 수 있도록 유도하는 측정 VR콘텐츠가 구비되는 구성이다.The VR device 10 is a configuration in which a measurement VR content that induces a user to perform a plurality of repetitive work operations having different difficulty levels in a virtual reality environment is provided.

본 발명의 일실시예에서는 상기 VR기기(10)를 사용하는 사용자는 농업인이고, 상기 측정 VR콘텐츠는 작목별 반복되는 농작업 동작을 사용자가 가상현실 환경에서 수행할 수 있도록 유도하도록 구성된다.In an embodiment of the present invention, the user using the VR device 10 is a farmer, and the measured VR content is configured to induce the user to perform a farming operation repeated for each crop in a virtual reality environment.

농작업 관련 근골격계 질환은 과수 작물의 경우 허리, 어깨, 팔꿈치 등의 관절 부위의 삼각근, 승모근, 상완삼두근 등의 근육 계통에서 주로 발생하고, 논작물은 손목, 어깨, 허리, 무릎 등의 관절 부위의 척측수근, 외경사근, 대퇴이두근 등의 근육계통에서 발생하며, 밭작물은 목, 허리, 무릎, 발목 등의 관절 부위의 빗목근, 넓은등근, 햄스트링근, 발꿈치힘줄 등의 근육계통에서 주로 발생하는 것으로 조사된다.Agricultural work-related musculoskeletal disorders mainly occur in muscle systems such as the deltoid muscle, trapezius, and triceps brachii in the joints of the waist, shoulders, and elbows in the case of fruit crops. It occurs in the muscle system such as the vertebral carpi, lateral oblique muscle, and biceps femoris, and field crops mainly occur in the muscle system such as the oblique muscles, broad back muscles, hamstring muscles, and heel tendons of joints such as the neck, waist, knees, and ankles. It is investigated.

아래의 표 1에는 "농업인건강안전정보센터"의 근골격계 질환 위험관리를 위한 농작업별 운동처방 서비스를 바탕으로 논, 밭, 과수 작물 중 일반 농가에서 일반적으로 재배중인 고추, 배, 벼, 상추, 오이 등 7가지 농작물을 대상으로 근골격계 질환과 관련되어 상기 VR기기(10)의 측정 VR콘텐츠에 탑재될 수 있는 작목별 반복되는 농작업 동작을 예시하였다.Table 1 below shows peppers, pears, rice, lettuce, which are generally cultivated in ordinary farms among rice paddies, fields, and fruit crops based on the exercise prescription service for each agricultural task for the risk management of musculoskeletal diseases of the "Farmers Health and Safety Information Center". Repetitive agricultural work motions for each crop that can be mounted on the VR content measured by the VR device 10 in connection with musculoskeletal diseases, targeting seven crops such as cucumbers, are illustrated.

작목Crop 작업명Work name 작목Crop 작업명Work name 노지고추No chili pepper 비닐피복Vinyl covering 오이cucumber 정식Formally 정식Formally 등짐형 농약살포1Back-type pesticide spray 1 지주세우기Building a holding 지주세우기와 줄매기Erecting pillars and tying a rope 줄대기Wait 1단 순치기와 줄매기1st stage sunchigi and string tie 수확harvesting 3단 순치기3-stage succession 세척wash 등짐형 농약살포2Back-type pesticide spray 2 뒤집어 말리기Turn over to dry 5단 순치기5-stage succession 모으기Collect 수확harvesting 양계Poultry 사료접시 떼기Remove the feed plate 선별포장Sorting packaging 고압분무기로 세척Washing with high pressure spray 참외melon 접목grafting 계분 제거Fowl removal 정식Formally 왕겨 깔기Chaff 온도관리Temperature management 사료접시 달기Attaching a feed plate 수정Modified 병아리 입주Chick moving in 순따기Picking 닭 살피기Watching Chicken 수확harvesting 출하Shipment 선별포장Sorting packaging 잔여사료 넣기Add residual feed 농약살포Pesticide spray ship 주지 묶기Tying 포도grape 가지치기Pruning 수정, 적과Crystal, enemy 비닐피복Vinyl covering 봉지 씌우기Bagging 순치기Sunchigi 수확harvesting 봉지싸기Bag 선별포장Sorting packaging 알 고르기Choosing an Egg rice plant 육묘Seedling 수확harvesting 비료 살포Fertilizer spraying 선별포장Sorting packaging 모판 옮기기Move bed 공통작업Common work 퇴비주기Compost cycle 이앙기 모심기Rice transplanter planting 로터기Rotor 등짐형 제초제 살포Back-type herbicide spray 골타기Goal riding 논둑 제초제 살포Herbicide spraying 평탄 작업Flattening work

한편, 도 2에는 사용자가 가상현실 환경에서 난이도를 달리하며 사과를 수확하는 농작업 동작을 반복 수행할 수 있도록 유도하는 측정 VR콘텐츠를 예시하였다.Meanwhile, FIG. 2 illustrates measurement VR content that induces a user to repeatedly perform a farming operation of harvesting apples with varying degrees of difficulty in a virtual reality environment.

도 2를 살펴보면, 사용자는 상기 측정 VR콘텐츠에 따라 우선 난이도를 선택하고, 선택된 난이도의 가상현실 환경에서 서로 높이 및 위치를 달리하는 다수개의 사과를 수확하여 상자에 담는 동작을 반복 수행하게 된다.Referring to FIG. 2, a user first selects a difficulty level according to the measured VR content, and repeatedly performs an operation of harvesting and placing a plurality of apples having different heights and positions from each other in a virtual reality environment of the selected difficulty level.

상기 모션센서(20)는 상기 VR기기(10)를 사용하는 사용자의 작업 동작을 취득할 수 있는 구성이다.The motion sensor 20 is a component capable of acquiring a work motion of a user using the VR device 10.

상기 모션센서(20)는 깊이 카메라를 이용하여 스켈레톤의 동작범위 스캐닝을 통한 영역지정기반 동작분석 방법을 사용할 수 있다.The motion sensor 20 may use a motion analysis method based on area designation by scanning the motion range of the skeleton using a depth camera.

상기 깊이 카메라(ToF Method)를 통한 동작분석은 도 3에 도시된 바와 같이 이미지정보를 스켈레톤 분석 모듈(Skeleton Analysis Module)을 통해 각 관절(Joint)의 위치정보로 변환하고, 동작분석 모듈(Motion Analysis Module)을 통해 분석된 결과데이터를 근골격 정보DB(Musculoskeletal Health DB)에 저장하는 구조를 가질 수 있고, 수집된 데이터는 VR 기반 훈련 콘텐츠(VR Training Content) 리소스데이터로 활용될 수 있다.Motion analysis through the depth camera (ToF Method) converts image information into position information of each joint through a skeleton analysis module as shown in FIG. 3, and motion analysis module (Motion Analysis) Module) can have a structure to store the result data analyzed through the musculoskeletal information DB (Musculoskeletal Health DB), the collected data can be used as VR-based training content (VR Training Content) resource data.

깊이 카메라는 스테레오 비전(Stereo Vision) 방식, 구조화된 패턴(Structured Pattern) 방식, ToF(Time of Flight) 방식 이렇게 크게 3가지 방식으로 나누어진다.Depth cameras are largely divided into three types: stereo vision, structured pattern, and ToF (Time of Flight).

스테레오 비전(Stereo Vision) 방식은 도 4의 (a)와 같이 두 개의 2D 이미지 센서를 결합해서 카메라 사이의 시점 불일치를 이용해 깊이정보를 얻는다. 효과적인 깊이정보 검출을 위한 작동범위는 최대 3미터이다. The stereo vision method combines two 2D image sensors as shown in (a) of FIG. 4 to obtain depth information by using a viewpoint discrepancy between the cameras. The operating range for effective depth information detection is up to 3 meters.

구조화된 패턴(Structured Pattern) 방식은 도 4의 (b)와 같이 광학 3D 스캐닝 방법이며 삼각 측량 알고리즘을 이용하여 표면 거칠기로 인한 투영 된 패턴의 왜곡을 3D 정보로 변환하며 이를 통해 깊이 정보를 검출한다. The structured pattern method is an optical 3D scanning method as shown in Fig. 4(b), and uses a triangulation algorithm to convert the distortion of the projected pattern due to surface roughness into 3D information and detect depth information through it. .

ToF(Time of Flight) 방식은 도 4의 (c)와 같이 광 스펙트럼의 근적외선 부분에 위치한 광원을 이용하며 광신호가 켜져 있을 때는 in phase receptor, 꺼져있을 때는 out phase receptor가 동작하여 광신호의 발생과 주기, 광신호가 사물에 부딪혀서 돌아오는 시간 간격을 통해 깊이 정보를 검출한다. ToF의 경우 고속 실시간 영상처리가 가능하고, 스테레오 비전이나 구조화 패턴 방식보다 조명변화에 의한 잡음이 적고 Textureless나 Occlusion같은 영상처리기반 깊이정보의 오류가 없기 때문에 근골격 동작 데이터의 실시간 취득과 분석에 적합하다.The ToF (Time of Flight) method uses a light source located in the near-infrared part of the optical spectrum as shown in Fig. 4(c), and the in phase receptor operates when the optical signal is on, and the out phase receptor operates when the optical signal is off. The depth information is detected through the period and the time interval when the optical signal hits an object and returns. In the case of ToF, it is suitable for real-time acquisition and analysis of musculoskeletal motion data because it enables high-speed real-time image processing, less noise due to lighting changes than stereo vision or structured pattern methods, and no errors in image processing-based depth information such as textureless or occlusion. .

본 발명의 일실시예에서는 근골격 동작 데이터 취득을 위해 ToF방식 센서를 사용하는 Orbbec사의 깊이 카메라를 사용하였다. In an embodiment of the present invention, a depth camera of Orbbec using a ToF sensor was used to acquire musculoskeletal motion data.

이미지를 기반으로 사람의 신체 관절부위를 Joint로 마킹하여 각 Joint의 X-axis 와 Y-axis 에 해당하는 좌표를 분석하고 깊이 정보를 통해 Joint의 Z-axis 에 해당하는 좌표를 분석하여 최종적으로는 월드 좌표계에서 Joint의 위치 정보를 도출해낸다. 한 프레임의 동작 데이터를 얻기 위해서는 다수의 Joint 정보를 수집하여 스켈레톤을 구성하게 된다.Based on the image, human body joints are marked as joints, the coordinates corresponding to the X-axis and Y-axis of each joint are analyzed, and the coordinates corresponding to the Z-axis of the joint are analyzed through depth information. The location information of the joint is derived from the world coordinate system. In order to obtain motion data of one frame, a skeleton is formed by collecting a number of joint information.

상기 표준DB(30)는 상기 측정 VR콘텐츠에 매칭된 표준 작업 동작이 저장되는 구성이다.The standard DB 30 is a configuration in which a standard work operation matched to the measured VR content is stored.

상기 표준DB(30)는 정상인이 상기 VR기기(10)를 착용한 상태에서 상기 모션센서(20)를 통해 작업 동작을 취득하는 하는 방법으로 구축할 수 있다할 것이다.The standard DB 30 may be constructed in a way that a normal person acquires a work motion through the motion sensor 20 while wearing the VR device 10.

상기 상태측정서버(40)는 상기 모션센서(20)에서 취득된 사용자의 작업 동작과 상기 표준DB(30)에 저장된 표준 작업 동작을 상호 비교 분석하여 사용자의 근골격 건강 상태를 측정하는 구성이다.The state measurement server 40 is a component that measures the user's musculoskeletal health state by comparing and analyzing the user's work motion acquired by the motion sensor 20 and the standard work motion stored in the standard DB 30.

본 발명의 일실시예에서 상기 상태측정서버(40)는 농작업과 관련된 신체 위험요인 노출비중을 바탕으로 정해진 특정 신체 부위를 중심으로 근골격 동작에 대한 상기 모션센서(20)에서 취득된 사용자의 동작과 상기 표준DB(30)의 일치율을 판별하여 비교 분석하도록 구성된다.In one embodiment of the present invention, the state measurement server 40 is a user's motion acquired from the motion sensor 20 for musculoskeletal motions centered on a specific body part determined based on the exposure weight of a body risk factor related to agricultural work. And the standard DB 30 is configured to compare and analyze by determining the matching rate.

아래의 표 2는 상기 상태측정서버(40)에서 비교 분석의 대상이 되는 농작업과 관련된 특정 신체 부위(조인트)를 정리한 것이다.Table 2 below summarizes specific body parts (joints) related to agricultural work that are the subject of comparative analysis in the condition measurement server 40.

Joint nameJoint name numbernumber Joint nameJoint name numbernumber Joint nameJoint name numbernumber HeadHead 00 L HandL Hand 77 L KneeL Knee 1414 BaseSpineBaseSpine 1One Spine 1Spine 1 88 L FootL Foot 1515 R ShoulderR Shoulder 22 Root SpineRoot Spine 99 R WristR Wrist 1616 R ElbowR Elbow 33 R HipR Hip 1010 L WristL Wrist 1717 R HandR Hand 44 R KneeR Knee 1111 NeckNeck 1818 L ShoulderL Shoulder 55 R FootR Foot 1212 R Hand GripR Hand Grip 1919 L ElbowL Elbow 66 L HipL Hip 1313 L Hand GripL Hand Grip 2020

한편, 본 발명의 일실시예에서 상기 상태측정서버(40)는 상기 정해진 특정 신체 부위(조인트)를 정해진 기준에 따라 키포인트 조인트(Keypoint Joint), 타겟 조인트(Target Joint), 릴레이션 조인트(Relation Joint) 및 컨선 조인트(Concern Joint)로 분류하고, 각 분류별로 가산점을 달리하여 비교 분석하도록 구성된다.On the other hand, in an embodiment of the present invention, the condition measurement server 40 determines the specified specific body part (joint) according to a predetermined standard, a Keypoint Joint, a target joint, and a relation joint. And a Concern Joint, and the addition point is different for each classification to be compared and analyzed.

즉, 근골격 상태의 정확한 평가를 위해 근골격 상태 확인에 가장 중요한 키포인트 조인트(Keypoint Joint)와, 근골격 목표 조인트 이지만 반드시 동작의 주된 요소는 아닐 수 있는 타켓 조인트(Target Joint), 수행 성공과 실패의 경중을 판단할 릴레이션 조인트(Relation Joint), 동작 수행을 뒷받침하며 동작과 목표달성에 영향을 미칠 수 있는 컨선 조인트(Concern Joint)로 분류한다.In other words, for accurate evaluation of the musculoskeletal condition, the keypoint joint, which is the most important to check the musculoskeletal condition, the target joint, which is a target joint of the musculoskeletal but may not necessarily be the main element of the motion, and the severity of performance success and failure. It is classified as a relation joint to be judged, a concern joint that supports the performance of the movement and can affect the movement and goal achievement.

어깨확인 동작의 경우 팔꿈치는 오차를 포함해 수평 ±90°, 수직 ±180°의 가동 범위를 가지고 있다. 따라서 Elbow Joint는 공간상에서 구체의 1/4이 이동영역이며, 구분을 위해 45° 이하는 '낮음', 45° 이상 120° 이하는 '보통', 120° 이상은 '높음'으로 상태가 판별되도록 할 수 있다. In the case of shoulder check, the elbow has a range of motion of ±90° horizontally and ±180° vertically, including errors. Therefore, in the Elbow Joint, 1/4 of the sphere in space is the moving area, and for classification purposes, the condition is determined as'low' for 45° or less,'normal' for 45° or more and 120°, and'high' for 120° or more. can do.

일예로 각 조인트별 움직임과 달성율 등을 종합하여 최종평가점수를 100pt이라고 놓았을 때, 키포인트 조인트(Keypoint Joint)에 50pt, 릴레이션 조인트(Relation Joint)에 10pt, 컨선 조인트(Concern Joint)에 20pt를 배분하고 목표달성 점수는 릴레이션 조인트(Relation Joint)가 콘텐츠 목표 도달 시 함께 처리되도록 한다. For example, when the final evaluation score is 100pt by combining the movement and achievement rate of each joint, 50pt is allocated to the Keypoint Joint, 10pt to the Relation Joint, and 20pt to the Concern Joint. The goal achievement score is handled together when the Relation Joint reaches the content goal.

키포인트 조인트(Keypoint Joint)의 경우 3단계로 구분되어 '낮음'은 15pt, '보통'은 15pt, '높음'은 20pt를 각각 합산한 점수로 계산된다. In the case of Keypoint Joint, it is divided into 3 stages, and is calculated as the sum of 15pt for'Low', 15pt for'Normal', and 20pt for'High'.

릴레이션 조인트(Relation Joint)는 제한시간 동안 일정횟수를 성공해야할 경우 목표달성 외에 동작의 신속함을 판별할 수 있는 척도가 되기 때문에 수행평가가 함께 반영된다. 제한시간, 달성횟수, 동작의 난이도를 고려해서 각각 10pt씩 배분된 취득점수의 합이 부분점수가 된다.Relation Joint is a measure that can determine the speed of motion in addition to achieving the goal when a certain number of times must be successful during a limited time, so performance evaluation is reflected together. The sum of the acquired points distributed by 10pt each taking into account the time limit, the number of achievements, and the difficulty of the operation becomes a partial score.

컨선 조인트(Concern Joint)는 타켓 조인트(Target Joint)와 상관없이 목표달성에 영향을 줬는지를 판단하기 위한 항목으로 일예로 허리와 무릎에 해당하는 컨선 조인트(Concern Joint)가 영역에서 벗어난 정도를 판단하여 점수를 합산한다. 컨선 조인트(Concern Joint)들이 영역에서 벗어난다면 자세의 불균형 혹은 신체부위의 질환을 추정할 수 있다Concern Joint is an item to determine whether it has influenced the goal achievement regardless of the target joint. Add up the scores. If the Concern Joints are out of range, it is possible to estimate postural imbalance or a disease of the body part.

예를 들어, 측정 VR콘텐츠를 통해 팔꿈치를 보통 수준으로 움직여 1분 제한 시간 내에 40초 동안 10번을 모두 성공시킨 보통 난이도의 경우 30pt + (10pt+(10pt+10pt+7pt)) + (10pt+10pt) = 87pt로 계산할 수 있다.For example, 30pt + (10pt+(10pt+10pt+7pt)) + (10pt+10pt) for normal difficulty in which all 10 successes in 40 seconds within a 1 minute time limit by moving the elbow to a normal level through measurement VR content ) = 87pt.

상기 피드백서버(50)는 상기 상태측정서버(40)에서 측정된 사용자의 근골격 건강 상태에 대응되는 피드백을 사용자에게 제공하는 구성이다.The feedback server 50 is a component that provides the user with a feedback corresponding to the user's musculoskeletal health state measured by the condition measurement server 40.

상기 피드백서버(50)에서 제공되는 피드백은 전문가의 소견이 될 수 있고, 본 발명의 일실시예에서와 같이 사용자에게 피드백으로 근골격 질환 예방 훈련이 가능한 훈련 VR콘텐츠를 제공하도록 구성될 수도 있다.The feedback provided by the feedback server 50 may be the opinion of an expert, and as in an embodiment of the present invention, it may be configured to provide a training VR content capable of training to prevent musculoskeletal diseases as feedback to a user.

사용자는 상기 피드백서버(50)로부터 제공받은 훈련 VR콘텐츠를 상기 VR기기(10)를 통해 훈련함으로써 근골격 질환 예방이 가능하게 된다.The user can prevent musculoskeletal diseases by training the training VR content provided from the feedback server 50 through the VR device 10.

근골격 건강 상태 측정을 위한 측정 VR콘텐츠 및 피드백으로서의 훈련 VR콘텐츠를 통한 다수 사용자의 작업 동작은 빅데이터 분석 플랫폼으로 전달되어 농업인의 생활 패턴과 평균 건강 정보 등의 요소 정보들과 연계하여 건강상태 분석의 요소정보로 활용할 수 있다.Measurement VR content for measuring musculoskeletal health status and training as feedback The work movements of multiple users through VR content are delivered to a big data analysis platform, and are linked with elemental information such as farmers' life patterns and average health information to analyze health status. Can be used as element information.

앞에서 설명되고 도면에서 도시된 가상현실 기반 근골격 건강 상태 측정 시스템은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 정하여지며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 개량 및 변경된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.The virtual reality-based musculoskeletal health state measurement system described above and illustrated in the drawings is only one embodiment for implementing the present invention and should not be construed as limiting the technical idea of the present invention. The scope of protection of the present invention is determined only by the matters described in the following claims, and the improved and modified embodiments without departing from the gist of the present invention will be apparent to those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs. It will be said that it belongs to the scope of protection of the present invention.

10 VR기기
20 모션센서
30 표준DB
40 상태측정서버
50 피드백서버
10 VR device
20 Motion sensor
30 Standard DB
40 Condition Measurement Server
50 Feedback Server

Claims (6)

난이도를 달리하는 복수개의 반복되는 작업 동작을 사용자가 가상현실 환경에서 수행할 수 있도록 유도하는 측정 VR콘텐츠가 구비된 VR기기와;
상기 VR기기를 사용하는 사용자의 작업 동작을 취득할 수 있는 모션센서와;
상기 측정 VR콘텐츠에 매칭된 표준 작업 동작이 저장된 표준DB와;
상기 모션센서에서 취득된 사용자의 작업 동작과 상기 표준DB에 저장된 표준 작업 동작을 상호 비교 분석하여 사용자의 근골격 건강 상태를 측정하는 상태측정서버를; 포함하고,
상기 VR기기를 사용하는 사용자는 농업인이고, 상기 측정 VR콘텐츠는 작목별 반복되는 농작업 동작을 사용자가 가상현실 환경에서 수행할 수 있도록 유도하고,
상기 상태측정서버는 농작업과 관련된 신체 위험요인 노출비중을 바탕으로 정해진 특정 신체 부위를 중심으로 비교 분석하고,
상기 상태측정서버는 상기 정해진 특정 신체 부위를 정해진 기준에 따라 키포인트 조인트(Keypoint Joint), 타겟 조인트(Target Joint), 릴레이션 조인트(Relation Joint) 및 컨선 조인트(Concern Joint)로 분류하고, 각 분류별로 가산점을 달리하여 비교 분석하는 것을 특징으로 하는 가상현실 기반 근골격 건강 상태 측정 시스템.
A VR device equipped with a measurement VR content that induces a user to perform a plurality of repetitive work operations having different difficulty levels in a virtual reality environment;
A motion sensor capable of acquiring a work motion of a user using the VR device;
A standard DB in which standard operation operations matched with the measured VR content are stored;
A state measurement server for measuring a user's musculoskeletal health state by comparing and analyzing a user's work motion acquired from the motion sensor and a standard work motion stored in the standard DB; Including,
The user using the VR device is a farmer, and the measured VR content induces the user to perform repeated farming operations for each crop in a virtual reality environment,
The condition measurement server compares and analyzes a specific body part determined based on the exposure weight of a body risk factor related to agricultural work,
The condition measurement server categorizes the specified body parts into Keypoint Joint, Target Joint, Relation Joint, and Concern Joint according to predetermined criteria, and additional points for each classification Virtual reality-based musculoskeletal health state measurement system, characterized in that the comparison and analysis by different.
제1항에 있어서,
상기 상태측정서버에서 측정된 사용자의 근골격 건강 상태에 대응되는 피드백을 사용자에게 제공하는 피드백서버를; 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가상현실 기반 근골격 건강 상태 측정 시스템.
The method of claim 1,
A feedback server for providing a user with a feedback corresponding to the user's musculoskeletal health state measured by the condition measurement server; Virtual reality-based musculoskeletal health state measurement system, characterized in that it further comprises.
제2항에 있어서,
상기 피드백서버는 사용자에게 피드백으로 근골격 질환 예방 훈련이 가능한 훈련 VR콘텐츠를 제공하는 것을 특징으로 하는 가상현실 기반 근골격 건강 상태 측정 시스템.
The method of claim 2,
The feedback server is a virtual reality-based musculoskeletal health state measurement system, characterized in that it provides the user with a training VR content capable of preventing musculoskeletal diseases as feedback.
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