KR20220154427A - 웨어러블 모니터링 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 실시예들은 사용자에 착용 가능한 웨어러블 모니터링 시스템에 있어서, 사용자의 신체에 착용되는 착용부, 착용부에 내장되며, 착용부가 사용자의 신체에 착용되는 위치 별 신체의 움직임을 측정하는 소프트 센서 및 소프트 센서와 연결되어 측정된 움직임을 이용하여 사용자의 피로도를 측정하며, 피로도를 기반으로 사용자의 근골격계 질환 또는 상해를 분석하는 통합 모듈을 포함하는 웨어러블 모니터링 시스템을 제안한다.
Description
본 발명은 웨어러블 모니터링 시스템에 관한 것으로, 특히, 사용자의 근골격계 질환 및 상해 예방을 위한 웨어러블 모니터링 시스템에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
고중량물 또는 많은 양의 중량물을 장시간 운반하는 경우에는 사용자의 피로도 증가와 올바르지 못한 자세로 장시간 작업을 이어가게 되어 사고 또는 부상으로 확대될 수 있다. 또한, 최근에는 전자상거래 시장 성장으로 물류나 택배 등 물량 증가로 인해 업무 부하가 크게 증가되고 있으며, 관련 종사자들의 부상이나 사고로 인해 발생되는 산재나 인력 손실 등이 현재 사회의 큰 이슈로 대두되고 있다.
일반적으로 중량물을 반복적으로 들고 내리거나 운반하는 작업을 하는 경우, 작업자가 작업시간을 제외한 작업 관련 정보를 스스로 획득하기는 어려운 문제가 있다. 또한, 관리자 역시 개개인의 작업자에 관한 정보를 파악하기 어려우며, 이에 따라 작업자는 근골격계 질환 및 상해가 발생하는 경우가 많다.
종래에는 IMU, 엔코더 등의 센서를 활용하여 사람의 움직임을 측정하거나, 근전도 센서, 토크 센서, 힘 센서 등을 사용하여 사람의 근력 또는 힘을 측정하였다. 하지만, 대부분의 상용 센서들은 유연하지 않고 단단한 소재로 제작되어, 유연한 의류와 같은 형태로 통합되기 어려운 문제가 있으며, 사람이 착용하는 형태로 제작하기 위해서는 부수적인 구조와 장치들이 필요하다. 부수적인 구조와 장치들은 착용자의 움직임이 제한을 줄 수 있으며, 착용자로 하여금 불편함과 이질감을 느끼게 할 수 있다.
또한, 하나의 시스템이 사용자의 움직임만을 측정하거나, 힘만을 측정하는 등 한 가지 목적으로만 사용되는 경우가 많으며, 시스템이 복잡하여 통제된 실험 환경이 아닌 실제 작업 환경에서 사용하기 어려운 문제가 있다.
본 발명의 실시예들은 작업자의 근력 사용 정도에 따른 작업 강도, 관절의 움직임에 따른 작업량 등의 정보를 측정한 후, 작업자에게 피드백을 줌으로써, 작업자의 근골격계 질환과 상해를 예방하는데 발명의 주된 목적이 있다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 본 발명은 사용자에 착용 가능한 웨어러블 모니터링 시스템에 있어서, 상기 사용자의 신체에 착용되는 착용부; 상기 착용부에 내장되며, 상기 착용부가 상기 사용자의 신체에 착용되는 위치 별 상기 신체의 움직임을 측정하는 소프트 센서; 및 상기 소프트 센서와 연결되어 상기 측정된 움직임을 이용하여 상기 사용자의 피로도를 측정하며, 상기 피로도를 기반으로 상기 사용자의 근골격계 질환 또는 상해를 분석하는 통합 모듈을 포함하는 웨어러블 모니터링 시스템을 제안한다.
바람직하게는, 상기 착용부는, 상기 사용자의 허리에 착용되며, 상기 통합 모듈이 적어도 하나 장착되는 허리 착용부; 상기 허리 착용부와 연결되어 상기 사용자의 하체에 착용되며, 상기 소프트 센서가 내장되는 다리 착용부; 및 상기 사용자의 발목에 착용되며, 상기 소프트 센서가 내장되는 발목 착용부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 허리 착용부는, 상기 사용자의 허리 뒤쪽의 좌측 또는 우측에 상기 통합 모듈이 각각 구비되어 상기 사용자의 좌측 또는 우측에 내장되는 상기 소프트 센서와 각각 연결되며, 상기 통합 모듈은 상기 좌측 또는 우측에 내장된 상기 소프트 센서에서 측정된 움직임을 통해 상기 사용자의 좌측 또는 우측의 상기 피로도를 각각 측정하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 소프트 센서는, 상기 사용자의 허벅지 전면 또는 후면에 구비되며, 상기 전면 또는 후면의 허벅지 근육의 경도를 측정하는 근경도 센서; 및 상기 사용자의 무릎 중앙 또는 상기 무릎 중앙의 양 옆에 구비되며, 무릎 관절의 굽힘 동작을 측정하는 무릎 관절 센서를 포함하고, 상기 근경도 센서 및 상기 무릎 관절 센서는 상기 다리 착용부에 내장되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 통합 모듈은, 상기 근경도 센서를 통해 측정한 상기 전면 또는 후면의 허벅지 근육의 경도를 이용하여 상기 사용자의 허벅지 근력의 세기를 확인하며, 상기 허벅지 근력의 세기를 통해 상기 사용자의 작업 강도를 파악하고, 상기 무릎 중앙의 양 옆에 구비되는 상기 무릎 관절 센서의 신호 차이를 이용하여 무릎 관절을 굽힘 동작 시 나타나는 비틀림을 보정하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 소프트 센서는, 상기 사용자의 발등 중앙부에 구비되며, 상기 사용자의 발목의 굽힘-폄(Flexion-Extension)에 의한 움직임을 측정하는 발등 관절 센서; 및 상기 사용자의 복사뼈의 전후 또는 상하 방향을 가로지르도록 구비되며, 상기 사용자의 발목의 내전-외전(Adduction-Abduction) 또는 내번-외번(Inversion-Eversion)에 의한 움직임을 측정하는 복사뼈 관절 센서를 포함하고, 상기 발등 관절 센서 및 상기 복사뼈 관절 센서는 상기 발목 착용부에 내장되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 착용부는, 천 재질의 원단으로 형성되며, 상기 사용자의 신체에 밀착되어 고정되도록 실리콘 및 패드를 포함하며, 상기 사용자의 하체에 착탈이 용이하도록 체결부를 포함하고, 상기 소프트 센서는 특정 패턴으로 프린팅된 액체금속 회로를 실리콘으로 봉제된 형태로 구현되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 통합 모듈은, 상기 사용자의 허리의 속도와 방향, 중력 및 가속도에 따른 상기 허리의 굽히고 펴는 동작을 측정하는 관성 측정부; 상기 관성 측정부 및 상기 소프트 센서를 통해 측정된 움직임에 따른 상기 사용자의 피로도를 측정하여 분석하는 신호 처리부; 상기 사용자의 위치를 추적하는 위치 추적부; 및 상기 관성 측정부 및 상기 소프트 센서를 통해 측정된 움직임을 전달 받으며, 상기 사용자의 위치를 전송하는 통신부를 포함하고, 상기 통합 모듈은 상기 사용자의 허리에 적어도 하나 구비되며, 상기 소프트 센서와 도선을 통해 연결되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 신호 처리부는, (i) 상기 착용부의 다리 착용부의 근경도 센서를 통해 측정한 상기 사용자의 전면 또는 후면의 허벅지 근육의 경도에 따른 작업 강도 및 (ii) 상기 다리 착용부의 무릎 관절 센서, 상기 관성 측정부 및 상기 발목 착용부의 발등 관절 센서와 복사뼈 관절 센서를 통해 획득한 적어도 하나의 신호에 따른 상기 사용자의 자세 및 작업량을 이용하여 피로도를 분석하고, 상기 분석된 피로도가 일정 피로도 이상인 경우, 상기 사용자의 근골격계 질환 또는 상해 가능성을 분석하여 상기 작업 중단 알림을 생성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 통합 모듈은, 상기 피로도를 통해 분석한 상기 사용자의 근골격계 질환 또는 상해 가능성이 있는 경우, 상기 사용자에게 작업 중단 알림을 전송하는 진동부를 더 포함하고, 상기 작업 중단 알림은, 상기 작업 강도 또는 상기 작업량이 일정 임계치 이상인 경우 생성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 본 발명은 상기 사용자의 상태를 모니터링하는 통합 모듈에 있어서, 상기 사용자의 허리의 속도와 방향, 중력 및 가속도에 따른 상기 허리의 굽히고 펴는 동작을 측정하는 관성 측정부; 상기 관성 측정부 및 상기 상용자가 착용한 착용부에 내장된 소프트 센서를 통해 측정된 움직임에 따른 상기 사용자의 피로도를 측정하여 분석하는 신호 처리부; 상기 사용자의 위치를 추적하는 위치 추적부; 및 상기 관성 측정부 및 상기 소프트 센서를 통해 측정된 움직임을 전달 받으며, 상기 사용자의 위치를 전송하는 통신부를 포함하는 통합 모듈을 제안한다.
바람직하게는, 상기 신호 처리부는, (i) 상기 착용부의 다리 착용부의 근경도 센서를 통해 측정한 상기 사용자의 전면 또는 후면의 허벅지 근육의 경도에 따른 작업 강도 및 (ii) 상기 다리 착용부의 무릎 관절 센서, 상기 관성 측정부 및 상기 발목 착용부의 발등 관절 센서와 복사뼈 관절 센서를 통해 획득한 적어도 하나의 신호에 따른 상기 사용자의 자세 및 작업량을 이용하여 피로도를 분석하고, 상기 분석된 피로도가 일정 피로도 이상인 경우, 상기 사용자의 근골격계 질환 또는 상해 가능성을 분석하여 상기 작업 중단 알림을 생성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 피로도를 통해 분석한 상기 사용자의 근골격계 질환 또는 상해 가능성을 통해 상기 사용자에게 작업 중단 알림을 전송하는 진동부를 더 포함하고, 상기 작업 중단 알림은, 상기 작업 강도 또는 상기 작업량이 일정 임계치 이상인 경우 생성되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 본 발명은 천 재질의 원단으로 구성된 착용부를 통해 착용자가 느끼는 이질감 및 저항이 적으며, 착용부에 센서가 통합된 형태로 별도의 기구나 장치 없이 착용할 수 있다.
또한, 본 발명은 좌/우 또는 부위 별로 독립적인 사용이 가능하여 원하는 부위의 동작만 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 작업자의 작업 강도와 작업량이 과할 경우 작업자에게 진동으로 피드백을 줄 수 있으며, 작업자가 상해 발생으로 움직이지 못하는 경우 관리자가 파악하여 구조를 실시함에 따라 근골격계 질환 및 상해를 예방할 수 있는 효과가 있다.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 모니터링 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 모니터링 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 모니터링 시스템의 착용부의 허리 착용부를 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 모니터링 시스템의 착용부의 다리 착용부를 나타내는 도면이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 모니터링 시스템의 착용부의 발목 착용부를 나타내는 도면이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 모니터링 시스템의 통합 모듈을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 모니터링 시스템에 의한 웨어러블 모니터링 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 모니터링 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 모니터링 시스템의 착용부의 허리 착용부를 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 모니터링 시스템의 착용부의 다리 착용부를 나타내는 도면이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 모니터링 시스템의 착용부의 발목 착용부를 나타내는 도면이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 모니터링 시스템의 통합 모듈을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 모니터링 시스템에 의한 웨어러블 모니터링 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 발명은 웨어러블 모니터링 시스템에 관한 것이다.
웨어러블 모니터링 시스템(10)은 육체 근로자의 신체 움직임을 모니터링 하여 작업 강도, 작업량 등의 정보를 획득하고 근골격계 질환 및 상해를 예방할 수 있도록 피드백을 주기 위한 것이다. 또한, 웨어러블 모니터링 시스템(10)은 작업자의 실내 위치를 추적하여 상해 발생 시 구조를 용이하게 할 수 있다.
일반적으로 물품을 반복적으로 들고 내리거나 운반하는 작업을 하는 경우, 작업자가 작업시간을 제외한 작업 관련 정보를 스스로 획득하기는 어려운 문제가 있으며, 관리자 역시 개개인의 작업자에 관한 정보를 파악하기 어려우며, 이에 따라 작업자에게 근골격계 질환 및 상해가 발생하는 경우가 많다. 본 발명은 작업자가 실제로 어느 정도의 근력을 사용하고(작업 강도), 허리를 굽히거나 앉았다 일어나는 등의 행동을 얼마나 반복하는지(작업량) 등의 정보를 정량적으로 측정한 후 피드백을 줌으로써 작업자의 근골격계 질환과 상해를 예방할 수 있게 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨어러블 모니터링 시스템(10)은 물류 창고, 공장, 건설 현장 등 다양한 물품을 취급하는 작업 환경에서 작업 강도, 작업량 등 정보를 파악하는 용도로 활용될 수 있다.
또한, 웨어러블 모니터링 시스템(10)은 파악한 작업 정보를 기반으로 작업자 또는 관리자에게 피드백을 줄 수 있으며, 근골격계 질환 및 상해를 예방하는 용도로 활용할 수 있고, 작업자의 실내 위치를 파악하여 상해 발생 시 신속하고 용이하게 구조를 실시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 모니터링 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 웨어러블 모니터링 시스템(10)은 착용부(100), 소프트 센서(200) 및 통합 모듈(300)을 포함한다. 웨어러블 모니터링 시스템(10)은 도 1에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다.
웨어러블 모니터링 시스템(10)은 사용자에 착용 가능할 수 있다.
착용부(100)는 사용자의 신체에 착용될 수 있다.
착용부(100)는 천 재질의 원단으로 형성되며, 사용자의 신체에 밀착되어 고정되도록 실리콘 및 패드를 포함하며, 사용자의 하체에 착탈이 용이하도록 체결부를 포함할 수 있다.
소프트 센서(200)는 착용부(100)에 내장되며, 착용부(100)가 사용자의 신체에 착용되는 위치 별 신체의 움직임을 측정할 수 있다.
소프트 센서(200)는 특정 패턴으로 프린팅된 액체금속 회로를 실리콘으로 봉제된 형태로 구현될 수 있다.
통합 모듈(300)은 좌측 또는 우측에 내장된 소프트 센서(200)에서 측정된 움직임을 통해 사용자의 좌측 또는 우측의 상기 피로도를 각각 측정할 수 있다.
통합 모듈(300)은 소프트 센서(200)와 연결되어 측정된 움직임을 이용하여 사용자의 피로도를 측정하며, 피로도를 기반으로 사용자의 근골격계 질환 또는 상해를 분석할 수 있다.
착용부(100)는 허리 착용부(110), 다리 착용부(120) 및 발목 착용부(130)를 포함한다.
허리 착용부(110)는 사용자의 허리에 착용되며, 통합 모듈(300)이 적어도 하나 장착될 수 있다.
허리 착용부(110)는 사용자의 허리 뒤쪽의 좌측 또는 우측에 통합 모듈(300)이 각각 구비되어 사용자의 좌측 또는 우측에 내장되는 소프트 센서(200)와 각각 연결될 수 있다.
다리 착용부(120)는 허리 착용부(110)와 연결되어 사용자의 하체에 착용되며, 소프트 센서(200)가 내장될 수 있다.
소프트 센서(200)는 근경도 센서(210) 및 무릎 관절 센서(220)를 포함한다. 이때, 근경도 센서(210) 및 무릎 관절 센서(220)는 다리 착용부(120) 내장될 수 있다.
근경도 센서(210)는 사용자의 허벅지 전면 또는 후면에 구비되며, 전면 또는 후면의 허벅지 근육의 경도를 측정할 수 있다.
무릎 관절 센서(220)는 사용자의 무릎 중앙 또는 무릎 중앙의 양 옆에 구비되며, 무릎 관절의 굽힘 동작을 측정할 수 있다.
통합 모듈(300)은 근경도 센서(210)를 통해 측정한 전면 또는 후면의 허벅지 근육의 경도를 이용하여 사용자의 허벅지 근력의 세기를 확인하며, 허벅지 근력의 세기를 통해 사용자의 작업 강도를 파악할 수 있다.
또한, 통합 모듈(300)은 무릎 중앙의 양 옆에 구비되는 무릎 관절 센서(220)의 신호 차이를 이용하여 무릎 관절을 굽힘 동작 시 나타나는 비틀림을 보정할 수 있다.
발목 착용부(130)는 사용자의 발목에 착용되며, 소프트 센서(300)가 내장될 수 있다.
소프트 센서(300)는 발등 관절 센서(230) 및 복사뼈 관절 센서(240)를 포함한다.
발등 관절 센서(230)는 사용자의 발등 중앙부에 구비되며, 사용자의 발목의 굽힘-폄(Flexion-Extension)에 의한 움직임을 측정할 수 있다.
복사뼈 관절 센서(240)는 사용자의 복사뼈의 전후 또는 상하 방향을 가로지르도록 구비되며, 사용자의 발목의 내전-외전(Adduction-Abduction) 또는 내번-외번(Inversion-Eversion)에 의한 움직임을 측정할 수 있다.
통합 모듈(300)은 관성 측정부(310), 신호 처리부(320), 위치 추적부(330), 통신부(340) 및 진동부(350)를 포함한다. 통합 모듈(300)은 도 1에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다.
관성 측정부(310)는 사용자의 허리의 속도와 방향, 중력 및 가속도에 따른 허리의 굽히고 펴는 동작을 측정할 수 있다.
신호 처리부(320)는 관성 측정부(310) 및 소프트 센서(200)를 통해 측정된 움직임에 따른 사용자의 피로도를 측정하여 분석할 수 있다.
통합 모듈(300)은 사용자의 허리에 적어도 하나 구비되며, 소프트 센서(200)와 도선을 통해 연결될 수 있다.
신호 처리부(320)는 (i) 착용부(100)의 다리 착용부(120)의 근경도 센서(210)를 통해 측정한 사용자의 전면 또는 후면의 허벅지 근육의 경도에 따른 작업 강도 및 (ii) 다리 착용부(120)의 무릎 관절 센서(220), 관성 측정부(310) 및 발목 착용부(130)의 발등 관절 센서(230)와 복사뼈 관절 센서(240)를 통해 획득한 적어도 하나의 신호에 따른 사용자의 자세 및 작업량을 이용하여 피로도를 분석할 수 있다.
신호 처리부(320)는 분석된 피로도가 일정 피로도 이상인 경우, 사용자의 근골격계 질환 또는 상해 가능성을 분석하여 작업 중단 알림을 생성할 수 있다.
위치 추적부(330)는 사용자의 위치를 추적할 수 있다.
통신부(340)는 관성 측정부(310) 및 소프트 센서(200)를 통해 측정된 움직임을 전달 받으며, 사용자의 위치를 전송할 수 있다.
진동부(350)는 피로도를 통해 분석한 사용자의 근골격계 질환 또는 상해 가능성이 있는 경우, 사용자에게 작업 중단 알림을 전송할 수 있다. 여기서, 작업 중단 알림은 작업 강도 또는 작업량이 일정 임계치 이상인 경우 생성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 모니터링 시스템을 나타내는 도면이다.
인체 동작 분석을 위한 종래 기술은 인체에 부착하는 기계 관절과 같은 장치들 또는 인체 동작을 관측하는 카메라, 음파/자기장 발생장치 등의 별도 장비들을 필요로 한다. 이러한 장치들은 인체의 자유로운 움직임을 방해하고, 장소를 이동해가며 활용하기 어렵기 때문에 측정 장소에 제약이 많다. 따라서 종래 기술을 활용해 실제 현장에서 작업자의 인체 동작을 분석하기는 어렵다. 반면, 웨어러블 모니터링 시스템(10)은 의류(혹은 보호대)와 같은 형태로 착용하기만 하면 착용자의 위치와 인체 동작을 측정할 수 있어 착용자가 장소를 바꾸어가며 작업하더라도 작업자의 인체 동작을 분석하는 것이 가능하다.
따라서, 웨어러블 모니터링 시스템(10)은 작업 현장에서 작업자의 인체 동작 분석을 가능하게 하므로 작업 중 근골격계 질환 및 상해 가능성을 사전에 분석하고 작업자에게 피드백을 주는 것이 가능하다.
웨어러블 모니터링 시스템(10)은 육체 근로 작업자의 근골격계 질환 및 상해를 예방하기 위한 목적으로 구현된 시스템이다. 이에, 웨어러블 모니터링 시스템(10)은 착용부(100), 소프트 센서(200) 및 통합 모듈(300)로 구현될 수 있다.
웨어러블 모니터링 시스템(10)은 작업자의 작업 강도, 작업량, 실내 위치 등을 파악할 수 있으며, 허리, 허벅지/무릎 및 발목에 착용된 각각의 착용부가 연결되어 하나의 하반신 전체 시스템을 구성할 수 있다.
허리 착용부(110)는 허리 벨트와 유사한 형태로 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
허리 착용부(110)는 사용자의 허리 뒤쪽에서 통합 모듈(300)과 결합될 수 있다. 예를 들어, 허리 착용부(110)는 허리 뒤쪽에 2개의 통합 모듈(300)이 구비되도록 구현될 수 있으며, 좌우 양쪽에 구비되어 다리 착용부(120) 및 발목 착용부(130) 각각의 좌/우에 구비되는 소프트 센서(200)와 연결될 수 있다.
다리 착용부(120)는 사용자의 허벅지와 무릎에 착용되며, 소프트 센서(200)가 내장될 수 있다. 구체적으로, 다리 착용부(120)는 사용자의 무릎을 중심으로 일정 범위 위와 아래까지 덮도록 구현될 수 있다.
다리 착용부(120)에 내장되는 소프트 센서(200)는 근경도 센서(210) 및 무릎 관절 센서(220)를 포함할 수 있다.
발목 착용부(130)는 사용자의 발목에 착용되며, 소프트 센서(200)가 내장될 수 있다. 구체적으로, 발목 착용부(130)는 사용자의 발목을 포함하도록 사용자의 발 전체에 덮도록 구현될 수 있다.
발목 착용부(130)에 내장되는 소프트 센서(200)는 발등 관절 센서(230) 및 복사뼈 관절 센서(240)를 포함할 수 있다.
웨어러블 모니터링 시스템(10)은 여러 명의 작업자가 각각 본 발명품을 착용하고 작업을 하면, 각 인원에 대한 작업 강도, 작업량, 실내 위치 데이터가 측정될 수 있다. 이때, 각각의 웨어러블 모니터링 시스템(10)은 작업 강도나 작업량이 과하다고 판단되면 통합 모듈(300)이 진동부(350)를 통해 진동을 일으켜 작업자에게 피드백을 전달할 수 있다. 또한, 소프트 센서(200) 및 통합 모듈(300)에서 측정된 데이터는 무선 통신으로 관리 시스템에 전송되어 관리자가 모니터링 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 모니터링 시스템의 착용부의 허리 착용부를 나타내는 도면이다.
허리 착용부(110)는 허리를 둘러싸며, 천 재질의 원단으로 제작될 수 있다.
허리 착용부(110)는 통합 모듈(300)이 결합될 수 있다.
도 3을 참조하면, 허리 착용부(110)는 허리 뒤쪽에 2개의 통합 모듈(300)이 구비되는 것으로 도시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 적어도 하나 이상의 통합 모듈(300)이 구비되도록 구현될 수 있다.
허리 착용부(110)는 허리 뒤쪽 별도의 끈을 통해 다리 착용부(120)와 연결되도록 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
허리 착용부(110)는 탈착이 가능하도록 체결부를 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 체결부는 벨크로, 벨트, 지퍼, 똑딱이 단추 등과 같이 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 탈착이 가능한 형태로 구현될 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 모니터링 시스템의 착용부의 다리 착용부를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다리 착용부의 전면과 후면을 나타내는 도면이다.
다리 착용부(120)는 천 재질의 원단으로 제작될 수 있으며, 사용자의 무릎과 허벅지를 감싸도록 구현될 수 있다.
구체적으로, 다리 착용부(120)는 천 재질의 원단(122)으로 구현되며, 천 재질의 원단(122)에 마찰 증대용 실리콘(124) 및 마찰력 패드(126)가 구비될 수 있다.
도 4를 참조하면, 다리 착용부(120)의 전면에는 마찰 증대용 실리콘(124)이 구비될 수 있으며, 다리 착용부(120)의 후면에는 마찰력 패드(126)가 구비될 수 있다. 이때, 마찰 증대용 실리콘(124) 및 마찰력 패드(126)는 천 재질의 원단(122)을 사용자의 신체에 밀착시키고 밀리거나, 쓸리지 않도록 고정할 수 있다.
다리 착용부(120)는 소프트 센서(200)가 내장될 수 있다. 구체적으로, 다리 착용부(120)에 내장되는 소프트 센서(200)는 근경도 센서(210) 및 무릎 관절 센서(220)를 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 근경도 센서(210)는 다리 착용부(120)를 사용자의 다리에 착용하였을 때, 사용자의 허벅지 부분에 위치하도록 구비될 수 있으며, 전면과 후면에 각각 구비될 수 있다. 근경도 센서(210)는 전면 근경도 센서(212) 및 후면 근경도 센서(214)를 포함할 수 있다.
전면 근경도 센서(212)는 사용자의 무릎에서 일정 부분 위쪽 허벅지의 중심에 위치하도록 내장될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
전면 근경도 센서(212)는 사용자의 움직임에 의해 이동하는 것을 방지하기 위해 마찰 증대용 실리콘(124)이 형성되는 부분에 내장될 수 있다.
전면 근경도 센서(212)는 허벅지 근육 Vasti(VA)의 경도를 측정하며, 이를 통해 허벅지 근력의 세기를 측정할 수 있다. 여기서, 허벅지 근육 Vasti(VA)는 허벅지 앞쪽 부분의 근육을 나타낸다.
후면 근경도 센서(214)는 사용자의 다리 오금 부분에서 일정 부분 위쪽에서 좌측 또는 우측 한쪽으로 치우쳐 위치하도록 내장될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로, 후면 근경도 센서(214)가 한쪽으로 치우쳐 위치하도록 내장되는 것은 사용자가 허벅지 근육에 힘을 주었을 경우, 근육의 경도 변화가 두드러지는 부분에 내장한 것이다.
따라서, 전면 근경도 센서(212)는 허벅지 앞쪽을 지나가는 Vasti(VA)와 Rectus femoris(RF) 두 근육을 타겟으로 하고 있으며, 후면 근경도 센서(214)는 허벅지 뒤쪽으로 지나가는 Hamstrings(HA)를 타겟으로 하고 있다.
후면 근경도 센서(214)는 사용자의 움직임에 의해 이동하는 것을 방지하기 위해 후면에 구현된 마찰력 패드(126)가 형성되는 부분에 내장될 수 있다.
후면 근경도 센서(214)는 허벅지 근육 Hamstrings(HA)의 경도를 측정하며, 이를 통해 허벅지 근력의 세기를 측정할 수 있다. 여기서, 허벅지 근육 Hamstrings(HA)은 허벅지 뒤쪽의 근육을 나타낸다.
근경도 센서(210)는 전면 근경도 센서(212) 및 후면 근경도 센서(214)를 사용자의 다리 전면과 후면에 각각 내장되는 것으로 도시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 허벅지 근육의 경도를 측정하도록 천 재질의 원단(122)의 전면 또는 후면에 적어도 하나 이상 내장되도록 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 무릎 관절 센서(220)는 전면에 3개가 구비될 수 있다. 무릎 관절 센서(220)는 사용자의 무릎 중앙부와, 그 양 옆에 각각 구비되어 총 3개가 구비되는 것으로 도시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 무릎 관절의 굽힘 동작을 측정하도록 천 재질의 원단(122)에 적어도 하나 이상 내장되도록 형성될 수 있다.
무릎 관절 센서(220)는 무릎 중앙부에 위치하고, 무릎 중앙의 양 옆쪽에 각각 위치할 수 있다. 이때, 통합 모듈(300)은 무릎 중앙부에 구비되는 무릎 관절 센서(220)를 통해 획득한 센서 값으로 무릎 동작의 굽힘 동작을 측정하고, 무릎 중앙의 양 옆쪽에 구비되는 무릎 관절 센서(220)를 통해 획득한 센서 값으로 각각의 두 신호 차이를 이용하여 무릎 관절의 굽힘 동작 시 미세한 비틀림을 보정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다리 착용부의 전면, 내측면, 외측면 및 후면을 각각 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 다리 착용부(120)에 구성된 체결부(127)는 지퍼 형태로 구현되는 것을 도시하였으며, 사용자의 다리 둘레와 상관없이 탈착이 가능하도록 탄성력을 포함하도록 구현될 수 있다. 이때, 체결부(127)는 다리 착용부(120)의 내측면에 형성될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
다리 착용부(120)는 탈착이 가능하도록 체결부를 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 체결부는 벨크로, 벨트, 지퍼, 똑딱이 단추 등과 같이 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 탈착이 가능한 형태로 구현될 수 있다.
도 5를 참조하면, 다리 착용부(120)는 복수의 손잡이(128)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 손잡이(128)는 허벅지 상부 손잡이(128a), 무릎 상부 손잡이(128b) 및 무릎 하부 손잡이(128c)를 포함할 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
허벅지 상부 손잡이(128a)는 사용자의 허벅지 상부에 형성되고, 무릎 상부 손잡이(128b)는 사용자의 무릎 상부에 형성되며, 무릎 하부 손잡이(128c)는 사용자의 무릎 하부에 형성될 수 있다. 이때, 복수의 손잡이(128) 각각은 무릎 관절 센서(220)와 연결된 연결선을 통과시켜 정리하는 역할을 할 수 있다.
다리 착용부(120)는 외측면에 근경도 센서(210) 및 무릎 관절 센서(220)와 연결된 연결선(129)이 통과할 수 있다 이때, 연결선(129)은 근경도 센서 연결선(129a)과 무릎 관절 센서 연결선(129b)을 포함할 수 있으며, 구비되는 센서에 따라 서로 다른 연결선을 형성할 수 있다.
연결선(129)은 통합 모듈(300)과 연결되어 근경도 센서(210) 및 무릎 관절 센서(220) 각각에서 측정한 값을 통합 모듈(300)에 전달할 수 있다. 이때, 다리 착용부(120)는 연결선(129)을 포함하지 않고 무선으로 통합 모듈(300)에 센서 값을 전달할 수도 있다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 모니터링 시스템의 착용부의 발목 착용부를 나타내는 도면이다.
발목 착용부(130)는 천 재질의 원단으로 제작될 수 있으며, 사용자의 발목과 발등 및 발바닥을 감싸도록 구현될 수 있다.
구체적으로, 발목 착용부(130)는 천 재질의 원단(132)으로 구현되며, 천 재질의 원단(132)에 마찰 증대용 실리콘(134) 및 마찰력 패드(136)가 구비될 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 발목 착용부(130)의 후면에는 마찰 증대용 실리콘(134)이 구비될 수 있으며, 발목 착용부(130)의 양 측면에는 마찰력 패드(136)가 구비될 수 있다. 여기서, 후면은 사용자의 아킬레스 건이 위치하는 면을 나타내며, 양 측면은 후면과 연결되어 발등을 감싸는 부분을 나타낸다.
마찰 증대용 실리콘(134) 및 마찰력 패드(136)는 천 재질의 원단(132)을 사용자의 신체에 밀착시키고 밀리거나, 쓸리지 않도록 고정할 수 있다.
발목 착용부(130)는 소프트 센서(200)가 내장될 수 있다. 구체적으로, 발목 착용부(130)에 내장되는 소프트 센서(200)는 발등 관절 센서(230) 및 복사뼈 관절 센서(240)를 포함할 수 있다.
발등 관절 센서(230)는 발등 중앙부에 위치하는 센서로, 발목의 굽힘-폄(Flexion-Extension) 움직임을 측정할 수 있다. 여기서, 굽힘-폄(Flexion-Extension)은 발의 위쪽면(발등)과 아래 다리의 앞쪽면 사이의 각이 감소, 증가 하는 움직임을 나타낸다.
복사뼈 관절 센서(240)는 복사뼈를 전후 방향으로 가로지르도록 위치하는 제1 복사뼈 관절 센서(242) 및 복사뼈를 상하 방향으로 가로지르도록 위치하는 제2 복사뼈 관절 센서(244)를 포함할 수 있다.
제1 복사뼈 관절 센서(242)는 발목의 내전-외전(Adduction-Abduction) 움직임을 측정할 수 있다. 여기서, 내전-외전(Adduction-Abduction)은 각각 내전과 외전을 나타낸다. 발의 외전은 중심선 또는 수직축에 대해 바깥으로 돌아가는 것을 나타내며, 발의 내전은 중심선 또는 수직축에 대해 안쪽으로 돌아가는 것을 나타낸다.
제2 복사뼈 관절 센서(244)는 발목의 내번-외번(Inversion-Eversion) 움직임을 측정할 수 있다. 여기서, 내번-외번(Inversion-Eversion)에서, 외번은 발목을 중립자세가 되게 하고 발을 바깥쪽면으로 구부리는 것을 나타내며, 내번은 발목을 중립자세가 되게 하고 발을 안쪽면으로 구부리는 것을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 발목의 움직임을 나타내는 도면이다.
도 8의 (a)는 발목의 움직임이 없는 상태를 나타낸다.
도 8의 (b)는 발목의 발의 위쪽면과 아래 다리의 앞쪽면 사이의 각이 증가하는 움직임을 나타낸다. 이때, 도 8의 (b)와 같은 움직임은 발등 관절 센서(230)를 통해 측정될 수 있다.
도 8의 (c)는 발이 중심선 또는 수직축에 대해 안쪽으로 돌아가는 움직임을 나타낸다. 이때, 도 8의 (c)와 같은 움직임은 제1 복사뼈 관절 센서(242)를 통해 측정될 수 있다.
도 8의 (d)는 발목이 중립자세에서 발을 안쪽면으로 구부리는 움직임을 나타낸다. 이때, 도 8의 (d)와 같은 움직임을 제2 복사뼈 관절 센서(244)를 통해 측정할 수 있다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 모니터링 시스템의 통합 모듈을 나타내는 도면이다.
통합 모듈(300)은 관성 측정부(310), 신호 처리부(320), 위치 추적부(330), 통신부(340) 및 진동부(350)를 포함한다. 통합 모듈(300)은 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 모듈을 예시한 도면이다. 도 9의 (a)는 통합 모듈의 전체 형상을 나타내며, 도 9의 (b)는 통합 모듈을 분해한 형상을 나타낸다.
도 9를 참조하면, 통합 모듈(300)은 본체부(370)에 복수의 구성 요소들이 구비되어 커버(380)를 통해 외부와 차단함으로써, 외부로부터 보호할 수 있다.
이때, 메인 PCB에는 관성 측정부(310), 신호 처리부(320), 위치 추적부(330), 통신부(340) 등이 포함될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 메인 PCB는 도 10과 같이 형성될 수 있다.
또한, 통합 모듈(300)은 배터리(360)를 더 포함할 수 있다. 이때, 배터리(360)는 메인 PCB가 동작하도록 전원을 공급할 수 있으며, 전원 스위치(374)를 통해 충전될 수 있다.
통합 모듈(300)의 커버(380)에는 상태 LED(382)가 형성될 수 있으며, 다양한 상태를 LED 색상을 통해 나타낼 수 있다. 예를 들어, 상태 LED(382)는 배터리 부족과 같은 통합 모듈(30) 자체 문제에 따른 상태를 나타내거나, 사용자의 작업 강도 또는 작업량이 과한 경우에 따른 상태를 나타낼 수 있다.
위치 추적부(330)는 사용자의 위치를 추적할 수 있으며, 사용자가 작업 중 문제가 발생하는 경우, 사용자의 위치를 확인하는 용도로 사용될 수 있다.
진동부(350)는 사용자의 작업 강도 또는 작업량이 과한 경우 진동을 통해 피드백을 줄 수 있다. 이때, 진동부(350)는 진동 모터로 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 사용자에게 피드백을 줄 수 있는 장치로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨어러블 모니터링 시스템(10)은 2개의 통합 모듈(300)을 포함하며, 사용자의 허리 뒤쪽 허리 착용부(110)의 좌/우에 부착되어 좌/우 각각에 위치한 소프트 센서(200)들과 연결될 수 있다. 이때, 통합 모듈(300)과 소프트 센서(200)는 무선 또는 유선으로 연결될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 모듈의 기능을 나타내는 블록도이다.
도 11을 참조하면, 통합 모듈(300)은 전원 스위치가 입력되면 동작을 수행할 수 있다.
관성 측정부(310)는 사용자의 허리의 움직임을 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 관성 측정부(310)는 IMU로 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. IMU는 속도와 방향, 중력, 가속도를 측정할 수 있다.
신호 처리부(320)는 전체 시스템의 신호를 처리하는 장치로서, 관성 측정부(310)를 통해 측정한 허리의 움직임과, 소프트 센서(200)를 통해 측정한 허벅지, 무릎, 발목 등의 움직임을 통해 사용자의 작업 강도 또는 작업량을 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 신호 처리부(320)는 MCU(WTM3F)로 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
위치 추적부(330)는 실내 위치 추적을 할 수 있으며, 통신부(340)는 무선 통신을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 위치 추적부(330) 및 통신부(340)는 UWB 모듈로 구현될 수 있고, UWB, 블루투스 통신 등을 수행할 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. UWB는 단거리 구간에서 데이터를 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 신호 처리부(320)는 사용자의 피로도를 분석하고, 분석된 피로도에 따른 사용자의 근골격계 질환 또는 상해 가능성을 판단할 수 있다. 이때, 신호 처리부(320)는 사용자의 근골격계 질환 또는 상해 가능성을 각각 분석하여 작업 중단 알림을 생성하여 진동부(350)에 작업 중단 알림을 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨어러블 모니터링 시스템(10)은 작업 동선을 분석하여 사용자의 이동 거리와 방문하는 구역에 따른 작업 종류를 파악할 수 있으며, 사용자 허벅지의 근경도 센서(210)를 통해 측정한 값을 통해 사용자가 중량물을 들어올리는 작업 중 얼마나 강한 힘을 사용하고 있는지에 따라 작업 강도를 파악할 수 있다. 또한, 허리와 무릎 및 발목 관절의 움직임을 통해 사용자가 어떤 자세를 몇 회 반복하는지에 따라 자세 및 작업량을 파악할 수 있다. 따라서, 웨어러블 모니터링 시스템(10)은 상술한 파악한 정보를 점수로 변환하고 합산하여 피로도에 해당하는 점수를 계산할 수 있다. 피로도는 수학식 1을 통해 산출할 수 있다.
상술한 수학식 1을 참조하면, Score피로도는 피로도에 해당하는 점수를 합산한 값을 나타낸다. S이동거리는 이동 거리에 따른 피로도를 나타내고, S작업 강도는 작업 강도에 따른 피로도를 나타내며, S작업량은 작업량에 따른 피로도를 나타낸다. 또한, X는 소프트 센서(200) 또는 위치 추적부(330)를 통해 측정한 값을 나타내고, T작업 종류는 작업 종류에 따른 변수를 나타내며, C는 피로도에 미치는 영향에 따른 계수를 나타낸다. 또한, F와 G는 사전에 정의된 함수를 나타낸다. 여기서, T작업 종류는 작업 종류에 따라 미리 설정되는 변수이다. 이때, 작업 종류는 중량물의 무게, 이동 거리 등을 고려하여 결정될 수 있다.
구체적으로, F는 두 변수 X와 T작업 종류를 인자로 받아 S 를 도출하는 함수를 나타내며, 이는 계수 C와 X, 함수 G의 곱으로 표현될 수 있다. 여기서, 함수 G는 변수 T작업 종류를 인자로 받아 값을 도출하는 함수이며, 사전에 수집한 데이터로 정의하는 함수이다.
따라서, S이동 거리는 위치 추적부(330)를 통해 측정한 이동 거리 값을 나타내는 X이동 거리와 T작업 종류를 인자로 받아 S이동 거리를 도출하는 함수 F1에 의해 산출되며, 이는 이동 거리가 피로도에 미치는 영향에 따른 계수와 위치 추적부(330)를 통해 측정한 이동 거리 값과 T작업 종류를 인자로 받아 값을 도출하는 함수 G에 의해 산출될 수 있다.
S작업 강도는 소프트 센서(200)를 통해 측정한 값을 나타내는 X작업 강도와 T작업 종류를 인자로 받아 S작업 강도를 도출하는 함수 F2에 의해 산출되며, 이는 작업 강도가 피로도에 미치는 영향에 따른 계수와 소프트 센서(200)를 통해 측정한 센서 값과 T작업 종류를 인자로 받아 값을 도출하는 함수 G에 의해 산출될 수 있다. 이때, X작업 강도는 소프트 센서(200)의 근경도 센서(210)를 이용하여 산출될 수 있다.
S작업량은 소프트 센서(200)를 통해 측정한 값을 나타내는 X작업량과 T작업 종류를 인자로 받아 S작업량을 도출하는 함수 F3에 의해 산출되며, 이는 작업량이 피로도에 미치는 영향에 따른 계수와 소프트 센서(200)를 통해 측정한 센서 값과 T작업 종류를 인자로 받아 값을 도출하는 함수 G에 의해 산출될 수 있다. 이때, X작업량은 소프트 센서(200)의 무릎 관절 센서(220), 발등 관절 센서(230) 및 복사뼈 관절 센서(240)를 이용하여 산출될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 작업 환경에서, 웨어러블 모니터링 시스템(10)은 사용자가 착용한 후, 데이터를 수집하여 (i) 어느 정도의 작업 강도로 얼마만큼의 작업량을 수행할 때 상해 발생이 잦은지 또는 (ii) 작업 시 어떤 자세가 사용자에게 부담이 적은지를 분석할 수 있다. 이를 바탕으로 작업 강도, 작업량의 임계치와 기본 자세를 설정할 수 있다. 이후, 작업 중 임계치를 넘는 정도와 기본 자세를 벗어나는 정도에 따라 근골격계 질환 및 상해 가능성을 판단할 수 있으며, 이는 수학식 2를 통해 산출할 수 있다.
상술한 수학식 2에서, Probability상해는 상해가 발생할 가능성을 나타내는 값을 나타낸다. P작업 강도는 작업 강도에 따른 상해 가능성을 나타내며, P작업량은 작업량에 따른 상해 가능성을 나타내고, P자세는 자세에 따른 상해 가능성을 나타낸다. 또한, Xcritical는 위험한 값을 나타낸다. 구체적으로, Xcritical 이동 거리, 작업량에 따른 위험한 기준이 되는 값으로 미리 설정된 값일 수 있다. C4는 작업 강도가 근골격계 질환 및 상해 가능성에 미치는 영향에 따른 계수를 나타내고, C5는 작업량이 근골격계 질환 및 상해 가능성에 미치는 영향에 따른 계수를 나타내며, C6는 자세가 근골격계 질환 및 상해 가능성에 미치는 영향에 따른 계수를 나타낸다.
따라서, P작업 강도는 소프트 센서(200)를 통해 측정한 값을 나타내는 X작업 강도와 T작업 종류를 인자로 받아 P작업 강도를 도출하는 함수 F4에 의해 산출되며, 이는 작업 강도가 근골격계 질환 및 상해 가능성에 미치는 영향에 따른 계수를 나타내는 C4와 소프트 센서(200)를 통해 측정한 X작업 강도와 작업 강도에 따른 위험한 기준이 되는 값으로 미리 설정된 X작업 강도critical을 뺀 값과 T작업 종류를 인자로 받아 값을 도출하는 함수 G에 의해 산출될 수 있다. 이때, X작업 강도는 소프트 센서(200)의 근경도 센서(210)를 이용하여 산출될 수 있다.
P작업량은 소프트 센서(200)를 통해 측정한 값을 나타내는 X작업량과 T작업 종류를 인자로 받아 P작업량을 도출하는 함수 F5에 의해 산출되며, 이는 작업량이 근골격계 질환 및 상해 가능성에 미치는 영향에 따른 계수를 나타내는 C5와 소프트 센서(200)를 통해 측정한 X작업량과 작업량에 따른 위험한 기준이 되는 값으로 미리 설정된 X작업향critical을 뺀 값과 T작업 종류를 인자로 받아 값을 도출하는 함수 G에 의해 산출될 수 있다. 이때, X작업량은 소프트 센서(200)의 무릎 관절 센서(220), 발등 관절 센서(230) 및 복사뼈 관절 센서(240)를 이용하여 산출될 수 있다.
P작업 강도와 P작업량은 각각 X작업 강도가 X작업 강도critical보다 큰 경우에 계산될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
P자세는 소프트 센서(200)를 통해 측정한 값을 나타내는 X자세와 T작업 종류를 인자로 받아 P자세를 도출하는 함수 F6에 의해 산출되며, 이는 자세가 근골격계 질환 및 상해 가능성에 미치는 영향에 따른 계수를 나타내는 C6과 소프트 센서(200)를 통해 측정한 X자세와 사용자의 기본 자세로 미리 설정된 X기본 자세를 뺀 값과 T작업 종류를 인자로 받아 값을 도출하는 함수 G에 의해 산출될 수 있다. 이때, X자세는 소프트 센서(200)의 무릎 관절 센서(220), 발등 관절 센서(230) 및 복사뼈 관절 센서(240)를 이용하여 산출될 수 있다.
사용자의 피로도 분석은 사용자의 작업 동선, 작업 강도, 자세 및 작업량을 통해 이루어질 수 있다. 구체적으로, 신호 처리부(320)는 작업 동선을 통해 사용자가 총 움직인 거리를 파악하고, 허벅지의 근경도를 통해 사용자가 수행한 작업 강도를 파악하고, 허리와 무릎 및 발목의 움직임을 통해 사용자의 자세 및 작업량을 파악할 수 있다. 이때, 피로도 분석에 있어서, 총 근로 시간을 누적하여 분석을 수행하거나, 일정 시간 단위 별로 나눠 분석을 수행할 수 있다. 이는 시간 별로 피로도 임계치를 각각 설정하여 계산된 피로도와 비교할 수 있으며, 일정 시간 별 및 누적 별로 각각 확인하여 사용자의 피로도를 분석할 수 있다. 또한, 신호 처리부(320)는 일정 시간 별 및 누적 별로 각각 서로 다른 작업 중단 알림을 생성하여 사용자에게 피드백을 주기 위해 작업 중단 알림을 전송할 수 있다.
신호 처리부(320)는 피로도와 상관없이 사용자의 근골격계 질환 또는 상해 가능성을 판단할 수 있다. 이때, 사용자의 근골격계 질환 또는 상해 가능성은 소프트 센서(200) 및 관성 측정부(310)를 통해 측정한 값 각각을 기 설정된 임계치와 비교하여 질환 및 상해 가능성을 판단할 수 있다. 이때, 신호 처리부(320)는 웨어러블 모니터링 시스템(10)을 착용한 사용자 별로 각각 소프트 센서(200) 및 관성 측정부(310)를 통해 측정한 값을 누적함에 따라 활동 시 기본 자세를 설정할 수 있으며, 이 활동 시 기본 자세와의 측정된 차이를 통해 근골격계 질환 또는 상해 가능성을 판단할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 모니터링 시스템에 의한 웨어러블 모니터링 방법을 나타내는 흐름도이다. 웨어러블 모니터링 방법은 웨어러블 모니터링 시스템에 의해 수행되며, 웨어러블 모니터링 시스템이 수행하는 동작에 관한 상세한 설명과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
웨어러블 모니터링 방법은 사용자가 웨어러블 모니터링 시스템을 허리 착용부부터 발목 착용부까지 연결하여 하반신 전체에 착용한 후 사용자의 움직임을 통해 모니터링을 수행할 수 있다.
웨어러블 모니터링 방법은 사용자의 움직임에 따른 신호를 획득하는 단계(S1210), 근육 세기를 분석하는 단계(S1220), 사용자의 작업 수행 정도를 파악하는 단계(S1230), 사용자의 피로도를 분석하는 단계(S1240), 근골격계 질환 및 상해 가능성을 분석하는 단계(S1250), 근골격계 질환 및 상해 가능성 여부를 확인하는 단계(S1260)를 포함한다.
사용자의 움직임에 따른 신호를 획득하는 단계(S1210)는 위치 추적부를 통해 사용자의 위치 정보를 획득하는 단계(S1212), 근경도 센서를 통해 사용자의 허벅지의 근경도 신호를 획득하는 단계(S1214), 관성 측정부를 통해 사용자의 허리 움직임 신호를 획득하는 단계(S1216), 무릎 관절 센서를 통해 사용자의 무릎 관절 신호를 획득하는 단계(S1218), 발등 관절 센서 및 복사뼈 관절 센서를 통해 사용자의 발목 관절 신호를 획득하는 단계(S1219)를 포함할 수 있다.
근경도 센서를 통해 사용자의 허벅지의 근경도 신호를 획득하는 단계(S1214)는 사용자가 허벅지에 힘을 주면 근경도 센서를 통해 허벅지의 근력을 측정할 수 있다.
근육 세기를 분석하는 단계(S1220)는 근경도 센서를 통해 사용자의 허벅지의 근경도 신호를 통해 허벅지 근육 세기를 분석할 수 있다.
관성 측정부를 통해 사용자의 허리 움직임 신호를 획득하는 단계(S1216)는 허리를 굽히고 펴는 동작을 측정하여 사용자의 허리 움직임 신호를 획득할 수 있다.
무릎 관절 센서를 통해 사용자의 무릎 관절 신호를 획득하는 단계(S1218)는 사용자가 무릎을 굽히는 경우, 무릎이 굽은 정도를 측정하여 무릎 관절 신호를 획득할 수 있다.
발등 관절 센서 및 복사뼈 관절 센서를 통해 사용자의 발목 관절 신호를 획득하는 단계(S1219)는 사용자가 발목을 움직이는 경우, 발목의 움직임을 측정하여 발목 관절 신호를 획득할 수 있다.
사용자의 작업 수행 정도를 파악하는 단계(S1230)는 작업 동선을 파악하는 단계(S1232), 작업 강도를 파악하는 단계(S1234) 및 자세와 작업량을 파악하는 단계(S1236)를 포함한다.
작업 동선을 파악하는 단계(S1232)는 사용자의 위치 정보를 통해 확인할 수 있으며, 작업 강도를 파악하는 단계(S1234)는 사용자의 허벅지 근육 세기를 통해 확인할 수 있으며, 자세와 작업량을 파악하는 단계(S1236)는 허리 움직임 신호, 무릎 관절 신호 및 발목 관절 신호를 통해 확인할 수 있다.
웨어러블 모니터링 방법은 근골격계 질환 및 상해 가능성 여부를 확인하는 단계(S1260)에서, 근골격계 질환 및 상해 가능성이 있다고 판단되는 경우, 사용자에게 작업 중단 알림을 제공하는 단계(S1270)를 수행할 수 있다.
사용자에게 작업 중단 알림을 제공하는 단계(S1270)는 사용자의 작업강도나 작업량이 과하다고 판단될 경우 통합 모듈의 진동부로 작업자에게 진동 피드백을 줄 수 있으며, 상해 발생 시 작업자의 실내 위치를 파악해 구조를 실시할 수 있다.
상술한 웨어러블 모니터링 방법에서, 관리자는 무선으로 수집된 작업 정보를 파악할 수 있다.
도 12에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 개재하고 있으나 이는 예시적으로 설명한 것에 불과하고, 이 분야의 기술자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 12에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 또는 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하거나 다른 과정을 추가하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 웨어러블 모니터링 시스템
100: 착용부
110: 허리 착용부
120: 다리 착용부
130: 발목 착용부
200: 소프트 센서
300: 통합 모듈
100: 착용부
110: 허리 착용부
120: 다리 착용부
130: 발목 착용부
200: 소프트 센서
300: 통합 모듈
Claims (13)
- 사용자에 착용 가능한 웨어러블 모니터링 시스템에 있어서,
상기 사용자의 신체에 착용되는 착용부;
상기 착용부에 내장되며, 상기 착용부가 상기 사용자의 신체에 착용되는 위치 별 상기 신체의 움직임을 측정하는 소프트 센서; 및
상기 소프트 센서와 연결되어 상기 측정된 움직임을 이용하여 상기 사용자의 피로도를 측정하며, 상기 피로도를 기반으로 상기 사용자의 근골격계 질환 또는 상해를 분석하는 통합 모듈을 포함하는 웨어러블 모니터링 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 착용부는,
상기 사용자의 허리에 착용되며, 상기 통합 모듈이 적어도 하나 장착되는 허리 착용부;
상기 허리 착용부와 연결되어 상기 사용자의 하체에 착용되며, 상기 소프트 센서가 내장되는 다리 착용부; 및
상기 사용자의 발목에 착용되며, 상기 소프트 센서가 내장되는 발목 착용부를 포함하는 웨어러블 모니터링 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 허리 착용부는,
상기 사용자의 허리 뒤쪽의 좌측 또는 우측에 상기 통합 모듈이 각각 구비되어 상기 사용자의 좌측 또는 우측에 내장되는 상기 소프트 센서와 각각 연결되며,
상기 통합 모듈은 상기 좌측 또는 우측에 내장된 상기 소프트 센서에서 측정된 움직임을 통해 상기 사용자의 좌측 또는 우측의 상기 피로도를 각각 측정하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 모니터링 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 소프트 센서는,
상기 사용자의 허벅지 전면 또는 후면에 구비되며, 상기 전면 또는 후면의 허벅지 근육의 경도를 측정하는 근경도 센서; 및
상기 사용자의 무릎 중앙 또는 상기 무릎 중앙의 양 옆에 구비되며, 무릎 관절의 굽힘 동작을 측정하는 무릎 관절 센서를 포함하고,
상기 근경도 센서 및 상기 무릎 관절 센서는 상기 다리 착용부에 내장되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 모니터링 시스템. - 제4항에 있어서,
상기 통합 모듈은,
상기 근경도 센서를 통해 측정한 상기 전면 또는 후면의 허벅지 근육의 경도를 이용하여 상기 사용자의 허벅지 근력의 세기를 확인하며, 상기 허벅지 근력의 세기를 통해 상기 사용자의 작업 강도를 파악하고,
상기 무릎 중앙의 양 옆에 구비되는 상기 무릎 관절 센서의 신호 차이를 이용하여 무릎 관절을 굽힘 동작 시 나타나는 비틀림을 보정하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 모니터링 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 소프트 센서는,
상기 사용자의 발등 중앙부에 구비되며, 상기 사용자의 발목의 굽힘-폄(Flexion-Extension)에 의한 움직임을 측정하는 발등 관절 센서; 및
상기 사용자의 복사뼈의 전후 또는 상하 방향을 가로지르도록 구비되며, 상기 사용자의 발목의 내전-외전(Adduction-Abduction) 또는 내번-외번(Inversion-Eversion)에 의한 움직임을 측정하는 복사뼈 관절 센서를 포함하고,
상기 발등 관절 센서 및 상기 복사뼈 관절 센서는 상기 발목 착용부에 내장되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 모니터링 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 착용부는,
천 재질의 원단으로 형성되며, 상기 사용자의 신체에 밀착되어 고정되도록 실리콘 및 패드를 포함하며, 상기 사용자의 하체에 착탈이 용이하도록 체결부를 포함하고,
상기 소프트 센서는 특정 패턴으로 프린팅된 액체금속 회로를 실리콘으로 봉제된 형태로 구현되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 모니터링 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 통합 모듈은,
상기 사용자의 허리의 속도와 방향, 중력 및 가속도에 따른 상기 허리의 굽히고 펴는 동작을 측정하는 관성 측정부;
상기 관성 측정부 및 상기 소프트 센서를 통해 측정된 움직임에 따른 상기 사용자의 피로도를 측정하여 분석하는 신호 처리부;
상기 사용자의 위치를 추적하는 위치 추적부; 및
상기 관성 측정부 및 상기 소프트 센서를 통해 측정된 움직임을 전달 받으며, 상기 사용자의 위치를 전송하는 통신부를 포함하고,
상기 통합 모듈은 상기 사용자의 허리에 적어도 하나 구비되며, 상기 소프트 센서와 도선을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 모니터링 시스템. - 제8항에 있어서,
상기 신호 처리부는,
(i) 상기 착용부의 다리 착용부의 근경도 센서를 통해 측정한 상기 사용자의 전면 또는 후면의 허벅지 근육의 경도에 따른 작업 강도 및 (ii) 상기 다리 착용부의 무릎 관절 센서, 상기 관성 측정부 및 상기 발목 착용부의 발등 관절 센서와 복사뼈 관절 센서를 통해 획득한 적어도 하나의 신호에 따른 상기 사용자의 자세 및 작업량을 이용하여 피로도를 분석하고,
상기 분석된 피로도가 일정 피로도 이상인 경우, 상기 사용자의 근골격계 질환 또는 상해 가능성을 분석하여 상기 작업 중단 알림을 생성하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 모니터링 시스템. - 제9항에 있어서,
상기 통합 모듈은,
상기 피로도를 통해 분석한 상기 사용자의 근골격계 질환 또는 상해 가능성이 있는 경우, 상기 사용자에게 작업 중단 알림을 전송하는 진동부를 더 포함하고,
상기 작업 중단 알림은, 상기 작업 강도 또는 상기 작업량이 일정 임계치 이상인 경우 생성되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 모니터링 시스템. - 사용자의 상태를 모니터링하는 통합 모듈에 있어서,
상기 사용자의 허리의 속도와 방향, 중력 및 가속도에 따른 상기 허리의 굽히고 펴는 동작을 측정하는 관성 측정부;
상기 관성 측정부 및 상기 사용자가 착용한 착용부에 내장된 소프트 센서를 통해 측정된 움직임에 따른 상기 사용자의 피로도를 측정하여 분석하는 신호 처리부;
상기 사용자의 위치를 추적하는 위치 추적부; 및
상기 관성 측정부 및 상기 소프트 센서를 통해 측정된 움직임을 전달 받으며, 상기 사용자의 위치를 전송하는 통신부를 포함하는 통합 모듈. - 제11항에 있어서,
(i) 상기 착용부의 다리 착용부의 근경도 센서를 통해 측정한 상기 사용자의 전면 또는 후면의 허벅지 근육의 경도에 따른 작업 강도 및 (ii) 상기 다리 착용부의 무릎 관절 센서, 상기 관성 측정부 및 발목 착용부의 발등 관절 센서와 복사뼈 관절 센서를 통해 획득한 적어도 하나의 신호에 따른 상기 사용자의 자세 및 작업량을 이용하여 피로도를 분석하고,
상기 분석된 피로도가 일정 피로도 이상인 경우, 상기 사용자의 근골격계 질환 또는 상해 가능성을 분석하여 상기 작업 중단 알림을 생성하는 것을 특징으로 하는 통합 모듈. - 제12항에 있어서,
상기 피로도를 통해 분석한 상기 사용자의 근골격계 질환 또는 상해 가능성을 통해 상기 사용자에게 작업 중단 알림을 전송하는 진동부를 더 포함하고,
상기 작업 중단 알림은, 상기 작업 강도 또는 상기 작업량이 일정 임계치 이상인 경우 생성되는 것을 특징으로 하는 통합 모듈.
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- 2021-05-13 KR KR1020210061956A patent/KR102489647B1/ko active IP Right Grant
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