KR20110019592A - 휴대용 운동처방 장치 및 이를 이용한 운동처방 방법 - Google Patents

휴대용 운동처방 장치 및 이를 이용한 운동처방 방법 Download PDF

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최준호
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홍규석
윤효정
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Abstract

휴대용 운동처방 장치 및 운동처방 방법이 개시(disclose)된다. 일 실시예로서, 이용자의 심박(heart rate)을 측정할 수 있는 심박센서; 휴대용 운동처방 장치의 위치 정보를 수집하는 위치 결정부; 상기 이용자의 운동 상태에 따라 신호를 발생하는 신호 발생부; 및 상기 이용자의 운동 상태에 따라 상기 신호 발생부의 신호 발생여부를 제어하고 실시간으로 측정되는 이용자의 심박수를 기초로 산소 소모량를 추정하여 이용자의 운동 목적에 맞는 운동 강도를 알려주는 프로세서를 포함하고 이용자가 착용할 수 있는 휴대용 운동처방 장치가 개시된다.

Description

휴대용 운동처방 장치 및 이를 이용한 운동처방 방법{Portable Exercise Prescription Device and Exercise Prescription Method Using the Same}
본 개시는 휴대용 운동처방 장치 및 운동처방 방법에 관한 것이다.
휴대용 운동처방 장치는 운동 및 신체활동 부족이 사회적 문제로까지 확대됨에 따라 그 보급이 크게 확대되어 가고 있는 새로운 모바일 장치이다. 특히, 최근에는 센서 기술의 발전에 따라 착용형 센서 등을 이용한 생체신호 계측 기능을 포함하여 다양한 장치들이 개발되어 출시되고 있다. 그러나, 센서에 의한 정확한 생체신호 계측은 쉽게 구현되고 있으나, 측정된 생체신호를 이용하여 운동과 관련된 정보 제시 기능은 센서기술에 비해 개발이 미진하여 현재는 운동 중 심박수 정보, 통계학적 방법에 의한 운동 목표치 추정 (목표심박수 = 220 - 연령) 등의 단순한 운동정보 제시에 머물러있다. 그 결과 일상 생활에서의 운동 상태를 무구속적으로 모니터링하여 바람직한 운동을 제시한다는 개념은 크게 주목받는 반면 실제 소비자의 이용으로는 이어지지 못하고 있다. 따라서 이용자의 체력 및 운동 상태를 운동과학적으로 고안된 방법으로 모니터링하고 그에 따른 운동을 제시하는 새로운 운동처방 장치 및 운동처방 방법의 개발이 요구된다.
개시된 기술이 이루고자 하는 기술적 과제는 휴대용 운동처방 장치에 내재되어 있는 알고리즘을 이용하여 이용자의 심박수를 측정하여 이용자의 산소 소모량 및 운동량을 실시간으로 추정함으로써 정확한 운동처방을 할 수 있고, 이용자가 각자의 체력 수준에 맞는 운동을 실시할 수 있도록 맞춤형 운동 프로그램을 제공하며, 이용자의 체력수준의 변화에 따라 자동으로 운동 프로그램을 보정하여 이용자에게 제공하는 휴대용 운동처방 장치 및 운동처방 방법을 제공하는 것이다.
개시된 기술의 일 측면은 이용자의 심박(heart rate)을 측정할 수 있는 심박센서; 휴대용 운동처방 장치의 위치 정보를 수집하는 위치 결정부; 상기 이용자의 운동 상태에 따라 신호를 발생하는 신호 발생부; 및 상기 이용자의 운동 상태에 따라 상기 신호 발생부의 신호 발생여부를 제어하고 실시간으로 측정되는 이용자의 심박수를 기초로 산소 소모량를 추정하여 이용자의 운동 목적에 맞는 운동 강도를 알려주는 프로세서를 포함하고 이용자가 착용할 수 있는 휴대용 운동처방 장치를 제공한다.
개시된 기술의 다른 측면은 휴대용 운동처방 장치에 이용자의 키, 몸무게, 나이, 최대 심박수(HRmax) 및 최대 산소 소모량(VO2max), 체표면적(BSA)을 입력하는 과정; 상기 이용자가 상기 휴대용 운동처방 장치를 착용하고 정속으로 도보 또는 주행하는 동안 상기 휴대용 운동처방 장치를 이용하여 상기 이용자의 심박수를 측정하는 과정; 상기 휴대용 운동처방 장치는 측정된 상기 심박수를 기초로 상기 이용자의 산소 소모량(VO2) 및 소모된 칼로리를 추정하고 실시간으로 표시하는 과정; 및 상기 휴대용 운동처방 장치는 상기 이용자의 운동 목적에 맞는 운동 강도를 이용자에게 실시간으로 알려주는 과정을 포함하는 운동처방 방법을 제공한다.
상기에서 제시한 본 개시의 실시예들은 다음의 장점들을 포함하는 효과를 가질 수 있다. 다만, 본 개시의 모든 실시예들이 이를 전부 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 개시의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
휴대용 운동처방 장치에 내재되어 있는 알고리즘을 이용하여 이용자의 심박수를 측정하여 이용자의 산소 소모량 및 운동량을 실시간으로 추정함으로써 정확한 운동처방을 할 수 있고, 이용자가 각자의 체력 수준에 맞는 운동을 실시할 수 있도록 맞춤형 운동 프로그램을 제공할 수 있다.
또한, 이용자의 체력수준의 변화에 따라 자동으로 운동 프로그램을 보정하여 이용자에게 제공하는 휴대용 운동처방 장치 및 운동처방 방법을 제공할 수 있다.
본 개시의 실시예들에 관한 설명은 본 개시의 구조적 내지 기능적 설명들을 위하여 예시된 것에 불과하므로, 본 개시의 권리범위는 본문에 설명된 실시예들에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 본 개시의 실시예들은 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 개시의 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 개시에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
본 개시에서 기재된 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 개시에서 기술한 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 개시가 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 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 운동처방 장치의 모식도를 나타내는 도면이다. 도 1a를 참조하면, 휴대용 운동처방 장치(100)는 심박 측정부(110), 위치 결정부(120), 신호 발생부(130), 제어부(140) 및 표시부(150)를 포함한다. 심박 측정부(110)는 휴대용 운동처방 장치(100)를 착용한 이용자의 심박(Heart rate)을 측정하는 부분이다. 위치 결정부(120)는 이용자가 야외에서 운동할 때 휴대용 운동처방 장치(100)의 위치 정보를 수집하는 부분이다. 시간별 휴대용 운동처방 장치(100)의 위치 정보를 수집하여 이용자의 이동속력를 산출할 수 있다. 위치 결정부(120)는 일 예로 GPS(Global Position System) 모듈일 수 있다. 신호 발생부(130)는 이용자의 운동 상태에 따라 신호를 발생하는 부분이다. 예를 들어 운동 전 또는 운동 중 입력된 속력보다 이용자가 빠르거나 느리게 이동하는 경우 신호 발생부(130)는 이용자에게 신호를 보내 경고할 수 있다. 신호는 일 예로 소리(beep) 또는 진동일 수 있다. 제어부(140)는 이용자의 운동 상태에 따라 신호 발생부(130)의 신호 발생여부를 제어하고 실시간으로 측정되는 이용자의 심박을 기초로 이용자의 산소 소모량을 추정하여 이용자의 운동 목적에 맞는 운동 강도를 알려주는 부분이다.
도 1b를 참조하면, 휴대용 운동처방 장치(100A)는 도 1a의 구성요소 외에 가속도계(125) 및 체지방 측정센서(160)를 더 포함한다. 가속도계(125)는 이용자 신체의 움직임에 따라 가속도계(125)의 하나 이상의 축이 회전하게 되고 각 축이 중력을 받는 방향이 바뀌게 되어 측정값이 달라지므로 각 방향의 가속도를 측정함으로써 이용자의 실제 진행 방향에서의 속력과 이동거리의 계산이 가능하다. 체지방 측정센서(160)는 이용자가 휴대용 운동처방 장치를 착용하는 동안 이용자의 체지방의 중량 및 체지방률을 측정하는 부분이다.
도 1c를 참조하면, 휴대용 운동처방 장치(100B)는 도 1b의 구성요소 외에 스텝 카운터(127)를 더 포함한다. 스텝 카운터(127)는 스텝의 수를 측정할 수 있지만 이용자의 신장으로부터 보폭을 추정하여 스텝수와의 곱으로 이동거리를 구하며, 운동량 즉, 소비 칼로리는 이용자의 체중과 스텝의 수를 이용하여 계산한다. 도 1a 내지 도 1c의 휴대용 운동처방 장치(100, 100A, 100B)는 입력부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 입력부는 이용자의 키, 몸무게, 나이, 최대 심박수(HRmax), 최대 산소 소모량(VO2max), 체표면적(BSA)을 입력하는 부분이다. 이용자의 몸무게, 최대 심박수(HRmax), 최대 산소 소모량(VO2max), 체표면적(BSA) 등은 상황에 따라 변하는 값이므로 휴대용 운동처방 장치를 사용할 때마다 입력부를 통해 수치를 새로 입력하거나 운동중 측정된 값으로 갱신하여 휴대용 운동처방 장치에 자동으로 저장될 수 있다. 따라서 이용자의 체력수준의 변화에 따라 휴대용 운동처방 장치의 운동 프로그램은 자동으로 보정되어 이용자에게 제공될 수 있다.
또한 본 발명의 휴대용 체력측정장치는 휴대전화 또는 손목시계에 내장되어 사용자가 별도의 장치를 착용하지 않고 간편하게 운동처방을 받을 수도 있다.
본 발명의 휴대용 운동처방 장치는 측정된 이용자의 심박수로부터 이용자의 산소 소모량(VO2)을 추정한다. 본 발명의 휴대용 운동처방 장치는 다양한 연령대, 신체조건을 가진 피검자를 대상으로 테스트를 하여 피검자의 심박수로부터 피검자의 산소 소모량을 추정하는 회귀식을 이용한 알고리즘을 채택하였다. 각 연령별 산 소 소모량 회귀식은 다음과 같다.
10대 : VO2 = ( 1.458×키 + 2.862×체중 - 215.888×BSA + 0.001×VO2max - 42.478 )×(HR - 80.168) + 380.99
20대 : VO2 = ( ­0.294×키 - 1.984×체중 + 148.847×BSA + 0.006×VO2max - 78.961)×(HR - 105.704) + 1313.903
30대 : VO2 = ( ­0.390×체중 + 1.305×BMI + 18.443×BSA + 0.007×VO2max - 36.208)×(HR - 73.112) + 585.9
VO2(ml/min): 산소 소모량
키(cm) 체중(kg)
BSA(m2): 체표면적
BSA (m²) = ( 키(cm) x 체중(kg) / 3600 )1/2
VO2max(ml/min): 최대 산소소모량
BMI: 체질량지수
BMI = 몸무게(kg) / [키(m)]2
한편 본 발명의 휴대용 운동처방 장치는 이용자의 심박수 또는 산소 소모량을 측정 또는 추정하여 이용자의 운동 목적에 맞는 운동 강도를 이용자에게 알려줄 수 있다. 운동 목적별 운동 강도는 아래 표와 같다.
운동단계 운동 목적(효과) 운동 강도율
HRR or VO2R HRmax
Healthy Heart Zone 몸에 무리를 주지 않고 체내지방 소모 20% - 34% 50% - 60%
Weight Management Zone 가장 효율적으로 체내 지방을 소모 34% - 49% 60% - 70%
Aerobic Zone 폐의 산소보급 능력을 향상시켜 혈액내의 산소량 증가 49% - 65% 70% - 80%
Anaerobic Threshold Zone 심폐기능을 강화하고 지구력 향상 65% - 79% 80% - 90%
Red-Line Zone 가장 빠르게 칼로리 소모 79% -94% 90% - 100%
HRR(beat/min) = 최대심박수 - 안정시 심박수
VO2R(ml/min) = 최대 산소 소모량 - 안정시 산소 소모량
HRmax(beat/min) = 최대 심박수
예를 들어 이용자가 Healthy Heart Zone 즉, 몸에 무리를 주지 않고 체내 지방을 소모하기 위한 운동을 하려 한다면 운동중 심박수를 다음과 같은 범위 내에서 운동을 할 수 있다.
0.2 x HRR(beat/min) + 안정시 심박수(beat/min) ≤ 운동중 심박수(beat/min) ≤ 0.34 x HRR(beat/min) + 안정시 심박수(beat/min)
최대 심박수를 이용하여 운동 한다면 다음과 같다.
0.5 x HRmax(beat/min)≤ 운동중 심박수(beat/min) ≤ 0.6 x HRmax(beat/min)
상술한 내용은 측정된 심박수를 이용하여 운동처방을 하는 간접적인 방식이다. 기존 연구 결과 보다 정확한 운동처방을 위해 산소 소모량(VO2) 또는 최대 산 소 소모량(VO2max)의 측정을 통한 직접적인 방식의 운동처방이 권장된다. 본 발명의 휴대용 운동처방 시스템은 측정된 심박수를 이용하여 산소 소모량(VO2) 또는 최대 산소 소모량(VO2max)을 추정할 수 있으므로 직접적인 방식의 운동처방이 가능하다. 운동 목적에 따른 산소 소모량(Target VO2)는 다음과 같다.
Target VO2 = [ 운동 강도율(%)×VO2R(ml/min) ] + 안정시 산소 소모량(ml/min)
예를 들어, 이용자가 VO2R을 이용하여 Healthy Heart Zone 즉, 몸에 무리를 주지 않고 체내 지방을 소모하기 위한 운동을 하려 한다면 운동중 산소 소모량을 다음과 같은 범위 내에서 유지해야 한다.
0.2 x VO2R(ml/min) + 안정시 산소 소모량(ml/min) ≤ 운동중 산소 소모량(ml/min) ≤ 0.34 x VO2R(ml/min) + 안정시 산소 소모량(ml/min)
운동중 심박수 또는 산소 소모량이 운동 목적에 맞게 설정된 영역을 벗어나게 되면 휴대용 운동처방 장치의 신호 발생부에서 이용자에게 신호를 보냄으로써 경고할 수 있다. 따라서 이용자가 운동 목적에 맞게 일정한 운동 강도로 운동을 지속할 수 있게 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 운동처방 장치를 이용한 운동처 방 방법을 나타내는 순서도이다. 도 2를 참조하면, S300에서 휴대용 운동처방 장치에 이용자의 키, 몸무게, 나이, 최대 심박수(HRmax), 최대 산소소모량(VO2max), 체표면적(BSA) 등을 입력한다. 또한 운동중 이용자의 최대 심박수(HRmax), 최대 산소소모량(VO2max)를 측정 또는 추정하여 새로운 수치를 갱신하여 휴대용 운동처방 장치에 자동으로 저장할 수도 있다. S310에서 이용자가 휴대용 운동처방 장치를 착용하고 정속으로 도보 또는 주행하는 동안 상기 휴대용 운동처방 장치를 이용하여 이용자의 심박수를 측정한다. 또한 이용자의 체지방을 측정하는 과정이 더 포함될 수 있다. S320에서 휴대용 운동처방 장치는 측정된 심박수를 기초로 이용자의 산소 소모량 및 소모된 칼로리를 추정하고 실시간으로 표시부(150)에 표시한다. S330에서 휴대용 운동처방 장치는 이용자의 운동 목적에 적합한 운동 강도를 이용자에게 실시간으로 알려 준다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 운동처방 장치는 심박 측정부, 위치 결정부, 신호 발생부 및 제어부를 포함하여, 이용자의 심박수를 측정하여 이용자의 산소 소모량 및 운동량을 실시간으로 추정함으로써 이용자가 각자의 체력 수준에 맞는 운동을 실시할 수 있도록 맞춤형 운동 프로그램을 제공할 수 있다. 또한, 이용자의 체력수준의 변화에 따라 자동으로 운동 프로그램을 보정하여 이용자에게 제공할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명을 다양한 실시예를 들어 상세히 기술하 였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 운동처방 장치의 모식도를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 운동처방 장치를 이용한 운동처방 방법을 나타내는 순서도이다.

Claims (16)

  1. 이용자의 심박(heart rate)을 측정할 수 있는 심박 측정부;
    휴대용 운동처방 장치의 위치 정보를 수집하는 위치 결정부;
    상기 이용자의 운동 상태에 따라 신호를 발생하는 신호 발생부; 및
    상기 이용자의 운동 상태에 따라 상기 신호 발생부의 신호 발생여부를 제어하고 실시간으로 측정되는 상기 이용자의 심박수를 기초로 산소 소모량를 추정하여 상기 이용자의 운동 목적에 맞는 운동 강도를 알려주는 제어부를 포함하고 상기 이용자가 착용할 수 있는 휴대용 운동처방 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 휴대용 운동처방 장치는 가속도계를 더 포함하는 휴대용 운동처방 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 휴대용 운동처방 장치는 스텝 카운터를 더 포함하는 휴대용 운동처방 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 휴대용 운동처방 장치는 이용자의 키, 몸무게, 나이, 최대 심박 수(HRmax), 최대 산소 소모량(VO2max), 체표면적(BSA)을 입력하는 입력부를 더 포함휴대용 운동처방 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 휴대용 운동처방 장치는 상기 이용자가 운동중 측정된 최대 심박수(HRmax), 최대 산소 소모량(VO2max)을 갱신하여 자동으로 저장하는 휴대용 운동처방 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치 결정부는 GPS 모듈인 휴대용 운동처방 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 발생부는 운동전 미리 입력된 속력에 비해 이용자가 빠르거나 느리게 이동하는 경우 상기 이용자에게 신호를 보내 경고하는 휴대용 운동처방 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 발생부는 상기 이용자의 운동중 심박수 또는 산소 소모량이 운동 목적에 맞게 설정된 영역을 벗어나게 되면 상기 이용자에게 신호를 보내 경고하는 휴대용 운동처방 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호는 소리(beep) 또는 진동 중 적어도 하나인 휴대용 운동처방 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 휴대용 운동처방 장치는 상기 이용자의 심박수를 측정하여 상기 이용자의 산소 소모량을 추정하는 휴대용 운동처방 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 휴대용 운동처방 장치는 휴대전화 또는 손목시계에 내장되는 휴대용 운동처방 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 이용자의 체지방을 측정할 수 있는 체지방 측정센서를 더 포함하는 휴대용 운동처방 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 휴대용 운동처방 장치는 상기 이용자의 키, 몸무게, 나이, 체질량지수(BMI), 심박수, 산소 소모량을 표시하는 표시부를 더 포함하는 휴대용 운동처방 장치.
  14. 휴대용 운동처방 장치에 이용자의 키, 몸무게, 나이, 최대 심박수(HRmax) 및 최대 산소 소모량(VO2max), 체표면적(BSA)을 입력하는 과정;
    상기 이용자가 상기 휴대용 운동처방 장치를 착용하고 정속으로 도보 또는 주행하는 동안 상기 휴대용 운동처방 장치를 이용하여 상기 이용자의 심박수를 측정하는 과정;
    상기 휴대용 운동처방 장치는 측정된 상기 심박수를 기초로 상기 이용자의 산소 소모량(VO2) 및 소모된 칼로리를 추정하고 실시간으로 표시하는 과정; 및
    상기 휴대용 운동처방 장치는 상기 이용자의 운동 목적에 맞는 운동 강도를 이용자에게 실시간으로 알려주는 과정을 포함하는 휴대용 운동처방 장치를 이용한 운동처방 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 이용자가 휴대용 운동처방 장치를 착용하고 체지방을 측정하는 과정을 더 포함하는 휴대용 운동처방 장치를 이용한 운동처방 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 이용자의 최대 심박수(HRmax) 및 최대 산소 소모량(VO2max)을 입력하는 과정은 상기 이용자의 이전(以前) 운동중 측정된 최대 심박수(HRmax), 최대 산소 소모량(VO2max)을 갱신하여 휴대용 운동처방 장치에 자동으로 저장하는 과정인 운동처방 방법.
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KR101384698B1 (ko) * 2012-11-08 2014-04-14 연세대학교 원주산학협력단 활동량 산출 장치 및 활동량 산출 방법

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