KR20190044911A - IoT 운동기구, 운동지도시스템, 및 이를 이용한 운동지도방법 - Google Patents

IoT 운동기구, 운동지도시스템, 및 이를 이용한 운동지도방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 IoT(Internet of Things) 운동기구로 운동시 측정된 센서 데이터로부터 사용자의 상태를 판단하여 실시간으로 사용자에게 적합한 운동을 지도하는 운동지도시스템 및 이를 이용하는 운동지도방법에 관한 것이다. 상기 운동지도시스템은 사용자의 운동시 운동 가속도, 운동 각속도, 및 사용자의 심박수 중 적어도 하나를 센서로 측정하고 운동강도를 표시하는 IoT 운동기구; 및 상기 IoT 운동기구에서 측정된 센서 데이터를 수신하여 사용자의 운동상태 및 신체상태를 판단하고, 사용자에게 운동지도정보를 제공하는 컴퓨팅디바이스;를 포함하되, 상기 운동지도정보는 상기 사용자의 신체상태에 따라 재생이 조절되는 운동지도동영상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 본 발명의 운동지도시스템 및 운동지도방법은 실시간으로 사용자에게 적합한 운동지도동영상을 제공하거나, 운동결과를 분석한 피드백(feedback)정보를 제공할 수 있다.

Description

IoT 운동기구, 운동지도시스템, 및 이를 이용한 운동지도방법{IoT FITNESS EQUIPMENT, EXERCISE INSTRUCTION SYSTEM, AND EXERCISE INSTRUCTION METHOD USING THEREOF}
본 발명은 운동기구를 사용하는 사용자에게 운동을 지도하는 기술에 관한 것으로, 더 구체적으로는 IoT(Internet of Things) 운동기구로 운동시 측정된 센서 데이터로부터 사용자의 상태를 판단하여 실시간으로 사용자에게 적합한 운동을 지도하는 운동지도시스템 및 이를 이용하는 운동지도방법에 관한 것이다.
현대인들은 바쁜 일과 중에 운동을 하기 위해서 피트니스 클럽 등을 찾거나 간단한 운동 기구로 집에서 운동을 한다. 피트니스 클럽 등의 전문 운동 기관에서 운동을 하는 경우에는 전문 트레이너로부터 운동방법 및 운동량에 관한 지도를 받을 수 있다. 그러나 바쁜 일과 틈틈이 집이나 회사 등의 다른 장소에서 시간에 구애받지 않고 간단한 운동도구를 이용하여 운동을 하고자 할 때는 운동 지도를 받을 수 없다. 따라서, 잘못된 방식으로 운동을 하거나 운동자의 상태에 맞지 않게 과소 또는 과다한 운동을 하는 등의 문제가 발생할 수 있다.
최근에는 인터넷, TV 등의 매체를 통하여 장소와 시간에 관계없이 사용자에게 다양한 운동 솔루션이 제공되고 있다. 또한, 헬스케어 시스템에 관한 관심이 급증하고 있으며, 시장 또한 커지고 있는 추세이다.
운동을 지도하기 위한 솔루션에 관한 종래 기술로 한국공개특허공보 제10-2017-0056397호에서는 사용자의 생체신호에 기반하여 운동 강도를 가이드하는 시스템 및 방법을 개시하고 있다. 그러나 여기서 개시된 운동강도를 가이드하는 시스템 및 방법은 사용자의 신체에 부착되거나 사용자가 착용한 센서로부터 사용자의 생체신호를 측정하여 사용자의 운동강도를 가이드하므로 운동시 불편함을 느낄 수 있다.
한편, 한국등록특허공보 제10-1032978호에서는 모션센서를 이용한 운동 피드백 기능과 운동기록이 가능한 아령세트를 개시하고 있다. 그러나 이러한 운동 피드백 기능 및 아령세트는, 아령에 부착된 USB 메모리에 저장된 내용을 추후에 컴퓨터에서 조회 분석 등을 하므로 실시간으로 사용자의 운동상태를 파악하여 분석하거나 지도하지 못하는 문제가 있다.
한국공개특허공보 제10-2017-0056397호(2017년05월23일 공개) 한국등록특허공보 제10-1032978호(2011년05월09일 공고)
본 발명의 목적은 사용자의 운동 상태 및 신체 상태를 측정하여 컴퓨팅디바이스로 전송하는 IoT(Internet of Things) 운동기구를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 IoT 운동기구와 사용자의 운동 상태 및 신체 상태를 분석하고, 그 분석결과에 따라 운동지도동영상의 재생을 조절하는 컴퓨팅디바이스를 포함하는 운동지도시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 운동지도시스템을 이용한 운동지도방법을 제공하는 것이다.
일측면에 따르면, 본 발명은 운동지도시스템을 제공한다. 상기 운동지도시스템은 사용자의 운동시 운동 가속도, 운동 각속도, 및 사용자의 심박수 중 적어도 하나를 센서로 측정하고 운동강도를 표시하는 IoT 운동기구; 및 상기 IoT 운동기구에서 측정된 센서 데이터를 수신하여 사용자의 운동상태 및 신체상태를 판단하고, 사용자에게 운동지도정보를 제공하는 컴퓨팅디바이스;를 포함하되, 상기 운동지도정보는 상기 사용자의 신체상태에 따라 재생이 조절되는 운동지도동영상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 IoT 운동기구는, 사용자의 운동시 운동 가속도를 측정하는 가속도 센서, 운동 각속도를 측정하는 자이로센서, 및 사용자의 심박수를 측정하는 심박센서 중 적어도 하나를 포함하는 센서부; 상기 컴퓨팅디바이스로 측정된 센서 데이터를 송신하고, 상기 컴퓨팅디바이스로부터 사용자의 최대 심박수 데이터를 수신하기 위한 통신부; 상기 최대 심박수 데이터와 상기 심박센서에서 측정된 심박수 데이터를 사용하여 판단된 운동강도에 따라 특정한 색상의 빛을 출력하는 강도표시부; 및 상기 센서부, 상기 통신부, 및 상기 강도표시부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 컴퓨팅디바이스는, 상기 IoT 운동기구로 사용자의 최대 심박수 데이터를 송신하고, 상기 IoT 운동기구로부터 측정된 센서 데이터를 수신하기 위한 통신부; 사용자정보와 상기 IoT 운동기구로부터 수신한 센서 데이터를 사용하여 사용자의 운동상태 및 신체상태를 판단하는 사용자상태판단모듈, 상기 사용자의 신체상태를 판단한 결과에 따라 운동지도동영상의 재생을 조절하는 동영상재생조절모듈, 및 운동결과를 분석하여 사용자에게 제공할 피드백정보를 생성하는 피드백생성모듈을 포함하는 처리모듈; 사용자의 신체정보와 설문정보를 포함하는 사용자정보와, 운동 종류 및 강도별 운동지도동영상을 저장하는 데이터베이스부; 및 운동지도동영상을 표시하는 디스플레이부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 사용자상태판단모듈은, 상기 IoT 운동기구로부터 수신한 가속도과 각속도 데이터, 및 상기 데이터베이스부에 저장된 사용자정보를 사용하여 사용자의 운동상태를 판단하고, 상기 IoT 운동기구로부터 수신한 심박수 데이터와 상기 사용자정보를 사용하여 사용자의 신체상태를 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 동영상재생조절모듈은, 상기 사용자의 신체상태를 판단한 결과에 따라 운동지도동영상의 재생 위치를 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 피드백생성모듈은, 상기 사용자정보와 상기 사용자의 운동상태를 판단한 결과를 사용하여 수행한 운동명, 운동 횟수, 및 소모된 칼로리 중 적어도 하나를 포함하는 피드백정보를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에서 본 발명은 사용자의 운동시 운동 가속도, 운동 각속도, 및 사용자의 심박수 중 적어도 하나를 센서로 측정하고 운동강도를 표시하는 IoT 운동기구를 제공한다.
상기 IoT 운동기구는, 사용자의 운동시 운동 가속도를 측정하는 가속도 센서, 운동 각속도를 측정하는 자이로센서, 및 사용자의 심박수를 측정하는 심박센서 중 적어도 하나를 포함하는 센서부; 컴퓨팅디바이스로 측정된 센서 데이터를 송신하고, 상기 컴퓨팅디바이스로부터 사용자의 최대 심박수 데이터를 수신하기 위한 통신부; 상기 최대 심박수 데이터와 상기 심박센서에서 측정된 심박수 데이터를 사용하여 판단된 운동강도에 따라 특정한 색상의 빛을 출력하는 강도표시부; 및 상기 센서부, 상기 통신부, 및 상기 강도표시부를 제어하는 제어부;를 포함한다.
또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 사용자의 운동시 운동 가속도, 운동 각속도, 및 사용자의 심박수 중 적어도 하나를 센서로 측정하고 운동강도를 표시하는 IoT 운동기구, 및 상기 IoT 운동기구에서 측정된 센서 데이터를 수신하여 사용자의 운동상태 및 신체상태를 판단하고, 사용자에게 운동지도정보를 제공하는 컴퓨팅디바이스를 포함하여 이루어진 운동지도시스템의 운동지도방법을 제공한다. 상기 운동지도방법은, 상기 컴퓨팅디바이스와 상기 IoT 운동기구가 무선통신 연결을 형성하는 단계; 미리 입력된 사용자 정보에 기반하여 선택된 운동지도동영상 파일을 재생하는 단계; 사용자의 운동 시작시 상기 IoT 운동기구가 사용자의 운동 시작을 감지하는 단계; 상기 IoT 운동기구가 센서로 사용자의 운동 가속도, 운동 각속도, 및 심박수 중 적어도 하나를 측정하는 단계; 상기 컴퓨팅디바이스가 상기 IoT 운동기구로부터 수신한 센서 데이터를 사용하여 사용자의 운동상태 및 신체상태를 판단하는 단계; 및 상기 컴퓨팅디바이스가 상기 사용자의 신체상태를 판단한 결과에 따라 운동지도동영상의 재생을 조절하는 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 사용자의 운동상태 및 신체상태를 판단하는 단계는, 상기 IoT 운동기구로부터 수신한 가속도과 각속도 데이터, 및 미리 입력된 사용자정보를 사용하여 사용자의 운동상태를 판단하고, 상기 IoT 운동기구로부터 수신한 심박수 데이터와 상기 사용자정보를 사용하여 사용자의 신체상태를 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 운동지도동영상의 재생을 조절하는 단계는, 상기 사용자의 신체상태를 판단한 결과에 따라 운동지도동영상의 재생 위치를 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 운동지도방법은, 상기 무선통신 연결을 형성하는 단계 이전에, 상기 컴퓨팅디바이스에 설치된 운동지도 애플리케이션을 통해 사용자정보를 입력하는 단계; 및 상기 컴퓨팅디바이스가 상기 사용자정보로부터 산출한 사용자의 최대 심박수 데이터를 상기 IoT 운동기구로 전송하는 단계;를 더 포함하되, 상기 사용자정보는 사용자 신체정보와 설문정보를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 운동지도방법은, 상기 IoT 운동기구가 상기 최대 심박수 데이터와 측정된 심박수 데이터를 사용하여 판단된 운동강도에 따라 특정한 색상의 빛을 상기 IoT 운동기구의 표면 일측에 형성된 강도표시부에 출력하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 운동지도방법은, 사용자의 운동 종료시, 상기 사용자정보와 상기 사용자의 운동상태를 판단한 결과를 사용하여 수행한 운동명, 운동 횟수, 및 소모된 칼로리 중 적어도 하나를 포함하는 피드백정보를 생성하여 제공하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 IoT 운동기구는 내장된 가속도 센서, 자이로센서(각속도 센서), 심박센서 등에 의해 사용자의 운동상태 및 신체상태를 감지할 수 있다. 또한, 사용자의 신체상태에 따라 IoT 운동기구 일측의 표시부에서 다른 색의 빛을 방출하여 사용자가 현재 신체 상태를 용이하게 파악할 수 있게 한다.
본 발명의 운동지도시스템은 자이로센서, 가속도 센서, 심박센서 등이 내장된 IoT 운동기구 및 전용 운동지도 애플리케이션 등이 설치된 컴퓨팅디바이스로 구성되어 실시간으로 사용자에게 적합한 운동지도동영상을 제공하거나, 운동결과를 분석한 피드백(feedback)정보를 제공할 수 있다.
본 발명의 운동지도방법은 상기 운동지도시스템을 이용하여 사용자의 운동상태 및 신체상태를 판단하여 사용자에게 적합한 운동을 실시간으로 지도할 수 있으며, 운동결과를 분석하여 사용자에게 피드백정보를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 운동지도시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 IoT 운동기구의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 IoT 운동기구 중 아령을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 컴퓨팅디바이스의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 운동지도방법의 순서도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 운동지도 동영상의 재생과정을 도시한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 운동지도 동영상의 예시 화면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대해 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 운동지도시스템의 개략적인 구성도이다. 도 1을 참조하면, 운동지도시스템(10)은 사용자의 운동시 운동 가속도, 운동 각속도, 및 사용자의 심박수 중 적어도 하나를 센서로 측정하고 운동강도를 표시하는 IoT 운동기구(100)와, 상기 IoT 운동기구(100)에서 측정된 센서 데이터를 수신하여 사용자의 운동상태 및 신체상태를 판단하고, 사용자에게 운동지도정보를 제공하는 컴퓨팅디바이스(200)를 포함한다.
여기서, 상기 운동지도정보는 상기 사용자의 신체상태에 따라 재생이 조절되는 운동지도동영상을 포함한다.
또한, 상기 IoT 운동기구(100)와 상기 컴퓨팅디바이스(200)는 블루투스, 와이파이 다이렉트 등의 무선 통신 프로토콜로 서로 연결될 수 있다.
상기 IoT 운동기구(100)는 예를 들어, 아령, 역기, 싸이클 등의 다양한 헬스 기구를 포함할 수 있다.
또한, 상기 컴퓨팅디바이스(200)는 스마트폰, PDA, 태블릿, PC, 노트북 등의 디스플레이를 구비한 컴퓨터 장치를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 IoT 운동기구의 구성도이다. 도 2를 참조하면, 상기 IoT 운동기구(100)는 사용자의 운동시 운동 가속도를 측정하는 가속도센서(111), 운동 각속도를 측정하는 자이로센서(각속도 센서)(112), 및 사용자의 심박수를 측정하는 심박센서(113) 중 적어도 하나를 포함하는 센서부(110), 상기 컴퓨팅디바이스(200)로 측정된 센서 데이터를 송신하고, 상기 컴퓨팅디바이스(200)로부터 사용자의 최대 심박수 데이터를 수신하기 위한 통신부(130), 상기 최대 심박수 데이터와 상기 심박센서에서 측정된 심박수 데이터를 사용하여 판단된 운동강도에 따라 특정한 색상의 빛을 출력하는 강도표시부(140), 그리고 상기 센서부, 상기 통신부, 및 상기 강도표시부를 제어하는 제어부(120)를 포함한다.
먼저, 상기 센서부(110)는 사용자의 운동상태 및 신체상태를 파악하기 위한 측정을 수행하는 부분이다. 상기 센서부(110)의 가속도센서(111)와 자이로센서(112)는 사용자의 운동동작의 종류 및 횟수를 파악하기 위해 가속도 및 각속도를 측정한다. 또한, 심박센서(113)는 사용자의 신체상태를 분석하여 운동을 지도할 수 있도록 사용자의 심박수를 측정한다.
바람직하게는, 상기 가속도센서(111)와 상기 자이로센서(112)는 가속도센서를 포함하는 6축 MEMS gyro sensor 등의 하나의 센서로도 구현될 수도 있다.
바람직하게는, 상기 심박센서(113)는 LED 녹색 광을 이용한 PPG(Photo PlethysmoGraph) 센서일 수 있다. PPG 센서는 적혈구가 녹색 광을 흡수하는 성질을 이용한 측정방식으로 혈류량과 흡수량을 통해 심박을 측정하게 된다. 사용자가 운동을 하면 초당 수백 번 정도 녹색 광을 사용자의 피부에 비추며 광다이오드로 녹색 광의 흡수량을 측정하게 된다.
그러나 운동시에 IoT 운동기구(100)의 움직임이나 충격에 의해 심박수 측정값이 부정확할 수 있다. 이러한 경우에는, 심박수 측정값을 가속도센서(111)와 자이로센서(112)의 측정값과 비교하여 필터링하거나 변수를 더하여 심박수에 대한 정보를 가공함으로써 심박수 측정값의 정확도를 높일 수 있다.
예를 들어, 심박수 측정값의 정확도를 높이기 위해 LMS(Least Mean Square) Adaptive Filter를 사용할 수 있다. LMS Adaptive Filter는 시간이 지남에 따라 통계적인 특성이 달라지는 비정상 신호(non-stationary signal)를 포함한 신호에 대해 샘플이 들어오는 매 시간마다 계수를 LMS 알고리즘을 기반으로 추정해가는 필터링 기술이다. 이러한 필터링 기술을 이용하면, 가속도센서 또는 자이로센서의 주기적인 피크값이 존재하는 시간대에 발생하는 PPG센서의 측정값은 심박수의 계산에 쓰여지지 않으므로, 심박수 측정값의 정확도를 높일 수 있다.
다음으로, 상기 통신부(130)는 상기 컴퓨팅디바이스(200)와의 무선통신을 위한 부분으로, 바람직하게는 블루투스 4.0 프로토콜을 사용하여 컴퓨팅디바이스(200)와 블루투스 페어링으로 연결될 수 있다.
다음으로, 상기 강도표시부(140)는 사용자의 최대심박수(예: 220 - 나이)를 기준으로 심박수 구간을 분할하여 상기 심박센서(113)에서 측정된 현재 심박수가 속하는 구간(즉, 수행하는 운동강도)을 나타내는 특정한 색상의 빛을 출력한다. 여기서, 상기 강도표시부(140)는 바람직하게는 RGB Tri-color LED로 구현될 수도 있다.
운동시 인체는 근육의 에너지 대사로 인하여 아데노신삼인산(ATP)과 산소를 요구하고, 운동을 위한 아데노신삼인산을 생성하기 위하여 세포 내 미토콘드리아가 활성화된다. 이는 운동 종료 후에도 지속되는데, 운동으로 소비된 아데노신삼인산을 생산, 재합성하기 위하여 호흡교환이 이루어진다. 이러한 호흡교환에 의해 지방과 탄수화물이 사용되며 에너지가 소비된다. 이와 같이 운동 후에도 산소 소모가 일어나는 상태를 EPOC(Excess Post-exercise Oxygen Consumption; 운동 후 초과 산소 소모) 상태라고 한다. 이러한 EPOC 상태는 표1과 같이 분류될 수 있다.
Figure pat00001
따라서, 상기 강도표시부(140)는 표 2와 같이 구간을 분할하여 색상을 표시할 수도 있다.
Figure pat00002
사용자가 측정된 심박수가 최대 심박수의 50~69%인 다이어트 강도의 운동을 수행하는 중에는 강도표시부(140)에 초록색 빛, 최대 심박수의 70~80%인 체력 향상 강도의 운동을 수행하는 중에는 주황색 빛, 그리고 최대 심박수의 81~100%인 최대 퍼포먼스 강도의 운동을 수행하는 중에는 빨간색 빛이 출력되도록 할 수 있다. 따라서, 사용자는 본인이 수행하는 운동강도를 파악할 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 IoT 운동기구 중 아령을 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 IoT 운동기구(100)가 아령인 경우에는 사용자가 파지하는 중앙 부분에 심박센서(113)가 위치될 수 있다. 또한, 양측에 사용자의 상태를 표시하는 강도표시부(140)가 LED로 구현될 수 있다.
여기서, 가속도센서(111)와 자이로센서(112), 제어부(120), 및 통신부(130)는 아령 내부에 설치될 수 있다.
또한, 상기 IoT 아령은 다양한 무게(예: 5kg, 3kg, 1kg 등)의 무게추(150)를 양측에 끼워 이용할 수 있으므로, 각각의 사용자에게 적합한 무게로 아령 무게를 조절하여 운동할 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 컴퓨팅디바이스의 구성도이다. 도 4를 참조하면, 상기 컴퓨팅디바이스(200)는 상기 IoT 운동기구(100)로 사용자의 최대 심박수 데이터를 송신하고, 상기 IoT 운동기구(100)로부터 측정된 센서 데이터를 수신하기 위한 통신부(210), 사용자정보와 상기 IoT 운동기구(100)로부터 수신한 센서 데이터를 이용하여 사용자의 운동상태 및 신체상태를 판단하는 사용자상태판단모듈(221), 상기 사용자의 신체상태를 판단한 결과에 따라 운동지도동영상의 재생을 조절하는 동영상재생조절모듈(222), 및 운동결과를 분석하여 사용자에게 제공할 피드백정보를 생성하는 피드백생성모듈(223)을 포함하는 처리모듈(220), 사용자의 신체정보와 설문정보를 포함하는 사용자정보와, 운동 종류 및 강도별 운동지도동영상을 저장하는 데이터베이스부(230), 그리고 운동지도동영상을 표시하는 디스플레이부(240)를 포함한다.
먼저, 상기 통신부(210)는 상기 IoT 운동기구(100)와의 무선 통신을 위한 부분으로, 바람직하게는 블루투스 4.0 프로토콜을 사용하여 상기 IoT 운동기구(100)와 블루투스 페어링으로 연결될 수 있다.
다음으로, 상기 처리모듈(220)은 컴퓨팅디바이스(200)에 설치된 전용 운동지도 애플리케이션 등의 소프트웨어의 기능으로 구현될 수도 있다.
상기 처리모듈(220) 중 사용자상태판단모듈(221)은 사용자의 운동상태와 신체상태를 판단하는 부분이다. 여기서, 사용자의 운동상태 판단은 상기 IoT 운동기구(100)로부터 수신한 가속도과 각속도 데이터, 및 상기 데이터베이스부에 저장된 사용자정보를 사용하여 할 수 있다. 즉, 사용자의 운동상태 판단은 사용자가 어떤 종류의 운동 동작을 몇 회 수행하였는지를 판단(즉, 운동상태를 판단)하는 것을 의미한다.
예를 들어, 사용자의 운동 수행 여부를 판단하는 모션인식 알고리즘은 다음과 같이 구현될 수 있다.
먼저, DTW(Dynamic Time Wrapping) 알고리즘과 Kalman Filter 알고리즘을 통해 가속도 센서(111) 및 자이로센서(112)가 측정한 로 데이터(raw data)에서 노이즈를 필터링한다.
그런 다음, 필터링된 데이터로 운동별(예를 들어, 140여 가지 운동별) 트레이닝 데이터(training data)를 축적한 후, 데이터마이닝(data mining)기법을 통해 기준이 되는 표준값을 도출한다.
마지막으로, 센서 데이터와 사용자의 신체정보를 사용하여 의사결정트리(decision tree)를 통해 사용자가 해당 운동 동작을 수행하였는지 여부를 판단한다. 이러한 방식으로 사용자가 어떤 종류의 운동 동작을 몇 회 수행하였는지를 파악할 수 있다.
예를 들어, 키 170 ~ 180cm에 운동 능력이 낮음으로 분류된 남성이 덤벨 컬 운동을 수행했을 때 해당 운동의 운동 횟수를 판단하기 위한 표준값은 80이다. 이 표준값은 트레이닝 데이터에 의해 결정된 값이며, 이 남성이 운동시 발생하는 가속도 및 각속도 센서값을 필터링하여 가공한 값이 표준값 80 이상에 도달하면 덤벨 컬 운동을 1회 수행했다고 판단한다.
다음으로, 상기 사용자의 신체상태 판단은 상기 IoT 운동기구(100)로부터 수신한 심박수 데이터와 상기 사용자정보(즉, 미리 입력되어 저장된 사용자의 신체정보)를 사용하여 판단한다. 이러한 사용자의 신체상태를 판단한 결과는 운동지도동영상의 재생을 조절하는 데 사용되어 사용자의 운동을 조절할 수 있다.
다음으로, 상기 동영상재생조절모듈(222)은 상기 사용자의 신체상태를 판단한 결과에 따라 운동지도동영상의 재생 위치를 조절한다.
예를 들어, 미리 입력된 사용자 정보에 의해 체력레벨이 2로 판정된 사용자가 전체 재생시간이 15분(900초)인 운동지도동영상 파일(A.mp4)을 시청하며 운동을 하는 경우를 가정하면, 다음과 같이 운동지도동영상 파일의 재생 위치가 조절될 수 있다.
사용자가 A.mp4 파일 중 90초짜리 유산소 운동 영상인 A-1 부분을 보면서 해당 운동 동작을 따라 하는 도중에 측정된 심박수가 최대심박수의 85% 이상에 도달하면, 운동지도동영상 파일(A.mp4)의 재생이 사용자의 건강을 위해 재생 중인 A-1 부분에서 운동 강도가 낮은 유산소 운동 영상인 A-2, 또는 휴식 영상 부분으로 재생 위치가 조절된다.
이와 같이 운동지도동영상의 재생이 조절된 이후에 1분 이상 시간이 지나거나 측정된 심박수가 최대 심박수의 60% 이하에 도달하였을 때는, 기존 영상 부분보다 난이도가 높은 고강도 유산소 운동 영상 부분을 재생하도록 재생 위치가 조절된다.
또한, 상기 동영상재생조절모듈(222)은 사용자가 운동을 시작하기 전에는 데이터베이스부(230)에 저장된 사용자정보에 기반하여 사용자에게 적합한 운동 종류 및 강도에 해당하는 운동지도동영상 파일을 선택하여 재생하도록 처리한다.
여기서, 상기 사용자정보는 예를 들어, 사용자의 신체정보(예: 성별, 나이, 체중, 신장 등), 사용자의 신체정보로부터 산출된 체질량지수(BMI)(체질량지수 = 체중(kg) ÷ 키의 제곱(㎡)) 정보, 최대산소섭취량 5항 문진을 통한 심폐지구력 테스트 정보 등을 포함한다.
따라서, 이러한 사용자정보를 토대로 [국민체력실태조사] 자료 등을 통한 규준 평가 후 사용자의 체력에 맞는 운동 종류 및 강도를 판단하여 적합한 운동지도동영상 파일을 선택할 수 있다.
다음으로, 상기 피드백생성모듈(223)은 상기 사용자정보와 상기 사용자의 운동상태를 판단한 결과를 사용하여 수행한 운동명, 운동 횟수, 및 소모된 칼로리 중 적어도 하나를 포함하는 피드백정보를 생성한다.
다음으로, 상기 데이터베이스부(230)는 사용자정보 및 운동지도동영상 파일을 저장하는 부분이다. 여기서, 상기 사용자정보는 사용자가 미리 입력한 사용자 ID, 나이, 키, 몸무게 등의 신체정보와 설문정보를 포함한다.
예를 들어, 상기 설문정보는 다음과 같은 문진을 통한 정보를 포함할 수 있다.
Figure pat00003
여기서, 상기 운동지도동영상은 운동 종류 및 운동 강도별로 각각의 동영상 파일로 저장된다. 하나의 운동지도동영상파일은 운동소개구간, 운동동작구간, 및 마무리동작구간의 3개 구간으로 구성될 수 있다.
상기 운동소개구간에서는 수행하려는 운동 동작의 예가 재생되며, 운동의 이름, 효과, 주의점 등을 간략히 소개하는 영상이 재생된다. 상기 운동동작구간에서는 실제 운동 동작 영상이 재생되며, 상기 마무리동작구간에서는 실제 운동 동작이 끝난 뒤의 가벼운 스트레칭 및 마무리 동작 영상이 재생된다.
다음으로, 상기 디스플레이부(240)에는 사용자의 운동 시작시에는 사용자 정보에 기반하여 선택된 운동 종류 및 강도에 해당하는 운동지도동영상 파일이 재생되어 표시된다. 한편, 운동 진행 중에는 상기 동영상재생조절모듈(222)에 의해 운동지도동영상 파일의 재생이 조절되어 표시된다. 따라서, 사용자는 본인 상태에 따라 운동강도 및 운동량을 적절히 조절하여 운동할 수 있다.
상기 컴퓨팅디바이스(200)의 각 부분의 기능은 하나의 컴퓨팅디바이스에서 전부 구현될 수도 있고, 여러 컴퓨팅디바이스에 분산되어 구현될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 운동지도방법의 순서도이다. 도 5를 참조하면, 상기 운동지도방법은 상기 IoT 운동기구(100)와 상기 컴퓨팅디바이스(200)를 포함하여 이루어진 운동지도시스템(10)을 이용한다.
상기 운동지도방법은 상기 컴퓨팅디바이스(200)와 상기 IoT 운동기구(100)가 무선통신 연결을 형성하는 단계(S2), 미리 입력된 사용자정보에 기반하여 선택된 운동지도동영상 파일을 재생하는 단계(S4); 사용자의 운동 시작시 상기 IoT 운동기구(100)가 사용자의 운동 시작을 감지하는 단계(S5), 상기 IoT 운동기구(100)가 사용자의 운동 가속도, 운동 각속도, 및 사용자의 심박수 중 적어도 하나를 센서로 측정하는 단계(S6), 상기 컴퓨팅디바이스가 상기 IoT 운동기구(100)로부터 수신한 센서 데이터를 사용하여 사용자의 운동상태 및 신체상태를 판단하는 단계(S9), 및 상기 컴퓨팅디바이스(200)가 상기 사용자의 신체상태를 판단한 결과에 따라 운동지도동영상의 재생을 조절하는 단계(S10)를 포함한다.
여기서, 사용자의 운동 시작을 감지하는 단계(S5)는 스텝다운 방식의 저전력 모드의 가속도센서(111)가 움직임을 감지하면서 센서부(110)가 측정을 시작하도록 IoT 운동기구(100)를 활성화시키는 단계이다.
여기서, 상기 사용자의 운동상태 및 신체상태를 판단하는 단계(S9)는 상기 IoT 운동기구(100)로부터 수신한 가속도과 각속도 데이터, 및 미리 입력된 사용자정보를 사용하여 사용자의 운동상태(예: 수행한 운동동작의 종류 및 횟수)를 판단한다. 또한, 상기 IoT 운동기구(100)로부터 수신한 심박수 데이터와 상기 사용자정보를 사용하여 사용자의 신체상태를 판단할 수 있다.
여기서, 상기 운동지도동영상의 재생을 조절하는 단계(S10)에서는 상기 사용자의 신체상태를 판단한 결과에 따라 운동지도동영상의 재생 위치를 조절한다.
예를 들어, 사용자가 A.mp4 파일 중 90초짜리 유산소 운동 영상인 A-1 부분을 보면서 해당 운동 동작을 따라 하는 도중에 최대심박수의 85% 이상에 도달하면, 운동지도동영상 파일(A.mp4)의 재생이 사용자의 건강을 위해 재생 중인 A-1 부분에서 운동 강도가 낮은 유산소 운동 영상인 A-2, 또는 휴식 영상 부분으로 재생 위치가 조절된다.
이와 같이 운동지도동영상의 재생이 조절된 이후에는, 1분 이상 시간이 지나거나 최대 심박수의 60%이하에 도달하였을 때, 기존 영상 부분보다 난이도가 높은 고강도 유산소 운동 영상 부분을 재생하도록 재생 위치가 조절된다.
또한, 상기 운동지도방법은 상기 무선통신연결을 형성하는 단계(S2) 이전에, 상기 컴퓨팅디바이스(200)에 설치된 운동지도 애플리케이션을 통해 사용자정보를 입력하는 단계(S1), 및 상기 컴퓨팅디바이스(200)가 상기 사용자정보로부터 산출한 사용자의 최대 심박수 데이터를 상기 IoT 운동기구(100)로 전송하는 단계(S3)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 사용자정보는 사용자 신체정보(예: 사용자 나이, 키, 체중 등)와 설문정보를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 사용자의 최대 심박수 데이터는 예를 들어, 운동생리학에서 사용하는 수학식 1과 같은 최대심박수 산출 공식을 이용하여 구할 수도 있다.
Figure pat00004
상기 사용자정보를 입력하는 단계(S1)는 사용자가 컴퓨팅디바이스(200)에 설치된 전용 운동지도 애플리케이션 등을 통해 사용자 ID, 사용자 신체정보, 설문 정보 등을 입력하는 단계이다. 이러한 정보 입력은 초기에 한 번 입력하되, 추후 수정이 가능하다.
상기 사용자정보를 입력하는 단계(S1)는 또한 사용자가 운동 시작 전에 운동지도 애플리케이션에 로그인하는 등의 본인 식별 정보를 입력하는 것을 포함할 수 있다. 따라서, 여러 사용자가 동일한 컴퓨팅디바이스(200)를 이용하는 경우에도 각 사용자에게 적합한 운동지도를 받을 수 있으며, 다른 컴퓨팅디바이스(200)에서 로그인해도 본인에게 적합한 운동지도를 받을 수 있다.
또한, 상기 운동지도방법은 상기 IoT 운동기구(100)가 상기 최대 심박수 데이터와 측정된 심박수 데이터를 사용하여 판단된 운동강도에 따라 특정한 색상의 빛을 상기 IoT 운동기구(100)의 표면 일측에 형성된 강도표시부(140)에 출력하는 단계(S7)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 운동지도방법은 사용자의 운동 종료시, 사용자의 운동 종료시, 상기 사용자정보와 상기 사용자의 운동상태를 판단한 결과를 사용하여 수행한 운동명, 운동 횟수, 및 소모된 칼로리 중 적어도 하나를 포함하는 피드백정보(예: 수행한 운동명, 운동 횟수, 소모된 칼로리, 코멘트 등)를 생성하여 제공하는 단계(S11)를 더 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 운동지도동영상의 재생과정을 도시한다. 데이터베이스부(230)에 저장된 운동지도동영상 파일(600)은 운동 종류 및 강도별로 각각 저장된다.
상기 운동지도동영상 파일(600)은 해당 운동을 설명하는 운동소개구간(610), 실제 운동 동작을 보여주는 운동동작구간(620), 및 해당 운동을 마무리하는 동작을 보여주는 마무리동작구간(630)으로 구성된다(도 6의 (a) 참조).
여기서, 상기 운동소개구간(610)은 수행하려는 운동 동작의 예시 영상, 운동의 이름, 효과, 주의점 등을 간략히 소개하는 영상을 포함할 수 있다.
상기 운동동작구간(620)은 각각의 운동자세별 운동지도영상들과 각각의 운동자세별 운동지도영상들 사이사이의 휴식구간 영상들을 포함할 수 있다.
상기 마무리동작구간(630)은 운동 후 사용자의 신체를 안정시키기 위한 가벼운 스트레칭 및 마무리동작 영상들을 포함할 수 있다.
사용자의 운동 시작시에는 원본 운동지도동영상 파일이 그대로 재생되나, 운동 도중에는 사용자의 신체 상태에 따라 재생 위치가 조절될 수 있다.
예를 들어, 도 6의 (2)에서와 같이, 유산소 운동 영상인 A 영상이 재생 중(①)에 사용자의 최대심박수가 85% 이상에 도달했을 때는, 재생 중인 영상보다 운동 강도가 낮은 유산소 영상 B 부분(②-ⓐ), 또는 휴식영상 부분(②-ⓑ)으로 건너뛰어 재생된다.
또한, 휴식영상 부분인 ③-ⓐ 또는 ③-ⓑ 부분의 재생시간이 1분 이상 지나거나 사용자의 최대심박수가 60%이하에 도달하였을 때에는, 난이도가 높은 고강도 유산소 운동 C 영상부분(④-ⓐ, ④-ⓑ)으로 변경되어 재생된다(⑤).
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 운동지도동영상의 예시 화면이다. 도 7을 참조하면, 운동지도동영상이 재생되는 화면(700)의 좌측 상단에 해당 운동 동작 명칭(710)(예: 숄더 프레스 앤 스쿼트)이 표시되고, 우측 하단에는 운동동작반복횟수가 현재반복횟수/총반복횟수(예:3/8)로 표시된다.
도 7의 화면은 하나의 예시일 뿐이므로 운동지도 동영상의 시청을 방해하지 않는 다른 위치에 다른 방법으로 표시될 수도 있다.
이상에서는 본 발명의 여러 실시 예가 기술되었다. 그럼에도 불구하고, 전술한 설명은 예시를 위한 것이며 다음의 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아닌 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 다른 실시 예들 또한 다음 청구범위에서 정의되는 기술적 사상의 범위 내에 있을 수 있다. 즉, 본 발명의 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다양한 변형을 만들 수 있다.
10: 운동지도시스템
100: IoT 운동기구
110: 센서부 111: 심박센서
112: 가속도센서 113: 자이로센서
120: 제어부 130: 통신부
140: 강도표시부 150: 무게추
200: 컴퓨팅디바이스
210: 통신부 220: 처리모듈
221: 사용자상태판단모듈 222: 동영상재생조절모듈
223: 피드백생성모듈 230: 데이터베이스부
240: 디스플레이부
600: 운동지도동영상 파일 610: 운동소개구간
620: 운동동작구간 630: 마무리동작구간
700: 운동지도동영상 재생화면 710: 운동동작명칭
720: 운동동작반복횟수

Claims (13)

  1. 사용자의 운동시 운동 가속도, 운동 각속도, 및 사용자의 심박수 중 적어도 하나를 센서로 측정하고 운동강도를 표시하는 IoT 운동기구; 및
    상기 IoT 운동기구에서 측정된 센서 데이터를 수신하여 사용자의 운동상태 및 신체상태를 판단하고, 사용자에게 운동지도정보를 제공하는 컴퓨팅디바이스;를 포함하되,
    상기 운동지도정보는 상기 사용자의 신체상태에 따라 재생이 조절되는 운동지도동영상을 포함하는 것을 특징으로 하는 운동지도시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 IoT 운동기구는,
    사용자의 운동시 운동 가속도를 측정하는 가속도 센서, 운동 각속도를 측정하는 자이로센서, 및 사용자의 심박수를 측정하는 심박센서 중 적어도 하나를 포함하는 센서부;
    상기 컴퓨팅디바이스로 측정된 센서 데이터를 송신하고, 상기 컴퓨팅디바이스로부터 사용자의 최대 심박수 데이터를 수신하기 위한 통신부;
    상기 최대 심박수 데이터와 상기 심박센서에서 측정된 심박수 데이터를 사용하여 판단된 운동강도에 따라 특정한 색상의 빛을 출력하는 강도표시부; 및
    상기 센서부, 상기 통신부, 및 상기 강도표시부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 운동지도시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 컴퓨팅디바이스는,
    상기 IoT 운동기구로 사용자의 최대 심박수 데이터를 송신하고, 상기 IoT 운동기구로부터 측정된 센서 데이터를 수신하기 위한 통신부;
    사용자정보와 상기 IoT 운동기구로부터 수신한 센서 데이터를 사용하여 사용자의 운동상태 및 신체상태를 판단하는 사용자상태판단모듈, 상기 사용자의 신체상태를 판단한 결과에 따라 운동지도동영상의 재생을 조절하는 동영상재생조절모듈, 및 운동결과를 분석하여 사용자에게 제공할 피드백정보를 생성하는 피드백생성모듈을 포함하는 처리모듈;
    사용자의 신체정보와 설문정보를 포함하는 사용자정보와, 운동 종류 및 강도별 운동지도동영상을 저장하는 데이터베이스부; 및
    운동지도동영상을 표시하는 디스플레이부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 운동지도시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 사용자상태판단모듈은,
    상기 IoT 운동기구로부터 수신한 가속도과 각속도 데이터, 및 상기 데이터베이스부에 저장된 사용자정보를 사용하여 사용자의 운동상태를 판단하고, 상기 IoT 운동기구로부터 수신한 심박수 데이터와 상기 사용자정보를 사용하여 사용자의 신체상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 운동지도시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 동영상재생조절모듈은,
    상기 사용자의 신체상태를 판단한 결과에 따라 운동지도동영상의 재생 위치를 조절하는 것을 특징으로 하는 운동지도시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 피드백생성모듈은,
    상기 사용자정보와 상기 사용자의 운동상태를 판단한 결과를 사용하여 수행한 운동명, 운동 횟수, 및 소모된 칼로리 중 적어도 하나를 포함하는 피드백정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 운동지도시스템.
  7. 사용자의 운동시 운동 가속도, 운동 각속도, 및 사용자의 심박수 중 적어도 하나를 센서로 측정하고 운동강도를 표시하는 IoT 운동기구로서,
    사용자의 운동시 운동 가속도를 측정하는 가속도 센서, 운동 각속도를 측정하는 자이로센서, 및 사용자의 심박수를 측정하는 심박센서 중 적어도 하나를 포함하는 센서부;
    컴퓨팅디바이스로 측정된 센서 데이터를 송신하고, 상기 컴퓨팅디바이스로부터 사용자의 최대 심박수 데이터를 수신하기 위한 통신부;
    상기 최대 심박수 데이터와 상기 심박센서에서 측정된 심박수 데이터를 사용하여 판단된 운동강도에 따라 특정한 색상의 빛을 출력하는 강도표시부; 및
    상기 센서부, 상기 통신부, 및 상기 강도표시부를 제어하는 제어부;를 포함하는 IoT 운동기구.
  8. 사용자의 운동시 운동 가속도, 운동 각속도, 및 사용자의 심박수 중 적어도 하나를 센서로 측정하고 운동강도를 표시하는 IoT 운동기구, 및 상기 IoT 운동기구에서 측정된 센서 데이터를 수신하여 사용자의 운동상태 및 신체상태를 판단하고, 사용자에게 운동지도정보를 제공하는 컴퓨팅디바이스를 포함하여 이루어진 운동지도시스템의 운동지도방법에 있어서,
    상기 컴퓨팅디바이스와 상기 IoT 운동기구가 무선통신 연결을 형성하는 단계;
    미리 입력된 사용자 정보에 기반하여 선택된 운동지도동영상 파일을 재생하는 단계;
    사용자의 운동 시작시 상기 IoT 운동기구가 사용자의 운동 시작을 감지하는 단계;
    상기 IoT 운동기구가 센서로 사용자의 운동 가속도, 운동 각속도, 및 심박수 중 적어도 하나를 측정하는 단계;
    상기 컴퓨팅디바이스가 상기 IoT 운동기구로부터 수신한 센서 데이터를 사용하여 사용자의 운동상태 및 신체상태를 판단하는 단계; 및
    상기 컴퓨팅디바이스가 상기 사용자의 신체상태를 판단한 결과에 따라 운동지도동영상의 재생을 조절하는 단계;를 포함하는 운동지도방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 사용자의 운동상태 및 신체상태를 판단하는 단계는,
    상기 IoT 운동기구로부터 수신한 가속도과 각속도 데이터, 및 미리 입력된 사용자정보를 사용하여 사용자의 운동상태를 판단하고, 상기 IoT 운동기구로부터 수신한 심박수 데이터와 상기 사용자정보를 사용하여 사용자의 신체상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 운동지도방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 운동지도동영상의 재생을 조절하는 단계는,
    상기 사용자의 신체상태를 판단한 결과에 따라 운동지도동영상의 재생 위치를 조절하는 것을 특징으로 하는 운동지도방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 무선통신 연결을 형성하는 단계 이전에,
    상기 컴퓨팅디바이스에 설치된 운동지도 애플리케이션을 통해 사용자정보를 입력하는 단계; 및
    상기 컴퓨팅디바이스가 상기 사용자정보로부터 산출한 사용자의 최대 심박수 데이터를 상기 IoT 운동기구로 전송하는 단계;를 더 포함하되,
    상기 사용자정보는 사용자 신체정보와 설문정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 운동지도방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 IoT 운동기구가 상기 최대 심박수 데이터와 측정된 심박수 데이터를 사용하여 판단된 운동강도에 따라 특정한 색상의 빛을 상기 IoT 운동기구의 표면 일측에 형성된 강도표시부에 출력하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 운동지도방법.
  13. 제12항에 있어서,
    사용자의 운동 종료시, 상기 사용자정보와 상기 사용자의 운동상태를 판단한 결과를 사용하여 수행한 운동명, 운동 횟수, 및 소모된 칼로리 중 적어도 하나를 포함하는 피드백정보를 생성하여 제공하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 운동지도방법.
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