KR20180020407A - 보폭 산출과 nfc 기능을 갖는 러닝머신 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 러닝머신 시스템에 관한 것으로서, 운동자의 체중이 실리는 발이 러닝머신의 회전벨트에 충돌할 때 발생하는 최대충격량과 최대충격량의 발생 빈도로 걷기/조깅/뛰기를 구별하고, 최대충격량 발생 횟수로 걸음수를 산출하고, 최대충격량 발생 시간 간격과 러닝머신 회전벨트의 회전속도로 보폭을 산출하며, 러닝머신 제어방법을 모르는 스마트폰 애플리케이션 개발자가 NFC 통신으로 러닝머신과 통신하고 NFC 통신으로 러닝머신을 제어하는 애플리케이션을 개발하도록 할 수 있는, 보폭 산출과 NFC 기능을 갖는 러닝머신 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 보폭 산출 및 NFC 기능을 구비한 러닝머신 시스템은, 러닝머신 애플리케이션을 구비하는 스마트 기기와, 러닝머신의 러닝보드에 전달되는 충격량을 검출하여 운동자의 보폭 및 걸음수를 포함하는 운동정보를 산출하고 러닝머신의 동작을 제어하는 러닝머신 제어부, 및 러닝머신 제어부와 스마트 기기를 NFC 통신으로 연결하여 러닝머신과 스마트 기기가 서로 연동되도록 하는 NFC 통신부를 포함함에 기술적 특징이 있다.

Description

보폭 산출과 NFC 기능을 갖는 러닝머신 시스템{Step length calculation and NFC function having treadmill system}
본 발명은 러닝머신 시스템에 관한 것으로서, 운동자의 체중이 실리는 발이 러닝머신의 회전벨트에 충돌할 때 발생하는 최대충격량과 최대충격량의 발생 빈도로 걷기/조깅/뛰기를 구별하고, 최대충격량 발생 횟수로 걸음수를 산출하고, 최대충격량 발생 시간 간격과 러닝머신 회전벨트의 회전속도로 보폭을 산출하며, 러닝머신 제어방법을 모르는 스마트폰 애플리케이션 개발자가 NFC 통신으로 러닝머신과 통신하고 NFC 통신으로 러닝머신을 제어하는 애플리케이션을 개발하도록 할 수 있는, 보폭 산출과 NFC 기능을 갖는 러닝머신 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 러닝머신은 운동할 시간이 적거나 운동할 실외 환경에 접근할 수 없는 사람들이 협소한 실내 공간에서 유산소 운동을 할 수 있도록 하는 운동기구인데, 러닝머신은 높은 회전속도 및 정확도를 갖는 회전모터가 사람이 걷기/조깅/뛰기를 하는 회전벨트를 회전시키므로, 러닝머신 위에서 걷기/조깅/뛰기 운동을 하는 운동자의 운동속도와 운동시간과 운동거리를 높은 정확도로 검출하여 운동자에게 알려준다. 러닝머신이 유산소 운동기구인 것과 달리 운동량을 측정하는 휴대형 장치로 활동량 측정기(Activity Tracker)가 있는데, 활동량 측정기는 이를 휴대한 사람의 활동량을 측정하고 기록하여 활동성과를 보임으로써 활동량을 늘리게끔 유도하는 장치이다. 종래의 러닝머신은 운동거리와 운동속도와 운동시간을 보여주지만 운동기록을 상세히 제공하지 못하는 단점이 있고, 활동량 측정기는 활동량 기록은 제공하지만 활동량 기록의 정확도가 매우 낮은 문제가 있다.
종래기술인 공개특허공보 2009-0051606호 "구동속도 제어가능한 러닝머신 및 이의 제어방법"에는 스위치 어레이에 의한 주행위치 검출방법을 이용하여 러너의 정확한 위치와 보폭을 산출함으로써, 러닝머신의 구동속도를 운동자의 운동속도와 실질적으로 일치하도록 제어하는 기술이 개시되어 있다.
종래기술인 등록특허공보 제10-1219947호 "3축 가속도 센서를 이용한 실시간 걸음 수 검출장치 및 그 방법"에는 보행에서 발생되는 가속도값을 3축 가속 센서로 입력 받아서 스칼라량으로 변환하고 이 스칼라량의 최댓값과 스칼라량의 최댓값이 발생되는 시간 간격을 걸음 수 검출요소로 하여 걸음수를 검출하는 방법이 개시되어 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 유산소 운동용 러닝머신에 있어서, 운동자의 보폭 및 걸음수를 정확히 검출하기 위한 목적이 있다.
또한, 본 발명은 걷기/조깅/뛰기의 운동 자세를 교정하는데 도움을 주는 걸음수, 불규칙한 걸음수 및 운동자의 운동속도와 체중에 따라 각기 다르게 나타나는 칼로리 소모량을 정확히 검출하고 다양한 방법으로 표현하기 위한 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 유산소 운동 정보 국제표준규격에 따라 러닝머신의 다양한 운동정보를 스마트 기기와 연동하여 나타내주며, 정확히 검출된 운동정보를 스마트 기기의 활동량 추적기 애플리케이션에 적용하도록 함으로써 정확하고 적극적인 활동량 관리를 지원하도록 하는 다른 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은, 러닝머신 애플리케이션을 구비하는 스마트 기기(300)와, 러닝머신의 러닝보드에 전달되는 충격량을 검출하여 운동자의 보폭 및 걸음수를 포함하는 운동정보를 산출하고 러닝머신의 동작을 제어하는 러닝머신 제어부(100), 및 상기 러닝머신 제어부(100)와 상기 스마트 기기(300)를 NFC 통신으로 연결하여 러닝머신과 상기 스마트 기기(300)가 서로 연동되도록 하는 NFC 통신부(200)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 보폭 산출 및 NFC 기능을 구비한 러닝머신 시스템에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 가속도센서모듈(110)에 의해 운동자의 발에 의해 상기 회전벨트에 전달되는 충격량을 검출하고, 상기 충격량의 변화를 그래프로 저장하고, 충격량변화 정보를 이동가중평균필터모듈(120)로 전달하는 제1 단계와, 상기 이동가중평균필터모듈(120)이 상기 가속도센서모듈(110)로부터 전달받은 상기 충격량변화 정보를 이용하여 상기 가속도센서모듈(110)의 측정오차를 제거하는 제2 단계와, 상기 걸음수재검출타임윈도우모듈(130)이 불규칙한 걸음 또는 엇박자 걸음으로 충격량이 적어서 상기 이동가중평균필터모듈(120)에서 제거되어 걸음으로 인정되지 않은 미판정 걸음수를 재검출하여 러닝머신제어모듈(140)로 전달하는 제3 단계 및 상기 러닝머신제어모듈(140)이 상기 걸음수재검출타임윈도우모듈(130)로부터 전달받은 상기 정보를 이용하여 걸음수를 산출하고, 회전벨트의 회전속도에 상기 보폭발생시간을 곱하여 보폭을 산출하는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 보폭 산출 및 NFC 기능을 구비한 러닝머신 시스템에서의 보폭 산출 방법에 의해 달성된다.
따라서, 본 발명의 보폭 산출과 NFC 기능을 갖는 러닝머신 시스템은 종래 유산소 운동용 러닝머신에는 제공하지 않았던 걸음수와 보폭, 및 운동 자세 교정에 도움을 주는 걸음수와 운동속도와 체중에 따라 달리 소모되는 칼로리 소모량을 정확히 산출하고 표현하여 주는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 러닝머신과 스마트 기기가 연동되도록 함으로써 운동자의 러닝머신 운동기록을 다양하게 재미있는 볼거리로 제공해주는 두드러진 제품 차별화 기술을 제공하면서도 가격 경쟁력이 높은 러닝머신을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 NFC 통신과 러닝머신 제어를 모르는 스마트 기기의 앱 개발자가 NFC 기능으로 러닝머신을 제어하고 운동정보를 표현하도록 하는 애플리케이션을 개발할 수 있도록 하는 다른 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 보폭 산출과 NFC 기능을 갖는 러닝머신 시스템의 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 보폭 산출과 NFC 기능을 갖는 러닝머신 시스템의 구성도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이동가중평균필터모듈 적용 전의 충격파 파형그래프,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이동가중평균필터모듈 적용 후의 충격파 파형그래프,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 보폭 산출 및 NFC 기능을 구비한 러닝머신 시스템에서의 걸음수 및 보폭 산출 방법의 순서도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 2는 각각 본 발명에 따른 보폭 산출과 NFC 기능을 갖는 러닝머신 시스템의 개략도 및 구성도이다. 도 1에 나타낸 것처럼, 본 발명에 따른 보폭 산출과 NFC 기능을 갖는 러닝머신 시스템에 있어서, 러닝머신 장치는 운동자(10)가 발을 내딛게 되는 회전벨트(20)가 베이스프레임(24)에 고정된 롤러(22)의 회전으로 회전되며, 상기 롤러(22)는 구동부(30)를 구성하는 구동모터(32)의 회전을 구동벨트(34)에 의해 전달받아 구동되는데, 상기 구동모터(32)는 운동자(10)가 컨트롤패널(50)에서 설정한 속도로 상기 회전벨트(20)를 정확도 높게 회전시킨다.
한편, 상기 회전벨트(20) 바로 아래에는 러닝보드(26)가 있으며, 상기 러닝보드(26)의 아래쪽 중앙부에는 가속도센서모듈(110)이 구비되어, 운동자(10)가 회전벨트(20) 위에서 걷기/조깅/뛰기 운동을 할 때 내딛는 발에 체중이 실려서 회전벨트(20)에 충돌하여 발생되는 충격량은 회전벨트(20) 바로 아래에 있는 러닝보드(26)에 전달되고, 러닝보드(26)에 전달된 충격량은 러닝보드(26) 아래쪽 중앙부에 설치된 가속도센서모듈(110)에 전달됨으로써, 운동자(10)가 회전벨트(20)에서 걷기/조깅/뛰기 운동을 통해 발생되는 충격량을 가속도센서모듈(110)이 감지하게 된다. 한편, 상기 가속도센서모듈(110)은 충격량을 정확하게 측정할 수 있도록 다양한 위치에 구비될 수 있다. 이외에도, 스마트 기기(300)를 거치할 수 있는 거치대(40) 및 비디오/오디오 기기(미도시)가 러닝머신 장치에 연결 또는 장착될 수 있다.
도 2에 나타낸 것처럼, 본 발명의 보폭 산출과 NFC 기능을 갖는 러닝머신 시스템은, 러닝머신 애플리케이션을 구비하는 스마트 기기(300)와, 러닝머신의 러닝보드에 전달되는 충격량을 검출하여 운동자의 보폭 및 걸음수를 포함하는 운동정보를 산출하고 러닝머신의 동작을 제어하는 러닝머신 제어부(100), 및 상기 러닝머신 제어부(100)와 상기 스마트 기기(300)를 NFC 통신으로 연결하여 러닝머신과 상기 스마트 기기(300)가 서로 연동되도록 하는 NFC 통신부(200)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상세하게는, 러닝머신 제어부(100)는 가속도센서모듈(110), 이동가중평균필터모듈(120), 걸음수재검출타임윈도우모듈(130), 및 러닝머신제어모듈(140)을 포함한다.
상기 가속도센서모듈(110)은 러닝보드(26)의 아래쪽 중앙부에 구비되어, 체중이 실린 운동자의 발에 의해 러닝머신의 회전벨트(20)를 통해 러닝보드(26)에 전달되는 충격량을 검출하고, 상기 충격량의 변화를 그래프로 저장하고, 충격량변화 정보를 이동가중평균필터모듈(120)로 전달한다.
상기 이동가중평균필터모듈(120)은 상기 가속도센서모듈(110)로부터 전달받은 상기 충격량변화 정보를 이용하여 상기 가속도센서모듈(110)의 측정오차를 제거하도록 한다.
상기 걸음수재검출타임윈도우모듈(130)은 상기 충격량이 적게 감지되어 이동가중평균필터모듈(120)에서 제거됨으로써 걸음으로 인정되지 않은 미판정 걸음수를 재검출하여 러닝머신제어모듈(140)로 전달한다.
상기 러닝머신제어모듈(140)은 상기 걸음수재검출타임윈도우모듈(130)로부터 전달받은 정보를 이용하여 걸음수를 산출하고, 회전벨트의 회전속도에 상기 보폭발생시간을 곱하여 보폭을 산출한다. 또한, 충격량 분산값, 회전속도, 상기 걸음수 및 상기 보폭을 이용하여 걷기/조깅/뛰기의 운동강도를 판정하고, 상기 운동강도와 상기 회전속도와 운동자의 체중과 운동거리에 따라 칼로리 소모량을 산출하도록 한다.
NFC 통신부(200)는 러닝머신의 일측에 구비될 수 있으며, NFC 칩(230) 및 안테나(미도시)를 포함하고, MCU(미도시)를 구성하는 헬스케어규격모듈(210)과 NFC처리모듈(220)을 포함하는데, NFC 통신부(200)는 상기 러닝머신 제어부(100)와는 시리얼 통신 등으로 연결되고, 상기 스마트 기기(300)와는 NFC 통신으로 연결될 수 있다.
상기 헬스케어규격모듈(210)은 상기 러닝머신 제어부(100)로부터 전달받은 제어명령 및 데이터를 헬스케어 국제표준규격으로 변환하여 NFC처리모듈(220)에 전달하도록 한다.
상기 NFC처리모듈(220)은 NFC 통신의 연결/분리와 NFC 데이터의 송수신, 및 상기 헬스케어규격모듈(210)로부터 전달받은 변환된 제어명령 및 데이터를 NDEF 데이터 스트링으로 변환하여 상기 NFC 칩(230)에 전달하도록 한다.
상기 NFC 칩(230)은 상기 MCU에서 보내온 제어명령 및 데이터를 무선주파수로 실어서 안테나를 통해 13.65MHz로 NFC 통신거리에 있는 스마트 기기(300)를 포함하는 NFC 통신기기와 통신하도록 한다. 상기 NFC 통신부(200)와 상기 러닝머신 제어부(100)는 시리얼 통신으로 연결될 수 있으며, 시리얼 통신은 RS-232 나 SPI 또는 I2C 통신이 될 수 있다. 상기 NFC 통신부(200)의 상기 NFC처리모듈(214)은 NFC 통신 중 피어투피어 방식으로 상기 스마트 기기(300)와 통신하며, 운동자가 스마트 기기(300)를 거치대에서 분리하면 스마트 기기(300)가 NFC 통신거리를 이탈하게 되므로 통신을 중단한다. 한편, 상기 NFC 통신부(200)는 NFC 연결이 이루어진 상태를 표시하는 NFC 연결표시기(미도시)를 구비할 수 있다.
NFC 통신부(200)가 NFC 통신과 헬스케어 국제표준규격 준수를 담당해 주므로 러닝머신 제어부(100)는 NFC 통신과 헬스케어 국제표준규격에 무관하게 동작해도 러닝머신이 NFC 통신부(200)에 의해 NFC 통신이 되고 헬스케어 국제표준규격에 따른 제어 및 데이터 송수신이 되는 러닝머신이 되는 것이다.
스마트 기기(300)는 러닝머신 애플리케이션(310), NFC API(320), NFC통신모듈(330), NFC 칩(340) 및 안테나(미도시)를 포함하여 구성되며, 스마트 기기(300)는 통신 장치로 LTE, WiFi, 블루투스 그리고 NFC 등을 구비하며, 사람과 인터페이스를 하는 장치로 HMI(Human Machine Interface)를 또한 구비하며, 전산 주처리 장치인 CPU와 메모리를 포함한다. 또한, 안드로이드 운영체제는 다양한 애플리케이션(이하 앱이라 함)과 러닝머신 앱(310) 등이 동작되는 환경을 제공하고, 앱이 LTE, WiFi, 블루투스 및 NFC와 같은 통신 장치 및 HMI와 같은 사용자 인터페이스 장치를 접속 제어할 수 있게 해 준다.
상기 러닝머신 앱(310)은 스마트 기기(300)에서 러닝머신을 제어하는 주체로서, 러닝머신 앱(310)의 개발자는 스마트 기기(300)에 다운로드 되어 HMI로 사용자에게 다양한 볼거리를 제공하는 방법을 잘 알고 있지만, NFC를 사용하는 방법은 잘 알지 못하고 있다. 따라서 본 발명의 NFC 통신 기능은 앱 개발자들이 NFC를 몰라도 스마트 기기(300)의 러닝머신 앱(310)을 개발할 수 있도록 NFC통신모듈(330)을 제공한다.
상기 NFC통신모듈(330)은 러닝머신 앱(310)에 포함되는 형태로 존재하며, 따라서 러닝머신 앱(310)이 빌드될 때에 상기 러닝머신 앱(310)에 라이브러리로 추가될 수 있다. NFC통신모듈(330)은 그외 다양한 앱 개발자가 잘 알고 있는 LTE, WiFi, 블루투스와 같은 통신장치와 HMI의 데이터 입출력 방식과 유사한 방법으로 NFC를 제어할 수 있게 한다.
상기 NFC통신모듈(330)은 상기 러닝머신 앱(310)으로부터 전달받은(상기 러닝머신 앱(310)에서 사용되는) 제어명령과 데이터를 NDEF 데이터 스트림으로 변환하여 상기 NFC API(320)에 전달하거나, 역으로 러닝머신 제어부(100)로부터 전달되어 NFC API(320)에서 수신한 NDEF 데이터 스트림을 상기 러닝머신 앱(310)에서 사용되는 제어명령과 데이터로 변환함으로써, 상기 러닝머신과 상기 스마트 기기(300)가 연동되도록 한다.
또한, 상기 NFC통신모듈(330)은 상기 NFC API(320)를 사용하여 자동으로 NFC 통신기능을 갖는 러닝머신과 통신거리에 있으면 NFC 피어투피어 방식으로 연결되어 제어 명령과 데이터를 주고 받으며, 통신거리를 이탈되면 NFC 연결을 끊는 역할도 담당한다.
한편, 러닝머신에는 운동중 상기 스마트 기기(300)를 거치할 수 있는 거치대(40)를 구비하고 상기 거치대(40)의 일측에 상기 NFC 통신부(200)를 형성하여, 상기 스마트 기기(300)를 상기 거치대(40)에 거치하면 상기 스마트 기기(300)와 상기 러닝머신 간에 NFC 통신이 활성화되도록 한다. 이때, 상기 NFC통신모듈(330)이 NFC 통신으로 상기 NFC 통신부(200)와 주고받는 제어명령과 데이터는 운동정보 뿐만 아니라 디지털 데이터 스트림으로 변환된 음성이나 비디오 신호 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 안드로이드 운영체제와 아이폰의 iOS는 같은 역할을 하므로 안드로이드 운영체제 대신 iOS를 쓸 수도 있다.
<걸음수 산출 과정>
본 발명에 따른 걸음수 산출과정에 대해 설명하면, 일반적으로는 운동자가 걷기/조깅/뛰기를 할 때 발을 내딛는 횟수가 걸음수가 된다. 그리고 운동자가 회정벨트(20)에서 걷기/조깅/뛰기를 할 때 운동자의 체중이 실려서 발을 회전벨트에 내딛는 순간에 최대 충격량이 러닝보드를 통해 가속도센서모듈(110)에 감지되므로 걸음수는 가속도센서모듈(110)이 감지한 최대 충격량 횟수가 되어 아래의 식(1)과 같이 표현할 수 있다.
걸음수 = 가속도센서모듈(110)이 감지한 최대 충격량 횟수 (1)
한편, 가속도센서모듈(110)에서 운동자가 걷기/조깅/뛰기로 발생되는 최대 충격량을 감지하기 위해서 가속도센서모듈(110)은 1초에 40회 내지 200회 정도로 충격량을 계속 읽어서, 하기의 도 2와 같은 충격량 그래프에 해당되는 충격량 데이터(또는 충격량변화 정보)를 만들어 저장하도록 한다.
도 3과 도 4는 각각 본 발명의 일실시예에 따른 이동가중평균필터모듈(120)을 적용하기 전/후의 충격파 파형그래프이다.
도 3에서 (A)는 사람이 3Km/Hour로 걸을 때의 충격량 파형그래프이고, (B)는 5Km/Hour로 걸을 때의 충격량 파형그래프이고, (C)는 7Km/Hour로 조깅할 때의 충격량 파형그래프이다. 도 3에 나타낸 것처럼, 최대충격량 변곡점 이외에 다수의 기타충격량 변곡점이 있는데 이 기타충격량 변곡점들은 가속도센서모듈(110)의 가속도 감지 오차와 사람의 걷기/조깅/뛰기 동작에서 주행 방향 이외의 방향으로도 가속도 성분의 증감이 발생하는 보행 특성에 따른 것이다. 도 3에서 (A)의 3Km/hour 속도의 걷기 파형 그래프와 (C)의 7Km/Hour 속도의 조깅 파형그래프를 비교해 보면 속도가 증가할수록 파형의 진폭이 커지고 기타충격량 변곡점 수가 줄어든 것을 볼 수 있는데, 이는 사람이 걷기에서 뛰기 쪽으로 운동속도(러닝머신 회전속도)를 높일수록 충격량이 커지고 운동에서 발생되는 가속도의 변화 형태가 주행방향 쪽에 집중되는 형태로 되기 때문이다.
도 3에 도시된 기타충격량 변곡점들은 이동가중평균필터모듈(120)에서 이동가중평균필터를 적용하여 제거하도록 한다. 도 4는 도 3의 충격량 파형그래프의 값들에 이동가중평균을 적용한 값들을 이동가중평균 값의 평균으로 나눈 그래프인데, 도 4는 도 3과 달리 최대충격량과 최소충격량에 해당되는 변곡점만 남은 것을 볼 수 있다.
이동가중평균필터모듈(120)로 가속도센서모듈(110)의 충격량 감지 오차로 인한 기타충격량 변곡점들을 제거시키고 최대충격량 변곡점 수를 세는 경우에, 걸음수는 하기와 같이 최대충격량의 변곡점 수와 같지 않다.
걸음수 = 최대충격량 변곡점 수 + 불규칙한 걸음 또는 엇박자 걸음으로 걸음 충격량이 적어서 충격량이 이동가중평균필터모듈(120)에서 제거되어 걸음으로 인정되지 않은 미판정 걸음수 (2)
따라서, 운동자의 보행습관에 따른 불규칙한 걸음 또는 엇박자 걸음으로 가속도센서모듈(110)로부터 검출되는 충격량이 적어서 이동가중평균필터모듈(120)에서 제거되는 미판정 걸음을 고려할 필요가 있다. 본 발명에서는 러닝보드에 발을 내딛을 때 나타나는 최대충격량과 연속한 다음의 최대충격량 사이의 시간 간격인 보폭시간을 평균하여 보폭시간평균을 구하고, 상기 보폭시간평균을 기준으로 전후로 20% 이내 시간을 걸음수재검출타임윈도우로 설정하여, 걸음수재검출타임윈도우 내에 발생된 충격량이 적어서 걸음수로 인정하기에 적합하지 않은 보행으로 발생한 충격량을 걸음수재검출타임윈도우 내의 충격량이라 하고 이를 검출하는 장치를 걸음수재검출타임윈도우모듈(130)이라 한다. 걸음수재검출타임윈도우모듈(130)이 재검출한 걸음을 식(2)에 적용하면 걸음수는 식(3)과 같이 표현된다.
걸음수 = 최대충격량 변곡점 수 + 걸음수재검출타임윈도우모듈(130)이 재검출한 걸음수 + 걸음수재검출타임윈도우모듈(30)이 재검출하지 못한 걸음수 (3)
따라서, 본 발명은 걸음수재검출타임윈도우모듈(130)이 재검출하지 못한 걸음수를 2% 이하로 만들 수 있으므로, 걸음수 산출 정확도는 98% 이상이 된다.
<보폭 산출 과정>
본 발명에 따른 보폭 산출과정을 설명하면, 운동자가 걷기/조깅/뛰기 운동을 하는 사이에 러닝보드에 전달되는 최대충격량과 연속하는 다음의 최대충격량 사이의 시간은 걷기/조깅/뛰기에서 한 보폭이 형성되는 보폭발생시간이 된다. 여기서 최대충격량은 가속도센서모듈(110)이 감지한 충격량 변곡점들을 이동가중평균필터모듈(120)로 최대충격량 변곡점 이외의 기타충격량 변곡점들을 제거하여 구한 최대충격량 변곡점에 해당하는 값이다. 운동자는 회전벨트의 이동속도에 맞추어 걷기/조깅/뛰기를 진행되므로 한 보폭이 발생되는 시간 동안 회전벨트의 이동거리는 걷기/조깅/뛰기의 한 보폭이 된다. 따라서 일반적으로 아래 식과 같이 회전벨트 이동속도에 한 보폭이 형성되는 시간을 곱하면 보폭이 산출된다.
보폭 = 회전벨트 이동속도 * 한 보폭발생시간 (4)
하지만, 실제로는 보행습관에 따른 불규칙한 걸음 또는 엇박자 걸음으로 가속도센서모듈(110)에서 감지되었지만 감지된 충격량이 적어 이동가중평균필터모듈(120)에서 제거되어 걸음으로 인정되지 않는 미판정 걸음수가 발생하고 이에 따라 실질적인 보폭은 식(4)와 달리 아래의 식(5) 또는 식(6)과 같이 산출된다.
보폭 = 회전벨트 이동속도 * 정상 걸음의 한 보폭발생시간 (5)
보폭 = 회전벨트 이동속도 * 불규칙한 걸음 또는 엇박자 걸음으로 걸음 충격량이 적어서 충격량이 이동가중평균필터모듈(120)에서 제거되어 걸음으로 인정되지 않은 미판정 걸음(비정상 걸음)의 한 보폭발생시간 (6)
또한, 식(6)에서 걸음수재검출타임윈도우모듈(130)이 복원하는 걸음과 복원하지 못하는 걸음을 적용하면 보폭은 식(7) 또는 식(8)과 같이 전개된다.
보폭 = 회전벨트 이동속도 * 걸음수재검출타임윈도우모듈(130)이 재검출한 걸음의 한 보폭발생시간 (7)
보폭 = 회전벨트 이동속도 * 걸음수재검출타임윈도우모듈(130)이 재검출하지 못한 걸음의 한 보폭발생시간 (8)
식(7)은 보간법으로 걸음수재검출타임윈도우모듈(130)이 걸음수를 재검출하여 걸음수 오차를 보상한 보폭으로 식(5)의 경우와 같은 정상 보폭이다. 따라서 보폭 오차가 발생되는 경우는 식(8)과 같이 걸음수재검출타임윈도우모듈(130)에서 걸음수가 재검출되지 않아서 보폭이 두 배로 검출되는 경우 뿐이다. 본 발명에서 걸음수재검출타임윈도우모듈(130)이 검출하지 못한 걸음을 2% 이하로 만들 수 있으므로, 식(8)에서 보폭이 부정확한 경우는 2% 이하가 되므로 보폭 산출 정확도는 98% 이상이 된다.
도 5는 본 발명에 따른 보폭 산출 및 NFC 기능을 구비한 러닝머신 시스템에서의 보폭 산출 방법의 일실시예의 순서도이다. 도 5에 나타낸 것처럼, 보폭 산출 및 NFC 기능을 구비한 러닝머신 시스템에서의 보폭 산출 방법은, 러닝머신의 회전벨트의 일측에 구비되는 가속도센서모듈(110)에 의해 운동자의 발에 의해 상기 회전벨트(러닝보드)에 전달되는 충격량을 검출하고, 상기 충격량의 변화를 그래프로 저장하고, 충격량변화 정보를 이동가중평균필터모듈(120)로 전달하는 제1 단계와, 상기 이동가중평균필터모듈(120)이 상기 가속도센서모듈(110)로부터 전달받은 상기 충격량변화 정보를 이용하여 상기 가속도센서모듈(110)의 측정오차를 제거하는 제2 단계와, 상기 걸음수재검출타임윈도우모듈(130)이 상기 이동가중평균필터모듈(120)에서 제거되어 걸음으로 인정되지 않은 미판정 걸음수를 재검출하여 러닝머신제어모듈(140)로 전달하는 제3 단계, 및 상기 러닝머신제어모듈(140)이 상기 걸음수재검출타임윈도우모듈(130)로부터 전달받은 정보를 이용하여 걸음수를 산출하고, 회전벨트의 회전속도에 상기 보폭발생시간을 곱하여 보폭을 산출하는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상세하게는, 가속도센서모듈(110)은 운동자의 발에 의해 회전벨트를 통해 러닝보드에 전달되는 충격량을 1초에 40회 내지 200회 검출하여(S10), 충격량의 변화를 그래프로 저장하고, 충격량변화 정보를 생성하여 이동가중평균필터모듈(120)로 전달한다(S20).
이동가중평균필터모듈(120)은 상기 가속도센서모듈(110)의 측정오차 및 운동자의 걷기/조깅/뛰기 동작에서 주행 방향 이외의 방향으로도 가속도 성분 증감이 발생되는 보행 특성에 따라 오차를 제거하기 위하여 상기 충격량변화 정보에 이동가중평균을 적용하도록 한다(S30). 상기 <걸음수 산출 과정>에 기재된 기타충격량 변곡점 부분을 제거하고, 최대충격량 변곡점, 상기 최대충격량 변곡점들이 발생되는 시간 간격인 보폭발생시간, 및 충격량 분산값을 걸음수재검출타임윈도우모듈(130)로 전달한다(S40).
다음으로, 걸음수재검출타임윈도우모듈(130)은 상기 이동가중평균필터모듈(120)에서 제거되어 걸음으로 인정되지 않은 미판정 걸음수를 재검출하고(S50), 상기 이동가중평균필터모듈(120)에서 받은 상기 최대충격량 변곡점, 상기 보폭발생시간, 상기 충격량 분산값과 함께, 상기 미판정 걸음수를 포함하는 정보를 러닝머신제어모듈(140)로 전달한다(S60).
러닝머신제어모듈(140)은 상기 걸음수재검출타임윈도우모듈(130)로부터 전달받은 상기 정보를 이용하여 걸음수를 산출하고, 회전벨트의 회전속도에 상기 보폭발생시간을 곱하여 보폭을 산출하도록 한다(S70).
또한, 상기 제4 단계 이후에 상기 러닝머신제어모듈(140)이 상기 충격량 분산값, 상기 회전속도, 상기 걸음수 및 상기 보폭을 이용하여 걷기/조깅/뛰기의 운동강도를 판정하도록 한다(S80).
운동강도가 걷기에서 조깅으로 전환하는 구분은 상기 회전속도가 시속 7km 이하이면서 걸음의 빈도가 급격히 증가하면서 보폭이 감소하기 시작하고 상기 충격량 분산값이 급격히 증가하는 시점을 검출하여 판단하며, 상기 운동강도가 조깅에서 뛰기로 전환하는 구분은 걸음의 빈도가 감소하면서 보폭이 늘어나기 시작하는 시점을 검출하여 판단하도록 한다.
또한, 상기 러닝머신제어모듈(140)은 상기 운동강도와 상기 회전속도와 운동자의 체중과 운동거리에 따라 칼로리 소모량을 산출하도록 한다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
110 : 가속도센서모듈 120 : 이동가중평균필터모듈
130 : 걸음수재검출타임윈도우모듈 140 : 러닝머신제어모듈
100 : 러닝머신 제어부 200 : NFC 통신부
210 : 헬스케어규격모듈 220 : NFC처리모듈
300 : 스마트 기기 310 : 러닝머신 애플리케이션
320 : NFC API 330 : NFC 통신모듈

Claims (12)

  1. 러닝머신 시스템에 있어서,
    러닝머신 애플리케이션을 구비하는 스마트 기기(300);
    러닝머신의 러닝보드에 전달되는 충격량을 검출하여 운동자의 보폭 및 걸음수를 포함하는 운동정보를 산출하고 러닝머신의 동작을 제어하는 러닝머신 제어부(100); 및
    상기 러닝머신 제어부(100)와 상기 스마트 기기(300)를 NFC 통신으로 연결하여 러닝머신과 상기 스마트 기기(300)가 서로 연동되도록 하는 NFC 통신부(200);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 보폭 산출 및 NFC 기능을 구비한 러닝머신 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 러닝머신 제어부(110)는,
    충격량을 감지하고 충격량변화 정보를 생성하는 가속도센서모듈(110);
    상기 가속도센서모듈(110)로부터 전달받은 상기 충격량변화 정보를 이용하여 상기 가속도센서모듈(110)의 측정오차를 제거하는 이동가중평균필터모듈(120);
    상기 이동가중평균필터모듈(120)에서 제거되어 걸음으로 인정되지 않은 미판정 걸음수를 재검출하는 걸음수재검출타임윈도우모듈(130); 및
    상기 걸음수재검출타임윈도우모듈(130)로부터 전달받은 정보를 이용하여 걸음수 및 보폭을 산출하는 러닝머신제어모듈(140);을 포함하는 것을 특징으로 하는, 보폭 산출 및 NFC 기능을 구비한 러닝머신 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 NFC 통신부(200)는,
    상기 러닝머신 제어부(100)로부터 전달받은 제어명령과, 상기 보폭 및 상기 걸음수를 포함하는 상기 운동정보를 헬스케어 국제표준규격으로 변환하는 헬스케어규격모듈(210); 및
    NFC 통신의 연결 및 분리와, NFC 데이터의 송수신과, 상기 헬스케어규격모듈(210)로부터 전달받은 변환된 제어명령 및 데이터를 NDEF 데이터 스트링으로 변환하여 NFC 칩(230)에 전달하는 NFC처리모듈(220);을 포함하는 것을 특징으로 하는, 보폭 산출 및 NFC 기능을 구비한 러닝머신 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스마트 기기(300)는 러닝머신 애플리케이션(310), NFC API(320), 상기 러닝머신 애플리케이션(310)과 상기 러닝머신을 연동하도록 하는 NFC통신모듈(330), 및 NFC 칩(340)을 구비하는 것을 특징으로 하는, 보폭 산출 및 NFC 기능을 구비한 러닝머신 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 NFC통신모듈(330)은 상기 러닝머신 애플리케이션(310)에서 사용되는 제어명령과 데이터를 NDEF 데이터 스트림으로 변환하거나 역으로 상기 NDEF 데이터 스트림을 상기 러닝머신 애플리케이션(310)에서 사용되는 제어명령과 데이터로 변환함으로써 상기 러닝머신과 상기 스마트 기기(300)가 연동되도록 하는 것을 특징으로 하는, 보폭 산출 및 NFC 기능을 구비한 러닝머신 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 러닝머신에는 상기 스마트 기기(300)의 거치대를 구비하고 상기 거치대의 일측에 상기 NFC 통신부(200)를 형성하여, 상기 스마트 기기(300)를 상기 거치대에 거치하면 상기 스마트 기기(300)와 상기 러닝머신 간에 NFC 통신이 활성화되는 것을 특징으로 하는, 보폭 산출 및 NFC 기능을 구비한 러닝머신 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 NFC통신모듈(330)이 NFC 통신으로 상기 NFC 통신부(200)와 주고받는 제어명령과 데이터는 운동정보 뿐만 아니라 디지털 데이터 스트림으로 변환된 음성이나 비디오 신호 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 보폭 산출 및 NFC 기능을 구비한 러닝머신 시스템.
  8. 러닝머신 시스템에 있어서,
    러닝보드의 하측의 중앙부에 구비되는 가속도센서모듈(110)에 의해 운동자의 발에 의해 상기 러닝보드에 전달되는 충격량을 검출하고, 상기 충격량의 변화를 그래프로 저장하고, 충격량변화 정보를 이동가중평균필터모듈(120)로 전달하는 제1 단계;
    상기 이동가중평균필터모듈(120)이 상기 가속도센서모듈(110)로부터 전달받은 상기 충격량변화 정보를 이용하여 상기 가속도센서모듈(110)의 측정오차를 제거하는 제2 단계;
    상기 걸음수재검출타임윈도우모듈(130)이 불규칙한 걸음 또는 엇박자 걸음으로 충격량이 적어서 상기 이동가중평균필터모듈(120)에서 제거되어 걸음으로 인정되지 않은 미판정 걸음수를 재검출하여 러닝머신제어모듈(140)로 전달하는 제3 단계; 및
    상기 러닝머신제어모듈(140)이 상기 걸음수재검출타임윈도우모듈(130)로부터 전달받은 상기 정보를 이용하여 걸음수를 산출하고, 회전벨트의 회전속도에 상기 보폭발생시간을 곱하여 보폭을 산출하는 제4 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 보폭 산출 및 NFC 기능을 구비한 러닝머신 시스템에서의 보폭 산출 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제4 단계 이후에 상기 러닝머신제어모듈(140)이 상기 충격량 분산값, 상기 회전속도, 상기 걸음수 및 상기 보폭을 이용하여 걷기/조깅/뛰기의 운동강도를 구분하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 보폭 산출 및 NFC 기능을 구비한 러닝머신 시스템에서의 보폭 산출 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 운동강도에서 걷기에서 조깅으로 전환하는 시점은 상기 회전속도가 시속 7km 이하이면서 걸음의 빈도가 급격히 증가하면서 보폭이 감소하기 시작하고 상기 충격량 분산값이 급격히 증가하는 시점을 검출하여 판단하는 것을 특징으로 하는, 보폭 산출 및 NFC 기능을 구비한 러닝머신 시스템에서의 보폭 산출 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 운동강도가 조깅에서 뛰기로 전환하는 시점은 걸음의 빈도가 감소하면서 보폭이 늘어나기 시작하는 시점을 검출하여 판단하는 것을 특징으로 하는, 보폭 산출 및 NFC 기능을 구비한 러닝머신 시스템에서의 보폭 산출 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 러닝머신제어모듈(140)은 상기 운동강도와 상기 회전속도와 운동자의 체중과 운동거리에 따라 칼로리 소모량을 산출하는 것을 특징으로 하는, 보폭 산출 및 NFC 기능을 구비한 러닝머신 시스템에서의 보폭 산출 방법.













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