KR102605331B1 - 움직임 훈련 보조물 - Google Patents

Abstract

신체 운동을 훈련하는 인간 또는 동물용의 움직임 훈련 보조 시스템이 제공된다. 이 시스템은 - 인간의 신체 부분 또는 상기 인간이 사용하는 도구에 쉽게 부착할 수 있도록 구성된 움직임 센서 유닛(110)과; - 프로세서(105)와; - 인간의 신체에 부착할 수 있고, 커맨드를 수신하면 인간이 인지 가능한 자극을 유도해낼 수 있는 자극기(102)를 포함하고, 상기 움직임 센서 유닛(110)은 프로세서(105)에 움직임 데이터를 제공하도록 구성되고, 상기 프로세서는 상기 움직임 센서 유닛(110)으로부터의 움직임 데이터에 기초하여 상기 움직임 센서 유닛(110)의 후속되는 3차원 위치를 결정하고 계속하여 추적하며; 상기 프로세서(105)는 상기 움직임 센서 유닛(110) 위치를 참조 트랙과 비교하고, 제1의 3차원 트랙과 관련한 상기 움직임 센서 유닛 위치에 따라, 상기 움직임 센서 유닛(110)이 상기 참조 트랙으로부터 특정 편차에 도달했을 때 자극을 유도해 내는 커맨드를 상기 자극기(102)에 발송하도록 구성되며, 상기 자극은 전기 자극이다.

Description

움직임 훈련 보조물{MOTION TRAINING AID}

본 발명은 훈련 보조물, 즉 인간이나 동물이 그 인간이나 동물의 일부 활동을 더 잘 수행하도록 도움을 주는 장치 분야에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 움직임 훈련 보조물, 즉 사용자가 수행하는 움직임에 관한 임의 종류의 피드백을 제공하는 시스템 또는 장치에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 예를 들면 골프 스윙 또는 투창 훈련 보조물과 같은 스포츠 운동 훈련 보조물에 관한 것이다.

그러한 움직임 훈련 보조물의 일 예는 WO2003024544로부터 공지되어 있다. 상기 문헌에는 골프 스윙과 같은 반복 움직임 시퀀스의 양태를 모니터링하기 위한 각종 센서 및 디바이스가 제공된 반복 움직임 피드백 시스템이 개시되어 있다. 감시되는 양태는 사용자가 이동시킨 물체의 움직임 특성, 사용자의 위치 특성 및 사용자의 움직임 특성을 포함할 수 있다. 감시되는 양태들의 데이터를 수신하는 데이터 처리 시스템은 그래픽 디스플레이 장치 또는 스피커와 같은 피드백 출력 장치에 제공되는 피드백 데이터를 제공하고, 그래서 사용자에게는 반복 움직임 시퀀스에 관한 피드백이 제공된다. 특정의 일 실시형태에서, 사용자의 수행은 이전 수행의 템플릿(template)과 비교되고, 차이점에 관한 피드백이 제공된다.

다른 하나의 종래의 문헌은 실제 신체 움직임의 하나 이상의 파라미터를 전자식으로 측정하고, 하나 이상의 측정된 파라미터를 목표 신체 움직임의 대응하는 파라미터와 비교하고, 상기 하나 이상의 측정된 파라미터와 상기 대응하는 목표 파라미터 간의 대응성 정도에 기초하여 사용자에게 감지 가능한 피드백을 제공한 것에 기초하여 특정 신체 움직임을 일관된 방식으로 수행하는 법을 인간에게 교시하는 방법 및 장치를 개시하는 US6778866이다. 특정 실시형태에서, 상기 피드백은 들을 수 있다. 더 구체적으로, 상기 피드백은 특정 신체 움직임(예를 들면, 골프 스윙)에 특히 적합한 특성(예를 들면, 리듬)을 가진 뮤지컬 튠(musical tune)이다. 상기 피드백은 실제 신체 움직임과 목표 신체 움직임 간의 상위에 비례하여 뮤지컬 튠이 전자식으로 꺼지게 하는 형태일 수 있다.

예컨대 골퍼 등의 운동선수의 인체공학적 움직임을 교시하는 다른 종래의 시스템 및 방법은 WO200518759에 개시되어 있다. 이 시스템은 좋아하는 골프 스윙을 실행하는 골퍼의 연속적 이미지를 포착하는 비디오 카메라, 및 골퍼가 상기 비디오 이미지의 공간 영역을 규정하게 하는 임계치 규정 시스템을 포함한다. 만일 상기 공간 영역이 침해를 받으면 알람이 작동되고, 피드백이 제공되어 골퍼가 다음에 시도하는 움직임의 기법을 바꿀 수 있다. 예를 들면, 골퍼는 만일 스윙 중에 클럽이 평면에서 떨어지면 티(tee) 제거 시스템이 볼을 사라지게 하도록 상기 영역을 규정할 수 있다. 이 방식으로, 골퍼는 클럽이 평면에 머무를 때에만 볼을 칠 수 있다.

발명자들은 예컨대 골프 스윙, 피겨 스케이팅 점프 또는 원반 던지기와 같은 복합 움직임을 개선하고자 하는 인간이나 동물이 가끔 운동의 잘못된 부분을 보정하고 및/또는 이러한 잘못된 부분을 더 효과적인 움직임으로 교체할 문제점들을 갖는다는 것을 인식하였다. 또한, 개인의 코치는, 영상 기록 장비와 같은 고급 훈련 보조물을 구비한 경우에도, 개인의 움직임 개선에 도움을 주는 것이 어렵고 및/또는 시간 소모적이라는 것을 발견할 수 있다. 훈련 보조물은 사용자가 의식있는 분석적 마음 없이 배움을 창조하는 잠재의식 수준에서도 새로운 운동 패턴을 배울 수 있게 한다. 이것은 새로운 운동 패턴을 압력하에서 지속 가능하게 만든다.

바이오피드백

제1 양태에 따르면, 이러한 단점들을 해결하기 위한 디바이스를 제공하기 위해, 본 발명은 신체 운동을 수행 또는 개선하고자 하는 인간이나 동물에게 상기 운동에 관한 바이오피드백을 제공하는 시스템을 제공한다.

이 시스템은,

인간이나 동물의 신체 부분 또는 인간이나 동물이 사용하는 도구에 쉽게 부착할 수 있도록 구성된 센서 유닛과;

제어 유닛, 또는 제어 유닛과의 통신을 쉽게 하는 통신 수단과;

프로세서와;

메모리와;

인간이나 동물의 신체에 부착할 수 있고 인간이나 동물에 의해 인지 가능한 자극을 유도해낼 수 있는 자극 유닛을 포함하고,

상기 센서 유닛은,

프로세서 - 이 프로세서는 센서 유닛의 후속적인 3차원 위치를 계속하여 추적하도록 구성된 것임 - 에 움직임 데이터를 제공할 수 있는 하나 이상의 센서와;

상기 프로세서가 상기 제어 유닛과 통신할 수 있게 하는 통신 수단을 구비하며,

상기 프로세서는 추적된 센서 유닛 위치를 미리 정해진 참조 트랙과 비교하여 움직임을 감독하고, 상기 참조 트랙과 관련한 센서 유닛 위치에 따라, 상기 센서 유닛이 상기 참조 트랙으로부터 허용 가능한 최대 편차 이상으로 벗어난 때, 제1 자극 또는 제1 신호를 유도해 내는 커맨드를 상기 자극 유닛에 즉시 발송하도록 구성되며,

상기 자극 유닛에 의해 유도되는 자극은 전기 자극이다.

또한, 추가적으로, 상기 프로세서는 적어도 2개의 다른 모드, 즉,

참조 트랙이 임계 거리 또는 허용 가능한 최대 편차 거리와 함께 규정될 수 있는 임계치 설정 모드; 및

움직임이 전술한 바와 같이 감독되는 감독 모드

로 설정될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

제2 양태에 따르면, 움직임 센서 유닛을 구비한 인간이나 동물용의 훈련 보조물을 이용하여 신체 움직임을 개선하는 방법이 제공되고, 이 방법은,

움직임 센서 유닛 데이터를 수신하는 단계와;

상기 센서 유닛 데이터에 기초하여 상기 센서 유닛의 현재 위치를 결정하는 단계와;

상기 센서 유닛의 결정된 현재 움직임 위치 값을 미리 정해진 바람직한 움직임의 대응하는 위치 값과 비교하는 단계와;

현재 움직임의 위치 값과 상기 미리 정해진 바람직한 움직임의 위치 값 간의 불일치 수준에 기초하여 자극을 발행하는 단계를 포함하고,

상기 발행되는 자극은 전기 자극이다.

회전각, 센서 방향 벡터

제3 양태에 따르면, 신체 운동을 수행 또는 개선하고자 하는 인간이나 동물에게 상기 운동에 관한 바이오피드백을 제공하는 시스템 및 방법이 제공된다.

상기 시스템은,

인간이나 동물의 신체 부분 또는 인간이나 동물이 사용하는 도구에 쉽게 부착할 수 있도록 구성된 센서 유닛과;

휴대용일 수 있는 제어 유닛과;

프로세서와;

메모리와;

인간이나 동물의 신체에 부착할 수 있고 인간이나 동물에 의해 인지 가능한 자극을 유도해낼 수 있는 자극 유닛을 포함하고,

상기 센서 유닛은,

프로세서 - 이 프로세서는 움직임 센서 유닛의 후속적인 3차원 위치 및 상기 센서 유닛의 자세 각(attitude angle)을 계속하여 추적하도록 구성된 것임 - 에 움직임 데이터를 제공할 수 있는 하나 이상의 센서와;

상기 프로세서가 상기 제어 유닛과 통신할 수 있게 하는 통신 수단을 구비하며,

상기 프로세서는 추적된 센서 유닛 위치 및/또는 상기 센서 유닛의 방향 벡터를 미리 정해진 참조 트랙 및/또는 미리 정해진 방향 편차 콘(cone)과 각각 비교하고, 상기 참조 트랙과 관련한 상기 센서 유닛 위치에 따라서 및/또는 상기 미리 정해진 콘과 관련한 상기 센서 유닛 방향에 따라서, 상기 센서 유닛이 상기 참조 트랙으로부터 허용 가능한 최대 편차 이상으로 벗어난 때, 제1 자극 또는 제1 신호를 유도해 내는 커맨드를 상기 자극 유닛에 즉시 발송하도록 구성되며, 및/또는 상기 센서 유닛은 미리 설정된 한계 밖의 움직임(공간 내에서의 지향 방향, 피치/요/롤)의 자세를 추정하였고,

상기 프로세서는 적어도 2개의 다른 모드, 즉,

참조 트랙이 임계 거리 또는 허용 가능한 최대 편차 거리와 함께 규정될 수 있고, 및/또는 움직임 중에 상기 움직임 센서 유닛의 방향 벡터의 방향 편차의 한계를 또한 특정하는 임계치 설정 모드; 및

상기 프로세서가 추적된 센서 유닛 위치 및/또는 상기 센서 유닛의 방향 벡터를 상기 참조 트랙 및/또는 미리 정해진 방향 편차 콘과 각각 비교하고, 상기 참조 트랙과 관련한 상기 센서 유닛 위치에 따라서 및/또는 상기 미리 정해진 콘과 관련한 상기 센서 유닛 방향에 따라서, 상기 센서 유닛이 상기 참조 트랙으로부터 허용 가능한 최대 편차 이상으로 벗어난 때, 및/또는 상기 센서 유닛이 미리 정해진 한계 밖의 움직임(공간 내에서의 방향, 피치/요/롤)의 자세를 추정하였을 때 제1 자극 또는 제1 신호를 유도해 내는 커맨드를 상기 자극 유닛에 즉시 발송하도록 구성되는 감독 모드 중의 하나로 설정될 수 있도록 구성 가능하며,

상기 자극 유닛에 의해 유도되는 자극은 전기 자극일 수 있다.

본 발명의 전술한 및 다른 장점 및 목적들을 달성하는 방식을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위해, 위에서 간단히 설명한 본 발명의 더 구체적인 설명은 첨부 도면에 도시된 구체적인 실시형태를 참조하면서 진행할 것이다.
이러한 도면들은 발명의 전형적인 실시형태만을 묘사하고 발명의 범위를 제한하는 것으로 고려되지 않는다는 점을 이해하여야 하고, 본 발명은 첨부 도면을 이용하여 추가의 특이성 및 세부와 함께 설명될 것이다.
도 1a는 본 발명의 실시형태에 따른 바이오피드백 디바이스의 블록도이다.
도 1b는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 바이오피드백 디바이스의 블록도이다.
도 2a는 신체 움직임에 대하여 인간에게 바이오피드백을 제공하는 방법의 흐름도이다.
도 2b는 신체 움직임에 대하여 인간에게 바이오피드백을 제공하는 다른 방법의 흐름도이다.
도 3a는 클럽을 스윙하는 골퍼의 투시도이다.
도 3b는 디바이스를 부착한 운동선수 신체의 투시도이다.
도 4a는 허용되는 편차의 관과 함께 중첩시킨 클럽과 손목의 연속 위치로서 골프 스윙을 위에서 본 개략 표시도이다.
도 4b는 허용되는 편차의 가상 관의 상세도이다.
도 4c는 각 포인트의 방향 벡터 및 방향 벡터의 한계 콘/섹터와 함께 움직임의 몇 가지 샘플 포인트를 보인 도이다.
도 4d는 참조 방향과 함께 움직임 센서 유닛의 개략 투시도이다.
도 4e는 2개의 좌표계의 도식적 표시도이다.
도 4f는 움직임 시작 시퀀스를 이용하여 정렬될 준비가 된 도 4e의 참조 프레임을 보인 도이다.
도 5는 자세 방향 벡터를 이용하여 신체 움직임에 대한 바이오피드백을 인간에게 제공하는 방법의 흐름도이다.
도 6은 자세 방향 벡터를 이용하여 신체 움직임에 대한 바이오피드백을 인간에게 제공하는 다른 방법의 흐름도이다.

정의

본 발명의 목적으로, 및 이하의 설명에서, 하기 용어들은 이하에서 설명하는 의미로서 사용된다.

"움직임": 용어 "움직임"은 사용자에 의해 수행되는 임의의 신체 움직임이 복합적이든지 단순하든지 간에 사용자의 수족 또는 몸통 또는 중력 중심 중의 하나 이상의 운동일 수 있다. 임의의 가능한 불명료성은 이 용어가 사용되는 문맥에 의해 해결되어야 한다. 예시적인 움직임은 비제한적으로 높이뛰기, 장대 높이뛰기, 해머 던지기, 창 던지기, 체조, 안무 동작, 치어 리딩 동작, 야구 타격, 야구 투구, 골프 스윙, 퍼팅 스트로크 또는 말 점프(horse jump)를 포함한다. 각종 실시형태에서, 움직임은 회전 운동을 또한 포함한다.

"움직임 표시": "움직임 표시"는 일반적으로 움직임의 수학적 표시이다. 움직임 표시는 선형 및 회전 움직임 위치, 움직임 속도 및 움직임 가속도를 포함한다. 예를 들면, 움직임은 사용자의 신체의 미리 정해진 지점의 현재 위치에 의해 표시될 수 있고, 또는 움직임은 뒤에서 설명하는 것처럼 (움직임) 트랙에 의해 표시될 수 있다.

"위치": 여기에서 설명하는 용어 "위치"는 인근의 참조 점과 관련한 센서 유닛 또는 작은 물체의 물리적 국소 위치로 이해되고, 적당한 좌표계를 이용하여 표현된다. 전형적으로, 본 발명의 맥락에서, 위치는 참조 점으로부터 0-5 미터의 크기 내에 있다.

"바람직하지 않은 움직임": 용어 "바람직하지 않은 움직임"은 사용자 및/또는 사용자의 코치의 관점에서 볼 때 바람직하지 않은 움직임 또는 바람직하지 않은 특징을 포함한 움직임을 표시하기 위해 사용된다.

"신체 움직임 추적기": 여기에서 사용하는 용어 "신체 움직임 추적기"는 실행된 때 처리된 센서 데이터에 기초하여 시간에 따른 사용자 신체의 하나 이상의 미리 규정된 지점을 추적할 수 있는 컴퓨터 코드, 또는 디바이스 또는 시스템을 표시한다.

"추적": 용어 "추적"은 움직임 중에 사용자 신체상의 하나 이상의 미리 규정된 지점의 연속적 위치를 수집 및 저장(기록)하는 활동으로 이해된다.

"움직임 트랙": 용어 "움직임 트랙"은 추적 활동의 결과, 즉 시작 지점 또는 시작 시간에서 시작하여 종료 지점 또는 종료 시간에서 종료하는 시간에 따른 미리 규정된 신체 지점의 저장된 연속 위치들의 총량을 의미한다.

"참조 움직임 트랙": "참조 움직임 트랙"은 움직임의 움직임 표시를 비교할 수 있는 모델을 생성하기 위해 사용되는 바람직한 움직임 트랙이다.

"회전각" 또는 "회전의 각": 2차원 공간에서, "회전의 각"은 물체가 고정 지점 주위에서 회전하는 양의 측정치, 즉 각도이다. 3차원 공간에서 회전은 3개의 좌표 축 주위에서의 회전의 각을 이용하여 측정 및 표시된다.

"미리 규정된 신체 지점": 용어 "미리 규정된 신체 지점"은 지점의 추적을 쉽게 하는 수단, 예를 들면, 센서 유닛이 제공된 사용자 신체상의 지점을 의미한다.

"자세": 본 발명의 맥락에서, 용어 "자세"는 공간 내에서 물체의 방위(자세, 각도 위치)를 표시하기 위해 사용된다. 자세는 피치, 요 및 롤 각에 의해, 또는 대안적으로 자세 벡터(attitude vector) 또는 축에 의해 및 상기 벡터 또는 축 주위의 회전각, 즉 축-각 표시에 의해 표시될 수 있다. 율러의 회전 이론을 참조한다.

"움직임 센서 유닛": "움직임 센서 유닛"은 적당한 참조 시스템에서 가속도, 센서의 자세나 3차원 위치를 결정할 수 있게 하는 정보 또는 사용자의 움직임 중에 동일 위치에서의 변화와 같은 움직임 정보를 전달할 수 있는, 사용자 신체에 부착 가능한 유닛으로 이해된다. 센서 유닛은 사용자의 움직임을 방해하지 않을 정도로 소형 및 경량인 것으로 생각된다.

"제어 유닛": 본 발명의 맥락에서 "제어 유닛"은 디바이스를 운용하기 위한 인간-기계 인터페이스를 포함한 유닛이고, 이것은 일반적으로 프로세서 및/또는 움직임 센서 유닛과 통신하기 위한 무선 통신 수단을 또한 포함한다.

"샘플": 본 발명의 맥락에서 용어 "샘플"은 특정 순간에 움직임 센서 유닛의 계산된 상태를 표시하기 위해 사용되고, 움직임 센서 유닛으로부터의 움직임 센서 데이터에 기초해서, 및 또한 참조 프레임, 즉 좌표계에 기초해서 프로세서에 의해 계산된 선형 및/또는 회전 움직임 위치, 움직임 속도 및 움직임 가속도의 표시를 포함할 수 있다. 샘플은 샘플 번호 및/또는 샘플 시간과 관련된다.

"프로세서": 본 발명의 맥락에서 용어 "프로세서"는 프로세서 시스템이 하나 이상의 논리적 또는 물리적 프로세서를 포함하든지 또는 그 외에 아무것도 명확하게 언급되지 않든지 간에 관계없이 프로세서 시스템을 표시하기 위해 사용된다.

"메모리": 본 발명의 맥락에서 용어 "메모리"는 메모리 시스템이 하나 이상의 논리적 또는 물리적 메모리를 포함하든지 또는 그 외에 아무것도 명확하게 언급되지 않든지 간에 관계없이 메모리 시스템을 표시하기 위해 사용된다.

"자극기": 본 발명의 맥락에서 용어 "자극기"는 인간이나 동물의 신체에 부착할 수 있고 커맨드를 수신하면 인간이나 동물이 인지하는 자극을 유도해 낼 수 있는 디바이스를 표시하기 위해 사용된다.

도 1a는 본 발명의 실시형태에 따른 훈련 보조 시스템의 블록도이다. 훈련 보조 시스템은 움직임 센서 데이터를 제공하는 움직임 센서 유닛(110)을 포함한다. 움직임 센서 유닛(110)은 인간의 신체 부분에 또는 인간이 사용하는 도구에 쉽게 부착할 수 있도록 구성된다. 움직임 센서 유닛(110)은 예를 들면 팔찌 또는 플라스터(plaster)의 형태를 취할 수 있고, 또는 도구에 부착될 수 있다. 움직임 센서 유닛(110)은 움직임 센서 데이터를 처리하도록 구성된 프로세서(105)에 접속된다.

시스템은 프로세서(105)와의 통신을 쉽게 하는 휴대용 제어 유닛(120)을 포함할 수 있다(도 1b). 프로세서는 데이터를 저장하는 메모리(118)에 접속된다. 또한, 시스템은 인간이 인지할 수 있는 자극을 유도해 낼 수 있는 자극기(102)를 포함한다. 자극기(102)는 바람직하게 인간의 신체에 부착 가능하다. 바람직하게, 자극기(102), 프로세서(105), 메모리(118) 및 움직임 센서 유닛은 모두 동일한 물리적 유닛 내에 배열되거나 집적될 수 있다.

도 3b는 디바이스를 부착한 운동선수 신체(350)의 투시도이다. 움직임 센서 유닛을 구비한 팔찌(372)가 운동선수의 손목(352)에 부착된 것으로 도시되어 있다. 자극기 유닛(374)은 운동선수 신체의 승모근 영역에 부착된 것으로 도시되어 있다.

움직임 센서 유닛(110)은 움직임 센서 유닛(110)에 접속된 프로세서(105)에 움직임 데이터를 제공할 수 있는 하나 이상의 센서를 구비하고, 상기 프로세서(105)는 움직임 센서 유닛(110)의 후속되는 3차원 위치를 계속하여 추적하도록 구성된다. 센서 유닛은 프로세서가 외부 참조 없이 움직임 센서 유닛의 위치 및 속도 데이터를 계산할 수 있게 하는 가속도계 데이터를 제공하는 MEMS 유닛과 같은 소형 유닛일 수 있다. 상업적으로 입수 가능한 유닛은 캘리포니아주 샌호세에 소재하는 인벤센스(INVENSENSE)로부터의 반도체 움직임 추적기 디바이스 MPU-9250이다. 상기 시스템은 프로세서(105)가 제어 유닛(120)과 통신할 수 있게 하는 블루투스 또는 와이파이와 같은 무선 통신 수단을 또한 포함할 수 있다.

모드

각종 실시형태에서, 제어 유닛은 임계치 설정 모드와 감독 모드 중의 하나로 시스템을 설정하기 위해 사용할 수 있다. 임계치 설정 모드에서, 중심 축으로서 참조 움직임 트랙과 함께 생성된 가상 관의 반경인 허용가능 편차라고도 부르는 임계치와 함께 제1의 3차원 트랙이 규정될 수 있다. 또한, 자세 편차 파라미터가 이 모드에서 설정될 수 있다.

또한, 시스템은 제어 유닛을 인터넷에 접속하여 참조 모션 트랙 및 허용 가능 편차를 가져올 수 있도록 구성된다. 제어 유닛은 허용가능 편차의 파라미터 조정을 쉽게 하도록 또한 구성된다. 허용가능 편차의 전형적인 파라미터는 허용가능 관의 반경(도 4b 참조)과, 허용가능 자세 각의 콘에 의해 표시되는 허용가능 자세 편차 각 및/또는 자세 각 간격(도 4c 참조)을 포함할 수 있다. 각종 실시형태에서, 바람직한 트랙 및/또는 바람직한 자세 각은 실시(훈련)되는 움직임에 따라서 예를 들면 손가락 끝으로부터 지면까지의 거리 및 팔 길이와 같은 소정의 신체 측정치의 입력에 의해 조정될 수 있는 공장 설정으로서 미리 규정될 수 있다.

감독 모드에서, 프로세서는 센서 유닛 위치 또는 센서 유닛 위치와 센서 유닛 자세 둘 다를 참조 값과 비교하도록 구성된다. 위치와 관련해서, 실제 운동이 가상 관 내에서 유지되는 한, 움직임은 만족된 것으로 간주되고 자극이 유도되지 않을 것이다. 따라서 참조 운동과 관련한 움직임 센서 유닛(110) 운동에 따라서, 프로세서는 움직임 센서 유닛이 허용가능 편차 거리 이상으로 이동하고 및/또는 자세가 각도 콘 밖으로 편향된 때 제1 자극을 유도해 내는 커맨드를 자극 유닛에 즉시 발송해야 한다.

각종 실시형태에서, 프로세서는 미리 정해진 움직임과의 비교만 달성하도록 구성되고, 임의의 임계치 모드 또는 참조 움직임 모드로 설정될 수 있도록 구성되지 않는다.

자극 유형

자극기(102)는 방해 자극을 제공하도록 구성되는 것이 바람직하다. 자극은 촉각 자극, 전기 자극, 광 자극, 청각 자극, 열 자극 또는 냉 자극 또는 이들의 조합일 수 있다. 사용자의 필요에 따라서, 자극은 모터 학습을 최대화하도록 선택될 수 있다. 바람직하게, 자극 유닛에 의해 유도되는 자극은 전기 자극이다. 더 바람직하게, 자극 유닛은 대부분의 인간에게 고통으로서 인지되는 크기의 전기 자극을 유도해 낼 수 있도록 구성된다. 자극 유닛은 그러한 자극을 전달할 수 있도록 구성된다. 자극의 크기는 조정할 수 있다.

자극 유닛은 매우 짧은 지연으로, 바람직하게는 50 밀리초(ms) 미만, 더 바람직하게는 20ms 미만, 가장 바람직하게는 10ms 미만으로 자극을 전달하도록 구성된다.

정확한 위치 훈련 방법

이제, 도 2a를 참조하면, 움직임 센서 유닛(110)이 제공된 인간 또는 동물용의 훈련 보조물에서 신체 움직임을 개선하는 방법이 제공되고, 이 방법은,

움직임 센서 유닛(110) 데이터를 수신하는 단계(215)와;

상기 센서 유닛 데이터에 기초하여 상기 센서 유닛의 현재 위치를 결정하는 단계(220)와;

상기 센서 유닛의 결정된 현재 움직임 위치 값을 미리 정해진 바람직한 움직임의 대응하는 위치 값과 비교하는 단계(225)와;

미리 정해진 임계치를 고려해서, 현재 움직임의 위치 값과 상기 미리 정해진 바람직한 움직임의 위치 값 간의 불일치 수준에 기초하여 자극을 발행하는 단계(230)를 포함하고,

상기 발행되는 자극은 전기 자극일 수 있다.

이제, 도 2b를 참조하면, 상기 방법은 도시된 바와 같은 추가 단계들을 포함할 수 있다. 도 2b는 신체 움직임에 대하여 인간에게 바이오피드백을 제공하는 다른 방법의 흐름도를 보인 것이고, 이 방법은,

센서 유닛 위치, 속도 및 자세에 대한 내부 움직임 등록을 개시하는 단계(306)(뒤의 단락 참조)와;

움직임 센서로부터 데이터를 수신하는 단계(307)와;

수신된 데이터에 움직임 시작 기준을 적용하는 단계(315)(뒤 참조)와;

움직임이 시작되었는지 결정하는 단계(320)와;

단계 320의 결정에 기초하여 디바이스를 교정하는 단계(325)(뒤 참조)와;

참조 움직임 트랙이 이용 가능한지 결정하는 단계(330)와;

진행 중인 현재 움직임 트랙을 참조 움직임 트랙과 비교하는 단계(335)와;

현재 움직임 트랙이 참조 움직임 트랙으로부터 미리 규정된 정도 이상으로 벗어나는지 결정하고, 만일 그렇다면 이것을 표시하는 단계(340)와;

움직임이 종료되었는지 결정하고, 만일 종료되었으면 메모리에 저장하는 단계(342)와;

움직임 트랙이 참조 움직임 트랙으로서 저장되어야 하는지 사용자 입력에 기초하여 결정하는 단계(344)를 포함한다.

정확한 자세 각 훈련 방법

이제, 도 5 및 도 6을 참조하면, 움직임 센서 유닛(110)이 제공된 인간 또는 동물용의 훈련 보조물을 이용하여 신체 움직임을 개선하는 방법이 제공되고, 이 방법은,

움직임 센서 유닛(110) 데이터를 수신하는 단계(515)와;

상기 센서 유닛 데이터에 기초하여 상기 센서 유닛의 현재 자세를 결정하는 단계(520)와;

상기 센서 유닛의 결정된 현재 움직임 자세 값을 미리 정해진 바람직한 움직임의 대응하는 자세 값과 비교하는 단계(525)와;

각각의 자세 각마다 하나씩 삼중의 미리 정해진 임계치를 고려해서, 또는 예컨대 도 4c에 도시된 바와 같이, 그 지점이 현재 위치에 있고 자세 벡터의 방향으로 넓어지는 자세 벡터(461-464)의 허용 가능한 콘(481-484) 및 제3 자세 각의 표시자(476)에 대한 허용된 제3 자세 각의 섹터(471)의 조합의 형태로, 현재 움직임의 자세 값과 상기 미리 정해진 바람직한 움직임의 자세 값 간의 불일치 수준에 기초하여 자극을 발행하는 단계(530)를 포함하고, 상기 발행되는 자극은 전기 자극일 수 있다.

정확한 자세 각을 훈련하는 방법은 신체 움직임에 대하여 인간에게 바이오피드백을 제공하는 다른 방법의 흐름도를 보인 도 6에 도시된 바와 같은 추가 단계들을 포함할 수 있고, 이 방법은,

센서 유닛 위치, 속도 및 자세에 대한 내부 움직임 등록을 개시하는 단계(606)와;

움직임 센서로부터 데이터를 수신하는 단계(607)와;

수신된 데이터에 움직임 시작 기준을 적용하는 단계(615)(뒤 참조)와;

움직임이 시작되었는지 결정하는 단계(620)와;

단계 620의 결정에 기초하여 디바이스를 교정하는 단계(625)(뒤 참조)와;

바람직한는 자세 각을 포함한 참조 움직임 트랙이 이용 가능한지 결정하는 단계(630)와;

현재 자세 각을 참조 움직임 트랙과 비교하는 단계(635)와;

현재 자세 각이 참조 움직임 트랙의 자세 각으로부터 바람직한 각 이상으로 벗어나는지(콘 밖에 있는지) 결정하고, 만일 그렇다면 이것을 표시하는 단계(640)와;

움직임이 종료되었는지 결정하고, 만일 종료되었으면 움직임 트랙을 메모리에 저장하는 단계(642)와;

자세 각을 가진 움직임 트랙이 참조 움직임 트랙으로서 저장되어야 하는지 사용자 입력에 기초하여 결정하는 단계(644)를 포함한다.

개시

프로세서는 움직임 센서 유닛의 움직임 상태를 표시하는 값들을 유지하는 움직임 등록을 리세트하는 개시 절차를 수행하도록 구성되는 것이 바람직하고, 상기 값들은 위치 좌표(x, y, z), x, y, z 방향의 속도 값, 및 자세 각, 즉 움직임 센서 유닛의 x, y, z 좌표 축 주위에서의 회전 각을 포함할 수 있다. 초기 좌표계는 미래의 참조를 제공하기 위해 개시 순간에 움직임 센서의 방향으로 설정된다. 그러한 개시는 움직임 센서 또는 프로세서 유닛의 버튼을 누르고 및/또는 전술한 움직임 상태를 모두 리세트하기 위해 센서 유닛을 1-10cm 및 적어도 1초와 같이 미리 정해진 시간량 동안 미리 정해진 한계 내에서 유지함으로써 외부 신호에 의해 수행될 수 있다.

움직임 시작 식별

도 4e는 2개의 상이한 참조 프레임/좌표계의 개략도이고, 도 4f는 정렬 준비가 된 도 4e의 참조 프레임을 보인 것이다.

프로세서는 움직임 시작 식별자, 즉 짧은 움직임 추적부(491)를 검색하도록 구성되는 것이 바람직하다. 프로세서는 가상 움직임 시작 관(494)에 맞추도록 짧은 움직임 추적부(491)를 정렬시키도록 구성된다. 그 후에 가상 움직임 시작 관(494)은 제2 원점(552)을 가진 현재 참조 프레임을 제1 원점(551)을 가진 참조 움직임 참조 프레임과 정렬시키기 위해 사용된다.

다른 하나의 움직임 시작 식별자는 움직임이 시작되었는지 및 어떤 방향으로 시작되었는지 신호하는 움직임의 미리 정해진 달성된 속도일 수 있다. 시작 시퀀스의 방향은 움직임 센서 유닛의 달성된 움직임 속도의 미리 정해진 절대치에서 속도 벡터의 방향으로서 결정되는 것이 바람직하다. 이 방향은 그 다음에 참조 움직임 트랙을 현재 움직임과 정렬시키기 위해 사용되고, 이 처리는 여기에서 교정(calibration)이라고 부른다.

가상 관 및 허용가능 편차

센서 유닛 현재 위치를 미리 정해진 바람직한 움직임의 대응하는 위치 값과 비교하는 것은 결정된 센서 유닛의 현재 위치를 바람직한 움직임의 연속적 위치 값을 표시하는 바람직한 트랙의 가장 가까운 부분과 비교하는 단계를 포함하는 것이 바람직하고, 여기에서 편차는 현재 위치에 가장 가까운 바람직한 트랙 부분의 타임스탬프와 관계없이 현재 위치와 바람직한 트랙 간의 계산된 거리로서 결정된다.

도 3a는 클럽(355)을 스윙하는 골퍼(350)의 투시도이다. 도 3b는 디바이스를 부착한 운동선수 신체의 투시도이다. 모델로서, 바람직한 트랙에 대응하는 중심축 또는 중심 곡선을 가진 가상 관 및 허용 가능한 최대 편차와 동등한 반경으로서 현재 움직임의 허용 가능한 공간을 생각하는 것이 유리할 수 있다.

골프 스윙을 예로 한 그러한 가상 관의 예는 도 4a, 4b 및 4c에 도시되어 있다. 관의 중심축은 골퍼(350)의 손목(352)의 움직임을 따른다. 도 4a는 참조 트랙으로부터 편차가 없는 스윙을 보인 것이다. 즉, 움직임은 허용된 움직임의 관(359) 내에서 완전하게 중심이 맞춰진다. 참조 문자 "A"는 시작 위치를 표시하고, "B"는 위의 단락 "움직임 시작 식별"에서 설명한 운동의 검출을 표시한다. 문자 "C"는 참조 움직임의 일부를 표시하고, 여기에서 최대로 허용되는 편차는 다른 부분보다 작게 되도록 설정된다. 문자 "D"는 다운스윙의 시작부인 백스윙의 상부를 표시한다. 이제 내려오는 경로에서의 "A"는 공을 치는 지점을 표시하고, "E"는 허용된 움직임의 관의 끝을 표시한다. 관의 끝의 통과는 움직임이 예상한 대로 종료되고 피드백이 제공되지 않아야 하는 것을 표시한다. 예컨대 행복 노트(happy note)와 같은 "포지티브" 피드백이 여기에서 주어질 수 있다.

도 4b는 허용된 편차의 가상 관의 상세도이다. 참조 트랙(410)은 원(431-433)의 허용 가능한 반경과 함께 관을 규정한다. 만일 현재 트랙(420)의 현재 움직임(422)이 점 425에서 표시된 것과 같이 허용된 것보다 더 많이 벗어나면, 자극 피드백이 주어진다.

반경이 변하는 가상 관

프로세서는 가상 관 반경, 즉 최대 허용가능 편차가 기준 시간으로부터 시간의 함수이거나 그 시작부로부터 참조 트랙을 따르는 거리의 함수가 되도록 구성될 수 있다. 소정의 운동 경로는 소정의 허용 가능한 편차가 지정될 수 있다. 허용 가능한 최대 편차는 참조 트랙의 각 지점마다 임의로 또한 설정될 수 있다.

동적 적응 임계

프로세서는 허용가능 편차를 동적으로 변경하는 방법을 제공하도록 또한 구성될 수 있다. 즉, 프로세서는 후속 움직임을 계속하여 추적하고, 만일 네가티브 피드백이 발행되지 않는, 즉 움직임이 성공인 다수의 움직임이 수행되었으면, 프로세서는 허용가능 편차를 현재 값보다 작은 값으로 감소시켜서 인간이 움직임을 더 미세하게 조정하게 한다.

각도 콘-회전 각 편차

도 4c는 각 지점 및 한계 콘(481-484)의 자세 벡터(461-464), 및 자세 벡터(461-464)의 한계 섹터와 함께 움직임의 몇 가지 샘플 포인트(451-454)를 보인 것이다. 프로세서(105)는 각각의 자세 각마다 하나씩 삼중의 미리 정해진 임계치를 고려해서, 또는 예컨대 도 4c에 도시된 바와 같이, 그 베이스가 현재 위치에 있고 자세 벡터의 방향으로 넓어지는 자세 벡터(461-464)의 허용 가능한 콘(481-484) 및 허용된 제3 자세 각(471-474)의 섹터의 조합의 형태로, 현재 움직임의 자세 값(움직임 센서 유닛)과 상기 미리 정해진 바람직한 움직임의 자세 값 간의 불일치 수준에 기초하여 자극을 발행하도록 구성될 수 있다.

복수의 센서 유닛

시스템은 2개 이상의 센서 유닛을 구비할 수 있고, 프로세서는 2개 이상의 센서 및 그 위치들의 관계를 처리하도록 구성될 수 있다. 이것은 2개 이상의 신체 부분을 동시에 또는 순차적으로 연구할 수 있게 한다. 예를 들어서 만일 하나의 센서가 팔에 부착되고 다른 하나의 센서가 힙에 부착되면, 팔 움직임과 힙 움직임 둘다 및 그들의 관계를 연구할 수 있어야 한다.

예를 들면, 스포츠 골프에서 일반적인 과실은 클럽 또는 팔이 힙 대신에 다운스윙을 시작하게 하는 것이다. 그러한 과실은 타이밍 실패 또는 가끔 시퀀스 실패라고 부른다. 이러한 타이밍 실패 또는 시퀀스 실패는 상이한 신체 부분 및/또는 도구에 접속하는 2개 이상의 센서 유닛을 갖도록 구성된 디바이스의 도움으로 보정할 수 있어야 한다. 즉, 골프 스윙에서 하나의 센서는 왼쪽 손목에 접속되고 다른 하나는 왼쪽 힙에 접속될 수 있다. 그 다음에 정확한 다운스윙 시퀀스를 시작하기 위해 운동 시퀀스 비교를 수행할 수 있다.

101: 신체 움직임 포착 장치
105: 프로세서
110: 움직임 센서 유닛
118: 메모리
120: 제어 유닛
205-230: 흐름도 2a의 블록
305-344: 흐름도 2b의 블록
350: 골퍼의 신체
352: 손목
355: 골프 클럽
357: 골프 클럽 헤드
359: 허용된 움직임의 (가상) 관
360: 골프 클럽 헤드의 트랙(백스윙)
362: 골프 클럽 헤드의 트랙(다운스윙)
370: 신체
371: 센서 유닛의 대안적 또는 추가적 부착 위치
372: 움직임 센서 유닛을 구비한 팔찌
374: 부착된 자극기 유닛
376-378: 센서 유닛 및/또는 자극기의 다른 대안적 또는 추가적 부착 위치
410: 참조 움직임 트랙
420: 현재 움직임 트랙
422: 현재 위치
425: 한계 파괴 지점
431: 가상 관의 한계 원
432: 가상 관의 한계 원
433: 가상 관의 한계 원
441: 가상 관
443: 참조 트랙
451-456: 위치
461-465: 자세 벡터
471-474: 허용된 (제3) 자세 각의 섹터
476: 제3 자세 각
481-484: 허용된 각의 콘
491: 움직임 시작 시퀀스
551: 원점
552: 다른 원점
505-530: 흐름도 5의 블록
605-644: 흐름도 6의 블록
A: 시작 위치
B: 운동 검출 위치, 시작 관의 끝부
C: 제한된 경로의 예
D: 백스윙의 상부, 다운스윙의 시작 위치
A: 공 타격 위치
E: 허용된 움직임 관의 끝부

Claims (11)

1. 신체 움직임의 수행 또는 개선을 돕는 인간 또는 동물용의 움직임 훈련 보조 시스템에 있어서,
   - 인간의 신체 부분 또는 상기 인간이 사용하는 도구에 쉽게 부착할 수 있도록 구성된 움직임 센서 유닛(110);
   - 제어 유닛(120), 또는 제어 유닛(120)과의 통신을 용이하게 하는 통신 수단;
   - 프로세서(105);
   - 메모리(118); 및
   - 인간의 신체에 부착할 수 있고, 커맨드를 수신하면 인간이 인지할 수 있는 자극을 유도해낼 수 있는 자극기(102)
   를 포함하고,
   상기 움직임 센서 유닛(110)은 상기 프로세서(105)에 움직임 데이터를 제공하도록 구성되고, 상기 프로세서(105)는, 상기 움직임 센서 유닛(110)으로부터의 움직임 데이터에 기초하여 상기 움직임 센서 유닛(110)의 후속되는 3차원 위치를 결정하고 계속하여 추적하도록 구성되며,
   상기 프로세서(105)는, 상기 프로세서(105)에 의해 추적된 상기 움직임 센서 유닛(110) 위치를 상기 메모리(118)에 저장된 참조 트랙과 비교하고, 상기 참조 트랙에 대한 상기 움직임 센서 유닛 위치에 따라, 상기 움직임 센서 유닛(110)이 상기 참조 트랙으로부터 허용 편차를 초과하였을 때 자극을 유도해 내는 커맨드를 상기 자극기(102)에 보내도록 구성되며,
   상기 프로세서(105)는 상기 신체 움직임의 정밀한 시작 시간이 결정되도록 현재 참조 프레임을 참조 움직임 참조 프레임과 정렬하기 위해 움직임 시작 식별자를 검색하도록 구성되고,
   상기 프로세서(105)는 또한,
   후속 움직임을 추적하도록, 그리고
   상기 추적된 후속 움직임이 현재의 허용 편차 이내에 있다고 판단될 때, 허용 편차의 값을 상기 현재의 허용 편차의 값보다 작은 값으로 조정하도록
   구성되는, 신체 움직임의 수행 또는 개선을 돕는 인간 또는 동물용의 움직임 훈련 보조 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 자극기(102)에 의해 유도되는 자극은, 촉각 자극, 전기 자극, 광 자극, 청각 자극, 열 자극, 냉 자극, 또는 이들의 조합의 그룹으로부터 선택되는, 신체 움직임의 수행 또는 개선을 돕는 인간 또는 동물용의 움직임 훈련 보조 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 프로세서는 추가적으로 또는 대안적으로, 움직임 센서 자세 각(attitude angle)을 참조 각과 비교하도록 구성되는, 신체 움직임의 수행 또는 개선을 돕는 인간 또는 동물용의 움직임 훈련 보조 시스템.
4. 제2항에 있어서,
   상기 전기 자극은 인간이 고통으로서 인지할 정도로 강하게 구성되는, 신체 움직임의 수행 또는 개선을 돕는 인간 또는 동물용의 움직임 훈련 보조 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 자극은 50 밀리초(ms) 미만의 지연으로 유도되는, 신체 움직임의 수행 또는 개선을 돕는 인간 또는 동물용의 움직임 훈련 보조 시스템.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 프로세서에 의해 추적된 상기 움직임 센서 유닛 위치와 상기 메모리에 저장된 참조 트랙과의 비교는 상기 참조 트랙을 따르는 가상 관의 도움으로 수행되고, 상기 가상 관은 상기 참조 트랙으로부터의 동적 적응 반경에 의해 규정되는, 신체 움직임의 수행 또는 개선을 돕는 인간 또는 동물용의 움직임 훈련 보조 시스템.
7. 신체 움직임을 개선하기 위해 움직임 센서 유닛을 구비한 인간용 훈련 보조물에 대한 방법에 있어서,
   - 움직임 센서 유닛 데이터를 수신하는 단계(215);
   - 상기 움직임 센서 유닛 데이터에 기초하여 움직임 시작 식별자를 검색하는 단계;
   - 상기 신체 움직임의 정밀한 시작 시간을 결정하기 위해 상기 움직임 시작 식별자를 이용하여 현재 참조 프레임을 참조 움직임 참조 프레임과 정렬하는 단계;
   - 상기 움직임 센서 유닛 데이터 및 상기 참조 움직임 참조 프레임에 기초하여 상기 움직임 센서 유닛의 움직임 위치 값들을 결정하는 단계(220);
   - 결정된(220) 상기 움직임 센서 유닛의 상기 움직임 위치 값들을 미리 정해진 움직임의 대응하는 위치 값들과 비교하는 단계(225); 및
   - 상기 움직임 위치 값들 및 상기 미리 정해진 움직임 간의 불일치 수준에 기초하여 자극을 발행하는 단계(230)
   를 포함하고,
   상기 움직임 위치 값들을 비교하는 단계는, 상기 움직임 센서 유닛의 결정된 상기 움직임 위치 값들을 상기 미리 정해진 움직임의 연속적 위치 값들을 표시하는 참조 움직임과 비교하는 단계를 포함하고,
   상기 움직임 위치 값들 및 상기 참조 움직임 간의 계산된 차로서 편차가 결정되며,
   참조 움직임 트랙의 끝에 도달하기 전에 상기 편차가 미리 정해진 최대 허용 편차보다 더 크게 되는 경우에만 자극이 발행되고,
   상기 방법은 또한,
   후속 움직임을 추적하는 단계, 및
   상기 추적된 후속 움직임이 현재의 허용 편차 이내에 있다고 판단될 때, 허용 편차의 값을 상기 현재의 허용 편차의 값보다 작은 값으로 조정하는 단계
   를 더 포함하는, 신체 움직임을 개선하기 위해 움직임 센서 유닛을 구비한 인간용 훈련 보조물에 대한 방법.
8. 삭제
9. 제7항에 있어서,
   상기 움직임 센서 유닛의 결정된 상기 움직임 위치 값들의 상기 미리 정해진 움직임의 대응하는 위치 값들과의 비교는 참조 트랙을 따르는 가상 관의 도움으로 수행되고, 상기 가상 관은 상기 참조 트랙으로부터의 동적 적응 반경에 의해 규정되는, 신체 움직임을 개선하기 위해 움직임 센서 유닛을 구비한 인간용 훈련 보조물에 대한 방법.
10. 제1항에 내지 제5항 중 어느 한 항있어서,
    상기 움직임 센서 유닛(110)은 상기 프로세서(105)에 움직임 데이터를 제공하도록 구성되고, 상기 프로세서는:
    상기 움직임 센서 유닛(110)으로부터의 움직임 데이터에 기초하여 상기 움직임 센서 유닛(110)의 후속되는 자세 각을 결정하고 계속하여 추적하도록;
    움직임이 계속될 때의 상기 움직임 센서 유닛(110) 자세 각을, 움직임을 나타내는 상기 메모리(118) 내의 참조 자세 각과 비교하도록; 그리고
    일치 또는 불일치의 정도에 따라, 상기 움직임 센서 유닛(110)이 상기 참조 자세 각으로부터 상기 허용 편차를 초과하였을 때 자극을 유도해 내는 커맨드를 상기 자극기(102)에 보내도록 더 구성되는, 신체 움직임의 수행 또는 개선을 돕는 인간 또는 동물용의 움직임 훈련 보조 시스템.
11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 움직임 센서 유닛(110)은 상기 프로세서(105)에 움직임 데이터를 제공하도록 구성되고, 상기 프로세서는:
    상기 움직임 센서 유닛(110)으로부터의 움직임 데이터에 기초하여 상기 움직임 센서 유닛(110)의 후속되는 움직임 파라미터를 결정하고 계속하여 추적하도록;
    움직임이 계속될 때의 상기 움직임 센서 유닛(110)으로부터의 움직임 파라미터를, 움직임을 나타내는 상기 메모리(118) 내의 참조 움직임 파라미터와 비교하도록; 그리고
    일치 또는 불일치의 정도에 따라, 상기 움직임 센서 유닛(110)이 상기 참조 움직임 파라미터(들)로부터 상기 허용 편차를 초과하였을 때 자극을 유도해 내는 커맨드를 상기 자극기(102)에 보내도록 더 구성되는, 신체 움직임의 수행 또는 개선을 돕는 인간 또는 동물용의 움직임 훈련 보조 시스템.