KR101665500B1 - 신체 활동 추정용 착용 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기기 장착만으로 착용자의 신체활동을 편리하게 구분할 수 있는 신체 활동 추정용 착용 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 신체 활동 추정용 착용 장치에 있어서, 착용자 상지에 장착되는 상 센서시스템; 착용자 하지에 장착되는 하 센서시스템; 및 상기 상 센서시스템 및 하 센서시스템의 출력 신호를 이용하여 착용자의 신체 활동을 대근력활동, 소근력활동 및 인지활동으로 추정하는 신호처리장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

신체 활동 추정용 착용 장치{Wearable device for estimating the body movement}

본 발명은 신체 활동 추정용 착용 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 착용자의 신체 활동을 추정하는 신체 활동 추정용 착용 장치에 관한 것이다.

근래 센서 시스템의 발달과 신호처리 장치 등의 범용화에 힘입어 착용자가 착용 가능한 장치(Wearable device)이면서 특별한 기능을 수행하는 구성들이 다양한 분야에 적용되고 있다.

예를 들면, 공개특허 제2014-0100076호에는 신체의 상체에 걸리는 형태로 착용되어 해당 신체의 낙상 여부를 감지하는 센서노드와, 상기 센서노드를 통해 감지되는 신호 값과 비교되기 위한 낙상 판별용 벡터 데이터가 저장되는 저장부를 포함하며, 상기 센서노드는 가속도 값을 측정하기 위한 가속도계와, 각속도 값을 측정하기 위한 자이로스코프와, 상기 가속도계 각축의 중력에 의해 영향을 받는 가속도를 이용하여 해당 신체의 상체와 지면 간 각도를 검출하고 검출된 각도를 통해 해당 신체의 현 상태가 누운 상태인지 판별 후 상기 가속도계와 자이로스코프에서 각각 측정되는 가속도와 각속도를 이용하여 해당 신체의 눕는 동작 시 발생한 충격량을 산출하고 산출된 충격량을 상기 저장부의 벡터 데이터와 비교하여 해당 신체의 낙상 여부를 판별하는 낙상 판단부를 포함하는 낙상 감지 장치의 구성이 개시되어 있다.

또한, 등록특허 제1306528호에는 작업자의 호흡수, 체온, 혈압, 심박수, 급성스트레스지수 등의 생체정보 측정시스템을 이용하여 신체활동량과 종합적인 스트레스지수를 예측하는 구성이 개시되어 있다.

또한, 등록특허 제975368호에는 참조 모션 데이터를 선택하는데 이용되는 환경 정보 또는 사용자 정보를 입력 받는 단계, 상기 사용자 정보 또는 환경 정보에 대응하는 참조 모션 데이터를 검색하는 단계, 상기 사용자의 소정 신체 부위에 부착된 1 이상의 센서로부터 상기 사용자의 움직임 정보를 수신하는 단계, 상기 검색된 참조 모션 데이터를 디스플레이하는 단계 및 상기 참조 모션 데이터와 상기 사용자의 움직임 정보의 일치도를 피드백하는 단계를 포함하는 참조 모션을 제공하는 방법이 개시되어 있다.

마지막으로 공개특허 제2006-0023003호에는 각종 운동의 동작 특성에 따라 소정의 신체 부위에 착용되어 신체의 움직임에 따른 가속도를 검출하여 RF 신호로 송신하는 운동량 측정기와, RF 신호를 수신하여 수신 신호에 포함된 가속도 정보에 의거하여 운동량을 산출한 후 이용자가 인지할 수 있도록 산출된 운동량을 표시하는 운동량 표시기를 포함하는 가속도 센서를 이용한 운동량 측정 장치의 구성이 개시되어 있다.

상기의 선행 기술들은 착용자에 부착된 다양한 센서들의 신호를 기초로 하여 다양한 기능을 수행하는 구성들로 개별 목적에 부합되는 특징을 나타낸다.

한편, 인간의 신체활동은 상지와 하지의 활동이 강한 대근육활동과, 주로 상지만 활동하는 소근육활동 및 상하지 모두 활동이 미미한 인지활동으로 구분되며, 각 신체 활동에 따라 다른 형태의 운동 특성을 나타낸다.

상기와 같은 활동 구분은 의복의 제조나, 특히 아동의 행동 패턴에 따른 발육 등의 분석에 매우 필요한 인자에 해당되므로, 사람의 활동 중 상기와 같은 구분이 반드시 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 필요에 의하여 안출된 것으로, 기기 장착만으로 착용자의 신체활동을 편리하게 구분할 수 있는 신체 활동 추정용 착용 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 신체 활동 추정용 착용 장치에 있어서, 착용자 상지에 장착되는 상 센서시스템; 착용자 하지에 장착되는 하 센서시스템; 및 상기 상 센서시스템 및 하 센서시스템의 출력 신호를 이용하여 착용자의 신체 활동을 대근력활동, 소근력활동 및 인지활동으로 추정하는 신호처리장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 센서시스템은 가속도계 또는 자이로 센서를 포함하여 구성되며, 감지된 신호를 무선으로 송출하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 신호처리장치는 내부에 메모리를 더 포함하며, 상기 센서시스템에서 출력되는 신호를 수신된 가속도 또는 각가속도를 기초로, 속도 또는 각속도, 변위 또는 각도를 산출하여 가속도 또는 각속도, 속도 및 각속도, 변위 또는 각도로 이루어지는 운동 정보를 상기 메모리에 저장하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 신호처리장치는 선택된 추정 시간 중에 상기 메모리에 저장되는 운동 정보 중 디시 성분을 제외한 가속도 또는 각속도 정보를 이용하여 비교 가속도를 선정하고, 디시 성분을 제외한 변위 또는 각도 정보를 이용하여 비교 주파수 및 비교 진폭을 선정하고, 상기 비교 가속도, 비교 주파수 및 비교 진폭을 이용하여 신체활동을 추정하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 신호처리장치는 사전에 입력된 a1, a2, a3, b1, b2, b3, c1, c2 및 c3를 포함하며, 상지의 비교 가속도가 a1이상이고, 상지의 비교 주파수가 a2이상이고, 상지의 비교 진폭이 a3이상이고, 하지의 비교 가속도가 b1이상이고, 하지의 비교 주파수가 b2이상이고, 하지의 비교 진폭이 b3이상인 경우에 대근력활동으로 추정하고, 이외의 경우에는 상지의 비교 가속도가 c1이상이고, 상지의 비교 주파수가 c2이상이고, 상지의 비교 진폭이 c3이상인 경우 소근력활동으로 추정하고, 이외의 경우에는 인지활동으로 추정하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 비교 가속도는 가속도 또는 각가속도의 최대값이며, 상기 비교 주파수는 주파수의 최대값이며, 상기 비교 진폭은 진폭의 최대값인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 비교 가속도는 가속도 또는 각가속도의 평균값이며, 상기 비교 주파수는 주파수의 평균값이며, 상기 비교 진폭은 진폭의 평균값인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 상 센서시스템 및 하 센서시스템은 각각 2개인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 신체 활동 추정용 착용 장치는 착용자의 상지에 장착되는 상 센서시스템, 착용자의 하지에 장착되는 하 센서시스템, 상기 센서시스템의 출력을 기초로 착용자의 상지와 하지의 운동 특성을 산정하는 신호처리장치를 포함하여 구성되어, 착용자의 신체활동을 대근력활동, 소근력활동 및 인지활동으로 구분하고, 일정 시간 동안 어느 정도의 활동이 있었는지 바로 분석할 수 있어, 신체활동을 근거로 시험되는 제품 개발에 편리하게 활용될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 신체 활동 추정용 착용 장치의 착용도이며,
도 2는 도 1에 도시된 장치의 구성도이며,
도 3은 도 1의 신호처리장치의 처리 절차도이다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 신체 활동 추정용 착용 장치(100)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 착용자의 상지 장착되는 상 센서시스템(10), 착용자의 하지에 장착되는 하 센서시스템(20), 착용자의 몸체에 장착되어 상기 센서시스템(10, 20)들의 신호를 수신하여 착용자의 활동을 분석하는 신호처리장치(50)를 포함하여 구성된다.

먼저, 상지에 장착되는 상 센서시스템(10)은 상지의 운동 특성을 감지하기 위한 구성으로 상지중 팔목에 착용하는 것이 바람직하나, 필요한 경우, 팔목이 아닌 다른 부위인, 손 또는 팔뚝 부위에 장착할 수도 있다.

상기 상 센서시스템(10)은 상지 하나에 장착되나, 필요한 경우 각각의 상지에 장착될 수도 있다.

그리고 상기 하지에 장착되는 하 센서시스템(20)은 역시 하지의 운동 특성을 감지하기 위한 구성으로, 하지 중 발목에 장착하는 것이 가장 바람직하나, 무릎, 발 또는 허벅지에 장착 가능하다.

상기 하 센서시스템(20) 역시 하나의 하지 또는 양쪽 모두 각각 장착될 수 있다.

상기 센서시스템(10, 20)은 별도의 센서를 착용자에게 착용하는 형태로 구성 가능하나, 필요한 경우 의복에 부착하여 착용자가 의복을 착용하는 것만으로도 장착되는 형태로도 구성할 수 있다.

또한 상기 센스시스템(10, 20)은 착용자의 운동을 감지하는 센서와 상기 센서의 신호를 외부로 전달하는 전송기(트랜스미터)를 포함하여 구성되며, 상기 전송기는 무선으로 신호를 출력하는 것이 바람직하다.

이때 상기 센서는 가속도 센서 또는 자이로 센서로 구현한다. 상기 센서는 3축으로 구성하는 것이 바람직하나, 필요한 경우에는 3축 이하 또는 이상으로 구성할 수 있다. 3축 센서인 경우에는 3축을 기초로 주축을 계산하여 주축에 대한 가속도를 전송하도록 구성한다. 물론 자이로 센서의 경우에는 주축에 대한 각가속도를 전송하도록 구성한다.

이때 1축으로 구성하는 경우에는 운동량이 가장 큰 방향으로 센서 축을 설정하여 부착하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 팔목의 경우 팔의 원운동 방향, 발목의 경우 발의 원운동 방향 등으로 설정한다.

본 발명에 따른 신체 활동 추정용 착용 장치(100)는 상지 및 하지의 반복 운동을 기초로 신체 활동을 추정하는 것을 목적으로 하므로, 상기와 같이 구성하는 것이 경제적이며, 신호처리 측면에서도 유리하다.

한편, 신호처리장치(50)는 도 1에 도시된 바와 같이, 외부의 모바일 단말기 형태로 구성되며, 상기 센서시스템(10, 20)의 신호를 무선으로 수신하여 운동을 분석하는 기능을 수행한다.

또한, 상기 신호처리장치(50)는 내부에 메모리를 포함하며, 상기 센서시스템(10, 20)의 신호를 수신하여 필요한 연산 후, 연산된 값을 상기 메모리에 저장하는 형태로 구동하며, 필요 시 외부에서 상기 메모리의 값을 추출할 수 있는 외부 인터페이스를 포함하여 구성된다.

상기 신호처리장치(50)는 상기 센서시스템(10, 20)들의 신호를 수신하여 가속도, 가속도를 적분한 속도, 그리고 속도를 적분한 변위 정보를 먼저 계산한다. 이때 상기 센서가 자이로 센서인 경우에는 각가속도, 각속도, 각도로 표현되나, 설명의 편의를 위하여 가속도, 속도 및 변위로 설명한다.

즉, 가속도, 속도 및 변위에 대한 3개의 정보가 각 센서시스템(10, 20)의 가속도값을 기초로 계산되어 메모리에 저장되며, 이때 샘플링 시간은 적절히 선택하여 구성한다.

따라서, 2개의 상 센스시스템(10) 및 2개의 하 센서시스템(20)이 하지에 장착되는 경우, 상지에 대하여 6개의 정보, 하지에 대하여 6개의 정보를 포함하는 운동정보가 지속적으로 저장된다.

상기 신호처리장치(50)는 상기 운동정보를 기초로 신체 활동을 추정하며, 상기 추정은 일정한 시간 구간(추정 시간)마다 수행되며, 상기 시간을 사용자가 적절히 선택할 수 있다. 예를 들면, 추정 시간을 5분으로 설정하는 경우, 5분 간격으로 신체활동을 구분하며, 10분이면, 10분 간격으로 구분한다.

그리고 상기 신호처리장치(50)는 상기 운동정보의 디시성분(직류성분)을 제거한다.

상기한 바와 같이, 사람의 신체활동 특히 상지와 하지의 경우에는 어깨 또는 골반을 중심으로 반복 회전 운동이 많은 부분을 차지하므로, 상기와 같이 디시 성분을 제거하고 반복적인 운동정보를 기초로 판단하는 것이 바람직하다.

이때 상기 추정 시간 동안의 운동 정보에서 상지와 하지의 비교 가속도, 비교 주파수, 비교 진폭을 선정한다.

이때 비교 가속도는 상지 및 하지의 최대 가속도(절대치) 또는 평균 가속도로 설정할 수 있으며, 비교 주파수 및 비교 진폭 역시 최대 값 또는 평균으로 설정할 수 있다.

이때 평균 값은 각 상지 운동의 평균값을 구한 후, 양 상지 평균을 다시 평균으로 선정할 수 있으며, 2개의 상지 운동을 산술적으로 평균할 수도 있다.

하지 역시 동일한 방식으로 평균값을 설정한다.

그리고 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 추정 시간 동안에 착용자의 신체활동을 구분한다.

먼저, 상지의 비교 가속도가 a1이상 이고, 비교 주파수가 a2이상이고, 비교 진폭이 a3이상이고, 하지의 비교 가속도가 b1이상 이고, 비교 주파수가 b2이상이고, 비교 진폭이 b3이상이면, 대근력활동으로 판단한다.

여기서 a1, a2, a3, b1, b2, b3값은 사전에 정의되는 값으로 적절한 표준활동에 의하여 산정한다.

그리고 상기 대근력활동이 아닌 경우에는 상지의 비교 가속도가 c1이상 이고, 비교 주파수가 c2이상이고, 비교 진폭이 c3이상인 경우에는 소근력활동으로 판단한다. 이때, c값 역시 사전에 정의되는 값으로 a값보다 작다.

마지막으로 인지활동은 상기 대근력활동 및 소근력활동이 아닌 경우에 해당 활동으로 판단한다.

통상 대근력활동은 상지와 하지의 운동이 동시에 진행되는 운동 등에서 발생하는 활동이므로, 상기와 같이 상지와 하지가 일정 이상의 운동이 발생하는 경우이고, 소근력활동은 가벼운 손운동 등에 의한 활동이므로, 상지만을 그 대상으로 하고, 나머지는 상하지 모두 미미한 활동인 인지활동으로 구분한다.

즉, 상기 신호처리장치(50)는 추정 시간 간격으로 착용자의 신체활동을 대근력활동, 소근력활동 및 인지활동으로 구분한다.

이때 활동구분을 메모리에 저장하는 경우, 추정 시간 단위로 해당 신체활동 구분을 확인할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

10: 상 센서시스템 20: 하 센서시스템
50: 신호처리장치 100: 신체 활동 추정용 착용 장치

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 신체 활동 추정용 착용 장치에 있어서,
   착용자 상지에 장착되는 상 센서시스템;
   착용자 하지에 장착되는 하 센서시스템; 및
   상기 상 센서시스템 및 하 센서시스템의 출력 신호를 이용하여 착용자의 신체 활동을 대근력활동, 소근력활동 및 인지활동으로 추정하는 신호처리장치;를 포함하되,
   상기 센서시스템은 가속도계 또는 자이로 센서를 포함하여 구성되며, 감지된 신호를 무선으로 송출하며,
   상기 신호처리장치는 내부에 메모리를 더 포함하며, 상기 센서시스템에서 출력되는 신호를 수신된 가속도 또는 각가속도를 기초로, 속도 또는 각속도, 변위 또는 각도를 산출하여 가속도 또는 각속도, 속도 및 각속도, 변위 또는 각도로 이루어지는 운동 정보를 상기 메모리에 저장하며,
   상기 신호처리장치는 선택된 추정 시간 중에 상기 메모리에 저장되는 운동 정보 중 디시 성분을 제외한 가속도 또는 각속도 정보를 이용하여 비교 가속도를 선정하고, 디시 성분을 제외한 변위 또는 각도 정보를 이용하여 비교 주파수 및 비교 진폭을 선정하고, 상기 비교 가속도, 비교 주파수 및 비교 진폭을 이용하여 신체활동을 추정하며,
   상기 신호처리장치는 사전에 입력된 a1, a2, a3, b1, b2, b3, c1, c2 및 c3를 포함하며, 상지의 비교 가속도가 a1이상이고, 상지의 비교 주파수가 a2이상이고, 상지의 비교 진폭이 a3이상이고, 하지의 비교 가속도가 b1이상이고, 하지의 비교 주파수가 b2이상이고, 하지의 비교 진폭이 b3이상인 경우에 대근력활동으로 추정하고,
   이외의 경우에는 상지의 비교 가속도가 c1이상이고, 상지의 비교 주파수가 c2이상이고, 상지의 비교 진폭이 c3이상인 경우 소근력활동으로 추정하고,
   이외의 경우에는 인지활동으로 추정하는 것을 특징으로 하는 신체 활동 추정용 착용 장치.
   
6. 청구항 5에 있어서, 상기 비교 가속도는 가속도 또는 각가속도의 최대값이며, 상기 비교 주파수는 주파수의 최대값이며, 상기 비교 진폭은 진폭의 최대값인 것을 특징으로 하는 신체 활동 추정용 착용 장치.
   
7. 청구항 5에 있어서, 상기 비교 가속도는 가속도 또는 각가속도의 평균값이며, 상기 비교 주파수는 주파수의 평균값이며, 상기 비교 진폭은 진폭의 평균값인 것을 특징으로 하는 신체 활동 추정용 착용 장치.
   
8. 청구항 5에 있어서, 상기 상 센서시스템 및 하 센서시스템은 각각 2개인 것을 특징으로 하는 신체 활동 추정용 착용 장치.
   

Images