KR100310710B1

KR100310710B1 - 다용도자전거주행시스템

Info

Publication number: KR100310710B1
Application number: KR1019980028016A
Authority: KR
Inventors: 김남균
Original assignee: 김남균
Priority date: 1998-07-11
Filing date: 1998-07-11
Publication date: 2008-08-21
Also published as: KR20000008280A

Abstract

본 발명은 다용도 자전거 주행 시스템에 관한 것으로서, 상기 자전거 주행 시스템의 핸들을 각도 조절이 가능하도록 하고, 그 자전거가 좌, 우로 기울어질 수 있도록 구성하며, 사용자에게 가상 공간을 제공하여 사용자가 실제 자전거를 탄 것과 같은 느낌을 가지고 자전거 주행 시스템을 운행할 수 있도록 함으로써, 레저용 으로 이용할 때에는 실제에 더욱 가까운 느낌을 받을 수 있으므로 운동 효과가 증가하며, 재활 훈련용으로 이용할 때에는 안전하게 자전거를 주행하면서, 환자의 모든 움직임(자전거, 운전자)이 저장되어, 훈련 후에 이 자료를 이용할 수 있도록 한 것이다.

Description

다용도 자전거 주행 시스템

본 발명은 다용도 자전거 주행 시스템에 관한 것으로서, 상기 자전거 주행 시스템의 핸들을 각도 조절이 가능하도록 하고, 그 자전거가 좌, 우로 기울어질 수 있도록 구성하며, 사용자에게 가상 공간을 제공하여 사용자가 실제 자전거를 탄 것과 같은 느낌을 가지고 자전거 주행 시스템을 운행할 수 있도록 함으로써, 레저용,또는 장애자의 신체 자세 제어 훈련용으로 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 다용도 자전거 주행 시스템에 관한 것이다.

실내 운동 기구로서 설치된 자전거는, 자전거 차체가 고정 설치되고, 운동 코스 선택에 의해서 페달을 밟는 힘을 조절하기 위한 수단이 포함되어 사용자의 운동량을 조절할 수 있도록 구성된다. 이러한 종래의 실내 운동용 자전거는 핸들을 돌릴 수 없고 차체 전체가 고정되며, 운동 단계 및 코스 별로 페달을 밟는 힘을 달리하면서 운동할 수 있도록 이루어져 있으므로, 단순히 페달을 구르는 동작만 반복하는 방법으로 정상인들의 운동만을 위한, 아주 제한된 장치로 사용되었으며, 반복적인 동작으로 인한 단조로움과 운동 이외의 다른 분야에 대한 이용에 한계가 있었다.

따라서, 본 발명에서는 가상 현실 기술과 좌우로 움직일 수 있는 자전거 장치를 이용하여 단조로운 페달 구르기 동작에서 벗어나 사용자가 실제 자전거를 탄 것과 같은 느낌을 가질 수 있도록 함으로써, 장애인들의 자세 제어 훈련에 이용할수 있으며, 의료용뿐 만 아니라 스포츠 레저용으로도 이용이 가능한 다용도 자전거주행 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명에서 제공하는 다용도 자전거 주행 시스템은, 운동 코스 및 단계 선택에 의해서 페달을 구르는 힘을 달리 하도록 부하를 조절하는 수단이 포함된 고정형 자전거에 있어서, 고정형 자전거의 핸들을 회전 조작할 수 있게 함과 아울러 좌우로 움직일 수 있게 하는 자전거 지지수단이 설치되고, 가상현실 기술을 이용하여 사용자에게 가상 환경을 제공하는 HMD(Head Mounted Display)와, 핸들의 각도 측정을 위한 각도센서, 자전거의 속도를 측정하기 위한 속도센서, 자전거의 3차원 방향 및 위치를 측정하기 위한 3차원 위치/방향 센서 등을 이용하여 자전거의 상태를 측정하는 상태 측정수단과, 사용자가 가상 공간에서 실제로 달리는 것처럼 느끼도록 하기 위해, 상기 상태 측정수단을 통해 측정된 상태정보를 가상 환경에 적용시켜 사용자에게 가상 공간 정보를 제공하는 실사 엔진(Reality engine)인 가상공간 정보 처리부를 포함하여 구성됨에 특징이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 좀 더 상세히 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명에 의한 다용도 자전거 주행 시스템에 대한 블록도이고, 도 2는 본 발명에 의한 다용도 자전거 주행 시스템에 대한 사용 상태도이고, 도 3은 본 발명에 의해 자전거에 설치한 좌우 운동용 스테인레스 지지대의 설계도이고, 도 4는 구현된 가상 공간에 대한 예시도이다.

본 발명은 최근 의학, 건축, 오락, 군사, 레저 등 많은 분야에 이용되어 연구가 진행되고 있는 가상 현실 기술을 이용하여 의학과 레저 등에 이용할 수 있도록 한 다용도 자전거 주행 시스템에 관한 것으로서, 도 1을 참조하면, 본 발명의 다용도 자전거 주행 시스템은 운동 코스 및 단계 선택에 의해서 페달을 구르는 힘을 달리 하도록 부하를 조절하는 수단이 포함된 고정형 자전거에 있어서, 가상현실 기술을 이용하여 사용자에게 가상 환경을 제공하는 HMD(Head Mounted Display)부(200)와, 핸들의 각도 측정을 위한 각도센서, 자전거의 속도를 측정하기 위한 속도센서, 자전거의 3차원 방향 및 위치를 측정하기 위한 3차원 위치/방향 센서등을 이용하여 자전거의 상태를 측정하는 상태 측정수단(300)과, 사용자가 가상 공간에서 실제로 달리는 것처럼 느끼도록 하기 위해, 상기 상태 측정수단(300)을 통해 측정된 상태정보를 가상 환경에 적용시켜 사용자에게 가상 공간 정보를 제공하는 실사엔진(Reality engine)인 가상공간 정보 처리부(100)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 가상 공간 정보 처리부(100)는 CD(Compact Disk)에 저장된 여러 종류의 가상 공간을 상기 자전거 주행 시스템을 사용하는 사용자에게 보여주기 위한 CD 플레이어(CDP: Compact Disk Player)(101)와, 상기 상태 측정 수단(300)에서 아날로그 신호로 전송되는 자전거 주행 시스템의 속도 및 방향 정보를 디지탈 신호로 변환하는 A/D 컨버터(Analog/Digital Convertor)(104)와, 상기 상태 측정 수단(300)에서 자전거 주행 시스템의 속도 및 방향 정보를 저장하고, 그 정보를 가상 공간에 적용하기 위한 처리를 수행하는 데이터 처리/저장 장치(103)와, 상기 CD 플레이어(CDP)(101)를 통해 발생된 가상 공간 정보에, 상기 데이터 처리/저장 장치(103)에 의해 자전거 주행 시스템의 속도 및 방향 정보가 적용된 최종 가상 정보를 사용자에게 보여주기 위해 그래픽 처리를 수행하는 그래픽 보드(102)로 구성되며,상기 HMD(200)부는 상기 가상 공간 정보 처리부(100)에서 발생된 RGB 신호 형태의 가상 정보를 NTSC 신호로 변경하는 RGB/NTSC 컨버터(201)와, 상기 자전거 주행 시스템을 운행하는 사용자가 머리에 부착하며, NTSC 신호 형태의 가상 공간 정보를 사용자에게 보여주는 HMD(Head Mounted Display)(202)로 구성된다.

한편, 상기 상태 측정 수단(300)은 사용자가 고개를 돌리거나 시선을 이동할 경우 가상 공간에서도 같은 방향으로 화면이 이동되도록 하기 위해, 상기 사용자의 시선이 이동되는 것을 감지하여, 상기 가상 공간 정보 처리부(100)로 전송하는 3차원 위치/방향 측정 센서(301)와, 사용자가 자전거 주행 시스템의 핸들을 조작할 경우, 그 각도를 감지하여 상기 가상 공간 정보 처리부(100)로 전송하는 핸들 각도 감지부(302)와, 상기 자전거 주행 시스템의 뒷바퀴에 부착되어, 사용자가 페달을 구르는 힘에 의해 자전거의 속도를 감지하여 상기 가상 공간 정보 처리부(100)로 전송하는 속도 센서(303)로 구성된다.

이러한 자전거 주행 시스템의 사용 상태도가 도 2에 나타나 있으며, 도 2를참조하면, 본 발명의 자전거 주행 시스템은 고정형 자전거의 핸들을 회전 조작할 수 있게 함과 아울러 좌우로 움직일 수 있게 하는 자전거 지지수단이 설치되는데,상기지지수단은 상기 자전거 주행 시스템의 핸들을 각도 조절이 가능하도록 하기 위해, 자전거의 앞바퀴를 밑면에서 고정시키는 회전판(300)과, 상기 자전거 주행 시스템이 좌, 우로 기울어질 수 있도록 하기 위해, 자전거의 뒷바퀴를 지지하도록 스테인레스 재질로 이루어진 호 형태의 지지대(400)로 구성된다. 이 때, 상기 지지대(400)는 주행 시스템이 완전히 넘어지는 것을 방지하기 위해, 사용자의 무게 중심보다 곡률 반경을 크게 구성하여 안전성을 고려하였다.

한편, 상기 지지 수단은 상기 회전판(300)과 지지대(400)의 높낮이를 각각 조절하여 자전거가 앞, 뒤로 기울어질 수 있도록 하기 위해, 상기 회전판(300)과 지지대(400)의 하부에 상기 회전판(300)과 지지대(400)의 평형을 조절할 수 있는 수단을 더 포함하여, 자전거가 앞, 뒤로 기울어질 수 있도록 함으로써, 실제감을 한층 고조시킬 수 있다.

상기 지지대(400)의 상세도가 도 3에 나타나 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 상기 CDP(101)에서 도 4에 나타난 것과 같이, CD에 저장된 시골길이나, 산책로 등 여러 가지 종류의 가상 공간 정보를 플레이(play)하면, 그래픽 보드(102)에서는 상기 가상 공간 정보를 상기 HMD(202)에 표시하기 위한 처리를 하여, HMD(202)로 전송하고, 사용자는 상기 HMD(202)를 통해가상 공간을 보며, 자전거의 페달을 구르고, 원하는 방향으로 핸들을 돌리면서, 상기 가상 공간에서 자전거를 주행한다.

그러면, 상기 상태 측정 수단(300)에 설치된 상기 3차원 위치/방향 측정 센서(301), 핸들 각도 감지부(302) 및 속도 센서(303)는 사용자가 자전거의 핸들을 돌리는 각도, 페달을 구르는 힘에 의한 자전거의 속도 및 사용자의 시선 이동에 따른 정보 등을 측정하여, 상기 가상 공간 처리부(100)로 전송하고, 상기 데이터 처리/저장 장치(103)는 그 정보를 이용하여, 변화된 가상 공간을 사용자에게 연속적 으로 제공한다.

상기와 같은 다용도 자전거 주행 시스템은 재활 훈련용 또는 레저용으로 사용될 수 있는데, 이러한 자전거 주행 시스템의 실시예가 다음에 나타나 있다.

(실시 예)

① 각종 센서가 부착된 자전거에 사용자는 HMD를 착용하고 앉아 페달을 구른다. 그러면, HMD의 화면이 앞으로 진행하게 되고 핸들의 방향에 따라 자전거의 진행 방향도 변하게 된다.

② 자전거의 페달을 구르는 힘에 따라 빠르기가 조절이 된다.

③ 사용자가 고개를 돌려 옆을 보면 자전거는 앞으로 진행하면서 화면은 사용자가 바로 보는 쪽으로 된다.

④ 회전을 하기 위해서 핸들을 돌리면 그로 인해 자전거도 좌측이나 우측으로 기울어지게 된다.

⑤ 사용자는 CD 형태로 되어 있는 여러 가지 환경, 즉, 시골길이나 산책로 등 원하는 CD로 교환하여 자기가 원하는 가상 공간에서 자전거로 타고 다니면서 자연스럽게 운동을 한다.

상기와 같은 본 발명은 크게, 레저용과 재활 훈련용으로 사용할 수 있는데,레저용으로 이용할 때에는, 단순한 동작 이외에 가상 공간에서 팩을 교환함으로써,시골길이나 오솔길 등을 달릴 수 있으므로 지루하지 않게 운동을 할 수 있을 뿐만 아니라 자전거가 고정되어 있지 않고 좌우로 움직일 수 있기 때문에 실제에 더욱 가까운 느낌을 받을 수 있으므로 운동 효과가 증가한다는 장점이 있으며, 재활 훈련용으로 이용할 때에는 안전하게 자전거를 타면서 시각, 전정 기관, 체성감각 등을 자극시킴으로써 장애자의 신체 자세 제어 훈련에 많은 효과를 가져을 수 있으며, 모든 움직임(자전거, 운전자)을 컴퓨터에 저장시킬 수 있으므로 훈련 후에 이 자료를 이용할 수 있어 매우 효율적인 재활 훈련 장치가 될 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 다용도 자전거 주행 시스템에 대한 블록도,

도 2는 본 발명에 의한 다용도 자전거 주행 시스템에 대한 사용 상태도,

도 3은 본 발명에 의해 자전거에 설치한 좌우 운동용 스테인레스 지지대의 설계도,

도 4는 구현된 가상 공간에 대한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 가상 공간 정보 처리부 101 : CDP

102 : 그래픽 보드 103 : 데이터 처리/저장 장치

104 : A/D 컨버터 200 : 주행 정보 처리부

201 : RGB/NTSC 컨버터 202 : HMD

203 : 3차원 위치/방향 측정 센서 204 : 핸들 각도 감지부

205 : 속도 센서 300 : 회전판

400 : 지지대

Claims

운동 코스 및 단계 선택에 의해서 페달을 구르는 힘을 달리 하도록 부하를 조절하는 수단이 포함된 고정형 자전거 주행 시스템에 있어서,

상기 자전거 주행 시스템의 핸들을 각도 조절이 가능하도록 하기 위해, 자전거의 앞바퀴를 밑면에서 고정시키는 회전판과, 상기 자전거 주행 시스템이 좌, 우로 기울어질 수 있도록 하기 위해, 자전거의 뒷바퀴를 지지하도록 스텐인레스 재질로 이루어지고, 승차한 사람의 무게 중심보다 곡률 반경을 크게 하는 호 형태의 지지대로 구성된 지지수단과;

가상현실 기술을 이용하여 사용자에게 가상 환경을 제공하는 HMD(Head Mounted Display)와,

사용자가 고개를 돌리거나 시선을 이동할 경우 가상 공간에서도 같은 방향으로 화면이 이동되도록 하기 위해, 상기 사용자의 시선이 이동되는 것을 감지하는 3차원 위치/방향 측정 센서와, 사용자가 자전거 주행 시스템의 핸들을 조작할 경우,그 각도를 감지하는 핸들 각도 감지부와, 상기 자전거 주행 시스템의 뒷바퀴에 부착되어, 사용자가 페달을 구르는 힘에 의해 자전거의 속도를 감지하는 속도 센서로이루어져 자전거의 상태를 측정하는 상태 측정수단과;

사용자가 가상 공간에서 실제로 달리는 것처럼 느끼도록 하기 위해, 상기 상태 측정수단을 통해 측정된 상태정보를 가상 환경에 적용시켜 사용자에게 가상 공간 정보를 제공하는 실사 엔진(Reality engine)인 가상공간 정보 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다용도 자전거 주행 시스템.