KR20110120533A - 자이로센서를 이용한 근골격계질환 예방용 자세 제어시스템 - Google Patents

자이로센서를 이용한 근골격계질환 예방용 자세 제어시스템 Download PDF

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KR20110120533A
KR20110120533A KR1020100039981A KR20100039981A KR20110120533A KR 20110120533 A KR20110120533 A KR 20110120533A KR 1020100039981 A KR1020100039981 A KR 1020100039981A KR 20100039981 A KR20100039981 A KR 20100039981A KR 20110120533 A KR20110120533 A KR 20110120533A
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worker
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백승렬
심응보
장주환
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주식회사 어고노믹스
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    • A61F5/01—Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces
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    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
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Abstract

본 발명은 자이로센서를 사용하여 근골격계질환을 예방하기 위해 근골격계
부담작업과 유사한 작업을 행하는 작업자에게 장착하여 일정한 부분의 작업
자의 행동이 근골격계부담작업으로 인식할 경우 시스템에서 경보음과 진동을
발생하게 하여 작업자의 근골격계질환을 예방하도록 하는 장치이다.

Description

자이로센서를 이용한 근골격계질환 예방용 자세 제어시스템 {Attitude-Control-System for muscloskeletal disorders with gyro sensor}
자이로센서와 무선통신 기술을 이용한 착용이 간편하면서 공간의 제약이 없
는 모션챕취 장비를 사용하여 작업자의 작업 환경이 근골격계질환 부담작업
인 경우에 일정한 경보음과 진동으로 작업자에게 근골격계질환 부담작업임을
알리고, 아울러 이러한 유사 작업 형태를 기록하여 향후 동일한 작업을 진행
할 경우에 미리 작업자에게 요주의 작업임을 상기시켜 반복되는 근골격계질
환 부담작업으로부터 작업자의 안전을 도모하는 장치에 관한 것으로서, 특히
이러한 근골격계질환 부담작업의 내용을 데이타베이스화 하여 지속적으로 수
정 입력할 수 있도록 고안된 제어시스템이다.
모션캡춰란 인체의 움직임을 컴퓨터가 사용할 수 있는 형태의 데이터 값으로
생성하는 기술을 말한다. 이러한 모션캡춰와 동작분석 방식은 도 1의
기계식, 자기장방식, 적외선방식, 초음파방식, LED를 이용한 도 2와 도 3의
광학식이 주로 사용되나 한계가 있고 최근에는 도 4의 MEMS 기술을 이용한
자이로센서를 이용하여 모션챕춰 장비로 개발되는 추세이며, 무선통신 기술
을 이용하여 작업자의 행동제약을 최소화하여 자연스런 작업동작을 이룰 수
있고, 다양한 분석시스템을 개발하여 개발자들이 손쉽게 자신의 분야에 적
용할 수 있도록 지원되어 있다.
이러한 모션챕취 장비를 이용하여 도 9의 스포츠 과학에서 선수들의 동작을
분석하여 잘못된 습관을 수정하고 부족한 동작을 보완하는 등 경기력 향상에
사용하는 경우나 제품 디자인 분야에서 제품의 사용성을 평가하는데 유용한
도구로 사용되는 경우가 있다. 그러나 이러한 모션챕춰 장비를 가지고 작업
자가 근골격계부담작업과 유사한 작업을 할 경우 주의를 줄 수 있는 장비는
없다.
자이로센서를 이용한 모션챕춰 및 동작분석 시스템에 있어서, 작업자가
근골격계 부담작업과 유사한 작업을 할 경우 경고음과 진동으로 주의를 상기
시키고, 이러한 상황을 데이터베이스화하여 향후에 동일 작업시에 미리 작
업자에게 상기시켜 주의하도록 하는 자세제어 시스템을 제공한다. 특히 이러
한 자세제어 시스템에 있어서 근골격계부담작업과 같은 작업자가 피하여야할
동작을 지속적으로 추가 및 변경할 수 있는 자세제어 시스템을 제공한다.
자이로센서를 이용하여 작업자의 모션챕춰와 동작분석을 프로그램을 활용
하여 작업자의 작업 동작이 근골격계부담작업과 비교하여 일정부분이상 유사
할 경우 경고음과 함께 진동을 발생하도록 한다. 또한 이러한 작업 동작을
데이터베이스화하고, 근골격계부담작업은 시스템에서 추가 및 변경 가능하도
록 한다
작업자의 다양한 작업 환경 속에서 근골격계부담작업을 손쉽게 확인하여 작
업자에게 알리고, 이러한 동작 데이터를 분석하여 올바른 작업 환경과 방법
을 개발할 수 있도록 하는 시스템으로써, 특히 자이로센서와 무선통신 기술
을 이용한 모션챕춰와 동작분석 시스템으로 제품의 사이즈가 작고, 착용 후
신체 부담감을 최소화하여 작업자가 손쉽게 근골격계부담작업에서 벗어날 수
있도록 제공하는 자세제어 시스템이다.
도 1은, 기계식 모션챕춰 장비 이미지이다.
도 2는, 광학식 모션챕춰 기술로 영화 촬영장면 이미지이다.
도 3은, 광학식 모션챕춰 기술로 게임 캐릭터 모션챕춰 이미지이다.
도 4는, 본 발명의 시스템 동작 구성도이다.
도 5는, 다수의 각도측정 모듈이 연결되어있는 무선 송신 장치 이미지이다.
도 6은, 2개의 자이로센서를 이용한 기울임과 비틀림 각도 측정 모듈 이미지
이다.
도 7은, 중앙연산처리장치와 연결되어있는 무선 수신 장치 이미지이다.
도 8은, 자이로센서와 무선통신기술을 사용한 모션챕춰 및 동작 분석 시스템
개발 진행 순서도이다.
도 9는 역도선수의 동작분석모습 이미지이다.
본 발명은, 자이로센서와 무선통신 기술을 활용한 모션챕춰와 동작분석
시스템을 이용하여 작업자의 근골격계부담작업과 유사한 작업을 진행할 경우
경고음과 진동으로 작업자에게 알리고, 이러한 동작데이터를 데이터베이스화
하여 향후 유사 작업시에 작업자에게 미리 근골격계부담작업임을 알려 작업
자의 작업 안전을 이룰 수 있게 하는 자세제어 시스템이다.
여기서 근골격계질환이라 함은 기술발달과 생산방식의 변화 과정에서 발생
하는 직업적 유해요인이 직접적으로 또는 개인적, 사회심리적 요인들과 복합
적으로 단기적 또는 장기적으로 작용하여 신체의 활동과 관련된 근육, 건,
신경, 관절 및 그 주변 신체조직에 나타나는 질환으로 목, 어깨, 팔 등의 상
체는 물론 요통과 하지의 유사 질환도 포함하는 직업성 질환을 말한다. 산업
안전보건법에 정의된 근골격계질환은 "반복적인 동작, 부적절한 작업자세,
과도한 힘의 사용, 날카로운 면과의 신체접촉, 진동 및 온도 등의 유해요인
에 의하여 발생하는 건강장해로서 목, 어깨, 허리, 상.하지의 신경.근육 및
그 주변 신체조직 등에 나타나는 질환"을 의미한다.또한 근골격계부담작업이
라 함은 작업량. 작업속도. 작업강도 및 작업장 구조 등에 따라 노동부 장관
이 정하여 고시하는 작업으로 규정되어 있으며, 노동부 고시(노동부 2003-24
호)를 통해 근골격계부담작업 11가지를 정하여 공포하였다. "근골격계부담작
업"이라 함은 다음 각 호의 1에 해당하는 작업을 말한다. 다만, 단기간 작업
또는 간헐적인 작업은 제외한다.
1) 하루에 4시간 이상 집중적으로 자료입력 등을 위해 키보드 또는 마우스를
조작하는 작업.
2) 하루에 총 2시간 이상 목, 어깨, 팔꿈치, 손목 또는 손을 사용하여 같은
동작을 반복하는 작업.
3) 하루에 총 2시간 이상 머리 위에 손이 있거나, 팔꿈치가 어깨 위에
있거나, 팔꿈치를 몸통으로부터 들거나, 팔꿈치를 몸통 뒤쪽에 위치하도록
하는 상태에서 이루어지는 작업
4) 지지 되지 않은 상태이거나 임의로 자세를 바꿀 수 없는 조건에서, 하루
에 총 2 시간이상 목이나 허리를 구부리거나 트는 상태에서 이루어지는 작업
5) 하루에 총 2시간 이상 쪼그리고 앉거나 무릎을 굽힌 자세에서 이루어지는
작업
6) 하루에 총 2시간 이상 지지 되지 않는 상태에서 1kg 이상의 물건을 한
손의 손가락으로 집어 옮기거나, 2kg 이상에 상응하는 힘을 가하여 한 손의
손가락으로 물건을 쥐는 작업
7) 하루에 총 2시간 이상 지지 되는 않은 상태에서 4.5kg 이상의 물건을 한
손으로 들거나 동일한 힘으로 쥐는 작업
8) 하루에 10회 이상 25kg 이상의 물체를 드는 작업
9) 하루에 25회 이상 10kg 이상의 물체를 무릎 아래에서 들거나, 어깨 위에
서 들거나, 팔을 뻗은 상태에서 드는 작업
10) 하루에 총 2시간 이상, 분당 2회 이상 4.5kg 이상의 물체를 드는 작업
11) 하루에 총 2시간 이상 시간당 10회 이상 손 또는 무릎을 사용하여 반복
적으로 충격을 가하는 작업
이상과 같은 작업을 작업자가 하는 경우 근골격계부담작업으로 분류하여 작
업자에게 주의를 줄 수 있도록 하는 시스템이 필요하다.
모션캡춰란 인체의 움직임을 자연스럽고 부드럽게 표현하기 위해서는 필수적
인 기술로서 현재 3D 영상을 필요로 하는 도 3의 게임과 도 2의 영상 산업
등에서 캐릭터의 동작을 사실적이고 역동적이게 표현하기 위해 주로 사용되
어 왔다.
3D 그래픽보다 월등히 적은 인원과 시간으로 가상 캐릭터에 실사와 같은
자연스러운 움직임을 줄 수 있어 최근 영상산업에서 빠질 수 없는 분야로 성
장하고 있다. 또한 동작 분석 기술은 인간의 동작을 분석함으로써 인체 동작
의 효율성을 분석하는 기술로서, 운동선수들의 동작을 미세한 단위로 측정
하여 분석하여 선수의 잘못된 습관이나 자세를 교정하여 효과적인 훈련을 할
수 있도록 지원해주는 스포츠 과학 분야에 사용되거나, 장애우, 고령자 등
개별적 특성을 갖는 동작(보행 특성 등)을 분석하여 최적의 보조도구를 설계
해주는 재활 분야에서 사용되기도 한다.
현재 주로 사용되고 있는 모션캡춰와 동작분석 방식을 도 1의 기계식,
자기장방식, 적외선방식, 초음파방식, 도 2와 도 3의 LED를 이용한 광학식이
주로 사용되어 왔다. 초기에 개발된 도 1의 기계식 모션캡춰와 동작분석 방
식은 신체에 부담을 주게 되는 제약이 많고, 이후의 제품들 또한 모두 작업
자 주위에 장애물이 없는 넓은 공간이 필요하며 간섭이 없어야 하기 때문에
1회에 1인씩 측정하여야 하며 측정 장비가 설치된 공간 내에서만 측정이 가
능하여 공간의 제약이 있는 등 사용상의 문제점이 많다. 자이로센서와 무선
통신 기술을 이용한 착용이 간편하면서 공간의 제약이 없는 모션챕춰 장비는
작업자의 행동제약을 최소화하기 위하여 무선통신 기술을 접목함으로써 작업
자는 한층 행동제약으로부터 벗어날 수 있다. 본 발명은 도 4의 구성도에서
작업자의 작업 형태를 무선 송신장치에서 송신하여 무선 수신장치에서
데이터를 전송받은 후 동작분석 엔진을 가동하여 분석 후 이러한 작업자의
동작이 앞서 언급한 11가지의 근골격계부담작업과 유사한 경우 경고음과 진
동으로 작업자에게 주의를 줌과 동시에 동작 데이터를 데이터베이스화하여
향후 동일한 작업을 할 경우 작업자에게 미리 고지시키는 제어시스템이다.
이하, 본 발명의 일 실시 예를 도면을 사용하여 설명한다. 도 6의 자이로센
서 모듈은 2개의 자이로센서를 직각방향으로 위치시킴으로써 360도 회전시에
도 각도 값이 정확하게 계산되어 지도록 설계되어있는 모듈로서 도 5의 다수
의 자이로센서 모듈을 합쳐 무선 송신장치와 연결하며 도 7의 무선 수신장치
로 동작 데이터를 보내고 노트북 등의 중앙연산장치에 의하여 동작 분석엔진
을 가동하여 작업자의 동작이 근골격계부담작업과 유사성을 검토한다.
도 5는 자이로센서를 이용한 각도측정 모듈로서 2개의 자이로센서를 사용하
여 X, Y, Z축의 3차원의 각도를 출력 가능한 모듈의 사진이다. 이러한 다수
의 각도측정 모듈과 도 5의 무선 송신장치로 작업자의 동작 데이터를 도 7의
무선 수신장치로 보내어지고 여기에서 미리 프로그램화되어있는 동작 분석엔
진을 가동하게 되는 것이다. 동작 분석 엔진에는 근골격계부담작업이 데이타
화 되어있어 작업자가 작업한 동작 데이터와 비교하게 되고 일정부분이상 그
유사성이 보이면 작업자에게 경고음과 진동으로 주의를 줌과 함께 데이터를
분석함으로써 향후 동일 작업 군에 속하는 작업을 하는 경우 사전에 작업자
에게 인지시키도록 프로그램화되어 있다.
도 8은 자이로센서와 무선통신기술을 사용한 모션챕춰 및 동작 분석 시스템
개발 진행 순서도 이다.
본 발명에 따르면, 작업자가 근골격계부담 작업과 유사한 작업을 할 경우
주의를 줌과 동시에 향후 유사 동작을 할 경우 미리 주의를 줌으로써 적합한
자세 유지가 가능하도록 제공할 수 있다.

Claims (8)

  1. 다수의 자이로센서와 각도측정 모듈을 이용하여 작업자의 동작 데이터를
    취득하고 무선통신 모듈을 이용하여 동작 데이터를 중앙연산처리장치로 이동
    시켜 동작 분석하여 올바르지않은 작업과 유사한 작업임을 비교하는 것을
    특징으로 하는 자세제어 시스템
  2. 제 1항에 있어서, 올바르지않은 작업이 근골격계부담작업임을 특징으로 하는
    자세제어 시스템
  3. 제 1항에 있어서, 근골격계부담작업과 유사한 작업일 경우 작업자에게 경고
    음과 진동을 주어 올바르지 않은 작업임을 알려주는 것을 특징으로 하는
    자세제어 시스템
  4. 제 1항에 있어서, 중앙연산처리장치로 이동시켜진 동작 데이터는 데이터베이
    스화하여, 향후 작업자가 유사 작업을 할 경우 미리 근골격계부담작업임
    을 알려주는 것을 특징으로 하는 자세제어 시스템
  5. 제 1항에 있어서, 근골격계부담작업은 추가 및 변경 가능토록 프로그램화
    되어 진 것을 특징으로 하는 자세제어 시스템
  6. 제 1항에 있어서, 작업자의 동작 데이터는 2개의 자이로센서를 90도로 제작
    위치시켜 작업자가 360도 회전하여도 각도 측정이 가능하게 제작된 것을
    특징으로 하는 자세제어 시스템
  7. 다수의 자이로센서와 각도측정 모듈을 이용하여 동작자의 동작 데이터를
    취득하고 무선통신 모듈을 이용하여 동작 데이터를 중앙연산처리장치로 이동
    시켜 동작 분석하여 동작자의 동작과 임의로 정한 동작을 비교하는 것을
    특징으로 하는 자세제어 시스템
  8. 제 7항에 있어서, 동작자가 골프의 스윙자세와 같이 일정한 동작을 반복적으
    로 하는 스포츠인 것을 특징으로 하는 자세제어 시스템
KR1020100039981A 2010-04-29 2010-04-29 자이로센서를 이용한 근골격계질환 예방용 자세 제어시스템 KR20110120533A (ko)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101498498B1 (ko) * 2013-10-16 2015-03-05 홍익대학교 산학협력단 골격 추적을 이용한 자세 교정 방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101498498B1 (ko) * 2013-10-16 2015-03-05 홍익대학교 산학협력단 골격 추적을 이용한 자세 교정 방법

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