KR101869696B1 - 가상현실을 이용한 전방향 운동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가상현실을 이용한 전방향 운동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사용자에게 전방향으로 이동할 수 있는 제한된 공간을 제공하고, 사용자가 착용하는 웨어러블 기기에 상기 공간의 움직임과 연동되는 이미지를 전송하여 사용자가 실제 그 이미지가 나타내는 공간에 있는 것처럼 느끼게 하는 가상현실을 이용한 전방향 운동장치에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 상부면에 구름체를 가진 바닥부, 상기 바닥부의 구름체 위에 설치되고 웨어러블 기기를 착용한 사용자가 내부에서 운동할 수 있는 구 형태인 운동부, 상기 바닥부의 상부면에 설치되고 상기 운동부가 전방향으로 운동할 수 있도록 구름체를 가진 보 형태인 지지부 및 상기 운동부의 동작정보를 가상현실 이미지로 생성하여 사용자가 착용한 웨어러블 기기로 전송하는 연산장치부로 이루어진 것을 기술적 요지로 한다.

Description

가상현실을 이용한 전방향 운동장치 {The omnidirectional treadmills using virtual reality system}

본 발명은 가상현실을 이용한 전방향 운동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사용자에게 전방향으로 이동할 수 있는 공간을 제공하고, 내부의 사용자의 움직임에 따라 이에 대응하는 공간의 움직임을 센서에 의해 측정하고, 측정된 정보를 이용하여 사용자가 착용하는 웨어러블 기기에 공간의 움직임과 연동되는 이미지를 전송함으로써 사용자가 실제 그 이미지가 나타내는 공간에 있는 것처럼 느끼게 하는 가상현실을 이용한 전방향 운동장치에 관한 것이다.

일반적으로 가정 또는 피트니스센터와 같이 실내에서 운동하고자 하는 수요에 맞춰 구동벨트 위에서 사용자가 달리는 운동장치가 많이 사용되고 있다. 이러한 운동장치는 대개 사용자가 달릴 수 있는 구동벨트와 운동장치의 속도 또는 각도 등을 조절할 수 있도록 구성된 패널로 이루어져 있어 설정된 운동속도로 구동하는 구동벨트 위에서 사용자가 달리도록 강제하도록 되어 있다.

사용자는 종래의 운동장치에서 운동시 시각적으로 상기 운동장치가 설치된 실내만을 인식하게 되는 바, 지루함에 의한 운동의욕 저하 및 야외활동에 대한 욕구가 충족되지 못하였다. 이러한 문제점을 보완하기 위하여, 특정 지역의 실제 이동 이미지를 설정하고 이동 이미지의 변화에 맞춰 구동벨트가 구동함으로써 사용자가 마치 그 특정 지역을 달리고 있는 듯한 느낌을 주는 발명이 개발되어 왔다.

하지만, 이러한 종래의 발명들은 기본적으로 사용자에게 주어지는 운동공간이 구동벨트에 의해 한정되어 사용자는 전방으로만 운동할 수 밖에 없고, 또한 설정된 이동 이미지를 사용자에게 일방적으로 보여주는 일방향 정보 전송이어서 사용자로서는 실질적으로 그 특정 지역을 달린다는 느낌을 전혀 받을 수 없는 문제점이 있었다.

KR 101233861 B1 KR 101508204 B1

본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로서, 실내에서도 사용자가 이동하고자 하는 모든 방향으로 움직일 수 있는 운동장치를 구비하고, 사용자가 착용한 웨어러블 기기에 이미지를 보여주는 최근의 가상현실 기술을 접목하여 마치 그 공간에 있는 듯한 느낌을 가지도록 하는 가상현실을 이용한 전방향 운동장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가상현실을 이용한 전방향 운동장치는 상부면에 구름체를 가진 바닥부, 상기 바닥부의 구름체 위에 설치되고 웨어러블 기기를 착용한 사용자가 내부에서 운동할 수 있는 구 형태인 운동부, 상기 바닥부의 상부면에 설치되고 상기 운동부가 전방향으로 운동할 수 있도록 구름체를 가진 보 형태인 지지부 및 상기 운동부의 동작정보를 가상현실 이미지로 생성하여 사용자가 착용한 웨어러블 기기로 전송하는 연산장치부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기한 구성에 의한 본 발명은 아래와 같은 효과를 기대할 수 있다.

사용자가 착용하는 웨어러블 기기에 전송되는 이미지가 사용자가 운동하는 위치와 연동되어 나타남에 따라, 사용자는 이미지가 나타내는 지역에서 실제로 운동하는 것과 같은 느낌을 받을 수 있다. 상세히는, 사용자의 전후좌우 및 점프 등 움직임에 따른 변위를 센서가 측정하고, 측정된 정보를 연산장치에서 처리하여 이미지에 반영함으로써, 사용자가 착용한 웨어러블 기기에는 사용자의 움직임이 반영된 이미지가 나타나게 되는 양방향 정보의 전송이 가능하게 되어 사용자에게 더욱 실제적인 느낌을 줄 수 있다.

이러한 효과는 사용자가 운동을 지속하는데 도움이 되어 운동장치로써의 효과는 극대화 된다.

운동장치는 전방향으로 움직일 수 있게 되어, 기존의 전방으로만 달리는 단조로운 패턴이었던 운동장치와는 달리, 사용자는 전방으로 달리다가도 좌,우 또는 후방으로도 방향을 전환하는 동작이 가능하게 된다. 따라서, 방향을 전환하는 운동에 수반되는 근육이 강화되는 운동효과가 발생한다.

운동동작부의 운동을 바닥부, 제1지지부 및 제2지지부의 각 구름체에 설치된 센서가 변위를 측정하고 이를 연산장치부에서 처리하여 사용자의 운동상태, 예를 들면 현재 사용자의 운동 속도, 운동 시간 및 소모된 칼로리 등을 사용자가 착용한 웨어러블 기기에 전송함으로써 사용자가 그 정보를 읽을 수 있도록 할 수 있다.

웨어러블 기기에 전송되는 이미지는 자유롭게 변경이 가능하도록 함으로써, 시간, 공간적으로 방문하기 힘든 지역, 예를 들면 해외 지역과 같은 곳의 이미지를 제공함으로써 사용자에게 경험을 제공할 수 있게 되고, 특히 어린이들에게는 상상력을 향상시키는 수단으로 이용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가상현실을 이용한 전방향 운동장치의 전체 구성도를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가상현실을 이용한 전방향 운동장치의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가상현실을 이용한 전방향 운동장치의 정면도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가상현실을 이용한 전방향 운동장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가상현실을 이용한 전방향 운동장치의 전체 구성도를 나타낸 사시도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가상현실을 이용한 전방향 운동장치의 평면도 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가상현실을 이용한 전방향 운동장치의 정면도이다.

본 발명은 상부면에 구름체를 가진 바닥부(100), 상기 바닥부(100)의 구름체 위에 설치되고 웨어러블 기기(20)를 착용한 사용자(10)가 내부에서 운동할 수 있는 구 형태인 운동부(200), 상기 바닥부(100)의 상부면에 설치되고 상기 운동부(200)가 전방향으로 운동할 수 있도록 구름체를 가진 보 형태인 지지부(300) 및 상기 운동부(200)의 동작정보를 가상현실 이미지로 생성하여 사용자(10)가 착용한 웨어러블 기기(20)로 전송하는 연산장치부(400)로 이루어진 것을 특징으로 한다.

먼저, 상기 바닥부(100)에 대해서 살펴본다.

상기 바닥부(100)는 지면에 놓여진 넓은 판 형태의 구조물로써, 사각형 또는 원형 등 어떠한 형태로도 구성이 가능하다. 본 발명인 가상현실을 이용한 전방향 운동장치에서 바닥부(100)를 제외한 다른 구성요소는 바닥부(100) 상부면에 설치 가능하다.

바닥부(100)는 후술할 운동부(200)에 사용자(10)가 들어가 운동하게 되면 발생할 수 있는 흔들림 및 진동을 흡수하여 본 발명 전체에 안정감을 부여하는 역할을 한다. 바닥부(100)의 너비는 후술할 운동부(200)의 지름과 상호연관되어 있다.

바닥부(100)와 운동부(200)는 접하는데, 접하는 곳에는 하부구름체(110)가 설치되어 있다. 하부구름체(110)는 변위를 측정할 수 있는 센서가 구비되어 있어, 운동부(200)가 중력방향으로 가하는 힘, 즉 무게 또는 진동을 감지하여 후술할 연산장치부(400)로 측정된 변위 정보를 전송한다. 하부구름체(110)는 하나의 구름체로 이루어질 수도 있으나, 본 발명에서 가장 하중을 많이 받는 구조체이고, 운동부(200)의 유동을 더욱 원활하게 하는 역할 등을 고려할 때 다수개의 구름체로 형성되는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 운동부(200)에 대해서 살펴본다.

상기 운동부(200)는 바닥부(100)의 하부구름체(110) 위에 설치되고 후술할 지지부(300)가 형성하는 공간의 내부에 설치되며, 웨어러블 기기(20)를 착용한 사용자(10)가 내부에서 운동할 수 있는 속이 빈 구의 형태로 이루어져 있다. 운동부(200)는 바닥부(100)의 상부면에 설치된 하부구름체(110), 제1지지부(310)에 설치된 제1구름체(311) 및 제2지지부(330)에 설치된 제2구름체(331)와 접하도록 설치되어 있어 쉽게 구를 수 있다.

운동부(200)에는 출입문(210)이 형성되어 있어서 사용자(10)는 출입문(210)을 통하여 운동부(200)의 내부로 들어갈 수 있다. 상기 출입문(210)은 힌지에 의해 결합되어 있되, 운동부(200)의 외관 형태와 동일하게 형성되어 있어, 출입문(210)이 닫힌 경우에는 운동부(200)의 외면과 내면에는 출입문(210)에 의한 단차가 없도록 구성되어 있다. 출입문(210)은 운동부(200)의 운동에 따라 그 위치가 달라질 수 있는데, 후술할 연산장치부(400)에 의해 설정된 위치로 셋팅될 수 있도록 부가적인 기능을 구성할 수 있다. 예를 들면, 출입문(210)이 정위치 되었을 때 운동부(200)가 하부구름체(110), 제1구름체(311) 및 제2구름체(331)와 맞닿는 점을 초기 위치로 설정하여, 운동이 끝나는 경우에 설정된 점이 초기 위치로 돌아가도록 연산장치부(400)에 의해 조절될 수 있다.

운동부(200)의 내부면에는 실리콘과 같은 미끄럼 방지 처리가 되어 있어서, 사용자(10)가 운동부(200) 내부에서 달리거나 걷는 등 움직임을 하면서 마찰력에 의해 운동부(200)를 움직이게 할 수 있다.

또한, 운동부(200)와 접촉하는 하부구름체(110), 제1구름체(311) 및 제2구름체(331)에는 구동장치, 예를 들면 모터나 구동벨트 등에 의해 구동될 수 있도록 되어 있다. 이에 따라, 사용자(10)에 의해 가해지는 마찰력이 부족하여 운동부(200)가 작동하지 않게 되는 경우에도 구름체에 인가된 구동력에 의해 작은 힘에도 쉽게 운동부(200)가 작동할 수 있도록 보완할 수 있다.

이러한 구름체에 가해지는 구동력에 의해, 하부구름체(110), 제1구름체(311) 및 제2구름체(331)가 자동으로 구동하고 사용자(10)는 운동부의 동작에 따라 운동하도록 하는 수동적인 운동방법 또는 사용자(10)가 운동하고 운동부(200)는 사용자(10)의 운동에 맞춰 움직이는 능동적인 운동방법이 모두 가능하여, 사용자(10)는 운동방법 선택의 폭이 넓어지게 된다.

추가적으로는, 운동부(200)의 외관에 접촉식 제동장치(500)를 구비하거나, 각 구름체가 움직이지 않도록 구름체에 제동장치가 설치되도록 할 수 있다. 접촉식 제동장치(500)는 수직으로 세워진 제1지지부(310)와 제2지지부(330) 사이를 횡으로 연결하도록 형성되되, 제1지지부(310)와 제2지지부(330)로 인해 운동부(200) 외부가 구획된 4공간 중에 출입문(210)이 설치된 공간을 제외한 나머지 3공간에 접촉하도록 설치될 수 있고, 제동이 필요하지 않은 경우에는 운동부(200) 표면과 이격되어 있으나, 제동시에는 제동장치(500)가 운동부(200)의 외면에 접촉함으로써 마찰력에 의해 운동부(200)의 운동을 제동시킨다.

구름체를 제동하는 경우에는 하부구름체(110)와 제1구름체(311) 및 제2구름체(331)를 동시에 제동하도록 하되, 드럼 또는 디스크 방식에 의해 제동할 수 있되, 일반적으로 행해지는 제동방식인 바 자세한 설명은 생략한다.

이러한 제동장치(500)는 내부의 사용자(10)가 소지한 무선송신장치로부터 송신된 신호를 후술할 연산장치부(400)가 수신하여 제동장치(500)가 작동하도록 할 수 있고, 또는 하부구름체(110)에 설치된 진동이나 무게를 측정하는 센서가 아무런 변위를 측정하지 못하는 경우를 운동부(200) 내부에 사용자(10)가 없는 상태로 판단하여 제동장치(500)를 작동하도록 할 수 있다.

다음으로, 상기 지지부(300)를 살펴본다.

상기 지지부(300)는 상기 바닥부(100)의 상면에 설치되어 상기 운동부(200)를 지지하되, 바람직하게는 한 쌍의 제1지지부(310)와 또 다른 한 쌍의 제2지지부(330)로 구분된 두 쌍의 보(堡)로 이루어진 것이 바람직하다.

지지부(300)는 그 형상이 곧게 뻗은 수직 보로 구성할 수도 있고, 도1에 도시된 바와 같이 구 형태인 운동부(200)의 외면을 감싸는 형태로 곡률을 가지는 곡형 보로 구성할 수 있다.

제1지지부(310)의 두 개의 보는 사이에 공간을 두고 서로 마주보도록 배치되어 있으며, 더욱 상세하게는, 제1지지부(310)의 두 개의 보 사이에 상기 운동부(200)가 설치될 수 있을 정도의 너비를 가져야 한다. 제1지지부(310)의 두 개의 보가 마주보는 간격의 중심은 상기 바닥부(100)의 중심과 일치되도록 배치되는 것이 본 발명 전체의 구조적 안정성 측면에서 바람직하다.

제1지지부(310)와 상기 운동부(200)가 접하는 부분에는 제1구름체(311)가 설치되어 있다. 제1구름체(311)는 변위를 측정할 수 있는 센서가 구비되어 있어, 운동부(200)의 수평방향 움직임의 변위를 측정하여 후술할 연산장치부(400)로 측정된 변위 정보를 전송한다. 제1구름체(311)는 제1지지부(310)의 상부와 하부 두군데에 설치될 수 있고, 제1지지부(310)의 높이에 따라 하부에만 설치될 수도 있다. 제1구름체(311)에 설치된 센서는 상부와 하부중 어느 한 부분에 설치되되, 교체시 접근성 및 센서의 측정감도 등을 고려하여 설치될 수 있다.

제2지지부(330)는 상기 제1지지부(310)와 동일한 형상을 가지되, 더욱 상세하게는, 상기 제1지지부(310)의 두 개의 기둥이 배치된 간격과 동일한 간격을 가지고, 제1지지부(310)의 간격의 중심과 제2지지부(330)의 간격의 중심은 일치되되, 직교하도록 배치되어 있다. 따라서, 제1지지부(310)와 제2지지부(330)의 총 4개의 기둥은 정마름모의 꼭지점을 이루는 형상으로 바닥부(100) 위에 배치되어 있다.

상술한 제1지지부(310)에 제1구름체(311)가 설치된 것과 마찬가지로 제2지지부(330)에도 변위를 측정할 수 있는 센서를 구비한 제2구름체(331)가 설치되어 있다. 제2구름체(331)도 제2지지부(330)의 상부와 하부 두군데에 설치될 수 있고, 제2지지부(330)의 높이에 따라 하부에만 설치될 수도 있다. 제2구름체(331)에 설치된 센서는 상부와 하부중 어느 한 부분에 설치되되, 교체시 접근성 및 센서의 측정감도 등을 고려하여 설치될 수 있다.

마지막으로, 상기 연산장치부(400)를 살펴본다.

연산장치부(400)는 상기 하부구름체(110), 제1구름체(311) 및 제2구름체(331)에 설치된 센서가 측정한 변위 정보를 전송받아 그 결과를 처리하여 운동부(200)의 운동방향과 속력을 반영한 영상 이미지를 사용자(10)가 착용한 웨어러블 기기(20)에 전송한다.

실시예를 기준으로 살펴보면, 제1구름체(311)가 운동부(200)의 전방운동에 해당하는 x축 변위를 측정하고, 제2구름체(331)가 상기 전방운동과 직교하는 측면운동에 해당하는 y축 변위를 측정하면, 연산장치부(400)는 상기 측정된 변위 정보를 이용하여 사용자(10)가 평면 상에서 이동한 거리를 계산하고 이를 반영한 이미지를 생성한다. 이러한 이미지는 사용자(10)가 착용한 웨어러블 기기(20)에 전송하게 되는데, 이 때 상기 과정들은 시간적 딜레이가 매우 작도록 연산장치부(400)에 의해 신속하게 처리되므로, 사용자(10)는 자신의 움직임이 그대로 반영되는 이미지를 웨어러블 기기(20)를 통해 보게되어 현실감을 느낄 수 있게 된다.

사용자(10)가 착용한 웨어러블 기기(20)에는 사용자(10)의 동작정보가 반영된 영상 이미지, 예를 들면 사용자(10)가 정면으로 달리다가 왼쪽으로 꺾어 달리게 되면, 영상 이미지도 이에 연동하여 왼쪽으로 꺾어 달리는 영상을 보여주게 되어, 사용자(10)는 가상현실 공간 내에서 자신의 의지대로 원하는 공간으로 달리는 느낌을 받게 된다.

추가적으로는, 연산장치부(400)에서 이동 경로가 정형화된 영상 이미지를 전송하고, 사용자(10)가 그에 맞춰 운동하는 방식도 가능하다. 이로 인하여, 사용자(10)가 연산장치부(400)로 정보를 전송하거나, 연산장치부(400)가 사용자(10)에게로 정보를 전송하는 양방향 정보의 전송이 가능하여, 사용자(10)의 필요에 따라 어떠한 형태로도 실시가 가능하다.

하부구름체(110)는 진동 또는 무게를 측정하여, 수직축, 즉 z축으로의 변위정보가 없을 때, 연산장치부(400)는 해당 상태를 운동부(200) 내부에 사용자(10)가 존재하지 않는 상태로 파악하여, 운동부(200)가 구르지 않도록 제동장치(500)를 작동할 수 있다. 다만, 진동 또는 무게가 측정되지 않는 시간간격이 매우 짧은 경우에는 연산장치부(400)는 이를 사용자(10)가 점프한 상태로 파악하여, 이를 웨어러블 기기(20)에 점프한 것과 같은 이미지로 나타낼 수 있다.

연산장치부(400)의 변위 정보 연산 과정이나 웨어러블 기기(20)에 이미지를 전송하고 사용자(10)에게 보여주는 과정은 종래 알려진 기술이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

연산장치부(400)는 바닥부(100)의 상면이나 내부에 설치되는 것이 바람직하고, 제1지지부(310)나 제2지지부(330)의 내부에 설치되거나 별개의 장치로써 구분되어 설치될 수 있는 등 사용자(10)의 접근성 및 조작편의성을 위하여 어느 곳에도 설치될 수 있다.

상기한 실시예는 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야에 대한 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형된 다른 실시예가 가능하다.

따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위에는 하기의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 상기의 실시예뿐만 아니라 다양하게 변형된 다른 실시예가 포함되어야 한다.

10: 사용자
20: 웨어러블 기기
100: 바닥부
110: 하부구름체
200: 운동부
210: 출입문
300: 지지부
310: 제1지지부
311: 제1구름체
330: 제2지지부
331: 제2구름체
400: 연산장치부
500: 제동장치

Claims (4)

1. 변위를 감지할 수 있는 센서가 구비되고, 동력장치에 의해 구동될 수 있는 하부구름체를 가진 바닥부;
   상기 하부구름체 위에 설치되고 웨어러블 기기를 착용한 사용자가 내부에서 운동할 수 있으며, 내부면에 실리콘 도포처리가 된 구 형태의 운동부;
   상기 바닥부의 상부면에 직교하도록 설치되고, 상기 운동부를 지지하면서 상기 운동부가 전방향으로 운동할 수 있도록 하되, 변위를 감지할 수 있는 센서가 구비되며 동력장치에 의해 구동될 수 있는 측면구름체를 가진 두 쌍의 보 형태인 지지부;
   상기 운동부 내부의 사용자가 착용한 웨어러블 기기로 프로그래밍된 가상현실 이미지를 전송하거나, 상기 하부구름체에 구비된 센서의 측정정보를 이용하여 사용자의 점프여부 및 상기 측면구름체에 구비된 상기 센서의 측정정보를 이용하여 사용자의 평면이동거리를 이미지화하여 상기 웨어러블 기기로 전송하는 연산장치부; 및
   상기 지지부에 의해 나누어지는 상기 운동부의 외주면 중에서 3개의 면에 설치되되 상기 지지부를 횡으로 연결하도록 설치되고, 상기 운동부의 외주면 형상에 맞도록 반원형으로 형성되며, 사용자의 송신신호를 받아 상기 운동부에 접촉하여 상기 운동부를 정지시키는 제동장치로 이루어진 가상현실을 이용한 전방향 운동장치.
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