KR102001853B1

KR102001853B1 - 가상현실용 전방향 트레드밀

Info

Publication number: KR102001853B1
Application number: KR1020170142517A
Authority: KR
Inventors: 고종연; 장준용
Original assignee: 쟈이가상현실 주식회사
Priority date: 2017-10-30
Filing date: 2017-10-30
Publication date: 2019-08-21
Also published as: KR20190048038A

Abstract

본 발명은 가상현실용 트레드밀에 관한 것으로, 중앙에 위치확인볼이 구비된 플랫폼과, 상기 플랫폼에 설치되어 사용자의 전후좌우 이동방향, 이동속도를 감지하는 전후좌우방향 모션감지부와, 상기 플랫폼의 둘레를 따라 설치된 복수의 승하강 가이드부와, 상기 승하강 가이드부의 가이드바에 연결되는 연결블록과, 상기 연결블록에 연장된 연장바 및 상기 연장바의 선단에 형성된 지지링으로 구성된 안전장구부 및, 상기 안전장구부의 지지링과 사용자가 착용하는 착용벨트부 사이에서 사용자의 상하이동, 방향전환을 감지하는 상하방향 모션감지부를 포함하여, 사용자의 전후좌우/상하 모션을 용이하게 확인할 수 있으며, 보행진행방향을 확인하면서 보행속도를 조절할 수 있게 한 것이다.

Description

가상현실용 전방향 트레드밀{Omni-direction treadmill using }

본 발명은 가상현실에 사용되는 트레드밀에 관한 것으로, 특히 전후좌우방향 모션감지부와 상하방향 모션감지부를 통해 사용자의 움직임을 그대로 전달하여 디스플레이에서 구현되게 할 수 있는 가상현실용 전방향 트레드밀에 관한 것이다.

일반적으로, 가상현실 시스템(virtual reality system)은 어떤 특정한 환경이나 상황에서 컴퓨터와 인터페이스를 통해 사용자가 실제로 행동하는 것처럼 구현할 수 있는 기술을 말한다. 이러한 가상현실 시스템은 HMD 장치 등 보조장치를 통해 사용자가 가상의 환경에서 시각적으로 청각적으로 느끼면서 실제로 일어나는 상황처럼 행동할 수 있다.

한편, 가상현실 시스템은 물리적 이동공간의 한계를 극복하기 위하여 사용자의 걷기, 런닝 등 동작을 이루어낼 수 있는 런닝머신, 트레드밀 등과 접목되어 사용될 수 있다.

기존의 가상현실 트레드밀 기술은 공개특허 2016-0066127의 트레드밀(특허문헌 1), 등록특허 10-1695365의 전방향 인식 및 이동이 가능한 트레드밀 모션 트레킹 장치(특허문헌 2), 공개특허 2017-0117702의 패턴알고리즘 및 광센서를 활용한 전방향 트레드밀 장치(특허문헌 3)에 개시되어 있다.

상기 특허문헌 1에서는 움직임 감지부(150)를 사용자의 한쪽 다리에 설치하도록 되어 사용자의 양쪽 보행 상태를 확인할 수 없는 것은 물론 사용자의 상하 움직임을 확인할 수 없는 문제점이 있다. 그리고, 상기 특허문헌 2에서는 워킹신호 감지부(200)에 복수의 신호 감지회로(210)가 설치되어 사용자의 보행을 감지하도록 되어 있으나, 사용자의 회전상태를 확인할 수 없고 또한 사용자의 상하 움직임을 확인할 수 없는 문제점이 있다. 또한, 상기 특허문헌 3에서는 하판(100)의 중앙부근에 복수의 광센서(110)가 구비되어 사용자의 보행을 파악하고, 내링(400)의 패턴링(410)과 외링(300)의 패턴 감지모듈(300)을 통하여 신체 회전을 파악하도록 되어 있으나, 사용자의 상하 움직임을 확인할 수 없는 문제점이 있다.

한편, 상기 특허문헌 1,2,3은 사용자의 보행방향을 확인하는 수단과 보행속도를 조절할 수 있는 속도이 구비되어 있지 않아서 사용상에 불편함이 있다.

공개특허 10-2016-0066127(2016.06.10) 등록특허 10-1695365(2017.01.11) 공개특허 10-2017-0117702(2017.10.24)

이에 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해소하기 위하여 안출된 것으로, 사용자의 전후좌우 방향 움직임과 상하 방향 움직임을 각각 확인할 수 있는 가상현실용 전방향 트레드밀을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 사용자의 보행방향을 편리하게 확인할 수 있으며, 구름롤러의 회전속도를 조절하여 사용자의 보행속도를 조절할 수 있는 가상현실용 전방향 트레드밀을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 중앙에 위치확인볼이 구비된 플랫폼; 상기 플랫폼의 위치확인볼 원주를 따라 지지플레이트 사이에 일정간격을 두고 회전가능하게 지지되는 복수의 롤러부가 구비되고, 사용자가 상기 롤러부를 통해 전후좌우 이동방향, 이동속도를 감지하는 전후좌우방향 모션감지부; 상기 지지플레이트 사이에 배치되어 상기 복수의 롤러부 접촉 정도에 따라 회전속도를 조절하는 구름속도조절편; 상기 플랫폼의 둘레를 따라 설치된 복수의 승하강 가이드부; 상기 승하강 가이드부의 가이드바에 연결되는 연결블록과, 상기 연결블록에 연장된 연장바 및, 상기 연장바의 선단에 형성된 지지링으로 구성된 안전장구부; 및, 상기 안전장구부의 지지링과 사용자가 착용하는 자력벨트부 사이에서 사용자의 상하이동, 방향전환을 감지하는 상하방향 모션감지부;를 포함하는 전방향 트레드밀을 제공한다.

상기 플랫폼은 내부에 일정각도로 배열되고 수직방향으로 배치된 복수의 지지플레이트과, 상기 지지플레이트 상부를 덮도록 설치된 바닥플레이트 및, 상기 지지플레이트의 측면을 덮는 측면플레이트를 포함하여 구성할 수 있다.

상기 전후좌우방향 모션감지부는 상기 복수의 롤러부를 각각 연결하는 제1,2 벨트부 및, 상기 복수의 롤러부의 회전속도를 감지하는 복수의 회전위치센서를 포함하여 구성할 수 있다.

상기 회전위치센서는 상기 지지플레이트 상부 양단에 설치된 발광부와, 상기 복수의 롤러부 구름롤러 한쪽 둘레를 따라 설치된 수광부로 구성되어 상기 구름롤러의 회전속도를 감지되게 구성할 수 있다.

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상기 구름속도조절편은 장력조절부를 통해 장력을 조절하여 상기 복수의 구름롤러의 회전속도를 조절하도록 구성할 수 있다.

상기 상하방향 모션감지부는 상기 자력벨트부와, 상기 안전장구부의 지지링에 일정한 간격을 두고 형성된 복수의 마그네틱센서로 구성되어, 사용자의 상하이동, 방향전환을 감지하도록 구성할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 가상현실용 전방향 트레드밀에 의하면, 플랫폼의 중앙에 배치된 위치확인볼을 통해 사용자의 보행방향을 용이하게 확인할 수 있으며, 위치확인볼 둘레를 따라 배치된 복수의 롤러부에 사용자의 발이 접촉될 때 사용자의 전후좌우 보행진행방향을 확인할 수 있게 된다. 또한, 회전위치센서를 통해 구름롤러의 회전속도를 확인할 수 있고, 필요에 따라 구름속도조절편의 장력을 조절하여 구름롤러의 회전속도를 조절할 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 가상현실용 전방향 트레드밀은 상하방향 모션감지부를 통해 사용자가 착용하는 자력벨트부의 움직임(상하이동, 회전이동)을 마그네틱센서로 감지하여 사용자의 상하 움직임을 편리하게 확인할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 가상현실용 전방향 트레드밀은 제어부를 통해 전후좌우방향 모션감지부와 상하방향 모션감지부의 신호를 전달받고, 이를 헤드 마운팅 디스플레이에서 사용자의 움직임을 그대로 구현되게 할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 전방향 트레드밀을 도시한 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 전방향 트레드밀의 측면 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 전방향 트레드밀의 내부 구성도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 전방향 트레드밀의 전후좌우방향 모션감지부를 도시한 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 구름롤러와 구름속도조절편의 접촉상태를 도시한 구성도,
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 전방향 트레드밀의 상하방향으로 위치변경된 사용상태도이다.

이하, 본 발명에 따른 가상현실용 전방향 트레드밀에 대한 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 전방향 트레드밀을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 전방향 트레드밀의 측면 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 전방향 트레드밀의 내부 구성도이다.

본 발명에 따른 가상현실용 전방향 트레드밀(10)은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 플랫폼(20), 전후좌우방향 모션감지부(30), 구름속도조절편(40), 승하강 가이드부(50), 안전장구부(60), 상하방향 모션감지부(70)를 포함하고 있다.

상기 플랫폼(20)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 중앙에 설치된 위치확인볼(22)과, 내부에 일정각도로 배열되고 수직방향으로 배치된 복수의 지지플레이트(24)와, 상기 지지플레이트(24) 상부를 덮도록 설치된 복수의 바닥플레이트(26) 및 상기 지지플레이트(24) 각각의 측면을 덮는 복수의 측면플레이트(28)를 포함한다.

상기 위치확인볼(22)은 도 2에 도시된 바와 같이, 구형으로 하부 지지부(23)에 의해 지지되어 플랫폼(20)의 중앙에 전방향으로 회전할 수 있도록 되어 있다. 여기서, 위치확인볼(22)은 사용자가 헤드 마운트 디스플레이(Head Mounted Display)를 착용한 상태에서 플랫폼(20) 위에서 발의 움직임 위치를 확인함으로써 이동 방향을 알 수 있다.

상기 지지플레이트(24)는 상기 위치확인볼(22)의 둘레를 따라 일정각도를 두고 배열되어 있고, 지면에 대하여 수직방향으로 배치되어 있다. 그리고, 지지플레이트(24)는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 상부에 일정간격을 두고 지지홈(25)이 형성되어 후술하는 제1,2,3 롤러부(31,32,33)의 연결축(31b,32b,33b)을 지지하도록 되어 있다.

상기 바닥플레이트(26)는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 지지플레이트(24)의 상부를 덮도록 되어 있고, 후술하는 제1,2,3 롤러부(31,32,33)가 상부로 돌출되도록 수용되는 수용홈(26a)이 형성되어 있다. 그리고, 바닥플레이트(26)는 바깥쪽 선단에 절곡부(26b)가 형성되어 상기 측면플레이트(28)의 상부를 덮도록 되어 있다.

상기 측면플레이트(28)는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 지지플레이트(24) 각각의 측면을 연결하도록 되어 있고, 상기 승하강 가이드부(50)가 장착되도록 브라켓(29)이 설치되어 있다.

한편, 상기 플랫폼(20)은 상기 위치확인볼(22)을 기준으로 4개, 6개, 8개 등 짝수개로 분할되는 구조가 바람직하다. 그 이유는 후술하는 구름롤러(31a,32a,33a)가 상기 위치확인볼(22)을 기준으로 마주보게 배치하고 바닥플레이트(26)가 대칭되됨으로써 설치를 편리할 수 있게 된다.

상기 전후좌우방향 모션감지부(30)는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 지지플레이트(24) 사이에 일정간격을 두고 회전가능하게 지지되는 제1,2,3 롤러부(31,32,33)와, 상기 제1,2,3 롤러부(31,32,33)의 이웃하는 구름롤러(31a,32a,33a)를 연결하는 제1,2 벨트부(34,35) 및, 상기 제3 롤러부(33)의 구름롤러(33a)의 회전속도를 감지하는 복수의 회전위치센서(36)를 포함하고 있다.

상기 제1,2,3 롤러부(31,32,33)는 구름롤러(31a,32a,33a)와, 상기 구름롤러(31a,32a,33a)를 연결하는 연결축(31b,32b,33b)으로 구성되어 있다. 그리고, 상기 연결축(31b,32b,33b)은 도 3b에 도시된 바와 같이, 연결부재(31c,32c,33c)를 통해 서로 연결하도록 되어 상기 제1,2,3 롤러부(31,32,33)를 분해하여 상기 지지플레이트(24)의 지지홈(25) 상에 안착시킨 다음 상호 조립함으로써 편리하게 설치할 수 있다.

상기 제1 벨트부(34)는 제1 롤러부(31)와 제2 롤러부(32)를 연결하도록 되어 있고, 상기 제2 벨트부(35)는 제2 롤러부(32)와 제3 롤러부(33)를 연결하도록 되어 있다.

따라서, 상기 제1,2,3 롤러부(31,32,33) 중 어느 하나가 회전하면 상기 제1,2 벨트부(34,35)에 의해 전체가 회전하도록 되어 있다.

상기 회전위치센서(36)는 도 4a에 도시된 바와 같이, 상기 지지플레이트(24) 상부 양단에 설치된 발광부(36a)와, 상기 제3 롤러부(33)의 구름롤러(33a) 한쪽 둘레를 따라 설치된 수광부(36b)로 구성되어 상기 구름롤러(33a)의 회전속도를 감지하도록 되어 있다.

도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1,2,3 롤러부(31,32,33)는 각각의 구름롤러(31a,32a,33a)가 상기 구름속도조절편(40)과 접촉되도록 되어 있다. 여기서, 구름속도조절편(40)은 상기 구름롤러(31a,32a,33a)와 접촉정도(마찰력)에 따라 롤러의 회전속도가 결정되도록 되어 있다.

상기 구름속도조절편(40)은 도 2에 도시된 바와 같이, 장력조절부(42)를 통해 장력을 조절하여 상기 구름롤러(31a,32a,33a)의 회전속도를 조절할 수 있게 되는 것이다.

상기 승하강 가이드부(50)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 측면플레이트(28)의 브라켓(29)에 수직방향으로 설치하도록 되어 있다. 상기 승하강 가이드부(50)는 몸체(52)와 상기 몸체(52)의 상부로 연장된 가이드바(54)로 구성되어 있다. 여기서, 상기 가이드바(54)는 원형구조로 표면이 매끄럽게 형성되어 후술하는 안전장구부(60)의 연결블록(62)이 용이하게 슬라이드 이동할 수 있다.

그리고, 승하강 가이드부(50)는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 측면플레이트(28)에 4곳에 설치되어 후술하는 안전장구부(60)의 연결블록(62)와 연결되도록 되어 있다.

상기 안전장구부(60)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 작동바(54)에 연결되는 연결블록(62)과, 상기 연결블록(62)에 연장된 연장바(64) 및, 상기 연장바(64)의 선단에 형성된 지지링(66)으로 구성되어 있다.

상기 연결블록(62)은 내부에 베어링이 구비되어 상기 승하강 가이드부(50)의 가이드바(54)와 미끄럼 접촉하면서 슬라이드 이동하도록 되어 있다. 상기 연장바(64)는 상기 연결블록(62)과 상기 지지링(66) 사이를 연결하도록 되어 있다. 상기 지지링(66)은 금속재질로 구성하거나 전체 무게를 고려하여 내측면에 금속띄를 형성하여 후술하는 상하방향 모션감지부(70)의 자력벨트부(72)와 함께 연동되도록 되어 있다.

상하방향 모션감지부(70)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 사용자가 착용하고 자력을 갖는 자력벨트부(72)와, 상기 안전장구부(60)의 지지링(66)에 형성되어 상기 자력벨트부(72)의 자력을 감지하는 복수의 마그네틱센서(74)로 구성되어 있다. 상기 자력벨트부(72)는 내부 또는 내측에 둘레를 따라 일정간격으로 복수의 마그네틱(미도시)이 구비되어 있다. 상기 마그네틱센서(74)는 상기 안전장구부(60)의 지지링(66) 내측면을 따라 일정간격으로 형성되어 있고 사용자가 착용하는 자력벨트부(72)의 움직이는 위치를 감지하도록 되어 있다.

따라서, 상하방향 모션감지부(70)는 사용자가 착용하는 자력벨트부(72)의 움직임(상하이동, 회전이동)을 마그네틱센서(74)로 감지하고 제어부(미도시)에 의해 제어되게 된다. 또한, 사용자가 상하이동 또는 회전이동하여 위치를 변경할 때 자력벨트부(72)의 움직임에 따라 상기 안전장구부(60)가 함께 연동하면서 위치가 변경되게 된다.

한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 제어부를 더 포함시켜 상기 전후좌우방향 모션감지부(30)와 상하방향 모션감지부(70)으로부터 사용자의 움직임 신호를 받아서 헤드 마운트 디스플레이로 전달하여 그대로 가상현실 영상으로 구현할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 가상현실용 전방향 트레드밀의 작동과정을 도 1 내지 도 7을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 플랫폼(20)의 중앙에 위치확인볼(22)이 배치되어, 사용자가 플랫폼(20) 상에서 보행할 때 상기 위치확인볼(22)을 통해 플랫폼(20)의 중앙을 기준으로 전후좌우 방향으로 진행하는 것을 확인할 수 있다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 사용자의 발이 플랫폼(20) 상에서 제1,2,3 롤러부(31,32,33) 어느 한쪽과 접촉할 때, 제1,2 벨트부(34,35)에 의해 연결된 구름롤러(31a,32a,33a)가 회전하게 되므로 사용자의 발이 접촉되는 부근에서 회전위치센서(36)에 의해 움직임을 확인할 수 있다. 즉 전후좌우방향 모션감지부(30)를 통해 사용자의 보행방향을 손쉽게 할 수 있는 것이다.

한편, 사용자의 필요에 따라 구름롤러(31a,32a,33a)의 회전속도를 빠르게 하거나 회전속도를 늦출 경우는, 장력조절부(42)를 통해 구름속도조절편(40)의 장력을 조절하여 상기 구름롤러(31a,32a,33a)의 회전속도를 조절할 수 있다.

도 2, 도 6a 및 도 6b를 통해 상하방향 모션감지부(70)의 작동을 설명하면, 사용자의 허리에 자력벨트부(72)를 착용하고 선자세에서 허리를 숙이거나 앉게 될 경우, 자력벨트부(72)가 아래방향으로 움직임에 따라 연결블록(62)과 지지링(66)에 의해 안전장구부(60)가 가이드부(50)의 가이드바(54)를 따라 아래쪽으로 하강하게 된다.

반대로, 사용자의 허리에 자력벨트부(72)를 착용하고 않은 자세에서 일어서게 될 경우 자력벨트부(72)가 위쪽방향으로 움직임에 따라 연결블록(62)과 지지링(66)에 의해 안전장구부(60)가 가이드부(50)의 가이드바(54)를 따라 위쪽으로 승강하게 된다.

한편, 사용자가 제자리에서 회전할 경우에는 상하방향 모션감지부(70)의 마그네틱센서(74)에 의해 자력벨트부(72)의 회전상태를 감지할 수 있기 때문에 회전이동을 확인할 수 있게 된다.

상기에서 본 발명에 따른 가상현실용 전방향 트레드밀에 대한 하나의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 당업자에 의해 다양하게 변형하여 실시할 수 있고, 이와 같이 변형될 수 있는 실시 예들은 본 발명의 사상이나 기술적 구성으로부터 개별적으로 이해될 수 없으며, 본 발명의 특허청구범위에 당연히 속하는 것으로 이해할 수 있을 것이다.

10 : 트레드밀 20 : 플랫폼
22 : 위치확인볼 24 : 지지플레이트
26 : 바닥플레이트 28 : 측면플레이트
30 : 전후좌우방향 모션감지부 31,32,33 : 제1,2,3 롤러부
34,35 : 제1,2 벨트부 36 : 회전위치센서
40 : 구름속도조절부 42 : 장력조절부
50 : 승하강 가이드부 52 : 몸체
54 : 가이드바 60 : 안전장구부
62 : 연결블록 64 : 연장바
66 : 지지링 70 : 상하방향 모션감지부
72 : 자력벨트부 74 : 마그네틱센서

Claims

중앙에 위치확인볼이 구비된 플랫폼;
상기 플랫폼의 위치확인볼 원주를 따라 지지플레이트 사이에 일정간격을 두고 회전가능하게 지지되는 복수의 롤러부가 구비되고, 사용자가 상기 롤러부를 통해 전후좌우 이동방향, 이동속도를 감지하는 전후좌우방향 모션감지부;
상기 지지플레이트 사이에 배치되어 상기 복수의 롤러부 접촉 정도에 따라 회전속도를 조절하는 구름속도조절편;
상기 플랫폼의 둘레를 따라 설치된 복수의 승하강 가이드부;
상기 승하강 가이드부의 가이드바에 연결되는 연결블록과, 상기 연결블록에 연장된 연장바 및, 상기 연장바의 선단에 형성된 지지링으로 구성된 안전장구부; 및
상기 안전장구부의 지지링과 사용자가 착용하는 자력벨트부 사이에서 사용자의 상하이동, 방향전환을 감지하는 상하방향 모션감지부;를 포함하는 가상현실용 전방향 트레드밀.
청구항 1에 있어서,
상기 플랫폼은 내부에 일정각도로 배열되고 수직방향으로 배치된 복수의 지지플레이트와, 상기 지지플레이트 상부를 덮도록 설치된 바닥플레이트 및, 상기 지지플레이트 각각의 측면을 덮는 측면플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상현실용 전방향 트레드밀.
청구항 1에 있어서,
상기 전후좌우방향 모션감지부는 상기 복수의 롤러부를 각각 연결하는 제1,2 벨트부 및, 상기 복수의 롤러부의 회전속도를 감지하는 복수의 회전위치센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상현실용 전방향 트레드밀.
청구항 3에 있어서,
상기 회전위치센서는 상기 지지플레이트 상부 양단에 설치된 발광부와, 상기 복수의 롤러부 구름롤러 한쪽 둘레를 따라 설치된 수광부로 구성되어 상기 구름롤러의 회전속도를 감지하는 것을 특징으로 하는 가상현실용 전방향 트레드밀.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 구름속도조절편은 장력조절부를 통해 장력을 조절하여 상기 복수의 롤러부의 회전속도를 조절하도록 된 것을 특징으로 하는 가상현실용 전방향 트레드밀.
청구항 1에 있어서,
상기 상하방향 모션감지부는 상기 자력벨트부와 상기 안전장구부의 지지링에 일정한 간격을 두고 형성된 복수의 마그네틱센서로 구성되어, 사용자의 상하이동, 방향전환을 감지하도록 된 것을 특징으로 하는 가상현실용 전방향 트레드밀.