KR101253681B1 - 초음파센서를 이용한 자동 속도조절 러닝머신 및 초음파센서를 이용한 긴급정지장치 - Google Patents

초음파센서를 이용한 자동 속도조절 러닝머신 및 초음파센서를 이용한 긴급정지장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 초음파센서를 이용한 자동 속도조절 러닝머신에 관한 것으로서, 일반적으로 종래의 러닝머신은 일정한 속도로 돌아가는 벨트에 사용자가 맞추어 뛰는 수동적인 구조로 되어 있고, 운동을 보다 재미있게 하기 위한 다양한 방법을 개발하기 위해서는 보다 능동적으로 움직이는 러닝머신 시스템이 필요하며, 즉, 사용자가 빨리 달리면 빠르게 벨트가 회전하고, 사용자가 천천히 달리면 천천히 벨트가 회전하는 기능이 점점 중요해 지고 있으므로, 본 발명에 따르면, 두 개의 초음파 센서 모듈을 이용하여 상체 및 복부 거리를 입력받아 자동으로 속도 조절이 가능하며, 또한, 기존에 팔목 등에 연결하여 사용하던 긴급 정지용 스위치를 대체하여 선 없는 긴급 정지 스위치의 구현도 가능한 초음파센서를 이용한 자동 속도조절 러닝머신이 제공된다.

Description

초음파센서를 이용한 자동 속도조절 러닝머신 및 초음파센서를 이용한 긴급정지장치{An automatic speed control running machine using ultrasonic sensor modules and an automatic emegency stopping apparatus using ultrasonic sensor modules}
본 발명은 초음파센서를 이용한 자동 속도조절 러닝머신에 관한 것으로, 더 상세하게는, 사용자의 운동속도에 맞추어 자동으로 벨트의 회전속도를 조절함으로써, 사용자에게 보다 실외 환경과 유사한 운동조건을 제공할 수 있는 자동 속도조절 러닝머신에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 개개인의 운동성향을 반영할 뿐만 아니라 다양한 운동 접목 게임 등에 사용이 가능하도록, 빠른 응답속도 및 보다 간편한 측정방법을 가지는 자동 속도조절 러닝머신에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 기존의 손목 등에 장착하여 사용하던 긴급정지용 스위치를 대체하여, 별도의 조작이 필요없이 무선으로 동작하는 자동 긴급정지장치에 관한 것이다.
최근, 건강에 대한 수요 및 관심이 증가하면서, 러닝머신을 사용하는 사람들이 늘어나고 있다.
물론, 야외에서 달리는 것이 실내에서 달리는 것보다 지루함은 덜하지만, 러닝머신을 이용하면, 날씨 및 외부 기온과 상관없이 언제든지 자신이 원하는 시간에, 또한, TV를 보거나 음악을 들으며 운동이 가능하다는 장점으로 최근에는 개인적으로 구매하는 인구도 늘고 있다.
이러한 러닝머신은, 대부분 일반적으로, 일정한 속도로 벨트가 돌아가고 사용자는 이에 맞추어 뛰는 구조로 되어 있으며, 이때, 프로그래밍 기능을 이용하면, 예를 들면, 처음에는 30초에서 2분 간격으로 속도가 자동으로 조절되도록 할 수도 있으나, 이 방법 역시 러닝머신에 사람이 맞추어 가는 수동적인 구조이기는 마찬가지이다.
또한, 최근에는, 러닝머신 자체에 TV가 달려있는 제품도 시판되고 있고, 또, 게임과 운동을 접목시킨 시스템이 시판되어 선풍적인 인기를 끌고 있는 것과 같이, 러닝머신에 있어서도, 운동을 보다 재미있게 하기 위한 다양한 방법을 개발하기 위해서는 보다 능동적으로 움직이는 러닝머신 시스템이 필요하다.
즉, 사용자가 빨리 달리면 빠르게 벨트가 회전하고, 사용자가 천천히 달리면 천천히 벨트가 회전하는 것과 같이, 사용자와 일체화되어 동작하는 기능이 점점 중요해 지고 있다.
이러한 자동 속도조절형 러닝머신의 예로서, 종래에는, 적외선 LED 및 수광 센서를 이용하여 사용자가 달리는 속도정보를 분석하는 방법을 이용한 러닝머신이 있었다.
이러한 종래의 자동 속도조절 러닝머신의 예로서, 등록특허 제10-0903410호에 기재된 바와 같은 "자동속도조절 런닝머신 및 그 제어모듈"이 있다.
상기한 특허문헌에 기재된 러닝머신은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 초음파센서(2000)로 측정한 초음파 정보를 이용하여 사용자(1000)의 운동속도를 측정하고, 이와 같이 측정된 정보에 따라 운동속도가 줄어들거나 정지한 경우 모터를 이용하여 보다 부드러운 제동을 제공하는 것을 주된 내용으로 하는 것이다.
그러나 상기한 러닝머신은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 운동을 하는지의 여부를 감지하는 부분이 러닝벨트의 상면으로부터 70cm~110cm로 제한되어 있고, 또한, 실제로는 사용자마다 운동하는 모습이 다르나, 상기한 러닝머신의 경우는 하나의 초음파 센서를 사용하므로, 예를 들면, 같은 속도로 운동하고 있는 경우라도, 사용자가 몸을 앞으로 숙이고 있거나 상체를 뒤로 젖히고 있는 경우, 이들을 정확히 구별하지 못하고 단순히 거리가 변화된 것만을 인식하여 사용자의 의지와 상관없이 속도를 가속하거나 감속하는 경우가 발생하였다.
아울러, 종래의 자동 속도조절 러닝머신의 다른 예로서, 등록특허 제2009-38793호에 기재된 바와 같은 "러닝머신, 헬스기구 및 그 제어방법"이 있으나, 이는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 운동자 아바타와 트레이너 아바타를 표시장치를 통하여 표시함으로써 운동자에게 목표 주행코스를 완주하고자 하는 동기를 부여할 수 있고, 운동자에게 프로파일에 의한 운동 목표에 대한 가이드를 보다 효과적으로 제공하기 위한 것으로, 자동으로 속도를 조절하는 기능을 포함하고는 있으나, 그 부분은 상기한 등록특허 제10-0038793호에 기재된 것과 사실상 동일하였다.
즉, 상기한 바와 같이, 종래의 자동 속도조절 러닝머신들은 안정성 및 반응속도 등 여러 가지 이유로 문제가 있는 것으로, 즉, 사용자별로 운동하는 자세나 발의 위치가 다르고, 또, 생각보다 빠르게 움직이는 발의 움직임을 센서로 포착하여 그 값을 정확히 산출하는 일은 매우 어려운 일이었다.
따라서 사용자와 일체화되어 능동적으로 동작하는 동시에, 보다 빠르고 정확하게 속도측정이 가능한 자동 속도조절 러닝머신을 제공할 필요가 있으나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 자동 속도조절 러닝머신은 제공되지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 즉, 본 발명의 목적은, 사용자가 운동을 보다 재미있게 할 수 있도록 하기 위해, 사용자가 빨리 달리면 빠르게 벨트가 회전하고 사용자가 천천히 달리면 천천히 벨트가 회전하는 것과 같이, 초음파센서를 이용하여 사용자와 일체화되어 능동적으로 동작하는 자동 속도조절 러닝머신을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 빠르게 움직이는 사용자의 발의 움직임을 정확하게 포착하기 어려웠던 종래의 러닝머신들의 문제점을 해결하여, 초음파센서를 이용하여 사용자가 달리는 속도에 반응하여 자동으로 속도조절이 가능한 자동 속도조절 러닝머신을 제공하고자 하는 것이다.
아울러, 본 발명의 또 다른 목적은, 사용자 정보를 저장하고, 이를 이용하여 사용자별로 정속 및 가속구간의 설정 및 변경, 감속 및 긴급정지구간의 설정 및 변경, 기존 데이터를 이용한 개인 맞춤 서비스 제공 등이 가능한 새로운 초음파센서를 이용한 자동 속도조절 러닝머신을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 기존의 손목 등에 장착하여 사용하던 긴급정지용 스위치를 대체하여, 별도의 조작이 필요없이 무선으로 동작하는 초음파센서를 이용한 자동 긴급정지장치를 제공하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따르면, 사용자의 상태에 따라 자동으로 운동속도 및 정지기능을 수행하는 자동 속도조절 러닝머신에 있어서, 러닝머신의 몸체를 구성하는 프레임 및 벨트와, 상기 벨트를 구동하기 위한 모터와, 상기 러닝머신의 조작을 위한 디스플레이 및 조작패널을 포함하여 구성되는 러닝머신 본체; 상기 조작패널의 하단부 중앙에 설치되어 상기 러닝머신 본체로부터 상기 사용자의 상체까지의 거리를 측정하는 상부 초음파센서 모듈; 상기 상부 초음파 모듈과 별도로, 상기 사용자의 복부의 높이에 맞추어 그 높이를 조절할 수 있도록 상기 조작패널의 하부에 수직 방향으로 설치된 설치봉에 상하 이동 가능하도록 설치되어, 상기 러닝머신 본체로부터 상기 사용자의 복부까지의 거리를 측정하는 하부 초음파센서 모듈; 상기 상부 초음파센서 모듈 및 상기 하부 초음파센서 모듈에서 측정된 거리값을 이용하여, 적어도 하나 이상의 각각의 사용자 개개인에 대한 정보를 기준거리 정보로서 따로 저장해 두고, 상기 기준거리 정보에 근거하여 상기 각각의 사용자 개개인에 맞도록 자동으로 상기 벨트의 속도조절 및 정지기능을 수행하는 중앙처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파센서를 이용한 자동 속도조절 러닝머신이 제공된다.
여기서, 상기 상부 및 하부 초음파센서 모듈은 수신부와 송신부를 포함하며, 상기 하부 초음파센서 모듈은 높이확인용의 레이저표시기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하부 초음파센서 모듈은 구동모터와 구동기어를 더 포함하고, 상기 설치봉은, 상기 구동기어와 대응하는 톱니형 레일을 더 포함함으로써, 상기 조작패널에 설치된 버튼이나 스위치를 조작하는 것에 의해 상기 하부 초음파센서 모듈이 상하 이동하여 높이를 조정할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 구동모터는, 인코더형 DC모터 또는 서보모터를 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 초음파센서를 이용한 자동 속도조절 러닝머신은 적어도 하나 이상의 각각의 사용자별로 상기 하부 초음파센서 모듈의 이동거리를 산출하여 저장하고, 그 값을 이용하여 사용자가 바뀔 때마다 자동으로 위치설정을 행하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 상부 및 하부 초음파센서 모듈은 다른 신호와의 혼선을 방지하기 위해 측정을 위한 신호를 특정 바이트(byte) 신호로 발송하고, 리턴되는 값도 해당 값만을 수신하도록 구성되며, 상기 중앙처리부는 상기 상부 및 하부 초음파센서 모듈로부터 1초에 5번 데이터를 수신하고, 수신된 값들 중 최고값 및 최저값을 제외한 나머지 값들의 평균을 상기 기준거리로 사용하여 오차를 최소화도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또, 상기 기준거리는, 2Km/h~10Km/h의 구간을 20초 간격으로 1Km/h씩 증가시켜 가며 달리면서 각 구간에서 상기 상부 초음파센서 모듈 및 상기 하부 초음파센서 모듈를 이용하여 상기 러닝머신과 상체 사이의 거리 및 상기 러닝머신과 복부 사이의 거리를 각각 측정하고, 측정된 값들 중 최고값 및 최저값을 제외한 나머지 값들의 평균값을 취하여 설정되며, 설정된 값은 상기 중앙처리부에 저장되는 것을 특징으로 한다.
또한, 기준거리를 설정할 때, 측정시 사용자마다 달리고자 하는 최고속도 및 최저속도를 직접 입력할 수 있도록 구성될 수도 있다.
아울러, 상기 중앙처리부는, 사용자 ID를 입력받아 해당 사용자에 대한 정보가 저장되어 있는지를 확인하는 단계; 상기 사용자 ID가 확인되면, 0.5초 단위로 상기 상부 초음파센서 모듈 및 상기 하부 초음파센서 모듈을 이용하여 상기 러닝머신과 상체 사이의 거리 및 상기 러닝머신과 복부 사이의 거리를 각각 측정하고, 측정된 값들 중 최고값 및 최저값을 제외한 나머지 값들의 평균값을 취하여 평균거리를 산출하는 단계; 상기 평균거리가 상기 러닝머신의 상기 벨트의 전체 길이의 1/4 이하일 경우 속도를 1Km 단위로 증가시키는 단계; 상기 평균거리가 상기 러닝머신의 상기 벨트의 전체 길이의 1/4 이하가 아닌 경우, 상기 상체와 상기 러닝머신 사이의 거리가 상기 벨트의 전체 길이의 1/5 이하가 되면 속도를 1Km 단위로 증가시키는 단계; 상기 상체와 상기 러닝머신 사이의 거리가 상기 벨트의 전체 길이의 1/5 이하가 아닌 경우, 상기 평균거리가 상기 벨트의 전체 길이의 3/4 이상에서 4/5 미만이 되면 속도를 1Km 단위로 감속하는 단계; 상기 평균거리가 상기 벨트의 전체 길이의 4/5 이상인 경우 즉시 속도를 2Km/h 감속하고 알람을 호출하는 단계; 상기 평균거리를 산출하는 단계에서 사용자의 거리가 측정되지 않거나, 측정된 값이 상기 기준거리 이상인 경우는 긴급정지구간으로 판정하여 알람을 울리고 러닝머신을 즉각 정지하는 단계; 및 상기한 각각의 경우에 모두 해당하지 않을 경우는 현재 속도를 유지하는 단계를 포함하는 처리를 수행하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 사용자 ID를 확인하는 단계는, 상기 사용자 ID가 확인되지 않으면 새로운 사용자 ID를 입력받아 부여하는 단계와, 상기 새로운 사용자의 기준거리를 측정하기 위해 최저속도와 최고속도를 입력받는 단계와, 상기 최저속도부터 최고속도까지 단계적으로 속도를 증가시켜 가면서 각 단계마다 20초간 상기 러닝머신과 상기 새로운 사용자의 상체 사이의 거리 및 상기 러닝머신과 상기 새로운 사용자의 복부 사이의 거리를 측정하는 단계와, 측정된 값들의 최고값 및 최저값을 제외한 나머지 값들의 평균을 산출하여 상기 새로운 사용자의 기준거리로 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 러닝머신에 설치되어 사고발생시 자동으로 정지시키는 초음파센서를 이용한 자동 긴급정지장치에 있어서, 상기 러닝머신의 조작패널의 하단부 중앙에 설치되어 상기 러닝머신 본체로부터 사용자의 상체까지의 거리를 측정하는 상부 초음파센서 모듈; 상기 상부 초음파 모듈과 별도로, 상기 사용자의 복부의 높이에 맞추어 그 높이를 조절할 수 있도록 상기 조작패널의 하부에 수직 방향으로 설치된 설치봉에 상하 이동가능하도록 설치되어, 상기 러닝머신 본체로부터 상기 사용자의 복부까지의 거리를 측정하는 하부 초음파센서 모듈; 및 상기 두 모듈에서 측정된 거리값을 이용하여 긴급정지기능을 수행하는 중앙처리부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 초음파센서를 이용한 자동 긴급정지장치가 제공된다.
여기서, 상기 상부 및 하부 초음파센서 모듈은, 수신부와 송신부를 포함하며, 상기 하부 초음파센서 모듈은 높이확인용의 레이저표시기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하부 초음파센서 모듈은, 구동모터와 구동기어를 더 포함하고, 상기 설치봉은, 상기 구동기어와 대응하는 톱니형 레일을 더 포함함으로써, 상기 조작패널에 설치된 버튼이나 스위치를 조작하는 것에 의해 상기 하부 초음파센서 모듈이 상하 이동하여 높이를 조정할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 구동모터는, 인코더형 DC모터 또는 서보모터를 사용하며, 상기 중앙처리부는, 적어도 하나 이상의 각각의 사용자별로 상기 하부 초음파센서 모듈의 이동거리를 산출하여 저장하고, 그 값을 이용하여 사용자가 바뀔 때마다 자동으로 위치설정을 행하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부 및 하부 초음파센서 모듈은, 다른 신호와의 혼선을 방지하기 위해 측정을 위한 신호를 특정 바이트(byte) 신호로 발송하고, 리턴되는 값도 해당 값만을 수신하도록 구성되며, 상기 중앙처리부는, 상기 상부 및 하부 초음파센서 모듈로부터 1초에 5번 데이터를 수신하고, 수신된 값들 중 최고값 및 최저값을 제외한 나머지 값들의 평균을 상기 기준거리로 사용하여 오차를 최소화도록 구성된 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 중앙처리부는, 사용자 ID를 확인하고 확인되지 않으면 새로운 사용자 ID를 입력받아 부여하는 단계; 상기 사용자의 기준거리를 측정하기 위해 최저속도와 최고속도를 입력받는 단계; 상기 최저속도부터 최고속도까지 단계적으로 속도를 증가시켜 가면서 각 단계마다 20초간 상기 사용자의 상체 및 복부의 거리를 측정하는 단계; 및 상기 측정하는 단계에서 측정된 값들의 최고값 및 최저값을 제외한 나머지 값들의 평균을 산출하여 상기 사용자의 기준거리로서 저장하는 단계를 포함하는 처리를 수행하도록 구성됨으로써, 적어도 하나 이상의 각각의 사용자별로 정보를 미리 저장하여 두고, 상기 측정하는 단계에서 사용자의 거리가 측정되지 않거나, 측정된 값이 상기 기준거리 이상인 경우는, 긴급정지구간으로 판정하여 알람을 울리고 상기 러닝머신을 즉각 정지하는 처리를 수행하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 초음파센서를 이용하여 사용자와 일체화되어 능동적으로 동작하도록 구성되어, 사용자가 빨리 달리면 빠르게 벨트가 회전하고 사용자가 천천히 달리면 천천히 벨트가 회전하는 자동 속도조절 러닝머신을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 초음파센서를 이용하여 사용자가 달리는 속도에 반응하여 자동으로 속도조절이 가능하도록 구성됨으로써, 빠르게 움직이는 사용자의 동작을 정확하게 포착하기 어려웠던 종래의 자동조절 러닝머신들의 문제점을 해결할 수 있는 자동 속도조절 러닝머신을 제공할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따르면, 사용자 정보를 저장하여 사용자별 데이터를 이용한 개인 맞춤 서비스 제공이 가능한 새로운 초음파센서를 이용한 자동 속도조절 러닝머신을 제공할 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면, 두 개의 초음파 센서 모듈을 이용하여 상체 및 복부 거리를 입력받아 자동으로 속도조절이 가능한 러닝머신이 제공함으로써, 자동으로 속도조절이 가능하고, 이를 바탕으로 실외에서 달리는 느낌을 보다 실감나게 재현할 수 있으며, 다양한 게임에도 접목 가능하고, 네트워크로 연동되어 여러 사람들과 함께 이용이 가능한 장점을 가지는 동시에, 기존에 팔목 등에 연결하여 사용하던 긴급 정지용 스위치를 대체하여, 선이 없는 긴급 정지 스위치의 구현도 가능한 초음파센서를 이용한 자동 속도조절 러닝머신을 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 자동 속도조절 러닝머신의 전체적 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 자동 속도조절 러닝머신의 다른 예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 초음파센서를 이용한 자동 속도조절 러닝머신의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 초음파센서를 이용한 자동 속도조절 러닝머신의 초음파센서 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 4a는 그 정면도이고, 도 4b는 그 하면도이며, 도 4c는 그 우측면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 초음파센서를 이용한 자동 속도조절 러닝머신에 저장되는 사용자정보의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 초음파센서를 이용한 자동 속도조절 러닝머신을 이용하는 사용자의 속도별 달리는 자세를 나타내는 도면으로, 도 6a는 속도가 낮거나 힘이 들 때의 상태를 나타내고, 도 6b는 정상적인 상태를 나타내며, 도 6c는 사용자가 고속으로 달릴 때의 상태를 각각 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 초음파센서를 이용한 자동 속도조절 러닝머신의 전체적인 동작 알고리즘을 나타내는 플로차트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 초음파센서를 이용한 자동 속도조절 러닝머신의 상세한 내용에 대하여 설명한다.
여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 실시예로서, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니다.
먼저, 도 3을 참조하면, 도 3은 본 발명에 따른 초음파센서를 이용한 자동 속도조절 러닝머신의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 초음파센서를 이용한 자동 속도조절 러닝머신(30)은, 러닝머신 본체(31)와, 상체까지의 거리를 측정할 수 있는 상부 초음파센서 모듈(32), 복부까지의 거리를 측정할 수 있는 하부 초음파센서 모듈(33), 그리고 두 모듈의 거리 값을 이용하여 자동으로 벨트의 속도 및 정지 기능을 수행하는 중앙 처리부(34)를 포함하여 구성되어 있다.
즉, 본 발명에 따른 초음파센서를 이용한 자동 속도조절 러닝머신(10)은, 상부 및 하부 초음파센서 모듈(32, 33)을 이용하여 사용자와 러닝머신 사이의 거리를 측정하고, 그 값을 이용하여 후술하는 바와 같이 자동으로 러닝머신의 속도를 조절하는 기능을 수행하는 것이다.
계속해서, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 초음파센서를 이용한 자동 속도조절 러닝머신(30)의 상세한 내용에 대하여 설명한다.
여기서, 상기한 상부 및 하부 초음파센서 모듈(32, 33)과 중앙 처리부(34)를 제외하면, 러닝머신 본체(31) 자체는 모터(35), 벨트(36), 디스플레이 및 조작패널(37), 프레임(38) 등으로 구성되는 기존의 러닝머신과 동일한 것으로 하여도 무방하므로, 설명을 간략히 하기 위해 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 상기한 중앙처리부(34)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 조작패널(37) 내부에 설치될 수 있다.
먼저, 도 4를 참조하면, 도 4는 본 발명에 따른 초음파센서를 이용한 자동 속도조절 러닝머신(30)에 설치되는 초음파센서 모듈(32, 33)의 구성을 나타내고 있다.
즉, 초음파센서 모듈(32, 33)은 수신부(41)와 송신부(42)를 하나의 모듈로 구성한 것으로, 상부 초음파센서 모듈(32)은 조작패널(37) 하단부 중앙에 설치되고, 하부 초음파센서 모듈(33)은 높이를 조절할 수 있도록 설치봉(39)에 부착되어, 사용자의 복부의 높이에 맞추어 설치된다.
이때, 그 높이는 여러 사람의 정보를 저장하기 위하여 러닝머신의 조작패널(37)에서 조정할 수 있도록 구성될 수 있으며, 또한, 정확한 위치를 알기 위하여 하단 초음파센서 모듈(33)에는 높이확인용의 레이저표시기(43)가 더 포함되어 있는 것을 제외하면, 상부 및 하부 초음파센서 모듈(32, 33)은 동일하다고 볼 수 있다.
따라서 도 3에 나타낸 바와 같이, 초음파센서 모듈(32, 33)을 러닝머신의 조작패널(37) 하단부 중앙 및 사용자의 복부에 대응하는 위치에 각각 장착하면, 러닝머신을 이용하고 있는 사용자의 명치에서부터 러닝머신까지의 거리를 실시간으로 측정이 가능하며, 이때, 측정을 위한 신호는 다른 신호와의 혼선을 방지하기 위해 특정 바이트(byte) 신호로 발송하고, 리턴되는 값 역시 해당 값만 수신하도록 구성할 수도 있다.
또한, 오차를 최소화하기 위해, 초음파센서에서 1초에 5번 데이터를 수신하도록 하고, 이 값들 중 최고값 및 최저값을 제외한 나머지 세 값의 평균을 기준거리로 사용한다.
다음으로, 하부 초음파센서 모듈(33)의 높이를 자동으로 조절하는 구성에 대하여 설명한다.
하부 초음파센서 모듈(33)은, 사용자마다 복부의 위치가 다르기 때문에 그 높이도 사용자에 따라 달라져야 하며, 물론, 상기한 레이저표시기(41)를 통해 포인터의 위치를 보면서 사용자가 수동으로 높이를 조절하도록 할 수도 있지만, 가족이 함께 사용하거나 여러 명이 사용하는 운동센터 등에서는 모터로 조절하여 계측된 값을 저장해 두어야만 다음번에도 저장된 값을 사용할 수 있으므로, 모터를 사용한 높이 조절용 모듈을 더 포함하는 것이 바람직하다.
즉, 예를 들면, 도시하지는 않았으나, 하부 초음파센서 모듈(33)에 구동모터와 구동기어를 설치하고, 설치봉(39)에는 상기한 구동기어와 맞물리는 톱니형 레일을 형성하여, 조작패널(37)에 설치된 버튼이나 스위치를 조작하면 하부 초음파센서 모듈(33)이 상하이동하도록 구성함으로써 그 높이를 조정할 수 있다.
이때, 모터의 회전속도 및 회전수를 알아야 계측이 가능하므로, 본 실시예에서는, 예를 들면, 인코더형 DC모터 또는 서보모터와 같이, 회전수를 알 수 있는 모터가 사용된다.
따라서 상기한 바와 같이, 조작패널(37)에서 버튼이나 스위치 조작 등으로 모터를 구동하여 하부 초음파센서 모듈을 상하이동시킬 수 있도록 구성하고, 이때의 이동거리를 산출하여 저장함으로써, 사용자가 바뀔 때마다 매번 위치설정을 다시 해야 하는 번거로움이 없이 항상 정확한 위치를 결정할 수 있다.
계속해서, 사용자 정보를 저장하는 구성에 대하여 설명한다.
일반적으로, 달리는 자세는 사람마다 모두 다르며, 러닝머신의 경우, 달리는 벨트의 길이가 한정되어 있고, 또한, 실제로 야외에서 달리는 것보다 짧다는 단점이 있다.
이런 이유로, 자동 속도조절 러닝머신에 있어서는, 사용자 개개인에 대한 정보를 따로 저장해 두고 그 정보에 근거하여 각각의 사용자 개개인에 맞도록 속도를 조절해 주는 것이 필요하다.
이때 저장되는 내용은 달리는 속도별 기준거리 정보이며, 이 정보는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 이진 데이터로 1인당 30Byte 정도면 충분히 저장 가능하다.
다음으로, 속도조절 부분에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 기준거리설정에 대하여는, 러닝머신은 달리는 속도를 기준으로 동작속도가 결정되는데, 일반적으로 걷는 속도는 시속 2Km/h~4Km/h 정도이고, 가벼운 조깅은 5Km/h~7Km/h 이며, 전력질주는 10Km/h 이상의 속도이다.
이때, 각각의 속도마다 개인별로 달리는 자세가 다르기 때문에, 1Km 단위로 기준자세를 입력받는다.
여기서, 속도별 기준자세는 도 6에 나타낸 바와 같으며, 일반적으로 속도가 낮거나 지칠 경우는 도 6a에 나타낸 바와 같이 상체가 복부보다 뒤로 밀리게 되고, 도 6b는 일반적인 달리는 자세이며, 도 6c는 고속으로 달리는 구간에서의 모습이다.
또한, 실제 속도제어에 사용되는 값은 두 센서의 평균값을 이용한다.
즉, 예를 들면, 기준거리를 측정하기 위해 2Km/h~10Km/h 구간을 20초 간격으로 1Km/h씩 증가시키면서 달리고, 각 구간에서 상체와 복부의 거리를 측정한다.
이때, 사람마다 달리고자 하는 최고속도가 다르므로, 최대 및 최저속도를 제한 할 수 있으며, 예를 들면, 최저속도 4Km/h, 최고속도 8Km/h라고 설정했을 경우, 총 5단계이므로 1분 40초 동안 기본자세를 저장한다.
다음으로, 가속구간의 측정에 대하여는, 앞서 측정된 기준거리를 바탕으로 0.5초 단위로 사용자의 평균거리, 즉, 상단과 하단 센서에서 측정되는 기준값의 평균값을 측정한다.
러닝머신의 벨트길이는 모두 다르지만, 만약 벨트길이가 120cm 라고 하면, 평균 30cm(전체 길이의 1/4) 이하이거나 상단부 24cm(전체 길이의 1/5) 이하일 경우 속도를 1Km 단위로 증가시킨다.
이는, 일반적으로 러닝머신의 속도 변화에는 2초 정도의 시간이 필요하기 때문에, 이 시간을 고려하여 벨트길이 대비 속도를 조절하는 것이다.
계속해서, 감속구간의 측정에 대하여는, 먼저, 정상 감속구간은, 상단부 및 하단부의 거리가 전체 길이의 3/4 (90cm) 이상이 되면 1Km 씩 감속하고, 이때, 감속에 1초 정도의 시간이 필요하므로, 개인에 따라 이 길이를 조정한다.
다음으로, 상단부 및 하단부의 거리가 전체 길이의 4/5(96cm) 이상이 되면 알람 호출구간으로 판정하고 알람을 호출한다.
이 경우는, 자칫 잘못될 경우 사용자가 러닝머신 밖으로 넘어져서 밀려날 수도 있기 때문에 즉각 2Km/h를 감속한다.
계속해서, 갑작스럽게 사용자의 거리가 측정되지 않거나, 기준거리(현재는 120cm)가 넘을 경우는 긴급정지구간으로 판정하여 알람을 울리고 러닝머신을 즉각 정지한다.
즉, 이 경우는, 사용자가 러닝머신 밖으로 넘어졌다고 간주하여 바로 정지기능을 수행하는 것이다.
또한, 상기한 바와 같은 일련의 동작은 도 7에 나타낸 플로차트와 같은 알고리즘에 의해 수행될 수 있다.
도 7을 참조하면, 먼저, 사용자를 확인하기 위해 사용자 ID를 입력받아 해당 사용자에 대한 정보가 저장되어 있는지를 확인한다(단계 S1).
만약, 사용자 ID가 확인되지 않으면, 새로운 사용자인 것으로 판단하여 새로운 사용자 ID를 입력받는다(단계 S11).
이어서, 새로운 사용자의 기준거리를 측정하기 위해 최저속도와 최고속도를 입력받고(단계 S12), 최저속도부터 최고속도까지 단계적으로 속도를 증가시켜 가면서 각 단계마다 20초간 새로운 사용자의 상체 및 복부의 거리를 측정한다(단계 S13).
계속해서, 측정된 값들의 최고값 및 최저값을 제외한 나머지 값들의 평균을 산출하여 새로운 사용자의 기준거리로 저장한 후, 이후 처리는 다시 사용자 ID를 확인하는 단계(단계 S1)로 돌아간다.
이와 같이 하여 사용자 ID가 확인되면, 0.5초 단위로 상부 및 하부 초음파센서 모듈(32, 33)에서 측정되는 값의 평균값을 측정하여 현재 사용자의 상체 및 복부의 평균거리를 산출한다(단계 S2).
이어서, 측정된 상체 및 복부의 거리가 러닝머신의 벨트(36)의 전체 길이의 1/4 또는 상체의 거리가 벨트(36)의 전체 길이의 1/5 이하일 경우 속도를 1Km 단위로 증가시킨다(단계 S3).
또한, 상체 및 복부의 거리가 벨트(36)의 전체 길이의 3/4 이상이 되면 1Km 씩 감속시킨다(단계 S4).
아울러, 상체 및 복부의 거리가 벨트(36)의 전체 길이의 4/5 이상이 되면, 잘못될 경우 사용자가 러닝머신 밖으로 넘어져서 밀려날 수도 있는 것으로 판단하여 즉각 2Km/h를 감속하고 알람을 호출한다(단계 S5).
또한, 갑작스럽게 사용자의 거리가 측정되지 않거나, 기준거리 이상인 경우는, 사용자가 러닝머신 밖으로 넘어진 것으로 간주하고 긴급정지구간으로 판정하여 알람을 울리고 러닝머신을 즉각 정지시킨다(단계 S6).
또한, 상기한 각각의 경우에 아무것도 해당하지 않을 경우는, 현재 속도를 유지한다(단계 S7).
계속해서 상기한 바와 같은 단계를 사용자가 운동을 종료할 때까지 반복함으로써, 본 발명에 따른 초음파를 이용한 자동 속도조절 러닝머신의 기능을 구현할 수 있다.
또한, 상기한 바와 같이 긴급정지구간을 판별하는 기능을 응용하면, 사용자가 별도의 조작을 하지 않아도 사고발생시 자동으로 러닝머신을 정지하게 할 수 있으므로, 별도의 장치를 설치하지 않고도 일종의 무선 긴급정지 스위치로서의 활용도 가능하다.
따라서 상기한 바와 같은 구성을 통하여, 건강의 중요성이 강조되면서 정기적으로 운동을 하는 인구가 점점 늘고 있으나, 일반적인 러닝머신은 특정 속도에 맞추어 달리기만 하는 것이므로 운동의 재미 및 효과를 충분히 살리기 어렵고, 결국은 사용하지 않고 방치하게 되었던 문제점을 해결하고, 보다 실외와 비슷한 효과를 낼 수 있으므로 보다 좋은 운동 효과를 얻을 수 있는 고급 기능의 러닝머신을 원하는 개인 사용자, 운동센터, 게임업체 등의 다양한 요구를 충족시킬 수 있다.
또한, 상기한 바와 같은 본 발명의 구성에 따르면, 러닝머신을 이용한 다양한 게임에 필수적인 자동 속도조절 기능을 제공하므로, 최근, 종래와 같이 눈과 머리만으로 하던 게임을 넘어서 직접 몸을 움직이는 체감형 게임이 선풍적인 인기를 얻고 있는 것에 따라 운동기기와 게임을 접목시키는 운동기기 시장도 확대되고 있는 추세에 호응하여 다양한 응용도 가능하다.
따라서 상기한 바와 같이, 본 발명의 자동 속도조절 기능을 이용하면 사용자에게 보다 높은 운동효과 및 재미를 안겨 줄 수 있으므로, 이를 이용하여 게임업체 등에서 다양한 게임에도 적용이 가능하며, 개인 사용자 역시 지루함을 덜 느끼게 하기 때문에 최종 목표인 운동량 증가에 기여를 할 수 있고, 그로 인해 운동용품업체에도 매출증대 등의 효과가 있을 것임은 쉽게 예상할 수 있다.
이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은, 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다.
30. 러닝머신 31. 러닝머신 본체
32. 상부 초음파센서 모듈 33. 하부 초음파센서 모듈
34. 중앙처리부 35. 모터
36. 벨트 37. 디스플레이 및 조작패널
38. 프레임 39. 설치봉
41. 수신부 42, 송신부
43. 레이저표시기

Claims (16)

  1. 사용자의 상태에 따라 자동으로 운동속도 및 정지기능을 수행하는 자동 속도조절 러닝머신에 있어서,
    러닝머신의 몸체를 구성하는 프레임 및 벨트와, 상기 벨트를 구동하기 위한 모터와, 상기 러닝머신의 조작을 위한 디스플레이 및 조작패널을 포함하여 구성되는 러닝머신 본체;
    상기 조작패널의 하단부 중앙에 설치되어 상기 러닝머신 본체로부터 상기 사용자의 상체까지의 거리를 측정하는 상부 초음파센서 모듈;
    상기 상부 초음파 모듈과 별도로, 상기 사용자의 복부의 높이에 맞추어 그 높이를 조절할 수 있도록 상기 조작패널의 하부에 수직 방향으로 설치된 설치봉에 상하 이동 가능하도록 설치되어, 상기 러닝머신 본체로부터 상기 사용자의 복부까지의 거리를 측정하는 하부 초음파센서 모듈;
    상기 상부 초음파센서 모듈 및 상기 하부 초음파센서 모듈에서 측정된 거리값을 이용하여, 적어도 하나 이상의 각각의 사용자 개개인에 대한 정보를 기준거리 정보로서 따로 저장해 두고, 상기 기준거리 정보에 근거하여 상기 각각의 사용자 개개인에 맞도록 자동으로 상기 벨트의 속도조절 및 정지기능을 수행하는 중앙처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파센서를 이용한 자동 속도조절 러닝머신.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 초음파센서 모듈은, 수신부와 송신부를 포함하며,
    상기 하부 초음파센서 모듈은 높이확인용의 레이저표시기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파센서를 이용한 자동 속도조절 러닝머신.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 하부 초음파센서 모듈은, 구동모터와 구동기어를 더 포함하고,
    상기 설치봉은, 상기 구동기어와 대응하는 톱니형 레일을 더 포함함으로써,
    상기 조작패널에 설치된 버튼이나 스위치를 조작하는 것에 의해 상기 하부 초음파센서 모듈이 상하 이동하여 높이를 조정할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 초음파센서를 이용한 자동 속도조절 러닝머신.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 구동모터는, 인코더형 DC모터 또는 서보모터를 사용하는 것을 특징으로 하는 초음파센서를 이용한 자동 속도조절 러닝머신.
  5. 제 4항에 있어서,
    적어도 하나 이상의 각각의 사용자별로 상기 하부 초음파센서 모듈의 이동거리를 산출하여 저장하고, 그 값을 이용하여 사용자가 바뀔 때마다 자동으로 위치설정을 행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 초음파센서를 이용한 자동 속도조절 러닝머신.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 초음파센서 모듈은, 다른 신호와의 혼선을 방지하기 위해 측정을 위한 신호를 특정 바이트(byte) 신호로 발송하고, 리턴되는 값도 해당 값만을 수신하도록 구성되며,
    상기 중앙처리부는, 상기 상부 및 하부 초음파센서 모듈로부터 1초에 5번 데이터를 수신하고, 수신된 값들 중 최고값 및 최저값을 제외한 나머지 값들의 평균을 상기 기준거리로 사용하여 오차를 최소화도록 구성된 것을 특징으로 하는 초음파센서를 이용한 자동 속도조절 러닝머신.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 기준거리는, 2Km/h~10Km/h의 구간을 20초 간격으로 1Km/h씩 증가시켜 가며 달리면서 각 구간에서 상기 상부 초음파센서 모듈 및 상기 하부 초음파센서 모듈를 이용하여 상기 러닝머신과 상체 사이의 거리 및 상기 러닝머신과 복부 사이의 거리를 각각 측정하고, 측정된 값들 중 최고값 및 최저값을 제외한 나머지 값들의 평균값을 취하여 설정되며, 설정된 값은 상기 중앙처리부에 저장되는 것을 특징으로 하는 초음파센서를 이용한 자동 속도조절 러닝머신.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 기준거리를 설정할 때, 측정시 사용자마다 달리고자 하는 최고속도 및 최저속도를 직접 입력할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 초음파센서를 이용한 자동 속도조절 러닝머신.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 중앙처리부는,
    사용자 ID를 입력받아 해당 사용자에 대한 정보가 저장되어 있는지를 확인하는 단계;
    상기 사용자 ID가 확인되면, 0.5초 단위로 상기 상부 초음파센서 모듈 및 상기 하부 초음파센서 모듈을 이용하여 상기 러닝머신과 상체 사이의 거리 및 상기 러닝머신과 복부 사이의 거리를 각각 측정하고, 측정된 값들 중 최고값 및 최저값을 제외한 나머지 값들의 평균값을 취하여 평균거리를 산출하는 단계;
    상기 평균거리가 상기 러닝머신의 상기 벨트의 전체 길이의 1/4 이하일 경우 속도를 1Km 단위로 증가시키는 단계;
    상기 평균거리가 상기 러닝머신의 상기 벨트의 전체 길이의 1/4 이하가 아닌 경우, 상기 상체와 상기 러닝머신 사이의 거리가 상기 벨트의 전체 길이의 1/5 이하가 되면 속도를 1Km 단위로 증가시키는 단계;
    상기 상체와 상기 러닝머신 사이의 거리가 상기 벨트의 전체 길이의 1/5 이하가 아닌 경우, 상기 평균거리가 상기 벨트의 전체 길이의 3/4 이상에서 4/5 미만이 되면 속도를 1Km 단위로 감속하는 단계;
    상기 평균거리가 상기 벨트의 전체 길이의 4/5 이상인 경우 즉시 속도를 2Km/h 감속하고 알람을 호출하는 단계;
    상기 평균거리를 산출하는 단계에서 사용자의 거리가 측정되지 않거나, 측정된 값이 상기 기준거리 이상인 경우는 긴급정지구간으로 판정하여 알람을 울리고 러닝머신을 즉각 정지하는 단계; 및
    상기한 각각의 경우에 모두 해당하지 않을 경우는 현재 속도를 유지하는 단계를 포함하는 처리를 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 초음파센서를 이용한 자동 속도조절 러닝머신.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 사용자 ID를 확인하는 단계는,
    상기 사용자 ID가 확인되지 않으면 새로운 사용자 ID를 입력받아 부여하는 단계와,
    상기 새로운 사용자의 기준거리를 측정하기 위해 최저속도와 최고속도를 입력받는 단계와,
    상기 최저속도부터 최고속도까지 단계적으로 속도를 증가시켜 가면서 각 단계마다 20초간 상기 러닝머신과 상기 새로운 사용자의 상체 사이의 거리 및 상기 러닝머신과 상기 새로운 사용자의 복부 사이의 거리를 측정하는 단계와,
    측정된 값들의 최고값 및 최저값을 제외한 나머지 값들의 평균을 산출하여 상기 새로운 사용자의 기준거리로 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파센서를 이용한 자동 속도조절 러닝머신.
  11. 러닝머신에 설치되어 사고발생시 자동으로 정지시키는 초음파센서를 이용한 자동 긴급정지장치에 있어서,
    상기 러닝머신의 조작패널의 하단부 중앙에 설치되어 상기 러닝머신 본체로부터 사용자의 상체까지의 거리를 측정하는 상부 초음파센서 모듈;
    상기 상부 초음파 모듈과 별도로, 상기 사용자의 복부의 높이에 맞추어 그 높이를 조절할 수 있도록 상기 조작패널의 하부에 수직 방향으로 설치된 설치봉에 상하 이동가능하도록 설치되어, 상기 러닝머신 본체로부터 상기 사용자의 복부까지의 거리를 측정하는 하부 초음파센서 모듈; 및
    상기 두 모듈에서 측정된 거리값을 이용하여 긴급정지기능을 수행하는 중앙처리부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 초음파센서를 이용한 자동 긴급정지장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 초음파센서 모듈은, 수신부와 송신부를 포함하며,
    상기 하부 초음파센서 모듈은 높이확인용의 레이저표시기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파센서를 이용한 자동 긴급정지장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 하부 초음파센서 모듈은, 구동모터와 구동기어를 더 포함하고,
    상기 설치봉은, 상기 구동기어와 대응하는 톱니형 레일을 더 포함함으로써,
    상기 조작패널에 설치된 버튼이나 스위치를 조작하는 것에 의해 상기 하부 초음파센서 모듈이 상하 이동하여 높이를 조정할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 초음파센서를 이용한 자동 긴급정지장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 구동모터는, 인코더형 DC모터 또는 서보모터를 사용하며,
    상기 중앙처리부는, 적어도 하나 이상의 각각의 사용자별로 상기 하부 초음파센서 모듈의 이동거리를 산출하여 저장하고, 그 값을 이용하여 사용자가 바뀔 때마다 자동으로 위치설정을 행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 초음파센서를 이용한 자동 긴급정지장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 초음파센서 모듈은, 다른 신호와의 혼선을 방지하기 위해 측정을 위한 신호를 특정 바이트(byte) 신호로 발송하고, 리턴되는 값도 해당 값만을 수신하도록 구성되며,
    상기 중앙처리부는, 상기 상부 및 하부 초음파센서 모듈로부터 1초에 5번 데이터를 수신하고, 수신된 값들 중 최고값 및 최저값을 제외한 나머지 값들의 평균을 기준거리로 사용하여 오차를 최소화도록 구성된 것을 특징으로 하는 초음파센서를 이용한 자동 긴급정지장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 중앙처리부는,
    사용자 ID를 확인하고 확인되지 않으면 새로운 사용자 ID를 입력받아 부여하는 단계;
    상기 사용자의 기준거리를 측정하기 위해 최저속도와 최고속도를 입력받는 단계;
    상기 최저속도부터 최고속도까지 단계적으로 속도를 증가시켜 가면서 각 단계마다 20초간 상기 사용자의 상체 및 복부의 거리를 측정하는 단계; 및
    상기 측정하는 단계에서 측정된 값들의 최고값 및 최저값을 제외한 나머지 값들의 평균을 산출하여 상기 사용자의 기준거리로서 저장하는 단계를 포함하는 처리를 수행하도록 구성됨으로써,
    적어도 하나 이상의 각각의 사용자별로 정보를 미리 저장하여 두고, 상기 측정하는 단계에서 사용자의 거리가 측정되지 않거나, 측정된 값이 상기 기준거리 이상인 경우는, 긴급정지구간으로 판정하여 알람을 울리고 상기 러닝머신을 즉각 정지하는 처리를 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 초음파센서를 이용한 자동 긴급정지장치.
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