KR100789211B1 - 위치 센서를 구비한 수직 진동형 운동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수직 진동형 운동 장치의 진동판에 광을 조사하고, 진동판으로부터 반사된 광량에 근거하여 진동판의 위치를 검출하는 위치 센서를 구비한 수직 진동형 운동 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 위치 센서를 구비한 수직 진동형 운동 장치는 진동판과, 상기 진동판을 진동시키는 구동부와, 상기 진동판의 위치 정보를 검출하는 위치 센서와, 상기 위치 정보에 근거하여 상기 구동부 구동 전류를 인가하는 제어 장치를 포함하되, 상기 위치 센서는 발광부 및 수광부를 구비하고, 상기 발광부는 상기 진동판에 광을 조사하고, 상기 수광부는 상기 진동판으로부터 반사된 광량을 측정하고, 상기 측정된 광량에 따라 상기 위치 정보를 검출한다.

수직 진동형 운동 장치, 위치 센서

Description

위치 센서를 구비한 수직 진동형 운동 장치{VERTICALLY VIBRATING APPARATUS FOR EXERCISE HAVING POSITION SENSOR}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 센서를 구비한 수직 진동형 운동 장치의 개략 구성을 도시한 도면.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 사용되는 위치 센서의 세부 구성을 도시한 도면.

도 2b는 본 발명의 일 실시예에 사용되는 위치 센서의 출력과 거리와의 관계를 도시한 도면,

도 3은 종래의 수직 진동형 운동 장치를 도시한 도면.

도면의 주요부에 대한 설명

10 : 진동판 12 : 발광부

14 : 수광부 20 : 위치 센서

30 : 제어 장치 40 : 구동부

본 발명은 위치 센서를 구비한 수직 진동형 운동 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 수직 진동형 운동 장치의 진동판에 광을 조사하고, 진동판으로부터 반사된 광량에 근거하여 진동판의 위치를 검출하는 위치 센서를 구비한 수직 진동형 운동 장치에 관한 것이다.

최근 칼로리 높은 음식을 섭취하는 양이 늘어나면서 비만 인구가 지속적으로 증가하고 있다. 비만은 심장병, 고혈압, 당뇨병 등 다양한 성인병의 발병 원인으로 지적되고 있으며, 관절염 등의 외과 질환의 발병에도 관련성이 있는 것으로 알려져 있다.

비단 비만 인구뿐 아니라 일반인들 사이에서도 건강을 유지하기 위해 유산소 운동이 추천되고 있으며, 유산소 운동을 가능하게 하는 다양한 운동 장치가 사용되고 있다.

이러한 다양한 운동 장치 중 유산소 운동을 가능하게 하면서도 무릎 관절 등에 충격을 줄기기 위한 운동 장치로서 수직 진동형 운동 장치가 제안되어 있다.

수직 진동형 운동 장치는 예컨대, 사용자가 당해 운동 장치의 진동판에 탑승하여 운동 장치를 구동시키면 그 발판이 상하로 진동하여 사용자의 지방 및 근육에 자극을 주어 지방을 감소시키고 근육을 강화시키는 원리를 이용한다.

도 3은 종래의 수직 진동형 운동 장치를 도시한 도면이다.

종래의 수직 진동형 운동 장치는 L자형 프레임(70)의 하단에 진동판(72)이 설치되고, 프레임(70)의 상단에 운동 중 안정적인 사용을 위한 손잡이(74) 및 구동 상태 등을 표시하기 위한 표시부(76)가 설치되어 있다. 진동판(72)은 그 내부에 단상 영구 자석 전동기의 원리를 이용한 진동 발생 장치를 포함하고 있다.

이러한 수직 진동형 운동 장치는 예컨대, 트레드밀(treadmill, 일명 런닝머신)이나 수평 진동형 운동 장치와 같은 운동 장치와 달리, 사용자가 탑승한 진동판(72)이 종 방향(수직 방향)으로 진동 운동하는 것을 특징으로 한다.

또한, 수직 진동형 운동 장치는 진동판(72)의 하부에서 영구 자석 전동기의 원리로 수직 방향의 진동을 발생시킨다.

이와 같이, 수직 진동형 운동 장치는 진동판(72)을 누르고 있는 수직 방향의 힘에 상당히 민감하다. 특히 구동 중에는 이와 같은 현상이 더욱 뚜렸하다.

따라서, 진동판(72)의 부하 질량이 갑자기 변화되거나, 부하 질량이 과도한 경우, 예컨대, 수직 진동형 운동 장치의 구동 중에 사용자가 갑자기 내린 경우, 또는 두 사람 이상의 사용자가 동시에 탑승한 경우에는 수직 진동형 운동 장치의 고장의 원인이 될 수 있다.

따라서, 수직 진동형 운동 장치는 진동판(72)의 부하 질량 등을 자체적으로 검출하여, 진동판의 부하 질량이 갑자기 변화되거나 부하 질량이 과도한 경우, 그에 대해 적절히 대응하여 수직 진동형 운동 장치의 구동부를 보호할 필요가 있다.

이러한, 진동판(72)의 부하 질량 등을 검출할 수 있는 방법으로서, 기계적 근접 센서(Limit switch) 또는 비접촉식 위치 센서를 사용하여 사용자의 탑승 여부 등을 검출하는 방법이 있다.

기계적 근접 센서(Limit switch)를 사용하는 경우, 사용자의 탑승시 센서의 버튼이 눌러져서 사용자의 탑승 여부를 판별한다.

그러나, 이러한 기계적 근접 센서를 사용하는 경우, 수직 진동형 운동 장치의 운동 특성상 상하 운동이 수 Hz에서 수십 Hz로 반복되기 때문에 이러한 반복으로 인해 기계적 근접 센서의 접점이 지속적으로 마모되어 기계적 근접센서가 손상될 우려가 있다는 문제가 있다.

또한, 수직 진동 운동기가 저주파로 진동하며 진동 폭이 큰 경우에는 사용자가 탑승하고 있는 상황에서도 오동작할 우려가 있다.

한편, 비접촉식 위치 센서를 사용하는 경우, 광학 방식 센서 또는 정전기식 센서를 사용한다. 광학 방식 센서로는 기존의 위치 제어 시스템에서 사용되어 온 레이저 간섭계(Laser Interferometer) 또는 선형 인코더가 있으나, 이는 상당히 고가의 센서로 수직 진동형 운동 장치에 적용하기 어렵다는 문제점이 있다.

또한, 정전기식 근접 센서의 경우에는 검출 거리가 한정되어 있기 때문에, 수직 진동형 운동 장치와 같이 검출 지점 주위에서 운동 변위가 큰 경우에는 정전기식 근접 센서를 사용하는 것이 곤란하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 기계적 마모가 없으면서도 제조 비용이 저렴한 광학 방식의 위치 센서를 구비하는 수직 진동형 운동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 센서를 구비한 수직 진동형 운동 장치는 진동판과, 상기 진동판을 진동시키는 구동부와, 상기 진동판의 위치 정보를 검출하는 위치 센서와, 상기 위치 정보에 근거하여 상기 구동부 구동 전류를 인가하는 제어 장치를 포함하되, 상기 위치 센서는 발광부 및 수광부를 구비하고, 상기 발광부는 상기 진동판에 광을 조사하고, 상기 수광부는 상기 진동판으로부터 반사된 광량을 측정하고, 상기 측정된 광량에 따라 상기 위치 정보를 검출한다.

또한, 상기 발광부는 적외선 다이오드일 수 있고, 상기 수광부는 적외선 트랜지스터일 수 있다.

또한, 상기 위치 센서는 연산 증폭기 및 필터를 더 포함할 수 있다.

이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 센서를 구비한 수직 진동형 운동 장치의 개략 구성을 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 위치 센서를 구비한 수직 진동형 운동 장치는 진동판(10), 위치 센서(20), 제어 장치(30), 구동부(40), 사용자 인터페이스(50)를 구비한다.

진동판(10)은 사용자가 탑승하는 발판의 기능을 수행하는 것으로서, 구동부(40)로부터 인가된 구동력에 의해 상하 방향의 진동 운동을 한다.

위치 센서(20)는 진동판(10)의 수직 방향의 위치 정보를 검출하는 센서로서, 진동판(10)의 위치 등을 검출하여, 검출된 위치값을 제어 장치(30)로 전송한다.

제어 장치(30)는 위치 센서(20)로부터 전송된 진동판(10)의 위치값을 기초로 진동판(10)의 부하 질량 등의 각종 데이터를 산출하여, 산출된 부하 질량 등의 데이터에 근거하여 구동부(40)에 구동 전류를 공급할지 여부를 결정한다.

구동부(40)는 제어 장치(30)로부터 공급된 전류로 진동판(10)을 진동시킨다. 구동부(40)는 선형 모터가 바람직하나, 이에 한하지 않는다.

사용자 인터페이스(50)는 사용자가 수직 진동형 운동 장치가 지원하고 있는 여러 가지 기능을 설정하기 위한 설정 수단이다. 사용자는 사용자 인터페이스(50)에 의해 예컨대, 진동의 강도(진폭), 진동의 속도(주기) 등을 조절할 수 있다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 사용되는 위치 센서(20)의 세부 구성을 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 위치 센서(30)는 발광부(12), 수광부(14), 연산 증폭기(OP-AMP)(16), 필터(18)를 구비한다.

발광부(12)는 진동판(10)으로 예컨대 적외선을 조사하며, 조사된 적외선은 진동판(10)에 의해 반사되어 수광부(14)로 돌아온다.

수광부(14)는 진동판(10)에 의해 반사된 적외선의 광량을 측정하고, 측정된 광량에 따라 출력 전류를 변화시킨다. 즉, 수광부(14)는 반사된 적외선의 광량에 비례하는 출력 전류를 출력한다. 여기서, 반사된 적외선의 광량은 진동판(10)과 위치 센서(20)간 거리에 반비례하므로, 위치 센서(20)의 출력 전류는 도 2b에 도시되어 있는 바와 같은 거리의 함수로 된다. 이와 같은 관계를 이용하여 위치 센서(20)는 진동판(10)의 위치를 검출할 수 있다. 이 경우, 발광부(12)는 적외선 다이오드를, 수광부(14)는 적외선 트랜지스터를 사용하여 구성하는 것이 바람직하다. 발광부(12)와 수광부(14)가 각각 적외선 다이오드와 적외선 트랜지스터를 사용하여 구성되는 경우 저렴한 비용으로 위치 센서(10)를 구성할 수 있다는 장점이 있다.

연산 증폭기(16)는 수광부(14)로부터 전송된 출력 전류를 증폭하여 필터로 전송하고, 필터(18)는 연산 증폭기로부터 전송된 출력 전류 중 노이즈 성분을 제거하여 수직 진동형 운동 장치의 제어 장치(30)로 전송한다.

또한, 수직 진동형 운동 장치의 제어 장치(30)는 위치 센서(20)의 수광부(14)가 수광한 적외선의 광량과 이에 대응하는 진동판(10)과 위치 센서(20) 간의 거리를 테이블로 데이터베이스부(도시 생략)에 저장해두고, 위치 센서(20)의 수광부로부터 전송 받은 적외선의 광량에 대응하는 진동판(10)과 위치 센서(20) 간의 거리를 상기 테이블로부터 판독하여 산출할 수 있다.

다음은 본 발명의 일 실시예에 따라 위치 센서를 사용하여 진동판의 위치를 검출한 경우를 활용하는 방안에 대해 설명한다.

진동판의 위치를 시간에 대한 함수로 보는 경우, 진동판의 위치는 시간에 대하여 예컨대, 정현파 곡선의 파형을 가진다.

이러한 진동판의 위치는 탑승한 사용자의 질량 또는 외부로부터 가해진 충격에 의하여 변화한다.

따라서, 이러한 위치의 변화를 측정하여 사용자의 질량 또는 외부 충격의 크기 또한 산출할 수 있다.

나아가, 산출된 사용자의 질량을 이용하여, 사용자의 탑승 여부 또는 과부하 여부 등을 판별할 수 있고, 그 결과에 따라 수직 진동형 운동 장치를 구동 또는 정지시킴으로써, 수직 진동형 운동 장치의 오동작 및 고장을 방지할 수 있다.

또한, 사용자의 질량에 따라 수직 진동형 운동 장치의 소모 전력을 최소로 하는 최적의 구동 전류를 산출하여 이를 수직 진동형 운동 장치에 인가함으로써 절전 구동을 할 수도 있다.

또한, 외부로부터 충격이 가해진 경우, 수직 진동형 운동 장치를 진동 운동을 정지시킴으로써, 수직 진동형 운동 장치의 고장을 방지하고, 사용자의 안전을 확보할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

본 발명에 따르면, 기계적 마모가 없으면서도 제조 비용이 저렴한 광학 방식의 위치 센서를 구비하는 수직 진동형 운동 장치를 제공할 수 있다.

Claims (3)

1. 위치 센서를 구비한 수직 진동형 운동 장치에 있어서,

   진동판과,

   상기 진동판을 진동시키는 구동부와,

   상기 진동판의 위치 정보를 검출하는 위치 센서와,

   상기 위치 정보에 근거하여 상기 구동부 구동 전류를 인가하는 제어 장치

   를 포함하되,

   상기 위치 센서는 발광부 및 수광부를 구비하고,

   상기 발광부는 상기 진동판에 광을 조사하고,

   상기 수광부는 상기 진동판으로부터 반사된 광량을 측정하고,

   상기 측정된 광량에 따라 상기 위치 정보를 검출하는

   수직 진동형 운동 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 발광부는 적외선 다이오드를 포함하고,

   상기 수광부는 적외선 트랜지스터를 포함하는

   수직 진동형 운동 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 위치 센서는 연산 증폭기 및 필터

   를 더 포함하는 수직 진동형 운동 장치.

Images