맞춤형 운동기구 제어 시스템{automatic control system of sport apparatus by user's condition}
본 발명은 최대산소섭취량(VO2max)을 통한 타겟 심박 영역대(Target Heart Rate Zone)을 설정하며, 운동 중에 체스트 벨트(Chest Belt)를 통해 실시간으로 수집되는 심장박동(Heart Rate)정보를 피드백하여 타겟 심박 영역대 내에서 운동기구를 제어하는 맞춤형 운동기구 제어 시스템에 관한 것이다.
주변에서 흔히들 우리는 심장박동(Heart Rate) 기반의 운동기구 제어를 찾아볼 수 있다. 각 사용자의 심장박동를 표시해 주거나, 혹은 심장박동을 토대로 운동기구를 제어하는 기법 등이 주를 이루고 있는 실정이다. 그러나 사용자에게 심장박동를 표시해 주거나, 혹은 심장박동을 토대로 운동기구를 제어하는 기법을 가지고 있는 여러 운동기구들은 사용자가 직접 양손으로 특정한 곳에 위치에 있는 부위를 계속잡고 있어야 한다는 단점이 있다. 이러한 단점으로 인해 사용자에게 운동 시 제약을 주게 된다는 복합적인 문제점에 부딪치게 된다. 그리고 사용자가 자신의 운동능력을 파악하고 운동을 하기위해서 사용하는 방법 중 가장 대중적인 것은 트레이너(Trainer)를 고용하여 자신에게 맞는 운동을 부여하게 하는 것이다. 이 방법은 일반적으로 피트니스센터(Fitness Center)에서 주로 많이 사용하는 방법이나 많은 비용과 더불어 트레이너(Trainer)에 따라 스타일과 순서 그리고 부여하는 양이 조금씩 다르다는 단점이 존재한다. 따라서, 본 발명은 최대산소섭취량(VO2max)을 통한 타겟 심박 영역대(Target Heart Rate Zone)을 설정하며, 운동 중에 체스트 벨트(Chest Belt)를 통해 실시간으로 수집되는 심장박동(Heart Rate)정보를 피드백하여 타겟 심박 영역대 내에서 운동기구를 제어하는 맞춤형 운동기구 제어 시스템을 제공한다. 또한 본 발명은 사용자가 피트니스 센터에 처음 등록하거나 운동능력측정(VO2max)을 다시 하고 하고자 할 경우에 사용자는 운동능력측정법(VO2max)를 선정할 수 있다. 또한 본 발명은 자신의 운동능력을 측정하여 각자 맞는 운동처방을 초기에 제시하여 운동을 수행할 시 자신의 타겟 심박 영역대를 설정하여 타겟 심박 영역대을 벗어놨을 경우 증강된(Up) 등급 또는 감소된 등급(Down grade)의 운동처방을 제시하는 시스템을 제공한다.
본 발명이 해결하려는 과제는 최대산소섭취량(VO2max)을 통한 타겟 심박 영역대(Target Heart Rate Zone)을 설정하며, 운동 중에 체스트 벨트(Chest Belt)를 통해 실시간으로 수집되는 심장박동(Heart Rate)정보를 피드백하여 타겟 심박 영역대 내에서 운동기구를 제어하는 맞춤형 운동기구 제어 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는, 사용자의 기초체력, 설문조사 및 병력정보를 기초로 해서 운동능력을 결정하게 하는 운동능력측정법과 사용자로 하여금 특정한 운동 프로토콜의 수행 시간을 토대로 결정되게 되는 운동능력측정법 중 하나를 사용자가 선정할 수 있도록 하는 맞춤형 운동기구 제어 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 바이오피드백 시스템을 구비하여, 사용자가 운동처방에 따라 운동을 수행할 때, 설정된 타겟 심박 영역대을 벗어놨을 경우, 증강된(Up) 등급 또는 감소된 등급(Down grade)의 운동처방을 제시하는 맞춤형 운동기구 제어 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 맞춤형 운동기구 제어 시스템은, 사용자에게 장착되는 단말기로 식별을 위한 ID를 구비하며, 생체신호를 검출 하는 사용자 단말기; 상기 사용자 단말기로부터 생체신호를 수신하여 운동능력을 추정하여 운동능력추정신호를 검출하며, 운동기구 제어신호를 생성하는 운동기구 서버; 식별을 위한 ID를 구비하며, 상기 운동기구 서버의 운동기구 제어신호에 따라 구동되는 운동기구; 상기 운동기구 서버로부터 수신된 운동능력 추정신호로부터 운동처방을 행하는 휘트니스서버; 를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 본 발명의 맞춤형 운동기구 제어 시스템은, 사용자로부터 운동 중 심박수 신호를 검출하는 사용자 단말기; 타겟 심박 영역대를 설정하고, 상기 사용자 단말기로부터 수신된 심박수와 타겟 심박 영역대를 비교하여, 타겟 심박 영역대를 초과하거나 미만인 경우를 검출하여 알람하여 주는 운동기구 서버;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 본 발명의 맞춤형 운동기구 제어 시스템은, 타겟 심박 영역대를 설정하고, 사용자 단말기로부터 검출된 심박수와 타겟 심박 영역대를 비교하여, 타겟 심박 영역대를 초과하거나 미만인 경우를 검출하며, 운동기구를 구동시키는 운동기구 제어신호를 생성하는 운동기구 서버; 사용자 단말기로부터 검출된 심박수가 타겟 심박 영역대를 초과하면, 감소 등급으로 운동처방을 수행하며, 사용자 단말기로부터 검출된 심박수가 타겟 심박 영역대 미만이라면, 증강 등급으로 운동처방을 수행하는 휘트니스서버;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 본 발명의 맞춤형 운동기구 제어 시스템은, 안정상태후, 발크 프로토콜을 이용하여 운동을 행 할때의 심박수를 측정하고 그 심박수가 최대 심박수의 85%일 경우 정지하고 소요시간(T) 측정하여 VO2max 추정치를 검출하여 타겟 심박 영역대를 설정하는 운동기구 서버; 사용자 단말기로부터 검출된 심박수가 타겟 심박 영역대를 초과하면, 감소 등급으로 운동처방을 수행하며, 사용자 단말기로부터 검출된 심박수가 타겟 심박 영역대 미만이라면, 증강 등급으로 운동처방을 수행하는 휘트니스서버; 를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 사용자 단말기는 체스트 벨트 또는 상완 벨트의 형태로 이루어진다, 사용자가 사용자 단말기를 착용하고 운동기구로 이동하면 사용자는 운동기구와 연결된 운동기구 서버에 있는 터치스크린을 이용하여 주변의 블루투스를 검색하여 사용자 단말기의 블루투스를 선택하여 사용자 인식을 행하도록 이루어진다. 운동기구 서버(100)는 운동모드로서 프리(Free) 모드, 프로그램드(Programmed) 모드, 인터벌(Interval) 모드를 구비하고 있으며, 사용자가 이들 모드 중 하나를 선택하면, 선택된 운동모드 정보를 휘트니스 서버로 전송하며, 휘트니스서버는 선택한 운동모드에 맞는 운동처방을 운동기구 서버로 송신하는 것을 특징으로 한다. 운동기구 서버를 통해 운동능력측정을 행하되, 사용자의 기초체력, 설문조사 및 병력정보를 이용해서 운동능력을 결정하게 하는 제1 운동능력측정법과 사용자로 하여금 운동 프로토콜의 수행 시간을 토대로 결정되게 되는 제2 운동능력측정법 중 하나를 선택하도록 이루어진다. 본 발명의 맞춤형 운동기구 제어 방법은, 사용자 단말기 인식단계로, 사용자 단말기 ID를 운동기구 서버가 읽어들여 인식하는 단계; 운동모드 선택 대기단계로. 사용자 단말기 인식단계 후, 사용자가 운동모드를 선택할 때까지 대기하는 단계; 프리 모드단계로, 상기 운동모드 선택 대기단계에서 프리 모드를 선택했다면, 사용자의 나이를 휘트니스서버로부터 수신하여, 타겟 심박수(Target Heart Rate)영역대를 설정하며, 타겟 심박수를 초과할 경우 알람을 울리는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서 타겟 심박수영역대에서 최소운동강도는 0.6(MaxHR-RestHR)+restHR (여기서 MaxHR은 최대 심박수로 220에서 나이를 뺀값(220-나이)에 의해서 결정되며, Rest HR는 운동 전에 안정 상태에서의 HR임.) 이며, 타겟 심박수영역대에서 최대 운동강도는 0.85(MaxHR-RestHR)+restHR 이다. 프로그램 모드단계로, 사용자가 제2 운동능력측정법을 선택했다면, 운동 프로토콜의 수행 시간을 토대로 결정하는 제2 운동측정방법을 실행하여 최대산소섭취량(VO2max)을 구하고, 얻어진 최대산소섭취량(VO2max)을 휘트니스서버로 전송하며, 휘트니스서버는 운동처방을 생성한다. 인터벌모드단계로, 운동처방을 하기 전에 제2 운동측정방법을 실행하여 최대산소섭취량(VO2max)을 구하고, 얻어진 최대산소섭취량(VO2max)을 휘트니스서버로 전송하며, 휘트니스서버는 운동처방을 생성한다. 본 발명의 맞춤형 운동기구 제어 방법은, 운동능력추정법의 선택에 따라 휘트니스 서버에서 운동능력추정법을 운동기구 서버로 전송하는 운동능력추정법 전송단계; 운동능력추정법 전송단계에서, 제1 운동능력측정법을 선택한 경우, 기초체력 테스트를 하지 않고 VO2max 추정하는 제1-1 운동능력측정법과 설문지(IPAQ)와 기초체력을 토대로 VO2max 추정하는 제1-2 운동능력측정법 중의 하나를 선택하는 제1 운동능력측정법을 선택하며, 선택된 운동능력추정법에 따라 VO2max를 추정하는 제1 운동능력측정법 선택단계; 운동능력추정법 전송단계에서, 제2 운동능력측정법을 선택한 경우, 안정상태에서 발크 프로토콜(Balke Protocol)에 따라 운동을 수행하다가, 심박수가 최대 심박수의 85%가 될때 정지하여, 소요시간과 심박수를 검출하며, 상기 소요시간을 토대로 VO2max를 추정하는 제2 운동능력측정법 선택단계; 를 포함하는 운동능력측정방법을 구비하는 것을 특징으로 한다. 제1-1 운동능력측정법에서 남성의 VO2max 추정은 51.733+(0.001×IPAQ)-(0.140×age)-(0.549×BMI)에 의해 구할 수 있으며, 제1-1 운동능력측정법에 따른 여성의 VO2max 추정은 12.269+(0.008×IPAQ)-(0.001×age)에 의해 구하여 지되, 여기서 IPAQ는 국제신체활동 설문지, age는 나이, BMI는 체질량 지수(Body Mass Index)이다. 제1-2 운동능력측정법에서, 남성의 VO2max 추정은, 69.649+(0.001×IPAQ)+(0.001×근지구력)-(0.001×심부담도)-(0.191×연령)-(0.001×체표면적) +(0.001×근력)에 의해 구할 수 있으며, 제1-2 운동능력측정법에서, 여성의 VO2max 추정은 12.649+(0.008×IPAQ)+(0.001×근지구력)-(0.0087×연령)+(0.001×평형성) 에 의해 구할 수 있다. 제2 운동능력측정법 선택단계에서 심박수가 최대 심박수의 85%가 될때의 소요시간(T)을 바탕으로 VO2max 추정시, 성별에 따라, 남성의 VO2max = 2.94T + 8.33, 여성의 VO2max = 2.74T + 8.05 으로 구하여 진다.
본 발명의 맞춤형 운동기구 제어 시스템에 따르면, 최대산소섭취량(VO2max)을 통한 타겟 심박 영역대(Target Heart Rate Zone)을 설정하며, 운동 중에 체스트 벨트(Chest Belt)를 통해 실시간으로 수집되는 심장박동(Heart Rate)정보를 피드백하여 타겟 심박 영역대 내에서 운동기구를 제어한다. 또한, 본 발명은, 사용자의 기초체력, 설문조사 및 병력정보를 기초로 해서 운동능력을 결정하게 하는 운동능력측정법과 사용자로 하여금 특정한 운동 프로토콜의 수행 시간을 토대로 결정되게 되는 운동능력측정법 중 하나를 사용자가 선정할 수 있도록 한다. 또한, 본 발명은, 바이오피드백 시스템을 구비하여, 사용자가 운동처방에 따라 운동을 수행할 때, 설정된 타겟 심박 영역대을 벗어놨을 경우, 증강된(Up) 등급 또는 감소된 등급(Down grade)의 운동처방을 제시한다. 일반적으로 사용자가 자신의 현재 몸 상태를 파악하기 위해서 손잡이를 잡거나 특정부위를 잡는 행동을 하는 것과는 달리 본 발명은 체스트벨트(Chest Belt)를 통해 획득하여 사용자에게 무자각적으로 운동이 가능하다. 이와 더불어 종례의 기술은 하트 레이트 만을 통한 운동기구 제어를 가능하게 하였으나, 본 발명은 VO2max(최대산소섭취량)을 통한 타겟 심박 영역대을 설정하여 사용자의 운동능력을 실시간적으로 반영하였다. 다른 차이점으로는 본 발명은 트레이너를 고용하여 자신에게 맞는 운동을 부여하였을 경우보다 비용적인 측면에서 효율적이라고 볼 수 있다. 그리고 사용자의 몸 상태를 실시간적 또 객관적으로 파악할 수 있기에 효율적인 시스템으로 볼 수 있다. 맞춤형 운동기구제어에 대한 전반적인 특징 및 장점은 크게 세 가지로 구분지어서 설명할 수 있다. 첫 번째는 사용자로 하여금 선택 가능한 운동능력측정법(VO2max)을 제공하는 것이다. 사용자가 피트니스 센터에 처음 등록하거나 운동능력측정(VO2max)을 다시 하고 하고자 할 경우에 사용자는 운동능력측정법(VO2max)를 선정할 수 있다. 운동능력측정법(VO2max) 중 하나인 A는 사용자의 기초체력, 설문조사 그리고 병력정보를 기초로 해서 운동능력을 결정하게 된다. 운동능력측정법(VO2max) 중 다른 하나인 B는 사용자로 하여금 특정한 운동 프로토콜의 수행 시간을 토대로 결정하게 된다. 맞춤형 운동기구제어의 두 번째 특징은 운동능력측정법(VO2max)를 통해 획득한 최대산소섭취량(VO2max)값을 통해 타겟 심박 영역대를 설정한다는 것이다. 이는 운동 중에 실시간적으로 사용자의 현재 몸 상태를 파악하여 사용자에게 맞춤형 운동기구를 제어를 하기 위한 방법이다. 일반적으로 지속적인 최대산소섭취량(VO2max)를 측정하기에는 사용자에게 여러 가지 실험적인 요구사항이 있기에 이를 최대 심박(Heart Rate Max)과 1:1로 매칭(Matching)하여 사용하게 된다. 그로 인해 사용자에게 부착된 단말기를 통해 나온 심박(Heart Rate)를 통해 사용자에게 적당한 운동을 제시 할 수 있게 되는 것이다. 마지막 특징은 맞춤형 운동기구 제어의 사용자를 위한 바이오피드백 시스템이다. 본 발명의 바이오피드백 시스템은 자신의 운동능력을 측정하여 각자 맞는 운동처방을 초기에 제시하여 운동을 수행할 시 자신의 타겟 심박 영역대를 설정하여 타겟 심박 영역대을 벗어놨을 경우 증강된(Up) 등급 또는 감소된 등급(Down grade)의 운동처방을 제시하는 시스템을 제공한다. 이는 현재 사용자의 몸 상태를 실시간적으로 반영하여 바로 피드백 시켜주는 시스템으로 사용자에게 매우 능동적으로 작동하게 된다. 그리고 만약 증강된(Up) 등급 또는 감소된 등급(Down grade)의 운동처방이 3회 이상 발생하였을 시 다음 운동처방은 처음부터 증강된(Up) 등급 또는 감소된 등급(Down grade)의 운동처방을 수행하도록 되어있다. 그리고 사용자가 운동한 운동정보는 다음에 운동 시 재 반영됨으로써 각자에게 맞는 운동처방을 수행할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 맞춤형 운동기구 제어 시스템의 개략적인 구성을 설명하는 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 맞춤형 운동기구 제어 시스템의 동작을 개략적으로 설명하는 흐름도이다.
도 3은 도 2의 사용자 인식단계의 설명도이다.
도 4는 도 2의 프로그램 모드단계의 운동능력측정법에 대한 설명도이다.
도 5는 도 2의 프로그램 모드단계의 운동처방에 대한 설명이다.
도 6은 도 2의 운동 중 타겟 심박 영역대를 벗어나서 운동처방이 증강되거나 감소되는 경우에 대한 설명이다.
도 7은 도 2의 인터벌 모드단계의 운동처방에 대한 설명이다.
도 8은 도 2의 프리 모드단계의 운동처방에 대한 설명이다.
도 9는 본 발명의 운동능력측정방법의 개략적인 흐름도이다.
도 10은 본 발명에서 증강 등급 또는 감소 등급으로 되는 운동처방 방법을 설명하기위한 설명도이다.
도 11은 본 발명에서 발크 프로토콜을 이용한 운동능력측정방법의 설명도이다.
도 1은 본 발명의 맞춤형 운동기구 제어 시스템의 개략적인 구성을 설명하는 블럭도으로, 사용자 단말기(20), 운동기구 서버(100), 운동기구(200), 휘트니스서버(300)를 포함하여 이루어진다. 사용자 단말기(20)는 사용자가 운동전에 장착하는 것으로, 신호검출 및 연산부(10)를 포함한다. 사용자 단말기(20)는 체스트 벨트 또는 상완 벨트의 형태로 이루어질 수 있다. 신호검출 및 연산부(10)는 사용자 단말기(20)에 전극이 장착되어 심전도, 용적맥파, 체온 등의 생체신호를 검출하고, 검출된 생체신호에서 운동상태 분석을 위한 심박수, RR간격, QRS 컴플렉스, QT 간격, PVC, 체온 등의 파라미터, 즉 생체정보 신호를 추출한다. 사용자 단말기(20)는 각 사용자 단말기별 식별번호(ID) 등이 부여되어 있으며, 경우에 따라서는 사용자 식별을 위해 별도의 IC 카드를 사용할 수 있다. 운동기구 서버(100)는 신호검출 및 연산부(10)로부터 수신된 생체정보 신호로부터 운동능력정도를 검출하고 이를 바탕으로 운동기구 제어신호를 생성하여 운동기구(200)로 전송하며, 운동기구 서버(100)는 운동기구당 하나씩 구비되어질 수 있다. 또한, 각 사용자를 인식하기 위해 사용자 단말기(20)로부터 사용자별 식별번호를 수신하여, 사용자 인증여부 등을 위해 휘트니스서버(300)로 전송하며, 휘트니스서버(300)로 부터 사용자 인증여부, 사용자 데이터 등을 수신한다. 또한, 운동기구 서버(100)는 검출된 사용자의 건강상태, 운동정보 등을 디스플레이하여 사용자에게 제공한다. 운동기구 서버(100)는 운동기구에 연결되어 있거나 운동기구와 일체로 되어 있으며, 터치스크린이 가능한 PC로 이루어질 수 있다. 운동기구(200)는 운동기구 서버(100)로부터의 운동기구 제어신호에 따라 구동된다. 운동기구(200)는 운동기구 ID를 구비한다. 휘트니스서버(300)는 사용자 관련 데이터를 저장하고 있으며, 또한 사용자 인증, 건강상태 정보, 운동기구 제어 정보 등을 저장하고 있으며, 필요에 따라 운동기구 서버(100)에 전송한다. 또한, 운동처방을 연산하여 운동기구 서버(100)로 전송한다. 본 발명에 있어서, 우선, 유산소 운동 시작 시, 사용자가 신호검출 및 연산부(10)를 포함하는 사용자 단말기(20)를 착용하고 운동기구(200)로 이동하면, 이때 사용자 단말기(20)는 실시간적으로 심장 박동(Heart Rate)를 측정을 시작하며, 운동기구(200)구에 연결된 운동기구 서버(100)는 사용자 단말기(20)와 블루투스 통신을 하게 된다. 사용자가 사용자 단말기(20)를 착용하고 운동기구(200)로 이동하면 사용자는 운동기구와 연결된 운동기구 서버(100)에 있는 터치스크린을 이용하여 주변의 블루투스를 검색하고 그 이후에 자신에게 착용된 사용자 단말기(20)의 블루투스를 선택하면 사용자 인식은 끝나게 된다. 운동기구 서버(100)는 운동모드로서 프리(Free) 모드, 프로그램드(Programmed) 모드, 인터벌(Interval) 모드를 구비하고 있는데, 사용자가 이들 모드 중 하나를 선택하면, 운동기구 서버(100)는 선택한 운동모드 정보를 휘트니스 서버(300)로 전송하며, 휘트니스서버(300)는 선택한 운동모드에 맞는 운동 파라미터, 즉 운동처방을 운동기구 서버(100)로 송신한다. 여기서 프리 모드는 사용자의 나이를 휘트니스 서버(300)로부터 수신하여, 타겟 심박수(Target Heart Rate)를 설정 후 사용자의 의지에 따라 운동하는 운동모드이다. 프로그램드 모드는 제일 처음 사용자가 사용자 단말장치를 착용 시 관리자는 사용자에게 원하는 운동능력측정법을 물어보게 되는데 이때 관리자는 휘트니스 서버(300)에 사용자의 이름, 나이, 성별 그리고 원하는 운동능력측정법 등을 저장하게 된다. 사용자 인식 후 휘트니스서버(300)에서는 사용자의 운동능력측정법에 따라서 기본정보(나이, 성별 등등)을 통해 최대산소섭취량(VO2max)를 획득하게 된다. 사용자가 선택할 수 있는 운동능력측정법은 사용자의 기초체력, 설문조사 및 병력정보를 기초로 해서 운동능력을 결정하게 하는 제1 운동능력측정법과 사용자로 하여금 특정한 운동 프로토콜의 수행 시간을 토대로 결정되게 되는 제2 운동능력측정법이 있다. 제1 운동능력측정법은 초기에 사용자의 정보를 휘트니스서버(300)에 저장하여 사용하는 것으로 바로 운동처방이 가능하다. 반면, 제2 운동능력측정법은 운동기구 서버(100)로 부터 최대 심박수(HRmax)의 85% 도달시간(T)을 검출하고 이를 통해 최대산소섭취량(VO2max)를 추정하여 휘트니스서버(300)로 전송 한 후 운동처방을 휘트니스서버(300)로부터 수신한다. 인터벌 모드는 고강도 인터벌 운동을 실시하길 원하는 사용자가 선택하는 모드로, 운동처방을 하기 전에 제2 운동능력측정법을 실시하여 VO2max를 추정한 후 인터벌 운동처방을 실시한다. 사용자의 실시간적인 심박수(Heart Rate, HR)를 파악하여 인터벌 운동처방에 나와있는 심박수(HR)를 유지시키기 위해 운동기구의 강도를 자동적으로 제어하여 사용자에게 운동을 실시하게 한다. 도 2는 본 발명의 맞춤형 운동기구 제어 시스템의 동작을 개략적으로 설명하는 흐름도이며, 도 3은 도 2의 사용자 인식단계의 설명도이고, 도 4는 프로그램 모드단계의 운동능력측정법을 설명하는 설명도이고, 도 5는 프로그램 모드단계의 운동처방에 대한 설명이며, 도 6은 운동 중 타겟 심박 영역대를 벗어나서, 운동처방이 증강되거나 감소되는 경우에 대한 설명이며, 도 7은 인터벌 모드단계의 운동처방에 대한 설명이며, 도 8은 프리 모드단계의 운동처방에 대한 설명이다. 사용자 단말기(20)를 구비한 사용자가 운동기구를 선택하여 운동시작을 위해 근접한다(S100). 사용자 인식단계로, 사용자 단말기(20)로부터 사용자 식별정보를 운동기구 서버(100)가 읽어들여 휘트니스 서버와의 통신을 통해 사용자를 인식한다(S110). 도 3에서와 같이, 사용자단말기는 사용자 단말기 ID를 운동기구서버로 전송하는데, 이는 블르투스 검색에 의해 이루어지며, 블르투스 검색시 사용자 편의를 위해 사용자 이름을 매칭하여 디스플레이힌디. 운동기구 서버(100)는 운동기구 ID를 구비하며 운동기구 ID 및 단말기 ID를 휘트니스서버롤 보내며, 휘트니스 서버는 이들을 읽어들이며, 휘트니스 서버에 저장된 전 단말기 ID 및 전체사용자 이름으로부터 사용자 인증을 하여 운동기구 서버(100)로 전송한다. 이 과정이 끝나면 사용자가 운동기구 사용을 시작한다. 운동모드 선택 대기단계로. 사용자가 운동모드를 선택할 때까지 대기하며(S120), 사용자가 프리 모드를 선택하면 S130단계로, 사용자가 프로그램 모드를 선택하면 S150단계로, 인터벌 모드를 선택하면 S180단계로 간다. 프리 모드단계로, 사용자의 나이를 휘트니스서버(300)로부터 수신하여, 타겟 심박수(Target Heart Rate)를 설정하며, 타겟 심박수를 초과할 경우 알람을 울린다(S130, S140). 프리 모드에 대해 도 8을 참조하여, 보다 상세히 설명하면, 운동기구 서버가 휘트니스서버(300)로 사용자단말기의 ID, 운동기구 ID, 선택된 운동모드(여기서는 프리 모드를 선택)를 전송한다면, 휘트니스서버(300)는 운동기구 ID, 사용자단말기 ID, 사용자 질환, 사용자 나이 등을 운동기구 서버로 전송하고, 타겟 심박수를 설정하고 사용자는 타겟 심박수 영역대 내에서 자유롭게 운동한다. 운동이 종료되었을 경우, 운동기구 서버는 운동기구 ID, 사용자단말기 ID, 운동종료 여부를 휘트니스서버(300)에 전송한다. 프리 모드는 휘트니스 서버로부터 나이와 병력정보를 수신하여 타겟 심박수영역대를 설정하고 사용자의 선호도에 맞게 운동하는 프로그램으로, 타겟 심박수영역대는 건강군과 질환군에 따라 다르며, 타겟 심박수영역대는 최소운동강도와 최대 운동강도를 가지며, 다음과 같이 설정할 수 있다. 여기서 MaxHR은 최대 심박수로 220에서 나이를 뺀값(220-나이)에 의해서 결정되며, Rest HR는 운동 전에 안정 상태에서의 HR이다. 프로그램 모드단계로, 휘트니스서버(300)에 저장된 사용자의 이름, 나이, 성별 그리고 원하는 운동능력측정법 등을 읽어들이며(S150), 사용자가 제2 운동능력측정법을 선택했는지 여부를 판단하며(S160), 사용자가 제2 운동능력측정법을 선택하지 않았다면, 휘트니스서버(300)에 기 저장된 데이터를 이용하여 운동처방을 행하며(S170), 사용자가 제2 운동능력측정법을 선택했다면, 제2 운동측정방법을 실행하여 최대산소섭취량(VO2max)을 구하고(S190), 얻어진 최대산소섭취량(VO2max)을 휘트니스서버(300)로 전송하며(S200), 휘트니스서버(300)는 운동처방을 전송한다(S170). 프로그램 모드에 대해 보다 상세히 설명하면, 도 4에서와 같이, 운동기구서버가 휘트니스서버(300)로 사용자단말기의 ID, 운동기구 ID, 선택된 운동모드(여기서는 프로그램 모드를 선택)를 전송한다면, 휘트니스서버(300)는 사용자단말기의 ID, 운동기구 ID, 사용자의 질환, 나이, 성별, Balke protocol을 전송한다. 이를 토대로, 운동기구 서버(100)는 최대산소섭취량(VO2max)를 구하여 휘트니스서버(300)로 전송한다. 휘트니스서버(300)는 도 5에서와 같이 사용자단말기의 ID, 운동기구 ID, 금일 운동처방, 익일 운동처방, 하루(일, Day)의 운동처방, 빈도수를 운동기구 서버(100)로 전송하며, 운동기구 서버(100)는 휘트니스서버(300)로 사용자단말기의 ID, 운동기구 ID, 현재운동 진행상황, 생체신호 정보, 가속도 정보, 심박변이도(HRV), 체온, 심박수, 운동종료 상황 등을 전송한다. 도 6에서와 같이, 운동 중 타겟 심박 영역대를 벗어나서, 운동처방이 증강된(Up) 등급 또는 감소된 등급(Down grade)으로 변경되는 이벤트가 발생할 경우, 운동기구서버는 사용자단말기의 ID, 운동기구 ID, 초과 및 미만 발생 정보를 휘트니스서버(300)로 전송한다. 휘트니스서버(300)는 사용자단말기의 ID, 운동기구 ID, 금일 운동처방(up/down), 익일 운동처방(up/down), 하루(일, Day)의 운동처방, 타겟 심박 영역대를 벗어나 up/down을 행한 빈도수 등을 운동기구 서버(100)로 전송한다. 운동 처방 증강 및 감소시에는, 운동기구 서버(100)는 정상운동처방 중 타겟 심박 영역대의 초과 및 미만이 발생 시, 즉시 운동처방을 변경하며, 부정맥 발생 시에는 부정맥여부를 휘트니스서버(300)로 전송한다. 운동 처방 증강 및 감소하여 운동하고 종료할 때에는, 운동기구 서버(100)는 휘트니스서버(300)로 운동기구 ID, 사용자단말기 ID, 현재운동, 하루(일, Day)의 운동처방, 가속도 신호(Acc_X, Y, Z), up/down을 행한 빈도수, 체온, 심박변이도 등을 전송하고 종료한다. 인터벌모드단계로,운동처방을 하기 전에 제2 운동측정방법을 실행하여 최대산소섭취량(VO2max)을 구하고(S190), 얻어진 최대산소섭취량(VO2max)을 휘트니스서버(300)로 전송하며(S200), 휘트니스서버(300)는 운동처방을 전송한다(S180, S190. S200, S170). 인터벌모드에 대해, 도 7을 참조하여, 보다 상세히 설명하면, 운동기구 서버(100)는 휘트니스서버(300)로 사용자단말기 ID, 운동기구 ID, 선택운동모드(Interval 모드) 등 사용자가 선택한 운동모드를 전송하면, 휘트니스서버(300)는 사용자단말기 ID, 운동기구 ID, 사용자 질환, 사용자 나이, 사용자 성별, Balke Protocol 등의 사용자 정보를 운동기구 서버(100)로 전송한다. 운동기구 서버(100)는 안정시 심박수(heart rate rest) 상태에서 Balke Protocol에따라 운동을 수행하여 최대 심박수(HRmax)의 85%까지 도달하는 시간(T)을 측정해 VO2max 추정치로 구한다. 여기서 최대심박수(HRmax)는 220에서 사용자의 나이를 뺀 값으로 한다. 운동기구 서버(100)는 운동기구 ID, 사용자단말기 ID, 최대 심박수(HRmax)의 85%까지 도달하는 시간, 85% Speed, 최대 심박수(HRmax)의 85%에 해당하는 심박수, 운동종료 여부 등 운동처방을 위한 파라미터를 휘트니스서버(300)로 전송한다. 휘트니스서버(300)는 이들 값을 수신하고, 인터벌 운동모드로 금일 및 익일의 운동처방을 결정하여, 운동기구 서버(100)로 전송한다. 운동기구 서버(100)는 운동처방에 따라 해당 운동기구를 제어하며, 이에 따라 해당 운동기구를 이용하여 사용자는 상기 운동처방에 따라 운동하게 된다. 즉, 운동기구 서버(100)는 운동처방에 따라 해당 운동기구를 제어하는 운동기구 제어신호를 생성하여 해당 운동기구를 구동시킨다. 사용자가 운동처방에 따라 운동을 행하고 운동이 종료되면 운동기구 서버(100)는 운동기구 ID, 사용자단말기 ID, 현재운동량, 운동종료 여부를 휘트니스서버(300)로 전송하고, 휘트니스서버(300)는 이를 저장한다. 도 9는 본 발명의 운동능력측정방법의 개략적인 흐름도이다. 운동능력추정법 전송단계로, 운동능력추정법의 선택에 따라 휘트니스 서버에서 운동능력추정법을 운동기구 서버(100)로 전송한다(S300). 제1 운동능력측정법을 선택한 경우, 제1 운동능력측정법은 사용자의 기초체력, 설문조사 및 병력정보를 기초로 해서 운동능력을 결정하게 하는 제1 운동능력측정법으로, 기초체력 테스트를 원하지 않고 VO2max 추정하는 제1-1 운동능력측정법과 설문지(IPAQ)와 기초체력을 토대로 VO2max 추정하는 제1-2 운동능력측정법 중의 하나를 선택한다(S310). 선택된 운동능력추정법에 따라 VO2max를 추정한다(S320). 제2 운동능력측정법을 선택한 경우, 제2 운동능력측정법은 사용자로 하여금 특정한 운동 프로토콜의 수행 시간의 결과를 토대로 결정하는 방법으로, 제2 운동능력측정법을 읽어들인다(S330). 제2 운동능력측정법의 수순에 따라, 안정상태에서 발크 프로토콜(Balke Protocol)에 따라 운동을 수행하다가(S340), 심박수가 최대 심박수의 85%가 될때 정지하여, 이때의 소요시간과 심박수를 검출하며, 상기 소요시간을 토대로 VO2max를 추정한다(S350). 운동기구 서버(100)는 추정된 VO2max를 휘트니스서버(300)로 전송한다(S350). 본 발명에서 제1-1 운동능력측정법 및 제1-2 운동능력측정법의 연산방법은 다음과 같다. 제1-1 운동능력측정법은 기초체력을 테스트하지않고, 기초정보와 설문지(IPAQ)으로만 VO2max 추정을 하는 경우로, 남성의 VO2max 추정은 51.733+(0.001×IPAQ)-(0.140×age)-(0.549×BMI) 에 의해 구할 수 있다. 여기서 IPAQ는 국제신체활동 설문지로서, 국제적으로 규격화된 질의가 있고 이 질의 답변에 따라 국제신체활동 정도를 연산하는 방법도 규정되어 있다. age는 나이이고, BMI는 체질량 지수(Body Mass Index)로서, 현재의 체중 나누기 키의 제곱한 값이다. 제1-1 운동능력측정법에 따른 여성의 VO2max 추정은 12.269+(0.008×IPAQ)-(0.001×age) 에 의해 구할 수 있다. 제1-2 운동능력측정법은 기초정보와 설문지(IPAQ)와 기초체력을 이용하여 VO2max 추정을 하는 경우로, 남성의 VO2max 추정은 69.649+(0.001×IPAQ)+(0.001×근지구력)-(0.001×심부담도)-(0.191×연령)-(0.001×체표면적) +(0.001×근력) 에 의해 구할 수 있다. 여기서 근지구력은 근육 또는 근육그룹이 계속해서 힘을 발휘할 수 있는 능력을 말하며, 근지구력 테스트로서 윗몸일으키기 등등으로 측정한다. 심부담도는 심장의 부담도를 나타내는 것으로 심근의 산소 소비량과 매우 상관이 높으며 수치가 높으면 산소 소비량이 많고 그만큼 심장이 일을 많이 한다는 것을 의미한다. 근력은 근력측정계를 이용하여 근력을 검출한다. 체표면적(body surface area, BSA)= 신장0.725 x 체중0.425 x 0.007184으로서, 여기서 체표면적은 m², 신장은 cm, 체중은 Kg 으로 표현된다. 제1-2 운동능력측정법에 따른 여성의 VO2max 추정은 12.649+(0.008×IPAQ)+(0.001×근지구력)-(0.0087×연령)+(0.001×평형성) 에 의해 구할 수 있다. 여기서 평형성은 평형성 테스트에 의해 얻어진 점수이다. 도 11은 본 발명에서 발크 프로토콜을 이용한 운동능력측정방법의 설명도이다. 안정시 심박수(HR Rest) 상태에서 최대 심박수(HR max)의 85%까지 도달하는 시간(T)을 측정해 VO2max 추정치를 검출한다. 안정시 심박수 측정(도 11의 처음부터 ①까지로서)에서, 사용자가 사용자단말기(20)를 착용한 상태에서 처음 1분간의 안정상태(Rest상태)에서 심박수 측정한다. 안정상태후, 발크 프로토콜을 이용하여 운동을 행 할때의 심박수를 측정하고 그 심박수가 최대 심박수(220에서 사용자의 나이를 뺀 값)의 85%일 경우 정지하고(도 11의 ②까지로서) 소요시간(T) 측정한다. 소요시간(T)을 바탕으로 VO2max 추정시, 소요시간(T:min)을 획득하여 성별에 따른 다음과 같은 공식에 대입하여 VO2max를 추정한다. 남성의 VO2max = 2.94T + 8.33 여성의 VO2max = 2.74T + 8.05
본 발명에서, 첫째로, Bluetooth를 통한 사용자 인식부분으로 써 운동기구에서 사용자의 인식이 일어나는 부분을 특징으로 볼 수 있다. 이는 현재 사용자가 어디에 위치되어있는 운동기구를 사용하는 지를 실시간 적으로 모니터링이 가능하다. 둘째로는, 사용자가 운동선택 대기 상태에서 프리 운동 모드를 선택했을 때로서, 프리 운동 모드는 사용자에게 타겟 심박 영역대만 설정하여 사용자로 하여금 이를 초과하거나 미만일 경우에 알람만 주는 시스템인 것이 특징이라 할 수 있다. 이 모드에서는 사용자의 개인적인 선호도에 맞추어 사용자 개인이 직접 속도를 제어할 수 있다. 세 번째는 프로그램드 운동모드로서, 이 모드는 타겟 심박수 영역대 설정 후 사용자의 현 심박수를 실시간으로 측정하여, 이 타겟 심박수 영역대에서 운동을 시행하도록 하는 시스템이다. 도 10에서와 같이, 사용자의 현 심박수와 타겟 심박 영역대를 비교하여 초과 및 미만의 결과를 보였을 경우에 실시간적으로 증강 등급 또는 감소 등급(Up/Down grade)으로 운동처방을 수행한다는 것이다. 만약 증강 등급 또는 감소 등급으로 운동처방이 세 번 이상 발생했을 경우 초기에 처방된 운동이 사용자에게 부적절하다고 판단하여 자동적으로 다음 운동처방부터는 증강 등급 또는 감소 등급(Up/Down grade)으로된 운동이 사용자에게 꾸준히 처방되어 진다. 네 번째는 사용자의 타겟 심박수 영역대 설정으로서, 사용자는 운동하기 전 운동능력을 측정하기 위해 특정한 프로토콜을 수행하게 된다. 도 9에서와 같이, 사용자의 선호도에 따라 선택이 가능하다. 만약 사용자가 특정한 운동 프로토콜을 수행하지 않고 자신의 운동능력을 측정하기를 원한다면, 제1 운동능력측정법으로 사용자의 설문지, 기초체력 그리고 병력정보를 통해 사용자의 운동능력(VO2max)를 측정할 수 있다. 그러나 사용자가 더 정확한 운동능력(VO2max) 측정을 원하면, 제1 운동능력측정법으로서, 도 11에서와 같이 발크 프로토콜를 수행 후 사용자의 소요된 시간을 통해 운동능력(VO2max)이 가능하다. 이는 다시 Heart Rate Max와 1:1로 Matching하여 실시간적으로 사용자의 몸 상태를 피드백하여 운동처방의 증강 등급 또는 감소 등급(Up/Down grade)을 결정하게 된다.
20: 사용자 단말기 100: 운동기구 서버 200: 운동기구 300:휘트니스서버 |
