KR101970674B1

KR101970674B1 - Method and apparatus for quantifying risk of gait injury

Info

Publication number: KR101970674B1
Application number: KR1020170079255A
Authority: KR
Inventors: 정창근; 정주호
Original assignee: 주식회사 비플렉스
Priority date: 2017-06-22
Filing date: 2017-06-22
Publication date: 2019-04-22
Also published as: KR20190000203A

Abstract

본 발명은 주행 시 부상 위험성 정량화 방법 및 장치에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 일반인도 용이하게 착용하고 운동할 수 있는 휴대용 장비를 사용하여 주행 시 발생되는 부상 위험성을 용이하고 효과적으로 정량화하는, 주행 시 부상 위험성 정량화 방법 및 장치를 제공함에 있다.The present invention relates to a method and an apparatus for quantifying an injury risk during a running, and an object of the present invention is to provide a method and apparatus for quantifying an injury risk during running, And a method and an apparatus for quantifying an injury risk.

Description

주행 시 부상 위험성 정량화 방법 및 장치 {Method and apparatus for quantifying risk of gait injury}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for quantifying a risk of injury during running,

본 발명은 주행 시 부상 위험성 정량화 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주행 시 사용자가 지면을 딛는 순간 받게 되는 지면 반력에 의해 사용자가 받는 충격량을 이용하여 사용자가 부상을 입게 될 위험성을 정량화하는 방법 및 장치에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a method for quantifying the risk that a user will be injured by using the amount of impact received by a user due to a ground reaction force, &Lt; / RTI >

일반적으로 현대인의 일상생활에서의 운동량은 적절한 신체 건강을 유지하기에 상당히 부족하다는 점이 꾸준히 지적되어 왔으며, 이에 따라 효과적으로 건강을 촉진할 수 있도록 하는 체계적인 운동 방법에 대한 관심도가 유례없이 높아지고 있다. 이러한 요구에 부합하는 운동 방법 중 하나로서, 누구나 쉽게 할 수 있는 보행 또는 주행 운동이 있다.In general, it has been pointed out that the daily exercise of modern people is insufficient to maintain adequate physical health, and accordingly there is an unprecedented interest in a systematic exercise method that can effectively promote health. As one of the exercise methods meeting these demands, there is a walking or running exercise that anyone can easily do.

그런데 과체중인 사람, 관절이 약한 노약자 등의 경우에는, 이러한 보행 또는 주행 운동이 무릎, 발목 등 체중이 실리거나 지면 반력을 받는 관절에 충격을 주게 되어, 오히려 운동으로 인한 관절 손상이 발생할 위험성이 있다는 점이 지적되어 왔다. 한편 일반적으로 사람들이 보행 또는 주행 운동을 하기 위해서는, 헬스센터 등의 러닝머신을 사용하기도 하지만, 야외 산책로, 공원 등을 이용하는 경우도 매우 많다. 그런데 이러한 야외 산책로 등의 바닥이 아스팔트 등과 같이 딱딱한 경우나, 충분히 충격 흡수를 해 주지 못하는 신발을 신고 운동을 하는 경우 등에는, 일반적인 건강 상태를 가진 사람도 충격에 의해 관절 손상이 올 위험성이 있다.However, in the case of an overweight person or a weak elderly person, such a walking or running exercise may cause a knee, an ankle, or other body weight, or a shock to the joint receiving a ground reaction force, The point has been pointed out. On the other hand, in general, people use a treadmill, such as a health center, in order to perform a walking or running exercise, but there are many cases where an outdoor walkway or a park is used. However, when the floor of such an outdoor walkway is hard as an asphalt, or when a person wears a shoe which does not absorb shock sufficiently, there is a risk that a person having a general health condition may suffer joint damage due to an impact.

이러한 문제를 방지하기 위하여 충격 흡수 기능이 있는 러닝화를 개발하거나, 러닝머신에서 부상 위험을 최소화하기 위한 다양한 설계를 개발하는 등의 다양한 연구 노력이 이루어지고 있다. 이러한 연구의 일환으로, 한국특허등록 제1430135호("신발 바닥창", 2014.08.07)에는 보행 시 전달되는 충격을 흡수하여 관절의 무리를 최소화하는 충격 흡수용 신발 바닥창이 개시된다. 또한 한국특허공개 제2011-0107420호("낙상예방 및 보행 훈련시스템", 2011.10.04)에는, 러닝머신에 (보행 중 충격과는 무관하지만) 러닝머신에서 낙상하여 부상당하는 것을 방지하기 위한 설계를 도입하고 있다.To prevent such problems, various research efforts have been made, such as developing a running shoe with a shock absorbing function, or developing various designs to minimize the risk of injury in a treadmill. As a part of this research, Korean Patent Registration No. 1430135 ("Shoe sole", Aug. 31, 2014) discloses a sole shoe sole for shock absorbing which minimizes joints by absorbing impact transmitted during walking. Korean Patent Laid-Open Publication No. 2011-0107420 (" Fall Prevention and Walking Training System ", Oct. 4, 2011) discloses a design for preventing a treadmill from falling on a treadmill .

이와 같이 전문적으로 주행 시 충격 흡수에 대한 연구를 하는 연구자 또는 기술자 집단의 경우라면, 연구 개발을 위한 다양한 실험 장비들을 갖추고 있으며, 따라서 주행 시 발생되는 충격과 부상 위험성의 관계를 예측하거나 이를 적용하여 새로운 제품 설계를 할 수 있다. 그러나 전문적으로 이러한 연구를 하는 집단 외에 일반인들이 실제로 보행 또는 주행 시 얼마나 충격을 받고 있는지, 또한 그로 인하여 부상 위험이 얼마나 있는지를 스스로 가늠하는 것은 거의 불가능하다. 또한 일반인이 상술한 바와 같은 전문 연구 시설에 가서 자신의 주행 시 자세와 부상 위험성 측정을 하는 것 역시 실질적으로 불가능하다.In the case of a group of researchers or technicians who are studying shock absorption during professional driving, they have various experimental equipments for research and development. Therefore, by predicting the relationship between shocks and injuries in driving, Product design can be done. However, it is almost impossible to gauge how much the public is actually shocked by walking or running, and how much the risk of injury is, other than the group that professionally conducts such research. It is also practically impossible for the general public to go to the above-mentioned specialized research facility and measure their posture and injury risk during their own travel.

1. 한국특허등록 제1430135호("신발 바닥창", 2014.08.07)1. Korea Patent No. 1430135 ("Shoe Flooring Window", 2014.08.07) 2. 한국특허공개 제2011-0107420호("낙상예방 및 보행 훈련시스템", 2011.10.04)2. Korean Patent Laid-Open Publication No. 2011-0107420 ("Fall Prevention and Walking Training System", October 4, 2011)

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 일반인도 용이하게 착용하고 운동할 수 있는 휴대용 장비를 사용하여 주행 시 발생되는 부상 위험성을 용이하고 효과적으로 정량화하는, 주행 시 부상 위험성 정량화 방법 및 장치를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a portable device that can easily be worn and exercised, The present invention provides a method and apparatus for quantifying an injury risk during traveling.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 주행 시 부상 위험성 정량화 방법은, 가속도 센서(111)를 포함하여 이루어지며 사용자의 팔을 제외한 상체에 착용되는 적어도 하나의 센서 신호 수집부(110)를 이용한 주행 시 부상 위험성 정량화 방법에 있어서, 상기 센서 신호 수집부(110)에서 측정된 상하 방향 가속도(a_z)를 수집하는 데이터 수집 단계; 상하 방향 가속도(a_z)를 기반으로 산출되는 적어도 하나의 부상 위험성 판단지표를 도출하는 판단지표 도출 단계; 상기 부상 위험성 판단지표가 미리 결정된 기준보다 큰지 판단하는 부상 위험성 판단 단계; 상기 부상 위험성 판단지표 중 적어도 하나가 각각 미리 결정된 기준보다 클 경우, 사용자에게 부상 위험성을 경보하는 부상 위험성 경보 단계; 를 포함하여 이루어질 수 있다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for quantifying injury risk during running, comprising at least one sensor signal collecting unit 110 including an acceleration sensor 111 and worn on an upper body excluding a user's arm The method of claim 1, further comprising: a data collection step of collecting the vertical acceleration (a _z ) measured by the sensor signal collection unit (110); A step of deriving a judgment index for deriving at least one flood hazard judgment index calculated on the basis of the vertical acceleration (a _z ); An injury risk determination step of determining whether the injury risk assessment index is larger than a predetermined criterion; An injury risk warning step of warning the user of a risk of injury when at least one of the injury risk assessment indicators is greater than a predetermined standard, respectively; . &Lt; / RTI >

이 때 상기 부상 위험성 판단지표는, 상하 방향 가속도(a_z)의 평균 기울기, 상하 방향 가속도(a_z)의 최대 기울기, 최대 충격력, 충격량 중 선택되는 적어도 하나일 수 있다.At this time the injury risk judgment indicators may be a vertical direction acceleration (a _z) the average slope, maximum slope of the vertical acceleration (a _z), the maximum impact force, at least one selected from the amount of impact.

한편 상기 부상 위험성 판단지표는, 상하 방향 가속도(a_z)의 평균 기울기 값으로서, 하기의 식을 사용하여 산출될 수 있다.On the other hand, the injury risk judgment index can be calculated using the following equation as an average slope value of the vertical acceleration (a _z ).

(여기에서, a_z : 상하 방향 가속도, mean : 평균값 산출 함수, i : 인덱스 번호, t_i : i번째 시간, t_i-1 : i-1번째 시간, t_c : 충격 시작 시간, t_m : 충격 끝 시간)(Here, a _z: vertical acceleration, mean: the average value calculating function, i: index number, t _i: i-th _{time, t i-1: i-} 1 th time, t _c: Start impact time, t _m: Impact end time)

이 때 상기 판단지표 도출 단계에서, 사용자 질량(m) 및 평균 기울기의 곱으로서 산출되는 평균 수직 부하율이 더 산출될 수 있다.At this time, in the determination index deriving step, the average vertical load factor calculated as the product of the user mass m and the average slope can be further calculated.

또는 상기 부상 위험성 판단지표는, 상하 방향 가속도(a_z)의 최대 기울기 값으로서, 하기의 식을 사용하여 산출될 수 있다.Alternatively, the injury risk judgment index can be calculated using the following equation as the maximum slope value of the vertical acceleration (a _z ).

(여기에서, a_z : 상하 방향 가속도, max : 최대값 산출 함수, i : 인덱스 번호, t_i : i번째 시간, t_i-1 : i-1번째 시간, t_c : 충격 시작 시간, t_m : 충격 끝 시간)(Here, a _z: vertical acceleration, max: calculating a maximum value function, i: index number, t _i: i-th _{time, t i-1: i-} 1 th time, t _c: Start impact time, t _m : Impact end time)

이 때 상기 판단지표 도출 단계에서, 사용자 질량(m) 및 최대 기울기의 곱으로서 산출되는 최대 수직 부하율이 더 산출될 수 있다.At this time, in the determination index deriving step, the maximum vertical load factor calculated as the product of the user mass m and the maximum slope can be further calculated.

또는 상기 부상 위험성 판단지표는, 최대 충격력 값으로서, 하기의 식을 사용하여 산출될 수 있다.Alternatively, the injury risk determination index can be calculated as a maximum impact force value using the following equation.

(여기에서, a_z : 상하 방향 가속도, max : 최대값 산출 함수, m : 사용자 질량, t_m : 충격 끝 시간)(Here, a _z: vertical acceleration, max: maximum value calculating function, m: mass of the user, t _m: impact end time)

또는 상기 부상 위험성 판단지표는, 충격량 값으로서, 하기의 식을 사용하여 산출될 수 있다.Alternatively, the injury risk determination index can be calculated as an impact value using the following equation.

(여기에서, a_z : 상하 방향 가속도, m : 사용자 질량, t_c : 충격 시작 시간, t_m : 충격 끝 시간)또한 상기 부상 위험성 정량화 방법은, 상기 판단지표 도출 단계 이전에,Previously (here, a _z: vertical acceleration, m: mass of the impact end user time, t _c:: shock start time, t _m) In addition, the injury risk quantifying method, the determination indicator derivation step,

상하 방향 가속도(a_z)를 미리 결정된 밴드 패스 필터를 통과시켜 노이즈를 제거하는 노이즈 제거 단계; 를 더 포함하여 이루어질 수 있다.A noise removing step of passing the vertical acceleration (a _z ) through a predetermined band-pass filter to remove noise; As shown in FIG.

또한 본 발명에 따른 주행 시 부상 위험성 정량화 장치(100)는, 가속도 센서(111)를 포함하여 이루어지며 사용자의 팔을 제외한 상체에 착용되는 적어도 하나의 센서 신호 수집부(110); 상기 센서 신호 수집부(110)로부터 신호를 전달받아, 상하 방향 가속도(a_z)를 기반으로 산출되는 적어도 하나의 부상 위험성 판단지표를 도출하고, 상기 부상 위험성 판단지표를 사용하여 경보 발생 여부를 판단 및 제어하는 제어부(120); 상기 제어부로부터 경보 발생 제어 신호를 받아 사용자에게 부상 위험성을 경보하는 경보부(130); 를 포함하여 이루어질 수 있다.In addition, according to the present invention, there is provided an apparatus for quantifying an injury risk during traveling 100, comprising at least one sensor signal collecting unit 110 including an acceleration sensor 111 and worn on an upper body excluding a user's arm; The control unit 110 receives at least one signal from the sensor signal collecting unit 110 and derives at least one in fl ating risk judgment index calculated on the basis of the up-down acceleration a _z , and judges whether or not an alarm is generated by using the in- And a control unit (120) for controlling the control unit. An alarm unit 130 receiving an alarm generation control signal from the control unit and alerting the user of the risk of injury; . &Lt; / RTI >

이 때 상기 제어부(120)는, 상기 부상 위험성 판단지표로서, 상하 방향 가속도(a_z)의 평균 기울기, 상하 방향 가속도(a_z)의 최대 기울기, 최대 충격력, 충격량 중 선택되는 적어도 하나를 도출할 수 있다.At this time, the control part 120, the injury risk as a determination indicator, to derive one or at least that the average slope, the selection of the maximum slope, the maximum impact force, the impulse of the vertical acceleration (a _z) in the vertical direction acceleration (a _z) .

또한 상기 경보부(130)는, 음향, 도해, 영상을 포함하는 사용자가 인식 가능한 정보로서 경보 신호를 출력할 수 있다.Also, the alarm unit 130 can output an alarm signal as user-recognizable information including sound, a picture, and an image.

또한 상기 부상 위험성 정량화 장치(100)는, 부상 위험성 경보 발생 시점 및 해당 시점에서의 부상 위험성 판단지표 값을 포함하는 부상 위험성 데이터를 외부의 데이터베이스(140)에 전송하여 누적적으로 저장하도록 이루어질 수 있다.In addition, the injury risk quantification apparatus 100 may be configured to transmit the injury risk data including the time of occurrence of the injury risk alert and the injury risk determination index value at the time point to the external database 140 for cumulative storage .

본 발명에 의하면, 간편하게 휴대가 가능하며 또한 머리, 허리 등과 같은 신체에 용이하게 착용할 수 있는 장비를 사용하여, 일반인이 스스로 주행 시 부상 위험성을 매우 용이하게 측정할 수 있다는 큰 효과가 있다. 특히 현대와 같이 대다수의 일반인들이 건강을 위한 운동을 하면서 자가 진단이 필요한 상황에서, 전문 관리 기관 등을 이용하지 않아도 스스로 이러한 부상 위험성을 측정할 수 있다는 점에서, 일반인의 건강 증진에 있어 비약적인 편의성 및 경제성 향상 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to easily measure the risk of injury when a person is traveling by himself / herself by using equipment which can be easily carried and which can be easily worn on a body such as a head or a waist. Especially, in the situation where the majority of the general public exercise self-diagnosis while exercising for health, it is possible to measure such a risk of injury by themselves without using a professional management institution. Therefore, It has an economic effect.

또한 장치 구성적인 측면에서, 본 발명에 의하면 가속도 센서와 같이 사용자의 동적 물리량을 측정하는 센서만을 이용할 수 있다는 큰 장점이 있다. 즉 기존에는 사용자의 발에 의해 눌림으로써 보행을 인지하는 압력 센서를 이용함으로써 장치 내구도 및 수명 저하 문제, 사용자 신체 치수에 따른 별도 장치 생산 및 사용 문제 등의 여러 문제들이 있었다. 그러나 본 발명의 경우 이러한 문제의 원인인 압력 센서를 발 부분에 배치한다는 기술 구성 자체가 완전히 배제되기 때문에, 상술한 바와 같은 여러 문제들이 원천적으로 제거되는 것이다. 물론 이로부터 사용자 편의성 향상, 사용자 또는 생산자 각각에서의 경제성 향상 등과 같은 효과 또한 얻을 수 있음은 당연하다.Also, in terms of device configuration, according to the present invention, there is a great merit that only a sensor for measuring a dynamic physical quantity of a user like an acceleration sensor can be used. In other words, there have been various problems such as a problem of device durability and life span degradation by using a pressure sensor that recognizes walking by pressing by a user's foot, and problems of production and use of separate devices according to user's body dimensions. However, in the case of the present invention, since the technique of disposing the pressure sensor, which is the cause of such a problem, in the foot portion is completely excluded, various problems as described above are eliminated. Of course, it is natural that such advantages as the improvement of user convenience and the economical improvement of each user or producer can be obtained.

도 1은 본 발명의 부상 위험성 정량화 장치의 실시예.
도 2는 본 발명의 부상 위험성 정량화 장치의 개략도.
도 3은 본 발명의 부상 위험성 정량화 방법의 흐름도.
도 4는 주행 시 상하 방향 가속도 그래프.
도 5는 주행 시 상하 방향 가속도 그래프에 기울기를 표시한 도면.
도 6은 주행 시 상하 방향 가속도 그래프에 충격량을 표시한 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an embodiment of an injury risk quantification apparatus of the present invention. FIG.
2 is a schematic diagram of an injury risk quantification device of the present invention.
3 is a flow chart of a method for quantifying injury risk of the present invention.
Fig. 4 is a graph of vertical acceleration during traveling. Fig.
5 is a graph showing a slope in a vertical acceleration graph when driving.
6 is a graph showing the amount of impact in a vertical acceleration graph when driving.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 주행 시 부상 위험성 정량화 방법 및 장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method and an apparatus for quantifying injury risk during traveling according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

부상 위험성 정량화 장치Injury hazard quantification device

도 1은 본 발명의 부상 위험성 정량화 장치의 실시예를, 도 2는 본 발명의 부상 위험성 정량화 장치의 개략도를 각각 도시하고 있다. 먼저 도 1, 2를 통해 본 발명의 부상 위험성 정량화 장치의 구성을 간략히 설명하고, 이후 이러한 부상 위험성 정량화 장치를 이용한 주행 시 부상 위험성 정량화 방법 및 장치에 대하여 보다 상세히 설명한다.Fig. 1 shows an embodiment of an injury risk quantification device according to the invention, and Fig. 2 shows a schematic representation of an injury risk quantification device according to the invention, respectively. First, the configuration of the injury risk quantification device of the present invention will be briefly described with reference to FIGS. 1 and 2. Hereinafter, a method and an apparatus for quantifying injury risk when traveling using the injury risk quantification device will be described in detail.

본 발명의 부상 위험성 정량화 장치(100)를 간략히 설명하자면 보행 또는 주행 시 발생할 수 있는 부상 위험성을 사용자에게 알려주는 장치이다. 보다 구체적으로 설명하자면 다음과 같다. 보행 또는 주행 시, 자세가 잘못되어 있거나 지면이 딱딱하다거나 등과 같은 다양한 이유로 인하여 발목, 무릎, 허리 등에 무리가 갈 수 있고 이것이 부상으로 이어질 위험이 있다는 문제가 잘 알려져 있다. 이러한 위험을 막기 위하여 종래에는 충격 흡수과 같은 기능성 운동화를 착용하는 등과 같은 정도의 대처밖에는 하지 못했으며, 실제로 얼마나 부상 위험성이 발생하는지 알 수 있는 정확한 지표가 없었던 실정이다. 본 발명에서는, 이러한 부상 위험성을 판단지표로서 정량화하고, 이를 이용하여 부상 위험성이 어느 수준 이상으로 올라가면 사용자에게 경보로서 위험 정도를 알려 주도록 한다. 이를 통해 사용자는 부상이 발생하기 전에 적절히 보행 또는 주행을 멈추거나, 자세를 교정하거나, 운동화를 교체하거나, 보행 또는 주행 코스를 변경하는 등과 같은 대처를 할 수 있게 되어, 궁극적으로 보행 또는 주행 시 발생하는 부상 위험성을 크게 저감할 수 있게 된다.Brief description of the apparatus 100 for quantifying an injury risk of the present invention is a device for informing a user of a risk of injury that may occur during a walking or running. More specifically, it is as follows. It is well known that when walking or running, there are various reasons such as a wrong posture, a hard floor, and the like, which can lead to ankle, knee, and back and lead to injury. In order to prevent such danger, conventionally, there is no such thing as wearing a functional sneaker such as a shock absorber, and there is no accurate index to know how much injury risk actually occurs. In the present invention, such an injury risk is quantified as a judgment index, and when the injury risk increases to a certain level or more, the user is informed of the danger level as an alarm. This allows the user to take appropriate precautions such as stopping the walking or running, calibrating the posture, replacing the sneakers, changing the walking or running course, etc., before the injury occurs, and ultimately occurring during walking or running It is possible to greatly reduce the risk of injury.

이러한 본 발명의 부상 위험성 정량화 장치(100)는, 도 1, 2에 도시된 바와 같이 센서 신호 수집부(110), 제어부(120), 경보부(130)를 포함하여 이루어진다. 더불어, 상기 부상 위험성 정량과 장치(100)는 데이터베이스(140)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.The flood hazard quantification apparatus 100 of the present invention includes a sensor signal collection unit 110, a control unit 120, and an alarm unit 130, as shown in FIGS. In addition, the injury risk quantification and device 100 may further comprise a database 140.

상기 센서 신호 수집부(110)는, 기본적으로 가속도 센서(111)를 포함하여 이루어지며 사용자의 팔을 제외한 상체에 착용된다. 상기 센서 신호 수집부(110)는 단일 개여도 무방하고 또는 복수 개여도 무방하다. 도 1에는 상기 센서 신호 수집부(110)가 2개로 형성되어 사용자의 머리 및 허리 각각에 착용되는 예시를 도시하고 있으며, 이 경우 사용자의 머리측에 착용되는 센서 신호 수집부를 머리측 센서 신호 수집부(110H), 사용자의 허리측에 착용되는 센서 신호 수집부를 허리측 센서 신호 수집부(110W)로 구분할 수 있다. 착용 상태의 구체적인 예시로서, 도 1의 개략도에 나타나는 바와 같이, 머리측에 착용되는 머리측 센서 신호 수집부(110H)는 이어폰과 같이 귀에 꽂는 형태로 이루어지고, 허리측에 착용되는 허리측 센서 신호 수집부(110W)는 벨트에 꽂는 형태로 이루어질 수 있다. 물론 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 상기 머리측 센서 신호 수집부(110H)가 헤어밴드 형태, 안경 형태, 별도의 모자에 꽂아 부착하는 형태, 헬멧 형태 등 다양하게 변경 실시될 수 있음은 당연하다. 또한 도면에는 도시되지 않았으나, 상기 센서 신호 수집부(110)는 사용자의 팔을 제외한 상체 어디에든 착용될 수 있는데, 예를 들어 가슴 부위에 착용되도록 할 경우 의복의 가슴주머니에 수용되거나 꽂아 부착하는 형태, 별도의 조끼나 하네스 등을 이용하여 착용하는 형태 등과 같은 다양한 변경 실시가 가능하다.The sensor signal collecting unit 110 basically includes the acceleration sensor 111 and is worn on the upper body excluding the user's arm. The sensor signal collecting unit 110 may be single or plural. 1 shows an example in which the sensor signal collecting unit 110 is formed in two and is worn on each of the user's head and waist. In this case, the sensor signal collecting unit worn on the user's head is connected to the head- (110H), and a sensor signal collecting unit worn on the user's waist side can be divided into a waist side sensor signal collecting unit 110W. As shown in the schematic diagram of FIG. 1, the head-side sensor signal collecting unit 110H, which is worn on the head side, is configured to be plugged into the ear like an earphone, and a waist- The collecting unit 110W may be configured to be attached to a belt. However, the present invention is not limited thereto. For example, the head-side sensor signal collecting unit 110H may be modified in various forms such as a hair band type, a glasses type, Of course. Also, although not shown in the drawing, the sensor signal collecting unit 110 may be worn anywhere on the upper body except the user's arm. For example, when the sensor signal collecting unit 110 is worn on the chest, , A form to be worn using a separate vest or harness, or the like.

상기 센서 신호 수집부(110)에는 상술한 바와 같이 기본적으로 상기 가속도 센서(111)가 포함된다. 상기 가속도 센서(111)는 자이로스코프를 내장하는 형태 등과 같이 일반적으로 3축 방향의 가속도를 측정하는 데 사용되는 센서들 중 적절한 것을 선택하여 채용할 수 있다. 한편 상기 센서 신호 수집부(110)에, 상기 가속도 센서(111)에서 수집된 가속도 데이터 신호를 사용하여 계산을 수행하고 제어하는 등의 역할을 하는 상기 제어부(120)가 직접 구비되도록 할 수도 있다. 또는 상기 제어부(120)는 기존에 사용되는 스마트폰에 앱 형태로 구현되게 할 수 있는 등 다양한 변경 실시가 가능하다. 즉 이처럼 상기 제어부(120)가 상기 센서 신호 수집부(110)와 별도의 장치로 구현되게 될 경우, 상기 가속도 센서(111)에서 수집됩 가속도 데이터 신호가 상기 제어부(120)로 원활하게 전달될 수 있도록, 상기 센서 신호 수집부(110)는 통신부(112)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 이러한 신호 전달은 와이어링을 통한 유선 통신에 의하여 이루어질 수도 있고, 블루투스, 와이파이, NFC 등과 같은 무선 통신에 의하여 이루어질 수 있는 등, 필요되는 조건이나 요구되는 성능에 따라 적절한 형태를 선택하여 채용할 수 있다.The sensor signal collecting unit 110 basically includes the acceleration sensor 111 as described above. The acceleration sensor 111 may be selected from among sensors used for measuring accelerations in three axial directions, such as a shape in which a gyroscope is incorporated. Meanwhile, the controller 120 may be directly provided to the sensor signal collecting unit 110 to perform calculation and control using the acceleration data signal collected by the acceleration sensor 111. [ Alternatively, the controller 120 may be implemented in an application form in a smartphone used in the past, and may be modified in various ways. That is, when the control unit 120 is implemented as a separate device from the sensor signal collecting unit 110, the acceleration data signal collected by the acceleration sensor 111 can be smoothly transmitted to the controller 120 The sensor signal collecting unit 110 may further include a communication unit 112. Such signal transmission may be performed by wire communication through wiring, wireless communication such as Bluetooth, Wi-Fi, NFC, or the like, and may be appropriately selected depending on the required conditions and required performance .

이후 본 발명의 부상 위험성 정량화 방법의 설명에서 보다 상세히 설명되겠지만, 본 발명에서는 부상 위험성을 판단함에 있어서 상하 방향 가속도를 사용한다. 종래에 주행과 관련하여 사용자의 운동 상태를 측정하는 대부분의 장치들은, 직접적으로 발로 눌러지는 부분인 신발, 발판 등에 구비되는 압력 센서를 사용하였으며, 이에 따라 센서의 손상이 빨리 일어나 장치 내구도 및 수명이 짧아지는 문제가 있었다. 물론 이는 사용 중 장치 손상으로 인한 보행 인식 및 분석 정확성의 저하, 잦은 장치 교체로 인한 편의성 및 경제성 저하 등의 문제를 유발시킨다. 더불어 이러한 장치가 신발에 구비되는 경우 사용자의 발 크기에 따라 사용자마다 각각 별도의 장치가 필요하게 되어, 사용자의 편의성 및 경제성 저하가 가중되며, 생산자에게는 크기별 별도 생산을 해야만 하여 역시 경제적 부담을 발생시키는 등의 문제가 있었다.In the present invention, up-down acceleration is used in determining the risk of injury, as will be described later in detail with reference to the description of the flood hazard quantification method of the present invention. Conventionally, most of the devices for measuring the user's motion state in relation to driving use a pressure sensor provided in shoes, footsteps, etc., which are pressed directly on foot, resulting in rapid damage of the sensor, There was a shortening problem. Of course, this causes problems such as poor pedestrian recognition and analysis accuracy due to device damage during use, and convenience and economy due to frequent device replacement. In addition, when such a device is provided in the shoe, a separate device is required for each user according to the size of the user's foot, thereby decreasing the convenience and economical efficiency of the user. In addition, And the like.

그러나 본 발명에서는 보행 또는 주행과 관련된 운동을 인식함에 있어서 발로 눌리는 압력을 사용한다는 개념을 완전히 탈피하여, 도 1에 도시된 바와 같이 사용자의 팔을 제외한 상체에서 측정되는 가속도를 사용한다. 이처럼 본 발명은 종래기술과는 측정 위치가 전혀 상이하고(종래기술 : 발 / 본 발명: 팔을 제외한 상체), 측정 물리량도 전혀 상이하다(종래기술 : 압력 / 본 발명 : 가속도와 같은 동적 물리량). 이 때 앞서 종래기술에서 지적된 여러 문제점들의 근본적인 원인은 '압력 센서를 발 부분에 배치한다'는 기술 구성에서 오는 것인바, 본 발명에 의하면 그 구성만으로서 상술한 바와 같은 여러 문제들이 원천적으로 제거될 수 있게 된다.However, in the present invention, the concept of using the kick-down pressure in recognizing the motion related to the walking or running is completely eliminated and the acceleration measured in the upper body excluding the user's arm is used as shown in FIG. As described above, the present invention is completely different from the conventional art in the measurement position (prior art: foot / present invention: upper body except for the arm) and measurement physical quantity is completely different (prior art: pressure / invention: dynamic physical quantity such as acceleration) . At this time, the root cause of the various problems pointed out in the prior art comes from the technical arrangement that 'the pressure sensor is disposed at the foot part', and according to the present invention, the above- .

또한 본 발명에서는 부상 위험성의 정량화를 위해 상하 방향 가속도를 사용한다. 일반적으로 주행이 이루어질 때, 상대적으로 머리에서의 좌우 움직임과 사용자 신체의 질량 중심의 좌우 움직임이 보다 유사하게 나타나고, 또한 상대적으로 허리에서의 전후 움직임과 사용자 신체의 질량 중심의 전후 움직임이 보다 유사하게 나타난다. 더불어 상하 움직임은 머리에서 허리까지를 포함한 상체 및 질량 중심 모두에서 유사하게 나타난다. 다만 상체 중에서 팔 부분은, 질량 중심의 움직임 외에도 전후 방향으로 흔들리는 별도의 움직임을 하기 때문에 팔은 제외된다. 이러한 점을 고려할 때, 상하 방향의 가속도는 팔을 제외한 상체 중 어디에서 측정하도록 하여도 무방하다. 부연하자면, 상하 방향의 가속도는 팔을 제외한 상체 어디에서 측정하여도 상당히 정확하게 잘 나타나므로, 머리측이나 허리측 둘 중 하나에서 측정된 값을 선택적으로 사용하여도 되고, 또는 양측에서 측정된 값들의 평균값을 사용하여도 되는 등 적절하게 선택할 수 있다.In the present invention, up-down acceleration is used to quantify the risk of injury. In general, when the vehicle is running, the left and right movements in the head relatively and the left and right movements in the center of the mass of the user are more similar, and the back and forth movements in the waist and the back and forth movements in the center of mass of the user body are more similar appear. In addition, the up and down movements are similar in both upper body and mass center including head to waist. In addition, the arms are excluded from the upper body because the arm moves separately in the fore and aft direction in addition to the motion of the center of mass. Considering this point, the acceleration in the up-and-down direction may be measured at any of the upper bodies except the arms. In other words, the acceleration in the up-and-down direction appears fairly accurately even when measured on the upper body except for the arm, so that the measured values may be selectively used on either the head side or the waist side, The average value may be used.

상기 제어부(120)는, 상기 센서 신호 수집부(110)로부터 신호를 전달받아, 상하 방향 가속도(a_z)를 기반으로 산출되는 적어도 하나의 부상 위험성 판단지표를 도출하고, 상기 부상 위험성 판단지표를 사용하여 경보 발생 여부를 판단 및 제어하는 역할을 한다. 좀더 구체적으로는, 상기 제어부(120)는 상기 부상 위험성 판단지표로서, 상하 방향 가속도(a_z)의 평균 기울기, 상하 방향 가속도(a_z)의 최대 기울기, 최대 충격력, 충격량 중 선택되는 적어도 하나를 도출하여, 이를 통해 부상 위험성을 정량화하고 위험 정도를 판별하게 된다. 상기 제어부(120)에서 수행하는 부상 위험성 판단지표 도출 등에 대해서는 이후 본 발명의 부상 위험성 정량화 방법을 설명하면서 보다 상세히 설명한다.The control unit 120 receives at least one signal from the sensor signal collecting unit 110 and derives at least one flood hazard judgment index calculated on the basis of the vertical acceleration a _z , To determine whether an alarm has occurred or not. More specifically, the control unit 120 is at least one which is a risk judgment indicators to the portion, the average slope, the selection of the maximum slope, the maximum impact force, the impulse of the vertical acceleration (a _z) in the vertical direction acceleration (a _z) To quantify the risk of injury and to determine the degree of risk. The method for quantifying the injury risk of the present invention will be described in more detail with reference to the derivation of an injury risk judgment index performed by the controller 120. FIG.

상기 제어부(120)의 실제 구현 형태는 필요나 목적에 따라 다양하게 형성될 수 있다. 즉 구체적인 예를 들자면, 상기 제어부(120)는, 다양한 계산을 수행할 수 있는 집적 회로 형태로 이루어져 상기 센서 신호 수집부(110)와 일체로서 하나의 기판 상에 형성될 수도 있고, 별도의 전용 장치(즉 부상 위험성 정량화 용도로만 만들어진 독립적인 장치)나 별도의 컴퓨터 등과 같은 형태로 이루어질 수도 있으며, 또는 앞서 설명한 바와 같이 기존에 사용되고 있는 스마트폰에 앱 형태로 구현될 수도 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 상기 제어부(120)가 상기 센서 신호 수집부(110)와 일체로 형성되어 있을 경우에는 상기 가속도 센서(111)로부터 직접 신호를 전달받도록 이루어질 수 있다. 한편 상기 제어부(120)가 별도의 장치나 스마트폰 앱 형태로 이루어지는 등과 같이 상기 센서 신호 수집부(110)와 독립적으로 형성되어 있을 경우에는 상기 가속도 센서(111)로부터 유선 또는 무선 통신에 의하여 신호를 전달받도록 이루어질 수 있다.The actual implementation of the controller 120 may be variously configured according to needs or purposes. For example, the controller 120 may be formed on an integrated circuit with the sensor signal collecting unit 110 on a single substrate, or may be formed as a separate dedicated device (I.e., an independent device made only for the purpose of quantifying injury risk) or a separate computer, or may be implemented in an app form in a smartphone used in the past as described above. As described above, when the control unit 120 is formed integrally with the sensor signal collecting unit 110, the signal may be received directly from the acceleration sensor 111. If the control unit 120 is formed separately from the sensor signal collecting unit 110, for example, in the form of a separate device or a smartphone application, the acceleration sensor 111 may receive a signal from the acceleration sensor 111 by wire or wireless communication. To be delivered.

상기 경보부(130)는, 상기 제어부로부터 경보 발생 제어 신호를 받아 사용자에게 부상 위험성을 경보하는 역할을 한다. 상기 제어부(120)에서는 상하 방향 가속도(a_z)를 기반으로 산출되는 적어도 하나의 부상 위험성 판단지표를 도출하고 이를 사용하여 경보 발생 여부를 판단하는데, 부상 위험성이 미리 결정된 기준 이상이라고 판단되면 상기 경보부(130)에서 경보를 발생시키도록 제어함으로써 사용자에게 위험을 알리게 된다.The alarm unit 130 receives an alarm generation control signal from the control unit and alerts the user of the risk of injury. The control unit 120 derives at least one flushing hazard determination index calculated based on the vertical acceleration a _z and determines whether or not an alarm is generated. If it is determined that the flushing hazard is greater than a predetermined reference, The control unit 130 controls the control unit 130 to generate an alarm, thereby informing the user of the danger.

상기 경보부(130)는 음향, 도해, 영상을 포함하는 사용자가 인식 가능한 정보로서 경보 신호를 출력한다. 예를 들자면, 상기 경보부(130)가 음향을 출력하는 스피커 형태로 이루어질 경우 부상 위험성이 기준 이상이면 경고음이 울리게 할 수 있다. 또는 본 발명의 장치가 구글 글래스와 같은 증강현실 안경에 적용될 경우, 상기 경보부(130)는 증강현실 안경 상에 빨간색 경고용 도형 또는 이러한 도형이 깜빡거리는 영상을 출력한다거나, "부상 위험성이 ??%입니다" 등과 같은 메시지를 출력하도록 이루어질 수도 있다. 또는 상기 경보부(130)가 열전소자로 구현되며 사용자의 피부에 직간접적으로 접촉된 형태로 이루어져, 부상 위험성이 기준 이상이면 차가워지거나 또는 뜨거워짐으로써 사용자에게 경보할 수도 있다. 다른 예시로서 사용자가 시각 장애인일 경우를 위해 상기 경보부(130)가 변경 가능한 점자 형태로서 촉각에 의해 인식되는 형태로 이루어질 수도 있다. 이와 같이 상기 경보부는, 사용자가 인식 가능한 정보로서 경보 신호를 출력할 수 있기만 하다면 그 어떠한 형태로 이루어져도 무방하다.The alarm unit 130 outputs an alarm signal as user-recognizable information including sound, a picture, and an image. For example, when the alarm unit 130 is configured as a speaker for outputting sound, a warning sound may be generated when the risk of injury is higher than a reference level. Alternatively, when the apparatus of the present invention is applied to augmented reality glasses such as Google Glass, the alert unit 130 outputs a red alert graphic or an image in which such graphics are flickered on the augmented reality glasses, &Quot; and so on. Or the alarm unit 130 is implemented as a thermoelectric element and is in direct or indirect contact with the user's skin. If the risk of injury is higher than the criterion, the alarm unit 130 may be cold or hot, thereby alerting the user. As another example, the alarm unit 130 may be configured to be recognized as a changeable braille type by a tactile sense for the case where the user is a blind person. As such, the alarm unit may be configured in any form as long as it can output an alarm signal as information recognizable by a user.

더불어 상기 부상 위험성 정량화 장치(100)는, 부상 위험성 경보 발생 시점 및 해당 시점에서의 부상 위험성 판단지표 값을 포함하는 부상 위험성 데이터를 외부의 데이터베이스(140)에 전송하여 누적적으로 저장하도록 이루어질 수 있다. 이러한 보행 또는 주행 운동 분석을 필요로 하는 사용자는, 건강 촉진을 위해 매일 산책 또는 조깅을 수행하는 일반인이나, 또는 신체 능력 향상을 위해 훈련하는 전문가 등이 있을 수 있으며, 이러한 운동 분석 데이터가 누적되어 시간적인 변화를 볼 수 있도록 이루어지는 것이 당연히 바람직하다. 뿐만 아니라, 이처럼 운동 분석 데이터가 대량으로 누적 저장되면, 이러한 데이터가 빅데이터로서 활용되어 각종 통계나 분석에 사용될 수도 있는 등, 다양한 활용이 가능하다.In addition, the injury risk quantification apparatus 100 may transmit the injury risk data including the time of occurrence of the injury risk alert and the injury risk determination index value at the time point to the external database 140 so as to accumulatively store the injury risk data . A user who needs such a walking or running motion analysis may be a general person who performs daily walking or jogging to promote health or an expert who is trained to improve physical ability. It is preferable that the change is made so as to be able to see the change. In addition, when a large amount of accumulated motion analysis data is accumulated, such data can be utilized as various types of statistical data or analysis, and thus can be used in various ways.

부상 위험성 정량화 방법How to quantify injury risk

도 3은 본 발명의 부상 위험성 정량화 방법의 흐름도로서, 도 3을 통해 본 발명의 부상 위험성 정량화 방법을 보다 구체적으로 설명한다. 본 발명의 부상 위험성 정량화 방법은, 상술한 바와 같이 가속도 센서(111)를 포함하여 이루어지며 사용자의 팔을 제외한 상체에 착용되는 적어도 하나의 센서 신호 수집부(110)를 이용하여 측정된 상하 방향 가속도(a_z)를 사용하여 부상 위험성 판단지표를 도출하여 부상 위험성을 정량화한다. 이를 위하여 본 발명의 부상 위험성 정량화 방법은, 데이터 수집 단계, 판단지표 도출 단계, 부상 위험성 판단 단계, 부상 위험성 경보 단계를 포함하여 이루어질 수 있다. 더불어 부상 위험성 판단지표 도출의 정확성을 높이기 위하여 노이즈 제거 단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 도 3에 나타난 각 단계에 대하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.FIG. 3 is a flowchart of a method for quantifying an injury risk of the present invention. FIG. 3 illustrates the method for quantifying an injury risk quantitatively according to the present invention. The method for quantifying an injury risk of the present invention includes the acceleration sensor 111 and the vertical acceleration measured by using at least one sensor signal collection unit 110 worn on the upper body excluding the user's arm, (a _z ) is used to quantify the risk of injury by deriving indicators of injury risk. To this end, the injury risk quantification method of the present invention may include a data collection step, a determination index derivation step, an injury risk determination step, and an injury risk warning step. In addition, a noise removal step may be further included to increase the accuracy of the derivation of the injury risk judgment index. Each step shown in FIG. 3 will be described in more detail as follows.

상기 데이터 수집 단계에서는, 상기 센서 신호 수집부(110)에서 측정된 상하 방향 가속도(a_z)를 수집한다. 수집된 상하 방향 가속도(a_z)는 그대로 사용될 수도 있으나, 미리 결정된 밴드 패스 필터를 통과시켜 노이즈를 제거하는 노이즈 제거 단계를 거치도록 하는 것이 더욱 바람직하다. 이 때 상기 밴드 패스 필터는, 예를 들어 일반적인 사람의 보행 또는 주행 주파수에 해당하는 0.1 ~ 5 Hz로 형성될 수 있으나, 물론 이 범위는 적절하게 변경 결정될 수 있다.In the data collecting step, the vertical acceleration a _z measured by the sensor signal collecting unit 110 is collected. Although the collected vertical acceleration (a _z ) may be used as it is, it is more preferable to pass through a predetermined band-pass filter to carry out a noise removing step of removing noise. At this time, the band-pass filter may be formed at a frequency of 0.1 to 5 Hz corresponding to, for example, a walking or running frequency of a general person. However, the range may be appropriately changed.

상기 판단지표 도출 단계에서는, 상하 방향 가속도(a_z)를 기반으로 산출되는 적어도 하나의 부상 위험성 판단지표를 도출하게 된다. 이 때 상기 부상 위험성 판단지표는, 상하 방향 가속도(a_z)의 평균 기울기, 상하 방향 가속도(a_z)의 최대 기울기, 최대 충격력, 충격량 중 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 각각의 판단지표에 대해서는 이후 보다 상세히 설명한다.In the determination indicator derivation step, at least one of the injury risk determination indexes calculated based on the vertical acceleration (a _z ) is derived. At this time the injury risk judgment indicators may be a vertical direction acceleration (a _z) the average slope, maximum slope of the vertical acceleration (a _z), the maximum impact force, at least one selected from the amount of impact. Each judgment index will be described in detail later.

상기 부상 위험성 판단 단계에서는, 상기 부상 위험성 판단지표가 미리 결정된 기준보다 큰지 판단한다. 이 때 상기 부상 위험성 판단지표가 상술한 바와 같이 복수 개가 될 수 있는데, 여러 판단지표들 중 어느 하나만 기준 이상일 때 경보를 발생시킬 수도 있고, 모두 기준 이상일 때 경보를 발생시킬 수도 있고, 또는 적절하게 우선순위를 두어 단계적으로 경보를 발생시킬 수도 있다. 상기 부상 위험성 판단 단계에서, 상기 부상 위험성 판단지표가 미리 결정된 기준보다 작으면 경보를 발생하지 않고 다시 데이터 수집 단계로 되돌아가게 된다. 더불어, 상기 부상 위험성 판단 단계에서는, 주기적인 신호로 나타나는 상하 방향 가속도(a_z) 데이터에 대하여 적어도 2주기 이상의 데이터를 취합하여 산출된 상기 부상 위험성 판단지표를 사용하여 판단이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.In the flood risk determination step, it is determined whether the flood risk determination index is greater than a predetermined criterion. In this case, the above-mentioned injury risk determination index may be plural as described above. An alarm may be generated when any one of the plurality of determination indices is more than the reference, an alarm may be generated when all of the plurality of determination indices are above the reference, It is also possible to generate an alarm step by step. In the flood risk determination step, if the flood risk determination index is smaller than the predetermined criterion, the alarm data is not generated and the data collection step is returned to the data collection step. In addition, it is preferable that, in the above-mentioned flood risk determination step, determination is made using the above-mentioned flood risk determination index calculated by collecting data of at least two periods with respect to up-down acceleration (a _z ) data appearing as a periodic signal .

상기 부상 위험성 경보 단계에서는, 상기 부상 위험성 판단지표 중 적어도 하나가 각각 미리 결정된 기준보다 클 경우, 사용자에게 부상 위험성을 경보한다. 부상 위험성의 경보 형태는 앞서 설명한 바와 같이 음향, 도해, 영상 등 다양한 형태가 될 수 있으며, 사용자는 이처럼 경보를 받음으로써 능동적으로 부상 위험성을 줄이기 위한 대처(운동 종료, 자세 교정, 신발 교체, 코스 변경 등)를 함으로써 궁극적으로 부상 위험성을 크게 저감할 수 있다.If the at least one of the in fl at risk indicators is greater than a predetermined criterion, the user is warned of the risk of injury. As described above, the warning type of injury risk can be various forms such as sound, illustration, and image, and the user can take actions to reduce the risk of injury by actively receiving such an alert (end of exercise, correction of posture, Etc.) can greatly reduce the risk of injury.

이하에서는 본 발명에서 사용되는 부상 위험성 판단지표의 여러 예시와 각각을 도출하는 과정을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, various examples of the injury risk determination indexes used in the present invention and the process of deriving the indexes will be described in more detail.

도 4는 주행 시 상하 방향 가속도 그래프를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이 상하 방향 가속도(a_z)는 시간에 대하여 주기적인 형태로 나타난다(보행 또는 주행 자체가 주기적인 운동이므로 이는 당연한 것이다). 주행 운동을 풀어서 묘사하자면 다음과 같다. 먼저 전방으로 나와 있는 한 쪽 발이 지면을 박차는 순간(이 순간 다른 쪽 발은 허공에 떠 있음)으로 시작한다. 이 상태에서, 한 쪽 발이 지면을 박차서 떠오르면서 양 발이 모두 허공에 떠 있는 상태인 채로 사람의 몸체가 전방으로 이동하며, 이와 함께 양 발이 허공을 저으면서 전후가 바뀌어 다른 쪽 발이 전방으로 나오게 된다. 전방으로 나온 다른 쪽 발이 지면에 닿음과 동시에 지면을 박차는 순간이 다시 이루어지면서 한 걸음의 주행이 이루어진다. 이 과정에서, 한 발로 지면을 박차는 순간에는 사람의 머리가 상하 방향으로 가장 크게 흔들리는 반면(상하 방향 가속도(a_z)에서 로컬 맥시멈이 형성됨), 공중에 뜬 채 나아가고 있는 상태에서는 상하 방향으로 거의 흔들리지 않게 된다(상하 방향 가속도(a_z)에서 상수값이 형성됨).Fig. 4 shows a vertical acceleration graph when driving. As shown, the vertical acceleration (a _z ) appears periodically with respect to time (this is natural because the walking or running itself is a periodic exercise). Here is a description of the driving movement. First, one foot from the front begins with the moment when the floor spurs (the other foot is floating in the air). In this state, as one foot rises from the ground, the human body moves forward while both feet float in the air, and both feet swing through the air, and the other foot comes forward. The other side of the foot comes into contact with the ground, and at the same time the moment of spurting the ground is done again, and a stepping motion is made. In this process, the human head is swung most vertically at the moment when the ground is sprung from one foot (the local maxima are formed at the vertical acceleration (a _z )), while in the state of floating in the air, (A constant value is formed at the vertical acceleration (a _z )).

바로 이렇게 발이 지면을 박차는 순간 관절에 가장 많은 충격이 가해지게 되며, 이러한 충격은 도 4와 같은 상하 방향 가속도 그래프에서 첫 번째 피크(peak) 형태로 나타나게 된다. 이 때의 충격의 정도에 따라 부상 위험성이 달라지게 되며, 본 발명에서는 이를 지표화함으로써 정량화된 판단의 근거로 사용하였다. 이러한 판단지표로서, 본 발명에서는 앞서 설명한 바와 같이, 상하 방향 가속도(a_z)의 평균 기울기, 상하 방향 가속도(a_z)의 최대 기울기, 최대 충격력, 충격량을 사용한다.In this way, the most impact is applied to the joint at the moment when the foot is sprung, and the shock appears as the first peak in the vertical acceleration graph as shown in FIG. The risk of injury varies depending on the degree of impact at this time. In the present invention, this is used as a basis for quantified judgment by indexing it. As such a surface is determined, in the present invention, as described above, it uses the maximum slope, the maximum impact force, the impulse of the vertical direction acceleration average slope, vertical acceleration (a _z) of (a _z).

도 5는 주행 시 상하 방향 가속도 그래프에 기울기를 표시한 도면으로서, 이를 통해 상하 방향 가속도(a_z)의 평균 기울기 및 최대 기울기를 도출하는 과정을 설명한다.FIG. 5 is a graph showing a slope in a vertical acceleration graph at the time of driving, and a process of deriving an average slope and a maximum slope of the vertical acceleration a _z will be described.

먼저 상기 부상 위험성 판단지표를 상하 방향 가속도(a_z)의 평균 기울기 값으로 선택할 경우, 상기 부상 위험성 판단지표는 하기의 식을 사용하여 산출된다.First, when the injury risk judgment index is selected as the average slope value of the vertical acceleration (a _z ), the injury risk judgment index is calculated using the following equation.

충격 시작 시간이란, 실제적으로는 발이 지면에 착지하는 순간을 의미한다. 이는 상하 방향 가속도(a_z)가 0 이하의 값에서 0 근처의 소정의 기준값(예 : 0.3 m/s²)을 상향 돌파하는 시점으로 결정할 수 있다. 여기에서 충격 시작 시간을 결정하는 기준값의 구체적인 값은, 상술한 예와 같이 0.5m/s² 이하의 값 중에서 적절하게 결정될 수 있다. 충격 끝 시간은 첫 번째 피크 값이 나타나는 시각으로, 그래프 상에서 직관적으로도 쉽게 확인할 수 있다. 인덱스 i는, 충격 시작 시간부터 충격 끝 시간까지의 시간을 n으로 나누어 디지타이즈화한 시간들의 인덱스로서, n은 필요에 따라 적절하게 결정하면 된다.The impact start time is actually the moment when the foot lands on the ground. This can be determined as a time point when the vertical acceleration (a _z ) exceeds a predetermined reference value (for example, 0.3 m / s ² ) near 0 at a value of 0 or less. Here, the specific value of the reference value for determining the impact start time can be appropriately determined from a value of 0.5 m / s ² or less as in the above-described example. The impact end time is the time at which the first peak value appears and can be easily confirmed intuitively on the graph. The index i is an index of times digitized by dividing the time from the impact start time to the impact end time by n, and n may be appropriately determined as necessary.

평균 기울기 값은 바로 이렇게, 충격 시작 시간에서 충격 끝 시간까지를 n등분하였을 때 각각의 간격에서 구해진 n개의 기울기 값들의 평균값이다. 도 5는 어느 한 주기에서의 상하 방향 가속도(a_z) 그래프를 도시하고 있는데, 이러한 한 주기에서 상술한 바와 같은 평균 기울기 값을 구할 수 있다. 한편, 도 4에 보이는 바와 같이 주행 중에는 도 5와 같은 형태의 그래프가 계속 반복되며, 상술한 바와 같은 평균 기울기 값은 각 주기마다(즉 각 걸음마다) 구해질 수 있다. 이 때 상기 판단지표 도출 단계에서, 사용자 질량(m) 및 평균 기울기의 곱으로서 산출되는 평균 수직 부하율(average vertical loading rate)이 더 산출될 수 있다.The average slope value is thus an average value of n slope values obtained at each interval when n equally divided from the impact start time to the impact end time. FIG. 5 shows a graph of a vertical acceleration (a _z ) in one cycle. In this one cycle, the average slope value as described above can be obtained. On the other hand, as shown in FIG. 4, the graph of FIG. 5 is continuously repeated during traveling, and the average slope value as described above can be obtained for each cycle (that is, for each step). At this time, in the determination index deriving step, the average vertical loading rate calculated as the product of the user mass m and the average slope can be further calculated.

한편 상기 부상 위험성 판단지표를 상하 방향 가속도(a_z)의 최대 기울기 값으로 선택할 경우, 상기 부상 위험성 판단지표는 하기의 식을 사용하여 산출된다.On the other hand, when the above-mentioned injury risk judgment index is selected as the maximum slope value of the vertical acceleration (a _z ), the above-mentioned injury risk judgment index is calculated using the following equation.

상기 최대 기울기는, 평균 기울기에 대한 설명에서 기술한 바와 같이 어떤 한 주기(한 걸음)에서의 충격 시작 시간~충격 끝 시간까지 사이에서 구해진 n개의 기울기 값들 중 최대값이다. 이 때 상기 판단지표 도출 단계에서, 사용자 질량(m) 및 최대 기울기의 곱으로서 산출되는 최대 수직 부하율(instantaneous vertical loading rate)이 더 산출될 수 있다.The maximum slope is the maximum value among the n slope values obtained from the impact start time to the impact end time in one cycle (one step) as described in the description of the average slope. At this time, in the determination index deriving step, the maximum vertical load rate calculated as the product of the user mass m and the maximum slope may be further calculated.

도 6은 주행 시 상하 방향 가속도 그래프에 충격량을 표시한 도면으로서, 이를 통해 최대 충격력 및 충격량을 도출하는 과정을 설명한다.FIG. 6 is a graph showing the amount of impact in the vertical acceleration graph at the time of traveling, and a process of deriving the maximum impact force and the impact amount through the graph will be described.

먼저 상기 부상 위험성 판단지표를 최대 충격력 값으로 선택할 경우, 상기 부상 위험성 판단지표는 하기의 식을 사용하여 산출된다.First, when the injury risk determination index is selected as the maximum impact force value, the injury risk determination index is calculated using the following equation.

앞서 설명한 바와 같이 충격 끝 시간은 첫 번째 피크 값이 나타나는 시각이므로, 당연히 최대 충격력이 나타나는 시각은 충격 끝 시간이 된다. 도 6에서 상하 방향 가속도(a_z)의 첫 번째 피크(1st peak)가 표시되어 있는데, 여기에 사용자 질량(m)을 곱한 값이 바로 최대 충격력 값이 된다.As described above, since the impact end time is the time at which the first peak value appears, the time at which the maximum impact force appears is the impact end time. In FIG. 6, the first peak (peak) of the vertical acceleration (a _z ) is displayed, and the value obtained by multiplying the user mass (m) by this is the maximum impact force value.

한편 상기 부상 위험성 판단지표를 충격량 값으로 선택할 경우, 상기 부상 위험성 판단지표는 하기의 식을 사용하여 산출된다.On the other hand, when the injury risk judgment index is selected as the impact value, the injury risk judgment index is calculated using the following equation.

(여기에서, a_z : 상하 방향 가속도, m : 사용자 질량, t_c : 충격 시작 시간, t_m : 충격 끝 시간)(Here, a _z : vertical acceleration, m: user mass, t _c : shock start time, t _m : shock end time)

도 6에서 충격 시작 시간에서 충격 끝 시간 사이의 상하 방향 가속도(a_z) 그래프 면적이 표시되어 있는데, 이 면적에 사용자 질량(m)을 곱한 값이 바로 충격량 값이 된다.In FIG. 6, the vertical acceleration (a _z ) graph area between the impact start time and the impact end time is displayed. The value obtained by multiplying the area by the user mass (m) is the impact value.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It goes without saying that various modifications can be made.

100: 부상 위험성 정량화 장치
110: 센서 신호 수집부
111: 가속도 센서 112: 통신부
110H: 머리측 센서 신호 수집부
111H: 머리측 가속도 센서 112H: 머리측 통신부
110W: 허리측 센서 신호 수집부
111W: 허리측 가속도 센서 112W: 허리측 통신부
120: 제어부 130: 경보부
140: 데이터베이스100: Injury hazard quantification device
110: sensor signal collecting unit
111: acceleration sensor 112:
110H: head side sensor signal collecting part
111H: Head side acceleration sensor 112H: Head side communication part
110W: waist side sensor signal collecting part
111W: Waist side acceleration sensor 112W: Waist side communication part
120: control unit 130: alarm unit
140: Database

Claims

가속도 센서를 포함하여 이루어지며 사용자의 팔을 제외한 상체에 착용되는 적어도 하나의 센서 신호 수집부를 이용한 주행 시 부상 위험성 정량화 방법에 있어서,
상기 센서 신호 수집부에서 측정된 상하 방향 가속도를 수집하는 데이터 수집 단계;
상하 방향 가속도를 기반으로 산출되는 적어도 하나의 부상 위험성 판단지표를 도출하는 판단지표 도출 단계;
상기 부상 위험성 판단지표가 미리 결정된 기준보다 큰지 판단하는 부상 위험성 판단 단계;
상기 부상 위험성 판단지표 중 적어도 하나가 각각 미리 결정된 기준보다 클 경우, 사용자에게 부상 위험성을 경보하는 부상 위험성 경보 단계;
를 포함하여 이루어지며,
상기 부상 위험성 판단지표는,
상하 방향 가속도의 평균 기울기, 상하 방향 가속도의 최대 기울기, 최대 충격력, 충격량 중 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 주행 시 부상 위험성 정량화 방법.
A method for quantifying an injury risk during traveling using at least one sensor signal collecting unit including an acceleration sensor and worn on an upper body excluding a user's arm,
A data collecting step of collecting the vertical acceleration measured by the sensor signal collecting unit;
A judgment index derivation step of deriving at least one flood hazard judgment index calculated on the basis of the vertical acceleration;
An injury risk determination step of determining whether the injury risk assessment index is larger than a predetermined criterion;
An injury risk warning step of warning the user of a risk of injury when at least one of the injury risk assessment indicators is greater than a predetermined standard, respectively;
And,
The above-mentioned injury risk judgment index is,
A maximum inclination of the vertical acceleration, a maximum impact force, and an impact amount.

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제 1항에 있어서, 상기 부상 위험성 판단지표는,
상하 방향 가속도의 평균 기울기 값으로서, 하기의 식을 사용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 주행 시 부상 위험성 정량화 방법.

(여기에서, a_z : 상하 방향 가속도, mean : 평균값 산출 함수, i : 인덱스 번호, t_i : i번째 시간, t_i-1 : i-1번째 시간, t_c : 충격 시작 시간, t_m : 충격 끝 시간)
2. The method according to claim 1,
And calculating an average slope value of the acceleration in the vertical direction using the following equation.

(Here, a _z: vertical acceleration, mean: the average value calculating function, i: index number, t _i: i-th _{time, t i-1: i-} 1 th time, t _c: Start impact time, t _m: Impact end time)

제 3항에 있어서, 상기 판단지표 도출 단계에서,
사용자 질량 및 평균 기울기의 곱으로서 산출되는 평균 수직 부하율이 더 산출되는 것을 특징으로 하는 주행 시 부상 위험성 정량화 방법.
4. The method according to claim 3,
Wherein the average vertical load factor calculated as the product of the user mass and the average slope is further calculated.

제 1항에 있어서, 상기 부상 위험성 판단지표는,
상하 방향 가속도의 최대 기울기 값으로서, 하기의 식을 사용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 주행 시 부상 위험성 정량화 방법.

(여기에서, a_z : 상하 방향 가속도, max : 최대값 산출 함수, i : 인덱스 번호, t_i : i번째 시간, t_i-1 : i-1번째 시간, t_c : 충격 시작 시간, t_m : 충격 끝 시간)
2. The method according to claim 1,
And calculating a maximum inclination value of the vertical acceleration using the following equation.

(Here, a _z: vertical acceleration, max: calculating a maximum value function, i: index number, t _i: i-th _{time, t i-1: i-} 1 th time, t _c: Start impact time, t _m : Impact end time)

제 5항에 있어서, 상기 판단지표 도출 단계에서,
사용자 질량 및 최대 기울기의 곱으로서 산출되는 최대 수직 부하율이 더 산출되는 것을 특징으로 하는 주행 시 부상 위험성 정량화 방법.
6. The method according to claim 5,
Wherein a maximum vertical load factor calculated as a product of a user mass and a maximum slope is further calculated.

제 1항에 있어서, 상기 부상 위험성 판단지표는,
최대 충격력 값으로서, 하기의 식을 사용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 주행 시 부상 위험성 정량화 방법.

(여기에서, a_z : 상하 방향 가속도, max : 최대값 산출 함수, m : 사용자 질량, t_m : 충격 끝 시간)
2. The method according to claim 1,
Wherein the maximum impact force value is calculated using the following equation as a maximum impact force value.

(Here, a _z: vertical acceleration, max: maximum value calculating function, m: mass of the user, t _m: impact end time)

제 1항에 있어서, 상기 부상 위험성 판단지표는,
충격량 값으로서, 하기의 식을 사용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 주행 시 부상 위험성 정량화 방법.

(여기에서, a_z : 상하 방향 가속도, m : 사용자 질량, t_c : 충격 시작 시간, t_m : 충격 끝 시간)
2. The method according to claim 1,
And calculating an impact value by using the following equation.

(Here, a _z : vertical acceleration, m: user mass, t _c : shock start time, t _m : shock end time)

제 1항에 있어서, 상기 부상 위험성 정량화 방법은,
상기 판단지표 도출 단계 이전에,
상하 방향 가속도를 미리 결정된 밴드 패스 필터를 통과시켜 노이즈를 제거하는 노이즈 제거 단계;
를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 주행 시 부상 위험성 정량화 방법.
The method of claim 1,
Before the determination indicator derivation step,
A noise removing step of passing the vertical acceleration through a predetermined bandpass filter to remove noise;
Further comprising the steps of: determining whether the vehicle is in a running state;

가속도 센서를 포함하여 이루어지며 사용자의 팔을 제외한 상체에 착용되는 적어도 하나의 센서 신호 수집부;
상기 센서 신호 수집부로부터 신호를 전달받아, 상하 방향 가속도를 기반으로 산출되는 적어도 하나의 부상 위험성 판단지표를 도출하고, 상기 부상 위험성 판단지표를 사용하여 경보 발생 여부를 판단 및 제어하는 제어부;
상기 제어부로부터 경보 발생 제어 신호를 받아 사용자에게 부상 위험성을 경보하는 경보부;
를 포함하여 이루어지며,
상기 제어부는,
상기 부상 위험성 판단지표로서, 상하 방향 가속도의 평균 기울기, 상하 방향 가속도의 최대 기울기, 최대 충격력, 충격량 중 선택되는 적어도 하나를 도출하는 것을 특징으로 하는 주행 시 부상 위험성 정량화 장치.
At least one sensor signal collecting unit including an acceleration sensor and being worn on an upper body excluding a user's arm;
A control unit for receiving at least one signal from the sensor signal collecting unit to derive at least one flood hazard judgment index calculated on the basis of the vertical acceleration and for judging whether an alarm is generated or not using the flood hazard judgment flag;
An alarm unit receiving an alarm generation control signal from the control unit and alerting the user of the risk of injury;
And,
Wherein,
Wherein at least one of an average slope of the vertical acceleration, a maximum slope of the vertical acceleration, a maximum impact force, and an impact amount is derived as the flotation risk determination index.

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제 10항에 있어서, 상기 경보부는,
음향, 도해, 영상을 포함하는 사용자가 인식 가능한 정보로서 경보 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 주행 시 부상 위험성 정량화 장치.
11. The apparatus according to claim 10,
And outputs an alarm signal as information recognizable by a user including a sound, a picture, and an image.

제 10항에 있어서, 상기 부상 위험성 정량화 장치는,
부상 위험성 경보 발생 시점 및 해당 시점에서의 부상 위험성 판단지표 값을 포함하는 부상 위험성 데이터를 외부의 데이터베이스에 전송하여 누적적으로 저장하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 주행 시 부상 위험성 정량화 장치.11. The system of claim 10, wherein the injury risk quantification device comprises:
Wherein the injury risk data including the time of occurrence of the injury risk alert and the value of the injury risk assessment index at the time point is transmitted to an external database and stored cumulatively.