KR20160138682A - 복합 생체신호를 이용한 능동형 스피닝 트레이닝 시스템 - Google Patents

복합 생체신호를 이용한 능동형 스피닝 트레이닝 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동작센서, 뇌파센서, 맥파센서에서 회득한 생체신호와 스핀자전거에 부착된 회전센서에서 회득한 회전수를 이용해 사용자의 생체 상태와 운동 정보를 분석하여 사용자에게 적합한 스피닝 훈련 영상을 제공하는 능동형 스피닝 트레이닝 시스템에 관한 것으로, 사용자 맞춤 스피닝 훈련 영상을 재생하는 디스플레이 장치; 상기 스피닝 훈련 영상 콘텐츠가 저장되는 메모리 장치; 디스플레이 장치에 설치되고, 사용자의 움직임을 감지하는 동작센서; 사용자 머리에 장착하여 집중도와 안정도를 측정하는 뇌파센서; 사용자 손목에 장착하여 맥박수를 측정하는 맥파센서; 사용자가 탑승하는 스핀 자전거와 디스크 드럼의 회전수를 측정하는 회전센서; 및 상기 동작센서, 뇌파센서, 맥파센서, 회전센서의 신호 데이터를 수집하는 데이터 수집 장치; 상기 데이터 수집 장치에서 획득된 사용자 생체 상태와 운동 정보를 분석해 스피닝 훈련 영상 콘텐츠를 제어하는 제어장치를 포함함을 특징으로 한다. 이로써 본 발명은 스피닝 운동을 개인 상황에 맞게 학습하고 체험할 수 있도록 함으로써 운동 참여자의 건강 및 운동능력을 향상시키는 효과를 갖는다.

Description

복합 생체신호를 이용한 능동형 스피닝 트레이닝 시스템{Active Spinning Training System using Complex Physiological Signals}
본 발명은 복합 생체신호를 이용한 능동형 스프닝 트레이닝 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사용자의 움직임을 감지하는 동작센서, 집중도와 안정도를 측정하는 뇌파센서, 맥박수를 측정하는 맥파센서, 스핀 자전거 페달과 디스크 드럼의 회전수를 측정하는 회전센서에서 획득된 생체신호를 통해 사용자의 생체 상태와 운동 정보를 분석한 후 디스플레이 장치를 통해 개인 수준에 맞는 스피닝 트레이닝 3D VR 콘텐츠를 제공하는 스피닝 트레이닝 시스템에 관한 것이다.
스피닝 운동은 스핀바이크를 이용하여 신나는 음악에 맞춰 상체는 상, 하, 좌, 우 및 웨이브 등으로 움직여주고 하체는 안장에 앉거나 아님 스탠딩 자세로 변형을 주어 팔, 다리, 복부, 허리, 힙 등 여러 부위의 운동효과를 낼 수 있다.
이에, 스피닝 운동은 스핀 자전거 안장에서 엉덩이를 떼고 하는 격한 동작들이 많아서 난이도가 높은 동작을 수행할 시에 상해를 입기 쉽고, 또한 스피닝 운동이 신나는 음악에 맞춰 폐달을 굴러대는 단체 운동인 특성상 전체 분위기에 휩쓸리다 보면 개인 체력과 관절상태를 간과하게 된다.
한편, 스피닝 운동은 2명 이상의 참가자가 전문 강사의 지도 아래 한 공간에 모여 음악에 맞춰 운동하는 그룹 운동 프로그램(Group Exericse Progame, GX) 형태이다. 그룹 운동 프로그램은 강사를 중심으로 여러 명의 운동참여자가 강사의 동작을 따라 하는 그룹 형태로 진행되기 때문에 개인적인 장소에서 스스로 학습하기 힘들다는 제약이 있다. 또한 모든 운동참여자들의 수준에 맞는 난이도의 프로그램을 구성할 수 없고 개개인에 적합한 동작 지도가 어려워 초보자의 지속적인 참여를 감소시킨다.
일반적으로, 스피닝 자전거 시스템은 각기 다른 사용자의 생체 상태와 운동 상태 정보를 저장하는 기능이 없고, 전문 강사의 지도 아래 사용할 수 있는 단순한 스핀 자전거 기구물 형태로 되어 있어 스피닝 운동을 스스로 학습하는데 제한적이었다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0146787(공개일: 2014년 12월 29일)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안한 것으로, 그 목적은 운동참여자가 개인적인 장소에서 자신의 수준에 따라 강사의 지도 없이 능동적으로 스피닝 운동을 학습하고 참여할 수 있도록 사용자의 생체 상태와 운동 정보를 분석하여 개인 수준에 맞는 스피닝 트레이닝 콘텐츠를 제공할 수 있는 능동형 스피닝 트레이닝 시스템을 통해 운동 참여자의 건강 및 운동능력을 향상시키는 데 있다.
구체적으로, 본 발명은 동작센서, 뇌파센서, 맥파센서, 회전센서를 이용하여 사용자의 생체 상태와 운동 정보를 획득하고 분석하여 사용자 상태에 적합한 수준의 스피닝 트레이닝 콘텐츠를 제안하여 보여주는 시스템을 제공한다.
본 발명은 복합 생체신호를 이용한 능동형 스피닝 트레이닝 콘텐츠를 제공하는 시스템으로, 사용자의 집중도와 안정도를 포함한 뇌파신호와 맥파신호를 통해 생체 상태를 분석하고, 골격 동작을 실시간 인식하여 검출된 동작 일치율과 운동량을 반영해 운동 참여자에게 적합한 난이도의 스피닝 영상 콘텐츠를 제공하도록 한다. 이는 실내에서 트레이닝용 자전거를 이용하면서 마치 실외에서 실제 자전거를 타고 주행하는 실감효과를 기대하는 자전거 시스템이다. 이는 스피닝 운동을 개인 상황에 맞게 학습하고 체험할 수 있도록 함으로써 운동 참여자의 건강 및 운동능력을 향상시키는 효과를 갖는다.
상기와 같은 목적을 이루기 위해 본 발명의 실감형 자전거 시뮬레이터 시스템은, 본 발명은 동작센서, 뇌파센서, 맥파센서에서 회득한 생체신호와 스핀자전거에 부착된 회전센서에서 회득한 회전수를 이용해 사용자의 생체 상태와 운동 정보를 분석하여 사용자에게 적합한 스피닝 훈련 영상을 제공하는 능동형 스피닝 트레이닝 시스템에 관한 것으로, 사용자 맞춤 스피닝 훈련 영상을 재생하는 디스플레이 장치; 상기 스피닝 훈련 영상 콘텐츠가 저장되는 메모리 장치; 디스플레이 장치에 설치되고, 사용자의 움직임을 감지하는 동작센서; 사용자 머리에 장착하여 집중도와 안정도를 측정하는 뇌파센서; 사용자 손목에 장착하여 맥박수를 측정하는 맥파센서; 사용자가 탑승하는 스핀 자전거와 디스크 드럼의 회전수를 측정하는 회전센서; 및 상기 동작센서, 뇌파센서, 맥파센서, 회전센서의 신호 데이터를 수집하는 데이터 수집 장치; 상기 데이터 수집 장치에서 획득된 사용자 생체 상태와 운동 정보를 분석해 스피닝 훈련 영상 콘텐츠를 제어하는 제어장치를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 스피닝 운동을 하는데 있어서 운동참여자가 개인적인 장소에서 자신의 수준에 따라 강사의 지도 없이 능동적으로 학습할 수 있는 시스템을 제공한다.
즉, 본 발명은 뇌파센서, 맥파센서, 회전센서, 동작센서에서 획득한 뇌파정보(집중도와 안정도), 맥파정보(분당 맥박수), 동작정보(사용자의 댄스정보의 정확도)를 실시간 수집하고 분석하여 스피닝 훈련 영상 콘텐츠에 반영함으로써, 운동 참여자의 개인 수준에 맞는 훈련 콘텐츠를 제공하여 건강 및 운동능력을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 복합 생체신호를 이용한 능동형 스피닝 트레이닝 시스템 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복합 생체신호를 이용한 능동형 스피닝 트레이닝 시스템의 블록도.
도 3는 본 발명의 복합 생체신호를 이용한 능동형 스피닝 트레이닝 시스템의 일실시예를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 디스플레이장치에 재생되는 맞춤형 영상 콘텐츠이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일 또는 유사한 부호를 사용한다.
또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복합 생체신호를 이용한 능동형 스피닝 트레이닝 시스템의 구성도 및 블록도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 복합 생체신호를 이용한 능동형 스피닝 트레이닝 시스템은 스핀자전거(100), 제어장치(101), 디스플레이 장치(102), 동작센서(103), 뇌파센서(104), 맥파센서(105), 회전센서(106), 데이터 수집 장치(107), 메모리 장치(108)를 포함한다.
상기의 뇌파센서(104)는 비침습형 두피 전극을 이용하여 주파수 영역별로 델타파, 세타파, 알파파, 베타파, 감마파, SMR파로 뇌파 성분 스펙트럼을 분석한 후 운동 참여자의 뇌파 특징값으로 집중도와 안정도(긴장 이완 수준)을 산출하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 맥파센서(105)는 손목시계 형태의 맥파센서로서 피부 혈관의 백파형을 획득하고 광량의 변화에 따른 심장 박동 신호를 측정한다. 이렇게 측정된 심장 박동 신호에서 분당 심박수(bpm)을 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기 스피닝 자전거(100)에 장착된 회전센서(106)은 스핀 자전거 페달과 디스크 드럼의 회전수를 통해 소모된 칼로리를 측정하는 것을 특징으로 한다.
이렇게 추출된 뇌파 특징값(집중도, 안정도)과 심장 박동수, 소비 열량 정보를 결합하여 생체상태 레벨값을 결정한다.
상기의 동작센서(103)는 운동 참여자의 골격 데이터를 수집하여 스피닝 댄스 동작을 검출하게 되며, 미리 확보하여 저장된 강사의 스피닝 댄스 동작 데이터와 실시간 수집된 운동 참여자 동작 데이터 사이의 비교를 통한 동작 일치율을 측정하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 스피닝은 음악의 리듬에 맞추어 주어진 동작을 수행하는 운동으로 음악과 리듬이 주요한 요소가 되는데 스피닝 트레이닝에서 운동 정보를 획득하기 위한 입력 데이터는 운동 참여자의 동작 정보가 되며 동작과 음악의 동기화 여부를 통해 스피닝 동작에 대한 수준을 판단할 수 있다. 따라서 스피닝 운동 참여자의 동작 정보를 인식하고 스피닝 댄스 음악의 특정 위치에 위치하는 관절 각도를 비교하여 운동 참여자의 운동 정보(동작의 정확도)를 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기의 데이터 수집 장치(107)은 무선 통신을 통하여 상기 센서에서 보내는 신호를 수집 통합하여 제어장치(101)에 전달하는 것을 특징으로 한다.
상기의 제어장치(101)은 데이터 수집 장치(107)에서 획득한 신호 데이터를 분석하여 운동 참여자의 생체 상태(뇌파 집중도/안정도, 분당 맥박수)와 운동 정보(동작정확도, 소비 열량 정보)를 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기 디스플레이 장치(102)는 제어장치(102)의 제어명령에 따라 스피닝 훈련 3D VR(Virtual Reality) 영상 콘텐츠를 재생한다.
이에, 상기 메모리 장치(108)는 스피닝 훈련 VR(Virtual Reality) 영상 콘텐츠뿐만 아니라 본 발명의 전체 시스템을 운영하는 데 필용한 프로그램이 저장되고 운용된다.
이때, 상기 VR(Virtual Reality) 영상 콘텐츠에는 사용자 골격 정보(209), 스피닝 댄스 따라하기 정보(202), 운동거리(203), 운동속도(204), 소비 칼로리(205), 운동정확도(206), 감성상태(뇌파상태) 정보(208)가 포함된다.
상기 스핀 자전거(100)는 일반적인 스핀 자전거 형태로 구성될 수 있고, 이 스핀 자전거(100)에는 회전센서(106)와 데이터 수집 장치(107)가 설치된다.
다음으로, 본 발명의 복합 생체신호를 이용한 능동형 스프닝 트레이닝 시스템에 동작에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 시스템에서, 사용자(운동 참여자)는 스핀 자전거(100)에 착석한 후 디스플레이 장치(102)에서 제시한 스피닝 트레이닝 영상 콘텐츠를 통해 기본적인 스피닝 동작을 따라하게 된다.
이러한 상태에서, 사용자(운동 참여자)는 페달을 밟으면서 회전센서(106)을 작동하게 되고 회전 신호는 데이터 수집 장치(107)에 전송한다.
또한 영상 콘텐츠에서 제시한 스피닝 댄스 동작을 따라하면 동작센서(103)에서 사용자(운동 참여자)의 스피닝 댄스 동작을 검출하여 데이터 수집 장치(107)에 전송한다.
또한, 상기 뇌파센서(104)에서 뇌파상태 정보(뇌파 집중도/안정도)와 맥파센서(105)에서 맥파 데이터를 데이터 수집 장치(107)에 전송한다.
이러한 상태에서 데이터 수집 장치(107)에서 획득된 생체 정보와 운동 정보는 통합되어 제어장치(101)로 전달되고, 각 데이터를 분석하여 사용자(운동 참여자)의 생체 상태 수준과 운동 상태 수준(레벨)을 결정하게 된다.
이렇게 결정된 사용자의 개인 상태 정보는 제어장치(101)에 포함된 메모리 장치(108)에 저장된 스피닝 트레이닝 3D VR(Virtual Reality) 영상 콘텐츠에 실시간 반영되어 스피닝 댄스 따라하기 정보(202)를 사용자(운동 참여자) 수준에 맞게 제공하게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 스핀자전거
101: 제어장치
102: 디스플레이 장치
103: 동작센서
104: 뇌파센서
105: 맥파센서
106: 회전센서
108: 메모리장치

Claims (5)

  1. 사용자 맞춤 스피닝 훈련 영상을 재생하는 디스플레이 장치;
    상기 스피닝 훈련 영상 콘텐츠가 저장되는 메모리 장치;
    상기 디스플레이 장치에 설치되고, 사용자의 움직임을 감지하는 동작센서;
    상기 사용자의 머리에 장착하여 집중도와 안정도를 측정하는 뇌파센서;
    상기 사용자의 손목에 장착하여 맥박수를 측정하는 맥파센서;
    상기 사용자가 탑승하는 스핀 자전거와 디스크 드럼의 회전수를 측정하는 회전센서;
    상기 동작센서, 뇌파센서, 맥파센서, 회전센서의 신호 데이터를 수집하는 데이터 수집 장치; 및
    상기 데이터 수집 장치에서 획득된 사용자 생체 상태와 운동 정보를 분석해 스피닝 훈련 영상 콘텐츠를 제어하는 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 생체신호를 이용한 능동형 스피닝 트레이닝 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 뇌파센서는, 비침습형 두피 전극을 이용하여 주파수 영역별로 델타파, 세타파, 알파파, 베타파, 감마파, SMR파로 뇌파 성분 스펙트럼을 분석한 후 운동 참여자의 뇌파 특징값으로 집중도와 안정도(긴장 이완 수준)을 산출하고,
    상기 맥파센서는, 손목시계 형태로서 피부 혈관의 백파형을 획득하고 광량의 변화에 따른 심장 박동 신호를 측정하고, 상기 측정된 심장 박동 신호에서 분당 심박수(bpm)을 산출하며,
    상기 스피닝 자전거에 장착된 회전센서는, 스핀 자전거 페달과 디스크 드럼의 회전수를 통해 소모된 칼로리를 측정하는 것을 특징으로 하는 복합 생체신호를 이용한 능동형 스피닝 트레이닝 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 동작센서는, 운동 참여자의 골격 데이터를 수집하여 스피닝 댄스 동작을 검출하게 되며, 미리 확보하여 저장된 강사의 스피닝 댄스 동작 데이터와 실시간 수집된 운동 참여자 동작 데이터 사이의 비교를 통한 동작 일치율을 측정하는 것을 특징으로 하는 복합 생체신호를 이용한 능동형 스피닝 트레이닝 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 데이터 수집 장치에서 획득한 신호 데이터를 분석하여 운동 참여자의 생체 상태(뇌파 집중도/안정도, 분당 맥박수)와 운동 정보(동작정확도, 소비 열량 정보)를 산출하는 것을 특징으로 하는 복합 생체신호를 이용한 능동형 스피닝 트레이닝 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는 제어장치의 제어명령에 따라 스피닝 훈련 3D VR(Virtual Reality) 영상 콘텐츠를 재생하되,
    상기 3D VR(Virtual Reality) 영상 콘텐츠에는 사용자 골격 정보, 스피닝 댄스 따라하기 정보, 운동거리, 운동속도, 소비 칼로리, 운동정확도 및 감성상태(뇌파상태) 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 생체신호를 이용한 능동형 스피닝 트레이닝 시스템.
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