KR20060023003A - 가속도 센서를 이용한 운동량 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가속도 센서를 이용한 운동량 측정 장치에 관한 것으로, 각종 운동의 동작 특성에 따라 소정의 신체 부위에 착용되어 신체의 움직임에 따른 가속도를 검출하여 RF 신호로 송신하는 운동량 측정기와, RF 신호를 수신하여 수신 신호에 포함된 가속도 정보에 의거하여 운동량을 산출한 후 이용자가 인지할 수 있도록 산출된 운동량을 표시하는 운동량 표시기를 포함하며, 운동량 측정기와 운동량 표시기를 별도로 구성하여 각종 운동의 동작 특성에 따라 운동량의 측정 신뢰도가 높은 신체 부위에 운동량 측정기를 착용하고 운동량 표시기는 이용자가 목시하기 용이한 신체 부위에 착용함으로써, 측정된 운동량 정보의 신뢰성이 극대화되면서도 이용상의 편의성이 배가되는 이점이 있다.

가속도 센서, 운동량, 소모 칼로리

Description

가속도 센서를 이용한 운동량 측정 장치{APPARATUS FOR MEASURING A QUANTITY OF MOTION BY USING ACCELERATION SENSOR}

도 1은 본 발명에 따른 가속도 센서를 이용한 운동량 측정 장치의 블록 구성도,

도 2는 도 1에 도시된 신호 증폭부의 세부적인 블록 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 가속도 센서를 이용한 운동량 측정 장치의 운동량 측정기를 신발에 착용한 예를 보인 사진,

도 4는 본 발명에 따른 가속도 센서를 이용한 운동량 측정 장치의 운동량 표시기를 손목에 착용한 예를 보인 사진.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 운동량 측정기 110 : 가속도 센서

120 : 신호 증폭부 130 : A/D 컨버터

140 : 측정기 제어부 150, 240 : RF 통신 모듈

200 : 운동량 표시기 210 : 표시부

220 : 키 입력부 230 : 표시기 제어부

본 발명은 가속도 센서를 이용한 운동량 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가속도 센서를 이용한 운동량 측정기와 측정된 운동량을 이용자가 인지할 수 있도록 하는 운동량 표시기를 별도로 구성하여 각종 운동의 동작 특성에 따라 운동량의 측정 신뢰도가 높은 신체 부위에 운동량 측정기를 착용하고 운동량 표시기는 이용자가 목시하기 용이한 신체 부위에 착용할 수 있도록 한 가속도 센서를 이용한 운동량 측정 장치에 관한 것이다.

건강 관리를 위한 걷기 운동이나 조깅 등의 유산소 운동시 그 운동량을 측정하기 위해 일반적으로 이용되는 방안으로는 만보계나 초시계 등을 이용하는 방법이 있다.

만보계는 걸음의 횟수 정보를 제공하는 것으로서 이용자가 자신의 운동 속도를 직접 입력한 경우에는 입력한 운동 속도와 걸음 횟수를 승산하여 산출된 운동 거리 정보를 제공한다. 이러한 운동 거리 정보에 의거하여 이용자는 자신의 운동량을 유추할 수 있으나, 이때 유추된 운동량은 이용자가 운동 속도를 정확히 입력하였을 경우에만 신뢰성을 가질 수 있으며, 더욱이 이용자가 이동하고 있는 노면의 기울기나 포장 상태에 따라서도 운동량이 변화되지만 이러한 정보는 전혀 고려되지 않았다.

초시계는 운동 시간 정보를 제공하는 것으로서 운동량 측정 기능면에 있어서는 만보계의 경우보다 더욱 부정확하다. 초시계를 통해 이용자가 정확히 획득할 수 있는 정보로는 운동 시간 정보밖에 존재하지 않으므로 운동량의 유추에 있어서 그 어려움이 배가되기 때문이다.

근래에는 전술한 바와 같은 고전적인 운동량 측정 방식의 문제점들을 해소하기 위한 방안으로 이용자 본인이 자신의 성별, 키, 체중 등의 신체 정보를 입력하면 가속도 센서 등의 감지값에 의거하여 운동량을 산출하여 주는 운동량 측정 장치가 제안되었다.

이러한 운동량 측정 장치의 예로서 공개특허공보 특2003-0031245에는 "다이어트 및 건강 관리용 손목 시계 및 상기 손목 시계를 이용한 건강 관리 방법"이 개시되어 있으며, 공개특허공보 특2003-0031246에는 "체지방 및 운동량을 측정하는 방법"이 개시되어 있다.

공개특허공보 특2003-0031245에 개시된 건강 관리용 손목 시계는, 운동량 측정용 센서, AD 변환부, 키 입력부 및 무선 통신 수신부로 구성되는 입력부와, 입력부에 연결된 제어부, 제어부에 연결된 전원부, 저장부 및 LCD 구동 회로와, LCD 디스플레이부 및 무선 통신 전송부로 구성된 출력부를 포함한다. 사용자의 팔목에 부착되어 동작하는 운동량 측정용 센서는 사용자의 운동 중에 자동으로 신체의 움직임을 감지하여 운동량 정보를 측정하고, 측정된 운동량은 AD 변환부를 통하여 디지털 값으로 변환되어 제어부로 전달된다. 운동량 측정용 센서는 가속도 센서를 사용할 수 있으며, 사용자 신체 움직임의 가속도 등을 측정하여 운동 시간, 가속도 변화 등을 토대로 사용자의 걸음 수, 걸음의 속도 등을 계산한다. 사용자는 키 입력부를 통하여 사용자의 성별, 키, 체중, 체중 목표량 등을 입력한다. 제어부는 AD 변환부, 키 입력부, 무선 통신 수신부를 통하여 들어오는 데이터를 입력받아 일일 섭취량 추정치, 운동량 추정치, 운동으로 소비한 칼로리 추정치 등을 계산한다.

공개특허공보 특2003-0031246에 개시된 운동량 측정 장치는, 밴드가 설치되어 손목에 착용되는 손목 시계 타입의 휴대용 운동량 측정 장치로서, 사용자로부터 운동량 측정 요청을 입력받는 수단, 가속도 센서가 사용자의 팔의 움직임에 따른 가속도 부호를 산출하는 수단, 가속도 부호를 이용하여 미리 정해진 방법에 따라서 운동량을 산출하는 수단, 운동량을 표시부에 나타내는 수단을 구비한다. 사용자가 키, 체중 및 성별을 입력한 후 메뉴 버튼을 이용하여 운동 모드를 설정하면 손목 시계형 운동량 측정 장치에 부착된 가속도 센서가 팔 움직임에 따른 가속도 부호를 판별한다. 제어부는 가속도 부호에 따라 운동에 따른 각도 및 가속도를 산출하고, 운동량 측정 알고리즘의 실행에 따라 운동량 및 소비 칼로리를 산출한다. 그리고 LCD 구동 회로가 측정된 운동량 및 소비 칼로리를 LCD에 표시한다.

그러나, 전술한 바와 같은 종래의 운동량 측정 장치들은 손목이나 팔뚝에 착용하는 장치로서 팔의 움직임에 근거하여 운동량을 산출하는 것을 알 수 있으며, 이에 따라 최종적으로 산출된 운동량이 실제의 운동량과는 많은 괴리를 갖는 문제점이 있다. 즉 걷기 운동이나 조깅 등과 같이 운동시 이동이 동반되는 대부분의 유산소 운동은 다리의 움직임이 운동량의 변화에 가장 민감하게 반영되나, 이동을 하지 않고 제자리에서 팔운동을 행할 때에도 팔의 움직임에 의해 이동시와 동일하게 산출 운동량이 변화되므로 그 신뢰성이 떨어지는 것이다.

한편, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래의 운동량 측정 장치를 발목에 착용하여 다리의 움직임에 근거하여 운동량을 산출하도록 변형 실시할 수 있을 것 이나, 실제로 운동량이 측정되는 가속도 센서와 산출된 운동량이 표시되는 표시부가 일체로 구성되어 있으므로 운동 중은 물론이고 운동을 완료한 이후라도 이용자가 운동량 정보를 쉽게 확인하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안한 것으로, 가속도 센서를 이용한 운동량 측정기와 측정된 운동량을 이용자가 인지할 수 있도록 하는 운동량 표시기를 별도로 구성하여 각종 운동의 동작 특성에 따라 운동량의 측정 신뢰도가 높은 신체 부위에 운동량 측정기를 착용하고 운동량 표시기는 이용자가 목시하기 용이한 신체 부위에 착용할 수 있도록 함으로써, 측정된 운동량 정보의 신뢰성을 극대화하면서도 이용상의 편의성이 배가되도록 하는 데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 가속도 센서를 이용한 운동량 측정 장치는, 각종 운동의 동작 특성에 따라 소정의 신체 부위에 착용되어 신체의 움직임에 따른 가속도를 검출하여 RF 신호로 송신하는 운동량 측정기와, RF 신호를 수신하여 수신 신호에 포함된 가속도 정보에 의거하여 운동량을 산출한 후 이용자가 인지할 수 있도록 산출된 운동량을 표시하는 운동량 표시기를 포함한다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이 실시예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 보다 잘 이해할 수 있게 된다. 그러나 본 발명은 이러한 실시예로 제한되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 가속도 센서를 이용한 운동량 측정 장치는 도 1의 블록 구성 도에 나타낸 바와 같이, 운동량 측정기(100)와 운동량 표시기(200)를 포함하여 구성된다.

운동량 측정기(100)는 각종 운동의 동작 특성에 따라 운동량의 측정 신뢰도가 높은 신체 부위에 착용할 수 있도록 설계되며, 신체의 움직임에 따른 가속도를 검출하여 RF 신호로 송신한다. 예로서 도 3a의 사진과 같이 운동화의 끈을 이용하여 고정할 수 있도록 설계된다.

운동량 측정기(100)의 세부적인 구성을 살펴보면, 움직임에 따라 변화되는 가속도 값을 검출하는 가속도 센서(110)와, 검출된 가속도 값을 신호 처리를 위해 증폭하는 신호 증폭부(120)와, 아날로그 신호인 증폭된 가속도 값을 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터(130)와, 신호 변환된 가속도 값을 신호 전송 주기에 맞춰서 통신 제어 신호와 함께 출력하는 측정기 제어부(140)와, 통신 제어 신호에 따라 신호 전송 주기마다 가속도 값을 RF 신호로 송신하는 RF 통신 모듈(150)을 포함하여 구성된다. 가속도 센서(110)는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 가속도 센서로 구현하는 것이 바람직하다.

신호 증폭부(120)의 세부적인 구성을 도 2를 참조하여 살펴보면, 가속도의 변화에 따라 가속도 센서(110)에서 출력되는 가속도 전류값을 가속도 전압값으로 변환하는 전류-전압 컨버터(121)와, 가속도 전압값의 오프셋을 조정하는 가산기(122)와, 오프셋 조정된 가속도 전압값을 신호 증폭하는 제 1 증폭기(123)와, 신호 증폭된 가속도 전압값의 원하는 주파수 대역을 필터링하는 저역 통과 필터(124)와, 필터링된 가속도 전압값을 신호 증폭하여 최종적인 가속도 값을 생성하는 제 2 증 폭기(125)를 포함하여 구성된다.

운동량 표시기(200)는 이용자가 목시하기 용이한 신체 부위에 착용할 수 있도록 설계되며, 운동량 측정기(100)로부터 송신된 RF 신호를 수신하여 수신 신호에 포함된 가속도 정보에 의거하여 운동량을 산출한 후 이용자가 인지할 수 있도록 산출된 운동량을 표시한다. 예로서 도 3b의 사진과 같이 손목에 착용할 수 있도록 손목 시계형으로 설계된다.

운동량 표시기(200)의 세부적인 구성을 살펴보면, 운동량 측정기(100)의 RF 통신 모듈(150)로부터 송신된 가속도 값을 수신하는 RF 통신 모듈(240)과, 이용자가 성별, 키, 체중 등의 신체 정보를 입력하거나 측정된 운동량에 대한 표시 형태 등을 선택할 수 있는 키 입력부(220)와, RF 통신 모듈(240)을 통해 수신된 가속도 값에 의거하여 운동 속도와 운동 거리를 산출한 후 키 입력부(220)를 통해 입력된 신체 정보를 고려하여 소모 칼로리 등으로 나타낼 수 있는 운동량을 산출하여 산출된 정보들을 표시 제어 신호와 함께 출력하는 표시기 제어부(230)와, 제어부(230)의 산출 정보들을 표시 제어 신호에 따라 소정의 표시 형태로 출력하는 표시부(210)를 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 가속도 센서를 이용한 운동량 측정 장치에 의한 운동량 측정 및 표시 과정을 도 1 내지 도 3을 참조하여 아래에서 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 현재 수행하고자 하는 운동의 동작 특성에 따라 운동량의 측정 신뢰도가 높은 신체 부위에 운동량 측정기(100)를 착용하며, 운동량 표시기(200)는 목시 하기 용이한 신체 부위에 착용한다. 예로서 걷기 운동이나 조깅 등의 유산소 운동을 수행할 경우라면 운동량 측정기(100)는 도 3a와 같이 운동화의 끈으로 고정하여 발등에 착용하며, 운동량 표시기(200)는 도 3b와 같이 손목 시계 형태의 착용띠를 이용하여 손목에 착용한다.

그리고, 운동량 표시기(200)의 키 입력부(220)를 이용하여 성별, 키, 체중 등의 신체 정보를 입력하거나 측정된 운동량에 대한 표시 형태 등을 설정한다. 이때 입력 또는 설정된 정보들은 표시기 제어부(230)로 전달되어 이후 운동량 산출 및 표시 과정에서 이용된다. 아울러 키 입력부(220)를 통해 운동량 표시 주기(즉, 운동량 검출기(100)의 가속도 센서(110)에 의한 신호 전송 주기)를 선택할 수도 있으며, 이와 같이 운동량 표시 주기가 선택된 경우라면 표시기 제어부(230)는 이를 RF 통신 모듈(150, 240)을 통해 측정기 제어부(140)로 전달한다.

이용자가 걷기 또는 조깅 등의 운동을 시작하면 가속도 센서(110)는 신체의 움직임에 따라 변화되는 가속도 값을 검출한다. 가속도 값이라 함은 가속도 값의 부호 변화 등을 포함한다. 운동이 계속되면 가속도 값의 부호는 걸음 횟수에 비례하여 부호 값이 주기적으로 변한다. 즉, 이용자가 한 걸음 이동하면 가속도의 부호가 2번 바뀌는 것이다. 이와 같은 가속도 값과 가속도 부호 값에 의거하여 운동 거리 및 운동 속도를 알 수 있다.

가속도 센서(110)에 의해 검출된 가속도 값은 신호 증폭부(120)를 통해 신호 증폭되어 A/D 컨버터(130)에 제공되며, A/D 컨버터(130)는 아날로그 신호인 가속도 값을 디지털 신호로 변환하여 측정기 제어부(140)에 제공한다.

측정기 제어부(140)는 이용자가 키 입력부(220)를 통해 입력한 운동량 표시 주기에 대응하는 신호 전송 주기에 맞춰서 통신 제어 신호와 함께 가속도 값을 RF 통신 모듈(150)에 제공한다.

운동량 측정기(100)의 RF 통신 모듈(150)은 측정기 제어부(140)의 통신 제어 신호에 따라 가속도 값을 RF 신호로 송신하며, 운동량 표시기(200)의 RF 통신 모듈(240)은 운동량 측정기(100)의 RF 통신 모듈(150)로부터 송신된 RF 신호, 즉 가속도 값을 수신하여 표시기 제어부(230)에 제공한다.

표시기 제어부(230)는 RF 통신 모듈(240)을 통해 수신된 가속도 값에 의거하여 이용자의 운동 속도와 운동 거리를 산출하며, 기 입력된 이용자의 성별, 키, 체중 등의 신체 정보를 참조하여 소모 칼로리 등으로 나타낼 수 있는 운동량을 산출한다. 그리고 산출된 운동 속도, 운동 거리, 소모 칼로리 등의 운동량 정보를 표시부(210)에 제공하며, 키 입력부(220)를 통해 기 설정된 운동량 표시 형태에 따라서 표시 제어 신호를 함께 출력한다.

이로써, 표시부(210)는 표시기 제어부(230)의 표시 제어 신호에 따라 구동되어 운동 속도, 운동 거리, 소모 칼로리 등의 운동량 정보를 문자, 숫자 또는 그래프 등의 여러 표시 형태로 출력한다.

이에 따라, 이용자는 운동 중 또는 운동 종료 후에 운동량 표시기(200)의 표시부(210)를 통해 자신의 운동량을 쉽게 인지할 수 있는 것이다.

상기에서는 본 발명의 일 실시예에 국한하여 설명하였으나 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하다. 이러한 변형된 실시예 들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명은 가속도 센서를 이용한 운동량 측정기와 측정된 운동량을 이용자가 인지할 수 있도록 하는 운동량 표시기를 별도로 구성함으로써, 각종 운동의 동작 특성에 따라 운동량의 측정 신뢰도가 높은 신체 부위에 운동량 측정기를 착용하고 운동량 표시기는 이용자가 목시하기 용이한 신체 부위에 착용할 수 있다. 따라서, 측정된 운동량 정보의 신뢰성이 극대화되면서도 이용상의 편의성이 배가된다.

또한, 운동량 측정기와 운동량 표시기의 신호 전송이 RF 방식으로 수행되므로 운동량 측정기를 착용한 자의 운동량을 원격지에 위치한 운동량 표시기를 통해 인지할 수 있는 부가적 효과가 발휘된다. 예로서 운동량 측정기를 착용한 운동선수의 운동량을 운동코치가 원격지에서 운동량 측정기를 통해 관리, 감독할 수 있는 것이다.

Claims (6)

1. 각종 운동의 동작 특성에 따라 소정의 신체 부위에 착용되어 신체의 움직임에 따른 가속도를 검출하여 RF 신호로 송신하는 운동량 측정기와,

   상기 RF 신호를 수신하여 수신 신호에 포함된 가속도 정보에 의거하여 운동량을 산출한 후 이용자가 인지할 수 있도록 상기 산출된 운동량을 표시하는 운동량 표시기

   를 포함하는 가속도 센서를 이용한 운동량 측정 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 운동량 측정기는, 움직임에 따라 변화되는 가속도 값을 검출하는 가속도 센서와,

   상기 검출된 가속도 값을 신호 처리를 위해 증폭하는 신호 증폭부와,

   아날로그 신호인 상기 증폭된 가속도 값을 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터와,

   상기 신호 변환된 가속도 값을 신호 전송 주기에 맞춰서 통신 제어 신호와 함께 출력하는 측정기 제어부와,

   상기 통신 제어 신호에 따라 상기 신호 전송 주기마다 상기 가속도 값을 RF 신호로 송신하는 RF 통신 모듈

   을 포함하는 가속도 센서를 이용한 운동량 측정 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 가속도 센서는, MEMS 가속도 센서로 구현된 것을 특징으로 하는 가속도 센서를 이용한 운동량 측정 장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 신호 증폭부는, 가속도의 변화에 따라 상기 가속도 센서에서 출력되는 가속도 전류값을 가속도 전압값으로 변환하는 전류-전압 컨버터와,

   상기 가속도 전압값의 오프셋을 조정하는 가산기와,

   상기 오프셋 조정된 가속도 전압값을 신호 증폭하는 제 1 증폭기와,

   상기 신호 증폭된 가속도 전압값의 원하는 주파수 대역을 필터링하는 저역 통과 필터와,

   상기 필터링된 가속도 전압값을 신호 증폭하여 최종적인 상기 가속도 값을 생성하여 상기 A/D 컨버터에 제공하는 제 2 증폭기

   를 포함하는 가속도 센서를 이용한 운동량 측정 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 운동량 표시기는, 상기 운동량 측정기로부터 송신되는 가속도 값이 포함된 RF 신호를 수신하는 RF 통신 모듈과,

   이용자가 신체 정보를 입력하거나 측정된 운동량에 대한 표시 형태를 선택할 수 있는 키 입력부와,

   상기 RF 통신 모듈을 통해 수신된 가속도 값에 의거하여 운동 속도와 운동 거리를 산출한 후 상기 입력된 신체 정보를 고려하여 산출된 운동량 정보들을 표시 제어 신호와 함께 출력하는 표시기 제어부와,

   상기 운동량 정보들을 상기 표시 제어 신호에 따라 소정의 표시 형태로 출력하는 표시부

   를 포함하는 가속도 센서를 이용한 운동량 측정 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 운동량 정보로서 소모 칼로리를 표시하는 것을 특징으로 한 가속도 센서를 이용한 운동량 측정 장치.

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