펜타코어 - 허리업! 자세교정꽃

프로젝트 소개

프로젝트 명

허리업! 자세교정꽃 압력센서와 가속도계를 이용한 자발적 자세교정 시스템

프로젝트 기간

2020.3.16~2020.6.22

팀 소개

서울시립대학교 기계정보공학과 20154300** 표** (팀장)
서울시립대학교 기계정보공학과 20154300** 고**
서울시립대학교 기계정보공학과 20154300** 백**
서울시립대학교 기계정보공학과 20154300** 이**
서울시립대학교 기계정보공학과 20174300** 강**

프로젝트 개요

프로젝트 요약

압력센서와 가속도 센서를 통한 자세판단을 바탕으로 화분의 로봇 꽃을 제어해 사용자에게 피드백을 제공하는 자발적 자세교정 시스템을 제작한다. 등받이에 부착된 가속도 센서를 통해 전체적인 자세를 판단하고, 사용자가 잘못된 자세를 취할 시 화분의 꽃 로봇이 잘못된 자세를 모방하는 움직임을 표현하여 사용자가 인지하도록 한다.

프로젝트의 배경

현대인들은 학업, 업무 등으로 인해 책상에 앉아 있는 시간이 점점 길어지고 있고, 이와 관련된 질환들로 내원하는 빈도가 빠르게 증가하고 있다. 이러한 통계를 뒷받침하듯 다양한 자세교정 제품들이 시중에 출시되었으며, 이들의 공통적인 특징은 물리적으로 사용자의 행동을 제약하여 올바른 자세를 유도한다는 것이다. 그러나 많은 소비자 설문에 의하면 자발적인 자세 유지가 이루어지지 않을 시 사용자의 불편함을 초래할 수 있으며, 자세교정을 위한 물리적인 피드백(진동, 움직임 제약 등)에 대한 부정적인 반응이 두드러지게 나타나는 경향을 보인다. 또한, 좋은 자세는 어떤 기구에 의해 유지되어야 하는 것이 아니므로, 사용자의 자발적인 자세교정을 유도하는 새로운 방식의 자세교정 시스템이 좋은 자세 습관 형성에 기여할 것으로 예상한다.

바르지 못한 자세습관.

프로젝트의 배경 및 기대효과

본 시스템의 목적은 사용자의 자발적인 자세 교정과 좋은 자세 습관의 확립이며, 큰 불편함 없이 자세 교정기구를 사용할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 애플리케이션의 인터페이스를 통해 자신의 자세 점수, 경향을 직관적으로 파악할 수 있어 간편한 자세 모니터링이 가능하다. 추후 누적된 데이터를 통해 사용자의 자세 습관을 파악하여 적절한 피드백을 제공하는 기능을 추가한다면 자세 습관 개선에 큰 도움이 될 것이다.

동작 시나리오

시스템 작동 시나리오

전체 시스템의 동작은 의자에서 변화하는 사용자 자세 데이터를 입력받아 저장하면 화분 모듈이 의자 모듈의 서버에서 데이터를 불러오고, 데이터에 기록된 자세 모드에 따라 애플리케이션 내의 Background Process로 꽃을 실시간으로 작동시킨다. 구체적인 시나리오로는 사용자가 의자와 화분 모듈에 전원을 인가하고, 화분의 디스플레이에 표시된 ‘측정하기’, ‘이어하기’ 두 버튼을 통해 자세 판단 및 피드백 기능을 실행할 수 있다. 사용자는 실시간으로 변화하는 자세에 대한 꽃의 피드백을 2초 단위로 받을 수 있으며, 앉아 있는 시간 동안 데이터는 계속해서 누적되어 의자 사용 시간, 자세 점수 등을 확인할 수 있다. 사용 종료를 위해서는 ‘오늘은 여기까지’ 버튼을 통해 시스템을 종료하여 자세 점수 측정을 중단할 수 있다.

구현 내용

역할분담

표** [팀장]
프로젝트 진행 상황을 총괄하며 자재 관리 및 팀 구성원간 역할분담과 조율 및 실험을 수행하였고, 회로도 구성 및 프로젝트 진행 과정에서 필요한 서식 문서들의 작성과 검토, 최종 승인까지 담당하여 팀의 중추를 담당하였다.

고** [화분 제작 및 서보모터 제어 담당]
허리 업! 시스템의 유일한 구동부인 서보모터를 통한 꽃 제어를 담당하였고, 다양한 메커니즘으로 꽃의 움직임을 실험, 관찰하여 시스템에 적합한 구조를 설계하였다. 또한, 블록을 이용해 화분을 제작하여 터치 디스플레이와 라즈베리파이, 서보모터가 모두 내장되며 심미성과 내구성을 갖춘 화분을 제작하였다.

백** [서버 구축 및 통신 시스템 담당]
의자 모듈의 라즈베리파이로 서버를 구축하여 화분 모듈이 실시간으로 데이터를 읽어와 꽃을 구동시킬 수 있도록 하였고, 추가적으로 압력 센서 배치를 위한 민감도 최적화를 수행하여 자세 판단 정확도를 크게 향상시켰다.

이** [안드로이드 애플리케이션 개발]
안드로이드 Things를 기반으로 작동할 수 있는 애플리케이션을 중점적으로 개발하였다. 애플리케이션의 UI 디자인과 통계 기능들을 효과적으로 수행할 수 있도록 프로그램을 설계하였으며, 사용자 편의성과 사용의 지속성을 위한 심미성을 확보하였다.

강** [실험 계획 및 하드웨어 제작 담당]
초기 설계 단계에서 의자의 압력 분포를 확인하기 위한 실험 계획 및 수행, 데이터 해석과 의자 모듈 제작을 담당하였다. 자세 판단 코드를 작성하였으며 사용자의 정확한 자세를 판단하기위한 기준 체계를 확립하였다.

개발 일정

개발 일정

시스템 구성

전체 시스템 구성도

전체 시스템은 크게 의자 모듈과 화분 모듈로 구분할 수 있고, 구체적인 구성은 다음 그림과 같다. 각 모듈에 라즈베리파이가 내장되어 데이터 처리 및 통신, 제어 기능을 수행한다. 보조 의자에서는 사용자 환경에 맞게 설정된 기준에 따라 센서에서 입력된 데이터를 바탕으로 자세를 판단하며, 사용자의 자세가 바르지 않은 경우 화분 모듈의 꽃을 제어해 잘못된 자세를 모방함으로써 올바른 자세로 고칠 수 있도록 유도한다.

프로젝트 결과

최종 결과물

결과물 사진 혹은 시연 영상 등