KR102388179B1 - 운동 상태 모니터링이 가능한 운동용 밴드 및 이를 포함한 운동 감지시스템 - Google Patents

운동 상태 모니터링이 가능한 운동용 밴드 및 이를 포함한 운동 감지시스템 Download PDF

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Abstract

운동 상태 모니터링이 가능한 운동용 밴드 및 이를 포함한 운동 감지시스템에서, 상기 운동용 밴드는 밴드부, 센서부 및 스페이서를 포함한다. 상기 밴드부는 외력의 제공에 따라 신장된다. 상기 센서부는 상기 밴드부의 내부에 구비되어, 상기 밴드부의 신장에 따라 신장되고, 전도성을 가지는 제1 및 제2 센서들을 포함한다. 상기 스페이서는 상기 제1 및 제2 센서들 사이를 절연시킨다. 상기 제1 및 제2 센서들의 연장 방향에 교차하는 방향으로 외력이 인가됨에 따라, 상기 제1 및 제2 센서들은 서로 전기적으로 접촉된다.

Description

운동 상태 모니터링이 가능한 운동용 밴드 및 이를 포함한 운동 감지시스템{EXERCISING BAND AND EXERCISING MONITORING SYSTEM HAVING THE SAME}
본 발명은 운동용 밴드 및 이를 포함한 운동 감지시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 밴드를 이용하여 근력 운동을 수행하는 경우, 인가되는 근력의 크기나, 근력이 작용하는 위치나 방향과 같은 운동 상태의 정보를 실시간으로 정확하게 모니터링할 수 있는 운동 상태 모니터링이 가능한 운동용 밴드 및 이를 포함한 운동 감지시스템에 관한 것이다.
최근 운동용 밴드와 같은 간단한 도구를 이용하여 근력운동을 수행하는 운동 방법이 다양하게 개발되고 있으며, 운동 효과도 높아 다양한 연령층에서 활용도가 높은 상황이다.
예를 들어, 미국 공개특허 제2021/0086031호를 통해서는, 사용자가 운동용 밴드의 중앙을 발로 고정시킨 상태에서, 밴드의 양쪽을 잡고 팔 등의 신체 운동을 수행하는 경우, 운동 상태를 모니터링하는 기술을 개시하고 있다. 구체적으로, 상기 밴드 상에 복수의 힘 센서들을 설치한 상태에서, 팔을 이용하여 상기 밴드를 당기는 경우 상기 밴드에 인가되는 힘을 측정함으로써, 상기 운동 상태 중, 특히 근력의 크기를 측정하는 기술을 개시하고 있다.
나아가, 현재까지 개발되는 운동용 밴드에서 사용자의 운동 상태를 모니터링하는 기술의 대부분은, 미국 공개특허 제2021/0086031호에서와 같이, 별도의 힘 센서 등을 설치하여 밴드에 인가되는 힘을 직접 센싱하는 수준에 불과하다.
그러나, 별도의 힘 센서를 밴드에 설치하는 경우, 힘 센서의 설치에 따라 밴드를 이용한 다양한 자세를 이용한 운동을 수행하는 것이 제한될 수 있으며, 힘 센서의 설치에 따른 제작비용이 증가하는 문제가 발생한다.
특히, 힘 센서의 위치는 고정되어 있으므로, 힘 센서가 위치한 밴드의 특정 부위에서의 힘만 센싱할 수 있고, 이에 따라 실제 사용자의 근력을 정확하게 측정하지 못하는 한계가 있다.
나아가, 밴드에 인가되는 힘의 크기를 측정할 수는 있으나, 사용자가 발을 이용하여 고정한 위치와 이에 따른 운동 상태의 변화 등의 구체적인 운동 상태를 모니터링할 수 없는 한계도 있다.
미국 공개특허 제2021/0086031호
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 밴드를 이용하여 근력 운동을 수행하는 경우, 인가되는 근력의 크기는 물론이며, 근력이 작용하는 위치나 방향 및 이에 따른 운동 상태의 변화와 같은 운동 상태의 정보를 실시간으로 정확하게 모니터링할 수 있는 운동 상태 모니터링이 가능한 운동용 밴드를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 운동용 밴드를 포함하는 운동 감지시스템을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 운동용 밴드는 밴드부, 센서부 및 스페이서를 포함한다. 상기 밴드부는 외력의 제공에 따라 신장된다. 상기 센서부는 상기 밴드부의 내부에 구비되어, 상기 밴드부의 신장에 따라 신장되고, 전도성을 가지는 제1 및 제2 센서들을 포함한다. 상기 스페이서는 상기 제1 및 제2 센서들 사이를 절연시킨다. 상기 제1 및 제2 센서들의 연장 방향에 교차하는 방향으로 외력이 인가됨에 따라, 상기 제1 및 제2 센서들은 서로 전기적으로 접촉된다.
일 실시예에서, 상기 스페이서는, 메쉬(mesh) 구조를 가지며 상기 제1 및 제2 센서들 중 적어도 하나를 커버할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 스페이서는, 와이어(wire) 구조를 가지며 상기 제1 및 제2 센서들 중 적어도 하나의 외주면을 따라 감기며 연장될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 센서와 상기 제2 센서는 꼬인 형태로 서로 감기며 연장될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 스페이서의 두께가 증가하거나, 상기 스페이서의 개구되는 간격이 좁아질수록 상기 센서부의 민감도는 감소할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 센서들이 서로 전기적으로 접촉됨에 따라 단락되고, 상기 제1 센서의 양 끝단 및 상기 제2 센서의 양 끝단 사이의 전압을 바탕으로 상기 제1 및 제2 센서들이 서로 전기적으로 접촉되는 위치가 판단될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 센서의 일 끝단과 상기 제2 센서의 일 끝단 사이의 저항, 및 상기 제1 센서의 타 끝단과 상기 제2 센서의 타 끝단 사이의 저항을 바탕으로, 상기 제1 및 제2 센서들이 서로 전기적으로 접촉되는 위치를 기준으로 양쪽의 운동량이 비교될 수 있다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 운동 감지시스템은 상기 운동용 밴드, 제1 및 제2 스위치들, 및 제3 및 제4 스위치들을 포함한다. 상기 제1 및 제2 스위치들은 상기 제1 센서의 양 끝단들에 각각 연결된다. 상기 제3 및 제4 스위치들은 상기 제2 센서의 양 끝단들에 각각 연결된다. 상기 제1 센서의 일 끝단 및 상기 제2 센서의 타 끝단으로 전원이 공급되며, 상기 제1 센서의 타 끝단 및 상기 제2 센서의 일 끝단의 출력전압을 모니터링하여, 외력의 인가상태가 모니터링된다.
일 실시예에서, 상기 제2 센서의 일 끝단과 출력전압 단자 사이에 제1 저항이 병렬로 연결되고, 상기 제1 센서의 타 끝단과 출력전압 단자 사이에 제2 저항이 병렬로 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 스위치들이 모두 온(ON) 상태이고 상기 제3 및 제4 스위치들이 모두 오프(OFF) 상태이거나, 상기 제1 및 제2 스위치들이 모두 오프(OFF) 상태이고 상기 제3 및 제4 스위치들이 모두 온(ON) 상태이면, 상기 밴드부에 인가되는 외력이 모니터링될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 및 제3 스위치들이 모두 온(ON) 상태이고 상기 제2 및 제4 스위치들이 모두 오프(OFF) 상태이거나, 상기 제1 및 제3 스위치들이 모두 오프(OFF) 상태이고 상기 제2 및 제4 스위치들이 모두 온(ON) 상태이면, 사용자에 의해 밟혀진 상기 밴드부의 위치가 모니터링될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 단순히 운동만 수행하는 운동용 밴드의 내부에 센서부와 스페이서를 구비함으로써, 수행되는 운동에 의한 외력을 모니터링하는 것은 물론, 사용자의 발에 의해 고정되는 위치도 모니터링할 수 있고, 상기 고정되는 위치를 중심으로 한 양 측의 운동 상태를 모두 모니터링할 수 있어, 다양한 운동 상태에 대한 모니터링을 정확하고 효과적으로 수행할 수 있다.
이 경우, 센서부를 절연시키고 선택적으로 접촉하기 위한 스페이서로서 메쉬 구조 또는 와이어 구조가 적용되므로, 밴드부와 함께 신축성을 가지도록 제조할 수 있는 것은 물론, 제작이 용이하고 제작단가가 높지 않아 대량 생산이 가능한 장점을 가진다.
특히, 센서부를 구성하는 제1 및 제2 센서들이 서로 꼬인 형태로 연장됨에 따라 전기적 접촉이 용이하면서도 신축성을 유지할 수 있어, 운동용 밴드로서의 기능은 물론 운동 모니터링도 효과적으로 수행할 수 있다.
나아가, 센서부의 민감도를 메쉬 구조의 경우 메쉬의 촘촘한 정도로 제어하거나, 와이어 구조의 경우 와이어의 이격 간격으로 제어할 수 있어, 다양한 민감도를 가지는 운동용 밴드의 제작이 가능하다.
한편, 상기 운동용 밴드의 센서부와 연결되도록 스위치들을 설치하고, 스위치들의 온/오프(ON/OFF) 제어를 통해 운동용 밴드에 인가되는 외력의 크기는 물론, 사용자가 밟은 위치 및 이에 따른 양 측의 밴드에 각각 인가되는 외력의 크기를 정확하고 효과적으로 모니터링할 수 있으므로, 운동 효과를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 운동용 밴드를 도시한 모식도이다.
도 2a는 도 1의 ´E´ 부분을 확대하여 도시한 단면도이고, 도 2b는 외력이 인가되어 한 쌍의 센서들이 서로 접촉되는 상태를 도시한 단면도이며, 도 2c는 도 2b의 접촉되는 상태를 모식화한 회로도이다.
도 3a는 도 1의 운동용 밴드에서, 센서부 및 스페이서가 형성되는 일 예를 도시한 모식도이고, 도 3b는 센서부 및 스페이서가 형성되는 다른 예를 도시한 모식도이며, 도 3c는 센서부 및 스페이서가 형성되는 또 다른 예를 도시한 모식도이다.
도 4는 도 1의 운동용 밴드에서, 양 끝단으로 힘이 인가되는 경우의 변형 상태를 도시한 모식도이다.
도 5a는 도 1의 운동용 밴드를 이용하여 운동하는 상태를 도시한 이미지이고, 도 5b는 도 5a의 운동 상태에서 도 1의 운동용 밴드의 상태를 도시한 모식도이다.
도 6은 도 1의 운동용 밴드를 포함하는 운동 감지시스템을 모식화한 회로도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 운동용 밴드를 도시한 모식도이다.
일반적으로 운동용 밴드(10)는 사용자가 상기 운동용 밴드(10)의 양 측을 손으로 잡은 상태에서 팔을 벌리는 등의 다양한 자세나 동작을 수행하며 운동을 수행하는데 사용되는 밴드이며, 이러한 다양한 자세나 동작을 수행할 수 있도록, 신축성을 가지는 재료로 제작된다.
또한, 사용자는 상기 운동용 밴드(10)의 중앙 부분을 발로 밟은 상태로 고정시키고, 마찬가지로 팔을 리는 등의 다양한 자세나 동작을 수행하며 운동을 수행할 수도 있다.
본 실시예에서의 상기 운동용 밴드(10)는 이러한 운동을 수행할 수 있도록 제작되는 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 운동용 밴드(10)는 밴드부(100), 센서부(200) 및 스페이서(300)를 포함한다.
상기 밴드부(100)는 상기 운동용 밴드(10)의 전체적인 외형을 형성하는 것으로, 길이 방향으로 길게 연장되며, 단면은 원형 형상을 가지도록 구성될 수 있으며, 이 경우, 연장되는 길이는 다양하게 가변될 수 있고, 마찬가지로 단면의 형상도 원형 외에, 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 밴드부(100)는 외력이 인가되는 경우 신축될 수 있는 신축성 소재를 포함한다.
상기 센서부(200)는 상기 밴드부(100)의 내부에 구비되며, 상기 밴드부(100)가 길이 방향으로 길게 연장되는 것과 같이, 상기 밴드부(100)의 내부에서 길이 방향으로 길게 연장된다.
이 경우, 상기 센서부(200)는 제1 센서(210) 및 제2 센서(220)를 포함하는 것으로, 상기 제1 센서(210) 및 상기 제2 센서(220)는 서로 이격되도록 배치되는 것을 제외하고는 실질적으로 동일한 재료 및 동일한 형상, 동일한 길이로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 센서(210) 및 상기 제2 센서(220)는 전기 전도성을 가지는 재료를 포함한다. 그리하여, 상기 제1 센서(210)는 물론 상기 제2 센서(220)의 양 끝단에 전압을 인가하면 상기 제1 센서(210) 또는 상기 제2 센서(220)의 길이에 따라 가변되는 저항 정보를 획득할 수 있다. 그리고, 이렇게 획득되는 저항 정보를 바탕으로 결국 사용자가 상기 밴드부(100)에 인가하는 외력 정보를 획득할 수 있는데, 이에 대하여는 도 4를 참조하여 후술한다.
상기 스페이서(300)는 상기 제1 센서(210) 및 상기 제2 센서(220)의 사이에 개재되어, 초기 상태에서 상기 제1 센서(210) 및 상기 제2 센서(220)들 사이의 간격을 유지하여 서로 접촉하지 않도록 한다.
즉, 도 1에 모식화하여 도시한 바와 같이, 상기 스페이서(300)는 전도성 재질로 형성되는 제1 및 제2 센서들(210, 220) 사이를 서로 이격시켜, 상기 제1 및 제2 센서들(210, 220) 사이에서 통전되는 것을 제한한다.
이 경우, 상기 스페이서(300)는 다양하게 형성될 수 있으며, 그 예들에 대하여는 후술한다.
도 2a는 도 1의 ´E´ 부분을 확대하여 도시한 단면도이고, 도 2b는 외력이 인가되어 한 쌍의 센서들이 서로 접촉되는 상태를 도시한 단면도이며, 도 2c는 도 2b의 접촉되는 상태를 모식화한 회로도이다.
도 2a를 통해서는, 상기 스페이서(300)가 초기상태에서 상기 제1 및 제2 센서들(210, 220) 사이를 이격시키며 통전을 제한하는 상태를 예시하였다.
즉, 도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 스페이서(300)는, 상기 제1 및 제2 센서들(210, 220) 사이의 간격(h)을 일정하게 유지시킬 수 있다. 또한, 예를 들어, 상기 제1 및 제2 센서들(210, 220)이 소정 면적을 가지도록 형성된다면, 상기 스페이서(300)는 한 쌍이 소정 간격(w) 이격되어 형성됨으로써, 상기 제1 및 제2 센서들(210, 20)이 서로 통전되지 않도록 간격을 일정하게 유지하도록 할 수도 있다.
한편, 사용자는 본 실시예에 의한 운동용 밴드(10)를 사용하는 중에, 발이나 기타 신체의 부위를 이용하여 운동용 밴드의 특정 부분을 밟거나 고정시킬 수 있는데, 이와 같이 상기 운동용 밴드(10)의 특정 부위에, 상기 운동용 밴드(10)의 연장방향에 교차하는 방향으로 외력(F)이 인가된다면, 해당 부위에서는 상기 제1 및 제2 센서들(210, 220)은 서로 전기적으로 접촉된다.
즉, 상기 스페이서(300)는 상기 제1 및 제2 센서들(210, 220) 사이의 간격을 유지시켜 절연 상태를 유지시키지만, 소정의 외력(F)이 인가된다면 상기 제1 및 제2 센서들(210, 220)은 접촉부(G)에서 전기적으로 접촉되며 통전된다.
이와 같이, 상기 접촉부(G)에서 상기 제1 및 제2 센서들(210, 220)이 서로 접촉되며 통전되는 상태를 회로도로 모식화한 것은 도 2c와 같다.
즉, 도 2c를 참조하면, 상기 제1 센서(210)의 양 끝단을 A, B라고 정의하고, 상기 제2 센서(220)의 양 끝단을 C, D라고 정의할 때, 상기 접촉부(G)에서 두 센서들이 서로 접촉한다면, 상기 접촉부는 별도의 저항이 없이 전기적으로 연결되어, 전체적으로 브릿지(bridge) 회로로 모사될 수 있다.
따라서, 이러한 도 2c의 브릿지 회로로부터, AB 사이의 저항변화 및 CD 사이의 저항변화 외에, AC 사이의 저항변화나 BD 사이의 저항변화 등의 정보를 바탕으로, 두 센서들이 서로 접촉한 위치 정보를 획득할 수 있으며, 나아가 상기 접촉 위치를 기준으로 양 측에서 각각 인가되는 외력에 대한 정보도 획득할 수 있다. 이와 관련하여는 후술되는 운동 감지시스템을 통해 보다 상세히 설명한다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 스페이서(300)는 단순히, 바(bar) 형상이나 플레이트 형상으로 일 방향으로 연장되는 구조일 수도 있으나, 그 형상이나 구조는 다양하게 가변될 수 있으며, 이하에서는 상기 스페이서(300)의 다양한 예들에 대하여 설명한다.
도 3a는 도 1의 운동용 밴드에서, 센서부 및 스페이서가 형성되는 일 예를 도시한 모식도이고, 도 3b는 센서부 및 스페이서가 형성되는 다른 예를 도시한 모식도이며, 도 3c는 센서부 및 스페이서가 형성되는 또 다른 예를 도시한 모식도이다.
우선, 도 3a를 참조하면, 상기 운동용 밴드(11)에서, 상기 스페이서(301)가 메쉬(mesh) 구조를 가지며 상기 제2 센서(220)의 외부를 커버하도록 형성될 수 있다.
이 경우, 메쉬 구조란, 도시된 바와 같이, 메쉬(mesh) 형태의 개구부들이 형성되도록 직조된 구조인 것으로, 메쉬 구조의 신축 가능하면서도 비전도성인 재료가 상기 제2 센서(220)의 외부를 커버하도록 형성될 수 있다.
물론, 상기 메쉬 구조는 상기 제1 센서(210)를 커버할 수도 있으며, 상기 제1 및 제2 센서들(210, 220) 모두를 커버할 수도 있다.
이와 같이, 상기 메쉬 구조가 적어도 하나의 센서의 외부를 커버하며 한 쌍의 센서들이 상기 밴드부(100)의 내부에서 연장된다면, 외력이 인가되지 않은 상태에서 상기 제1 및 제2 센서들(210, 220)은 모두 소정 간격으로 이격된 상태에서 서로 절연될 수 있다. 그러나, 외력이 인가된다면, 상기 메쉬 구조의 개구부들을 통해 상기 제1 및 제2 센서들(210, 220)은 서로 접촉하게 되며, 서로 통전될 수 있다.
이와 달리, 도 3b를 참조하면, 상기 운동용 밴드(12)에서, 상기 스페이서(302)가 와이어(wire) 구조를 가지며 상기 제2 센서(220)의 외부에 감기도록 형성될 수 있다.
이 경우, 와이어는 소정의 직경을 가지는 와이어인 것으로, 상기 제2 센서(220)의 외부에, 도 3b에 도시된 바와 같은 코일(coil) 형태로 감기는 것으로, 상기 감기는 간격(d)을 적절하게 유지함으로써, 상기 제1 및 제2 센서들(210, 220) 사이를 소정 간격으로 이격시킬 수 있다.
물론, 상기 와이어(302)는 상기 제1 센서(210)의 외부에 감길 수도 있으며, 상기 제1 및 제2 센서들(210, 220) 모두에 감길 수 있음은 상기 메쉬 구조(301)에서와 같다.
이와 같이, 상기 와이어 구조가 적어도 하나의 센서의 외부에 감기며 한 쌍의 센서들이 상기 밴드부(100)의 내부에서 연장된다면, 외력이 인가되지 않은 상태에서 상기 제1 및 제2 센서들(210, 220)은 모두 소정 간격으로 이격된 상태에서 서로 절연될 수 있다. 그러나, 외력이 인가된다면, 상기 와이어의 감긴 간격(d)의 사이를 통해 상기 제1 및 제2 센서들(210, 220)은 서로 접촉하게 되며, 서로 통전될 수 있다.
나아가, 도 3c를 참조하면, 메쉬 구조(303)가 상기 제1 센서(210) 또는 상기 제2 센서(220)의 외부를 커버한 상태에서, 상기 제1 센서(210) 및 상기 제2 센서(220)가 서로 꼬인 형태로 감기면서 연장될 수도 있다.
이 경우, 상기 메쉬 구조(303)는 도 3a에서의 메쉬 구조(301)와 실질적으로 동일할 수 있으며, 상기 메쉬 구조(303)를 대신하여 도 3b에서의 상기 와이어 구조(302)가 형성될 수도 있다.
이상과 같이, 상기 한 쌍의 센서들(210, 220)이 서로 꼬인 형태로 감기면서 연장되면, 상기 센서들(210, 220) 사이가 보다 근접한 상태로 연장되며, 길이 방향으로 길게 연장되는 모든 부분에서 외력에 인가에 의한 보다 균일한 접촉이 유도될 수 있다.
나아가, 상기 제1 센서(210) 및 상기 제2 센서(220)는 외력의 인가시 상기 밴드부(100)의 신장과 함께 신장되어야 하는데, 외력의 반복 인가시 내구성 저하로 끊어지는 등의 문제가 야기될 수 있다. 이에, 상기 제1 및 제2 센서들(210, 220)이 서로 꼬이면서 연장되므로 상대적으로 외력에 대한 내구성이 증가되어 보다 안정적인 운동 모니터링이 가능하게 된다.
한편, 상기 3c를 통해서는, 한 쌍의 제1 및 제2 센서들(210, 220)이 서로 꼬인 형태로 배열되는 것을 예시하였으나, 제1 및 제2 센서들과 동일한 길이와 단면을 가지는 별도의 구조체가 추가로 구비되어, 상기 한 쌍의 센서들과 상기 구조체가 꼬이는 형태로 연장될 수 있다.
일반적으로, 2개의 실을 서로 엮으면서 연장하는 것 보다, 3개의 실을 상호간에 서로 엮으면서 연장하는 경우 보다 안정적으로 연장 및 엮인 상태가 유지될 수 있다고 알려져 있으므로, 본 실시예에서도, 전도체는 아니지만 상기 한 쌍의 센서들의 엮이면서 연장되는 상태를 보다 안정적으로 유지하기 위해 별도의 구조체가 추가되어 3개의 실이 서로 엮이면서 연장되는 형태로 형성될 수도 있다.
도 4는 도 1의 운동용 밴드에서, 양 끝단으로 힘이 인가되는 경우의 변형 상태를 도시한 모식도이다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 제1 센서(210) 및 상기 제2 센서(220)의 양 끝단에 각각 전압을 인가하면, 상기 제1 센서(210) 또는 상기 제2 센서(220)의 길이에 따라 가변되는 저항 정보를 획득할 수 있으며, 이렇게 획득되는 저항 정보를 바탕으로 결국 사용자가 상기 밴드부(100)에 인가하는 외력 정보를 획득할 수 있다.
이에 대하여, 도 4를 참조하여 구체적으로 설명하면, 상기 밴드부(100)는 내부에 구비되는 상기 제1 센서(210), 상기 스페이서(300) 및 상기 제2 센서(220)와 함께, 외력(F), 즉 상기 밴드부(100)의 연장방향으로 인가되는 외력에 의해 그 길이가 신장된다. 이와 달리, 상기 밴드부(100)는 상기 외력이 소멸하게 되면, 상기 제1 센서(210), 상기 스페이서(300) 및 상기 제2 센서(220)와 함께, 그 길이는 감소하게 된다.
이와 같이, 상기 제1 센서(210) 또는 상기 제2 센서(220)의 길이가 증가하게 되면 상대적으로 저항이 증가하게 되며, 길이가 감소하면 상대적으로 저항도 감소하게 되므로, 상기 인가되는 전압에 따른 저항 정보를 획득함으로써, 결국 상기 제1 센서(210) 또는 상기 제2 센서(220)의 길이가 증가하였는지 또는 감소하였는지에 대한 정보를 획득할 수 있다.
즉, 상기 제1 센서(210) 또는 상기 제2 센서(220)의 길이가 증가하였다는 것은, 곧 사용자가 외력을 인가하여 상기 밴드부(100)의 길이를 증가시키는 운동을 수행한 것이며, 결국, 상기 제1 센서(210) 또는 상기 제2 센서(220)를 통해 획득되는 저항정보를 바탕으로, 사용자가 인가한 외력(F) 정보를 획득할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시예에서는, 단순히, 상기 제1 센서(210) 또는 상기 제2 센서(220)의 양 끝단에 전압을 인가하고, 저항 정보를 획득하는 것으로, 사용자가 상기 밴드부(100)에 인가한 외력(F) 정보를 용이하게 획득할 수 있다.
도 5a는 도 1의 운동용 밴드를 이용하여 운동하는 상태를 도시한 이미지이고, 도 5b는 도 5a의 운동 상태에서 도 1의 운동용 밴드의 상태를 도시한 모식도이다.
도 5a를 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의한 상기 운동용 밴드(10)는 사용자(1)가 중앙 부분을 발(3)로 밟은 상태로 고정시킨 상태에서, 양 팔(2)을 이용한 운동을 수행할 수 있다.
이러한 운동 상태에서의 상기 운동용 밴드(10)의 상태는 도 5b에 도시된 바와 같다.
즉, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 고정된 부분(G)에서는 결국 상기 제1 및 제2 센서들(210, 220)은 서로 전기적으로 통전되어 연결되며, 그 외의 영역에서는 상기 제1 및 제2 센서들(210, 220)은 상기 스페이서(300)에 의해 서로 절연된 상태를 유지하게 된다.
따라서, 이와 같이, 상기 운동용 밴드(10)의 특정 부분이 고정된 상태에서 양 팔을 이용한 운동을 수행하는 경우, 양 팔 각각으로부터 인가되는 외력을 서로 구분하여 모니터링하거나, 상기 고정된 부분의 위치를 모니터링할 필요가 있다.
이에, 상기 운동용 밴드(10)를 포함하는 운동 감지시스템을 통해서, 이러한 운동 상태를 모니터링하는 시스템에 대하여 설명한다.
도 6은 도 1의 운동용 밴드를 포함하는 운동 감지시스템을 모식화한 회로도이다.
도 6을 참조하면, 상기 운동 감시시스템(20)은, 도 1 내지 도 5b를 참조하여 설명한 상기 운동용 밴드(10)에 스위칭 회로를 추가로 구성하여, 도 5b에서 설명한 운동 상태에 대한 모니터링을 수행하는 시스템인 것으로, 스위칭 회로의 추가에 따른 회로도로 모식화하였다.
즉, 도 6에서는, 상기 밴드부(100)의 내부에 구비되는 제1 센서(210) 및 제2 센서(220)가 접촉부(G)에서 서로 통전되는 상태로, 전체적으로 브릿지회로 형태로 회로가 구성될 수 있다. 또한, 상기 제1 센서(210)에 의해 발생되는 저항을, 상기 접촉부(G)를 기준으로 RA 와 RB로 구분하여 모식화하였고, 마찬가지로 상기 제2 센서(220)에 의해 발생되는 저항도, 상기 접촉부(G)를 기준으로 RC 와 RD로 구분하여 모식화하였다.
또한, 상기 운동 감시시스템(20)은, 스위칭 회로를 포함하여, 상기 접촉부(G)의 위치에 대한 정보 및, 상기 접촉부(G)를 기준으로 양 측의 밴드부(100)에 인가되는 외력의 크기에 대한 정보를 획득할 수 있다.
즉, 상기 운동 감시시스템(20)에서, 제1 스위치(410, SWA)는 상기 제1 센서(210)의 일 끝단(211, A)과 공통전원(Vcc)의 사이에 연결되고, 제2 스위치(420, SWB)는 상기 제1 센서(210)의 타 끝단(212, B)과 제2 출력전원(V2) 단자의 사이에 연결된다.
이 경우, 상기 제2 스위치(420, SWB)와 상기 제2 출력전원(V2) 단자의 사이에는 제2 저항(R2)이 병렬로 연결되며 접지(GND)된다.
또한, 제3 스위치(430, SWC)는 상기 제2 센서(220)의 일 끝단(221, C)과 제1 출력전원(V1) 단자의 사이에 연결되고, 제4 스위치(440, SWD)는 상기 제2 센서(220)의 타 끝단(222, D)과 공통전원(Vcc)의 사이에 연결된다.
이 경우, 상기 제3 스위치(430, SWC)와 상기 제1 출력전원(V1) 단자의 사이에는 제1 저항(R1)이 병렬로 연결되며 접지된다.
이상과 같이, 상기 운동 감지시스템(20)이 구성된 상태에서, 상기 제1 센서(210) 또는 상기 제2 센서(220)로 입력되는 공통전원(Vcc) 대비 출력전원(V1, V2)의 크기를 획득함으로써, 다양한 운동 상태를 모니터링 할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 스위치(SWA)와 상기 제2 스위치(SWB)를 온(ON) 상태로 유지하고, 상기 제3 스위치(SWC)와 상기 제4 스위치(SWD)를 오프(OFF) 상태로 유지하면, 상기 제2 출력전원(V2)의 크기는 하기 식 (1)로 정의된다.
Figure 112021074949314-pat00001
식 (1)
따라서, 상기 식 (1)을 통해, 상기 제1 센서(210)에 인가되는 외력의 크기, 즉 상기 밴드부(100)의 연장 방향으로 인가되는 외력의 크기에 대한 정보를 획득할 수 있다.
즉, 상기 식 (1)에서 외력 인가전의 초기값과 외력 인가 후의 값을 비교함으로써, 저항 증가 정보를 획득할 수 있고, 이를 통해 상기 제1 센서(210)의 길이변화 및 이에 따른 외력의 크기에 대한 정보를 획득할 수 있다.
마찬가지로, 상기 제3 스위치(SWC)와 상기 제4 스위치(SWD)를 온(ON) 상태로 유지하고, 상기 제1 스위치(SWA)와 상기 제2 스위치(SWB)를 오프(OFF) 상태로 유지하면, 상기 제1 출력전원(V1)의 크기는 하기 식 (2)로 정의된다.
Figure 112021074949314-pat00002
식 (2)
따라서, 상기 식 (2)를 통해, 상기 제2 센서(220)에 인가되는 외력의 크기, 즉 상기 밴드부(100)의 연장 방향으로 인가되는 외력의 크기에 대한 정보를 획득할 수 있음은 앞서 설명한 바와 같다.
한편, 상기 제1 스위치(SWA)와 상기 제3 스위치(SWC)를 온(ON) 상태로 유지하고, 상기 제2 스위치(SWB)와 상기 제4 스위치(SWD)를 오프(OFF) 상태로 유지하면, 상기 제1 출력전원(V1)의 크기는 하기 식 (3)으로 정의된다.
Figure 112021074949314-pat00003
식 (3)
이와 유사하게, 상기 제2 스위치(SWB)와 상기 제4 스위치(SWD)를 온(ON) 상태로 유지하고, 상기 제1 스위치(SWA)와 상기 제3 스위치(SWC)를 오프(OFF) 상태로 유지하면, 상기 제2 출력전원(V2)의 크기는 하기 식 (4)로 정의된다.
Figure 112021074949314-pat00004
식 (4)
이상과 같이, 상기 식 (3) 및 식 (4)로부터 획득되는 제1 출력전원(V1)과 제2 출력전원(V2)을 서로 비교함으로써, 상기 접촉부(G)의 위치 정보를 획득할 수 있다.
즉, 상기 제1 센서(210) 및 상기 제2 센서(220)는 동일한 재료로 동일한 형태로 제작되므로 RA=RC, RB=RD를 만족시키고, 공통전원(Vcc)의 크기는 동일하며, 상기 제1 및 제2 저항들(R1, R2)의 크기도 동일하다고 가정한다면, 결국 상기 식 (3) 및 식 (4)로부터 제1 출력전원(V1)과 제2 출력전원(V2)의 크기를 비교함으로써, 상기 접촉부(G)가 어느 측으로 위치하는 가에 대한 위치 정보를 용이하게 획득할 수 있다.
한편, 이상과 같이 상기 접촉부(G)의 위치에 대한 정보가 획득되면, 이후 상기 식 (3)을 통해 상기 접촉부(G)를 기준으로 좌측, 즉 상기 제1 및 제3 스위치들(SWA, SWC)이 위치한 측에 사용자가 인가하는 힘의 크기에 대한 정보를 획득할 수 있다. 마찬가지로, 상기 식 (4)를 통해 상기 접촉부(G)를 기준으로 우측, 즉 상기 제2 및 제4 스위치들(SWB, SWD)이 위치한 측에 사용자가 인가하는 힘의 크기에 대한 정보도 획득할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 단순히 운동만 수행하는 운동용 밴드의 내부에 센서부와 스페이서를 구비함으로써, 수행되는 운동에 의한 외력을 모니터링하는 것은 물론, 사용자의 발에 의해 고정되는 위치도 모니터링할 수 있고, 상기 고정되는 위치를 중심으로 한 양 측의 운동 상태를 모두 모니터링할 수 있어, 다양한 운동 상태에 대한 모니터링을 정확하고 효과적으로 수행할 수 있다.
이 경우, 센서부를 절연시키고 선택적으로 접촉하기 위한 스페이서로서 메쉬 구조 또는 와이어 구조가 적용되므로, 밴드부와 함께 신축성을 가지도록 제조할 수 있는 것은 물론, 제작이 용이하고 제작단가가 높지 않아 대량 생산이 가능한 장점을 가진다.
특히, 센서부를 구성하는 제1 및 제2 센서들이 서로 꼬인 형태로 연장됨에 따라 전기적 접촉이 용이하면서도 신축성을 유지할 수 있어, 운동용 밴드로서의 기능은 물론 운동 모니터링도 효과적으로 수행할 수 있다.
나아가, 센서부의 민감도를 메쉬 구조의 경우 메쉬의 촘촘한 정도로 제어하거나, 와이어 구조의 경우 와이어의 이격 간격으로 제어할 수 있어, 다양한 민감도를 가지는 운동용 밴드의 제작이 가능하다.
한편, 상기 운동용 밴드의 센서부와 연결되도록 스위치들을 설치하고, 스위치들의 온/오프(ON/OFF) 제어를 통해 운동용 밴드에 인가되는 외력의 크기는 물론, 사용자가 밟은 위치 및 이에 따른 양 측의 밴드에 각각 인가되는 외력의 크기를 정확하고 효과적으로 모니터링할 수 있으므로, 운동 효과를 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10, 11, 12, 13 : 운동용 밴드 20 : 운동 감지시스템
100 : 밴드부 200 : 센서부
210 : 제1 센서 220 : 제2 센서
300, 301, 302 : 스페이서 410, 420, 430, 440 : 스위치
450, 460 : 저항

Claims (11)

  1. 외력의 제공에 따라 신장되는 밴드부;
    상기 밴드부의 내부에 구비되어, 상기 밴드부의 신장에 따라 신장되고, 전도성을 가지는 제1 및 제2 센서들을 포함하는 센서부; 및
    상기 제1 및 제2 센서들 사이를 절연시키는 스페이서를 포함하며,
    상기 제1 센서와 상기 제2 센서는 꼬인 형태로 서로 감기며 상기 밴드부의 연장 방향과 동일한 방향으로 연장되어, 외력의 인가시 상기 밴드부의 신장과 함께 신장되고,
    상기 제1 및 제2 센서들의 양 끝단에 전압을 인가하여 상기 전압에 따른 저항 정보를 획득함으로써, 상기 밴드부의 신장에 따른 상기 제1 및 제2 센서들의 길이 증가 정보를 획득하고,
    상기 제1 및 제2 센서들의 길이 증가 정보를 바탕으로 사용자가 상기 밴드부의 연장방향을 따라 상기 밴드부에 인가한 외력 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 운동용 밴드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스페이서는,
    메쉬(mesh) 구조를 가지며 상기 제1 및 제2 센서들 중 적어도 하나를 커버하는 것을 특징으로 하는 운동용 밴드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스페이서는,
    와이어(wire) 구조를 가지며 상기 제1 및 제2 센서들 중 적어도 하나의 외주면을 따라 감기며 연장되는 것을 특징으로 하는 운동용 밴드.
  4. 삭제
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 스페이서의 두께가 증가하거나, 상기 스페이서의 개구되는 간격이 좁아질수록 상기 센서부의 민감도는 감소하는 것을 특징으로 하는 운동용 밴드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 센서들이 서로 전기적으로 접촉됨에 따라 단락되고,
    상기 제1 센서의 양 끝단 및 상기 제2 센서의 양 끝단 사이의 전압을 바탕으로 상기 제1 및 제2 센서들이 서로 전기적으로 접촉되는 위치가 판단되는 것을 특징으로 하는 운동용 밴드.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 센서의 일 끝단과 상기 제2 센서의 일 끝단 사이의 저항, 및 상기 제1 센서의 타 끝단과 상기 제2 센서의 타 끝단 사이의 저항을 바탕으로, 상기 제1 및 제2 센서들이 서로 전기적으로 접촉되는 위치를 기준으로 양쪽의 운동량이 비교되는 것을 특징으로 하는 운동용 밴드.
  8. 제1항의 운동용 밴드;

    제1 센서의 양 끝단들에 각각 연결되는 제1 및 제2 스위치들; 및
    제2 센서의 양 끝단들에 각각 연결되는 제3 및 제4 스위치들을 포함하고,
    상기 제1 센서의 일 끝단 및 상기 제2 센서의 타 끝단으로 전원이 공급되며, 상기 제1 센서의 타 끝단 및 상기 제2 센서의 일 끝단의 출력전압을 모니터링하여, 외력의 인가상태가 모니터링되는 것을 특징으로 하는 운동 감지시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 센서의 일 끝단과 출력전압 단자 사이에 제1 저항이 병렬로 연결되고,
    상기 제1 센서의 타 끝단과 출력전압 단자 사이에 제2 저항이 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 운동 감지시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 스위치들이 모두 온(ON) 상태이고 상기 제3 및 제4 스위치들이 모두 오프(OFF) 상태이거나, 상기 제1 및 제2 스위치들이 모두 오프(OFF) 상태이고 상기 제3 및 제4 스위치들이 모두 온(ON) 상태이면, 상기 밴드부에 인가되는 외력이 모니터링되는 것을 특징으로 하는 운동 감지시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 및 제3 스위치들이 모두 온(ON) 상태이고 상기 제2 및 제4 스위치들이 모두 오프(OFF) 상태이거나, 상기 제1 및 제3 스위치들이 모두 오프(OFF) 상태이고 상기 제2 및 제4 스위치들이 모두 온(ON) 상태이면, 사용자에 의해 밟혀진 상기 밴드부의 위치가 모니터링되는 것을 특징으로 하는 운동 감지시스템.
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