KR102455301B1 - 스마트 케이블 머신 - Google Patents

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KR102455301B1
KR102455301B1 KR1020220034213A KR20220034213A KR102455301B1 KR 102455301 B1 KR102455301 B1 KR 102455301B1 KR 1020220034213 A KR1020220034213 A KR 1020220034213A KR 20220034213 A KR20220034213 A KR 20220034213A KR 102455301 B1 KR102455301 B1 KR 102455301B1
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exercise
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백송훈
엄희재
이건오
최성혁
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주식회사 아진엑스텍
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Abstract

본 개시는 스마트 케이블 머신에 관한 것이다. 스마트 케이블 머신은 본체, 사용자의 힘이 작용되는 제1 핸들 및 제2 핸들을 포함하는 힘작용 핸들, 힘작용 핸들에 부여될 부하를 생성하고, 본체 내에 배치되는 부하 생성부 및 사용자 입력을 수신하고, 운동과 관련된 정보를 출력할 수 있도록 구성된 디스플레이, 부하 생성부 및 디스플레이의 동작을 제어하도록 구성된 제어부를 포함한다.

Description

스마트 케이블 머신{SMART CABLE MACHINE}
본 개시는 스마트 케이블 머신에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 사용자의 운동에 관한 실시간 피드백을 제공할 수 있는 스마트 케이블 머신에 관한 것이다.
최근 여가 시간이 늘어나고 건강에 대한 사회적 관심이 증가함에 따라 근력을 향상시키고 균형 잡힌 신체를 만들기 위하여 웨이트 트레이닝(weight training)을 하는 인구가 늘어나고 있다.
일반적으로 사용되는 운동 기구는 부하 방식에 따라, 무게추를 이용하는 중량식, 공기압을 이용하는 공압식, 유압실린더와 유압유체를 이용하는 유압식 등으로 나눌 수 있으며, 대부분 한 기구 당 한가지 운동만 할 수 있도록 디자인되어 있다. 운동 도중 일정한 부하를 부여하는 방식은 등장성 운동이라 하여 근육발달에 가장 효과적이고 사용자들이 가장 선호하는 방식이다.
현재 운동 자세나 동작에 구애 받지 않고 일정한 부하를 사용자에게 부여할 수 있는 중량식 운동 기구가 가장 일반적으로 사용되지만, 무게추의 무게 및 부피가 매우 크기 때문에 설치에 어려움이 있고, 무게추의 개수 및 중량이 커질수록 가격이 상승한다는 단점이 있다.
이러한 단점을 보완하기 위해 공압식, 유압식 등의 새로운 운동 기구가 개발되었으나, 공기 등의 유체를 압축시켜 제공되는 부하는 일정하지 못하고, 필요 부하를 내기 위해 유체를 압축시키는 과정에서 컴프레서의 큰 소음이 발생하며, 압축에 시간이 걸린다는 새로운 단점이 나타나 큰 호응을 얻지 못하는 실정이다. 또한, 여러 부위의 근육 트레이닝을 위해서는 각 근육에 따른 운동기구를 각각 구비하여야 하며, 이것이 가능하기 위해서는 넓은 공간과 각각의 운동기구를 구매하기 위한 많은 자금력이 필요하다.
또한, 종래의 케이블 머신은 사용자가 올바른 자세 또는 힘으로 운동을 수행하고 있는지 알기 어렵다는 문제가 있다. 추가로, 종래의 케이블 머신은 물리적 저항을 사용하여 운동 중 저항력 조절이 불가능하거나, 큰 저항력을 발생시키기 위하여 소음이 동반되는 대용량의 모터가 필요한 문제가 있다. 따라서, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 운동기구가 필요한 실정이다.
본 개시는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 사용자의 운동에 관한 실시간 피드백을 제공할 수 있는 스마트 케이블 머신을 제공한다.
본 개시는 스마트 케이블 머신으로서, 본체, 사용자의 힘이 작용되는 제1 핸들 및 제2 핸들을 포함하는 힘작용 핸들, 힘작용 핸들에 부여될 부하를 생성하고, 본체 내에 배치되는 부하 생성부, 사용자 입력을 수신하고, 운동과 관련된 정보를 출력할 수 있도록 구성된 디스플레이, 부하 생성부 및 디스플레이의 동작을 제어하도록 구성된 제어부를 포함한다.
본 개시에 따른 부하 생성부는, 초기 부하를 생성하는 모터 및 모터에 연결되어 초기 부하를 증폭시켜 힘작용 핸들에 부여될 부하를 생성하도록 구성된 전기 유압 구동기를 포함하고, 스마트 케이블 머신은, 전기 유압 구동기에 연결되고, 복수의 탄성체를 포함하여, 사용자가 힘작용 핸들을 당기기 시작하는 시점을 감지하도록 구성된 직렬 탄성 구동기를 더 포함한다.
본 개시에 따른 제어부는, 사용자로부터 힘작용 핸들에 부여될 부하의 크기와 연관된 제1 사용자 입력을 수신하고, 전기 유압 구동기로부터 사용자가 힘작용 핸들을 당기기 시작하는 시점과 관련된 정보를 수신하고, 제1 사용자 입력 및 시점과 관련된 정보에 기초하여 모터와 전기 유압 구동기를 제어하도록 더 구성되는 것을 포함한다.
본 개시에 따른 제어부는, 사용자로부터 부하 생성부에 의해 생성되는 힘작용 핸들에 부여될 부하의 점성력, 탄성력 및 관성력과 연관된 제2 사용자 입력을 수신하고, 제1 사용자 입력, 제2 사용자 입력 및 시점과 관련된 정보에 기초하여 모터와 전기 유압 구동기를 제어하도록 더 구성되는 것을 포함한다.
본 개시에 따른 제어부는, 사용자로부터 운동 보조 모드와 연관된 제3 사용자 입력을 수신하고, 사용자의 현재 운동 속도가 처음 운동 속도와 비교하여 미리 정해진 임계치 이상 감소한 것으로 판단하는 것에 응답하여, 제3 사용자 입력에 따라 설정된 운동 보조 모드에 따라 힘작용 핸들에 부여될 부하의 크기를 상이하게 감소시키도록 더 구성되는 것을 포함한다.
본 개시는 제1 핸들 및 제2 핸들 각각에 작용된 사용자의 힘에 따라 부하가 분배되는 부하 분배 부재 및 부하 분배 부재와 힘작용 핸들을 연결하는 케이블을 더 포함한다.
본 개시에 따른 부하 분배 부재는 사용자가 힘작용 핸들을 움직임에 따라 직렬 탄성 구동기와 함께 지면과 수직인 방향으로 이동하고, 부하 분배 부재는 적어도 하나의 움직 도르래를 포함하고, 본체의 상부 하측에 적어도 하나의 고정 도르래가 배치되고, 케이블은 적어도 하나의 움직 도르래 및 적어도 하나의 고정 도르래를 거쳐 부하 분배 부재와 힘작용 핸들을 연결하는 것을 포함한다.
본 개시는 본체의 양측에 결합되고 끝단에 힘작용 핸들이 구비되는 아암유닛을 더 포함하고, 아암유닛은, 본체의 상부에 결합되고 측방향으로 회전가능하게 구비된 제1 아암 및 제1 아암의 외측에 결합되고 상하방향으로 회전가능하게 구비된 제2 아암을 포함한다.
본 개시에 따른 제어부는, 사용자로부터 1RM(Repetition Maximum) 테스트를 실행하기 위한 제4 사용자 입력을 수신하는 것에 응답하여, 부하 생성부에 의해 생성되는 힘작용 핸들에 부여될 부하의 점성력, 탄성력 및 관성력을 모두 최저 레벨로 설정하고, 힘작용 핸들에 부여될 부하의 크기, 사용자의 운동 횟수 및 1RM 추정 모델에 기초하여 사용자의 1RM 값을 산출하고, 산출된 사용자의 1RM 값을 디스플레이에 표시하도록 더 구성되는 것을 포함한다.
본 개시는 힘작용 핸들의 움직임을 감지하도록 구성된 센서 모듈을 더 포함하고, 제어부는 센서 모듈로부터 사용자의 최초 운동 길이를 수신하고, 최초 운동 길이에 기초하여 운동 인정 거리를 산출하고, 사용자가 힘작용 핸들을 운동 인정 거리를 초과해서 당기는 경우, 1회 운동으로 인정하도록 더 구성되는 것을 포함한다.
본 개시는 카메라를 더 포함하고, 제어부는 카메라로부터 인물 객체를 포함하는 이미지를 수신하고, 인물 객체의 골격 정보를 추출하고, 골격 정보에 기초하여 운동 자세 교정과 관련된 피드백을 디스플레이 상에 표시하도록 더 구성되는 것을 포함한다.
본 개시의 일부 실시예에 따르면, 사용자가 힘작용 핸들에 가하는 힘의 크기를 실시간으로 사용자에게 제공함으로써, 사용자가 운동 상태를 실시간으로 모니터링하고, 매 운동 회차마다 적절한 크기의 힘으로 운동하도록 할 수 있다.
본 개시의 일부 실시예에 따르면, 사용자는 진행하는 운동의 종류에 따라 사용자는 최적의 자세로 운동을 수행할 수 있다.
본 개시의 일부 실시예에 따르면, 사용자가 양 팔에 힘을 다르게 가하는 경우, 사용자는 이와 관련된 경고 메시지를 다양한 형태로 제공받아 양 팔에 동일한 힘을 가하도록 쉽게 조절할 수 있다. 이에 따라, 사용자의 상체가 불균형하게 단련되는 것을 방지할 수 있다.
본 개시의 일부 실시예에 따르면, 부하의 여러 특성 및 세기를 조합하여 사용자의 운동 목적에 맞는 다양한 운동 프로그램을 제공할 수 있다. 이에 따라, 사용자의 운동 효과를 극대화시킬 수 있다.
본 개시의 일부 실시예에 따르면, 운동 부하량을 실시간으로 가변시켜 운동 중 사고의 위험을 감소시킬 수 있다.
본 개시의 일부 실시예에 따르면, 소형화된 구동기를 포함하는 부하 생성부를 포함하여 기존 케이블 머신보다 무게와 크기를 대폭 축소할 수 있고, 사용자의 운동 무게 변경 시 무게 추 등과의 직접적인 접촉에 따른 부상을 방지할 수 있다.
본 개시의 일부 실시예에 따르면, 기존 케이블 머신의 소음 문제를 해결할 수 있고, 대용량의 모터 사용에 따른 전력 낭비를 줄일 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 스마트 케이블 머신은 등장성, 등척성 및 등속성 운동을 구현할 수 있는 특징을 갖고 있어 운동 뿐만 아니라 재활분야 에도 충분히 활용이 가능하다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 스마트 케이블 머신은 양방향 저항력 발생이 가능하고, 최대 1m 이상의 변위를 생성한다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 스마트 케이블 머신은 일체형의 유압펌프와 유압탱크를 갖고 있어 별도의 장치를 필요로 하지 않기 때문에, 다양한 스마트 헬스 운동 기구를 만드는 데 적합하다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 스마트 케이블 머신은 발생되는 저항력이 실시간으로 제어가 가능할 뿐만 아니라 사용자의 저항운동 상태를 실시간으로 모니터링 할 수 있다.
본 개시의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 본 개시에 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, '통상의 기술자'라 함)에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 개시의 실시예들은, 이하 설명하는 첨부 도면들을 참조하여 설명될 것이며, 여기서 유사한 참조 번호는 유사한 요소들을 나타내지만, 이에 한정되지는 않는다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 스마트 케이블 머신 사용 예시를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 스마트 케이블 머신의 개략적인 개념도를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 케이블 머신에 적용되는 제어부의 제어 방법을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 스마트 케이블 머신의 사시도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 스마트 케이블 머신의 정면도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 사용자가 핸들을 당길 때, 탄성 연결부와 부하 분배 부재의 움직임을 보여주는 정면도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 스마트 케이블 머신에 적용되는 제1 아암이 측방향으로 회전된 상태를 보여주는 예시도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 스마트 케이블 머신에 적용되는 제2 아암이 상방으로 회전된 상태를 보여주는 예시도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 스마트 케이블 머신의 상세 구성을 나타내는 블록도이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따라 사용자의 운동과 관련된 정보를 입력하는 예시를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따라 카메라를 통한 사용자의 운동을 분석을 제공하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따라 제어부가 사용자에게 적절한 부하 및 운동과 관련된 정보를 제공하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 개시의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 이하의 설명에서는 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 우려가 있는 경우, 널리 알려진 기능이나 구성에 관한 구체적 설명은 생략하기로 한다.
첨부된 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조부호가 부여되어 있다. 또한, 이하의 실시예들의 설명에 있어서, 동일하거나 대응되는 구성요소를 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 그러나 구성요소에 관한 기술이 생략되어도, 그러한 구성요소가 어떤 실시예에 포함되지 않는 것으로 의도되지는 않는다.
개시된 실시예의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 개시는 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 개시가 완전하도록 하고, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 개시된 실시예에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 본 개시에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 관련 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 개시에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
본 명세서에서의 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수인 것으로 특정하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 복수의 표현은 문맥상 명백하게 복수인 것으로 특정하지 않는 한, 단수의 표현을 포함한다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
또한, 명세서에서 사용되는 '모듈' 또는 '부'라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어 구성요소를 의미하며, '모듈' 또는 '부'는 어떤 역할들을 수행한다.
그렇지만 '모듈' 또는 '부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '모듈' 또는 '부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '모듈' 또는 '부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 또는 변수들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 구성요소들과 '모듈' 또는 '부'들은 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '모듈' 또는 '부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '모듈' 또는 '부'들로 더 분리될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면 '모듈' 또는 '부'는 프로세서 및 메모리로 구현될 수 있다. '프로세서'는 범용 프로세서, 중앙 처리 장치(CPU), 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 제어기, 마이크로제어기, 상태 머신 등을 포함하도록 넓게 해석되어야 한다. 몇몇 환경에서는, '프로세서'는 주문형 반도체(ASIC), 프로그램가능 로직 디바이스(PLD), 필드 프로그램가능 게이트 어레이(FPGA) 등을 지칭할 수도 있다. '프로세서'는, 예를 들어, DSP와 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서들의 조합, DSP 코어와 결합한 하나 이상의 마이크로프로세서들의 조합, 또는 임의의 다른 그러한 구성들의 조합과 같은 처리 디바이스들의 조합을 지칭할 수도 있다. 또한, '메모리'는 전자 정보를 저장 가능한 임의의 전자 컴포넌트를 포함하도록 넓게 해석되어야 한다. '메모리'는 임의 액세스 메모리(RAM), 판독-전용 메모리(ROM), 비-휘발성 임의 액세스 메모리(NVRAM), 프로그램가능 판독-전용 메모리(PROM), 소거-프로그램가능 판독 전용 메모리(EPROM), 전기적으로 소거가능 PROM(EEPROM), 플래쉬 메모리, 자기 또는 광학 데이터 저장장치, 레지스터들 등과 같은 프로세서-판독가능 매체의 다양한 유형들을 지칭할 수도 있다. 프로세서가 메모리로부터 정보를 판독하고/하거나 메모리에 정보를 기록할 수 있다면 메모리는 프로세서와 전자 통신 상태에 있다고 불린다. 프로세서에 집적된 메모리는 프로세서와 전자 통신 상태에 있다.
본원 명세서 전체에서, '네트워크 상에' 또는 '네트워크 상에서'라는 용어는 유선/무선 통신이 가능한 임의의 전자 기기를 통해 검색 또는 접근 가능한 상태를 지칭할 수 있다. 예를 들어, '네트워크 상에' 또는 '네트워크 상에서'라는 의미는 임의의 전자 기기와 유무선으로 연결된 임의의 장치 내에 저장된 임의의 콘텐츠 및/또는 이와 연관된 정보를 검색 또는 접근 가능한 상태를 나타낼 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 스마트 케이블 머신(20) 사용 예시를 나타내는 도면이다. 스마트 케이블 머신(20)은 본체, 사용자(10)의 힘이 작용되는 제1 핸들 및 제2 핸들을 포함하는 힘작용 핸들, 힘작용 핸들에 부여될 부하를 생성하고, 본체 내에 배치되는 부하 생성부, 사용자 입력을 수신하고, 운동과 관련된 정보를 출력할 수 있도록 구성된 디스플레이(22), 부하 생성부 및 디스플레이(22)의 동작을 제어하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다. 사용자는 제1 핸들 및 제2 핸들을 당기고, 스마트 케이블 머신(20)의 부하 생성부는 사용자의 힘에 대응되는 부하를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 디스플레이(22)는 사용자의 입력을 수신하고, 사용자의 운동과 관련된 정보를 출력하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 사용자는 디스플레이에 부하의 크기, 부하의 점성력, 부하의 탄성력, 부하의 관성력, 운동 보조 강도, 1RM 측정 모드 진입 등과 연관된 사용자 입력을 입력할 수 있다. 또한, 사용자는 수행하고자 하는 운동과 연관된 사용자 정보(키, 성별, 몸무게 등)를 입력할 수 있다. 일 실시예에서, 디스플레이(22)는 사용자 입력을 수신하고, 정보를 출력할 수 있는 터치스크린일 수 있다.
일 실시예에서, 부하 생성부는 초기 부하를 생성하는 모터 및 모터에 연결되어 초기 부하를 증폭시켜 힘작용 핸들에 부여될 부하를 생성하도록 구성된 전기 유압 구동기(Electro Hydraulic Actuator)를 포함할 수 있다. 또한, 스마트 케이블 머신(20)은 전기 유압 구동기에 연결되고, 복수의 탄성체를 포함하여, 사용자가 힘작용 핸들을 당기기 시작하는 시점을 감지하도록 구성된 직렬 탄성 구동기(Series Elastic Actuator)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부는 사용자로부터 힘작용 핸들에 부여될 부하의 크기와 연관된 제1 사용자 입력을 수신할 수 있다. 이 경우, 제어부는 전기 유압 구동기로부터 사용자가 힘작용 핸들을 당기기 시작하는 시점과 관련된 정보를 수신하고, 제1 사용자 입력 및 시점과 관련된 정보에 기초하여 모터와 전기 유압 구동기를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부는 사용자로부터 부하 생성부에 의해 생성되는 힘작용 핸들에 부여될 부하의 점성력, 탄성력 및 관성력과 연관된 제2 사용자 입력을 수신할 수 있다. 이 경우, 제어부는 제1 사용자 입력, 제2 사용자 입력 및 시점과 관련된 정보에 기초하여 모터와 전기 유압 구동기를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부는 사용자로부터 운동 보조 모드와 연관된 제3 사용자 입력을 수신할 수 있다. 이 경우, 제어부는 사용자의 현재 운동 속도가 처음 운동 속도와 비교하여 미리 정해진 임계치 이상 감소한 것으로 판단하는 것에 응답하여, 제3 사용자 입력에 따라 설정된 운동 보조 모드에 따라 힘작용 핸들에 부여될 부하의 크기를 상이하게 감소킬 수 있다.
일 실시예에서, 제어부는 사용자로부터 1RM(Repetition Maximum) 테스트를 실행하기 위한 제4 사용자 입력을 수신하는 것에 응답하여, 부하 생성부에 의해 생성되는 힘작용 핸들에 부여될 부하의 점성력, 탄성력 및 관성력을 모두 최저 레벨로 설정할 수 있다. 이 경우, 제어부는 사용자가 힘작용 핸들에 가한 힘 및 1RM 추정 모델에 기초하여 사용자의 1RM 값을 산출하고, 산출된 사용자의 1RM 값을 디스플레이(22)에 표시하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 스마트 케이블 머신(20)은 힘작용 핸들의 움직임을 감지하도록 구성된 센서 모듈을 포함할 수 있다. 이 경우, 제어부는 센서 모듈로부터 사용자의 최초 운동 길이를 수신하고, 최초 운동 길이에 기초하여 운동 인정 거리를 산출할 수 있다. 또한, 제어부는 사용자가 힘작용 핸들을 운동 인정 거리를 초과해서 당기는 경우, 1회 운동으로 인정하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 스마트 케이블 머신(20)은 카메라를 포함할 수 있다. 이 경우, 제어부는 카메라로부터 인물 객체를 포함하는 이미지를 수신하고, 인물 객체의 골격 정보를 추출할 수 있다. 그리고, 제어부는 골격 정보에 기초하여 운동 자세 교정과 관련된 피드백을 디스플레이(22) 상에 표시하도록 구성될 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 케이블 머신의 개략적인 개념도이다. 도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 케이블 머신에 적용되는 제어부의 제어 방법을 나타내는 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이 케이블 머신은, 힘작용 핸들(100), 부하 생성 모듈(200), 힘작용 연결부(300)를 포함하며, 제어부(400), 신체감지센서, 입력장치(600)를 더 포함할 수 있다. 힘작용 핸들(100)은 사용자가 손으로 파지한 상태로 당김으로써 사용자의 힘이 작용되는 것으로, 왼손과 오른손 각각에 대응되는 제1 핸들(110) 및 제2 핸들(120)을 포함한다.
부하 생성 모듈(200)은 힘작용 핸들(100) 전체에 부여될 부하를 생성한다. 즉, 제1 핸들(110)의 당김에 대응되는 부하와, 제2 핸들(120)의 당김에 대응되는 부하를 합한 부하를 생성한다. 이러한 부하 생성 모듈(200)은 부하를 생성하는 부하 생성부(210)를 비롯하여, 힘작용 핸들(100)과 부하 생성부(210)를 연결하는 탄성 연결부(220)를 포함할 수 있다.
부하 생성부(210)는 힘작용 핸들(100)에 작용하는 부하를 생성하며, 제어부(400)의 제어를 받으면서 유압 또는 공압에 의해 작동되도록 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 부하 생성부(210)는, 도 2에 도시된 바와 같이 유압펌프(211)와 유압실린더(212)를 포함할 수 있다. 이때, 제어부(400)는 유압펌프(211)를 제어하거나 유압펌프(211)에서 유압실린더(212)로 들어가는 유압을 조절함으로써 유압실린더(212)의 로드(213)의 움직임을 제어하게 된다. 이와 같이 제어부(400)에 제어되는 부하 생성부(210)의 일 예로, 전기-유압식 엑츄에이터(EHA: Eletro-Hydraulic Actuator)를 들 수 있다.
일 실시예에 따른 부하 생성부(210)는 유압에 의해 작동되고, 유압펌프(211)와 유압실린더(212)를 포함하도록 구성되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 부하 생성부(210)는 힘작용 핸들(100)에 작용하는 부하를 생성할 수만 있으면 되고, 그 구체적인 원리나 구성에는 특별한 제한이 없다. 즉, 다른 실시예에 따르면, 부하 생성부(210)는 공압에 의해 작동되거나 자기력에 의해 작동될 수 있으며, 펌프나 압축기 대신에 유압원 또는 공압원으로부터 연결된 파이프로부터 유압 또는 공압을 받아 작동될 수도 있다.
탄성 연결부(220)는 도 1에 도시된 바와 같이 힘작용 핸들(100) 전체에 작용되는 운동력을 전달받고, 부하 생성부(210)에 의해 생성된 부하로 구동력을 전달받아, 탄성 연결부(220)에 포함된 탄성부재의 변위가 변화되도록 구성될 수 있다. 여기서의 탄성부재는 스프링일 수 있으며, 스프링인 탄성부재를 포함하는 탄성 연결부(220)는 일 예로, 직렬 탄성 구동기(SEA: Series Elastic Actuator)를 들 수 있다. 또한, 탄성 연결부(220)는 부하 생성부(210)로부터 생성된 구동력에 따라 상하방향으로 이동될 수 있다.
힘작용 연결부(300)는, 부하 분배 부재(310)와 케이블(320)을 포함한다. 부하 분배 부재(310)는 제1 핸들(110) 및 제2 핸들(120) 각각에 작용된 사용자의 힘에 따라 부하 생성 모듈(200)에서 생성되어 전달되는 부하가 분배되도록 한다. 이와 같은 힘작용 연결부(300)로 인해, 본 개시의 케이블 머신은, 근력이 다른 사용자의 양팔에 대한 근력 향상을 위해 적절하면서도 정확한 부하가 부여할 수 있는바, 근력보다 과도한 부하로 인한 운동을 통해 부상이 발생되는 것을 방지할 수 있으며, 제1 핸들(110)과 제2 핸들(120)에 각기 다른 부하가 부여될 수 있음을 이용하여 재활 운동을 효과적으로 진행할 수 있다.
케이블(320)은 도시된 바와 같이 부하 분배 부재(310)와 힘작용 핸들(100)을 연결한다. 케이블(320)은 제1 핸들(110)에 일단이 연결되는 제1 케이블(321)과, 제2 핸들(120)에 일단이 연결되는 제2 케이블(322)을 포함한다. 이처럼 부하 분배 부재(310)와 힘작용 핸들(100)을 연결하는 케이블(320)은 힘의 방향을 바꾸기 위한 복수 개의 고정도르래/움직도르래를 거칠 수 있다.
제어부(400)는 연산 처리, 저장 및 제어 기능 등을 수행하기 위해 전기 회로, 회로 기판, 집적회로칩, 소프트웨어, 펌웨어 형식 등으로 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 탄성 연결부(220)가 전달받은 운동력과 구동력에 기초하여 부하 생성부(210)가 부하를 생성하도록 한다. 구체적으로, 제어부(400)는 탄성 연결부(220)에 포함된 탄성부재의 변위 변화를 이용하여 운동력과 구동력에 의한 상호 힘을 연산하고, 연산된 힘을 기초로 부하 생성부(210)가 부하를 생성하도록 한다. 이때, 부하 생성부(210)에 의해 생성된 부하는 케이블(320)에 작용한다.
제어부(400)에는 터치 패널, 키패드, 키보드 등으로 이루어진 입력장치(600)가 구비될 수 있으며, 이에 따라 사용자는 입력장치(600)를 이용하여 운동 계획에 따른 적절한 운용 모드를 선택하고 설정할 수 있다. 이때, 각 운용 모드에서는 추가적인 제어 인자들을 입력하여 제어 작동을 세밀하게 조절할 수 있다. 또한, 입력장치(600)는 상술한 바와 같이 제어부(400)에 구비될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명에서의 입력장치(600)는 제어부(400) 이외의 다른 구송요소에 구비될 수 있으며, 예를 들어 후술할 본체(700)에 구비될 수 있다.
그리고 입력장치(600)는 스마트 케이블 머신의 전용으로 구성되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 일 실시예로, 입력장치(600)는 사용자가 소지하고 있는 휴대폰, 태블릿 등의 장치에 설치된 소프트웨어 형식으로 구현될 수 있다. 이 경우, 사용자는 휴대폰, 태블릿 등의 장치에 구현된 소프트웨어를 구동시키고, 휴대폰, 태블릿 등의 장치의 유선 통신부 또는 무선 통신부를 이용하여 유/무선으로 제어부(400)에 명령을 입력할 수 있다.
제어부(400)의 저장 장치(메모리)에는 여러 운용 모드에 따른 제어 모델들이 미리 저장되어 있을 수 있으며, 사용자는 입력장치(600)로 운용 모드와 제어 모델을 설정하고, 각 운용 모드의 세부 조절을 위한 인자들의 값을 추가로 입력하여 부하 생성부(210)를 적절히 제어할 수 있다.
일 실시예로, 사용자는 운동 지도사 등의 조언을 받아 미리 운동 계획을 세우고, 그에 따른 운용 모드를 설정하여 입력장치(600)로 제어부(400)에 명령을 입력할 수 있다. 이때, 사용자는 설정된 운용 모드의 기본형을 그대로 수행할 것인지, 아니면 설정된 운용 모드를 세부적으로 추가 조절할지를 결정한 다음, 설정된 운용 모드를 세부적으로 추가 조절하는 경우, 관련된 인자들의 값을 제어부(400)에 추가로 입력한다. 이에 따라, 제어부(400)는 사용자의 입력값을 받아 연산한 후, 미리 저장된 제어 모델에 따라 부하 생성부(210)가 초기 부하를 생성하도록 한다. 사용자가 양손으로 힘작용 핸들(100)을 당기며 운동을 시작하게 되면, 사용자가 작용하는 운동력이 힘작용 연결부(300)를 거쳐 탄성 연결부(220)에 전달된다. 또한, 설정된 운용 모드에 따라 부하 생성부(210)가 생성한 구동력도 탄성 연결부(220)에 전달되어 부하를 생성하게 된다. 이때, 탄성 연결부(220)에 포함된 탄성부재의 변위 변화가 발생되며, 센서 등을 측정된 탄성부재의 변위 변화 결과를 제어부(400)로 전달한다.
이에 따라, 제어부(400)는, 탄성부재의 변위를 이용하여 탄성 연결부(220)에 작용하는 상호 힘 Fh를 연산한다. 상호 힘 Fh는 탄성부재의 변위값을 변수로 한 수학식으로 표현할 수 있으며, 제어부(400)는 그러한 수학식을 기초로 하여 상호 힘 Fh를 연산한다.
또한, 제어부(400)는 연산된 Fh를 기초로, 어드미턴스 모델(Admittance Model)을 설정한다. 하기 [수학식 1]에 나타난 바와 같이, 어드미턴스 모델 I(s)는, 복수 개의 인자들을 포함하여 수립될 수 있다. 즉, 어드미턴스 모델 I(s)는, 가상의 임피던스 인자인 M, C, K를 이용하여 수립되는데, M, C, K의 값은, 제어 모델에 따라 미리 지정되거나, M, C, K의 값들 중 적어도 하나를 사용자가 입력장치(600)를 통해 제어부(400)로 입력시킬 수 있다. 제어부(400)는, 지정되거나 입력된 인자들의 값에 따라 부하 생성부(210)가 적절한 운동 부하를 생성하도록 제어한다.
[수학식 1]
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[수학식 1]에서, M 인자는 가상의 질량을 의미하고, 그 값을 증가시킬 때 관성력에 대한 효과가 커진다. C 인자는 가상의 댐핑을 의미하고, 그 값을 증가시킬 때 점성력에 대한 효과가 커진다. K 인자는 가상의 스프링을 의미하고, 그 값을 증가시킬 때 탄성력에 대한 효과가 커진다.
제어부(400)는 [수학식 1]의 어드미턴스 모델 I(s)를 이용하여 도 3에 도시된 제어 작용을 수행할 수 있다. 구체적으로, 제어부(400)는, 속도 제어기 C(s)를 이용하여 근력 운동 시스템 G(s)를 속도 제어하고, 그 상태에서 상호 힘 Fh를 기초로 하여 어드미턴스 모델 I(s)를 설정하고, 부하 생성부(210)를 구동하여 적절한 부하를 생성한다. 이때, 생성된 부하는, 관성력, 점성력, 탄성력 각각과 관련되어 작용할 수 있으며, 관성력, 점성력, 탄성력 중 적어도 두 개 또는 그 이상이 조합된 힘과 관련되어 작용할 수 있다.
그리고 제어부(400)는, 생성된 부하를 기반으로 근력 운동 시스템 G(s)의 동작 프로파일을 생성하여, 등속성 운동 모드, 등장성 운동 모드, 등척성 운동 모드를 구현할 수도 있다. 이러한 본 실시예에 따른 제어부(400)는, 운용 모드에 따라 부하 생성부(210)를 통해 다양한 운동 부하를 구현하는바, 사용자는 힘작용 핸들(100)을 당겨 그러한 운동 부하에 의해 다양한 운동 자극을 전달받게 되므로, 근력 운동 시 운동 효과를 극대화할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 스마트 케이블 머신을 이용하면, 일반인, 운동선수, 재활치료가 필요한 환자 등과 같이 여러 사용자에 적합한 최적의 근력 운동 프로그램을 계획하고 수행할 수 있다.
일 실시예에 따른 스마트 케이블 머신은 사용자의 신체 상태를 측정할 수 있는 신체감지센서(500)를 더 포함할 수 있다. 신체감지센서(500)는 일 예로, 사용자의 심박수, 체온, 등을 측정할 수 있으며, 적외선 센서, 카메라 센서 등이 적용될 수 있다. 이때, 제어부(400)는 신체감지센서(500)를 통해 측정된 사용자의 신체 상태값이 사용자에게 무리가 된다 판단되면, 토크제어기 T(s)를 통해 구동력을 제한할 수 있다, 즉 힘작용 핸들(100) 전체에 부여될 부하를 낮춤으로써, 사용자의 부상을 미연에 방지할 수 있다. 예를 들어, 제어부(400)는 신체감지센서(500)에 의해 측정된 심박수가 사전에 입력된 설정 심박수(한계 심박수)를 초과하면, 구동력을 제1 설정값 이하로 제한할 수 있다. 여기서의 설정 심박수와 제1 설정값은, 사용자가 입력장치(600)를 통해 사전에 입력을 하여 저장할 수 있으며, 제1 설정값은 부하 생성부(210)에 의해 초기 생성된 부하보다 작은 값을 가짐이 바람직하다.
그리고, 제어부(400)는 운동력의 변화값이 제2 설정값에 도달하면(예를 들어, 사용자의 힘이 급격히 변화하는 경우 - 사용자의 제1 핸들 및 제2 핸들의 놓침, 사용자의 힘빠짐 등), 토크제어기 T(s)를 통해 구동력을 제3 설정값 이하로 제한할 수 있다. 여기서의 제2 설정값 및 제3 설정값은 사용자가 입력장치(600)를 통해 사전에 입력을 하여 저장할 수 있으며, 제3 설정값은 부하 생성부(210)에 의해 초기 생성된 부하보다 작은 값을 가짐이 바람직하다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 스마트 케이블 머신을 보여주는 사시도이다. 도 5은 본 개시의 일 실시예에 따른 스마트 케이블 머신에 케이블이 연결된 구조를 보여주는 정면도이다. 도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 사용자가 핸들을 당길 때, 탄성 연결부(220)와 부하 분배 부재(310)의 움직임을 보여주는 정면도이다. 도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 스마트 케이블 머신에 적용되는 제1 아암이 측방향으로 회전된 상태를 보여주는 예시도이다. 도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 스마트 케이블 머신에 적용되는 제2 아암이 상방으로 회전된 상태를 보여주는 예시도이다.
본 개시의 일 실시예에 따른 케이블 머신은, 도 4 내지 8에 도시된 바와 같이, 다수의 프레임으로 골격을 이루고, 내측에 부하 생성 모듈(200) 및 부하 분배 부재(310)가 구비된 본체(700)를 포함할 수 있으며, 본체(700)의 양측에는 끝단에 힘작용 핸들(100)이 각각 구비되는 아암유닛(800)이 결합될 수 있다. 이때, 케이블(320)은 본체(700)에 구비된 부하 분배 부재(310)와 아암유닛(800)에 구비된 힘작용 핸들(100)을 연결한다.
일 실시예에 따른 본체(700)는 다수의 프레임이 사각틀 형태를 이루고, 그 내측에 부하 생성 모듈(200) 및 부하 분배 부재(310)가 구비될 수 있다. 부하 생성 모듈(200)은 부하 분배 부재(310)의 하측에 구비될 수 있으며, 부하 분배 부재(310)로부터 아암유닛(800)으로 연결된 케이블(320)은 복수 개의 고정 도르래를 거치도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따른 아암유닛(800)은 본체(700)의 상부에 결합되는 제1 아암(810)과, 제1 아암(810)의 외측에 결합되는 제2 아암(820)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 아암(810)은 상하방향으로 축고정되어 도 7에 도시된 바와 같이 측방향(시계 방향 또는 반시계 방향)으로 회전가능하게 구비될 수 있다. 그리고 제2 아암(820)은 일단이 제1 아암(810)의 외측에 힌지결합되어 도 8에 도시된 바와 같이 상하방향으로 회전가능하게 구비될 수 있다. 이처럼 측방향으로 회전가능한 제1 아암(810)과 상하방향으로 회전가능한 제2 아암(820)을 고정시키기 위한 고정수단이 구비될 수 있다. 고정수단은 일 예로 회전된 제1 아암(810) 또는 제2 아암(820)을 관통하게끔 탄성적으로 돌출되는 탄성핀일 수 있다. 따라서, 사용자는 근력을 향상시키고자 하는 신체 부위, 또는 운동 방법 등에 따라 제1 아암(810)과 제2 아암(820)을 소정의 각도만큼 회전시킨 후 고정하여 근력 운동을 수행할 수 있다.
일 실시예에 따른 스마트 케이블 머신은 본체의 양측에 결합되고 끝단에 힘작용 핸들이 구비되는 아암유닛(800)을 포함할 수 있다. 아암유닛(800)은, 본체(700)의 상부에 결합되고 측방향으로 회전가능하게 구비된 제1 아암(810) 및 제1 아암(810)의 외측에 결합되고 상하방향으로 회전가능하게 구비된 제2 아암(820)을 포함한다.
도 6에 도시된 것과 같이, 부하 분배 부재(310)는 사용자가 힘작용 핸들을 움직임에 따라 탄성 연결부(220)(또는 직렬 탄성 구동기; Series Elastic Actuator)와 함께 지면과 수직인 방향으로 이동할 수 있다. 부하 분배 부재(310)는 적어도 하나의 움직 도르래(520)를 포함하고, 본체(700)의 상부 하측에 적어도 하나의 고정 도르래(510)가 배치될 수 있다. 케이블은 적어도 하나의 움직 도르래(520) 및 적어도 하나의 고정 도르래(510)를 거쳐 부하 분배 부재(310)와 힘작용 핸들을 연결할 수 있다. 이와 같은 구성에 의해, 스마트 케이블 머신의 부피를 작게하면서 사용자가 핸들을 당길 수 있는 최대 운동 거리를 충분하게 확보할 수 있다. 구체적으로, 부하 분배 부재(310) 및 탄성 연결부(220) 자체의 이동 가능 길이/스트로크는 200 mm에 불과하여, 이를 1:1로 케이블을 통해 그대로 당기게 되면 사용자가 운동할 수 있는 길이를 충분히 확보하지 못한다. 따라서, 부하 분배 부재(310) 및 탄성 연결부(220)의 이동 가능 길이/스트로크를 대신 적어도 하나의 고정 도르래(510) 및 움직 도르래(520)을 이용하여 부하 분배 부재(310) 및 탄성 연결부(220)의 이동 가능 길이/스트로크를 늘림으로써 스마트 케이블 머신의 부피를 작게 할 수 있다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 스마트 케이블 머신의 상세 구성을 나타내는 블록도이다. 도시된 것과 같이, 스마트 케이블 머신은 입출력장치(910), 통신장치(920), 제어부(930), 모터(미도시), 전기 유압 구동기(940)(EHA, Electro Hydraulic Actuator), 직렬 탄성 구동기(950)(SEA, Series Elastic Actuator) 및 힘작용 연결부(960)를 포함할 수 있다.
입출력장치(910)는 직렬 탄성 구동기 인코더(912) 및 전기 유압 구동기 인코더(914)를 포함할 수 있다. 입출력장치(910)는 전기 유압 구동기(940) 및 직렬 탄성 구동기(950)의 동작 데이터/실시간 위치 데이터를 제어부(930)에 전송하도록 구성될 수 있다. 또한, 입출력장치(910)는 터치 패널, 키패드, 키보드 등을 포함할 수 있다. 사용자는 입출력장치(910)를 이용하여 운동 계획에 따른 적절한 운용 모드를 선택하고 설정할 수 있다. 이때, 각 운용 모드에서는 추가적인 제어 인자들을 입력하여 제어 작동을 세밀하게 조절할 수 있다. 입출력장치(910)는 제어부(930)와 통신할 수 있도록 연결될 수 있다.
통신장치(920)는 다양한 정보(예를 들어, 사용자 정보 및 운동 정보 데이터)를 제어부(930)와 송수신하도록 구성될 수 있다. 추가적으로, 통신장치(920)는 네트워크를 통해 사용자의 휴대폰, 태블릿 또는 다른 시스템(일례로 별도의 클라우드 시스템 등)과 통신하기 위한 구성 또는 기능을 제공할 수 있다.
제어부(930)는 구동력 제어부(932), 운동력 제어부(934) 및 컨텐츠 제어부(936)를 포함할 수 있다. 제어부(930)는 구동에 관련한 전체 알고리즘을 실시간으로 제어할 수 있도록 구성될 수 있다. 제어부(930)는 연산 처리, 저장 및 제어 기능 등을 수행하기 위해 전기 회로, 회로 기판, 집적회로칩, 소프트웨어, 펌웨어 형식 등으로 다양한 형태로 구성될 수 있다.
제어부(930)는 직렬 탄성 구동기(950)가 전달받은 운동력과 구동력에 기초하여 모터와 전기 유압 구동기(940)가 부하를 생성하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 제어부(930)는 직렬 탄성 구동기(950)에 포함된 복수의 탄성체의 변위 변화를 이용하여 운동력과 구동력에 의한 상호 힘을 연산하고, 연산된 힘을 기초로 모터와 전기 유압 구동기(940)가 부하를 생성하도록 할 수 있다.
제어부(930)의 저장 장치(메모리)에는 여러 운용 모드에 따른 제어 모델들이 미리 저장되어 있을 수 있다. 사용자는 입출력장치(910)로 운용 모드와 제어 모델을 설정하고, 각 운용 모드의 세부 조절을 위한 인자들의 값을 추가로 입 력하여 모터 및 전기 유압 구동기(940)를 적절히 제어할 수 있다. 일 실시예로, 사용자는 운동 지도사 등의 조언을 받아 미리 운동 계획을 세우고, 그에 따른 운용 모드를 설정하여 입출력장치(910)로 제어부(930)에 명령을 입력할 수 있다. 이때, 사용자는 설정된 운용 모드의 기본형을 그대로 수행할 것인지, 아니면 설정된 운용 모드를 세부적으로 추가 조절할지를 결정한 다음, 설정된 운용 모드를 세부적으로 추가 조절하는 경우, 관련된 인자들의 값을 제어부(930)에 추가로 입력할 수 있다.
이에 따라, 구동력 제어부(932)는 사용자의 입력값을 받아 연산한 후, 미리 저장된 제어 모델에 따라 모터 및 전기 유압 구동기(940)가 부하를 생성하도록 할 수 있다. 이 때, 직렬 탄성 구동기(950)에 포함된 복수의 탄성체의 변위 변화가 발생되며, 측정된 복수의 탄성체의 변위 변화 결과를 구동력 제어부(932)로 전달하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 구동력 제어부(932)는, 복수의 탄성체의 변위를 이용하여 직렬 탄성 구동기(950)에 작용하는 상호 힘 Fh를 연산한다. 상호 힘 Fh는 복수의 탄성체의 변위값을 변수로 한 [수학식 1]로 표현할 수 있으며, 구동력 제어부(732)는 그러한 수학식을 기초로 하여 상호 힘 Fh를 연산한다.
또한, 운동력 제어부(734)는 연산된 Fh를 기초로, 어드미턴스 모델 (Admittance Model)을 설정한다. 상술한 [수학식 1]에 나타난 바와 같이, 어드미턴스 모델 I(s)는, 복수 개의 인자들을 포함하여 수립될 수 있다. 즉, 어드미턴스 모델 I(s)는, 가상의 임피던스 인자인 M, C, K를 이용하여 수립되는데, M, C, K의 값은, 제어 모델에 따라 미리 지정되거나, M, C, K의 값들 중 적어도 하나를 사용자가 입출력장치(910)를 통해 운동력 제어부(934)로 입력시킬 수 있다. 운동력 제어부(934)는, 지정되거나 입력된 인자들의 값에 따라 전기 유압 구동기(940)가 적절한 운동 부하를 생성하도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 운동력 제어부(934)는, 상호 힘 Fh를 기초로 하여 어드미턴스 모델 I(s)를 설정하고, 모터 및 전기 유압 구동기(940)를 구동하여 적절한 부하를 생성한다. 이때, 생성된 부하는, 관성력, 점성력, 탄성력 각각과 관련되어 작용할 수 있으며, 관성력, 점성력, 탄성력 중 적어도 두 개가 조합된 힘과 관련되어 작용할 수 있다.
일 실시예에 따른 스마트 케이블 머신은 사용자의 신체 상태를 측정할 수 있는 신체감지센서를 더 포함할 수 있다. 신체감지센서는 일 예로, 사용자의 심박수, 체온 등을 측정할 수 있으며, 적외선 센서, 카메라 센서 등이 적용될 수 있다. 이때, 컨텐츠 제어부(936)는 신체감지센서를 통해 측정된 사용자의 신체 상태값이 사용자에게 무리가 된다 판단되면, 토크제어기를 통해 구동력을 제한하여 시트에 부여될 부하를 낮춤으로써, 사용자의 부상을 미연에 방지할 수 있다. 예를 들어, 컨텐츠 제어부(936)는 신체감지센서에 의해 측정된 심박수가 사전에 입력된 설정 심박수(한계 심박수)를 초과하면, 구동력을 제1 설정값 이하로 제한할 수 있다. 여기서의 설정 심박수와 제1 설정값은, 사용자가 입출력장치(910)를 통해 사전에 입력을 하여 저장할 수 있으며, 제1 설정값은 모터 및 전기 유압 구동기(940)에 의해 생성된 부하보다 작은 값을 가짐이 바람직하다. 그리고, 컨텐츠 제어부(936)는 운동력의 변화값이 제2 설정값에 도달하면(예를 들어, 사용자의 힘이 급격히 변화하는 경우, 사용자의 힘빠짐 등), 토크제어기를 통해 구동력을 제3 설정값 이하로 제한할 수 있다.
또한, 컨텐츠 제어부(936)는 사용자가 1회 운동을 수행할 수 있는 최대 부하값(1RM)을 측정하기 위해 부하값을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부는, 사용자가 핸들에 힘을 가하는 동안 최대 부하가 가해지도록 한 뒤, 서서히 부하의 크기를 줄여나감으로써, 사용자가 핸들을 당김에 따라 탄성 연결부가 움직이기 시작하는 시점의 부하값을 사용자가 1회 운동을 수행할 수 있는 최대 부하값(1RM)으로 인정하도록 구성될 수 있다.
전기 유압 구동기(940)는 모터와 연결되어, 모터로부터 생성된 초기 부하를 증폭시켜 부하를 생성하도록 구성될 수 있다. 전기 유압 구동기(940)는 힘작용 연결부(960) 전체에 부여될 부하를 생성하며, 제어부(930)의 제어를 받으면서 유압에 의해 작동되도록 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전기 유압 구동기(940)는 유압펌프 및 유압실린더를 포함할 수 있고, 제어부(930)는 유압펌프를 제어하거나 유압펌프에서 유압실린더로 들어가는 유압을 조절함으로써 유압실린더의 로드의 움직임을 제어할 수 있다.
직렬 탄성 구동기(950)는 전기 유압 구동기(940)와 연결되고 복수의 탄성체를 포함하여, 힘작용 연결부(960)에 작용되는 운동력을 전달받고, 전기 유압 구동기(940)에 의해 생성된 부하로 구동력을 전달받아, 탄성체의 변위가 변화되도록 구성될 수 있다. 이를 통해 직렬 탄성 구동기(950)는 사용자가 핸들을 당기기 시작하는 시점 또는 사용자가 핸들을 당기기를 종료하는 시점을 감지하도록 구성될 수 있다. 복수의 탄성체는 생성하고자 하는 최대 부하의 크기 등에 따라 그 길이 또는 탄성계수 등이 다르게 구성될 수 있다.
일 실시 예에서, 운동 길이를 측정하기 위해 핸들의 움직임을 감지하도록 구성된 센서 모듈이 스마트 케이블 머신에 더 포함될 수 있다. 예를 들어, 센서 모듈은 직렬 탄성 구동기(950)(또는 탄성 연결부)의 이동을 감지하도록 구성되고, 직렬 탄성 구동기(950)의 이동 길이에 기초하여 핸들의 이동 길이를 산출할 수 있다. 제어부(930)는 사용자의 매 운동 횟수마다의 운동 길이를 디스플레이상에 표시할 수 있다. 예를 들어, 제어부(930)는 센서 모듈을 이용하여 사용자의 최초 운동 길이를 산출하고, 최초 운동 길이에 기초하여 운동 인정 거리를 결정할 수 있다. 사용자가 핸들을 운동 인정 거리 이상 당기는 경우 1회 운동으로 인정하고, 제어부(930)는 사용자가 매 운동 횟수마다 핸들을 운동 인정 거리 이상의 거리로 당겼는지 여부를 그래프 등 시각 자료로 디스플레이에 표시할 수 있다.
힘작용 연결부(960)는 모터, 전기 유압 구동기(940) 및 직렬 탄성 구동기(950)에서 생성된 부하를 사용자에게 전달하도록 구성될 수 있다. 힘작용 연결부(960)는 부하 분배 부재와 케이블을 포함할 수 있고, 고정도르래 및/또는 움직도르래를 포함할 수 있다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따라 사용자의 운동과 관련된 정보를 입력하는 예시를 나타내는 도면이다. 이와 같은 정보는 스마트 케이블 머신의 디스플레이 상에 표시되거나, 스마트 케이블 머신과 연결된 사용자 단말(예를 들어, 스마트폰)의 디스플레이 상에 표시될 수 있다. 제1 화면(1010)은 사용자가 1RM(Repetition Maximum) 테스트 모드에서 관련 정보를 입력하는 예시를 나타낸다. 도시된 것과 같이, 사용자는 제1 화면(1010)을 통해 키, 성별, 체중 등의 정보를 입력할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부는 사용자로부터 1RM(Repetition Maximum) 테스트를 실행하기 위한 사용자 입력을 수신하는 것에 응답하여, 부하 생성부에 의해 생성되는 힘작용 핸들에 부여될 부하의 점성력, 탄성력 및 관성력을 모두 최저 레벨(Low)로 설정할 수 있다. 이 경우, 힘작용 핸들에 부여될 부하의 점성력, 탄성력 및 관성력을 모두 최저 레벨(Low)로 설정하는 이유는 1RM 측정 시에 순수한 힘 제어를 통해서 사용자의 부담을 줄이고, 정확한 1RM 측정을 수행하기 위함이다. 이와 달리, 어드미턴스 제어(힘작용 핸들에 부여될 부하의 점성력, 탄성력 및 관성력을 모두 최저 레벨(Low)로 설정하지 않는 경우)가 적용되는 경우, 수식이나 근육 사용 위치 등의 부가적인 상황을 만족시킬 수 없는 문제가 있다.
일 실시예에서, 운동 부위 및 자세(예컨대, 팔 운동, 가슴 운동, 어깨 운동 등)에 따라 1RM 추정값이 달리 산출될 수 있다.
일 실시예에서, 제어부는 사용자가 입력한 성별과 몸무게, 그리고 하기 [수학식 2]에 기초하여 1RM 테스트를 진행하기 위한 초기 운동 부하값을 산출할 수 있다. 하기 [수학식 2]에서, 1RM은 초기 1RM 추정값 또는 1RM 추정값, w는 운동 부하값, r 은 사용자가 운동한 횟수를 의미한다. 여기서, 초기 1RM의 추정값은 남자의 경우 몸무게의 50%, 여자의 경우 몸무게의 30%로 설정될 수 있다. 또한, 제어부는 사용자가 운동한 횟수를 8회로 설정하여, 초기 운동 부하값을 산출할 수 있다. 예를 들어, 60㎏인 남자가 1RM 테스트를 진행하는 경우, 초기 1RM 추정값은 30㎏이고, 제어부는 [수학식 2]에 r=8 및 1RM=30을 입력하여, 초기 운동 부하값을 23㎏으로 산출할 수 있다.
[수학식 2]
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초기 운동 부하값이 산출된 경우, 제어부는 사용자에게 해당 무게로 최대 운동할 수 있는 횟수로 운동하라는 메시지를 디스플레이에 출력할 수 있다. 이 경우, 초기 운동 부하값도 사용자에게 디스플레이를 통해 제공될 수 있다. 예를 들어, 제어부는 23㎏의 무게로 최대 운동할 수 있는 횟수로 운동하라는 메시지를 디스플레이에 출력할 수 있다.
사용자가 초기 운동 부하값으로 최대 운동할 수 있는 횟수로 운동을 완료한 경우, 제어부는 사용자가 실제 운동한 횟수 및 초기 운동 부하값에 기초하여 사용자의 1RM 추정값을 산출할 수 있다. 예를 들어, 초기 운동 부하값인 23㎏으로 9회 운동한 경우, 제어부는 수학식 2에 w=23㎏, r=9를 입력하여 사용자의 1RM 추정값을 30㎏으로 산출할 수 있다. 이 경우, 산출된 1RM 추정값은 디스플레이를 통해 사용자에게 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 사용자가 초기 운동 부하값으로 10회 이상 운동을 수행한 경우, 1RM 테스트를 다시 한번 진행할 수 있다. r=10 이상인 경우, 1RM 추정식의 신뢰도가 낮아지기 때문이다. 이 경우, 사용자에게 충분한 휴식을 취한 후 1RM 테스트를 다시 진행하라는 메시지가 디스플레이를 통해 제공될 수 있다. 1RM 테스트를 다시 진행하는 경우, 처음 진행한 1RM 테스트에서 추정된 1RM값에 기초하여 운동 부하값이 재설정될 수 있다. 예를 들어, 60㎏인 남자가 최초 1RM 테스트에서 초기 운동 부하값 23㎏으로 15회 운동을 완료하여 1RM 추정값이 35㎏으로 산출된 경우, 수학식 2에 1RM=35, r=8을 입력하여 운동 부하값을 27㎏으로 재설정할 수 있다. 사용자가 재설정된 운동 부하값으로 최대 운동할 수 있는 횟수로 운동을 완료한 경우, 사용자가 운동한 횟수에 기초하여 1RM 추정값이 다시 산출될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 재설정된 운동 부하값인 27㎏으로 7회 운동을 완료한 경우, 사용자의 1RM 추정값이 33㎏으로 재산출될 수 있다.
일 실시예에서, 제어부는 사용자로부터 1RM(Repetition Maximum) 테스트를 실행하기 위한 사용자 입력을 수신하는 것에 응답하여, 부하 생성부에 의해 생성되는 힘작용 핸들에 부여될 부하의 점성력, 탄성력 및 관성력을 모두 최저 레벨로 설정할 수 있다. 여기서, 사용자의 입력은 사용자의 몸무게 및 성별과 연관된 정보를 포함할 수 있다. 제어부는 힘작용 핸들에 부여될 부하의 크기를 사용자의 몸무게 및 성별에 기초하여 결정할 수 있다. 이 상태에서, 사용자는 최대 운동할 수 있는 횟수로 운동을 수행할 수 있다. 사용자가 운동을 완료한 경우, 제어부는 힘작용 핸들에 부여될 부하의 크기, 사용자의 운동 횟수 및 1RM 추정 모델에 기초하여 사용자의 1RM 값을 산출하고, 산출된 사용자의 1RM 값을 디스플레이에 표시할 수 있다. 여기서, 1RM 추정 모델은 [수학식 2]에 기초하여 산출되고, w는 힘작용 핸들에 부여될 부하의 크기, r은 사용자의 운동 횟수를 나타낼 수 있다.
일 실시예에서, 사용자의 운동 횟수가 미리 설정된 임계값을 초과하는 경우, 제어부는 산출된 사용자의 1RM 값 및 1RM 추정 모델에 기초하여 힘작용 핸들에 부여될 새로운 부하의 크기를 산출할 수 있다. 이 경우, 사용자가 새로운 부하의 크기로 최대 운동할 수 있는 횟수로 운동을 수행할 수 있다. 사용자가 다시 한번 운동을 완료한 경우, 제어부는 산출된 새로운 부하 크기, 사용자의 신규 운동 횟수 및 1RM 추정 모델에 기초하여 사용자의 보정된 1RM 값을 산출할 수 있다. 제어부는 산출된 사용자의 보정된 1RM 값을 디스플레이에 표시할 수 있다.
일 실시예에서, 사용자의 추정된 1RM 값에 기초하여 사용자의 현재 운동 수준을 결정하고, 디스플레이를 통해 사용자에게 제공할 수 있다. 예를 들어, 아래 [표 1]에 따라 사용자의 추정된 1RM 값에 기초하여 사용자의 현재 운동 수준을 Beginner, Novice, Intermediate, Advanced, Elite 중 적어도 하나로 결정할 수 있다. 아래에서 몸무게 대비 %는 운동의 종류 및 자세에 따라 달리 설정될 수 있다.
Beginner Novice Intermediate Advanced Elite
남자 몸무게의 50% 몸무게의 80% 몸무게의 110% 몸무게의 140% 몸무게의 180%
여자 몸무게의 30% 몸무게의 50% 몸무게의 70% 몸무게의 100% 몸무게의 130%
일 실시예에서, 제어부는 사용자의 측정된 1RM 값에 기초하여, 운동 루틴 정보를 결정할 수 있다. 구체적으로, 제어부는 사용자의 측정된 1RM 값에 기초하여 운동 부하값, 세트당 반복횟수, 세트 횟수, 세트당 휴식시간 등을 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 [표 2]에 따라 사용자가 '근력운동', '근비대 운동' 및 '근지구력 운동' 중 어떤 목적의 운동을 수행하는지에 따라 1RM 값에 기초하여 운동 루틴 정보를 결정할 수 있다. 일 실시예에서, 제어부는 사용자의 현재 운동 수준에 기초하여 [표 2]의 범위 내에서 운동 부하값, 세트당 반복횟수, 세트 횟수, 세트당 휴식시간 등을 결정할 수 있다. 예를 들어, 사용자의 현재 운동 수준이 낮은 경우 운동 부하값, 세트당 반복횟수, 세트 횟수를 범위의 하단에 가깝게 설정하고, 세트 휴식시간을 범위의 상단에 가깝게 설정할 수 있다. 반면, 사용자의 현재 운동 수준이 높은 경우 운동 부하값, 운동 세트, 세트당 반복횟수, 세트 횟수를 범위의 상단에 가깝게 설정하고, 세트 휴식시간을 범위의 하단에 가깝게 설정할 수 있다. 대안적으로, 제어부는 사용자가 어떤 목적의 운동을 수행하는지 및 사용자의 측정된 1RM 값에 기초하여 [표 2]에 따라 결정되는 운동 부하값, 세트당 반복횟수, 세트 횟수, 세트 휴식시간의 범위를 디스플레이를 통해 사용자에게 제공하고, 사용자가 해당 범위 내에서 특정 값을 선택하도록 할 수 있다.
운동 KG SET당 반복횟수 SET 횟수 SET당 휴식시간
근력운동 1RM의 85% 이상 6회 이하 2~6 set 2~5분
근비대 운동 1RM의 67~85% 이상 6회~12회 3~6 set 30~90초
근지구력 운동 1RM의 67% 이하 12회 이상 2~3 set 30초
제2 화면(1020)은 사용자가 자유 운동 모드에서 관련 정보를 디스플레이 등을 통해 입력하는 예시를 나타낸다. 도시된 것과 같이, 사용자는 제2 화면(1020)을 통해 미리 설정된 운동 코스(파워 향상, 폭발적인 스트랭스 향상, 최대 스트랭스 향상, 근비대, 근지구력 향상 등)를 선택할 수 있다. 대안적으로, 사용자는 제2 화면(1020)을 통해 운동과 관련된 설정을 수동으로 선택할 수 있다.사용자는 제2 화면(1010)을 통해 부하의 크기(예를 들어, 48㎏) 및 다양한 부하의 특성에 대한 설정 값을 입력할 수 있다. 부하의 크기는 사용자가 직접 설정하거나, 제어부가 사용자 맞춤형으로 자동 설정한 값일 수 있다. 부하의 특성은 부하의 점성력, 부하의 탄성력 및 부하의 관성력을 포함할 수 있으며, 각각 low(25%), middle(50%), high(75%), very high(100%)의 4단계 중 하나로 설정될 수 있다. 대안적으로, 부하의 특성 각각은 더 세분화된 단계로 설정 가능하거나, 2단계 또는 3단계 등과 같이 더 단순화된 단계로 설정 가능할 수 있다
여기서, 부하의 점성력은 더 높은 속도로 운동을 수행하려 할수록 사용자가 더 높은 무게감을 느끼도록 하는 부하의 특성을 나타낸다. 부하의 탄성력은 사용자가 핸들을 더 많이 당길수록 사용자가 더 높은 무게감을 느끼도록 하는 부하의 특성을 나타낸다. 부하의 관성력은 동적 상태에서 핸들에 특정 크기의 힘을 가할 때보다 정지 상태에서 핸들에 동일한 특정 크기의 힘을 가할 때 사용자가 더 높은 무게감을 느끼도록 하는 부하의 특성을 나타낸다. 이 때 하나 이상의 부하 유형이 동시에 힘작용 핸들에 부여될 수 있다.
사용자가 운동에 사용하고자 하는 부하 값이 숫자(예를 들어, 48㎏)로 표시되고, 다양한 부하 특성에 대한 설정 값이 그래프 및 문자로 표시되었으나 이에 한정되지 않고, 위 정보는 다양한 형태의 수치, 기호, 문자, 그래프 등으로 표시될 수 있다.
또한, 사용자는 제2 화면(1020)을 통해 진행하고자 하는 운동 세트 수, 운동 세트 당 반복 횟수 등을 입력할 수 있다.
일 실시예에서, 스마트 케이블 머신은 무게를 줄이는 보조 강도와 보조되는 구역을 조절하는 보조 범위를 포함하는 보조 모드를 통해 사용자의 운동을 보조할 수 있다. 사용자는 제2 화면(1020)을 통해 운동 보조 모드를 선택할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 운동 보조 모드를 [표 3]에서와 같이 '강한 보조', '중간 보조', '약한 보조' 중 하나로 선택할 수 있다. [표 3]에 표시된 것과 같이, 운동 보조 기능은 무게를 줄이는 보조 강도와 보조되는 구역을 조절하는 보조 범위로 나뉜다.
보조 모드 보조 강도 보조 범위
강한 보조 속도비의 2배 기존 중량 대비 50~100%
중간 보조 속도비와 동일 기존 중량 대비 70~100%
약한 보조 속도비의 절반 기존 중량 대비 85~100%
일 실시예에서, 사용자가 원하는 운동 무게를 입력하고 운동을 진행하면, 제어부가 최초 3회의 평균 운동 속도를 측정하여 해당 값을 목표 속도로 설정할 수 있다. 이후, 사용자의 운동 속도가 목표 속도보다 감소하는 경우, 제어부는 사용자가 설정한 보조 모드에 따라 부하 무게를 조절하여 운동 보조를 진행할 수 있다. 예를 들어, 목표 속도보다 현재 속도가 빠른 경우, 지정된 운동 부하값을 증가시키지 않되, 목표 속도와 비교해서 사용자의 현재 운동 속도가 낮은 경우, 그 차이값에 기초하여 운동 부하값을 동적으로 낮출 수 있다.즉, 스마트 케이블 머신의 제어부가 사용자의 현재 운동 속도가 처음 운동 속도와 비교하여 미리 정해진 임계치 이상 감소한 것으로 판단하는 경우, 사용자가 설정한 운동 보조 모드에 따라 힘작용 핸들에 부여될 부하의 크기를 상이하게 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 사용자가 운동 보조 모드를 '강한 보조'로 선택한 경우, 사용자의 현재 운동 속도가 처음 운동 속도와 비교하여 미리 정해진 임계치 이상 감소하게 되면, 사용자가 운동 보조 모드를 '약한 보조'로 선택한 경우보다 힘작용 핸들에 부여되는 부하의 크기를 보다 많이 감소시킬 수 있다.
사용자의 운동 속도를 측정하여 운동 속도가 떨어질 경우 실시간 운동 부하값을 제어하는 이러한 구성에 의해, 사용자는 자신의 운동 경력 등에 따라 운동 보조 강도 및 보조 범위를 다르게 설정하거나, 운동 보조 모드를 통해 부상 위험을 최소화할 수 있다. 또한, 스마트 케이블 머신을 통해 사용자의 운동을 보조할 수 있는 개인 트레이너와 함께 운동할 수 있는 효과를 가지고, 힘이 떨어졌을 때 운동 횟수를 늘림으로써 근성장에 도움을 줄 수 있다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따라 카메라를 통한 사용자의 운동을 분석을 제공하는 방법을 나타내는 도면이다. 일 실시예에서, 스마트 케이블 머신은 카메라를 포함할 수 있다. 예를 들어, 카메라는 스마트 케이블 머신의 본체에 배치되어, 사용자가 운동하는 모습을 촬영할 수 있다.
일 실시예에서, 카메라를 통해 스마트 케이블 머신을 이용한 사용자(예를 들어, 숙력된 조교)의 다양한 운동 영상/이미지를 촬영하고, 사용자의 다양한 운동별 기본 자세에 대한 데이터 및 수치 정보를 추출하여 DB(1100)에 저장할 수 있다. 이와 같은 DB(1100)는 스마트 케이블 머신 내부에 저장되거나, 클라우드 서버 등에 저장되어, 스마트 케이블 머신이 접근할 수 있다.
사용자가 운동하는 경우, 스마트 케이블 머신의 카메라는 사용자가 운동하는 모습을 촬영할 수 있다. 제어부는 카메라로부터 인물 객체를 포함하는 이미지를 수신하고, 인물 객체의 골격 정보를 추출할 수 있다. 그리고, 제어부는 추출된 골격 정보에 기초하여 사용자의 운동 자세 교정과 관련된 피드백을 디스플레이 상에 표시할 수 있다. 즉, 제어부는 사용자 동작 인식 데이터(골격 정보 등) 및 수치화에 대한 정보를 DB(1100)에 저장된 레퍼런스 동작과 비교하여 사용자의 운동 동작의 정확도와 유사도를 분석하여, 사용자에 운동 동작 관련 가이드를 제공할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 올바른 자세로 운동하고 있는지 여부, 잘못된 자세로 운동하고 있는 경우, 운동 자세 교정을 위한 피드백을 제공할 수 있다. 또한, 스마트 케이블 머신은 DB(1100)에 저장된 레퍼런스 동작 영상을 디스플레이 상에 표시하여, 숙련도가 높지 않은 사용자가 쉽게 운동을 배울 수 있도록 도울 수 있다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따라 제어부가 사용자에게 운동과 관련된 정보를 제공하는 방법(1200)을 나타내는 흐름도이다. 방법(1200)은 스마트 케이블 머신의 제어부에 의해 수행될 수 있다. 도시된 바와 같이, 방법(1200)은 단계 S1210에서 제어부가 사용자 입력을 수신하는 것으로 개시될 수 있다. 여기서, 사용자 입력은 핸들의 부여될 부하의 크기, 부하의 점성력, 부하의 탄성력, 부하의 관성력, 사용자가 수행하고자 하는 운동의 종류, 운동 세트 수, 세트 내 운동 횟수 등을 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다.
단계 S1220에서, 제어부는 수신한 사용자 입력을 기초로 하여 부하 생성부를 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 제어부는 사용자가 입력한 부하의 크기 값, 그리고 부하의 점성력, 부하의 탄성력 및 부하의 관성력과 관련된 입력값을 받아 연산한 후, 미리 저장된 제어 모델에 따라 모터 및 전기 유압 구동기를 제어할 수 있다. 추가적으로, 제어부는 전기 유압 구동기로부터 사용자가 핸들을 당기기 시작하는 시점과 관련된 정보를 수신하고, 이에 기초하여 모터와 전기 유압 구동기를 제어할 수 있다.
단계 S1230에서, 제어부는 센서 모듈로부터 정보를 수신할 수 있다. 일 실시예에서, 센서 모듈로부터 수신한 정보는 사용자가 힘작용 핸들을 당기는 힘과 관련된 정보, 힘작용 핸들의 움직임 정보 등을 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 또한, 제어부는 센서 모듈로부터 사용자가 힘작용 핸들을 당기기 시작하는 시점과 관련된 정보 및 사용자가 힘작용 핸들을 당기기를 종료하는 시점과 관련된 정보를 수신할 수 있다.
단계 S1240에서, 제어부는 센서 모듈로부터 수신한 정보를 기초로, 디스플레이에 운동과 관련된 정보를 표시할 수 있다. 운동에 관한 정보는 사용자가 입력한 운동과 관련된 설정값 또는 사용자의 운동 수행에 따라 산출된 값 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 운동에 관한 정보는, 핸들에 부여될 부하 값, 핸들에 부여될 부하의 종류, 목표 운동 세트 수, 수행한 운동 세트 수, 목표 운동 수행 횟수, 수행한 운동 횟수, 제1 핸들 및 제2 핸들을 포함하는 힘작용 핸들 각각에 가해지는 힘, 잘못된 운동수행에 대한 경고 표시, 자세 교정 관련 피드백, 근력 등의 향상을 위해 텐션을 유지하는 시간의 추천 값 등을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 사용자가 힘작용 핸들에 가하는 힘이 막대 그래프 형태로 디스플레이 상에 표시될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 핸들을 잡아당기는 힘이 디스플레이의 제1 영역 상에 막대 그래프로 표시될 수 있다. 또한, 사용자의 운동 인정 길이가 디스플레이의 제2 영역 상에 막대 그래프 등의 형태로 표시될 수 있다.
일 실시예에서, 디스플레이는, 사용자가 현재 수행하고 있는 운동 세트 수, 사용자가 수행하고자 지정한 총 운동 세트 수, 각 세트 내에서 사용자가 현재 수행하고 있는 운동 횟수, 각 세트 내에서 사용자가 수행하고자 지정한 총 운동 횟수 및 텐션을 유지하는 시간의 추천 값 등의 정보 등을 제2 영역에 표시할 수 있다. 여기서, 텐션을 유지하는 시간(TUT)은 사용자가 1회 운동을 지속하는 시간을 의미할 수 있다. 텐션을 유지하는 시간은 사용자가 직접 입력하거나, 사용자의 훈련 목적(파워 향상, 폭발적인 스트랭스 향상, 최대 스트랭스 향상, 근비대, 근지구력 향상 등), 사용자의 운동과 관련된 정보(사용자의 체중, 체지방량, 골격근량 등) 등에 따라 자동으로 결정될 수 있다. 제어부는 사용자가 텐션을 유지하는 시간 이상의 시간으로 1회 운동을 하는 경우에만 1회 운동으로 인정할 수 있다. 또한, 매 운동 횟수마다 텐션을 유지하는 시간 이상의 시간으로 운동을 수행했는지 여부를 그래프 등 시청각 자료로 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 디스플레이는 사용자의 매 운동 횟수마다의 운동 길이와 관련된 정보를 제3 영역을 표시할 수 있다. 제어부는 사용자의 최초 운동 길이를 수신하고, 최초 운동 길이에 기초하여 운동 인정 거리를 산출할 수 있다. 예를 들어, 운동 인정 거리는 최초 운동 길이의 80%일 수 있다.
일 실시예에서, 사용자가 힘작용 핸들을 운동 인정 거리 이상을 당긴 경우 1회 운동으로 인정할 수 있다. 디스플레이는 사용자가 매 운동 횟수마다 운동 인정 거리 이상의 거리를 당겨냈는지 여부를 그래프 등 시각 자료로 표시할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이는 매 운동 횟수마다의 운동 거리를 막대 그래프, 꺾은선 그래프, 원형 그래프 등 다양한 방식으로 표시할 수 있다.
추가적으로, 스마트 케이블 머신과 사용자의 휴대폰, 태블릿 등의 장치를 유무선 연결하여, 사용자가 해당 휴대폰, 태블릿을 이용하여 운동과 관련된 설정을 변경하거나, 운동에 관한 정보를 제공받을 수 있다.
일 실시예에서, 상술한 디스플레이 상에 출력될 수 있는 사용자의 운동과 관련된 정보는 도시된 예시에 한정되지 않고, 사용자가 입력한 운동과 관련된 설정 값 또는 사용자의 운동 수행에 따라 산출된 값 및 이와 관련된 시각자료 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 매 운동 회차마다 힘작용 핸들을 당긴 최대 힘/평균 힘 등과 같은 정보가 디스플레이 상에 표시될 수 있다.
상술한 방법은, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수도 있다. 기록매체는 컴퓨터로 실행 가능한 프로그램을 계속 저장하거나, 실행 또는 다운로드를 위해 임시 저장하는 것일 수도 있다. 또한, 매체는 단일 또는 수개 하드웨어가 결합된 형태의 다양한 기록수단 또는 저장수단일 수 있는데, 어떤 컴퓨터 시스템에 직접 접속되는 매체에 한정되지 않고, 네트워크 상에 분산 존재하는 것일 수도 있다. 매체의 예시로는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등을 포함하여 프로그램 명령어가 저장되도록 구성된 것이 있을 수 있다. 또한, 다른 매체의 예시로, 애플리케이션을 유통하는 앱 스토어나 기타 다양한 소프트웨어를 공급 내지 유통하는 사이트, 서버 등에서 관리하는 기록 매체 내지 저장매체도 들 수 있다.
본 개시의 방법, 동작 또는 기법들은 다양한 수단에 의해 구현될 수도 있다. 예를 들어, 이러한 기법들은 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합으로 구현될 수도 있다. 본원의 개시와 연계하여 설명된 다양한 예시적인 논리적 블록들, 모듈들, 회로들, 및 알고리즘 단계들은 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 양자의 조합들로 구현될 수도 있음을 통상의 기술자들은 이해할 것이다. 하드웨어 및 소프트웨어의 이러한 상호 대체를 명확하게 설명하기 위해, 다양한 예시적인 구성요소들, 블록들, 모듈들, 회로들, 및 단계들이 그들의 기능적 관점에서 일반적7으로 위에서 설명되었다. 그러한 기능이 하드웨어로서 구현되는지 또는 소프트웨어로서 구현되는 지의 여부는, 특정 어플리케이션 및 전체 시스템에 부과되는 설계 요구사항들에 따라 달라진다. 통상의 기술자들은 각각의 특정 어플리케이션을 위해 다양한 방식들로 설명된 기능을 구현할 수도 있으나, 그러한 구현들은 본 개시의 범위로부터 벗어나게 하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
하드웨어 구현에서, 기법들을 수행하는 데 이용되는 프로세싱 유닛들은, 하나 이상의 ASIC들, DSP들, 디지털 신호 프로세싱 디바이스들(digital signal processing devices; DSPD들), 프로그램가능 논리 디바이스들(programmable logic devices; PLD들), 필드 프로그램가능 게이트 어레이들(field programmable gate arrays; FPGA들), 프로세서들, 제어기들, 마이크로제어기들, 마이크로프로세서들, 전자 디바이스들, 본 개시에 설명된 기능들을 수행하도록 설계된 다른 전자 유닛들, 컴퓨터, 또는 이들의 조합 내에서 구현될 수도 있다.
따라서, 본 개시와 연계하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 및 회로들은 범용 프로세서, DSP, ASIC, FPGA나 다른 프로그램 가능 논리 디바이스, 이산 게이트나 트랜지스터 로직, 이산 하드웨어 컴포넌트들, 또는 본원에 설명된 기능들을 수행하도록 설계된 것들의 임의의 조합으로 구현되거나 수행될 수도 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서일 수도 있지만, 대안으로, 프로세서는 임의의 종래의 프로세서, 제어기, 마이크로제어기, 또는 상태 머신일 수도 있다. 프로세서는 또한, 컴퓨팅 디바이스들의 조합, 예를 들면, DSP와 마이크로프로세서, 복수의 마이크로프로세서들, DSP 코어와 연계한 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 임의의 다른 구성의 조합으로서 구현될 수도 있다.
펌웨어 및/또는 소프트웨어 구현에 있어서, 기법들은 랜덤 액세스 메모리(random access memory; RAM), 판독 전용 메모리(read-only memory; ROM), 비휘발성 RAM(non-volatile random access memory; NVRAM), PROM(programmable read-only memory), EPROM(erasable programmable read-only memory), EEPROM(electrically erasable PROM), 플래시 메모리, 컴팩트 디스크(compact disc; CD), 자기 또는 광학 데이터 스토리지 디바이스 등과 같은 컴퓨터 판독가능 매체 상에 저장된 명령들로서 구현될 수도 있다. 명령들은 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행 가능할 수도 있고, 프로세서(들)로 하여금 본 개시에 설명된 기능의 특정 양태들을 수행하게 할 수도 있다.
소프트웨어로 구현되는 경우, 상기 기법들은 하나 이상의 명령들 또는 코드로서 컴퓨터 판독 가능한 매체 상에 저장되거나 또는 컴퓨터 판독 가능한 매체를 통해 전송될 수도 있다. 컴퓨터 판독가능 매체들은 한 장소에서 다른 장소로 컴퓨터 프로그램의 전송을 용이하게 하는 임의의 매체를 포함하여 컴퓨터 저장 매체들 및 통신 매체들 양자를 포함한다. 저장 매체들은 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용 가능한 매체들일 수도 있다. 비제한적인 예로서, 이러한 컴퓨터 판독가능 매체는 RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 스토리지, 자기 디스크 스토리지 또는 다른 자기 스토리지 디바이스들, 또는 소망의 프로그램 코드를 명령들 또는 데이터 구조들의 형태로 이송 또는 저장하기 위해 사용될 수 있으며 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 또한, 임의의 접속이 컴퓨터 판독가능 매체로 적절히 칭해진다.
예를 들어, 소프트웨어가 동축 케이블, 광섬유 케이블, 연선, 디지털 가입자 회선 (DSL), 또는 적외선, 무선, 및 마이크로파와 같은 무선 기술들을 사용하여 웹사이트, 서버, 또는 다른 원격 소스로부터 전송되면, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 연선, 디지털 가입자 회선, 또는 적외선, 무선, 및 마이크로파와 같은 무선 기술들은 매체의 정의 내에 포함된다. 본원에서 사용된 디스크(disk)와 디스크(disc)는, CD, 레이저 디스크, 광 디스크, DVD(digital versatile disc), 플로피디스크, 및 블루레이 디스크를 포함하며, 여기서 디스크들(disks)은 보통 자기적으로 데이터를 재생하고, 반면 디스크들(discs)은 레이저를 이용하여 광학적으로 데이터를 재생한다. 위의 조합들도 컴퓨터 판독가능 매체들의 범위 내에 포함되어야 한다.
소프트웨어 모듈은, RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터들, 하드 디스크, 이동식 디스크, CD-ROM, 또는 공지된 임의의 다른 형태의 저장 매체 내에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는, 프로세가 저장 매체로부터 정보를 판독하거나 저장 매체에 정보를 기록할 수 있도록, 프로세서에 연결될 수 있다. 대안으로, 저장 매체는 프로세서에 통합될 수도 있다. 프로세서와 저장 매체는 ASIC 내에 존재할 수도 있다. ASIC은 유저 단말 내에 존재할 수도 있다. 대안으로, 프로세서와 저장 매체는 유저 단말에서 개별 구성요소들로서 존재할 수도 있다.
이상 설명된 실시예들이 하나 이상의 독립형 컴퓨터 시스템에서 현재 개시된 주제의 양태들을 활용하는 것으로 기술되었으나, 본 개시는 이에 한정되지 않고, 네트워크나 분산 컴퓨팅 환경과 같은 임의의 컴퓨팅 환경과 연계하여 구현될 수도 있다. 또 나아가, 본 개시에서 주제의 양상들은 복수의 프로세싱 칩들이나 장치들에서 구현될 수도 있고, 스토리지는 복수의 장치들에 걸쳐 유사하게 영향을 받게 될 수도 있다. 이러한 장치들은 PC들, 네트워크 서버들, 및 휴대용 장치들을 포함할 수도 있다.
본 명세서에서는 본 개시가 일부 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 개시의 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자가 이해할 수 있는 본 개시의 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다. 또한, 그러한 변형 및 변경은 본 명세서에 첨부된 특허청구의 범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다.
10: 사용자
20: 스마트 케이블 머신
22: 디스플레이

Claims (11)

  1. 스마트 케이블 머신으로서,
    본체;
    사용자의 힘이 작용되는 제1 핸들 및 제2 핸들을 포함하는 힘작용 핸들;
    상기 힘작용 핸들에 부여될 부하를 생성하고, 상기 본체 내에 배치되는 부하 생성부;
    상기 힘작용 핸들의 움직임을 감지하도록 구성된 센서 모듈;
    사용자 입력을 수신하고, 운동과 관련된 정보를 출력할 수 있도록 구성된 디스플레이; 및
    상기 부하 생성부 및 상기 디스플레이의 동작을 제어하도록 구성된 제어부
    를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 사용자로부터 운동 보조 모드와 연관된 제3 사용자 입력을 수신하고,
    상기 사용자의 현재 운동 속도가 처음 운동 속도와 비교하여 미리 정해진 임계치 이상 감소한 것으로 판단하는 것에 응답하여, 상기 제3 사용자 입력에 따라 설정된 운동 보조 모드에 따라 상기 힘작용 핸들에 부여될 부하의 크기를 상이하게 감소시키도록 구성되고,
    상기 사용자로부터 1RM(Repetition Maximum) 테스트를 실행하기 위한 제4 사용자 입력을 수신하는 것에 응답하여, 상기 부하 생성부에 의해 생성되는 상기 힘작용 핸들에 부여될 부하의 점성력, 탄성력 및 관성력을 모두 최저 레벨로 설정하고,
    상기 힘작용 핸들에 부여될 부하의 크기, 상기 사용자의 운동 횟수 및 1RM 추정 모델에 기초하여 상기 사용자의 1RM 값을 산출하고,
    상기 산출된 사용자의 1RM 값을 상기 디스플레이에 표시하고,
    상기 센서 모듈로부터 상기 사용자의 최초 운동 길이를 수신하고,
    상기 최초 운동 길이에 기초하여 운동 인정 거리를 산출하고,
    상기 사용자가 상기 힘작용 핸들을 상기 운동 인정 거리를 초과해서 당기는 경우, 1회 운동으로 인정하도록 구성되는, 스마트 케이블 머신.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부하 생성부는,
    초기 부하를 생성하는 모터; 및
    상기 모터에 연결되어 상기 초기 부하를 증폭시켜 상기 힘작용 핸들에 부여될 부하를 생성하도록 구성된 전기 유압 구동기(Electro Hydraulic Actuator)
    를 포함하고,
    상기 스마트 케이블 머신은,
    상기 전기 유압 구동기에 연결되고, 복수의 탄성체를 포함하여, 상기 사용자가 상기 힘작용 핸들을 당기기 시작하는 시점을 감지하도록 구성된 직렬 탄성 구동기(Series Elastic Actuator)
    를 더 포함하는, 스마트 케이블 머신.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 사용자로부터 상기 힘작용 핸들에 부여될 부하의 크기와 연관된 제1 사용자 입력을 수신하고,
    상기 전기 유압 구동기로부터 상기 사용자가 상기 힘작용 핸들을 당기기 시작하는 시점과 관련된 정보를 수신하고,
    상기 제1 사용자 입력 및 상기 시점과 관련된 정보에 기초하여 상기 모터와 상기 전기 유압 구동기를 제어하도록 더 구성된, 스마트 케이블 머신.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 사용자로부터 상기 부하 생성부에 의해 생성되는 상기 힘작용 핸들에 부여될 부하의 점성력, 탄성력 및 관성력과 연관된 제2 사용자 입력을 수신하고,
    상기 제1 사용자 입력, 상기 제2 사용자 입력 및 상기 시점과 관련된 정보에 기초하여 상기 모터와 상기 전기 유압 구동기를 제어하도록 더 구성된, 스마트 케이블 머신.
  5. 삭제
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 핸들 및 상기 제2 핸들 각각에 작용된 상기 사용자의 힘에 따라 상기 부하가 분배되는 부하 분배 부재; 및
    상기 부하 분배 부재와 상기 힘작용 핸들을 연결하는 케이블
    을 더 포함하는, 스마트 케이블 머신.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 부하 분배 부재는 상기 사용자가 상기 힘작용 핸들을 움직임에 따라 상기 직렬 탄성 구동기와 함께 지면과 수직인 방향으로 이동하고,
    상기 부하 분배 부재는 적어도 하나의 움직 도르래를 포함하고,
    상기 본체의 상부 하측에 적어도 하나의 고정 도르래가 배치되고,
    상기 케이블은 상기 적어도 하나의 움직 도르래 및 상기 적어도 하나의 고정 도르래를 거쳐 상기 부하 분배 부재와 상기 힘작용 핸들을 연결하는, 스마트 케이블 머신.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 본체의 양측에 결합되고 끝단에 상기 힘작용 핸들이 구비되는 아암유닛
    을 더 포함하고,
    상기 아암유닛은,
    상기 본체의 상부에 결합되고 측방향으로 회전가능하게 구비된 제1 아암; 및
    상기 제1 아암의 외측에 결합되고 상하방향으로 회전가능하게 구비된 제2 아암
    을 포함하는, 스마트 케이블 머신.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    카메라를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 카메라로부터 인물 객체를 포함하는 이미지를 수신하고,
    상기 인물 객체의 골격 정보를 추출하고,
    상기 골격 정보에 기초하여 운동 자세 교정과 관련된 피드백을 상기 디스플레이 상에 표시하도록 더 구성된, 스마트 케이블 머신.
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