KR102089848B1 - 웨어러블 자세 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

자력을 이용하여 사용자의 거북목이나 굽은 어깨 등의 자세를 측정할 수 있는 웨어러블 자세 측정 장치가 개시된다. 개시된 웨어러블 자세 측정 장치는 사용자의 미리 설정된 신체 부위에 위치한 자석의 자력을 감지하는 자기 센서부; 상기 자기 센서부의 센싱값을 이용하여, 웨어러블 자세 측정 장치에 대한 상기 자석의 상대적인 위치를 추정하는 위치 추정부; 및 상기 추정된 위치에 따라 상기 사용자의 자세를 판단하는 자세 판단부를 포함하며, 상기 자기 센서부는 상기 자석의 상대적인 위치의 변화 여부를 감지하는 제1홀센서; 및상기 자석의 상대적인 위치에 대한 변위를 측정하는 제2홀센서를 포함한다.

Description

웨어러블 자세 측정 장치{WEARABLE DEVICE FOR MEASURING POSTURE}
본 발명은 웨어러블 자세 측정 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사용자의 거북목이나 굽은 어깨 등의 자세를 측정할 수 있는 웨어러블 디바이스에 관한 것이다.
장시간 컴퓨터를 사용하는 현대인들은 무의식적으로 머리를 앞으로 향한 채 구부정한 자세로 앉는다. 이러한 자세를 장시간 유지할 경우 거북목 증후군(turtle neck syndrome)에 걸리거나 증후군 증세가 진행될 수 있다. 최근에는 스마트 기기의 확산으로 이러한 증상을 앓는 사람들이, 연령대를 막론하며 급증하고 있다. 머리와 어깨가 함께 앞쪽으로 말리는 구부정한 자세가 장시간 유지할 경우 척추의 윗부분이 스트레스를 받게 되며 목 뒷부분의 근육과 인대가 늘어나 심한 고통을 받게 된다. 인체 역학적인 상호 보정작용에 의해 배는 머리와 함께 앞으로 이동하게 되어 굽은 형태의 체형으로 바뀌게 된다. 심한 경우 목뼈의 정상적인 역학이 무너져서 목의 관절염이 가속될 수 있다.
단순히 통증만 있는 것이 아니라 호흡에도 지장을 줘서 매우 위험하다. 목뿔뼈에 붙은 근육들은 갈비뼈를 올려서 호흡하는 것을 도와주는데 거북목 자세는, 이러한 근육들이 수축하는 것을 방해하여 폐활량을 최소 30%까지 감소시킨다. 또한, 거북목이 있는 사람들이 일반인보다 골절의 위험이 1.7배 높고 노인들의 경우 사망률이 1.4배 높다고 한다. 이러한 이유로 인하여 최근 바른 자세가 이슈화가 되고 있지만, 스스로 바른 자세를 찾고 유기하기는 굉장히 어렵다.
이에 근전도 센서, 기울기 센서, 근전도 센서, 자기 센서 등을 이용하여 잘못된 자세를 판단하는 기술들이 개발되고 있다.
관련 선행문헌으로 대한민국 공개특허 제2017-0022378호, 대한민국 등록특허 제10-1556496호가 있다.
본 발명은 자기 센서를 이용하여, 사용자의 거북목이나 굽은 어깨 등의 자세를 측정할 수 있는 웨어러블 자세 측정 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명은 사용자의 바른 자세를 유도할 수 있는 웨어러블 자세 측정 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨어러블 자세 측정 장치에 있어서, 사용자의 미리 설정된 신체 부위에 위치한 자석의 자력을 감지하는 자기 센서부; 상기 자기 센서부의 센싱값을 이용하여, 상기 자세 측정 장치에 대한 상기 자석의 상대적인 위치를 추정하는 위치 추정부; 및 상기 추정된 위치에 따라 상기 사용자의 자세를 판단하는 자세 판단부를 포함하며, 상기 자기 센서부는 상기 자석의 상대적인 위치의 변화 여부를 감지하는 제1홀센서; 및 상기 자석의 상대적인 위치에 대한 변위를 측정하는 제2홀센서를 포함하는 웨어러블 자세 측정 장치가 제공된다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 웨어러블 자세 측정 장치에 있어서, 사용자의 미리 설정된 신체 부위에 위치한 자석의 자력을 감지하는 자기 센서부; 및 상기 자기 센서부의 센싱값을 모바일 디바이스로 전송하고, 센싱값을 이용하여 상기 사용자의 자세를 판단하는 상기 모바일 디바이스로부터 상기 사용자의 자세 정보를 수신하는 통신부를 포함하며, 상기 자기 센서부는 상기 자석의 상대적인 위치의 변화 여부를 감지하는 제1홀센서; 및 상기 자석의 상대적인 위치에 대한 변위를 측정하는 제2홀센서를 포함하는 웨어러블 자세 측정 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 자석의 자력을 이용하여 사용자의 자세가 거북목 자세인지 굽은 어깨 자세인지 여부를 판단할 수 있으며, 사용자의 올바른 자세를 유도할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 서로 다른 특성을 나타내는 복수의 자기 센서를 이용하여 자석의 자력을 감지함으로써, 자력의 세기의 변화를 보다 정확하게 측정할 수 있으며 결국 자세 측정의 정확도가 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 웨어러블 자세 측정 장치의 사용 상태도를 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 웨어러블 자세 측정 장치의 블록도를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자기 센서부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자기 센서부를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 특정 위치에서 바라본 홀센서를 도시하는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 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.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 웨어러블 자세 측정 장치의 사용 상태도를 나타내는 도면이며, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 웨어러블 자세 측정 장치의 블록도를 도시하는 도면이다.
본 발명에 따른 웨어러블 자세 측정 장치(110)는 자석의 자력을 감지하여 사용자의 자세를 측정한다. 일실시예로서, 웨어러블 자세 측정 장치는 사용자의 거북목 자세나 어깨가 굽은 자세를 측정할 수 있다.
자석은 사용자의 미리 설정된 신체 부위에 위치할 수 있으며, 측정 자세의 종류에 따라서, 자석의 위치는 달라질 수 있다. 예를 들어, 거북목 자세 측정을 위해서는 사용자의 귀로부터 미리 설정된 거리 이내인 귀밑이나 목의 상부쪽에 자석(120)이 위치할 수 있으며, 굽은 어깨 자세 측정을 위해서는 사용자의 어깨에 자석(130)이 위치할 수 있다.
또한 자석은 자기장의 유효 거리를 증가시키기 위해 halbach array 구조의 자석일 수 있다.
본 발명에 따른 웨어러블 자세 측정 장치(110)는 도 1에 도시된 바와 같이, 목걸이 형태이거나 또는 사용자의 몸에 부착되는 패치 형태 등일 수 있다. 패치 형태일 경우, 사용자의 등이나 흉부에 부착될 수 있다.
웨어러블 자세 측정 장치(110)는 자석의 자력을 감지하고, 웨어러블 자세 측정 장치(110)와 자석(120, 130)의 상대적인 위치를 추정하여 사용자의 자세를 판단한다. 자력을 감지하기 위해 자기장의 방향과 크기를 감지하는 자기 센서(magnetic sensor)가 이용된다. 자기 센서는 일실시예로서 홀센서(hall sensor)일 수 있으나, 실시예에 따라서 AMR 센서, GMR 센서 등 다양한 자기 센서가 이용될 수 있다.
사용자가 거북목 자세일 경우, 사용자의 얼굴이 화살표(140)와 같이 전방쪽으로 이동하게 되고, 자석(120)과 웨어러블 자세 측정 장치(110)와의 거리가 가까워진다. 자석(120)과 웨어러블 자세 측정 장치(110) 사이의 거리에 따라서 자력의 세기가 변하고, 자기 센서는 자력의 세기에 따라서 가변하는 전압값을 출력하기 때문에, 이러한 센싱값으로부터 자석과 웨어러블 자세 측정 장치(110) 사이의 거리가 가까워짐을 추정할 수 있고, 최종적으로 웨어러블 자세 측정 장치(110)는 사용자가 거북목 자세를 취하고 있음을 판단할 수 있다.
또는 사용자의 어깨가 굽은 상태인 경우, 사용자의 어깨가 화살표(150)와 같이 전방쪽으로 이동하게 되며, 거북목 자세일 경우와 동일한 원리로 웨어러블 자세 측정 장치(110)는 사용자의 굽은 어깨 자세를 판단할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 웨어러블 자세 측정 장치(110)는 자기 센서부(211), 위치 추정부(212) 및 자세 판단부(213)를 포함한다.
자기 센서부(211)는 사용자의 미리 설정된 신체 부위에 위치한 자석의 자력을 감지하며, 제1홀센서 및 제2홀센서를 포함한다. 제1홀센서는 자세 측정 장치에 대한 자석의 상대적인 위치의 변화 여부를 감지하며, 제2홀센서는 자세 측정 장치에 대한 자석의 상대적인 위치에 대한 변위를 측정한다. 자기 센서부(211)에 대해서는 도 4 및 도 5에서 보다 자세히 설명된다.
위치 추정부(212)는 자기 센서부(221)의 센싱값을 이용하여, 웨어러블 자세 측정 장치에 대한 자석의 상대적인 위치를 추정한다. 이 때, 제1홀센서의 센싱값의 변화량이 임계값 이상인 경우, 제2홀센서의 센싱값을 이용하여, 자석의 상대적인 위치를 추정할 수 있다.
자력의 세기는 자석으로부터 멀어질수록 약해지며, 자기 센서부(221)는 자력의 세기에 따라 가변하는 전압값을 출력한다. 자력의 세기가 약해질수록 자기 센서부가 출력하는 센싱값, 즉 전압값이 작아지기 때문에, 위치 추정부(212)는 자기 센서부(221)의 센싱값을 이용하여, 웨어러블 자세 측정 장치와 자석의 거리가 멀어지는 것으로 추정할 수 있다.
자세 판단부(213)는 위치 추정부(212)의 추정된 위치에 따라 사용자의 자세를 판단한다. 자세 판단부(213)는 웨어러블 자세 측정 장치와 자석의 거리에 따라서, 사용자의 거북목 자세 또는 굽은 어깨 자세를 판단할 수 있다. 일실시예로서, 자세 판단부(213)는 웨어러블 자세 측정 장치와 자석의 거리가 임계값 이하일 경우, 사용자의 자세를 사용자의 거북목 자세 또는 굽은 어깨 자세로 판단할 수 있다.
웨어러블 자세 측정 장치(110)는 사용자의 자세가 거북목 자세 또는 굽은 어깨 자세라고 판단할 경우, 사용자에게 알림을 제공하여 사용자의 바른 자세를 유도할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 웨어러블 자세 측정 장치(110)는 도 3에 도시된 바와 같이 자기 센서부(211) 및 통신부(310)를 포함할 수 있다.
통신부(310)는 자기 센서부의 센싱값을 모바일 디바이스로 전송하고, 센싱값을 이용하여 사용자의 자세를 판단하는 모바일 디바이스로부터 사용자의 자세 정보를 수신한다. 모바일 디바이스는 웨어러블 자세 측정 장치와 같이 위치를 추정하고 사용자의 자세를 판단할 수 있다.
결국, 본 발명에 따르면, 자석의 자력을 이용하여 사용자의 자세가 거북목 자세인지 굽은 어깨 자세인지 여부를 판단할 수 있으며, 사용자의 올바른 자세를 유도할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자기 센서부를 설명하기 위한 도면이다. 도 4에서 점선으로 표시된 화살표는 자석의 자속(magnetic flux)를 나타낸다.
도 4에 도시된 바와 같이, 자기 센서부(211)의 제1홀센서(411) 및 제2홀센서(412)는 수평 방향으로 이격되어 배치될 수 있다. 이 때, 제1홀센서(411) 및 제2홀센서(412) 사이의 간섭을 방지하기 위해, 제1홀센서(411)와 자석 사이의 거리는 제2홀센서(412)와 자석 사이의 거리보다 짧도록 배치될 수 있다.
전술된 바와 같이, 제1홀센서(411)는 자석의 상대적인 위치의 변화 여부를 감지한다. 다시 말해 제1홀센서(411)는 자석과 웨어러블 자세 측정 장치 사이의 거리가 변하였는지 여부를 감지하기 때문에, 제2홀센서(412)와 비교하여 정밀하게 자력의 변화를 감지하지 않아도 무방하다. 반면, 제2홀센서(412)는 자력의 세기의 변화를 감지하여 자석의 상대적인 위치에 대한 변위를 측정하기 때문에, 정밀하게 자력의 변화를 감지할 필요가 있다. 따라서, 제2홀센서(412)의 정밀도는 제1홀센서(411)의 정밀도보다 높은 것이 바람직하다.
또한 사용자의 자세가 거북목 자세 또는 굽은 어깨 자세일 때, 자석과 웨어러블 자세 측정 사이의 거리는 무한정 작아지는 것이 아니고 신체 구조상 일정 범위 내에 존재하기 때문에, 제2홀센서(412)는 자력의 세기가 특정 범위를 나타내는 경우에 대해 자력의 세기를 정밀하게 측정할 수 있는 센서이면 무방하다. 따라서, 제2홀센서(412)의 측정 범위는 제1홀센서(411)의 측정 범위보다 작을 수 있다.
본 발명에 따르면, 서로 다른 특성을 나타내는 복수의 자기 센서를 이용하여 자석의 자력을 감지함으로써, 자력의 세기의 변화를 보다 정확하게 측정할 수 있으며 결국 자세 측정의 정확도가 향상될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자기 센서부를 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 특정 위치에서 바라본 홀센서를 도시하는 도면이다. 도 5에서 점선으로 표시된 화살표는 자석의 자속을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 자기 센서부(211)의 제1홀센서(511) 및 제2홀센서(512)는 수직 방향으로 이격되어 배치될 수 있다. 도 5에 도시된 홀센서는 도 4의 홀센서와 배치 상태만 다르며, 특성은 도 4의 홀센서와 동일할 수 있다.
도 5와 같이, 제1 및 제2홀센서(511, 512)가 수직으로 배치된 경우, 제1홀센서(511)에 의해 자석의 자속이 차단되어 제2홀센서(512)가 자력의 변화를 정확하게 측정할 수 없으므로, 자기 센서부(211)는 제1홀센서(511)로 향하는 자력의 일부를 제2홀센서(512)로 제공하는 자속 제공부(513)를 더 포함할 수 있다.
자속 제공부(513)는 퍼말로이, 페라이트 등과 같은 고투자율의 강자성체로서, 자속이 자력 제공부(513)를 따라서 이동하여 제2홀센서(512)로 전달될 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 자속 제공부(513)는 제1홀센서(511)와 자석 사이에 위치하며, 자석의 자속을 통과시키는 홀(610) 및 제1홀센서로 향하는 자속의 일부를, 제1홀센서(511)의 측면 방향으로 우회시켜 제2홀센서(512)로 전달하는 강자성체를 포함한다.
도 6(a)는 A지점에서 바라본 제1홀센서(511)를 나타내며, 도 6(b)는 B지점에서 바라본 제2홀센서(512)를 나타내고 있다. 도 6(a)에 도시된 바와 같이, 자속 제공부(513)의 일단에 형성된 홀(610)을 통해 자석의 자속이 제1홀센서(511)로 전달될 수 있다. 그리고 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 자속 제공부(513)의 타단에는 홀이 형성되지 않는다. 자속 제공부(513)의 일단 및 타단의 형상은 원형 또는 사각형일 수 있다.
홀(610)의 크기에 따라서, 제1홀센서(511)로 전달되는 자속의 양에 차이가 발생하며, 홀(610)의 크기가 커질수록 보다 많은 자속이 제1홀센서(511)로 전달될 수 있다. 일실시예로서, 제1홀센서(511)의 정밀도에 따라서 홀(610)의 크기가 달라질 수 있으며, 제1홀센서(511)의 정밀도에 반비례하여 홀(610)의 크기가 결정될 수 있다.
한편, 자속 제공부(513)가 제1홀센서(511)의 측면 방향으로 자속을 전달하고, 제1홀센서의 하부에도 자속 제공부(513)가 위치하기 때문에, 자속 제공부(513)는 제1홀센서(511)의 일부분을 둘러싸며, 자속 제공부(513)에 의한 영향을 차폐하는 차폐부(514)를 더 포함할 수 있다. 차폐부(514)는 제1홀센서(511)의 측면 및 하부를 둘러쌀 수 있으며, 자석의 자속이 입력되는 제1홀센서(511)의 상부는 차폐부(514)에 의해 차폐되지 않고 개방된다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (11)

  1. 웨어러블 자세 측정 장치에 있어서,
    사용자의 미리 설정된 신체 부위에 위치한 자석의 자력을 감지하는 자기 센서부;
    상기 자기 센서부의 센싱값을 이용하여, 상기 자세 측정 장치에 대한 상기 자석의 상대적인 위치를 추정하는 위치 추정부; 및
    상기 추정된 위치에 따라 상기 사용자의 자세를 판단하는 자세 판단부를 포함하며,
    상기 자기 센서부는
    상기 자석의 상대적인 위치의 변화 여부를 감지하는 제1홀센서;
    상기 자석의 상대적인 위치에 대한 변위를 측정하는 제2홀센서; 및
    상기 제1홀센서로 향하는 자속의 일부를 상기 제2홀센서로 제공하는 자속 제공부를 포함하며,
    상기 제1 및 제2홀센서는, 수직 방향으로 서로 이격되어 배치되는
    웨어러블 자세 측정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 위치 추정부는
    상기 제1홀센서의 센싱값의 변화량이 임계값 이상인 경우, 상기 제2홀센서의 센싱값을 이용하여, 상기 자석의 상대적인 위치를 추정하는
    웨어러블 자세 측정 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제2홀센서의 정밀도는
    상기 제1홀센서의 정밀도보다 높으며,
    상기 제2홀센서의 측정 범위는
    상기 제1홀센서의 측정 범위보다 작은
    웨어러블 자세 측정 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1홀센서와 상기 자석 사이의 거리는
    상기 제2홀센서와 상기 자석 사이의 거리보다 짧은
    웨어러블 자세 측정 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 자속 제공부는
    상기 제1홀센서와 상기 자석 사이에 위치하며, 상기 자석의 자속을 통과시키는 홀; 및
    상기 제1홀센서로 향하는 자속의 일부를, 상기 제1홀센서의 측면 방향으로 우회시켜 상기 제2홀센서로 전달하는 강자성체
    를 포함하는 웨어러블 자세 측정 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 자기 센서부는
    상기 제1홀센서의 일부분을 둘러싸며, 상기 자속 제공부에 의한 영향을 차폐하는 차폐부
    를 더 포함하는 웨어러블 자세 측정 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 자석은 상기 사용자의 귀로부터 미리 설정된 거리 내에 위치하며,
    상기 자세 측정 장치는 목걸이 타입이며,
    상기 자세 판단부는
    상기 자석과 상기 자세 측정 장치의 거리에 따라서, 상기 사용자의 거북목 자세를 판단하는
    웨어러블 자세 측정 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 자석은 상기 사용자의 어깨에 위치하며,
    상기 자세 측정 장치는 목걸이 타입이며,
    상기 자세 판단부는
    상기 자석과 상기 자세 측정 장치의 거리에 따라서, 상기 사용자의 어깨가 굽은 자세를 판단하는
    웨어러블 자세 측정 장치.
  11. 웨어러블 자세 측정 장치에 있어서,
    사용자의 미리 설정된 신체 부위에 위치한 자석의 자력을 감지하는 자기 센서부; 및
    상기 자기 센서부의 센싱값을 모바일 디바이스로 전송하고, 센싱값을 이용하여 상기 사용자의 자세를 판단하는 상기 모바일 디바이스로부터 상기 사용자의 자세 정보를 수신하는 통신부를 포함하며,
    상기 자기 센서부는
    상기 자석의 상대적인 위치의 변화 여부를 감지하는 제1홀센서;
    상기 자석의 상대적인 위치에 대한 변위를 측정하는 제2홀센서; 및
    상기 제1홀센서로 향하는 자속의 일부를 상기 제2홀센서로 제공하는 자속 제공부를 포함하며,
    상기 제1 및 제2홀센서는, 수직 방향으로 서로 이격되어 배치되는
    웨어러블 자세 측정 장치.
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