KR102502775B1 - 스마트신발 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다수의 센서류가 안정적으로 구비되어 자가 건강관리나 재활에 필요한 자가 치료 또는 노인성 질환의 조기진단이 가능한 스마트신발에 관한 것으로서, 족부 둘레와 발등을 감싸는 상부, 신발 바닥을 구성하는 솔 및 안창으로 이루어지는 신발본체부; 복수의 센서 유닛을 포함하여 이루어지며, 상기 센서 유닛으로는 압력센서와 모션센서 및 기타센서가 포함되는 센서부; 센서부의 검출작업에 필요한 전력을 제공하는 전원부; 및 상기 센서부가 수집한 센서 정보를 휴대용 단말기에 전송하는 통신 모듈이 포함되는 제어부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 스마트신발에 의하면, 압력센서와 모션센서 및 기타센서가 포함되는 센서부를 통해 다양한 콘텐츠를 제공할 수 있어서, 신발의 상품성이 증대된다.
본 발명의 스마트신발에 의하면, 압력센서와 모션센서 및 기타센서가 포함되는 센서부를 통해 다양한 콘텐츠를 제공할 수 있어서, 신발의 상품성이 증대된다.
Description
본 발명은 스마트신발에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 다수의 센서류가 안정적으로 구비되어 자가헬스케어나 재활에 필요한 자가치료 또는 노인성 질환의 조기진단이 가능한 스마트신발에 관한 것이다.
오늘날 착용 장치(wearable device)는 스마트워치(smartwatch), 스마트 글래스(smart glass), HMD(head mounted display) 외에도 의류나 신발까지 그 영역이 확장되고 있다.
신발의 경우 안창 등에 갖춰진 촉각센서를 통해 얻은 센서 정보를 모바일 단말기에 전송하면, 단말기에 내장된 애플리케이션이 센서 정보를 토대로 다양한 자가 건강관리 콘텐츠를 제공하는 형태의 기술이 공개되고 있다.
다만, 여기에 사용되는 촉각센서에는 보행할 때 착용자에 의해 가해지는 하중(이하 '외력'이라 한다)이 반복적으로 작용하고, 특히 우천 시에는 비에 젖는 환경에 놓이게 된다.
본 발명의 배경 기술로 대한민국 등록특허 제10-1724869호(공고일: 2017. 4. 19) “족압을 이용한 스마트신발 시스템, 족압을 이용한 스마트신발, 제조 방법 및 그 제어 방법” (이하, “종래기술”이라 한다)이 공개되어 있다.
종래기술은 사용자의 족압 분포를 정확히 감지하고 그와 관련된 다양한 건강 콘텐츠를 제공할 수 있는 스마트신발에 관한 것이다. 휴대 단말 및 상기 휴대 단말과 통신적으로 연결된 스마트신발로 구성된 시스템에 있어서, 족압을 이용한 스마트신발 시스템의 상기 스마트신발은 상기 스마트신발의 밑창에 배치되고, 상기 스마트 신발 사용자의 발에 의하여 압력이 인가되는 경우 상기 압력의 세기에 대응되는 감지신호를 생성하는 복수의 촉각센서 및 상기 휴대 단말에 상기 촉각센서에서 생성된 감지신호를 전송하는 통신 모듈을 포함하고, 상기 휴대 단말은 상기 통신 모듈에서 전송된 감지신호를 수신하는 송수신부; 상기 송수신부에 수신된 감지신호를 이용하여 상기 압력의 위치 및 상기 압력의 세기를 파악하는 판단부; 상기 판단부에 의하여 파악된 상기 압력의 위치 및 상기 압력의 세기가 저장되는 메모리; 및 상기 사용자로부터 입력신호를 수신하는 사용자 입력부를 포함하며, 상기 사용자 입력부는 상기 사용자로부터 상기 스마트신발의 동작과 관련된 제1 기능 및 제2 기능 중 하나를 선택하는 입력신호를 수신할 수 있는 것이 특징이다.
그러나 종래기술은 신발이라는 제약된 공간에 촉각센서 외에도, 수집된 센서 정보를 단말기에 전송하기 위한 무선통신 모듈이나, 센싱작업에 필요한 전력을 공급하는 배터리가 함께 내장되어야 하므로, 신발 중량이 증가하여 착용의 불편을 유발한다는 문제점이 있다.
그리고, 다양한 콘텐츠를 제공하기 위해서는 촉각센서 외에 다수의 이종 센서류가 함께 갖춰지어야 하나, 배터리 용량의 제약으로 그 구현이 어려운 실정이다.
한편, 사람의 생활 수준 향상으로 건강한 삶을 영위하기 위한 생활체육 활동이 늘어나는 추세다. 이러한 활동 중에 야기되는 족부나 다리 부상은 재활치료가 수반되므로, 스마트신발을 통해 재활에 필요한 자가 치료를 안내할 필요가 있다.
본 발명은 고령사회의 진입으로 노인성 질환이 늘어나고 있으므로, 노약자 보행 패턴의 변화를 관찰하면서 노인성 질환의 조기진단이나 자가 진단할 수 있는 스마트신발을 연구하고 개발한 것이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 다양한 콘텐츠 제공할 수 있는 다수의 센서류가 갖춰지고, 상기 센서류를 통해 자가 건강관리 외에도 재활에 필요한 자가 치료나 노인성 질환의 조기진단이 가능하며, 신발에 내장되는 구성들이 안정적으로 제 기능을 수행할 수 있는 스마트신발을 제공하는 데에 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 스마트신발은 족부 둘레와 발등을 감싸는 상부, 신발 바닥을 구성하는 솔 및 안창으로 이루어지는 신발본체부; 복수의 센서 유닛을 포함하여 이루어지며, 상기 센서 유닛은 압력센서와 모션센서 및 기타센서가 포함되는 센서부; 상기 센서부의 검출작업에 필요한 전력을 제공하는 전원부; 및 상기 센서부가 수집한 센서 정보를 휴대용 단말기에 전송하는 통신 모듈이 포함되는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 스마트신발은 상기 모션센서가 IMU센서이고, 상기 기타센서는 PPG센서 또는 근전도센서인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 스마트신발은 상기 안창에 프레임이 형성되며, 상기 프레임 내부에는 복수의 수용홈이 형성되고, 상기 수용홈에는 완충재가 충진되며, 발바닥의 아치와 대응되는 수용홈의 완충재에는 상기 제어부가 매립되고, 뒤꿈치에 대응되는 수용홈의 완충재에는 상기 전원부가 매립된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 스마트신발은 상기 프레임의 소재가 ETPU이고, 상기 완충재의 소재는 재생 발포 폴리프로필렌인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 스마트신발은 상기 전원부가 압전유닛으로 이루어지고, 상기 압전유닛은 뒤꿈치 직하에 위치하는 수용홈에 갖춰지는 환형의 케이스, 상기 케이스에 형성되는 복수의 단위수용홈, 압전소자로서 상기 단위수용홈에 갖춰지는 단위소자와 충전지 및 상기 케이스의 중심부에 배치되는 원통형의 탄성 패드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 스마트신발에 의하면, 압력센서와 모션센서 및 기타센서가 포함되는 센서부를 통해 다양한 콘텐츠를 제공할 수 있어서, 신발의 상품성이 증대된다.
또한, 본 발명의 스마트신발에 의하면, 프레임과 완충재로 이루어지는 안창, 상기 완충재에 전원부와 제어부가 배치되는 구성 및 압전 유닛으로 이루어지는 전원부를 통해 신발 모든 구성의 안정성이 증대되므로, 스마트신발의 작동 신뢰도가 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 스마트신발을 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 스마트신발의 센서부를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 스마트신발의 안창을 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 스마트신발의 압전유닛을 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 스마트신발의 센서부를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 스마트신발의 안창을 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 스마트신발의 압전유닛을 도시한 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 스마트신발을 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 스마트신발의 센서부를 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 스마트신발의 안창을 도시한 평면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 스마트신발의 압전유닛을 도시한 평면도이다.
도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명은 신발 본 체부(10), 착용자의 보행 패턴이나 족부측 생체정보(족부 온도나 혈류)를 감지하는 센서부(20), 상기 센서부(20)에 전력을 공급하는 전원부(30), 상기 센서부(20)가 보낸 센서 정보를 수집하여 휴대용 단말기에 전송하는 한편, 상기 전원부(30) 전력 공급을 조절하는 제어부(40)로 이루어진다.
상기 휴대용 단말기에는 센서 정보를 토대로 자가 건강관리, 재활을 위한 자가 치료 또는 노인성 질환의 조기진단 콘텐츠를 생성하고 이를 보여주는 애플리케이션이 내장된다.
이하, 상기 구성 요소들을 중심으로 본 발명의 구체적인 내용을 설명하면,
도 1에 도시된 바와 같이, 신발본체부(10)는 일반 신발과 대동소이한 구성으로서, 족부 둘레와 발등을 감싸는 상부(upper)(11), 신발 바닥을 구성하는 솔(sole)(12) 및 안창(13)으로 이루어진다.
상기 상부(11)는 폴리에스터(Polyester)를 주 소재로 하고, 상기 솔(12)은 폴리우레탄(Polyurethane)을 주 소재로 한다.
또한, 상기 안창(13)은 도 3에 도시된 바와 같이, 안창의 골격을 이루는 프레임(131)이 형성된다.
그리고, 상기 프레임(131) 내부에는 발 길이 방향(x)으로 복수의 수용홈(132, 132', 132")이 형성되는데, 상기 수용홈(132, 132', 132")에는 완충재(133)가 충전되며, 발바닥의 아치와 대응되는 수용홈(132')의 완충재(133)에는 제어부(40)가 매립되고, 뒤꿈치에 대응되는 수용홈(132")의 완충재(133)에는 전원부(30)가 매립되어 갖춰진다.
여기서, 상기 프레임(131)의 소재로는 강도와 치수안정성이 우수한 ETPU(엔지니어링 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머)가 사용되며, 상기 완충재(133)의 소재로는 경량이면서도 충격에 강한 재생 발포 폴리프로필렌(Upcycle-EPP: Expanded Polypropylene)이 사용된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 센서부(20)는 복수의 센서 유닛(21)을 포함하여 이루어지며, 상기 센서 유닛(21)으로는 압력센서와 모션센서 및 기타센서가 포함된다.
상기 압력센서는 복수의 단위 센서가 안창(13)에 분산 배치되어 보행할 때 발생하는 족압 분포를 측정한다. 수집된 족압 분포는 제어부(40)를 통해 휴대용 단말기에 전달되는데 특히 일정 시간 간격으로 수집된 족압 분포의 변화를 비교하면 앞서 언급한 노인성 질환의 조기진단에 활용될 수 있다.
상기 모션센서로는 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서가 권장되는데, 상기 IMU 센서는 관성 측정 센서로서, 보행 중에 발생하는 발목의 회전각을 측정한다.
그리고, 상기 기타센서로는 빛을 이용해 혈류 상태를 측정하는 PPG(Photoplethysmogram)센서나, 족부 근육의 전기적 변동을 측정하는 근전도(Electromyography)센서가 선택적으로 채용된다.
한편, 센서 유닛(21)은 안창(13)에 직접 매립되는 구성으로 개시될 수 있다.
다만, 압력센서의 단위 센서들은 그 배치가 일정하게 유지되는 것이 요구되는데, 신발의 오랜 착용으로 안창(13)이 변형되면 배치가 변형될 수 있다.
이에, 본 발명에서는 배치 변형을 억제하는 한편, 습기에 의해 일부 센서가 변질되는 것을 방지하기 위해, 센서 유닛(21)을 필름지(22)로 코팅하는 구성으로 제작하고, 상기 필름지(22)를 안창(13)에 부착하는 구성으로 개시될 수 있다.
전원부(30)는 센서부(20)의 검출작업에 필요한 전력 및 제어부(40) 운용에 필요한 전력을 공급하는 구성으로서, 배터리 유닛(31) 또는 압전유닛(32)이 선택적으로 채용된다.
상기 배터리 유닛(31)은 소모품인 전지를 사용해 전력을 공급하는 구성으로서, 전지가 탈/부착할 수 있게 갖춰지며 제어부(40)와 연결되는 소켓 및 상기 전지와 소켓을 감싸 외력으로부터 상기 구성들을 보호하는 경질 소재의 커버로 이루어진다.
도 4에 도시된 바와 같이, 압전유닛(32)은 압전소자를 활용해 신발 자체에서 전력을 생산, 이를 제어부(40)에 제공하는 구성으로서, 수용홈(132")(뒤꿈치 직하에 위치하는)에 갖춰지는 환형의 케이스(321), 상기 케이스(321)에 형성되는 복수의 단위수용홈(322), 압전소자로서 상기 단위수용홈(322)에 갖춰지는 단위소자(323)와 충전지 및 케이스(321)의 중심부에 배치되는 원통형의 탄성 패드(324)로 이루어진다.
상기 케이스(321)는 격벽(321')과 상하커버(321")에 의해 복수의 단위수용홈(322)으로 구획되며, 내주면은 개구되어 탄성 패드(324)의 외주 면과 밀착된다.
여기서, 상기 복수의 단위수용홈(322) 중 적어도 1개소는 충전지가 배치되고 나머지는 단위소자(323)가 배치된다.
상기와 같은 배치 상태에서 외력이 탄성 패드(324)의 상면에 가해지면, 탄성 패드(324)의 외주면은 격벽(321')의 제약으로 도 4에 도시된 바와 같이 탄성 돌출(324')되어 단위소자(323)를 가압하며, 이 과정에서 생산된 전력은 충전지에 저장된 후 제어부(40)에 인가되게 된다.
한편, 압전소자는 취성이 강해 외력이 직접 가해지는 경우 쉽게 파손될 수 있는데, 본 발명에서는 케이스(321)의 보호 때문에 외력이 단위소자(323)에 직접 가해지는 것을 차단한 상태에서, 외력에 의한 탄성 패드(324) 외주 면의 탄성변형을 이용해 단위소자(323)의 전압 생성을 유도함으로써, 단위소자(323)의 내구성 한계를 극복할 수 있다.
제어부(40)는 센서 정보 전달 및 전력 공급을 조절하는 구성으로서, 이를 위해 제어부(40)에는 수집된 센서 정보를 휴대용 단말기에 전송하는 통신 모듈과 센서 유닛(21)과 전원부(30)의 전기적 연결을 위한 단자 유닛이 포함된다. 한편, 상기 통신모듈로는 블루투스 모듈이 권장된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 기술사상이 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.
10: 신발본체부 11: 상부
12: 솔 13: 안창
131: 프레임 132: 수용홈
133: 완충재 20: 센서부
21: 센서 유닛 22: 필름지
30: 전원부 31: 배터리 유닛
32: 압전유닛 321: 케이스
322: 단위수용홈 323: 단위소자
324: 탄성 패드 40: 제어부
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30: 전원부 31: 배터리 유닛
32: 압전유닛 321: 케이스
322: 단위수용홈 323: 단위소자
324: 탄성 패드 40: 제어부
Claims (5)
- 스마트신발에 있어서,
족부 둘레와 발등을 감싸는 상부(11), 신발 바닥을 구성하는 솔(12) 및 안창(13)으로 이루어지는 신발본체부(10);
복수의 센서 유닛(21)을 포함하여 이루어지며, 상기 센서 유닛(21)으로는 압력센서와 모션센서 및 기타센서가 포함되는 센서부(20);
센서부(20)의 검출작업에 필요한 전력을 제공하는 전원부(30); 및
상기 센서부(20)가 수집한 센서 정보를 휴대용 단말기에 전송하는 통신 모듈이 포함되는 제어부(40)를 포함하고,
상기 모션센서는 IMU센서이며, 상기 기타센서는 근전도센서이고,
상기 안창(13)에는 프레임(131)이 형성되며, 상기 프레임(131) 내부에는 복수의 수용홈(132, 132', 132")이 형성되고, 상기 수용홈(132, 132', 132")에는 완충재(133)가 충진되며, 발바닥의 아치와 대응되는 수용홈(132')의 완충재(133)에는 상기 제어부(40)가 매립되고, 뒤꿈치에 대응되는 수용홈(132")의 완충재(133)에는 상기 전원부(30)가 매립되며,
상기 프레임(131)의 소재는 ETPU이고, 상기 완충재(133)의 소재는 재생 발포 폴리프로필렌이며,
상기 센서 유닛(21)은 안창(13)에 직접 매립되고 센서 유닛(21)을 필름지(22)로 코팅하되 상기 필름지(22)를 안창(13)에 부착하며,
상기 전원부(30)는 압전유닛(32)으로 이루어지되, 상기 압전유닛(32)은 뒤꿈치 직하에 위치하는 수용홈(132")에 구비되는 환형의 케이스(321), 상기 케이스(321)의 격벽(321')과 상하커버(321")에 의해 형성되는 복수의 단위수용홈(322), 상기 복수의 단위수용홈(322) 중 적어도 1개소에 배치되는 충전지와 나머지에 배치되는 압전소자인 단위소자(323), 및 상기 케이스(321)의 중심부에 배치되는 원통형의 탄성 패드(324)를 포함하고,
상기 케이스(321)의 내주면은 개구되어 탄성 패드(324)의 외주면과 밀착되며, 외력에 의한 탄성 패드(324) 외주면의 탄성변형을 이용해 단위소자(323)의 전압 생성을 유도하는 것을 특징으로 하는 스마트신발. - 삭제
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220085810A KR102502775B1 (ko) | 2022-07-12 | 2022-07-12 | 스마트신발 |
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| KR102502775B1 true KR102502775B1 (ko) | 2023-02-23 |
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ID=85329898
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Citations (6)
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| KR101724869B1 (ko) | 2015-06-29 | 2017-04-19 | 한국표준과학연구원 | 족압을 이용한 스마트 신발 시스템, 족압을 이용한 스마트 신발, 제조방법 및 그 제어방법 |
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2022
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