KR20120000401A

KR20120000401A - 자세 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20120000401A
Application number: KR1020100060749A
Authority: KR
Inventors: 정경렬; 안양수; 최준호; 김사엽; 형준호; 박성빈
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2012-01-02
Also published as: KR101145647B1

Abstract

본 발명은, 사용자 각각의 체형이나 척추 형상에 맞추어 자세를 제어하도록 간편하게 척추 형상을 측정하기 위한 자세 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 자세 제어 장치는, 사용자의 등이 접하는 영역에 배치되며, 상호 독립적으로 공기량이 조절되는 다수의 공기 주머니; 상기 다수의 공기 주머니 각각에 공기를 주입하거나 공기를 빼내어 각 공기 주머니의 모양을 조절하는 다수의 공기량 조절부; 상기 다수의 공기 주머니의 모양을 측정하여 사용자의 척추 형상을 각각 측정하는 다수의 척추 형상 측정부; 기준 척추 형상의 정보를 설정하고, 상기 기준 척추 형상과 상기 척추모양 측정부에서 측정된 사용자의 척추 형상을 비교하여 상기 기준 척추 형상과 일치하도록 상기 다수의 공기량 조절부를 제어하는 주제어부; 및 상기 다수의 척추 형상 측정부 각각에 연결되어 척추 형상을 측정한 측정 신호를 수신하여 신호 처리를 하고, 척추 형상의 교정을 위한 개별 연산을 수행하는 다수의 개별 연산부를 포함하여 이루어진다.

Description

자세 제어 장치 및 방법{Apparatus and method for controlling user's posture}

본 발명은 자세 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사용자 각각의 체형이나 척추 형상에 맞추어 자세를 제어하도록 간편하게 척추 형상을 측정하기 위한 자세 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

사회적 구조나 여러 환경 요인으로 인하여 현대인에게 가해지는 스트레스가 증가하고, 이러한 스트레스에 의한 자살, 우울증 및 범죄가 사회적 문제로 대두되면서, 스트레스 해소 방법에 대한 관심이 높아지고 있다.

일반적인 스트레스 해소 방법은, 능동적인 방법과 수동적인 방법으로 나눌 수 있으며, 능동적인 방법은, 사용자가 의식적으로 근육이나 정신의 긴장을 풀어주는 방법으로, 운동, 독서, 명상, 목욕 등이 해당되며, 수동적인 방법은, 사용자의 적극적인 행위를 요구하지 않는 방법으로, 휴식이나 수면, 쾌적한 환경, 마음을 안정시킬 수 있는 음악 등이 해당된다.

상기 방법 중에서 능동적인 스트레스 해소 방법은, 시간이나 공간적으로 제한을 받기 때문에, 사용자가 의식하지 않아도 되고 시간적 공간적 제약이 적은 수동적인 스트레스 해소 방법을 적용하는 것이 더 효과적이다.

특히, 현대인들이 하루 중 많은 시간을 보내게 되는 의자에 이러한 기능을 제공한다면, 보다 효율적인 스트레스 해소가 가능할 것으로 보인다.

한편, 서구의 영향으로 입식 생활이 일반화되면서, 공부, 업무 또는 휴식 등 다양한 목적으로 다양한 형태의 의자가 사용되고, 의자에 앉아 있는 시간이 점점 더 길어지고 있다. 이와 같이 의자의 사용이 증가하면서, 다양한 기능성 의자들이 선보여지고 있다.

예를 들면, 일반적으로 의자는 대퇴부를 지지하는 착좌판과 상기 착좌판과 수직으로 연결되어 사용자의 척추를 지지하는 등받이판으로 형성되는데, 상기 착좌판이나 등받이판을 인체 공학적으로 설계하여, 사용자에게 편안함을 제공하면서 잘못된 자세를 교정하는 기능을 갖는 의자들이 제안되고 있다.

이러한 기존의 기능성 의자들은, 보통 사람의 옆에서 보면 "S"자 모양으로 굴곡을 이루고 있다는 점에 근거하여, 등받이판을 척추 형상과 유사한 "S"자 형상으로 형성하여, 의자에 앉아 있을 때의 피로감을 감소시키도록 하고 있다.

그런데 최적의 휴식 상태를 제공할 수 있는 편안한 자세는 개인의 근육발달과 관계가 있는 것으로서, 개개인의 신체적 특성에 따라서 편안한 자세가 달라진다.

그러나 종래의 기능성 의자들은 등받이판의 형상이 고정되어 있기 때문에, 개개인의 신체적 특성차를 모두 고려할 수 없다는 문제점이 있다.

일부, 맞춤 제작을 통해 개인의 체형에 맞춘 의자가 제작되기도 하지만, 맞춤 제작이기 때문에 비용이 많이 들고, 이 역시 한 사람의 신체적 특성에 맞춘 것이기 때문에, 다른 사람들에게는 적합하지 않다는 문제점이 있다. 따라서, 개개인의 신체적 특성에 맞추어 편안한 자세를 유지할 수 있도록 등받이판의 형상을 조절할 수 있는 기능성 의자에 대한 요구가 높아지고 있다.

또한, 의자의 개발 시 편안한 자세와 관련된 연구가 지속적으로 이루어지고는 있으나, 아직까지 정량화된 방법이 없으며, 주관적인 평가에 의지하고 있기 때문에, 보다 객관적인 자세 제어 방법이 요구된다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 사용자 각각의 신체적 특성에 맞추어 각 사용자가 가장 편안한 자세 또는 건강한 자세가 되도록 등받이판의 형상을 조절하여, 인체공학적으로 평안하고 건강한 자세 유지를 통해 사용자가 휴식을 취하거나, 장시간의 사용을 통해 건강 상태를 호전시킬 수 있는 자세 제어 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 개별 연산부를 통해 추가적인 신호 보정을 함으로써 척추 형상 측정의 정확성을 높임으로써 사용자의 신체적 특성에 맞추어 각 사용자가 가장 편안한 자세 또는 건강한 자세가 되도록 자세를 제어하기 위한 자세 제어 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

상기 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 자세 제어 장치는, 사용자의 등이 접하는 영역에 배치되며, 상호 독립적으로 공기량이 조절되는 다수의 공기 주머니; 상기 다수의 공기 주머니 각각에 공기를 주입하거나 공기를 빼내어 각 공기 주머니의 모양을 조절하는 다수의 공기량 조절부; 상기 다수의 공기 주머니의 모양을 측정하여 사용자의 척추 형상을 각각 측정하는 다수의 척추 형상 측정부; 기준 척추 형상의 정보를 설정하고, 상기 기준 척추 형상과 상기 척추모양 측정부에서 측정된 사용자의 척추 형상을 비교하여 상기 기준 척추 형상과 일치하도록 상기 다수의 공기량 조절부를 제어하는 주제어부; 및 상기 다수의 척추 형상 측정부 각각에 연결되어 척추 형상을 측정한 측정 신호를 수신하여 신호 처리를 하고, 척추 형상의 교정을 위한 개별 연산을 수행하는 다수의 개별 연산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 자세 제어 방법은, 사용자의 등이 접하는 영역에 배치되어 상호 독립적으로 공기량이 조절되는 다수의 공기 주머니를 포함하는 자세 제어 장치의 자세 제어 방법에 있어서, 기준 척추 형상을 설정하는 단계; 상기 다수의 공기 주머니 각각에 나타나는 변형을 측정하여, 사용자의 척추 형상을 측정하는 단계; 상기 척추 형상의 측정 결과와 상기 기준 척추 형상을 비교하여, 사용자의 척추 형상이 상기 기준 척추 형상이 되도록 다수의 공기 주머니 각각의 공기량을 조절하는 단계; 및 상기 척추 형상을 측정한 결과를 상기 다수의 공기 주머니별로 개별 연산하여 얻은 거리 변화량에 따라 상기 다수의 공기 주머니의 공기량을 조절하여 상기 척추 형상을 교정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 사용자의 등과 접하는 영역의 형상을, 다수의 공기 주머니의 공기량 제어를 통해, 사용자가 서있는 상태에서의 척추 형상 또는 표준 건강 척추 형상에 맞도록 조절함으로써, 사용자가 편안하게 느끼는 자세를 유지해주거나, 건강한 자세를 유지하도록 함으로써 사용자의 건강 상태를 호전시키거나 교정할 수 있는 우수한 효과가 있다.

또한, 별도의 개별 연산부를 구성하여 사용자의 척추 형상을 측정한 결과를 거리 변화량으로 변환하는 개별 연산을 통해 다수의 공기 주머니에 인가되는 공기량을 각각 조절함으로써 척추 형상을 교정하여 보다 정확하게 척추 형상을 측정할 수 있으며, 수차례 측정을 통해 변성될 수 있는 센서의 출력 특성을 유지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 자세 제어 장치의 전체 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 2는 본 발명에 의한 자세 제어 장치에 있어서, 공기 주머니들의 배치 예를 보이는 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 자세 제어 장치에 있어서, 척추 형상 측정부의 다양한 구현 예를 보인 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 자세 제어 장치에 있어서, 척추 형상 측정부를 통해 사용자의 척추 형상을 측정하는 방법을 예시한 모식도이다.
도 5는 본 발명에 의한 자세 제어 장치에 있어서, 공기량 조절부의 실시 예를 보인 블럭구성도이다.
도 6은 본 발명에 의한 자세 제어 장치를 이용한 호흡률 및 심박수 측정 실험 결과를 보인 도면이다.
도 7은 본 발명에 의한 자세 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 8은 본 발명에 의한 자세 제어 장치에서 개별 연산을 통한 측정 형상의 교정을 위한 방법을 나타낸 순서도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자세 제어 장치의 개략적인 구성을 나타내 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 자세 제어 장치는, 의자, 자동차 시트 및 침대 등의 사용자의 등이 접하는 등받이판에 배치되며, 다수의 공기 주머니(11), 공기량 조절부(12), 척추모양 측정부(13), 주제어부(14), 개별 연산부(15) 및 통합 표시부(16)를 포함하여 구성할 수 있다.

다수의 공기 주머니(11)는 공기량 조절부(12)에 의해 상호 독립적으로 공기량이 조절되며, 에어셀, 매트리스 및 자동차 시트 등에 활용될 수 있다. 다수의 공기 주머니(11)는 일정 크기의 사각형상 또는 원형으로 이루어지며, 공기량의 주입에 따라서 그 두께가 가변되며, 필요에 따라서 적외선이나 레이저를 투과할 수 있는 투명 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 다수의 공기 주머니(11)는 표준 인체 체형과 인체 공학적 척추 연구 사례에 근거하여 등의 각 영역별로 구분되어 배치될 수 있는데, 이때, 상기 공기 주머니(11)의 크기가 작고, 그 수가 많을수록 보다 정밀한 자세 제어가 가능하다.

다수의 공기량 조절부(12)는 다수의 공기 주머니(11) 각각에 공기를 주입하거나, 주입된 공기를 빼내어 각 공기 주머니(11)의 모양을 조절하며, 모터 구동에 의한 공기 주입 장치인 에어 콤프레셔를 이용할 수 있다.

다수의 척추모양 측정부(13)는 다수의 공기 주머니(11)의 모양을 측정하여 사용자의 척추 형상을 측정한다. 즉, 자계 센서(131)를 포함하여 다수의 공기 주머니(11)에 내장된 자석에 의해 발생되는 자기장 변화를 감지하여 자계 세기를 측정한다. 여기서 자계 센서는 공기 주머니의 바닥면에 부착될 수 있다.

주제어부(14)는 기준 척추 형상의 정보를 설정하고, 상기 기준 척추 형상과 상기 척추 형상 측정부(13)에서 측정된 사용자의 척추 형상을 비교하여 상기 기준 척추 형상과 일치하도록 상기 다수의 공기량 조절부(12)를 제어한다.

다수의 개별 연산부(15)는 척추모양 측정부(13)에서 출력되는 미세한 측정 신호를 증폭하고, 전원 노이즈 등의 필터링을 통해 잡음 성분을 제거하고, 단위 공기주머니별로 증폭된 측정 신호(자계 세기)를 거리 변화량으로 변환함으로써 정확한 지점 간 거리차 등의 연산을 수행할 수 있다. 즉, 개별 연산부(15)는 공기량 조절부(12)를 통해 공기 주머니(11)에 인가되는 공기량을 조절하기 위한 제어 신호를 전송함으로써 공기 주머니(11)의 높이를 조절할 수 있다. 이를 활용하여 개별 연산부(15)는 공기 주머니(11)에 설치된 자석과 자계 센서 간의 거리를 cm 단위로 제어할 수 있게 된다. 이는 수차례 측정을 통해 변성될 가능성을 가진 자계 센서의 출력 특성을 유지하기 위한 교정 기능으로 활용할 수 있다.

통합 표시부(16)는 척추 형상을 추정하기 위해 척추 라인과 나란하게 배열된 단위 공기주머니별 연산 결과를 통합하여 척추 라인을 자계 세기량을 기반으로 표시한다.

이와 같이 구성된 자세 장치에서 본 발명의 일 실시예에 따라 공기 주머니 및 척추모양 측정부에 대해 첨부된 도면들을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기 주머니들의 설치 예를 보인 도면이며, 이하, 본 발명의 실시예에서는 공기 주머니(11)를 에어셀을 이용하여 설명하기로 한다.

도 2의 (a)를 참조하면, 상기 다수의 에어셀(11)은, 의자의 등받이 프레임(21)의 앞면에 배치되고, 다수의 에어셀(11)은 쿠션(22)에 의해 커버링되어, 사용감을 증가시키면서, 다수 에어셀(11)을 보호할 수 있다.

또한, 상기 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 다수의 에어셀(11)은, 인체 체형 특징에 근거하여, 곡선을 이루는 척추모양을 형성할 수 있도록, 목부분(11a), 견갑골 상부(11b), 견갑골 하부(11c), 흉골(11d), 요추(11e), 골반(11f), 상기 견갑골(11b,c)의 좌우측부(11g,11i), 상기 흉골(11d) 및 요추(11e)의 좌우 측부(11h,11j)에 각각 하나 이상 배치된다. 그러나 상기 다수 에어셀(11)은 배치 형태가 꼭 이에 한정되는 것은 아니며, 정밀 제어를 위하여 더 세부 영역으로 구분되어 배치될 수 도 있다. 상기와 같이 형성된 다수의 에어셀(11)은 각각 인체의 특성에 맞추어 공기량이 조절됨으로써, 각 인체 부위를 지지할 수 있게 된다.

다음으로, 상기 척추모양 측정부(13)는, 자세 제어를 위하여 사용자의 척추 형상을 모니터링하기 위한 수단으로서, 이때, 사용자의 척추 형상은 사용자가 앉는 것에 의하여 변형된 각 에어셀(11)의 모양을 측정하여 조합함으로써 측정된다.

그리고 각 에어셀(11)은 모양은, 사용자의 무게 및 사용자의 척추 형상에 의하여 변형되어 나타나는 각 에어셀(11)의 두께로 측정된다.

이를 위하여, 상기 척추모양 측정부(13)는 다양한 센싱 방법을 이용하여 구현될 수 있는데, 도 3의 (a) 내지 (d)는 각 에어셀의 두께를 측정하기 위한 다양한 센싱 수단의 구현 예를 나타낸다.

먼저, 도 3의 (a)를 참조하면, 상기 척추모양 측정부(13)는, 다수 에어셀(11) 각각의 사용자 등이 접하는 일측면에 설치되는 다수의 영구자석(31)과, 상기 영구 자석(31)과 마주하도록 상기 다수 에어셀(11) 각각의 타측면에 설치되어, 자속양을 측정하는 다수의 자계 센서(32)를 포함하여 이루어진다. 이 때, 상기 자계 센서(32)가 검출하는 자속양은 상기 영구자석(31)과의 거리에 따라 변화되므로, 상기 자계 센서(32)에서 검출된 자속양을 거리로 환산하여 척추 형상, 즉, 각 에어셀(11)의 두께를 측정한다. 여기서 영구자석(31)은 다수의 공기 주머니(에어셀)(11)의 상측면에 내장되어 구성될 수도 있으며, 공기가 주입되면 점차 팽창하여 공기 주입구면과 자석 내장면의 거리가 멀어지게 된다.

다음으로, 도 3의 (b)를 참조하면, 상기 척추모양 측정부(13)는, 다수 에어셀(11) 각각의 사용자 등이 접하는 면의 반대면에 설치되어, 상기 등 방향으로 적외선 또는 레이저를 방출하는 다수의 발광부(33)와, 다수 에어셀(11) 각각의 사용자 등이 접하는 면의 반대면에 설치되어, 각 에어셀(11)에 설치된 발광부(33)에서 방출된 후 사용자의 등에서 반사된 적외선 또는 레이저를 검출하는 다수의 수광부(34)를 포함하여 이루어진다. 이 경우, 상기 다수 수광부(34) 각각에서 검출된 적외선 또는 레이저 신호로부터 반사된 부분까지의 거리를 산출함으로써 척추 형상, 즉, 에어셀(11)의 두께를 측정한다. 이 경우, 상기 다수의 에어셀(11)은, 상기 레이저 신호나 적외선 신호가 투과할 수 있는 재질, 즉, 투명 재질로 이루어질 수 있다.

그리고 도 3의 (c)를 참조하면, 상기 척추모양 측정부(13)는, 다수 에어셀(11) 각각의 사용자 등이 접하는 일측면에 형성되는 다수의 제1 용량성 전극(35)과, 상기 제1 용량성 전극(35)과 마주하는 다수 에어셀(11) 각각의 타측면에 형성되는 다수의 제2 용량성 전극(36)을 포함하여 이루어진다. 이때, 각 에어셀(11)에 설치된 제1, 2 용량성 전극(35,36)에 의해 측정된 정전용량은, 전극의 면적에 비례하고, 전극간의 거리에 반비례한다. 따라서 상기 측정된 정전용량을 이용하여 각 에어셀(11)의 모양, 즉, 두께를 측정할 수 있다.

또한, 상기 척추 형상 측정부(13)는, 도 3의 (d)에 도시된 바와 같이, 다수 에어셀(11) 각각의 사용자 등이 접하는 일측면에 형성되는 다수의 제1 코일(37)과, 상기 제1 코일(37)과 마주하도록 다수 에어셀(11) 각각의 타측면에 형성되는 다수의 제2 코일(38)을 포함하여 이루어질 수 있다. 이 경우에는 패러데이의 법칙을 이용하여, 제1 코일(37)과 제2 코일(38) 간에 발생하는 역기전력은 거리에 따라 변하므로, 이에 따라서 에어셀(11)의 모양, 즉, 두께를 검출한다.

도 4는 상기 척추모양 측정부(13)에 의한 척추 형상 측정 방법을 나타낸 모식도로서, 의자의 등받이 프레임(21)에 지지되는 다수의 에어셀(11)의 각 두께를 측정하고, 이를 조합하여 사용자의 등 모양, 즉, 곡선 형태의 척추 형상을 검출할 수 있다.

다음으로, 상기 다수의 공기량 조절부(12)는, 주제어부(14)의 제어에 따라서 각 에어셀(11)의 공기량을 조절하여, 에어셀(11)의 모양 즉, 에어셀(11)의 두께를 가변한다.

도 5는 상기 공기량 조절부(12)의 구성을 나타낸 블록도로서, 도 5의 (a)를 참조하면, 상기 공기량 조절부(12)는, 제어 신호에 따라서 동작하여 해당 에어셀(11)에 공기를 주입하는 컴프레셔(121)와, 제어 신호에 따라서 개폐되어 해당 에어셀(11)에 주입된 공기를 배출하는 솔레노이드 밸브(122)와, 상기 주제어부(14)의 제어에 따라서 해당 에어셀(11)에 연결된 컴프레셔(121) 및 솔레이노이드 밸브(122)를 구동시키는 부제어부(120)를 포함하여 이루어진다.

상기 컴프레셔(121)와 솔레노이드 밸브(122)와 부제어부(120)는 다수의 에어셀(11) 별로 각각 설치되어, 다수의 에어셀(11)의 공기량을 독립적으로 제어한다.

더하여, 도 5의 (b)를 참조하면, 상기 공기량 조절부(120)는, 해당 에어셀(11)의 공기압을 측정하는 압력 센서(123)를 더 포함할 수 있으며, 이때, 상기 부제어부(120)는, 각 에어셀(11)의 공기압이 기준치가 되도록 공기압 제어를 수행할 수 있다.

마지막으로, 상기 주제어부(14)는, 표준 건강 척추 형상을 상기 기준 척추 형상으로 설정하고, 사용자의 척추 형상이 상기 기준 척추 형상이 되도록 다수의 에어셀(11) 각각의 모양을 제어한다. 이 경우, 사용자가 건강한 자세를 유지하도록 도와줌으로써, 장시간 사용을 통해 자세 교정을 도모하거나 건강 상태의 호전을 도모할 수 있다.

또한, 상기 주제어부(14)는, 사용자가 서있는 상태에서의 척추 형상을 상기 기준 척추 형상으로 설정하고, 상기 사용자가 앉은 상태에서의 척추 형상이 상기 기준 척추 형상이 되도록 다수의 에어셀 각각의 모양을 제어한다. 실험에 따르면, 사람이 서있을 때 나타나는 척추 형상이 그 사람에게 있어서 가장 편안한 자세가 된다고 알려져 있다. 따라서 상기와 같이 사용자가 서있을 때의 척추 형상이 되도록 다수 에어셀(11)의 모양을 제어함으로써, 사용자가 편안한 자세를 유지하도록 유도할 수 있으며, 이를 통하여, 사용자가 가장 효과적으로 휴식을 취할 수 있도록 해줄 수 있다.

더하여, 상기 주제어부(14)는, 상기 다수의 에어셀(11) 중에서, 사용자의 흉골, 요추 부위 및 견갑골 하부 중 어느 한 곳 이상에 배치된 하나 이상의 에어셀(11)에 연결된 압력 센서(123)의 센싱 신호를 입력받아, 사용자의 호흡 및 심박수를 측정할 수 있다. 사용자가 의자에 기대어 쉬는 경우, 사용자의 호흡이나 심박수에 의하여, 사용자의 등을 통해 상기 흉골, 요추 부위 및 견갑골 하부 중 어느 한 곳 이상에 배치된 하나 이상의 에어셀(11)에 압력이 가해지며, 이는 상기 압력 센서(123)의 압력 변화로 나타난다. 따라서 상기 에어셀(11)의 미세 압력 변화를 압력 센서(123)를 통해 검출함으로써, 사용자의 호흡률과 심박수를 측정할 수 있다.

도 6은 본 발명에 의한 자세 제어 장치를 통하여, 호흡과 심박수의 측정 실험을 수행한 결과를 보인 그래프이다.

도 6의 (a) 내지 (c)의 그래프에 도시된 바와 같이, 사용자의 견갑골 하부(11c)에 접하는 에어셀(11)의 미세 압력 변화를 측정한 결과, 상기 사용자의 심박수를 계측할 수 있었고, 흉골(11d) 부위에 위치한 에어셀(11)의 미세 압력 변화에서 사용자의 호흡률 및 심박수가 함께 계측되었으며, 요추(11e) 부위에 위치한 에어셀(11)의 미세 압력 변화로부터, 사용자의 호흡률을 측정할 수 있었다.

따라서 본 발명에 의한 자세 제어 장치는, 사용자가 의식하지 못하는 상태에서, 사용자의 호흡률과 심박수를 측정할 수 있다.

다음으로, 도 7은 상술한 자세 제어 장치를 통해 이루어지는 본 발명에 의한 자세 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 자세 제어 방법은, 먼저 단계(S71)에서 기준 척추 형상을 설정한다. 여기서, 기준 척추 형상은, 표준 인체 체형을 기준으로 설정된 표준 척추 형상이 될 수 도 있고, 상기 사용자가 서있는 상태에서의 척추 형상이 될 수 있다. 전자의 경우, 건강한 자세 유지를 위해 이용될 수 있으며, 후자의 경우는 편안한 자세 유지를 위하여 이용될 수 있다. 상기 설정된 기준 척추 형상은, 주제어부(14)에 저장된다.

단계S72에서, 사용자가 상기 자세 제어 장치가 설치된 의자에 앉으면, 단계S73에서, 사용자의 등에 의해 가해지는 압력에 의해 상기 다수의 에어셀(11) 각각에 나타나는 변형을 측정하여, 사용자가 앉은 상태에서의 척추 형상을 모니터링한다. 상기 척추 형상의 모니터링은, 도 3에서 예시한 여러 방법으로 구현된 척추 형상 측정부(13)를 통해 이루어진다.

그리고 단계 S74에서, 상기 모니터링 결과와 상기 설정한 기준 척추 형상을 비교하여, 사용자의 앉은 자세에서의 척추 형상이 상기 기준 척추 형상이 되도록 다수의 에어셀(11) 각각의 공기량을 조절한다.

상기에서 기준 척추 형상이 표준 척추 형상으로 설정된 경우, 사용자의 척추 형상이 표준 척추 형상으로 유지되어 사용자의 자세 교정이 이루어질 수 있으며, 기준 척추 형상이 서있는 상태의 척추 형상으로 설정된 경우, 사용자에게 가장 편안한 자세를 유도함으로써, 사용자에게 편안한 휴식 상태를 제공할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따라 척추 형상 측정부(13)에 각각 연결된 개별 연산부(15)에서 측정 신호를 증폭 및 필터링을 통해 개별 연산을 수행하여 측정된 척추 형상을 교정하는 과정에 대해 첨부된 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 8을 참조하면, S81단계에서, 개별 연산부(15)는 척추모양 측정부(13)에서 척추 형상을 측정한 측정 신호(예를 들어 자계 신호)를 수신한다.

이에 따라 S82단계에서, 개별 연산부(15)는 수신된 측정 신호를 증폭하고, S83단계에서, 증폭된 측정 신호를 필터링하여 잡음 성분을 제거하는 신호 처리를 수행한다. 이후, S84단계에서 개별 연산부(16)는 신호 처리된 측정 신호(예를 들어 자계 세기)를 단위 공기주머니별로 거리 변화량으로 변환하는 개별 연산을 수행한다.

S85단계에서, 개별 연산부(16)는 개별 연산 결과(변환된 거리 변화량 등)를 주 제어부(14) 및 통합 표시부(16)로 전송한다. 이에 따라 통합 표시부(16)는 단위 공기주머니별로 수신된 연산 결과를 통합하여 척추 형상을 추정하기 위한 척추 라인 즉, 척추 형상 추정 곡선을 토출하여 이를 표시한다. 주 제어부(14)에서는 단위 공기주머니별로 수신한 연산 결과를 기준 척추 형상에 반영하여 다수의 공기 주머니(11) 각각의 공기량을 조절하는데 이용될 수 있다.

S86단계에서, 개별 연산부(16)는 단위 공기주머니별 연산 결과(거리 변화량)를 각각 미리 설정된 기준 척추 형상에 반영하여 각각 공기 주머니(11)의 공기량을 조절하여 높이를 조절하기 위한 제어 신호를 공기량 조절부(12)로 전송한다. 이에 따라 측정된 척추 형상을 보다 정확하게 개별적으로 교정할 수 있게 된다. 예를 들어 상기 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 자석(31)과 센서(32)가 설치된 공기 주머니(11)를 이용하는 경우 상기 연산 결과(자계세기에 따른 거리 변화량)에 따라 자석(31)과 센서(32) 간의 거리를 cm 단위로 제어 즉, 거리 변화량에 따라 공기 주머니(11)의 공기량을 조절한다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 있어 명백할 것이다.

11: 공기주머니 12: 공기량 조절부
13: 척추모양 측정부 14: 주제어부
15: 개별연산부 16: 통합표시부

Claims

사용자의 등이 접하는 영역에 배치되며, 상호 독립적으로 공기량이 조절되는 다수의 공기 주머니;
상기 다수의 공기 주머니 각각에 공기를 주입하거나 공기를 빼내어 각 공기 주머니의 모양을 조절하는 다수의 공기량 조절부;
상기 다수의 공기 주머니의 모양을 측정하여 사용자의 척추 형상을 각각 측정하는 다수의 척추 형상 측정부;
기준 척추 형상의 정보를 설정하고, 상기 기준 척추 형상과 상기 척추모양 측정부에서 측정된 사용자의 척추 형상을 비교하여 상기 기준 척추 형상과 일치하도록 상기 다수의 공기량 조절부를 제어하는 주제어부; 및
상기 다수의 척추 형상 측정부 각각에 연결되어 척추 형상을 측정한 측정 신호를 수신하여 신호 처리를 하고, 척추 형상의 교정을 위한 개별 연산을 수행하는 다수의 개별 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자세 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 다수의 개별 연산부에서 각각 수신된 개별 연산된 결과를 통합하여 척추 라인을 표시하여 척추 형상 추정 곡선을 도출하는 통합 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자세 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 다수의 개별 연산부는,
상기 다수의 척추 형상 측정부에서 각각 측정된 측정 결과를 거리 변화량으로 변환하는 연산을 각각 수행하고, 각각 연결된 상기 공기량 조절부로 상기 거리 변화량에 따른 척추 형상 교정을 위한 제어 신호를 전송하여 각각 연결된 상기 공기 주머니의 공기량을 조절하도록 함을 특징으로 하는 자세 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 다수의 공기주머니는 에어셀을 이용하며, 인체 체형 특징에 근거하여, 목부분, 견갑골 상부, 견갑골 하부, 흉골, 요추, 골반, 상기 견갑골의 좌우측부, 상기 흉골 및 요추의 좌우 측부에 각각 하나 이상 배치되는 것을 특징으로 하는 자세 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 척추모양 측정부는,
상기 공기 주머니 각각의 사용자 등이 접하는 일측면에 설치되는 다수의 영구자석; 및
상기 영구 자석과 마주하도록 상기 다수 공기 주머니 각각의 타측면에 설치되어, 자속양을 측정하는 다수의 자계 센서를 포함하고,
상기 자계 센서에서 측정된 자속양을 거리로 환산하여 척추 형상을 측정하는것을 특징으로 하는 자세 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 척추모양 측정부는,
상기 공기 주머니 각각의 사용자 등이 접하는 면의 반대면에 설치되어, 상기 등 방향으로 적외선 또는 레이저를 방출하는 다수의 발광부; 및
상기 공기 주머니 각각의 사용자 등이 접하는 면의 반대면에 설치되어, 상기 각 공기 주머니에 설치된 발광부에서 방출된 후 사용자의 등에서 반사된 적외선 또는 레이저를 검출하는 다수의 수광부를 포함하고,
상기 다수 수광부 각각에서 검출된 적외선 또는 레이저를 이용하여 거리를 산출함으로써 척추 형상을 측정하는 것을 특징으로 하는 자세 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 척추모양 측정부는
상기 다수의 공기 주머니 각각의 사용자 등이 접하는 일측면에 형성되는 다수의 제1 용량성 전극; 및
상기 제1 용량성 전극과 마주하는 상기 다수의 공기 주머니 각각의 타측면에 형성되는 다수의 제2 용량성 전극을 포함하여,
각 공기 주머니에 설치된 제1, 2 용량성 전극에 의해 측정된 정전용량을 이용하여 거리를 산출함으로써 척추 형상을 측정하는 것을 특징으로 하는 자세 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 척추 형상 측정부는,
상기 다수의 공기 주머니 각각의 사용자 등이 접하는 일측면에 형성되는 다수의 제1 코일; 및
상기 제1 코일과 마주하도록 상기 다수의 공기 주머니 각각의 타측면에 형성되는 다수의 제2 코일을 포함하고,
상기 제1,2 코일에 의해 측정된 역기전력을 통해 거리를 추정하여 척추 형상을 측정하는 것을 특징으로 하는 자세 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 다수의 공기량 조절부는,
제어 신호에 따라서 동작하여 공기 주머니에 공기를 주입하는 컴프레셔;
제어 신호에 따라서 개폐되어 공기 주머니에 주입된 공기를 배출하는 솔레노이드 밸브; 및
상기 주 제어부의 제어에 따라서 상기 컴프레셔 및 솔레이노이드 밸브를 구동시키는 부 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자세 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 주제어부는
표준 척추 형상을 상기 기준 척추 형상으로 설정하고, 사용자의 척추 형상이 상기 기준 척추 형상이 되도록 상기 다수의 공기 주머니 각각의 모양을 제어하는 것을 특징으로 하는 자세 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 주제어부는,
사용자가 서있는 상태에서의 척추 형상을 상기 기준 척추 형상으로 설정하고, 상기 사용자가 앉은 상태에서의 척추 형상이 상기 기준 척추 형상이 되도록 상기 다수의 공기 주머니 각각의 모양을 제어하는 것을 특징으로 하는 자세 제어 장치.
제4항에 있어서, 상기 다수의 공기 주머니는
적외선 또는 레이저가 투과할 수 있는 투명재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 자세 제어 장치.
제9항에 있어서, 상기 다수의 공기량 조절부는,
상기 다수의 공기 주머니 각각의 공기압을 측정하는 다수의 압력 센서를 더 포함하고,
상기 다수의 부제어부가 각 공기 주머니의 공기압을 조절하도록 하는 것을 특징으로 하는 자세 제어 장치.
제13항에 있어서, 상기 주제어부는,
상기 다수의 공기 주머니 중에서, 사용자의 흉골, 요추 부위 및 견갑골 하부 중 어느 한 곳 이상에 배치된 하나 이상의 공기 주머니에 연결된 압력 센서의 센싱 신호를 입력받아, 사용자의 호흡 및 심박수를 측정하는 것을 특징으로 하는 자세 제어 장치.
사용자의 등이 접하는 영역에 배치되어 상호 독립적으로 공기량이 조절되는 다수의 공기 주머니를 포함하는 자세 제어 장치의 자세 제어 방법에 있어서,
기준 척추 형상을 설정하는 단계;
상기 다수의 공기 주머니 각각에 나타나는 변형을 측정하여, 사용자의 척추 형상을 측정하는 단계; 및
상기 척추 형상의 측정 결과와 상기 기준 척추 형상을 비교하여, 사용자의 척추 형상이 상기 기준 척추 형상이 되도록 다수의 공기 주머니 각각의 공기량을 조절하는 단계; 및
상기 척추 형상을 측정한 결과를 상기 다수의 공기 주머니별로 개별 연산하여 얻은 거리 변화량에 따라 상기 다수의 공기 주머니의 공기량을 조절하여 상기 척추 형상을 교정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자세 제어 방법.
제15항에 있어서,
상기 다수의 공기주머니별로 개별 연산을 통해 얻은 각각의 상기 거리 변화량을 통합하여 척추 라인을 표시하는 단계; 및
상기 표기된 척추 라인을 통해 척추 형상 추정 곡선을 도출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자세 제어 방법.
제15항에 있어서, 상기 척추 형상을 교정하는 단계는,
상기 척추 형상을 측정한 결과를 수신하는 단계;
수신된 측정 결과를 상기 다수의 공기 주머니별로 개별 연산하여 거리 변화량으로 변환하는 단계; 및
상기 거리 변화량에 따라 상기 다수의 공기 주머니별로 각각 공기량을 조절하여 상기 척추 형상을 교정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자세 제어 방법.
제15항에 있어서, 상기 기준 척추 형상은
표준 인체 체형을 기준으로 설정된 표준 척추 형상으로 설정되는 것을 특징으로 하는 자세 제어 방법.
제15항에 있어서, 상기 기준 척추 형상은
상기 사용자가 서있는 상태에서의 척추 형상으로 설정되는 것을 특징으로 하는 자세 제어 방법.