KR102438204B1 - 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 방법 및 이를 실행하는 장치 - Google Patents

휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 방법 및 이를 실행하는 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 방법은 휠체어가 움직임에 따라 휠체어의 바퀴와 안장 사이에 고정된 트래커 센서 마운트가 상기 휠체어의 바퀴 살 가장자리에 마그네틱 고정용 볼트를 통해 고정된 마그네틱의 자성을 감지하여 회전 수를 감지하는 단계, 상기 휠체어의 바퀴의 지름 및 상기 바퀴의 회전 수를 이용하여 휠체어의 이동 거리를 산출하는 단계, 상기 휠체어의 이동 거리 및 상기 휠체어의 주행 시간을 이용하여 휠체어의 주행 속도를 산출하는 단계, 상기 휠체어가 주행하는 면이 평지인지 또는 경사로인지 여부에 따라 경사로에 해당하는 가중치를 반경하여 상기 휠체어의 주행 속도에 따른 대사량 지수(MET)를 산출하는 단계 및 상기 대사량 지수(MET), 상기 휠체어를 사용하는 사용자의 체중 및 운동 변수를 이용하여 상기 사용자의 에너지 소비량(EE)을 산출하는 단계를 포함한다.

Description

휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 방법 및 이를 실행하는 장치{METHOD OF MEASURING ENERGY CONSUMPTION OF WHEELCHAIR USER AND APPARATUS OF PERFORMING THEREOF}
본 발명은 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 방법 및 이를 실행하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 질병에 대한 노출 위험도가 높은 장애인의 질병 및 만성질환 건강관리가 가능하도록 하는 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 방법 및 이를 실행하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 휠체어(WHEELCHAIR)는 다리를 마음대로 움직일 수 없거나 거동이 불편한 사람이 앉은 채로 이동할 수 있도록 바퀴를 설치한 의자이다. 장애인들이 사회 생활, 직장 및 여가 생활에 참여하는 데 사용하는 이동 기구이다.
휠체어의 구조는 프레임(frame), 좌석(seat), 큰 바퀴(wheel), 앞 보조바퀴(caster), 바퀴손잡이(hand rim), 브레이크(brake), 등받이(back rest), 팔걸이(arm rest), 발받침(foot rest), 발판(foot plate)으로 이루어진다.
휠체어의 종류는 일반적으로 사람이 밀면서 이동하는 수동휠체어와 전기 모터를 이용하여 주행 가능한 전동휠체어가 있으며, 용도에 따라 실외용과 실내용 휠체어가 있다. 그 외 특수한 목적으로 사용되는 스포츠형 휠체어, 한 손으로 움직이는 휠체어 등이 있다.
상기의 휠체어는 수동식 휠체어와 전동식 휠체어로 구분될 수 있다.
상기 수동식 휠체어는 사용자가 휠체어의 양측에 마련된 바퀴를 직접 회전시켜 주행력을 발생시키거나 또는 보호자가 휠체어를 밀어 주행력을 발생시키는 방식의 휠체어를 의미하고, 상기 전동식 휠체어는 동력을 발생시키는 주행장치가 휠체어에 탑재되어 주행장치의 동력을 이용하여 자동으로 이동하는 휠체어를 의미한다.
한편, 종래의 휠체어는 수동식 휠체어, 전동식 휠체어를 불문하고 하체의 거동이 불편한 사람이 사용한다는 인식하에 사용자의 하체 운동에 관한 부분은 간과한채 설계 및 제작되고 있다.
이러한 휠체어를 사용하는 사용자들은 신체장애로 인한 운동의 어려움과 운동시설의 부족으로 인해 과체중, 비만과 같은 만성질환 발병률이 증가하여 건강을 악화 시킨다. 또한, 과도한 휠체어 사용 시 어깨에 무리를 줄 수 있기 때문에 반드시 주기적인 건강상태 체크와 적절한 운동이 필요하다.
최근 개발되고 있는 운동측정 웨어러블 장치의 경우, 정상인의 보행에 대해서 측정되도록 개발되었기 때문에 휠체어 사용자가 이용할 경우 측정되는 활동량이 맞지 않은 문제가 있다.
한국등록특허 제10-1953236호(2019.02.28 등록공고, 2017.08.29 출원)는 하지용 재활장치에 관한 발명이나 상기의 문제점을 해결하기 위한 방안이 개시되어 있지 않다.
본 발명은 하반신 장애인을 대상으로 센서 기술을 이용하여 휠체어 활동량을 포함한 개인건강정보를 측정하고, 자동 송수신 기능을 통해 건강정보데이터를 모바일 어플리케이션을 통해 확인할 수 있도록 하는 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 방법 및 이를 실행하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 비장애인에게 국한되어 있던 스마트 헬스케어 서비스가 장애인 대상자로 확대됨에 따라 다양한 질병에 대한 노출 위험도가 높은 장애인의 질병 및 만성질환 건강관리가 가능하도록 하는 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 방법 및 이를 실행하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 환자가 주도적으로 참여하여 수행하고, 운동의 결과를 의사가 다시 확인 가능하도록 하여 우리나라 국민의 건강 증진에 기여할 수 있는 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 방법 및 이를 실행하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 수동형 휠체어 사용자의 경우 과도한 휠체어 주행 시 어깨 관절에 무리를 줄 수 있으나 의사의 소견에 따라 적당한 활동에 도움을 줄 수 있도록 하는 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 방법 및 이를 실행하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 방법은 휠체어가 움직임에 따라 휠체어의 바퀴와 안장 사이에 고정된 트래커 센서 마운트가 상기 휠체어의 바퀴 살 가장자리에 마그네틱 고정용 볼트를 통해 고정된 마그네틱의 자성을 감지하여 회전 수를 감지하는 단계, 상기 휠체어의 바퀴의 지름 및 상기 바퀴의 회전 수를 이용하여 휠체어의 이동 거리를 산출하는 단계, 상기 휠체어의 이동 거리 및 상기 휠체어의 주행 시간을 이용하여 휠체어의 주행 속도를 산출하는 단계, 상기 휠체어가 주행하는 면이 평지인지 또는 경사로인지 여부에 따라 경사로에 해당하는 가중치를 반경하여 상기 휠체어의 주행 속도에 따른 대사량 지수(MET)를 산출하는 단계 및 상기 대사량 지수(MET), 상기 휠체어를 사용하는 사용자의 체중 및 운동 변수를 이용하여 상기 사용자의 에너지 소비량(EE)을 산출하는 단계를 포함한다.
또한, 이러한 목적을 달성하기 위한 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 장치는 휠체어가 움직임에 따라 휠체어의 바퀴와 안장 사이에 고정된 트래커 센서 마운트가 상기 휠체어의 바퀴 살 가장자리에 마그네틱 고정용 볼트를 통해 고정된 마그네틱의 자성을 감지하여 회전 수를 감지하는 센서부, 상기 휠체어의 바퀴의 지름 및 상기 바퀴의 회전 수를 이용하여 휠체어의 이동 거리를 산출하고, 상기 휠체어의 이동 거리 및 상기 휠체어의 주행 시간을 이용하여 휠체어의 주행 속도를 산출하는 휠체어 주행 정보 산출부, 상기 휠체어가 주행하는 면이 평지인지 또는 경사로인지 여부에 따라 경사로에 해당하는 가중치를 반경하여 상기 휠체어의 주행 속도에 따른 대사량 지수(MET)를 산출하는 대사량 지수 산출부 및 상기 대사량 지수(MET), 상기 휠체어를 사용하는 사용자의 체중 및 운동 변수를 이용하여 상기 사용자의 에너지 소비량(EE)을 산출하는 에너지 소비량 산출부를 포함한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 하반신 장애인을 대상으로 센서 기술을 이용하여 휠체어 활동량을 포함한 개인건강정보를 측정하고, 자동 송수신 기능을 통해 건강정보데이터를 모바일 어플리케이션을 통해 확인할 수 있다는 장점이 있다.
또한 본 발명에 의하면, 비장애인에게 국한되어 있던 스마트 헬스케어 서비스가 장애인 대상자로 확대됨에 따라 다양한 질병에 대한 노출 위험도가 높은 장애인의 질병 및 만성질환 건강관리가 가능하다는 장점이 있다.
또한 본 발명에 의하면, 환자가 주도적으로 참여하여 수행하고, 운동의 결과를 의사가 다시 확인 가능하도록 하여 우리나라 국민의 건강 증진에 기여할 수 있다는 장점이 있다.
또한 본 발명에 의하면, 수동형 휠체어 사용자의 경우 과도한 휠체어 주행 시 어깨관절에 무리를 줄 수 있으므로, 의사의 소견에 따라 적당한 활동에 도움을 줄 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 장치의 설치 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 장치의 내부 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 도 4의 실행 과정을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 시스템은 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 장치(100), 휠체어(200), 생체 정보 측정 장치(300) 및 사용자 단말(400)을 포함한다.
휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 장치(100)는 휠체어(200)의 바퀴에 형성되어 휠체어(200)를 사용하여 운동하는 사용자의 에너지 소모도를 측정하는 장치이다.
먼저, 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 장치(100)는 휠체어(200)가 움직임에 따라 휠체어의 바퀴와 안장 사이에 고정된 트래커 센서 마운트가 상기 휠체어의 바퀴 살 가장자리에 마그네틱 고정용 볼트를 통해 고정된 마그네틱의 자성을 감지하여 회전 수를 감지한다.
그런 다음, 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 장치(100)는 휠체어의 바퀴의 지름 및 상기 바퀴의 회전 수를 이용하여 휠체어의 이동 거리를 산출하고, 휠체어의 이동 거리 및 상기 휠체어의 주행 시간을 이용하여 휠체어의 주행 속도를 산출한다.
그 후, 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 장치(100)는 휠체어가 주행하는 면이 평지인지 또는 경사로인지 여부에 따라 경사로에 해당하는 가중치를 반경하여 상기 휠체어의 주행 속도에 따른 대사량 지수(MET)를 산출한다.
마지막으로, 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 장치(100)는 대사량 지수(MET), 상기 휠체어를 사용하는 사용자의 체중 및 운동 변수를 이용하여 상기 사용자의 에너지 소비량(EE)을 산출한다.
이러한 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 장치(100)의 구조 및 기능은 이하의 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
휠체어(200)는 하반신이 불편한 사용자가 이동할 때 사용하는 장치이다. 이러한 휠체어(200)에는 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 장치(100)가 형성되어 있다.
생체 정보 측정 장치(300)는 휠체어(200)를 이용하여 운동하는 사용자의 신체 정보를 측정하는 장치이다. 이러한 생체 정보 측정 장치(300)는 휠체어(200)를 이용하여 운동하는 과정에서 생체 정보를 측정하여 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 장치(100)에 제공한다.
사용자 단말(400)은 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 장치(100)와 통신하여 에너지 소비량을 모니터링할 수 있는 사용자가 보유하는 단말이다. 이러한 사용자 단말(400)은 스마트폰, PDA, 테블릿 PC 등으로 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 장치의 설치 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 장치(100)는 트래커 센서 마운트(101), 트래커 센서 카드(102), 마그네틱(103) 및 트래커 센서 마운트 고정용 접착 부재(104)를 포함한다.
트래커 센서 마운트(101)는 트래커 센서 카드(102)가 삽입되기 위한 내부 공간이 형성되어 있어 있다.
도 3(d)와 같이 트래커 센서 마운트(101)의 내부 공간에 트래커 센서 카드(102)가 삽입된 후 사용자의 조작에 의해 푸쉬되면 트래커 센서 마운트(101) 및 트래커 센서 카드(102) 사이의 상태가 락 상태가 되어 트래커 센서 마운트(101)의 내부 공간에 트래커 센서 카드(102)가 고정된다.
상기와 같이, 트래커 센서 마운트(101)의 내부 공간에 트래커 센서 카드(102)가 삽입되면 트래커 센서 카드(102)의 일부는 트래커 센서 마운트(101)의 밖에 위치하게 된다. 이와 같은 이유는, 트래커 센서 마운트(101)의 밖에 위치하는 트래커 센서 카드(102)는 휠체어가 회전되면서 휠체어(200)의 바퀴 살에 고정된 마그네틱(103)의 자성을 감지하여 회전수를 감시하게 된다.
그 후, 트래커 센서 마운트(101)의 내부 공간에 트래커 센서 카드(102)가 고정된 상태에서 사용자의 조작에 의해 한번더 푸쉬되면 트래커 센서 마운트(101) 및 트래커 센서 카드(102) 사이의 상태가 언락 상태가 되어 트래커 센서 마운트(101)의 내부 공간에서 제거된다.
트래커 센서 마운트(101)의 일측면에는 트래커 센서 마운트 고정용 접착 부재(104)가 형성되어 있으며, 트래커 센서 마운트 고정용 접착 부재(104)를 통해 휠체어(200)의 바퀴와 안장 사이에 고정된다.
즉, 트래커 센서 마운트(101)는 트래커 센서 마운트 고정용 접착 부재(104) 및 트래커 센서 마운트 고정 피스(160)를 통해 휠체어(200)의 오른쪽 바퀴와 오른쪽 안장 사이 또는 왼쪽 바퀴와 왼쪽 안장 사이에 고정될 수 있다.
이때, 트래커 센서 마운트(101)의 상측면에는 경사도를 측정하기 위한 경사도 측정 부재이 형성되어 있다. 이때, 도 3(b)와 같이 상기의 경사도 측정 부재는 트래커 센서 마운트(101)가 트래커 센서 마운트 고정용 접착 부재(104)를 통해 휠체어(200)에 부착될 때 수평으로 부착되었는지 여부를 판단하는데 사용된다.
상기와 같이, 트래커 센서 마운트(101)는 트래커 센서 마운트 고정용 접착 부재(104)를 통해 고정될 때, 도 3(e)와 같이 휠체어(200)의 바퀴가 회전 시 트래커 센서 카드(102)의 돌출부로 마그네틱(103)이 지나가도록 위치를 조절하여 고정되도록 하여 최종적으로 도 3(f)와 같이 설치되도록 한다.
마그네틱(103)는 휠체어(200)의 바퀴 살에 설치되어 있으며, 바퀴가 회전할 때 트래커 센서 마운트(110)에 삽입된 트래커 센서 카드(120)가 마그네틱(103)의 자성을 감지하여 회전수를 감지하도록 한다.
이러한 마그네틱(103)는 도 3(c)와 같이 휠체어(200)의 바퀴 살 가장자리에 마그네틱 고정용 볼트(105)를 통해 고정된다. 마그네틱(103)은 휠체어(200)의 바퀴가 회전 시 트래커 센서 마운트(101)의 내부 공간에 삽입된 후 일부게 외부로 돌출되어 있는 트래커 센서 카드(102)의 자성을 감지하여 회전수를 감지한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 장치의 내부 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 장치(100)는 센서부(101), 휠체어 주행 정보 산출부(102), 대사량 지수 산출부(103) 및 에너지 소비량 산출부(104)를 포함한다.
센서부(101)는 휠체어(200)의 바퀴 회전 시 마그네틱(103)의 자성을 감지하여 회전 수를 감지한다. 이를 위해, 센서부(101)는 9축센서로, 가속도, 자이로, 지자계성분 검출이 가능한 mpu-9250으로 구현될 수 있다.
휠체어 주행 정보 산출부(102)는 [수학식 1]을 기초로 휠체어(200)의 바퀴의 지름을 이용하여 휠체어(200)의 바퀴의 둘레를 산출한 후, 휠체어(200)의 바퀴의 둘레 및 마그네틱의 카운트 수(즉, 휠체어(200)의 회전 수)를 이용하여 휠체어(200)의 이동 거리를 산출한다.
[수학식 1]
L = (D * π) * C
L: 휠체어(200)의 이동 거리
D: 휠체어(200)의 바퀴의 지름
C: 센서부(101)에 의해 감지된 바퀴의 회전 수
또한, 휠체어 주행 정보 산출부(102)는 [수학식 2]를 기초로 [수학식 1]에 의해 산출된 휠체어(200)의 이동 거리 및 휠체어(200)의 주행 시간을 이용하여 휠체어(200)의 주행 속도를 산출할 수 있다.
[수학식 2]
V = L / T
V: 휠체어(200)의 주행 속도
L: [수학식 1]에 의해 산출된 휠체어(200)의 이동 거리
T: 휠체어(200)의 주행 시간
상기와 같이, 휠체어 주행 정보 산출부(102)가 휠체어(200)의 주행 속도 및 주행 시간을 산출한 후, 대사량 지수 산출부(103)는 휠체어가 주행하는 면이 평지인지 또는 경사로인지 여부에 따라 경사로에 해당하는 가중치를 반경하여 상기 휠체어의 주행 속도에 따른 대사량 지수(MET)를 산출한다.
일 실시예에서, 대사량 지수 산출부(103)는 휠체어가 주행하는 면이 평지인 경우 하기의 [수학식 3]을 통해 대사량 지수(MET)값을 산출할 수 있다. 즉, 대사량 지수 산출부(103)는 휠체어(200)의 주행 속도별 생체 정보 측정 장치(300)에 의해 측정된 산소 소모도 측정값을 기반으로 휠체어 주행 속도에 따른 대사량 지수(MET)값을 계산한다.
[수학식 3]
MET = 0.8806 * V + 1.4366
MET: 평지 대사량 지수
V: 휠체어(200)의 주행 속도
다른 일 실시예에서, 대사량 지수 산출부(103)는 휠체어가 주행하는 면이 경사로이면 하기의 [수학식 4] 또는 [수학식 5]를 통해 평지 대사량 지수(MET)값을 계산한다. 즉, 대사량 지수 산출부(103)는 휠체어가 주행하는 면이 상행 경사로인 경우 하기의 [수학식 4]를 통해 상행 대사량 지수를 산출하고, 휠체어가 주행하는 면이 하행 경사로인 경우 하기의 [수학식 5]를 통해 하행 대사량 지수를 산출한다.
[수학식 4]
MET_UP = (0.8806 * V + 1.4366) * 1.24
MET_UP: 상행 대수량 지수
V: 휠체어(200)의 주행 속도
[수학식 4]에서는 휠체어가 주행하는 면이 상행 경사로이면 이를 반영하여 상행 경사로에 해당하는 가중치 1.24을 적용하여 상행 대사량 지수(MET_UP)를 산출하도록 하였다. 이때, 가중치가 1.24로 산출된 이유는 하기의 상행 경사로 휠체어 주행 실험을 실행하는 과정을 통해 증명하기로 한다.
[수학식 5]
MET_DOWN = (0.8806 * V + 1.4366) * 0.91
MET_DOWN: 하행 대사량 지수
V: 휠체어(200)의 주행 속도
[수학식 5]에서는 휠체어가 주행하는 면이 하행 경사로이면 이를 반영하여 하행 경사로에 해당하는 가중치 0.91를 적용하여 하행 대사량 지수(MET_DOWN)를 산출하도록 하였다. 이때, 가중치가 0.91로 산출된 이유는 하기의 경사로 휠체어 주행 실험을 실행하는 과정을 통해 증명하기로 한다.
그런 다음, 에너지 소비량 산출부(104)는 [수학식 6] 및 [수학식 7]를 기초로 대사량 지수 산출부(103)에 의해 산출된 대사량 지수, 체중 및 운동시간(즉, 휠체어(200)의 주행 시간)을 이용하여 에너지 소비량(EE)을 산출한다.
[수학식 6]
산소 섭취량(mL) = MET * 2.7 * W * t
MET: 대사량 지수
W: 휠체어(200)를 사용하는 사용자의 몸무게
t: 휠체어(200)의 주행 시간
[수학식 7]
EE = 산소 섭취량(mL) * 5kcal / 1000
EE: 에너지 소비량
본 발명에서는 휠체어 구동 시 정확한 칼로리를 계산하기 위해 운동자각도(RPE: Rating of Perceived Exertion)강도별 실험을 통해 얻은 주행 속도별 생체 정보의 변화에 대한 실험을 진행하였으며, 데이터 수는 총 151개이다.
운동자 각도는 3구간으로 실험을 진행하였다. [표 1]은 가벼운 강도(RPE 7∼11)로 주행 시 에너지 소모도 측정 결과이며, [표 2]는 중간 강도(RPE 12∼14)로 주행 시 에너지 소모도 측정 결과이며, [표 3]은 힘든 강도 강도(RPE 15)로 주행 시 에너지 소모도 측정 결과이다.
[표 1]
Figure 112020098227431-pat00001
[표 2]
Figure 112020098227431-pat00002
[표 3]
Figure 112020098227431-pat00003
상기의 [표 1] 내지 [표 3]을 분석한 결과, 운동자각도의 강도 별 실험을 통해 얻은 주행 속도 별 데이터 수는 151개이며, 휠체어(200)의 주행 최저 속도는 1.1km/h 이고 최대 속도는 7.1km/h이다.
또한, 휠체어 주행 중 산소 섭취량은 최소 5.07ml/min/kg, 최대 22.47ml/min/kg으로 나타났으며, MET값은 최소 1.88, 최대 8.31로 측정된다. 휠체어 주행에 사용된 총 에너지는 최소 6.25kcal, 23.50kcal이다.
휠체어(200)의 주행 속도 및 산소 소모량의 변화 사이의 상관 관계를 분석한 결과, 휠체어(200)의 주행 속도가 증가할수록 산소 소모량도 증가하는 양의 상관관계(r=0.882; p<0.01)를 보였으며, 휠체어(200)의 주행 속도가 증가할수록 대사량 지수(MET)값(r=0.901; p<0.01)과 에너지 소비량(EE)(r=0.831; p<0.01) 모두 증가하는 경향을 보인다.
따라서, 대사량 지수 산출부(103)는 도 5와 같이 휠체어(200)의 주행 속도별 산소 소모도 측정값을 기반으로 휠체어 주행 속도에 따른 대사량 지수(MET)값을 계산하였으며, 휠체어(200)의 주행 속도(x)와 대사량 지수(MET)(y)을 변수로 한 [수학식 3]과 같은 회귀 방정식을 도출할 수 있는 것이다.
생체 정보 측정 장치(300)에 의해 측정된 생체 정보(대사량 지수(MET) 및 에너지 소비량(EE)) 및 상기의 과정을 통해 산출된 대사량 지수(MET) 및 에너지 소비량(EE)을 비교한 결과는 아래의 [표 4]와 같다.
[표 4]
Figure 112020098227431-pat00004
본 발명의 상행 경사로에서 휠체어 구동 시 주행 속도 별 데이터는 [표 5]와 같고, 하행 경사로에서 휠체어 구동 시 주행 속도 별 데이터는 [표 6]과 같다.
[표 5]
Figure 112020098227431-pat00005
[표 6]
Figure 112020098227431-pat00006
휠체어의 상행 경사로 주행과 평지 주행의 차이를 알아보기 위하여, 두 조건 간 주행 속도가 유사한 데이터를 선별하여 상행 경사로 주행과 평지 주행시 에너지 소모도를 비교한 결과는 [표 7]과 같다.
[표 7]
Figure 112020098227431-pat00007
분석 결과, 평균속도 2.72km/h인 경우, 상행 경사로 주행과 평지 주행의 산소 섭취량(VO2/kg)은 각각 12.62ml/min/kg과 10.13ml/min/kg로 나타났으며, 상행 경사로 주행은 평지주행의 125% 수준인 것으로 나타났다.
또한, 상행 경사로 주행의 상행 대사량 지수(MET_UP)와 평지주행의 대사량 지수(MET)는 각각 4.67과 3.75로 나타났으며, 상행 경사로 주행이 평지주행의 124% 수준의 운동강도인 것으로 확인된다.
또한, 상행 경사로 주행과 평지주행의 에너지 소비량(EE)는 각각 13.24kcal와 10.90kcal로 나타났으며, 상행 경사로 주행이 평지주행의 121% 수준인 것으로 나타났다.
분석 결과, 유사 휠체어 주행속도에서 상행 대사량 지수(MET_UP)값이 평지주행의 대사량 지수의 121% 수준임을 감안하여 [수학식 4]와 같은 경사로 추정식에 1.24의 가중치를 적용하여 대사량 지수(MET)를 산출하도록 하였다.
휠체어의 하행 경사로 주행과 평지 주행의 차이를 알아보기 위하여, 두 조건 간 주행 속도가 유사한 데이터를 선별하여 하행 경사로 주행과 평지 주행시 에너지 소모도를 비교한 결과는 [표 8]과 같다.
[표 8]
Figure 112020098227431-pat00008
분석 결과, 평균속도 4.66km/h인 경우, 하행 경사로 주행과 평지주행의 산소섭취량(VO2/kg)은 각각 13.72ml/min/kg과 15.14ml/min/kg로 나타났으며, 하향 경사로 주행은 평지주행의 91% 수준인 것으로 나타났다.
또한, 하행 경사로 주행의 하행 대사량 지수(MET_DOWN)과 평지주행의 대사량 지수(MET)는 각각 5.08과 5.61로 나타났으며, 하행 경사로 주행이 평지주행의 91% 수준의 운동강도인 것으로 확인된다.
또한, 하행 경사로 주행과 평지주행의 에너지 소비량(EE)는 각각 15.00kcal와 16.88kcal로 나타났으며, 하행 경사로 주행이 평지주행의 89% 수준인 것으로 나타났다.
분석 결과, 유사 휠체어 주행속도에서 하행 대사량 지수(MET_DOWN)값이 평지주행의 대사량 지수(MET)의 91% 수준임을 감안하여 [수학식 5]와 같은 하행 경사로 추정식에 0.91의 가중치를 적용하여 대사량 지수(MET)를 산출하도록 하였다.
도 6은 본 발명에 따른 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 장치(100)는 휠체어가 움직임에 따라 휠체어의 바퀴와 안장 사이에 고정된 트래커 센서 마운트가 상기 휠체어의 바퀴 살 가장자리에 마그네틱 고정용 볼트를 통해 고정된 마그네틱의 자성을 감지하여 회전 수를 감지한다(단계 S610).
휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 장치(100)는 휠체어의 바퀴의 지름 및 상기 바퀴의 회전 수를 이용하여 휠체어의 이동 거리를 산출한다(단계 S620).
휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 장치(100)는 휠체어의 이동 거리 및 상기 휠체어의 주행 시간을 이용하여 휠체어의 주행 속도를 산출한다(단계 S630).
휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 장치(100)는 휠체어가 주행하는 면이 평지인지 또는 경사로인지 여부에 따라 경사로에 해당하는 가중치를 반경하여 상기 휠체어의 주행 속도에 따른 대사량 지수(MET)를 산출한다(단계 S640).
휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 장치(100)는 대사량 지수(MET), 상기 휠체어를 사용하는 사용자의 체중 및 운동 변수를 이용하여 상기 사용자의 에너지 소비량(EE)을 산출한다(단계 S650).
한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 장치
101: 트래커 센서 마운트
102: 트래커 센서 카드
103: 마그네틱
104: 트래커 센서 마운트 고정용 접착 부재
101: 센서부
102: 휠체어 주행 정보 산출부
103: 대사량 지수 산출부
104: 에너지 소비량 산출부
200: 휠체어
300: 생체 정보 측정 장치
400: 사용자 단말

Claims (2)

  1. 트래커 센서 카드가 트래커 센서 마운트의 내부 공간에 삽입되면 일부가 상기 트래커 센서 마운트의 밖에 위치하여 휠체어가 회전되면서 휠체어의 바퀴 살에 고정된 마그네틱의 자성을 감지하여 회전수를 감시하는 단계;
    휠체어 주행 정보 산출부가 휠체어의 바퀴의 지름을 이용하여 휠체어의 바퀴의 둘레를 산출한 후, 휠체어의 바퀴의 둘레 및 마그네틱의 카운트 수를 이용하여 휠체어의 이동 거리를 산출하는 단계;
    휠체어 주행 정보 산출부가 상기 휠체어의 이동 거리 및 휠체어의 주행 시간을 이용하여 휠체어의 주행 속도를 산출하는 단계;
    대사량 지수 산출부가 휠체어가 주행하는 면이 평지이면 휠체어의 주행 속도별 생체 정보 측정 장치에 의해 측정된 산소 소모도 측정값을 기반으로 휠체어 주행 속도에 따른 대사량 지수(MET)값을 계산하고, 휠체어가 주행하는 면이 상행 경사로이면 [수학식 1]를 통해 상행 대사량 지수를 산출하고, 휠체어가 주행하는 면이 하행 경사로인 경우 하기의 [수학식 2]를 통해 하행 대사량 지수를 산출하는 단계;
    에너지 소비량 산출부가 [수학식 3] 및 [수학식 4]를 기초로 대사량 지수, 체중 및 운동시간을 이용하여 에너지 소비량(EE)을 산출하는 단계를 포함하고,

    [수학식 1]
    MET_UP = (0.8806 * V + 1.4366) * 1.24

    상기 MET_UP는 상행 대수량 지수를 의미하고, 상기 V는 휠체어의 주행 속도를 의미하고,

    [수학식 2]
    MET_DOWN = (0.8806 * V + 1.4366) * 0.91

    상기 MET_DOWN는 하행 대사량 지수를 의미하고, V는 휠체어의 주행 속도를 의미하고,

    [수학식 3]
    산소 섭취량(mL) = MET * 2.7 * W * t

    상기 MET는 상행 대수량 지수 또는 하행 대사량 지수를 의미하고, 상기 W는 휠체어를 사용하는 사용자의 몸무게를 의미하고, t는 휠체어의 주행 시간을 포함하고,
    [수학식 4]
    EE = 산소 섭취량(mL) * 5kcal / 1000

    EE는 에너지 소비량을 의미하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는
    휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 방법.
  2. 트래커 센서 마운트의 내부 공간에 삽입되면 일부가 상기 트래커 센서 마운트의 밖에 위치하여 휠체어가 회전되면서 휠체어의 바퀴 살에 고정된 마그네틱의 자성을 감지하여 회전수를 감시하는 트래커 센서 카드;
    휠체어의 바퀴의 지름을 이용하여 휠체어의 바퀴의 둘레를 산출한 후, 휠체어의 바퀴의 둘레 및 마그네틱의 카운트 수를 이용하여 휠체어의 이동 거리를 산출하는 휠체어 주행 정보 산출부;
    휠체어가 주행하는 면이 평지이면 휠체어의 주행 속도별 생체 정보 측정 장치에 의해 측정된 산소 소모도 측정값을 기반으로 휠체어 주행 속도에 따른 대사량 지수(MET)값을 계산하고, 휠체어가 주행하는 면이 상행 경사로이면 [수학식 1]를 통해 상행 대사량 지수를 산출하고, 휠체어가 주행하는 면이 하행 경사로인 경우 하기의 [수학식 2]를 통해 하행 대사량 지수를 산출하는 대사량 지수 산출부;
    [수학식 3] 및 [수학식 4]를 기초로 대사량 지수, 체중 및 운동시간을 이용하여 에너지 소비량(EE)을 산출하는 에너지 소비량 산출부를 포함하고,

    [수학식 1]
    MET_UP = (0.8806 * V + 1.4366) * 1.24

    상기 MET_UP는 상행 대수량 지수를 의미하고, 상기 V는 휠체어의 주행 속도를 의미하고,

    [수학식 2]
    MET_DOWN = (0.8806 * V + 1.4366) * 0.91

    상기 MET_DOWN는 하행 대사량 지수를 의미하고, V는 휠체어의 주행 속도를 의미하고,

    [수학식 3]
    산소 섭취량(mL) = MET * 2.7 * W * t

    상기 MET는 상행 대수량 지수 또는 하행 대사량 지수를 의미하고, 상기 W는 휠체어를 사용하는 사용자의 몸무게를 의미하고, t는 휠체어의 주행 시간을 포함하고,

    [수학식 4]
    EE = 산소 섭취량(mL) * 5kcal / 1000

    상기 EE는 에너지 소비량을 의미하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는
    휠체어 사용자 에너지 소모도 측정 장치.
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