KR20210066046A - IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치에 관한 것으로서, 운동기구의 운동 부분에 모듈 타입으로 부착되는 IoT 센서를 구비하며 스마트 기기에서 작동되는 운동 지원의 애플리케이션을 통하여 사용자의 운동량 정보를 생성하고 이에 따른 운동 상태 정보를 스마트 기기를 통하여 표현하도록 하되, IoT 센서를 이용한 실내 사이클링의 경우에 BPM을 달리 하는 음악을 제공하여 운동자의 페달링을 가이드하도록 하는, IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치에 관한 것이다.
본 발명의 IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치는, 운동기구(10)의 운동 부분에 모듈 타입으로 부착되되, 운동 부분에 대한 3축(x,y,z축) 방향의 가속도 및 각속도를 각각 감지하는 가속도 센서(111) 및 자이로 센서(112)를 포함하는 IoT 센서모듈(110); 및 IoT 센서모듈(110)에 통신 연결되는 스마트폰(120);을 포함하며, IoT 센서모듈(110)은 가속도 센서(111) 및 자이로 센서(112)에 의해 감지된 가속도값 및 각속도값으로부터 중력 성분이 제거된 선형 가속도값을 산출하고, 이로부터 유효 운동 횟수를 카운트하며, 스마트폰(120)은 가속도값, 각속도값 및 유효 운동 횟수에 관한 정보를 전송받아, 스마트폰(120)에서 구동되는 애플리케이션(130)을 통해 실시간으로 유효 운동 횟수 등의 운동 기록이 반영된 운동 상태 정보를 생성하여 영상 등으로 표현하도록 하며, IoT 센서모듈(110)은 운동정지 상태에서 가속도값이 소정 값을 초과하게 되면 시작 신호를 스마트폰(120)으로 전송하여 애플리케이션(130)이 운동 상태 정보와의 연동 화면을 즉시 시작하도록 하고, 이후 가속도값을 이용해 산출되어 전송되는 유효 운동 횟수 등을 반영하여 운동 상태 정보를 생성하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치는, 운동기구(10)의 운동 부분에 모듈 타입으로 부착되되, 운동 부분에 대한 3축(x,y,z축) 방향의 가속도 및 각속도를 각각 감지하는 가속도 센서(111) 및 자이로 센서(112)를 포함하는 IoT 센서모듈(110); 및 IoT 센서모듈(110)에 통신 연결되는 스마트폰(120);을 포함하며, IoT 센서모듈(110)은 가속도 센서(111) 및 자이로 센서(112)에 의해 감지된 가속도값 및 각속도값으로부터 중력 성분이 제거된 선형 가속도값을 산출하고, 이로부터 유효 운동 횟수를 카운트하며, 스마트폰(120)은 가속도값, 각속도값 및 유효 운동 횟수에 관한 정보를 전송받아, 스마트폰(120)에서 구동되는 애플리케이션(130)을 통해 실시간으로 유효 운동 횟수 등의 운동 기록이 반영된 운동 상태 정보를 생성하여 영상 등으로 표현하도록 하며, IoT 센서모듈(110)은 운동정지 상태에서 가속도값이 소정 값을 초과하게 되면 시작 신호를 스마트폰(120)으로 전송하여 애플리케이션(130)이 운동 상태 정보와의 연동 화면을 즉시 시작하도록 하고, 이후 가속도값을 이용해 산출되어 전송되는 유효 운동 횟수 등을 반영하여 운동 상태 정보를 생성하도록 하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치에 관한 것으로서, 운동기구의 운동 부분에 모듈 타입으로 부착되는 IoT 센서를 구비하며 스마트 기기에서 작동되는 운동 지원의 애플리케이션을 통하여 사용자의 운동량 정보를 생성하고 이에 따른 운동 상태 정보를 스마트 기기를 통하여 표현하도록 하되, IoT 센서를 이용한 실내 사이클링의 경우에 BPM을 달리 하는 음악을 제공하여 운동자의 페달링을 가이드하도록 하는, IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치에 관한 것이다.
최근 출시되는 헬스기기들은 자동화되는 추세라 일부 런닝머신(tread-mill)이나 헬스 사이클에 전용 소프트웨어 또는 안드로이드 기반의 솔루션을 탑재하는 경우가 늘고 있다. 이와 같이 헬스기기에 설치되는 솔루션은 해당 헬스기기에서만 작동하는 것으로, 사용자가 수동으로 운동 프로그램을 설정하여야만 사용자로 하여금 설정된 운동 프로그램에 따라 운동을 할 수 있도록 해준다.
종래 기술에 따른 헬스기기는 사용자가 운동 프로그램을 직접 설정하여야 하는 것으로, 운동 기구, 운동 프로그램을 설정하기 위한 버튼 등의 사용자 입력부(미도시), 사용자에 의하여 설정된 운동 프로그램을 표시할 수 있는 스크린(미도시) 등을 포함한다. 그러나 이러한 헬스기기들 각각은 독립적인 개체로서, 헬스기기를 사용하여 운동하는 사용자는 헬스기기를 사용할 때마다 운동 프로그램을 직접 설정해야 하는 불편을 겪고 있다.
이러한 관점에서, 사용자의 운동량과 건강상태를 측정하는 다양한 기술이 개발되고 있으며, 일 예로 공개특허 제10-2013-0106921호가 제안된 바 있다. 이는 사용자가 트레이너의 도움 없이 자신에게 적합한 운동을 할 수 있는 운동 관리 방법 및 이를 위한 장치들 및 시스템의 제공을 통해서, 트레이너 콘솔로부터 사용자 정보를 기초로 구성된 운동 프로그램을 수신하고, 운동 프로그램에 따라 헬스기기가 작동되면 헬스기기를 사용하는 사용자의 현재 건강 상태를 나타내는 상태정보를 상태감지 센서로부터 수신하고, 상태정보를 기초로 사용자의 건강에 이상이 발생하였는지 여부를 판단하게 되는데, 헬스기기에서 운동에 따른 운동 정보를 이용해야 하므로 다양한 운동 종류에 따라 별도의 헬스 기구를 구입해야 하는 부담이 있으며, 실시간으로 현장감과 운동 몰입감을 부여하지 못하기에 운동의 효과가 미비한 단점이 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 운동기구의 작동 부분에 모듈 타입으로 탈부착이 가능한 IoT(Internet of Things) 센서를 이용하여 사용자의 유효 운동 횟수를 정확하고 용이하게 카운팅하며, 스마트 기기에 구비되는 애플리케이션(Application)을 통하여 운동량 정보를 처리하고 사용자의 운동 상태 정보를 영상으로 구현하기 위한 목적이 있다.
또한, 본 발명은 스마트 기기에서 구동되는 애플리케이션을 통해 진행되는 사이클링 운동 과정에서 지루한 페달링 및 라이딩을 개선하고자 하는 다른 목적이 있다
또한, 본 발명은 IoT 센서의 분해능을 향상함으로써 IoT 센서를 이용하여 사용자의 유효 운동 횟수를 보다 정확하고 용이하게 카운팅하기 위한 또 다른 목적이 있다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치는, 운동기구의 운동 부분에 모듈 타입으로 부착되되, 운동 부분에 대한 3축(x,y,z축) 방향의 가속도 및 각속도를 각각 감지하는 가속도 센서, 자이로 센서를 포함하는 IoT 센서모듈; 및 상기 IoT 센서모듈에 통신 연결되는 스마트폰;을 포함하며, 상기 IoT 센서모듈은 상기 가속도 센서 및 상기 자이로 센서에 의해 감지된 가속도값 및 각속도값으로부터 중력 성분이 제거된 선형 가속도값을 산출하고, 이로부터 유효 운동 횟수를 카운트하며, 상기 스마트폰은 상기 가속도값, 상기 각속도값 및 상기 유효 운동 횟수에 관한 정보를 전송받아, 상기 스마트폰에서 구동되는 운동 지원용의 애플리케이션을 통해 실시간으로 유효 운동 횟수 등의 운동 기록이 반영된 운동 상태 정보를 생성하여 영상 등으로 표현하도록 하는 것에 특징이 있다.
특히, 상기 IoT 센서모듈은 운동정지 상태에서 상기 가속도값이 소정 값을 초과하게 되면 시작 신호를 상기 스마트폰으로 전송하여 상기 애플리케이션이 운동 상태 정보와의 연동 화면을 즉시 시작하도록 하고, 이후 상기 가속도값을 이용해 산출되어 전송되는 상기 유효 운동 횟수를 반영하여 상기 운동 상태 정보를 생성하도록 하는 것을 특징으로 한다.
빠른 연동을 위해 일단 IoT 센서모듈로부터 상기 가속도값 및/또는 각속도값(가속도값의 변화 유무 포함) 등을 전송받아 먼저 애플리케이션이 운동 상태 정보와의 연동 화면(즉, 속도, RPM 정보, 애니메이션 화면 정보)을 즉시 나타내도록 하고, 이후 상기 가속도값 및/또는 각속도값을 이용하여 산출되고 전송되는 상기 유효 운동 횟수 등의 운동 기록을 반영하여 운동 상태 정보를 영상으로 생성하도록 한다.
한편, 상기 IoT 센서모듈은 소정 시간동안 상기 가속도값이 소정값 이하이면, 정지 신호를 상기 스마트폰으로 전송하여 상기 애플리케이션이 운동 상태 정보와의 연동 화면을 정지상태로 나타내도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 IoT 센서모듈을 이용한 운동이 사이클링을 포함하는 운동인 경우에, 상기 스마트폰은 BPM(Beats per minute)을 달리 하는 음악을 소정 시간 간격으로 연속적으로 또는 단속적으로 제공하고 상기 영상을 통해 페달링 가이드를 표출하여 운동자의 페달링을 가이드 함으로써, 운동 중에 80 내지 100 rpm의 케이던스(cadence)를 유지하도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 재생되는 상기 음악의 박자에 맞추어 운동자의 상체 움직임을 요구하는 동작 신호를 상기 영상 내에서 표출하도록 하며, 상기 움직임을 감지하는 추가의 센서 신호에 따라 상기 동작 신호에 일치 또는 불일치 하는지를 운동자에게 피드백하도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 IoT 센서모듈은 소정 시간동안 상기 가속도값의 변화가 없으면 음악 정지 신호를 상기 스마트폰으로 전송하여 상기 스마트폰이 상기 음악의 송출을 정지하도록 하며, 이후에 소정 가속도값을 초과하면 재시작 신호를 상기 스마트폰으로 전송하여 상기 음악의 송출을 다시 시작하도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 영상 내에서 구현되는 아바타의 운동 기록은 경쟁 상대로서 이미 운동을 마친 다른 운동자의 운동 기록 및 운동 기록이 반영된 운동 상태 정보를 서버로부터 다운로드하여 이용하도록 함으로써, 운동 시간이 다른 사람들끼리 경쟁을 하면서 운동할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 선형 가속도값에 필터 및 적분기가 적용되어 산출되는 운동 속도 또는 운동 변위는 피크 투 피크 알고리즘에 의한 최대 최소치 분석을 통해 최대치가 검출된 후 최소치가 검출되는 경우에 상기 유효 운동 횟수로 카운트되되, 최대치와 최소치 사이의 중간부에 해당하는 영점 또는 소정의 영점 대역(zero band)을 교차하는 경우에 상기 IoT 센서모듈은 교차 이벤트 신호를 발생하여 상기 스마트폰에 전송하도록 하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 IoT 센서를 이용한 운동의 지원 방법은, IoT 센서 및 IoT 센서에 통신 연결되며 사용자가 소지하고 운동하게 되는 스마트폰 등의 스마트 기기를 이용하여, 사용자의 운동량 정보를 정확하게 생성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 스마트 기기에 구비되는 애플리케이션을 통하여, 운동량 정보를 처리하고 사용자의 운동 상태 정보를 영상 이미지로 구현하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 IoT 센서 및 스마트 기기를 이용한 사이클링 운동 과정에서 BPM(Beats per minute)을 달리 하는 음악을 제공하여 운동자의 페달링을 가이드 함으로써 운동 중에 80 내지 100 rpm의 케이던스(cadence)를 유지하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 구비되는 가속도 센서 및 자이로 센서에 의해 감지된 가속도값 및 각속도값으로부터 중력 성분이 제거된 선형 가속도값을 산출하고 이로부터 유효 운동 횟수를 산출하는 IoT 센서모듈에 있어, IoT 센서모듈의 분해능을 향상함으로써 IoT 센서를 이용하여 사용자의 유효 운동 횟수를 보다 정확하고 용이하게 카운팅하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 그림이다.
도 2는 본 발명에 따른 IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치의 일 실시예를 나타내는 그림이다.
도 3은 본 발명에 따른 IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치를 이용하여 유효 운동 횟수를 카운트하는 과정을 나타내는 그림이다.
도 4는 본 발명에 따른 IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치를 이용하여 유효 운동 횟수를 카운트하는 과정을 나타내는 다른 그림이다.
도 5는 본 발명에 따른 최대 최소치 분석을 통해 유효 운동 횟수를 카운트하는 구성을 설명하기 위한 그림이다.
도 2는 본 발명에 따른 IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치의 일 실시예를 나타내는 그림이다.
도 3은 본 발명에 따른 IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치를 이용하여 유효 운동 횟수를 카운트하는 과정을 나타내는 그림이다.
도 4는 본 발명에 따른 IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치를 이용하여 유효 운동 횟수를 카운트하는 과정을 나타내는 다른 그림이다.
도 5는 본 발명에 따른 최대 최소치 분석을 통해 유효 운동 횟수를 카운트하는 구성을 설명하기 위한 그림이다.
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 IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치에 관한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호로 나타내고 있음에 유의하여야 하며, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 그림이고, 도 2의 (a), (b)는 본 발명에 따른 IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치가 운동기구(a:사이클링 장치, b;스탭퍼)에 적용된 예를 나타내는 그림이며, 도 3 내지 도 4는 본 발명에 따른 IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치를 이용하여 유효 운동 횟수를 카운트하는 과정을 나타내는 그림들이고, 도 5는 본 발명에 따른 IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치를 이용하여 최대 최소치 분석을 통해 유효 운동 횟수를 카운트하는 구성을 설명하기 위한 그림이다.
본 발명의 IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치는, 운동기구(10)의 운동 부분에 모듈 타입으로 부착되되, 운동 부분에 대한 3축(x,y,z축) 방향의 가속도 및 각속도를 각각 감지하는 가속도 센서(111) 및 자이로 센서(112)를 포함하는 IoT 센서모듈(110); 및 IoT 센서모듈(110)에 통신 연결되는 스마트폰(120);을 포함하여 구성된다.
이때, IoT 센서모듈(110)은 가속도 센서(111) 및 자이로 센서(112)에 의해 감지된 가속도값 및 각속도값으로부터 중력 성분이 제거된 선형 가속도값을 산출하고, 이로부터 유효 운동 횟수를 카운트하며, 스마트폰(120)은 가속도값, 각속도값 및 유효 운동 횟수에 관한 정보를 전송받아, 스마트폰(120)에서 작동되는 애플리케이션(130)을 통해 실시간으로 유효 운동 횟수 등의 운동 기록이 반영된 운동 상태 정보를 생성하여 영상 등으로 표현하도록 한다.
특히, 운동정지 상태에서 예를 들어 가속도센서(111)에서 감지되는 가속도값이 소정 값을 초과하게 되면 IoT 센서모듈(110)은 시작 신호를 생성하여 스마트폰(120)으로 전송함으로써, 애플리케이션(130)이 운동 상태 정보와의 연동 화면을 즉시 시작하도록 하고, 이후 가속도값을 이용해 산출되어 전송되는 유효 운동 횟수 등의 운동 기록이 반영된 운동 상태 정보를 생성하도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 소정 시간동안 가속도센서(111)에서 감지되는 가속도값이 소정값 이하이면 IoT 센서모듈(110)은 정지 신호를 생성하여 스마트폰(120)으로 전송함으로써, 애플리케이션(130)이 운동 상태 정보와의 연동 화면을 정지상태로 나타내는 것을 특징으로 한다.
또한, IoT 센서모듈(110)을 이용한 운동이 사이클링을 포함하는 운동인 경우에, 스마트폰(120)은 BPM(Beats per minute)을 달리 하는 음악을 소정 시간 간격으로 연속적으로 또는 단속적으로 제공하고 상기 영상을 통해 페달링 가이드를 표출하여 운동자의 페달링을 가이드 함으로써 운동 중에 80 내지 100 rpm의 케이던스(cadence)를 적절히 유지하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치(100)는 크게는 도 1에 도시된 바와 같이, 운동기구(10)에 부착되는 IoT 센서모듈(110), IoT 센서모듈(110)과 통신 연결되는 스마트폰(120), 스마트폰(120)에 구비되어 작동하는 애플리케이션(130)을 포함하여 구성된다.
먼저 IoT 센서모듈(110)에 대해 설명한다. IoT 센서모듈(110)은 도 2의 (a), (b)에 도시된 바와 같이 반복적으로 왕복운동 또는 원운동을 하는 운동기구(10)의 실질적인 운동 부분(예를 들어 사이클링 장치, 스탭퍼 장치 등에 있어서 바퀴축이나 회전축이 아닌 회전 중심에 소정 범위 벗어난 부분으로, 자전거 또는 스탭퍼의 페달, 아령 등)에 모듈 타입으로 부착 및 탈착이 가능하도록 구비된다.
이렇게 구비되는 IoT 센서모듈(110)은 3축의 가속도 센서(111) 및 자이로 센서(112)를 포함하여 구성되며 운동 부분에 대한 3축(x,y,z축) 방향의 가속도 및 각속도를 각각 감지하도록 한다.
또한, IoT 센서모듈(110)은 지자기 센서(113)를 구비하여 운동 부분에 대한 3축 방향의 지자기값을 감지하도록 할 수 있다.
IoT 센서모듈(110)은 블루투스를 포함하는 유무선 통신으로 스마트폰(120)에 연결되어서, 감지된 가속도값, 각속도값 및 지자기값을 적절히 신호 처리하여 유효 운동 횟수를 카운트하고, 센서에 의해 감지된 가속도값/각속도값/지자기값을 포함하는 정보를 스마트폰(120)에 전달하도록 한다.
상세하게는, IoT 센서모듈(110)은 가속도 센서(111) 및 자이로 센서(112)에 의해 감지된 가속도값 및 각속도값으로부터 중력 성분이 제거된 선형 가속도값(Linear acceleration)을 산출한다.
IoT 센서모듈(110)의 부착 위치가 중력 방향을 기준으로 얼마나 기울어져 있는지를 나타내는 값이 롤(Roll), 피치(Pitch)이며, 롤과 피치를 측정하기 위해 사용하는 센서가 바로 가속도 센서(111)와 자이로 센서(112)이다.
정지상태의 긴 시간의 관점에서 보면 가속도 센서(111)에 의해 계산된 기울어진 각도는 올바른 값을 보여주지만 자이로 센서(112)에서는 시간이 지날수록 틀린 값을 보인다. 반대로, 움직이는 짧은 시간의 관점에서 자이로 센서(112)는 올바른 값을 보이지만 가속도 센서(111)는 기울어진 각도와는 다른 계산값이 나올 수 있다. 따라서 가속도 센서(111)와 자이로 센서(112)를 모두 사용해서 각각의 단점을 보상할 수 있는 알고리즘을 적용해서 롤 또는 피치 값을 계산한다.
중력 성분은 가속도 센서(111)에서 감지된 가속도값 및 자이로 센서(112)에서 감지된 각속도값을 이용해 쿼터니언(Quaternion)으로 변환하여 물체의 자세를 확인하고 이를 바탕으로 기울어진 각도를 추정하여 계산될 수 있다.
자전거, 스탭퍼 등의 운동기구(10)에 부착되는 센서에 의해 감지되는 가속도값에는 중력 성분이 포함되게 되며 중력에 의한 가속도 성분은 사용자의 운동에 의한 가속도와 비교하여 매우 크다 할 것이므로, 사용자의 운동에 따른 정확한 운동량을 산출하기 위해서는 본 발명에서처럼 중력 성분이 제거된 선형 가속도값을 기반으로 운동량을 산출하도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같은 원리에 착안하여, 본 발명에서 일 실시예로서 AHRS 알고리즘으로부터 선형가속도를 구하도록 하였다.
AHRS(Attitude/Heading Reference System)는 보정되지 않은 센서의 순수한 X,Y,Z축 각속도, 가속도 등을 전달받아, 쿼터니언(Quaternion)으로 변환하고, 운동 물체의 정확한 자세각(롤,피치값)을 산출함으로써 중력 성분의 산출이 가능하며, 또한 중력 성분이 제거된 선형 가속도값을 적절히 필터링 및 적분을 수행함으로써 운동 변위 또는 운동 속도를 포함하는 유효 운동 신호들을 생성할 수 있다.
운동 속도는 도 3에 도시된 바와 같이 중력 성분이 제거된 선형 가속도값에 필터 및 적분기를 적용한다. 즉, 선형 가속도값에 LPF(Low Pass Filer), HPF(High Pass Filter), 적분기(Integrator)를 순차적으로 적용하여 운동 속도를 산출한다.
또한 운동 변위는 도 4에 도시된 바와 같이 중력 성분이 제거된 선형 가속도값에 LPF, HPF, 적분기, LPF 및 적분기를 순차적으로 적용하여 산출하게 된다.
HPF는 정적 혹은 느리게 변화하는 뚜렷하지 않은 노이즈를 감소시키고 더 높은 주파수 또는 과도 성분(transient component)을 강조하는 필터이며, LPF는 반대로 고주파수 대역의 노이즈를 걸러내고 저주파수 즉 완만하게 변화하는 신호를 통과시키는 필터이다.
다음으로, 필터 및 적분기가 적용되어 산출된 운동 속도 및/또는 운동 변위는 피크 투 피크(Peak to Peak) 알고리즘에 의한 최대/최소치 분석을 통해 최대치가 검출된 후 최소치가 검출되는 경우에 유효 운동 신호인 운동 횟수로 카운트되게 된다.
IoT 센서모듈(110)을 이용한 운동이 특히 사이클링과 같은 회전 운동의 경우에, 산출된 운동 속도(각속도 포함), 운동 변위(각도, 위치)에 대한 각각의 값은 도 6에 도시된 바와같이 최소/최대값이 있는 sine 파와 같은 형태를 갖는다. 이때 피크(최소, 최대값) 간의 간격을 계산하고, 그 간격 차이가 소정 값 이상인 경우에는 유효한 운동이 발생한 것으로 보아 운동 횟수에 포함시켜 카운트 값을 증가시키는 방식이다.
운동 속도 또는 운동 변위에 대해 최대치가 검출된 후 최소치가 검출되는 경우에 1회의 유효 운동 횟수로 카운트하되, 특히 최대치와 최소치 사이의 중간부에 해당하는 영점 또는 소정의 영점 대역(zero band)을 교차하는 경우, 즉 최대치 검출 후 최소치로 가는 과정 또는 최소치 검출 후 최대치로 가는 과정에서 영점 또는 영염 대역을 교차하는 경우에는 이 값을 중간치로 설정하고, IoT 센서모듈(110)은 교차 이벤트 신호를 발생하여 스마트폰(120)에 전송하도록 함으로써, IoT 센서모듈(110)의 분해능을 개선하여 보다 정밀한 속도, RPM 등을 산출할 수 있도록 한다.
한편, 단순히 IoT 센서모듈(110)에서는 Raw data인 가속도값 및 각속도값을 이용해 선형 가속도값을 구한 후 스마트폰(120)으로 전송하고, 스마트폰(120)에서 필터링 및 적분 등의 절차를 수행하도록 할 수도 있다.
IoT 센서모듈(110)은 센서에 의해 감지된 가속도값/각속도값/지자기값 및 이와 같은 센서 감지값을 이용하여 산출한 유효 운동 횟수를 포함하는 정보를 스마트폰(120)에 전송하게 된다.
또한, IoT 센서모듈(110)은 운동정지 상태에서 센서에서 감지한 가속도값이 소정 값을 초과하게 되면 시작 신호를 생성하여 스마트폰(120)으로 전송함으로써, 애플리케이션(130)이 운동 상태 정보와의 연동 화면을 즉시 시작하도록 한다.
또한, IoT 센서모듈(110)은 소정 시간동안 상기 가속도값이 소정값 이하이면 정지 신호를 생성하여 스마트폰(120)으로 전송함으로써, 애플리케이션(130)이 운동 상태 정보와의 연동 화면을 정지상태로 나타내도록 한다.
또한, IoT 센서모듈(110)은 소정 시간동안 가속도값의 변화가 없으면 음악 정지 신호를 스마트폰(120)으로 전송하여 스마트폰(120)이 음악의 송출을 정지하도록 하며, 이후에 소정 가속도값을 초과하면 재시작 신호를 스마트폰(120)으로 전송하여 음악의 송출을 다시 시작하도록 한다.
다음으로 스마트폰(120)에 대해 설명한다. 스마트폰(120)은 유무선 통신을 통해 연결되는 IoT 센서모듈(110)로부터 센서 감지값 및 선형 가속도값과 유효 운동 횟수를 포함하는 정보를 전송받아, 스마트폰(120) 내에서 작동되는 애플리케이션(130)이 이를 바탕으로 운동 기록을 산출하고 운동 기록을 반영한 운동 상태 정보를 영상으로 생성할 수 있도록 한다.
스마트폰(120)은 IoT 센서모듈(110)로부터 센서 감지값인 가속도값을 전송받게 되는데, IoT 센서모듈(110)의 센서가 운동정지 상태에서 처음 움직이기 시작할 때 예를 들면 센서에 의해 감지된 가속도값이 소정 값(일정 문턱값)을 초과하게 되면 IoT 센서모듈(110)의 시작 신호에 의해 스마트폰(120)은 빠른 연동작용을 위해 먼저 애플리케이션(130)의 운동 상태 정보와 연동하여 갱신을 즉시 시작하도록 하고, 이후 검출되는 센서 신호에 따라 운동 속도 및/또는 운동 변위를 산출하고 유효 운동 횟수를 카운트하도록 한다.
즉, 빠른 연동을 위해 일단 IoT 센서모듈(110)로부터 가속도값 및/또는 각속도값(가속도값의 변화 유무 포함) 등을 전송받아 먼저 애플리케이션(130)이 운동 상태 정보와의 연동 화면(즉, 속도, RPM 정보, 애니메이션 화면 정보)을 즉시 나타내도록 하고, 이후 가속도값 및/또는 각속도값을 이용하여 산출되고 전송되는 유효 운동 횟수 등의 운동 기록을 반영하여 운동 상태 정보를 영상으로 생성하도록 한다.
또한, 스마트폰(120)은 소정 시간동안 가속도값이 소정 값 이하인 경우에 운동이 중지된 상태로 판단하여 애플리케이션(130)이 운동 상태 정보와의 연동 화면을 나타내는 것을 정지하도록 한다.
또한, IoT 센서모듈(110)을 이용한 운동이 사이클링을 포함하는 운동인 경우에, 지루한 라이딩 또는 페달링을 보완하기 위하여 스마트폰(120)은 BPM(Beats per minute)을 달리 하는 음악을 소정 시간 간격으로 연속적으로 또는 단속적으로 제공하고 영상을 통해 페달링 가이드를 표출하여 운동자의 페달링을 가이드 함으로써 운동 중에 80 내지 100 rpm의 케이던스(cadence)를 유지하도록 한다.
케이던스는 1분당 회전수(rpm)를 의미하며, 케이던스가 80 내지 100 rpm의 범위 바람직하게는 페달 구르는 속도를 분당 90회 내외로 유지(1초에 왼발 > 오른발 > 왼발)하도록 하면서 운동을 지속하는 경우 글리코겐 에너지원의 사용량을 줄이고 대신 지방을 소모하도록 함으로써 다이어트 효과와 근육 피로도를 낮추는 효과가 있다.
상기 케이던스 범위를 유지하도록 하기 위해 운동 중에 제공되는 음악 등은 음악의 속도를 표시하는 BPM을 다르게 하여 제공하도록 하는데, 예를 들어 어느 정도 저항력이 있는 상태에서 빠른 속도의 90 내지 110 bpm으로 30초(1곡), 보통 속도의 75 bpm으로 30초(1곡)을 20분간 반복적으로 재생되도록 음악을 준비할 수 있다.
또한, 영상 내에서 재생되는 음악의 박자에 맞춰 운동자의 상체 움직임을 요구하는 표지를 송출하여 운동자의 움직임을 감지하는 별도 센서의 결과에 따라 일치 또는 미일치를 도시하며, 결과를 운동자에게 피드백하여 제공하도록 한다.
스마트폰(120)은 소정 시간동안 가속도값의 변화가 없어서 IoT 센서모듈(110)이 전송한 음악 정지 신호에 따라 음악의 송출을 정지하도록 하며, 이후에 소정 가속도값을 초과하여서 IoT 센서모듈(110)이 전송한 재시작 신호에 따라 음악의 송출을 다시 시작하도록 한다.
다음으로 애플리케이션(130)에 대해 설명한다. 애플리케이션(130)은 스마트폰(120)에 장착되어 실행되되, IoT 센서모듈(110)로부터 스마트폰(120)으로 전송된 유효 운동 횟수를 이용하여 운동 기록으로 산출하고, 이를 반영하여 실시간으로 운동 상태 정보를 생성하고, 스마트폰(120)의 디스플레이부(미도시)에 운동 상태 정보에 관한 영상이 표출되도록 한다.
스트리밍 서버(미도시)에 접속하는 경우 운동자는 자신의 운동기구에 장착된 IoT 센서모듈(110)의 운동 상태 정보를 스마트폰(120)을 경유하여 서버로 보내고, 스트리밍 영상을 송출하는 운동강사의 디스플레이부에 이 운동 상태 정보가 표출되어 운동강사는 여러 운동자의 운동상태를 보면서 운동 강의 프로그램을 진행하게 됨으로써, 스트리밍 서버를 통해 운동자와 운동강사의 소통이 실시간으로 이루어지게 된다.
이때, 실제로 사이클링 등을 수행하는 것과 같은 가상의 자전거 및 주변 환경 등이 함께 애플리케이션(130)에 의해 영상으로 표출될 수 있다.
또한, 애플리케이션(130)은 스트리밍 서버 또는 다운로드 서버에 접속하여 실시간 또는 저장된 상태의 영상을 획득할 수 있게 된다.
또한, 영상 내에서 구현되는 아바타의 운동 기록은 경쟁 상대로서 이미 운동을 마친 다른 운동자의 운동 기록 및 운동 기록을 반영한 운동 상태 정보를 상기 서버로부터 다운로드하여 이용하도록 함으로써, 운동 시간이 다른 사람들끼리 경쟁을 하면서 운동할 수 있도록 한다.
상기한 영상은 운동에 동기를 부여할 수 있는 영상으로서, 운동 속도에 따라 변하는 운동자 상태, 운동기구 및 운동 상태에 따른 거리 및 자연 환경을 포함하고, 카운트 또는 시간 표시, 아이템 수집 게임을 포함하며, 운동 강사의 자세 설명 또는 운동을 독려하는 영상 및 다른 비슷한 운동을 하는 사람들의 영상을 포함할 수 있다.
실시간 스트리밍 영상의 경우, 영상 통화를 통해 음성 등으로 운동에 대한 질문을 할 수 있으며, 반대로 녹화된 자신의 영상을 송출하여 자세 교정에 대한 의견을 구할 수도 있으며, 영상 통화의 경우 임의로 영상이 캡쳐되는 것을 방지하기 위하여 아이디 및 특정 워터마크 등을 부가할 수 있다.
한편, 본 발명은 HMD 기기(미도시)를 추가로 포함하여 구성될 수 있다. HMD 기기는 고글을 포함하는 Head Mounted Display 기기로서, 애플리케이션(130)에 의해 제공되는 콘텐츠 및 관련 정보를 스마트폰(120)으로부터 전달받아 사용자에게 VR 영상으로 출력하여 준다.
따라서, 사용자가 본 장치를 이용하여 사이클링, 스탭핑, 로잉머신 등을 수행할 수 있으며, 이 경우 사용자의 조작하는 운동기구의 움직이는 부분에 장착된 IoT 센서모듈 및 사용자의 손, 발 등에 연결되어 있는 조작 장치에 모듈로 장착되는 IoT 센서모듈(110)로부터 사용자의 유효한 운동 횟수 등을 블루투스 등을 포함하는 유무선 통신을 통해 스마트폰(120)으로 받을 수 있게 된다. 이때, 실제로 사이클링 등을 수행하는 것과 같은 가상의 자전거 및 주변 환경 등이 함께 애플리케이션(130)에 의해 영상으로 HMD 기기에 표출될 수 있다.
또한, 스마트폰(120)은 스마트폰(120)을 소지하여 운동하는 사용자의 동작에 따른 스마트폰(120)의 3축 방향의 가속도 및 각속도를 감지하는 가속도 센서(미도시) 및 자이로 센서(미도시)를 포함하며, 물론 지자기값을 감지하는 지자기 센서(미도시)도 포함할 수 있다.
따라서, 스마트폰(120)은 애플리케이션(130)에 의해 나타내는 영상에서 안내하는 각종 안내 또는 지시 등에 따른 사용자의 동작 등을 스마트폰(120)에 구비되는 가속도 센서 또는 자이로 센서 및 기타 센서 등으로 감지하도록 함으로써, IoT 센서모듈(110)이 운동기구에 장착되고 스마트폰(120)과 HMD 기기가 결합되고 사용자가 HMD 기기를 착용한 상태에서 운동하는지를 판단할 수 있도록 한다.
일 실시예로, 스마트폰(120)은 스마트폰(120)에 구비되는 접촉센서(미도시) 또는 광센서(미도시)의 감지 신호에 따라 HMD 기기와의 결합여부를 판단할 수도 있다.
일 실시예로, 스마트폰(120)은 IoT 센서모듈(110)에 구비되는 가속도 센서 또는 자이로 센서로 감지된 가속도 값을 적분한 운동 속도값 또는 속도값을 적분한 운동 변위 성분에 대해, 필터를 적용하여 소정 주파수의 성분이 소정 시간 이상 출력되면, 사용자가 IoT 센서모듈(110)을 이용하지 않고 운동하는 상태로 판단하여, 이에 따른 IoT 센서모듈(110)를 이용한 운동여부 신호를 생성하고 애플리케이션(130)으로 전달하도록 한다.
또한, 애플리케이션(130)은 HMD 기기에 표출되는 영상을 통한 각종 안내에 따른 사용자의 동작 등을 감지하여 생성되는 사용자의 HMD 기기 착용여부 신호 및 IoT 센서모듈(110) 이용 운동여부 신호를 스마트폰(120)으로부터 전달받아, IoT 센서모듈(110)로부터 스마트폰(120)으로 전송된 유효 운동 횟수에 반영함으로써, HMD 기기를 착용한 상태에서 IoT 센서모듈(110)을 운동기구에 장착하여 운동하는 경우의 운동 횟수에 대해서만 운동 기록으로 산출하게 되므로, 사용자가 HMD 기기를 착용하지 않고도 착용한 상태에서 운동하거나, IoT 센서모듈(110) 만을 무작위로 조작하면서도 IoT 센서모듈(110)을 이용해 운동하고 있는 것과 같이 운동 기록을 조작할 수 있는 여지를 없앨 수 있게 된다.
일 실시예로, 스마트폰(120)은 운동 중에 HMD 기기에 출력되는 이미지에 불규칙하게 나타나는 하나 이상의 소정 영역을 사용자의 시선으로 소정 시간동안 가리키는지를 판단하여, HMD 기기 착용여부 신호를 생성한다.
스마트폰(120)은 사용자의 시선 방향을 감지할 수 있는 별도의 센서를 구비하거나, 애플리케이션(130)은 사용자가 HMD 기기를 착용한 상태에서 소정 영역을 응시하기 위하여 시선을 바꿀 때 스마트폰(120)의 가속도 센서 또는 자이로 센서에 의해 얼굴의 움직임을 감지할 수 있을 정도의 영역을 상기 소정 영역을 지정하도록 한다.
이때, 애플리케이션(130)은 사용자가 시선을 유지해야 하는 상기 소정 시간동안 상기 소정 영역의 주변, 예컨대 HMD 기기의 초점 영역 등에 광고 또는 안내를 나타낼 수 있도록 한다
일 실시예로, 애플리케이션(130)은 HMD 기기를 착용하지 않은 상태에서는 응답할 수 없는 질문 및 대답을 포함하는 글자나 모양이 3차원 효과를 통해 입체적으로 배치되도록 HMD 기기로 출력함으로써, 사용자가 HMD 기기를 착용하지 않으면 질문 및 대답을 찾을 수 없도록 하여 이후의 운동이 상기 운동 기록에 포함되지 않도록 한다.
일 실시예로, 스마트폰(120)에 의해 HMD 기기를 착용한 상태에서 운동중에 사용자의 시선 방향이 바뀐 것으로 판단되면, 애플리케이션(130)은 새로운 질문 및 대답을 생성하여 HMD 기기로 출력함으로써, 사용자가 HMD 기기를 착용하지 않으면 대답을 찾을 수 없어서 이후의 운동이 상기 운동 기록에 포함되지 않도록 한다.
일 실시예로, 스마트폰(120)은 사용자가 착용하는 HMD 기기의 종류에 따라 가능한 소정의 동작 또는 HMD 기기를 착용하지 않은 상태에서는 따라하기 어려운 동작을 포함하는 준비 동작을 수행하였는지를 판단하고, 후속하여 이루어지는 운동이 사용자가 HMD 기기를 착용한 상태에서 운동하는 것인지 판단한다.
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 : IoT 센서모듈
111 : 가속도 센서
112 : 자이로 센서
113 : 지자기 센서
120 : 스마트폰
130 : 애플리케이션
111 : 가속도 센서
112 : 자이로 센서
113 : 지자기 센서
120 : 스마트폰
130 : 애플리케이션
Claims (7)
- IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치에 있어서,
운동기구(10)의 운동 부분에 모듈 타입으로 부착되되, 상기 운동 부분에 대한 3축(x,y,z축) 방향의 가속도 및 각속도를 각각 감지하는 가속도 센서(111) 및 자이로 센서(112)를 포함하는 IoT 센서모듈(110); 및
상기 IoT 센서모듈(110)에 통신 연결되는 스마트폰(120);을 포함하며,
상기 IoT 센서모듈(110)은 상기 가속도 센서(111) 및 상기 자이로 센서(112)에 의해 감지된 가속도값 및 각속도값으로부터 중력 성분이 제거된 선형 가속도값을 산출하고, 이로부터 유효 운동 횟수를 카운트하며,
상기 스마트폰(120)은 상기 가속도값, 상기 각속도값 및 상기 유효 운동 횟수에 관한 정보를 전송받아, 상기 스마트폰(120)에서 구동되는 애플리케이션(130)을 통해 실시간으로 유효 운동 횟수 등의 운동 기록이 반영된 운동 상태 정보를 생성하여 영상 등으로 표현하도록 하며,
상기 IoT 센서모듈(110)은 운동정지 상태에서 상기 가속도값이 소정 값을 초과하게 되면 시작 신호를 상기 스마트폰(120)으로 전송하여 상기 애플리케이션(130)이 운동 상태 정보와의 연동 화면을 즉시 시작하도록 하고, 이후 상기 가속도값을 이용해 산출되어 전송되는 상기 유효 운동 횟수 등을 반영하여 상기 운동 상태 정보를 생성하도록 하는 것을 특징으로 하는, IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치.
- IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치에 있어서,
운동기구(10)의 운동 부분에 모듈 타입으로 부착되되, 상기 운동 부분에 대한 3축(x,y,z축) 방향의 가속도 및 각속도를 각각 감지하는 가속도 센서(111) 및 자이로 센서(112)를 포함하는 IoT 센서모듈(110); 및
상기 IoT 센서모듈(110)에 통신 연결되는 스마트폰(120);을 포함하며,
상기 IoT 센서모듈(110)은 상기 가속도 센서(111) 및 상기 자이로 센서(112)에 의해 감지된 가속도값 및 각속도값으로부터 중력 성분이 제거된 선형 가속도값을 산출하고, 이로부터 유효 운동 횟수를 카운트하며,
상기 스마트폰(120)은 상기 가속도값, 상기 각속도값 및 상기 유효 운동 횟수에 관한 정보를 전송받아, 상기 스마트폰(120)에서 구동되는 애플리케이션(130)을 통해 실시간으로 유효 운동 횟수 등의 운동 기록이 반영된 운동 상태 정보를 생성하여 영상 등으로 표현하도록 하며,
상기 IoT 센서모듈(110)은 소정 시간동안 상기 가속도값이 소정값 이하이면 정지 신호를 상기 스마트폰(120)으로 전송하여 상기 애플리케이션(130)이 운동 상태 정보와의 연동 화면을 정지상태로 나타내도록 하는 것을 특징으로 하는, IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치.
- 청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 IoT 센서모듈(110)을 이용한 운동이 사이클링을 포함하는 운동인 경우에, 상기 스마트폰(120)은 BPM(Beats per minute)을 달리 하는 음악을 소정 시간 간격으로 연속적으로 또는 단속적으로 제공하고 상기 영상을 통해 페달링 가이드를 표출하여 운동자의 페달링을 가이드 함으로써, 운동 중에 80 내지 100 rpm의 케이던스(cadence)를 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는, IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치.
- 청구항 3에 있어서,
재생되는 상기 음악의 박자에 맞추어 운동자의 상체 움직임을 요구하는 동작 신호를 상기 영상 내에서 표출하도록 하며, 상기 움직임을 감지하는 센서 신호에 따라 상기 동작 신호에 일치 또는 불일치 하는지를 운동자에게 피드백하도록 하는 것을 특징으로 하는, IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치.
- 청구항 3에 있어서,
상기 IoT 센서모듈(110)은 소정 시간동안 상기 가속도값의 변화가 없으면 정지 신호를 상기 스마트폰(120)으로 전송하여 상기 스마트폰(120)이 상기 음악의 송출을 정지하도록 하며, 이후에 소정 가속도값을 초과하면 재시작 신호를 상기 스마트폰(120)으로 전송하여 상기 음악의 송출을 다시 시작하도록 하는 것을 특징으로 하는, IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 영상 내에서 구현되는 아바타의 운동 기록은 경쟁 상대로서 이미 운동을 마친 다른 운동자의 운동 기록 및 운동 기록이 반영된 운동 상태 정보를 서버로부터 다운로드하여 이용하도록 함으로써, 운동 시간이 다른 사람들끼리 경쟁을 하면서 운동할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는, IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 선형 가속도값에 필터 및 적분기가 적용되어 산출되는 운동 속도 또는 운동 변위는 피크 투 피크 알고리즘에 의한 최대 최소치 분석을 통해 최대치가 검출된 후 최소치가 검출되는 경우에 상기 유효 운동 횟수로 카운트하되, 최대치와 최소치 사이의 중간부에 해당하는 영점 또는 소정의 영점 대역(zero band)을 교차하는 경우에 상기 IoT 센서모듈(110)은 교차 이벤트 신호를 발생하여 상기 스마트폰(120)에 전송하도록 하는 것을 특징으로 하는, IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190154065A KR20210066046A (ko) | 2019-11-27 | 2019-11-27 | IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190154065A KR20210066046A (ko) | 2019-11-27 | 2019-11-27 | IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210066046A true KR20210066046A (ko) | 2021-06-07 |
Family
ID=76374142
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020190154065A KR20210066046A (ko) | 2019-11-27 | 2019-11-27 | IoT 센서를 이용한 운동 지원 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20210066046A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102450736B1 (ko) * | 2021-11-03 | 2022-10-05 | 이영규 | 메타버스를 이용하는 셀프 트레이닝 서비스 시스템 |
-
2019
- 2019-11-27 KR KR1020190154065A patent/KR20210066046A/ko not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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