WO2020209595A2 - 트레드밀의 전력 소비 정보에 기초한 분석 장치 - Google Patents

트레드밀의 전력 소비 정보에 기초한 분석 장치 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for monitoring power consumption of a treadmill while being driven separately from the treadmill.
  • a treadmill is a device that provides a medium amount of exercise and provides an amount of exercise that is almost similar to an outdoor walking or running exercise. That is, sufficient exercise is possible even indoors by continuous use of the treadmill.
  • Patent Document 1 Unexamined Patent Publication No. 10-2013-0048358 (Publication date: 2013.5.10)
  • the present invention has been conceived to solve the above-described problems, and an embodiment of the present invention proposes an apparatus for determining a movement pattern of a pedestrian or a driver based on power consumption information of a treadmill.
  • an embodiment of the present invention proposes a device for performing a medical diagnosis using walking information and prescribing a more sophisticated exercise therapy according to the diagnosis result.
  • An analysis device based on power consumption information of a treadmill is driven while the belt of the treadmill repeats a rotational motion at a predetermined speed, and when the object to be measured steps on the belt according to the speed
  • a current sensor that senses a change in instantaneous current generated in the treadmill due to a change in a load of the motor in real time when moving in motion
  • a processor that determines a motion pattern of the object to be measured based on the instantaneous current value sensed through the current sensor.
  • the processor may determine the motion pattern of the object to be measured based on an envelope of a current signal corresponding to a step of the object to be measured and a shape of a waveform inside the envelope.
  • the processor determines a movement pattern of the object to be measured based on the following [Equation 1],
  • the peak is the maximum value of the current in the envelope
  • PV Previous Valley
  • NV Next Valley
  • PV to Peak is the peak at PV.
  • Peak to NV is the relative distance from Peak to NV
  • the processor when the intensity of the instantaneous current value of the clan of the measurement target and the intensity of the instantaneous current value of the other family is constantly different within a predetermined range, the clan or the other family It can be determined that one of the states is not normal.
  • the analysis device further includes a voltage sensor, and the processor may calculate the power and power factor of the treadmill based on a current value sensed from the current sensor and a voltage value sensed from the voltage sensor.
  • the processor may determine a physical fitness state based on the maximum possible exercise capacity of the measurement target by adjusting the driving speed and driving time of the treadmill according to the measurement target.
  • the analysis device further includes a curved display disposed in front of the treadmill to inspire the movement motivation of the object to be measured, and the processor further includes a health state by analyzing a walking pattern of the object to be measured.
  • An interactive game including an advertisement or an image of a tourist destination may be provided through the display, and wind or fragrance may be generated.
  • the analysis device may further include an adapter having one end connected to an external power outlet and the other end connected to a power cable of the treadmill to supply external power to the treadmill.
  • the processor may perform medical diagnosis based on a movement pattern of the object to be measured.
  • a medical diagnosis including an abnormality in the musculoskeletal system of an athlete may be performed without modifying the treadmill, and the health state of the athlete may be analyzed.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an analysis apparatus based on power consumption information of a treadmill according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of an analysis device based on power consumption information of a treadmill according to an embodiment of the present invention
  • 3 to 7(b) are graphs generated to determine a movement pattern of an athlete by an analysis device based on power consumption information of a treadmill according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an external appearance of an analysis device based on power consumption information of a treadmill for promoting continuation of exercise according to an embodiment of the present invention.
  • analysis apparatus 100 (hereinafter referred to as “analysis apparatus”) based on power consumption information of a treadmill according to an embodiment of the present invention.
  • the treadmill 10 includes a belt 11 that repeats a rotational motion, and the belt 11 may be driven by an electric motor. That is, the treadmill 10 provides an environment in which the pedestrian 17 can walk or run at a set speed.
  • One end of the analysis device 100 includes a cable 107 and a plug 107A, is connected through an external power source and an outlet 20, and may receive external power.
  • the other end of the analysis device 100 may be connected to the plug 13A of the treadmill 10 in an adapter manner through a cable 103 and a plug 103A. Accordingly, the analysis device 100 is configured separately from the treadmill 10, and can measure the power consumed by the treadmill 10. That is, even if the treadmill 10 is not modified, it can be connected to the treadmill 10.
  • the analysis device 100 includes a communication unit 110, a current sensor 120, a voltage sensor 130, an ADC 140, a display 150, a storage unit 160, and a processor 170 that controls the components. do.
  • the communication unit 110 is a module capable of communicating with a terminal device, an external device, or a system by including a wired/wireless communication module, a short-range communication module, and a mobile communication module.
  • the current sensor 120 may measure an instant current generated by the treadmill 10.
  • the treadmill 10 consumes the greatest amount of power is a motor that repeatedly rotates the belt 11 of the treadmill 10, and the power of the module performing other electronic control is small or kept constant within a predetermined range,
  • the current signal generated by the motor can be classified and monitored. That is, the current sensor 120 may monitor a change in instantaneous current caused by a change in the load of the motor in real time.
  • a shunt register may be applied to accurately monitor a change in one cycle of an AC current in a 1/60 second period with a sufficient sampling period.
  • the voltage sensor 120 is a module that measures the amount of voltage applied to the treadmill 10, and the processor 170 uses the current value collected from the current sensor 120 and the voltage amount to consume the treadmill 10. Power can be calculated. In addition, by calculating a power factor that is the ratio of the active power and the apparent power in the AC circuit, the power in the AC circuit can also be accurately calculated.
  • the ADC 110 is used for the purpose of changing the analog value of the current measured by analog to digital into a digital signal that can be easily processed by the processor 170.
  • a circuit including various elements including a rectifier and an amplifier may be applied to the analysis device 100.
  • the display 150 may be separately provided in the analysis device 100 and implemented as a large curved surface in front of the treadmill 10 in order to inspire the movement of the target to be measured.
  • the processor 170 may provide various images, information, and the like to the target to be measured based on the health state of the target to be measured.
  • the display 150 may display an image such as an interactive game or a tourist destination in which the athlete including advertisement or additional information and the analysis device 100 may interact.
  • the processor 170 may provide profit distribution or separate tangible and intangible compensation for game participants using the treadmill through a contract with an advertiser.
  • the processor 170 provides rewards to game participants who use the treadmill at the cost of paying the advertisement by the advertiser based on the information on the participation level in consideration of the game participant's treadmill usage time, the number of advertisement views, and advertisement viewing time. can do.
  • the processor 170 may provide discounted or free items in the game, and may provide cash or various rewards outside the game.
  • the storage unit 160 may store various types of information under the control of the processor 170, and the storage unit 160 is a flash memory type, a hard disk type, and an SSD type (Solid State). Disk type), SDD type (Silicon Disk Drive type), multimedia card micro type, card type memory (for example, SD or XD memory, etc.), RAM (random access memory (RAM)), SRAM ( static random access memory), ROM (read-only memory; ROM), EEPROM (electrically erasable programmable read-only memory), PROM (programmable read-only memory), magnetic memory, magnetic disk, and at least one type of storage medium among optical disks It may include, and may include storage such as a cloud system.
  • a module for outputting wind or a module for emitting a fragrant odor may be provided, and specific driving may be performed under the control of the processor 170.
  • the processor 170 is driven while the belt 11 of the treadmill 10 repeatedly rotates at a predetermined speed, and the object to be measured moves while stepping on the belt 11 according to the speed, the current sensor 120 or The sensing value through the voltage sensor 130 may be detected.
  • the processor 170 may transmit information or receive information through an external device (smart phone, server, PC, etc.) and the communication unit 110 based on the collected information.
  • an external device smart phone, server, PC, etc.
  • the processor 170 may determine a movement pattern of the object to be measured based on a current value sensed through the current sensor 120.
  • FIG. 3 is a graph showing a measured current value for a predetermined time when a DC motor is applied to the treadmill 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the analysis device 100 calculates the current consumed in the idle state (5Km), the walking state, the running state, and the limping running state through a sample sufficient to monitor a change in AC current of 60 Hz. Can be displayed.
  • the speed of the motor is controlled by using a method similar to PWM (Pulse Width Modulation), which partially uses AC power that repeats a sine wave 60 times per second within one cycle. Control, and each peak point represents a portion of the sine wave actually supplied to the motor.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • each peak point represents a portion of the sine wave actually supplied to the motor.
  • changes in the current caused by the load can be monitored in the same way for the AC motor regardless of the driving method.
  • the amount of impact in the running state is the largest, and the amount of current consumed by the motor is observed to be greater than in other states (walking state, limp state) due to the greatest load on the motor.
  • the amount of impact is less observed compared to the running state.
  • FIG. 4(a) shows the current value measured when the analysis device 100 according to an embodiment of the present invention walks
  • FIG. 4(b) shows the analysis device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • a current value measured when running is shown
  • FIG. 4(c) shows a current value measured when the analysis device 100 according to an embodiment of the present invention limps.
  • the step measured by the analysis device 100 is 12 steps in 10 seconds, and looking at each step, the heel is rapidly increased as soon as it touches the pad, so that the forefoot pushes the pad and It forms a slope until the moment you leave.
  • the analysis device 100 may determine that the athlete is walking.
  • the steps measured by the analysis device 100 represent 16 steps for 10 seconds, and looking at each step, the impact at the moment when the forebow touches the belt 11 and pushes the pad is large.
  • the back slope from touch to departure is symmetrical with the front slope. In this case, the analysis device 100 may determine that the athlete is running.
  • the step measured by the analysis device 100 represents 15 steps for 10 seconds, and since the left and right feet are repeatedly used for walking, the current value of one step is the current value of the other step. It is observed to be more consistently smaller. In this case, the analysis device 100 may determine that one foot of the exerciser has a disorder.
  • the analysis device 100 may accurately measure walking, running, and lameness of a user using the treadmill 10.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a method of determining a motion pattern of an object to be measured using an envelope and an inner waveform of an envelope in one step by the analysis apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • An envelope in contact with the instantaneous current value graph may be derived on the graphs shown in FIGS. 4A to 4C, and FIG. 5 shows an envelope for one step.
  • one step is one step when repeatedly exercising in a certain pattern, and not one step when exercising irregularly.
  • PV Previous Valley
  • NV Next Valley, NV
  • PV to Peak is the relative distance from PV to Peak
  • Peak to NV is the relative distance from Peak to NV.
  • the analysis device 100 determines that the object to be measured is walking, and when the value of MP is greater than ⁇ , the object to be measured is It may be determined to jump, and the ⁇ value may be set to 0.5 and the ⁇ value may be set to 0.6, but the ⁇ value and the ⁇ value may be changed according to implementation examples.
  • FIG. 6(a) shows an envelope of the measured current value when the analysis device 100 according to an embodiment of the present invention walks
  • FIG. 6(b) is an analysis device according to an embodiment of the present invention ( 100) shows the envelope of the measured current value when it jumps
  • FIG. 6(c) shows the envelope of the measured current value when the analysis device 100 according to an embodiment of the present invention is limp.
  • the analysis device 100 determines that the athlete is walking because the MP values are 0.36, 0.27, 0.27, 0.29, and 0.29 for a total of five steps.
  • the analysis device 100 determines that the athlete is running because the MP values are 0.875, 0.6, 0.7, 1.125, 0.78, and 0.875 for a total of six steps.
  • the analysis device 100 determines that the MP values for a total of six steps are 0.55, 0.41, 0.48, 0.53, 0.55, and 0.33, and the ratio of the other steps to one step is 0.71. I can.
  • 7(a) and 7(b) show that the analysis device 100 analyzes the walking pattern when the shoes are worn ((a)) and when the shoes are taken off ((b)).
  • an urgent chin is generated in the part where the forebow pushes the pad after the touch, in this part, the sole of the foot and the pad are inside the shoe before the forebow pushes the pad. It can be said that it is a chin that occurred because it was suddenly pushed out along with the bottom of the hard shoe while not transmitting the movement of the forefoot to the pad. The chin does not occur when the shoes are taken off (Fig. 7(b)).
  • the analysis device 100 may transmit the analyzed information to an external smartphone, a server external medical institution, or a healthcare professional institution through the communication unit 110.
  • the analysis device 100 may also feed back comments made by a healthcare professional organization or a medical expert and transmit the feedback to the exerciser.
  • the analysis apparatus 100 may determine a physical fitness state based on the maximum possible exercise capacity of the measurement target by adjusting the driving speed and driving time of the treadmill according to the measurement target. That is, the analysis device 100 may automatically adjust the amount of exercise through the reaction limit as described above. Accordingly, the analysis device 100 may provide personalized exercise therapy or the like for each person.
  • the analysis apparatus 100 may perform medical diagnosis on the basis of a movement pattern of the object to be measured when the target to be measured is an elderly person or a person with a joint disease exceeding a predetermined age (eg, 70 years old). That is, medical diagnosis is possible for diseases such as joints only through movement in the treadmill.
  • a predetermined age eg, 70 years old
  • FIG 8 shows an analysis device 100 for improving motivation for continuing exercise according to an embodiment of the present invention.
  • the analysis device 100 provides a huge curved display 150 to the athlete, and the curved display 150 displays a landscape that the athlete will like, an interactive game using a treadmill as an adjustment interface, or an exercise image including an advertisement image. have.
  • the analysis device 100 may also provide a game function, and thus provide an interface through which a user can experience virtual reality, augmented reality, and the like while exercising on the treadmill.
  • 3D glasses or the like may be applied together.
  • the analysis apparatus 100 may analyze information on the number of steps per minute, information on left-right symmetry, information on whether or not to adequately adapt to a corresponding speed, and the like, and provide a notification to the user visually/audibly in the middle. For example, a notification may be provided through an LED or a specific sound may be generated.
  • Embodiments of the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium.
  • the computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like alone or in combination.
  • the program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and usable to those skilled in computer software.
  • Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks.
  • -A hardware device specially configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like.
  • Examples of the program instructions include not only machine language codes such as those produced by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
  • the above-described hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform the operation of the present invention, and vice versa.
  • the movement pattern of pedestrians or drivers is determined based on the power consumption information of the treadmill, as it exceeds the limitations of the existing technology, it is not only the use of the related technology, but the marketing or sales of the applied device. It is an invention that has industrial applicability because it has sufficient possibilities and can be implemented clearly in reality.

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Abstract

트레드밀(Treadmill)의 전력 소비 정보에 기초한 분석 장치가 개시된다. 본 분석 장치는 트레드밀의 벨트가 소정의 속도로 회전운동을 반복하면서 구동되고, 피측정 대상이 속도에 맞추어 벨트를 밟으면서 움직이는 경우, 트레드밀에서 발생되는 전류를 실시간으로 감지하는 전류 센서 및 전류 센서를 통해 감지된 순시 전류값에 기초하여 피측정대상의 움직임 패턴을 결정하는 프로세서를 포함한다. 이에 따라, 운동자의 건강 상태가 모니터링될 수 있다.

Description

트레드밀의 전력 소비 정보에 기초한 분석 장치
본 발명은 트레드밀과 별도로 구동되면서 트레드밀의 전력 소비를 모니터링하는 장치에 관한 것이다.
트레드밀(Treadmill)은 중간 정도의 운동량을 제공하는 기구로서 실외의 걷기 혹은 달리기 운동과 거의 유사한 운동량을 제공한다. 즉, 지속적인 트레드밀의 사용에 의해 실내에서도 충분한 운동이 가능하다.
다만, 트레드밀을 이용하여 운동하는 경우, 쳇바퀴를 도는 것과 같은 반복적인 동작으로 인해 운동에 대한 흥미와 운동 지속에 대한 동기력이 떨어질 수 있다.
아울러, 트레드밀을 이용하여 운동하는 경우 소정의 속도로 소정의 시간 동안 운동하였고, 그에 대비되는 칼로리 소모가 어느 정도인지는 가늠할 수 있으나, 걸음걸이의 정량적인 평가에 의한 건강 상태를 모니터링 하는데는 다소 미흡하다고 할 수 있다.
이에, 이를 보다 개선하는 기술의 대두가 필요하다 할 것이다.
한편, 상기와 같은 정보는 본 발명의 이해를 돕기 위한 백그라운드(background) 정보로서만 제시될 뿐이다. 상기 내용 중 어느 것이라도 본 발명에 관한 종래 기술로서 적용 가능할지 여부에 관해, 어떤 결정도 이루어지지 않았고, 또한 어떤 주장도 이루어지지 않는다.
(특허문헌 1) 공개특허공보 제10-2013-0048358호(공개일 : 2013.5.10)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 일 실시 예는 트레드밀의 전력 소비 정보에 기초하여 보행자나 주행자의 움직임 패턴을 결정하는 장치를 제안한다.
또한, 본 발명의 일 실시 예는 보행 정보를 이용하여 의학적 진단을 수행하며, 진단 결과에 따른 보다 정교한 운동 요법을 처방하는 장치를 제안한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 트레드밀(Treadmill)의 전력 소비 정보에 기초한 분석 장치는 상기 트레드밀의 벨트가 소정의 속도로 회전운동을 반복하면서 구동되고, 피측정 대상이 상기 속도에 맞추어 상기 벨트를 밟으면서 움직이는 경우, 모터의 부하변동에 의해 상기 트레드밀에서 발생되는 순시 전류의 변화를 실시간으로 감지하는 전류 센서; 및 상기 전류 센서를 통해 감지된 순시 전류값에 기초하여 상기 피측정대상의 움직임 패턴을 결정하는 프로세서를 포함할 수 있다.
몇몇 실시 예에서, 상기 프로세서는, 상기 피측정대상의 일 스텝(Step)에 대응되는 전류 신호의 포락선(Envelope) 및 포락선 내부 파형의 형태에 기초하여 상기 피측정 대상의 움직임 패턴을 결정할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 프로세서는, 아래 [식 1]에 기초하여 상기 피측정 대상의 움직임 패턴을 결정하되,
[식 1]
MP = (PV to Peak)/(Peak to NV)
(여기서, 상기 Peak는 상기 포락선에서 전류의 최대값, PV(Previous Valley)는 상기 최대값 이전의 최소값, NV(Next Valley, NV)는 상기 최대값 이후의 최소값이며, PV to Peak는 PV 에서 Peak 까지의 상대적 거리이고, Peak to NV 는 Peak 에서 NV 까지의 상대적 거리임), 상기 MP의 값이 ρ보다 작은 경우, 피측정 대상이 걷는 것으로 결정하고, 상기 MP의 값이 τ 보다 큰 경우, 피측정 대상이 뛰는 것으로 결정할 수 있다.
몇몇 실시 예에서, 상기 프로세서는, 상기 피측정 대상의 일족(一足) 순시 전류값의 세기와 타족(他足) 순시 전류값의 세기가 소정 범위 내에서 일정하게 차이가 있는 경우, 상기 일족 또는 타족 중 하나의 상태가 정상이 아닌 것으로 결정할 수 있다.
상기 분석 장치는 전압 센서를 더 포함하며, 상기 프로세서는, 상기 전류 센서로부터 감지된 전류값 및 상기 전압 센서로부터 감지된 전압값에 기초하여 상기 트레드밀의 전력 및 역률을 산출할 수 있다.
몇몇 실시 예에서, 상기 프로세서는, 상기 트레드밀의 구동 속도 및 구동 시간을 상기 피측정 대상에 맞게 조절하여 상기 피측정대상의 최대 가능 운동 능력에 기반한 체력 상태를 결정할 수 있다.
상기 분석 장치는, 상기 피측정 대상의 운동 의욕을 고취하기 위해, 상기 트레드밀 전방에 배치된 곡면의 디스플레이를 더 포함하며, 상기 프로세서는, 상기 피측정 대상의 보행 패턴 분석에 의한 건강 상태에 기초하여 광고가 포함된 인터랙티브(Interactive) 게임 또는 관광지의 영상을 상기 디스플레이를 통해 제공하고, 바람이나 향기가 발생되게 할 수 있다.
몇몇 실시 예에서, 상기 분석 장치는 일단이 외부전원 콘센트와 연결되고 타단이 상기 트레드밀의 전원 케이블과 연결되어, 상기 트레드밀로 외부 전원을 공급하는 어댑터(Adapter)를 더 포함할 수 있다.
몇몇 실시 예에서, 상기 프로세서는 상기 피측정대상이 소정 나이를 초과하는 노인이나 관절 질환자인 경우, 상기 피측정대상의 움직임 패턴에 기초하여 의료 진단을 수행할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 트레드밀을 개조하지 않고 운동자의 근골격계 이상을 포함한 의료 진단이 수행될 수 있으며, 운동자의 건강 상태가 분석될 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 트레드밀의 전력 소비 정보에 기초한 분석 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 트레드밀의 전력 소비 정보에 기초한 분석 장치의 구성을 나타내는 블록도,
도 3 내지 도 7(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 트레드밀의 전력 소비 정보에 기초한 분석 장치에서 운동자의 움직임 패턴을 결정하기 위해 생성한 그래프들, 그리고,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 운동 지속을 고취하기 위한 트레드밀의 전력 소비 정보에 기초한 분석 장치의 외관을 나타낸다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 트레드밀의 전력 소비 정보에 기초한 분석 장치(100, 이하 “분석 장치”로 칭함)를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참고하면, 보행자(17)는 트레드밀(10)에서 운동하고 있다. 트레드밀(10)은 회전 운동을 반복하는 벨트(11)를 포함하는데, 상기 벨트(11)는 전기 모터에 의해 구동될 수 있다. 즉, 트레드밀(10)은 보행자(17)가 설정된 속도로 걷거나 뛸 수 있는 환경을 제공한다.
분석 장치(100)의 일 말단은 케이블(107) 및 플러그(107A)를 포함하며, 외부 전원과 콘센트(20)를 통해 연결되고, 외부 전원을 공급받을 수 있다. 분석 장치(100)의 다른 말단은 케이블(103) 및 플러그(103A)를 통해 어뎁터 방식으로 트레드밀(10)의 플러그(13A)와 연결될 수 있다. 이에, 분석 장치(100)는 트레드밀(10)과는 별도로 구성되어, 트레드밀(10)에서 소비되는 전력을 측정할 수 있다. 즉, 트레드밀(10)을 개조하지 않더라도 트레드밀(10)과 연결될 수 있다.
이하에서는, 도 2를 참고하여 분석 장치(100)의 구성을 설명하기로 하며, 도 1의 도면부호를 함께 참조하기로 한다.
분석 장치(100)는 통신부(110), 전류 센서(120), 전압 센서(130), ADC(140), 디스플레이(150), 저장부(160) 및 상기 구성들을 제어하는 프로세서(170)를 포함한다.
통신부(110)는 유무선 통신 모듈, 근거리 통신 모듈, 이동 통신 모듈 등을 구비하여 단말 기기, 외부 장치, 시스템과 통신할 수 있는 모듈이다.
전류 센서(120)는 트레드밀(10)에서 발생되는 순시 전류(Instant Current) 값을 측정할 수 있다. 트레드밀(10)에서 가장 큰 전력을 소비하는 것은 트레드밀(10)의 벨트(11)를 반복하여 회전시키는 모터이며, 기타 전자 제어를 수행하는 모듈의 전력은 작거나 소정 범위 내에서 일정하게 유지되어, 모터에서 발생되는 전류 신호가 구분되어 모니터링될 수 있다. 즉, 전류 센서(120)는 모터의 부하 변동에 의해 발생되는 순시 전류의 변화를 실시간으로 모니터링할 수 있다.
전류 센서(120)에는 다양한 소자가 적용될 수 있으며, 일 예로 shunt register를 적용되어 1/60초 주기의 AC 전류 한 사이클의 변화를 충분한 샘플링 주기로 정밀하게 모니터링할 수 있다.
전압 센서(120)는 트레드밀(10)로 인가되는 전압량을 측정하는 모듈이며, 프로세서(170)는 상기 전류 센서(120)로부터 수집된 전류값과 상기 전압량을 이용하여 트레드밀(10)의 소비 전력을 산출할 수 있다. 아울러, 교류회로에서 유효전력과 피상전력의 비인 역률을 산출함으로써, 교류 회로에서의 전력도 정확하게 산출될 수 있다.
ADC(110)는 Analog to Digital 로 측정된 전류의 아날로그값을 프로세서(170)가 용이하게 처리할 수 있는 디지털 신호로 변경하는 목적으로 사용된다. 상기 ADC(110) 이외에도 정류기, 증폭기 등을 포함한 다양한 소자를 포함하는 회로가 상기 분석 장치(100)에 적용될 수 있다.
디스플레이(150)는 별도로 분석 장치(100)에 구비되어 피측정 대상의 운동 의욕을 고취하기 위해 트레드밀(10) 전방에 대형 곡면으로 구현될 수 있다. 프로세서(170)는 피측정 대상의 건강 상태에 기초하여 다양한 영상, 정보 등을 피측정 대상에게 제공할 수 있다.
디스플레이(150)는 프로세서(170)의 제어에 따라 광고 또는 추가적인 정보가 포함된 운동자와 분석 장치(100)가 상호 작용할 수 있는 인터랙티브(Interactive) 게임 또는 관광지 등의 영상을 표시할 수 있다.
프로세서(170)는 광고주와의 계약을 통한 트레드밀을 이용하는 게임 참여자에 대한 이익 분배 혹은 별도의 유무형의 보상을 제공할 수 있다.
이를 위해, 프로세서(170)는 게임 참여자의 트레드밀 이용시간, 광고 시청 횟수, 광고 시청 시간 등을 고려한 참여도에 관한 정보에 기초하여 광고주가 광고를 지불하는 비용에서 트레드밀을 이용하는 게임 참여자에게 보상을 제공할 수 있다.
프로세서(170)는 게임 상에서 아이템을 할인하여 제공하거나 무상으로 제공할 수 있으며, 게임 외적으로 캐쉬를 지급하거나 다양한 리워드를 제공할 수 있다.
저장부(160)는 프로세서(170)의 제어에 따라 다양한 정보를 저장할 수 있는데, 저장부(160)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory), 자기 메모리, 자기 디스크 및 광디스크 중 적어도 한 타입의 저장매체를 포함할 수 있으며, 클라우드 시스템 등의 저장소를 포함할 수 있다.
상기 구성요소들과 별도로 바람이 출력되는 모듈이나 향기로운 냄새를 출하는 모듈이 구비되어, 프로세서(170)의 제어에 따라 특정 구동을 수행할 수 있다.
프로세서(170)는 트레드밀(10)의 벨트(11)가 소정의 속도로 회전운동을 반복하면서 구동되고, 피측정 대상이 속도에 맞추어 벨트(11)를 밟으면서 움직이는 경우, 전류 센서(120) 또는 전압 센서(130)를 통한 센싱값을 감지할 수 있다.
프로세서(170)는 수집된 정보에 기초하여 외부 기기(스마트폰, 서버, PC 등)와 통신부(110)를 통해 정보를 전송하거나, 정보를 수신할 수 있다.
프로세서(170)는 전류 센서(120)를 통해 감지된 전류값에 기초하여 상기 피측정대상의 움직임 패턴을 결정할 수 있다.
이하에서는, 도 3 내지 도 7(b)을 참고하여, 프로세서(170)가 전류 센서(120)를 통해 감지된 전류값에 기초하여 상기 피측정대상의 움직임 패턴을 결정하기 위해 도출한 그래프들을 설명한다.
먼저, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 트레드밀(10)에 직류 모터가 적용된 경우, 소정 시간 동안의 측정된 전류값을 나타내는 그래프이다.
도 3을 참고하면, 분석 장치(100)는 60Hz의 AC 전류 변화를 모니터링 하기에 충분한 샘플을 통해 아이들 상태(5Km), 보행 상태, 런닝 상태, 림핑(Limping) 런닝 상태에 대해 소비되는 전류값을 표시할 수 있다.
트레드밀(10)의 DC 전동기의 예에서 1초에 60 회 사인파가 반복되는 AC 전원을 한 주기 내에 부분적으로만 사용하는 PWM (Pulse Width Modulation)과 유사한 방식을 이용하여 전력공급량을 제어하여 모터의 속도를 제어하며, 피크 지점 각각이 사인파 중에 실제로 모터로 공급된 부분을 나타낸다. 아울러, 부하에 의한 전류의 변화는 구동 방식에 상관없이 AC 모터도 동일한 방식으로 모니터링할 수 있다.
도 3을 참고하면, 런닝 상태의 충격량이 가장 커서 모터에 더 많은 부하를 줌으로 모터가 소비하는 전류량이 다른 상태(보행 상태, 절뚝거림 상태)보다 더 많은 것이 관측되며, 발에 통증이 있어 가볍게만 밸트(11)를 터치한 절뚝거림 상태의 경우 런닝 상태에 비해 충격량이 적게 관측된다.
도 4(a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분석 장치(100)가 걷는 경우에 측정된 전류값을 나타내고, 도 4(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분석 장치(100)가 뛰는 경우에 측정된 전류값을 나타내며, 도 4(c)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분석 장치(100)가 절뚝거리는 경우에 측정된 전류값을 나타낸다.
도 4(a)를 참고하면, 분석 장치(100)에 의해 측정된 걸음은 10 초간에 12 스텝이며, 각 스텝을 살펴보면, 뒷꿈치가 패드에 닿는 순간 급속하게 증가하여 앞꿈치가 패드를 밀어내고 패드를 떠나는 순간까지 경사면을 이루게 된다. 이런 경우, 분석 장치(100)는 운동자가 걷고 있는 것으로 결정할 수 있다.
도 4(b)를 참고하면, 분석 장치(100)에 의해 측정된 걸음은 10초간 16 스텝을 나타내며, 각 스텝을 살펴보면, 앞꿈치가 벨트(11)에 터치하고 패드를 밀어 떨어지는 순간의 충격이 큰 반면 터치 후 떠날 때까지의 뒤쪽 경사가 앞쪽 경사와 대칭된다. 이런 경우, 분석 장치(100)는 운동자가 뛰고 있는 것으로 결정할 수 있다.
도 4(c)를 참고하면, 분석 장치(100)에 의해 측정된 걸음은 10초간에 15 스텝을 나타내며, 왼발 및 오른발이 반복적으로 보행에 사용되므로, 한 스텝의 전류값이 다른 스텝의 전류값보다 일정하게 작게 관찰된다. 이런 경우, 분석 장치(100)는 운동자의 한 발에 장애가 있는 것으로 결정할 수 있다.
도 4(a) 내지 도 4(c)를 참고하면, 분석 장치(100)는 트레드밀(10)을 이용하는 사용자의 걷기, 뛰기, 절름거리기 등을 정확하게 측정될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분석 장치(100)가 하나의 스텝에서 포락선 및 포락선 내부 파형을 이용하여 피측정 대상의 움직임 패턴을 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 4(a) 내지 도 4(c)에서 도시되는 그래프 상에서 순시 전류값 그래프에 접하는 포락선(Envelope)이 도출될 수 있으며, 도 5는 한 스텝에 대한 포락선을 나타낸다. 여기서, 한 스텝은 일정한 패턴으로 반복 운동할 때의 한 스텝이며, 불규칙하게 운동할 때의 한 스텝이 아니다.
도 5를 참고하면, 여기서, 상기 Peak는 포락선에서 순시 전류의 최대값을 표시하고, PV(Previous Valley)는 상기 최대값 이전의 최소값, NV(Next Valley, NV)는 상기 최대값 이후의 최소값이며, PV to Peak는 PV에서 Peak 까지의 상대적 거리이고, Peak to NV는 Peak 에서 NV 까지의 상대적 거리이다.
즉, 분석 장치(100)는 아래 식 1에 의해 도출되는 MP(패턴 결정값)이 ρ보다 작은 경우, 피측정 대상이 걷는 것으로 결정하고, 상기 MP의 값이 τ 보다 큰 경우, 피측정 대상이 뛰는 것으로 결정할 수 있으며, ρ 값은 0.5, τ 값은 0.6으로 설정될 수 있으나, 구현 예에 따라서 상기 ρ 값 및, τ 값이 변경될 수 있다.
[식 1]
MP = (PV to Peak)/(Peak to NV)
이 경우, 프로세서(170)는 피측정 대상의 일족(一足) 순시 전류값의 세기와 타족(他足) 순시 전류값의 세기가 소정 범위 내에서 일정하게 차이가 있는 경우, 상기 일족 또는 타족 중 하나의 상태가 정상이 아닌 것으로 결정할 수 있다.
도 6(a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분석 장치(100)가 걷는 경우에 측정된 전류값에 대한 포락선을 나타내고, 도 6(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분석 장치(100)가 뛰는 경우에 측정된 전류값에 대한 포락선을 나타내며, 도 6(c)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분석 장치(100)가 절뚝거리는 경우에 측정된 전류값의 포락선을 나타낸다.
도 6(a)를 참고하면, 분석 장치(100)는 총 다섯 스텝에 대해 MP 값이 0.36, 0.27, 0.27, 0.29, 0.29 가 되어, 운동자가 걷는 것으로 결정한다.
도 6(b)를 참고하면, 분석 장치(100)는 총 여섯 스텝에 대해 MP 값이 0.875, 0.6, 0.7, 1.125, 0.78, 0.875 이 되어, 운동자가 뛰는 것으로 결정한다.
도 6(c)를 참고하면, 분석 장치(100)는 총 여섯 스텝에 대해 MP 값이 0.55, 0.41, 0.48, 0.53, 0.55, 0.33 이 되고, 일 스텝 대비 다른 스텝의 비가 0.71 로 되어 비정상으로 결정할 수 있다.
도 7(a) 및 도 7(b)는 분석 장치(100)가 신발을 신은 경우((a))와 벗은 경우((b))에 걷기 패턴을 분석하는 것을 나타낸다.
도 7(a)를 참고하면, 분석 장치(100)는 신을 신었을 때 touch이후 앞꿈치가 pad를 밀어내는 부분에 급한 턱이 발생되는데, 이 부분은 앞꿈치가 pad를 밀어내기 전에 발바닥과 pad가 신발내부에서 앞꿈치가 이동하는 것을 pad에 전달하고 있지 못하다가 딱딱한 신발의 바닥과 함께 갑작스럽게 밀어내게 되어 발생한 턱이라 할 수 있다. 상기 턱은 신발을 벗은 경우(도 7(b))에는 발생되지 않는다.
분석 장치(100)는 분석된 정보를 통신부(110)를 통해 외부 스마트폰, 서버 외부 의료 기관, 헬스 케어 전문 기관 등으로 전송할 수 있다. 분석 장치(100)는 헬스 케어 전문 기관이나 의료 전문가가 코멘트한 내용도 다시 피드백하여 운동자에게 전달할 수 있다.
분석 장치(100)는 트레드밀의 구동 속도 및 구동 시간을 상기 피측정 대상에 맞게 조절하여 상기 피측정대상의 최대 가능 운동 능력에 기반한 체력 상태를 결정할 수 있다. 즉, 분석 장치(100)는 이와 같이 반응 한계를 통해 운동량을 자동으로 조절할 수 있다. 이에, 분석 장치(100)는 사람별로 운동 요법 등을 맞춤형으로 제공할 수 있다.
아울러, 분석 장치(100)는 피측정대상이 소정 나이를 초과(가령, 만 70세)하는 노인이나 관절 질환자인 경우, 피측정대상의 움직임 패턴에 기초하여 의료 진단을 수행할 수 있다. 즉, 트레드밀에서의 움직임만 통해서 관절 등의 질환에 대해서는 의료 진단이 가능하다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 운동 지속 동기력을 증진하기 위한 분석 장치(100)를 나타낸다.
분석 장치(100)가 운동자에게 거대한 곡면 디스플레이(150)를 제공하고, 곡면 디스플레이(150)에는 운동자가 좋아할 만한 풍경, 트레드밀을 조정 인터페이스로 하는 인터랙티브 게임이나 광고 영상을 포함한 운동 영상 등이 표시될 수 있다.
분석 장치(100)는 게임 기능도 제공할 수 있어서, 사용자가 트레드밀 상에서 운동하면서 가상 현실, 증강 현실 등을 경험할 수 있는 인터페이스를 제공할 수 있다. 이 경우, 3D 안경 등이 함께 적용될 수 있다.
분석 장치(100)는 분당 걸음횟수 정보, 좌우 대칭성 정보, 해당 속도에 여유있게 적응하는지 여부에 대한 정보 등을 분석할 수 있으며, 중간중간에 시각/청각적으로 사용자에게 알림으로 제공할 수 있다. 일 예로 LED로 알림을 제공하거나 특정 소리가 발생되게 할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 상기한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 또는 수정이 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 미친다 할 것이다.
본 발명에 의하면, 트레드밀의 전력 소비 정보에 기초하여 보행자나 주행자의 움직임 패턴을 결정한다는 점에서, 기존 기술의 한계를 뛰어 넘음에 따라 관련 기술에 대한 이용만이 아닌 적용되는 장치의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.

Claims (9)

  1. 트레드밀(Treadmill)의 전력 소비 정보에 기초한 분석 장치에 있어서,
    상기 트레드밀의 벨트가 소정의 속도로 회전운동을 반복하면서 구동되고, 피측정 대상이 상기 속도에 맞추어 상기 벨트를 밟으면서 움직이는 경우, 모터의 부하변동에 의해 상기 트레드밀에서 발생되는 순시 전류의 변화를 실시간으로 감지하는 전류 센서; 및
    상기 전류 센서를 통해 감지된 순시 전류값에 기초하여 상기 피측정대상의 움직임 패턴을 결정하는 프로세서를 포함하는, 트레드밀의 전력 소비 정보에 기초한 분석 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 피측정대상의 일 스텝(Step)에 대응되는 전류 신호의 포락선(Envelope) 및 포락선 내부 파형의 형태에 기초하여 상기 피측정 대상의 움직임 패턴을 결정하는, 트레드밀의 전력 소비 정보에 기초한 분석 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    아래 [식 1]에 기초하여 상기 피측정 대상의 움직임 패턴을 결정하되,
    [식 1]
    MP = (PV to Peak)/(Peak to NV)
    (여기서, 상기 Peak는 상기 포락선에서 전류의 최대값, PV(Previous Valley)는 상기 최대값 이전의 최소값, NV(Next Valley, NV)는 상기 최대값 이후의 최소값이며, PV to Peak는 PV 에서 Peak 까지의 상대적 거리이고, Peak to NV 는 Peak 에서 NV 까지의 상대적 거리임),
    상기 MP의 값이 ρ보다 작은 경우, 피측정 대상이 걷는 것으로 결정하고, 상기 MP의 값이 τ 보다 큰 경우, 피측정 대상이 뛰는 것으로 결정하는, 트레드밀의 전력 소비 정보에 기초한 분석 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 피측정 대상의 일족(一足) 순시 전류값의 세기와 타족(他足) 순시 전류값의 세기가 소정 범위 내에서 일정하게 차이가 있는 경우, 상기 일족 또는 타족 중 하나의 상태가 정상이 아닌 것으로 결정하는, 트레드밀의 전력 소비 정보에 기초한 분석 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    전압 센서를 더 포함하며,
    상기 프로세서는,
    상기 전류 센서로부터 감지된 전류값 및 상기 전압 센서로부터 감지된 전압값에 기초하여 상기 트레드밀의 전력 및 역률을 산출하는, 트레드밀의 전력 소비 정보에 기초한 분석 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 트레드밀의 구동 속도 및 구동 시간을 상기 피측정 대상에 맞게 조절하여 상기 피측정대상의 최대 가능 운동 능력에 기반한 체력 상태를 결정하는, 트레드밀의 전력 소비 정보에 기초한 분석 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 피측정 대상의 운동 의욕을 고취하기 위해, 상기 트레드밀 전방에 배치된 곡면의 디스플레이를 더 포함하며,
    상기 프로세서는,
    상기 피측정 대상의 보행 패턴 분석에 의한 건강 상태에 기초하여 광고가 포함된 인터랙티브(Interactive) 게임 또는 관광지의 영상을 상기 디스플레이를 통해 제공하고,
    바람이나 향기가 발생되게 하며,
    상기 피측정 대상의 참여도에 기초하여 차등적인 리워드가 제공되는, 트레드밀의 전력 소비 정보에 기초한 분석 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    일단이 외부전원 콘센트와 연결되고 타단이 상기 트레드밀의 전원 케이블과 연결되어, 상기 트레드밀로 외부 전원을 공급하는 어댑터(Adapter)를 더 포함하는, 트레드밀의 전력 소비 정보에 기초한 분석 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 피측정대상이 소정 나이를 초과하는 노인이나 관절 질환자인 경우, 상기 피측정대상의 움직임 패턴에 기초하여 의료 진단을 수행하는, 트레드밀의 전력 소비 정보에 기초한 분석 장치.
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