KR20210084855A - 인체부착용 생체정보 검출기 및 이를 이용한 운동 장치와 방법 - Google Patents

인체부착용 생체정보 검출기 및 이를 이용한 운동 장치와 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인체부착용 생체정보 검출기 및 이를 이용한 운동 장치와 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부기기와 무선으로 신호를 송수신하고 움직임을 측정하는 본체부와 인체에 접촉되어 근전도를 검출하는 센서 전극이 구비된 패치부간 신호가 안정적으로 전달될 수 있도록 하는 인체부착용 생체정보 검출기와, 이로부터 획득된 움직임신호와 근전도신호로 구성된 생체정보와 운동기구의 구동정보를 이용하여 사용자 체감형 피드백 서비스가 가능하도록 하여 최적의 운동이 이루어지도록 하는 인체부착용 생체정보 검출기 및 이를 이용한 운동 장치와 방법에 관한 것이다.

Description

인체부착용 생체정보 검출기 및 이를 이용한 운동 장치와 방법{Body Attachment Biometric Information Detector and Exercise Device and Method Using the Same}
본 발명은 인체부착용 생체정보 검출기 및 이를 이용한 운동 장치와 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부기기와 무선으로 신호를 송수신하고 움직임을 측정하는 본체부와 인체에 접촉되어 근전도를 검출하는 센서 전극이 구비된 패치부간 신호가 안정적으로 전달될 수 있도록 하는 인체부착용 생체정보 검출기와, 이로부터 획득된 움직임신호와 근전도신호로 구성된 생체정보와 운동기구의 구동정보를 이용하여 사용자 체감형 피드백 서비스가 가능하도록 하여 최적의 운동이 이루어지도록 하는 인체부착용 생체정보 검출기 및 이를 이용한 운동 장치와 방법에 관한 것이다.
최근 고령화사회 진입과 함께 직업과 생활패턴의 변화로 운동부족현상이 나타나고 있으며, 이로 인하여 비만, 만성질환, 관절기능 저하, 척추질환 및 근감소증 등이 초래되었다.
또한, 운동부족으로 근육의 기능이 소실되면 혈액과 수분이 몸통으로 집중돼 몸통의 장기에 과부하가 발생하며, 그에 따라 혈관, 내장기관, 면역세포 등의 기능이 크게 약화되고, 이로 인해 요로감염, 폐렴, 심부전 등에 이은 패혈증으로 사망할 수도 있다.
그리고 노화과정의 근감소증은 낙상(fall)의 중요한 요인으로 작용하고, 낙상으로 인하여 상해 발생이 증가함과 아울러 의존적인 생활을 유발함으로써 고령자들의 독립적인 생활 유지가 어렵게 된다.
아울러 부상 경험이 있는 고령자는 건강한 고령자에 비해 낙상의 불안감으로 인한 신체 활동량이 저하되고, 이러한 신체활동량 저하로 하지의 근력이 유의하게 저하되며, 이러한 근력의 저하와 관절 가동범위의 상실은 기능적인 독립능력의 상실을 유발하여 추락과 낙상의 위험을 더욱 증가시키는 악순환이 되풀이 되었다.
따라서 근기능을 향상시키려는 다양한 방면의 프로그램들이 요구되고 있는 실정이며, 근기능 향상을 위해서는 사용자에게 적합한 강도와 시간으로 운동을 수행하도록 하는 운동처방이 요구된다.
이러한 운동처방을 일반적으로는 트레이너를 통해서 받고 있으나, 이는 트레이너의 주관에 의지하는 것이어서 정확한 운동처방을 기대하기는 힘들다.
즉, 운동처방이란 개인의 생리적, 체력적 결과를 토대로 개인에게 가장 적합한 운동량과 운동시간, 운동강도를 제시하는 스포츠 의학분야의 전문적인 영역이지만, 최근 건강에 대한 인식이 바뀌면서 운동처방이 각광을 받게되었고, 많은 고객이 긍정적인 인식을 하게 되었으나, 트레이너에 의한 운동처방은 주관적인 관점에서 이루어질 수 밖에 없으므로 개인별로 인체 특성이 다른 사용자들이 자식에게 맞는 체계적인 운동처방을 받지 못하고 획일화된 운동처방을 받게 되면서 오히려 역효과를 유발할 수 밖에 없었던 것이다.
이에 따라 사용자에게 보다 적합한 운동처방이 이루어지도록 하기 위해서는 운동처방 전에 문진검사, 체격검사, 의학검사, 운동부하검사 등을 수행하여야만 한다.
그러나, 상기와 같은 검사 방법들로는 사용자의 정확한 신체 정보를 파악하기 어렵고, 주관적인 사항이 많이 들어갈 수 밖에 없으며, 특히 일반 헬스장이나 보건소 같은 곳에서는 상기와 같은 검사 방법들을 정밀하게 실시하지 못하는 문제점이 있었다
또한, 이와 같이 정확하지 않은 검사로 인하여 또는 자기자신의 신체상태를 정확하게 파악하지 못하여 과도한 운동을 할 경우에는 체내 유해 산소 생성으로 조직 손상, 노화 촉진, 각종 질병 유발은 물론, 부상 위험 상승, 면역력 저하, 피로 골절 발생(운동 스트레스로 피로해진 근육에 염증이 생겼을 때, 운동을 강행하면 근육이 탄력성을 잃어 충격을 흡수하지 못하고 그 충격이 뼈로 전달되어 뼈에 미세한 실금이 가는 현상) 등의 문제가 있고, 이를 그대로 방치하면 골절 부위가 벌어져 뼈가 붙지 않는 상황이 발생하게 되는 것이다.
아울러, 운동이 성인병의 예방 및 치료, 체력 강화를 통한 건강증진 등의 효과가 있다 할지라도 운동에는 항상 어느 정도의 위험이 따르며, 어떤 경우에는 오히려 건강을 악화시킬 수도 있기 때문에 주의 깊게 실시되어야 하지만, 종래에는 개인의 건강상태, 체력수준, 연령, 운동 목적 등에 부합되는 운동 유형의 선택, 운동의 질과 양의 산출 등을 비롯한 과학적 운동프로그램의 관리가 체계적으로 이루어지지 못하였던 것이다.
공개특허 10-2016-0141051
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 외부기기와 무선으로 신호를 송수신하고 사용자의 움직임을 측정하는 본체부와 피부에 부착하여 근전도를 측정하는 패치부를 탈착가능하도록 하면서, 상기 패치부에 구비된 센서 전극이 신체굴곡 또는 움직임으로 인한 흔들림 등이 발생하더라도 본체부와 접속불량이 발생하지 않도록 하여, 피부에 부착한 상태로 운동시에도 신호가 안정적으로 전달될 수 있도록 한 인체부착용 생체정보 검출기를 제공하는 데 있다.
그리고 본 발명의 다른 목적은 상기한 인체부착용 생체정보 검출기로부터 획득된 근전도신호와 움직임신호로 구성된 생체정보 및 운동기구의 구동정보를 이용하여 최적의 운동이 이루어질 수 있도록 안내하거나 운동기구의 동작을 제어하는 운동 장치를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 피부에 점착되는 점착밴드, 상기 점착밴드를 관통하는 복수개의 스프링 타입의 센서 전극, 상기 센서 전극의 피부방향 전방에 구비되는 패치타입 전도성부재를 포함하여 구성되는 패치부; 상기 센서 전극이 삽입되어 접속되는 접속금구가 구비되고 외부기기와 송/수신을 위한 통신모듈을 포함한 전기소자가 내부에 구비된 본체부; 상기 본체부와 패치부에 각각 대응되게 구비되는 탈착수단; 을 포함하여 구성되는 인체부착용 생체정보 검출기에 있다.
상기 인체부착용 생체정보 검출기의 본체부에는 사용자의 움직임을 측정하기 위한 6축 또는 9축의 자이로센서로 이루어진 움직임 검출 센서가 더 구비된다.
본 발명의 다른 특징은 근전도신호 및 움직임신호를 획득하는 인체부착용 생체정보 검출기; 운동기구의 구동횟수와 구동속도 등의 동작감지 신호와 부하량 신호를 포함한 구동정보를 검출하는 구동정보 검출수단과, 외부와 통신을 위한 통신모듈 및 각종 정보를 출력하는 디스플레이와 정보를 입력하는 입력수단을 포함하여 구성되고 상기 인체부착용 생체정보 검출기와 연동되어 구동정보 및 생체정보를 해당 사용자 정보와 매칭시켜 전송하는 운동기구 단말기가 구비된 운동기구; 상기 운동기구로부터 전송된 구동정보 및 생체정보를 사용자별로 기록하고, 이를 기준으로 해당 사용자에게 최적의 운동이 이루어질 수 있도록 운동의 종류와 방법, 강도, 횟수를 포함한 운동 스케쥴링을 생성하고, 진행된 운동이 해당 사용자에게 적합한지 여부를 분석하는 운동분석기;를 포함하여 구성되는 운동 장치 및 이를 이용한 운동방법을 제공하는 데 있다.
상기 운동장치는 사용자가 구비하는 사용자 스마트 단말기를 더 구비하여 운동분석기의 운동스케쥴링 및 운동 분석 결과를 운동분석기로부터 사용자 스마트 단말기로 전송한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 생체정보 검출기가 굴곡이 있는 인체에 견고하고 긴밀하게 부착되고 활동중에도 인체로부터 분리되지 않으며, 활동으로 인한 흔들림이 발생되더라도 스프링을 포함한 전극에 의하여 측정된 근전도신호가 안정적으로 본체부로 전송되어 사용자의 생체정보를 정확하고 안정적으로 측정할 수 있게 된다.
또한, 탈착수단에 의하여 패치부와 본체부가 분리가능하므로 패치부의 접착력이 약화될 경우 패치부만 교체하여 사용이 가능하고, 탈착수단부분에서만 본체부와 패치부가 결합되어 결합면적이 줄어듦으로써 굴곡이 있는 인체에 패치부를 부착하더라도 결합부분만 평평함이 확보되면 되기 때문에 패치부와 본체부의 결합상태가 유지되는 효과가 있다.
아울러, 사용자의 현재 신체상황과 운동정보를 정확하게 파악하고, 그에 따라 과학적이고 체계적인 운동을 수행할 수 있게 되어, 운동으로 인하여 건강을 해치는 일이 발생하지 않고 건강을 개선할 수 있는 효과가 있으며, 해당 사용자의 운동이력과 생체정보의 변화가 기록되고 이를 언제 어디서든 확인할 수 있어 체계적이고 효율적인 운동관리가 이루어질 수 있는 효과가 있다.
또한, 사용자의 정보가 유/무선 인터넷을 통하여 접속가능한 통합 플랫폼에 기록되어 원격지의 전문가가 해당 사용자에게 적합한 운동처방을 내릴 수 있게 되므로 보다 효율적이고 정확한 건강개선 효과를 얻을 수 있다.
특히, 운동기능의 향상이 요구되는 운동취약계층(고령자, 근약자) 및 일반인들에게 과학적·체계적으로 쉽게 접근할 수 있는 플랫폼을 제공하여 사회병리적 문제를 해결하고 운동 분석 및 적합도 분석, 트레이닝 정보 등의 제공으로 사용자의 근기능 평가와 근기능 강화 운동프로그램으로의 활용가치를 증대시키며, 각종 스포츠관련 기관이나 재활훈련 기관, 요양 의료기관 등에서 근기능 개선을 위한 서비스 플랫폼으로 활용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은
이하 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 인체부착용 생체정보 검출기(100)는, 도 1 내지 도 3에 나타내는 바와 같이 일면 전부 또는 일부에 인체용 점착제(112a)가 도포되어 피부에 점착되는 점착밴드(112), 상기 점착밴드(112)를 관통하는 복수개의 스프링 타입의 센서 전극(114), 상기 센서 전극(114)의 피부방향 전방에 구비되는 패치타입 전도성부재(116)를 포함하여 구성되는 패치부(110); 상기 센서 전극(114)이 삽입되어 접속되는 접속금구(124)가 구비되고 외부기기와 송/수신을 위한 통신모듈(미도시)을 포함한 전기소자가 내부에 구비된 본체부(120); 상기 본체부(120)와 패치부(110)에 각각 대응되게 구비되는 탈착수단(130); 을 포함하여 구성된다.
상기에서 점착밴드(112)는 연성이 뛰어나고 자체 점착성을 갖는 하이드로 콜로이드를 사용하므로 피부표면이 신축/이완되더라도 접착력을 유지할 수 있다. 또한 신체부착력을 높이기 위하여 인체에 무해한 점착제(112a)를 더 도포하여 인체피부 등에 반복적으로 탈부착하여 사용할 수 있도록 한다.
상기 센서 전극(114)은 도 4에 나타내는 바와 같이 피부로부터 신호를 획득하는 리드단자(114a), 상기 리드단자(114a) 후방에 구비된 전도성소재로 구성된 스프링(114b), 상기 리드단자(114a)와 스프링(114b)이 내부에 구비되는 전도성소재로 이루어진 하우징(114c)을 포함하여 구성되고, 상기 하우징(114c)은 길이가 가변되도록 다단으로 분리형성하거나 벨로우즈 형태로 형성하여(본 발명의 실시예에서는 벨로우즈 형태로 형성함) 인체의 굴곡면에 부착시 상기 하우징(114c)의 길이가 가변되면서 전기적 신호가 안정적으로 전달된다.
또한, 상기 하우징(114c)은 접속금구측 종단을 구형으로 형성하여 하우징(114c)의 도중이 다소 기울어지더라도 접속금구(124)와 하우징(114c)간 접촉은 계속해서 안정적으로 유지될 수 있도록 한다.
전도성부재(116)는 전도성 하이드로-겔을 사용하며, 본 발명에서는 두께 2mm이하, 저항 10㏀*cm를 갖는다. 특히 본 발명은 별도의 측정용 젤을 사용하지 않으므로 이를 보완하기 위하여 상기 전도성부재(116)로 수분을 많이 포함하면서 전도성이 있는 하이드로 겔을 사용한다.
상기 탈착수단(130)은 자석, 한 쌍의 체결돌기와 체결홈, 스냅버튼, 매직테이프를 포함한 공지의 탈착수단 중에서 택일하여 사용하며, 본 발명의 실시예에서는 자석을 사용한다.
한편, 상기 인체부착용 생체정보 검출기(100)는 움직임 신호를 파악하기 위하여 6축 또는 9축 가속도센서로 이루어진 움직임 검출 센서가 더 구비된다.
그리고 상기 인체부착용 생체정보 검출기(100)는 블루투스 등의 무선통신을 통해서 신호를 송수신하고, 사용자 체감형 경험을 제공하기 위해 LED소자를 구비하여 근전도(EMG)신호에 따라 사용 근육의 상태 즉, 근력과 근피로도 등을 실시간으로 표시해준다.
본 발명에 따른 운동장치는, 도 5에 나타내는 바와 같이 근전도신호 및 움직임신호를 포함한 생체정보를 획득하는 상기 인체부착용 생체정보 검출기(100); 운동기구의 구동횟수와 구동속도 등의 동작감지 신호와 부하량 신호를 포함한 구동정보를 검출하는 구동정보 검출수단과, 외부와 통신을 위한 통신모듈 및 각종 정보를 출력하는 디스플레이와 정보를 입력하는 입력수단을 포함하여 구성되고 상기 인체부착용 생체정보 검출기(100)와 연동되어 구동정보 및 생체정보를 해당 사용자 정보와 매칭시켜 전송하는 운동기구 단말기(210)가 구비된 운동기구(200); 상기 운동기구 단말기(210)로부터 전송된 구동정보 및 생체정보를 사용자별로 기록하고, 이를 기준으로 해당 사용자에게 최적의 운동이 이루어질 수 있도록 운동의 종류와 방법, 강도, 횟수를 포함한 운동 스케쥴링을 생성하고, 진행된 운동이 해당 사용자에게 적합한지 여부를 분석하여 운동기구 단말기(210)로 전송해주는 운동분석기(300);로 구성된다.
상기 인체부착용 생체정보 검출기(100)는 인체에 부착되어 근전도신호 및 움직임 신호를 검출하므로, 사용자가 실시하고자 하는 목표 운동의 주동근 중 가장 큰 신호가 측정될 수 있는 부분에 하나 이상 부착되는데, 인체부착용 생체정보 검출기(100)를 2개 이상 사용하는 경우 신체의 좌우 밸런스를 파악할 수 있는 위치 예를 들면 양팔의 대칭되는 위치 또는 양 다리의 대칭되는 위치에 부착하고, 또한 동일한 목표 운동동작에서도 관절의 축이동 범위에 따른 주동근 변이를 고려한 위치에 복수개 부착한다.
이러한 부착위치는 다수의 운동 동작별로 운동분석기에 그 위치가 미리 설정되어 기록되고, 사용자가 실행하고자 하는 목표 운동을 운동기구 단말기(210)를 통해서 전송하면, 그에 따라 운동분석기(300)에서 해당 인체부착용 생체정보 검출기의 부착위치를 자체 데이터베이스에서 검색하여 운동기구 단말기(210) 또는 사용자 스마트 단말기(400)로 전송하여 사용자가 확인할 수 있도록 한다.
한편, 상기 생체정보 검출기(100)에는 움직임 신호를 파악하기 위한 6축 또는 9축 가속도센서로 이루어진 움직임 검출 센서가 더 구비되는데, 상기 움직임 검출 센서는 바람직하게 사용자 움직임을 정밀하게 측정하기 위하여 9축 센서 즉, 3D 가속도, 자이로스코프, 지자계를 원칩(One-chip)으로 한것을 사용하며, 가속도는 움직임의 속도(운동의 템포)를 측정하고, 자이로스코프는 사용자 또는 운동기구 회전체의 종단에서 회전각의 변화량(운동의 정확도)을 측정하므로, 운동의 템포와 정확도를 동시에 측정할 수 있는 위치에 부착되며, 필요한 경우 지자계측정값을 사용한다.
이러한 인체부착용 생체정보 검출기(100)의 인체부착 예로, 도 6에 나타내는 레그프레스의 경우 발 위치에 따른 주동근이 달라지므로, 즉 도 7에서 [STANDARD]는 전체적인 하지근력을 향상시키는데 최적의 운동이고, [WIDE STANCE]는 내전근(Adductor)과 내측광근(Vastus medialis)에 촛점을 둔 운동이며, [NARROW STANCE]는 내전근(Adductor)과 외측광근(Vastus lateralis)에 촛점을 둔 운동이고, [HIGH FOOT PLACEMENT]은 대둔근(Gluteus Maximus)과 햄스트링근(Hamstring)에 촛점을 둔 운동이며, [LOW FOOT PLACEMENT] 대퇴부사두근(Quadriceps Femoris)에 촛점을 둔 운동이므로, 이에 대응되는 위치 즉 도면상 붉은색으로 표시된 부분에 부착하여 근전도신호를 검출하고, 관절의 변화량이나 방향을 측정할 수 있는 위치 예를 들어 레그프레스에서는 양 발에 부착하여 움직임 신호를 검출한다.
상기 구동정보 검출수단은 적외선센서, 엔코더, 중량계, 상기 움직임 검출 센서(6축 또는 9축 가속도 센서) 등으로 구성되며, 상기 인체부착용 생체정보 검출기(100)가 구동정보 검출수단으로 사용될 수도 있다.
상기 적외선센서(220)는 운동기구(200)의 움직이는 부분 부근에 구비되어 상기 움직이는 부분의 시작과 끝위치를 검출하는데, 그 예로 웨이트 기구에서 무게추의 승하강위치에 구비되어 그 움직임을 감지함으로써, 운동(RM기준)의 시작(Start)과 끝(Stop)을 확인하는데, 각 운동기구별 특성을 반영하여 무게추의 움직임 감지 범위를 설정한다.
엔코더는 구동모터를 포함한 회전부분에 구비되어 회전수, 회전속도, 부하 등을 감지한다.
중량계(230)는 무게추의 중량 즉, 부하량을 감지한다.
이러한 구동정보 검출수단의 예로 도 8에 나타내는 바와 같이 적외선 센서(220)와 중량계(230)가 운동기구(200)에 구비된다.
도면 중 미설명부호 240은 무게추이며, 250 및 260은 충격완화장치를 나타낸다.
상기 운동기구 단말기(210)는 터치패널을 사용하는데, 상기 터치패널은 입력수단과 출력수단 및 통신모듈의 역할을 모두 수행한다.
한편, 상기 운동장치에는 사용자 인식 태그(미도시)가 더구비되고, 상기 운동장치를 구성하는 운동기구(200)에는 상기 사용자 인식 태그를 인식하여 그에 해당하는 신호를 출력하는 태그리더(미도시)가 구비된다.
또한 상기 운동장치에는 사용자가 구비하고 해당 사용자별 인적사항을 포함하는 사용자 정보와 운동처방정보, 생체정보 측정기의 측정정보를 포함한 정보가 자체 기록되거나 운동분석기와 연동되어 다운로드되고, 상기 운동기구(200)의 운동기구 단말기(210)와 정보를 송수신하는 사용자 스마트 단말기(400)가 더 구비된다.
이하 상기 운동장치의 동작을 살펴본다.
우선, 사용자는 초기 운동분석기(300)에 구비된 입력수단 또는 운동기구(200)에 구비된 운동기구 단말기(210) 또는 사용자 스마트 단말기(400)를 통하여 사용자 정보 즉, 사용자의 아이디와 비밀번호, 이름, 생년월일, 성별 등의 인적사항과, 신장, 체중 등의 신체지수 및 운동목적과 운동목표를 입력한다.
이와 같이 입력된 사용자 정보는 운동분석기(300)의 데이터베이스에 사용자별로 기록되어 관리되며 상기 운동분석기(300)에서 입력된 정보를 기초로 해당 사용자에게 최적의 운동스케줄링 즉, 사용자 정보에 따라 수행해야할 목표운동의 종류와 방법, 강도, 횟수 등을 시간순으로 생성한다.
이후 해당 사용자별 아이디와 비밀번호 등 사용자 정보를 인식태그 또는 운동기구 단말기 또는 사용자 스마트 단말기로 입력하면, 입력된 사용자 정보는 운동분석기로 전송되고, 운동분석기에서 인증처리를 수행한 후 해당 사용자에 따라 설정되어 기록된 운동스케줄링에 따라 해당 사용자가 현재 수행하여야할 운동의 종류와 강도, 방법, 횟수 등의 목표운동 정보를 사용자 스마트 단말기 또는 운동기구 단말기로 출력해준다.
이와 같이 사용자 인증 후 운동분석기로부터 제시된 목표운동정보에 따라 사용자가 운동을 수행할 수도 있으나, 이외에 사용자가 수행하고자 하는 별도의 목표운동정보를 직접 입력하여 수행할 수도 있다.
그리고, 상기와 같이 사용자가 수행할 목표운동정보에 따라 운동분석기는 해당 운동기구 또는 운동종목에 따른 운동근육과 운동의 움직임을 미리 연산하여 인체부착용 생체정보 검출기의 부착위치를 사용자 스마트 단말기 또는 운동기구 단말기로 출력해주고, 사용자는 제시된 위치를 보면서 인체부착용 생체정보 검출기를 부착 후 운동기구를 통해서 해당 목표운동을 수행하게 된다.
이때 상기 인체부착용 생체정보 검출기의 부착위치는 운동별로 미리 설정되어 운동분석기의 데이터베이스에 기록될 수도 있고, 이 경우 상기 운동분석기는 별도의 연산과정없이 데이터베이스에 기록된 인체부착용 생체정보 검출기의 부착위치를 데이터베이스로부터 읽어와서 출력한다.
이에 따라 도 9에 나타내는 바와 같이 운동 중인 사용자 생체정보(근전도( EMG)신호 및 움직임 신호(6-Axis, Gyroscope)) 및 운동기구의 구동정보(IR동작감지신호 및 부하량)가 검출되고, 검출된 생체정보와 구동정보를 운동분석기는 해당 사용자별로 기록하고, 이에 따라 운동 분석지표를 생성하고, 생성된 운동분석지표에 따라 사용자가 수행한 운동을 분석하며, 새로운 운동 스케줄링을 생성하여 사용자 스마트 단말기 및 운동기구 단말기로 전송해준다.
상기 운동 분석지표로는, ① 운동의 타이밍(개별 운동단위 횟수 기준), ② 운동의 부하량(SET 기준), ③ 운동의 템포 변화(개별 운동단위 횟수 기준), ④ 동작의 정확도, ⑤ 주동근 활성화 정도, ⑥ 근피로도 정도(추정)가 있으며, 이는 상기 인체부착용 생체정보 검출기 및 구동정보 검출수단으로부터 출력된 값을 기준으로 연산한다.
상기에서, 운동(횟수기준)의 타이밍은 운동의 한 주기 또는 횟수 기준 소요시간을 말하는 것으로, 통상 운동의 한 동작을 여러번 반복하여 1세트가 될 경우, 운동을 1번할 경우 소요시간을 측정하여 최종 1세트의 소요시간을 연산하고, 그 예로써, 웨이트 운동에서 1번 운동에 소요되는 시간은 운동기구의 무게추가 올라가는 시점(Start)과 떨어져서 정지하는 시점(Stop)을 IR센서로 감지하여 그 시간을 측정한다.
그리고, 운동(SET기준) 부하량 변화는 여러번 반복하여 구성된 각 SET간의 부하량 변화를 측정하는 것으로, 통상적으로 근력운동의 효율성을 위해 사용자는 각 SET간 중량을 조절하게 되며, 이는 사용자의 근피로도 정도에 따라 달라지게 되므로, 각 SET간 무게추 중량변화를 측정한 것이다.
운동(횟수기준) 템포 변화는 운동을 1번 수행하는 속도의 변화량을 측정한 것으로, 각 목표운동을 1번 수행함에 있어 표준화된 운동 템포와 비교하는 절대적 템포 비교치를 산출하거나, 매번 운도 수행시마다 템포 변화정도(상대적 템포)를 산출하는 것으로, 이러한 템포 변화는 X,Y,Z축의 가속도계로 측정한다.
동작의 정확도/밸런스는 목표 운동의 동작에서 운동기구 회전체의 변화량(6축센서의 각속도) 및 변화템포(6축센서의 각가속도)를 측정하고, 이를 표준화된 운동 모형과의 편차와 좌우밸런스의 차이의 비교를 통한 운동동작의 정확도를 판별하는 것이다.
주동근 활성화 정도는 목표운동의 중심근육 활성화 정도를 EMG 측정값으로 레벨(Level)화 시킨 것으로, 주동근의 활성화는 개인별/상태별로 편차가 있으므로, 사용자별 계산(Calibration)이 필요하다.
근육의 피로도는 EMG신호의 PSD(Power Spectral Density)분석 등을 통하여 근피로도 단계를 표시한 것으로, 근피로도는 개인별 편차뿐만 아니라 측정상태/측정방법에 따른 공차(Tolerance)가 있으므로, 참조치로만 활용하나, 근약자인 경우에는 유의미한 정보로 활용 가능하다.
이러한 운동분석지표에 따라 운동 1번 수행 또는 1세트 수행별 운동량 및 운동자세 분석, 주동근 활성화 정도 및 근피로도를 고려한 적합도 분석 등의 운동분석을 수행하고, 개인정보 및 운동분석에 따른 스케쥴링을 생성한다.
이러한 분석결과는 운동종료 후 사용자 스마트 단말기 또는 운동기구 단말기로 출력해줄 수도 있고, 실시간으로 출력해줄 수도 있다.
이를 위하여 상기 운동기구 단말기 혹은 사용자 스마트 단말기에는 전용 앱이 구비되어 운동분석기를 통하여 지난 운동 내역 조회가 가능하며 장기적인 지표로서 운동방법(자세/정확도) 분석과 운동적합도 분석을 제공받고, 사용자 목표치 설정과 관련하여 운동 스케쥴링을 조회할 수 있다.
즉, 생체정보와 구동정보에 따른 운동분석 지표에 근거하여 운동의 자세, 운동의 정확도, 운동의 템포, 근육의 사용방법 등 개인화된 정보가 조회 제공되고, 사용자 목표치 설정과 대비하여 최적화된 운동 스케쥴링이 조회되어 제공된다.
상기에서 운동량 및 운동자세 분석은, 아래 표 1의 운동지표로 분석된다.
Figure pat00001
운동분석 지표로부터 도출된 [운동량/자세분석] 및 [운동적합도 분석] 결과를 바탕으로 개인화된 [스케쥴링]을 생성한다.
스케쥴링은 전체 운동의 스케쥴링을 설정한다는 의미뿐만 아니라, 각 개별운동(또는 각 횟수 단위)에서의 부하량 설정이나 동작교정, 사용근육 등의 세밀한 스케쥴링을 한다는 의미도 가진다.
이러한 스케쥴링을 통하여, 부하량이 있으나 주동근 활성화 정도가 떨어지는 경우 (목적근육 사용하지 않음 -> 부상위험), 근피로도가 높은데도 계속 운동을 하는 경우, 운동의 템포가 지나치게 빨라 운동의 효과가 떨어지는 경우, 부정확한 운동 동작 등을 파악할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 운동분석과 스케줄링 예를 나타낸다.
또한 상기 운동기구는 운동기구의 부하량을 디지털중량제어 방식으로 적용하고, 서보(Servo) 제어를 이용하여 사용자의 생체정보에 능동적으로 대응할 수 있게 된다.
그리고, 본 발명의 운동분석정보를 PHR (Personal Health Record)기반의 개인 진료정보 즉, 혈당, 혈중지질농도, 간기능수치, 근기능, 특정 질환의 개선도 등을 연계한 네트워크 구성이 가능하다.
100 : 인체부착용 생체정보 검출기
110 : 패치부
120 : 본체부
130 : 탈착수단
200 : 운동기구
300 : 운동분석기
400 : 사용자 스마트 단말기

Claims (8)

  1. 일면 전부 또는 일부에 인체용 점착제가 도포되어 피부에 점착되는 점착밴드(112), 상기 점착밴드(112)를 관통하는 복수개의 스프링 타입의 센서 전극(114), 상기 센서 전극(114)의 피부방향 전방에 구비되는 패치타입 전도성부재(116)를 포함하여 구성되는 패치부(110);
    상기 센서 전극(114)이 삽입되어 접속되는 접속금구(124)가 구비되고 외부기기와 송/수신을 위한 통신모듈(미도시)을 포함한 전기소자가 내부에 구비된 본체부(120);
    상기 본체부(120)와 패치부(110)에 각각 대응되게 구비되는 탈착수단(130);
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인체부착용 생체정보 검출기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 센서 전극(114)은 피부로부터 신호를 획득하는 리드단자(114a), 상기 리드단자(114a) 후방에 구비된 전도성소재로 구성된 스프링(114b), 상기 리드단자(114a)와 스프링(114b)이 내부에 구비되는 전도성소재로 이루어진 하우징(114c)을 포함하여 구성되고, 상기 하우징(114c)은 길이가 가변되도록 다단으로 분리형성되거나 벨로우즈형으로 형성하는 것을 특징으로 하는 인체부착용 생체정보 검출기.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 인체부착용 생체정보 검출기는 6축 또는 9축 가속도센서로 이루어진 움직임 검출 센서가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 인체부착용 생체정보 검출기.
  4. 근전도신호 및 움직임신호를 포함한 생체정보를 획득하는 인체부착용 생체정보 검출기(100);
    운동기구의 구동횟수와 구동속도 등의 동작감지 신호와 부하량 신호를 포함한 구동정보를 검출하는 구동정보 검출수단과, 외부와 통신을 위한 통신모듈 및 각종 정보를 출력하는 디스플레이와 정보를 입력하는 입력수단을 포함하여 구성되고 상기 인체부착용 생체정보 검출기(100)와 연동되어 구동정보 및 생체정보를 해당 사용자 정보와 매칭시켜 전송하는 운동기구 단말기(210)가 구비된 운동기구(200);
    상기 운동기구 단말기(210)로부터 전송된 구동정보 및 생체정보를 사용자정보와 함께 사용자별로 기록하고, 전송된 임의의 사용자의 생체정보와 구동정보를 기준으로 해당 사용자의 운동 분석지표를 생성하고, 생성된 운동분석지표에 따라 운동분석 및 새로운 운동 스케줄링을 생성하는 운동분석기(300);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인체부착용 생체정보 검출기를 이용한 운동장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 운동장치에는 사용자 인식 태그(미도시)가 더구비되고, 상기 운동장치를 구성하는 운동기구(200)에는 상기 사용자 인식 태그를 인식하여 그에 해당하는 신호를 출력하는 태그리더(미도시)가 구비되는 것을 특징으로 하는 인체부착용 생체정보 검출기를 이용한 운동장치.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 운동장치에는 사용자가 구비하고 해당 사용자의 인적사항을 포함한 사용자 정보와 운동처방정보, 생체정보 측정기의 측정정보를 포함한 정보가 자체 기록되거나 운동분석기(300)와 연동되어 다운로드되고, 상기 운동기구(200)의 운동기구 단말기(210)와 정보를 송수신하는 사용자 스마트 단말기(400)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 인체부착용 생체정보 검출기를 이용한 운동장치.
  7. 사용자가 수행하고자 하는 운동에 따른 주동근에 부착된 인체부착용 생체정보 검출기로부터 전송된 근전도신호 및 움직임신호를 포함한 생체정보와, 사용자가 운동 수행 중 운동기구에 구비된 구동정보 검출수단에서 검출된 운동기구의 구동횟수와 구동속도를 포함한 동작감지신호와 부하량 신호를 포함한 구동정보가 운동분석기(300)로 전송되고,
    상기 운동분석기(300)는 전송된 구동정보 및 생체정보를 해당 사용자별로 기록하고, 전송된 임의의 사용자의 생체정보와 구동정보를 기준으로 해당 사용자가 수행한 운동을 분석하고 새로운 운동 스케줄링을 생성하여 사용자 스마트 단말기 및 운동기구 단말기로 전송해주는 것을 특징으로 하는 인체부착용 생체정보 검출기를 이용한 운동방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 운동분석기는 선택된 운동종목에 따른 인체부착용 생체신호 검출기의 부착위치를 운동기구에 구비된 운동기구 단말기 또는 사용자가 구비한 사용자 스마트 단말기로 출력하는 것을 특징으로 하는 인체부착용 생체정보 검출기를 이용한 운동방법.
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