KR101647316B1

KR101647316B1 - System for analysing physical activity

Info

Publication number: KR101647316B1
Application number: KR1020150029873A
Authority: KR
Inventors: 김영호; 신태민; 최우혁; 신영은
Original assignee: 연세대학교 원주산학협력단
Priority date: 2015-03-03
Filing date: 2015-03-03
Publication date: 2016-08-10

Abstract

A system to analyze a physical activity comprises: a heart beat measuring unit, an acceleration measuring unit, and a terminal. The heart beat measuring unit measures an electrocardiogram signal and a first acceleration signal via a heart beat measuring device formed in the chest of a user. The acceleration measuring unit measures a second acceleration signal of a foot tip via an acceleration measuring device formed in shoes of a user. The terminal analyzes the first and the second acceleration signal by wirelessly connecting to the heart beat measuring unit and the acceleration measuring unit. The terminal analyzes the kind of the physical activity via the shaft change of the first and the second acceleration signal by using the rotation of quaternion after measuring the quaternion by analyzing the first and the second acceleration signal. The purpose of the present invention is to provide the system to analyze the physical activity of the user in consideration of the shaft change of the acceleration sensor.

Description

신체활동 분석 시스템{SYSTEM FOR ANALYSING PHYSICAL ACTIVITY}[0001] SYSTEM FOR ANALYSIS PHYSICAL ACTIVITY [0002]

본 발명은 신체활동 분석 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 신체에 부착된 가속도 센서들을 통해 가속도 신호를 분석하여 신체활동을 판단하는 신체활동 분석 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a physical activity analyzing system, and more particularly, to a physical activity analyzing system for analyzing an acceleration signal through acceleration sensors attached to a body to determine physical activity.

의학의 발달과 인간의 기대수명이 늘어나면서 건강한 삶에 대한 욕구가 커짐에 따라 건강관리에 대한 관심이 꾸준히 증가하고 있으며, 최근에는 안드로이드폰 및 아이폰과 같은 스마트폰의 성장과 더불어 웨어러블(WEARABLE) 기술이 발달하여 팔찌, 장갑, 목걸이 또는 안경의 형상으로 형성되고 있다. 이러한 웨어러블 기술로 형성된 장치들은 스마트폰과 연동하여 생활에 편리함을 더해주고 있다.As the development of medicine and the life expectancy of human beings increase, the interest in health care is steadily increasing as the desire for a healthy life grows. In recent years, with the growth of smartphones such as Android phones and iPhones, Has been developed into a shape of a bracelet, a glove, a necklace, or glasses. The devices formed with this wearable technology have added convenience to life by interworking with smart phones.

일반적으로 웨어러블 디바이스들은 안드로이드나 아이폰 등의 운영체제를 사용하여 각각의 스마트폰들과 연동하거나 독립적으로 작용하여 스마트폰의 사용을 더욱 편리하게 도와주거나 스마트폰을 대신하여 사용된다. 이러한 웨어러블 디바이스들은 무선으로 인터넷에 연결되어 클라우드에 저장된 노래를 재생시켜 음악을 들을 수 있도록 하거나 사진 및 동영상을 촬영하고, 네비게이션 기능 및 스케쥴을 제공하게 된다.In general, wearable devices use Android or iPhone operating system to interact with each smartphone or work independently to help more convenient use of smartphone or to replace smart phone. These wearable devices are wirelessly connected to the Internet to play songs stored in the cloud to allow them to listen to music, photographs and videos, and provides navigation functions and schedules.

여기에서 더 나아가 사용자의 신체활동 정보를 입력하거나 자동으로 수집하여 예상 신체활동, 소비열량, 이동거리, 속도 및 이동경로 등을 통계화하여 체계적인 운동을 가능하게 하고 더 나아가 생체신호들을 바탕으로 개선되는 운동능력을 판단할 수 있는 디바이스들의 개발이 늘어나고 있다. 하지만, 기존의 자가보고 기반의 신체활동 분석장치들 또는 GPS 기반의 장치들은 직접 신체활동 정보를 입력해야 하거나 실외의 위치추적외에는 어떤 신체활동을 하였는지에 대한 세부적인 정보는 제공할 수 없다.Further, the user's physical activity information is further input or automatically collected to enable systematic exercise by statisticalizing expected physical activity, calorie consumption, movement distance, speed and movement route, and further improved based on bio-signals The development of devices that can determine exercise capacity is increasing. However, existing self-report based physical activity analyzers or GPS-based devices can not provide detailed information about physical activity information, such as direct physical activity information, or any physical activity other than tracking outdoor location.

이와 관련하여 대한민국 특허공개 제2014-0088390호는 피부에 직접적으로 부착되어 생체신호를 측정하는 패치형 전극을 개시하고 있으며, 대한민국 특허공개 제2014-0012334호는 자동차의 핸들에 형성되어 운전자의 생체신호를 감지하여 운전의 안정성을 증가시키는 발명을 개시하고 있으나, 생체신호와 함께 신체활동 정보를 추가하여 사용자가 활동하는 경로, 소비열량 등의 세부적인 정보들을 수집 및 분석하는 발명은 제시하지 못하고 있다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 2014-0088390 discloses a patch-type electrode that is directly attached to the skin to measure a living body signal, and Korean Patent Laid-Open Publication No. 2014-0012334 discloses a bio- However, the present invention does not disclose an invention for collecting and analyzing detailed information such as a path that the user is active and a calorie consumption by adding physical activity information together with a bio-signal.

따라서, 일상생활 전반에서 사용자의 생체신호 및 신체활동정보를 수집 및 분석하여 건강관리가 가능한 발명에 대한 연구가 필요하다.Therefore, it is necessary to study the inventions capable of health management by collecting and analyzing the user's bio-signal and physical activity information in the daily life as a whole.

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 가속도 센서의 축 변화를 고려하여 사용자의 신체활동 분석하는 시스템을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a system for analyzing a physical activity of a user in consideration of an axis change of an acceleration sensor.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 상기 신체활동 분석 시스템은 심박측정부, 가속도측정부 및 단말기를 포함한다. 상기 심박측정부는 사용자의 가슴에 형성되는 심박측정기를 통해 심전도 신호 및 제1 가속도 신호를 측정하고, 상기 가속도측정부는 사용자의 신발에 형성되는 가속도측정기를 통해 발등의 제2 가속도 신호를 측정하고, 상기 단말기는 상기 제1 또는 제2 가속도 신호들을 분석하여 사원수(Quaternion)를 측정한 뒤 사원수 회전을 사용하여 상기 제1 또는 제2 가속도 신호들의 축 변환을 통해 속도 및 이동거리를 산출하여 신체활동의 종류를 분석할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the physical activity analysis system includes a heart rate measuring unit, an acceleration measuring unit, and a terminal. Wherein the heart rate measuring unit measures an ECG signal and a first acceleration signal through a heart rate meter formed on a user's chest and the acceleration measuring unit measures a second acceleration signal of the foot through an accelerometer formed on the user's shoe, The terminal measures the quaternion by analyzing the first or second acceleration signals and calculates a speed and a moving distance through axis transformation of the first or second acceleration signals by using the number of employees, Can be analyzed.

일 실시예에서, 상기 단말기는 상기 제1 또는 제2 가속도 신호들을 수신 및 필터링하고 측정알고리즘을 사용하여 상기 제1 또는 제2 가속도 신호들의 가속도 및 각속도 데이터들을 통해 사원수를 측정하고, 상기 사원수를 통해 상기 제1 또는 제2 가속도 신호들의 축 변화를 도출하고, 한 걸음에 해당하는 구간설정을 통해 문턱값(Threshold)을 산출하며, 상기 한 걸음 구간의 축 변환된 가속도 신호를 통해 3차원 궤적을 표시하여 신체활동을 분석할 수 있다.In one embodiment, the terminal receives and filters the first or second acceleration signals and measures the number of employees through acceleration and angular velocity data of the first or second acceleration signals using a measurement algorithm, And a threshold value is calculated through an interval setting corresponding to one step, and a three-dimensional trajectory is generated through the axis-converted acceleration signal of the one-step interval, Can be displayed to analyze the physical activity.

일 실시예에서, 상기 단말기는 상기 제1 또는 제2 가속도 신호를 통해 속도 및 이동거리들을 측정할 수 있다.In one embodiment, the terminal may measure velocity and travel distances through the first or second acceleration signal.

일 실시예에서, 상기 단말기는 송수신부, 분석부 및 디스플레이부를 포함하고, 상기 송수신부는 상기 제1 또는 제2 가속도 신호들을 수신하고, 상기 분석부는 상기 제1 또는 제2 가속도 신호들을 수신하며, 상기 분석부는 상기 제1 또는 제2 가속도 신호들을 분석하여 신체활동을 분석하며, 상기 디스플레이부는 상기 분석부의 결과를 사용자에게 표시할 수 있다.In one embodiment, the terminal includes a transceiver unit, an analysis unit, and a display unit, and the transceiver unit receives the first or second acceleration signals, the analysis unit receives the first or second acceleration signals, The analysis unit analyzes the first or second acceleration signals to analyze physical activity, and the display unit may display the result of the analysis unit to the user.

일 실시예에서, 상기 심박측정부는 심전도측정부, 제1 가속도센서부, 제1 제어부 및 제1 송수신부를 포함하고, 상기 심전도측정부는 심전도 신호를 측정하며, 상기 제1 가속도센서부는 제1 가속도 신호를 측정하며, 상기 제1 제어부는 상기 심전도 신호 및 상기 제1 가속도 신호를 수신하여 필터링을 통해 노이즈를 제거하고 구동을 제어하며, 상기 제1 송수신부는 상기 제1 제어부로부터 수신하는 상기 심전도 신호 및 상기 제1 가속도 신호를 상기 단말기로 송신할 수 있다.In one embodiment, the heartbeat measuring unit includes an electrocardiogram measuring unit, a first acceleration sensor unit, a first control unit, and a first transceiver unit, the electrocardiogram measuring unit measures an electrocardiogram signal, and the first acceleration sensor unit measures a first acceleration signal Wherein the first controller receives the electrocardiogram signal and the first acceleration signal, removes noise through filtering and controls driving of the electrocardiogram signal, and the first transceiver receives the electrocardiogram signal and the first electrocardiogram signal received from the first controller, And may transmit the first acceleration signal to the terminal.

일 실시예에서, 상기 가속도측정부는 제2 가속도센서부, 제2 제어부 및 제2 송수신부를 포함하고, 상기 제2 가속도센서부는 상기 제2 가속도 신호를 측정하며, 상기 제2 제어부는 상기 제2 가속도 신호를 필터링하여 노이즈를 제거하고 구동을 제어하며, 상기 제2 송수신부는 상기 제2 가속도 신호를 상기 단말기로 송신할 수 있다.In one embodiment, the acceleration measurement unit includes a second acceleration sensor unit, a second control unit, and a second transmission / reception unit, the second acceleration sensor unit measures the second acceleration signal, and the second control unit measures the second acceleration And the second transceiver may transmit the second acceleration signal to the mobile station.

일 실시예에서, 상기 심박측정기는 제1 케이스, 전극, 제1 메인보드, 제1 배터리 및 전극커넥터를 포함하고, 상기 제1 케이스는 내부에 공간을 형성하고 커버하며, 상기 전극은 패치형태로 사용자의 상체에 접촉하여 상기 심전도 신호를 측정하며, 상기 제1 메인보드는 상기 제1 케이스 내부에 형성되어 가속도신호를 측정하고 상기 심전도 신호를 필터링하고 상기 단말기로 송수신하며, 상기 제1 배터리는 상기 제1 메인보드의 하부에 형성되어 전원을 공급하며, 상기 전극커넥터는 상기 전극과 상기 제1 메인보드를 연결할 수 있다.In one embodiment, the heart rate meter comprises a first case, an electrode, a first main board, a first battery and an electrode connector, the first case forming and covering a space therein, Wherein the first main board measures an acceleration signal and filters and transmits / receives the electrocardiogram signal to / from the terminal, the first main board being formed in the first case, the first main board measuring an acceleration signal, The first main board is connected to the first main board and the second main board.

일 실시예에서, 상기 가속도측정기는 제2 케이스, 제2 메인보드 및 제2 배터리를 포함하고, 상기 제2 케이스는 내부에 공간을 형성하고 커버하며, 상기 제2 메인보드는 상기 제2 케이스 내부에 형성되어 가속도 신호를 측정하고 상기 단말기로 상기 가속도 신호를 송수신하며, 상기 제2 배터리는 상기 제2 메인보드의 하부에 형성되어 전원을 공급할 수 있다.In one embodiment, the acceleration meter includes a second case, a second main board and a second battery, the second case forming and covering a space therein, And transmits and receives the acceleration signal to the terminal, and the second battery is formed at a lower portion of the second main board to supply power.

본 발명의 실시예들에 의하면, 신체활동 분석 시스템은 상체에 부착되는 심박측정부 및 하체에 형성되는 가속도측정부를 통해 제1 또는 제2 가속도 신호들 및 심전도 신호를 측정하고, 단말기로 무선통신을 통해 전송하여, 분석부는 제1 또는 제2 가속도 신호들을 통해 상기 하체에서 이루어지는 축 변환을 고려하여 가속도 신호의 축 변환 및 이를 통한 속도 및 이동거리를 측정하여, 보다 정확한 신체활동을 구별할 수 있는 장점이 있다.According to embodiments of the present invention, the physical activity analysis system measures first or second acceleration signals and electrocardiogram signals through a heartbeat measuring unit attached to the upper body and an acceleration measuring unit formed on the lower body, The analyzing unit can perform the axial conversion of the acceleration signal and the velocity and the moving distance thereof through the first or second acceleration signals in consideration of the axial transformation performed in the lower body so as to distinguish the more accurate physical activity .

또한, 가속도측정부는 발에 형성되어 분석부로 제1 또는 제2 가속도 신호를 전송하고, 분석부는 사원수(Quaternion) 및 제1 또는 제2 가속도 신호의 축변환을 통해 한 걸음 구간을 설정하여 문턱값(Threshold)을 도출하고, 한 걸음 구간의 축 변환된 가속도 신호를 사용하여 속도 및 이동거리를 산출하여 걷기, 달리기, 계단오르기 또는 계단 내려가기 등의 신체활동을 구체적으로 판단할 수 있는 장점이 있다.Also, the acceleration measuring unit is formed on the foot and transmits the first or the second acceleration signal to the analyzing unit, and the analyzing unit sets a step interval through quaternion and axis conversion of the first or second acceleration signal, And calculating the speed and the moving distance by using the axis-converted acceleration signal of the one-step section to determine the physical activity such as walking, running, stepping up or down the stairs, etc. .

또한, 속도 및 이동거리를 통해 3차원으로 하체에 부착되는 가속도측정기의 이동을 추적하여 사용자가 일정한 공간 내에서 이동하는 궤적을 그래프로 도시할 수 있다. 예를 들어 사용자가 층마다 올라가는 방향이 달라지는 계단을 오르고 있는 경우 계단이 형성된 경로와 비슷한 궤도가 형성되어 사용자의 이동경로가 3차원의 공간 내에서 3차원적으로 정확하게 파악되는 장점이 있다. 일반적인 가속도 센서의 경우 상기와 같은 계단을 오를 경우 한 방향으로 전진하며 올라가는 궤적을 나타내지만 측정알고리즘을 사용하여 가속도 신호를 축 변환시키면, 3차원 적인 사용자의 이동경로를 추적할 수 있어 보다 정확하고 분명한 신체활동들을 파악할 수 있는 장점이 있다.In addition, the movement of the accelerometer attached to the lower body in three dimensions through the velocity and the movement distance can be tracked, and the trajectory of the user moving within a certain space can be shown as a graph. For example, when a user ascends a stairway in which the direction of climbing is different from each other, a trajectory similar to a path formed by a staircase is formed, so that the user's movement path can be accurately grasped three-dimensionally in a three-dimensional space. In the case of a general acceleration sensor, when the above-mentioned step is climbed, it shows a trajectory going up and going in one direction. However, if the acceleration signal is axially transformed by using a measurement algorithm, it is possible to track a three- There is an advantage of being able to grasp physical activities.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 신체활동 분석 시스템을 나타내는 블록선도이다.
도 2는 도 1의 심박측정부를 나타내는 블록선도이다.
도 3은 도 1의 가속도측정부를 나타내는 블록선도이다.
도 4 및 도 5는 심박측정기를 나타내는 사시도들이다.
도 6은 심박측정기를 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 6의 심박측정기의 다른 상태의 예를 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 1의 디스플레이부가 표시하는 화면을 나타내는 모식도이다.
도 9는 도 1의 디스플레이부가 표시하는 화면의 다른 상태의 예를 나타내는 모식도이다.
도 10 및 도 11은 일반적인 가속도 센서의 평행상태운동을 나타내는 모식도들이다.
도 12는 도 10 및 11의 평행상태운동에 따른 가속도 신호들을 나타내는 그래프이다.
도 13 및 도 14는 가속도 센서의 x축, y축 및 이동방향을 나타내는 모식도들이다.
도 15는 신체활동을 분석하는 순서를 나타내는 순서도이다.
도 16은 가속도의 축 변환의 전후를 나타내는 그래프이다.
도 17은 가속도 신호의 한 걸음 구간을 도출한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 18 내지 20은 측정알고리즘을 통해 산출되는 속도 및 이동거리를 분석하여 나타내는 그래프들이다.1 is a block diagram showing a physical activity analysis system according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing the heartbeat measuring unit of FIG.
3 is a block diagram showing the acceleration measuring unit of Fig.
4 and 5 are perspective views showing a heart rate monitor.
6 is a perspective view showing a heart rate monitor.
7 is a perspective view showing an example of another state of the heart rate monitor of FIG.
8 is a schematic diagram showing a screen displayed by the display unit of Fig.
9 is a schematic diagram showing an example of another state of a screen displayed by the display unit of Fig.
FIGS. 10 and 11 are schematic views showing a parallel motion of a general acceleration sensor.
FIG. 12 is a graph showing acceleration signals according to the parallel state motion of FIGS. 10 and 11. FIG.
13 and 14 are schematic views showing the x-axis, the y-axis and the moving direction of the acceleration sensor.
15 is a flowchart showing the sequence of analyzing physical activity.
16 is a graph showing before and after the axis transformation of the acceleration.
FIG. 17 is a graph showing the result of deriving one-step section of the acceleration signal. FIG.
FIGS. 18 to 20 are graphs obtained by analyzing the velocity and travel distance calculated through the measurement algorithm.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 신체활동 분석 시스템에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, a physical activity analysis system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the term "comprises" or "comprising ", etc. is intended to specify that there is a stated feature, figure, step, operation, component, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 신체활동 분석 시스템을 나타내는 블록선도이다. 도 2는 도 1의 심박측정부를 나타내는 블록선도이다. 도 3은 도 1의 가속도측정부를 나타내는 블록선도이다. 1 is a block diagram showing a physical activity analysis system according to an embodiment of the present invention. 2 is a block diagram showing the heartbeat measuring unit of FIG. 3 is a block diagram showing the acceleration measuring unit of Fig.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 신체활동 분석 시스템은 심박측정부(110), 가속도측정부(120) 및 단말기(130)를 포함한다. 1 to 3, the physical activity analysis system includes a heart rate measuring unit 110, an acceleration measuring unit 120, and a terminal 130.

상기 단말기(130)는 송수신부(131), 제어부(132) 및 디스플레이부(133)를 포함하고, 상기 심박측정부(110)는 심전도측정부(111), 제1 가속도센서부(112), 제1 제어부(113) 및 제1 송수신부(114)를 포함하며, 상기 가속도측정부(120)는 제2 가속도센서부(121), 제2 제어부(122) 및 제2 송수신부(123)를 포함한다.The terminal 130 includes a transceiver 131, a controller 132 and a display 133. The heartbeat measuring unit 110 includes an ECG measuring unit 111, a first acceleration sensor 112, The acceleration measurement unit 120 includes a first control unit 113 and a first transmission and reception unit 114. The acceleration measurement unit 120 includes a second acceleration sensor unit 121, a second control unit 122, and a second transmission and reception unit 123 .

도 1의 상기 심박측정부(110)는 사용자의 상체에 형성되어 심장에서 발생하는 심전도 신호 및 상체에서의 제1 가속도 신호를 측정하고, 상기 가속도측정부(120)는 사용자의 발에 형성되어 제2 가속도 신호를 측정한다. 상기 제1 및 제2 가속도 신호들 및 심전도 신호는 각각 상기 단말기(130)의 상기 송수신부(131)로 송신되고, 상기 분석부(132)는 가속도 신호의 축에 대한 관점을 고려하여 상기 제1 및 제2 가속도 신호 및 상기 심전도 신호를 분석하여 사용자의 신체활동의 종류를 분석하게 된다.The heart rate measuring unit 110 of FIG. 1 measures an ECG signal generated in the heart and a first acceleration signal in the upper body of the user, and the acceleration measuring unit 120 is formed on the foot of the user, 2 Measure the acceleration signal. The first and second acceleration signals and the electrocardiogram signal are respectively transmitted to the transceiver 131 of the terminal 130 and the analyzer 132 analyzes the first and second acceleration signals and the electrocardiogram signal by considering the axis of the acceleration signal, And analyzing the second acceleration signal and the electrocardiogram signal to analyze the type of the user's physical activity.

종래의 신체활동을 분석하는 방법들은 자가보고(Self-report) 기반의 방법, GPS 기반의 방법 및 가속도 센서 기반의 방법들을 사용하고 있다. 여기에서 상기 자가보고 기반의 방법은 가장 쉽고 빠르게 사용자의 신체활동을 분석할 수 있어, 신체활동 정보를 바탕으로 사용자의 신체활동을 분석하지만, 신체활동 정보를 직접 입력해야 하는 단점이 있었고, 상기 GPS 기반의 신체활동 분석 방법은 자동으로 사용자의 위치 정보를 획득하고 이를 사용해 신체활동을 분석하는 방법이고, 별도의 측정 장비가 불필요하지만, 상기 GPS를 통한 위치정보로 제한되기 때문에 신체활동을 얼마의 시간 동안 수행하였는지에 대한 세부적인 정보는 제공할 수 없다.Conventional methods of analyzing physical activity are using a self-report based method, a GPS based method, and an acceleration sensor based method. Here, the self-report-based method can analyze the physical activity of the user most easily and quickly, analyzing the physical activity of the user on the basis of the physical activity information, but directly inputting the physical activity information, Based physical activity analysis method is a method of automatically acquiring location information of a user and analyzing physical activity using the same, and it is unnecessary to use a separate measuring equipment. However, since it is limited to the location information through the GPS, Can not provide detailed information as to whether it has been performed during the

본 발명은 상기 가속도 센서에서 더 나아가 사용자의 신체활동을 자세하게 측정하기 위해 가속도 신호의 형태적인 관점만이 아니라 축에 대한 관점을 고려하여, 상기 심박측정부(110) 및 상기 가속도측정부(120)의 부착 방향이나 자세에 따라 축이 변화하더라도 항상 동일한 기준 축으로 변환하여 가속도 신호를 분석할 수 있는 장점이 있다. 또한, 축의 주기적인 변화를 감지하여, 미리 저장된 다양한 신체활동들의 패턴과 비교하여 정확한 신체활동을 분석할 수 있다.In the present invention, the heartbeat measuring unit 110 and the acceleration measuring unit 120 are configured to measure the physical activity of the user in detail from the acceleration sensor in consideration of not only the morphological view of the acceleration signal but also the axis, Even if the axis changes depending on the attachment direction or posture of the acceleration sensor, the acceleration signal can be analyzed by converting it to the same reference axis. In addition, periodic changes in the axis can be sensed, and accurate physical activity can be analyzed by comparing with patterns of various pre-stored physical activities.

상기 심박측정부(110)의 상기 심전도측정부(111)는 사용자의 상체에 형성되어 상기 심전도 신호를 측정하고, 상기 제1 가속도센서부(112)는 사용자의 상체의 위치를 감지하여, 제1 가속도 신호를 측정하고 상기 제1 가속도 신호를 상기 제1 제어부(113)로 전송한다. 상기 제1 제어부(113)는 상기 제1 가속도 신소 및 상기 심전도 신호를 수신하여, 신호들의 노이즈 및 고주파를 제거하게 된다.The electrocardiogram measuring unit 111 of the heartbeat measuring unit 110 is formed on a user's body to measure the electrocardiogram signal. The first acceleration sensor unit 112 senses the position of the upper body of the user, And transmits the first acceleration signal to the first control unit 113. The first control unit 113 receives the first acceleration signal, The first controller 113 receives the first acceleration detection signal and the electrocardiogram signal, and removes noise and high frequency signals.

상기 제2 제어부(122)가 상기 제1 가속도 신호 및 상기 심전도 신호의 노이즈 및 고주파를 필터링을 통해 제거하면, 상기 제1 가속도 신호 및 상기 심전도 신호는 상기 제2 송수신부(123)를 거쳐 상기 단말기(130)로 송신된다.When the second controller 122 removes noise and high frequency of the first acceleration signal and the electrocardiogram signal through filtering, the first acceleration signal and the electrocardiogram signal are transmitted to the terminal 120 via the second transceiver 123, (130).

즉, 상기 심박측정부(110)는 상기 심전도측정부(111) 및 상기 제1 가속도센서부(112) 및 상기 심전도측정부(111)를 측정하고, 상기 제1 제어부(113)에서 신호의 전처리(필터링) 과정을 통해 노이즈 및 고주파를 제거하여 상기 단말기(130)로 송신한다.That is, the heartbeat measuring unit 110 measures the electrocardiogram measuring unit 111, the first acceleration sensor unit 112 and the electrocardiogram measuring unit 111, and the first control unit 113 performs signal preprocessing (Filtering) process, and transmits the noise and high frequency to the terminal 130.

도 3의 상기 가속도측정부(120)는 사용자의 다리 또는 발에 형성되어, 제2 가속도 신호를 측정한다. 상기 제2 가속도 신호는 상기 제2 제어부(122)로 전송되어 상기 필터링 과정을 거쳐 노이즈 또는 고주파를 제거하고, 상기 제2 송수신부(123)를 통해 상기 단말기(130)로 상기 제2 가속도 신호를 송신하게 된다.The acceleration measuring unit 120 of FIG. 3 is formed on the user's leg or foot, and measures the second acceleration signal. The second acceleration signal is transmitted to the second controller 122 to remove noise or high frequency through the filtering process and the second acceleration signal is transmitted to the terminal 130 through the second transceiver 123 .

한편, 상기 제1 및 제2 가속도 신호들은 상기 송수신부(131)로 전송되며, 상기 분석부(132)는 상기 제2 가속도 신호를 분석하며, 상기 제1 가속도 신호는 상기 가속도측정부(120)의 작동에 문제가 발생할 경우 보조적으로 사용된다.The first and second acceleration signals are transmitted to the transceiver 131. The analyzer 132 analyzes the second acceleration signal and the first acceleration signal is transmitted to the acceleration measuring unit 120. [ Is used as a supplement when there is a problem with the operation of

상기 단말기(130)로 전송되는 상기 제1 및 제2 가속도 신호들 및 상기 심전도 신호는 상기 송수신부(131)에서 상기 분석부(132)로 전송된다. 상기 분석부(132)는 상기 제1 및 제2 가속도 신호들의 각속도를 산출하여 사원수(Quaternion)를 추정하고, 상기 사원수의 오차를 보정하며, 상기 사원수의 회전을 사용하여 가속도의 축 변환을 수행한다. 또한, 상기 분석부(132)는 상기 제1 및 제2 가속도 신호들을 분석하여 걷기나 달리기가 아닌 새로운 유형으로 분석되면 이를 저장하여 기억하고, 사용자는 이에 대한 신체활동의 이름을 정할 수 있다.The first and second acceleration signals and the electrocardiogram signal transmitted to the terminal 130 are transmitted from the transceiver 131 to the analyzer 132. The analysis unit 132 calculates an angular velocity of the first and second acceleration signals to estimate a quaternion, corrects an error of the number of employees, and uses the rotation of the number of employees to perform axial conversion . In addition, the analysis unit 132 may analyze the first and second acceleration signals and store the first and second acceleration signals when they are analyzed as a new type rather than walking or running, and the user may define a name of the physical activity.

도 4 및 도 5는 심박측정기를 나타내는 사시도들이다. 도 6은 심박측정기를 나타내는 사시도이다. 도 7은 도 6의 심박측정기의 다른 상태의 예를 나타내는 사시도이다.4 and 5 are perspective views showing a heart rate monitor. 6 is a perspective view showing a heart rate monitor. 7 is a perspective view showing an example of another state of the heart rate monitor of FIG.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 심박측정기(200)는 케이스(210), 제1 메인보드(220), 제1 배터리(230), 전극커넥터(240) 및 전극(250)을 포함하고, 가속도측정기(300)는 제2 케이스(310), 제2 메인보드(320), 제2 배터리(330) 및 신발끈(340)을 포함한다.4 to 7, the heart rate monitor 200 includes a case 210, a first main board 220, a first battery 230, an electrode connector 240 and an electrode 250, The measuring device 300 includes a second case 310, a second main board 320, a second battery 330, and a shoelace strap 340.

도 4의 상기 심박측정기(200)는 얇고 가볍게 형성되어 상체에 부착되며 사용자의 심전도 신호를 측정하게 된다. 상기 케이스(210)는 높이가 낮은 얇은 직육면체의 형태를 형성하고, 상기 케이스(210)의 내부에는 상기 제1 가속도 신호를 측정하는 상기 제1 가속도센서부(112)와 상기 심전도측정부(111)를 포함하는 상기 제1 메인보드(220)가 형성되어 상기 제1 가속도 신호 및 상기 심전도 신호를 측정한다.The heart rate monitor 200 shown in FIG. 4 is formed thin and light and attached to the upper body, and measures a user's electrocardiogram signal. The case 210 forms a rectangular parallelepiped shape having a small height and the case 210 has the first acceleration sensor part 112 for measuring the first acceleration signal and the electrocardiogram measuring part 111, The first main board 220 is formed to measure the first acceleration signal and the electrocardiogram signal.

상기 제1 메인보드(220)의 하부에는 상기 제1 배터리(230)가 형성되어 상기 제1 메인보드(220)로 전원을 공급하고, 상기 제1 메인보드(220)의 일단 및 타단의 하단에는 상기 전극(250)이 형성되어, 상체와 접촉하고 접촉되는 부위를 통해 상기 심전도 신호를 수신한다. 상기 심전도 신호는 상기 전극(250)에서 상기 전극커넥터(240)를 거쳐 상기 제1 메인보드(220)로 송신된다.The first battery 230 is formed at a lower portion of the first main board 220 to supply power to the first main board 220. The first main board 220 has a first end 230 and a second end 230, The electrode 250 is formed to receive the electrocardiogram signal through a portion in contact with and contacting the upper body. The electrocardiogram signal is transmitted from the electrode 250 to the first main board 220 through the electrode connector 240.

도 6의 상기 가속도측정기(300)는 사용자의 발에 부착되어 상기 제2 가속도 신호를 측정한다. 상기 가속도측정기(300)의 외부는 직육면체의 상기 제2 케이스(310)로 형성되고, 상기 제2 메인보드(320)는 상기 제2 케이스(310)의 내부에 형성되어 상기 제2 가속도 신호를 측정한다. 상기 제2 배터리(330)는 상기 제2 메인보드(320)의 하부에 형성되어 상기 제2 메인보드(320)에 전원을 공급한다.The acceleration meter 300 shown in FIG. 6 is attached to a user's foot to measure the second acceleration signal. The acceleration measurement unit 300 is formed outside the second case 310 of the rectangular parallelepiped and the second main board 320 is formed inside the second case 310 to measure the second acceleration signal do. The second battery 330 is formed at a lower portion of the second main board 320 to supply power to the second main board 320.

상기 가속도측정기(300)는 발에 형성되어 다리 및 발의 위치에서 발생하는 상기 제2 가속도 신호를 측정하는데, 도 7의 양쪽 단부에 형성되는 구멍들을 통해 신발끈(340)을 통과시켜 신발 상부에 고정시킬 수 있다. 한편, 상기 가속도측정기(300)는 신발(400) 외에도 하체의 다양한 부위에 형성될 수 있다.The accelerometer 300 measures the second acceleration signal generated at the legs and feet by being formed on the foot. The accelerometer 300 passes the shoe strap 340 through the holes formed at both ends of FIG. 7, . Meanwhile, the acceleration measuring device 300 may be formed on various parts of the lower body in addition to the shoe 400.

도 8은 도 1의 디스플레이부가 표시하는 화면을 나타내는 모식도이다. 도 9는 도 1의 디스플레이부가 표시하는 화면의 다른 상태의 예를 나타내는 모식도이다.8 is a schematic diagram showing a screen displayed by the display unit of Fig. 9 is a schematic diagram showing an example of another state of a screen displayed by the display unit of Fig.

도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 디스플레이부(133)는 측정시작아이콘(134), 센서상태아이콘(135), 연결아이콘(136), 신체활동상태창(137) 및 심박수창(138)을 표시할 수 있다.8 and 9, the display unit 133 includes a measurement start icon 134, a sensor status icon 135, a connection icon 136, a physical activity status window 137, and a heart rate window 138 Can be displayed.

상기 단말기(130)의 상기 디스플레이부(133)의 측면에는 클릭이나 터치를 통해 상기 제1 및 제2 가속도 신호 및 상기 심전도 신호의 측정을 시작할 수 있는 상기 측정시작아이콘(134)이 형성되고, 상기 측정시작아이콘(134)의 상부에는 상기 심박측정기(200) 및 상기 가속도측정기(300)의 동작여부를 확인할 수 있는 센서상태아이콘(135)이 형성되며, 상기 센서상태아이콘(135)의 측면에는 상기 심박측정기(200) 및 상기 가속도측정기(300)의 무선연결을 확인할 수 있는 연결아이콘(136)이 형성된다.The measurement start icon 134 is formed on the side of the display unit 133 of the terminal 130 so as to start measurement of the first and second acceleration signals and the electrocardiogram signal through a click or a touch, A sensor status icon 135 for confirming whether or not the heart rate meter 200 and the acceleration meter 300 are operated is formed on the measurement start icon 134, A heart rate meter 200 and a connection icon 136 for confirming the wireless connection of the acceleration meter 300 are formed.

도 9의 상기 디스플레이부(133)는 상기 신체활동상태창(137)을 통해 신체활동의 유형 및 상태를 그림 및 문자로 표시하고, 상기 심박수창(138)을 통해 분당 심박수를 표시한다.The display unit 133 of FIG. 9 displays the type and state of physical activity through the physical activity status window 137 and displays the heart rate per minute through the heart rate window 138.

따라서, 사용자는 상기 디스플레이부(133)를 통해 상기 심박측정기(200) 및 상기 가속도측정기(300)의 구동을 시작할 수 있고, 터치 또는 클릭을 통해 상기 심박측정기(200) 및 상기 가속도측정기(300) 각각의 무선연결 및 작동여부를 조정할 수 있으며, 상기 신체활동상태창(137) 및 상기 심박수창(138)을 통해 현재 사용자가 행하고 있는 신체활동을 관찰할 수 있다.Accordingly, the user can start driving the heart rate measuring device 200 and the acceleration measuring device 300 through the display unit 133, and the user can start driving the heart rate measuring device 200 and the acceleration measuring device 300 through touching or clicking, And can monitor the physical activity currently performed by the user through the physical activity status window 137 and the heart rate window 138. [

도 10 및 도 11은 일반적인 가속도 센서의 평행상태운동을 나타내는 모식도들이다. 도12는 도 10 및 11의 평행상태운동에 따른 가속도 신호들을 나타내는 그래프이다. 도 13 및 도 14는 가속도 센서의 x축, y축 및 이동방향을 나타내는 모식도들이다.FIGS. 10 and 11 are schematic views showing a parallel motion of a general acceleration sensor. FIG. 12 is a graph showing acceleration signals according to the parallel state motion of FIGS. 10 and 11. FIG. 13 and 14 are schematic views showing the x-axis, the y-axis and the moving direction of the acceleration sensor.

도 10 내지 도 14를 참조하면, 제3 가속도 센서(410)는 평행 상태에서 진동운동을 하고 있고, 제4 가속도 센서(420)는 기울어진 상태에서 진동운동을 하고 있으며, 제3 및 제4 가속도 센서들(410, 420)의 가속도 신호들을 나타내며, 상기 제3 및 제4 가속도 센서들(410, 420)의 이동방향(500) 및 기울임각도(510)를 나타낸다.10 to 14, the third acceleration sensor 410 is oscillating in a parallel state, the fourth acceleration sensor 420 is oscillating in a tilted state, and the third and fourth accelerations Represents the acceleration signals of the sensors 410 and 420 and represents the moving direction 500 and the tilt angle 510 of the third and fourth acceleration sensors 410 and 420.

도 10의 상기 제3 가속도 센서(410)는 평행을 유지하는 물체에 부착되어 z축으로 상하 진동을 하고, 도 11의 상기 제4 가속도 센서(420)는 신체부위에서 y축이 기울어진 채로 부착되어 평행을 유지하지 못하는 상태에서 z축으로 상하 진동을 할 수 있다. 그러나, 상기 제4 가속도 센서(420)가 기울어진 상태에서 신체부위에 부착되어 z축으로 상하진동 하게 되면, 신체활동과는 상관없는 y축을 향한 가속도 신호가 발생하는 단점이 있다.The third acceleration sensor 410 of FIG. 10 is attached to a parallel object and vibrates up and down in the z-axis direction. The fourth acceleration sensor 420 of FIG. 11 is attached to the body while tilting the y- So that it can oscillate up and down in the z-axis without maintaining parallelism. However, when the fourth acceleration sensor 420 is attached to the body part in an inclined state and vibrates up and down in the z-axis, there is a disadvantage that an acceleration signal toward the y-axis is generated irrespective of physical activity.

도 12의 그래프를 살펴보면, 수평을 유지한 상태에서 z축으로 진동하는 상기 제3 가속도 센서(410)의 가속도 신호는 z축에서만 발생하지만, y축으로 기울어진 상태에서 z축으로 진동하는 상기 제4 가속도 센서(420)는 가속도 신호들이 y축 및 z축에서 동시에 발생한다.12, the acceleration signal of the third acceleration sensor 410, which vibrates in the z-axis in the horizontal state, occurs only in the z-axis. However, the acceleration signal of the third acceleration sensor 410 oscillating in the z- 4 acceleration sensor 420 generates acceleration signals simultaneously in the y-axis and the z-axis.

따라서, 신체부위에 상기 심박측정기(200) 및 상기 가속도측정기(300)가 부착되는 경우, 기울어짐에 대한 보정이 필요하다. 도 13의 상기 제3 가속도 센서(410)는 평행을 유지한 상태에서 y축을 향한 상기 이동방향(500)으로 이동하고, 도 14의 상기 제4 가속도 센서(420)는 상기 기울임각도(510)만큼 기울어진 상태에서 상기 이동방향(500)으로 이동하기 때문에 상기 기울임각도(510)를 특정한 알고리즘을 통해 보정하는 작업이 필요하다.Accordingly, when the heart rate measuring device 200 and the acceleration measuring device 300 are attached to a body part, correction for tilting is necessary. The third acceleration sensor 410 of FIG. 13 moves in the moving direction 500 toward the y axis while maintaining the parallel state, and the fourth acceleration sensor 420 of FIG. 14 moves by the inclination angle 510 It is necessary to correct the inclination angle 510 through a specific algorithm since it moves in the moving direction 500 in a tilted state.

도 15는 신체활동을 분석하는 순서를 나타내는 순서도이다. 도 16은 가속도의 축 변환의 전후를 나타내는 그래프이다. 도 17은 가속도 신호의 한 걸음 구간을 도출한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 18 내지 20은 측정알고리즘을 통해 산출되는 속도 및 이동거리를 분석하여 나타내는 그래프들이다.15 is a flowchart showing the sequence of analyzing physical activity. 16 is a graph showing before and after the axis transformation of the acceleration. FIG. 17 is a graph showing the result of deriving one-step section of the acceleration signal. FIG. FIGS. 18 to 20 are graphs obtained by analyzing the velocity and travel distance calculated through the measurement algorithm.

사용자는 상기 단말기(130)를 통해서 상기 심박측정기(200) 및 상기 가속도측정기(300)를 구동시키거나 중지시킬 수 있으며, 사용자가 신체활동을 시작하는 시점을 감지하여 자동으로 상기 심박측정기(200) 및 상기 가속도측정기(300)가 실행될 수 있다.The user can drive or stop the heart rate monitor 200 and the acceleration meter 300 through the terminal 130. The user can sense the time when the user starts the physical activity and automatically detect the time when the user starts the physical activity, And the acceleration meter 300 may be executed.

사용자가 신체활동을 시작하면, 상기 심박측정기(200) 및 상기 가속도측정기(300)는 제1 및 제2 가속도 신호 및 심전도 신호를 측정하여 무선으로 상기 단말기(130)로 전송하고, 상기 분석부(132)는 도 14의 상기 기울임각도(510)를 보정하고 속도 및 이동거리를 산출하기 위해 상기 제2 가속도 신호를 통해 신체활동을 분석하는 측정알고리즘(400)을 시작한다. 첫 번째로 상기 제1 또는 제2 가속도 신호들을 통해 각속도를 산출하게 된다(단계 410).When the user starts physical activity, the heart rate monitor 200 and the acceleration meter 300 measure the first and second acceleration signals and electrocardiogram signals, transmit the first and second acceleration signals and the electrocardiogram signals to the terminal 130 wirelessly, 132 starts a measurement algorithm 400 that analyzes the physical activity through the second acceleration signal to correct the tilt angle 510 of FIG. 14 and to calculate the velocity and travel distance. First, the angular velocity is calculated through the first or second acceleration signals (step 410).

우선 10초간의 정지데이터의 평균을 구하고, 상기 제1 및 제2 가속도 신호에서 평균데이터를 감하여 신호의 오프셋(Offset)을 제거하고, 상기 제1 및 제2 가속도 신호들 및 상기 심전도 신호는 저주파필터링(Low pass filtering) 등을 통해 노이즈를 최소화하여 신호의 필터링 과정을 거치게 된다(단계 420).The first and second acceleration signals and the electrocardiogram signal are subjected to a low frequency filtering process to obtain an average of the stop data for 10 seconds and subtracting the average data from the first and second acceleration signals, The signal is filtered through low pass filtering or the like to minimize the noise (step 420).

각속도를 degree에서 라디안(Radian)으로 변환시키고 상기 제1 및 제2 가속도 신호들을 정규화시켜 사원수(quaternion)의 초기값을 산출하고, 오리엔테이션 필터(Orientation filter)를 통해 상기 사원을 산출한다.Converts the angular velocity from degree to radian, normalizes the first and second acceleration signals to calculate an initial value of the quaternion, and calculates the employee through an orientation filter.

우선 각속도를 사용하여 하기의 식으로 사원수를 추정한다.First, the number of employees is estimated using the following equation using the angular velocity.

[수학식1] [Equation 1]

[수학식 2] &Quot; (2) "

[수학식 3]&Quot; (3) "

다음으로 하기의 수학식 4 내지 7을 통해 지구의 축벡터와 센서의 축벡터를 사용한 사원수의 오차를 추정한다.Next, the error of the number of employees using the axis vector of the earth and the axis vector of the sensor is estimated through the following equations (4) to (7).

[수학식 4] &Quot; (4) "

[수학식 5] &Quot; (5) "

[수학식 6] &Quot; (6) "

[수학식 7] &Quot; (7) "

다음으로 수학식 8 내지 11의 경사하강법을 사용하여 사원수를 추정한다.Next, the number of employees is estimated using the slope descent method of Equations (8) to (11).

[수학식 8] &Quot; (8) "

[수학식 9] &Quot; (9) "

[수학식 10] &Quot; (10) "

[수학식 11] &Quot; (11) "

다음으로 수학식 12 내지 14에서 지구의 중력가속도 벡터와 가속도 센서로부터 측정된 가속도의 축 벡터로 수식을 대체하여 사원수의 오차를 추정한다.Next, in equations (12) to (14), the error of the number of employees is estimated by replacing the equation with the acceleration vector of the earth and the axis vector of the acceleration measured from the acceleration sensor.

[수학식 12] &Quot; (12) "

[수학식 13] &Quot; (13) "

[수학식 14] &Quot; (14) "

다음으로 수학식 15 내지 16을 통해 사원수의 오차를 보정한다.Next, the errors of the number of employees are corrected through equations (15) to (16).

[수학식 15] &Quot; (15) "

[수학식 16] &Quot; (16) "

상기와 같이 수학식 1 내지 16을 통해 오리엔테이션 필터(Orientation filter)를 통한 상기 사원수를 추정하고 상기 사원수의 오차를 추정하며 사원수의 오차를 보정하게 된다(단계 430)As described above, the number of employees through the orientation filter is estimated through Equations 1 to 16, the error of the number of employees is estimated, and the error of the number of employees is corrected (Step 430)

다음으로 도 16의 그래프의 가속도의 축 변환을 수행한다.Next, the acceleration transformation of the graph of FIG. 16 is performed.

사원수의 초기 값을 가속도로부터 추정한 뒤 설정하게 되고, 하기와 같은 식을 통해 사원수 회전을 사용하여 가속도의 축 변환을 수행한다[단계 440].The initial value of the number of employees is estimated after acceleration, and then the axis of acceleration is converted using the number of employees by the following equation [Step 440].

[수학식 17] &Quot; (17) "

상기와 같이 가속도의 축 변환을 수행한 후에는 도 16의 도면에 나타난 그래프의 한 걸음에 해당하는 구간(One Step)을 설정하게 된다. 도 16의 Y에 해당하는 선은 축 변환된 가속도 신호를 의미하고, Threshold에 해당하는 선은 문턱값을 나타내며, Magnitude에 해당하는 선은 축 변환된 가속도 신호의 크기를 의미한다. 도 16과 같이 한 걸음 구간을 도출하고 한 걸음 구간 내 유효 데이터를 적분하여 한 걸음 데이터의 문턱값(Threshold)을 산출한다[단계 450]After the axis transformation of acceleration is performed as described above, one step corresponding to one step of the graph shown in FIG. 16 is set. A line corresponding to Y in FIG. 16 indicates an axis-converted acceleration signal, a line corresponding to the threshold indicates a threshold value, and a line corresponding to Magnitude indicates a size of the axis-converted acceleration signal. As shown in FIG. 16, one step section is derived and valid data in one step section is integrated to calculate a threshold value of one step data (step 450)

[표 1][Table 1]

하기의 수학식 18 내지 20을 통해 축 변환된 가속도 신호를 적분하여 속도를 계산하고, 속도에서drift error를 제거하며, 속도를 적분하여 이동거리를 계산한다[단계 460].The acceleration signal is integrated through the following equations (18) to (20) to calculate a velocity, remove a drift error in velocity, and integrate the velocity to calculate a travel distance [step 460].

[수학식 18] &Quot; (18) "

[수학식 19] &Quot; (19) "

[수학식 20] &Quot; (20) "

따라서, 상기 분석부(132)는 상기 제2 가속도 신호를 상기 측정알고리즘(400)을 통해 오리엔테이션 필터를 통한 사원수를 추정하고 상기 제2 가속도 신호의 축 변환을 하며 이를 통해 한 걸음 구간을 설정하고 구간의 축 변환된 가속도 신호를 사용하여 신체활동의 속도 및 이동거리를 측정하게 된다. Accordingly, the analysis unit 132 estimates the number of employees through the orientation filter through the measurement algorithm 400, performs the axis transformation of the second acceleration signal, and sets a step interval through the second acceleration signal The accelerated acceleration signal of the section is used to measure the speed and travel distance of physical activity.

상기 속도 및 이동거리를 측정하게 되면 시간에 따른 사용자의 이동거리를 분석하여, 사용자가 시간당 x, y, z축으로 어떠한 움직임을 진행하였는지에 따라 신체활동들을 분류할 수 있다. 예를 들어, 시간당 y축으로 걷는 속도로 이동거리가 발생한다면 이는 걷기로 분류되며, 뛰는 속도로 이동거리가 발생한다면 이는 달리기로 분류된다. 이러한 신체활동의 분류를 위해 스마트폰의 어플리케이션에 프로그램된 기계학습(machine learning)을 사용할 수 있다.When the speed and the movement distance are measured, the movement distance of the user according to the time is analyzed, and the physical activities can be classified according to the movement of the user in the x, y, and z axes per hour. For example, if a moving distance occurs at a walking speed on the y axis per hour, it is classified as a walking, and if the moving distance occurs at a running speed, it is classified as running. Machine learning can be programmed into smartphone applications to classify these physical activities.

그리고, 상기 측정알고리즘(400)을 통해 산출된 신체활동의 속도 및 이동거리를 3차원 그래프화하여 도 18 내지 20의 그래프들에 나타난 결과를 분석하여 다양한 신체활동들을 판단할 수 있다.Then, various physical activities can be determined by analyzing the results shown in the graphs of FIGS. 18 to 20 by three-dimensionally graphing the speed and the moving distance of the physical activity calculated through the measurement algorithm 400.

도 18 내지 20을 참조하면, 도 18의 그래프는 사용자가 계단을 올라가는 도중에 측정된 상기 제2 가속도 신호를 분석하여 도출된 이동거리를 MATLAB을 통해 그래프화하여 나타낸 결과이고, 도 19의 그래프는 사용자가 계단을 내려가는 도중에 측정된 상기 제2 가속도 신호를 분석하여 도출된 이동거리를 MATLAB을 통해 그래프화하여 나타낸 결과이며, 도 20의 그래프는 사용자가 걷는 도중에 측정된 상기 제2 가속도 신호를 분석하여 도출된 이동거리를 MATLAB을 통해 그래프화하여 나타낸 결과이다.Referring to FIGS. 18 to 20, the graph of FIG. 18 is a graph showing the movement distance derived by analyzing the second acceleration signal measured by the user during the course of climbing the stairs through the MATLAB, The graph of FIG. 20 shows the result of analyzing the second acceleration signal measured during the walking of the user, and shows the result of the calculation The results are shown graphically through MATLAB.

도 18 내지 도 20의 그래프들은 사용자의 발이 이동한 거리뿐만 아니라 발등에 부착된 상기 가속도측정기(300)의 궤적까지 나타낼 수 있다. 따라서, 도 18의 그래프는 상기 가속도측정기(300)의 이동방향 및 축의 변화를 분석하면, 계단을 올라가는 발의 궤적과 유사하므로 신체활동들 중 계단오르기로 판단될 수 있고, 도 19의 그래프의 결과는 계단을 내려가는 발의 궤적과 유사하므로 신체활동들 중 계단내려가기로 판단될 수 있으며, 도 20의 그래프의 결과는 평행으로 축의 변화만을 일으키며 이동하는 결과를 나타내므로 걷기 또는 달리기로 판단될 수 있다.The graphs of FIGS. 18 to 20 can show not only the distance the user's feet move but also the locus of the acceleration meter 300 attached to the instep. Accordingly, the graph of FIG. 18 can be judged to be a stepping-up of physical activities because the movement of the acceleration measuring instrument 300 and the change of the axis are similar to the foot trajectory of climbing the step, and the result of the graph of FIG. Since it is similar to the trajectory of the foot going down the stairs, it can be judged that the stairs are descending among the physical activities, and the result of the graph of Fig. 20 can be judged as walking or running because it shows a result of moving only the axis in parallel.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 상기 신체활동 분석 시스템(100)은 상체에 부착되는 상기 심박측정부(110) 및 하체에 형성되는 상기 가속도측정부(120)를 통해 제1 또는 제2 가속도 신호들 및 심전도 신호를 측정하고, 상기 단말기(130)로 무선통신을 통해 전송하여, 상기 분석부(132)는 상기 제1 또는 제2 가속도 신호들을 통해 상기 하체에서 이루어지는 축 변환을 고려하여 가속도 신호의 축 변환 및 이를 통한 속도 및 이동거리를 측정하여, 보다 정확한 신체활동을 구별할 수 있는 장점이 있다.According to embodiments of the present invention as described above, the physical activity analysis system 100 may include a first or a second or a third or fourth embodiment through the heartbeat measuring unit 110 attached to the upper body and the acceleration measuring unit 120 formed on the lower body. 2 acceleration signals and an electrocardiogram signal and transmits the measured acceleration signals to the terminal 130 via wireless communication so that the analysis unit 132 may calculate the acceleration signals of the lower body through the first or second acceleration signals, Axis transduction of the acceleration signal and the velocity and movement distance through it, thereby distinguishing the more accurate physical activity.

또한, 상기 가속도측정부(120)는 발에 형성되어 상기 분석부(132)로 상기 제1 또는 제2 가속도 신호를 전송하고, 상기 분석부(132)는 상기 사원수(Quaternion) 및 상기 제2 가속도 신호의 축변환을 통해 상기 한 걸음 구간을 설정하여 문턱값(Threshold)을 도출하고, 한 걸음 구간의 축 변환된 가속도 신호를 사용하여 속도 및 이동거리를 산출하여 걷기, 달리기, 계단오르기 또는 계단 내려가기 등의 신체활동을 구체적으로 판단할 수 있는 장점이 있다.The acceleration measuring unit 120 is formed on the foot and transmits the first or second acceleration signal to the analyzing unit 132. The analyzing unit 132 analyzes the quaternion and the second A threshold value is derived by setting the above-mentioned step interval through axis transformation of the acceleration signal, and the velocity and the moving distance are calculated using the axis-converted acceleration signal of one step section, and the walking, running, stair climbing, And physical activity such as going down can be concretely judged.

또한, 속도 및 이동거리를 통해 3차원으로 하체에 부착되는 상기 가속도측정기(300)의 이동을 추적하여 사용자가 일정한 공간 내에서 이동하는 궤적을 그래프로 도시할 수 있다. 예를 들어 사용자가 층마다 올라가는 방향이 달라지는 계단을 오르고 있는 경우 계단이 형성된 경로와 비슷한 궤도가 형성되어 사용자의 이동경로가 3차원의 공간 내에서 3차원적으로 정확하게 파악되는 장점이 있다. 일반적인 가속도 센서의 경우 상기와 같은 계단을 오를 경우 한 방향으로 전진하며 올라가는 궤적을 나타내지만 상기 측정알고리즘(400)을 사용하여 가속도의 축 변환시키면, 3차원 적인 사용자의 이동경로를 추적할 수 있어 보다 정확하고 분명한 신체활동들을 파악할 수 있는 장점이 있다.Also, the movement of the acceleration measuring instrument 300 attached to the lower body in three dimensions through the velocity and the moving distance can be tracked, and the trajectory of the user moving in a certain space can be shown in a graph. For example, when a user ascends a stairway in which the direction of climbing is different from each other, a trajectory similar to a path formed by a staircase is formed, so that the user's movement path can be accurately grasped three-dimensionally in a three-dimensional space. In the case of a general acceleration sensor, if the above-mentioned step is climbed, the trajectory advances in one direction. However, if the acceleration algorithm is transformed using the measurement algorithm 400, the trajectory of the three-dimensional user can be tracked It has the advantage of being able to grasp accurate and clear physical activities.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims. It can be understood that it is possible.

본 발명에 따른 가속도 신호의 축 변환을 고려하여 사용자의 신체활동을 분석하는 신체활동 분석 시스템은 가정, 병원 및 회사에서 사용될 수 있는 산업상 이용 가능성을 갖는다.The physical activity analysis system for analyzing the physical activity of the user in consideration of the axial conversion of the acceleration signal according to the present invention has industrial applicability that can be used in homes, hospitals and companies.

100 : 신체활동 분석 시스템 110 : 심박측정부
120 : 가속도측정부 130 : 단말기
200 : 심박측정기 300 : 가속도측정기100: physical activity analysis system 110: heart rate measurement unit
120: acceleration measuring unit 130:
200: heart rate monitor 300: acceleration meter

Claims

사용자의 가슴에 부착되는 심박측정기를 통해 심전도 신호 및 제1 가속도 신호를 측정하는 심박측정부;
사용자의 신발에 부착되는 가속도측정기를 통해 하체의 제2 가속도 신호를 측정하는 가속도측정부; 및
상기 심박측정부 및 상기 가속도측정부와 무선으로 연동하여 상기 제1 및 제2 가속도 신호들을 분석하는 단말기를 포함하며,
상기 단말기는 상기 제1 또는 제2 가속도 신호들을 분석하여 사원수(Quaternion)를 측정한 뒤 사원수 회전을 사용하여 상기 제1 또는 제2 가속도 신호들의 축 변환을 통해 속도 및 이동거리를 산출하며, 상기 제1 또는 제2 가속도 신호들을 수신 및 필터링하고, 측정알고리즘을 사용하여 상기 제1 또는 제2 가속도 신호들의 가속도 및 각속도 데이터들을 통해 사원수를 측정하고, 상기 사원수를 통해 상기 제1 또는 제2 가속도 신호들의 축 변화를 도출하고, 한 걸음에 해당하는 구간설정을 통해 문턱값(Threshold)을 산출하며 상기 한 걸음 구간의 축 변환된 가속도 신호를 통해 표시하는 3차원 궤적을 표시하여 신체활동을 분석하는 것을 특징으로 하는 신체활동 분석 시스템.A heartbeat measurement unit for measuring an electrocardiogram signal and a first acceleration signal through a heart rate monitor attached to a user's chest;
An acceleration measuring unit for measuring a second acceleration signal of the lower body through an acceleration measuring instrument attached to a user's shoe; And
And a terminal for wirelessly interfacing with the heartbeat measuring unit and the acceleration measuring unit to analyze the first and second acceleration signals,
The terminal measures the quaternion by analyzing the first or second acceleration signals and calculates a speed and a moving distance through axial transformation of the first or second acceleration signals using the number of employees, Receiving and filtering the first or second acceleration signals, measuring the number of employees through the acceleration and angular velocity data of the first or second acceleration signals using a measurement algorithm, 2 axes of the acceleration signals, calculates a threshold value through the interval setting corresponding to one step, displays a three-dimensional trajectory through the axis-converted acceleration signal of the one-step interval, And analyzing the physical activity.

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제1항에 있어서, 상기 단말기는,
상기 제1 또는 제2 가속도 신호들을 수신하는 송수신부;
상기 제1 또는 제2 가속도 신호들을 분석하여 신체활동을 분석하는 분석부; 및
상기 분석부의 결과를 사용자에게 표시하는 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 하는 신체활동 분석 시스템.The terminal according to claim 1,
A transceiver for receiving the first or second acceleration signals;
An analysis unit analyzing the first or second acceleration signals to analyze physical activity; And
And a display unit for displaying a result of the analysis unit to a user.

제1항에 있어서, 상기 심박측정부는,
심전도 신호를 측정하는 심전도측정부;
제1 가속도 신호를 측정하는 제1 가속도센서부;
상기 심전도 신호 및 상기 제1 가속도 신호를 수신하여 필터링을 통해 노이즈를 제거하고 구동을 제어하는 제1 제어부; 및
상기 제1 제어부로부터 수신하는 상기 심전도 신호 및 상기 제1 가속도 신호를 상기 단말기로 송신하는 제1 송수신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 신체활동 분석 시스템.The heart rate monitor according to claim 1,
An electrocardiogram measuring unit for measuring an electrocardiogram signal;
A first acceleration sensor unit for measuring a first acceleration signal;
A first controller for receiving the electrocardiogram signal and the first acceleration signal and removing noise through filtering to control driving; And
And a first transceiver for transmitting the electrocardiogram signal and the first acceleration signal received from the first controller to the terminal.

제1항에 있어서, 상기 가속도측정부는
상기 제2 가속도 신호를 측정하는 제2 가속도센서부;
상기 제2 가속도 신호를 필터링하여 노이즈를 제거하고 구동을 제어하는 제2 제어부; 및
상기 제2 가속도 신호를 상기 단말기로 송신하는 제2 송수신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 신체활동 분석 시스템.The apparatus of claim 1, wherein the acceleration measuring unit
A second acceleration sensor unit for measuring the second acceleration signal;
A second controller for filtering the second acceleration signal to remove noise and controlling driving; And
And a second transceiver for transmitting the second acceleration signal to the terminal.

제1항에 있어서, 상기 심박측정기는,
내부에 공간을 형성하고 커버하는 제1 케이스;
패치형태로 사용자의 상체에 접촉하여 상기 심전도 신호를 측정하는 전극;
상기 제1 케이스 내부에 형성되어 가속도신호를 측정하고 상기 심전도 신호를 필터링하고 상기 단말기로 송수신하는 제1 메인보드;
상기 제1 메인보드의 하부에 형성되어 전원을 공급하는 제1 배터리; 및
상기 전극과 상기 제1 메인보드를 연결하는 전극커넥터를 포함하는 것을 특징으로 하는 신체활동 분석 시스템.The heart rate monitor according to claim 1,
A first case for forming and covering a space therein;
An electrode for measuring the ECG signal in contact with the upper body of the user in the form of a patch;
A first main board formed inside the first case for measuring an acceleration signal, filtering the electrocardiogram signal and transmitting / receiving the electrocardiogram signal to / from the terminal;
A first battery formed at a lower portion of the first main board to supply power; And
And an electrode connector for connecting the electrode and the first main board.

제1항에 있어서, 상기 가속도측정기는,
내부에 공간을 형성하고 커버하는 제2 케이스;
상기 제2 케이스 내부에 형성되어 가속도 신호를 측정하고 상기 단말기로 상기 가속도 신호를 송수신하는 제2 메인보드; 및
상기 제2 메인보드의 하부에 형성되어 전원을 공급하는 제2 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는 신체활동 분석 시스템.The apparatus of claim 1, wherein the acceleration meter comprises:
A second case for forming and covering a space therein;
A second main board formed inside the second case for measuring an acceleration signal and transmitting / receiving the acceleration signal to / from the terminal; And
And a second battery formed at a lower portion of the second main board to supply power.