KR101757647B1 - 스마트 사이클링 시뮬레이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가상공간 속에서 실제로 자전거 주행을 하는 것과 동일하게 움직이면서 가상현실을 체험할 수 있도록 한 스마트 사이클링 시뮬레이터에 관한 것으로서, 수평의 고정 베이스부와; 상기 고정 베이스부 상에 회동 가능하게 결합되는 중앙의 힌지를 중심으로 전후 틸팅이 가능하게 구비되는 가동 베이스부와; 상기 가동 베이스부 상에 지지되는 삼각프레임에 안장과 페달이 결합되는 탑승부와; 상기 탑승부의 전방에 설치되는 모니터 또는 상기 탑승부에 탑승하는 사용자에 착용되는 헤드마운트디스플레이로 이루어져 상기 사용자에게 가상의 주행공간을 디스플레이하는 가상현실표현부; 및 상기 가상현실표현부에 디스플레이되는 주행공간의 지면 경사도에 맞추어 상기 고정 베이스부에 대하여 상기 중앙의 힌지를 중심으로 하여 상기 가동 베이스부의 전방 또는 후방 단부를 승강 조절할 수 있도록 구비되는 경사조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 실제 사이클링과 같이 다양한 자세를 구현할 수 있도록 함으로써 가상의 주행공간현실에서도 실제로 주행하는 것과 같은 박진감을 줄 수 있다.

Description

스마트 사이클링 시뮬레이터{SMART CYCLING SIMULATOR}

본 발명은 가상공간 속에서 실제로 자전거 주행을 하는 것과 동일하게 움직이면서 가상현실을 체험할 수 있도록 한 스마트 사이클링 시뮬레이터에 관한 것이다.

종래 가상현실을 이용한 사이클링 시뮬레이터는 단순히 자전거를 타는 일정한 동작으로만 가상현실 속을 움직일 수 있도록 구성된 관계로 실제 지면과 같은 상황에서 현실감 있는 체험을 하기에는 한계가 있었다.

예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같은 사이클링 시뮬레이터(10), 이에 탑승하는 탑승자가 화면(11)에 디스플레이되는 가상현실이 변화함에 따라 단지 페달(12)만을 고속이나 저속으로 회전시키는 운동만 할 수 있을 뿐이어서 비탈길, 한바퀴 구름, 좌우 기울임 등이 발생할 수 있는 실제 주행환경과는 달리 다양한 자세를 구현할 수 없음은 물론 이들 자세 구현을 통해 실제 주행하는 것과 같은 박진감을 얻기에는 매우 부족한 면이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 실제 사이클링과 같이 다양한 자세를 구현할 수 있도록 함으로써 가상의 주행공간현실에서도 실제로 주행하는 것과 같은 박진감을 줄 수 있도록 개선된 스마트 사이클링 시뮬레이터를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 스마트 사이클링 시뮬레이터에 있어서, 수평의 고정 베이스부와; 상기 고정 베이스부 상에 회동 가능하게 결합되는 중앙의 힌지를 중심으로 전후 틸팅이 가능하게 구비되는 가동 베이스부와; 상기 가동 베이스부 상에 지지되는 삼각프레임에 안장과 페달이 결합되는 탑승부와; 상기 탑승부의 전방에 설치되는 모니터 또는 상기 탑승부에 탑승하는 사용자에 착용되는 헤드마운트디스플레이로 이루어져 상기 사용자에게 가상의 주행공간을 디스플레이하는 가상현실표현부; 및 상기 가상현실표현부에 디스플레이되는 주행공간의 지면 경사도에 맞추어 상기 고정 베이스부에 대하여 상기 중앙의 힌지를 중심으로 하여 상기 가동 베이스부의 전방 또는 후방 단부를 승강 조절할 수 있도록 구비되는 경사조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 사이클링 시뮬레이터를 제공한다.

여기서, 상기 탑승부는 상기 삼각프레임을 구성하는 전후 길이방향의 샤프트 양단부로부터 가로방향으로 연장 형성되는 전,후방 크로스아암을 구비하고, 상기 가동 베이스부는 전방과 후방 단부 상에 각각 상기 전,후방 크로스아암이 삽입 및 지지되어 상승 가능하도록 안내하는 전,후방 가이드슬롯을 구비함으로써, 상기 탑승부가 상기 전,후방 크로스아암의 어느 하나를 기준으로 다른 하나가 상기 가이드슬롯을 따라 상승하는 뒷바퀴 들기 또는 앞바퀴 들기가 가능하도록 할 수도 있다.

이때, 상기 샤프트는 상기 전,후방 크로스아암에 대하여 각각 직립된 중립위치를 기준으로 좌우방향으로 기울어지는 린(lean) 모션이 가능하도록 구비되며, 상기 샤프트와 상기 전,후방 크로스아암의 사이에는 상기 린 모션의 발생 시 상기 중립위치로의 복귀회동을 위한 복수의 스프링이 설치될 수도 있다.

한편, 상기 스마트 사이클링 시뮬레이터는, 상기 탑승부의 전방에 설치되어 상기 가상현실표현부에 디스플레이되는 주행공간 또는 상기 탑승부의 페달 회전속도에 따라 상기 탑승부를 향해 바람을 일으키는 송풍조절부를 더 포함할 수도 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 스마트 사이클링 시뮬레이터에 의하면, 디스플레이되는 가상현실의 주행공간의 지면 경사도에 맞추어 전후 경사조절이 이루어질 수 있고, 탑승자의 선택에 따라 뒷바퀴 들기 또는 앞바퀴 들기의 구현이 가능하며, 좌우방향으로의 기울기 동작, 즉 린(lean) 모션의 구현이 가능하며, 가상의 주행공간이나 페달의 회전속도에 따라 바람을 일으킬 수 있는 등 현실에서 실제 사이클링이 이루어지는 것과 같이 다양한 주행환경 및 다양한 자세를 구현할 수 있도록 해줌으로써 가상의 주행공간현실에서도 실제로 주행하는 것과 같은 박진감을 느끼게 할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 스마트 사이클링 시뮬레이터의 측면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 사이클링 시뮬레이터의 사시도,
도 3a 내지 도 3c는 도 2의 스마트 사이클링 시뮬레이터에 의한 경사로 구현 방법을 설명하기 위한 측면도,
도 4a 및 도 4b는 도 2의 스마트 사이클링 시뮬레이터에 의한 린(lean) 모션 구현방법을 설명하기 위한 정면도,
도 5는 도 2의 스마트 사이클링 시뮬레이터에 의해 도 4a 및 도 4b의 린 모션의 기능을 구현하기 위한 구성을 도시한 부분확대 사시도,
도 6a 및 도 6b는 도 2의 스마트 사이클링 시뮬레이터에 의한 앞바퀴 들기 및 뒷바퀴 들기 동작의 구현방법을 설명하기 위한 측면도,
도 7은 도 2의 스마트 사이클링 시뮬레이터의 일 구성요소인 송풍조절기의 정단면도이다.

본 발명의 실시예에 따른 스마트 사이클링 시뮬레이터(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 바닥을 이루는 수평의 고정 베이스부(110), 이 고정 베이스부(110) 상에 전후 회동 가능하게 결합되는 가동 베이스부(120), 이 가동 베이스부(120) 상에 지지되는 탑승부(130), 이 탑승부(130)에 탑승하는 탑승자(1)에 착용되는 HMD(Head Mount Display)로 이루어지는 가상현실표현부(140), 탑승부(130)의 전방에 설치되는 송풍조절부(150)를 포함한다.

중앙부가 낮고 전후 양단부가 높게 형성된 가동 베이스부(120)는 하부 중앙의 힌지(121)를 중심으로 전후 틸팅(tilting)이 가능하게 구비된다. 이에 따라, 도 3a의 중립위치를 중심으로 전방(도면에서는 우측)이 상승하도록 상기 힌지(121)를 중심으로 회동함으로써 언덕길의 구현이 가능하고(도 3b 참조), 상기 도 3a의 중립위치를 중심으로 후방(도면에서는 좌측)이 상승하도록 상기 힌지(121)를 중심으로 반대로 회동함으로써 내리막길의 구현이 가능하다(도 3c 참조).

이를 위해, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 스마트 사이클링 시뮬레이터(100)는 가동 베이스부(120)의 후방 단부(도면에서는 좌측 단부)의 하부와 고정 베이스부(110)의 후방 단부의 사이에 설치되는 경사조절부(160)를 더 포함한다.

본 실시예에서 경사조절부(160)는 가상현실표현부(도 2의 140)에 디스플레이되는 주행공간 상에서 지면의 경사도에 따라 신축 조절되도록 구동되는 유압실린더 또는 스크류 잭 등으로 이루어진다.

이에 따라, 도 3a에 도시된 바와 같이, 가상의 주행공간이 평지인 경우에는 경사조절부(160)는 신축이 이루어지지 않은 중립상태로 유지되다가, 상기 가상의 주행공간이 경사로로 전환되는 경우에는 도 3b에 도시된 바와 같이 경사조절부(160)가 수축 구동하여 힌지(121)를 중심으로 가동 베이스부(120)의 후방 단부를 하강 회동시킴으로써 상대적으로 전방 단부가 위로 들리도록 하여 실제 경사로를 주행하는 것과 같은 자전거 각도를 구현할 수 있다. 물론, 이때 페달(131)에 대한 회전저항을 부여함으로써 실제 오르막길을 주행할 때와 유사한 운동량을 이끌어낼 수도 있다. 상기 회전저항은 페달(131)에 의해 회전되는 기어박스(132) 내 회전체(도면 미도시)에 대한 브레이크 디스크(도면 미도시)의 마찰 제어 등을 통해 달성할 수 있다.

내리막길 주행의 경우에는, 도 3c에 도시된 바와 같이, 경사조절부(160)가 신장 구동하여 힌지(121)를 중심으로 가동 베이스부(120)의 후방 단부를 상승 회동시킴으로써 상대적으로 전방 단부가 아래로 숙여지도록 하여 실제 내리막길을 주행하는 것과 같은 자전거 각도를 구현할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 스마트 사이클링 시뮬레이터(100)는 도 4a에 도시된 바와 같은 중립위치로부터 도 4b에 도시된 바와 같이 좌측으로 기울거나 아니면 반대방향으로 기울도록 하는 린 모션(lean motion)의 구현이 가능하다.

이러한 린 모션의 구현을 위해, 먼저 본 발명의 실시예에 따른 스마트 사이클링 시뮬레이터(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 탑승부(130)의 주요 구조를 이루는 삼각프레임(133)을 구비하되, 이 삼각프레임(133)의 하부 링크가 전후 길이방향의 샤프트(133a)를 이룸으로써 이 샤프트(133a)가 전후 축방향을 중심으로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전 가능하도록 구비된다.

구체적으로, 샤프트(133a)의 전,후 길이방향의 양단부는 각각 가로 방향으로 연장 형성되는 전방 크로스아암(134)과 후방 크로스아암(135)에 의해 회전 가능하게 지지된다.

이때, 샤프트(133a)의 전,후방 크로스아암(134, 135)에 대한 회전은 반드시 도 4a의 중립위치로 자동복귀가 이루어지도록 구현되어야 하는바, 이를 위해 본 실시예에서는 도 5에 도시된 바와 같이 샤프트(133a)의 전방 단부와 전방 크로스아암(134)이 만나는 부위에 토션스프링(170)이 개재된다.

토션스프링(170)은 일단부(171)가 샤프트(133a)의 전방단부에 결합하고 타단부(172)가 전방 크로스아암(134)측 소켓(134a)에 관통하여 결합함으로써(도 2의 172' 참조) 크로스아암(134)에 대하여 상대적인 회전이 발생할 경우 반대방향으로의 탄성복원력을 발휘한다. 이와 같은 토션스프링(170)은 샤프트(133a)의 후방단부와 후방 크로스아암(135) 사이에도 개재된다.

상기와 같은 샤프트(133a)의 복귀회동을 위한 스프링 구성은 상기한 토션스프링(170)에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 샤프트(133a)의 외부에서 이를 지지하는 복수의 압축 또는 인장 스프링(도면 미도시) 등에 의할 수도 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 스마트 사이클링 시뮬레이터(100)는 도 2의 중립위치로부터 도 6a에 도시된 바와 같이 앞바퀴 들기와 도 6b에 도시된 바와 같이 뒷바퀴 들기의 구현이 가능하도록 구비된다.

이를 위해, 본 실시예에서는 가동 베이스부(120)의 전방 단부와 후방단부의 상면에 각각 좌우 한 쌍의 가이드슬롯(122, 123; 124, 125)이 설치되어 구비된다.

전방의 한 쌍의 가이드슬롯(122, 123)에 의해서는 전방 크로스아암(134)의 좌우 양측단부가 삽입되어 승강 가능하도록 슬라이드 안내되며, 후방의 한 쌍의 가이드슬롯(124, 125)에 의해서는 후방 크로스아암(135)의 좌우 양측단부가 삽입되어 승강 가능하도록 슬라이드 안내된다.

이에 따라, 가상현실을 주행하는 탑승자(1)는 주행경로에 따라 또는 이와 무관하게 앞바퀴 들기 주행이나 뒷바퀴 들기 주행이 가능하다. 물론, 각각의 경우 발생 시 가상현실표현부(140)에 디스플레이되는 주행화면이 앞으로 틸팅되게 표시, 즉 전방의 지면방향으로 숙인 모습으로 디스플레이되거나 상공으로 들린 모습으로 틸팅되게 표시하는 것으로 효과를 연동시킬 수 있다.

마지막으로, 본 발명의 실시예에 따른 스마트 사이클링 시뮬레이터(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 탑승부(130)의 전방에 설치되는 송풍조절부(150)를 포함함으로써 이를 통해 가상현실표현부(140)에 디스플레이되는 주행공간 또는 탑승부(130)의 페달(131) 회전속도에 따라 상기 탑승부(130)의 탑승자를 향해 바람을 일으키도록 구현할 수 있다.

이를 위해, 송풍조절부(150)는, 도 2 및 도 7에 도시된 바와 같이, 하단의 본체부(151) 내에 회전구동되는 팬(fan, 152)을 구비하고, 본체부(151)의 좌우 양측단부를 통해 연통되는 덕트(153)를 통과하여 그 상단부에 형성된 슬릿(154)을 통해 후방에 배치되는 탑승부(130)를 향해 바람이 배출되는 구조를 갖는다.

송풍조절부(150)에 의한 바람의 세기는 가상현실표현부(140)에 디스플레이되고 있는 주행환경에 부여되는 조건(예를 들어, 바람부는 거리)에 따라 조절될 수 있다. 또한, 탑승부(130)에 탑승한 탑승자가 페달(131)을 구르는 속도, 즉 가상현실에서의 주행속도에 비례하여 조절될 수 있다.

한편, 상기에서 가상현실표현부(140)는 탑승자(1)에 착용되는 HMD의 형태로 설명되었으나 본 발명은 이러한 구성에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 상기 가상현실표현부는 탑승부(130)의 전방에 설치되는 모니터의 형태로 구현될 수도 있다.

그리고, 이상에서 설명된 스마트 사이클링 시뮬레이터(100)는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 실시예에 불과하므로 본 발명의 권리범위 내지 기술적 범위가 상기 설명된 바에 한정되는 것으로 이해되어서는 곤란하다.

본 발명의 권리범위 내지 기술적 범위는 후술하는 특허청구범위 및 그 균등범위에 의해 정하여진다.

100: 스마트 사이클링 시뮬레이터 110: 고정 베이스부
120: 가동 베이스부 121: 힌지
122, 123, 124, 125: 가이드 슬롯 130: 탑승부
131: 페달 133: 삼각프레임
133a: 샤프트 134: 전방 크로스아암
135: 후방 크로스아암 140: 가상현실표현부
150: 송풍조절부 151: 본체부
152: 팬(fan) 153: 덕트
154: 슬릿 160: 경사조절부
170: 토션스프링

Claims (4)

1. 스마트 사이클링 시뮬레이터에 있어서,
   수평의 고정 베이스부와;
   상기 고정 베이스부 상에 회동 가능하게 결합되는 중앙의 힌지를 중심으로 전후 틸팅이 가능하게 구비되되 중앙부가 낮고 전후 양단부가 높게 형성된 가동 베이스부와;
   상기 가동 베이스부 상에서 전후 길이방향으로 연장되어 상기 가동 베이스에 대하여 상대적인 회전이 가능하도록 지지되는 샤프트와, 상기 샤프트 상에 일체로 연결되어 상기 가동 베이스부 상에서 직립된 중립위치를 기준으로 좌우방향으로 기울어지는 린(lean) 모션이 가능하도록 구비되는 프레임과, 상기 프레임에 결합되는 안장과 페달을 포함하는 탑승부와;
   상기 탑승부의 전방에 설치되는 모니터 또는 상기 탑승부에 탑승하는 사용자에 착용되는 헤드마운트디스플레이로 이루어져 상기 사용자에게 가상의 주행공간을 디스플레이하는 가상현실표현부; 및
   상기 가동 베이스부의 전후 양단부 중 어느 하나의 하부와 상기 고정 베이스부의 사이에 설치되어 상기 가상현실표현부에 디스플레이되는 주행공간의 지면 경사도에 맞추어 상기 고정 베이스부에 대하여 상기 중앙의 힌지를 중심으로 하여 상기 가동 베이스부의 전방 또는 후방 단부를 승강 조절할 수 있도록 구비되는 경사조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 사이클링 시뮬레이터.
2. 제1항에 있어서,
   상기 탑승부는 상기 샤프트의 양단부로부터 가로방향으로 연장 형성되는 전,후방 크로스아암을 구비하고,
   상기 가동 베이스부는 전방과 후방 단부 상에 각각 상기 전,후방 크로스아암이 삽입 및 지지되어 상승 가능하도록 안내하는 전,후방 가이드슬롯을 구비함으로써,
   상기 탑승부가 상기 전,후방 크로스아암의 어느 하나를 기준으로 다른 하나가 상기 가이드슬롯을 따라 상승하는 뒷바퀴 들기 또는 앞바퀴 들기가 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 스마트 사이클링 시뮬레이터.
3. 제2항에 있어서,
   상기 샤프트와 상기 전,후방 크로스아암의 사이에는 상기 린 모션의 발생 시 상기 중립위치로의 복귀회동을 위한 복수의 스프링이 설치되는 것을 특징으로 하는 스마트 사이클링 시뮬레이터.
4. 제1항에 있어서,
   상기 탑승부의 전방에 설치되어, 상기 가상현실표현부에 디스플레이되는 주행공간 또는 상기 탑승부의 페달 회전속도에 따라 상기 탑승부를 향해 바람을 일으키는 송풍조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 사이클링 시뮬레이터.

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