KR20210091930A - 헬스 케어를 위한 IoT 기반 멀티타입 EMS 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 헬스 케어를 위한 IoT 기반 멀티타입 EMS 장치는, EMS 기기를 제어하기 위한 응용 프로그램이 설치된 제어 단말기; 상기 제어 단말기로부터 제어신호를 무선으로 수신하여 채널별로 EMS 측 수신기로 무선 중계하는 중계기; 상기 중계기로부터 수신 받아 그룹핑된 복수의 EMS 기기로 유선 송신하는 수신기 및 수신된 제어신호로 인체의 부착된 부위에 전기적 자극 신호를 출력하는 복수의 EMS 기기를 포함하여, 채널별로 그룹운동이 가능한 것을 특징으로 한다.

Description

헬스 케어를 위한 IoT 기반 멀티타입 EMS 장치{Multitype EMS apparatus based on IoT for healthcare}

본 발명은 헬스 케어를 위한 IoT 기반 전기 근육 자극(EMS) 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 다자간 무선 통신 방식을 이용하여 1대의 단말기에서 10명 이상의 사용자 전기 근육 자극 장치의 제어가 가능하도록 한 헬스 케어를 위한 IoT 기반 멀티타입 EMS 장치에 관한 것이다.

최근 신체 일부분에 부착하여 재활, 근육 마사지, 통증 완화 또는 운동 효과를 높이기 위하여 전기적 근육 자극(Electrical Muscle Stimulation: EMS) 장치가 많이 사용되고 있다. 전기적 근육 자극장치(이하, 'EMS‘라 함)는 근육을 전기적으로 자극함으로써 근육이 수축하는 것을 이용하여 근육을 단련시키며, 보다 안정성이 높은 운동 방법으로 평가되고 있다.

종래에는 밴드 형식이나 소형으로 제작하여 간편하게 사용할 수 있는 형태로 개발되었지만, 인체에 직접 부착되는 단자가 기판의 전원과 연결되어 있어 전기적으로 위험요소가 있었다.

종래의 아날로그 신호처리 출력방식은 불규칙적인 자극으로 불쾌감 및 두려움과 잔류 전원으로 인한 위험요소가 있었다.

또한, 종래에는 장치 하나당 하나의 단말기가 연결되거나 유선으로 연결되어 한의원, 피트니스 센터, 재활센터 등 많은 사람을 대상으로 하는 대형 시설에서 그룹 훈련용으로 사용하는 데에 제약이 있었다.

한국공개특허 제10-1977734호

상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 IoT 기술이 적용된 중거리 다중채널 무선 통신 방식을 사용하여 한 대의 단말기로 복수의 EMS 수신기를 제어할 수 있는 장치를 제공하고자 한다.

본 발명은 디지털 펄스변조 신호처리를 하여 순간 피크 발생을 억제시키며, 인체에 부착되는 전극과 전원을 분리하여 전기적으로 안정성을 확보한다.

상기 해결하고자 하는 과제를 위한 본 발명에 따른 헬스 케어를 위한 IoT 기반 멀티타입 EMS 장치는, EMS 기기를 제어하기 위한 응용 프로그램이 설치된 제어 단말기; 상기 제어 단말기로부터 제어신호를 무선으로 수신하여 채널별로 EMS 측 수신기로 무선 중계하는 중계기; 상기 중계기로부터 수신 받아 그룹핑된 복수의 EMS 기기로 유선 송신하는 수신기 및 수신된 제어신호로 인체의 부착된 부위에 전기적 자극 신호를 출력하는 복수의 EMS 기기를 포함하여, 채널별로 그룹운동이 가능한 것을 특징으로 한다.

상기 EMS 장치는 개인의 테스트 훈련 결과를 저장하여 개인화된 자극으로 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어 단말기와 중계기와의 통신은 블루투스 또는 와이파이 통신인 것을 특징으로 한다.

상기 중계기와 수신기의 통신은 와이파이 통신인 것을 특징으로 한다.

상기 EMS 기기의 출력은 디지털 펄스변조 출력인 것을 특징으로 한다.

상기 EMS 기기의 패드는 통전 실리콘인 것을 특징으로 한다.

상기 수신기와 EMS 기기의 유선은 고무줄에 은사를 꼬은 것으로 신축성이 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 IoT기술이 적용되어 중거리 무선으로 10대 이상의 다중채널 EMS 장치를 제공하여, 한 대의 단말기에 복수의 수신기 연결이 가능하고, 채널별로 그룹핑할 수 있어 그룹 운동용으로 적용할 수 있다. 그룹 운동을 할 경우 근육 부위별로 차등적 자극이 가능하다.

또한, 개개인의 특성에 따른 훈련 데이터를 저장하여 개인에 따라 자극 강도를 차등화하는 개인화가 가능하다.

본 발명은 인체에 무해한 저주파 및 펄스를 사용하여 능동적으로 운동하기 어려운 근육을 자극하여 20분 운동으로 6시간의 운동효과를 볼 수 있어 운동 효율성을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 EMS 제어 장치 구동 방식을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 중계기 실시 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 그룹별, 개인별 전극 제어를 도시한 구성도이다.

이하, 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 EMS 제어 장치 구동 방식을 설명하기 위한 구성도이다.

도 1을 참조하면, IoT 기반 멀티타입 EMS 장치는 제어 단말기(100)와 중계기(200), 복수의 수신기(300) 및 각 수신기에 대응한 복수의 EMS 기기(400)를 포함하여 구성될 수 있다.

멀티타입 EMS 장치의 근육 자극 신호는 특정 주파수를 가지며, 이러한 전기 주파수 신호는 근육에 대하여 수축 또는 이완이 발생하도록 하고 사용자가 운동하지 않더라도 근육 운동이 가능하도록 한다. 전기 근육 자극 신호는 1~120Hz 대역의 전기적 신호로 전달되는데, 저주파수 대역의 신호는 피부를 통해 약한 전기를 통하게 하여 근육을 직접 운동시킨다.

저주파수 대역의 신호는 인체에 흐르는 인체 전류와 유사하여 인체에 침투하기 용이하고, 신경과 근육을 자극하기에 적합하며 혈액순환을 촉진시켜 근육의 마비, 통증, 피로 등의 증상을 완화할 수 있다.

제어 단말기(100)에는 EMS 기기(400)를 제어하기 위한 응용 프로그램이 설치된다.

제어 단말기(100)는 중계기(200)와 무선 통신이 가능한 기기로, 예를 들어 태블릿 PC, 스마트폰, 데스크탑, 노트북, PMP 등이 해당된다. 단말기는 상술한 종류에 한정되지 않고 외부 장치와 통신이 가능한 단말기를 모두 포함한다.

제어 단말기(100)는 일정한 시간 간격으로 각 수신기(300)의 상태를 확인한다. 중계기(200)는 제어 단말기(100)로부터 동작을 명령받아 수신기(300)로 해당 동작 신호를 송신하고, 일정한 시간 간격으로 복수의 수신기(300)의 상태를 제어 단말기(100)로 송신한다.

제어 단말기(100)는 각 채널별로 그룹핑되어 있을 경우 서로 다른 EMS 제어값을 송신한다. 예를 들어, 도 1에 도시한 바와 같이 채널 1에 속하는 EMS 제어값, 채널 2에 속하는 제어값을 서로 다르게 하여 무선 송신할 수 있어 효율적인 그룹별, 개인별 관리가 이루어진다.

제어 단말기(100)는 전체 시스템을 관리하며 복수의 수신기(300)를 채널별로 그룹핑하고 개별로 동작 제어할 수 있으며, 관리자는 제어 단말기(100)를 이용하여 개별적인 전기 자극 패턴을 생성하여 출력할 수 있다.

본 발명에서는 태블릿 PC나 스마트폰 등의 블루투스나 와이파이는 복수의 채널 또는 주파수가 제공되지 않아 중계기(200)를 사용하여 복수의 채널을 형성한다.

도 2는 본 발명에 따른 중계기(200)로서 전원부와 채널부를 포함하며, 채널부는 복수의 주파수로 다채널을 형성한다. 본 발명에서는 10개 이상의 그룹으로 채널을 형성할 수 있다.

중계기(200)는 상기 제어 단말기(100)로부터 제어 신호를 수신 받아 수신기(300)의 그룹별, 개인별로 수신기 ID를 지정하여 무선 중계한다. 제어 단말기(100)와 중계기(200)는 주로 BLE(Bluetooth Low Energy) 또는 와이파이 통신으로 무선 송수신될 수 있고, 상기 중계기(200)와 수신기(300)는 와이파이 통신으로 연결될 수 있다. 통신 커버리지는 500m정도로 구성할 수 있다.

수신기(300)는 전원부, 통신부 및 제어부를 포함한다.

전원부는 전원을 공급하고, 통신부는 중계기(200)와 무선 연결하여 수신된 제어 단말기(100)의 명령을 수행할 수 있도록 송수신한다. 상기 중계기(200)와 수신기(300)는 와이파이 통신으로 연결될 수 있다. 제어부(330)는 수신 받은 명령을 수행하는 EMS 기기(400)의 저주파 세기를 조절한다.

EMS 장치는 개인의 테스트 결과를 저장하여 개인화된 자극으로 제어할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 채널별, 그룹별 제어 구성도로서 10개 이상의 채널로 그룹핑할 수 있다.

본 발명의 EMS 장치는 인체에 무해한 디지털 펄스변조 방식의 저주파 및 펄스를 사용하여 강한 자극으로 근질에 발생할 수 있는 손상을 최소화하고 부드러운 운동효과를 기대할 수 있다.

디지털 펄스변조 방식은 아날로그 파형을 샘플링하고 양자화시킨 신호 변조 방식으로 디지털 신호로 출력된다. 디지털 신호는 순차적 반전 출력이 가능하여 균형잡힌 자극을 인가할 수 있고 원치 않는 부위의 자극을 방지할 수 있다.

또한, 아날로그 방식에서 힘들었던 미세 출력을 마이크로초에서 나노초까지 조절이 가능하여 자극에 대한 불쾌감과 두려움을 최소화하여 사용자에게 긍정적인 운동 효과를 제공할 수 있다.

수신기 1개당 10대 이상의 복수의 EMS 기기(400)가 연결되고, 수신된 제어 신호로 전기적 자극 신호를 인체와 접촉하는 패드로 출력한다. 제어 단말기(100)와 EMS 기기(400)의 전원이 켜지면 수신기(300)에서 제어 신호에 따라 EMS기기(400)로 저주파 또는 펄스를 발생시키도록 한다.

10개 이상 채널의 신호 크기를 개별적으로 가변하기 위해서 다채널 DAC를 사용하여 출력신호를 10V 이상으로 증폭할 수 있고 전류를 증폭시키기 위하여 증폭기를 사용할 수 있다.

인체를 20분할 근육으로 표현하여 근육에 지식이 없는 사용자도 쉽게 원하는 부위를 차등적으로 조절하여 자극을 줄 수 있다.

EMS 기기(400)는 개인의 테스트 결과를 저장하여 개인화된 자극으로 제어할 수 있다. 신호의 크기는 ±100V_pp 주파수 1~120 Hz 펄스폭을 40 ~ 200 us로 가변시켜 모집단 테스트를 통하여 최적의 펄스와 지속시간 및 주파수를 결정하여 개인화를 할 수 있다. 출력전류는 200 mA 이내로 설정한다.

전원은 내장 리듐 폴리머 배터리를 사용하고 Micro USB로 5V 충전하고 DC 3 ~ 5 V의 저전압 신호처리를 하고 순간 피크 발생을 억제하여 위험요소를 최대한 억제하였다.

EMS 기기(400)의 전극패드(410)는 통전 실리콘을 사용하여 물을 뿌리지 않아도 전극 자극 전달이 된다. 상기 전극패드는 스펀지 위에 은실(통전실)로 짜여진 천이 붙여져 있고 그 위에 통전 실리콘이 덧붙여져 형성된다.

각 장치의 온도 및 배터리 상황, 출력 세기, 동작 및 휴지 시간을 제어 단말기의 하나의 화면에서 확인할 수 있도록 절차를 단순화할 수 있다.

수신기(300)와 인체에 부착되는 EMS 기기(400)는 분리되어 전기적 안전성이 향상되고, 수신기와 EMS 기기간의 연결된 유선은 고무줄에 은실을 꼬아 제작하여 신축성이 있어 물세탁이 가능하다.

100: 제어 단말기 200: 중계기
300: 수신기 400: EMS 기기
410: 전극패드

Claims (5)

1. EMS 기기를 제어하기 위한 응용 프로그램이 설치된 제어 단말기(100);
   상기 제어 단말기로부터 제어 신호를 무선으로 수신하여 채널별로 EMS 측 수신기로 무선 중계하는 중계기(200);
   상기 중계기로부터 수신 받아 그룹핑된 복수의 EMS 기기로 유선 송신하는 수신기(300) 및
   수신된 제어 신호로 인체의 부착된 부위에 전기적 자극 신호를 출력하는 복수의 EMS 기기(400)를 포함하여,
   채널별로 그룹 운동이 가능한 것을 특징으로 하는 IoT 기반 멀티타입 EMS 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 EMS 기기는 개인의 테스트 결과를 저장하여 개인화된 자극으로 제어하는 것을 특징으로 한 IoT 기반 멀티타입 EMS 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어 단말기와 중계기와의 통신은 블루투스 또는 와이파이 통신인 것을 특징으로 한 IoT 기반 멀티타입 EMS 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 중계기와 수신기의 통신은 와이파이 통신인 것을 특징으로 한 IoT 기반 멀티타입 EMS 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 EMS 기기의 출력은 디지털 펄스변조 출력인 것을 특징으로 한 IoT 기반 멀티타입 EMS 장치.
   

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