KR20040106648A

KR20040106648A - 운동처방시스템 및 운동처방방법

Info

Publication number: KR20040106648A
Application number: KR1020030037437A
Authority: KR
Inventors: 유재원
Original assignee: 주식회사 오투런
Priority date: 2003-06-11
Filing date: 2003-06-11
Publication date: 2004-12-18
Also published as: JP3950100B2; JP2005000636A; KR100533105B1; AU2003253487A1; WO2004109575A1

Abstract

본 발명은 운동자가 운동기구를 이용하여 운동하는 동안에 측정된 심박수를 이용하여 처방지시된 운동프로그램에 대한 오차를 보정하도록 운동기구의 운동상태를 제어하고, 실제 운동으로 인한 체력을 검출하여 체력에 부합한 갱신된 운동프로그램으로 운동하도록 하는 운동프로그램 갱신 시스템 및 이에 대한 방법을 제공한다.

상기 목적을 위하여 본 발명의 시스템에는 운동기구를 이용하여 운동하는 운동자의 심박수를 측정하여 운동자의 운동프로그램을 처방하기 위한 운동처방시스템에 있어서, 운동자의 심박수를 측정하기 위한 심박수 측정수단; 상기 심박수 측정수단에 의하여 측정된 심박수에 의하여 최대 산소섭취량을 산출하고, 상기 최대 산소섭취량에 의하여 상기 운동자의 운동프로그램을 갱신하는 운동프로그램 갱신수단을 포함하는 기술구성이 개시된다.

Description

운동처방시스템 및 운동처방방법{fitness prescription system and method of fitness prescription}

본 발명은 운동자가 운동을 계속함으로써 증가되는 체력에 부합되도록 운동프로그램을 갱신시키는 운동처방시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 운동자가 운동기구를 이용하여 운동하는 동안에 측정된 심박수를 이용하여 처방지시된 운동프로그램에 대한 오차를 보정하도록 운동기구의 운동상태를 제어하고, 실제 운동으로 인한 체력을 검출하여 체력에 부합한 갱신된 운동프로그램에 운동하도록 하는 운동프로그램 갱신 시스템 및 이에 대한 방법에 관한 것이다.

따라서 운동기구를 이용하여 운동하는 동안에 운동자의 운동상태 및 운동이력에 따라서 갱신되는 운동 프로그램에 따라서 운동기구가 자동조절 되도록 하는 운동기구 제어 시스템 및 운동기구 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 운동자가 운동기구를 이용하여 운동하는 동안에 측정된 심박수를 이용하여 과운동이나 부족운동상태를 판별하고 이에 따라서 운동기구를 제어하고, 운동이력에 의하여 최대산소 섭취량을 추정하고, 최대산소 섭취량에 따른 운동부하를 제어하여 점진적으로 제력을 증진시키도록 하는 운동기구 제어 시스템 및 운동기구 제어 방법에 관한 것이다.

트레드밀을 비롯한 운동기구를 이용하여 운동자가 운동을 하는 경우 운동자는 자신의 체력에 무리가 없는 적합한 운동을 하고자 하며, 운동을 계속함으로써 자신의 체력을 증진시켜 건강한 삶을 유지시키고자 한다. 또한, 운동자는 자신의 운동상태를 기록으로 남기고 싶어하고, 이러한 기록된 운동이력을 기반으로 자신의 체력을 단련하고자 한다. 또한, 운동자의 목표에도 지구력강화, 심폐기능강화, 비만치료를 위한 칼로리 소모 등 다양한 것들이 존재할 수 있다. 이러한 이유들에서본 출원인이 출원한 특허출원 제10-2000-23432호는 심박수의 변화에 따른 운동부하가 제어되는 운동시스템을 제공하고 있으나, 개선되는 심폐기능 등에 의하여 운동자의 운동능력이 개선될 때, 운동자에게 제공되는 운동프로그램은 운동을 관리하는 관리자가 인위적으로 새롭게 작성되어져야 하므로 많은 클라이언트들이 중앙서버에 접속되어 있는 경우에는 클라이언트들 개개인에 대하여 개별적인 운동프로그램을 새롭게 갱신시켜 주어야 하며, 이 운동프로그램 또한 여러 가지의 오류가 있을 수 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 운동자의 운동이력을 근거로 운동자의 운동프로그램을 갱신하도록 하여 운동자의 체력을 증진시키도록 하기 위한 운동기구 제어 시스템 및 운동기구 제어 방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 갱신되는 운동중에 과운동 상태를 검출하여 운동속도를 감소시켜 운동자에게 있을 수 있는 위험상태를 감소시키며, 부족운동상태를 검출하여 인지를 검출하여 운동속도를 증가시켜 적절한 운동효과를 유지하기 위한 운동기구 제어 시스템 및 운동기구 제어 방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 칼로리 소모량에 따른 운동시간을 결정하도록 하여 비만 등의 치료목적으로 사용할 수 있도록 하는 운동기구 제어 시스템 및 운동기구 제어방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 운동자의 운동기구에 개별적으로 운용처리할 수 있으며, 복수의 운동기구들과 중앙서버가 통신망에 접속되어 중앙서버에 의하여 데이터 송수신에 의하여 운용될 수 있도록 하기 위한 운동기구 제어 시스템 및 운동기구 제어 방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 운동자가 운동에 대한 자각도에 따라서 운동강도를 조절할 수 있도록 하기 위한 운동기구 제어 시스템 및 운동기구 제어 방법을 제공한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예를 설명하기 위한 시스템의 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 제 1 실시예의 시스템의 제어과정을 설명하기 위한 블록도이다.

도 3은 본 발명의 일실시예를 설명하기 위한 순서도이다.

도 4는 운동코스의 고저를 표시하기 위한 그래프이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에서 운동량제어모듈과 운동프로그램 갱신모듈의 동작과정을 설명하기 위한 순서도이다.

도 6은 본 발명의 독출된 운동프로그램의 일예를 나타낸 것이다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 운동기구를 이용하여 운동하는 운동자의 심박수를 측정하여 운동자의 운동프로그램을 처방하기 위한 운동처방시스템에 있어서, 운동자의 심박수를 측정하기 위한 심박수 측정수단; 상기 심박수 측정수단에 의하여 측정된 심박수에 의하여 최대 산소섭취량을 산출하고, 상기 최대 산소섭취량에 의하여 상기 운동자의 운동프로그램을 갱신하는 운동프로그램 갱신수단을 포함하도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은 트레드밀을 이용하여 운동하는 운동자의 심박수를 측정하여 운동자의 운동프로그램을 갱신하는 운동처방시스템에서: 상기 운동자의 심박수를 측정하기 위한 심박수 측정수단; 상기 심박수 측정수단과 상기 운동프로그램에서 지시된 심박수를 비교하여 차이가 있을 때 상기 차이를 보정하도록 상기 트레드밀의 구동상태를 변경하여 구동시키는 운동량 제어수단; 상기 운동자의 운동에 의한 실제 산소섭취량, 운동강도, 최대산소섭취량중 어느 하나와 상기 운동프로그램에서 지시된 산소섭취량, 운동강도, 최대산소섭취량 중 어느 하나를 대비하여 차이가 발생하는 경우에 이를 보정하도록 운동프로그램을 갱신시키는 운동프로그램 갱신수단을 포함하는 것이다.

또한, 본 발명에서 상기 운동프로그램 갱신수단은 상기 운동자의 운동에 의한 산소섭취량을 수학식 1으로 산출하고, 운동시의 운동강도를 수학식2에 의하여 산출하고, 수학식 3에 의하여 갱신된 최대산소섭취량을 산출하여 기 설정된 운동강도에 의하여 상기 트레드 밀의 구동상태를 재산출하여 운동프로그램을 갱신하는 것이 바람직하다.

산소섭취량 = 이동속도 ×a + 경사도(%) ×이동속도(m/min)×b + c

(a, b, c는 통계집단에 따라서 달라지는 조정계수)

운동강도=(현재 심박수 -안정시 심박수)/ (최대심박수 - 안정시심박수)

최대산소섭취량 = 산소섭취량/운동강도

또한, 본 발명의 또 다른 특징은 운동프로그램에 의하여 지시된 데이터에 따라서 구동되는 구동부를 갖는 적어도 하나 이상의 운동기구들, 상기 운동기구들이 통신망에 의하여 접속되는 중앙서버로 이루어지는 운동처방시스템에 있어서: 상기 중앙서버는 운동자에 대하여 처방된 운동프로그램이 저장된 저장수단; 상기 운동프로그램에 구동되는 상기 운동기구를 따라서 운동중인 운동자의 심박수와 상기 운동프로그램에서 지시된 심박수를 비교하고, 차이가 발생하는 경우에 차이를 보정하는 방향으로 상기 운동기구를 제어하는 데이터를 상기 구동부에 지시하는 운동량 제어수단; 상기 운동자의 운동에 의한 실제 산소섭취량, 운동강도, 최대산소섭취량중 어느 하나와 상기 운동프로그램에서 지시된 산소섭취량, 운동강도, 최대산소섭취량중 어느 하나를 대비하여 차이가 발생하는 경우에 이를 보정하도록 운동프로그램을 갱신시키는 운동프로그램 갱신수단을 포함하는 것이다.

또한, 본 발명에서 상기 운동프로그램 갱신수단은 상기 운동자의 운동에 의한 산소섭취량을 다음의 수학식4, 운동시의 운동강도를 상기 수학식2에의하여 산출하고, 수학식3에 의하여 갱신된 최대산소섭취량을 산출하여 기 설정된 운동강도에 의하여 상기 트레드밀의 구동상태를 재산출하여 운동프로그램을 갱신하는 것이 바람직하다.

산소섭취량 = 이동속도 ×a + X(%) ×이동속도(m/min)×b + c

(a, b, c는 표본집단에 따라서 달라지는 조정계수이며, X는 트레드밀인 경우에 경사도이다)

또한, 본 발명의 다른 특징은 운동자의 운동중 운동강도, 심박수, 운동기구의 구동상태가 지시된 운동프로그램에 따라서 운동하는 운동자의 운동프로그램을 갱신하기 위한 운동프로그램 갱신방법에 있어서; 상기 운동자의 운동프로그램에서 지시된 심박수와 운동시 운동자의 실제 심박수를 비교하는 단계; 상기 지시된심박수와 상기 실제심박수에 오차가 있는 경우 상기 오차를 보정하기 위하여 상기 운동기구의 운동상태를 보정하는 운동상태 제어단계; 상기 실제심박수로부터 운동강도, 산소섭취량, 최대산소섭취량 중 적어도 어느 하나를 수학식 2, 3, 4에 의하여 산출하여 운동프로그램을 갱신하는 운동프로그램 갱신단계를 포함하는 것이다.

또한, 본 발명에서 상기 운동프로그램 갱신단계는 분류된 운동자각도를 운동자가 선택할 때, 선택된 운동자각도에 따라 상기 운동프로그램의 지시된 심박수를 재 갱신하는 운동자각도에 따른 갱신단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 상기 운동자의 운동중에 소모칼로리를 산출하는 단계를 더 포함하고, 상기 소모칼로리가 기 설정된 값에 도달하면 상기 운동기구를 종료시키는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예를 설명하기 위한 시스템의 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 제 1 실시예의 시스템의 제어과정을 설명하기 위한 블록도이다.

도 1에 도시된 실시예는 운동기구인 트레드밀(10)에는 모터에 의하여 속도 및 경사도가 조정되는 구동장치들이 설치되어 있으며, 이러한 구동장치들은 운동프로그램이 내장된 콘트롤러(20)에 의하여 제어된다.

콘트롤러(20)는 수치연산 및 논리계산을 수행하며 제어대상을 제어하는 제어신호를 발생시키는 제어부(200)와, 제어부(200)에 연결되어 데이터를 입력시키는입력부(201)와, 카드를 판독하는 카드 리더기(202)가 연결된다. 이때, 입력부(201)는 키입력 방식, 모니터 터치형 입력방식 등의 모든 입력방식을 포함하며, 카드 리더기(202)는 접촉식 카드와 비접촉식 RF형 카드 리더기를 모두 포함한다. 또한, 제어부(200)에는 제어부(200)의 운용프로그램이 저장되는 롬(203)과 일시적인 데이터를 저장하는 램(204)이 연결되어져 있으며, 외부와 접속되어 데이터를 송수신하도록 하는 인터페이스(240)이 연결되며, 모니터(207)를 구동시키기 위한 구동드라이브(206)가 연결되며, 트레드밀(10) 내의 구동장치를 제어하기 위한 운동기구 구동부(208)가 연결된다.

또한, 제어부(230)에는 트레드밀(10)을 이용하여 운동하는 운동자의 심박수를 측정하기 위한 심박측정부(230)가 연결되며, 운동중 운동자의 소모되는 칼로리를 산출하여 소모칼로리량에 의하여 트레드밀(10)을 제어하도록 하는 칼로리 산출모듈(205)이 연결되며, 운동자의 운동프로그램을 갱신하도록 하는 운동프로그램 갱신모듈(230)이 연결되며, 운동 중 트레드밀(10)을 이용한 운동거리, 운동량을 검출하여 트레드밀(10)의 가동속도와 경사도를 가변시키는 운동량 제어모듈(209)이 연결된다. 이때, 모듈이라는 용어는 순수 프로그램일 수 있으며, 하드웨어와 소프트웨어가 결합된 펌웨어일 수 있으며, 순수 하드웨어일 수 있으며, 하나의 집적회로 칩형태로 제조될 수 있으며, 분할된 칩형태로 제조될 수 있으며, 제어부(200)에 일체로 내장될 수 있으며, 별도로 분리될 수 있으며, 이러한 사항들은 설계적으로 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 제어부(200)에는 데이터 저장부(210)가 연결되어져 다양한 데이터 베이스가 저장된다. 저장부(210)에는 운동자 개개인에 대한 개인정보가 저장되는 개인정보DB(215)와, 각각의 운동자에 대한 운동프로그램이 저장되는 운동프로그램DB(211)와, 각각의 운동자의 운동이력이 저장되는 운동이력DB(212)와, 각각의 운동자가 선택할 수 있는 운동코스에 대한 데이터가 저장되는 운동코스DB(213)와, 각각의 운동코스에 대한 동화상이 저장되는 동화상DB(214)가 존재한다.

도 3은 본 발명의 일실시예를 설명하기 위한 순서도이다.

운동자는 카드 리더기(202)나 입력부(201)에 의하여 자신의 개인정보를 입력하면, 제어부(200)에서 입력되는 개인정보와 개인정보DB(215)에 저장된 개인정보들을 비교하여 운동자의 트레드 밀(10) 사용여부를 인준하고, 새로운 사용자인 경우 회원으로의 신규가입토록 한다(S10),(S20).

제어부(200)는 운동코스의 동화상DB(214)로부터 동화상 목록을 독출하여 모니터(207)에 표시하고 운동자로 하여금 선택하도록 하고, 특정 동화상 목록이 선택되면 선택된 동화상을 표시하여 운동자로 하여금 동화상을 시작할 수 있도록 하고, 제어부(200)는 특정 동화상이 선택되면 운동코스 데이터DB(213)로부터 선택된 운동코스에 거리 대 높이를 나타낸 도 4와 같은 그래프를 독출하여 모니터에 표시한다(S30), (S40).

운동프로그램 갱신모듈(220)은 운동이력DB(212)로부터 일주일간의 운동자의 운동이력을 독출하여 운동프로그램을 갱신한다. 이때, 운동자의 운동상태에 따라서 보정값을 산출하고, 보정값이 존재하는 경우에는 새로운 운동프로그램으로 갱신하여 트레드 밀(10)을 구동시키고(S40), (S41), 보정값이 없을 경우에는 기존의 운동프로그램을 운동프로그램DB(211)에서 독출하여 트레드밀(10)을 구동시킨다(S50).

트레드밀(10)이 운동프로그램에 의하여 구동될 때에 제어부(200)에서는 운동자의 운동에 따라서 동화상이 전시되도록 하고, 운동량 제어모듈(209)에 의하여 산출되는 운동거리를 도 4에 표시된 점선의 코스표시에 이동거리를 점선으로 표시한다. 또한, 운동중에 칼로리 산출모듈(205)은 운동자가 소비한 칼로리를 산출하고, 운동자의 설정에 소비칼로리에 의하여 운동이 제어되도록 할 수 있으며, 이에 대하여는 후술하기로 한다(S60).

또한, 운동자가 도 4에 표시된 코스를 운동중일 때 운동자의 운동상태에 따라서 트레드 밀(10)의 운동량 즉 경사도와 속도를 제어한다. 도 4에 표시된 코스를 코스를 선택할 때, 거리에 따른 경사도는 고정값을 갖게 되어 운동량을 제어하기 위해서는 트래드밀(10)의 운동속도를 제어하게 되나, 코스를 선택하지 않은 경우에는 속도와 경사도중 하나를 임의로 고정시키고, 다른 하나를 가변시킬 수 있다(S60).

또한, 운동자는 운동중이나 운동시작시에 자각도에 따라서 운동량을 가변시킬 수 있고, 이에 대한 상세한 것은 후술하기로 한다(S60).

운동이 종료된 경우에는 운동거리, 소비칼로리, 최대산소섭취량등의 운동이력을 갱신하여 운동이력DB(213)에 저장한다(S70).

이하, 운동프로그램 갱신모듈에 의하여 산출되는 특정 경사도에서의 트레드밀의 운동속도를 산출하는 과정에 대하여 설명하기로 한다.

운동자가 운동중 인용할 수 있는 최대 심박수는 통계적으로 수학식5로 계산되며, 운동중에 운동프로그램에 의하여 운동자에게 목표로 설정되는 목표심박수는 수학식6으로 표현된다.

최대심박수 = (220 - 운동자 나이)

목표심박수 = (최대심박수 - 안정시심박수)×운동강도+ 안정시심박수

(이때, 운동강도(%HRR)는 운동자의 최대산소섭취량(%VO_2max)의 값의 백분율로 산정한다. 즉, 50%HRR의 운동강도는 50%VO_2max를 의미한다.)

또한, 운동시의 산소섭취량은 수학식7로 표현된다.

산소섭취량 = 수평요소 섭취량 + 수직요소 섭취량 + 휴식요소 섭취량

이때, 수평요소 섭취량은 수평면의 이동시에 섭취되어져야 하는 산소섭취량으로, 수직요소 섭취량은 트레드밀의 경사도에 의하여 수직운동이 수반됨으로써 섭취되어져야 하는 산소 섭취량이고, 휴식요소 섭취량은 휴식시에 소요되는 산소 섭취량이며 걷기 운동시와 달리기 운동시에는 각 섭취량을 결정하는 인자의 계수가 다르게 적용된다.

산소섭취량 = 이동속도 ×a + X ×이동속도(m/min)×b + c

이때 a, b, c는 운동기구의 이동속도 적용구간 또는 운동자들의 표본집단에 따라변형되는 가변계수이며, X는 트레드밀인 경우에 경사도이다)

이하, 운동기구는 설명의 편의를 위하여 트레드 밀에 대하여 국한하여 설명하기로 한다.

트레드밀 걷기 운동시에 산소 섭취량은 수학식 9로 표현되며, 이 식은 적정한 걷기 속도인 50∼100m/min(3∼6km/hr)내에서는 보다 정확히 적용된다.

산소섭취량 = 이동속도(m/min) ×0.1(ml/kg/min) + 경사도(%) ×이동속도 (m/min)×0.8(ml/kg/min) + 3.5ml/kg/min

만일 산소섭취량이 20ml/kg/min, 목표심박수가 120회/분인 운동자가 경사도를 0%로 하고 걷기운동을 할 때 운동자의 이동속도는 수학식9로부터 얻을 수 있다. 즉,

20 = 이동속도×0.1 +3.5

∴ 이동속도 = 165 (m/min)

또한, 경사도가 2%인 경우에도 마찬가지로 수학식 9에서

20 = 이동속도 ×0.1 + 0.02 ×이동속도×1.8 +3.5

∴ 이동속도 = 121.3(m/min)

또한, 경사도가 5%인 경우에도 마찬가지로 수학식9를 적용하면

20 = 이동속도 ×0.1 + 0.05 ×이동속도 ×1.8 +3.5

∴ 이동속도 = 86.8(m/min)

으로 된다. 상기에서와 같이, 운동자의 체력조건(산소섭취량)과 특정 경사가 주어질 때, 수학식9에서 그 경사에 따른 운동자의 이동속도가 결정된다.

또한, 달리기 운동시에 산소섭취량은 수학식10로 결정되며, 수학식10은 달리기 운동의 적정속도인 134∼268m/min(8∼16km/hr)의 범위내에서 보다 정확히 적용된다.

산소섭취량 = 이동속도(m/min) ×0.2(ml/kg/min) + 경사도(%) ×이동속도 (m/min) ×1.8(ml/kg/min) ×0.5 + 3.5ml/kg/min

만일 산소섭취량이 20ml/kg/min, 목표심박수가 120회/분인 운동자가 경사도를 0%로 하고 달리기 운동을 할 때 운동자의 이동속도는 수학식10으로부터 얻을 수 있다. 즉,

20 = 이동속도×0.2 +3.5

∴ 이동속도 = 82.5 (m/min)

또한, 경사도가 2%인 경우에도 마찬가지로 수학식10에서

20 = 이동속도×0.2 + 0.02 ×이동속도×1.8×0.5 +3.5

∴ 이동속도 = 75.7(m/min)

또한, 경사도가 5%인 경우에도 마찬가지로 수학식10을 적용하면

20 = 이동속도 ×0.2 + 0.05 ×이동속도×1.8×0.5 +3.5

∴ 이동속도 = 67.3(m/min)

이하, 운동자가 운동시에 운동량제어모듈(209)에 의하여 체력조건과 비교하여 운동심박수에 따라서 속도가 가변되는 과정을 최대산소섭취량(VO_2max)인40ml/kg/min인 40세, 안정시 심박수가 60회/분, 체중이 60Kg인 여자가 운동프로그램에 의하여 50%의 운동강도로 운동처방된 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.

이 운동자의 목표심박수는 수학식2에 의하여 120회/분으로 되고, 만일 운동자가 운동중 심박수가 130회/분으로 된 경우에는 목표심박수보다 10회/분이 초과하게 된다. 또한, 이 운동자의 운동강도는 수학식 2의 변형식인 수학식 11

현재 심박수 = (최대심박수 - 안정시심박수)×현재 운동강도 + 안정시심박수

에 의하여 현재 운동강도를 얻을 수 있다. 즉,

현재 운동강도=(현재 심박수 -안정시 심박수)/ (최대심박수 - 안정시심박수)

=(130-60)/｛(220-40)-60｝≒0.58 = 58%

상기 계산에서 알수 있듯이 현재의 운동자는 운동프로그램에서 지시된 50%의 운동강도를 8%로 초과하여 운동을 하고 있음을 알 수 있다.

또한, 운동량제어모듈(209)에서는 처방된 운동프로그램에 일치하도록 트레드밀의 속도를 조정하게된다.

현재 경사도가 5%이고, 6Km/hr(=100m/min)으로 걷기 운동중이라면, 이 운동자의 산소섭취량은 수학식8에 의하여 산출된다. 즉,

산소섭취량 = 이동속도(m/min) ×0.1(ml/kg/min) + 경사도(%)×이동속도 (m/min) ×1.8(ml/kg/min) + 3.5ml/kg/min

= 100(m/min) ×0.1(ml/kg/min) + 0.05(%) ×100(m/min)×1.8(ml/kg/min) + 3.5ml/kg/min = 22.5(ml/kg/min)

또한, 이 운동자의 산소섭취량은 운동강도에 비례하므로 최대 산소섭취량은 수학식12에 의하여 산출된다.

최대산소섭취량 = 현재산소섭취량/운동강도

따라서 이 운동자의 최대산소섭취량은 58%의 운동강도에서 22.5(ml/kg/min)의 산소섭취량을 갖게되므로 22.5/0.58 ≒ 38.8(ml/kg/min)으로 된다. 최대산소섭취량이 38.8(ml/kg/min)인 운동자가 50%의 운동강도로 운동할 때의 산소섭취량은 19.4(ml/kg/min)이고, 이때의 트레드밀의 운동속도는 수학식4에 의하여 결정된다. 즉

19.4 = 이동속도 ×0.1 + 0.05 ×이동속도 ×1.8 + 3.5

∴ 이동속도 ≒ 83.7 m/min

으로 되어 현재속도 100m/min에서 83.7 m/min으로 감속하여 운동강도를 조정하게 된다.

실제 운동시의 운동강도, 산소섭취량, 최대산소섭취량중 어느 하나를 지시된 운동프로그램과 비교하여 다른 변화된 값들을 산출, 추정할 수 있다. 이하, 최대산소섭취량의 추정방법에 대하여 설명하기로 한다.

최대산소섭취량을 추정하기 위해서는 수학식11에 의하여 운동강도를 계산하고, 구해진 운동강도를 이용하여 수학식12에서 최대산소섭취량을 구하게 되나, 최대산소섭취량은 준비운동단계를 지나 본운동이 시작되어 일정시간 경과(3분정도)된 뒤부터 주기적으로 측정하여 이에 대한 평균값을 산출하여 얻어진다.

또한, 임의의 시점에서 최대산소섭취량은 수학식11, 12에서 다음의 수학식13로 정의 될 수 있다.

으로 되어 결국 최대산소섭취량은 현재 심박수가 낮게되면 증가하게 된다. 운동자가 운동을 반복적으로 수행하게 되면 동일 코스에서 동일한 운동 프로그램에 의하여 운동을 하는 경우에도 현재심박수가 떨어지게 되어 운동강도가 하강하게 된다.

따라서 동일한 운동강도에서 현재심박수가 낮다는 것은 최대산소섭취량이 높다는 것을 의미하고, 운동자의 체력이 그만큼 우수하다 할 수 있다.

통상 운동프로그램은 준비운동단계, 본 운동단계, 마무리운동단계로 이루어지며, 운동자가 운동을 수행할 때 다음 운동을 위하여 운동프로그램을 갱신하기 위하여 최대산소섭취량을 상기 수학식13에 의하여 결정한다. 이때, 최대산소섭취량은 본 운동단계에서 일정주기로 산출되고, 이들의 평균값이 운동프로그램을 갱신하기 위한 최대산소섭취량으로 결정된다.

이하, 운동프로그램이 갱신되는 과정을 설명하기로 한다.

최대산소섭취량(VO_2max)인 40ml/kg/min인 40세, 안정시 심박수가 60회/분, 체중이 60Kg인 여자가 운동프로그램에 의하여 50%의 운동강도로 트레드밀을 이용하여 경사도 없는 걷기 운동의 운동프로그램이 처방된 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.

이 운동자의 산소섭취량은 수학식12에 의하여 20ml/kg/min이고, 목표심박수는 수학식6에 의하여 120회/분으로 결정되고, 수학식7에 의하여 트레드밀의 이동속도V1은 165m/min으로 구동되도록 한다. 이때 운동에 의하여 운동자가 체력이 증진하여 동일한 트레드밀의 이동속도에서 심박수가 110회/분으로 검출되게 되면, 이 운동자의 운동강도는 수학식11에 의하여 0.417로 산출되고, 이때의 산소섭취량은 20ml/kg/min이므로 이 운동자의 갱신된 최대산소섭취량은 수학식12에 의하여 47.962ml/kg/min으로 보정되어져야 한다. 운동프로그램이 운동자의 운동강도를 50%로 맞추기 위해서 이 운동자에 대한 운동프로그램은 갱신된 최대산소섭취량에 의하여 새롭게 갱신된다. 즉, 수학식12에 의하여 이 운동자의 산소섭취량은 23.981ml/kg/min로 결정되고, 50%의 운동강도에서 트레드밀의 이동속도V2는 204.810m/min으로 설정되게 된다. 이 운동자는 동일 운동강도를 유지하기 위하여 운동프로그램에 의하여 △V = V2 - V1 = 39.810m/min의 속도증강이 이루어진다. 상기의 운동프로그램의 갱신과정은 임의의 시점에 대하여 설명되었으나, 이는 본 운동단계에서 주기적으로 최대 산소섭취량이 산출되고, 이를 평균하여 다음의 운동단계에서 적용되게되나, 운동 수행중에 임의의 시간동안의 평균 최대 산소섭취량을 산출하여 그 후에 운동에 대하여도 갱신된 운동프로그램에 의하여도 적용하도록 설정할 수 있다.

또한, 운동프로그램은 운동자의 운동자각도에 의하여 보정될 수 있다. 운동자각도는 운동자가 운동강도를 자각적 판단에 의하여 결정하는 방법으로 표1은 여러 단계의 분류척도와 이에 따른 심박수 조절량을 반영하기 위한 일 예를 표시한다.

분류척도	운동자각도	심박수조절량(회/분)
very very light	매우 가볍다	+30
very light	상당히 가볍다	+20
light	가볍다	+10
fairly hard	약간 힘들다	0
hard	힘들다	-10
very hard	상당히 힘들다	-20
very very hard	매우 힘들다	-30

운동중에 모니터(207)에는 운동자각도를 선택할 수 있는 선택메뉴가 전시되고, 운동에 대하여 운동자 자신이 느끼는 운동자각도를 선택하게 되면, 운동량 제어모듈(209)에서는 실제 심박수에 운동자각도에 따른 심박수조절량이 반영되게 되어 그에 따른 속도조정 및 경사도 조정이 이루어진다.

또한, 칼로리 산출모듈(205)에서는 운동에 따른 단위시간당 산소섭취량을 산출하고 산소1L당 열량0.225kcal의 열을 소모하므로 운동시간 중에 소모되는 소모칼로리를 산출하며, 운동자에 의하여 또는 운동처방프로그램에서 목표운동칼로리를 설정하고, 목표운동칼로리로부터 소모열량을 감산하여 0으로 되는 시점에서 운동이 종료되도록 제어할 수 있다.

운동프로그램 갱신모듈(220)은 저장부(210)의 운동프로그램DB(211)로부터 운동자의 운동프로그램을 독출하여 모니터(207)에 전시한다(S61). 도 6은 독출된 운동프로그램의 일 예를 나타낸 것이다. 도 6에 도시된 운동프로그램은준비운동단계(운동시작부터 5분간)와, 본운동단계(5분 경과부터 35분까지)와, 마무리운동 단계(35분 경과부터 운동종료 시까지)로 이루어지며, 심박수 표시선중 실선(61)은 처음에 모니터에 전시되는 운동프로그램의 심박수 그래프이고, 점선은 운동자의 운동중에 검출되는 실제 심박수를 표시한 것이다. 이때, 모니터에는 운동프로그램에 의하여 구동되어질 트레드밀의 시간별 이동속도와 실제 측정되는 이동속도를 나타낼 수 있고, 목표한 운동강도와 실제 수행되는 운동강도가 대비적으로 표시될 수 있으며, 동화상 DB(214)의 특정 동화상을 선택한 경우에는 동화상과 이에 연동되는 운동코스DB(213)로부터 각 지점에서의 경사도를 전시할 수 있다.

또한, 운동자각도에 의하여 운동자가 운동프로그램을 조정하는 경우에는 운동프로그램 갱신모듈(220)은 모니터(207)에 표1과 같은 선택화면을 전시시키고, 특정 운동자각도를 선택하도록 하면 목표심박수를 변동시켜 이에 따른 새로운 목표심박수, 이에 따른 이동속도, 경사도로 조정하여 운동프로그램을 갱신하도록 한다(S62). 이때, 특정 코스를 선택한 경우에는 임의의 지점에서 경사도는 고정되고, 이동속도만이 조정되며, 특정 코스가 선택되지 않는 경우에는 임의적으로 경사도를 고정시키고, 이동속도만을 조정하거나 반대로 이동속도를 고정시키고 경사도를 가변시킬 수 있다.

운동프로그램이 갱신되어 트레드밀이 구동되어 운동자가 운동을 하게 되면(S63), 운동량 제어모듈(209)에서 심박측정부(230)로부터 측정된 운동자의 실제 심박수와 운동프로그램상에 심박수를 비교하여 트레드밀의 이동속도를 조정한다(S64). 제어부(200)에서는 운동량 제어모듈(209)에서 조정된 이동속도의정보를 전송받아 운동기구 구동부(208)를 조정하여 트레드 밀을 구동한다(S63). 운동프로그램 갱신모듈(220)은 트레드밀(10)의 구동중에 또는 트레드 밀(10)의 구동이 종료된 후에 평균 최대산소섭취량을 산출한다. 평균 최대산소섭취량은 수학식11과 이와 관련된 수학식들에 의하여 산출하고, 새로운 평균 최대산소섭취량에 근거하여 새로운 목표심박수, 이동속도에 의한 운동프로그램으로 갱신한다(S65), (S66).

또한, 트레드밀(10)의 칼로리 산출모듈(205)에 의하여 소모칼로리를 산출하하고(S67), 소모 칼로리에 의하여 트레드밀(10)이 종료가 결정되도록 하는 칼로리 제어모드의 입력이 있는 경우에는 목표운동 칼로리와 현재 소모칼로리를 비교하여 소모칼로리가 목표운동칼로리에 도달하게 되면 칼로리 산출모듈(205)에서는 제어부(200)에 종료신호를 전송하여 트레드밀(10)을 종료시킨다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

도 1에 도시된 운동처방시스템은 하나의 운동기구가 독립적으로 운영되는 경우에 대하여 구성된 것이나, 도 7은 통신망에 의하여 여러 대의 운동기구가 하나의 클라이언트에 랜(LAN)으로 연결되고, 다수의 클라이언트가 인터넷, 또는 인트라넷에 의하여 연결된 중앙서버(70)에 접속되어 운영되도록 하는 것이다.

이때, 중앙서버(70)에는 복수의 운동자의 정보가 저장되며, 도 2에서 설명된 운동처방시스템에 구비된 운동프로그램 갱신모듈, 운동량제어모듈, 칼로리 산출모듈이 구비되어 운동자의 운동중에 측정된 심박수를 클라이언트로부터 전송받아 처방된 운동프로그램과 비교하고, 비교값에 의하여 운동량을 변화시키기 위한 제어신호를 각 클라이언트에 전송한다.

클라이언트(71)는 운동기구(72)를 이용하여 운동하는 운동자의 심박수를 입력받아 중앙서버(70)에 전송하고, 중앙서버로부터 운동프로그램을 전송받아 이에 따른 운동량(트레드밀인 경우는 이동속도, 경사도에 따른 운동량)으로 운동기구를 구동시키기 위한 구동신호를 클라이언트에 접속되는 운동기구(72)들을 전송한다.

또한, 운동기구(72)에는 클라이언트(71)와 접속되어 클라이언트(71)로부터 전송되는 화상신호를 화상으로 전시할 수 있는 모니터가 구비되며, 클라이언트(71)로부터 입력되는 구동신호에 의하여 운동기구가 구동되도록 하는 구동부들이 구비된다. 또한, 운동기구(72)에는 카드리더기가 구비되어 운동자의 개인정보를 입력받아 클라이언트(71)에 전송하여 인증받을 수 있도록 할 수 있으며, 모니터의 터치패널 또는 입력키를 이용한 입력신호를 클라이언트(71)에 전송할 입력부가 구비된다. 클라이언트(71)와 운동기구(72)의 역할분담은 여러 가지의 형태로 이루어질 수 있다. 도 7에 도시된 실시예와 달리 운동기구에 임베디드칩을 실장하여 운동기구에서 직접 중앙서버(70)에 접속할 수 있도록 하고, 도 1에 도시된 제어부(200)를 구비하여 직접 중앙서버(70)로부터 전송되는 운동량에 따른 제어신호에 의하여 운동기구를 제어할 수 있는 등의 여러 가지의 변형이 가능하다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해정해져야 한다.

상기의 목적과 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 운동자가 자신의 체력에 맞는 운동프로그램에 의하여 운동함으로써 운동자가 체력을 증진시킬 수 있으며, 운동을 관리하는 자는 운동자 개개인을 별도로 관리할 필요 없이 자동적으로 운동자의 운동프로그램을 체력상태에 따라 갱신하도록 함으로써 합리적이고, 경제적인 관리가 이루어지도록 한다.

Claims

운동기구를 이용하여 운동하는 운동자의 심박수를 측정하여 운동자의 운동프로그램을 처방하기 위한 운동처방시스템에 있어서,

운동자의 심박수를 측정하기 위한 심박수 측정수단;

상기 심박수 측정수단에 의하여 측정된 심박수에 의하여 최대 산소섭취량을 산출하고, 상기 최대 산소섭취량에 의하여 상기 운동자의 운동프로그램을 갱신하는 운동프로그램 갱신수단을 포함하도록 하는 것을 특징으로 하는 운동처방시스템.
트레드밀을 이용하여 운동하는 운동자의 심박수를 측정하여 운동자의 운동프로그램을 갱신하는 운동처방시스템에서:

상기 운동자의 심박수를 측정하기 위한 심박수 측정수단;

상기 심박수 측정수단과 상기 운동프로그램에서 지시된 심박수를 비교하여 차이가 있을 때 상기 차이를 보정하도록 상기 트레드밀의 구동상태를 변경하여 구동시키는 운동량 제어수단;

상기 운동자의 운동에 의한 실제 산소섭취량, 운동강도, 최대산소섭취량중 어느 하나와 상기 운동프로그램에서 지시된 산소섭취량, 운동강도, 최대산소섭취량중 어느 하나를 대비하여 차이가 발생하는 경우에 이를 보정하도록 운동프로그램을 갱신시키는 운동프로그램 갱신수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 운동처방시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 운동프로그램 갱신수단은 상기 운동자의 운동에 의한 산소섭취량을 다음의 수학식14, 운동시의 운동강도를 수학식15에 의하여 산출하고, 수학식 16에 의하여 갱신된 최대산소섭취량을 산출하여 기 설정된 운동강도에 의하여 상기 트레드 밀의 구동상태를 재산출하여 운동프로그램을 갱신하는 것을 특징으로 하는 운동처방시스템.

산소섭취량 = 이동속도 ×a + 경사도(%) ×이동속도 (m/min)×b + c

(a, b, c는 통계집단에 따라서 달라지는 조정계수)

운동강도=(현재 심박수 -안정시 심박수)/ (최대심박수 - 안정시심박수)

최대산소섭취량 = 산소섭취량/운동강도
운동프로그램에 의하여 지시된 데이터에 따라서 구동되는 구동부를 갖는 적어도 하나 이상의 운동기구들, 상기 운동기구들이 통신망에 의하여 접속되는 중앙서버로 이루어지는 운동처방시스템에 있어서:

상기 중앙서버는

운동자에 대하여 처방된 운동프로그램이 저장된 저장수단;

상기 운동프로그램에 구동되는 상기 운동기구를 따라서 운동중인 운동자의심박수와 상기 운동프로그램에서 지시된 심박수를 비교하고, 차이가 발생하는 경우에 차이를 보정하는 방향으로 상기 운동기구를 제어하는 데이터를 상기 구동부에 지시하는 운동량 제어수단;

상기 운동자의 운동에 의한 실제 산소섭취량, 운동강도, 최대산소섭취량중 어느 하나와 상기 운동프로그램에서 지시된 산소섭취량, 운동강도, 최대산소섭취량중 어느 하나를 대비하여 차이가 발생하는 경우에 이를 보정하도록 운동프로그램을 갱신시키는 운동프로그램 갱신수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 운동처방시스템.
제 4 항에 있어서, 상기 운동프로그램 갱신수단은 상기 운동자의 운동에 의한 산소섭취량을 다음의 수학식17, 운동시의 운동강도를 수학식18에 의하여 산출하고, 수학식 19에 의하여 갱신된 최대산소섭취량을 산출하여 기 설정된 운동강도에 의하여 상기 트레드 밀의 구동상태를 재산출하여 운동프로그램을 갱신하는 것을 특징으로 하는 운동처방시스템.

산소섭취량 = 이동속도 ×a + X(%) ×이동속도(m/min)×b + c

(a, b, c는 통계집단에 따라서 달라지는 조정계수이다.)

운동강도=(현재 심박수 -안정시 심박수)/ (최대심박수 - 안정시심박수)

최대산소섭취량 = 산소섭취량/운동강도
운동자의 운동중 운동강도, 심박수, 운동기구의 구동상태가 지시된 운동프로그램에 따라서 운동하는 운동자의 운동프로그램을 갱신하기 위한 운동처방법에 있어서;

상기 운동자의 운동프로그램에서 지시된 심박수와 운동시 운동자의 실제 심박수를 비교하는 단계;

상기 지시된 심박수와 상기 실제심박수에 오차가 있는 경우 상기 오차를 보정하기 위하여 상기 운동기구의 운동상태를 보정하는 운동상태 제어단계;

상기 실제심박수로부터 운동강도, 산소섭취량, 최대산소섭취량중 적어도 어느 하나를 산출하여 운동프로그램을 갱신하는 운동프로그램 갱신단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 운동처방방법.
제 6 항에 있어서, 상기 운동프로그램 갱신단계는 상기 운동자의 운동에 의한 산소섭취량을 다음의 수학식20, 운동시의 운동강도를 수학식21에 의하여 산출하고, 수학식 22에 의하여 갱신된 최대산소섭취량을 산출하여 기 설정된 운동강도에 의하여 상기 트레드밀의 구동상태를 재산출하여 운동프로그램을 갱신하는 것을 특징으로 하는 운동처방방법.

산소섭취량 = 이동속도 ×a + X(%) ×이동속도(m/min) ×b + c

(a, b, c는 통계집단에 따라서 달라지는 조정계수이다.)

운동강도=(현재 심박수 -안정시 심박수)/ (최대심박수 - 안정시심박수)

최대산소섭취량 = 산소섭취량/운동강도
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 운동프로그램 갱신단계는 분류된 운동자각도를 운동자가 선택할 때, 선택된 운동자각도에 따라 상기 운동프로그램의 지시된 심박수를 재 갱신하는 운동자각도에 따른 갱신단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 운동처방방법.
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 운동자의 운동중에 소모칼로리를 산출하는 단계를 더 포함하고, 상기 소모칼로리가 기 설정된 값에 도달하면 상기 운동기구를 종료시키는 것을 특징으로 하는 운동처방방법.