KR20120004579A - Ｕ-ｗｂａｎ 기반에서의 자세 교정 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 자세 교정 시스템은 사용자의 머리 뒷부분에 착용되며, 경추의 휘어지는 상태를 측정하여 이를 무선으로 전송하는 경추상태 모니터링 센서장치와, 사용자의 신발에 장착되며, 서 있는 자세 및 앉아 있는 자세의 상태 측정하여 이를 무선으로 전송하는 자세상태 모니터링 센서장치 및 상기 경추상태 모니터링 센서장치 및 자세상태 모니터링 센서장치에 의해 측정된 값을 수신하여 사용자의 현재 경추의 휘어짐 상태 및 자세 상태를 판정하고, 판정된 결과를 사용자에게 알려주기 위한 휴대장치를 포함한다. 따라서, 본 발명은 사용자의 현재 경추 상태 및 자세 상태를 실시간으로 측정하여 사용자에게 지속적으로 인지하도록 함으로써, 사용자가 자신의 현재 자세 상태를 즉시 인지하고 바로 교정할 수 있도록 할 수 있는 효과가 있다.

Description

Ｕ-ＷＢＡＮ 기반에서의 자세 교정 시스템 및 방법{System for correcting posture based on U-WBAN and method for the same}

본 발명은 U-WBAN(Ubiquitous Wireless Body Area Network)기반 자세 교정 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사용자 신체의 각 부위에 센서를 부착하여 사용자의 현재 자세 상태를 인지하고, 사용자가 적합한 자세로 지속적으로 교정할 수 있도록 하는 자세 교정 시스템 및 방법에 관한 것이다.

의자에 앉거나 서있을 경우 머리와 목, 허리가 일직선이 되고, 귀와 어깨 옆선이 맞아 떨어져야 바른 자세이다. 거북이처럼 목을 앞으로 기울이는 자세는 목디스크를, 의자에 눕는 듯 엉덩이를 앞쪽으로 빼고 앉는 자세는 허리 디스크를 유발한다. 특히나 다리를 꼬아 앉는 자세는 척추를 뒤틀리게 하는 가장 큰 원인이 되지만 대부분 자신이 앉아 있는 자세에 대하여 주의를 기울이지 못하고 있다.

특히 책상에 앉아서 컴퓨터를 하거나 공부를 할 경우 목과 허리가 굽는 경우가 많은데 이는 시선이 눈높이보다 낮아 고개를 숙이도록 만들어 생기는 경우이다. 또한, 걷거나 설 때 등이 구부정한 자세는 척추에 악영향을 미치고, 가슴을 압박하므로 폐를 비롯하여 소화기에도 좋지 않은 영향을 미친다.

이처럼 부적합한 자세가 여러 질환의 원인이 됨을 알면서도 자신이 현재 부적합한 자세를 취하고 있음을 스스로 자각하는 것이 어려우므로 적합한 자세로 교정하지 못하고 부적합한 자세가 습관화되는 문제가 있다.

이에, 본 발명은 사용자의 신체 각 부위에 센서를 부착하여 사용자의 자세를 추정하고, 이를 적합한 자세와 비교하여 지속적으로 교정할 수 있도록 인지시켜 줄 수 있는 시스템 및 방법을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명에 따른 자세 교정 시스템은 사용자의 머리 뒷부분에 착용되며, 경추의 휘어지는 상태를 측정하여 이를 무선으로 전송하는 경추상태 모니터링 센서장치와, 사용자의 신발에 장착되며, 서 있는 자세 및 앉아 있는 자세의 상태 측정하여 이를 무선으로 전송하는 자세상태 모니터링 센서장치 및 상기 경추상태 모니터링 센서장치 및 자세상태 모니터링 센서장치에 의해 측정된 값을 수신하여 사용자의 현재 경추의 휘어짐 상태 및 자세 상태를 판정하고, 판정된 결과를 사용자에게 알려주기 위한 휴대장치를 포함한다.

상기 경추상태 모니터링 센서장치는, 사용자의 머리 뒤 중심부부터 목 뒤 중심부까지 길이방향으로 길게 이어지는 형태이며, 경추가 휘어지는 정도에 따라 변하는 저항값을 측정하는 경추상태 모니터링 센서와, 무선으로 데이터를 송신하기 위한 무선통신부 및 상기 경추상태 모니터링 센서에 의해 측정된 저항값을 상기 무선통신부를 통하여 무선으로 전송하도록 제어하는 제어부를 포함하며, 사용자의 머리에 상기 장치를 장착하기 위한 장착수단을 포함한다.

또한, 상기 자세상태 모니터링 센서장치는, 사용자의 양쪽 신발에 장착되며, 사용자의 양 발에 실리는 압력에 따라 변하는 저항값을 측정하는 자세상태 모니터링 센서와, 무선으로 데이터를 송신하기 위한 무선통신부와, 상기 자세상태 모니터링 센서에 의해 측정된 저항값을 상기 무선통신부를 통하여 무선으로 전송하도록 제어하는 제어부를 포함한다.

상기 시스템은 상기 경추상태 모니터링 센서장치 및 자세상태 모니터링 센서장치로부터 전송되는 각각의 측정값을 저장하기 위한 데이터베이스를 포함하고, 상기 측정된 값은 사용자의 각 자세에 대응하는 경추상태별 기본값 및 자세상태별 기본값과 평상 시 사용자의 경추상태 모니터링에 따른 경추상태값 및 자세상태 모니터링에 따른 자세상태값을 포함하며, 상기 휴대장치는 상기 경추상태값 및 자세상태값을 각각 상기 경추상태별 기본값 및 자세상태별 기본값과 비교하여 사용자의 현재 경추의 휘어짐 상태 및 자세 상태를 판정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자세 교정 방법은 사용자 경추의 휘어짐 상태를 측정하기 위한 경추상태 모니터링 센서장치와 서 있는 자세 및 앉아 있는 자세 상태를 측정하기 위한 자세상태 모니터링 센서장치를 사용하여 각각의 자세에 대응하는 경추상태별 기본값 및 자세상태별 기본값을 측정하고 저장하는 제1단계와, 상기 경추상태 모니터링 센서장치와 자세상태 모니터링 센서장치를 사용하여 사용자의 평상 시 경추상태에 따른 경추상태값 및 자세상태에 따른 자세상태값을 측정하는 제2단계와, 상기 경추상태값 및 자세상태값을 무선으로 사용자가 휴대한 휴대장치로 전송하는 제3단계 및 상기 휴대장치에서 상기 경추상태값과 상기 저장된 경추상태별 기본값을 비교하고, 상기 자세상태값과 상기 저장된 자세상태별 기본값을 비교하여 사용자의 현재 경추상태 및 자세상태를 판정하고, 판정 결과를 사용자에게 알리는 제4단계를 포함한다.

이때, 상기 경추상태별 기본값 및 경추상태값은 상기 경추상태 모니터링 센서장치를 사용자의 머리 뒤 중심부부터 목 뒤 중심부까지 길게 이어지도록 장착하여 사용자 경추가 휘어지는 정도에 따라 변하는 저항값을 측정함으로써 얻어지고, 상기 자세상태별 기본값 및 자세상태값은 상기 자세상태 모니터링 센서장치를 사용자의 양쪽 신발에 장착하여 사용자의 양 발에 실리는 압력에 따라 변하는 저항값을 측정함으로써 얻어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 사용자의 현재 경추 상태 및 자세 상태를 실시간으로 측정하여 사용자에게 지속적으로 인지하도록 함으로써, 사용자가 자신의 현재 자세 상태를 즉시 인지하고 바로 교정할 수 있도록 할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 사용자 자세 상태의 이력관리를 통하여 부적합한 자세를 유발하는 원인 등을 파악하고 이를 제거하여 사용자로 하여금 부적합한 자세를 덜 취하도록 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자세 교정 시스템의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자세 교정 시스템의 경추상태 모니터링 센서를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자세 교정 시스템의 경추상태 모니터링 센서장치의 실제 형상을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자세 교정 시스템의 자세상태 모니터링 센서를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자세 교정 시스템의 자세상태 모니터링 센서장치의 실제 형상 및 설치 방법을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자세 교정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자세 교정 방법에서 경추상태 판정 알고리즘을 구체적으로 나타내는 순서도이다.
도 7b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자세 교정 방법에서 자세상태 판정 알고리즘을 구체적으로 나타내는 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자세 교정 방법에서 사용자가 경추상태 모니터링 센서장치를 착용한 모습 및 경추상태별 데이터를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자세 교정 방법에서 사용자가 자세상태 모니터링 센서장치를 설치한 신발을 착용한 모습 및 자세상태별 데이터를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 자세 교정 시스템 및 방법에 관하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자세 교정 시스템의 구성을 나타내는 블럭도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자세 교정 시스템(100)은 경추상태 모니터링 센서장치(110)와 자세상태 모니터링 센서장치(120)와, 데이터베이스(140) 및 휴대장치(150)를 포함한다.

휴대장치(150)는 사용자가 휴대하여 들고다니면서 입력 조작을 할 수 있는 소형 단말 장치를 말하며 핸드헬드(handheld) 장치라고도 한다. 본 발명에서 휴대장치(150)는 휴대폰, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player) 및 타블렛 PC 등을 포함할 수 있다.

또한, 휴대장치(150)는 사용자에게 현재 상태를 보여주기 위한 표시창(미도시)과, 경고음 등을 출력하기 위한 스피커(미도시)와 상기 센서장치로부터 신호를 전송받고 상기 데이터베이스로 접속할 수 있는 무선 통신부(미도시) 및 이와 같은 동작을 제어하기 위한 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 이때, 데이터베이스 역시 무선통신을 위한 무선 통신부(미도시)를 구비할 수 있다.

경추상태 모니터링 센서장치(110)는 목의 구부러진 각도를 측정하고, 측정된 신호를 휴대장치(150) 및 데이터베이스(140)로 전송하는 장치로, 경추상태 모니터링 센서(111), 제어부(113) 및 무선 통신부(115)를 포함한다.

경추상태 모니터링 센서(111)는 도 2에 도시한 바와 같이 길이 방향으로 긴 형태로, 목의 각도 변화 즉, 경추의 펴짐, 앞으로 구부러짐, 뒤로 젖혀짐을 측정하기 위한 센서이다. 경추상태 모니터링 센서(111)는 목의 각도 변화를 측정하기 위한 센서이므로 목의 움직임에 따라 유연하게 움직이는 것이 바람직하며, 가변저항을 이용하여 휘는 각도에 따라 변하는 저항값을 측정하도록 구성할 수 있다.

경추상태 모니터링 센서(111)는 상기 측정한 저항값을 제어부(113)로 전송하고, 제어부(113)는 전송받은 저항값을 무선 통신부(115)를 이용하여 휴대장치(150) 및 데이터베이스(140)로 전송한다.

무선 통신부(115)는 경추상태 모니터링 센서(111)에 의해 측정된 저항값을 휴대장치(150) 및 데이터베이스(140)로 전송하기 위해 무선 네트워크로의 통신 연결을 수행하는 부분으로, 예를 들면 IEEE 802.15 WBAN 기반의 지그비(Zigbee)를 사용한다.

WBAN(Wireless Body Area Network)은 IEEE에서 전파도달거리를 기준으로 하여 인체의 내부 및 외부 약 3미터 이내에 장착되는 장치들을 무선 네트워크로 연결하여 기기 간 상호 통신을 하며, 용도에 따라 수 kbps ~ 수십 Mbps를 전송하는 새로운 전송 방식으로 정의하고 있다.

일반적으로, WBAN은 의료용과 비의료용으로 구분되어지는데 인체 내부의 특이한 전파 특성과 전파에 대한 인체의 안전성이 요구되기 때문이다. 즉, 인체 내부에는 물과 섬유질, 뼈와 같은 다양한 성분으로 구성되어 있어 전파 감쇄가 크기 때문에 손실이 적은 주파수 대역 선정이 중요하기 때문이다. 또한, 인체에 미치는 영향을 최소화하기 위하여 매우 낮은 값으로 제한된다.

또한, WBAN은 몸에 부착된 노드 간의 네트워크인 Wearable BAN과 인체 내에 이식되는 이식형 노드 간의 네트워크인 Implant BAN으로 분류된다.

즉, 경추상태 모니터링 센서장치(110)는 지그비(Zigbee)를 이용하여 경추상태 모니터링 센서(111)에 의해 측정된 저항값을 휴대장치(150) 및 데이터베이스(140)로 송신하는 것이다.

제어부(113)로부터 측정된 저항값을 전송받은 데이터베이스(140)는 이력관리에 필요한 데이터를 생성하고, 휴대장치(150)의 제어부는 데이터베이스(140)로부터 사용자의 정상적인 경추상태에 대응하는 저항값 예컨데, 기본 저항값을 불러와서 경추상태 모니터링 센서장치(110)로부터 전송된 사용자의 현재 경추상태에 대응하는 저항값과 비교하여 사용자의 현재 경추상태를 판단하고, 판단 결과를 상기 표시창에 표시하거나 또는 상기 스피커로 경고음을 출력할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 경추상태 모니터링 센서장치(110)는 상기 측정된 저항값을 디지털 데이터로 변환하여 제어부(113)로 전송하기 위한 A/D 컨버터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 또한, 경추상태 모니터링 센서장치(110)는 도 3과 같이, 사용자의 신체 부위에 장착하기 위한 장착수단(117)을 포함할 수 있다.

경추상태 모니터링 센서장치(110)의 실제 제작된 모습이 도 3에 도시되어 있다. 즉, 머리띠 형상인 장착수단(117)에 제어부(113)와 무선 통신부(115)를 포함한 센서보드가 부착되어 있고, 상기 센서보드에 경추상태 모니터링 센서(111)가 연결되어 장착수단(113)에 수직방향으로 부착되어 있다.

이 장치(110)는 도 8에 도시한 바와 같이, 경추상태 모니터링 센서(111)가 사용자의 머리 뒤의 중심부부터 목 뒤 중심 쪽으로 이어지도록 사용자의 머리에 장착하여 사용자 목의 휘어짐 정도를 측정한다.

자세상태 모니터링 센서장치(120)는 양발에 실리는 체중에 따른 압력을 측정하여 사용자의 서 있는 자세 및 앉아 있는 자세를 모니터링하기 위한 장치로, 자세상태 모니터링 센서(121)와 제어부(123) 및 무선 통신부(125)를 포함한다.

자세상태 모니터링 센서(121)는 사용자의 양 발에 가해지는 압력을 측정하기 위한 센서로, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 사용자의 체중이 실리는 양쪽 신발의 앞꿈치 또는 뒷꿈치에 설치하며, 예를 들면 가변저항을 이용하여 압력에 따라 변하는 저항값을 측정한다. 이때, 사용자가 서 있으면 전체 체중이 실리며, 앉으면 다리의 무게만큼 체중이 실리는 것으로 제작하는 것이 바람직하다.

자세상태 모니터링 센서(121)는 상기 측정한 저항값을 제어부(123)로 전송하고, 제어부(123)는 전송받은 저항값을 무선 통신부(125)를 이용하여 휴대장치(150) 및 데이터베이스(140)로 전송한다.

무선 통신부(125)는 자세상태 모니터링 센서(121)에 의해 측정된 저항값을 휴대장치(150) 및 데이터베이스(140)로 전송하기 위해 무선 네트워크로의 통신 연결을 수행하기 위한 부분으로, 본 발명에서는 상기 서술한 경추상태 모니터링 센서 장치(110)에서와 같이 IEEE 802.15 WBAN 기반의 지그비(Zigbee)를 사용할 수 있다.

즉, 자세상태 모니터링 센서장치(120)는 지그비(Zigbee)를 이용하여 자세상태 모니터링 센서(121)에 의해 측정된 저항값을 휴대장치(150) 및 데이터베이스(140)로 송신하는 것이다.

상기 측정된 저항값을 전송받은 데이터베이스(140)는 이력 관리에 필요한 데이터를 생성하고, 휴대장치(150)의 제어부는 데이터베이스(140)로부터 사용자의 정상적인 자세상태에 대응하는 저항값 예컨데, 기본 저항값을 불러와서 자세상태 모니터링 센서장치(120)로부터 전송된 사용자의 현재 자세상태에 대응하는 저항값과 비교하여 사용자의 현재 자세상태를 판단하고, 판단 결과를 상기 표시창에 표시하거나 또는 상기 스피커로 경고음을 출력할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자세 교정 방법을 나타내는 순서도이다.

먼저, 사용자가 경추의 구부러진 상태를 모니터링하기 위한 경추상태 모니터링 센서장치와 서 있는 자세 및 앉아 있는 자세를 모니터링하기 위한 자세상태 모니터링 센서장치를 착용한 후(S601), 각 센서장치를 구동시켜 사용자의 자세 상태별 기본 저항값을 측정하고, 측정된 기본 저항값을 데이터베이스로 저장한다(S603).

상기 경추상태 모니터링 센서장치는 도 3과 같은 형태이며, 도 8과 같이 사용자의 머리 뒷부분에 장착한다. 이때, 경추상태 모니터링 센서가 사용자의 머리 뒤 가운데 부분에서 목 뒤의 가운데 부분으로 위치하도록 장착하는 것이 바람직하다. 이후, 도 8과 같이, 고개를 정상적으로 세운 자세와, 고개를 숙인 자세 및 고개를 뒤로 젖힌 자세 등 자세 상태별 저항값을 측정한다.

또한, 자세상태 모니터링 센서장치는 도 5와 같이, 사용자의 신발 양쪽에 장착한다. 이때, 도 5에서는 신발의 뒷꿈치 부분에 자세상태 모니터링 센서를 장착하였으나, 신발의 앞꿈치 부분에 장착할 수도 있다. 이후, 도 9와 같이, 똑바로 서 있는 자세, 한쪽으로 비스듬히 서 있는 자세, 바르게 앉아 있는 자세, 다리를 꼬고 앉아 있는 자세 및 엉덩이를 앞으로 빼고 앉은 자세 등 여러 자세 상태별 저항값을 측정한다.

이때, 상기 경추상태 모니터링 센서장치 및 자세상태 모니터링 센서장치에 의해 측정된 다수의 자세 상태별 저항값은 이후, 유효성 검증 및 결과 파트에서 상세히 기술하겠지만 1회만 측정하는 것이 아니라 다수 회 이상 측정하고, 측정된 값들의 평균값 및 상기 평균값에 ±표준편차값을 적용한 허용범위를 기본 저항값으로 데이터베이스에 저장하는 것이 바람직하다. 이에 대한 내용은 유효성 검증 및 결과 파트에 도시된 표에 나타내었다.

이후, 각 센서장치 즉, 경추상태 모니터링 센서장치와 자세상태 모니터링 센서장치는 사용자의 해당 부위(머리 뒷부분 및 신발)에 장착되어 사용자의 자세를 지속적으로 모니터링하여 저항값을 수집하고, 수집된 저항값을 실시간으로 사용자가 소지한 휴대장치로 전송하고, 데이터베이스로 전송하여 저장한다(S605).

이때, 각 센서장치는 상기 수집된 값을 상기 휴대장치 및 데이터베이스로 전송하기 위하여 무선 네트워크로의 통신 연결을 수행하기 위한 무선 통신부를 포함하며, 이상의 설명에서는 IEEE 802.15 WBAN 기반의 지그비(Zigbee)를 사용하였으나 블루투스(Bluetooth) 등의 다른 근거리 통신방식을 사용할 수도 있다.

또한, 상기 휴대장치는 사용자가 휴대하여 들고다니면서 입력 조작을 할 수 있는 소형 단말 장치를 말하며 핸드헬드(handheld) 장치라고도 하며, 휴대폰, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player) 및 타블렛 PC 등을 포함할 수 있다.

또한, 휴대장치는 사용자에게 현재 상태를 보여주기 위한 표시창과, 경고음 등을 출력하기 위한 스피커와 상기 센서장치로부터 신호를 전송받고 상기 데이터베이스로 접속할 수 있는 무선 통신부 및 이와 같은 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함할 수 있다. 이때, 데이터베이스 역시 무선통신을 위한 무선 통신부를 구비하는 것이 바람직하다.

상기 휴대장치의 제어부는 상기 데이터베이스에 저장되어 있는 기본 저항값을 불러와서 상기 전송받은 현재 사용자의 자세 상태에 대응하는 저항값과 비교하여 사용자의 현재 자세 상태가 적합한 자세인지 부적합한 자세인지를 판정하고(S607), 판정된 결과를 상기 표시창을 통하여 사용자에게 보여준다(S609).

먼저, 도 7b의 경추상태 판정 알고리즘을 살펴보면, 사용자의 머리 부분에 장착된 경추상태 모니터링 센서장치로부터 전송된 저항값에 대응되는 경추상태 모니터링의 센서가 휜 각도 예컨데, 경추각도가 데이터베이스에 저장된 적합한 경추상태에 대응되는 기본 저항값 예컨데, 적합각도와의 오차가 허용범위 내인가를 비교하고(S751), 허용범위 내이면 경추가 곧게 펴져 있는 적합한 자세인 것으로 판정하고(S753), 허용범위를 초과하면 경추각도가 적합각도보다 일정 각도 이상 작은지를 비교하고(S755), 일정 각도 이상 작으면 고개가 숙여짐으로 인해 경추가 앞쪽으로 휜 부적합한 자세인 것으로 판정하며(S757), 일정 각도 이상 작은 것이 아니면 일정 각도 이상 큰 지를 비교하여(S759), 경추각도가 적합각도보다 일정 각도 이상 크면 머리가 뒤로 젖혀진 부적합한 자세인 것으로 판정한다(S761).

또한, 도 7a의 자세상태 판정 알고리즘을 살펴보면, 먼저, 양 발의 압력이 0 이하인지를 비교한 후(S701), 0 이하이면 양 발이 바닥으로부터 들려져 있는 상태로 부적합한 자세인 것으로 판정하고(S703), 0 이상이면 이 압력과 앉은 자세에서의 양 발의 압력과의 오차가 허용범위 내인지를 비교하여(S705) 허용범위 내이면 바르게 앉아있는 적합한 자세인 것으로 판정하고(S707), 허용범위 이상이면 왼쪽 발의 압력이 0 이하인지를 비교하고(S709), 0 이하이면 왼쪽 다리를 오른쪽 다리 위로 꼬고 앉아 있는 자세로 부적합한 자세인 것으로 판정하며(S711), 0 이상이면 오른쪽 발의 압력이 0 이하인지를 비교하여(S713), 0 이하이면 오른쪽 다리를 왼쪽 다리 위로 꼬고 앉아 있는 자세로 부적합한 자세인 것으로 판정한다(S715).

이어서, 오른쪽 발의 압력이 0 이상이면, 양 발의 압력과 서 있는 자세의 기본 압력과의 오차가 허용범위 내인지를 비교하여(S717), 허용범위 내이면 바르게 서 있는 적합한 자세인 것으로 판정하고(S719), 허용범위를 벗어나면 왼쪽 발의 압력이 0 이하인지를 비교하고(S721), 0 이하이면 오른쪽 다리 쪽으로 비스듬히 기대어 서 있는 부적합한 자세인 것으로 판정하며(S723), 0 이상이면 오른쪽 발의 압력이 0 이하인지를 비교하고(S725), 0 이하이면 왼쪽 다리 쪽으로 비스듬히 기대어 서 있는 부적합한 자세인 것으로 판정한다(S727)

상기와 같은 자세상태 및 경추상태 판정 알고리즘에 의해 판정된 결과를 사용자가 휴대한 휴대장치의 표시창에 사용자가 현재 자신의 자세상태 및 경추상태를 인지할 수 있도록 디스플레이한다.

- 유효성 검증 및 결과

본 발명의 유효성을 검증하기 위해 실험체를 이용하여 3개월간 데이터를 측정하였다. 사용자에 따른 다양성에 적용 가능하게 하기 위해서 구동 전 설정 시에 각 자세별 데이터를 100번씩 측정하여 평균과 이의 표준 편차 값을 적용하여 자세별 추정 범위를 설정하게 된다. 따라서 절대값이 아닌 상대값으로 설정되기 때문에 가벼운 여성이나 무거운 남성일 경우에도 같은 알고리즘으로 처리가 가능하다.

경추상태 모니터링 센서장치는 사용자가 착용시 도 8과 같은 결과값을 보여준다. 좌측은 사용자가 착용 후 자세에 따른 경추의 각도를 보여주며, 우측은 사용자가 착용한 경추상태 모니터링 센서장치로부터 데이터를 전달받아 저장 후, 현재 상태를 실시간으로 모니터링하여 보여주고 있다. 고개를 숙인 경우는 경추상태 모니터링 센서가 전혀 휘지 않은 상태이므로 고정값이어서 거의 편차가 없지만, 고개를 곧게 세운 자세나 뒤로 젖힌 자세의 경우에는 측정시마다 약간씩 값이 다르게 나타나므로 편차가 발생하였다.

따라서, 미세한 움직임에 대한 센서장치의 오동작을 방지하기 위해서 충분한 허용 범위 설정이 필요하다. 즉, 아래의 [표 1]에 따르면 정상(고개를 곧게 세운 상태)일 경우의 값의 평균이 472.3이고, 고개를 숙인 경우는 496.6, 고개를 젖힌 경우는 425.8이므로 적합판정을 위한 허용범위는 평균값을 기준으로 ±표준편차 값을 적용하고 부적합 판정을 위한 허용범위는 각 측정값에 ±표준편차 값을 적용한다. 허용범위 적용 후 인식율은 정상일 경우 98%, 숙일 경우 100%, 젖힐 경우 96%로 전체 평균 98%의 인식율을 보여준다.

사용자 착용 후 자세	측정 횟수	평균값	표준편차	인식율
정상	100	472.3	10.3	98%
숙임	100	496.6	0.1	100%
젖힘	100	425.8	16.8	96%

<자세에 따른 경추상태 모니터링 센서장치 측정 결과>

자세상태 모니터링 센서장치는 좌, 우 신발에 장착되어 있으며 다리를 꼬고 앉거나 한쪽 발에 기대어 설 경우 다른 쪽 발에는 압력이 실리지 않는 점을 이용하여 앉은 상태와 서 있는 상태에서 발바닥에 실리는 압력의 차이를 이용하여 사용자의 자세를 추정하게 된다.

하중을 받게 되는 압력센서는 앞꿈치와 뒷꿈치 2곳에 설치되지만 자세추정을 위해서는 뒷꿈치 쪽의 센서의 데이터만을 사용하게 된다. 가슴을 펴고 바르게 서는 경우 체중이 대부분 뒷꿈치 쪽에 실리게 되며, 바르게 앉은 자세에서도 다리 무게만큼의 하중은 발 뒷꿈치 쪽으로 실리게 된다. 따라서, 앞꿈치 쪽의 센서를 제거하여도 자세상태를 모니터링을 하는데에는 무리가 없었다.

아래의 [표 2]에 따르면 경추상태 모니터링 센서장치와 마찬가지로 각 자세에 따른 평균값을 산출한 뒤 ±표준편차 만큼의 값을 허용범위로 주어진 뒤 전체 자세별 인식율을 측정한 결과 평균적으로 96%의 결과를 보여주었다.

사용자 착용 후 자세	측정횟수	평균값		표준편차		인식율
바르게 선 자세	100	R	1989.3	R	214.7	97%
		L	1863.6	L	186.8
오른발로 기대어 선 자세	100	R	1202.7	R	221.2	99%
		L	4095.0	L	0
왼발로 기대어 선 자세	100	R	4095.0	R	0	98%
		L	1263.8	L	284.4
바르게 앉은 자세	100	R	3982.2	R	33.3	98%
		L	3982.2	L	25.5
오른쪽 다리를 꼬고 앉은자세	100	R	4095.0	R	0	91%
		L	3230.6	L	585.5
왼쪽 다리를 꼬고 앉은 자세	100	R	3562.5	R	392.6	89%
		L	4095.0	L	0
엉덩이를 앞쪽으로 빼고 앉은 자세	100	R	4095.0	R	0	100%
		L	4095.0	L	0

<자세에 따른 자세상태 모니터링 센서장치 측정결과>

도 9는 해당 자세별 압력 데이터의 분포를 그래프로 보여주고 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 프로그램을 이용하여 1달간 1일 8시간씩 착용하고 상태를 모니터링하였다. 휴대장치(150)를 이용하여 이동중이나 고정자세에서도 데이터를 지속적으로 측정 저장하였다. 부득이하게 신발을 벗어야할 경우에는 해당 시간 동안 데이터를 측정하지 않고 평균 산출 값에도 반영하지 않았다.

본 발명에 따른 자세 교정 시스템의 효과를 확인하기 위하여 처음 1달은 인지학습기능을 이용하지 않고 사용자의 자세가 부적합한 상태로 지속되더라도 사용자가 인지할 수 없는 상태에서 측정하였으며, 그 다음 1달은 인지학습기능을 이용하여 사용자의 자세가 부적합한 상태가 되면 바로 사용자에게 인지시켜 적합한 자세로의 교정을 유도하는 상태에서 측정하였다. 그리고 그 다음 1달간은 처음 2달간의 데이터를 통해 부적합한 자세를 유발하는 원인을 분석하여 조치를 취한 뒤 다시 데이터를 측정하였다.

아래의 [표 3]은 인지학습기능을 이용하지 않은 1달간 기록된 데이터의 일평균을 보여주고, [표 4]는 인지학습기능을 이용한 1달간 기록된 데이터의 일평균을 보여준다.

단위:횟수/시간	0~1	1~2	2~3	3~4	4~5	5~6	6~7	7~8	평균
엉덩이 빼고 앉은 자세	13	10	21	11	8	6	15	21	13
왼쪽다리 꼬고 앉은 자세	2	3	3	2	1	2	2	2	2
오른쪽다리 꼬고 앉은 자세	8	9	9	13	16	9	7	5	10
왼쪽다리로 기대선 자세	1	0	1	0	1	2	1	2	1
오른쪽다리로 기대선 자세	0	0	1	0	0	0	2	1	1
고개 숙인 자세	1	2	1	1	2	2	3	1	2
고개 젖힌 자세	11	15	13	11	8	17	19	16	14
부적합 누적 횟수	36	39	49	38	36	38	49	48	42

<인지학습기능을 이용하지 않은 1달간의 데이터 일평균>

단위:횟수/시간	0~1	1~2	2~3	3~4	4~5	5~6	6~7	7~8	평균
엉덩이 빼고 앉은 자세	9	11	10	21	13	11	15	7	12
왼쪽다리 꼬고 앉은 자세	2	3	3	2	0	0	1	2	2
오른쪽다리 꼬고 앉은 자세	10	10	6	11	10	18	10	9	11
왼쪽다리로 기대선 자세	0	0	0	1	0	0	2	0	0
오른쪽다리로 기대선 자세	0	0	1	0	0	0	1	1	0
고개 숙인 자세	1	2	1	1	2	2	3	1	2
고개 젖힌 자세	10	15	11	11	9	15	11	13	12
부적합 누적 횟수	32	41	32	47	34	46	43	33	39

<인지학습기능을 이용한 1달간의 데이터 일평균>

[표 3]과 [표 4]의 평균 횟수를 보면, 자세교정시스템 적용 후에 부적합한 자세의 횟수는 크게 개선되지 않았으나, 아래의 [표 5]에 따르면 1개월과 2개월의 부적합자세 누적 시간 데이터는 현격하게 줄어든 점을 알 수 있다. 또한, 두 그래프의 분석 결과 앉아 있는 경우 지속적으로 엉덩이를 빼고 걸터앉는 자세의 횟수가 많고 앉은 자세에서의 경추상태가 부적합한 경우가 많았다. 이에 허리를 받쳐주는 의자로 변경하고, 모니터의 높이를 눈높이로 올린 뒤 노트북 사용시에도 받침대를 사용하여 사용자의 눈높이와 일치시킨 후 다시 1달간의 데이터를 측정하였다.

단위: 분/시간	0~1	1~2	2~3	3~4	4~5	5~6	6~7	7~8	평균
1개월	38	25	20	19	50	25	33	18	29
2개월	11	14	11	16	11	15	14	11	13
3개월	6	6	5	5	4	5	5	7	5

<부적합자세 월 단위 시간별 평균 누적 시간 데이터>

아래의 [표 6]은 부적합한 자세를 유발하는 원인을 제거한 뒤 기록된 데이터의 일평균을 보여준다. 처음 1달간의 일평균 데이터와 비교할 경우 부적합 자세 횟수와 누적 시간이 함께 감소된 것을 알 수 있다.

단위:횟수/시간	0~1	1~2	2~3	3~4	4~5	5~6	6~7	7~8	평균
엉덩이 빼고 앉은 자세	5	8	5	6	3	3	5	7	5
왼쪽다리 꼬고 앉은 자세	2	3	3	2	1	2	2	2	2
오른쪽다리 꼬고 앉은 자세	4	4	2	2	4	2	1	4	3
왼쪽다리로 기대선 자세	1	0	1	0	1	2	1	2	1
오른쪽다리로 기대선 자세	0	0	0	1	0	0	2	1	1
고개 숙인 자세	1	2	1	1	2	2	3	1	2
고개 젖힌 자세	5	2	2	3	1	5	1	3	3
부적합 누적 횟수	18	19	14	15	12	16	15	20	16

<부적합자세 유발 원인을 제거한 후의 1달간의 데이터 일평균>

따라서, 본 발명에 따른 자세 교정 시스템을 착용하기 전의 결과를 보면 하루 동안 평균 42회 이상의 부적합한 자세를 취하며 시간당 29분 동안 해당 자세를 유지하게 된다. 하지만, 본 발명에 따른 자세 교정 시스템을 착용한 후에는 부적합한 자세를 취하는 횟수는 평균 39회로 큰 차이를 보이지는 않았지만 부적합한 자세를 취하고 있는 시간은 13분으로 약 55.1%이상 감소되었음을 알 수 있다.

또한, 엉덩이를 빼고 앉은 자세, 오른쪽 다리를 꼬고 있는 자세 및 고개를 젖힌 자세에서 오랜 시간 부적합 자세를 유지하였으므로, 이를 컴퓨터 의자의 불편함과 모니터 높이의 문제로 판단하고 모니터의 높이를 올리고 노트북 받침대를 설치함으로써 부적합 자세의 횟수와 시간을 각각 16회, 5분으로 61.9%, 82.7%씩 감소시킬 수 있었다.

이상 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시 예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지직을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.

100 : 자세 교정 시스템 110 : 경추상태 모니터링 센서장치
111 : 경추상태 모니터링 센서 113 : 제어부
115 : 무선통신부 120 : 자세상태 모니터링 센서장치
121 : 자세상태 모니터링 센서 123 : 제어부
125 : 무선통신부 140 : 데이터베이스
150 : 휴대장치

Claims (9)

1. 사용자의 머리 뒷부분에 착용되며, 경추의 휘어지는 상태를 측정하여 이를 무선으로 전송하는 경추상태 모니터링 센서장치;
   사용자의 신발에 장착되며, 서 있는 자세 및 앉아 있는 자세의 상태 측정하여 이를 무선으로 전송하는 자세상태 모니터링 센서장치; 및
   상기 경추상태 모니터링 센서장치 및 자세상태 모니터링 센서장치에 의해 측정된 값을 수신하여 사용자의 현재 경추의 휘어짐 상태 및 자세 상태를 판정하고, 판정된 결과를 사용자에게 알려주기 위한 휴대장치
   를 포함하는 자세 교정 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 경추상태 모니터링 센서장치는,
   사용자의 머리 뒤 중심부부터 목 뒤 중심부까지 길이방향으로 길게 이어지는 형태이며, 경추가 휘어지는 정도에 따라 변하는 저항값을 측정하는 경추상태 모니터링 센서와,
   무선으로 데이터를 송신하기 위한 무선통신부, 및
   상기 경추상태 모니터링 센서에 의해 측정된 저항값을 상기 무선통신부를 통하여 무선으로 전송하도록 제어하는 제어부
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 자세 교정 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 경추상태 모니터링 센서장치는 사용자의 머리에 상기 장치를 장착하기 위한 장착수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 자세 교정 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 자세상태 모니터링 센서장치는,
   사용자의 양쪽 신발에 장착되며, 사용자의 양 발에 실리는 압력에 따라 변하는 저항값을 측정하는 자세상태 모니터링 센서와,
   무선으로 데이터를 송신하기 위한 무선통신부와,
   상기 자세상태 모니터링 센서에 의해 측정된 저항값을 상기 무선통신부를 통하여 무선으로 전송하도록 제어하는 제어부
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 자세 교정 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 시스템은 상기 경추상태 모니터링 센서장치 및 자세상태 모니터링 센서장치로부터 전송되는 각각의 측정값을 저장하기 위한 데이터베이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 자세 교정 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 측정된 값은 사용자의 각 자세에 대응하는 경추상태별 기본값 및 자세상태별 기본값과 평상 시 사용자의 경추상태 모니터링에 따른 경추상태값 및 자세상태 모니터링에 따른 자세상태값을 포함하며,
   상기 휴대장치는 상기 경추상태값 및 자세상태값을 각각 상기 경추상태별 기본값 및 자세상태별 기본값과 비교하여 사용자의 현재 경추의 휘어짐 상태 및 자세 상태를 판정하는 것을 특징으로 하는 자세 교정 시스템.
7. 사용자 경추의 휘어짐 상태를 측정하기 위한 경추상태 모니터링 센서장치와 서 있는 자세 및 앉아 있는 자세 상태를 측정하기 위한 자세상태 모니터링 센서장치를 사용하여 각각의 자세에 대응하는 경추상태별 기본값 및 자세상태별 기본값을 측정하고 저장하는 제1단계;
   상기 경추상태 모니터링 센서장치와 자세상태 모니터링 센서장치를 사용하여 사용자의 평상 시 경추상태에 따른 경추상태값 및 자세상태에 따른 자세상태값을 측정하는 제2단계;
   상기 경추상태값 및 자세상태값을 무선으로 사용자가 휴대한 휴대장치로 전송하는 제3단계;
   상기 휴대장치에서 상기 경추상태값과 상기 저장된 경추상태별 기본값을 비교하고, 상기 자세상태값과 상기 저장된 자세상태별 기본값을 비교하여 사용자의 현재 경추상태 및 자세상태를 판정하고, 판정 결과를 사용자에게 알리는 제4단계
   를 포함하는 자세 교정 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 경추상태별 기본값 및 경추상태값은 상기 경추상태 모니터링 센서장치를 사용자의 머리 뒤 중심부부터 목 뒤 중심부까지 길게 이어지도록 장착하여 사용자 경추가 휘어지는 정도에 따라 변하는 저항값을 측정함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 자세 교정 방법.
9. 제7항에 있어서,
   상기 자세상태별 기본값 및 자세상태값은 상기 자세상태 모니터링 센서장치를 사용자의 양쪽 신발에 장착하여 사용자의 양 발에 실리는 압력에 따라 변하는 저항값을 측정함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 자세 교정 방법.
   
   

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