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불균형 자세 예방용 IMU 내장 넥밴드를 이용한 앉은 자세 분류
Classification of Sitting Position by IMU Built in Neckband for Preventing Imbalance Posture 원문보기

재활복지공학회논문지 = Journal of rehabilitation welfare engineering & assistive technology, v.9 no.4, 2015년, pp.285 - 291  

마상용 (인하대학교 전자공학과) ,  심현민 (인하대학교 정보전자공동연구소) ,  이상민 (인하대학교 전자공학과)

초록
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본 논문에서는 IMU(inertial measurement unit)의 데이터를 이용하여 사람의 앉은 자세를 분류하는 알고리즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 IMU의 데이터를 주성분 분석법(principle component analysis: PCA)을 이용하여 특징 벡터를 3개로 축소시켰고, RBF(radial basis function) 커널을 적용한 서포트 벡터 머신(support vector machine: SVM)을 이용하여 자세를 분류하였다. 데이터의 측정을 위하여 건강한 성인 3명을 대상으로 실험을 실시하였고, 데이터의 수집을 위하여 넥밴드 형태의 이어폰에 IMU를 내장한 장치를 개발하여 착용하였다. 피험자는 각각 neutral position, smartphoning, writing의 세 가지 앉은 자세에 대하여 실험을 진행하였다. 실험 결과 제안하는 PCA-SVM 알고리즘은 특징 벡터의 차원을 25%로 축소시키면서도 95%의 신뢰를 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we propose a classification algorithm for postures of sitting person by using IMU(inertial measurement unit). This algorithm uses PCA(principle component analysis) for decreasing the number of feature vectors to three and SVM(support vector machine) with RBF(radial basis function) ker...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 반면 현대인의 대다수가 앉은 자세로 오랜 시간을 보내고 있음에도 불구하고 이에 대한 연구는 진행되지 못했다. 따라서 본 연구에서는 불균형 자세 예방을 위해 가속도 센서의 오차로 정밀도가 감소하는 것을 보정하기 위해 관성센서를 이용하였고, 관성센서가 내장된 넥밴드를 이용하여 자세를 측정할 수 있는 장치를 개발하였다. 이 장치를 이용하여 사무직, 학생들이 많은 시간 동안 유지하는 자세인 정 자세(neutral position), 스마트폰을 사용하는 자세(smartphoning), 글씨를 쓰는 자세(writing) 세 가지 자세의 데이터를 측정하였다.
  • 본 논문에서는 기존의 동적 신체 활동의 분류에 많이 사용되는 IMU를 사용하여 일상에서 많이 취하는 앉은 자세를 분류하는 방법을 제시하였다. 또한 현대인의 생활패턴에서 가장 많은 시간을 차지하는 smartphoning, writing의 자세와 neutralposition을 비교 실험하여 PCA-SVM 알고리즘으로분류함으로서 자세의 분류가 가능함을 확인하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
거북목증후군가 발생하는 이유는? 어른뿐 아니라 어린아이와 노인 전 세대에 걸쳐 정보의 습득, 학업, 업무 등의 목적으로 많은 시간을 책상 앞에 앉아 보내게 되며 대부분의 사람들은 의자에 착석한 후 수 초 이내에 무의식적으로 자세의 변화가 발생한다. 특히, 컴퓨터를 사용하거나 학습을 하는 경우 의도하지 않아도 목을 앞으로 향한 채 구부정한 자세로 오랫동안 앉아있게 되는데 이런 자세는 경추(cervical spine)를 일자 형태로 변형시켜 거북목증후군(forward headposture)을 유발시킨다[1-4].
거북목증후군을 예방하는 방법으로 바르게 앉는 자세란 어떻게 앉는 것인가? 따라서 바르게 앉는 것이 중요한데 바르게 앉은 자세(neutral position)란 사용자의 머리와 목은 옆에서 볼 때 일직선을 이루어야 하고, 어깨는 긴장을 풀어야 한다. 또한 허리는 허벅지와 수직이거나 의자에 약간 기댄 자세이며, 허벅지는 의자에 앉았을 때 바닥과 평행해야 한다. 그리고 무릎은 엉덩이와 같은 높이에 위치하고, 발바닥은 전체가 바닥에 닿아 있어야 한다[8]. 하지만 사용자가 실시간으로 바른 자세에 대해 인식하지 않으면 무의식적으로 자세가 변하기 때문에 바른 자세를 유지시키기는 어렵다.
거북목증후군은 척추에 어떤 영향을 미치는가? 거북목증후군은 척추에 가해지는 부하에 영향을 주는데 인체 역학적 구조상 머리가 전방으로 1inch 씩 전위 될 때마다 척추에 가해지는 하중은 약 10lb 이 증가하게 되며, 이를 지지하기 위해 후 경부의 근육과 연조직들은 신장과 경직이 반복되어 비정상적인 부하가 걸리게 되어 척추 퇴행성 질환을 유발시킬 수 있다. 또한, 이러한 증상은 일상생활에서 눈을 쉽게 피로하게 하고, 집중력 저하 두통 등의 증상을 가져오게 된다[6].
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참고문헌 (24)

  1. J. H. Kang, R. Y. J. Y. Kim, and K. I. Jung, "The effect of the forward head posture on postural balance in long time computer based worker", Annals of rehabilitation medicine, vol. 36, pp. 98-104, 2012. 

  2. D. Falla, G. Jull, T. Russell, B. Vicenzino, and P. Hodges, "Ebffect of Neck Exercise on Sitting Posture in Patients With Chronic Neck Pain", Physical Therapy, vol. 87, no. 4, 2007. 

  3. O. Evans and K. Patterson, "Predictors of neck and shoulder pain in non-secretarial computer users", International Journal of Industrial Ergonomics, vol. 26, no. 3, pp. 357-365, 2000. 

  4. 최승욱, "12주간의 척추교정운동 프로그램이 척추측만 청소년의 신체조성, 체력 및 Cobb각에 미치는 영향", 한국체육과학회지, 제17권, 제3호, pp. 1045-1052, 2008. 

  5. 유승한, "스마트폰 사용 시, 사용자세와 휴식유형 및 작업-휴식 일정이 피로도에 미치는 영향", 한양대학교 석사학위논문, 2012. 

  6. Kapandji, I. A, "The physiology of the Joints", Elsevier Science Health Science div., vol. 3 2008. 

  7. K. Harman, L. cheryl and H. butler, "Effectiveness of an exercise program to improve forward head posture in normal adults: a randomized, controlled 10-week trial", Journal of Manual & Manipulative Therapy, vol. 13, no. 3, pp. 163-176, 2005. 

  8. https://www.osha.gov/SLTC/etools/computerworkstations/positions.html 

  9. 변상필, 장인혁, 박기혁, 손량희, 이원구, "비균형적인 앉은자세 교정을 위한 힘-감지 저항센서 이용 연구", 한국산업응용학회논문집, 제17권, 제4호, 한국산업응용학회, pp. 203-210, 2014. 

  10. 김동현, 장정근, 최선탁, 조위덕, "의자에 앉은 자세에 따른 둔부의 압력 및 척추의 움직임 측정 시스템에 관한 연구", 대한전자공학회 하계종합학술대회발표회논문집, pp. 1547-1549, 2013. 

  11. 김무림, 김현우, 이승환, 조위덕, "가우시안 혼합 배경 모델링을 적용한 컴퓨터 비전기반 앉은 자세 교정 시스템", 한국통신학회 동계종합학술발표회논문집, pp. 25-26, 2010. 

  12. L. Bao, and S. S. Intille, "Activity Recognition from User-Annotated Acceleration Data", In Proceceedings of the 2nd International Conference on Pervasive Computing, pp. 1-17, 2004. 

  13. N. Ravi, N. Dandekar, P. Mysore and M.L. Littman", Activity Recognition from Accelerometer Data", AAAI, vol. 5, pp. 1541-1546, 2005. 

  14. S. Wang, J. Yang, N. Chen and X. Chen, "Human Activity Recognition with User-Free Accelerometers in the Sensor Networks", Neural Networks and Brain, ICNN&B'05, vol. 2, pp. 1212-1217, 2005. 

  15. Y. J. Jung, D. H. Kang, and J. W. Kim, "Upper Body Motion Tracking With Inertial Sensors", IEEE International Conference on, Robotics and Biomimetics (ROBIO), pp. 1746-1751, 2010. 

  16. C. V. Bouten, K. T. Koekkoek, M. Verduin, R. Kodde, and J. D. Janssen", A triaxial accelerometer and portable data processing unit for the assessment of daily physical activity", IEEE Transactions on Bio-Medical Engineering, vol. 44, no. 3, pp. 136-147, 1997. 

  17. 김소연, 박상현, "PCA-SVM 분류기를 이용한 데이터베이스 워크로드의 다중 클래스 분류", 정보과학회논문지, 제38권, 제1호, 한국정보과학회, pp. 1-8, 2011. 

  18. 이호성, 이승룡, "스마트폰과 웨어러블 가속도 센서를 혼합처리한 실시간 행위 및 자세인지 기법", 정보과학회논문지, 제41권, 제8호, 한국정보과학회, pp. 586-597, 2014. 

  19. C. Cortes, V. Vapnik, "Support-vector networks", Machines Learning, vol. 20, no. 3, pp. 273-297, 1995. 

  20. 박혜영, 이관용, "패턴인식과 기계학습", 이한출판사, pp. 275-302, 2011. 

  21. https://www.python.org/ 

  22. http://www.numpy.org/ 

  23. http://scikit-learn.org/ 

  24. http://www.r-project.org/ 

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