KR20230081828A - 운동기구에 부착되어 신호검출, 분석, 전송을 행하는 올인원형 운동 및 건강정보 분석 장치 - Google Patents

운동기구에 부착되어 신호검출, 분석, 전송을 행하는 올인원형 운동 및 건강정보 분석 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다양한 운동기기들의 손잡이 등에 부착되어 사용되며, 신호측정부, 분석부 및 송신부를 구비하여, 운동시에, 생체신호 및 운동정보신호를 검출하고, 분석하고, 외부의 단말기로 무선 전송하는, 운동기구의 핸들에 부착되는 올인원형 운동 및 건강정보 분석 장치에 관한 것이다.
본 발명의 운동 및 건강정보 분석 장치는, 운동기구의 손잡이부에 장착되며, 심전도 신호 또는 심박신호를 포함하는 생체신호를 측정하는, 생체신호 측정 전극부; 운동기구의 손잡이부에 장착되며, 가속도 센서부를 포함하고, 상기 생체신호를 수신하여 생체신호 측정 파라미터를 검출하고, 가속도 센서부로부터 검출된 가속도 신호로부터 방향별 가속도 신호를 운동정보신호로써 추출하는 연산처리부를 포함하는, 운동 및 건강정보 분석 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
운동 및 건강정보 분석 장치는, 저렴하며, 그리고 손잡이를 가진 어느 운동기구에 부착되어도 사용할 수 있다.

Description

운동기구에 부착되어 신호검출, 분석, 전송을 행하는 올인원형 운동 및 건강정보 분석 장치{All-in-one exercise and health information analysis device attached to a handle of exercise equipment for signal detection, analysis and transmission}
본 발명은 다양한 운동기기들의 손잡이 등에 부착되어 사용되며, 신호측정부, 분석부 및 송신부를 구비하여, 운동시에, 생체신호 및 운동정보신호를 검출하고, 분석하고, 외부의 단말기로 무선 전송하는, 운동기구의 핸들에 부착되는 올인원형 운동 및 건강정보 분석 장치에 관한 것이다.
최근에, 운동기구 자체에 신호측정부, 분석부 및 송신부를 구비하여, 운동시에, 생체신호 및 운동정보신호를 검출하고, 분석하고, 외부의 단말기로 전송하는 운동기구들이 있다. 그러나 이러한 운동기구들은 고가이다.
따라서 저렴하며, 어느 운동기구나 부착되어도 사용될 수 있는 운동기구의 핸들에 부착되어 운동 및 건강정보를 검출하고, 분석하고, 외부의 단말기로 무선 전송하는 올인원형 운동 및 건강정보 분석 장치가 요망된다.
선행기술로, 국내 공개특허 제10-2018-0074606호는 IoT 기반의 생체정보 제공 방법에 관한 것이다. 생체신호 취득장치에 내장된 IoT 모듈은, 데이터를 취득하고, 취득한데이터를 클라우드 서버로 전송하고 클라우드서버는 수신되어 저장된 데이터를 분석한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 다양한 운동기기들의 손잡이 등에 부착되어 사용되며, 신호측정부, 분석부 및 송신부를 구비하여, 운동시에, 생체신호 및 운동정보신호를 검출하고, 분석하고, 외부의 단말기로 무선 전송하는, 올인원형 운동기구의 핸들에 부착되는 운동 및 건강정보 분석 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 운동기구의 손잡이부에 부착는 운동 및 건강정보 분석 장치는, 운동기구의 손잡이부에 장착되며, 심전도 신호 또는 심박신호를 포함하는 생체신호를 측정하는, 생체신호 측정 전극부; 운동기구의 손잡이부에 장착되며, 가속도 센서부를 포함하고, 상기 생체신호를 수신하여 생체신호 측정 파라미터를 검출하고, 가속도 센서부로부터 검출된 가속도 신호로부터 방향별 가속도 신호를 운동정보신호로써 추출하는 연산처리부를 포함하는, 운동 및 건강정보 분석 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
운동 및 건강정보 분석 모듈은, 생체신호 측정 파라미터 및 운동정보신호를, 외부단말기로 무선 전송한다.
생체신호 측정 전극부는 심전도센서, 심박 센서, 광용적맥파 센서, 산소포화도 센서, 체온검출센서 중 하나 이상을 구비한다.
생체신호 파라미터는, 평균 심박수(mean HRT), 전체 RR 간격의 표준편차(SDNN), 인접한 RR간격의 차이를 제곱한 값의 평균의 제곱근(RMSSD), 연속되는 RR간격차(SRD), 아주낮은 주파수대역(VLF) 강도(PSD), 저주파수대역(LF) 강도(PSD), 고주파수대역(HF) 강도(PSD), 5분간 전체강도(TP), 저주파수대역의 정규화된 강도(normalized LF), 고 주파수대역의 정규화된 강도(normalized HF), 저주파수대 고주파수의 대역 강도비(LF/HF ratio), 감성적 상태(ES), 정신적 스트레스 지수(MSI) 들 중 하나 이상을 검출한다.
생체신호 측정 전극부와, 운동 및 건강정보 분석 모듈과 생체신호 측정 전극부사이의 신호전송선은 하나의 필름에 인쇄되어 있을 수 있다.
또한, 운동 및 건강정보 분석 모듈과, 생체신호 측정 전극부와, 신호전송선이 실리콘 시트 내에 설치되어 있을 수 있다.
상기 실리콘은 수중 접찹력을 갖는 실리콘이다.
본 발명의 운동기구의 핸들에 부착되는 올인원형 운동 및 건강정보 분석 장치는, 다양한 운동기기들의 손잡이 등에 부착되어 사용되며, 신호측정부, 분석부 및 송신부를 구비하여, 운동시에, 생체신호 및 운동정보신호를 검출하고, 분석하고, 외부의 단말기로 무선 전송하도록 이루어져, 고가의 운동기구가 필요없이, 저렴하게, 어느 운동기구에 부착되어도 그 운동기구를 사용하여 운동한 운동정보신호 및 운동시의 생체신호를 분석한 결과를 외부단말기(예로 스마트폰)을 통하여 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명의 운동기구에 부착되어 신호검출, 분석, 전송을 행하는 올인원형 운동 및 건강정보 분석 장치를 설명하는 설명도이다.
도 2는 도 1의 운동 및 건강정보 분석 장치의 구성을 개략적으로 설명하는 블럭도이다.
도 3은 도 1의 운동 및 건강정보 분석 장치의 구동을 개략적으로 설명하는 흐름도이다.
도 4는 도 1의 운동 및 건강정보 분석 장치의 신호전달 과정을 설명하는 설명도이다.
이하, 본 발명의 운동기구에 부착되는 운동 및 건강정보 분석 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 운동기구에 부착되어 신호검출, 분석, 전송을 행하는 올인원형 운동 및 건강정보 분석 장치를 설명하는 설명도이고, 도 2는 도 1의 운동 및 건강정보 분석 장치의 구성을 개략적으로 설명하는 블럭도이고, 도 3은 도 1의 운동 및 건강정보 분석 장치의 구동을 개략적으로 설명하는 흐름도이고, 도 4는 도 1의 운동 및 건강정보 분석 장치의 신호전달 과정을 설명하는 설명도이다.
도 1에서와 같이, 운동 및 건강정보 분석 장치(10)는, 운동기구(70)의 손잡이부(50)에 장착되며, 심전도센서, 심박 센서, 광용적맥파 센서, 산소포화도 센서, 체온검출센서 중 하나 이상을 구비하여, 심전도 신호, 심박신호, 광용적맥파 신호, 산소포화도 신호, 체온신호 등의 건강정보 신호를 검출하고, 또한 가속도 센서를 구비하여 운동신호를 검출하고, 분석하며, 분석결과를 도 4에서와 같이, 외부 단말기(80), 즉, 예를들어 스마트폰(30) 또는 컴퓨터(20) 등에 전송한다.
도 2에서와 같이, 운동 및 건강정보 분석 장치(10)는 생체신호 측정 전극부(100)와, 운동 및 건강정보 분석 모듈(20)을 포함한다. 운동 및 건강정보 분석 모듈(20)은 생체신호 전처리부(210), 가속도센서(220), 연산처리부(260), 송수신부(260), 배터리(270), 전원관리부(280)을 포함하며, 미도시되었지만, 메모리부(미도시) 및 온/오프 스위치(미도시)를 더 구비한다.
생체신호 측정 전극부(100)는 심전도센서, 심박 센서, 광용적맥파 센서, 산소포화도 센서, 체온검출센서 중 하나 이상을 구비하여, 심전도신호, 심박 신호, 광용적맥파 신호, 산소포화도 신호, 체온 등 중 하나이상의 건강정보 신호를 검출한다.
생체신호 측정 전극부(100)는, 도 1에서와 같이, 사용자의 손의 피부가 접촉되는 부분에 생체신호 측정 전극부를 구비한다.
생체신호 측정 전극부(100)에서 측정된 신호는 신호전송선(290)을 통해 운동 및 건강정보 분석 모듈(200)로 전송된다.
경우에 따라서, 생체신호 측정 전극부(100)와 신호전송선(290)은 하나의 필름에 인쇄되어 있을 수 있다.
또는 경우에 따라서, 생체신호 측정 전극부(100)와 신호전송선(290)와 운동 및 건강정보 분석 모듈(200)은 하나의 실리콘 시트 내에 설치될 수 있다. 상기 실리콘은 수중 접착력을 가진 실리콘일 수 있다. 예를들어 상기 실리콘은 트레코일브럭(Tremco illbruck)사의 실리콘 SP050 을 포함할 수 있다.
수중 접착력을 가진 실리콘을 사용하게 되면, 손에 땀등이 났을 경우에도 접착력을 유지하기 때문에 잡음 등에 영향을 적게 받으므로, 보다 정확한 신호를 검출할 수 있다.
운동 및 건강정보 분석 모듈(200)은 생체신호 측정 전극부(100)로부터 수신된 셍체신호로부터 생체신호 파라미터(건강정보 파라미터)를 추출하고 추출된 생체신호 파라미터를 외부단말기(80)로 전송하며, 가속도 센서부(220)로 부터 검출된 가속도신호로부터 운동량 정보를 추출하여, 외부단말기(80)로 전송한다. 또한, 추출된 생체신호 파라미터가 정상범위내 인지를 판단하고, 정상범위가 아니라면 외부단말기(80)로 경고신호를 전송할 수도 있다.
생체신호 전처리부(210)는 생체신호 측정 전극부(100)로부터 측정된 생체신호에서 잡음을 제거하고 증폭하고 디지탈신호로 변환하는 전처리를 행하여 연산처리부(250)로 전송한다.
가속도센서(220)는 사용자의 움직임에 따른 가속도신호(움직임 신호)를 검출하여 연산처리부로 전송한다.
연산처리부(260)는 생체신호 전처리부(210)로부터 수신된 셍체신호로부터 생체신호 파라미터를 추출하고 가속도 센서부로 부터 검출된 가속도신호로부터 운동량 정보(예를들어 방향별 가속도 값)을 추출하여, 송수신부(260)을 통해 외부단말기(80)로 전송한다.
연산처리부(260)는 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서, 원칩마이크로 컴퓨터 등으로 이루어질 수 있다.
심전도신호, 심박 신호, 광용적맥파 신호 등으로 추출할 수 있는 생체신호 파라미터는, 평균 심박수(mean HRT), 전체 RR 간격의 표준편차(SDNN), 인접한 RR간격의 차이를 제곱한 값의 평균의 제곱근(RMSSD), 연속되는 RR간격차(SRD), 아주낮은 주파수대역(VLF) 강도(PSD), 저주파수대역(LF) 강도(PSD), 고주파수대역(HF) 강도(PSD), 5분간 전체강도(TP), 저주파수대역의 정규화된 강도(normalized LF), 고 주파수대역의 정규화된 강도(normalized HF), 저주파수대 고주파수의 대역 강도비(LF/HF ratio), 감성적 상태(ES), 정신적 스트레스 지수(MSI) 등등이 있다. 이들 파라미터는 널리 공지된 기술로, 예를들어 한국 특허등록공보 제10-0493714호 등에 공지되어있다.
연산처리부(260)는 기본적으로 심박수(평균 심박수)를 검출하며, 그외 상기 생체신호파라미터 중 더 추가될 수 있다.
송수신부(260)는 연산처리부(250)로부터 수신된 생체 파라미터, 생체신호, 가속도신호, 운동량정보를, 외부 단말기(80)으로 전송한다. 송수신부(260)는 블루투스 모듈로 이루어질수 있다.
운동 및 건강정보 분석 모듈(20)은 배터리(270)와, 상기 배터리(270)를 충전하는 전원관리부(280)를 더 포함한다.
또한, 외부 단말기(80)는 소정의 응용프로그램을 설치한 것으로, 스마트폰(30), 개인용 컴퓨터(20)일 수 있다.
연산처리부(250)는 도 3과 같이 구동되어 질 수 있다.
여기서 도 3은 생체신호로 심전도 신호 또는 심박신호를 수신하고, 생체 파라미터로서 심박수만을 검출하는 것으로, 이로써 본 발명을 한정하기 위한 것이 아님을 밝혀둔다.
초기값 측정단계(S100)로, 초기값 측정단계에서는 생체신호 초기값 측정 단계(S110 내지 S150)과 운동신호 초기값측정 단계(S160 내지 S190)를 동시에 진행한다.
생체신호 초기값 측정 단계는 다음과 같다.
생체신호 수신단계로, 생체신호 전처리부(210)로부터 생체신호(심전도신호 또는 심박신호)를 수신한다(S110).
전극 접촉확인단계로, 생체신호 수신단계에서 수신된 생체신호가 기설정된 문턱치를 초과했는지를 판단하여 피부와 전극이 접촉되었는지 판단하고(S120), 만약 생체신호가 기설정된 문턱치를 초과하였다면, 생체신호 측정 전극부(100)의 전극이 피부와 접촉되지 않는 것으로 판단하고, 전극이 접촉되지 않음을 알리는 신호를 외부 단말기(80)로 전송하고, 생체신호 수신단계로 되돌아 간다(S130).
생체신호 파라미터 연산단계로, 전극 접촉확인단계에서 생체신호가 기설정된 문턱치를 초과하지 않았다면, 생체신호 측정 전극부(100)의 전극이 피부와 접촉되어 있는 상태로, 수신된 생체신호로부터 생체신호 파라미터(심박수)를 계산하고, 계산된 생체신호 파라미터(심박수)를, 생체신호 파라미터 초기값으로 저장한다(S150).
운동신호 초기값측정 단계는 다음과 같다.
1차 가속도 값 수신단계로, 가속도 센서부(220)로부터 가속도 신호를 수신한다(S160).
방향 별 가속도 초기값 설정단계로, 수신된 가속도 신호로부터 x, y, z 방향 데이터를 분리하고(S170), 이 분리된 값들을 방향 별 가속도 초기값으로 저장한다(S180).
2차 가속도 값 수신단계로, 가속도 센서부(220)로부터 가속도 신호를 수신한다(S200).
움직임여부 체그단계로, 1차 가속도 값과 2차 가속도 값을 비교하여 같다면, 즉 1차 가속도 값에서 2차 가속도 값을 뺀값이 0인지를 비교하여 0이라면, 움직임이 없는 것으로, 2차 가속도 값 수신단계로 되돌아간다.
움직임여부 체크단계에서, 1차 가속도 값과 2차 가속도 값을 비교하여 같지 않다면, 즉 1차 가속도 값에서 2차 가속도 값을 뺀값이 0인지를 비교하여 0이 아니라면, 움직임이 있는 것으로, 이 값을 가속도 신호 초기값으로 저장하고, 운동시작후 측정 시행단계(S220)를 진행한다.
운동시작후 측정 시행단계(S220)는 운동시작후에 생체신호 및 가속도 신호를 측정하는 단계로, 운동시작후 생체신호 측정단계(S230 및 S250)와 운동시작후 가속도 신호 측정단계(S260 및 S270)을 동시에 진행한다.
운동시작후 생체신호 측정단계로, 연산처리부(250)는 생체신호 전처리부(210)로부터 생체신호(심전도신호 또는 심박신호)를 수신하고(S230), 수신된 생체신호로부터 생체신호 파라미터(심박수)를 계산한다(S250).
운동시작후 가속도 신호 측정단계로, 연산처리부(250)는 가속도 센서부(220)로부터 가속도 신호를 기설정된 수신하고(S260), 수신된 가속도 신호들로부터 x, y, z 방향 데이터를 분리하여, 방향 별 가속도값을 운동정보로써 구한다(S170).
분석 수치전송단계로, 연산처리부(250)는 생체신호 파라미터(심박수)과 방향 별 가속도값을 외부단말기(80)로 전송한다.
온/오프 스위치(미도시)로 부터 오프신호가 수신되었는지 체크하여, 오프신호가 수신되지 않았다면, 운동시작후 측정 시행단계(S220)로 되돌아 간다.
본 발명은, 양손을 사용하여 손잡이를 파지하고 실행하는 운동기구에 장착이 가능한 시스템으로, 로잉(조정) 운동기구, 카약 운동기구, 실래클라이밍 헬스기구, 손잡이스텝퍼 기구, 일립티컬, 숄더프레스, 랫풀다운운동기구, 벤치프래스 운동기구 등등에 장착가능하다.
본 발명은 운동기구의 손잡이 부분에, 생체신호 측정 전극부(100)과, 운동 및 건강정보 분석 모듈(200)을 부착하여 사용하도록 이루어진다.
운동 및 건강정보 분석 모듈(200)는 일종의 소형의 측정회로보드라 할 수 있다.
본 발명에서, 연산처리부(250) 또는 외부 단말기(80)은, 운동패턴에 따른 운동종류는 자동적으로 인식되어 해당되는 운동에 대한 분석이 진행할 수 있다.
본 발명에서, 운동의 전, 중간, 후에 사용자의 심전도 또는 심박데이터는, 마이크로컨트롤러 모듈로 이루어진 연산처리부(250)로 수신하여 내부연산을 통해 분석되며, 그 분석결과는 블루투스모듈을 통해 외부 단말기(80)으로 무선전송이 가능하다.
본 발명의 운동 및 건강정보 분석 모듈(200)은, 포터블형태로 운용하기위해 배터리로 전원공급한다.
연산처리부(250)에서 분석된 데이터는 크게 건강정보와 운동평가로 분류되어 외부단말기(80)을 통해 사용자에게 피드백을 줄수 있다.
본 발명은 이상에서 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 다음에 기재되는 청구범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.
100: 생체신호 측정 전극부 210: 생체신호 전처리부
230: 가속도센서부 250: 연산처리부
260: 송수신부 270: 배터리
280: 전원관리부

Claims (7)

  1. 운동기구의 손잡이부에 장착되며, 심전도 신호 또는 심박신호를 포함하는 생체신호를 측정하는, 생체신호 측정 전극부;
    운동기구의 손잡이부에 장착되며, 가속도 센서부를 포함하고, 상기 생체신호를 수신하여 생체신호 측정 파라미터를 검출하고, 가속도 센서부로부터 검출된 가속도 신호로부터 방향별 가속도 신호를 운동정보신호로써 추출하는 연산처리부를 포함하는, 운동 및 건강정보 분석 모듈;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는, 운동기구의 손잡이부에 부착는 운동 및 건강정보 분석 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    운동 및 건강정보 분석 모듈은, 생체신호 측정 파라미터 및 운동정보신호를, 외부단말기로 무선 전송하는 것을 특징으로 하는, 운동기구의 손잡이부에 부착는 운동 및 건강정보 분석 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    생체신호 측정 전극부는 심전도센서, 심박 센서, 광용적맥파 센서, 산소포화도 센서, 체온검출센서 중 하나 이상을 구비하는 것을 특징으로 하는, 운동기구의 손잡이부에 부착는 운동 및 건강정보 분석 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    생체신호 파라미터는, 평균 심박수(mean HRT), 전체 RR 간격의 표준편차(SDNN), 인접한 RR간격의 차이를 제곱한 값의 평균의 제곱근(RMSSD), 연속되는 RR간격차(SRD), 아주낮은 주파수대역(VLF) 강도(PSD), 저주파수대역(LF) 강도(PSD), 고주파수대역(HF) 강도(PSD), 5분간 전체강도(TP), 저주파수대역의 정규화된 강도(normalized LF), 고 주파수대역의 정규화된 강도(normalized HF), 저주파수대 고주파수의 대역 강도비(LF/HF ratio), 감성적 상태(ES), 정신적 스트레스 지수(MSI) 들 중 하나 이상을 검출하는 것을 특징으로 하는, 운동기구의 손잡이부에 부착는 운동 및 건강정보 분석 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    생체신호 측정 전극부와, 운동 및 건강정보 분석 모듈과 생체신호 측정 전극부사이의 신호전송선은 하나의 필름에 인쇄되어 있는 것을 특징으로 하는, 운동기구의 손잡이부에 부착는 운동 및 건강정보 분석 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    운동 및 건강정보 분석 모듈과, 생체신호 측정 전극부와, 운동 및 건강정보 분석 모듈과 생체신호 측정 전극부사이의 신호전송선이 실리콘 시트 내에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 운동기구의 손잡이부에 부착는 운동 및 건강정보 분석 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 실리콘은 수중 접찹력을 갖는 실리콘인 것을 특징으로 하는, 운동기구의 손잡이부에 부착는 운동 및 건강정보 분석 장치.
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