KR20220106448A - Personal exercise management system using artificial intelligence and electromyographic signal - Google Patents

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KR20220106448A
KR20220106448A KR1020210009365A KR20210009365A KR20220106448A KR 20220106448 A KR20220106448 A KR 20220106448A KR 1020210009365 A KR1020210009365 A KR 1020210009365A KR 20210009365 A KR20210009365 A KR 20210009365A KR 20220106448 A KR20220106448 A KR 20220106448A
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송주희
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주식회사 광현
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Abstract

The present invention relates to a personal exercise managing system for combining artificial intelligence and wireless electromyogram signal processing, and more specifically, to a personal exercise managing system for combining artificial intelligence and wireless electromyogram signal processing capable of evaluating a movable range of fitness and taekwondo movements by an angle as a value; and inducing motor muscle (nerve) training based on an evaluated result. In addition, the present invention can improve muscle power of only sole muscle, muscle endurance, or flexibility to improve functional motor ability in a lack direction of balance sense of a human body depending on a test result. When performing a functional movement, by improving co-ordination or co-contraction of the nerve and the muscle for a muscle group related to a motion, the present invention prevents injury which occurs during functional activity of the human body. The present invention induces accurate movements. The present invention comprises: a control server; a signal processing module; and an artificial intelligence module.

Description

맞춤형 운동처방을 위한 인공지능 동작인식 평가 및 근전도 측정 시스템{Personal exercise management system using artificial intelligence and electromyographic signal}Artificial intelligence motion recognition evaluation and electromyography measurement system for customized exercise prescription {Personal exercise management system using artificial intelligence and electromyographic signal}

본 발명은 맞춤형 운동처방을 위한 인공지능 동작인식 평가 및 근전도 측정 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 피트니스 및 태권도 동작의 가동범위를 각도로 값으로 평가하고, 평가된 결과를 근거로 운동 근육(신경) 훈련(Sensory-Motor Training)을 유도하며, 또한 검사 결과에 따른 인체의 균형 감각의 부족한 방향(direction)에서의 기능 적인 운동 능력 향상을 위해서는 단독적인 근육 하나만의 근력(muscle power), 근 지구력(muscle endurance) 또는 유연성(flexibility)의 개선을 뿐만 아니라, 어떠한 기능적인 동작을 수행함에 있어 그 동작과 연관된 근육군(muscle group)에 대하여 신경(nerve)과 근육(muscle)의 협응 능력(Co-ordination or Co-contraction)을 개선하여 인체의 기능적인 활동(functional activity)시 발생할 수 있는 손상(injury)을 예방하고, 정확한 동작이 가능하도록 유도하는 것을 특징으로 하는 맞춤형 운동처방을 위한 인공지능 동작인식 평가 및 근전도 측정 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an artificial intelligence motion recognition evaluation and electromyography measurement system for customized exercise prescription. Neuron) training (Sensory-Motor Training), and in order to improve functional exercise ability in the direction lacking the sense of balance of the human body according to the test result, the strength of a single muscle and muscular endurance In addition to improving (muscle endurance) or flexibility (flexibility), in performing any functional action, the coordination ability of the nerve and the muscle with respect to the muscle group related to the action (Co- Artificial intelligence motion recognition for customized exercise prescription, characterized in that it improves ordination or co-contraction to prevent injury that may occur during functional activity of the human body and induces accurate movement It relates to an evaluation and electromyography measurement system.

신체는 질량(mass) 높이 2/3 가량이 땅으로부터 밀집되어있기 때문에 균형감각 조절시스템이 작동이 될 때까지 본래부터 불안정한 구조이다. 신체는 외부로 부터의 갑작스러운 부하에 대한 근육의 반응에 있어서 근육은 자세 안정과 균형 유지를 위해 빠른 속도로 몸을 안정시키기 위해 반응한다. 인체의 움직임에 있어서 관절을 유지하는 항상성에 있어서 감각(Sensory) 정보는 피부의 외부 수용기, 관절과 근육에서 감지된 동작과 위치를 중추 신경계(CNS)에 전달하고, 전정기관과 시각을 통해 중추신경계(CNS)에 영향을 준다. 감각(Sensory) 정보는 피질하(subcortical) 중추에서 체제를 갖추고 재형성되며 실제로 움직임이 필요로 하는 말초에 영향을 주기 시작한다.The body is inherently unstable until the balance sensory control system is activated because about 2/3 of the height of the mass is concentrated from the ground. In the response of the muscle to a sudden load from the outside, the muscle responds to stabilize the body at a high speed for postural stability and balance maintenance. In the homeostasis of maintaining joints in the movement of the human body, sensory information transmits the motion and position sensed by external receptors on the skin, joints and muscles to the central nervous system (CNS), and through the vestibular organs and vision, the central nervous system (CNS) is affected. Sensory information is organized and reformed in the subcortical center and actually begins to affect the periphery where movement is required.

그러므로 감각 신경-운동 근육(신경) 훈련(Sensory-Motor Training)이란 기능적 관절의 안정성을 위해 감각 신경과 운동 근육(신경)을 포함하여 모든 구성요소들을 중추신경계에 통합하는 진행과정이다.Therefore, sensory-motor training is a process of integrating all components including sensory nerves and motor muscles (nerves) into the central nervous system for functional joint stability.

한편, 스마트 피트니스는 4차 산업혁명의 핵심 ICT 기술인 IoT(Internet of Things, 사물인터넷), 클라우드 컴퓨팅, 빅데이터 및 인공지능(AI)을 헬스케어와 접목한 분야다. 기본적인 산업구조를 살펴보면, 소비자가 일상생활이나 의료기관 등 전문기관에서 생성해 낸 데이터를 데이터 전문 기업이 수집 및 분석하여, 이를 의료 및 건강관리 기업이 다시 활용하여 소비자에게 자문 및 치료해주는 구조이다. Meanwhile, smart fitness is a field that combines the core ICT technologies of the 4th industrial revolution, the Internet of Things (IoT), cloud computing, big data, and artificial intelligence (AI) with healthcare. Looking at the basic industrial structure, data specialists collect and analyze data generated by consumers in their daily lives or at specialized institutions such as medical institutions, and medical and health management companies use it again to provide advice and treatment to consumers.

전 세계적으로 고령화 심화에 따라 의료비가 크게 증가하는 상황 하에서 '비용 대비 효과가 높은 헬스케어'에 대한 수요가 증가하고 있다. 4차 산업혁명을 주도하는 ICT 기술과 헬스케어의 융합, 즉 '스마트 피트니스'가 그 대안으로 등장하고 있으며 이러한 추세 하에서 향후 의료서비스 패러다임은 예측 예방 개인맞춤 중심으로 변화되고 의료 서비스의 효율성도 높아질 것으로 전망된다. 이에 따라 전 세계적으로 의무기록의 디지털화 추세가 가속화되고 있으며, 활용성이 더욱 제고될 것으로 보인다.Globally, the demand for 'cost-effective health care' is increasing in the context of a large increase in medical expenses due to the deepening of the aging population. The convergence of ICT technology and healthcare, that is, 'smart fitness', which is leading the 4th industrial revolution, is emerging as an alternative. It is expected. As a result, the trend of digitization of medical records worldwide is accelerating, and its usefulness is expected to be further improved.

각국에서 정부에서는 경쟁력을 확보하여 시장을 선점하기 위해 스마트 헬스케어 산업에 대한 정책적 지원과 규제 정비를 적극적으로 추진하고 있다. 우리나라도 스마트 헬스케어 산업을 신성장 동력으로 육성하기 위해서는 다른 나라의 사례를 참고하여 새로운 산업에 적합한 규제 인프라를 갖춰야 할 것이다. 또한, 개별기업에서 단독으로 접근하기 어려우나, 공공적 가치가 높은 기술과 서비스를 개발하기 위하여 공공 빅데이터와 이를 활용한 AI 솔루션 구축에 대한 정부 지원책이 요구된다.Governments in each country are actively promoting policy support and regulatory reform for the smart healthcare industry in order to secure competitiveness and preoccupy the market. In order to nurture the smart healthcare industry as a new growth engine, Korea will also need to establish a regulatory infrastructure suitable for the new industry by referring to cases of other countries. In addition, in order to develop technologies and services of high public value, although it is difficult for individual companies to access them alone, government support measures are required for public big data and AI solutions using them.

본 발명은 운동시 근육활성도를 실시간으로 모니터링하면 객관적이고 정량적인 데이터와 분석결과를 가지고 보다 효율적인 운동을 할 수 있도록 인공지능과 무선 근전도 신호처리를 융합한 개인운동관리시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a personal exercise management system that combines artificial intelligence and wireless electromyography signal processing so that when muscle activity is monitored in real time during exercise, you can exercise more efficiently with objective and quantitative data and analysis results. .

또한, 운동전문가나 비전문가나 운동종류, 시간, 강도에 따른 근육 사용에 대한 정확한 데이터가 없어 개인의 운동량과 효율을 측정하고 객관적인 피드백을 주는 장치가 없었는데, 건강을 중요시 하는 웰니스 사회에서 오히려 잘못된 자세와 페이스 조절 실패로 인하여 부상 및 운동능력 저하 등의 부작용이 발생하는 것을 방지할 수 있는 개인운동관리시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, there was no device for measuring individual exercise volume and efficiency and giving objective feedback because there were no exercise experts or non-professionals or accurate data on muscle use according to exercise type, time, and intensity. An object of the present invention is to provide a personal exercise management system that can prevent side effects such as injury and reduced exercise ability due to the failure of pace control.

또한, 근전도센서가 부착된 근전도밴드를 이용하여 운동하고자 하는 가슴, 팔, 다리 부위에서 근육의 사용량을 측정하고 신호처리모듈로 운동의 효율성을 측정하고 스마트기기로 데이터 수집 및 모니터링 하여 고객에게 토탈 솔루션을 제공하는 개인운동관리시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, using an EMG band with an EMG sensor attached to it, we measure the amount of muscle used in the chest, arm, and leg to exercise, measure the efficiency of the exercise with a signal processing module, collect and monitor data with a smart device, and provide a total solution to our customers. It aims to provide a personal exercise management system that provides

상기의 과제를 해결하기 위한 수단으로서,As a means for solving the above problems,

본 발명은 운동관리 어플리케이션이 설치되어 있는 모니터링 모듈과 유선/무선 통신망을 통해 연동하여 운동 정보를 수신하고, 사용자의 운동에 대한 분석정보를 제공하는 제어 서버; 사용자의 신체에 부착되는 복수의 근전도 센서로부터 감지 신호를 수신하고, 상기 감지 신호를 분석하여 근육의 활성도를 계산하고, 상기 모니터링 모듈에 제공하는 신호처리 모듈; 상기 감지 신호를 포함하는 빅데이터를 딥러닝하여 운동을 관리하는 인공지능 모듈;을 포함하는 인공지능과 무선 근전도 신호처리를 융합한 개인운동관리시스템을 제공한다.The present invention provides a control server for receiving exercise information by interworking with a monitoring module in which an exercise management application is installed through a wired/wireless communication network, and providing analysis information about the user's exercise; a signal processing module that receives detection signals from a plurality of EMG sensors attached to the user's body, analyzes the detection signals to calculate muscle activity, and provides them to the monitoring module; It provides a personal exercise management system that combines artificial intelligence and wireless electromyography signal processing, including; an artificial intelligence module for deep learning of big data including the detection signal to manage exercise.

본 발명의 개인운동관리시스템은 인공지능과 무선 근전도 신호처리를 융합하여, 운동시 근육활성도를 실시간으로 모니터링하면 객관적이고 정량적인 데이터와 분석결과를 가지고 보다 효율적인 운동을 할 수 있도록 한다.The personal exercise management system of the present invention fuses artificial intelligence and wireless EMG signal processing to monitor muscle activity in real time during exercise to enable more efficient exercise with objective and quantitative data and analysis results.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 인공지능과 무선 근전도 신호처리를 융합한 개인운동관리시스템의 전체 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 인공지능과 무선 근전도 신호처리를 융합한 개인운동관리시스템의 통신 구조도.
도 3은 무릅 푸시업 진행시 인체 기울기 및 센서 위치별 평가 관절 위치 표시 예시도.
도 4는 푸시업 준비 과정에서 인체 기울기 및 각도와 자세유지 동작 예시를 측면에서 나타낸 도면.
도 5는 푸시업 준비과정의 올바른 동작 예시를 정면에서 나타낸 도면.
도 6은 운동결과와 동작평가를 디스플레이한 예시도.
도 7은 운동결과 상세 예시도.
도 8은 운동 가이드 영상 및 내화면 표시도.
도 9는 무릅 푸시업 준비단계 정석자세 예시도.
도 10은 무릅 푸시업 실시단계 정석자세 예시도.
도 11은 푸시업 준비단계 정석자세 예시도.
도 12는 푸시업 실시단계 정석자세 예시도.
도 13은 본 발명의 기술적용 및 시스템 개념도.
도 14는 본 발명의 기술적용 및 시스템 흐름도.
1 is an overall configuration diagram of a personal exercise management system in which artificial intelligence and wireless EMG signal processing are fused according to an embodiment of the present invention.
2 is a communication structure diagram of a personal exercise management system that combines artificial intelligence and wireless EMG signal processing according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is an exemplary diagram of the evaluation joint position display for each position of the body tilt and sensor during the knee push-up.
Figure 4 is a view showing an example of the human body tilt and angle and posture maintenance operation in the preparation process of the push-up from the side.
5 is a view showing an example of the correct operation of the push-up preparation process from the front.
Figure 6 is an exemplary view displaying the exercise results and motion evaluation.
7 is a detailed exemplary view of exercise results.
8 is an exercise guide image and internal screen display.
Figure 9 is an example of the knee push-up preparation stage normal posture.
Figure 10 is an exemplary view of the knee push-up implementation stage normal posture.
11 is an exemplary view of the posture of the push-up preparation stage.
Figure 12 is an exemplary view of the push-up implementation stage normal posture.
13 is a conceptual diagram of a technical application and system of the present invention.
14 is a technical application and system flow diagram of the present invention.

이하 첨부된 도면과 설명을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 다만, 하기에 도시되는 도면과 후술되는 설명은 본 발명의 특징을 효과적으로 설명하기 위한 여러 가지 방법 중에서 바람직한 실시 방법에 대한 것이며, 본 발명이 하기의 도면과 설명만으로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the principle of operation of the preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and description. However, the drawings shown below and the description to be given below relate to a preferred implementation method among various methods for effectively explaining the characteristics of the present invention, and the present invention is not limited only to the following drawings and description.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 발명에서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related well-known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. And the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to intentions or customs of users and operators. Therefore, the definition should be made based on the content throughout the present invention.

또한, 이하 실시되는 본 발명의 바람직한 실시예는 본 발명을 이루는 기술적 구성요소를 효율적으로 설명하기 위해 각각의 시스템 기능구성에 이미 구비되어 있거나, 또는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 구비되는 시스템 기능구성은 가능한 생략하고, 본 발명을 위해 추가적으로 구비되어야 하는 기능구성을 위주로 설명한다.In addition, preferred embodiments of the present invention to be implemented below are already provided in each system functional configuration in order to efficiently describe the technical components constituting the present invention, or system functions normally provided in the technical field to which the present invention pertains. The configuration is omitted as much as possible, and the functional configuration to be additionally provided for the present invention will be mainly described.

만약 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 하기에 도시하지 않고 생략된 기능구성 중에서 종래에 이미 사용되고 있는 구성요소의 기능을 용이하게 이해할 수 있을 것이며, 또한 상기와 같이 생략된 구성요소와 본 발명을 위해 추가된 구성요소 사이의 관계도 명백하게 이해할 수 있을 것이다.If a person of ordinary skill in the art to which the present invention pertains, will be able to easily understand the functions of the components already used in the prior art among the functional configurations omitted without being shown below, and the configuration omitted as described above Relationships between elements and components added for purposes of the present invention will also be clearly understood.

또한, 이하 실시예는 본 발명의 핵심적인 기술적 특징을 효율적으로 설명하기 위해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명백하게 이해할 수 있도록 용어를 적절하게 변형하여 사용할 것이나, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 결코 아니다.In addition, the following examples will be used with appropriate modifications to terms so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can clearly understand in order to effectively describe the key technical features of the present invention, thereby It is never limited.

결과적으로, 본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하 실시예는 진보적인 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 하나의 수단일 뿐이다.As a result, the technical spirit of the present invention is determined by the claims, and the following embodiments are one means for efficiently explaining the technical spirit of the present invention to those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. it's just

또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시 예들 뿐만 아니라 특정 실시 예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Moreover, it is to be understood that all detailed description reciting the principles, aspects, and embodiments of the invention, as well as specific embodiments, are intended to cover structural and functional equivalents of such matters. It is also to be understood that such equivalents include not only currently known equivalents, but also equivalents developed in the future, i.e., all devices invented to perform the same function, regardless of structure.

따라서, 예를 들어, 본 명세서의 블럭도는 본 발명의 원리를 구체화하는 예시적인 회로의 개념적인 관점을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 이와 유사하게, 모든 흐름도, 상태 변환도, 의사 코드 등은 컴퓨터가 판독 가능한 매체에 실질적으로 나타낼 수 있고 컴퓨터 또는 프로세서가 명백히 도시되었는지 여부를 불문하고 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 수행되는 다양한 프로세스를 나타내는 것으로 이해되어야 한다.Thus, for example, the block diagrams herein are to be understood as representing conceptual views of illustrative circuitry embodying the principles of the present invention. Similarly, all flowcharts, state transition diagrams, pseudo code, etc. may be tangibly embodied on computer-readable media and be understood to represent various processes performed by a computer or processor, whether or not a computer or processor is explicitly shown. should be

프로세서 또는 이와 유사한 개념으로 표시된 기능 블럭을 포함하는 도면에 도시된 다양한 소자의 기능은 전용 하드웨어뿐만 아니라 적절한 소프트웨어와 관련하여 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어의 사용으로 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 상기 기능은 단일 전용 프로세서, 단일 공유 프로세서 또는 복수의 개별적 프로세서에 의해 제공될 수 있고, 이들 중 일부는 공유될 수 있다.The functions of the various elements shown in the figures including a processor or functional blocks represented by similar concepts may be provided by the use of dedicated hardware as well as hardware having the ability to execute software in association with appropriate software. When provided by a processor, the functionality may be provided by a single dedicated processor, a single shared processor, or a plurality of separate processors, some of which may be shared.

또한 프로세서, 제어 또는 이와 유사한 개념으로 제시되는 용어의 명확한 사용은 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어를 배타적으로 인용하여 해석되어서는 아니되고, 제한 없이 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, 소프트웨어를 저장하기 위한 롬(ROM), 램(RAM) 및 비 휘발성 메모리를 암시적으로 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 주지관용의 다른 하드웨어도 포함될 수 있다.In addition, the clear use of terms presented as processor, control, or similar concepts should not be construed as exclusively referring to hardware having the ability to execute software, and without limitation, digital signal processor (DSP) hardware, ROM for storing software. It should be understood to implicitly include (ROM), RAM (RAM) and non-volatile memory. Other common hardware may also be included.

본 명세서의 청구범위에서, 상세한 설명에 기재된 기능을 수행하기 위한 수단으로 표현된 구성요소는 예를 들어 상기 기능을 수행하는 회로 소자의 조합 또는 펌웨어/마이크로 코드 등을 포함하는 모든 형식의 소프트웨어를 포함하는 기능을 수행하는 모든 방법을 포함하는 것으로 의도되었으며, 상기 기능을 수행하도록 상기 소프트웨어를 실행하기 위한 적절한 회로와 결합된다. 이러한 청구범위에 의해 정의되는 본 발명은 다양하게 열거된 수단에 의해 제공되는 기능들이 결합되고 청구항이 요구하는 방식과 결합되기 때문에 상기 기능을 제공할 수 있는 어떠한 수단도 본 명세서로부터 파악되는 것과 균등한 것으로 이해되어야 한다.In the claims of the present specification, a component expressed as a means for performing the function described in the detailed description includes, for example, any form of software including a combination of circuit elements or firmware/microcode that performs the above function. It is intended to include all methods of performing the functions of the device, coupled with suitable circuitry for executing the software to perform the functions. Since the present invention defined by these claims is combined with the functions provided by the various enumerated means and in a manner required by the claims, any means capable of providing the functions are equivalent to those contemplated from the present specification. should be understood as

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.The above-described objects, features, and advantages will become more apparent through the following detailed description in relation to the accompanying drawings, and accordingly, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement the technical idea of the present invention. There will be. In addition, in the description of the present invention, when it is determined that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.Before describing various embodiments of the present invention in detail, it will be understood that the application is not limited to the details of the construction and arrangement of components described in the following detailed description or shown in the drawings. The invention is capable of being embodied and practiced in other embodiments and of being carried out in various ways. Also, device or element orientation (eg, “front”, “back”, “up”, “down”, “top”, “bottom”) The expressions and predicates used herein with respect to terms such as ", "left", "right", "lateral", etc. are used merely to simplify the description of the invention, and the associated apparatus Or it will be appreciated that it does not simply indicate or imply that an element must have a particular orientation.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 인공지능과 무선 근전도 신호처리를 융합한 개인운동관리시스템의 전체 구성도.1 is an overall configuration diagram of a personal exercise management system in which artificial intelligence and wireless EMG signal processing are fused according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 인공지능과 무선 근전도 신호처리를 융합한 개인운동관리시스템의 통신 구조도.2 is a communication structure diagram of a personal exercise management system that combines artificial intelligence and wireless EMG signal processing according to an embodiment of the present invention.

도 3은 무릅 푸시업 진행시 인체 기울기 및 센서 위치별 평가 관절 위치 표시 예시도.Figure 3 is an exemplary diagram of the evaluation joint position display for each position of the body tilt and sensor during the knee push-up.

도 4는 푸시업 준비 과정에서 인체 기울기 및 각도와 자세유지 동작 예시를 측면에서 나타낸 도면.Figure 4 is a view showing an example of the body tilt and angle and posture maintenance operation in the push-up preparation process from the side.

도 5는 푸시업 준비과정의 올바른 동작 예시를 정면에서 나타낸 도면.5 is a view showing an example of the correct operation of the push-up preparation process from the front.

도 6은 운동결과와 동작평가를 디스플레이한 예시도.6 is an exemplary view showing the exercise results and motion evaluation.

도 7은 운동결과 상세 예시도.7 is a detailed exemplary view of exercise results.

도 8은 운동 가이드 영상 및 내화면 표시도.8 is an exercise guide image and internal screen display.

도 9는 무릅 푸시업 준비단계 정석자세 예시도.Figure 9 is an example of the knee push-up preparation stage normal posture.

도 10은 무릅 푸시업 실시단계 정석자세 예시도.Figure 10 is an exemplary view of the knee push-up implementation stage normal posture.

도 11은 푸시업 준비단계 정석자세 예시도.11 is an exemplary view of the posture of the push-up preparation stage.

도 12는 푸시업 실시단계 정석자세 예시도.Figure 12 is an exemplary view of the push-up implementation stage normal posture.

도 13은 본 발명의 기술적용 및 시스템 개념도.13 is a conceptual diagram of a technical application and system of the present invention.

도 14는 본 발명의 기술적용 및 시스템 흐름도로서,14 is a technical application and system flow diagram of the present invention,

본 발명의 기본 개념은 다음과 같다.The basic concept of the present invention is as follows.

1. 동작 평가 키넥트4 센서 2대 사용 1. Motion evaluation using two Kinect 4 sensors

(1)이용자 위치의 정면과 측면에 45도~65도 각을 유지하여 각각 고정 거치 (1) Maintaining an angle of 45 to 65 degrees on the front and side of the user's location, each fixed and mounted

(2)각 위치 센서에서 평가 가능한 관절의 동작 및 자세 유지를 측정하여 점수 판정 (2) Score judgment by measuring the movement and posture maintenance of joints that can be evaluated by each position sensor

(3)모든 동작마다 2개 센서가 측정(평가)하는 동작 관절 위치(각도) 가동범위 규정 (3) Motion joint position (angle) range of motion measured (evaluated) by two sensors for every motion

<평가기준/방법><Evaluation criteria/method>

2. 피트니스 및 태권도 동작 각각 마다 가동범위를(관절) 각도 값으로 평가2. Evaluate the range of motion (joint) angle value for each fitness and taekwondo movement

(1)감점 단계는 가동범위(각도 값) 오차에 따라 적용 (1) The point deduction step is applied according to the error of the movable range (angle value)

(2)태권도 수련생 평가 기준은 5단계 등급에 따라 정확도 오차의 범위를 차등적용 (2) For the evaluation criteria of Taekwondo trainees, the range of accuracy error is differentially applied according to the five-level grade.

예시) 6급~10급 : 입문 과정 정확도 매우 낮음, 1급~5급 : 초급과정 정확도 낮음 Ex) Level 6~10: Very low accuracy for introductory course, Level 1~5: Low accuracy for beginner course

1품~2품 : 중급과정 정확도 보통, 3품~4품 : 고급과정 정확도 높음 Grade 1~2: Intermediate course accuracy is normal, Grade 3~4: Advanced course accuracy is high

선수 : 마스터 과정 매우 정확도 높음, 오차범위 이상 : 실시횟수 노 카운트 Athlete: Master course with very high accuracy, beyond the margin of error: No count

※ 회원 운동경력, 경험치, 운동량에 따라 과정(등급)을 적용하여 평가 ※ Evaluate by applying the course (grade) according to the member's exercise experience, experience, and exercise amount

3. 동작 틀린 횟수, 동작 속도 차이, 근육사용 비율(근전도 센서 착용 시에만 적용)3. The number of incorrect movements, the difference in movement speed, and the percentage of muscle use (applicable only when wearing an EMG sensor)

4. 모든 동작 별(품새 제외) 관절 위치별 동작 측정(평가) 방법 및 수치 기준 확정4. For all motions (except Poomsae), motion measurement (evaluation) methods and numerical standards for each joint position are confirmed

5. 동작 별 평가 기준 입력을 전문 피트니스 트레이너가 직접 입력하도록 방법 마련5. Prepare a method for professional fitness trainers to directly input evaluation criteria for each movement

<평가 분석 방법><Evaluation analysis method>

6. 동작 평가 후 구간별 리플레이 시간을 0.05초 이하 간격으로 상세 검색이 필요6. After the motion evaluation, it is necessary to search the replay time for each section in detail at intervals of 0.05 seconds or less.

(1)현재 60초 기준 10단계 구분 (1) Currently divided into 10 stages based on 60 seconds

(2)평가 감점 항목 “가동범위(각도), 자세, 동작 속도”를 각각 구분하여 틀린 횟수 제시(2) Present the wrong number of times by dividing the evaluation deduction items “moving range (angle), posture, and movement speed”

(3)감점(동작 오차) 확인이 쉽도록 화면에 결과분석 버튼 설치 (3) Install the result analysis button on the screen to easily check the points deduction (operation error)

* 감점 동작 확인이 쉽도록 전체 운동시간 그래프에 감점 버튼 표시 * Display the deduction button on the total exercise time graph to make it easier to check the deduction action

* 감점 버튼 누르면 영상 리플레이 : 감점 부분 실시자 아바타에 마커 색깔 구분 * Replay video by pressing the point deduction button: Marker color classification on the deduction part performer's avatar

(4)태권도 동작은 손/발 각각 점수표시 + 감점 항목 3가지 표시 (4) For Taekwondo movements, each hand/foot score is displayed + 3 points are displayed

(5)피트니스 동작(자세)은 감점 항목 3가지만 표시 (5) Only 3 points deducted for fitness movements (postures) are displayed

(6) 동작 수행이 끝나면 2초 이내에 평가 점수 및 결과 제시 (6) When the action is finished, the evaluation score and result are presented within 2 seconds

* 정확도 평가 샘플 동작 제시는 3초~5초 이내로 단축 * Accuracy evaluation sample action presentation is shortened to within 3 to 5 seconds

* 샘플 동작 제시 후 화면에 “3, 2, 1 실시” 보이고 동작 평가 진행 * After presenting the sample motion, “3, 2, 1 run” is displayed on the screen and motion evaluation proceeds

* 동작 평가는 최소 11회 이상 실시(첫 번째 동작은 평가 적용 없음) * Motion evaluation is performed at least 11 times (No evaluation is applied to the first motion)

(7)태권도 동작 또는 피트니스/필라테스/요가 동작 후 표준운동과 즉시 비교(7) Comparison with standard exercise immediately after Taekwondo movement or fitness/Pilates/Yoga movement

* 화면 분할 구역에 표준 동작과 이용자 동작을 오버랩하여 평가 * Evaluation by overlapping standard actions and user actions in the screen division area

* 표준 동작 아바타와 이용자를 크기 또는 실물과 투명 아바타로 구분하여 오버랩 * Overlap by dividing standard action avatars and users into size or real and transparent avatars

* 현재 화면은 2개로 분리되어 있지만 오버 랩 분석할 때는 화면 하나도 분석함 * The current screen is divided into two, but when analyzing the overlap, one screen is analyzed

* 화면 구역 둘 중 하나를 선택하여 아바타 + 이용자 실물 오버랩 * Select one of the screen areas to overlap the avatar + the user's real

(8) 동작 평가 시 3개의 화면 크기를 동일하게 구분(표준, 회원, 근전도 아바타)(8) When evaluating motion, three screen sizes are equally divided (standard, member, EMG avatar)

(9) 근전도 부착 아바타는 3D 모델로 제자리 회전하며 근육사용 부위/사용량 표현 (9) The EMG attachment avatar rotates in place as a 3D model and expresses the part/use of muscle used

(10) 근전도 근육사용 감점 사항 신체에 점수표시(주동근 협력근 사용 비율로 제시)(10) Points to be deducted from the use of electromyography muscles. Points displayed on the body (presented as a percentage of use of the prime mover and cooperative muscles)

<인공지능 스마트 헬스 코치 서비스> <Artificial Intelligence Smart Health Coach Service>

7. 동작실시 지정 횟수 마지막 2개 때 예) “마지막 2개 파이팅, 라스트 1개 힘내세요!” 7. When the last two specified number of moves Ex) “Fighting for the last two, do your best for the last one!”

음성 서비스(3종류 표현 음성지원) Voice service (3 types of expression voice support)

8. 잘못된 동작 2회 발생 시 실시간(즉시) 음성지원 예) “허리 펴세요, 무릎 구부리세요, 8. Real-time (immediate) voice support in case of 2 incorrect movements Example) “Straighten your back, bend your knees,

팔 올리세요.“ 등의 동작 교정 음성 서비스(운동 동작에 따라 특정 관절 고정) Motion correction voice service such as “Raise your arm.” (Fix a specific joint according to the movement movement)

9. 이용자 움직임을 감지하여 구령(카운트) 음성으로 운동수행 가이드(하나, 둘, 셋...) 9. Detect user movement and guide exercise performance with command (count) voice (one, two, three...)

10. 운동 횟수 구령(음성 카운트) 속도를 차등적용 10. Differential application of exercise frequency command (voice count) speed

(1) 초반 아주 빠르게→빠르게→중반 보통속도→느리게→후반 아주 느리게→매우 느리게 (1) Very fast in the beginning → Fast in the middle → Normal in the middle → Slow → Very slow in the second half → Very slow

(2) 운동별 구령 속도를 시간 비율로 계산하여 서비스 제공 가능(수학적 계산 공식 적용)(2) Service can be provided by calculating the command speed for each exercise as a time ratio (mathematical calculation formula applied)

11. 근전도 센서 사용 시 신체 부위별 근육사용량을 비율로 표현11. When using an EMG sensor, express muscle usage by body part as a percentage

(1) 3D 아바타 부위별 색깔 구분으로 사용량 표현 (1) 3D avatar part-specific color classification to express usage

(2) 전체 근육사용량 아바타에 표현 (2) Expressed in the total muscle usage avatar

<스마트 폰 표준 동작설명 및 개인 동작영상 리플레이 유니티 앱> <Smartphone standard operation description and individual motion video replay Unity app>

12. 이용자 스마트 폰 유니티 동작 평가분석 전용 앱12. App for user smartphone Unity behavior evaluation and analysis

(1) 피트니스(기본) + 태권도, 골프, 농구, 요가, 학교 체육수업, K-pop 댄스 각각 개발(1) Fitness (basic) + Taekwondo, golf, basketball, yoga, school physical education class, K-pop dance development respectively

* 피트니스(기본) + 태권도 앱만 우선 개발(나머지 종목은 동일한 기능으로 구현) * Only the fitness (basic) + Taekwondo app is developed first (the rest of the sports are implemented with the same function)

(2) 보이는 각도에 따라 동작 방법과 자세, 주의할 점, 필요성 등을 상세 설명(2) Detailed explanation of the operation method and posture, points to be noted, and necessity according to the viewing angle

(3) 상하/전후/좌우 위치에 따라 보여지는 자세, 가동범위를 각도 값으로 설명 (3) The posture and range of motion shown according to the up/down/front/back/left and right positions are explained by angle values.

(4) 전문 피트니스 트레이너가 실시방법을 직접 입력하도록 함(4) Let a professional fitness trainer directly input the implementation method

<동작 평가 기능><Motion evaluation function>

1. 관리자 동작 평가화면 1. Admin action evaluation screen

(1) 동작 별 정확도 평가항목 (1) Accuracy evaluation items for each operation

* 자세 - 동작 수행을 위한 고정된 각 관절 각도(동작의 시작점) * Posture - fixed angle of each joint for performing the motion (starting point of the motion)

* 가동범위 - 동작 시 주동근을 중심으로 관절이 움직인 범위(직선, 곡선) * Range of motion - The range of movement of the joint around the prime mover during movement (straight line, curved line)

* 동선 - 발을 움직여 공간을 이동한 범위 * Movement - the range of space moved by moving your feet

* 타이밍(속도) - 관절이 동작할 때 속도 * Timing (speed) - the speed when the joint is moving

* 표현력(숙련도) * Expressiveness (skill level)

* 중심이동 - 움직임이 있을 때 몸의 흔들림 정도 * Center of gravity shift - the degree of body sway when there is movement

(2)실시간 평가화면(2) Real-time evaluation screen

* 각 관절 구분 * Separate each joint

: 어깨/팔꿈치/손목/골반/무릎/발목 좌우 12개 관절과 허리, 목 : Shoulder/elbow/wrist/pelvis/knee/ankle left and right 12 joints and waist, neck

: 개인 동작의 관절 별 정확도 평가 그래프를 표준운동과 구분하여(색) 표시 : Display the accuracy evaluation graph for each joint of individual movement separately from standard exercise (color)

* 동작 별 관절 가동범위와 자세 각도 기준설정(알고리즘) 오차범위 단계적 구분 * Step-by-step classification of joint motion range and posture angle standard setting (algorithm) error range for each motion

* 표준 동작 아바타 가동범위를 선으로 움직임 안내(이용자 아바타 화면에도 구현) * Guidance of movement through the standard motion avatar's range of motion (implemented on the user's avatar screen)

* 운동 실시횟수, 실시시간 표시 * Display the number of times of exercise and real time

* 종합평가 점수 제시 * Presenting the overall evaluation score

(3) 3D 인체 아바타 화면에 배치 (3) 3D human body avatar placed on the screen

* 각 관절의 점수를 제시 * Present the score for each joint

* 근전도 센서 측정값 근육/관절 가동범위 각도 값 표시(실시간 그래프 구현) * EMG sensor measurement value muscle/joint range of motion angle value display (real-time graph implementation)

(4)분석 그래프 (4) Analysis graph

* 다이어그램, 막대, 곡선 그래프를 사용하여 점수 제시 * Present scores using diagrams, bar and curve graphs

* 누적 데이터와 비교분석 : 변화/향상 정도를 제시 * Cumulative data and comparative analysis: suggest the degree of change/improvement

* 총 학습 누적 데이터 분석 : 종류, 횟수, 시간, 성장변화 그래프 제공 * Total learning cumulative data analysis: type, number, time, growth change graph provided

2. 평가 기준2. Evaluation Criteria

(1)각 항목별 점수 100점 기준(1) Based on 100 points for each item

종합점수는 평균값으로 제시(누적 데이터 최고기록, 평균기록 현재 기록 비교)Composite score is presented as an average value (compare the highest cumulative data record, average record and current record)

3. 솔루션 3. Solution

(1)댄스 콘텐츠 (1)Dance content

* 틀린 부분 자동 추출 후 피드백 제공 * Provide feedback after automatic extraction of incorrect parts

* 표준 동작을 전후/상하/좌우 분할화면으로 제시 * Present standard motions in front/back/top/bottom/left/right split screen

* 틀린 부분 전후 5초/10초 동작을 상세 설명과 느린 동작으로 다시 보기 3회 반복 * Repeat the 5 sec/10 sec motion before and after the wrong part 3 times with detailed explanation and slow motion

* 인공지능 안무가의 동작 수정 노하우 제공 : 체력/근력운동 처방 제공 * Artificial intelligence choreographer's motion modification know-how provided: physical strength/strength exercise prescription

(2)태권도, 농구, 골프 스포츠 콘텐츠(2) Taekwondo, basketball, golf sports content

(3)요가, 피트니스 동작 헬스 콘텐츠 (3)Yoga, fitness movement health contents

(4)학교 체육수업 콘텐츠 (4) Contents of school physical education class

4. 가속도 센서 착용 4. Wear the accelerometer

(1)동작 별 거리, 높이, 체공 시간, 궤적 값 등의 가동범위 계산 (1) Calculation of range of motion such as distance, height, flight time, and trajectory value for each movement

동작 시작과 종료 시간을 계산하여 거리 계산 Calculate distance by calculating motion start and end times

자이로 움직임의 가동범위를 계산하여 동작 카운트 Count the motion by calculating the range of motion of the gyro

5. 심장박동수 측정 스마트밴드 연동 5. Interlocking heart rate measurement smart band

(1)운동 시 심장박동수 변화 데이터를 측정화면에 표시 (1) Display heart rate change data on the measurement screen during exercise

(2)스마트밴드 블루투스 연동(2) Smart band Bluetooth interlock

<스마트 폰 개인 운동기록 Unity(게임엔진) App > <Smartphone personal exercise record Unity (game engine) App >

위 기능의 동작 정확도 평가에서 얻은 개인 운동 데이터 전체를 동작 평가 이용자 개인 스마트 폰으로 전송하여 App에서 개인 운동 영상을 확인Transfer the entire personal exercise data obtained from the motion accuracy evaluation of the above function to the motion evaluation user's personal smart phone and check the personal exercise video in the app

(1)스포츠 종목(태권도, 골프, 농구)과 헬스(요가, 피트니스), K-pop 댄스 표준동작 비교 (1) Comparison of sports events (taekwondo, golf, basketball), health (yoga, fitness), and K-pop dance standard movements

개인 영상기록은 1년 동안 또는 24개 영상기록 데이터만 보관 가능 Personal video records can be kept for 1 year or only 24 video record data

개인 동작 정확도 누적된 데이터를 비교 분석하여 차이점 제공Individual motion accuracy Compare and analyze accumulated data to provide differences

스마트 폰 Unity App 기능 Smartphone Unity App Features

(2)2~16배속 느리게 또는 빠르게 속도 조절 가능(2) 2~16 times slower or faster speed can be adjusted

(3)구분 동작 : 동작과 동작이 연결될 때 일시 정지 후(0.5초~2초) 다음 동작 연결됨 (3) Classification action: When an action and an action are connected, the next action is connected after a pause (0.5 seconds to 2 seconds)

(4)아바타 동작 위치를 정면 후면 상/하/좌/우 선택하여 영상 플레이 가능 (4) Video play is possible by selecting the avatar operation position from the front to the rear up/down/left/right

(5)일시 정지 후 아바타를 클릭하면 상/하/전/후/좌/우 위치에 따라 자세/동작 각도 제공, 한국어, 중국어, 영어 등의 다국어 음성지원 및 자막 설명 제공 (5) If you click the avatar after pause, posture/movement angle is provided according to the up/down/front/back/left/right position, multilingual voice support in Korean, Chinese, English, etc. and subtitle explanation are provided

(6)표준동작 모션 캡처 영상과 개인 동작 데이터를 동시에 플레이하여 동작 비교분석, 동시에 플레이하여 속도/자세/관절 각도 등의 동작 정확도를 비교 평가, 표준동작과 다를 때 해당 관절에 색깔 변화와 소리로 알림 (6) Simultaneously play the standard motion motion capture video and individual motion data to compare and analyze motion, compare and evaluate motion accuracy such as speed/posture/joint angle by playing at the same time. notice

(7)동작평가 시 근전도 센서를 사용하면 해당하는 신체 부위의 주동근과 협력근의 표준, 근육 사용량을 분석하여 근육사용 정확도 결과를 제공, 동작평가 기능과 동일한 기능 적용 (7) When an EMG sensor is used for motion evaluation, the standard and muscle usage of the prime mover and synergist muscles of the corresponding body part are analyzed to provide muscle use accuracy results, and the same function as the motion evaluation function is applied.

※ 위 기능에 대한 분석은 모두 서버의 분석 알고리즘을 통해 결과를 제공함 ※ All analysis of the above functions provides results through the server's analysis algorithm.

※ 위 동작 정확도 평가 센서 및 근전도 센서를 활용하여 라이브 수업 진행※ Live class using the above motion accuracy evaluation sensor and EMG sensor

(8)Zoom 등의 실시간 화상회의 소프트웨어를 통하여 스포츠 종목 및 피트니스 동작을 실시간 실기 수업으로 진행 가능 (8) It is possible to conduct sports events and fitness movements as real-time practical classes through real-time video conferencing software such as Zoom.

(8) O2O(온라인 2 오프라인) 코칭 시스템을 적용하여 실시간 평가 및 피드백 가능 (8) Real-time evaluation and feedback possible by applying O2O (online 2 offline) coaching system

본 발명은 몸 전체를 앞뒤, 좌우, 대각선 8가지 방향으로 움직일 수 있는 수동적(Passive) 운동을 유도하기 위한 운동 훈련장치와 상체의 움직임을 측정하기 위해 어깨 정 중앙에 3축 기울기 센서를 부착하여 상체의 움직임을 측정하여 자세가 흐트러지지 않고 기기의 움직임에 따라 바디의 움직임이 기기에 맞춰 움직일 수 있는 범위를 측정하여 척추의 가동범위를 평가할 수 있다.The present invention is an exercise training device for inducing a passive exercise that can move the entire body in eight directions, forward, backward, left and right, diagonally, and a 3-axis inclination sensor attached to the center of the shoulder to measure the movement of the upper body. It is possible to evaluate the range of motion of the spine by measuring the range of movement of the body according to the movement of the device without disturbing the posture by measuring the movement of the body.

좌우측 복직근과 좌,우측 척추기립근에 4채널 근전도를 모듈을 부착한 후 근전도의 초기 상태에서 일정한 설정범위를 초과하면 해당 방향을 멈추고 다시 원점으로 돌아온 후, 같은 방법으로 8가지 방향별 측정하여 근력상태에 따른 각도를 측정하여 척추안정화에 관여되는 근육의 상태에 따른 각도를 측정하는 것이다.After attaching a 4-channel EMG module to the left and right rectus abdominis muscles and the left and right erector spinae muscles, if the preset range is exceeded in the initial state of the EMG, the direction is stopped and returned to the origin again. It is to measure the angle according to the state of the muscles involved in spinal stabilization by measuring the angle according to the

장치의 움직임을 측정하기 위한 방법으로 기기 좌우, 앞뒤측에 부착된 엔코더를 통해 좌우, 앞뒤의 각도의 움직임을 측정하며, 척추의 움직임을 측정하기 위한 방법으로 어깨 정 중앙에 3축 기울기 센서를 부착하여 척추가 앞뒤, 좌,우 움직일 때 상체의 기울림이 발생되어 기울림의 정도를 각도로 변환하여 상체의 움직임을 각도로 측정한다.As a method to measure the movement of the device, the movement of the left and right and front and back angles is measured through the encoders attached to the left and right and front and back sides of the device. Thus, when the spine moves forward, backward, left, and right, the tilt of the upper body occurs, and the degree of inclination is converted into an angle and the movement of the upper body is measured as an angle.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능과 무선 근전도 신호처리를 융합한 개인운동관리시스템을 포함하는 전체 시스템은 모니터링 모듈, 운동관리서버, 근전도 센서 및 복수의 운동 기구를 포함한다.In addition, the entire system including a personal exercise management system that combines artificial intelligence and wireless EMG signal processing according to an embodiment of the present invention includes a monitoring module, an exercise management server, an EMG sensor, and a plurality of exercise equipment.

모니터링 모듈은 사용자가 운동관리서버에 접속하여 운동관리서버로부터 운동관리 어플리케이션을 다운로드 받아 설치할 수 있는 단말로서, 디스플레이 창을 포함하는 스마트폰, 노트북 또는 태블릿 피씨 등을 포함한다.The monitoring module is a terminal that allows a user to access the exercise management server and download and install an exercise management application from the exercise management server, and includes a smart phone, a laptop computer, or a tablet PC including a display window.

이러한 모니터링 모듈은 유선 또는 무선 인터넷을 통해 운동관리서버와 연동하며, 이때 무선 인터넷은 wifi, 블루투스 등일 수 있다.Such a monitoring module interworks with the exercise management server through a wired or wireless Internet, and in this case, the wireless Internet may be wifi, Bluetooth, or the like.

모니터링 모듈은 운동관리서버에 대한 운동관리 어플리케이션을 설치하고, 상기 어플리케이션을 구동하여 운동관리서버로 다양한 정보를 전송하고, 운동관리서버로부터 다양한 정보를 수신할 수 있다. The monitoring module may install an exercise management application for the exercise management server, transmit various information to the exercise management server by driving the application, and receive various information from the exercise management server.

근전도 센서는 복수의 센서 모듈을 포함하며, 각각의 센서 모듈은 웨어러블 기기(Wearable Device)로 구현된다.The EMG sensor includes a plurality of sensor modules, and each sensor module is implemented as a wearable device.

즉, 각각의 근전도 센서 모듈은 밴드 타입 구조로 제작되어 사용자의 신체에 직접 부착할 수 있도록 형성된다.That is, each EMG sensor module is manufactured in a band-type structure so that it can be directly attached to the user's body.

이러한 근전도 센서 모듈(110)은 사용자의 운동 실시에 따른 움직임에 대한 근전도를 센싱하여 감지신호를 송신할 수 있다.The EMG sensor module 110 may sense an EMG of movement according to the user's exercise and transmit a detection signal.

상기 근전도 센서 모듈은 신호 처리 모듈과의 무선 통신을 위한 통신부가 구비됨으로써 사용자의 움직임에 따라 생성되는 감지신호를 상기 신호 처리 모듈로 송신하도록 한다.The EMG sensor module is provided with a communication unit for wireless communication with the signal processing module to transmit a detection signal generated according to a user's movement to the signal processing module.

상기 근전도 센서의 복수의 센서 모듈은 사용자의 다양한 신체 부위에 부착되어 동시에 각각의 감지 신호를 송신할 수 있다.The plurality of sensor modules of the EMG sensor may be attached to various body parts of the user and transmit respective detection signals at the same time.

즉, 사용자의 팔, 다리, 가슴 및 엉덩이 등에 자유롭게 부착할 수 있으며, 사용자가 운동 시에 타겟으로 하는 근육 위치에 부착하여 타겟 근육에 대한 운동 효과를 감지할 수 있다.That is, it can be freely attached to the user's arms, legs, chest, and buttocks, and the user can sense the exercise effect on the target muscle by attaching it to the target muscle position during exercise.

각각의 근전도 센서 모듈은 고유의 일련번호를 가지며, 이러한 일련번호는 생성된 상기 감지신호와 함께 신호 처리 모듈로 송신함으로써 상기 신호 처리 모듈에서 각각의 센서 모듈을 식별할 수 있도록 한다.Each EMG sensor module has a unique serial number, and this serial number is transmitted to the signal processing module together with the generated detection signal so that the signal processing module can identify each sensor module.

각각의 근전도 센서 모듈은 센서부, A/D 컨버터, 통신부 및 배터리를 포함할 수 있다.Each EMG sensor module may include a sensor unit, an A/D converter, a communication unit, and a battery.

센서부는 근전도 센서로서 근육 주위에 부착된 전극을 통해 검출된 근육의 활동에 동반된 생체신호를 감지하여 표면 근전도를 측정한다. 근전도 센서는 기준 전극과 측정 전극의 두 개의 전극을 인체에 부착하여 근육 주변에 흐르는 전압과 전류의 양, 그리고 주파수를 측정하게 된다. The sensor unit is an EMG sensor and measures the surface EMG by sensing biosignals accompanying muscle activity detected through electrodes attached around the muscle. The EMG sensor attaches two electrodes, a reference electrode and a measurement electrode, to the human body to measure the amount of voltage, current, and frequency flowing around the muscle.

이때 두 전극 사이에 형성되는 전위차가 센서의 증폭기를 통해 증폭되고, 필터에 의해 60Hz의 전원 잡음을 제거할 수 있다. 또한 저주파통과필터에 의해 고주파 성분의 잡음을 제거하여 근전도 신호를 감지한다.At this time, the potential difference formed between the two electrodes is amplified by the amplifier of the sensor, and the power supply noise of 60Hz can be removed by the filter. In addition, the EMG signal is detected by removing the noise of the high-frequency component by the low-pass filter.

A/D 컨버터는 센서부의 근전도 신호를 디지털화하여 출력하고, 통신부는 유선 또는 무선 통신망을 통해 상기 디지털 신호를 신호처리 모듈로 송신하며, 이때 상기 통신부는 각각의 근전도 센서 일련번호를 함께 송신한다.The A/D converter digitizes and outputs the EMG signal of the sensor unit, and the communication unit transmits the digital signal to the signal processing module through a wired or wireless communication network, and the communication unit transmits each EMG sensor serial number together.

또한, 상기 근전도 센서 모듈은 각각 배터리를 포함하며, 상기 배터리는 충전식 배터리일 수 있다. In addition, each of the EMG sensor modules includes a battery, and the battery may be a rechargeable battery.

한편, 운동관리서버는 신호 처리 모듈 및 제어 서버를 포함할 수 있으며, 신호 처리 모듈과 제어 서버는 물리적으로 서로 분리되어 있을 수 있으나, 하나의 PC에서 기능적으로 분리될 수 있다.Meanwhile, the exercise management server may include a signal processing module and a control server, and the signal processing module and the control server may be physically separated from each other, but may be functionally separated from one PC.

신호 처리 모듈은 유선 또는 무선 통신망을 통해 근전도 센서로부터 다양한 감지 신호를 수신하고, 이를 신호처리 및 판독하여 유효한 특징값인 근육 활성도를 계산한다. The signal processing module receives various sensing signals from the EMG sensor through a wired or wireless communication network, processes and reads them, and calculates muscle activity, which is an effective characteristic value.

더욱 상세하게, 신호 처리 모듈은 동기화 및 필터링부, 신호분석부 및 특징 추출부를 포함할 수 있다.In more detail, the signal processing module may include a synchronization and filtering unit, a signal analysis unit, and a feature extraction unit.

동기화 및 필터링부는 상기 각각의 근전도 센서 모듈로부터 수신되는 복수의 감지 신호를 각 채널 별로 동기화하고 노이즈 필터링을 수행한다. The synchronization and filtering unit synchronizes the plurality of detection signals received from the respective EMG sensor modules for each channel and performs noise filtering.

신호분석부는 상기 감지 신호로부터 유효한 특징값을 얻어내는 제1 분석부 및 제2 분석부를 포함한다.The signal analysis unit includes a first analysis unit and a second analysis unit for obtaining an effective feature value from the detection signal.

상기 제1 분석부는 EMD(empirical mode decomposition)을 이용하여 필터링된 감지 신호를 여러 개의 IMF(intrinsic mode function)로 분해하고, 각 IMF별 스펙트럼 값을 구하여 배음 특성과 파워비로부터 임계값 이상의 IMFs값을 구할 수 있다.The first analyzer decomposes the filtered detection signal into several intrinsic mode functions (IMFs) using empirical mode decomposition (EMD), obtains a spectrum value for each IMF, and calculates the IMFs value above the threshold value from the harmonic characteristics and the power ratio. can be saved

제2 분석부는 DWT(discrete wavelet transform)을 이용하여 필터링된 감지 신호를 복수의 부대역으로 분해하고, 각 대역의 평균, 분산, 왜도, 첨도를 구하여 프레임 별 각 부대역에서 구한 값의 변화율 중 가장 큰 변화율을 가지는 최대 변화율 부대역을 선택할 수 있다. The second analyzer decomposes the filtered detection signal into a plurality of subbands using discrete wavelet transform (DWT), calculates the average, variance, skewness, and kurtosis of each band, among the rate of change of values obtained from each subband for each frame. A maximum rate of change subband having the largest rate of change may be selected.

이와 같이, IMFs값 및 최대 변화율 부대역이 유효한 특징값으로 정의된다.In this way, the IMFs value and the maximum rate of change subband are defined as valid feature values.

한편, 특징 추출부는 선택된 유효한 특징값으로부터 근육의 활성도를 계산한다. 상세하게는, 선택된 IMFs와 선택된 부대역으로부터 RMS를 구하여 근수축 근긴장정도를 계산하고, 메디안 주파수(median frequency)로부터 근육의 피로도를 계산한다. 또한, 특징 추출부는 채널간 상호상관함수(cross-correlation)를 이용하여 근수축 타이밍을 분석한다.Meanwhile, the feature extractor calculates the muscle activity from the selected effective feature value. In detail, the RMS is obtained from the selected IMFs and the selected subbands to calculate the degree of muscle contraction muscle tone, and the degree of muscle fatigue is calculated from the median frequency. In addition, the feature extractor analyzes the muscle contraction timing using a cross-correlation function between channels.

이와 같이, 특징 추출부(는 근수축 근긴장정도, 피로도, 근수축 타이밍을 추출하여 근육의 활성도로 전송할 수 있다. In this way, the feature extraction unit extracts the muscle contraction degree of muscle tension, fatigue, and muscle contraction timing and transmits it as the activity of the muscle.

한편, 제어 서버는 유선 또는 무선 통신망을 통해 사용자가 운동관리 서비스 가입자인지를 확인하고, 운동관리 서비스 가입자인 경우, 운동관리 서비스 가입자의 신체 정보 및 운동 정보를 수신하고, 이를 분석하여 맞춤형 운동 프로그램을 제안할 수 있으며, 현재 운동 방법에 대한 개선 방안을 제공할 수 있다.On the other hand, the control server checks whether the user is an exercise management service subscriber through a wired or wireless communication network, and if the user is an exercise management service subscriber, receives body information and exercise information of the exercise management service subscriber, analyzes it, and provides a customized exercise program. You can make suggestions, and you can provide an improvement plan for the current exercise method.

또한, 아카이브 분석을 통해 다양한 가입자의 운동 정보를 누적하여 저장하고, 이를 시간별, 나이별, 성별, 지역별로 분석하여 사용자들이 선호하는 운동기기, 시간대별 운동 습관, 지역별 운동 트랜드, 개인별이 아닌 전체적 운동 시의 문제점 및 개선 방안을 도출한다. In addition, through archive analysis, the exercise information of various subscribers is accumulated and stored, and it is analyzed by time, age, gender, and region. Draw up the city's problems and improvement plans.

이러한 신호 처리 모듈 및 제어 서버를 포함하는 운동관리서버는 상기 모니터링 모듈에 설치하여 이러한 운동 시의 개선방안 및 피드백을 표시할 수 있고, 각 근전도 센서 모듈에 시작 정보 등을 송신할 수 운동관리 어플리케이션을 제공한다.An exercise management server including such a signal processing module and a control server can be installed in the monitoring module to display improvement plans and feedback during such exercise, and can transmit start information to each EMG sensor module, etc. Exercise management application to provide.

이러한 운동 관리 시스템은 사용자가 모니터링 모듈, 일 예로 사용자의 스마트폰에 운동관리 어플리케이션을 설치하고, 상기 복수의 근전도 센서 모듈을 운동하고자 하는 신체의 부분에 부착한 상태에서 동작을 수행한다.In such an exercise management system, a user installs an exercise management application on a monitoring module, for example, a user's smartphone, and performs an operation in a state in which the plurality of EMG sensor modules are attached to a body part to be exercised.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 동작을 설명한다.Hereinafter, the operation of the system according to an embodiment of the present invention will be described.

먼저, 사용자는 운동관리 어플리케이션을 설치한 모니터링 모듈, 일예로 스마트폰을 가지고 있는 상태에서 운동 동작을 선택하고, 사용할 운동기기가 있는 경우, 운동기기를 선택한다. 별도의 기기가 필요하지 않는 경우, 운동기기 선택은 생략할 수 있다.First, a user selects an exercise motion while having a monitoring module installed with an exercise management application, for example, a smartphone, and selects an exercise device when there is an exercise device to be used. If a separate device is not required, the selection of exercise equipment can be omitted.

다음으로, 상기 사용자가 스마트폰의 상기 운동관리 어플리케이션을 구동하여 현재 운동 시간 및 운동하는 사용자의 생리상태를 기재한다. 상기 생리상태는 성별, 키, 체중, 연령 및 복부비만도 등일 수 있으며, 이러한 생리상태 정보는 다양한 측정기구, 예를 들어 체중계, 줄자, 인바디 등을 통해 측정할 수 있다. Next, the user drives the exercise management application of the smartphone to describe the current exercise time and the physiological state of the user exercising. The physiological state may be gender, height, weight, age, and abdominal obesity, and the physiological state information may be measured through various measuring instruments, for example, a scale, a tape measure, InBody, and the like.

또한, 이러한 신체 정보는 유/무선 통신망을 통해 상기 운동 관리 서버에 전송될 수 있다.In addition, such body information may be transmitted to the exercise management server through a wired/wireless communication network.

다음으로, 상기 운동 관리 서버는 상기 근전도 센서로부터 센서 모듈의 각 센서부의 부착 위치 정보를 요청하고, 해당 위치 정보를 수신한다. 이때, 상기 위치 정보는 모니터링 모듈에도 전송된다.Next, the exercise management server requests the attachment location information of each sensor unit of the sensor module from the EMG sensor, and receives the corresponding location information. At this time, the location information is also transmitted to the monitoring module.

상기 모니터링 모듈이 상기 위치 정보를 수신하면, 해당 기기를 초기화하고, 운동을 시작한다.When the monitoring module receives the location information, it initializes the device and starts exercising.

이때, 모니터링 모듈은 상기 어플리케이션을 통해 상기 운동 관리 서버에 해당 운동 정보, 즉, 시간, 기기, 생리상태 등의 정보를 전송할 수 있다. In this case, the monitoring module may transmit the corresponding exercise information, that is, information such as time, device, physiological state, etc., to the exercise management server through the application.

운동이 시작되면, 상기 근전도 센서는 감지 신호를 생성하여 운동 관리 서버의 신호 처리 모듈로 송신한다. When the exercise starts, the EMG sensor generates a detection signal and transmits it to the signal processing module of the exercise management server.

다음으로, 상기 신호 처리 모듈은 상기 감지 신호로부터 동작별 근육 활성도를 계산하여 모니터링 모듈로 전송한다.Next, the signal processing module calculates the muscle activity for each motion from the detection signal and transmits it to the monitoring module.

이러한 근육 활성도를 계산하는 과정은 다음과 같다.The process of calculating such muscle activity is as follows.

상세하게는, 먼저, 감지 신호를 수신하고, 이러한 감지 신호를 EMD(empirical mode decomposition)을 이용하여 여러개의 IMF(intrinsic mode function)로 분해한다In detail, first, a sensing signal is received, and the sensing signal is decomposed into several intrinsic mode functions (IMF) using empirical mode decomposition (EMD).

다음으로, 해당 IMF 중 각 IMF별 스펙트럼 값을 구하여 배음 특성과 파워비로부터 임계값 이상인 경우 IMFs로 선택한다. Next, spectral values for each IMF are obtained among the corresponding IMFs, and if the overtone characteristics and power ratio are above the threshold value, IMFs are selected.

한편, 상기 필터링된 감지 신호를 DWT(discrete wavelet transform)을 이용하여 여러개의 부대역으로 분해한다. 다음으로, 각 대역의 평균, 분산, 왜도, 첨도를 구하여 프레임별 각 부대역에서 구한 값의 변화율 중 가장 큰 변화율을 가지는 최대 변화율 부대역을 선택한다. Meanwhile, the filtered detection signal is decomposed into a plurality of subbands using discrete wavelet transform (DWT). Next, the average, variance, skewness, and kurtosis of each band are obtained, and the maximum rate of change subband having the largest rate of change among the rates of change of values obtained from each subband for each frame is selected.

이때, IMFs값 및 최대 변화율 부대역을 유효한 특징값으로 정의하고, 유효한 특징값으로부터 근육의 활성도를 계산한다. 상세하게는 선택된 IMFs와 선택된 부대역으로부터 RMS를 구하여 근수축 근긴장정도를 계산하고, 메디안 주파수로부터 근육의 피로도를 계산한다. In this case, the IMFs value and the maximum rate of change subband are defined as effective feature values, and muscle activity is calculated from the effective feature values. In detail, the RMS is obtained from the selected IMFs and the selected subbands, the degree of muscle contraction muscle tone is calculated, and the muscle fatigue degree is calculated from the median frequency.

다음으로, 채널간, 즉, 각 센서 모듈 사이의 상호상관함수(cross-correlation)를 이용하여 근수축 타이밍을 분석한다.Next, the muscle contraction timing is analyzed using a cross-correlation function between channels, that is, between each sensor module.

이와 같이, 근수축 근긴장정도, 피로도, 근수축 타이밍을 추출하여 근육의 활성도로 모니터링 모듈에 전송한다. In this way, the muscle contraction degree of muscle tension, fatigue, and muscle contraction timing are extracted and transmitted to the monitoring module as muscle activity.

상기 모니터링 모듈은 상기 근육의 활성도를 수신하고, 이를 표시한다(S170). 이때, 상기 운동 관리 어플리케이션을 통한 활성도는 신체 지도(body map)의 형태로 표시되어 사용자에게 쉽고 효과적으로 인지될 수 있도록 한다. The monitoring module receives the activity of the muscle and displays it (S170). In this case, the activity through the exercise management application is displayed in the form of a body map so that the user can easily and effectively recognize it.

한편, 상기 운동 관리 서버의 제어 서버는 상기 신호처리모듈로부터의 근육 활성도 및 운동 정보를 분석하여 상기 사용자의 운동 상태를 판단하고, 상기 운동 상태의 개선 방안을 도출하여 상기 모니터링 모듈에 전송한다.On the other hand, the control server of the exercise management server analyzes the muscle activity and exercise information from the signal processing module to determine the exercise state of the user, derives a plan to improve the exercise state, and transmits it to the monitoring module.

상기 모니터링 모듈은 상기 어플리케이션을 통해 이를 수신하고, 운동 처방으로 표시하여 사용자에게 피드백하고 어플리케이션을 종료한다.The monitoring module receives it through the application, displays it as an exercise prescription, gives feedback to the user, and terminates the application.

상기 제어 서버는 운동 처방까지 포함하여 아카이브 분석함으로써 데이터베이스에 업데이트한다. The control server updates the database by analyzing archives including exercise prescriptions.

이와 같이, 웨어러블 근전도 센서를 이용하여 사용자의 운동 부위에 부착하고, 운동을 진행하면서 실시간으로 근육의 활성도를 판독하고 보여줌으로써 운동의 정확도 및 개선방안을 제공할 수 있어 효율적인 운동이 가능하다. In this way, by attaching the wearable EMG sensor to the user's exercise part, and reading and showing the muscle activity in real time while the exercise is in progress, it is possible to provide an accuracy and improvement plan of the exercise, so that an efficient exercise is possible.

다음 개인운동관리시스템에 탑재되는 소프트웨어에 대하여 설명한다.Next, the software installed in the personal exercise management system will be described.

1. 웹 개발(서비스)1. Web Development (Service)

가. MVW(Model - View - Whatever)패턴을 사용한다. go. It uses the MVW (Model - View - Whatever) pattern.

이것은 애플리케이션의 모듈화를 효율적으로 하게 하여 코드의 재활용성을 높이고, 효율적인 유지보수를 가능하게 한다. This makes the application modularity efficient, increasing code reusability and enabling efficient maintenance.

나. AMD(Asynchronous Module Definition) 모듈을 사용한다.me. AMD (Asynchronous Module Definition) module is used.

이것은 동적 로딩, 의존성 관리, 모듈화가 톱니바퀴처럼 아름답게 맞물린 API 디자인을 제시한다. It presents an API design with dynamic loading, dependency management, and modularity intertwined beautifully like cogs.

(1) 동적로딩(Dynamic Loading, Lazy Loading) (1) Dynamic Loading, Lazy Loading

HTML 파일 로딩시에 <script> 태그는 페이지 렌더링을 느리게 한다. <script> 태그의 HTTP 요청과 다운로드, 파싱(Parsing), 실행이 일어나는 동안 브라우저는 다른 동작을 하지 않기 때문이다. 화면이 복잡하고 AJAX로 점철된 웹앱 수준의 규모에서는 이 시간이 큰 폭으로 커진다. 웹앱은 AJAX로 전환되는 여러 뷰(View)를 가지고 있는 경우가 흔하다. 더 최적화를 하자면 첫 렌더링과 인터랙션에 필요한 JavaScript만 먼저 로딩하고 후에 사용자의 반응에 따라 나머지를 로딩하는 점진적인 방식이 필요하다. 이러한 이유로 펜씨업은 페이지 렌더링을 방해하지 않으면서 필요한 파일만 로딩 할 수 있는 동적 로딩을 사용한다. When loading an HTML file, the <script> tag slows down page rendering. This is because the browser does not perform any other actions while HTTP request, download, parsing, and execution of the <script> tag are taking place. At the scale of a web app with a complex screen and dotted with AJAX, this time increases significantly. Web apps often have multiple views that are converted to AJAX. For further optimization, we need a gradual method of loading only the JavaScript necessary for the first rendering and interaction first, and then loading the rest according to the user's reaction. For this reason, PencUp uses dynamic loading, which allows you to load only the files you need without interfering with page rendering.

(2) 의존성 관리 (2) Dependency Management

유지보수를 용이하게 하려면 의존성 관리는 필수적이다. 그러나 JavaScript는 스크립트 간의 의존성을 파악하기 힘들다. 왜냐하면 언어 차원에서 #include나 package/import같은 명시적이고 강제적인 키워드, 패키징 정책을 지원하지 않기 때문이다. 이를 해결하기 위해 특정 기능의 스크립트를 이름 붙일 수 있는 하나의 단위로 묶어 철저하게 의존성 관리를 한다. Dependency management is essential to facilitate maintenance. However, in JavaScript, it is difficult to understand the dependencies between scripts. This is because, at the language level, explicit and mandatory keywords such as #include and package/import, and packaging policies are not supported. To solve this problem, the scripts of specific functions are grouped into a unit that can be named, and dependency management is thoroughly managed.

(3) 모듈화 (3) Modularization

스크립트 내부에서만 사용하는 변수, 함수들은 전역 공간에 둘 필요가 없고 두어서도 안 된다. 전역변수 남발과 이로 인한 충돌은 유지 보수에 막대한 영향을 끼치는데 스크립트의 모듈화는 이런 문제를 방지한다.Variables and functions that are only used inside the script do not need to be placed in the global space and should not be placed. Overuse of global variables and their conflicts have a huge impact on maintenance, and modularization of scripts prevents this problem.

기본적인 모듈 패턴은 외부에서 접근할 변수와 함수만 골라서 노출할 수 있으며 외부에 노출할 필요 없는 변수와 함수는 클로저(Closure)를 이용하여 전역 공간에 위치시키지 않고도 접근할 수 있게 한다. In the basic module pattern, only variables and functions to be accessed from the outside can be selectively exposed, and variables and functions that do not need to be exposed to the outside can be accessed without locating them in the global space using closures.

다. 균일한 스타일링을 강제하는 메커니즘을 추구한다. All. A mechanism for forcing uniform styling is pursued.

(1) 프론트와 서버사이드 프로그래밍에 균일한 스타일링을 하도록 강제하는 모델을 제시한다. 그리하여 이전의 프로그램을 유지보수(수정 및 업그레이드)하는 데에도 큰 어려움이 없다. 또한 A라는 개발자와 B라는 개발자 사이의 균일한 스타일링을 강제하는 메커니즘을 추구한다. (1) We present a model that forces front and server-side programming to have uniform styling. Therefore, there is no great difficulty in maintaining (modifying and upgrading) the previous program. It also pursues a mechanism that enforces uniform styling between developer A and developer B.

라. 사용자(PC, 모바일 기기)와 서버 간의 입출력 속도를 개선 la. Improving the input/output speed between the user (PC, mobile device) and the server

(1) 소프트웨어 프로그램에 대한 구조 및 개념도 (1) Structure and conceptual diagram of software program

- 기본 구조 - Basic structure

Figure pat00001
Figure pat00001

- pinyfiny프로그램에 적용한 소프트웨어 프로그램 구조 구조 - Software program structure structure applied to pinyfiny program

Figure pat00002
Figure pat00002

- 프로그램 컨트롤(Control) 개념도 - Conceptual diagram of program control

Figure pat00003
Figure pat00003

- 프론트 서버사이드 통신 프로그램 구조도 - Front server side communication program structure diagram

Figure pat00004
Figure pat00004

서버사이드 구조도 server side architecture

Figure pat00005
Figure pat00005

(2) 위 구조도와 개념도에서 볼 수 있듯이 기존에 있는 소프트웨어 설계보다 캐싱 시스템 및 프론트에서의 페이지 이동이 아니라 left,top bottom등으로 분할을 하여 웹 화면의 속도를 향상 시킴(2) As can be seen from the above structural diagram and conceptual diagram, the speed of the web screen is improved by dividing the page into left, top and bottom, rather than moving pages in the caching system and front, compared to the existing software design.

마. 리시버 및 근전도 센서(채널) 자동 업데이트 구조도 mind. Receiver and EMG sensor (channel) automatic update structure diagram

(1) 근전도 센서 고장 및 교체를 하여야 할 경우에 사용 (1) Used in case of EMG sensor failure or replacement

(2) 운영서버에서 근전도 센서 등록 및 변경 후 버전 정보(Integer)정보를 변경 함. (2) After registering and changing the EMG sensor in the operation server, the version information (Integer) information is changed.

(3) 리시버로 운동시작을 할 경우 기존에 등록된 버전 정보와 비교하여 요청한 버전 정보가 클 경우 리시버 설정 정보를 업데이트 함. (3) When starting exercise with the receiver, the receiver setting information is updated if the requested version information is large compared to the previously registered version information.

Figure pat00006
Figure pat00006

바. 리시버 프로그램 원격 업데이트 및 패치 구조도 bar. Receiver program remote update and patch structure diagram

(1) 리시버 프로그램 업데이트 및 패치를 원격으로 진행 할 수 있음. (1) Receiver program update and patch can be performed remotely.

(2) 특정 리시버에서 프로그램 업데이트를 실행 했을 경우 그 패치 파일을 공유하여 업데이트 할 수 있음. (2) If the program update is executed on a specific receiver, it can be updated by sharing the patch file.

(3) 쌍방향 업데이트 및 패치가 가능함. (3) Interactive update and patching is possible.

Figure pat00007
Figure pat00007

다음, 근전도 신호처리로 노이즈가 제거된 신호의 분석 방법의 일례를 설명한다.Next, an example of an analysis method of a signal from which noise has been removed by EMG signal processing will be described.

1. 기본분석 1. Basic analysis

1.1 SW기반 노이즈 제거를 마친 신호를 1초단위로 시간 기반 분석과 스팩트럼 분석을 실시한다. 이를 이용하여 RMS, 파워 스펙트럼, Median Frequency, Mean Frequency, RMS-확률분포, RMS 상관함수(cross-correlation), MVIC Normalization 값을 계산한다.1.1 Time-based analysis and spectrum analysis are performed on the signal that has been removed from SW-based noise in units of 1 second. Using this, RMS, power spectrum, median frequency, mean frequency, RMS-probability distribution, RMS cross-correlation, and MVIC normalization values are calculated.

1.2 먼저, MVIC Noramlization을 이용하여 한사람의 근육의 최대치를 기준으로 각 사람마다 근육 활성도의 최대치를 구한다 이를 기반으로 RMS, Median Frequency, Mean Frequency값을 모니터링 한다. RMS을 이용하여 근수축 정도(‘A' 값)를 그래프로 보여주며 시간타이밍에 맞게 Median Frequency, Mean Frequency값('B'값)을 계산하여 근피로도를 측정한다, A, B값을 상호 비교하여 A와 B가 값이 현저히 낮아지고 5초 이상 지속되면 서버에 전송하여 트레이너에게 알람을 준다.1.2 First, using MVIC Noramlization, find the maximum value of muscle activity for each person based on the maximum value of each person's muscle. Based on this, the RMS, Median Frequency, and Mean Frequency values are monitored. Using RMS, the degree of muscle contraction ('A' value) is shown in a graph, and muscle fatigue is measured by calculating the median frequency and mean frequency values ('B' value) according to the time timing. Therefore, if the values of A and B decrease significantly and last for more than 5 seconds, it is transmitted to the server and an alarm is given to the trainer.

2. 신호처리 1: 시간별로 측정된 근전도 데이터중 유의미한 값(특징)을 얻어내는 과정2. Signal processing 1: The process of obtaining significant values (features) from the EMG data measured by time

2.1 취득 신호 분해1 2.1 Acquisition Signal Decomposition1

: ICEEMDAN(Improved Complete EEMD(Ensemble Empirical Mode Decomposition) with Adaptive Noise )을 이용하여 근전도의 raw data를 여러개의 intrinsic mode function(IMF)로 분해 -> 각 IMF별 스펙트럼 값을 구함 -> 각 IMF의 스펙트럼에서 배음 특성과 파워비를 구함-> 임계값 이상의 IMFs를 선택. : Using ICEEMDAN (Improved Complete EEMD (Ensemble Empirical Mode Decomposition) with Adaptive Noise ) to decompose raw EMG data into multiple intrinsic mode functions (IMF) -> Obtain the spectrum value for each IMF -> From the spectrum of each IMF Obtain overtone characteristics and power ratio -> Select IMFs above the threshold.

2.2 취득 신호 분해 2 2.2 Acquisition Signal Decomposition 2

: discrete wavelet transform을 이용하여 근전도 raw data를 여러개의 부대역(subband)으로 분해(델파파, 세타파, 알파파, 베타파 구간에 맞게) -> 각대역의 평균, 분산, 왜도, 첨도를 구함 -> 프레임별 각 부대역에서 구한 값의 변화율을 놓고 가장 변화가 심한 부대역을 선택.: Using discrete wavelet transform to decompose raw EMG data into multiple subbands (fitting for delta wave, theta wave, alpha wave, beta wave sections) -> Obtain the average, variance, skewness, and kurtosis of each band -> Set the rate of change of the value obtained from each subband for each frame and select the subband with the most change.

3. 신호처리 2 : 분해된 근전도 신호로 부터 특징백터를 계산3. Signal processing 2: Calculate the feature vector from the decomposed EMG signal

2.1 1.1로부터 선택된 IMF와 1.2로부터 얻어진 wavelet subband에서 AR(auto-regressive)모델로부터 AR 계수를 구한다. 특히 여기서 AR모델중 노이즈에 강인한 EIV(Error in Variable)모델을 적용한다. 2.1 Obtain the AR coefficient from the AR (auto-regressive) model in the IMF selected from 1.1 and the wavelet subband obtained from 1.2. In particular, among the AR models, the EIV (Error in Variable) model, which is robust against noise, is applied.

4. 모션센서 신호처리 4. Motion sensor signal processing

: 각 운동별 전문가 집단이 정해놓은 임계치를 기반으로 유저가 각운동별 운동시에 해당하는 각도를 벗어나면 벗어난 대하여 세트별로 2번 3번을 통하여 분석된 값과 통합하여 모니터링 하고 서버에 전송한다.: Based on the threshold set by the expert group for each exercise, if the user deviates from the corresponding angle during each exercise, it is integrated with the value analyzed through 2 and 3 per set for monitoring and transmitted to the server.

인공지능부의 정확도를 높이기 위해, 여러 운동자의 센서 정보를 수집하여 데이터베이스에 저장하고, 각 상황에 따른 분석 정보를 데이터베이스에 저장하고, 작업자의 시간별, 나이별, 성별, 지역별에 따라 데이터 통계치를 분석하여 데이터베이스에 저장할 수 있다. In order to increase the accuracy of the AI department, sensor information of several athletes is collected and stored in the database, the analysis information according to each situation is stored in the database, and data statistics are analyzed according to the time, age, gender, and region of the worker. can be stored in the database.

인공지능부에서 EIV를 이용한 AR 계수를 구하는 방법의 일례로는 다음의 방법을 들 수 있다.An example of a method for obtaining an AR coefficient using EIV in the artificial intelligence unit may include the following method.

시스템 식별(system identification) 문제에서 오차와 잡음을 입력과 출력에 모두 나타내는 것을 EIV 모델이라 하며, 그림 2는 AR 계수 추정을 위한 EIV 기법을 나타낸 것으로 식 (1)은

Figure pat00008
차 AR 모델로 표현되는 신호를 나타낸 것이다.In a system identification problem, an EIV model that represents both input and output errors and noise is called an EIV model. Figure 2 shows the EIV technique for estimating AR coefficients.
Figure pat00008
The signal represented by the car AR model is shown.

(식 1)(Equation 1)

Figure pat00009
Figure pat00009

여기서

Figure pat00010
는 AR 모델의 계수를 나타내고,
Figure pat00011
는 평균이
Figure pat00012
이고 분산이
Figure pat00013
인 가산성 백색 잡음(additive white Gaussian nosie; AWGN)이다. 신호
Figure pat00014
는 평균이
Figure pat00015
이고 분산이
Figure pat00016
인 AWGN
Figure pat00017
가 더해져서 관측이 된다.here
Figure pat00010
represents the coefficient of the AR model,
Figure pat00011
is the average
Figure pat00012
and the dispersion
Figure pat00013
Phosphorus is additive white Gaussian nosie (AWGN). signal
Figure pat00014
is the average
Figure pat00015
and the dispersion
Figure pat00016
in AWGN
Figure pat00017
is added and observed.

(식 2)(Equation 2)

Figure pat00018
Figure pat00018

본 발명에서는 다음과 같은 특징을 갖는 EIV를 이용하여 AR 계수, 입력과 측정 잡음의 분산을 측정한다. In the present invention, the variance of the AR coefficient and input and measurement noise is measured using EIV having the following characteristics.

ⅰ) Frisch 기법의 해집합의 성질을 이용i) Using the property of the solution set of the Frisch method

ⅱ) 시불변 동적 시스템(time-invarint dynamic system)의 shift 성질을 이용ii) using the shift property of a time-invariant dynamic system

ⅲ) 공분산 행렬의 양의 정 부호 행렬(positive-definite matrix)을 만족시키는 AR 계수, 입력과 측정 잡음 분산을 동시에 추정iii) Simultaneously estimate the AR coefficients that satisfy the positive-definite matrix of the covariance matrix, and the variance of input and measurement noise

Frisch 기법과 shift 성질을 이용하여 잡음 평면에서의 잡음 분산이 최소가 되는 지점을 찾을 수 있다. 즉, 잡음 환경에서 예측한 AR 계수들의 오차를 최소화 시킬 수 있어 잡음에 보다 강인한 특징벡터를 추출할 수 있다. Using the Frisch technique and the shift property, it is possible to find the point at which the noise dispersion in the noise plane is minimized. That is, it is possible to minimize the error of AR coefficients predicted in a noisy environment, so that a feature vector more robust to noise can be extracted.

다음은

Figure pat00019
개의 유한 데이터에서 EIV에 기반한 AR 계수 예측 알고리즘에 대해 간략히 기술한 것이다.next
Figure pat00019
This is a brief description of the AR coefficient prediction algorithm based on EIV on finite data.

단계 1:

Figure pat00020
에 대한 공분산 행렬
Figure pat00021
은 다음과 같이 정의된다. Step 1:
Figure pat00020
covariance matrix for
Figure pat00021
is defined as

(식 3)(Equation 3)

Figure pat00022
Figure pat00022

여기서

Figure pat00023
Figure pat00024
개의 관측된 신호
Figure pat00025
로 구성되는
Figure pat00026
Hankel 행렬이고 다음과 같다.here
Figure pat00023
Is
Figure pat00024
observed signal
Figure pat00025
consisting of
Figure pat00026
It is a Hankel matrix and is

(식 4)(Equation 4)

Figure pat00027
Figure pat00027

실제 관측 신호의 개수

Figure pat00028
은 유한하므로, AR 계수를 추정함에 있어 공분산 행렬에 대한 추정치를 계산하여 이용해야 한다. AR 차수
Figure pat00029
,
Figure pat00030
에 대해 다음과 같이 공분산의 추정을 계산한다.Number of actual observed signals
Figure pat00028
Since is finite, an estimate for the covariance matrix must be calculated and used in estimating the AR coefficient. AR order
Figure pat00029
,
Figure pat00030
Calculate the estimate of the covariance as follows.

(식 5)(Equation 5)

Figure pat00031
Figure pat00031

(식 6)(Equation 6)

Figure pat00032
Figure pat00032

단계 2: 잡음 평면

Figure pat00033
에서 식 (7)을 만족하는 점
Figure pat00034
에 대해 연속된 convex 곡선의 집합을
Figure pat00035
라 하자.Step 2: Noise plane
Figure pat00033
point that satisfies Equation (7) in
Figure pat00034
A set of continuous convex curves for
Figure pat00035
let's say

(식 7)(Equation 7)

Figure pat00036
Figure pat00036

식 (8)을 이용하여 원점과 점

Figure pat00037
를 지나는 직선이
Figure pat00038
와 만나는 점
Figure pat00039
는 다음과 같이 구할 수 있다.Using Equation (8), the origin and point
Figure pat00037
a straight line passing through
Figure pat00038
meeting point with
Figure pat00039
can be obtained as

(식 8)(Equation 8)

Figure pat00040
Figure pat00040

여기서

Figure pat00041
이다. 이와 같은 방식으로 원점과 점
Figure pat00042
를 지나는 직선이
Figure pat00043
와 만나는 점
Figure pat00044
또한 구할 수 있다. here
Figure pat00041
to be. In this way the origin and point
Figure pat00042
a straight line passing through
Figure pat00043
meeting point with
Figure pat00044
Also available.

단계 3: 다음의 관계를 이용하여

Figure pat00045
,
Figure pat00046
,
Figure pat00047
를 계산한다.Step 3: Using the relation
Figure pat00045
,
Figure pat00046
,
Figure pat00047
to calculate

(식 9)(Equation 9)

Figure pat00048
Figure pat00048

(식 10)(Equation 10)

Figure pat00049
Figure pat00049

(식 11)(Equation 11)

Figure pat00050
Figure pat00050

여기서

Figure pat00051
는 점
Figure pat00052
를 이용하여 구한 AR 계수
Figure pat00053
를 의미한다.here
Figure pat00051
the point
Figure pat00052
AR coefficient obtained using
Figure pat00053
means

단계 4:

Figure pat00054
일 때, 식 (12)에 주어진 SR 비용함수(shifted relation cost function)를 계산한다.Step 4:
Figure pat00054
, calculate the shifted relation cost function given in Equation (12).

(식 12)(Equation 12)

Figure pat00055
Figure pat00055

단계 5: SR 비용함수

Figure pat00056
를 최소화 하는 분산
Figure pat00057
를 탐색한다.Step 5: SR cost function
Figure pat00056
variance to minimize
Figure pat00057
explore

단계 6:

Figure pat00058
와 일치하는 AR 계수 벡터
Figure pat00059
를 구한다.Step 6:
Figure pat00058
AR coefficient vector matching with
Figure pat00059
save

Claims (1)

운동관리 어플리케이션이 설치되어 있는 모니터링 모듈과 유선/무선 통신망을 통해 연동하여 운동 정보를 수신하고, 사용자의 운동에 대한 분석정보를 제공하는 제어 서버; 사용자의 신체에 부착되는 복수의 근전도 센서로부터 감지 신호를 수신하고, 상기 감지 신호를 분석하여 근육의 활성도를 계산하고, 상기 모니터링 모듈에 제공하는 신호처리 모듈; 상기 감지 신호를 포함하는 빅데이터를 딥러닝하여 운동을 관리하는 인공지능 모듈;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 맞춤형 운동처방을 위한 인공지능 동작인식 평가 및 근전도 측정 시스템.
a control server for receiving exercise information by interworking with a monitoring module in which an exercise management application is installed through a wired/wireless communication network, and providing analysis information about the user's exercise; a signal processing module that receives detection signals from a plurality of EMG sensors attached to the user's body, analyzes the detection signals to calculate muscle activity, and provides them to the monitoring module; AI motion recognition evaluation and electromyography measurement system for customized exercise prescription, characterized in that it comprises; an artificial intelligence module that manages the exercise by deep learning the big data including the detection signal.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102575387B1 (en) * 2023-01-09 2023-09-06 (주)휴먼아이티솔루션 Method, apparatus and computer-readable recording medium for implementing a character and providing motion content based on joint motion range recognition

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