KR101940713B1

KR101940713B1 - 선회이동장치의 보행제어방법

Info

Publication number: KR101940713B1
Application number: KR1020170129691A
Authority: KR
Inventors: 이대일; 김영봉
Original assignee: (주)코아팀즈
Priority date: 2017-10-11
Filing date: 2017-10-11
Publication date: 2019-01-21

Abstract

본 발명은 발판이 트레드밀에 의해 무한궤도를 이루면서 회전되되, 좌우방향으로 슬라이딩 이동되도록 이루어지는 선회이동장치의 제어방법에 관한 것으로서, 상세하게는 선회이동장치를 이용하는 대상자의 발목에 부착된 동작센싱부에 의해 검출된 선회방향 및 운동속도에 따라 발판이 적절하게 구동되도록 하는 선회이동장치의 보행제어방법에 대한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 선회이동장치의 보행제어방법은 전후방향으로 무한궤도를 형성하며 회전되는 트레드밀; 좌우방향으로 슬라이딩 이동가능하도록 구성되며, 복수 개가 상기 트레드밀의 전후방향으로 나란하게 구비되는 발판; 및 힌지축에 의해 좌우방향으로 회전되면서 복수 개의 상기 발판을 슬라이딩 이동시키도록 구비되는 가이드부를 포함하여 이루어지는 선회이동장치의 보행제어방법에 있어서, 상기 트레드밀의 폭방향에 배치되는 복수 개의 위치센싱부가 대상자의 위치를 검출하는 초기 위치 검출단계; 상기 대상자의 몸에 부착된 동작센싱부에서 검출되는 대상자의 선회방향 및 운동속도를 측정하여 상기 대상자의 동작을 분석하는 초기 동작 검출단계; 측정된 상기 운동속도가 일정 속도를 초과하는 경우, 상기 트레드밀이 무한궤도를 이루며 구동되도록 하되, 상기 선회방향과 대응되는 Y축 방향으로 상기 발판이 이동되도록 하는 구동단계; 상기 구동단계 이후 대상자의 움직임을 실시간으로 측정하여 상기 트레드밀의 구동환경을 보정하는 보정단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

선회이동장치의 보행제어방법{Walk control method of rotating movement device}

본 발명은 발판이 트레드밀에 의해 무한궤도를 이루면서 회전되되, 좌우방향으로 슬라이딩 이동되도록 이루어지는 선회이동장치의 제어방법에 관한 것으로서, 상세하게는 선회이동장치를 이용하는 대상자의 발목에 부착된 동작센싱부에 의해 검출된 선회방향 및 운동속도에 따라 발판이 적절하게 구동되도록 하는 선회이동장치의 보행제어방법에 대한 것이다.

가상현실을 제공하는 시스템은 대상자의 동작이나 명령을 수집하고, 이에 따라 시뮬레이션된 콘텐츠를 그래픽 디스플레이나 햅틱 장치를 통해 대상자에게 제공한다. 특히, 대상자가 이동감을 느낄 수 있게 하기 위해서는 바닥에 배치된 보행장치가 포함된다.

보행장치는 한 방향으로만 이동할 수 있는 단방향 시스템과 여러 방향으로 회전 및 이동이 가능한 다방향 시스템으로 나뉠 수 있다. 일반적으로 대상자가 가상현실 공간에서 네비게이션, 훈련 등을 실시할 때, 몰입감을 느끼기 위해서는 원하는 방향으로 자유롭게 이동할 수 있는 다방향 시스템이 필요하다.

한편, 다방향 보행장치는 단방향 트레드밀을 대상자 중심으로 회전시켜 방향을 전환하거나, 또는 수십 개의 소형 트레드밀을 하나의 대형 트레드밀에 부착시키고 각각의 변위 합성을 통해 다방향 운동을 제공하도록 이루어진다.

일반적으로 다방향 보행장치는 대상자의 움직임에 따라 장치의 동작이 자동으로 제어되도록 구성되며, 이와 관련된 기술로 등록특허공보 제10-1695365호(이하, '종래기술 1'이라 함) 및 등록특허공보 제10-1298997호, 이하, '종래기술 2'라 함)가 개시되어 있다.

상기 종래기술 1은 장치 위에서 움직이는 대상자의 모션을 감지하고, 이에 대응하여 장치가 동작되는 것으로서, 상세하게는 헤드셋에 구비된 센서를 이용하여 대상자의 방향 전환 모션을 감지하고, 대상자의 워킹 동작에 따른 진동과 충격을 감지하여 실시간으로 워킹 모션 및 속도를 감지하도록 이루어진다.

그런데 상기 종래기술 1은 대상자의 동작에 따라 발생되는 진동 및 충격 등의 워킹 모선을 발판분에 구비된 충격센서, 진동센서 또는 하중센서 등을 이용하여 감지하도록 이루어지는 바, 대상자의 자세가 불안정한 상태에서는 정확한 모션을 인지하는 것이 어려운 한계가 있다.

부연하면, 대상자의 발바닥 중 일부분만 발판에 닿는 상태에서 상체를 돌리는 등의 동작이 이루어지면, 대상자가 향하고 있는 정확한 방향의 검출이 어려워 오작동이 이루어지는 문제가 있다.

한편, 상기 종래기술 2는 무한궤도로 회전가능하게 설치된 트랙 벨트와 상기 트랙 벨트를 구동하는 구동부를 구비한 트레드밀을 제어하는 방법에 대한 것으로서, 상기 종래기술 2는 트레드밀의 각 위치에 구비된 하중센서에 의해 측정된 값을 이용하여 상기 구동부의 동작을 제어하도록 이루어진다.

즉, 상기 종래기술 2 또한 상기 종래기술 1과 같이 하중센서를 이용하여 대상자의 위치를 추적하고, 이에 따라 구동부의 동작을 제어하도록 이루어지는 바, 대상자가 향하고 있는 정확한 방향의 검출이 어려운 한계가 있다.

KR

10-1695365

B1 2017.01.05.

KR

10-1298997

B1 2013.08.16.

본 발명은 상기 종래 기술이 갖는 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 선회이동장치를 이용하는 대상자의 발목에 부착된 동작센싱부에 의해 검출된 선회방향 및 운동속도에 따라 발판이 적절하게 구동되도록 하는 선회이동장치의 보행제어방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 선회이동장치의 보행제어방법은 전후방향으로 무한궤도를 형성하며 회전되는 트레드밀; 좌우방향으로 슬라이딩 이동가능하도록 구성되며, 복수 개가 상기 트레드밀의 전후방향으로 나란하게 구비되는 발판; 및 힌지축에 의해 좌우방향으로 회전되면서 복수 개의 상기 발판을 슬라이딩 이동시키도록 구비되는 가이드부를 포함하여 이루어지는 선회이동장치의 보행제어방법에 있어서, 상기 트레드밀의 폭방향에 배치되는 복수 개의 위치센싱부가 대상자의 위치를 검출하는 초기 위치 검출단계; 상기 대상자의 몸에 부착된 동작센싱부에서 검출되는 대상자의 선회방향 및 운동속도를 측정하여 상기 대상자의 동작을 분석하는 초기 동작 검출단계; 측정된 상기 운동속도가 일정 속도를 초과하는 경우, 상기 트레드밀이 무한궤도를 이루며 구동되도록 하되, 상기 선회방향과 대응되는 Y축 방향으로 상기 발판이 이동되도록 하는 구동단계; 상기 구동단계 이후 대상자의 움직임을 실시간으로 측정하여 상기 트레드밀의 구동환경을 보정하는 보정단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 위치센싱부는, 광원센서와 수신부를 포함하며, 상기 광원센서로 부터 상기 트레드밀의 내측을 향하여 광원이 조사되고, 조사된 광원이 대상자와 충돌된 뒤 반사되어 돌아오는 반사광을 상기 수신부가 수신하여 분석함에 따라 상기 대상자의 위치가 검출되도록 한다.

한편, 상기 동작센싱부는, 대상자의 양다리 사이의 각도를 측정함으로써, 선회방향을 측정하고 선회정도를 계산하도록 한다.

한편, 상기 동작센싱부는, 대상자의 정강이에서 발등 사이에 구비되도록 한다.

본 발명에 의하면, 대상자의 발목위치에 부착된 동작센싱부를 이용하여 선회방향, 선회정도 및 운동속도를 측정하도록 이루어지는 바, 대상자의 동작정보가 더욱 정밀하게 측정 가능하여 선회이동장치의 구동신뢰성이 향상되는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 대상자의 위치에 따라 트레드밀의 속도를 보정하고, 발판의 이동폭을 보정함에 따라, 대상자가 항상 트레드밀의 중심부에 위치한 상태에서 운동할 수 있도록 하는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 선회이동장치의 보행제어방법의 흐름도.
도 2는 본 발명에 적용되는 선회이동장치의 개략 사시도.
도 3은 본 발명에 적용되는 선회이동장치의 개략 평면도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 선회이동장치의 보행제어방법의 흐름도이고, 도 2는 본 발명에 적용되는 선회이동장치의 개략 사시도이며, 도 3은 본 발명에 적용되는 선회이동장치의 개략 평면도이다.

본 발명은 선회이동장치(1)를 이용하는 대상자의 발목에 부착된 동작센싱부(40)에 의해 검출된 선회방향 및 운동속도에 따라 발판(20)이 적절하게 구동되도록 하는 선회이동장치의 보행제어방법에 대한 것이다.

이때, 상기 선회이동장치(1)는 전후방향으로 무한궤도를 형성하며 회전되는 트레드밀(10); 좌우방향으로 슬라이딩 이동가능하도록 구성되며, 복수 개가 상기 트레드밀(10)의 전후방향으로 나란하게 구비되는 발판(20); 및 힌지축에 의해 좌우방향으로 회전되면서 복수 개의 상기 발판(20)을 슬라이딩 이동시키도록 구비되는 가이드부(미도시)를 포함하여 이루어진다.

본 발명은 초기 위치 검출단계, 초기 동작 검출단계, 구동단계 및 보정단계를 포함하여 이루어진다.

1. 초기 위치 검출단계

초기 위치 검출단계는 트레드밀(10)에 탑승한 대상자의 위치를 검출하는 과정으로서, 상기 트레드밀(10)의 폭방향에 배치되는 복수 개의 위치센싱부(30)가 대상자의 위치를 검출하도록 이루어진다.

상기 위치센싱부(30)는 광원센서와 수신부를 포함한 상태로 복수 개가 상기 트레드밀(10)의 전후방향으로 소정거리 이격되면서 구비된다.

상기 광원센서는 상기 트레드밀(10)의 내측을 향하여 광원을 조사하게 되며, 조사된 광원이 대상에 충돌한 뒤 반사되어 돌아오는 반사광을 상기 수신부가 수신하여 분석함에 따라, 상기 대상자의 위치를 검출하도록 이루어진다.

이때, 상기 대상자의 위치는 트레드밀(10)의 전후방향(이하, X축)으로의 위치와 폭방향(이하, Y축)으로의 위치를 각각 검출한다.

2. 초기 동작 검출단계

초기 동작 검출단계는 상기 초기 위치 검출단계에 의해 위치가 확인된 대상자의 동작을 파악하는 과정으로서, 대상자의 몸에 부착된 동작센싱부(40)에서 검출되는 대상자의 선회방향 및 운동속도를 이용하여 대상자의 동작을 분석하도록 이루어진다.

부연하면, 상기 초기 동작 검출단계는 대상자의 양다리 사이의 각도를 측정함으로써, 선회방향을 측정하고 선회정도를 계산하도록 이루어지며, 동시에 대상자의 다리 움직임의 속도가 측정되도록 한다.

상기 초기 동작 검출단계는 보행시 지지하고 있는 다리, 즉 보행하지 않는 측의 다리를 기준축이라 하고, 보행하기 위해 내딛는 다리를 회전축이라 할 때, 상기 회전축과 상기 기준축 사이의 각도를 측정하여 회전정보를 생성한다.

상술하면, 상기 초기 동작 검출단계는 상기 회전축의 동작이 완료되어 발바닥이 트레드밀(10)의 바닥에 완전히 접촉하였을 때, 상기 기준축으로부터 상기 회전축이 회전된 정도를 측정하도록 이루어진다.

즉, 상기 초기 동작 검출단계는 검출된 상기 회전축의 회전방향을 대상자의 선회방향으로 설정하고, 회전된 각도에 따라 선회정도가 계산되도록 한다.

한편, 보행시 상기 회전축에서 검출되는 속도를 운동속도로 설정하도록 이루어진다.

한편, 대상자의 다리가 향하는 방향과 대상자가 보행하려는 방향은 일치되는 것이 자명한 바, 본 발명에서는 대상자의 다리부위에 동작센싱부(40)를 구비하여 선회방향과 속도를 측정하도록 이루어진다.

상술하면, 하체의 하부로 갈수록 대상자의 다리의 방향전환 및 속도의 변화가 크게 이루어져 정확한 선회방향 및 보행 속도를 측정할 수 있는 바, 상기 동작센싱부(40)는 대상자의 정강이에서 발등 사이 즉, 발목에 구비된다.

상기 동작센싱부(40)는 자이로센서와 가속도센서를 포함하여 이루어져, 대상자의 양다리에 구비된다. 상세하게는 대상자의 발목에 구비되어 대상자의 다리가 향하는 방향과 발목의 속도를 측정한다.

3. 구동단계

구동단계는 측정된 상기 대상자의 위치정보, 선회방향 및 운동속도에 따라 상기 트레드밀(10)이 구동되는 과정으로, 측정된 상기 운동속도가 일정 속도를 초과하는 경우, 상기 트레드밀(10)이 무한궤도를 이루며 구동되도록 하되, 상기 선회방향과 대응되는 Y축 방향으로 상기 발판(20)이 이동되도록 한다.

부연하면, 상기 구동단계는 측정된 대상자의 운동속도가 1.5 ~ 2km/h(성인의 보행시 통상적인 운동속도)를 초과하는 경우, 상기 트레드밀(10)이 상기 대상자의 속도에 대응되는 구동속도로 회전되면서 대상자의 보행이 연속적으로 이루어지도록 한다.

한편, 상기 발판(20)은 상기 가이드부에 의해 Y축으로 슬라이딩 이동되는데, 상기 대상자의 위치를 구동중심으로 설정하고, 상기 구동중심의 X축 방향으로 동일한 거리에 위치한 한 쌍의 발판(20)이 동일한 이동폭을 가지되, 서로 반대방향으로 이동되도록 상기 가이드부가 동작된다.

부연하면, 각 발판(20)의 이동폭은 상기 대상자의 X축 위치를 기준으로 하여 산출되되, 상기 초기 동작 검출단계에서 계산된 선회정도에 따라 계산 및 결정되며, 상기 가이드부는 결정된 이동폭에 알맞게 상기 발판(20)의 이동이 제어된다.

4. 보정단계

보정단계는 상기 구동단계 이후 대상자의 움직임을 실시간으로 측정하여 상기 트레드밀(10)의 구동환경을 보정하는 과정이다.

부연하면, 대상자가 지속적으로 보행하게 됨에 따라 상기 선회방향, 운동속도 및 대상자의 위치가 변화하게 되는 바, 변화하는 대상자의 움직임을 실시간으로 검출하고, 검출된 결과에 따라 대응하여 상기 트레드밀(10)의 구동환경 또한 실시간으로 변화되면서 적절하게 구동되도록 X축 보정과 Y축 보정이 동시에 이루어질 수 있도록 한다.

X축 보정.

상기 X축 보정은 상기 트레드밀(10)의 구동속도가 상기 운동속도에 따라 대응되도록 동작되는 동시에, 오작동 또는 구동오차로 인해 상기 대상자의 위치가 트레드밀(10)의 전방 또는 후방측에 위치되는 경우, 대상자가 항상 트레드밀(10)의 X축 중심부에서 운동할 수 있도록 보정된다.

예를 들어, 상기 트레드밀(10)의 전체 길이를 L이라 할 때, 상기 트레드밀(10)의 최전단으로부터 후방으로 L/4 지점까지를 제 1구역(S1)이라 하고, 상기 L/4 지점으로부터 3L/4까지의 지점까지를 제 2구역(S2)이라 하며, 상기 3L/4 지점으로부터 상기 트레드밀(10)의 최후방까지를 제 3구역(S3)이라 한다.

상기의 구역정보를 기준으로 하여 상기 대상자의 X축 위치가 상기 제 2구역(S2)에 해당하는 경우일 때, 상기 트레드밀(10)은 설정된 운동속도에 대응되는 속도인 V1의 속도로 구동된다.

한편, 오작동 또는 구동오차에 의해 상기 대상자의 X축 위치가 상기 제 1구역(S1)에 해당되는 경우, 상기 트레드밀(10)은 V1보다 상대적으로 빠른 속도인 V2의 속도로 구동되도록 하고, 상기 대상자의 X축 위치가 제 3구역(S3)에 해당하는 경우, 상기 트레드밀(10)은 V1보다 상대적으로 느린 속도인 V3의 속도로 구동되도록 한다.

이에 따라, 대상자는 항상 상기 트레드밀(10)의 중심부에 해당하는 상기 제 2구역(S2)에 위치된 상태에서 운동될 수 있도록 하여 상기 트레드밀(10)의 전방 또는 후방으로 대상자가 추락하는 위험을 미연에 방지하게 된다.

Y축 보정.

Y축 보정은 항상 대상자의 발이 상기 발판(20)의 Y축 중심부를 디디면서 보행할 수 있도록 오작동에 의해 대상자의 발이 상기 발판(20)의 Y축 중심부를 벗어나는 경우 이를 보정하도록 이루어진다.

부연하면, 상기 대상자의 Y축 위치가 Y축 중심부로부터 이탈된 경우, 이탈된 정도를 산출하고, 산출된 보정값에 따라 발판(20)의 이동을 보정하도록 이루어진다.

예를 들어, 상기 Y축 위치가 Y축 중심부보다 회전방향측으로 더 이동된 것으로 판단되는 경우, 발판(20)이 산출된 이동폭보다 산출된 보정값만큼 더 이동되도록 보정한다.

반대로, 상기 Y축 위치가 상기 Y축 중심부보다 덜 이동된 것으로 판단되는 경우, 발판(20)이 산출된 이동폭보다 산출된 보정값만큼 덜 이동되도록 보정하여 사용자가 발판(20)의 중심부에 위치할 수 있도록 한다.

즉, 상기 보정단계는 상기 대상자의 움직임에 따라 선이동장치의 구동조건을 변경하는 것은 물론이고, 구동에 따라 발생되는 오차에 따라 선회이동장치의 구동조건이 보정되도록 함에 따라, 트레드밀(10)을 정밀하게 제어하여 사용자가 안전한 환경에서 선회이동장치를 이용할 수 있도록 한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.

1 : 선회이동장치
10 : 트레드밀 20 : 발판
30 : 위치센싱부 40 : 동작센싱부
S1 : 제 1구역 S2 : 제 2구역
S3 : 제 3구역

Claims

전후방향으로 무한궤도를 형성하며 회전되는 트레드밀(10); 좌우방향으로 슬라이딩 이동가능하도록 구성되며, 복수 개가 상기 트레드밀(10)의 전후방향으로 나란하게 구비되는 발판(20); 및 힌지축에 의해 좌우방향으로 회전되면서 복수 개의 상기 발판(20)을 슬라이딩 이동시키도록 구비되는 가이드부를 포함하여 이루어지는 선회이동장치의 보행제어방법에 있어서,
상기 트레드밀(10)의 폭방향에 배치되는 복수 개의 위치센싱부(30)가 대상자의 위치를 검출하는 초기 위치 검출단계;
상기 대상자의 몸에 부착된 동작센싱부(40)에서 검출되는 대상자의 선회방향 및 운동속도를 측정하여 상기 대상자의 동작을 분석하는 초기 동작 검출단계;
측정된 상기 운동속도가 일정 속도를 초과하는 경우, 상기 트레드밀(10)이 무한궤도를 이루며 구동되도록 하되, 상기 선회방향과 대응되는 Y축 방향으로 상기 발판(20)이 이동되도록 하는 구동단계; 및
상기 구동단계 이후 대상자의 움직임을 실시간으로 측정하여 상기 트레드밀(10)의 구동환경을 보정하는 보정단계;
를 포함하고,
상기 초기 위치 검출단계에서는,
상기 동작센싱부(40)가 자이로센서와 가속도센서를 포함하면서 상기 대상자의 발목에 구비되고, 상기 동작센싱부(40)에 의해 상기 대상자의 다리가 향하는 방향, 발목의 속도, 양다리 사이의 각도를 측정하여 선회방향과 운동속도를 측정하며,
상기 보정단계에서는,
상기 트레드밀(10)의 전체 길이(L)를 기준으로 최전단으로부터 후방으로 L/4지점까지를 제 1구역(S1), 상기 L/4지점으로부터 3L/4까지의 지점을 제 2구역(S2), 상기 3L/4지점으로부터 상기 트레드밀(10)의 최후방까지를 제 3구역(S3)으로 구분하고,
상기 제 1, 2, 3구역(S1, S2, S3)의 정보를 기준으로 상기 대상자의 X축 위치가 상기 제 2구역(S2)에 해당되는 경우에는 상기 트레드밀(10)에 설정된 운동속도에 대응되는 V1 속도로 구동되고, 상기 대상자의 X축 위치가 상기 제 1구역(S1)에 해당되는 경우에는 상기 트레드밀(10)은 V1보다 상대적으로 빠른 V2 속도로 구동되며, 상기 대상자의 X축 위치가 제 3구역(S3)에 해당되는 경우에는 상기 트레드밀(10)은 V1보다 상대적으로 느린 속도인 V3 속도로 구동되어 상기 대상자가 상기 트레드밀(10)의 상기 제 2구역(S2)에 위치된 상태로 운동할 수 있도록 X축 보정되며,
상기 대상자의 발이 상기 발판(20)의 Y축 중심부로부터 이탈된 경우, 이탈된 정도를 산출하고, 산출된 보정값에 따라 상기 발판(20)을 이동하여 상기 대상자가 상기 발판(20)의 Y축 중심부를 디디면서 운동할 수 있도록 Y축 보정되는 것을 특징으로 하는 선회이동장치의 보행제어방법.
청구항 1에 있어서,
상기 위치센싱부(30)는,
광원센서와 수신부를 포함하며, 상기 광원센서로 부터 상기 트레드밀(10)의 내측을 향하여 광원이 조사되고, 조사된 광원이 대상자와 충돌된 뒤 반사되어 돌아오는 반사광을 상기 수신부가 수신하여 분석함에 따라 상기 대상자의 위치가 검출되는 것을 특징으로 하는 선회이동장치의 보행제어방법.
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