KR102532766B1 - 대화형 ai 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련시스템 - Google Patents

대화형 ai 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 대화형 AI 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련시스템은 클라우드 서버에 대해 유무선 네트워크로 연결되며 가정 내에 설치가 가능하며, 사용자의 운동자세 또는 사용자의 건강상태 측정을 위한 사용자상태정보측정유닛; 상기 사용자상태정보측정유닛을 통해서 측정된 사용자 상태정보에 근거하여 운동 중 사용자에게 필요한 각종 정보를 대화형 챗봇을 이용하여 실시간으로 제공하는 스마트 디스플레이 패널과, 상기 스마트 디스플레이 패널을 이용하여 또는 상기 스마트 디스플레이 패널에 대하여 전기적 또는 기계적으로 탈부착 가능하게 결합가능하며 상기 사용자가 저항운동, 유산소 운동, 신경운동, 및 유연성 운동 중 적어도 하나를 수행가능한 스마트 신경운동기구, 스마트 저항운동기구, 스마트 유산소운동기구, 및 스마트 유연성운동기구를 포함하는 대화형 스마트 복합운동유닛; 사용자가 상기 대화형 스마트 복합운동유닛을 이용하여 AI기반 대화형 코칭 운동/재활 훈련을 실시하는 경우에 상기 사용자상태정보측정유닛을 통해 측정되는 사용자의 운동상태정보를 수신하여 이를 분석하고 AI기반 대화형 코칭을 제공하는 AI기반 대화형 코칭엔진; 및 상기 대화형 스마트 복합운동유닛을 이용하는 사용자에게 상기 AI기반 대화형 코칭엔진과 병행하여 재활 프로토콜, 자세교정, 자세/운동분석, 운동/재활 처방 컨텐츠 및 서비스를 제공하는 전문가 단말유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

대화형 AI 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련시스템{AI-BASED EXERCISE AND REHABILITATION TRAINING SYSTEM}
본 발명은 대화형 AI 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 병원 등 전문기관 의존성을 탈피하여 일상생활에서도 전문가의 AI코칭을 받으면서 고령자의 신체증진 및 운동장애를 동반하는 환자의 근골격계 운동 및 재활 훈련을 한곳에 설치되되 변화가 용이한 하나의 운동머신을 이용하여 주기적으로 저항운동, 유산소운동, 신경운동 및 유연성 운동 중 적어도 하나를 포함하는 운동처방을 받아서 체계적이고 효과적으로 수행할 수 있는 대화형 Al 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련시스템에 관한 것이다.
최근 생활수준의 향상과 의료기술의 발전에 따라 고령자가 증가하고 있으며, 각종 산업 재해나 교통사고, 중풍 등 운동장애를 갖는 사람들이 증가하고 있다.
고령자의 신체증진 및 운동장애를 동반하는 환자의 근골격계 운동 및 재활 훈련을 위해서는 매일 정해진 시간에 규칙적으로 처방된 운동 또는 재활훈련이 필요하다.
이와 같이 규칙적으로 처방된 운동 또는 재활훈련은 근력 강화, 지구력 강화, 감각운동 조절 능력 그리고 심혈관계 기능을 회복시키기 위하여 신경운동, 유연성 운동, 저항운동 및 유산소 운동 중 적어도 하나를 사용자의 상태에 맞게 할 수 있어야 하므로, 특별한 운동요소 및 전문적인 운동머신이 요구되며 전문가의 처방에 따라 특별한 주의가 요구 된다.
따라서 종래에는 병원 등 전문기관에 의존하여 병원 등 전문기관에 설치된 여러 운동머신을 이용하여 물리치료사의 지도하에 여러 운동머신을 따라 바꿔가면서 진행해야 하는 문제점이 있었다.
고령자나 운동장애를 동반하는 환자의 경우에 매일 전문기관을 찾아서 정해진 시간에 처방받은 운동을 진행하는 데에는 무리가 있으며, 병원 등 전문기관 내에서 조차 운동의 종류에 따라 운동머신을 옮겨가며 운동하는 데에도 어려움이 있다.
또한, 고령자나 운동장애를 동반하는 환자의 경우라도 모두 동일한 상황이 아니며, 성별, 나이, 체질, 건강상태에 따라 모두 다름에도 불구하고, 사용자의 매일 매일의 상태나 운동자세 등 일상의 연속적 데이터를 수집, 평가하고, 운동학적 원리에 따라 운동 목적에 맞게 다양하게 변형시켜 사용자에 맞는 운동 치료를 적용할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 종래에는 멀티미디어 콘텐츠를 이용하여 단방향 운동코칭 서비스가 진행되어, 사용자가 정확한 동작을 수행하는지의 여부, 적절한 운동을 수행하는지의 여부에 대해서도 피드백이 이루어지지 못하는 문제점을 가진다.
또한, 운동코칭 콘텐츠가 일회성으로 끝나 사용자 수준 변화나 꾸준한 운동효과를 기대할 수 없게 되고, 자신의 의지에 대한 통제가 없어 운동을 규칙적으로 할 수 없으며, 타인과의 경쟁이나 공감대에 의한 동기부여가 없어서 흥미를 잃기 쉬운 문제점이 있었다.
본 발명은 종래의 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 병원 등 전문기관 의존성을 탈피하여 일상생활에서도 전문가의 AI코칭을 받으면서 고령자의 신체증진 및 운동장애를 동반하는 환자의 근골격계 운동 및 재활 훈련을 한곳에 설치되되 변화가 용이한 하나의 운동머신을 이용하여 주기적으로 저항운동, 유산소운동, 신경운동 및 유연성운동 중 적어도 하나를 포함하는 운동처방을 받아서 체계적이고 효과적으로 수행할 수 있는 대화형 Al 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 신체증진을 원하는 고령자 또는 운동장애를 동반하여 근골겨계 운동 및 재활훈련을 환자들 사이에서 또는 전문의료인과 재활/운동강사 사이에서 재활프로토콜, 자세교정, 자세/분석, 운동/재활처방 빅데이터가 공유, 이용될 수 있어서 서로 동기 부여를 할 수 있으며, 가정내에서도 하나의 장비를 이용하여 부위별, 전신, 신경운동, 유연성운동, 저항운동, 유산소운동을 등속, 등축, 등장, 낙상 위험도 평가와 함께 수행할 수 있는 대화형 Al 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대화형 AI 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련시스템은 클라우드 서버에 대해 유무선 네트워크로 연결되며 가정 내에 설치가 가능하며, 사용자의 운동자세 또는 사용자의 건강상태 측정을 위한 사용자상태정보측정유닛; 상기 사용자상태정보측정유닛을 통해서 측정된 사용자 상태정보에 근거하여 운동 중 사용자에게 필요한 각종 정보를 대화형 챗봇을 이용하여 실시간으로 제공하는 스마트 디스플레이 패널과, 상기 스마트 디스플레이 패널을 이용하여 또는 상기 스마트 디스플레이 패널에 대하여 전기적 또는 기계적으로 탈부착가능하게 결합가능하며 사용자가 저항운동, 유산소운동, 신경운동, 및 유연성운동 중 적어도 하나가 수행 가능한 스마트 신경운동기구, 스마트 저항운동기구, 스마트 유산소운동기구, 및 스마트 유연성운동기구를 포함하는 대화형 스마트 복합운동유닛; 사용자가 상기 대화형 스마트 복합운동유닛을 이용하여 AI기반 대화형 코칭 운동/재활 훈련을 실시하는 경우에 상기 사용자상태정보측정유닛을 통해 측정되는 사용자의 운동상태정보를 수신하여 이를 분석하고 AI기반 대화형 코칭을 제공하는 AI기반 대화형 코칭엔진; 및 상기 대화형 스마트 복합운동유닛을 이용하는 사용자에게 상기 AI기반 대화형 코칭엔진과 병행하여 재활 프로토콜, 자세교정, 자세/운동분석, 운동/재활 처방 컨텐츠 및 서비스를 제공하는 전문가 단말유닛을 포함한다.
이때, 상기 스마트 저항운동기구 및 상기 스마트 유산소운동기구는, 상기 스마트 디스플레이 패널의 외장 하우징의 양측면에 대해 상하방향으로 형성된 슬라이드 홈부재와, 상기 슬라이드 홈부재를 따라 슬라이드 이동하며 높이 조절이 가능하도록 구비되는 아암 마운트와, 상기 아암 마운트에 대해 소정의 각도로 회전이 가능하도록 구비되는 아암과, 상기 아암의 타단에 연결되는 손잡이와, 상기 스마트 디스플레이 패널의 외장 하우징의 내부에 구비되고, 사용자가 상기 스마트 디스플레이 패널의 전방에 일어선 상태에서 상기 손잡이를 잡아 당기는 풀리 저항운동을 수행하거나 사용자가 상기 스마트 디스플레이 패널의 전방에 앉은 상태에서 상기 손잡이를 잡아 당기는 로잉 유산소운동을 수행할 시 저항을 발생시키는 디지털 풀리구동유닛을 포함할 수 있다.
또한, 상기 디지털 풀리구동유닛은, 상기 손잡이에 연결된 와이어줄에 연결되는 회전체와, 상기 회전체를 회전시키는 구동부와, 상기 회전체에 부하를 인가하는 부하인가부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 스마트 유산소운동기구는, 상기 스마트 디스플레이 패널의 전면 하부 체결부에 체결이 가능하도록 구비되는 지지부와, 상기 지지부에 배치되는 발판부와, 상기 지지부에 대해 안장부의 슬라이딩 구동을 가능하게 하는 슬라이딩 본체부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대화형 Al 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련시스템에 의하면, 저항운동, 유산소 운동, 신경운동, 유연성 운동을 위한 통합 체력 증진 장비로서 고령자의 신체운동 및 운동장애를 동반하는 환자의 재활 훈련을 보다 체계적이고 효과적으로 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대화형 Al 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련시스템에 의하면, 신체증진을 원하는 고령자 또는 운동장애를 동반하여 근골겨계 운동 및 재활훈련을 환자들 사이에서 또는 전문의료인과 재활/운동강사 사이에서 재활프로토콜, 자세교정, 자세/분석, 운동/재활처방 빅데이터가 공유, 이용될 수 있어서 서로 동기 부여를 할 수 있으며, 가정내에서도 하나의 장비를 이용하여 부위별, 전신, 신경운동, 유연성운동, 저항운동, 유산소운동을 등속, 등축, 등장, 낙상 위험도 평가와 함께 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대화형 AI 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 대화형 AI 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련시스템의 대화형 스마트 복합운동유닛을 나타내는 개념도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 대화형 AI 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련시스템의 대화형 스마트 복합운동유닛을 다양한 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 대화형 AI 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련시스템의 AI기반 대화형 코칭엔진의 내부 구성도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 대화형 AI 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련시스템의 AI기반 대화형 코칭엔진의 큐레이팅을 설명하는 도면이며, 도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 일 실시예에 따른 대화형 AI 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련방법을 나타내는 플로우챠트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, “~상에”라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 대화형 AI 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련시스템을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대화형 AI 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련시스템을 설명하기 위한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 대화형 AI 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련시스템의 대화형 스마트 복합운동유닛을 나타내는 개념도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대화형 AI 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련시스템은 사용자 DB 정보 기록 및 보관, 데이터 관리 및 컨텐츠 서비스를 제공하는 클라우드 서버(100)에 대해 유무선 네트워크로 연결되며 가정 내에 설치가 가능하며, 고령자의 신체증진 및 운동장애를 동반하는 환자의 재활훈련 운동처방을 위하여 사용자의 운동자세 또는 사용자의 건강상태 측정을 위한 사용자상태정보측정유닛(210)과, 사용자상태정보측정유닛(210)을 통해서 측정된 사용자정보에 근거하여 운동 중 사용자에게 운동에 필요한 각종 정보를 대화형 챗봇을 이용하여 실시간으로 제공할 수 있는 스마트 디스플레이 패널(230)과, 상기 스마트 디스플레이 패널(230)을 이용하여 또는 상기 스마트 디스플레이 패널(230)에 대하여 전기적 또는 기계적으로 탈부착 가능하게 결합가능하며 고령자 또는 운동장애를 동반하는 환자의 운동처방에 필수적인 저항운동, 유산소운동, 신경운동, 및 유연성운동을 위한 스마트 신경운동기구(250), 스마트 저항운동기구(270), 스마트 유산소운동기구(290), 및 스마트 유연성운동기구를 포함하는 대화형 스마트 복합운동유닛(200)과, 사용자가 상기 대화형 스마트 복합운동유닛(200)을 이용하여 AI기반 대화형 코칭 운동/재활 훈련을 실시하는 경우에 상기 사용자상태정보측정유닛(210)을 통해 측정되는 저항운동, 유산소운동, 신경 및 유연성운동 중 하나에 대한 사용자의 운동상태정보를 수신하여 이를 분석하여 AI기반 대화형 코칭을 제공하는 AI기반 대화형 코칭엔진(300)과, 상기 대화형 스마트 복합운동유닛(200)을 이용하는 사용자에게 상기 AI기반 대화형 코칭엔진(300)과 병행하여 재활 프로토콜, 자세교정, 자세/운동분석, 운동/재활 처방 컨텐츠 및 서비스를 제공하고 상기 대화형 디지털 복합운동유닛(200)을 이용하는 사용자에 대하여 선택적으로 과금하는 전문 의료인 또는 재활/운동강사 등의 전문가 단말(400)을 포함할 수 있다.
이러한 구조에 의하면, 사용자는 상기 대화형 스마트 복합운동유닛(200)을 이용하여 매일 정해진 시간에 수행해야 하는 저항운동, 유산소운동, 신경 및 유연성운동 중 적어도 하나로 구성된 운동처방을 구독이라는 서비스를 이용하여 주기적으로 받아서 체계적이고 효과적으로 수행할 수 있으며, 또한 상기 AI기반 대화형 코칭엔진(300)을 통한 AI기반 피드백 뿐만 아니라 상기 전문가 단말(400)을 통하여 선택적으로 재활 프로토콜, 자세교정, 자세/운동분석, 운동/재활 처방을 가정 내에서도 제공받아 매일 정해진 시간에 훈련을 수행할 수 있다.
상기 사용자상태정보측정유닛(210)은 유연성 운동을 AI기반 코칭하기 위하여 상기 스마트 디스플레이 패널(230)의 상부 또는 하부에 배치되어 상기 스마트 디스플레이 패널(230)의 전방에서 운동하는 사용자의 전신 관절의 움직임을 3D 모션 카메라를 이용하여 측정 분석하기 위한 모션동작인식부(211)와, 사용자의 신경운동을 AI기반 코칭하기 위하여 상기 스마트 디스플레이 패널(230)의 전방 하부 바닥에 배치되는 족저압 패드(251)에 대해 격자 형태로 배치되어 사용자의 족저압 밸런스를 측정하기 위한 FSR 센서(213)와, 상기 유산소운동을 AI기반 코칭하기 위하여 상기 스마트 유산소운동기구(290)용 와이어줄에 연결된 손잡이에 배치되는 심박수 측정센서(215)와, 상기 저항운동을 AI기반 코칭하기 위하여 상기 스마트 저항운동기구(270)용 와이어줄에 연결된 회전체의 부하를 감지하기 위한 부하감지센서를 포함할 수 있다.
상기 스마트 유연성운동기구는 VR 코치와 안내빔 조사부(278)를 포함할 수 있다. VR 코치는 모션동작인식부(211)와 AI기반 대화형 코칭엔진(300)에 의해서 스마트 디스플레이 패널(230)에 제공되는 기준 운동자세와 모션동작인식부(211)를 통해 실시간 감지되는 사용자 운동자세를 비교할 수 있다. 안내빔 조사부(278)는 모션동작인식부(211)의 자세측정범위에 상응하게 안내빔을 사용자 주위에 조사하여 사용자가 안내빔 내에서 상기 기준 운동자세를 잡을 수 있도록 안내해 줄 수 있다.
상기 스마트 유연성운동기구는 상기 AI기반 대화형 코칭엔진(300)에 의해서 상기 스마트 디스플레이 패널(230)에 제공되는 운동 시나리오와 최적 방법을 가이드하기 위한 일련의 VR 기준 운동자세와 상기 모션동작인식부(211)를 통해 실시간 감지되는 사용자 운동자세를 비교하고, 사용자에게 적정 운동 자세를 반복적으로 안내하기 위한 가이드 정보를 포함할 수 있다.
특히, 사용자 운동자세를 상기 모션동작인식부(211)가 정확하게 획득할 수 있도록 상기 스마트 유연성운동기구는 자세측정범위 안내빔 조사부(278)를 통해서 모션동작인식부(211)의 자세측정범위에 상응하게 안내빔을 사용자 주위에 조사시켜서 사용자가 가능한 안내빔 내에서 기준 운동자세를 잡을 수 있도록 안내하여 유연성운동 효과를 증대시킬 수 있다.
상기 스마트 유연성운동기구는 상기 스마트 디스플레이 패널(230)에 기준 운동자세 각각에 대응되는 현재 운동하고 있는 사용자 운동자세 및 가이드 정보 중 적어도 하나를 기준 운동자세에 오버레이시켜 표시시켜 줌으로써, 사용자가 자신이 취한 자세의 정확도를 시각적으로 피드백 받을 수 있도록 함으로써, 실제 PT(Personal Traning)의 효과를 제공할 수 있다.
이를 위하여 상기 스마트 디스플레이 패널(230)은 미러 모드와 디스플레이 모드를 동작할 수 있다. 미러 모드시 거울로써 구동되고, 디스플레이 모드 시 정보 제공 수단의 역할을 한다.
상기 스마트 신경운동기구(250)는 FSR 센서(213)가 복수개의 격자 형태로 배열 내장된 족저압 패드(251)와, FSR 측정 회로(253) 및 외부와의 통신을 제어하는 제어모듈(240)를 포함할 수 있다. 상기 AI기반 대화형 코칭엔진(300)이 상기 스마트 디스플레이 패널(230)에 자세균형관련 VR 컨텐츠를 제공하여 사용자가 소정의 자세를 취하도록 하여 균형감각을 평가하여 낙상위험도, 시각, 전정, 체성감각을 평가할 수 있고, 자세한계 또는 동적 균형 평가를 진행할 수 있다.
이제 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 대화형 AI 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련시스템의 상기 스마트 저항운동기구(270) 및 상기 스마트 유산소운동기구(290)에 대해서 자세히 설명한다.
상기 스마트 저항운동기구(270) 및 상기 스마트 유산소운동기구(290)는 상기 스마트 디스플레이 패널(230)의 외장 하우징(220)의 양측면에 대해 상하방향으로 설치되는 슬라이드 홀 또는 슬라이드 홈부재(271)와, 상기 슬라이드 홀 또는 슬라이드 홈부재(271)를 따라 상하방향으로 슬라이드 이동하며 높이 조절이 가능하도록 구비되는 아암 마운트(273)와, 상기 아암 마운트(233)에 대해 소정의 각도로 회전이 가능하도록 구비되며 바 형태로 돌출된 관상의 아암(275)과, 상기 아암(275)의 타단에 연결되는 손잡이(277)를 포함한다.
또한, 상기 스마트 저항운동기구(270) 및 상기 스마트 유산소운동기구(290)는 디지털 풀리구동유닛(280)을 더 포함한다.
상기 디지털 풀리구동유닛(280)은 스마트 디스플레이 패널(230)의 외장 하우징(220)의 내부에 구비되고, 사용자가 스마트 디스플레이 패널(230)의 전방에 일어선 상태에서 손잡이(277)를 잡아 당기는 풀리 저항운동을 수행하거나 사용자가 스마트 디스플레이 패널(230)의 전방에 앉은 상태에서 손잡이(277)를 잡아 당기는 로잉 유산소운동을 수행할 시 사용자가 당기는 힘에 대한 저항을 발생시킬 수 있다.
상기 디지털 풀리구동유닛(280)은 손잡이(277)에 연결된 와이어줄(W)에 연결되는 회전체(281)와, 회전체(281)를 회전시키는 구동부(283)와, 회전체(281)에 부하를 인가하는 부하인가부(285)를 포함할 수 있다.
상기 디지털 풀리구동유닛(280)은 회전체(281)의 회전속도를 감지하는 속도감지부(287)와, 회전체(281)의 부하를 감지하는 부하감지부(289)를 더 포함할 수 있다.
상기 스마트 유산소운동기구(290)는 상기 스마트 디스플레이 패널(230)의 외장 하우징(220)의 하부 결합부(227)에 대해 착탈 가능하게 결합되는 지지부(291)와, 상기 지지부(291)에 배치되는 발판부(293)와, 상기 지지부(291)에 대해 안장부(297)의 슬라이딩 구동을 가능하게 하는 슬라이딩 본체부(295)를 더 포함할 수 있다.
상기 스마트 유산소운동기구(290)의 지지부(291), 발판부(293), 안장부(297), 및 슬라이딩 본체부(295)는 사용하지 않을 경우 스마트 디스플레이 패널(230)에 대해 나란히 도립 배치가 가능하다.
상기 스마트 유산소운동기구(290)는 스마트 디스플레이 패널(230)의 전방에 배치된 안장부(297)에 앉은 상태에서 손잡이(277)를 잡아 당기는 로잉 유산소운동을 수행할 수 있다. 즉, 발판부(293)를 미는 다리 힘으로 안장부(297)를 전후방으로 슬라이딩시키고 동시에 손잡이(277)를 잡아 당기는 로잉 유산소운동을 수행할 수 있다.
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상기 디지털 풀리구동유닛(280)의 회전체(281)는 플라이휠로 상기 스마트 저항운동기구(270)를 이용한 풀리 운동을 위해서 스마트 디스플레이 패널(230)의 좌우측면에 형성된 가이드홈에 대해 좌우 한쌍의 제 1 및 제 2 회전체(281a, 281b)와, 상기 스마트 유산소운동기구(290)를 이용한 로잉 운동을 위해서 제 3 회전체(281c)를 가질 수 있다.
상기 디지털 풀리구동유닛(280)의 구동부(283)는 스마트 디스플레이 패널(230)을 수용하는 외장 하우징(220)의 하부에 배치되는 BLDC 모터일 수 있으며, 풀리 운동을 위한 상기 제 1 및 제 2 회전체(281a, 281b)를 구동시키기 위한 제 1 및 제 2 구동부(283a, 283b)와, 상기 스마트 유산소운동기구(290)용 제 3 회전체(281a)를 구동시키기 위한 제 3 구동부(283c)를 가질 수 있다.
상기 구동부(283)에 대해 풀리로 연결되어 부하를 인가하는 부하인가부(285)도 각각 제 1 내지 제 3 부하인가부(285a, 285b, 285c)를 포함하며, 풀리로 연결된 감속드럼을 사용하여 사용자가 손잡이(277)를 당길 때 상기 힘에 대해서 사용자의 힘을 감소시키는 반대방향으로 힘이 작용하도록 하여 상기 스마트 저항운동기구(270)와 상기 스마트 유산소운동기구(290)에 대해서 갑자기 과도한 힘이 들어가더라도 전복되거나 하는 위험을 방지할 수 있다.
상기 회전체(281)와 상기 구동부(283) 사이에는 와이어줄(W)의 방향을 안내하기 위한 적어도 1 이상의 스풀(282)가 적절하게 사용될 수 있다.
한편, 상기 속도감지부(287) 및 상기 부하감지부(289)는 각각 고분해능 엔코드를 사용할 수 있으며 마찬가지로 제 1 내지 제 3 속도감지부(287a, 287b, 287c)와 제 1 내지 제 3 부하감지부(289a, 289b, 289c)를 가질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 스마트 저항운동기구(270) 및 상기 스마트 유산소운동기구(290)는 하나의 디지털 풀리구동유닛(280)을 공유하면서, 사용자가 스마트 디스플레이 패널(230)의 전방에 일어선 상태에서 손잡이(277)를 잡아 당기는 풀리 저항운동을 수행하거나, 사용자가 스마트 디스플레이 패널(230)의 전방에 안장부(297)에 앉은 상태에서 손잡이(277)를 잡아 당기는 로잉 유산소운동을 수행할 수 있다.
물론, 본 발명에 있어서, 상기 스마트 저항운동기구(270) 및 상기 스마트 유산소운동기구(290)에 대하여 상기 디지털 풀리구동유닛(280)은 일대일 대응할 수 있도록 독립적으로 구성할 수 있고, 그러면 상기 스마트 저항운동기구(270) 및 상기 스마트 유산소운동기구(290)를 독립적으로 안전하게 사용할 수도 있다.
상기 스마트 저항운동기구(270) 및 상기 스마트 유산소운동기구(290)의 상기 디지털 풀리구동유닛(280)을 상기 AI기반 대화형 코칭엔진(300)에 따라 전기적으로 제어하기 위하여 컨트롤러(260)를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 스마트 디스플레이 패널(230)을 수용하는 외장 하우징(220)이 타워형 또는 벽체형으로 벽체에 대해서 직립되게 설치될 수도 있지만, 지지유닛(220')을 별도로 구비할 수도 있다.
상기 지지유닛(220')은 스마트 저항운동기구(270)를 이용한 사용자의 풀리 저항운동 및 스마트 유산소운동기구(290)를 이용한 사용자의 로잉 유산소운동 시 스마트 디스플레이 패널(230)이 전복되지 않도록 스마트 디스플레이 패널(230)을 지지할 수 있다.
상기 지지유닛(220')은 스마트 디스플레이 패널(230)의 감싸는 테두리 프레임(221)과, 상기 테두리 프레임(221)의 하부에 대해서 전후방으로 소정의 각도로 벌어져 있는 삼각레그부(223)을 포함할 수 있다. 이때, 삼각레그부(223)는 길이 조절이 가능할 수 있다.
상기 삼각레그부(223)를 신경운동 또는 유연성운동 시에는 좁은 각도로 두어서 가능한 운동하는 전신에 대한 운동자세가 수집될 수 있도록 하며, 저항운동, 유산소운동 시에는 상기 삼각레그부(223)의 길이를 증가시키되 그 꼭지점의 각도를 크게 하여 저항운동, 유산소운동 시 사용자 힘에 대해서 스마트 디스플레이 패널(230)이 전복되는 것을 방지할 수 있다.
이제 도 6 내지 도 8d를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 대화형 AI 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련시스템의 상기 AI기반 대화형 코칭엔진(300)을 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 대화형 AI 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련시스템의 AI기반 대화형 코칭엔진의 내부 구성도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 대화형 AI 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련시스템의 AI기반 대화형 코칭엔진의 큐레이팅을 설명하는 도면이며, 도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 일 실시예에 따른 대화형 AI 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련방법을 나타내는 플로우챠트이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 대화형 AI 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련시스템에 있어서, 상기 AI기반 대화형 코칭엔진(300)은 상기 스마트 디스플레이 패널(230)에 대하여 직관적으로 신경운동, 유연성운동, 저항운동 및 유산소운동을 선택하기 위한 직관적 UI/UX 제공부(310)와, 상기 스마트 디스플레이 패널(230)을 통해서 사용자 또는 제 3 사용자 및 전문가가 클라우드 서버에 접속이 가능하도록 하는 네트워크 입출력부(320)와, 상기 사용자상태정보측정유닛(210)을 통해서 수신되는 사용자의 운동상태정보를 통해서 사용자의 근골격계를 진단하고 운동을 평가하며 적합한 근력 증가 프로토콜 또는 재활프로토콜을 큐레이팅 제공하는 큐레이팅 제공부(330)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 AI기반 대화형 코칭엔진(300)은 상기 사용자상태정보측정유닛(210)에 의해서 수신되는 사용자의 운동상태정보와 상기 큐레이팅 제공부(330)에서 제공하는 운동프로토콜 또는 재활프로토콜의 적합도를 판단하는 운동데이터 분석부(350)와, 상기 사용자로부터 수신되는 운동상태정보를 이용하여 AI 기반 자세 및 운동 훈련 처방을 마련하는 Al기반 자세 및 운동 훈련 프로토콜 작성부(370)와, 상기 Al기반 자세 및 운동 훈련 프로토콜 작성부(370)를 통해 작성된 상기 AI기반 자세 및 운동 훈련 프로토콜에 따라서 실시간으로 VR 컨텐츠를 이용하여 사용자의 흥미를 유발하면서 대화형 챗봇을 통해서 AI 트레이닝 코칭을 수행하는 AI 트레이닝 코칭부(390)를 더 포함할 수 있다.
상기 AI기반 대화형 코칭엔진(300)은 특정부위운동, 전신근력운동, 균형감각운동, 대화형운동에 대한 사용자의 사용상태 데이터, Al기반 자세 및 운동 훈련 프로토콜, AI 트레이닝 코칭컨텐츠를 데이터베이스(301)에 저장할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 AI기반 대화형 코칭엔진(300)이 상기 대화형 스마트 복합운동유닛(200)을 이용하여 신경운동, 유연성운동, 디지털 풀리구동유닛(280)을 이용한 저항운동 및 유산소운동을 큐레이팅할 수 있음을 알 수 있으며, 제 3 자 이동통신단말기(400)를 통하여 제 3 자 또는 병원/재활운동강사 등 전문가가 동시에 참여하는 것을 알 수 있다.
저항운동은 특정부위 근력운동으로 상기 스마트 저항운동기구(270)를 이용하여 와이어줄(W)를 당기는 각도, 속도 등을 이용하여 몸통, 어깨, 팔꿈치, 엉덩관절, 무릎에 대한 운동이며, 부위별로 등속성(ISOKINETIC), 등장성(ISOTONIC), 등척성(ISOMARIC)이 평가될 수 있으며, 부위별 AI 코칭 트레이닝으로 근력, 근비대, 근지구력, 통증, 근협응력, 근가동성운동, 모션분석을 통한 코칭이 수행될 수 있다.
유산소운동은 전신 근력운동으로 상기 스마트 유산소운동기구(290)를 이용하여 와이어줄(W)를 당기는 각도, 속도 등을 이용하여 전신운동에 대한 등속성(ISOKINETIC), 등장성(ISOTONIC), 등척성(ISOMARIC)이 평가될 수 있으며, 전신운동 트레이닝 및 모션분석을 통한 코칭이 수행될 수 있다.
신경운동은 균형감각 운동으로 상기 족저압 균형감각 훈련으로 밸런스 패드를 이용하여 균형감각이 평가되어 낙상 위험도가 제시되어 균형훈련과 관련하여 AI 코칭 트레이닝으로 균형훈련 트레이닝, 균형훈련 게임, 모션분석을 통한 코칭이 수행될 수 있다.
유연성운동은 모션 동작인식 훈련으로 전신 자세에 대하여 3D 카메라를 이용하여 모션 동작 인식이 이루어지면 자세측정 분석을 정면, 측면 자세에 대해서 제시되며 자세훈련 AI 코칭 트레이닝으로 자세훈련 트레이닝, 자세훈련 게임, 모션운동을 통한 코칭이 수행될 수 있다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 대화형 AI 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련방법은, 상기 대화형 스마트 복합운동유닛(200)의 스마트 디스플레이 패널(230) 상에서 특정부위 근력운동에 대응하는 풀리머신 UX/UI가 선택되면(S11), 사용자의 식별정보를 제공하는 로그인(S12)이 이루어지고, 사용자가 상기 풀리머신 UX/UI 제공부(231)에 제공되는 운동부위를 터치하면(S13), 상기 운동부위에 대응하는 다양한 운동방식이 선택될 수 있다(S15).
부위별 등속성이 평가 요청되면(S17a), 등속성 평가와 AI 기반 대화형 코칭을 받으면서 등속성 운동을 수행할 수 있다(S18).
부위별 등장성 및 등척성이 평가 요청되면(S17b, S17c), 1RM(최대반복횟수; 풀 가동범위를 한 회, 가장 무겁게 할 수 있는 무게)이 평가되고, 목적별 운동처방이 이루어질 수 있다(S19).
도 8b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 대화형 AI 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련방법은, 상기 대화형 스마트 복합운동유닛(200)의 스마트 디스플레이 패널(230) 상에서 전신 근력운동에 대응하는 풀리머신 UX/UI가 선택되면(S21), 사용자의 식별정보를 제공하는 로그인(S22)이 이루어지고, 사용자가 운동머신 제공부에서 제공하는 운동머신을 터치에 의해서 선택하면(S23), 상기 선택된 운동머신에 대응하는 다양한 운동방식이 선택될 수 있다(S24).
부위별 등속성이 평가 요청되면(S25a), 등속성 평가와 AI 기반 대화형 코칭을 받으면서 등속성 운동을 수행할 수 있다(S27).
부위별 등장성 및 등척성이 평가 요청되면(S25b, S25c), 1RM이 평가되고, 목적별 운동처방이 이루어질 수 있다(S28).
도 8c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 대화형 AI 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련방법은, 상기 대화형 스마트 복합운동유닛(200)의 스마트 디스플레이 패널(230) 상에서 균형감각운동에 대응하는 족저압 밸런스 패드 UX/UI가 선택되면(S31), 사용자의 식별정보를 제공하는 로그인(S32)이 이루어지고, 사용자가 운동부위 제공부에서 제공하는 운동부위를 터치에 의해서 선택하면(S33), 상기 선택된 운동머신에 대응하는 다양한 운동방식이 선택될 수 있다(S34).
균형감각 측정이 선택되면(S35a), 낙상위험도 평가가 이루어질 수 있다(S36).
균형훈련이 선택되면(S35b), AI기반 대화형 훈련 트레이닝이 수행될 수 있다(S37).
도 8d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 대화형 AI 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련방법은, 상기 대화형 스마트 복합운동유닛(200)의 스마트 디스플레이 패널(230) 상에서 모션 동작인식 운동에 대응하는 3D 카메라 센서가 UX/UI가 선택되고(S41), 사용자의 식별정보를 제공하는 로그인(S42)이 이루어지고, 사용자가 운동머신 제공부에서 제공하는 운동머신을 터치에 의해서 선택하면(S43), 상기 선택된 운동머신에 대응하는 다양한 운동방식이 선택될 수 있다(S44).
자세 측정이 선택되면(S45a), 정면, 측면 전신 자세 분석 평가가 이루어질 수 있다(S47).
자세 훈련이 선택되면(S45b), AI기반 대화형 훈련 트레이닝이 수행될 수 있다(S48).
상기 AI기반 대화형 코칭엔진(300)은 상기 사용자 로그인 단계가 적어도 1회만 수행되면, 사용자 로그인 단계를 생략해도 상기 대화형 스마트 복합운동유닛(200) 정보를 이용하여 유산소운동, 저항운동, 유연성운동, 신경운동을 조합하여 고령자 또는 운동능력에 장애가 있는 사람에 대하여 운동처방을 수행할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
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100 : 클라우드서버 200 : 대화형 스마트 복합운동유닛
300 : AI기반 대화형 코칭엔진 400 : 제 3 자 단말유닛
430 : 전문가 단말유닛 210 : 사용자상태정보측정유닛
220 : 외장 하우징 230 : 스마트 디스플레이 패널
250 : 스마트 신경운동기구 270 : 스마트 저항운동기구(풀리운동)
290 : 스마트 유산소운동기구(로잉운동)

Claims (11)

  1. 클라우드 서버에 대해 유무선 네트워크로 연결되며 가정 내에 설치가 가능하며, 사용자의 운동자세 또는 사용자의 건강상태 측정을 위한 사용자상태정보측정유닛;
    상기 사용자상태정보측정유닛을 통해서 측정된 사용자 상태정보에 근거하여 운동 중 사용자에게 필요한 각종 정보를 대화형 챗봇을 이용하여 실시간으로 제공하는 스마트 디스플레이 패널과, 상기 스마트 디스플레이 패널을 이용하여 또는 상기 스마트 디스플레이 패널에 대하여 전기적 또는 기계적으로 탈부착가능하게 결합가능하며 사용자가 저항운동, 유산소운동, 신경운동, 및 유연성운동 중 적어도 하나가 수행 가능한 스마트 신경운동기구, 스마트 저항운동기구, 스마트 유산소운동기구, 및 스마트 유연성운동기구를 포함하는 대화형 스마트 복합운동유닛;
    사용자가 상기 대화형 스마트 복합운동유닛을 이용하여 AI기반 대화형 코칭 운동/재활 훈련을 실시하는 경우에 상기 사용자상태정보측정유닛을 통해 측정되는 사용자의 운동상태정보를 수신하여 이를 분석하고 AI기반 대화형 코칭을 제공하는 AI기반 대화형 코칭엔진; 및
    상기 대화형 스마트 복합운동유닛을 이용하는 사용자에게 상기 AI기반 대화형 코칭엔진과 병행하여 재활 프로토콜, 자세교정, 자세/운동분석, 운동/재활 처방 컨텐츠 및 서비스를 제공하는 전문가 단말유닛을 포함하고,
    상기 스마트 저항운동기구 및 상기 스마트 유산소운동기구는,
    상기 스마트 디스플레이 패널의 외장 하우징의 양측면에 대해 상하방향으로 형성된 슬라이드 홈부재와,
    상기 슬라이드 홈부재를 따라 슬라이드 이동하며 높이 조절이 가능하도록 구비되는 아암 마운트와,
    상기 아암 마운트에 대해 소정의 각도로 회전이 가능하도록 구비되는 아암과,
    상기 아암의 타단에 연결되는 손잡이와,
    상기 스마트 디스플레이 패널의 외장 하우징의 내부에 구비되고, 사용자가 상기 스마트 디스플레이 패널의 전방에 일어선 상태에서 상기 손잡이를 잡아 당기는 풀리 저항운동을 수행하거나 사용자가 상기 스마트 디스플레이 패널의 전방에 앉은 상태에서 상기 손잡이를 잡아 당기는 로잉 유산소운동을 수행할 시 저항을 발생시키는 디지털 풀리구동유닛을 포함하며,
    상기 디지털 풀리구동유닛은, 상기 손잡이에 연결된 와이어줄에 연결되는 회전체와, 상기 회전체를 회전시키는 구동부와, 상기 회전체에 부하를 인가하는 부하인가부를 포함하고,
    상기 스마트 유산소운동기구는, 상기 스마트 디스플레이 패널의 하부 결합부에 착탈 가능하게 결합되는 지지부와, 상기 지지부에 배치되는 발판부와, 상기 지지부에 대해 안장부의 슬라이딩 구동을 가능하게 하는 슬라이딩 본체부를 더 포함하는 대화형 AI 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 사용자상태정보측정유닛은,
    상기 스마트 디스플레이 패널 상부 또는 하부에 배치되어 사용자의 전신 관절의 움직임을 측정하는 모션동작인식부와,
    상기 스마트 디스플레이 패널의 전방 하부 바닥에 배치되어 사용자의 족저압 밸런스를 측정하기 위한 FSR 센서와,
    상기 손잡이에 배치되는 심박수 측정센서와,
    상기 회전체의 부하를 감지하는 부하감지센서를 포함하는 대화형 AI 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스마트 유연성운동기구는,
    상기 모션동작인식부와 상기 AI기반 대화형 코칭엔진에 의해서 상기 스마트 디스플레이 패널에 제공되는 기준 운동자세와 상기 모션동작인식부를 통해 실시간 감지되는 사용자 운동자세를 비교하는 VR 코치와,
    상기 모션동작인식부의 자세측정범위에 상응하게 안내빔을 사용자 주위에 조사하여 사용자가 안내빔 내에서 상기 기준 운동자세를 잡을 수 있도록 안내하는 자세측정범위 안내빔 조사부를 포함하는 대화형 AI 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 스마트 신경운동기구는,
    상기 FSR 센서가 복수개의 격자 형태로 배치되는 족저압 패드와,
    FSR 측정 회로 및 통신을 제어하는 제어모듈을 포함하는 대화형 AI 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스마트 저항운동기구를 이용한 사용자의 풀리 저항운동 및 상기 스마트 유산소운동기구를 이용한 사용자의 로잉 유산소운동 시 상기 스마트 디스플레이 패널이 전복되지 않도록, 상기 스마트 디스플레이 패널을 지지하는 삼각레그부를 가지는 지지유닛을 더 포함하는 대화형 AI 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 AI기반 대화형 코칭엔진은,
    상기 스마트 디스플레이 패널의 터치에 의해서 신경운동, 유연성운동, 저항운동 및 유산소운동을 선택하기 위한 직관적 UI/UX 제공부와,
    제 3 자 단말과 클라우드 서버에 접속이 가능한 네트워크 입출력부와,
    상기 사용자상태정보측정유닛을 통해서 수신되는 사용자의 운동상태정보를 통해 사용자의 운동을 평가하고 근력 증가 프로토콜 또는 재활프로토콜을 큐레이팅 제공하는 큐레이팅 제공부를 포함하는 대화형 AI 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 AI기반 대화형 코칭엔진은,
    상기 사용자상태정보측정유닛에 의해서 수신되는 사용자의 운동상태정보와 상기 큐레이팅 제공부에서 제공하는 운동프로토콜 또는 재활프로토콜의 적합도를 판단하는 운동데이터 분석부와,
    상기 사용자로부터 수신되는 운동상태정보를 이용하여 AI 기반 자세 및 운동 훈련 처방을 마련하는 Al기반 자세 및 운동 훈련 프로토콜 작성부와,
    상기 Al기반 자세 및 운동 훈련 프로토콜 작성부를 통해 작성된 상기 AI기반 자세 및 운동 훈련 프로토콜에 따라서 실시간으로 VR 컨텐츠를 이용하여 AI 트레이닝 코칭을 수행하는 AI 트레이닝 코칭부를 더 포함하는 대화형 AI 코칭기반 근골격계 운동 및 재활 훈련시스템.
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