WO2018030743A1 - Method and apparatus for recognizing exercise - Google Patents

Method and apparatus for recognizing exercise Download PDF

Info

Publication number
WO2018030743A1
WO2018030743A1 PCT/KR2017/008534 KR2017008534W WO2018030743A1 WO 2018030743 A1 WO2018030743 A1 WO 2018030743A1 KR 2017008534 W KR2017008534 W KR 2017008534W WO 2018030743 A1 WO2018030743 A1 WO 2018030743A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
acceleration
exercise
user
posture
walking
Prior art date
Application number
PCT/KR2017/008534
Other languages
French (fr)
Korean (ko)
Inventor
정주호
정창근
Original Assignee
주식회사 비플렉스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020160101491A external-priority patent/KR101830371B1/en
Priority claimed from KR1020160101489A external-priority patent/KR101926170B1/en
Priority claimed from KR1020170030394A external-priority patent/KR101995482B1/en
Priority claimed from KR1020170030402A external-priority patent/KR101995484B1/en
Priority claimed from KR1020170079255A external-priority patent/KR101970674B1/en
Application filed by 주식회사 비플렉스 filed Critical 주식회사 비플렉스
Priority to JP2019506629A priority Critical patent/JP6765505B2/en
Priority to CN201780037342.2A priority patent/CN109414608B/en
Publication of WO2018030743A1 publication Critical patent/WO2018030743A1/en
Priority to US16/272,201 priority patent/US11497966B2/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B24/00Electric or electronic controls for exercising apparatus of preceding groups; Controlling or monitoring of exercises, sportive games, training or athletic performances
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B69/00Training appliances or apparatus for special sports
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B71/00Games or sports accessories not covered in groups A63B1/00 - A63B69/00
    • A63B71/06Indicating or scoring devices for games or players, or for other sports activities

Definitions

  • the present invention relates to an exercise recognition method and apparatus, and more particularly, to an exercise recognition method and apparatus for collecting and analyzing walking and driving exercise data of a user.
  • a pressure sensor mounted on a shoe or a footrest is mostly used to detect walking.
  • the pressure sensor may be damaged in the process of being continuously pressurized for a long period of time. Can cause.
  • the size of a person's foot varies greatly depending on the individual, and accordingly, shoes having a pressure sensor must be produced in various sizes, and thus, there is a problem in that production efficiency and economy are considerably inferior.
  • the family can not share a single walking posture correction device and must be purchased separately according to the size of the foot to increase the economic burden.
  • the present invention has been made in view of the above-described technical problem, the object of the present invention is to substantially compensate for the various problems caused by the limitations and disadvantages in the prior art, to be worn on the user's body
  • the present invention provides a motion recognition method and apparatus for walking and driving monitoring, which can be formed to recognize, detect, and analyze walking effectively and accurately using only a sensor measuring a dynamic physical quantity of a user, such as an acceleration sensor and a position sensor. And a computer readable recording medium having recorded thereon a program for executing the method.
  • the motion recognition method includes a three-axis acceleration sensor including up, down, left and right, front and rear, and a position measuring sensor for measuring a user position and using a motion recognition device worn on a user's head.
  • a motion recognition method comprising: a data collection and motion recognition step of determining whether to walk and drive by collecting and analyzing three-axis acceleration; And an acceleration-based motion state value derivation step of calculating the motion state values of the user's center of mass using the collected three-axis accelerations.
  • the data collection and motion recognition step may include: an up and down acceleration collection step of collecting up and down acceleration; A peak detection step of detecting peaks of the collected up-down acceleration; A motion detecting step of determining whether the vertical acceleration peak value is equal to or greater than a predetermined threshold value; A three-axis acceleration collection step of collecting three-axis acceleration when the vertical acceleration peak value is equal to or greater than a predetermined threshold value; A Fourier transform step of Fourier transforming the three-axis acceleration to derive a frequency response graph; And an exercise type determination step of determining whether the walking and driving movements or other movements are compared by comparing the frequency response graph with a predetermined frequency response modification or size reference.
  • the noise removal step of removing noise by passing the vertical acceleration or triaxial acceleration through a predetermined band pass filter It further includes.
  • the step of determining the exercise type determine the user's exercise as walking and driving state, otherwise it is determined as other exercise.
  • M z, p Vertical acceleration in a Fourier transform result of a z a f p to the center frequency and the total energy of the frequency components in the vertical direction based on the band with a bandwidth of less than 1Hz,
  • M x, p The Fourier transform results in the lateral direction acceleration a x in f p / 2 of the center frequency and the total energy of the frequency components in the left and right directions based on the band with a bandwidth of less than 1Hz,
  • the step of determining the exercise type when the user exercise is walking and driving state, if there is a section satisfying the following equation in the Fourier transform result of the up and down acceleration, the user movement is determined as the driving state Otherwise, it is determined as a walking state.
  • the acceleration-based movement state value deriving step may include: a mass center acceleration derivation step of deriving an acceleration of the user's center of mass by multiplying each value of the three-axis acceleration by a predetermined gain value; And a center of mass velocity and position derivation step of deriving the velocity and position of the center of mass of the user using pre-measured user key information, user position information, and center of mass acceleration.
  • the exercise recognition apparatus includes a three-axis acceleration sensor including up, down, left and right, front and rear, and a position measuring sensor for measuring the user position and collecting the sensor signal worn on the user's head part; Receiving a signal from the sensor signal collection unit, using the three-axis acceleration and position signals to derive a walking or driving motion state value including the acceleration, speed, position of the user's center of mass, the walking or driving motion state value It includes an exercise posture derivation unit to derive a walking or driving posture by analyzing the.
  • the sensor signal collector further includes a three-axis angular velocity sensor.
  • the position measuring sensor measures a user position.
  • the exercise recognition apparatus further includes an exercise correction generator configured to generate posture correction information by comparing the walking posture derived by the exercise posture deriving unit and the reference posture.
  • the exercise recognition device the correction information output unit for converting the posture correction information generated by the exercise correction generating unit as information that can be recognized by the user, including sound, illustration, image, and output It includes more.
  • the exercise recognition apparatus is configured to transmit and store the walking posture derived by the exercise posture derivation unit to an external database and accumulate it.
  • the exercise recognition apparatus, the signal transmission between the sensor signal collection unit and the exercise posture deriving unit is made by at least one wireless communication selected from Bluetooth, Wi-Fi, NFC.
  • the pressure center path-based exercise posture deriving method includes a three-axis acceleration sensor including up, down, left, and right, and a position measuring sensor for measuring a user's position.
  • An exercise pose derivation method using a worn exercise pose derivation apparatus comprising: an acceleration vector at a center of mass position using motion state values of a user's center of mass calculated using three-axis acceleration collected by the exercise pose derivation apparatus Estimating a pressure center path by projecting onto the ground in a direction; An exercise type determination step of determining whether the user is walking or traveling from the pattern of the up-down acceleration graph; And a motion posture derivation step of deriving posture information including stride length, interpolation, interpolation angle, and asymmetry based on the estimated pressure center path and the three-axis acceleration.
  • the step of estimating the pressure center path may include a direction of the pressure center as a ratio of the left and right acceleration to the sum of the vertical acceleration and the gravity acceleration and the forward and backward acceleration to the sum of the vertical acceleration and the gravity acceleration. Determining a pressure center direction; Assuming that the center of mass is located at a height determined by multiplying a predetermined user's key information by a predetermined inference constant, the pressure center projecting the pressure center position by projecting onto the ground in the direction determined in the pressure center direction determining step Location inference step.
  • the pressure center path estimating step may further include a pressure center position correcting step that is corrected by a value obtained by multiplying a pressure center position inferred in the pressure center position inference step by a predetermined front-rear and left-right correction constant.
  • the step of deriving the exercise posture may include defining a local maximum as an intermediate support point in the vertical acceleration measured in the time domain when the user's exercise is running, and in the time domain when the user's exercise is walking.
  • a section classification determination step of determining a section in which the peak value is formed in the vertical acceleration as the double support section and determining the remaining section as the one support section.
  • the exercise posture deriving step may include: calculating an average speed by measuring user location information at predetermined time intervals; Calculating a walking frequency by measuring the number of intermediate supporting points during the time interval; And calculating the stride length by dividing the average speed by the walking frequency to calculate the stride length in the front-rear direction.
  • the step of deriving the exercise posture calculates the interpolation in the left and right directions using the pressure center position value corresponding to the intermediate support point.
  • the step of deriving the exercise posture calculates a complementary angle using a pressure center position value corresponding to a start point of the one foot support section and a pressure center position value corresponding to an end point of the one foot support section. do.
  • the step of deriving the exercise posture may include: identifying a foot supported by a sign of left and right acceleration measured in a time domain; Comparing the peak value, the valley value, and the difference value between the two accelerations measured in the time domain, the left and right asymmetry and repeatability are calculated.
  • the pressure center path-based exercise posture deriving device includes a three-axis acceleration sensor including up, down, left, and right, and a position measuring sensor for measuring a user position.
  • a sensor signal collector to be worn; Receiving a signal from the sensor signal collection unit, using the three-axis acceleration and position signals to derive a walking or driving motion state value including the acceleration, speed, position of the user's center of mass, the walking or driving motion state value From the pressure center path is estimated from, and analyzing the pressure center path includes a movement posture derivation unit for deriving a walking or driving posture.
  • the characteristic analysis algorithm of the present invention such as measuring acceleration, position, etc. in the user's body (e.g., head or waist), and converting it into a center of mass motion state value, it is effective and accurate. Recognize, detect, and analyze walking.
  • the present invention by using the characteristic analysis algorithm of the present invention, such as measuring the acceleration, position, etc. in the user's body, converting it to the center of mass motion state value, and estimating the pressure center path therefrom, It can recognize, detect and analyze walking in an accurate and accurate way.
  • the present invention uses the acceleration measured at the position most similar to the movement of the center of mass of the user's body (specifically, the acceleration in the left and right directions is measured at the head side, and the acceleration and the position in the front and rear directions are measured at the waist side). Measurement, and the acceleration in the up and down direction is made to measure at the head side or the waist side), more accurate acceleration and position can be measured.
  • a sensor for measuring a dynamic physical quantity of a user such as an acceleration sensor and a position sensor
  • a pressure sensor that recognizes walking by being pressed by the user's foot
  • various problems such as device durability and life deterioration problem, and production and use of a separate device according to the user's body size.
  • the technical configuration itself of arranging the pressure sensor which is the cause of this problem on the foot part is completely excluded, various problems as described above are fundamentally eliminated.
  • FIG 1 illustrates use states of the exercise posture deriving apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 shows a schematic diagram of the exercise posture derivation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of deriving an exercise posture according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows a relationship diagram between a center of mass and a center of pressure in accordance with one embodiment of the present invention.
  • FIG 5 illustrates pressure center direction determination and position inference according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 6 illustrates an example of an estimated pressure center path in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 illustrates an example of an up and down acceleration graph with respect to time during walking and driving according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG 8 illustrates an example of an acceleration signal measurement result according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a motion recognition method according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a detailed flowchart of a data collection and exercise recognition step according to another embodiment of the present invention.
  • FIG 11 shows an example of an acceleration signal measurement result according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a detailed flowchart of an acceleration-based exercise state value derivation step according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a view illustrating usage states of the exercise posture deriving apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a schematic diagram of an apparatus for deriving an exercise posture according to another embodiment of the present invention.
  • 15 shows a schematic diagram of an apparatus for quantifying injury risk according to another embodiment of the present invention.
  • 16 is a flowchart of a method of quantifying an injury risk according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a graph illustrating acceleration in up and down directions according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a view illustrating an inclination on a vertical acceleration graph when driving in accordance with another embodiment of the present invention.
  • FIG 19 illustrates an impact amount on an up and down acceleration graph while driving according to another embodiment of the present invention.
  • FIG 1 illustrates use states of the exercise posture deriving apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the exercise posture deriving apparatus 100 is worn on a user's head as shown in FIG. 1.
  • the exercise posture deriving apparatus 100 according to the present exemplary embodiment may be formed in a band or a hat worn on a head as shown in FIG. 1, and may be made in a form of being plugged into an ear like an earphone by making it more compact. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be in other forms.
  • Figure 2 shows a schematic diagram of the exercise posture derivation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the exercise posture deriving apparatus 100 includes a sensor signal collecting unit 110 and an exercise posture deriving unit 121 as illustrated in FIG. 2.
  • the exercise posture deriving apparatus 100 according to the present exemplary embodiment further includes an exercise correction generator 122 and a correction information output unit 130.
  • the sensor signal collection unit 110 includes a three-axis acceleration sensor 111 including up, down, left, right, front and rear, and a position measuring sensor 112 for measuring a user position.
  • the three-axis acceleration sensor 111 may be generally employed by selecting an appropriate one from among sensors used to measure acceleration in the three-axis direction, such as a form in which a gyroscope is embedded.
  • Position measuring sensor 112 is for measuring the absolute position of the user, for example, it can be made to measure the user's position using a GPS signal, or the high-precision satellite navigation technology that is more accurate than the recent GPS has been developed Sensors to which this technique is applied may also be used.
  • the sensor signal collector 110 may further include a three-axis angular velocity sensor 113 as shown in FIG. 2 to increase the accuracy in the motion recognition and analysis process which will be described in more detail below.
  • the sensor signal collection unit 110 is worn on the user's head as shown in FIG. 1 to measure the dynamic physical quantity of the user such as acceleration, speed, and position.
  • a pressure sensor provided in a shoe and a footrest that is directly pressed by a foot for monitoring a gait is used. Accordingly, there is a problem that damage to the sensor occurs quickly, the device durability and life is shortened. In addition, there is a problem such as deterioration of walking recognition and analysis accuracy due to damage to the device during use, convenience and economical degradation due to frequent device replacement. In addition, when such a device is provided in a shoe, a separate device is required for each user according to the size of the user's foot, which increases the user's convenience and economical deterioration. There was a problem.
  • the present embodiment completely escapes the concept of using the pressure pressed by the foot in gait recognition, and measures the dynamic physical quantity of the user such as acceleration, speed and position measured in the user's head as shown in FIG.
  • the characteristic analysis algorithm of the present invention to be described is applied to realize recognition, detection and analysis of gait.
  • the present embodiment differs from the prior art in the measurement position and measurement physical quantity.
  • the root cause of the various problems pointed out in the prior art comes from the technical configuration of 'positioning the pressure sensor on the foot', according to the present invention, only the configuration alone eliminates the various problems as described above. Can be.
  • the exercise posture deriving unit 121 receives a signal from the sensor signal collecting unit 110 and uses a three-axis acceleration and position signal to include a walking or driving motion state value including acceleration, speed, and position of the user's center of mass. Derivation, and analyzes the walking or driving motion state value to derive a walking or driving posture. Specifically, the exercise posture deriving unit 121 estimates a pressure center path from the walking or driving motion state value, and analyzes the pressure center path to derive a walking or driving posture. Since the analysis algorithm of the present invention used by the exercise posture derivation unit 121 will be described in more detail later, the description is omitted here.
  • the exercise posture deriving unit 121 may be formed in an integrated circuit form that may perform various calculations, and may be formed on the sensor signal collecting unit 110 and one substrate, or may be formed in a form of a separate computer. .
  • the exercise posture derivation unit 121 is formed separately from the sensor signal collection unit 110, as illustrated in FIG. 2 for transmitting a signal between the sensor signal collection unit 110 and the exercise posture derivation unit 121.
  • the communication unit 114 may be provided as well.
  • the communication unit 114 may be made by wire or wireless communication.
  • the wireless communication may use Bluetooth, Wi-Fi and NFC technologies, but it is apparent to those skilled in the art that other wireless communication technologies may be used.
  • the exercise correction generator 122 compares the walking posture derived by the exercise posture deriving unit 121 and the reference posture to generate posture correction information. As described above, the exercise posture deriving unit 121 derives a walking or driving posture of the user based on the signal collected by the sensor signal collection unit 110. From this, the stride, which is one of the elements of the walking posture, can be obtained. In this case, the exercise correction generator 122 includes the optimal key stride relationship data for each walking and traveling speed, and compares the walking posture information of the corresponding user with an excessively wider stride than the height of the corresponding user. It is easy to determine whether it is narrow and to calculate the amount of stride correction that should be reduced or increased if it is outside the optimum range.
  • the correction information output unit 130 converts and outputs the posture correction information generated by the exercise correction generator 122 as information recognizable by a user including sound, illustration, and image. For example, when it is necessary to reduce the stride length by calculating the stride length correction amount, a voice such as "Reduce stride length" is output through a speaker provided on the exercise posture derivation apparatus 100, or a warning sound is sounded. The user may be not aware of the optimal stride length and may be encouraged to change the walking posture. Alternatively, the present invention may be realized in various forms, such as connected to a smartphone, a computer, a dedicated display, or the like, so that accurate calibration information may be output as an illustration or an image.
  • the exercise posture deriving apparatus 100 may transmit and store the walking posture derived by the exercise posture deriving unit 121 to an external database 140 to accumulate the posture.
  • a user who needs such walking or driving motion analysis may be a general person who performs daily walking or jogging to promote health, or an expert who trains to improve physical ability. Naturally, it is desirable to be able to see the change.
  • the exercise analysis data is accumulated and stored in a large amount as described above, such data may be used as big data and used for various statistics or analysis, and thus various applications are possible.
  • the exercise posture deriving apparatus 100 performs an analysis such as detecting a user's exercise and determining whether the user is walking or driving.
  • the analysis algorithm used in the present invention uses a dynamic physical quantity measured in the user's head
  • the exercise pose derivation apparatus 100 is a three-axis acceleration including at least up, down, left, right, front and rear What is necessary is to include the sensor 111 and the position measurement sensor 112 for measuring a user position, and the analysis algorithm to be described below may be performed in the exercise pose derivation unit 121.
  • the exercise posture deriving apparatus 100 may further include various additional components described above for improving the function of the apparatus.
  • the exercise posture deriving method according to the present embodiment includes a pressure center path estimating step, an exercise type determination step, and an exercise posture derivation step, as shown. Each step will be described in more detail below.
  • the mass is obtained by using the motion state values of the user's center of mass calculated using the triaxial accelerations a x , a y , and a z collected by the exercise posture deriving apparatus 100.
  • the pressure center path is estimated by projecting onto the ground in the direction of the acceleration vector from the center position.
  • the three-axis acceleration sensors 111 may be collected by using the three-axis acceleration sensor 111, and may be integrated by using the three-axis acceleration sensor 111, or collected using the position measurement sensor 112 per hour.
  • the location information can be used to find both speed and location.
  • the values measured here It is desirable to convert the exercise state value to an analysis. The conversion of the value measured at the user's head position to the value at the user's center of mass can be easily derived by appropriately multiplying a gain value previously obtained using body information such as user key information.
  • the pressure center path can be estimated therefrom.
  • the human body behaves by using the reaction pressure applied to the supporting foot during walking or driving.
  • the sum of these reaction pressures is called the ground reaction force (GRF), and the center of this pressure is called the center of pressure (COP). It is found that the ground reaction generated at this time has a characteristic from the center of pressure to the center of mass (COM).
  • FIG. 4 shows a relationship diagram between a center of mass and a center of pressure in accordance with one embodiment of the present invention.
  • this biomechanical property is used inversely, and the pressure center is inferred by projecting onto the ground in the vector direction of the force measured at the center of mass.
  • FIG 5 illustrates pressure center direction determination and position inference according to an embodiment of the present invention.
  • the direction of pressure center refers to the direction from the center of mass toward the pressure center.
  • the step of estimating the pressure center path may be configured to first determine the pressure center direction, and then project in this direction to infer the pressure center position. More specifically, first, in the pressure center direction determination step, as shown in FIG. 5, the ratio of the left and right accelerations (a x ) to the sum of the up and down accelerations (a z ) and the gravitational acceleration (g) and the up and down accelerations are shown.
  • the direction of the pressure center is determined by the ratio of the forward and backward acceleration (a y ) to the sum of (a z ) and gravity acceleration (g).
  • the center of mass is located at a height determined by multiplying a predetermined user key information by a predetermined inference constant. Projection to the ground in the direction determined in the direction determination step infers the pressure center position.
  • the analogy constant here refers to the height of the center of mass according to the height of the user.
  • a child's center of mass is proportionally higher than an adult's center of mass
  • a male's center of mass is proportionally higher than a woman's center of mass.
  • the center of mass of an adult male is on average 55.27% of the height, in which case the analogy constant is 0.5527.
  • an appropriate analogy constant can be selected and used for calculation.
  • a pressure center position correction step may be further performed, wherein the pressure center position inferred in the pressure center position inference step is corrected by a value obtained by multiplying predetermined constants for forward and backward and left and right directions.
  • the front-rear and left-right direction correction constants are constants capable of statistically matching the pressure center position obtained by the projection method as described above with the actual front-rear and left-right pressure centers.
  • the movement type determination step it is determined whether the vehicle is walking or traveling from the pattern of the up-down acceleration a z graph.
  • FIG. 6 is an example of a landing place pattern obtained as an estimated pressure center path. As shown, it can be seen that the left and right feet are alternately supporting the ground.
  • walking and driving is that one or both feet always touch the ground in walking, while one or both feet always float from the ground in walking.
  • FIG. 7 illustrates an example of an up and down acceleration graph with respect to time during walking and driving.
  • a peak occurs when both feet touch the ground.
  • the moment when both feet float from the ground It can be seen that a constant value section in which the vertical acceleration a z becomes the minimum value exists.
  • the patterns of the up and down acceleration (a z ) graphs may be different from each other to determine whether the current movement of the user is walking or driving.
  • the posture information including the stride length, interpolation, interpolation angle, and left and right asymmetry is derived based on the estimated pressure center path and the three-axis acceleration (a x , a y , a z ). 6 will be described in more detail with reference to the example of the pressure center path of FIG. 6 and the example of the up and down acceleration during walking or driving of FIG. 7.
  • the exercise posture derivation step includes a step of determining an intermediate support point for first determining an intermediate support point, and a step classification determination step for determining a bipedal support section, a single support section, and an airborne section, Basic information for deriving a posture while distinguishing walking and driving is formed.
  • the walking motion is described as follows. At the moment when the heel of one foot hits the ground, the toe of the other foot does not fall off the ground, ie the feet are supported. In this state, only one foot supports the ground while the other foot falls off the ground, and the other foot moves forward while slicing the air and the human body also moves forward. At the moment when the heel of the other foot touches the ground, the foot of one foot is not separated from the ground, that is, the state where both feet are supported is reestablished. In this process, while the human body is moving forward with only one foot, the person's head does not shake significantly in the vertical direction (a local minimum is formed at the vertical acceleration (a z )). At the moment, the largest shakes in the vertical direction (a peak value is formed at the vertical acceleration a z ).
  • the walking motion can be divided into sections in which both feet are on the ground, sections in which only one foot is on the ground, and shaking in the vertical direction is the least while only one foot is on the ground.
  • This aspect of the motion is well illustrated in FIG. 7A and as shown in this example, in the mid-point determination step, the local at the vertical acceleration a z measured in the time domain when the user's motion is walking. Define the minimum as the middle support point. Also, in the section classification determining step, when the user's motion is walking, the section in which the peak value is formed in the vertical acceleration (a z ) measured in the time domain is determined as the double support section, and the remaining section is determined as the one support section.
  • the driving movement is solved and described as follows. Start with the moment one foot forwards to the ground (the other foot floats in the air at this moment). In this state, one foot spurts the ground and the human body moves forward with both feet floating in the air, and with both feet stir in the air, the front and rear are changed and the other foot comes forward. As soon as the other foot comes out to touch the ground, the moment of spurting the ground is reestablished. In this process, the person's head shakes most in the vertical direction at the moment of spurting the ground with one foot (the local maximum is formed at the acceleration (a z ) in the vertical direction), while in the air while moving in the air almost in the vertical direction. It is not shaken (a constant value is formed at the vertical acceleration a z ).
  • the driving motion may be divided into sections in which both feet are in the air and sections in which only one foot is on the ground, and the shaking in the vertical direction is the least while both feet are in the air.
  • This aspect of the exercise is well illustrated in FIG. 7B and as shown in this example, in the intermediate support point determination step, the local at the vertical acceleration a z measured in the time domain when the user's movement is running. Define the maximum as the middle support point. Also, in the section classification determining step, when the user's movement is driving, the section that is represented by the constant value in the vertical acceleration a z measured in the time domain is determined as the floating section, and the remaining section is determined as the one foot support section.
  • the constant value appearing in the floating section is a predetermined value of the signal level level when the accelerometer does not apply any external force other than gravity, and may be appropriately determined as a value close to approximately zero.
  • the constant value is a reference value for determining the current stance.
  • the constant value may be called a stance phase constant. If the interval is large, it is determined as one foot support interval.
  • Stride length First, the average speed is calculated by measuring user location information at predetermined time intervals. Next, the walking frequency is calculated by measuring the number of intermediate supporting points during the time interval. Finally, the user's stride length can be accurately calculated by dividing the average speed by the walking frequency.
  • Interpolation in the left and right directions can be calculated using the pressure center position value corresponding to the intermediate support point. That is, by applying the time value corresponding to the intermediate support point shown in FIG. 7 (A) or (B) to the pressure center position value shown in FIG. 6, when the pressure center position corresponding to this time value is found, the left foot depresses the ground. The position and the position of the right foot are out of the ground, and the distance between them can be measured to accurately calculate the user's interpolation.
  • the complementary angle may be calculated using a pressure center position value corresponding to a start point of the one foot support section and a pressure center position value corresponding to an end point of the one foot support section. To solve the problem, the heel of the foot support at the beginning of the foot, and the foot of the foot at the end of the foot to the ground.
  • Left and right asymmetry First, identify the foot supporting the sign of the left and right acceleration (a x ) measured in the time domain. Next, by comparing the difference between the peak value, golgap and two of the vertical acceleration (a z) measured in the time domain. In other words, by comparing the peak value, the valley value, and the like when the left foot is supported with the right foot, the left and right asymmetry of the user can be accurately calculated. It is also possible to calculate the repeatability of walking or driving in the same way.
  • FIG. 8 is an example of the acceleration signal measurement result, and it can be seen that the left and right asymmetry of the vertical acceleration a z is strongly shown in the bottom graph of FIG. 8.
  • the user can monitor in real time whether the user is walking or driving in the correct posture.
  • a walking or driving posture such as stride length, interpolation, interpolation, left and right asymmetry, and the like
  • the stride, interpolation, interpolation, and left and right asymmetry values corresponding to the optimal posture may be stored in advance, and the calibration amount may be calculated by comparing the current posture values currently being monitored.
  • the user can effectively correct his posture by walking or driving to a more correct posture.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a motion recognition method for walking and driving monitoring according to another embodiment of the present invention.
  • the motion recognition method is largely composed of two steps, that is, a data collection and motion recognition step of determining whether to walk and drive by collecting and analyzing three-axis accelerations (a x , a y , a z ); And an acceleration-based motion state value derivation step of calculating the motion state values of the user's center of mass using the collected three-axis accelerations (a x , a y , a z ).
  • a data collection and motion recognition step of determining whether to walk and drive by collecting and analyzing three-axis accelerations (a x , a y , a z ).
  • an acceleration-based motion state value derivation step of calculating the motion state values of the user's center of mass using the collected three-axis accelerations (a x , a y , a z ).
  • FIG. 10 is a detailed flowchart of a data collection and exercise recognition step according to another embodiment of the present invention.
  • the data collection and motion recognition step includes a vertical acceleration collection step, a peak detection step, a motion detection step, a triaxial acceleration collection step, a Fourier transform step, and a motion shape determination step.
  • the data collection and exercise recognition step recognizes whether the exercise is taking place in the user, and if the exercise corresponds to walking or driving.
  • data variables to be collected are initially initialized to prepare for performing exercise recognition.
  • the up-down acceleration a z is collected once.
  • the collected up-and-down acceleration a z may be used as it is, but it is more preferable to pass a noise removing step of removing noise by passing through a predetermined band pass filter.
  • the band pass filter may be formed, for example, 0.1 to 5 Hz corresponding to the walking or running frequency of a general person, but it is apparent to those skilled in the art that this range may be appropriately changed.
  • the peaks of the vertical acceleration a z thus collected are detected.
  • the motion occurs by determining whether the vertical acceleration a z peak value is greater than or equal to a predetermined threshold. Judge whether or not burned. If it is determined that the exercise did not occur in the motion detection step, the process returns to the initial preparation step again, the variable is initialized.
  • the triaxial acceleration collection step if the vertical acceleration az peak value is equal to or greater than a predetermined threshold value, the triaxial acceleration a x , a y , a z are collected.
  • the collected three-axis accelerations (a x , a y , a z ) may be used as they are, but it is more preferable to pass a noise removing step of removing noise by passing through a predetermined band pass filter.
  • the band pass filter at this time may be formed in the same manner as the band pass filter previously used to remove the vertical acceleration a z noise, or may be appropriately changed and set.
  • the frequency response graph is derived by Fourier transforming the three-axis accelerations (a x , a y , a z ), and the frequency response graph is determined based on a predetermined frequency response modification or magnitude in the motion type determination step.
  • the process returns to the initial preparation stage again and the parameter initialization is performed. Otherwise, if it is determined that the walking and driving movement has occurred, the acceleration-based movement state value is derived. Steps will be performed.
  • the exercise type determination step it is determined whether the exercise of the user is walking and driving.
  • FIG. 11 illustrates an example of an acceleration signal measurement result when walking according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • a time domain acceleration graph in which the horizontal axis is time / vertical axis (x), front and rear (y), and vertical axis (z), respectively, in three-axis accelerations (a x , a y , a z ).
  • a frequency response graph derived through the Fourier transform step in which the horizontal axis represents the frequency and the vertical axis represents the magnitude as described above.
  • the exercise type determination step may be performed to determine the user's movement as a walking and driving state if the following equation is satisfied, and to determine other movements.
  • walking or driving is performed when the degree of periodic shaking in the vertical direction and the left and right directions is greater than a certain level.
  • M z, p Vertical acceleration in a Fourier transform result of a z a f p to the center frequency and the total energy of the frequency components in the vertical direction based on the band with a bandwidth of less than 1Hz,
  • M x, p the Fourier transform results in the lateral direction acceleration a x in f p / 2 of the center frequency and the total energy of the frequency components in the left and right directions based on the band with a bandwidth of less than 1Hz,
  • M x, other Sum of energy of remaining frequency components excluding the left and right reference bands from the Fourier transform result of left and right acceleration a x ,
  • the step of determining the movement type determines that the user's motion is a driving state if there is a section satisfying the following equation in the Fourier transform result of the up-down acceleration a z , otherwise walking It is made to judge the state.
  • the stance phase constant is a predetermined value of the signal level level when the accelerometer does not apply any external force other than gravity, and may be appropriately determined as a value close to approximately zero.
  • an acceleration-based exercise state value derivation step is performed using the collected variables.
  • FIG. 12 is a detailed flowchart of an acceleration-based exercise state value derivation step according to another embodiment of the present invention.
  • the acceleration-based motion state value derivation step includes a mass center acceleration derivation step, a center of mass velocity and a location derivation step.
  • the acceleration of the user center of mass is derived by multiplying each of the three-axis accelerations a x , a y , a z by a predetermined gain value.
  • a predetermined gain value In general, when analyzing the motion of an object, it is analyzed based on the motion of the center of mass of the object. Since all the variables used in the analysis are measured in the user's head, it is referred to as the state of motion of the center of mass. To convert.
  • This gain value may be represented by a constant vector ⁇ , and may be previously obtained using body information such as user key information.
  • the speed and position of the center of mass of the user are derived using previously measured user key information, user position information, and center of mass acceleration. That is, it is possible to obtain the velocity and position of the center of mass (integrated by the integral constant value) by integrating the center of mass acceleration obtained as described above, or the velocity of the center of mass using the user position information measured in time by the position measuring sensor. You can also get the location. There is an error as much as the integral constant between these two calculated values. By comparing them properly, the velocity and position of the center of mass can be accurately calculated.
  • the present invention it is possible to accurately determine whether the user is walking or driving by using the acceleration, the position, and the like measured at the user's head. You can see exactly how you are moving (ie how the acceleration, velocity, and position of the center of mass are represented). Therefore, based on this, it is possible to derive various elements of walking or driving posture and to use it for correcting posture.
  • FIG. 13 is a view illustrating usage states of the exercise posture deriving apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the exercise posture deriving apparatus 1300 is configured to be divided into a user's body, more specifically, a head and a waist. That is, in the exercise posture deriving apparatus 1300 according to the present embodiment, as shown in the schematic diagram of FIG. 13, the head sensor signal collecting unit 1310H worn on the head is formed to be inserted into the ear like an earphone, and the waist The waist sensor signal collector 1310W worn on the side may be formed to be plugged into a belt.
  • the present invention is not limited thereto, and for example, the head sensor signal collecting unit 1310H may be variously modified, such as a headband shape, a glasses shape, a shape to be attached to a separate hat, a helmet shape, and the like.
  • the head sensor signal collecting unit 1310H may be variously modified, such as a headband shape, a glasses shape, a shape to be attached to a separate hat, a helmet shape, and the like.
  • FIG. 14 is a schematic diagram of an apparatus for deriving an exercise posture according to another embodiment of the present invention.
  • Exercise posture deriving apparatus 1300 according to another embodiment of the present invention, as shown in Figure 14, the head sensor signal collector 1310H, the waist sensor signal collector 1310W and exercise posture derivation unit 1442.
  • the exercise posture deriving apparatus 1300 further includes an exercise correction generator 1422 and a correction information output unit 1430.
  • the head sensor signal collection unit 1310H includes a head side triaxial acceleration sensor 1411H including up, down, left and right, front and rear, and the waist side sensor signal collection unit 1310W is configured to be vertical, horizontal, horizontal, And a position measuring sensor 1412W for measuring a user's position and a waist side three-axis acceleration sensor 1411W including front and rear.
  • the head side and waist side three-axis acceleration sensors 1411H and 1411W may be appropriately selected and used among sensors generally used for measuring acceleration in three axes, such as a form in which a gyroscope is incorporated.
  • the position measuring sensor 1412W is for measuring an absolute position of a user.
  • the position measuring sensor 1412W may be configured to measure a user's position using a GPS signal. Sensors to which this technique is applied may also be used.
  • the head and waist sensor signal collectors 1310H and 1310W are three-axis angular velocity sensors 1412H as shown in FIG. 14 to increase the accuracy in the motion recognition and analysis process, which will be described in more detail below. ) May be further included.
  • the head and waist sensor signal collecting units 1310H and 1310W are worn on the head and waist of the user as shown in FIG. Measure the user's dynamic physical quantity.
  • the dynamic physical quantity of the user for the posture derivation it is made to use the value measured at the position that appears most similar to the movement of the center of mass of the user's body.
  • the acceleration in the left and right directions is measured at the head side
  • the acceleration and the position in the front and rear directions are measured at the waist side
  • the acceleration in the vertical direction is measured at the head side or the waist side.
  • the up-down acceleration is quite accurate even when measured from the head side or the waist side, so that the value measured at either the head side or the waist side can be selectively used.
  • the average value of the measured values on both sides may be used.
  • the acceleration sensor is made to measure the acceleration in the three axis direction, that is, up and down, left and right, front and rear, and thus collected in the head sensor signal collector 1310H alone or the waist sensor signal collector 1310W alone.
  • the left and right movements in the head and the left and right movements of the center of mass of the user's body appear more similar, and the forward and backward movements in the waist and the front and rear movements of the center of mass of the user's body are more similar. Appears.
  • the vertical movement is similar in the head, waist and center of mass.
  • the motion recognition or posture derivation is made using the dynamic physical quantity at the center of mass of the user's body. Putting these things together, the left and right accelerations are measured on the head side, the front and back accelerations are measured on the waist side, and the head or waist side is appropriately selected to measure the vertical acceleration or both sides. By calculating the acceleration in the vertical direction as a value obtained by the average value, it is possible to obtain the effect that the final motion recognition, posture derivation, and the like are much more accurate.
  • the exercise posture deriving unit 1421 receives a signal from the head and waist sensor signal collecting units 1310H and 1310W, and uses the 3-axis acceleration and position signals to determine the acceleration, velocity, and position of the user's center of mass. Deriving a walking or driving exercise state value, and analyzing the walking or driving exercise state value serves to derive a walking or driving posture. Specifically, the exercise posture deriving unit 1421 estimates a pressure center path from the walking or driving motion state value, and derives a walking or driving posture by analyzing the pressure center path.
  • the analysis algorithm of the present invention used by the exercise posture deriving unit 1421 will be described in more detail later, and thus description thereof is omitted.
  • the exercise posture deriving unit 1421 may be formed in an integrated circuit that may perform various calculations, and may be formed on one substrate as one body with the waist sensor signal collecting unit 1310W, or may be a separate computer. It may also be in the form.
  • the head and waist sensor signal collecting unit 1310H and 1310W may be provided with a head communication unit 1413H and a waist communication unit 1413W, respectively, for signal transmission with the exercise posture deriving unit 1421. .
  • the waist side communication unit 1310W may be directly connected to the exercise posture deriving unit 1421 to transmit a signal, or The waist communication unit 1413W may serve to receive a signal transmitted from the head communication unit 1413H and transmit the signal to the exercise posture deriving unit 1421.
  • Head and waist communication unit (1413H) (1413W) may be made of a wire, or may be made to transmit a signal using at least one wireless communication selected from Bluetooth, Wi-Fi, NFC to increase user convenience. .
  • the exercise correction generating unit 1422 generates the posture correction information by comparing the walking posture derived by the exercise posture deriving unit 1421 and the reference posture.
  • the exercise posture deriving unit 1421 derives a walking or driving posture of the user based on the signals collected by the head and waist sensor signal collecting units 1310H and 1310W as described above.
  • the driving direction, the speed, and the like of the user can be derived while driving, and the stride length, which is one of the elements of the walking posture, can be obtained from this.
  • the exercise correction generator 1422 embeds optimal key stride relationship data for each walking and traveling speed, and compares the walking posture information of the corresponding user with an excessively wide stride length compared to the height of the corresponding user. It is easy to determine whether it is narrow and to calculate the amount of stride correction that should be reduced or increased if it is out of the optimum range.
  • the correction information output unit 1430 converts and outputs the posture correction information generated by the exercise correction generator 1422 as information recognizable by a user including sound, illustration, and image. For example, if it is necessary to reduce the stride length by calculating the stride length correction amount, a voice such as "Reduce stride length" is output through a speaker provided on the exercise posture derivation device 1300, or a warning sound sounds. The user may be not aware of the optimal stride length and may be encouraged to change the walking posture.
  • the calibration information output unit 1430 is integrally formed with the head sensor signal collection unit 1310H, it is preferable that the calibration information output unit 1430 is disposed close to the user's information collection organ, that is, the eye, the ear, and the like, to transmit the information.
  • the calibration information output unit 1430 is disposed close to the user's information collection organ, that is, the eye, the ear, and the like, to transmit the information.
  • the present invention may be realized in various forms, such as connected to a smartphone, a computer, a dedicated display, or the like, so that accurate calibration information may be output as an illustration or an image.
  • the exercise posture deriving apparatus 1300 may be configured to transmit and store the walking posture derived by the exercise posture deriving unit 1421 to an external database 1440 to accumulate the posture.
  • a user who needs such walking or driving motion analysis may be a general person who performs daily walking or jogging to promote health, or an expert who trains to improve physical ability. Naturally, it is desirable to be able to see the change.
  • the exercise analysis data is accumulated and stored in a large amount as described above, such data may be used as big data and used for various statistics or analysis, and thus various applications are possible.
  • the left and right acceleration is collected at the head side
  • the front and rear acceleration and the position are collected at the waist side
  • the up and down acceleration is collected at the head side or the waist side, similar to the movement of the center of mass of the user's body as described above.
  • the waist sensor signal collector 1310W may be integrally formed with the exercise pose derivation unit 1421, and thus, the physical quantities collected by the head sensor signal collector 1310H may be derived through the head communication unit 1413H. It is transmitted to the part 1421 side. At this time, the waist side communication unit 1413W provided in the waist sensor signal collecting unit 1310W receives the signal and transmits the signal to the exercise posture deriving unit 1421.
  • the exercise posture deriving unit 1421 derives the walking and driving postures of the user.
  • the exercise correction generator 1422 generates the posture correction information by comparing the derived actual clergy with the ideal reference posture.
  • the exercise posture deriving unit 1421 and the exercise correction generating unit 1422 may also be integrally formed, that is, they are integrally formed with the waist sensor signal collecting unit 1310W.
  • the information is transmitted from the head side close to the eyes, ears, and the like, which are the user's information collection institutions.
  • the generated posture correction information sequentially processes the waist communication unit 1413W and the head communication unit 1413H.
  • the calibration information output unit 1430 is delivered to the calibration information output unit 1430 to effectively transmit the calibration information in the form of delivering a voice message to the user's ear.
  • a method for deriving an exercise posture may be performed by using the exercise posture derivation apparatus 1300 to detect a user's exercise and determine whether the user is walking or driving.
  • the analysis algorithm used in the present invention uses a dynamic physical quantity measured in the user's head and waist bar
  • the exercise posture derivation apparatus 1300 is at least a head including a top, bottom, left and right, front and rear
  • the exercise posture deriving apparatus 1300 may further include various additional components described above for improving the function of the apparatus.
  • 15 shows a schematic diagram of an apparatus for quantifying injury risk according to another embodiment of the present invention.
  • Traum risk quantification device 1500 is a device for informing the user of the risk of injury that may occur during walking or driving. More specifically, it is as follows.
  • walking or driving it is well known that a variety of reasons, such as a bad posture or a hard ground, can cause a strain on the ankle, knee, waist, etc., which may lead to injury.
  • a measure such as wearing a functional sneaker such as shock absorbing, etc.
  • the risk of injury is quantified as a determination index, and when the risk of injury rises above a certain level, the user is notified of the degree of danger as an alarm. This allows the user to take appropriate measures to stop walking or driving properly, correct posture, change shoes, change walking or driving course before injury, and ultimately occur during walking or driving. This can greatly reduce the risk of injury.
  • the injury risk quantification device 1500 includes a sensor signal collection unit 1510, a controller 1520, and an alarm unit 1530.
  • the injury risk quantification device 1500 may further include a database 1540.
  • the sensor signal collector 1510 includes an acceleration sensor 1511 and is worn on the upper body except the user's arm.
  • the sensor signal collection unit 1510 may be a single dog or a plurality of dogs.
  • the sensor signal collector 1510 may be formed in two and may be worn on each of the user's head and waist. In this case, the sensor signal collector that is worn on the user's head may be the head sensor signal collector 1510H and the user's waist.
  • the sensor signal collector worn on the side may be divided into the waist sensor signal collector 1510W.
  • the head sensor signal collection unit 1510H worn on the head side is made of an ear plug like earphone, and the waist sensor signal collector 1510W worn on the waist side is plugged into a belt.
  • the present invention is not limited thereto, and for example, the head sensor signal collecting unit 1510H may be variously modified, such as a headband shape, a glasses shape, a form attached to a separate hat, a helmet shape, and the like.
  • the sensor signal collector 1510 may be worn anywhere except the user's arm, for example, to be worn or inserted into the breast pocket of the garment to be worn on the chest, Various modifications can be made, such as a form worn using a separate vest or harness.
  • the sensor signal collector 1510 includes an acceleration sensor 1511 as described above.
  • the acceleration sensor 1511 may generally employ and select an appropriate one from among sensors used to measure acceleration in the three axis direction, such as a form in which a gyroscope is embedded.
  • the sensor signal collector 1510 may be provided with a controller 1520 that performs a role such as performing a calculation and controlling the acceleration data signal collected by the acceleration sensor 1511 directly.
  • the controller 1520 may be implemented in various ways, such as to be implemented in the form of an app on a conventionally used smartphone.
  • the collection unit 1510 may further include a communication unit 1512.
  • Such signal transmission may be made by wired communication through wiring, or may be made by wireless communication such as Bluetooth, Wi-Fi, NFC, etc., and may be adopted by selecting an appropriate form according to required conditions or required performance. .
  • the present embodiment uses the vertical acceleration in determining the risk of injury.
  • the present embodiment uses the vertical acceleration to quantify the risk of injury.
  • the left and right movements in the head and the left and right movements of the center of mass of the user's body appear more similarly, and the back and forth movements in the waist and the forward and backward movements of the center of mass of the user's body are relatively similar. appear.
  • the vertical movement is similar in both the upper body and the center of mass, including the head to the waist.
  • the arm part of the upper body except for the movement of the center of mass in addition to the movement in the forward and backward direction, the arm is excluded.
  • the acceleration in the vertical direction may be measured in any of the upper body except the arm.
  • the acceleration in the up and down direction is quite accurate even when measured in the upper body except the arm, so that the value measured at either the head side or the waist side may be selectively used, or the measured value at both sides may be The average value may be appropriately selected.
  • the control unit 1520 receives the signal from the sensor signal collection unit 1510, derives at least one injury risk determination index calculated based on the vertical acceleration (a z ), and using the injury risk determination index It determines and controls the occurrence of alarm. More specifically, the control unit 1520 derives at least one is a risk judgment indicators to the portion, the average slope, the selection of the maximum slope, the maximum impact force, the impulse of the vertical acceleration (a z) in the vertical direction acceleration (a z) Through this, the risk of injury is quantified and the degree of danger is determined. Derivation of the injury risk determination index performed by the controller 1520 will be described in more detail with reference to the method of quantifying injury risk according to the present embodiment.
  • the actual implementation form of the controller 1520 may be formed in various ways depending on the need or purpose. That is, the controller 1520 may be formed on one substrate as an integrated circuit form capable of performing various calculations and integrally with the sensor signal collector 1510, or a separate dedicated device (that is, for quantifying injury risk) It may be made in the form of an independent device (manufactured only as a) or a separate computer, etc.), or may be implemented in the form of an app on a smart phone that is being used as described above. As described above, when the controller 1520 is integrally formed with the sensor signal collector 1510, the controller 1520 may be configured to receive a signal directly from the acceleration sensor 1511. On the other hand, if the control unit 1520 is formed independently of the sensor signal collection unit 1510, such as in the form of a separate device or a smart phone app is made to receive a signal from the acceleration sensor 1511 by wire or wireless communication Can be.
  • the alarm unit 1530 receives an alarm generation control signal from the control unit 1520, and serves to alert the user of a risk of injury.
  • the controller 1520 derives at least one injury risk determination index calculated based on the up and down acceleration a z and uses the same to determine whether an alarm has occurred. In this case, the user is notified of the danger by controlling the alarm to be generated.
  • the alarm unit 1530 outputs an alarm signal as information that can be recognized by a user including sound, illustration, and image. For example, when the alarm unit 1530 is in the form of a speaker that outputs sound, a warning sound may be sounded if the risk of injury is greater than a reference level. Alternatively, when the device according to the present embodiment is applied to augmented reality glasses such as Google Glass, the alarm unit 1530 outputs a red warning figure or an image flickering on the augmented reality glasses, or "the risk of injury is several percent. It is also possible to output a message such as ".” Alternatively, the alarm unit 1530 may be implemented as a thermoelectric element and may be in direct or indirect contact with the user's skin.
  • the alarm unit 1530 may alert the user by being cold or hot.
  • the alarm unit 1530 may be configured in a form that can be changed by braille to be recognized by the sense of touch.
  • the alarm unit may be formed in any form as long as the alarm unit can output the alarm signal as information that can be recognized by the user.
  • the injury risk quantification device 1500 may be configured to accumulate and store injury risk data including an injury risk alarm occurrence time point and an injury risk determination index value at the corresponding time point to an external database 1540.
  • a user who needs such walking or driving motion analysis may be a general person who performs daily walking or jogging to promote health, or an expert who trains to improve physical ability. Naturally, it is desirable to be able to see the change.
  • the exercise analysis data is accumulated and stored in a large amount as described above, such data may be used as big data and used for various statistics or analysis, and thus various applications are possible.
  • 16 is a flowchart of a method of quantifying an injury risk according to another embodiment of the present invention.
  • the injury risk quantification method includes an acceleration sensor 1511 as described above, and is measured by using at least one sensor signal collector 1510 worn on the upper body except the user's arm.
  • Injury risk determination indicators are used to quantify the risk of injury using directional acceleration (a z ).
  • the injury risk quantification method includes a data collection step, a determination index derivation step, an injury risk determination step, and an injury risk warning step.
  • the method may further include a noise removal step to increase the accuracy of derivation of the injury risk determination index. Referring to each step shown in Figure 16 in more detail as follows.
  • the up-down acceleration a z measured by the sensor signal collector 1510 is collected.
  • the collected up-and-down acceleration a z may be used as it is, but it is more preferable to pass a noise removing step of removing noise by passing through a predetermined band pass filter.
  • the band pass filter may be formed at, for example, 0.1 to 5 Hz, which corresponds to a walking or running frequency of a general person, but, of course, the range may be appropriately determined.
  • the injury risk judgment indicators may be a vertical direction acceleration (a z) the average slope, maximum slope of the vertical acceleration (a z), the maximum impact force, at least one selected from the amount of impact. Each judgment indicator will be described in more detail later.
  • the injury risk determination step it is determined whether the injury risk determination index is greater than a predetermined criterion.
  • the injury risk determination index may be a plurality as described above, may generate an alarm when any one of the multiple determination index is above the reference, may generate an alarm when all above the reference, or appropriately prioritized You can also rank and raise alarms in stages.
  • the injury risk determination step if the injury risk determination index is smaller than a predetermined criterion, the alarm returns to the data collection step without generating an alarm.
  • the injury risk warning step when at least one of the injury risk determination indexes is greater than a predetermined criterion, the user is alerted of the injury risk.
  • the warning form of the injury risk can be in various forms such as sound, illustration, image, and the like, and the user is actively alerted to the action to reduce the risk of injury (end of exercise, posture correction, shoe replacement, course change). Etc.) can ultimately greatly reduce the risk of injury.
  • FIG. 17 is a graph illustrating acceleration in up and down directions according to another embodiment of the present invention.
  • the up-and-down acceleration a z appears in a periodic form with respect to time (which is natural because walking or driving itself is a periodic movement).
  • the driving motion is described as follows. Start with the moment one foot forwards to the ground (the other foot floats in the air at this moment). In this state, one foot spurts the ground and the body of the person moves forward with both feet floating in the air, and with both feet stir up in the air, the other foot changes forward and the other foot comes forward. As soon as the other foot comes out to touch the ground, the moment of spurting the ground is reestablished.
  • the person's head shakes most in the vertical direction at the moment of spurting the ground with one foot (the local maximum is formed at the acceleration (a z ) in the vertical direction), while in the air while moving in the air almost in the vertical direction. It is not shaken (a constant value is formed at the vertical acceleration a z ).
  • FIG. 18 is a view illustrating an inclination on a vertical acceleration graph when driving in accordance with another embodiment of the present invention. This will be described the process of deriving the average slope and the maximum slope of the vertical acceleration (a z ).
  • the injury risk determination index is selected as the average inclination value of the vertical acceleration (a z ).
  • the injury risk determination index is calculated using the following equation.
  • the impact start time actually means the moment the foot lands on the ground. This may be determined as a time when the vertical acceleration a z rises upward through a predetermined reference value (for example, 0.3 m / s 2 ) near zero at a value of zero or less.
  • a predetermined reference value for example, 0.3 m / s 2
  • the specific value of the reference value for determining the impact start time may be appropriately determined from a value of 0.5 m / s 2 or less as in the above-described example.
  • the impact end time is the point at which the first peak value appears and can be easily seen intuitively on the graph.
  • the index i is an index of times digitized by dividing the time from the impact start time to the impact end time by n, and n may be appropriately determined as necessary.
  • the average slope value is thus the average value of the n slope values obtained at each interval when n is divided from the impact start time to the impact end time.
  • FIG. 18 illustrates a vertical acceleration a z graph in one period, and the average slope value as described above may be obtained in one such period.
  • the graph of the form as shown in FIG. 18 is repeatedly repeated, and the average slope value as described above may be obtained for each period (that is, for each step).
  • an average vertical loading rate calculated as a product of the user mass m and the average slope may be further calculated.
  • the injury risk determination index is selected as the maximum inclination value of the vertical acceleration (a z )
  • the injury risk determination index is calculated using the following equation.
  • the maximum slope is the maximum of n slope values obtained between the shock start time and the impact end time in one period (one step) as described in the description of the average slope.
  • the instantaneous vertical loading rate calculated as the product of the user mass m and the maximum slope may be further calculated.
  • FIG 19 illustrates an impact amount on an up and down acceleration graph while driving according to another embodiment of the present invention. This section describes the process of deriving the maximum impact force and the amount of impact.
  • the injury risk determination index is calculated using the following equation.
  • the impact end time is the time at which the first peak value appears, the time at which the maximum impact force is naturally shown is the impact end time.
  • the first peak (1st peak) of the up-down acceleration a z is indicated, and the value multiplied by the user's mass (m) is the maximum impact force value.
  • the injury risk determination index is selected as the impact amount value
  • the injury risk determination index is calculated using the following equation.
  • FIG. 19 the up-down acceleration a z graph area between the impact start time and the impact end time is shown, and the value obtained by multiplying the area by the user's mass (m) is the impact amount value.
  • an apparatus may include a bus coupled to units of each of the apparatus as shown, at least one processor coupled to the bus, and a command, received And a memory coupled to the bus for storing messages or generated messages, and coupled to at least one processor for performing instructions as described above.
  • the system according to the present invention can be embodied as computer readable codes on a computer readable recording medium.
  • the computer-readable recording medium includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored.
  • the computer-readable recording medium may include a magnetic storage medium (eg, ROM, floppy disk, hard disk, etc.) and an optical reading medium (eg, CD-ROM, DVD, etc.).
  • the computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.
  • the characteristic analysis algorithm of the present invention such as measuring acceleration, position, etc. in the user's body (e.g., head or waist), and converting it into a center of mass motion state value, it is effective and accurate. Recognize, detect, and analyze walking.
  • the present invention by using the characteristic analysis algorithm of the present invention, such as measuring the acceleration, position, etc. in the user's body, converting it to the center of mass motion state value, and estimating the pressure center path therefrom, It can recognize, detect and analyze walking in an accurate and accurate way.
  • the present invention uses the acceleration measured at the position most similar to the movement of the center of mass of the user's body (specifically, the acceleration in the left and right directions is measured at the head side, and the acceleration and the position in the front and rear directions are measured at the waist side). Measurement, and the acceleration in the up and down direction is made to measure at the head side or the waist side), more accurate acceleration and position can be measured.
  • a sensor for measuring a dynamic physical quantity of a user such as an acceleration sensor and a position sensor
  • a pressure sensor that recognizes walking by being pressed by the user's foot
  • various problems such as device durability and life deterioration problem, and production and use of a separate device according to the user's body size.
  • the technical configuration itself of arranging the pressure sensor which is the cause of this problem on the foot part is completely excluded, various problems as described above are fundamentally eliminated.

Abstract

Disclosed are a method for recognizing exercise and an apparatus for same, comprising: a sensor signal-collecting unit worn on the head of a user and including a three-axial direction acceleration sensor, the three-axial directions including upward and downward, left and right, and forward and backward directions, and a location measuring sensor for measuring the location of the user; and an exercise posture-deriving unit for deriving a walking or running exercise state value including the acceleration, velocity, and location of the center of mass of the user, by receiving signals from the sensor signal-collecting unit and using a three-axial direction acceleration signal and location signal, and deriving the walking or running posture by analyzing the walking or running exercise state value.

Description

운동 인식 방법 및 장치 Exercise recognition method and device
본 발명은 운동 인식 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사용자의 보행 및 주행 운동 데이터를 수집 및 분석하는 운동 인식 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an exercise recognition method and apparatus, and more particularly, to an exercise recognition method and apparatus for collecting and analyzing walking and driving exercise data of a user.
일반적으로 현대인의 일상생활에서의 운동량은 적절한 신체 건강을 유지하기에 상당히 부족하다는 점이 꾸준히 지적되어 왔다. 이에 따라 효과적으로 건강을 촉진하는 체계적인 운동 방법에 대한 관심도가 높아지고 있다. 구체적으로, 체계적이고 효율적으로 신속하게 신체를 단련할 수 있도록 하는 운동, 장기적인 관점에서의 건강 촉진을 위한 자세의 교정 등과 같은 운동 및 인간 수명이 길어짐에 따라 신체 능력이 저하된 노인에게 적합한 운동 등 다양한 운동에 대한 관심이 높아지는 실정이다. 이와 같은 다양한 요구에 부합하는 운동 방법 중 하나로서, 누구나 쉽게 할 수 있는 보행 운동이 있다.In general, it has been pointed out that the amount of exercise in daily life of modern people is quite insufficient to maintain proper physical health. Accordingly, there is a growing interest in systematic exercise methods that effectively promote health. Specifically, exercises such as exercises to quickly and systematically train the body, correction of postures to promote health in the long term, and exercises suitable for elderly people whose physical ability has deteriorated with a long lifespan Interest in sports is increasing. As one of the exercise methods to meet such various needs, there is a walking exercise that anyone can easily do.
신체적인 문제가 없는 사람이라면 누구나 보행할 수 있기 때문에 대부분의 사람들은 무의식적으로 익숙해진 자세로 보행을 하게 된다. 그런데 사람의 신체란 완벽하게 대칭적이지 않기 때문에, 대부분의 경우 불균형하고 올바르지 못한 자세로 보행이 이루어진다. 이와 같은 잘못된 자세의 지속적인 보행은 근육과 골격을 비뚤어지게 하고, 나아가 다양한 전신통증을 유발하는 원인이 되기도 한다. 일반인의 경우 이와 같은 잘못된 보행 자세는 신체 건강을 저하시키는 문제를 발생시키며, 특히 자라나는 어린이나 신체 능력이 저하된 노인의 경우 체형 왜곡이나 건강 저하 문제가 더욱 심하게 나타난다. 한편 운동선수 및 무용수 등과 같이 일반인보다 더욱 향상된 신체 능력을 필요로 하는 전문인들에게는 신체 능력 향상에의 한계를 발생시키는 등의 문제가 있다.Most people walk in unconsciously accustomed postures because anyone who walks without physical problems can walk. However, because the human body is not perfectly symmetrical, in most cases the walking takes place in an unbalanced and incorrect position. Continued walking in this wrong posture can skew muscles and skeletons, and can also cause a variety of systemic pain. In the general public, such a poor walking posture causes a problem of deteriorating physical health, and especially in a growing child or an elderly person whose physical ability is deteriorated, body distortion and deterioration of health are more severe. On the other hand, professionals such as athletes and dancers need more physical skills than the general public, there is a problem such as generating a limit to improve the physical ability.
이처럼 올바른 보행 자세는 일반인부터 전문인에 이르기까지 중요하며, 따라서 보행 자세의 교정을 어떻게 효과적으로 수행할 것인지에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있다.As such, correct walking posture is important from the general public to professionals, and thus, various studies on how to effectively correct the walking posture have been conducted.
종래 기술에 따르면 보행을 감지함에 있어서 대부분 신발 또는 발판에 장착되는 압력 센서를 사용한다. 그러나, 종래 기술에 따라 보행 자세를 인식 및 분석하고자 할 경우, 장기간 지속적으로 압력을 받는 과정에서 압력 센서가 손상될 우려가 있으며, 이에 따라 장치의 교체나 수리로 인한 사용자에게 시간적, 경제적 불편함을 초래할 수 있다. 또한, 사람의 발 크기는 개인에 따라 편차가 크며 이에 따라 압력 센서를 장착한 신발이 다양한 크기로 생산되어야 한다는 점에서, 생산 효율 및 경제성이 상당히 떨어지는 문제가 있다. 또한, 가족끼리 하나의 보행 자세 교정 장치를 공유할 수 없고 발 크기에 맞추어 각자 따로 구매해야 되어 경제적 부담이 늘어나는 문제가 있다.According to the prior art, a pressure sensor mounted on a shoe or a footrest is mostly used to detect walking. However, in the case of recognizing and analyzing the walking posture according to the prior art, there is a risk that the pressure sensor may be damaged in the process of being continuously pressurized for a long period of time. Can cause. In addition, the size of a person's foot varies greatly depending on the individual, and accordingly, shoes having a pressure sensor must be produced in various sizes, and thus, there is a problem in that production efficiency and economy are considerably inferior. In addition, there is a problem that the family can not share a single walking posture correction device and must be purchased separately according to the size of the foot to increase the economic burden.
이처럼 보행 자세를 교정하기 위하여 보행을 인식, 감지 및 분석하는 기술에 있어서, 압력 센서 외에 다른 방식으로 효과적이고 정확하게 보행을 인식, 감지 및 분석할 수 있게 하는 기술에 대한 요구가 점점 커지고 있다.As such, in the technology of recognizing, detecting, and analyzing walking in order to correct a walking posture, there is an increasing demand for a technology capable of effectively detecting, detecting, and analyzing walking in a manner other than a pressure sensor.
본 발명은 상술한 기술적 문제에 대응하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 종래 기술에서의 한계와 단점에 의해 발생하는 다양한 문제점을 실질적으로 보완할 수 있는 것으로, 사용자의 신체에 착용할 수 있도록 형성되며 가속도 센서, 위치 센서 등과 같이 사용자의 동적 물리량을 측정하는 센서만을 이용하여 효과적이고 정확하게 보행을 인식, 감지 및 분석할 수 있는, 보행 및 주행 모니터링을 위한 운동 인식 방법 및 그 장치를 제공하는데 있고, 상기 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공하는데 있다.The present invention has been made in view of the above-described technical problem, the object of the present invention is to substantially compensate for the various problems caused by the limitations and disadvantages in the prior art, to be worn on the user's body The present invention provides a motion recognition method and apparatus for walking and driving monitoring, which can be formed to recognize, detect, and analyze walking effectively and accurately using only a sensor measuring a dynamic physical quantity of a user, such as an acceleration sensor and a position sensor. And a computer readable recording medium having recorded thereon a program for executing the method.
본 발명의 일 실시예에 따르면 운동 인식 방법은 상하, 좌우, 전후를 포함하는 3축 방향 가속도 센서 및 사용자 위치를 측정하는 위치 측정 센서를 포함하여 이루어지며 사용자의 머리에 착용되는 운동 인식 장치를 이용한 운동 인식 방법에 있어서, 3축 방향 가속도를 수집 및 분석하여 보행 및 주행 여부를 판단하는 데이터 수집 및 운동 인식 단계; 수집된 3축 방향 가속도를 사용하여 사용자 질량 중심의 운동 상태 값들을 산출하는 가속도 기반 운동 상태 값 도출 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the motion recognition method includes a three-axis acceleration sensor including up, down, left and right, front and rear, and a position measuring sensor for measuring a user position and using a motion recognition device worn on a user's head. A motion recognition method comprising: a data collection and motion recognition step of determining whether to walk and drive by collecting and analyzing three-axis acceleration; And an acceleration-based motion state value derivation step of calculating the motion state values of the user's center of mass using the collected three-axis accelerations.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 데이터 수집 및 운동 인식 단계는, 상하 방향 가속도를 수집하는 상하 방향 가속도 수집 단계; 수집된 상하 방향 가속도의 피크를 검출하는 피크 검출 단계; 상하 방향 가속도 피크 값이 미리 결정된 문턱 치 이상인지의 여부를 판단하는 운동 감지 단계; 상하 방향 가속도 피크 값이 미리 결정된 문턱 치 이상이면, 3축 방향 가속도를 수집하는 3축 방향 가속도 수집 단계; 3축 방향 가속도를 푸리에 변환하여 주파수 응답 그래프를 도출하는 푸리에 변환 단계; 주파수 응답 그래프를 미리 결정된 주파수 응답 개형 또는 크기 기준과 비교 하여 보행 및 주행 운동인지 또는 그 외 운동인지의 여부를 판단하는 운동 형태 판단 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the data collection and motion recognition step may include: an up and down acceleration collection step of collecting up and down acceleration; A peak detection step of detecting peaks of the collected up-down acceleration; A motion detecting step of determining whether the vertical acceleration peak value is equal to or greater than a predetermined threshold value; A three-axis acceleration collection step of collecting three-axis acceleration when the vertical acceleration peak value is equal to or greater than a predetermined threshold value; A Fourier transform step of Fourier transforming the three-axis acceleration to derive a frequency response graph; And an exercise type determination step of determining whether the walking and driving movements or other movements are compared by comparing the frequency response graph with a predetermined frequency response modification or size reference.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 운동 인식 방법은, 상기 피크 검출 단계 또는 상기 푸리에 변환 단계 이전에, 상하 방향 가속도 또는 3축 방향 가속도를 미리 결정된 밴드 패스 필터를 통과시켜 노이즈를 제거하는 노이즈 제거 단계를 더 포함한다.According to an embodiment of the present invention, before the peak detection step or the Fourier transform step, the motion recognition method, the noise removal step of removing noise by passing the vertical acceleration or triaxial acceleration through a predetermined band pass filter It further includes.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 운동 형태 판단 단계는, 하기의 식을 만족하면 사용자 운동을 보행 및 주행 상태로 판단하고, 그렇지 않으면 그 외의 운동으로 판단한다.According to one embodiment of the present invention, the step of determining the exercise type, if the following equation is satisfied, determine the user's exercise as walking and driving state, otherwise it is determined as other exercise.
Mz,p / Mz,other > cz and Mx,p / Mx,other > cx M z, p / M z, other > c z and M x, p / M x, other > c x
(여기에서,(From here,
az : 상하 방향 가속도,a z : acceleration in the vertical direction,
fp : 상하 방향 가속도 az의 푸리에 변환 결과에서의 최대 크기를 갖는 주파수,f p : frequency with the maximum magnitude in the Fourier transform result of the up-down acceleration a z ,
Mz,p : 상하 방향 가속도 az의 푸리에 변환 결과에서 fp를 중심 주파수로 하며 1Hz 미만의 대역폭을 갖는 상하 방향 기준 밴드에 속하는 주파수 성분의 에너지 총합,M z, p : Vertical acceleration in a Fourier transform result of a z a f p to the center frequency and the total energy of the frequency components in the vertical direction based on the band with a bandwidth of less than 1Hz,
Mz,other : 상하 방향 가속도 az의 푸리에 변환 결과에서 상기 상하 방향 기준 밴드를 제외한 나머지 주파수 성분의 에너지 총합,M z, other : Sum of energy of remaining frequency components excluding the vertical reference band from the Fourier transform result of vertical acceleration a z ,
cz : 미리 결정된 상하 방향 기준 역치,c z : a predetermined vertical reference threshold,
ax : 좌우 방향 가속도,a x : the horizontal acceleration,
Mx,p : 좌우 방향 가속도 ax의 푸리에 변환 결과에서 fp/2를 중심 주파수로 하며 1Hz 미만의 대역폭을 갖는 좌우 방향 기준 밴드에 속하는 주파수 성분의 에너지 총합,M x, p : The Fourier transform results in the lateral direction acceleration a x in f p / 2 of the center frequency and the total energy of the frequency components in the left and right directions based on the band with a bandwidth of less than 1Hz,
Mx,other : 좌우 방향 가속도 ax의 푸리에 변환 결과에서 상기 좌우 방향 기준 밴드를 제외한 나머지 주파수 성분의 에너지 총합,M x, other : Sum of energy of remaining frequency components excluding the left and right reference bands from the Fourier transform result of the left and right acceleration ax,
cx : 미리 결정된 좌우 방향 기준 역치)c x : predetermined left and right reference threshold)
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 운동 형태 판단 단계는, 사용자 운동이 보행 및 주행 상태일 때, 상하 방향 가속도의 푸리에 변환 결과에서 하기의 식을 만족하는 구간이 존재하면 사용자 운동을 주행 상태로 판단하고, 그렇지 않으면 보행 상태로 판단한다.According to an embodiment of the present invention, the step of determining the exercise type, when the user exercise is walking and driving state, if there is a section satisfying the following equation in the Fourier transform result of the up and down acceleration, the user movement is determined as the driving state Otherwise, it is determined as a walking state.
az < ka z <k
(여기에서,(From here,
k : 스탠스 판별 상수)k: stance determination constant)
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 가속도 기반 운동 상태 값 도출 단계는, 3축 방향 가속도 각각의 값에 미리 결정된 게인 값을 곱하여 사용자 질량 중심의 가속도를 도출하는 질량 중심 가속도 도출 단계; 미리 측정된 사용자 키 정보, 사용자 위치 정보 및 질량 중심 가속도를 이용하여 사용자 질량 중심의 속도 및 위치를 도출하는 질량 중심 속도 및 위치 도출 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the acceleration-based movement state value deriving step may include: a mass center acceleration derivation step of deriving an acceleration of the user's center of mass by multiplying each value of the three-axis acceleration by a predetermined gain value; And a center of mass velocity and position derivation step of deriving the velocity and position of the center of mass of the user using pre-measured user key information, user position information, and center of mass acceleration.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 운동 인식 장치는 상하, 좌우, 전후를 포함하는 3축 방향 가속도 센서 및 사용자 위치를 측정하는 위치 측정 센서를 포함하여 이루어지며 사용자의 머리에 착용되는 센서 신호 수집부; 상기 센서 신호 수집부로부터 신호를 전달받아, 3축 방향 가속도 및 위치 신호를 사용하여 사용자 질량 중심의 가속도, 속도, 위치를 포함하는 보행 또는 주행 운동 상태 값을 도출하고, 상기 보행 또는 주행 운동 상태 값을 분석하여 보행 또는 주행 자세를 도출하는 운동 자세 도출부를 포함한다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the exercise recognition apparatus includes a three-axis acceleration sensor including up, down, left and right, front and rear, and a position measuring sensor for measuring the user position and collecting the sensor signal worn on the user's head part; Receiving a signal from the sensor signal collection unit, using the three-axis acceleration and position signals to derive a walking or driving motion state value including the acceleration, speed, position of the user's center of mass, the walking or driving motion state value It includes an exercise posture derivation unit to derive a walking or driving posture by analyzing the.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 센서 신호 수집부는, 3축 방향 각속도 센서를 더 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the sensor signal collector further includes a three-axis angular velocity sensor.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 위치 측정 센서는, 사용자 위치를 측정한다.According to an embodiment of the present invention, the position measuring sensor measures a user position.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 운동 인식 장치는, 상기 운동 자세 도출부에 의하여 도출된 보행 자세와 기준 자세를 비교하여 자세 교정용 정보를 생성하는 운동 교정 생성부를 더 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the exercise recognition apparatus further includes an exercise correction generator configured to generate posture correction information by comparing the walking posture derived by the exercise posture deriving unit and the reference posture.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 운동 인식 장치는, 상기 운동 교정 생성부에 의하여 생성된 자세 교정용 정보를 음향, 도해, 영상을 포함하는 사용자가 인식 가능한 정보로서 변환하여 출력하는 교정 정보 출력부를 더 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the exercise recognition device, the correction information output unit for converting the posture correction information generated by the exercise correction generating unit as information that can be recognized by the user, including sound, illustration, image, and output It includes more.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 운동 인식 장치는, 상기 운동 자세 도출부에 의하여 도출된 보행 자세를 외부의 데이터베이스에 전송하여 누적적으로 저장하도록 이루어진다.According to an embodiment of the present invention, the exercise recognition apparatus is configured to transmit and store the walking posture derived by the exercise posture derivation unit to an external database and accumulate it.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 운동 인식 장치는, 상기 센서 신호 수집부 및 상기 운동 자세 도출부 간의 신호 전달이, 블루투스, 와이파이, NFC 중 선택되는 적어도 하나의 무선 통신에 의하여 이루어진다.According to an embodiment of the present invention, the exercise recognition apparatus, the signal transmission between the sensor signal collection unit and the exercise posture deriving unit is made by at least one wireless communication selected from Bluetooth, Wi-Fi, NFC.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 방법은 상하, 좌우, 전후를 포함하는 3축 방향 가속도 센서 및 사용자 위치를 측정하는 위치 측정 센서를 포함하여 이루어지며 사용자의 머리에 착용되는 운동 자세 도출 장치를 이용한 운동 자세 도출 방법에 있어서, 상기 운동 자세 도출 장치에 의해 수집된 3축 방향 가속도를 사용하여 산출된 사용자 질량 중심의 운동 상태 값들을 사용하여, 질량 중심 위치에서 가속도 벡터 방향으로 지면에 프로젝션하여 압력 중심 경로를 추산하는 압력 중심 경로 추산 단계; 상하 방향 가속도 그래프의 패턴으로부터 보행인지 또는 주행인지를 판단하는 운동 종류 판단 단계; 압력 중심 경로 추산치 및 3축 방향 가속도를 기반으로 보폭, 보간, 보각, 좌우 비대칭을 포함하는 자세 정보를 도출하는 운동 자세 도출 단계를 포함한다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the pressure center path-based exercise posture deriving method includes a three-axis acceleration sensor including up, down, left, and right, and a position measuring sensor for measuring a user's position. An exercise pose derivation method using a worn exercise pose derivation apparatus, comprising: an acceleration vector at a center of mass position using motion state values of a user's center of mass calculated using three-axis acceleration collected by the exercise pose derivation apparatus Estimating a pressure center path by projecting onto the ground in a direction; An exercise type determination step of determining whether the user is walking or traveling from the pattern of the up-down acceleration graph; And a motion posture derivation step of deriving posture information including stride length, interpolation, interpolation angle, and asymmetry based on the estimated pressure center path and the three-axis acceleration.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 압력 중심 경로 추산 단계는, 상하 방향 가속도 및 중력가속도의 합 대비 좌우 방향 가속도의 비율 및 상하 방향 가속도 및 중력가속도의 합 대비 전후 방향 가속도의 비율로 압력 중심의 방향을 결정하는 압력 중심 방향 결정 단계; 질량 중심이 미리 측정된 사용자 키 정보에 미리 결정된 유추용 상수를 곱한 값으로 결정되는 높이에 위치한 것으로 가정하고, 상기 압력 중심 방향 결정 단계에서 결정된 방향으로 지면에 프로젝션하여 압력 중심 위치를 유추하는 압력 중심 위치 유추 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the step of estimating the pressure center path may include a direction of the pressure center as a ratio of the left and right acceleration to the sum of the vertical acceleration and the gravity acceleration and the forward and backward acceleration to the sum of the vertical acceleration and the gravity acceleration. Determining a pressure center direction; Assuming that the center of mass is located at a height determined by multiplying a predetermined user's key information by a predetermined inference constant, the pressure center projecting the pressure center position by projecting onto the ground in the direction determined in the pressure center direction determining step Location inference step.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 압력 중심 경로 추산 단계는, 상기 압력 중심 위치 유추 단계에서 유추된 압력 중심 위치에 미리 결정된 전후 및 좌우 방향 보정용 상수를 곱한 값으로 보정되는 압력 중심 위치 보정 단계를 더 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the pressure center path estimating step may further include a pressure center position correcting step that is corrected by a value obtained by multiplying a pressure center position inferred in the pressure center position inference step by a predetermined front-rear and left-right correction constant. Include.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 운동 자세 도출 단계는, 사용자의 운동이 주행일 경우 시간 영역에서 측정된 상하 방향 가속도에서 로컬 맥시멈을 중간지지시점으로 정의하고, 사용자의 운동이 보행일 경우 시간 영역에서 측정된 상하 방향 가속도에서 로컬 미니멈을 중간지지시점으로 정의하는, 중간지지시점 결정 단계; 사용자의 운동이 주행일 경우 시간 영역에서 측정된 상하 방향 가속도에서 상수값으로 나타나는 구간을 공중부유구간으로 결정하며 나머지 구간을 한발지지구간으로 결정하고, 사용자의 운동이 보행일 경우 시간 영역에서 측정된 상하 방향 가속도에서 피크값이 형성되는 구간을 양발지지구간으로 결정하며 나머지 구간을 한발지지구간으로 결정하는, 구간 분류 결정 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the step of deriving the exercise posture may include defining a local maximum as an intermediate support point in the vertical acceleration measured in the time domain when the user's exercise is running, and in the time domain when the user's exercise is walking. A middle support point determining step of defining a local minimum as an intermediate support point in the vertical acceleration measured in the step; If the user's motion is driving, the section that is represented by constant value in the up-down acceleration measured in the time domain is determined as the floating section, and the remaining section is determined as the one-foot support section. And a section classification determination step of determining a section in which the peak value is formed in the vertical acceleration as the double support section and determining the remaining section as the one support section.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 운동 자세 도출 단계는, 사용자 위치 정보를 미리 정해진 시간 간격마다 측정하여 평균 속도를 산출하는 단계; 상기 시간 간격 동안의 상기 중간지지시점 개수를 측정하여 보행 주파수를 산출하는 단계; 상기 평균 속도를 상기 보행 주파수로 나누어 보폭을 산출하는 단계를 포함하여 이루어져 전후 방향의 보폭을 산출한다.According to an embodiment of the present invention, the exercise posture deriving step may include: calculating an average speed by measuring user location information at predetermined time intervals; Calculating a walking frequency by measuring the number of intermediate supporting points during the time interval; And calculating the stride length by dividing the average speed by the walking frequency to calculate the stride length in the front-rear direction.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 운동 자세 도출 단계는, 상기 중간지지시점에 해당하는 압력 중심 위치 값을 사용하여 좌우 방향의 보간을 산출한다.According to one embodiment of the present invention, the step of deriving the exercise posture, calculates the interpolation in the left and right directions using the pressure center position value corresponding to the intermediate support point.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 운동 자세 도출 단계는, 상기 한발지지구간의 시작 시점에 해당하는 압력 중심 위치 값 및 상기 한발 지지구간의 끝 시점에 해당하는 압력 중심 위치 값을 사용하여 보각을 산출한다.According to an embodiment of the present invention, the step of deriving the exercise posture, calculates a complementary angle using a pressure center position value corresponding to a start point of the one foot support section and a pressure center position value corresponding to an end point of the one foot support section. do.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 운동 자세 도출 단계는, 시간 영역에서 측정된 좌우 방향 가속도의 부호를 기준으로 지지하고 있는 발을 파악하는 단계; 시간 영역에서 측정된 상하 방향 가속도의 피크값, 골값 및 둘 간의 차이값을 비교하는 단계를 포함하여 이루어져 좌우 비대칭 및 반복성을 산출한다.According to an embodiment of the present invention, the step of deriving the exercise posture may include: identifying a foot supported by a sign of left and right acceleration measured in a time domain; Comparing the peak value, the valley value, and the difference value between the two accelerations measured in the time domain, the left and right asymmetry and repeatability are calculated.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 장치는 상하, 좌우, 전후를 포함하는 3축 방향 가속도 센서 및 사용자 위치를 측정하는 위치 측정 센서를 포함하여 이루어지며 사용자의 머리에 착용되는 센서 신호 수집부; 상기 센서 신호 수집부로부터 신호를 전달받아, 3축 방향 가속도 및 위치 신호를 사용하여 사용자 질량 중심의 가속도, 속도, 위치를 포함하는 보행 또는 주행 운동 상태 값을 도출하고, 상기 보행 또는 주행 운동 상태 값으로부터 압력 중심 경로를 추산하며, 상기 압력 중심 경로를 분석하여 보행 또는 주행 자세를 도출하는 운동 자세 도출부를 포함한다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the pressure center path-based exercise posture deriving device includes a three-axis acceleration sensor including up, down, left, and right, and a position measuring sensor for measuring a user position. A sensor signal collector to be worn; Receiving a signal from the sensor signal collection unit, using the three-axis acceleration and position signals to derive a walking or driving motion state value including the acceleration, speed, position of the user's center of mass, the walking or driving motion state value From the pressure center path is estimated from, and analyzing the pressure center path includes a movement posture derivation unit for deriving a walking or driving posture.
본 발명에 따르면, 사용자의 신체(예, 머리측 또는 허리측)에서 가속도, 위치 등을 측정하되 이를 질량 중심 운동 상태 값으로 변환하는 등과 같은 본 발명의 특징적인 분석 알고리즘을 사용함으로써, 효과적이고 정확하게 보행을 인식, 감지 및 분석할 수 있다.According to the present invention, by using the characteristic analysis algorithm of the present invention, such as measuring acceleration, position, etc. in the user's body (e.g., head or waist), and converting it into a center of mass motion state value, it is effective and accurate. Recognize, detect, and analyze walking.
또한, 본 발명에 의하면, 사용자의 신체에서 가속도, 위치 등을 측정하되 이를 질량 중심 운동 상태 값으로 변환하고, 이로부터 압력 중심 경로를 추산하는 등과 같은 본 발명의 특징적인 분석 알고리즘을 사용함으로써, 효과적이고 정확하게 보행을 인식, 감지 및 분석할 수 있다. 특히 본 발명은, 사용자 신체의 질량 중심의 운동과 가장 흡사하게 나타나는 위치에서 측정된 가속도를 사용함으로써(구체적으로, 좌우 방향의 가속도는 머리측에서 측정하고, 전후 방향의 가속도 및 위치는 허리측에서 측정하고, 상하 방향의 가속도는 머리측 또는 허리측에서 측정하도록 이루어짐으로써), 보다 정확한 가속도 및 위치의 측정이 가능하다.In addition, according to the present invention, by using the characteristic analysis algorithm of the present invention, such as measuring the acceleration, position, etc. in the user's body, converting it to the center of mass motion state value, and estimating the pressure center path therefrom, It can recognize, detect and analyze walking in an accurate and accurate way. In particular, the present invention uses the acceleration measured at the position most similar to the movement of the center of mass of the user's body (specifically, the acceleration in the left and right directions is measured at the head side, and the acceleration and the position in the front and rear directions are measured at the waist side). Measurement, and the acceleration in the up and down direction is made to measure at the head side or the waist side), more accurate acceleration and position can be measured.
또한, 본 발명에 의하면, 장치 구성적인 측면에서 가속도 센서, 위치 센서 등과 같이 사용자의 동적 물리량을 측정하는 센서만을 이용할 수 있다는 장점이 있다. 즉 기존에는 사용자의 발에 의해 눌림으로써 보행을 인지하는 압력 센서를 이용함으로써 장치 내구도 및 수명 저하 문제, 사용자 신체 치수에 따른 별도 장치 생산 및 사용 문제 등의 여러 문제들이 있었다. 그러나 본 발명의 경우 이러한 문제의 원인인 압력 센서를 발 부분에 배치한다는 기술 구성 자체가 완전히 배제되기 때문에, 상술한 바와 같은 여러 문제들이 원천적으로 제거되는 것이다. 또한, 이로부터 사용자 편의성 향상, 사용자 또는 생산자 각각에서의 경제성 향상 등과 같은 효과 또한 얻을 수 있다.In addition, according to the present invention, there is an advantage in that only a sensor for measuring a dynamic physical quantity of a user, such as an acceleration sensor and a position sensor, can be used in terms of device configuration. That is, by using a pressure sensor that recognizes walking by being pressed by the user's foot, there are various problems such as device durability and life deterioration problem, and production and use of a separate device according to the user's body size. However, in the case of the present invention, since the technical configuration itself of arranging the pressure sensor which is the cause of this problem on the foot part is completely excluded, various problems as described above are fundamentally eliminated. In addition, it is also possible to obtain effects such as improved user convenience and economic efficiency in each user or producer.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 운동 자세 도출 장치의 사용 상태들을 도시한다.1 illustrates use states of the exercise posture deriving apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 운동 자세 도출 장치의 개략도를 도시한다.Figure 2 shows a schematic diagram of the exercise posture derivation apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 운동 자세 도출 방법의 흐름도를 도시한다.3 is a flowchart illustrating a method of deriving an exercise posture according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 질량 중심 및 압력 중심 간의 관계도를 도시한다.4 shows a relationship diagram between a center of mass and a center of pressure in accordance with one embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 중심 방향 결정 및 위치 유추를 설명한다. 5 illustrates pressure center direction determination and position inference according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 추산된 압력 중심 경로의 예시를 도시한다.6 illustrates an example of an estimated pressure center path in accordance with an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 및 주행 시 시간에 대한 상하 방향 가속도 그래프 예시를 도시한다.7 illustrates an example of an up and down acceleration graph with respect to time during walking and driving according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 신호 측정 결과 예시를 도시한다.8 illustrates an example of an acceleration signal measurement result according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 운동 인식 방법의 흐름도를 도시한다.9 is a flowchart illustrating a motion recognition method according to another embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 데이터 수집 및 운동 인식 단계의 상세 흐름도를 도시한다.10 is a detailed flowchart of a data collection and exercise recognition step according to another embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가속도 신호 측정 결과 예시를 도시한다.11 shows an example of an acceleration signal measurement result according to another embodiment of the present invention.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가속도 기반 운동 상태 값 도출 단계의 상세 흐름도를 도시한다.12 is a detailed flowchart of an acceleration-based exercise state value derivation step according to another embodiment of the present invention.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 운동 자세 도출 장치의 사용 상태들을 도시한다.13 is a view illustrating usage states of the exercise posture deriving apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 운동 자세 도출 장치의 개략도를 도시한다.14 is a schematic diagram of an apparatus for deriving an exercise posture according to another embodiment of the present invention.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 부상 위험성 정량화 장치의 개략도를 도시한다.15 shows a schematic diagram of an apparatus for quantifying injury risk according to another embodiment of the present invention.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 부상 위험성 정량화 방법의 흐름도를 도시한다.16 is a flowchart of a method of quantifying an injury risk according to another embodiment of the present invention.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 주행 시 상하 방향 가속도 그래프를 도시한다.FIG. 17 is a graph illustrating acceleration in up and down directions according to another embodiment of the present invention. FIG.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 주행 시 상하 방향 가속도 그래프에 기울기를 표시한다.18 is a view illustrating an inclination on a vertical acceleration graph when driving in accordance with another embodiment of the present invention.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 주행 시 상하 방향 가속도 그래프에 충격량을 표시한다.19 illustrates an impact amount on an up and down acceleration graph while driving according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면 상에서 각 구성 요소의 크기는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements, and the size of each element in the drawings may be exaggerated for clarity.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 운동 자세 도출 장치의 사용 상태들을 도시한다.1 illustrates use states of the exercise posture deriving apparatus according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 운동 자세 도출 장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이 사용자의 머리에 착용된다. 본 실시예에 따른 운동 자세 도출 장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이 머리에 착용된 밴드 또는 모자에 구비되는 형태로 이루어질 수 있고, 보다 소형화시켜서 이어폰과 같이 귀에 꽂는 형태로 이루어질 수 있으나, 다른 형태로도 이루어질 수 있음은 당업자에게 자명하다.The exercise posture deriving apparatus 100 according to an exemplary embodiment of the present invention is worn on a user's head as shown in FIG. 1. The exercise posture deriving apparatus 100 according to the present exemplary embodiment may be formed in a band or a hat worn on a head as shown in FIG. 1, and may be made in a form of being plugged into an ear like an earphone by making it more compact. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be in other forms.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 운동 자세 도출 장치의 개략도를 도시한다.Figure 2 shows a schematic diagram of the exercise posture derivation apparatus according to an embodiment of the present invention.
본 실시예에 따른 운동 자세 도출 장치(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 센서 신호 수집부(110) 및 운동 자세 도출부(121)를 포함한다. 본 실시예에 따른 운동 자세 도출 장치(100)는 운동 교정 생성부(122) 및 교정 정보 출력부(130)를 더 포함한다.The exercise posture deriving apparatus 100 according to the present exemplary embodiment includes a sensor signal collecting unit 110 and an exercise posture deriving unit 121 as illustrated in FIG. 2. The exercise posture deriving apparatus 100 according to the present exemplary embodiment further includes an exercise correction generator 122 and a correction information output unit 130.
센서 신호 수집부(110)는, 상하, 좌우, 전후를 포함하는 3축 방향 가속도 센서(111) 및 사용자 위치를 측정하는 위치 측정 센서(112)를 포함한다. 3축 방향 가속도 센서(111)는 자이로스코프를 내장하는 형태 등과 같이 일반적으로 3축 방향의 가속도를 측정하는 데 사용되는 센서들 중 적절한 것을 선택하여 채용할 수 있다. 위치 측정 센서(112)는 사용자의 절대 위치를 측정하기 위한 것으로서, 예를 들어 GPS 신호를 이용하여 사용자 위치를 측정하도록 이루어질 수 있으며, 또는 최근 GPS보다 정확성이 높은 초정밀 위성항법 기술이 개발되고 있는바 이러한 기술이 적용되는 센서가 사용될 수도 있다. 더불어 센서 신호 수집부(110)는, 이하 보다 상세히 설명될 운동 인식 및 분석 과정에서의 정확도를 높일 수 있도록, 도 2에 도시된 바와 같이 3축 방향 각속도 센서(113)를 더 포함할 수 있다.The sensor signal collection unit 110 includes a three-axis acceleration sensor 111 including up, down, left, right, front and rear, and a position measuring sensor 112 for measuring a user position. The three-axis acceleration sensor 111 may be generally employed by selecting an appropriate one from among sensors used to measure acceleration in the three-axis direction, such as a form in which a gyroscope is embedded. Position measuring sensor 112 is for measuring the absolute position of the user, for example, it can be made to measure the user's position using a GPS signal, or the high-precision satellite navigation technology that is more accurate than the recent GPS has been developed Sensors to which this technique is applied may also be used. In addition, the sensor signal collector 110 may further include a three-axis angular velocity sensor 113 as shown in FIG. 2 to increase the accuracy in the motion recognition and analysis process which will be described in more detail below.
본 실시예에 따른 센서 신호 수집부(110)는, 도 1에 도시된 바와 같이 사용자의 머리에 착용되어 가속도, 속도 및 위치 등과 같은 사용자의 동적 물리량을 측정한다. 기존에는 보행 모니터링을 위해 직접적으로 발로 눌러지는 부분인 신발 및 발판 등에 구비되는 압력 센서를 사용하였다. 이에 따라 센서의 손상이 빨리 일어나 장치 내구도 및 수명이 짧아지는 문제가 있었다. 또한, 사용 중 장치 손상으로 인한 보행 인식 및 분석 정확성의 저하, 잦은 장치 교체로 인한 편의성 및 경제성 저하 등의 문제가 있다. 더불어 이러한 장치가 신발에 구비되는 경우 사용자의 발 크기에 따라 사용자마다 각각 별도의 장치가 필요하게 되어, 사용자의 편의성 및 경제성 저하가 가중되며, 생산자에게는 크기별로 별도 생산을 해야 하여 경제적 부담을 발생시키는 등의 문제가 있었다.The sensor signal collection unit 110 according to the present embodiment is worn on the user's head as shown in FIG. 1 to measure the dynamic physical quantity of the user such as acceleration, speed, and position. Conventionally, a pressure sensor provided in a shoe and a footrest that is directly pressed by a foot for monitoring a gait is used. Accordingly, there is a problem that damage to the sensor occurs quickly, the device durability and life is shortened. In addition, there is a problem such as deterioration of walking recognition and analysis accuracy due to damage to the device during use, convenience and economical degradation due to frequent device replacement. In addition, when such a device is provided in a shoe, a separate device is required for each user according to the size of the user's foot, which increases the user's convenience and economical deterioration. There was a problem.
그러나 본 실시예는 보행 인식을 함에 있어서 발로 눌리는 압력을 사용한다는 개념을 완전히 탈피하여, 도 1에 도시된 바와 같이 사용자의 머리에서 측정되는 가속도, 속도 및 위치 등과 같은 사용자의 동적 물리량을 측정하고 이하 기술할 본 발명의 특징적인 분석 알고리즘을 적용하여 보행의 인식, 감지 및 분석을 실현한다. 이처럼 본 실시예는 종래기술과 측정 위치 및 측정 물리량이 상이하다. 이 때 앞서 종래기술에서 지적된 여러 문제점들의 근본적인 원인은 '압력 센서를 발 부분에 배치한다'는 기술 구성에서 오는 것인바, 본 발명에 의하면 그 구성만으로서 상술한 바와 같은 여러 문제들이 원천적으로 제거될 수 있다.However, the present embodiment completely escapes the concept of using the pressure pressed by the foot in gait recognition, and measures the dynamic physical quantity of the user such as acceleration, speed and position measured in the user's head as shown in FIG. The characteristic analysis algorithm of the present invention to be described is applied to realize recognition, detection and analysis of gait. As such, the present embodiment differs from the prior art in the measurement position and measurement physical quantity. At this time, the root cause of the various problems pointed out in the prior art comes from the technical configuration of 'positioning the pressure sensor on the foot', according to the present invention, only the configuration alone eliminates the various problems as described above. Can be.
운동 자세 도출부(121)는, 센서 신호 수집부(110)로부터 신호를 전달받아, 3축 방향 가속도 및 위치 신호를 사용하여 사용자 질량 중심의 가속도, 속도, 위치를 포함하는 보행 또는 주행 운동 상태 값을 도출하고, 상기 보행 또는 주행 운동 상태 값을 분석하여 보행 또는 주행 자세를 도출하는 역할을 한다. 구체적으로, 운동 자세 도출부(121)는 상기 보행 또는 주행 운동 상태 값으로부터 압력 중심 경로를 추산하며, 상기 압력 중심 경로를 분석하여 보행 또는 주행 자세를 도출한다. 상기 운동 자세 도출부(121)에서 사용하는 본 발명의 분석 알고리즘에 대해서는 이후 보다 상세히 설명될 것이므로 여기에서는 설명을 생략한다.The exercise posture deriving unit 121 receives a signal from the sensor signal collecting unit 110 and uses a three-axis acceleration and position signal to include a walking or driving motion state value including acceleration, speed, and position of the user's center of mass. Derivation, and analyzes the walking or driving motion state value to derive a walking or driving posture. Specifically, the exercise posture deriving unit 121 estimates a pressure center path from the walking or driving motion state value, and analyzes the pressure center path to derive a walking or driving posture. Since the analysis algorithm of the present invention used by the exercise posture derivation unit 121 will be described in more detail later, the description is omitted here.
한편 운동 자세 도출부(121)는 다양한 계산을 수행할 수 있는 집적 회로 형태로 이루어져 센서 신호 수집부(110)와 하나의 기판 상에 형성될 수도 있고, 또는 별도의 컴퓨터 등과 같은 형태로 이루어질 수도 있다. 이 때 운동 자세 도출부(121)가 센서 신호 수집부(110)와 별개로 형성될 경우, 센서 신호 수집부(110) 및 운동 자세 도출부(121) 간의 신호 전달을 위해 도 2에 도시된 바와 같이 통신부(114)가 구비될 수 있다. 통신부(114)는 유선 또는 무선 통신으로 이루어질 수 있다. 무선 통신은 블루투스, 와이파이 및 NFC 기술을 이용할 수 있으나, 다른 무선 통신 기술이 이용될 수 있음은 당업자에게 자명하다.Meanwhile, the exercise posture deriving unit 121 may be formed in an integrated circuit form that may perform various calculations, and may be formed on the sensor signal collecting unit 110 and one substrate, or may be formed in a form of a separate computer. . In this case, when the exercise posture derivation unit 121 is formed separately from the sensor signal collection unit 110, as illustrated in FIG. 2 for transmitting a signal between the sensor signal collection unit 110 and the exercise posture derivation unit 121. The communication unit 114 may be provided as well. The communication unit 114 may be made by wire or wireless communication. The wireless communication may use Bluetooth, Wi-Fi and NFC technologies, but it is apparent to those skilled in the art that other wireless communication technologies may be used.
운동 교정 생성부(122)는 운동 자세 도출부(121)에 의하여 도출된 보행 자세와 기준 자세를 비교하여 자세 교정용 정보를 생성하는 역할을 한다. 운동 자세 도출부(121)는 상술한 바와 같이 센서 신호 수집부 (110)에서 수집된 신호를 바탕으로 사용자의 보행 또는 주행 자세를 도출하는데, 구체적인 예를 들자면 보행 또는 주행 시 사용자의 진행 방향, 속도 등을 도출할 수 있으며, 이로부터 보행 자세의 요소 중 하나인 보폭을 얻을 수 있다. 이러한 경우 운동 교정 생성부(122)는, 보행 및 주행 속도별 최적의 키-보폭 관계 데이터를 내장하고 있다가, 해당 사용자의 보행 자세 정보를 이와 비교하여 해당 사용자의 키에 비해 보폭이 지나치게 넓거나 좁지는 않은지를 판단하고, 최적 범위에서 벗어날 경우 줄이거나 늘려야 할 보폭 교정량을 용이하게 산출해 낼 수 있다.The exercise correction generator 122 compares the walking posture derived by the exercise posture deriving unit 121 and the reference posture to generate posture correction information. As described above, the exercise posture deriving unit 121 derives a walking or driving posture of the user based on the signal collected by the sensor signal collection unit 110. From this, the stride, which is one of the elements of the walking posture, can be obtained. In this case, the exercise correction generator 122 includes the optimal key stride relationship data for each walking and traveling speed, and compares the walking posture information of the corresponding user with an excessively wider stride than the height of the corresponding user. It is easy to determine whether it is narrow and to calculate the amount of stride correction that should be reduced or increased if it is outside the optimum range.
교정 정보 출력부(130)는, 이처럼 운동 교정 생성부(122)에 의하여 생성된 자세 교정용 정보를 음향, 도해, 영상을 포함하는 사용자가 인식 가능한 정보로서 변환하여 출력한다. 예를 들자면, 보폭 교정량이 산출되어 보폭을 줄여야 할 필요가 있을 경우, 운동 자세 도출 장치(100) 상에 구비된 스피커를 통해 "보폭을 줄이세요"와 같은 음성이 출력되도록 하거나, 경고음이 울리게 하여 사용자가 최적 보폭이 아님을 인지하고 보행 자세를 바꾸도록 유도할 수 있다. 또는 스마트폰, 컴퓨터, 또는 전용 디스플레이 등과 연결되어, 도해 또는 영상으로 정확한 교정 정보가 출력되도록 할 수도 있는 등, 다양한 형태로의 실현이 가능하다.The correction information output unit 130 converts and outputs the posture correction information generated by the exercise correction generator 122 as information recognizable by a user including sound, illustration, and image. For example, when it is necessary to reduce the stride length by calculating the stride length correction amount, a voice such as "Reduce stride length" is output through a speaker provided on the exercise posture derivation apparatus 100, or a warning sound is sounded. The user may be not aware of the optimal stride length and may be encouraged to change the walking posture. Alternatively, the present invention may be realized in various forms, such as connected to a smartphone, a computer, a dedicated display, or the like, so that accurate calibration information may be output as an illustration or an image.
더불어 운동 자세 도출 장치(100)는, 운동 자세 도출부(121)에 의하여 도출된 보행 자세를 외부의 데이터베이스(140)에 전송하여 누적적으로 저장하도록 이루어질 수 있다. 이러한 보행 또는 주행 운동 분석을 필요로 하는 사용자는, 건강 촉진을 위해 매일 산책 또는 조깅을 수행하는 일반인이나, 또는 신체 능력 향상을 위해 훈련하는 전문가 등이 있을 수 있으며, 이러한 운동 분석 데이터가 누적되어 시간적인 변화를 볼 수 있도록 이루어지는 것이 당연히 바람직하다. 뿐만 아니라, 이처럼 운동 분석 데이터가 대량으로 누적 저장되면, 이러한 데이터가 빅데이터로서 활용되어 각종 통계나 분석에 사용될 수도 있는 등, 다양한 활용이 가능하다.In addition, the exercise posture deriving apparatus 100 may transmit and store the walking posture derived by the exercise posture deriving unit 121 to an external database 140 to accumulate the posture. A user who needs such walking or driving motion analysis may be a general person who performs daily walking or jogging to promote health, or an expert who trains to improve physical ability. Naturally, it is desirable to be able to see the change. In addition, when the exercise analysis data is accumulated and stored in a large amount as described above, such data may be used as big data and used for various statistics or analysis, and thus various applications are possible.
본 발명의 일 실시예에 따른 운동 자세 도출 방법은, 운동 자세 도출 장치(100)를 이용하여 사용자의 운동을 감지하고 보행인지 주행인지를 판단하는 등의 분석을 수행한다. 이 때 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에서 사용되는 분석 알고리즘은 사용자의 머리에서 측정되는 동적 물리량을 이용하는 바, 운동 자세 도출 장치(100)는 최소한으로는 상하, 좌우, 전후를 포함하는 3축 방향 가속도 센서(111) 및 사용자 위치를 측정하는 위치 측정 센서(112)를 포함하여 이루어지면 되며, 운동 자세 도출부(121)에서 이하에 설명될 분석 알고리즘이 수행되면 된다. 또한 운동 자세 도출 장치(100)는 장치의 기능 향상을 위해 앞서 설명한 다양한 부가 구성들을 더 포함하여 이루어질 수도 있음은 물론이다.In the exercise posture deriving method according to an exemplary embodiment of the present invention, the exercise posture deriving apparatus 100 performs an analysis such as detecting a user's exercise and determining whether the user is walking or driving. At this time, as described above, the analysis algorithm used in the present invention uses a dynamic physical quantity measured in the user's head, the exercise pose derivation apparatus 100 is a three-axis acceleration including at least up, down, left, right, front and rear What is necessary is to include the sensor 111 and the position measurement sensor 112 for measuring a user position, and the analysis algorithm to be described below may be performed in the exercise pose derivation unit 121. In addition, the exercise posture deriving apparatus 100 may further include various additional components described above for improving the function of the apparatus.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 운동 자세 도출 방법의 흐름도를 도시한다. 본 실시예에 따른 운동 자세 도출 방법은, 도시된 바와 같이 압력 중심 경로 추산 단계, 운동 종류 판단 단계 및 운동 자세 도출 단계를 포함한다. 이하에서 각 단계에 대하여 보다 상세히 설명한다.3 is a flowchart illustrating a method of deriving an exercise posture according to an exemplary embodiment of the present invention. The exercise posture deriving method according to the present embodiment includes a pressure center path estimating step, an exercise type determination step, and an exercise posture derivation step, as shown. Each step will be described in more detail below.
상기 압력 중심 경로 추산 단계에서는, 운동 자세 도출 장치(100)에 의해 수집된 3축 방향 가속도(ax, ay, az)를 사용하여 산출된 사용자 질량 중심의 운동 상태 값들을 사용하여, 질량 중심 위치에서 가속도 벡터 방향으로 지면에 프로젝션하여 압력 중심 경로를 추산한다.In the step of estimating the pressure center path, the mass is obtained by using the motion state values of the user's center of mass calculated using the triaxial accelerations a x , a y , and a z collected by the exercise posture deriving apparatus 100. The pressure center path is estimated by projecting onto the ground in the direction of the acceleration vector from the center position.
운동 자세 도출 장치(100)에서 3축 방향 가속도 센서(111)를 이용하여 좌우, 전후, 상하의 3축 방향 가속도를 수집할 수 있으며, 이를 적분하거나 또는 시간당 위치 측정 센서(112)를 이용하여 수집된 위치 정보를 이용하여 속도, 위치 등을 모두 구할 수 있다. 한편 일반적으로 어떤 대상물의 운동을 분석할 경우 그 대상물의 질량 중심의 운동을 기준으로 분석하게 되는데, 운동 자세 도출 장치(100)는 사용자의 머리에 구비되는 것이므로, 여기에서 측정된 값들을 질량 중심의 운동 상태 값으로 변환하여 분석하는 것이 바람직하다. 이와 같이 사용자 머리 위치에서 측정된 값을 사용자 질량 중심에서의 값으로 변환하는 것은, 사용자 키 정보 등과 같은 신체 정보를 이용하여 미리 구해진 게인 값을 적절히 곱하는 등으로 용이하게 도출할 수 있다.In the exercise posture deriving apparatus 100, the three-axis acceleration sensors 111 may be collected by using the three-axis acceleration sensor 111, and may be integrated by using the three-axis acceleration sensor 111, or collected using the position measurement sensor 112 per hour. The location information can be used to find both speed and location. On the other hand, in general, when analyzing the movement of a certain object is analyzed based on the movement of the center of mass of the object, since the exercise posture deriving apparatus 100 is provided in the user's head, the values measured here It is desirable to convert the exercise state value to an analysis. The conversion of the value measured at the user's head position to the value at the user's center of mass can be easily derived by appropriately multiplying a gain value previously obtained using body information such as user key information.
이와 같이 질량 중심의 운동 상태 값(각 방향들에 대한 시간당 가속도/속도/위치, 주파수 분석 등)들을 도출하면, 이로부터 압력 중심 경로를 추산할 수 있다. 인체는 보행 또는 주행 시 지지하는 발에 가해지는 반작용 압력을 이용하여 거동한다. 이 반작용 압력의 합을 지면 반력(Ground reaction force; GRF)이라고 부르며, 이 압력의 중심을 압력 중심(Center of pressure; COP)이라고 부른다. 이 때 발생하는 지면 반력은 압력 중심에서 인체 질량 중심(center of mass; COM)을 향하는 특성을 가진다고 밝혀져 있다. By deriving the motion state values of the center of mass (per hour acceleration / velocity / position for each direction, frequency analysis, etc.), the pressure center path can be estimated therefrom. The human body behaves by using the reaction pressure applied to the supporting foot during walking or driving. The sum of these reaction pressures is called the ground reaction force (GRF), and the center of this pressure is called the center of pressure (COP). It is found that the ground reaction generated at this time has a characteristic from the center of pressure to the center of mass (COM).
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 질량 중심 및 압력 중심 간의 관계도를 도시한다.4 shows a relationship diagram between a center of mass and a center of pressure in accordance with one embodiment of the present invention.
본 발명에서는 바로 이러한 생체역학적 특성을 역으로 이용하여, 질량중심에서 측정된 힘의 벡터 방향으로 지면에 프로젝션하여 압력중심을 유추하도록 하고 있다.In the present invention, this biomechanical property is used inversely, and the pressure center is inferred by projecting onto the ground in the vector direction of the force measured at the center of mass.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 중심 방향 결정 및 위치 유추를 설명한다.5 illustrates pressure center direction determination and position inference according to an embodiment of the present invention.
압력 중심 방향이란 질량 중심에서 압력 중심을 향하는 방향을 말한다. 상기 압력 중심 경로 추산 단계는, 압력 중심 방향을 먼저 결정하고, 이 방향으로 프로젝션하여 압력 중심 위치를 유추하도록 이루어질 수 있다. 보다 상세히 설명하자면, 먼저 압력 중심 방향 결정 단계에서는, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 상하 방향 가속도(az) 및 중력가속도(g)의 합 대비 좌우 방향 가속도(ax)의 비율 및 상하 방향 가속도(az) 및 중력가속도(g)의 합 대비 전후 방향 가속도(ay)의 비율로 압력 중심의 방향을 결정한다. 이와 같이 압력 중심의 방향이 결정되면, 다음으로 압력 중심 위치 유추 단계에서는, 질량 중심이 미리 측정된 사용자 키 정보에 미리 결정된 유추용 상수를 곱한 값으로 결정되는 높이에 위치한 것으로 가정하고, 상기 압력 중심 방향 결정 단계에서 결정된 방향으로 지면에 프로젝션하여 압력 중심 위치를 유추하게 된다. 여기에서 유추용 상수란 사용자의 키에 따른 질량 중심의 높이를 말하는 것이다. 일반적으로 어린이의 질량 중심이 성인의 질량 중심보다 비율상 높고, 남성의 질량 중심이 여성의 질량 중심보다 비율상 높게 나타난다는 점이 잘 알려져 있으며, 물론 그 비율도 알려져 있다. 구체적인 예를 들면 성인 남성의 질량 중심은 평균적으로 신장의 55.27% 위치에 있다는 것이 알려져 있으며, 이 경우 유추용 상수는 0.5527이 된다. 따라서 예를 들어 사용자 키 정보를 입력할 때 어린이/성인 및 남성/여성 구분 정보를 함께 입력하게 함으로써, 적절한 유추용 상수가 선택되어 산출에 사용될 수 있다.The direction of pressure center refers to the direction from the center of mass toward the pressure center. The step of estimating the pressure center path may be configured to first determine the pressure center direction, and then project in this direction to infer the pressure center position. More specifically, first, in the pressure center direction determination step, as shown in FIG. 5, the ratio of the left and right accelerations (a x ) to the sum of the up and down accelerations (a z ) and the gravitational acceleration (g) and the up and down accelerations are shown. The direction of the pressure center is determined by the ratio of the forward and backward acceleration (a y ) to the sum of (a z ) and gravity acceleration (g). When the direction of the pressure center is determined as described above, in the next pressure center position inference step, it is assumed that the center of mass is located at a height determined by multiplying a predetermined user key information by a predetermined inference constant. Projection to the ground in the direction determined in the direction determination step infers the pressure center position. The analogy constant here refers to the height of the center of mass according to the height of the user. In general, it is well known that a child's center of mass is proportionally higher than an adult's center of mass, and that a male's center of mass is proportionally higher than a woman's center of mass. For example, it is known that the center of mass of an adult male is on average 55.27% of the height, in which case the analogy constant is 0.5527. Thus, for example, by inputting the child / adult and the male / female classification information when the user key information is input, an appropriate analogy constant can be selected and used for calculation.
이렇게 구해진 압력 중심 위치의 정확도를 더욱 높이기 위해, 상기 압력 중심 위치 유추 단계에서 유추된 압력 중심 위치에 미리 결정된 전후 및 좌우 방향 보정용 상수를 곱한 값으로 보정되는 압력 중심 위치 보정 단계가 더 수행될 수도 있다. 여기에서 전후 및 좌우 방향 보정용 상수란, 상술한 바와 같은 프로젝션 방법으로 구한 압력 중심 위치를 실제 전후 및 좌우 방향 압력 중심과 통계적으로 일치시킬 수 있는 상수이다.In order to further increase the accuracy of the pressure center position thus obtained, a pressure center position correction step may be further performed, wherein the pressure center position inferred in the pressure center position inference step is corrected by a value obtained by multiplying predetermined constants for forward and backward and left and right directions. . Here, the front-rear and left-right direction correction constants are constants capable of statistically matching the pressure center position obtained by the projection method as described above with the actual front-rear and left-right pressure centers.
상기 운동 종류 판단 단계에서는, 상하 방향 가속도(az) 그래프의 패턴으로부터 보행인지 또는 주행인지 여부를 판단한다. In the movement type determination step, it is determined whether the vehicle is walking or traveling from the pattern of the up-down acceleration a z graph.
도 6은 추산된 압력 중심 경로로서 구해진 발착지 패턴의 한 예시이다. 도시된 바와 같이 좌우 발이 번갈아 지면을 지지하면서 진행되는 것을 알 수 있다.6 is an example of a landing place pattern obtained as an estimated pressure center path. As shown, it can be seen that the left and right feet are alternately supporting the ground.
한편 보행과 주행을 구분짓는 것은, 보행의 경우 한 발 또는 양 발이 항상 지면에 닿아 있는 반면, 주행의 경우 한 발 또는 양 발이 항상 지면으로부터 떠 있다는 것이다.On the other hand, the distinction between walking and driving is that one or both feet always touch the ground in walking, while one or both feet always float from the ground in walking.
도 7은 보행 및 주행 시 시간에 대한 상하 방향 가속도 그래프 예시를 도시한다. 도 7(A)에 도시된 보행 시 그래프의 경우 양 발이 모두 지면에 닿는 순간 피크가 발생하는 것을 확인할 수 있으며, 도 7(B)에 도시된 주행 시 그래프의 경우 양 발이 모두 지면으로부터 떠 있는 순간 상하 방향 가속도(az)가 최소값이 되는 상수값 구간이 존재함을 확인할 수 있다. 이처럼 보행 및 주행 시 각각의 경우 상하 방향 가속도(az) 그래프의 패턴이 서로 다르게 나타나는 것을 이용하여, 현재 이루어지고 있는 사용자의 운동이 보행인지 또는 주행인지를 판단할 수 있다.7 illustrates an example of an up and down acceleration graph with respect to time during walking and driving. In the case of the graph shown in FIG. 7 (A), it can be seen that a peak occurs when both feet touch the ground. In the case of the graph shown in FIG. 7 (B), the moment when both feet float from the ground It can be seen that a constant value section in which the vertical acceleration a z becomes the minimum value exists. In this case, when the walking and the driving are different from each other, the patterns of the up and down acceleration (a z ) graphs may be different from each other to determine whether the current movement of the user is walking or driving.
상기 운동 자세 도출 단계에서는, 압력 중심 경로 추산치 및 3축 방향 가속도(ax, ay, az)를 기반으로 보폭, 보간, 보각, 좌우 비대칭을 포함하는 자세 정보를 도출한다. 도 6의 압력 중심 경로 예시 및 도 7의 보행 또는 주행 시 상하 방향 가속도 예시를 참조하여 보다 상세히 설명한다.In the step of deriving the movement posture, the posture information including the stride length, interpolation, interpolation angle, and left and right asymmetry is derived based on the estimated pressure center path and the three-axis acceleration (a x , a y , a z ). 6 will be described in more detail with reference to the example of the pressure center path of FIG. 6 and the example of the up and down acceleration during walking or driving of FIG. 7.
먼저, 사용자의 운동이 보행일 경우와 주행일 경우 양상이 다소 다르게 나타난다는 점을 위에서 설명하였으며, 물론 공통적으로 나타나는 사항도 있다. 앞서 설명한 바와 같이 보행의 경우 한 발 또는 양 발이 항상 지면에 닿아 있으며, 주행의 경우 한 발 또는 양 발이 항상 지면으로부터 떠 있다. 즉 보행 시 및 주행 시 공통으로 한 발로만 지지되는 구간이 존재하게 된다. 이러한 점들을 고려하여, 상기 운동 자세 도출 단계에서는, 먼저 중간지지시점을 결정하는 중간지지시점 결정 단계와, 양발지지구간, 한발지지구간, 공중부유구간을 결정하는 구간 분류 결정 단계를 포함하여 이루어져, 보행 및 주행을 구분하면서 자세를 도출하는 기초정보를 형성하게 된다.First, it has been described above that the appearance of the user's exercise is slightly different when walking and driving, and of course, there are also common items. As described above, in walking, one or both feet always touch the ground, and in driving, one or both feet always float from the ground. That is, there is a section in which only one foot is supported in common when walking and driving. In consideration of these points, the exercise posture derivation step includes a step of determining an intermediate support point for first determining an intermediate support point, and a step classification determination step for determining a bipedal support section, a single support section, and an airborne section, Basic information for deriving a posture while distinguishing walking and driving is formed.
먼저 보행 운동을 풀어서 묘사하자면 다음과 같다. 먼저 한 쪽 발의 발뒤꿈치가 지면을 디디는 순간에 다른 쪽 발의 발끝도 지면에서 미처 떨어지지 않은 상태, 즉 양발이 지지되어 있는 상태로 시작한다. 이 상태에서, 한 쪽 발로만 지면을 지지하면서 다른 쪽 발이 지면으로부터 떨어지고, 이 다른 쪽 발이 허공을 저으면서 전방으로 진행하면서 사람의 몸체도 전방으로 이동하게 된다. 그리고 이 다른 쪽 발의 발뒤꿈치가 지면을 디디는 순간에 한 쪽 발의 발끝이 지면에서 미처 떨어지지 않은 상태, 즉 양발이 지지되어 있는 상태가 다시 이루어지면서 한 걸음의 보행이 이루어진다. 이 과정에서, 한 발로만 지지된 채 사람의 몸체가 전방으로 이동하고 있는 순간에는 사람의 머리가 상하 방향으로 크게 흔들리지 않는 반면(상하 방향 가속도(az)에서 로컬 미니멈이 형성됨), 발을 디디는 순간에 상하 방향으로 가장 크게 흔들리게 된다(상하 방향 가속도(az)에서 피크값이 형성됨).First, the walking motion is described as follows. At the moment when the heel of one foot hits the ground, the toe of the other foot does not fall off the ground, ie the feet are supported. In this state, only one foot supports the ground while the other foot falls off the ground, and the other foot moves forward while slicing the air and the human body also moves forward. At the moment when the heel of the other foot touches the ground, the foot of one foot is not separated from the ground, that is, the state where both feet are supported is reestablished. In this process, while the human body is moving forward with only one foot, the person's head does not shake significantly in the vertical direction (a local minimum is formed at the vertical acceleration (a z )). At the moment, the largest shakes in the vertical direction (a peak value is formed at the vertical acceleration a z ).
즉 보행 운동은, 양발이 모두 지면을 딛고 있는 상태인 구간, 한 발만 지면을 딛고 있는 상태인 구간으로 나뉠 수 있으며, 한 발만 지면을 딛고 있는 상태인 중에 상하 방향으로의 흔들림이 가장 적다. 이러한 운동의 양상이 도 7(A)에 잘 나타나 있으며 이러한 예시에 나타나 있는 바와 같이, 중간지지시점 결정 단계에서는, 사용자의 운동이 보행일 경우 시간 영역에서 측정된 상하 방향 가속도(az)에서 로컬 미니멈을 중간지지시점으로 정의한다. 또한 구간 분류 결정 단계에서는, 사용자의 운동이 보행일 경우 시간 영역에서 측정된 상하 방향 가속도(az)에서 피크값이 형성되는 구간을 양발지지구간으로 결정하며 나머지 구간을 한발지지구간으로 결정한다.That is, the walking motion can be divided into sections in which both feet are on the ground, sections in which only one foot is on the ground, and shaking in the vertical direction is the least while only one foot is on the ground. This aspect of the motion is well illustrated in FIG. 7A and as shown in this example, in the mid-point determination step, the local at the vertical acceleration a z measured in the time domain when the user's motion is walking. Define the minimum as the middle support point. Also, in the section classification determining step, when the user's motion is walking, the section in which the peak value is formed in the vertical acceleration (a z ) measured in the time domain is determined as the double support section, and the remaining section is determined as the one support section.
다음으로 주행 운동을 풀어서 묘사하자면 다음과 같다. 먼저 전방으로 나와 있는 한 쪽 발이 지면을 박차는 순간(이 순간 다른 쪽 발은 허공에 떠 있음)으로 시작한다. 이 상태에서, 한 쪽 발이 지면을 박차서 떠오르면서 양 발이 모두 허공에 떠 있는 상태인 채로 사람의 몸체가 전방으로 이동하며, 이와 함께 양발이 허공을 저으면서 전후가 바뀌어 다른 쪽 발이 전방으로 나오게 된다. 전방으로 나온 다른 쪽 발이 지면에 닿음과 동시에 지면을 박차는 순간이 다시 이루어지면서 한 걸음의 주행이 이루어진다. 이 과정에서, 한 발로 지면을 박차는 순간에는 사람의 머리가 상하 방향으로 가장 크게 흔들리는 반면(상하 방향 가속도(az)에서 로컬 맥시멈이 형성됨), 공중에 뜬 채 나아가고 있는 상태에서는 상하 방향으로 거의 흔들리지 않게 된다(상하 방향 가속도(az)에서 상수값이 형성됨).Next, the driving movement is solved and described as follows. Start with the moment one foot forwards to the ground (the other foot floats in the air at this moment). In this state, one foot spurts the ground and the human body moves forward with both feet floating in the air, and with both feet stir in the air, the front and rear are changed and the other foot comes forward. As soon as the other foot comes out to touch the ground, the moment of spurting the ground is reestablished. In this process, the person's head shakes most in the vertical direction at the moment of spurting the ground with one foot (the local maximum is formed at the acceleration (a z ) in the vertical direction), while in the air while moving in the air almost in the vertical direction. It is not shaken (a constant value is formed at the vertical acceleration a z ).
즉 주행 운동은, 양발이 모두 허공에 떠 있는 상태인 구간, 한 발만 지면을 딛고 있는 상태인 구간으로 나뉠 수 있으며, 양발이 모두 허공에 떠 있는 상태인 중에 상하 방향으로의 흔들림이 가장 적다. 이러한 운동의 양상이 도 7(B)에 잘 나타나 있으며 이러한 예시에 나타나 있는 바와 같이, 중간지지시점 결정 단계에서는, 사용자의 운동이 주행일 경우 시간 영역에서 측정된 상하 방향 가속도(az)에서 로컬 맥시멈을 중간지지시점으로 정의한다. 또한 구간 분류 결정 단계에서는, 사용자의 운동이 주행일 경우 시간 영역에서 측정된 상하 방향 가속도(az)에서 상수값으로 나타나는 구간을 공중부유구간으로 결정하며 나머지 구간을 한발지지구간으로 결정한다. 여기에서 공중부유구간에서 나타나는 상수값은 가속도계가 중력 외에 다른 외력이 작용하지 않을 때의 신호 레벨 수준의 기설정된 값으로서, 대략 0에 가까운 값으로 적절히 결정될 수 있다. 즉 상기 상수값은 현재 스탠스를 판별할 수 있게 해 주는 기준값인 바 이러한 의미에서 스탠스 판별 상수(stance phase constant)라고 불릴 수 있으며, 요약하자면 주행 시에 상하 방향 가속도가 스탠스 판별 상수보다 작으면 공중부유구간, 크면 한발지지구간으로 판별하게 된다.That is, the driving motion may be divided into sections in which both feet are in the air and sections in which only one foot is on the ground, and the shaking in the vertical direction is the least while both feet are in the air. This aspect of the exercise is well illustrated in FIG. 7B and as shown in this example, in the intermediate support point determination step, the local at the vertical acceleration a z measured in the time domain when the user's movement is running. Define the maximum as the middle support point. Also, in the section classification determining step, when the user's movement is driving, the section that is represented by the constant value in the vertical acceleration a z measured in the time domain is determined as the floating section, and the remaining section is determined as the one foot support section. Herein, the constant value appearing in the floating section is a predetermined value of the signal level level when the accelerometer does not apply any external force other than gravity, and may be appropriately determined as a value close to approximately zero. In other words, the constant value is a reference value for determining the current stance. In this sense, the constant value may be called a stance phase constant. If the interval is large, it is determined as one foot support interval.
이와 같이 자세 도출을 위한 기초 정보들이 도출되면, 비로소 보폭, 보간, 보각, 좌우 비대칭 등의 보행 또는 주행 자세의 도출이 가능하게 된다.Thus, when the basic information for deriving the attitude is derived, it is possible to derive a walking or driving posture such as stride length, interpolation, interpolation, left and right asymmetry.
보폭 : 먼저 사용자 위치 정보를 미리 정해진 시간 간격마다 측정하여 평균 속도를 산출한다. 다음으로 상기 시간 간격 동안의 상기 중간지지시점 개수를 측정하여 보행 주파수를 산출한다. 마지막으로 상기 평균 속도를 상기 보행 주파수로 나눔으로써 사용자의 보폭을 정확하게 산출할 수 있다.Stride length: First, the average speed is calculated by measuring user location information at predetermined time intervals. Next, the walking frequency is calculated by measuring the number of intermediate supporting points during the time interval. Finally, the user's stride length can be accurately calculated by dividing the average speed by the walking frequency.
보간 : 상기 중간지지시점에 해당하는 압력 중심 위치 값을 사용하여 좌우 방향의 보간을 산출할 수 있다. 즉 도 7(A) 또는 (B)에 나타나는 중간지지시점에 해당하는 시간 값을 도 6에 나타나는 압력 중심 위치 값에 적용하여, 이 시간 값에 해당하는 압력 중심 위치를 찾으면, 좌측 발이 지면을 디딘 위치 및 우측발이 지면을 디딘 위치가 나오게 되며, 이들 간 간격을 재어 사용자의 보간을 정확하게 산출할 수 있다.Interpolation: Interpolation in the left and right directions can be calculated using the pressure center position value corresponding to the intermediate support point. That is, by applying the time value corresponding to the intermediate support point shown in FIG. 7 (A) or (B) to the pressure center position value shown in FIG. 6, when the pressure center position corresponding to this time value is found, the left foot depresses the ground. The position and the position of the right foot are out of the ground, and the distance between them can be measured to accurately calculate the user's interpolation.
보각 : 상기 한발지지구간의 시작 시점에 해당하는 압력 중심 위치값 및 상기 한발지지구간의 끝 시점에 해당하는 압력 중심 위치 값을 사용하여 보각을 산출할 수 있다. 풀어서 설명하자면, 한발지지구간의 시작 시점에는 발뒤꿈치가 지면을 디디게 되며, 한발지지구간의 끝 시점에는 발끝이 지면을 디디게 된다.Compensation angle: The complementary angle may be calculated using a pressure center position value corresponding to a start point of the one foot support section and a pressure center position value corresponding to an end point of the one foot support section. To solve the problem, the heel of the foot support at the beginning of the foot, and the foot of the foot at the end of the foot to the ground.
즉 상술한 바와 같이 압력 중심 위치들 간의 각도를 구한다는 것은 지면을 디딘 순간의 발뒤꿈치 위치와 발끝 위치가 이루는 각도 즉 보각을 구한다는 것으로, 즉 이러한 방법으로 사용자의 보각을 정확하게 산출할 수 있게 된다.In other words, to obtain the angle between the pressure center positions as described above, to obtain the angle of the heel position and the toe position of the moment when the ground is taken, that is, the angle of view, that is, the user's angle of view can be calculated accurately in this way. .
좌우 비대칭 : 먼저 시간 영역에서 측정된 좌우 방향 가속도(ax)의 부호를 기준으로 지지하고 있는 발을 파악한다. 다음으로 시간 영역에서 측정된 상하 방향 가속도(az)의 피크값, 골값 및 둘 간의 차이값을 비교한다. 즉 좌측 발이 지지하고 있을 때와 우측 발이 지지하고 있을 때의 피크값, 골값 등을 비교함으로써, 사용자의 좌우 비대칭을 정확하게 산출할 수 있게 된다. 또한 동일한 방식으로 보행 또는 주행의 반복성도 산출할 수 있다.Left and right asymmetry: First, identify the foot supporting the sign of the left and right acceleration (a x ) measured in the time domain. Next, by comparing the difference between the peak value, golgap and two of the vertical acceleration (a z) measured in the time domain. In other words, by comparing the peak value, the valley value, and the like when the left foot is supported with the right foot, the left and right asymmetry of the user can be accurately calculated. It is also possible to calculate the repeatability of walking or driving in the same way.
도 8은 가속도 신호 측정 결과 예시로서, 도 8의 맨 아래 그래프에서 상하 방향 가속도(az)의 좌우 비대칭이 강하게 나타나고 있음을 알 수 있다.FIG. 8 is an example of the acceleration signal measurement result, and it can be seen that the left and right asymmetry of the vertical acceleration a z is strongly shown in the bottom graph of FIG. 8.
상술한 바와 같은 방법으로 보폭, 보간, 보각, 좌우 비대칭 등의 보행 또는 주행 자세를 도출함으로써, 사용자가 올바른 자세로 보행 또는 주행을 하고 있는지를 실시간으로 모니터링할 수 있다. 물론 이 때 최적의 자세에 해당하는 보폭, 보간, 보각, 좌우 비대칭 값을 미리 저장하고 있다가, 현재 모니터링 중인 현재의 각 자세 값들과 비교하여 교정량을 산출할 수 있다. 이를 사용자에게 실시간으로 알리거나 또는 저장하여 두었다가 추후 확인할 수 있게 함으로써, 사용자는 보다 올바른 자세로의 보행 또는 주행으로 자신의 자세를 효과적으로 교정해 나갈 수 있게 된다.By deriving a walking or driving posture such as stride length, interpolation, interpolation, left and right asymmetry, and the like, the user can monitor in real time whether the user is walking or driving in the correct posture. Of course, at this time, the stride, interpolation, interpolation, and left and right asymmetry values corresponding to the optimal posture may be stored in advance, and the calibration amount may be calculated by comparing the current posture values currently being monitored. By notifying or storing the information to the user in real time so that the user can check later, the user can effectively correct his posture by walking or driving to a more correct posture.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 보행 및 주행 모니터링을 위한 운동 인식 방법의 흐름도를 도시한다. 9 is a flowchart illustrating a motion recognition method for walking and driving monitoring according to another embodiment of the present invention.
본 실시예에 의한 운동 인식 방법은 크게 두 단계로 이루어지는데, 즉 3축 방향 가속도(ax, ay, az)를 수집 및 분석하여 보행 및 주행 여부를 판단하는 데이터 수집 및 운동 인식단계와, 수집된 3축 방향 가속도(ax, ay, az)를 사용하여 사용자 질량 중심의 운동상태 값들을 산출하는 가속도 기반 운동 상태 값 도출 단계를 포함하여 이루어진다. 이하에서 각 단계의 세부 단계들을 보다 상세히 설명한다.The motion recognition method according to the present embodiment is largely composed of two steps, that is, a data collection and motion recognition step of determining whether to walk and drive by collecting and analyzing three-axis accelerations (a x , a y , a z ); And an acceleration-based motion state value derivation step of calculating the motion state values of the user's center of mass using the collected three-axis accelerations (a x , a y , a z ). Hereinafter, the detailed steps of each step will be described in more detail.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 데이터 수집 및 운동 인식 단계의 상세 흐름도를 도시한다.10 is a detailed flowchart of a data collection and exercise recognition step according to another embodiment of the present invention.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 데이터 수집 및 운동 인식 단계는, 상하 방향 가속도 수집 단계, 피크 검출 단계, 운동 감지 단계, 3축 방향 가속도 수집 단계, 푸리에 변환 단계, 운동 형태 판단 단계를 포함한다. 상기 데이터 수집 및 운동 인식 단계는 사용자에게서 운동이 일어나고 있는지, 또한 운동이 일어났다면 그 운동이 보행 또는 주행에 해당하는지를 인식한다.As shown in FIG. 10, the data collection and motion recognition step includes a vertical acceleration collection step, a peak detection step, a motion detection step, a triaxial acceleration collection step, a Fourier transform step, and a motion shape determination step. The data collection and exercise recognition step recognizes whether the exercise is taking place in the user, and if the exercise corresponds to walking or driving.
도 10에 도시된 바와 같이 최초에는 수집될 데이터 변수들이 초기화되어, 운동 인식을 수행할 준비가 이루어진다.As shown in FIG. 10, data variables to be collected are initially initialized to prepare for performing exercise recognition.
상기 상하 방향 가속도 수집 단계에서는, 3축 방향 가속도(ax, ay, az)를 모두 수집하는 것이 아니라, 일단 상하 방향 가속도(az)를 수집한다. 수집된 상하 방향 가속도(az)는 그대로 사용될 수도 있으나, 미리 결정된 밴드 패스 필터를 통과시켜 노이즈를 제거하는 노이즈 제거 단계를 거치도록 하는 것이 더욱 바람직하다. 이 때 상기 밴드 패스 필터는, 예를 들어 일반적인 사람의 보행 또는 주행주파수에 해당하는 0.1 ~ 5 Hz로 형성될 수 있으나, 이 범위는 적절하게 변경될 수 있음은 당업자에게 자명하다.In the up-and-down acceleration collection step, instead of collecting all of the three-axis acceleration (a x , a y , a z ), the up-down acceleration a z is collected once. The collected up-and-down acceleration a z may be used as it is, but it is more preferable to pass a noise removing step of removing noise by passing through a predetermined band pass filter. At this time, the band pass filter may be formed, for example, 0.1 to 5 Hz corresponding to the walking or running frequency of a general person, but it is apparent to those skilled in the art that this range may be appropriately changed.
상기 피크 검출 단계에서는 이렇게 수집된 상하 방향 가속도(az)의 피크를 검출하며, 상기 운동 감지 단계에서는 상하 방향 가속도(az) 피크 값이 미리 결정된 문턱 치 이상인지의 여부를 판단함으로써 운동이 일어났는지의 여부를 판단한다. 상기 운동 감지 단계에서 운동이 일어나지 않았다고 판단되면, 다시 최초의 준비 단계로 돌아가 변수 초기화가 이루어지게 된다.In the peak detection step, the peaks of the vertical acceleration a z thus collected are detected. In the motion detection step, the motion occurs by determining whether the vertical acceleration a z peak value is greater than or equal to a predetermined threshold. Judge whether or not burned. If it is determined that the exercise did not occur in the motion detection step, the process returns to the initial preparation step again, the variable is initialized.
부연하자면, 운동 인식 장치(100)에서 분석을 수행함에 있어서, 항상 3축 방향 가속도(ax, ay, az)를 수집하도록 이루어질 경우 운동을 하지 않고 있을 때 불필요한 계산 부하가 발생함으로써 전력 소모, 발열 등의 문제가 생길 수 있다. 한편 사용자가 가만히 앉아 있거나 몸을 뒤척이는 정도로 움직이는 경우와, 걷거나 달리는 정도로 움직이는 경우에 있어서, 가장 크게 차이가 나는 것은 사용자가 위아래로 흔들리는 정도, 즉 상하 방향 가속도(az)가 된다. 따라서 운동 인식 장치(100)를 착용한 사용자의 상하 방향 가속도(az)를 먼저 수집하여, 이 값이 어떤 문턱 치 이상이 되면 사용자가 걷거나 달리고 있다고 판단하고 그 때부터 본격적인 운동 감지를 시작하도록 함으로써, 앞서 설명한 불필요한 계산 부하 문제를 방지할 수 있다.In other words, in performing the analysis in the motion recognition apparatus 100, when it is made to always collect the three-axis acceleration (a x , a y , a z ), unnecessary calculation load is generated when the motion is not performed, thereby consuming power. Problems such as fever may occur. On the other hand, the most significant difference in the case of the user sitting or moving backwards, or walking or running, is the degree that the user shakes up and down, that is, the vertical acceleration (a z ). Therefore, by first collecting the vertical acceleration (a z ) of the user wearing the motion recognition device 100, if the value is above a certain threshold value is determined that the user is walking or running to start the full-scale motion detection from then on Therefore, the unnecessary computational load problem described above can be prevented.
상기 3축 방향 가속도 수집 단계에서는, 상술한 바와 같이 상하 방향 가속도(az) 피크 값이 미리 결정된 문턱 치 이상이면, 3축 방향 가속도(ax, ay, az)를 수집한다. 여기에서도 마찬가지로, 수집된 3축 방향 가속도(ax, ay, az)가 그대로 사용될 수도 있으나, 미리 결정된 밴드 패스 필터를 통과시켜 노이즈를 제거하는 노이즈 제거 단계를 거치도록 하는 것이 더욱 바람직하다. 이 때의 밴드 패스 필터는 앞서 상하 방향 가속도(az) 노이즈 제거에 사용되었던 밴드 패스 필터와 동일하게 형성될 수도 있고, 또는 적절하게 변경 설정될 수도 있다.In the triaxial acceleration collection step, as described above, if the vertical acceleration az peak value is equal to or greater than a predetermined threshold value, the triaxial acceleration a x , a y , a z are collected. Here, likewise, the collected three-axis accelerations (a x , a y , a z ) may be used as they are, but it is more preferable to pass a noise removing step of removing noise by passing through a predetermined band pass filter. The band pass filter at this time may be formed in the same manner as the band pass filter previously used to remove the vertical acceleration a z noise, or may be appropriately changed and set.
상기 푸리에 변환 단계에서는, 3축 방향 가속도(ax, ay, az)를 푸리에 변환하여 주파수 응답 그래프를 도출하며, 상기 운동 형태 판단 단계에서 비로소 주파수 응답 그래프를 미리 결정된 주파수 응답 개형 또는 크기 기준과 비교하여 보행 및 주행 운동인지 또는 그 외 운동인지의 여부를 판단하게 된다. 상기 운동 형태 판단 단계에서 보행 및 주행 운동에 해당하는 운동이 일어나지 않았다고 판단되면, 다시 최초의 준비 단계로 돌아가 변수 초기화가 이루어지며, 그렇지 않고 보행 및 주행 운동이 일어났다고 판단되면 가속도 기반 운동 상태 값 도출 단계가 수행되게 된다.In the Fourier transform step, the frequency response graph is derived by Fourier transforming the three-axis accelerations (a x , a y , a z ), and the frequency response graph is determined based on a predetermined frequency response modification or magnitude in the motion type determination step. In comparison with the step of determining whether the walking and driving movement or other movement. If it is determined that the exercise corresponding to the walking and driving movement has not occurred in the exercise type determination step, the process returns to the initial preparation stage again and the parameter initialization is performed. Otherwise, if it is determined that the walking and driving movement has occurred, the acceleration-based movement state value is derived. Steps will be performed.
이처럼 상기 운동 형태 판단 단계에서는 사용자의 운동이 보행 및 주행 상태인지를 판단한다. As such, in the exercise type determination step, it is determined whether the exercise of the user is walking and driving.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 보행 시의 가속도 신호 측정 결과 예시를 도시한다. 도 11의 좌측에는 가로축이 시간 / 세로축이 좌우(x), 전후(y), 상하(z) 각각의 3축 방향 가속도(ax, ay, az)인 시간 영역 가속도 그래프가 도시되어 있고, 우측에는 상술한 바와 같이 가로축이 주파수, 세로축이 크기로 나타나는 상기 푸리에 변환 단계를 통해 도출된 주파수 응답 그래프가 도시되어 있다.11 illustrates an example of an acceleration signal measurement result when walking according to another exemplary embodiment of the present invention. On the left side of FIG. 11 is a time domain acceleration graph in which the horizontal axis is time / vertical axis (x), front and rear (y), and vertical axis (z), respectively, in three-axis accelerations (a x , a y , a z ). On the right side, there is shown a frequency response graph derived through the Fourier transform step in which the horizontal axis represents the frequency and the vertical axis represents the magnitude as described above.
보행 또는 주행 시에는 당연히 주기적으로 상하 방향, 전후 방향, 좌우 방향으로 흔들리며, 즉 도 11의 좌측에 도시된 바와 같이 주기적인 신호가 발생된다. 이 때 좌우의 발이 번갈아 내딛으면서 보행 또는 주행이 이루어지기 때문에, 좌우 방향의 주기적인 신호의 주파수는, 상하 방향 및 전후 방향의 주기적인 신호의 주파수의 1/2 값을 가지게 되며, 이는 도 11의 우측 그래프에서도 쉽게 확인할 수 있다. 한편, 보행 시에는 항상 한 발 또는 양 발이 지면에 닿아 있게 되고, 주행 시에는 한 발 또는 양 발이 지면으로부터 떠 있게 된다. 즉 보행이나 주행이 이루어질 때는 머리에서의 큰 흔들림이 반드시 주기적으로 발생된다.Of course, during walking or running, periodically shakes up and down, front and rear, left and right direction, that is, a periodic signal is generated as shown on the left side of FIG. At this time, since the left and right feet are alternately walking or running, the frequency of the periodic signal in the left and right directions has a value 1/2 of the frequency of the periodic signal in the up and down directions and the front and rear directions. It's easy to see in the graph on the right. On the other hand, one foot or both feet are always in contact with the ground when walking, while one or both feet are floating from the ground when driving. That is, when the walking or running is made, large shaking in the head must occur periodically.
상술한 바와 같은 점들을 고려하여, 상기 운동 형태 판단 단계는, 하기의 식을 만족하면 사용자 운동을 보행 및 주행 상태로 판단하고, 그렇지 않으면 그 외의 운동으로 판단하도록 이루어진다. 즉 아래의 관계식을 쉽게 풀어 설명하면, 상하 방향 및 좌우 방향으로 주기적으로 흔들리는 정도가 어느 수준 이상으로 크게 나타나면 보행 또는 주행이 이루어지고 있다고 판단한다.In consideration of the above-described points, the exercise type determination step may be performed to determine the user's movement as a walking and driving state if the following equation is satisfied, and to determine other movements. In other words, when the following relation is easily solved and explained, it is determined that walking or driving is performed when the degree of periodic shaking in the vertical direction and the left and right directions is greater than a certain level.
Mz,p / Mz,other > cz and Mx,p / Mx,other > cx M z, p / M z, other > c z and M x, p / M x, other > c x
(여기에서,(From here,
az : 상하 방향 가속도,a z : acceleration in the vertical direction,
fp : 상하 방향 가속도 az의 푸리에 변환 결과에서의 최대 크기를 갖는 주파수,f p : frequency with the maximum magnitude in the Fourier transform result of the up-down acceleration a z ,
Mz,p : 상하 방향 가속도 az의 푸리에 변환 결과에서 fp를 중심 주파수로 하며 1Hz 미만의 대역폭을 갖는 상하 방향 기준 밴드에 속하는 주파수 성분의 에너지 총합,M z, p : Vertical acceleration in a Fourier transform result of a z a f p to the center frequency and the total energy of the frequency components in the vertical direction based on the band with a bandwidth of less than 1Hz,
Mz,other : 상하 방향 가속도 az의 푸리에 변환 결과에서 상기 상하 방향 기준 밴드를 제외한 나머지 주파수 성분의 에너지 총합,M z, other : Sum of energy of remaining frequency components excluding the vertical reference band from the Fourier transform result of vertical acceleration a z ,
cz : 미리 결정된 상하 방향 기준 역치,c z : a predetermined vertical reference threshold,
ax : 좌우 방향 가속도,a x : the horizontal acceleration,
Mx,p : 좌우 방향 가속도 ax의 푸리에 변환 결과에서 fp/2를 중심 주파수로 하며 1Hz 미만의 대역폭을 갖는 좌우 방향 기준 밴드에 속하는 주파수 성분의 에너지 총합,M x, p: the Fourier transform results in the lateral direction acceleration a x in f p / 2 of the center frequency and the total energy of the frequency components in the left and right directions based on the band with a bandwidth of less than 1Hz,
Mx,other : 좌우 방향 가속도 ax의 푸리에 변환 결과에서 상기 좌우 방향 기준 밴드를 제외한 나머지 주파수 성분의 에너지 총합,M x, other : Sum of energy of remaining frequency components excluding the left and right reference bands from the Fourier transform result of left and right acceleration a x ,
cx : 미리 결정된 좌우 방향 기준 역치)c x : predetermined left and right reference threshold)
위와 같은 식을 만족함으로써 사용자 운동이 보행 및 주행 상태라고 판단되었을 때, 이제는 그 운동이 보행인지 주행인지를 판단해야 한다. 이 때, 앞서 설명한 바와 같이 보행 시에는 항상 한 발 또는 양 발이 지면에 닿아 있게 되고, 주행 시에는 한 발 또는 양 발이 지면으로부터 떠 있게 된다. 여기에서 주행 중 양 발이 지면으로부터 떠 있는 시점에서는, 양 발은 허공을 젓고 있기 때문에 사용자에게 상하 방향으로 더 가해지는 외부 힘이 없고, 따라서 이 때에는 상하 방향 가속도(az)가 최소의 상수값으로서 형성되게 된다.When it is determined that the user exercise is walking and driving by satisfying the above equation, it is now necessary to determine whether the exercise is walking or driving. At this time, as described above, one foot or both feet are always in contact with the ground during walking, and one or both feet are floating from the ground during driving. Here, at the time when both feet are lifted up from the ground while driving, there is no external force exerted on the user in the up and down direction because both feet are flying in the air, so the up and down acceleration (a z ) is the minimum constant value at this time. Will be formed.
상술한 바와 같은 점들을 고려하여, 상기 운동 형태 판단 단계는, 상하 방향 가속도(az)의 푸리에 변환 결과에서 하기의 식을 만족하는 구간이 존재하면 사용자 운동을 주행 상태로 판단하고, 그렇지 않으면 보행 상태로 판단하도록 이루어진다.In consideration of the points described above, the step of determining the movement type determines that the user's motion is a driving state if there is a section satisfying the following equation in the Fourier transform result of the up-down acceleration a z , otherwise walking It is made to judge the state.
az < ka z <k
(여기에서,(From here,
k : 스탠스 판별 상수)k: stance determination constant)
여기에서 스탠스 판별 상수(stance phase constant)는, 가속도계가 중력 외에 다른 외력이 작용하지 않을 때의 신호 레벨 수준의 기설정된 값으로서, 대략 0에 가까운 값으로 적절히 결정될 수 있다.Here, the stance phase constant is a predetermined value of the signal level level when the accelerometer does not apply any external force other than gravity, and may be appropriately determined as a value close to approximately zero.
상술한 바와 같은 세부 단계로 이루어지는 상기 데이터 수집 및 운동 인식 단계를 통해 사용자의 보행 또는 주행 운동이 감지되면, 수집된 변수들을 사용하여 가속도 기반 운동 상태 값 도출 단계가 이루어지게 된다. When the user's walking or driving motion is detected through the data collection and motion recognition step including the detailed steps as described above, an acceleration-based exercise state value derivation step is performed using the collected variables.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가속도 기반 운동 상태 값 도출 단계의 상세 흐름도를 도시한다.12 is a detailed flowchart of an acceleration-based exercise state value derivation step according to another embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이 가속도 기반 운동 상태 값 도출 단계는 질량 중심 가속도 도출 단계, 질량 중심 속도 및 위치 도출 단계를 포함한다.As shown, the acceleration-based motion state value derivation step includes a mass center acceleration derivation step, a center of mass velocity and a location derivation step.
상기 질량 중심 가속도 도출 단계에서는, 3축 방향 가속도(ax, ay, az) 각각의 값에 미리 결정된 게인 값을 곱하여 사용자 질량 중심의 가속도를 도출한다. 일반적으로 어떤 대상물의 운동을 분석할 경우 그 대상물의 질량 중심의 운동을 기준으로 분석하게 되는데, 앞서 분석에 사용된 모든 변수값들은 사용자의 머리에서 측정된 것이기 때문에, 이를 질량 중심의 운동 상태 값으로 변환하는 것이다. 이러한 게인 값은 상수 벡터(γ)로 나타날 수 있으며, 사용자 키 정보 등과 같은 신체 정보를 이용하여 미리 구해질 수 있다.In the derivation of the center of gravity acceleration, the acceleration of the user center of mass is derived by multiplying each of the three-axis accelerations a x , a y , a z by a predetermined gain value. In general, when analyzing the motion of an object, it is analyzed based on the motion of the center of mass of the object. Since all the variables used in the analysis are measured in the user's head, it is referred to as the state of motion of the center of mass. To convert. This gain value may be represented by a constant vector γ, and may be previously obtained using body information such as user key information.
상기 질량 중심 속도 및 위치 도출 단계에서는, 미리 측정된 사용자 키 정보, 사용자 위치 정보 및 질량 중심 가속도를 이용하여 사용자 질량 중심의 속도 및 위치를 도출한다. 즉 상술한 바와 같이 구해진 질량 중심 가속도를 적분하여 (적분상수값이 더해진) 질량 중심의 속도, 위치를 구할 수 있으며, 또는 위치 측정 센서에 의해 시간적으로 측정된 사용자 위치 정보를 이용하여 질량 중심의 속도, 위치를 구할 수도 있다. 이 두 계산값 사이에는 적분상수값 만큼의 오차가 있는 바 이를 적절히 비교하여 정확한 질량 중심의 속도, 위치 값을 구해낼 수 있다.In the center of mass velocity and position derivation step, the speed and position of the center of mass of the user are derived using previously measured user key information, user position information, and center of mass acceleration. That is, it is possible to obtain the velocity and position of the center of mass (integrated by the integral constant value) by integrating the center of mass acceleration obtained as described above, or the velocity of the center of mass using the user position information measured in time by the position measuring sensor. You can also get the location. There is an error as much as the integral constant between these two calculated values. By comparing them properly, the velocity and position of the center of mass can be accurately calculated.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 사용자의 머리에서 측정된 가속도, 위치 등을 사용하여, 사용자가 보행 또는 주행 운동을 하고 있는지를 정확히 판단해 낼 수 있으며, 또한 보행 또는 주행 시 사용자의 질량 중심이 어떻게 운동하고 있는지(즉 질량 중심의 가속도, 속도, 위치가 어떻게 나타나는지) 정확하게 파악할 수 있다. 따라서 이를 기반으로 보행 또는 주행 자세의 다양한 요소를 도출하고, 자세의 교정에 활용할 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, it is possible to accurately determine whether the user is walking or driving by using the acceleration, the position, and the like measured at the user's head. You can see exactly how you are moving (ie how the acceleration, velocity, and position of the center of mass are represented). Therefore, based on this, it is possible to derive various elements of walking or driving posture and to use it for correcting posture.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 운동 자세 도출 장치의 사용 상태들을 도시한다.13 is a view illustrating usage states of the exercise posture deriving apparatus according to another embodiment of the present invention.
본 실시예에 따른 운동 자세 도출 장치(1300)는, 도 13에 도시되어 있는 바와 같이 사용자의 신체, 보다 구체적으로는 머리 및 허리에 나누어 착용되도록 이루어진다. 즉 본 실시예에 따른 운동 자세 도출 장치(1300)는, 도 13의 개략도에 나타나는 바와 같이, 머리측에 착용되는 머리측 센서 신호 수집부(1310H)는 이어폰과 같이 귀에 꽂는 형태로 이루어지고, 허리측에 착용되는 허리측 센서 신호 수집부(1310W)는 벨트에 꽂는 형태로 이루어질 수 있다. 물론 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 상기 머리측 센서 신호 수집부(1310H)가 헤어밴드 형태, 안경 형태, 별도의 모자에 꽂아 부착하는 형태, 헬멧 형태 등 다양하게 변경 실시될 수 있음은 당연하다.As shown in FIG. 13, the exercise posture deriving apparatus 1300 according to the present exemplary embodiment is configured to be divided into a user's body, more specifically, a head and a waist. That is, in the exercise posture deriving apparatus 1300 according to the present embodiment, as shown in the schematic diagram of FIG. 13, the head sensor signal collecting unit 1310H worn on the head is formed to be inserted into the ear like an earphone, and the waist The waist sensor signal collector 1310W worn on the side may be formed to be plugged into a belt. Of course, the present invention is not limited thereto, and for example, the head sensor signal collecting unit 1310H may be variously modified, such as a headband shape, a glasses shape, a shape to be attached to a separate hat, a helmet shape, and the like. Of course.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 운동 자세 도출 장치의 개략도를 도시한다.14 is a schematic diagram of an apparatus for deriving an exercise posture according to another embodiment of the present invention.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 운동 자세 도출 장치(1300)는, 도 14에 도시된 바와 같이, 머리측 센서 신호 수집부(1310H), 허리측 센서 신호 수집부(1310W) 및 운동 자세 도출부(1421)를 포함한다. 운동 자세 도출 장치(1300)는 운동 교정 생성부(1422) 및 교정 정보 출력부(1430)를 더 포함한다.Exercise posture deriving apparatus 1300 according to another embodiment of the present invention, as shown in Figure 14, the head sensor signal collector 1310H, the waist sensor signal collector 1310W and exercise posture derivation unit 1442. The exercise posture deriving apparatus 1300 further includes an exercise correction generator 1422 and a correction information output unit 1430.
머리측 센서 신호 수집부(1310H)는, 상하, 좌우, 전후를 포함하는 머리측 3축 방향 가속도 센서(1411H)를 포함하여 이루어지며, 허리측 센서 신호 수집부(1310W)는, 상하, 좌우, 전후를 포함하는 허리측 3축 방향 가속도 센서(1411W) 및 사용자 위치를 측정하는 위치 측정 센서(1412W)를 포함하여 이루어진다.The head sensor signal collection unit 1310H includes a head side triaxial acceleration sensor 1411H including up, down, left and right, front and rear, and the waist side sensor signal collection unit 1310W is configured to be vertical, horizontal, horizontal, And a position measuring sensor 1412W for measuring a user's position and a waist side three-axis acceleration sensor 1411W including front and rear.
머리측 및 허리측 3축 방향 가속도 센서(1411H)(1411W)는 자이로스코프를 내장하는 형태 등과 같이 일반적으로 3축 방향의 가속도를 측정하는 데 사용되는 센서들 중 적절한 것을 선택하여 채용할 수 있다. 위치 측정 센서(1412W)는 사용자의 절대 위치를 측정하기 위한 것으로서, 예를 들어 GPS 신호를 이용하여 사용자 위치를 측정하도록 이루어질 수 있으며, 또는 최근 GPS보다 정확성이 높은 초정밀 위성항법 기술이 개발되고 있는바 이러한 기술이 적용되는 센서가 사용될 수도 있다. 더불어 머리측 및 허리측 센서 신호 수집부(1310H)(1310W)는, 이하 보다 상세히 설명될 운동 인식 및 분석 과정에서의 정확도를 높일 수 있도록, 도 14에 도시된 바와 같이 3축 방향 각속도 센서(1412H)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.The head side and waist side three- axis acceleration sensors 1411H and 1411W may be appropriately selected and used among sensors generally used for measuring acceleration in three axes, such as a form in which a gyroscope is incorporated. The position measuring sensor 1412W is for measuring an absolute position of a user. For example, the position measuring sensor 1412W may be configured to measure a user's position using a GPS signal. Sensors to which this technique is applied may also be used. In addition, the head and waist sensor signal collectors 1310H and 1310W are three-axis angular velocity sensors 1412H as shown in FIG. 14 to increase the accuracy in the motion recognition and analysis process, which will be described in more detail below. ) May be further included.
본 실시예에 따른 운동 자세 도출 장치(1300)에서 머리측 및 허리측 센서 신호 수집부(1310H)(1310W)는, 도 13에 도시된 바와 같이 사용자의 머리 및 허리에 착용되어 가속도, 속도, 위치 등과 같은 사용자의 동적 물리량을 측정한다. 특히, 본 실시예에서는 자세 도출을 위한 사용자의 동적 물리량 측정 시, 사용자 신체의 질량 중심의 운동과 가장 흡사하게 나타나는 위치에서 측정된 값을 사용하도록 이루어진다. 구체적인 예를 들자면, 본 발명에서는 좌우 방향의 가속도는 머리측에서 측정하고, 전후 방향의 가속도 및 위치는 허리측에서 측정하고, 상하 방향의 가속도는 머리측 또는 허리측에서 측정하도록 한다. 상하 방향의 가속도의 경우에 대해서 좀더 부연하자면, 상하 방향의 가속도는 머리측 또는 허리측 어디에서 측정하여도 상당히 정확하게 잘 나타나므로, 머리측이나 허리측 둘 중 하나에서 측정된 값을 선택적으로 사용하여도 되고, 또는 양측에서 측정된 값들의 평균값을 사용하여도 되는 등 적절하게 선택할 수 있다.In the exercise posture deriving apparatus 1300 according to the present exemplary embodiment, the head and waist sensor signal collecting units 1310H and 1310W are worn on the head and waist of the user as shown in FIG. Measure the user's dynamic physical quantity. In particular, in the present embodiment, when measuring the dynamic physical quantity of the user for the posture derivation, it is made to use the value measured at the position that appears most similar to the movement of the center of mass of the user's body. For example, in the present invention, the acceleration in the left and right directions is measured at the head side, the acceleration and the position in the front and rear directions are measured at the waist side, and the acceleration in the vertical direction is measured at the head side or the waist side. More specifically, in the case of the up-down acceleration, the up-down acceleration is quite accurate even when measured from the head side or the waist side, so that the value measured at either the head side or the waist side can be selectively used. Alternatively, the average value of the measured values on both sides may be used.
물론 일반적으로 가속도 센서는 상하, 좌우, 전후 즉 3축 방향의 가속도를 모두 측정할 수 있도록 이루어지며, 따라서 머리측 센서 신호 수집부(1310H) 단독 또는 허리측 센서 신호 수집부(1310W) 단독에서 수집된 상하, 좌우, 전후 방향 가속도들을 이용하여 이후 설명될 여러 계산들을 수행할 수도 있음은 물론이다. 그런데 보행 및 주행이 이루어질 때, 상대적으로 머리에서의 좌우 움직임과 사용자 신체의 질량 중심의 좌우 움직임이 보다 유사하게 나타나고, 또한 상대적으로 허리에서의 전후 움직임과 사용자 신체의 질량 중심의 전후 움직임이 보다 유사하게 나타난다. 더불어 상하 움직임은 머리, 허리, 질량 중심 모두에서 유사하게 나타난다. 한편 이후 설명될 본 발명의 운동 인식 방법에서, 궁극적으로는 사용자 신체의 질량 중심에서의 동적 물리량을 사용하여 운동 인식이나 자세 도출 등이 이루어지게 된다. 이러한 사항들을 종합하여 볼 때, 머리측에서 좌우 방향 가속도를 측정하고, 허리측에서 전후 방향 가속도를 측정하고, 머리측 또는 허리측 중 적절히 원하는 대로 선택하여 상하 방향 가속도를 측정하거나 또는 양측 모두에서 측정하여 평균값을 낸 값으로서 상하 방향 가속도를 산출함으로써, 최종적인 운동 인식이나 자세 도출 등이 훨씬 정확하게 이루어지는 효과를 얻을 수 있게 된다.Of course, in general, the acceleration sensor is made to measure the acceleration in the three axis direction, that is, up and down, left and right, front and rear, and thus collected in the head sensor signal collector 1310H alone or the waist sensor signal collector 1310W alone. Of course, it is also possible to perform various calculations to be described later using the up, down, left, and right directions. However, when walking and driving are performed, the left and right movements in the head and the left and right movements of the center of mass of the user's body appear more similar, and the forward and backward movements in the waist and the front and rear movements of the center of mass of the user's body are more similar. Appears. In addition, the vertical movement is similar in the head, waist and center of mass. On the other hand, in the motion recognition method of the present invention to be described later, the motion recognition or posture derivation is made using the dynamic physical quantity at the center of mass of the user's body. Putting these things together, the left and right accelerations are measured on the head side, the front and back accelerations are measured on the waist side, and the head or waist side is appropriately selected to measure the vertical acceleration or both sides. By calculating the acceleration in the vertical direction as a value obtained by the average value, it is possible to obtain the effect that the final motion recognition, posture derivation, and the like are much more accurate.
운동 자세 도출부(1421)는, 머리측 및 허리측 센서 신호 수집부(1310H)(1310W)로부터 신호를 전달받아, 3축 방향 가속도 및 위치 신호를 사용하여 사용자 질량 중심의 가속도, 속도, 위치를 포함하는 보행 또는 주행 운동 상태 값을 도출하고, 상기 보행 또는 주행 운동 상태 값을 분석하여 보행 또는 주행자세를 도출하는 역할을 한다. 구체적으로, 운동 자세 도출부(1421)는 상기 보행 또는 주행 운동 상태 값으로부터 압력 중심 경로를 추산하며, 상기 압력 중심 경로를 분석하여 보행 또는 주행 자세를 도출한다. 운동 자세 도출부(1421)에서 사용하는 본 발명의 분석 알고리즘에 대해서는 이후 보다 상세히 설명될 것이므로 여기에서는 설명을 생략한다.The exercise posture deriving unit 1421 receives a signal from the head and waist sensor signal collecting units 1310H and 1310W, and uses the 3-axis acceleration and position signals to determine the acceleration, velocity, and position of the user's center of mass. Deriving a walking or driving exercise state value, and analyzing the walking or driving exercise state value serves to derive a walking or driving posture. Specifically, the exercise posture deriving unit 1421 estimates a pressure center path from the walking or driving motion state value, and derives a walking or driving posture by analyzing the pressure center path. The analysis algorithm of the present invention used by the exercise posture deriving unit 1421 will be described in more detail later, and thus description thereof is omitted.
한편 운동 자세 도출부(1421)는, 다양한 계산을 수행할 수 있는 집적 회로 형태로 이루어져 허리측 센서 신호 수집부(1310W)와 일체로서 하나의 기판 상에 형성될 수도 있고, 또는 별도의 컴퓨터 등과 같은 형태로 이루어질 수도 있다. 더불어 머리측 및 상기 허리측 센서 신호 수집부(1310H)(1310W)에는, 운동 자세 도출부(1421)와의 신호 전달을 위해 각각 머리측 통신부(1413H) 및 허리측 통신부(1413W)가 구비될 수 있다. 허리측 센서 신호 수집부(1310W)가 운동 자세 도출부(1421)와 일체로 형성되는 경우, 허리측 통신부(1310W)는 운동 자세 도출부(1421)와 직접 연결되어 신호 전달을 할 수 있으며, 또는 허리측 통신부(1413W)는 머리측 통신부(1413H)로부터 전달되어 오는 신호를 받아 상기 운동 자세 도출부(1421)에 전달해 주는 역할을 할 수도 있다. 머리측 및 허리측 통신부(1413H)(1413W)는 유선으로 이루어질 수도 있으며, 또는 보다 사용자 편의성을 높일 수 있도록 블루투스, 와이파이, NFC 중 선택되는 적어도 하나의 무선 통신을 이용하여 신호가 전달되도록 이루어질 수도 있다.Meanwhile, the exercise posture deriving unit 1421 may be formed in an integrated circuit that may perform various calculations, and may be formed on one substrate as one body with the waist sensor signal collecting unit 1310W, or may be a separate computer. It may also be in the form. In addition, the head and waist sensor signal collecting unit 1310H and 1310W may be provided with a head communication unit 1413H and a waist communication unit 1413W, respectively, for signal transmission with the exercise posture deriving unit 1421. . When the waist sensor signal collecting unit 1310W is integrally formed with the exercise posture deriving unit 1421, the waist side communication unit 1310W may be directly connected to the exercise posture deriving unit 1421 to transmit a signal, or The waist communication unit 1413W may serve to receive a signal transmitted from the head communication unit 1413H and transmit the signal to the exercise posture deriving unit 1421. Head and waist communication unit (1413H) (1413W) may be made of a wire, or may be made to transmit a signal using at least one wireless communication selected from Bluetooth, Wi-Fi, NFC to increase user convenience. .
운동 교정 생성부(1422)는, 운동 자세 도출부(1421)에 의하여 도출된 보행 자세와 기준 자세를 비교하여 자세 교정용 정보를 생성하는 역할을 한다. 운동 자세 도출부(1421)에서는 상술한 바와 같이 머리측 및 허리측 센서 신호 수집부(1310H)(1310W)에서 수집된 신호를 바탕으로 사용자의 보행 또는 주행 자세를 도출하는데, 구체적인 예를 들자면 보행 또는 주행 시 사용자의 진행 방향, 속도 등을 도출할 수 있으며, 이로부터 보행 자세의 요소 중 하나인 보폭을 얻을 수 있다. 이러한 경우 운동 교정 생성부(1422)에서는, 보행 및 주행 속도별 최적의 키-보폭 관계 데이터를 내장하고 있다가, 해당 사용자의 보행 자세 정보를 이와 비교하여 해당 사용자의 키에 비해 보폭이 지나치게 넓거나 좁지는 않은지를 판단하고, 최적 범위에서 벗어날 경우 줄이거나 늘려야 할 보폭 교정량을 용이하게 산출해 낼 수 있는 것이다.The exercise correction generating unit 1422 generates the posture correction information by comparing the walking posture derived by the exercise posture deriving unit 1421 and the reference posture. The exercise posture deriving unit 1421 derives a walking or driving posture of the user based on the signals collected by the head and waist sensor signal collecting units 1310H and 1310W as described above. The driving direction, the speed, and the like of the user can be derived while driving, and the stride length, which is one of the elements of the walking posture, can be obtained from this. In this case, the exercise correction generator 1422 embeds optimal key stride relationship data for each walking and traveling speed, and compares the walking posture information of the corresponding user with an excessively wide stride length compared to the height of the corresponding user. It is easy to determine whether it is narrow and to calculate the amount of stride correction that should be reduced or increased if it is out of the optimum range.
교정 정보 출력부(1430)는, 이처럼 운동 교정 생성부(1422)에 의하여 생성된 자세 교정용 정보를 음향, 도해, 영상을 포함하는 사용자가 인식 가능한 정보로서 변환하여 출력한다. 예를 들자면, 보폭 교정량이 산출되어 보폭을 줄여야 할 필요가 있을 경우, 운동 자세 도출 장치(1300) 상에 구비된 스피커를 통해 "보폭을 줄이세요"와 같은 음성이 출력되도록 하거나, 경고음이 울리게 하여 사용자가 최적 보폭이 아님을 인지하고 보행 자세를 바꾸도록 유도할 수 있다. 특히 이와 같이 구성되는 경우, 교정 정보 출력부(1430)는 머리측 센서 신호 수집부(1310H)와 일체로 이루어짐으로써, 사용자의 정보 수집 기관 즉 눈, 귀 등에 가깝게 배치되어 정보를 전달하도록 이루어지는 것이 바람직하다. 즉 구체적인 예시로서, 머리측 센서 신호 수집부(1310H)가 도 13에 도시된 예시와 같이 귀에 꽂는 이어폰 형태로 이루어지고, 출력되는 정보 형태가 음성, 음향 신호일 경우, 교정 정보 전달의 효율이 극대화될 수 있다. 또는 스마트폰, 컴퓨터, 또는 전용 디스플레이 등과 연결되어, 도해 또는 영상으로 정확한 교정 정보가 출력되도록 할 수도 있는 등, 다양한 형태로의 실현이 가능하다.The correction information output unit 1430 converts and outputs the posture correction information generated by the exercise correction generator 1422 as information recognizable by a user including sound, illustration, and image. For example, if it is necessary to reduce the stride length by calculating the stride length correction amount, a voice such as "Reduce stride length" is output through a speaker provided on the exercise posture derivation device 1300, or a warning sound sounds. The user may be not aware of the optimal stride length and may be encouraged to change the walking posture. In particular, in this configuration, since the calibration information output unit 1430 is integrally formed with the head sensor signal collection unit 1310H, it is preferable that the calibration information output unit 1430 is disposed close to the user's information collection organ, that is, the eye, the ear, and the like, to transmit the information. Do. That is, as a specific example, when the head sensor signal collection unit 1310H is formed in the form of earphone plug into the ear as shown in the example shown in Figure 13, and the output information type is a voice, sound signal, the efficiency of calibration information transmission is maximized Can be. Alternatively, the present invention may be realized in various forms, such as connected to a smartphone, a computer, a dedicated display, or the like, so that accurate calibration information may be output as an illustration or an image.
더불어 운동 자세 도출 장치(1300)는, 운동 자세 도출부(1421)에 의하여 도출된 보행 자세를 외부의 데이터베이스(1440)에 전송하여 누적적으로 저장하도록 이루어질 수 있다. 이러한 보행 또는 주행 운동 분석을 필요로 하는 사용자는, 건강 촉진을 위해 매일 산책 또는 조깅을 수행하는 일반인이나, 또는 신체 능력 향상을 위해 훈련하는 전문가 등이 있을 수 있으며, 이러한 운동 분석 데이터가 누적되어 시간적인 변화를 볼 수 있도록 이루어지는 것이 당연히 바람직하다. 뿐만 아니라, 이처럼 운동 분석 데이터가 대량으로 누적 저장되면, 이러한 데이터가 빅데이터로서 활용되어 각종 통계나 분석에 사용될 수도 있는 등, 다양한 활용이 가능하다.In addition, the exercise posture deriving apparatus 1300 may be configured to transmit and store the walking posture derived by the exercise posture deriving unit 1421 to an external database 1440 to accumulate the posture. A user who needs such walking or driving motion analysis may be a general person who performs daily walking or jogging to promote health, or an expert who trains to improve physical ability. Naturally, it is desirable to be able to see the change. In addition, when the exercise analysis data is accumulated and stored in a large amount as described above, such data may be used as big data and used for various statistics or analysis, and thus various applications are possible.
상술한 바와 같이 이루어지는 본 실시예에 따른 운동 자세 도출 장치(1300)에서, 운동 인식부터 운동 자세 도출을 거쳐 교정 정보 출력까지 이루어지는 구체적이고 종합적인 예시를 들자면 다음과 같다. 먼저 앞서 설명한 바와 같이 사용자 신체의 질량 중심의 운동과 흡사하도록, 머리측에서 좌우 방향 가속도를 수집하고, 허리측에서 전후 방향 가속도 및 위치를 수집하고, 머리측 또는 허리측에서 상하 방향 가속도를 수집한다.In the exercise posture derivation apparatus 1300 according to the present exemplary embodiment as described above, specific and comprehensive examples of the movement information recognition through the exercise posture derivation and the output of the correction information are as follows. First, the left and right acceleration is collected at the head side, the front and rear acceleration and the position are collected at the waist side, and the up and down acceleration is collected at the head side or the waist side, similar to the movement of the center of mass of the user's body as described above. .
허리측 센서 신호 수집부(1310W)는 운동 자세 도출부(1421)와 일체로 이루어질 수 있으며, 따라서 머리측 센서 신호 수집부(1310H)에서 수집된 물리량들은 머리측 통신부(1413H)를 통해 운동 자세 도출부(1421) 측으로 전달된다. 이 때 허리측 센서 신호 수집부(1310W)에 구비된 허리측 통신부 (1413W)가 이 신호를 전달받아 운동 자세 도출부(1421)로 전달해 주도록 이루어지면 더욱 효율적이다.The waist sensor signal collector 1310W may be integrally formed with the exercise pose derivation unit 1421, and thus, the physical quantities collected by the head sensor signal collector 1310H may be derived through the head communication unit 1413H. It is transmitted to the part 1421 side. At this time, the waist side communication unit 1413W provided in the waist sensor signal collecting unit 1310W receives the signal and transmits the signal to the exercise posture deriving unit 1421.
이와 같이 수집된 가속도 및 위치 등의 물리량을 이용하여, 운동 자세 도출부(1421)에서는 사용자의 보행 및 주행 자세를 도출한다. 운동 교정 생성부(1422)에서는 이처럼 도출된 실제 사제와 이상적인 기준 자세를 비교하여 자세 교정용 정보를 생성하게 된다. 운동 자세 도출부(1421) 및 운동 교정 생성부(1422) 역시 일체로 이루어질 수 있으며, 즉 이들은 허리측 센서 신호 수집부(1310W)와 일체로 이루어지게 된다.Using the physical quantities such as the acceleration and the position collected in this way, the exercise posture deriving unit 1421 derives the walking and driving postures of the user. The exercise correction generator 1422 generates the posture correction information by comparing the derived actual priest with the ideal reference posture. The exercise posture deriving unit 1421 and the exercise correction generating unit 1422 may also be integrally formed, that is, they are integrally formed with the waist sensor signal collecting unit 1310W.
이처럼 생성된 자세 교정용 정보가 사용자에게 효과적으로 전달되기 위해서는, 사용자의 정보 수집 기관인 눈, 귀 등에 가까운 머리측에서 정보가 전달되게 하는 것이 바람직하다. 앞서 설명한 바와 같이 머리측 센서 신호 수집부(1310H)와 교정 정보 출력부(1430)가 일체로 이루어질 경우, 상기 생성된 자세 교정용 정보가 허리측 통신부(1413W) 및 머리측 통신부(1413H)를 순차적으로 거쳐 교정 정보 출력부(1430)로 전달되어, 사용자의 귀에 음성 메시지를 전달하는 등과 같은 형태로 교정 정보의 효과적인 전달이 이루어지게 된다.In order for the posture correction information thus generated to be effectively delivered to the user, it is preferable that the information is transmitted from the head side close to the eyes, ears, and the like, which are the user's information collection institutions. As described above, when the head sensor signal collection unit 1310H and the calibration information output unit 1430 are integrally formed, the generated posture correction information sequentially processes the waist communication unit 1413W and the head communication unit 1413H. The calibration information output unit 1430 is delivered to the calibration information output unit 1430 to effectively transmit the calibration information in the form of delivering a voice message to the user's ear.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 운동 자세 도출 방법은, 운동 자세 도출 장치(1300)를 이용하여 사용자의 운동을 감지하고 보행인지 주행인지를 판단하는 등의 분석을 수행한다. 이 때 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에서 사용되는 분석 알고리즘은 사용자의 머리 및 허리에서 측정되는 동적 물리량을 이용하는 바, 상기 운동 자세 도출 장치(1300)는 최소한으로는 상하, 좌우, 전후를 포함하는 머리측 3축 방향 가속도 센서(1411H), 상하, 좌우, 전후를 포함하는 허리측 3축 방향 가속도 센서(1411W) 및 사용자 위치를 측정하는 위치 측정 센서(1412W)를 포함하여 이루어지면 되며, 상기 운동 자세 도출부(1421)에서 이하에 설명될 분석 알고리즘이 수행되면 된다. 또한 상기 운동 자세 도출 장치(1300)는 장치의 기능 향상을 위해 앞서 설명한 다양한 부가 구성들을 더 포함하여 이루어질 수도 있음은 물론이다.According to another exemplary embodiment of the present invention, a method for deriving an exercise posture may be performed by using the exercise posture derivation apparatus 1300 to detect a user's exercise and determine whether the user is walking or driving. At this time, as described above, the analysis algorithm used in the present invention uses a dynamic physical quantity measured in the user's head and waist bar, the exercise posture derivation apparatus 1300 is at least a head including a top, bottom, left and right, front and rear The three-axis direction acceleration sensor 1411H side, the three-axis direction acceleration sensor 1411W, including the up, down, left, right, front and rear, and a position measuring sensor 1412W for measuring the user's position, the exercise posture In the deriving unit 1421, an analysis algorithm to be described below may be performed. In addition, the exercise posture deriving apparatus 1300 may further include various additional components described above for improving the function of the apparatus.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 부상 위험성 정량화 장치의 개략도를 도시한다.15 shows a schematic diagram of an apparatus for quantifying injury risk according to another embodiment of the present invention.
본 실시예에 따른 부상 위험성 정량화 장치(1500)는 보행 또는 주행 시 발생할 수 있는 부상 위험성을 사용자에게 알려주는 장치이다. 보다 구체적으로 설명하자면 다음과 같다. 보행 또는 주행 시, 자세가 잘못되어 있거나 지면이 딱딱하다거나 등과 같은 다양한 이유로 인하여 발목, 무릎, 허리 등에 무리가 갈 수 있고 이것이 부상으로 이어질 위험이 있다는 문제가 잘 알려져 있다. 이러한 위험을 막기 위하여 종래에는 충격 흡수과 같은 기능성 운동화를 착용하는 등과 같은 정도의 대처밖에는 하지 못했으며, 실제로 얼마나 부상 위험성이 발생하는지 알 수 있는 정확한 지표가 없었던 실정이다. 본 실시예에서는, 이러한 부상 위험성을 판단지표로서 정량화하고, 이를 이용하여 부상 위험성이 어느 수준 이상으로 올라가면 사용자에게 경보로서 위험 정도를 알려 주도록 한다. 이를 통해 사용자는 부상이 발생하기 전에 적절히 보행 또는 주행을 멈추거나, 자세를 교정하거나, 운동화를 교체하거나, 보행 또는 주행 코스를 변경하는 등과 같은 대처를 할 수 있게 되어, 궁극적으로 보행 또는 주행 시 발생하는 부상 위험성을 크게 저감할 수 있게 된다.Injury risk quantification device 1500 according to the present embodiment is a device for informing the user of the risk of injury that may occur during walking or driving. More specifically, it is as follows. When walking or driving, it is well known that a variety of reasons, such as a bad posture or a hard ground, can cause a strain on the ankle, knee, waist, etc., which may lead to injury. In order to prevent such a risk, conventionally, only a measure such as wearing a functional sneaker such as shock absorbing, etc., has not been an accurate indicator to know how much a risk of injury actually occurs. In the present embodiment, the risk of injury is quantified as a determination index, and when the risk of injury rises above a certain level, the user is notified of the degree of danger as an alarm. This allows the user to take appropriate measures to stop walking or driving properly, correct posture, change shoes, change walking or driving course before injury, and ultimately occur during walking or driving. This can greatly reduce the risk of injury.
본 실시예에 따른 부상 위험성 정량화 장치(1500)는, 센서 신호 수집부(1510), 제어부(1520) 및 경보부(1530)를 포함한다. 부상 위험성 정량화 장치(1500)는 데이터베이스(1540)를 더 포함할 수 있다.The injury risk quantification device 1500 according to the present embodiment includes a sensor signal collection unit 1510, a controller 1520, and an alarm unit 1530. The injury risk quantification device 1500 may further include a database 1540.
센서 신호 수집부(1510)는 가속도 센서(1511)를 포함하고, 사용자의 팔을 제외한 상체에 착용된다. 센서 신호 수집부(1510)는 단일 개여도 무방하고 또는 복수 개여도 무방하다. 센서 신호 수집부(1510)는 2개로 형성되어 사용자의 머리 및 허리 각각에 착용될 수 있으며, 이 경우 사용자의 머리측에 착용되는 센서 신호 수집부를 머리측 센서 신호 수집부(1510H), 사용자의 허리측에 착용되는 센서 신호 수집부를 허리측 센서 신호 수집부(1510W)로 구분할 수 있다. 착용 상태의 구체적인 예시로서, 머리측에 착용되는 머리측 센서 신호 수집부(1510H)는 이어폰과 같이 귀에 꽂는 형태로 이루어지고, 허리측에 착용되는 허리측 센서 신호 수집부(1510W)는 벨트에 꽂는 형태로 이루어질 수 있다. 물론 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 상기 머리측 센서 신호 수집부(1510H)가 헤어밴드 형태, 안경 형태, 별도의 모자에 꽂아 부착하는 형태, 헬멧 형태 등 다양하게 변경 실시될 수 있음은 당연하다. 또한 도면에는 도시되지 않았으나, 센서 신호 수집부(1510)는 사용자의 팔을 제외한 상체 어디에든 착용될 수 있는데, 예를 들어 가슴 부위에 착용되도록 할 경우 의복의 가슴주머니에 수용되거나 꽂아 부착하는 형태, 별도의 조끼나 하네스 등을 이용하여 착용하는 형태 등과 같은 다양한 변경 실시가 가능하다.The sensor signal collector 1510 includes an acceleration sensor 1511 and is worn on the upper body except the user's arm. The sensor signal collection unit 1510 may be a single dog or a plurality of dogs. The sensor signal collector 1510 may be formed in two and may be worn on each of the user's head and waist. In this case, the sensor signal collector that is worn on the user's head may be the head sensor signal collector 1510H and the user's waist. The sensor signal collector worn on the side may be divided into the waist sensor signal collector 1510W. As a specific example of the wearing state, the head sensor signal collection unit 1510H worn on the head side is made of an ear plug like earphone, and the waist sensor signal collector 1510W worn on the waist side is plugged into a belt. It may be made in the form. Of course, the present invention is not limited thereto, and for example, the head sensor signal collecting unit 1510H may be variously modified, such as a headband shape, a glasses shape, a form attached to a separate hat, a helmet shape, and the like. Of course. In addition, although not shown in the drawing, the sensor signal collector 1510 may be worn anywhere except the user's arm, for example, to be worn or inserted into the breast pocket of the garment to be worn on the chest, Various modifications can be made, such as a form worn using a separate vest or harness.
센서 신호 수집부(1510)에는 상술한 바와 같이 가속도 센서(1511)를 포함한다. 가속도 센서(1511)는 자이로스코프를 내장하는 형태 등과 같이 일반적으로 3축 방향의 가속도를 측정하는 데 사용되는 센서들 중 적절한 것을 선택하여 채용할 수 있다. 한편 센서 신호 수집부(1510)에, 가속도 센서(1511)에서 수집된 가속도 데이터 신호를 사용하여 계산을 수행하고 제어하는 등의 역할을 하는 제어부(1520)가 직접 구비되도록 할 수도 있다. 또는 제어부(1520)는 기존에 사용되는 스마트폰에 앱 형태로 구현되게 할 수 있는 등 다양한 변경 실시가 가능하다. 즉 이처럼 제어부(1520)가 센서 신호 수집부(1510)와 별도의 장치로 구현되게 될 경우, 가속도 센서(1511)에서 수집된 가속도 데이터 신호가 제어부(1520)로 원활하게 전달될 수 있도록, 센서 신호 수집부(1510)는 통신부(1512)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 이러한 신호 전달은 와이어링을 통한 유선 통신에 의하여 이루어질 수도 있고, 블루투스, 와이파이, NFC 등과 같은 무선 통신에 의하여 이루어질 수 있는 등, 필요되는 조건이나 요구되는 성능에 따라 적절한 형태를 선택하여 채용할 수 있다.The sensor signal collector 1510 includes an acceleration sensor 1511 as described above. The acceleration sensor 1511 may generally employ and select an appropriate one from among sensors used to measure acceleration in the three axis direction, such as a form in which a gyroscope is embedded. On the other hand, the sensor signal collector 1510 may be provided with a controller 1520 that performs a role such as performing a calculation and controlling the acceleration data signal collected by the acceleration sensor 1511 directly. Alternatively, the controller 1520 may be implemented in various ways, such as to be implemented in the form of an app on a conventionally used smartphone. That is, when the control unit 1520 is implemented as a separate device from the sensor signal collection unit 1510, the sensor signal so that the acceleration data signal collected by the acceleration sensor 1511 can be smoothly transmitted to the control unit 1520. The collection unit 1510 may further include a communication unit 1512. Such signal transmission may be made by wired communication through wiring, or may be made by wireless communication such as Bluetooth, Wi-Fi, NFC, etc., and may be adopted by selecting an appropriate form according to required conditions or required performance. .
이후 본 실시예에 따른 부상 위험성 정량화 방법의 설명에서 보다 상세히 설명되겠지만, 본 실시예에서는 부상 위험성을 판단함에 있어서 상하 방향 가속도를 사용한다.Although it will be described in more detail in the description of the injury risk quantification method according to the present embodiment, the present embodiment uses the vertical acceleration in determining the risk of injury.
또한 본 실시예에서는 부상 위험성의 정량화를 위해 상하 방향 가속도를 사용한다. 일반적으로 주행이 이루어질 때, 상대적으로 머리에서의 좌우 움직임과 사용자 신체의 질량 중심의 좌우 움직임이 보다 유사하게 나타나고, 또한 상대적으로 허리에서의 전후 움직임과 사용자 신체의 질량 중심의 전후 움직임이 보다 유사하게 나타난다. 더불어 상하 움직임은 머리에서 허리까지를 포함한 상체 및 질량 중심 모두에서 유사하게 나타난다. 다만 상체 중에서 팔 부분은, 질량 중심의 움직임 외에도 전후 방향으로 흔들리는 별도의 움직임을 하기 때문에 팔은 제외된다. 이러한 점을 고려할 때, 상하 방향의 가속도는 팔을 제외한 상체 중 어디에서 측정하도록 하여도 무방하다. 부연하자면, 상하 방향의 가속도는 팔을 제외한 상체 어디에서 측정하여도 상당히 정확하게 잘 나타나므로, 머리측이나 허리측 둘 중 하나에서 측정된 값을 선택적으로 사용하여도 되고, 또는 양측에서 측정된 값들의 평균값을 사용하여도 되는 등 적절하게 선택할 수 있다.In addition, the present embodiment uses the vertical acceleration to quantify the risk of injury. In general, when traveling, the left and right movements in the head and the left and right movements of the center of mass of the user's body appear more similarly, and the back and forth movements in the waist and the forward and backward movements of the center of mass of the user's body are relatively similar. appear. In addition, the vertical movement is similar in both the upper body and the center of mass, including the head to the waist. However, the arm part of the upper body, except for the movement of the center of mass in addition to the movement in the forward and backward direction, the arm is excluded. In consideration of this point, the acceleration in the vertical direction may be measured in any of the upper body except the arm. Incidentally, the acceleration in the up and down direction is quite accurate even when measured in the upper body except the arm, so that the value measured at either the head side or the waist side may be selectively used, or the measured value at both sides may be The average value may be appropriately selected.
제어부(1520)는, 센서 신호 수집부(1510)로부터 신호를 전달받아, 상하 방향 가속도(az)를 기반으로 산출되는 적어도 하나의 부상 위험성 판단지표를 도출하고, 상기 부상 위험성 판단지표를 사용하여 경보 발생 여부를 판단 및 제어하는 역할을 한다. 좀더 구체적으로는, 제어부(1520)는 상기 부상 위험성 판단지표로서, 상하 방향 가속도(az)의 평균 기울기, 상하 방향 가속도(az)의 최대 기울기, 최대 충격력, 충격량 중 선택되는 적어도 하나를 도출하여, 이를 통해 부상 위험성을 정량화하고 위험 정도를 판별하게 된다. 제어부(1520)에서 수행하는 부상 위험성 판단지표 도출 등에 대해서는 이후 본 실시예에 따른 부상 위험성 정량화 방법을 설명하면서 보다 상세히 설명한다.The control unit 1520 receives the signal from the sensor signal collection unit 1510, derives at least one injury risk determination index calculated based on the vertical acceleration (a z ), and using the injury risk determination index It determines and controls the occurrence of alarm. More specifically, the control unit 1520 derives at least one is a risk judgment indicators to the portion, the average slope, the selection of the maximum slope, the maximum impact force, the impulse of the vertical acceleration (a z) in the vertical direction acceleration (a z) Through this, the risk of injury is quantified and the degree of danger is determined. Derivation of the injury risk determination index performed by the controller 1520 will be described in more detail with reference to the method of quantifying injury risk according to the present embodiment.
제어부(1520)의 실제 구현 형태는 필요나 목적에 따라 다양하게 형성될 수 있다. 즉, 제어부(1520)는, 다양한 계산을 수행할 수 있는 집적 회로 형태로 이루어져 센서 신호 수집부(1510)와 일체로서 하나의 기판 상에 형성될 수도 있고, 별도의 전용 장치(즉 부상 위험성 정량화 용도로만 만들어진 독립적인 장치)나 별도의 컴퓨터 등과 같은 형태로 이루어질 수도 있으며, 또는 앞서 설명한 바와 같이 기존에 사용되고 있는 스마트폰에 앱 형태로 구현될 수도 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 제어부(1520)가 센서 신호 수집부(1510)와 일체로 형성되어 있을 경우에는 가속도 센서(1511)로부터 직접 신호를 전달받도록 이루어질 수 있다. 한편 제어부(1520)가 별도의 장치나 스마트폰 앱 형태로 이루어지는 등과 같이 센서 신호 수집부(1510)와 독립적으로 형성되어 있을 경우에는 가속도 센서(1511)로부터 유선 또는 무선 통신에 의하여 신호를 전달받도록 이루어질 수 있다.The actual implementation form of the controller 1520 may be formed in various ways depending on the need or purpose. That is, the controller 1520 may be formed on one substrate as an integrated circuit form capable of performing various calculations and integrally with the sensor signal collector 1510, or a separate dedicated device (that is, for quantifying injury risk) It may be made in the form of an independent device (manufactured only as a) or a separate computer, etc.), or may be implemented in the form of an app on a smart phone that is being used as described above. As described above, when the controller 1520 is integrally formed with the sensor signal collector 1510, the controller 1520 may be configured to receive a signal directly from the acceleration sensor 1511. On the other hand, if the control unit 1520 is formed independently of the sensor signal collection unit 1510, such as in the form of a separate device or a smart phone app is made to receive a signal from the acceleration sensor 1511 by wire or wireless communication Can be.
경보부(1530)는, 제어부(1520)로부터 경보 발생 제어 신호를 받아 사용자에게 부상 위험성을 경보하는 역할을 한다. 제어부(1520)에서는 상하 방향 가속도(az)를 기반으로 산출되는 적어도 하나의 부상 위험성 판단지표를 도출하고 이를 사용하여 경보 발생 여부를 판단하는데, 부상 위험성이 미리 결정된 기준 이상이라고 판단되면 경보부(1530)에서 경보를 발생시키도록 제어함으로써 사용자에게 위험을 알리게 된다.The alarm unit 1530 receives an alarm generation control signal from the control unit 1520, and serves to alert the user of a risk of injury. The controller 1520 derives at least one injury risk determination index calculated based on the up and down acceleration a z and uses the same to determine whether an alarm has occurred. In this case, the user is notified of the danger by controlling the alarm to be generated.
경보부(1530)는 음향, 도해, 영상을 포함하는 사용자가 인식 가능한 정보로서 경보 신호를 출력한다. 예를 들자면 경보부(1530)가 음향을 출력하는 스피커 형태로 이루어질 경우 부상 위험성이 기준 이상이면 경고음이 울리게 할 수 있다. 또는 본 실시예에 따른 장치가 구글 글래스와 같은 증강현실 안경에 적용될 경우, 경보부(1530)는 증강현실 안경 상에 빨간색 경고용 도형 또는 이러한 도형이 깜빡거리는 영상을 출력한다거나, "부상 위험성이 몇%입니다" 등과 같은 메시지를 출력하도록 이루어질 수도 있다. 또는 경보부(1530)가 열전소자로 구현되며 사용자의 피부에 직간접적으로 접촉된 형태로 이루어져, 부상 위험성이 기준 이상이면 차가워지거나 또는 뜨거워짐으로써 사용자에게 경보할 수도 있다. 다른 예시로서 사용자가 시각 장애인일 경우를 위해 경보부(1530)가 변경 가능한 점자 형태로서 촉각에 의해 인식되는 형태로 이루어질 수도 있다. 이와 같이 상기 경보부는, 사용자가 인식 가능한 정보로서 경보 신호를 출력할 수 있기만 하다면 그 어떠한 형태로 이루어져도 무방하다.The alarm unit 1530 outputs an alarm signal as information that can be recognized by a user including sound, illustration, and image. For example, when the alarm unit 1530 is in the form of a speaker that outputs sound, a warning sound may be sounded if the risk of injury is greater than a reference level. Alternatively, when the device according to the present embodiment is applied to augmented reality glasses such as Google Glass, the alarm unit 1530 outputs a red warning figure or an image flickering on the augmented reality glasses, or "the risk of injury is several percent. It is also possible to output a message such as "." Alternatively, the alarm unit 1530 may be implemented as a thermoelectric element and may be in direct or indirect contact with the user's skin. If the risk of injury is greater than or equal to the standard, the alarm unit 1530 may alert the user by being cold or hot. As another example, when the user is visually impaired, the alarm unit 1530 may be configured in a form that can be changed by braille to be recognized by the sense of touch. As such, the alarm unit may be formed in any form as long as the alarm unit can output the alarm signal as information that can be recognized by the user.
더불어 부상 위험성 정량화 장치(1500)는, 부상 위험성 경보 발생 시점 및 해당 시점에서의 부상 위험성 판단지표 값을 포함하는 부상 위험성 데이터를 외부의 데이터베이스(1540)에 전송하여 누적적으로 저장하도록 이루어질 수 있다. 이러한 보행 또는 주행 운동 분석을 필요로 하는 사용자는, 건강 촉진을 위해 매일 산책 또는 조깅을 수행하는 일반인이나, 또는 신체 능력 향상을 위해 훈련하는 전문가 등이 있을 수 있으며, 이러한 운동 분석 데이터가 누적되어 시간적인 변화를 볼 수 있도록 이루어지는 것이 당연히 바람직하다. 뿐만 아니라, 이처럼 운동 분석 데이터가 대량으로 누적 저장되면, 이러한 데이터가 빅데이터로서 활용되어 각종 통계나 분석에 사용될 수도 있는 등, 다양한 활용이 가능하다.In addition, the injury risk quantification device 1500 may be configured to accumulate and store injury risk data including an injury risk alarm occurrence time point and an injury risk determination index value at the corresponding time point to an external database 1540. A user who needs such walking or driving motion analysis may be a general person who performs daily walking or jogging to promote health, or an expert who trains to improve physical ability. Naturally, it is desirable to be able to see the change. In addition, when the exercise analysis data is accumulated and stored in a large amount as described above, such data may be used as big data and used for various statistics or analysis, and thus various applications are possible.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 부상 위험성 정량화 방법의 흐름도를 도시한다.16 is a flowchart of a method of quantifying an injury risk according to another embodiment of the present invention.
본 실시예에 따른 부상 위험성 정량화 방법은, 상술한 바와 같이 가속도 센서(1511)를 포함하여 이루어지며 사용자의 팔을 제외한 상체에 착용되는 적어도 하나의 센서 신호 수집부 (1510)를 이용하여 측정된 상하 방향 가속도(az)를 사용하여 부상 위험성 판단지표를 도출하여 부상 위험성을 정량화한다. 이를 위하여 본 실시예에 따른 부상 위험성 정량화 방법은 데이터 수집 단계, 판단지표 도출 단계, 부상 위험성 판단 단계 및 부상 위험성 경보 단계를 포함한다. 더불어 부상 위험성 판단지표 도출의 정확성을 높이기 위하여 노이즈 제거 단계를 더 포함한다. 도 16에 나타난 각 단계에 대하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.The injury risk quantification method according to the present embodiment includes an acceleration sensor 1511 as described above, and is measured by using at least one sensor signal collector 1510 worn on the upper body except the user's arm. Injury risk determination indicators are used to quantify the risk of injury using directional acceleration (a z ). To this end, the injury risk quantification method according to the present embodiment includes a data collection step, a determination index derivation step, an injury risk determination step, and an injury risk warning step. In addition, the method may further include a noise removal step to increase the accuracy of derivation of the injury risk determination index. Referring to each step shown in Figure 16 in more detail as follows.
상기 데이터 수집 단계에서는, 센서 신호 수집부(1510)에서 측정된 상하 방향 가속도(az)를 수집한다. 수집된 상하 방향 가속도(az)는 그대로 사용될 수도 있으나, 미리 결정된 밴드 패스 필터를 통과시켜 노이즈를 제거하는 노이즈 제거 단계를 거치도록 하는 것이 더욱 바람직하다. 이 때 상기 밴드 패스 필터는, 예를 들어 일반적인 사람의 보행 또는 주행 주파수에 해당하는 0.1 ~ 5 Hz로 형성될 수 있으나, 물론 이 범위는 적절하게 변경 결정될 수 있다.In the data collection step, the up-down acceleration a z measured by the sensor signal collector 1510 is collected. The collected up-and-down acceleration a z may be used as it is, but it is more preferable to pass a noise removing step of removing noise by passing through a predetermined band pass filter. In this case, the band pass filter may be formed at, for example, 0.1 to 5 Hz, which corresponds to a walking or running frequency of a general person, but, of course, the range may be appropriately determined.
상기 판단지표 도출 단계에서는, 상하 방향 가속도(az)를 기반으로 산출되는 적어도 하나의 부상 위험성 판단지표를 도출하게 된다. 이 때 상기 부상 위험성 판단지표는, 상하 방향 가속도(az)의 평균 기울기, 상하 방향 가속도(az)의 최대 기울기, 최대 충격력, 충격량 중 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 각각의 판단지표에 대해서는 이후 보다 상세히 설명한다.In the determination index deriving step, at least one injury risk determination index calculated based on the vertical acceleration a z is derived. At this time the injury risk judgment indicators may be a vertical direction acceleration (a z) the average slope, maximum slope of the vertical acceleration (a z), the maximum impact force, at least one selected from the amount of impact. Each judgment indicator will be described in more detail later.
상기 부상 위험성 판단 단계에서는, 상기 부상 위험성 판단지표가 미리 결정된 기준보다 큰지 판단한다. 이 때 상기 부상 위험성 판단지표가 상술한 바와 같이 복수 개가 될 수 있는데, 여러 판단지표들 중 어느 하나만 기준 이상일 때 경보를 발생시킬 수도 있고, 모두 기준 이상일 때 경보를 발생시킬 수도 있고, 또는 적절하게 우선순위를 두어 단계적으로 경보를 발생시킬 수도 있다. 상기 부상 위험성 판단 단계에서, 상기 부상 위험성 판단지표가 미리 결정된 기준보다 작으면 경보를 발생하지 않고 다시 데이터 수집 단계로 되돌아가게 된다. 더불어, 상기 부상 위험성 판단 단계에서는, 주기적인 신호로 나타나는 상하 방향 가속도(az) 데이터에 대하여 적어도 2주기 이상의 데이터를 취합하여 산출된 상기 부상 위험성 판단지표를 사용하여 판단이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.In the injury risk determination step, it is determined whether the injury risk determination index is greater than a predetermined criterion. At this time, the injury risk determination index may be a plurality as described above, may generate an alarm when any one of the multiple determination index is above the reference, may generate an alarm when all above the reference, or appropriately prioritized You can also rank and raise alarms in stages. In the injury risk determination step, if the injury risk determination index is smaller than a predetermined criterion, the alarm returns to the data collection step without generating an alarm. In addition, in the injury risk determination step, it is preferable to make the determination using the injury risk determination index calculated by collecting data of at least two cycles with respect to the up-down acceleration (a z ) data represented by the periodic signal. .
상기 부상 위험성 경보 단계에서는, 상기 부상 위험성 판단지표 중 적어도 하나가 각각 미리 결정된 기준보다 클 경우, 사용자에게 부상 위험성을 경보한다. 부상 위험성의 경보 형태는 앞서 설명한 바와 같이 음향, 도해, 영상 등 다양한 형태가 될 수 있으며, 사용자는 이처럼 경보를 받음으로써 능동적으로 부상 위험성을 줄이기 위한 대처(운동 종료, 자세 교정, 신발 교체, 코스 변경 등)를 함으로써 궁극적으로 부상 위험성을 크게 저감할 수 있다.In the injury risk warning step, when at least one of the injury risk determination indexes is greater than a predetermined criterion, the user is alerted of the injury risk. As described above, the warning form of the injury risk can be in various forms such as sound, illustration, image, and the like, and the user is actively alerted to the action to reduce the risk of injury (end of exercise, posture correction, shoe replacement, course change). Etc.) can ultimately greatly reduce the risk of injury.
이하에서는 본 발명에서 사용되는 부상 위험성 판단지표의 여러 예시와 각각을 도출하는 과정을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter will be described in more detail the process of deriving several examples and each of the injury risk determination indicators used in the present invention.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 주행 시 상하 방향 가속도 그래프를 도시한다.FIG. 17 is a graph illustrating acceleration in up and down directions according to another embodiment of the present invention. FIG.
도시된 바와 같이 상하 방향 가속도(az)는 시간에 대하여 주기적인 형태로 나타난다(보행 또는 주행 자체가 주기적인 운동이므로 이는 당연한 것이다). 주행 운동을 풀어서 묘사하자면 다음과 같다. 먼저 전방으로 나와 있는 한 쪽 발이 지면을 박차는 순간 (이 순간 다른 쪽 발은 허공에 떠 있음)으로 시작한다. 이 상태에서, 한 쪽 발이 지면을 박차서 떠오르면서 양 발이 모두 허공에 떠 있는 상태인 채로 사람의 몸체가 전방으로 이동하며, 이와 함께 양 발이 허공을 저으면서 전후가 바뀌어 다른 쪽 발이 전방으로 나오게 된다. 전방으로 나온 다른 쪽 발이 지면에 닿음과 동시에 지면을 박차는 순간이 다시 이루어지면서 한 걸음의 주행이 이루어진다. 이 과정에서, 한 발로 지면을 박차는 순간에는 사람의 머리가 상하 방향으로 가장 크게 흔들리는 반면(상하 방향 가속도(az)에서 로컬 맥시멈이 형성됨), 공중에 뜬 채 나아가고 있는 상태에서는 상하 방향으로 거의 흔들리지 않게 된다(상하 방향 가속도(az)에서 상수값이 형성됨).As shown, the up-and-down acceleration a z appears in a periodic form with respect to time (which is natural because walking or driving itself is a periodic movement). The driving motion is described as follows. Start with the moment one foot forwards to the ground (the other foot floats in the air at this moment). In this state, one foot spurts the ground and the body of the person moves forward with both feet floating in the air, and with both feet stir up in the air, the other foot changes forward and the other foot comes forward. As soon as the other foot comes out to touch the ground, the moment of spurting the ground is reestablished. In this process, the person's head shakes most in the vertical direction at the moment of spurting the ground with one foot (the local maximum is formed at the acceleration (a z ) in the vertical direction), while in the air while moving in the air almost in the vertical direction. It is not shaken (a constant value is formed at the vertical acceleration a z ).
바로 이렇게 발이 지면을 박차는 순간 관절에 가장 많은 충격이 가해지게 되며, 이러한 충격은 도 17과 같은 상하 방향 가속도 그래프에서 첫 번째 피크(peak) 형태로 나타나게 된다. 이 때의 충격의 정도에 따라 부상 위험성이 달라지게 되며, 본 발명에서는 이를 지표화함으로써 정량화된 판단의 근거로 사용하였다. 이러한 판단지표로서, 본 발명에서는 앞서 설명한 바와 같이, 상하 방향 가속도(az)의 평균 기울기, 상하 방향 가속도(az)의 최대 기울기, 최대 충격력, 충격량을 사용한다.The moment the foot hits the ground, the most impact is applied to the joint, and this impact is shown in the form of the first peak in the vertical acceleration graph as shown in FIG. 17. The risk of injury will vary depending on the degree of impact at this time, and in the present invention, it was used as the basis of quantified judgment by indexing it. As such a surface is determined, in the present invention, as described above, it uses the maximum slope, the maximum impact force, the impulse of the vertical direction acceleration average slope, vertical acceleration (a z) of (a z).
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 주행 시 상하 방향 가속도 그래프에 기울기를 표시한다. 이를 통해 상하 방향 가속도(az)의 평균 기울기 및 최대 기울기를 도출하는 과정을 설명한다.18 is a view illustrating an inclination on a vertical acceleration graph when driving in accordance with another embodiment of the present invention. This will be described the process of deriving the average slope and the maximum slope of the vertical acceleration (a z ).
먼저 상기 부상 위험성 판단지표를 상하 방향 가속도(az)의 평균 기울기 값으로 선택할 경우, 상기 부상 위험성 판단지표는 하기의 식을 사용하여 산출된다.First, when the injury risk determination index is selected as the average inclination value of the vertical acceleration (a z ), the injury risk determination index is calculated using the following equation.
Figure PCTKR2017008534-appb-I000001
Figure PCTKR2017008534-appb-I000001
(여기에서, az : 상하 방향 가속도, mean : 평균값 산출 함수, i : 인덱스 번호, ti : i번째 시간, ti -1 : i-1번째 시간, tc : 충격 시작 시간, tm : 충격 끝 시간)(Where, a z : up and down acceleration, mean: average value calculation function, i: index number, t i : i-th time, t i -1 : i-1 th time, t c : shock start time, t m : Impact end time)
충격 시작 시간이란, 실제적으로는 발이 지면에 착지하는 순간을 의미한다. 이는 상하 방향 가속도(az)가 0 이하의 값에서 0 근처의 소정의 기준값(예: 0.3 m/s2)을 상향 돌파하는 시점으로 결정할 수 있다. 여기에서 충격 시작 시간을 결정하는 기준값의 구체적인 값은, 상술한 예와 같이 0.5 m/s2 이하의 값 중에서 적절하게 결정될 수 있다. 충격 끝 시간은 첫 번째 피크 값이 나타나는 시각으로, 그래프 상에서 직관적으로도 쉽게 확인할 수 있다. 인덱스 i는, 충격 시작 시간부터 충격 끝 시간까지의 시간을 n으로 나누어 디지타이즈화한 시간들의 인덱스로서, n은 필요에 따라 적절하게 결정하면 된다.The impact start time actually means the moment the foot lands on the ground. This may be determined as a time when the vertical acceleration a z rises upward through a predetermined reference value (for example, 0.3 m / s 2 ) near zero at a value of zero or less. Herein, the specific value of the reference value for determining the impact start time may be appropriately determined from a value of 0.5 m / s 2 or less as in the above-described example. The impact end time is the point at which the first peak value appears and can be easily seen intuitively on the graph. The index i is an index of times digitized by dividing the time from the impact start time to the impact end time by n, and n may be appropriately determined as necessary.
평균 기울기 값은 바로 이렇게, 충격 시작 시간에서 충격 끝 시간까지를 n등분하였을 때 각각의 간격에서 구해진 n개의 기울기 값들의 평균값이다. 도 18은 어느 한 주기에서의 상하 방향 가속도(az) 그래프를 도시하고 있는데, 이러한 한 주기에서 상술한 바와 같은 평균 기울기 값을 구할 수 있다. 한편, 도 17에 보이는 바와 같이 주행 중에는 도 18과 같은 형태의 그래프가 계속 반복되며, 상술한 바와 같은 평균 기울기 값은 각 주기마다(즉 각 걸음마다) 구해질 수 있다. 이 때 상기 판단지표 도출 단계에서, 사용자 질량(m) 및 평균 기울기의 곱으로서 산출되는 평균 수직 부하율(average vertical loading rate)이 더 산출될 수 있다.The average slope value is thus the average value of the n slope values obtained at each interval when n is divided from the impact start time to the impact end time. FIG. 18 illustrates a vertical acceleration a z graph in one period, and the average slope value as described above may be obtained in one such period. On the other hand, as shown in FIG. 17, while driving, the graph of the form as shown in FIG. 18 is repeatedly repeated, and the average slope value as described above may be obtained for each period (that is, for each step). At this time, in the determination index deriving step, an average vertical loading rate calculated as a product of the user mass m and the average slope may be further calculated.
한편 상기 부상 위험성 판단지표를 상하 방향 가속도(az)의 최대 기울기 값으로 선택할 경우, 상기 부상 위험성 판단지표는 하기의 식을 사용하여 산출된다.On the other hand, when the injury risk determination index is selected as the maximum inclination value of the vertical acceleration (a z ), the injury risk determination index is calculated using the following equation.
Figure PCTKR2017008534-appb-I000002
Figure PCTKR2017008534-appb-I000002
i = 1, 2,…, n, i = 1, 2,... , n,
t0 = tc, tn = tm t 0 = t c , t n = t m
(여기에서, az : 상하 방향 가속도, max : 최대값 산출 함수, i : 인덱스 번호, ti : i번째 시간, ti -1 : i-1번째 시간, tc : 충격 시작 시간, tm : 충격 끝 시간)(Where, a z : up and down acceleration, max: maximum calculation function, i: index number, t i : i time, t i -1 : i-1 time, t c : shock start time, t m : Impact end time)
상기 최대 기울기는, 평균 기울기에 대한 설명에서 기술한 바와 같이 어떤 한 주기(한 걸음)에서의 충격 시작 시간~충격 끝 시간까지 사이에서 구해진 n개의 기울기 값들 중 최대값이다. 이 때 상기 판단지표 도출 단계에서, 사용자 질량(m) 및 최대 기울기의 곱으로서 산출되는 최대 수직 부하율(instantaneous vertical loading rate)이 더 산출될 수 있다.The maximum slope is the maximum of n slope values obtained between the shock start time and the impact end time in one period (one step) as described in the description of the average slope. At this time, in the determination index derivation step, the instantaneous vertical loading rate calculated as the product of the user mass m and the maximum slope may be further calculated.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 주행 시 상하 방향 가속도 그래프에 충격량을 표시한다. 이를 통해 최대 충격력 및 충격량을 도출하는 과정을 설명한다.19 illustrates an impact amount on an up and down acceleration graph while driving according to another embodiment of the present invention. This section describes the process of deriving the maximum impact force and the amount of impact.
먼저 상기 부상 위험성 판단지표를 최대 충격력 값으로 선택할 경우, 상기 부상 위험성 판단지표는 하기의 식을 사용하여 산출된다.First, when the injury risk determination index is selected as the maximum impact force value, the injury risk determination index is calculated using the following equation.
Figure PCTKR2017008534-appb-I000003
Figure PCTKR2017008534-appb-I000003
(여기에서, az : 상하 방향 가속도, m : 사용자 질량, tm : 충격 끝 시간)(Here, az : acceleration in the up and down direction, m: user mass, t m : end time of impact)
앞서 설명한 바와 같이 충격 끝 시간은 첫 번째 피크 값이 나타나는 시각이므로, 당연히 최대 충격력이 나타나는 시각은 충격 끝 시간이 된다. 도 19에서 상하 방향 가속도(az)의 첫 번째 피크(1st peak)가 표시되어 있는데, 여기에 사용자 질량(m)을 곱한 값이 바로 최대 충격력 값이 된다.As described above, since the impact end time is the time at which the first peak value appears, the time at which the maximum impact force is naturally shown is the impact end time. In FIG. 19, the first peak (1st peak) of the up-down acceleration a z is indicated, and the value multiplied by the user's mass (m) is the maximum impact force value.
한편 상기 부상 위험성 판단지표를 충격량 값으로 선택할 경우, 상기 부상 위험성 판단지표는 하기의 식을 사용하여 산출된다.On the other hand, when the injury risk determination index is selected as the impact amount value, the injury risk determination index is calculated using the following equation.
Figure PCTKR2017008534-appb-I000004
Figure PCTKR2017008534-appb-I000004
(여기에서, az : 상하 방향 가속도, m : 사용자 질량, tc : 충격 시작 시간, tm : 충격 끝 시간)(Here, a z : up and down acceleration, m: user mass, t c : shock start time, t m : shock end time)
도 19에서 충격 시작 시간에서 충격 끝 시간 사이의 상하 방향 가속도(az) 그래프 면적이 표시되어 있는데, 이 면적에 사용자 질량(m)을 곱한 값이 바로 충격량 값이 된다.In FIG. 19, the up-down acceleration a z graph area between the impact start time and the impact end time is shown, and the value obtained by multiplying the area by the user's mass (m) is the impact amount value.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예가 상세히 기술되었지만, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않고, 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.Although the preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the appended claims.
예를 들어, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 장치는 도시된 바와 같은 장치 각각의 유닛들에 커플링된 버스, 상기 버스에 커플링된 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있고, 명령, 수신된 메시지 또는 생성된 메시지를 저장하기 위해 상기 버스에 커플링되고, 전술한 바와 같은 명령들을 수행하기 위한 적어도 하나의 프로세서에 커플링된 메모리를 포함할 수 있다. For example, an apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention may include a bus coupled to units of each of the apparatus as shown, at least one processor coupled to the bus, and a command, received And a memory coupled to the bus for storing messages or generated messages, and coupled to at least one processor for performing instructions as described above.
또한, 본 발명에 따른 시스템은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 상기 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.In addition, the system according to the present invention can be embodied as computer readable codes on a computer readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored. The computer-readable recording medium may include a magnetic storage medium (eg, ROM, floppy disk, hard disk, etc.) and an optical reading medium (eg, CD-ROM, DVD, etc.). The computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.
본 발명에 따르면, 사용자의 신체(예, 머리측 또는 허리측)에서 가속도, 위치 등을 측정하되 이를 질량 중심 운동 상태 값으로 변환하는 등과 같은 본 발명의 특징적인 분석 알고리즘을 사용함으로써, 효과적이고 정확하게 보행을 인식, 감지 및 분석할 수 있다.According to the present invention, by using the characteristic analysis algorithm of the present invention, such as measuring acceleration, position, etc. in the user's body (e.g., head or waist), and converting it into a center of mass motion state value, it is effective and accurate. Recognize, detect, and analyze walking.
또한, 본 발명에 의하면, 사용자의 신체에서 가속도, 위치 등을 측정하되 이를 질량 중심 운동 상태 값으로 변환하고, 이로부터 압력 중심 경로를 추산하는 등과 같은 본 발명의 특징적인 분석 알고리즘을 사용함으로써, 효과적이고 정확하게 보행을 인식, 감지 및 분석할 수 있다. 특히 본 발명은, 사용자 신체의 질량 중심의 운동과 가장 흡사하게 나타나는 위치에서 측정된 가속도를 사용함으로써(구체적으로, 좌우 방향의 가속도는 머리측에서 측정하고, 전후 방향의 가속도 및 위치는 허리측에서 측정하고, 상하 방향의 가속도는 머리측 또는 허리측에서 측정하도록 이루어짐으로써), 보다 정확한 가속도 및 위치의 측정이 가능하다.In addition, according to the present invention, by using the characteristic analysis algorithm of the present invention, such as measuring the acceleration, position, etc. in the user's body, converting it to the center of mass motion state value, and estimating the pressure center path therefrom, It can recognize, detect and analyze walking in an accurate and accurate way. In particular, the present invention uses the acceleration measured at the position most similar to the movement of the center of mass of the user's body (specifically, the acceleration in the left and right directions is measured at the head side, and the acceleration and the position in the front and rear directions are measured at the waist side). Measurement, and the acceleration in the up and down direction is made to measure at the head side or the waist side), more accurate acceleration and position can be measured.
또한, 본 발명에 의하면, 장치 구성적인 측면에서 가속도 센서, 위치 센서 등과 같이 사용자의 동적 물리량을 측정하는 센서만을 이용할 수 있다는 장점이 있다. 즉 기존에는 사용자의 발에 의해 눌림으로써 보행을 인지하는 압력 센서를 이용함으로써 장치 내구도 및 수명 저하 문제, 사용자 신체 치수에 따른 별도 장치 생산 및 사용 문제 등의 여러 문제들이 있었다. 그러나 본 발명의 경우 이러한 문제의 원인인 압력 센서를 발 부분에 배치한다는 기술 구성 자체가 완전히 배제되기 때문에, 상술한 바와 같은 여러 문제들이 원천적으로 제거되는 것이다. 또한, 이로부터 사용자 편의성 향상, 사용자 또는 생산자 각각에서의 경제성 향상 등과 같은 효과 또한 얻을 수 있다.In addition, according to the present invention, there is an advantage in that only a sensor for measuring a dynamic physical quantity of a user, such as an acceleration sensor and a position sensor, can be used in terms of device configuration. That is, by using a pressure sensor that recognizes walking by being pressed by the user's foot, there are various problems such as device durability and life deterioration problem, and production and use of a separate device according to the user's body size. However, in the case of the present invention, since the technical configuration itself of arranging the pressure sensor which is the cause of this problem on the foot part is completely excluded, various problems as described above are fundamentally eliminated. In addition, it is also possible to obtain effects such as improved user convenience and economic efficiency in each user or producer.

Claims (22)

  1. 상하, 좌우, 전후를 포함하는 3축 방향 가속도 센서 및 사용자 위치를 측정하는 위치 측정 센서를 포함하여 이루어지며 사용자의 머리에 착용되는 운동 인식 장치를 이용한 운동 인식 방법에 있어서,In the motion recognition method using a motion recognition device made of a three-axis acceleration sensor including the up, down, left, right, front and rear and a position measuring sensor for measuring the user position and worn on the user's head,
    3축 방향 가속도를 수집 및 분석하여 보행 및 주행 여부를 판단하는 데이터 수집 및 운동 인식 단계;A data collection and motion recognition step of determining whether to walk and drive by collecting and analyzing three-axis acceleration;
    수집된 3축 방향 가속도를 사용하여 사용자 질량 중심의 운동 상태 값들을 산출하는 가속도 기반 운동 상태 값 도출 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 운동 인식 방법.And an acceleration-based exercise state value deriving step of calculating the exercise state values of the user's center of mass using the collected three-axis accelerations.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 데이터 수집 및 운동 인식 단계는,The method of claim 1, wherein the data collection and exercise recognition step,
    상하 방향 가속도를 수집하는 상하 방향 가속도 수집 단계;A vertical acceleration collection step of collecting vertical acceleration;
    수집된 상하 방향 가속도의 피크를 검출하는 피크 검출 단계;A peak detection step of detecting peaks of the collected up-down acceleration;
    상하 방향 가속도 피크 값이 미리 결정된 문턱 치 이상인지의 여부를 판단하는 운동 감지 단계;A motion detecting step of determining whether the vertical acceleration peak value is equal to or greater than a predetermined threshold value;
    상하 방향 가속도 피크 값이 미리 결정된 문턱 치 이상이면, 3축 방향 가속도를 수집하는 3축 방향 가속도 수집 단계;A three-axis acceleration collection step of collecting three-axis acceleration when the vertical acceleration peak value is equal to or greater than a predetermined threshold value;
    3축 방향 가속도를 푸리에 변환하여 주파수 응답 그래프를 도출하는 푸리에 변환 단계;A Fourier transform step of Fourier transforming the three-axis acceleration to derive a frequency response graph;
    주파수 응답 그래프를 미리 결정된 주파수 응답 개형 또는 크기 기준과 비교 하여 보행 및 주행 운동인지 또는 그 외 운동인지의 여부를 판단하는 운동 형태 판단 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 운동 인식 방법.And an exercise type determination step of comparing the frequency response graph with a predetermined frequency response modifying or magnitude criterion to determine whether it is a walking and driving exercise or other exercise.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 운동 인식 방법은,The method of claim 2, wherein the exercise recognition method comprises:
    상기 피크 검출 단계 또는 상기 푸리에 변환 단계 이전에, Before the peak detection step or the Fourier transform step,
    상하 방향 가속도 또는 3축 방향 가속도를 미리 결정된 밴드 패스 필터를 통과시켜 노이즈를 제거하는 노이즈 제거 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 운동 인식 방법.And a noise removing step of removing the noise by passing the vertical acceleration or the three-axis acceleration through a predetermined band pass filter.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 운동 형태 판단 단계는,The method of claim 2, wherein the determining of the type of exercise comprises:
    하기의 식을 만족하면 사용자 운동을 보행 및 주행 상태로 판단하고, 그렇지 않으면 그 외의 운동으로 판단하는 것을 특징으로 하는 운동 인식 방법.If the following equation is satisfied, the user's motion is judged to be a walking and running state, and if not, it is determined as other motion.
    Mz,p / Mz,other > cz and Mx,p / Mx,other > cx M z, p / M z, other > c z and M x, p / M x, other > c x
    (여기에서,(From here,
    az : 상하 방향 가속도,a z : acceleration in the vertical direction,
    fp : 상하 방향 가속도 az의 푸리에 변환 결과에서의 최대 크기를 갖는 주파수,f p : frequency with the maximum magnitude in the Fourier transform result of the up-down acceleration a z ,
    Mz,p : 상하 방향 가속도 az의 푸리에 변환 결과에서 fp를 중심 주파수로 하며 1Hz 미만의 대역폭을 갖는 상하 방향 기준 밴드에 속하는 주파수 성분의 에너지 총합,M z, p : Vertical acceleration in a Fourier transform result of a z a f p to the center frequency and the total energy of the frequency components in the vertical direction based on the band with a bandwidth of less than 1Hz,
    Mz,other : 상하 방향 가속도 az의 푸리에 변환 결과에서 상기 상하 방향 기준 밴드를 제외한 나머지 주파수 성분의 에너지 총합,M z, other : Sum of energy of remaining frequency components excluding the vertical reference band from the Fourier transform result of vertical acceleration a z ,
    cz : 미리 결정된 상하 방향 기준 역치,c z : a predetermined vertical reference threshold,
    ax : 좌우 방향 가속도,a x : the horizontal acceleration,
    Mx,p : 좌우 방향 가속도 ax의 푸리에 변환 결과에서 fp/2를 중심 주파수로 하며 1Hz 미만의 대역폭을 갖는 좌우 방향 기준 밴드에 속하는 주파수 성분의 에너지 총합,M x, p : The Fourier transform results in the lateral direction acceleration a x in f p / 2 of the center frequency and the total energy of the frequency components in the left and right directions based on the band with a bandwidth of less than 1Hz,
    Mx,other : 좌우 방향 가속도 ax의 푸리에 변환 결과에서 상기 좌우 방향 기준 밴드를 제외한 나머지 주파수 성분의 에너지 총합,M x, other : Sum of energy of remaining frequency components excluding the left and right reference bands from the Fourier transform result of left and right acceleration a x ,
    cx : 미리 결정된 좌우 방향 기준 역치)c x : predetermined left and right reference threshold)
  5. 제 4항에 있어서, 상기 운동 형태 판단 단계는,The method of claim 4, wherein the determining of the type of exercise comprises:
    사용자 운동이 보행 및 주행 상태일 때,When the user's exercise is walking and driving,
    상하 방향 가속도의 푸리에 변환 결과에서 하기의 식을 만족하는 구간이 존재하면 사용자 운동을 주행 상태로 판단하고, 그렇지 않으면 보행 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 운동 인식 방법.And a user's motion is judged to be a driving state when there is a section satisfying the following equation in the Fourier transform result of the up-down acceleration.
    az < ka z <k
    (여기에서,(From here,
    k : 스탠스 판별 상수)k: stance determination constant)
  6. 제 1항에 있어서, 상기 가속도 기반 운동 상태 값 도출 단계는,The method of claim 1, wherein the acceleration-based exercise state value deriving step comprises:
    3축 방향 가속도 각각의 값에 미리 결정된 게인 값을 곱하여 사용자 질량 중심의 가속도를 도출하는 질량 중심 가속도 도출 단계;A center of mass acceleration derivation step of deriving an acceleration of the center of mass of the user by multiplying each value of the triaxial accelerations by a predetermined gain value;
    미리 측정된 사용자 키 정보, 사용자 위치 정보 및 질량 중심 가속도를 이용하여 사용자 질량 중심의 속도 및 위치를 도출하는 질량 중심 속도 및 위치 도출 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 운동 인식 방법.And a center of mass velocity and a position derivation step of deriving a velocity and a position of the center of mass of the user using previously measured user key information, user position information, and center of mass acceleration.
  7. 상하, 좌우, 전후를 포함하는 3축 방향 가속도 센서 및 사용자 위치를 측정하는 위치 측정 센서를 포함하여 이루어지며 사용자의 머리에 착용되는 센서 신호 수집부;A sensor signal collector including a three-axis acceleration sensor including up, down, left, and right, and a position measuring sensor measuring a user position and worn on a user's head;
    상기 센서 신호 수집부로부터 신호를 전달받아, 3축 방향 가속도 및 위치 신호를 사용하여 사용자 질량 중심의 가속도, 속도, 위치를 포함하는 보행 또는 주행 운동 상태 값을 도출하고, 상기 보행 또는 주행 운동 상태 값을 분석하여 보행 또는 주행 자세를 도출하는 운동 자세 도출부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 운동 인식 장치.Receiving a signal from the sensor signal collection unit, using the three-axis acceleration and position signals to derive a walking or driving motion state value including the acceleration, speed, position of the user's center of mass, the walking or driving motion state value Exercise recognition device comprising a movement posture derivation unit for deriving a walking or driving posture by analyzing the.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 센서 신호 수집부는,The method of claim 7, wherein the sensor signal collector,
    3축 방향 각속도 센서를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 운동 인식 장치.Motion recognition device further comprises a three-axis angular velocity sensor.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 위치 측정 센서는,The method of claim 7, wherein the position measuring sensor,
    사용자 위치를 측정하는 것을 특징으로 하는 운동 인식 장치.Exercise recognition device, characterized in that for measuring the user position.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 운동 인식 장치는,The apparatus of claim 7, wherein the exercise recognition device comprises:
    상기 운동 자세 도출부에 의하여 도출된 보행 자세와 기준 자세를 비교하여 자세 교정용 정보를 생성하는 운동 교정 생성부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 운동 인식 장치.And a workout correction generator configured to compare the walking posture derived by the exercise posture deriving unit and the reference posture to generate posture correction information.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 운동 인식 장치는,The apparatus of claim 10, wherein the exercise recognition device comprises:
    상기 운동 교정 생성부에 의하여 생성된 자세 교정용 정보를 음향, 도해, 영상을 포함하는 사용자가 인식 가능한 정보로서 변환하여 출력하는 교정 정보 출력부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 운동 인식 장치.And a correction information output unit which converts and outputs posture correction information generated by the exercise correction generation unit as information recognizable by a user including sound, illustration, and image, and outputs the correction information.
  12. 제 7항에 있어서, 상기 운동 인식 장치는,The apparatus of claim 7, wherein the exercise recognition device comprises:
    상기 운동 자세 도출부에 의하여 도출된 보행 자세를 외부의 데이터베이스에 전송하여 누적적으로 저장하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 운동 인식 장치.The exercise recognizing apparatus, characterized in that the walking posture derived by the exercise posture deriving unit is stored in a cumulative transmission to an external database.
  13. 제 7항에 있어서, 상기 운동 인식 장치는,The apparatus of claim 7, wherein the exercise recognition device comprises:
    상기 센서 신호 수집부 및 상기 운동 자세 도출부 간의 신호 전달이,The signal transmission between the sensor signal collector and the exercise posture derivation unit,
    블루투스, 와이파이, NFC 중 선택되는 적어도 하나의 무선 통신에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 운동 인식 장치.Exercise recognition device characterized in that made by at least one wireless communication selected from Bluetooth, Wi-Fi, NFC.
  14. 상하, 좌우, 전후를 포함하는 3축 방향 가속도 센서 및 사용자 위치를 측정하는 위치 측정 센서를 포함하여 이루어지며 사용자의 머리에 착용되는 운동 자세 도출 장치를 이용한 운동 자세 도출 방법에 있어서,In the exercise posture deriving method using the exercise posture deriving device which comprises a three-axis acceleration sensor including the up, down, left, right, front and rear and a position measuring sensor for measuring the user position, which is worn on the user's head,
    상기 운동 자세 도출 장치에 의해 수집된 3축 방향 가속도를 사용하여 산출된 사용자 질량 중심의 운동 상태 값들을 사용하여, 질량 중심 위치에서 가속도 벡터 방향으로 지면에 프로젝션하여 압력 중심 경로를 추산하는 압력 중심 경로 추산 단계;The pressure center path is projected on the ground in the direction of acceleration vector from the center of mass position and the pressure center path is calculated using the motion state values of the user's center of mass calculated using the 3-axis acceleration collected by the exercise attitude deriving device. Estimating step;
    상하 방향 가속도 그래프의 패턴으로부터 보행인지 또는 주행인지를 판단하는 운동 종류 판단 단계;An exercise type determination step of determining whether the user is walking or traveling from the pattern of the up-down acceleration graph;
    압력 중심 경로 추산치 및 3축 방향 가속도를 기반으로 보폭, 보간, 보각, 좌우 비대칭을 포함하는 자세 정보를 도출하는 운동 자세 도출 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 방법.And a movement attitude derivation step of deriving attitude information including stride length, interpolation, interpolation, and left and right asymmetry based on the estimated pressure center path estimate and three-axis acceleration.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 압력 중심 경로 추산 단계는,The method of claim 14, wherein the step of estimating the pressure center path,
    상하 방향 가속도 및 중력가속도의 합 대비 좌우 방향 가속도의 비율 및 상하 방향 가속도 및 중력가속도의 합 대비 전후 방향 가속도의 비율로 압력 중심의 방향을 결정하는 압력 중심 방향 결정 단계;A pressure center direction determining step of determining the direction of the pressure center by the ratio of the left and right accelerations to the sum of the vertical accelerations and the gravity accelerations, and the ratio of the front and rear accelerations to the sum of the vertical accelerations and the gravity accelerations;
    질량 중심이 미리 측정된 사용자 키 정보에 미리 결정된 유추용 상수를 곱한 값으로 결정되는 높이에 위치한 것으로 가정하고, 상기 압력 중심 방향 결정 단계에서 결정된 방향으로 지면에 프로젝션하여 압력 중심 위치를 유추하는 압력 중심 위치 유추 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 방법.Assuming that the center of mass is located at a height determined by multiplying a predetermined user's key information by a predetermined inference constant, the pressure center projecting the pressure center position by projecting onto the ground in the direction determined in the pressure center direction determining step Pressure center path-based exercise posture deriving method comprising the step of inferring position.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 압력 중심 경로 추산 단계는,The method of claim 15, wherein the step of estimating the pressure center path,
    상기 압력 중심 위치 유추 단계에서 유추된 압력 중심 위치에 미리 결정된 전후 및 좌우 방향 보정용 상수를 곱한 값으로 보정되는 압력 중심 위치 보정 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 방법.And a pressure center position-based exercise posture derivation step of correcting the pressure center position inferred in the pressure center position inference step by a value obtained by multiplying a predetermined front-rear and left-right direction correction constants.
  17. 제 14항에 있어서, 상기 운동 자세 도출 단계는,The method of claim 14, wherein the deriving the exercise posture,
    사용자의 운동이 주행일 경우 시간 영역에서 측정된 상하 방향 가속도에서 로컬 맥시멈을 중간지지시점으로 정의하고, 사용자의 운동이 보행일 경우 시간 영역에서 측정된 상하 방향 가속도에서 로컬 미니멈을 중간지지시점으로 정의하는, 중간지지시점 결정 단계;If the user's motion is driving, the local maximum is defined as the intermediate support point in the vertical acceleration measured in the time domain. If the user's motion is walking, the local minimum is defined as the intermediate support point in the vertical acceleration measured in the time domain. Intermediate support point determination step;
    사용자의 운동이 주행일 경우 시간 영역에서 측정된 상하 방향 가속도에서 상수값으로 나타나는 구간을 공중부유구간으로 결정하며 나머지 구간을 한발지지구간으로 결정하고, 사용자의 운동이 보행일 경우 시간 영역에서 측정된 상하 방향 가속도에서 피크값이 형성되는 구간을 양발지지구간으로 결정하며 나머지 구간을 한발지지구간으로 결정하는, 구간 분류 결정 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 방법.If the user's motion is driving, the section that is represented by constant value in the up-down acceleration measured in the time domain is determined as the floating section, and the remaining section is determined as the one-foot support section. A pressure center path-based exercise posture derivation method comprising determining a section in which a peak value is formed in the vertical acceleration as a double support section, and determining a remaining section as a single support section.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 운동 자세 도출 단계는,The method of claim 17, wherein the deriving the exercise posture,
    사용자 위치 정보를 미리 정해진 시간 간격마다 측정하여 평균 속도를 산출하는 단계;Calculating an average speed by measuring user location information at predetermined time intervals;
    상기 시간 간격 동안의 상기 중간지지시점 개수를 측정하여 보행 주파수를 산출하는 단계;Calculating a walking frequency by measuring the number of intermediate supporting points during the time interval;
    상기 평균 속도를 상기 보행 주파수로 나누어 보폭을 산출하는 단계를 포함하여 이루어져 전후 방향의 보폭을 산출하는 것을 특징으로 하는 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 방법.And calculating the stride length by dividing the average speed by the walking frequency to calculate the stride length in the front-rear direction.
  19. 제 17항에 있어서, 상기 운동 자세 도출 단계는,The method of claim 17, wherein the deriving the exercise posture,
    상기 중간지지시점에 해당하는 압력 중심 위치 값을 사용하여 좌우 방향의 보간을 산출하는 것을 특징으로 하는 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 방법.Pressure center path-based exercise posture derivation method, characterized in that for calculating the interpolation in the left and right directions using the pressure center position value corresponding to the intermediate support point.
  20. 제 17항에 있어서, 상기 운동 자세 도출 단계는,The method of claim 17, wherein the deriving the exercise posture,
    상기 한발지지구간의 시작 시점에 해당하는 압력 중심 위치 값 및 상기 한발 지지구간의 끝 시점에 해당하는 압력 중심 위치 값을 사용하여 보각을 산출하는 것을 특징으로 하는 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 방법.A pressure center path-based exercise posture derivation method comprising calculating a complementary angle using a pressure center position value corresponding to a start point of the one foot support section and a pressure center position value corresponding to an end point of the one foot support section.
  21. 제 17항에 있어서, 상기 운동 자세 도출 단계는,The method of claim 17, wherein the deriving the exercise posture,
    시간 영역에서 측정된 좌우 방향 가속도의 부호를 기준으로 지지하고 있는 발을 파악하는 단계;Identifying a foot supported by the sign of the left-right acceleration measured in the time domain;
    시간 영역에서 측정된 상하 방향 가속도의 피크값, 골값 및 둘 간의 차이값을 비교하는 단계를 포함하여 이루어져 좌우 비대칭 및 반복성을 산출하는 것을 특징으로 하는 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 방법.Comprising the step of comparing the peak value, the bone value and the difference value between the two accelerations measured in the time domain, the pressure center path-based exercise attitude derivation method characterized in that it calculates the left and right asymmetry and repeatability.
  22. 상하, 좌우, 전후를 포함하는 3축 방향 가속도 센서 및 사용자 위치를 측정하는 위치 측정 센서를 포함하여 이루어지며 사용자의 머리에 착용되는 센서 신호 수집부;A sensor signal collector including a three-axis acceleration sensor including up, down, left, and right, and a position measuring sensor measuring a user position and worn on a user's head;
    상기 센서 신호 수집부로부터 신호를 전달받아, 3축 방향 가속도 및 위치 신호를 사용하여 사용자 질량 중심의 가속도, 속도, 위치를 포함하는 보행 또는 주행 운동 상태 값을 도출하고, 상기 보행 또는 주행 운동 상태 값으로부터 압력 중심 경로를 추산하며, 상기 압력 중심 경로를 분석하여 보행 또는 주행 자세를 도출하는 운동 자세 도출부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 중심 경로 기반 운동 자세 도출 장치.Receiving a signal from the sensor signal collection unit, using the three-axis acceleration and position signals to derive a walking or driving motion state value including the acceleration, speed, position of the user's center of mass, the walking or driving motion state value A pressure center path-based exercise posture deriving device comprising: an exercise posture deriving unit configured to estimate a pressure center path from the head, and to analyze the pressure center path to derive a walking or driving posture.
PCT/KR2017/008534 2016-08-09 2017-08-08 Method and apparatus for recognizing exercise WO2018030743A1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019506629A JP6765505B2 (en) 2016-08-09 2017-08-08 Motion recognition method and device
CN201780037342.2A CN109414608B (en) 2016-08-09 2017-08-08 Motion recognition method and device
US16/272,201 US11497966B2 (en) 2016-08-09 2019-02-11 Automatic coaching system and method for coaching user's exercise

Applications Claiming Priority (10)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2016-0101491 2016-08-09
KR1020160101491A KR101830371B1 (en) 2016-08-09 2016-08-09 Motion posture deriving method and apparatus based path of COP
KR1020160101489A KR101926170B1 (en) 2016-08-09 2016-08-09 Motion sensing method and apparatus for gait-monitoring
KR10-2016-0101489 2016-08-09
KR10-2017-0030402 2017-03-10
KR1020170030394A KR101995482B1 (en) 2017-03-10 2017-03-10 Motion sensing method and apparatus for gait-monitoring
KR10-2017-0030394 2017-03-10
KR1020170030402A KR101995484B1 (en) 2017-03-10 2017-03-10 Motion posture deriving method and apparatus based path of COP
KR1020170079255A KR101970674B1 (en) 2017-06-22 2017-06-22 Method and apparatus for quantifying risk of gait injury
KR10-2017-0079255 2017-06-22

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2017/008506 Continuation-In-Part WO2018030734A1 (en) 2016-08-09 2017-08-07 3d simulation method and apparatus

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2017/008533 Continuation-In-Part WO2018030742A1 (en) 2016-08-09 2017-08-08 Method and apparatus for recognizing exercise

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018030743A1 true WO2018030743A1 (en) 2018-02-15

Family

ID=61162849

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2017/008506 WO2018030734A1 (en) 2016-08-09 2017-08-07 3d simulation method and apparatus
PCT/KR2017/008534 WO2018030743A1 (en) 2016-08-09 2017-08-08 Method and apparatus for recognizing exercise

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2017/008506 WO2018030734A1 (en) 2016-08-09 2017-08-07 3d simulation method and apparatus

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP6765505B2 (en)
CN (2) CN109310913B (en)
WO (2) WO2018030734A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019195633A (en) * 2018-05-10 2019-11-14 ビフレクス インコーポレイテッド Ivlr prediction method and risk quantification device for injury during running exercise using the same

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109621331A (en) * 2018-12-13 2019-04-16 深圳壹账通智能科技有限公司 Fitness-assisting method, apparatus and storage medium, server
CN111790133B (en) * 2019-04-03 2021-06-08 杭州乾博科技有限公司 Intelligent batting ball training end recognition method and system
ES2928789T3 (en) * 2019-05-07 2022-11-22 Bodytone Int Sport S L treadmill for sports training
KR102304300B1 (en) * 2019-05-08 2021-09-23 주식회사 비플렉스 A method and apparatus for detecting walking factor with portion acceleration sensor
CN110180158B (en) * 2019-07-02 2021-04-23 乐跑体育互联网(武汉)有限公司 Running state identification method and system and terminal equipment
CN113509173A (en) * 2020-04-10 2021-10-19 华为技术有限公司 Motion gesture recognition method, terminal device and storage medium
CN111569397B (en) * 2020-04-30 2021-06-15 东莞全创光电实业有限公司 Handle motion counting method and terminal
TWI741724B (en) * 2020-08-05 2021-10-01 美律實業股份有限公司 Body mass index interval estimation device and operation method thereof
CN112130677B (en) * 2020-09-23 2023-05-12 深圳市爱都科技有限公司 Wearable terminal and lifting hand recognition method thereof
JP2022120517A (en) * 2021-02-05 2022-08-18 パナソニックIpマネジメント株式会社 Acoustic device and acoustic control method
WO2023128511A1 (en) * 2021-12-28 2023-07-06 주식회사 디랙스 Exercise posture analyzing device and smart exercise device comprising same
CN116491935B (en) * 2023-06-29 2023-08-29 深圳市微克科技有限公司 Exercise health monitoring method, system and medium of intelligent wearable equipment

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050097181A (en) * 2004-03-31 2005-10-07 학교법인 대양학원 Walking pattern analysis apparatus and method using inertial sensor
US20070250261A1 (en) * 2006-04-20 2007-10-25 Honeywell International Inc. Motion classification methods for personal navigation
KR20080102466A (en) * 2007-05-21 2008-11-26 연세대학교 산학협력단 Movement, gait, and posture assessment and intervention system and method, mgpaism
KR20110067416A (en) * 2009-12-14 2011-06-22 대구대학교 산학협력단 Monitoring system and method for moving and balancing of human body using sensor node
US20130110456A1 (en) * 2006-07-21 2013-05-02 James C. Solinsky Geolocation system and method for determining mammal locomotion movement

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6430997B1 (en) * 1995-11-06 2002-08-13 Trazer Technologies, Inc. System and method for tracking and assessing movement skills in multidimensional space
JPH09330424A (en) * 1996-06-07 1997-12-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd Movement converter for three-dimensional skeleton structure
JP3443077B2 (en) * 1999-09-20 2003-09-02 ソニー株式会社 Robot motion pattern generation device and motion pattern generation method, and robot
WO2005021107A1 (en) * 2003-08-27 2005-03-10 Steffan Klein Personel training system and method
JP5028751B2 (en) * 2005-06-09 2012-09-19 ソニー株式会社 Action recognition device
GB0602127D0 (en) * 2006-02-02 2006-03-15 Imp Innovations Ltd Gait analysis
KR100962530B1 (en) * 2007-09-28 2010-06-14 한국전자통신연구원 Apparatus and method for measuring the physiological signal
JP2009204568A (en) * 2008-02-29 2009-09-10 Seiko Instruments Inc Walk simulation apparatus
CN101881625B (en) * 2008-08-19 2012-09-12 幻音科技(深圳)有限公司 Stride correction method, ranging method and step-counting device
BRPI0913517B1 (en) * 2008-09-04 2019-08-20 Koninklijke Philips N.V. FALL PREVENTION SYSTEMS FOR A USER, FALL PREVENTION METHOD FOR A USER, AND NON-TRANSITIONAL COMPUTER LEGIBLE MEANS
KR101633362B1 (en) * 2010-01-18 2016-06-28 삼성전자 주식회사 Humanoid robot and walking control method thereof
ES2846821T3 (en) * 2010-07-14 2021-07-29 Ecole Polytechnique Fed Lausanne Epfl System and method for 3D gait assessment
JP2012024275A (en) * 2010-07-22 2012-02-09 Omron Healthcare Co Ltd Walking posture determination device
EP2422698A1 (en) * 2010-08-26 2012-02-29 Nederlandse Organisatie voor toegepast -natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Method and system for determining the walking or running speed of a person
KR20120059824A (en) * 2010-12-01 2012-06-11 경희대학교 산학협력단 A method and system for acquiring real-time motion information using a complex sensor
CN103797506B (en) * 2011-06-22 2018-04-10 高尔纵株式会社 User's virtual golf analogy method of customized exercise environment is provided, the server being connected through network with the device and the customized exercise environment of the user simulated using virtual golf provide method
JP2014534659A (en) * 2011-09-23 2014-12-18 クリエイツ インコーポレイテッドCreatz Inc. A virtual sports system to obtain a good ball image by controlling the camera according to the surrounding brightness
US9101812B2 (en) * 2011-10-25 2015-08-11 Aquimo, Llc Method and system to analyze sports motions using motion sensors of a mobile device
JP5915285B2 (en) * 2012-03-15 2016-05-11 セイコーエプソン株式会社 Status detection device, electronic device, measurement system, and program
CN103729614A (en) * 2012-10-16 2014-04-16 上海唐里信息技术有限公司 People recognition method and device based on video images
JP2014236774A (en) * 2013-06-06 2014-12-18 セイコーエプソン株式会社 Organism information processing device and organism information processing method
JP6358889B2 (en) * 2013-09-26 2018-07-18 株式会社メガチップス Pedestrian observation system, program, and traveling direction estimation method
JP6134680B2 (en) * 2014-03-19 2017-05-24 日本電信電話株式会社 Walking support device, gait measuring device, method and program
JP2016034481A (en) * 2014-07-31 2016-03-17 セイコーエプソン株式会社 Information analysis device, exercise analysis system, information analysis method, analysis program, image generation device, image generation method, image generation program, information display device, information display system, information display program, and information display method
JP2016034480A (en) * 2014-07-31 2016-03-17 セイコーエプソン株式会社 Notification device, exercise analysis system, notification method, notification program, exercise support method, and exercise support device
JP6080078B2 (en) * 2014-08-18 2017-02-15 高知県公立大学法人 Posture and walking state estimation device
HK1203120A2 (en) * 2014-08-26 2015-10-16 高平 A gait monitor and a method of monitoring the gait of a person
US10448867B2 (en) * 2014-09-05 2019-10-22 Vision Service Plan Wearable gait monitoring apparatus, systems, and related methods
TWM499888U (en) * 2014-11-10 2015-05-01 Alexandave Ind Co Ltd Postural stability evaluation and rehabilitation system
CN104382599B (en) * 2014-12-05 2017-01-18 京东方科技集团股份有限公司 Method, equipment and wearable device for measuring activities of cervical vertebrae
WO2016092912A1 (en) * 2014-12-11 2016-06-16 ソニー株式会社 Program and information processing system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050097181A (en) * 2004-03-31 2005-10-07 학교법인 대양학원 Walking pattern analysis apparatus and method using inertial sensor
US20070250261A1 (en) * 2006-04-20 2007-10-25 Honeywell International Inc. Motion classification methods for personal navigation
US20130110456A1 (en) * 2006-07-21 2013-05-02 James C. Solinsky Geolocation system and method for determining mammal locomotion movement
KR20080102466A (en) * 2007-05-21 2008-11-26 연세대학교 산학협력단 Movement, gait, and posture assessment and intervention system and method, mgpaism
KR20110067416A (en) * 2009-12-14 2011-06-22 대구대학교 산학협력단 Monitoring system and method for moving and balancing of human body using sensor node

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019195633A (en) * 2018-05-10 2019-11-14 ビフレクス インコーポレイテッド Ivlr prediction method and risk quantification device for injury during running exercise using the same

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018030734A1 (en) 2018-02-15
CN109310913A (en) 2019-02-05
CN109310913B (en) 2021-07-06
JP2019531772A (en) 2019-11-07
JP6765505B2 (en) 2020-10-07
CN109414608A (en) 2019-03-01
CN109414608B (en) 2021-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018030743A1 (en) Method and apparatus for recognizing exercise
WO2018030742A1 (en) Method and apparatus for recognizing exercise
KR102043104B1 (en) Motion sensing method and apparatus
CN107632698B (en) Motion analysis system and method based on image
JP2010005033A (en) Walking motion analyzer
CN101536053A (en) System for fall prevention and a method for fall prevention using such a system
JP7080722B2 (en) Detection method, detection device and detection system
US11497966B2 (en) Automatic coaching system and method for coaching user&#39;s exercise
CN111904427A (en) Walking factor detection method and device through head acceleration sensor
WO2017146350A1 (en) Shoe
WO2021025396A1 (en) Method and device for detecting fall accident by using sensor in low power state
KR101830371B1 (en) Motion posture deriving method and apparatus based path of COP
US20170151463A1 (en) Method and apparatus for optimizing running performance of an individual
KR102081735B1 (en) Motion sensing method and apparatus
US10794723B2 (en) Walking measurement device, walking measurement method, and program
KR102020796B1 (en) Method and apparatus for evaluating stability during running and walking
KR102039381B1 (en) Method and apparatus for evaluating imbalance during running and walking
JP6229830B2 (en) Exercise support device, exercise support method, and exercise support program
WO2021153910A1 (en) Method and device for evaluating body function through head part motion acceleration sensor
WO2020242005A1 (en) Mode control method and device using movement pattern characteristics of user
WO2019009466A1 (en) Sports event service platform enabling stride estimation
KR101995484B1 (en) Motion posture deriving method and apparatus based path of COP
KR102251031B1 (en) Injury management system based on sports stocking with sensor
WO2023128619A1 (en) Method for estimating walking index of user and electronic device and wearable device for performing same
WO2024075986A1 (en) Electronic device and wearable device for providing exercise program, and control method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17839761

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019506629

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17839761

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1