KR100484226B1 - 런닝 머신 제어방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 런닝 머신이 순간적인 부하 변동에 무관하게 모터를 제어함에 따라 불규칙적인 움직임이 나타나게 되어 운동 효율이 떨어지고 사용자의 안전에 위협이 되는 문제점이 있기 때문에,

입력된 운동 속도에 따라 런닝 머신이 구동되는 제1단계와, 런닝 머신의 구동에 따른 현재 운동 속도를 연산한 후 현재 운동 속도와 입력된 운동 속도를 비교하고 운동속도를 보정하는 제2단계와, 런닝 머신의 구동에 따른 현재의 전류값을 검출하여 검출된 전류값과 기준값을 비교하고 모터로 공급되는 전류값을 보정하여 모터의 토크를 변화시키는 제3단계와, 운동 완료 신호의 입력이 입력되면 모터를 정지시키고 그렇지 않으면 운동 속도 입력값의 변화를 확인하는 제4단계와, 상기 제4단계에서 운동 입력값이 변화되면 제1단계로 피드 백 하고, 운동 입력값이 변화되면 제2단계로 피드 백 하는 제5단계를 포함함으로써,

모터의 회전 속도와 전류를 검출하여 피드 백 제어를 수행함으로써 사용자의 몸무게에 관계없이 안전한 운동을 할 수 있도록 하는 런닝 머신 제어방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

런닝 머신 제어방법 및 장치{ The method of control for running machine and the apparatus of the same }

본 발명은 실내 운동기구로 사용되는 런닝 머신(Running Machine)을 제어하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 모터의 회전 속도와 전류를 검출하여 사용자가 입력한 운동속도 및 필요 토크가 얻어지도록 피드 백 제어를 수행함으로써 사용자의 몸무게에 관계없이 안전한 운동을 할 수 있도록 하는 런닝 머신 제어방법 및 장치에 관한 것이다.

런닝 머신은 실내의 좁은 공간에서 사용자가 안전하게 운동할 수 있도록 하는 장치로 사용자의 연령층이 다양하고, 체력관리나 비만관리를 목적으로 사용하는 경우가 많아 몸무게가 많이 나가는 사용자부터 날씬한 사용자까지 매우 폭 넓은 사용자층을 가지고 있다.

그런데, 몸무게가 많이 나가는 사용자가 사용할 경우 워킹 벨트의 속도가 불규칙하게 변하는 일이 발생되고, 저속에서는 구동 토크의 부족으로 인하여 워킹 벨트가 멈추었다가 갑자기 빠르게 움직이는 등 안전상의 문제가 발생되고 있다. 즉, 워킹 벨트의 속도 변화 및 멈춤 후 가속 진행 등으로 인하여 운동의 효율이 저하되고 안전도가 낮아 사용자가 다치게 되는 것이다.

일반적인 런닝 머신 제어구조는 도 1에 도시된 바와 같이 사용자의 지시 입력 및 현재의 운동 상태 표시를 위한 컨트롤 패널(11)과, 사용자의 지시에 따라 워킹 벨트를 움직이기 위한 구동력을 발생시키는 모터(10)와, 전원공급부(12)에서 공급된 전원을 이용하여 상기 모터(10)의 회전 속도 및 토크를 변화시키는 모터 구동부(13)와, 상기 컨트롤 패널(11)을 통해 입력된 사용자의 지시에 따라 상기 모터 구동부(13)에 제어 신호를 전송함과 더불어 상기 컨트롤 패널(11)을 제어하는 마이크로 프로세서(15)를 포함하고 있다.

상기와 같이 구성된 종래 기술의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

전원이 인가되면 전원공급부(12)에서 인가전원을 정류하여 제어시스템에 전원을 공급한다. 전원이 공급되면 마이크로 프로세서(15)가 컨트롤 패널(11)에 런닝 머신의 상태 및 사용자의 상태를 표시하게 되고, 상기 컨트롤 패널(11)로부터 사용자의 속도 설정치와 운동 패턴 등의 명령을 입력받을 준비를 한다. 사용자가 속도 설정치와 운동 패턴을 입력하면, 마이크로 프로세서(15)는 사용자의 명령에 맞게 모터(10)를 구동시킨다. 이때, 마이크로 프로세서(15)는 모터 구동부(13)를 통해 모터(10)를 구동시키게 되는데, 모터(10)의 회전 속도 및 구동 토크는 상기 모터 구동부(13)에서 결정된다. 따라서, 워킹 벨트가 사용자의 속도 설정치에 따라 움직이게 되고, 사용자는 워킹 벨트 위에서 운동을 하게 된다.

그런데, 상기한 종래의 런닝 머신 제어구조는 속도 및 토크에 대한 피드 백(feed-back)이 없이 오픈 루프 시스템(open loop system)을 적용하고 있으므로 사용자가 뛰는 순간에 변화되는 부하의 크기를 알 수 없다. 따라서, 워킹 벨트의 속도가 불규칙하게 변하는 경우가 발생되기도 하고, 저속 상태에서 토크 부족으로 인하여 멈춰 있다가 갑자기 빠른 속도로 움직이는 등 운동의 효율을 떨어뜨리는 일이 발생되고 있다. 이를 방지하기 위하여 저속에서의 토크가 향상되도록 모터의 마력수를 높이는 방안이 적용되고 있으나, 모터의 마력수가 증가되는 경우 소모되는 전력의 양이 기하 급수적으로 증가되는 단점이 있다.

다시 말해서, 종래의 런닝 머신 제어구조는 순간적으로 변화되는 부하의 변동을 감안하지 않고 모터를 제어하게 되므로 불규칙적인 움직임이 나타나게 되어 운동 효율이 떨어지고 사용자의 안전에 위협이 될 뿐 아니라 저속에서의 고 토크를 얻기 위한 모터 마력수 증가가 전력 소비량을 증대시키게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 런닝 벨트의 속도 및 토크를 검지하여 모터의 구동 속도를 변화시키는 피드 백 제어를 통하여 실제 사용자의 부하에 맞춰 보다 안정적인 운동을 할 수 있도록 한 런닝 머신 제어방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 입력된 운동 속도에 따라 런닝 머신이 구동되는 제1단계와, 런닝 머신의 구동에 따른 현재 운동 속도를 연산한 후 현재 운동 속도와 입력된 운동 속도를 비교하고 모터의 회전속도를 변화시켜 운동속도를 보정하는 제2단계와, 운동 완료 신호의 입력이 입력되면 모터를 정지시키고 그렇지 않으면 운동 속도 입력값의 변화를 확인하는 제3단계와, 상기 제3단계에서 운동 입력값이 변화되면 제1단계로 피드 백 하고, 운동 입력값이 변화되면 제2단계로 피드 백 하는 제4단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

또, 입력된 운동 속도에 따라 런닝 머신이 구동되는 제1단계와, 런닝 머신의 구동에 따른 현재의 전류값을 검출한 다음 검출된 전류값과 기준값을 비교하고 모터로 공급되는 전류값을 보정하여 모터의 토크를 변화시키는 제2단계와, 운동 완료 신호의 입력이 입력되면 모터를 정지시키고 그렇지 않으면 운동 속도 입력값의 변화를 확인하는 제3단계와, 상기 제3단계에서 운동 입력값이 변화되면 제1단계로 피드 백 하고, 운동 입력값이 변화되면 제2단계로 피드 백 하는 제4단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

또한, 입력된 운동 속도에 따라 AC 모터가 구동되어 런닝 머신이 구동되는 제1단계와, 런닝 머신의 구동에 따른 현재 운동 속도를 연산한 후 현재 운동 속도와 입력된 운동 속도를 비교하고 AC 모터의 회전속도를 변화시켜 운동속도를 보정하는 제2단계와, 런닝 머신의 구동에 따른 현재의 전류값을 검출한 다음 검출된 전류값과 기준값을 비교하고 AC 모터로 공급되는 전류값을 보정하여 AC 모터의 토크를 변화시키는 제3단계와, 운동 완료 신호가 입력되면 AC 모터를 정지시키고 그렇지 않으면 운동 속도 입력값의 변화를 확인하는 제4단계와, 상기 제4단계에서 운동 입력값이 변화되면 제1단계로 피드 백 하고, 운동 입력값이 변화되면 제2단계로 피드 백 하는 제5단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

상기한 방법을 적용할 수 있는 본 발명의 런닝 머신 제어장치는 런닝 머신을 작동시키는 AC 모터와, 상기 AC 모터에 전원을 공급하는 전원공급부와, 상기 전원공급부에서 공급된 전원을 DC로 전환시키는 정류부와, 상기 정류부의 DC 전압을 검출하여 마이크로 프로세서로 전송하는 전압검출부와, 상기 마이크로 프로세서로 제어명령을 전송함과 동시에 그 결과를 나타내는 컨트롤 패널과, 상기 컨트롤 패널을 통해 입력된 제어명령 및 DC 전압에 따라 상기 AC 모터가 적절한 속도로 회전되도록 제어하는 구동제어부와, 상기 구동제어부에서 AC 모터로 공급되는 전원의 전류 세기를 검출하여 상기 마이크로 프로세서로 전송하는 전류감지수단을 포함한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 런닝 머신 제어방법은 도 2에 도시된 바와 같이 입력된 운동 속도에 따라 런닝 머신이 구동되는 제1단계와, 런닝 머신의 구동에 따른 현재 운동 속도를 연산한 후 현재 운동 속도와 입력된 운동 속도를 비교하고 모터의 회전속도를 변화시켜 운동속도를 보정하는 제2단계와, 런닝 머신의 구동에 따른 현재의 전류값을 검출한 다음 검출된 전류값과 기준값을 비교하고 모터로 공급되는 전류값을 보정하여 모터의 토크를 변화시키는 제3단계와, 운동 완료 신호의 입력이 입력되면 모터를 정지시키고 그렇지 않으면 운동 속도 입력값의 변화를 확인하는 제4단계와, 상기 제4단계에서 운동 입력값이 변화되면 제1단계로 피드 백 하고, 운동 입력값이 변화되면 제2단계로 피드 백 하는 제5단계를 포함한다.

상기 제 3단계와 제 4단계는 반드시 시행되어야 하는 것은 아니고, 둘 중에서 어느 하나만이 선택적으로 사용될 수도 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 런닝 머신 제어방법은 런닝 머신의 작동시 현재 운동 속도 또는 전류값을 검출하여 피드 백 제어를 함으로써 운동하는 실 사용자에 맞게 런닝 머신을 제어할 수 있도록 한다.

사용자가 컨트롤 패널을 통해 운동속도를 입력하면 마이크로 프로세서에 의해 모터가 구동되어 입력된 운동 속도로 런닝 머신이 구동된다. 런닝 머신이 구동되면 워킹 벨트의 회전 속도를 검지하여 현재 운동 속도를 연산하고, 현재 운동 속도와 입력된 운동 속도를 비교한다. 양자의 속도가 일치되면 현 상태로 제어를 계속하고, 일치하지 않으면 모터의 회전속도를 변화시켜 운동 속도를 보정하고 제어를 계속한다.

운동 속도의 보정이 완료되면 현재 모터의 구동 전류값을 검출한 후, 기준값과 비교하여 검출된 전류값이 기준값과 다를 경우 전류값을 보정한다. 여기서 기준값은 모터의 회전속도에 따라 요구되는 전류값으로서, 검출된 전류값이 기준값보다 적을 경우 필요한 토크를 얻을 수 없게 된다. 따라서, 검출된 전류값이 기준값보다 적으면 전류값이 커지도록 모터로 공급되는 전압을 높여 주어야 한다.

이와 같이 운동속도 보정 및 전류값 보정이 완료되면 운동의 지속 여부를 확인한다. 운동 완료 명령이 입력되면 런닝 머신에 대한 제어를 종료하고, 그렇지 않으면 새로운 운동 속도의 입력이 있는지 확인한다. 새로운 운동 속도의 입력이 있다면 새로운 운동 속도에 따라 상기한 과정을 반복하고, 새로운 운동 속도의 입력이 없을 경우에는 워킹 벨트의 회전 속도를 검출하는 과정부터 반복한다.

결국, 운동 시작 이후부터 운동이 끝날 때까지 입력되는 운동 속도의 변화를 살펴가면서 실제 운동속도와 전류값을 검출하여 피드 백 제어를 실시하는 것이다. 따라서, 실제 사용자의 부하 및 입력된 운동 속도에 따라 모터의 구동력을 제어할 수 있게 되며, 규칙적인 운동을 통해 보다 안정성 있게 운동할 수 있게 된다.

또, 본 발명의 런닝 머신 제어장치는 도 3에 도시된 바와 같이 런닝 머신을 작동시키는 AC 모터(60)와, 상기 AC 모터(60)에 전원을 공급하는 전원공급부(51)와, 상기 전원공급부(51)에서 공급된 전원을 DC로 전환시키는 정류부(52)와, 상기 정류부(52)의 DC 전압을 검출하여 마이크로 프로세서(50)로 전송하는 전압검출부(53)와, 상기 마이크로 프로세서(50)로 제어명령을 전송함과 동시에 그 결과를 나타내는 컨트롤 패널(54)과, 상기 컨트롤 패널(54)을 통해 입력된 제어명령 및 DC 전압에 따라 상기 AC 모터(60)가 적절한 속도로 회전되도록 제어하는 구동제어부(58)와, 상기 구동제어부(58)에서 AC 모터(60)로 공급되는 전원의 전류 세기를 검출하여 상기 마이크로 프로세서(50)로 전송하는 전류검출부(55)와, 상기 AC 모터(60)의 일측에 설치된 엔코더(56)를 이용하여 AC 모터(60)의 회전속도를 감지하는 속도 검출부(57)를 포함한다.

상기 구동제어부(58)는 상기 마이크로 프로세서(50)의 제어명령에 따라 일정한 파형을 발생시키는 파형 발생기(58a)와, 베이스 드라이브(58b)를 통해 전달받은 파형을 이용하여 상기 정류부(52)에서 공급된 DC 전원을 AC 전원으로 바꾸어 상기 AC 모터(60)로 공급하는 인버터(58c)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 런닝 머신의 제어장치를 이용하면 상기한 제어방법을 실시할 수 있다.

런닝 머신을 구동시키면 전원공급부(51)에서 전원이 인가되고, 인가된 전원을 정류부(52)에서 정류하여 구동제어부(58)로 보내게 된다. 이때, 정류된 DC 전원의 전압을 전압 검출부(53)가 검지하여 마이크로 프로세서(50)로 전달한다. 또한, 컨트롤 패널(54)을 통해 입력된 사용자의 운동 속도 및 운동 패턴과 같은 명령 역시 마이크로 프로세서(50)로 전달된다.

마이크로 프로세서(50)는 컨트롤 패널(54)을 통해 입력된 명령과 상기 전압 검출부(53)에서 검지된 전압을 이용하여 구동제어부(58)에 명령을 전송한다. 구동제어부(58)에서는 마이크로 프로세서(50)에서 입력된 명령에 따라 파형 발생기(58a)가 파형을 생성하게 되는 바, 이 파형이 베이스 드라이브(58b)를 통해 인버터(58c)로 전달된다. 인버터(58c)는 상기 정류부(52)에서 공급된 DC 전원과 상기 베이스 드라이브(58b)를 통해 전달된 파형 발생기(58a)의 파형에 따라 DC 전원을 다시 AC 전원으로 전환시켜 AC 모터(60)로 공급함으로써 AC 모터(60)가 구동되도록 한다.

이때, 속도 검출부(57)는 엔코더(56)를 통해 AC 모터(60)의 회전 속도를 검출하여 상기 마이크로 프로세서(50)로 전송함으로써 AC 모터(60)의 회전 속도를 피드 백 제어할 수 있게 한다. 따라서, AC 모터(60)의 회전 속도를 변경하여 운동 속도를 보정할 수 있게 된다. 또한, 전류 검출부(55)는 AC 모터(60)로 공급되는 전원의 전류를 검출하여 상기 마이크로 프로세서(50)로 전송함으로써 AC 모터(60)에 공급되는 전원을 피드 백 제어할 수 있게 한다. 따라서, AC 모터(60)의 구동에 따른 토크를 변경할 수 있으며, 이는 운동 속도가 불규칙해지는 것을 방지하게 된다.

이와 같이, 본 발명의 런닝 머신의 제어방법 및 장치는 런닝 머신 모터의 회전 속도 및 구동 전류값을 피드백 제어하여 운동 속도를 정속으로 유지시키고 토크 저하를 방지하여 운동의 안정성을 확보함으로써 사용자의 부상을 방지하고 운동 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 이점이 있다.

도 1은 일반적인 런닝 머신의 제어 구조가 개략적으로 도시된 블록도,

도 2는 본 발명에 의한 런닝 머신 제어방법이 도시된 순서도,

도 3은 본 발명에 의한 런닝 머신 제어장치가 도시된 블록도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

50 : 마이크로 프로세서 51 : 전원공급부

52 : 정류부 53 : 전압검출부

54 : 컨트롤 패널 55 : 전류검출부

56 : 엔코더 57 : 속도 검출부

58 : 구동제어부 58a : 파형 발생기

58b : 베이스 드라이브 58c : 인버터

60 : AC 모터

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 입력된 운동 속도에 따라 AC 모터가 구동되어 런닝 머신이 구동되는 제1단계와,

   런닝 머신의 구동에 따른 현재 운동 속도를 연산한 후 현재 운동 속도와 입력된 운동 속도를 비교하고 AC 모터의 회전속도를 변화시켜 운동속도를 보정하는 제2단계와,

   런닝 머신의 구동에 따른 현재의 전류값을 검출한 다음 검출된 전류값과 기준값을 비교하고 AC 모터로 공급되는 전류값을 보정하여 AC 모터의 토크를 변화시키는 제3단계와,

   운동 완료 신호가 입력되면 AC 모터를 정지시키고 그렇지 않으면 운동 속도 입력값의 변화를 확인하는 제4단계와,

   상기 제4단계에서 운동 입력값이 변화되면 제1단계로 피드 백 하고, 운동 입력값이 변화되면 제2단계로 피드 백 하는 제5단계를 포함한 것을 특징으로 하는 런닝 머신 제어방법.
4. 런닝 머신을 작동시키는 AC 모터와, 상기 AC 모터에 전원을 공급하는 전원공급부와, 상기 전원공급부에서 공급된 전원을 DC로 전환시키는 정류부와, 상기 정류부의 DC 전압을 검출하여 마이크로 프로세서로 전송하는 전압검출부와, 상기 마이크로 프로세서로 제어명령을 전송함과 동시에 그 결과를 나타내는 컨트롤 패널과, 상기 컨트롤 패널을 통해 입력된 제어명령 및 DC 전압에 따라 상기 AC 모터가 적절한 속도로 회전되도록 제어하는 구동제어부와, 상기 구동제어부에서 AC 모터로 공급되는 전원의 전류 세기를 검출하여 상기 마이크로 프로세서로 전송하는 전류감지수단과, 상기 AC 모터의 일측에 설치된 엔코더를 이용하여 AC 모터의 회전속도를 감지하는 속도 검출부를 포함한 것을 특징으로 하는 런닝 머신 제어장치.
5. 삭제
6. 제 4항에 있어서,

   상기 구동제어부는 상기 마이크로 프로세서의 제어명령에 따라 일정한 파형을 발생시키는 파형 발생기와, 베이스 드라이브를 통해 전달받은 파형을 이용하여 상기 정류부에서 공급된 DC 전원을 AC 전원으로 바꾸어 상기 AC 모터로 공급하는 인버터로 구성된 것을 특징으로 하는 런닝 머신 제어장치.