KR102671828B1 - 사이클링 모드와 런닝 모드를 지원하는 피트니스 센서 및 그 동작방법 - Google Patents

Abstract

사이클링 모드(cycling mode)와 런닝 모드(running mode)를 지원하는 피트니스 센서가 개시된다. 상기 피트니스 센서는, 내장된 6축 센서의 상태를 모니터링하고, 6축 센서로부터 센싱 정보를 수집하는 센서 관리부; 내장된 배터리의 잔량을 모니터링하는 배터리 관리부; 운동 모드가 상기 사이클링 모드로 선택됨에 따라 상기 센싱 정보를 이용하여 상기 사이클링 모드에 상응하는 가공 데이터를 획득하는 사이클링 모드 지원부; 및 상기 운동 모드가 상기 런닝 모드로 선택됨에 따라 상기 센싱 정보를 이용하여 상기 런닝 모드에 상응하는 가공 데이터를 획득하는 런닝 모드 지원부;를 포함한다.

Description

사이클링 모드와 런닝 모드를 지원하는 피트니스 센서 및 그 동작방법{FITNESS SENSOR SUPPORTING CYCLING MODE AND RUNNING MODE AND ITS OPERATION METHOD}

본 발명은 피트니스 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사이클링 모드와 런닝 모드를 지원하는 피트니스 센서 및 그 동작방법에 관한 것이다.

건강한 삶을 추구하는 문화가 사회 전반에 보편적 가치로 보급됨에 따라 실내 또는 실외에서 운동을 즐기는 사람들이 크게 늘고 있다.

이와 같은 운동은 스스로 어느정도 에너지를 소모하여 운동하고 있는지를 측정하고, 이를 자신이 확인하는 과정을 통해 동기부여를 제공하고 스스로 더욱 더 열심히 운동을 지속할 수 있는 요인이 된다.

이를 위해, 운동을 즐기는 동호인들 중 일부는 피트니스를 지원하는 각종 스마트워치를 활용하거나, 피트니스 기기들 중 일부 기기에서 지원하는 에너지 소모량 등을 참조해 운동 지속력 유지에 활용하고 있다.

그러나, 이러한 스마트워치나 피트니스 기기는 단순히 운동의 종류에 따른 에너지 소모량을 유추하여 보여주거나, 피트니스 기기에 직접적으로 가해지는 힘을 측정하는 등의 방식이기 때문에 간접적으로 운동 상태를 평가하는 방식으로서, 실제 운동을 하는 사람에 대해 정확한 측정이 어렵다.

또한, 실내 운동은 외부에서 실제로 사이클링하거나 달리는 동작을 제자리에서 반복하는 형태이기 때문에, 이를 현실감있게 보조할 수 있는 방안이 필요하다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 사이클링 모드와 런닝 모드를 지원하는 피트니스 센서 및 그 동작방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은, 사이클링 모드(cycling mode)와 런닝 모드(running mode)를 지원하는 피트니스 센서를 제공한다.

상기 피트니스 센서는, 내장된 6축 센서의 상태를 모니터링하고, 6축 센서로부터 센싱 정보를 수집하는 센서 관리부; 내장된 배터리의 잔량을 모니터링하는 배터리 관리부; 운동 모드가 상기 사이클링 모드로 선택됨에 따라 상기 센싱 정보를 이용하여 상기 사이클링 모드에 상응하는 가공 데이터를 획득하는 사이클링 모드 지원부; 및 상기 운동 모드가 상기 런닝 모드로 선택됨에 따라 상기 센싱 정보를 이용하여 상기 런닝 모드에 상응하는 가공 데이터를 획득하는 런닝 모드 지원부;를 포함한다.

상기 사이클링 모드 지원부는, 상기 센싱 정보를 기반으로 크랭크 각속도를 추정하는 크랭크 각속도 추정부; 및 산출된 상기 크랭크 각속도를 기반으로 RPM(Rotations Per Minute)을 산출하고, 산출된 상기 RPM과 미리 수집된 보조 정보를 기반으로 파워를 산출하는 파워 산출부;를 포함한다.

상기 보조 정보는, 사용자의 성별과 몸무게와 키 및 외부 환경 정보를 포함하되, 상기 외부 환경 정보는, 상기 사용자의 사용자 단말과 연동하여 획득되고, 상기 사용자 단말에서 구동되는 가상의 주행 영상과 매칭된 온도, 습도, 바람세기, 및 경사도를 포함한다.

상기 파워 추정부는, 상기 보조 정보와 상기 RPM을 이용하여 하기 수학식 1에 따라 속도(speed, Km/h)를 산출하고, 산출된 상기 속도를 이용하여 상기 파워를 추정하되,

[수학식 1]

수학식 1에서, w는 상기 사용자의 몸무게(kg)이고, tc는 상기 온도, 상기 습도를 기반으로 환산된 타이어환경 계수이고, gr은 미리 설정된 디폴트 기어비가 적용되는 사이클링 기어비이고, SPD는 상기 속도이다.

상기 런닝 모드 지원부는, 상기 사용자의 보폭을 추정하는 보폭 추정부; 및 추정된 상기 보폭을 기반으로 상기 사용자의 런닝 속도를 산출하는 속도 산출부;를 포함한다.

상기와 같은 본 발명에 따른 사이클링 모드와 런닝 모드를 지원하는 피트니스 센서 및 그 동작방법을 이용할 경우에는 사용자 단말과 연동하여 현실감있는 사이클링과 런닝 훈련을 지원할 수 있다.

또한, 피트니스 센서가 크랭크 축상에서 페달에 인접하게 설치됨으로써 피트니스 센서의 회전 각속도를 직접적으로 측정하기 때문에 크랭크의 회전 운동을 직접적으로 감지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 개인적인 성별, 몸무게, 및 키에 따른 바람의 세기 저항과 지형에 따른 경사도를 고려하여 속도를 결정하기 때문에 속도가 빠르다고 높은 파워를 소모하는 것으로 잘못 평가되는 기존 파워미터의 단점을 개선할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 사이클링 모드와 런닝 모드를 지원하는 피트니스 센서의 동작을 설명하기 위한 개요도이다.
도 2는 도 1에 따른 사용자 단말의 표시화면을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 피트니스 센서의 기능적 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에 따른 센서 관리부의 전처리 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 피트니스 센서의 하드웨어 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 피트니스 센서의 실제 구현제품을 나타낸 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 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, A, B 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. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

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 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 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 기술 분야에서 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, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 일 실시예에 따른 사이클링 모드와 런닝 모드를 지원하는 피트니스 센서의 동작을 설명하기 위한 개요도이다. 도 2는 도 1에 따른 사용자 단말의 표시화면을 예시적으로 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 사이클링 모드와 런닝 모드를 지원하는 피트니스 센서(100, 이하 피트니스 센서로 지칭될 수 있음)은, 신체 또는 피트니스 기기에 부착된 후 사용자 단말(200)와 연동하여 동작할 수 있다.

피트니스 센서(100)는, 피트니스 기기에 설치될 수 있다. 예를 들어, 피트니스 기기는 사이클링 모드를 지원하기 위해 실내자전거 또는 실내스피닝 자전거로서 크랭크축을 중심으로 크랭크암의 말단에 부착된 페달을 통해 막대형의 크랭크암이 회전함으로써 운동하는 기기일 수 있고, 피트니스 센서(100)는, 크랭크암에 고정 설치될 수 있다. 예를 들어, 피트니스 센서(100)는 벨크로를 이용하여 크랭크암에 고정 설치될 수 있다. 구체적인 구현례에서 피트니스 센서(100)는, 크랭크암에서 페달과 접촉하도록 설치되거나, 페달 발판측에 설치될 수도 있다.

또한, 피트니스 센서(100)는, 사용자의 발에 설치될 수도 있다. 예를 들어, 피트니스 센서(100)는, 런닝 모드에서 동작하기 위해 밴드(예를 들어 실리콘 재질의 밴드)를 이용하여 사용자의 신발 전면 중앙측에 고정 설치될 수 있다.

피트니스 센서(100)는, 6축(axis) 센서를 포함할 수 있다. 피트니스 센서(100)는, 6축 센서(예를 들어, 3축 자이로센서와 3축 가속도 센서)를 이용하여 피트니스 센서(100)가 설치된 지점을 기준으로 피트니스 센서(100)의 기울기, 진동, 회전각(yaw, pitch, roll) 및 회전각에 상응하는 각속도 등을 센싱 정보로서 감지할 수 있다.

또한, 피트니스 센서(100)는, 6축 센서를 이용하여 감지된 센싱 정보를 이용하여 운동모드에 따른 속도(Speed, m/s), 케이던스(Cadence, SPM), 및 파워(Power, W)를 산출할 수 있다. 여기서 운동 모드는 런닝 모드 및 사이클링 모드를 포함할 수 있다.

피트니스 센서(100)는, 근거리 무선 통신을 수행하는 통신 모듈을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 피트니스 센서(100)는, 블루투스 모듈을 포함할 수 있다.

피트니스 센서(100)는, 근거리 무선 통신을 이용하여 사용자 단말(200)과 페어링(pairing)될 수 있다. 즉, 피트니스 센서(100)는, 사용자 단말(200)과 근거리 무선 통신을 수행할 수 있다.

사용자 단말(200)은, 피트니스 센서(100)와 연동하기 위한 애플리케이션이 미리 설치될 수 있다. 사용자 단말(200)은 미리 설치된 애플리케이션이 구동됨에 따라 피트니스 센서(100)와 페어링될 수 있고, 피트니스 센서(100)가 감지한 센싱 정보를 수신하고, 수신된 센싱 정보를 사용자에게 표시할 수 있다. 센싱 정보는, 기울기, 진동, 회전각, 및 각속도 등을 포함할 수 있다.

또한, 사용자 단말(200)은, 센싱 정보를 가공하여 표시할 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 사용자 단말(200)은, 센싱 정보를 기반으로 산출된 가공 데이터로서 속도(Speed, m/s), 케이던스(Cadence, SPM), 및 파워(Power, W)를 획득하여 사용자에게 표시할 수 있다. 여기서, 속도, 케이던스 및 파워는 센싱 정보를 기반으로 실시간으로 피트니스 센서(100)에서 산출된 후 사용자 단말(200)에 제공되거나, 센싱 정보가 사용자 단말(200)에 제공된 후 사용자 단말(200)에서 산출될 수도 있다. 이하에서는 피트니스 센서(100)가 속도, 케이던스, 및 파워까지 산출하는 것을 전제로 한다.

또한, 사용자 단말(200)은, 미리 설치된 애플리케이션을 구동함으로써 가상의 주행 영상을 표시할 수 있다. 예를 들어, 주행 영상은, 실제 주행 경로를 주행자(예를 들어, 런닝하는 사람 또는 자전거를 타는 사람)의 시점에서 촬영한 주행 영상일 수 있다.

따라서, 사용자 단말(200)의 사용자는 실제 주행 경로를 촬영한 주행 영상을 보면서 사이클링 또는 런닝을 할 수 있기 때문에 직접 실제 주행 경로를 체감할 수 있어 실내 운동에 따른 지루함을 줄이고 사이클링 또는 런닝에 대한 즐거움을 줄 수 있다.

사용자 단말(200)은, 가상의 주행 영상과 매칭된 총 거리를 사용자 단말(200)의 내부 메모리에서 리드하고, 리드된 총 거리를 사용자에게 표시할 수 있다.

사용자 단말(200)은, 속도를 기반으로 현재 주행거리와 총거리 대비 남은거리를 산출하여 사용자에게 표시할 수 있고, 주행 영상의 플레이 타임을 기초로 주행시간을 산출하여 사용자에게 표시할 수 있다.

또한, 사용자 단말(200)은, 파워를 소비 칼로리로 환산하여 산출한 후, 산출된 소비 칼로리를 사용자에게 표시할 수도 있다.

추가로, 사용자 단말(200)은 주행 영상과 주행 경로에 따른 경사도가 서로 매칭되어 내부 메모리에 저장될 수 있고, 사용자 단말(200)은 경사도를 기반으로 파워를 소비 칼로리로 환산할 수 있다.

사용자 단말(200)의 예를 들면, 통신 가능한 데스크탑 컴퓨터(desktop computer), 랩탑 컴퓨터(laptop computer), 노트북(notebook), 스마트폰(smart phone), 태블릿 PC(tablet PC), 모바일폰(mobile phone), 스마트 워치(smart watch), 스마트 글래스(smart glass), e-book 리더기, PMP(portable multimedia player), 휴대용 게임기, 네비게이션(navigation) 장치, 디지털 카메라(digital camera), DMB(digital multimedia broadcasting) 재생기, 디지털 음성 녹음기(digital audio recorder), 디지털 음성 재생기(digital audio player), 디지털 동영상 녹화기(digital video recorder), 디지털 동영상 재생기(digital video player), PDA(Personal Digital Assistant) 등일 수 있다.

도 3은 일 실시예에 따른 피트니스 센서의 기능적 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 피트니스 센서(100)는, 내장된 6축 센서의 상태를 모니터링하고, 6축 센서로부터 센싱 정보를 수집하는 센서 관리부(101), 내장된 배터리의 잔량을 모니터링하는 배터리 관리부(102), 운동 모드가 사이클링 모드로 선택됨에 따라 센싱 정보를 이용하여 사이클링 모드에 상응하는 가공 데이터를 획득하는 사이클링 모드 지원부(103), 및 운동 모드가 런닝 모드로 선택됨에 따라 센싱 정보를 이용하여 런닝 모드에 상응하는 가공 데이터를 획득하는 런닝 모드 지원부(104)를 포함할 수 있다.

여기서, 운동 모드는 피트니스 센서(100)의 외부에 배치된 모드 선택 버튼을 통해 사용자가 선택할 수 있도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 피트니스 센서(100)는 운동 모드로서 사이클링 모드와 런닝 모드 중 하나를 선택하기 위한 적어도 하나의 선택 버튼을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나의 선택 버튼이 구비된 경우, 선택 버튼이 눌린 상태에서 사이클링 모드가 선택되는 것으로 설정하고, 선택 버튼이 눌리지 않은 상태에서 런닝 모드가 선택되는 것으로 설정하거나 그 반대로 설정할 수도 있다. 또한, 사이클링 모드와 런닝 모드 각각에 대응하는 2개의 선택 버튼이 피트니스 센서(100)에 구비될 수도 있고, 2개의 선택 버튼이 눌리지 않은 상태에서는 피트니스 센서(100)가 대기 모드에 진입하도록 설정될 수도 있다. 대기 모드에서 피트니스 센서(100)는, 배터리 잔량을 감지하고, 6축 센서의 정상 동작 여부를 확인할 수 있다.

한편, 사이클링 모드 지원부(103)는, 센싱 정보를 기반으로 크랭크 각속도를 추정하는 크랭크 각속도 추정부(103a) 및 산출된 크랭크 각속도를 기반으로 RPM(Rotations Per Minute)을 산출하고, 산출된 RPM과 미리 수집된 보조 정보를 기반으로 파워를 산출하는 파워 산출부(103b)를 포함할 수 있다.

크랭크 각속도 결정부(103a)는, 6축 센서를 통해 감지되는 센싱 정보인 회전각(yaw, pitch, roll) 및 회전각에 상응하는 각속도를 기반으로 크랭크 각속도를 산출할 수 있다. 예를 들어, 크랭크 각속도 결정부(103a)는, 3개의 공간 축(x, y, z)들 중에서 회전각에 변화가 있는 축을 선정하고, 선정된 축에 대응하는 각속도를 크랭크 각속도로 결정할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 크랭크 각속도 결정부(103a)는, 피트니스 센서(100)가 크랭크 축상에서 페달에 인접하게 설치됨으로써 피트니스 센서(100)의 회전 각속도를 직접적으로 측정하기 때문에 크랭크의 회전 운동을 직접적으로 감지하는 방식을 사용하는 반면, 종래의 다른 기술들은 크랭크 암의 완전한 회전 운동이 아닌 위 아래 상하 지점만을 감지하여 상하 왕복운동을 감지하는 형태를 사용하는 것이 일반적이다. 이 때문에, 크랭크의 회전 운동을 실시간으로 감지하는 본 발명에 따른 크랭크 각속도 결정부(103a)가 더욱 사이클링에 적합한 각속도 결정이 가능하다.

파워 추정부(103b)는, 결정된 크랭크 각속도를 이용하여 산출된 RPM(Rotations Per Minute)과 보조 정보를 이용하여 현재 사용자가 소모하는 파워를 추정할 수 있다. RPM은 크랭크 각속도를 분당 회전수로 변환하는 방식으로 산출될 수 있으며 각속도로부터 RPM 환산은 통상의 기술자가 용이하게 도출할 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.

보조 정보는, 사용자의 성별과 몸무게와 키 및 외부 환경 정보를 포함할 수 있다. 외부 환경 정보는, 사용자 단말(200)과 연동하여 획득될 수 있다. 예를 들어, 외부 환경 정보는, 사용자 단말(200)에서 구동되는 가상의 주행 영상과 매칭된 온도, 습도, 바람세기, 및 경사도를 포함할 수 있다.

사용자의 성별, 몸무게와 키는 사용자 단말(200)을 통해 사용자가 입력한 후 사용자 단말(200)로부터 수신될 수 있다. 이때, 사용자의 몸무게와 키 및 외부 환경 정보의 적어도 일부는 디폴트 값이 미리 설정되어 저장될 수도 있고, 사용자의 몸무게와 키 및 외부 환경 정보의 적어도 일부가 사용자 단말(200)에서 획득되지 않는 경우, 디폴트 값을 이용하여 보조 정보가 구성될 수 있다.

파워 추정부(103b)는, RPM(Rotations Per Minute)과 보조 정보를 이용하여 현재 사용자가 소모하는 파워를 추정할 수 있다.

일 실시예에서, 파워 추정부(103b)는, 보조 정보와 RPM을 이용하여 하기 수학식 1에 따라 속도(speed, Km/h)를 산출하고, 산출된 속도를 이용하여 파워를 추정할 수 있다.

수학식 1에서, w는 사용자의 몸무게(kg)이고, tc는 온도, 습도를 기반으로 환산된 타이어환경 계수이고, gr은 사이클링 기어비이고, RPM은 전술한 RPM과 동일하고, SPD는 속도일 수 있다. gr은 사용자 단말(200)을 통해 사용자로부터 입력받거나, 피트니스용 사이클링 기기와 별도 연동되어 입력받을 수도 있고, gr이 입력되지 않은 경우 미리 설정된 디폴트 기어비가 사용될 수 있다.

수학식 1에서, 타이어환경 계수는 미리 설정된 기준값이 사용될 수 있다. 추가적인 실시예에서, 타이어환경 계수는, 미리 설정된 기준 타이어 반경(r)에 대해 온도와 습도에 따른 보정값을 적용하고, 보정값이 적용된 타이어 반경(r)에 비례하도록 하기 수학식 2에 따라 결정될 수 있다.

수학식 2에서, r은 타이어 반경이고, kv는 온도와 습도에 따른 보정값이다. 이때, 보정값은 기준 타이어 반경(r, m단위)을 갖는 복수의 자전거 타이어들을 대상으로, 온도와 습도 변화에 따라 반경 변화량을 모니터링하고, 온도와 습도 변화에 따른 타이어 반경변화량(1을 기준으로 한 비율, 예를 들어 타이어 반경이 온도가 10도 증가했을 때 20% 상승시 1.2로 적용)을 타이어마다 산출하고, 산출된 타이어 반경변화량들의 평균값 또는 중간값을 수집하여 데이터 테이블을 생성하고, 보조 정보로서 획득된 온도와 습도에 대응하는 반경변화량을 데이터 테이블에서 서치하여 적용할 수 있다.

일 실시예에서, 파워 추정부(103b)는, 산출된 속도를 이용하여 파워를 하기 수학식 3에 따라 결정할 수 있다.

수학식 3에서, PW는 파워(J/sec)이고, SPD는 수학식 1에 따른 속도(km/h)이며, k는 미리 설정된 변환상수로서 예를 들어 10000일 수 있다. 이때, 변환상수는 피트니스 센서(100)에 사용자가 입력한 변환비율(또는 훈련 난이도로 사용자에게 표시될 수도 있음)에 따라 재조정될 수 있다. 예를 들어, 피트니스 센서(100)에 구비된 변환비율 입력 스위치를 입력할 때마다 변환상수가 미리 설정된 n(n은 2 이상의 자연수)개의 단계들로 구분된 값들 중 하나로 설정될 수 있다. 여기서 n개의 단계들로 구분된 값들은 10000을 n개의 단계들로 균등 분배한 값일 수 있다.

한편, 수학식 3과 같이 속도와 파워를 비례하도록 결정하는 것은 동일한 속도를 내고 있더라도 파워가 더 들거나 적게 드는 환경을 고려하지 못하는 문제가 있다.

본 발명에서는 이러한 경우까지 고려하기 위하여, 다른 일 실시예에 따른 파워 추정부(103b)는, 산출된 속도와 보조 정보를 이용하여 보정속도를 산출하고, 산출된 보정속도를 상기 수학식 3의 속도 대신에 적용하는 방식으로 파워를 결정할 수도 있다.

여기서, 보정속도는 보조 정보에 포함된 경사도(θ, radian)와 바람의 세기(풍속, km/h)를 이용하여 하기 수학식 4에 따라 결정될 수 있다.

수학식 4에서, CSPD는 보정속도이고, θ는 경사도이고, Vw는 바람의 세기(km/h)이고, kw는 미리 설정된 바람세기 변환 계수로서, 바람의 세기에 대해 사이클링 속도가 줄어드는 정도를 실험적으로 측정하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 바람세기 변환 계수는 표준 체형을 가진 성인 남자(또는 여성)을 대상으로 인위적으로 발생시킨 바람의 세기(풍속)을 부가한 상태에서 사이클링 속도를 측정하고, 측정된 사이클링 속도로 바람의 세기를 나눈 값을 사용할 수 있다. 이때, 실험 환경에 따라 성별, 몸무게, 및 키에 따라 바람세기 변환 계수를 각각 측정하여 성별, 몸무게, 및 키에 따른 바람세기 변환계수를 나타내는 제2 데이터 테이블을 생성하고, 생성된 제2 데이터 테이블에서 보조 정보를 통해 획득된 성별, 몸무게, 및 키에 대응하는 바람세기 변환계수를 서치하고, 서치된 바람세기 변환계수를 수학식 4에 적용할 수 있다.

이처럼 본 발명에 따른 보정 속도를 이용하여 파워를 환산할 경우, 개인적인 성별, 몸무게, 및 키에 따른 바람의 세기 저항과 지형에 따른 경사도를 모두 고려하여 속도에 반영되기 때문에 속도가 단순히 빠르다고 높은 파워를 소모하는 것으로 잘못 산출되는 종래의 파워 미터들의 단점을 해소하여 매우 정교한 파워 평가가 추정 가능한 장점이 있다.

런닝 모드 지원부(104)는, 사용자의 보폭을 추정하는 보폭 추정부(104a) 및 추정된 보폭을 기반으로 사용자의 런닝 속도를 산출하는 속도 산출부(104b)를 포함할 수 있다.

보폭 추정부(104a)는, 보조 정보에 포함된 사용자의 성별, 키, 및 몸무게에 따라 사용자의 보폭을 추정할 수 있다. 예를 들어, 사용자의 성별과 키, 및 몸무게에 따른 표준 보폭 테이블이 미리 구성될 수 있고, 보폭 추정부(104a)는 구성된 표준 보폭 테이블을 참조하여 사용자의 보폭을 추정할 수 있다. 이때, 표준 보폭 테이블은 미리 공개된 공공기관 서버로부터 획득된 성별이나 키 또는 몸무게 중 적어도 일부에 대응하는 보폭 데이터를 획득하여 사용될 수도 있고, 개별적으로 실험군을 대상으로 한 보폭 측정을 통해 구성할 수도 있다.

이때, 표준 보폭 테이블을 통해 사용자의 성별이나 키, 또는 몸무게에 대응하는 보폭이 서치되지 않는 경우, 보폭 추정부(104a)는, 성인 여성과 남성의 평균 보폭을 디폴트 보폭으로 정의하고, 정의된 디폴트 보폭을 사용자의 보폭으로 추정할 수 있다.

표준적인 실시예에서, 보폭 추정부(104a)는, 피트니스 센서(100)에 구비된 스위치를 사용자가 누를 때마다 미리 저장된 복수개의 보폭들 중 하나를 순차적으로 선택하여 사용자의 보폭을 결정할 수도 있다.

속도 산출부(104b)는, 센싱 정보를 통해 걸음수를 산출하고, 산출된 걸음수와 추정된 보폭을 이용하여 런닝 속도를 산출할 수 있다. 예를 들어, 속도 산출부(104b)는, 센싱 정보를 통해 6축 센서를 통해 감지되는 센싱 정보인 회전각(yaw, pitch, roll) 및 회전각에 상응하는 각속도를 이용하여 회전각에 상응하는 단위시간(예를 들어 1분)당 왕복 회전수를 측정하고, 측정된 왕복 회전수를 단위시간(1분당)에 따른 걸음수(step/min, SPM)로서 정의할 수 있다.

속도 산출부(104b)는, 산출된 걸음수(SPM)와 추정된 보폭(m)을 곱하여 런닝 속도를 산출할 수 있다. 이때, 속도 산출부(104b)는 보폭을 km 단위로, 걸음수를 시간당 걸음수로 변환시켜 km/h 단위로 런닝 속도를 산출할 수 있음은 자명하며 이하 파워 산출시에는 설명의 편의를 위해 해당 단위를 적용하는 것으로 정의한다.

한편, 속도 산출부(104b)는, 산출된 런닝 속도를 이용하여 런닝 파워를 추정할 수 있다. 이때에도, 전술한 수학식 4에 동일한 방식을 적용하여 런닝 속도에 대한 보정 런닝 속도를 산출하고, 산출된 보정 런닝 속도를 수학식 3에 따른 속도(SPD)에 대신 적용하는 방식으로 파워를 추정할 수 있다. 즉, 수학식 4의 속도에 앞서 산출된 런닝 속도를 적용하여 보정 런닝 속도를 산출할 수 있다. 이때, 수학식 4의 바람세기 변환 계수에서, 바람의 세기에 대해 사이클링 속도가 줄어드는 정도를 실험적으로 측정하는 대신에 바람의 세기에 대해 런닝 속도가 줄어드는 정도를 실험적으로 측정하여 제2 데이터 테이블을 생성하여 사용할 수 있다.

도 4는 도 3에 따른 센서 관리부의 전처리 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 센서 관리부는 6축 센서를 통해 획득되는 로우 데이터(예를 들어 3차원 공간축(x, y, z)에 따른 회전각)를 전처리하는 센서 전처리부(101a)를 더 포함할 수 있다.

센서 전처리부(101a)는, 6축 센서를 통해 획득되는 로우 데이터를 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analog to Digital Converter), ADC에서 출력되는 디지털 신호에 대해 앨리어싱(alising)을 상쇄시키는 AAF(Anti-Alias Filter), AAF의 출력에 대해 180MHz 이하 대역폭을 출력시키는 1차 LPF(Low-Pass Filter, LPF), 디지털 신호에 대해 시간적으로 앞선 복수개의 샘플들의 평균값과 현재 샘플을 이용하여 현재 샘플값을 보정하는 평균값 필터(Average Filter, AVG), 및 평균값 필터의 출력과 1차 LPF 필터의 출력 중 하나를 선택하는 멀티플렉서(mux)를 포함할 수 있다. 여기서 AAF 또는 LPF는 통상의 기술자에게 알려진 다양한 구조의 필터가 존재하므로 구체적인 설명은 생략한다.

이때, 본 발명에 따른 멀티플렉서(mux)는, 모드 선택신호(SS)에 따라 1차 LPF의 출력과 평균값 필터의 출력 중 하나를 선택할 수 있다. 예를 들어, 모드 선택신호(SS)가 로우-노이즈 모드(LN mode)인 경우, 멀티플렉서(mux)는 1차 LPF의 출력을 선택할 수 있다. 또한, 모드 선택신호(SS)가 저전력모드(LP mode)인 경우, 멀티플렉서(mux)는 평균값 필터의 출력을 선택할 수 있다.

배터리 관리부(102)는, 모니터링된 배터리 잔량이 미리 설정된 기준값 이하(예를 들어 20% 이하)인 경우, 모드 선택신호(SS)를 저전력모드(LP mode)로 입력하고, 그렇지 않은 경우 모드 선택신호(SS)를 로우-노이즈 모드(LN mode)로 입력할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 센서 전처리부(101a)는, 배터리 잔량이 부족할 때에는 디지털 신호의 왜곡이 존재하더라도 평균값 필터를 적용시켜 전력 대비 디지털 신호의 안정성을 최대한 확보시키고, 배터리 잔량이 충분할 때는 AAF를 통해 디지털 신호의 왜곡을 안정화시킨 후 LPF를 통해 디지털 신호를 충분히 살려 출력시킴으로써 센싱 데이터를 최대한 보존 및 확보하는 방식으로 동작할 수 있다.

이는, 소형화됨에 따라 최소한의 배터리를 탑재하는 피트니스 센서(100)의 특성을 고려할 때, 전력 효율을 극대화하면서 센싱 데이터의 효율화를 얻을 수 있는 장점이 있다.

한편, 센서 전처리부(101a)는, 멀티플렉서(mux)의 출력을 수신하여 샘플링 레이트(Sampling rate)를 조정하여 센싱 정보를 출력하는 ODR 선택기(Output Data Rate selector, ODRS)를 더 포함할 수 있다. ODR 선택기는 초당 멀티플렉서(muux)에서 출력되는 샘플 수(Hz)를 조정함으로써 센싱 정보의 양과 전력소비 사이의 균형을 조절할 수 있다.

예를 들어, ODR 선택기는 미리 설정된 샘플 수(Hz) 범위를 갖도록 샘플링 레이트를 조정할 수 있다. 미리 설정된 샘플 수 범위는 예를 들어 400-800 Hz일 수 있다.

도 5는 일 실시예에 따른 피트니스 센서의 하드웨어 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다. 도 6은 일 실시예에 따른 피트니스 센서의 실제 구현제품을 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 피트니스 센서(100)는, 적어도 하나의 프로세서(110), 및 적어도 하나의 프로세서(110)가 적어도 하나의 동작을 수행하도록 지시하는 명령어들(instructions)을 저장하는 메모리(120)를 포함할 수 있다.

상기 적어도 하나의 동작은 전술한 피트니스 센서(100)의 동작이나 기능부들의 동작 중 적어도 일부를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.

여기서 적어도 하나의 프로세서(110)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다.

메모리(120)는 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(120)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중 하나일 수 있다.

피트니스 센서(100)는, 상기 적어도 하나의 동작을 수행하기 위한 임시 데이터, 입력 데이터, 중간처리 데이터, 출력 데이터 등을 저장하는 저장 장치(160)를 더 포함할 수 있다. 저장 장치(160)는, 플래시메모리(flash-memory), 하드디스크 드라이브(HDD), 솔리드 스테이트 드라이브(SSD), 또는 각종 메모리 카드(예를 들어, micro SD 카드) 등일 수 있다.

또한, 피트니스 센서(100)는, 무선 네트워크를 통해 통신을 수행하는 송수신 장치(transceiver)(130)를 포함할 수 있다.

또한, 피트니스 센서(100)는 입력 인터페이스 장치(140)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 6에서 도시하는 것과 같이 입력 인터페이스 장치(140)는, 전원 공급을 트리거하는 입력 전원버튼, 런닝 모드와 사이클링 모드 중 하나를 선택하는 제1 버튼, 런닝 모드시 보폭을 변경하거나, 사이클링 모드에서 변환비율을 입력받는 제2 버튼을 포함할 수 있다. 제1 버튼과 제2 버튼의 기능은 전술한 경우와 반대로 적용될 수도 있다.

또한, 피트니스 센서(100)는, 출력 인터페이스 장치(150, 예를 들어 적어도 하나의 LED 모듈) 등을 더 포함할 수 있다. 피트니스 센서(100)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(170)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.

그 밖에도 피트니스 센서(100)는, 전술한 것처럼 내부에 배터리를 더 포함할 수 있고, 배터리와 전기적으로 연결된 충전단자(예를 들어 Type-C 포트)가 도 6에서와 같이 외부에 노출되도록 배치될 수 있다.

본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.

컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함될 수 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

또한, 상술한 방법 또는 장치는 그 구성이나 기능의 전부 또는 일부가 결합되어 구현되거나, 분리되어 구현될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 피트니스 센서
101: 센서 관리부
102: 배터리 관리부
103: 사이클링 모드 지원부
104: 런닝모드 지원부
200: 사용자 단말

Claims (5)

1. 사이클링 모드(cycling mode)와 런닝 모드(running mode)를 지원하는 피트니스 센서로서,
   내장된 6축 센서의 상태를 모니터링하고, 6축 센서로부터 센싱 정보를 수집하는 센서 관리부;
   내장된 배터리의 잔량을 모니터링하는 배터리 관리부;
   운동 모드가 상기 사이클링 모드로 선택됨에 따라 상기 센싱 정보를 이용하여 상기 사이클링 모드에 상응하는 가공 데이터를 획득하는 사이클링 모드 지원부; 및
   상기 운동 모드가 상기 런닝 모드로 선택됨에 따라 상기 센싱 정보를 이용하여 상기 런닝 모드에 상응하는 가공 데이터를 획득하는 런닝 모드 지원부;를 포함하고,
   상기 사이클링 모드 지원부는,
   상기 센싱 정보를 기반으로 크랭크 각속도를 추정하는 크랭크 각속도 추정부; 및
   산출된 상기 크랭크 각속도를 기반으로 RPM(Rotations Per Minute)을 산출하고, 산출된 상기 RPM과 미리 수집된 보조 정보를 기반으로 파워를 산출하는 파워 추정부;를 포함하고,
   상기 보조 정보는,
   사용자의 성별과 몸무게와 키 및 외부 환경 정보를 포함하되,
   상기 외부 환경 정보는, 상기 사용자의 사용자 단말과 연동하여 획득되고, 상기 사용자 단말에서 구동되는 가상의 주행 영상과 매칭된 온도, 습도, 바람세기, 및 경사도를 포함하고,
   상기 파워 추정부는,
   상기 보조 정보와 상기 RPM을 이용하여 하기 수학식 1에 따라 속도(speed, Km/h)를 산출하고, 산출된 상기 속도를 이용하여 상기 파워를 추정하되,
   [수학식 1]
   
   수학식 1에서, w는 상기 사용자의 몸무게(kg)이고, tc는 상기 온도, 상기 습도를 기반으로 환산된 타이어환경 계수이고, gr은 미리 설정된 디폴트 기어비가 적용되는 사이클링 기어비이고, SPD는 상기 속도인,
   사이클링 모드(cycling mode)와 런닝 모드(running mode)를 지원하는 피트니스 센서.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에서,
   상기 런닝 모드 지원부는,
   상기 사용자의 보폭을 추정하는 보폭 추정부; 및
   추정된 상기 보폭을 기반으로 상기 사용자의 런닝 속도를 산출하는 속도 산출부;를 포함하는,
   사이클링 모드(cycling mode)와 런닝 모드(running mode)를 지원하는 피트니스 센서.