KR102014161B1 - 실감형 운동기구용 다자유도 플랫폼 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다자유도 플랫폼 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 리니어 액추에이터에 의해 발생되는 전후 직선운동을 비선형 유도부에서 상하 움직임으로 바꿔주어, 운동 중 사용자에 의해 가해지는 하중 등의 외력이 리니어 액추에이터의 직선운동을 직접 방해하지 않게 하면서도, 운동기구에 오르막이나 내리막 또는 측면으로 기울어진 환경을 자유롭게 구현할 수 있게 함으로써, 운동기구를 사용하는 실내에서도 오프라인상의 다양한 환경조건을 영상과 함께 체험할 수 있게 하여 운동의 흥미를 증가시킬 수 있게 한 실감형 운동기구용 다자유도 플랫폼 시스템에 관한 것이다.

Description

실감형 운동기구용 다자유도 플랫폼 시스템{MULTI DEGREES OF FREEDOM PLATFORM SYSTEM FOR REALISTIC EXERCISE APPARATUS}

본 발명은 다자유도 플랫폼 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 리니어 액추에이터에 의해 발생되는 전후 직선운동을 비선형 유도부에서 상하 움직임으로 바꿔주어, 운동 중 사용자에 의해 가해지는 하중 등의 외력이 리니어 액추에이터의 직선운동을 직접 방해하지 않게 하면서도, 운동기구에 오르막이나 내리막 또는 측면으로 기울어진 환경을 자유롭게 구현할 수 있게 함으로써, 운동기구를 사용하는 실내에서도 오프라인상의 다양한 환경조건을 영상과 함께 체험할 수 있게 하여 운동의 흥미를 증가시킬 수 있게 한 실감형 운동기구용 다자유도 플랫폼 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 다자유도 시스템은 회전이나 움직임이 요구되는 축마다 액추에이터가 별도로 구비되고, 다양한 제어 알고리즘에 따라 다자유도(Multi Degrees of Freedom) 구동을 수행하도록 이루어진다. 이러한 다자유도 시스템 등에 구비되는 리니어 액추에이터는 자동화설비나 로봇 구조 등 산업전반에 널리 적용되는 구동장치이지만, 주로 정밀 제어용으로 개발되어 있어 높은 가격대에서만 구매 가능할 수 있으므로, 다양한 장치에 대중적인 적용되기에는 어려움이 있었다.

이러한 다자유도 시스템은, 로봇의 관절구조에 이용될 수 있을 정도로, 좌우로 움직이는 롤링(rolling)이나, 전후로 움직이는 피치(pitch), 또는 상하 이동 등 다양한 움직임을 구현할 수 있지만, 그러한 움직임을 구현하기 위하여 고가의 액추에이터가 복잡한 관절 형성 구조에 연결되어 구동되어야 하는바, 제조비용의 상승을 초래하게 됨은 물론, 반복되는 부하나 하중에 노출될 경우 내구성이 저하되어 유지 보수에 많은 노력이 요구되는 문제점이 있었다.

그에 따라, 이러한 다자유도 시스템은 고가의 로봇 관절구조나, 의료용 재활장치 등에 한정적으로 이용되거나, 4D체험수단에 구비되는 모션플랫폼처럼 일부 고가의 시설들에 한정적으로 이용될 뿐이었다.

특히 모션시스템은 전후, 좌우 또는 상하로 이동하는 움직임을 유발하여 4D 효과에서 가장 큰 부분을 차지하게 되므로, 영화, 엔터테인먼트, 군용 비행 조종훈련, 특수장비 전문가 양성 등에 이용되면서 그 적용영역이 확대되고 있으나, 리니어 액추에이터의 높은 가격과 복잡한 관절구조로 인한 내구성 저하 등으로 인해 보편화에 많은 문제점이 있었다.

또한, 최근 건강과 운동에 대한 관심이 높아짐에 따라 각종 운동기구를 이용하여 실내에서 운동하는 경우가 늘고 있는데, 사용자가 실내에서 혼자 운동할 경우 겪게 되는 지루함을 해소할 수 있게 하려는 여러 시도들이 이루어지고 있다. 그러나, 이러한 시도의 대부분은 트레드밀과 같은 운동기구 자체에 변화를 주기보다는 운동하면서 접할 수 있는 다양한 영상이나 오디오를 제공하는 콘텐츠 위주의 변화에 치중하곤 하였다.

또한, 트레드밀과 같이 오랜 시간동안 동일한 동작을 반복해야 하는 운동기구들의 경우 속도를 변경시키거나, 경사를 증감시켜 운동하는 사용자가 겪어야 하는 부하 정도를 증감시킬 수 있게 할 수는 있지만, 제한된 공간에서 벨트가 회전해야 하는 트레드밀의 특성을 고려할 때 야외의 오프라인과 같은 다양한 환경 변화를 그대로 구현하기는 어려운 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-1766576호 대한민국 공개특허 제10-2016-0129279호 대한민국 등록특허 제10-1419831호

본 발명은 리니어 액추에이터에 의해 발생되는 전후 직선운동을 비선형 유도부에서 상하 움직임으로 바꿔주어, 운동 중 사용자에 의해 가해지는 하중 등의 외력이 리니어 액추에이터의 직선운동을 직접 방해하지 않게 하면서도, 운동기구에 오르막이나 내리막 또는 측면으로 기울어진 환경을 자유롭게 구현할 수 있게 함으로써, 운동기구를 사용하는 실내에서도 오프라인상의 다양한 환경조건을 영상과 함께 체험할 수 있게 하여 운동의 흥미를 증가시킬 수 있게 한 실감형 운동기구용 다자유도 플랫폼 시스템을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 실감형 운동기구용 다자유도 플랫폼 시스템은,

바닥면에 위치하고 있는 베이스 프레임; 상기 베이스 프레임의 상부에 이격 설치되어 있으며 리니어 액추에이터의 구동에 의해 상하로 움직이는 플로팅 프레임; 상기 베이스 프레임과 플로팅 프레임 사이에서 상기 플로팅 프레임을 이격된 상태로 지지하고 있는 중앙지지부; 상기 베이스 프레임의 상부에 위치하고 있으며 모터의 구동에 의해 일 방향으로 전후 직선 운동하는 적어도 3개 이상의 리니어 액추에이터; 각 리니어 액추에이터의 직선 이동방향을 따라 상기 베이스 프레임의 내측에 설치되어 있으며, 아래에서 상부를 향하는 비선형의 곡면 홈이 형성되어 있는 비선형 유도부; 및 일단이 상기 리니어 액추에이터에 연결되고 타단이 상기 플로팅 프레임의 저면에 연결되어 있으며, 각 리니어 액추에이터가 전후로 이동할 때 각 비선형 유도부의 곡면 홈을 따라 슬라이딩하면서 상기 플로팅 프레임의 상승 또는 하강 움직임을 유도하는 슬라이딩 링크부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 베이스 프레임은,

삼각형의 꼭지점 부분에 위치해 있는 3개의 베이스 지지대; 상기 3개의 베이스 지지대 상호간을 연결하며 삼각형의 각 모서리를 형성하는 3개의 베이스 프레임파이프; 및 삼각형의 내부 중앙에 위치하면서 보강대에 의해 상기 베이스 프레임파이프에 각각 연결되어 있는 베이스 플랜지;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 플로팅 프레임은,

삼각형의 꼭지점 부분에 위치해 있는 3개의 플로팅 지지대; 상기 3개의 플로팅 지지대 상호간을 연결하며 삼각형의 각 모서리를 형성하는 3개의 플로팅 프레임파이프; 및 삼각형의 내부 중앙에 위치하면서 보강대에 의해 상기 플로팅 프레임파이프에 각각 연결되어 있는 플로팅 플랜지를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 중앙지지부는, 일부 리니어 액추에이터의 구동시 상기 플로팅 프레임의 일부만 들리면서 기울어질 수 있도록 상기 플로팅 플랜지에 결합되어 있는 유니버셜 조인트와, 상기 플로팅 프레임을 전체적으로 상승시키거나 하강시키는 실린더를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 리니어 액추에이터는,

외부에서 공급되는 전원에 의해 회전운동을 발생시키는 모터; 및 상기 모터의 회전축에 연결되어 있으며, 외주면에 나사산이 형성되어 있어 모터의 회전운동에 의해 나사산을 타고 오르내리며 전후 방향으로의 직선운동으로 변환시키는 스크류 축;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 비선형 유도부는, 상기 베이스 지지대에서 플로팅 지지대를 향하여 상부로 갈수록 기울어진 기울기를 갖도록 관통된 곡면 홈이 형성되어, 상기 베이스 지지대 상에 수직하게 고정 설치되는 플레이트로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 슬라이딩 링크부는,

일단이 상기 리니어 액추에이터에 연결되고 타단이 상기 플로팅 지지대의 저면에 연결되어 있는 링크암; 상기 링크암을 상기 리니어 액추에이터의 스크류 축에 회동 가능하게 결합시키는 힌지부; 및 상기 힌지부에 결합된 상태로 상기 스크류 축의 전후 직선 이동에 의해 상기 곡면 홈을 따라 슬라이딩하는 슬라이딩부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 운동하고자 하는 지면의 높낮이와 기울기를 영상정보에 매치시켜 함께 저장하는 고도정보 저장부; 상기 고도정보 저장부에 저장되어 있는 지면의 높낮이와 기울기를 운동기구에서 구현하기 위해 리니어 액추에이터를 구동하는 제어신호를 생성하여 저장하는 구동정보 생성부; 및 모니터에서 표출되는 영상정보의 재생정도에 따라, 그 영상정보에 매치되어 있는 고도정보에 따른 높낮이와 기울기를 구현할 수 있는 제어신호를 도출하여 다자유도 플랫폼에 구비된 각 리니어 액추에이터로 전송하는 영상정보 연동부;를 포함하는 통합 컨트롤 보드를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 운동기구에 오르막이나 내리막 또는 측면으로 기울어진 환경을 자유롭게 구현할 수 있게 함으로써, 운동기구를 사용하는 실내에서도 오프라인상의 다양한 환경조건을 영상과 함께 체험할 수 있게 하여 운동의 흥미를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 플로팅 프레임을 상승시키기 위한 복잡한 관절구조나 회전구조 대신 비선형 유도부에 형성된 곡면 홈을 따라 비스듬하게 이동하면서 상하 이동이 가능하게 함으로써, 운동하면서 가해지는 하중 등의 외력이 상하로 움직이는 리니어 액추에이터에 직접 가해지는 것을 방지하여 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 실감형 운동기구용 다자유도 플랫폼 시스템의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 실감형 운동기구용 다자유도 플랫폼 시스템의 평면도.
도 3은 본 발명에 따라 플로팅 프레임이 가장 낮은 상태에 위치하고 있는 상태를 나타내는 측면도.
도 4는 본 발명에 따라 플로팅 프레임의 어느 한 쪽만이 상승한 상태를 나타내는 측면도.
도 5는 본 발명에 따라 플로팅 프레임이 가장 높은 상태에 위치하고 있는 상태를 나타내는 측면도.
도 6은 본 발명에 따른 베이스 프레임의 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 플로팅 프레임의 사시도.
도 8은 본 발명에 따른 비선형 유도부를 나타내는 사시도.
도 9는 본 발명에 따라 액추에이터와 링크암의 회동 가능한 연결 구조를 나타내는 링크힌지의 사시도.
도 10은 본 발명에 따른 실감형 운동기구용 다자유도 플랫폼 시스템이 탑재된 트레드밀이 영상에 나타나는 경사에 따라 전후, 좌우 및 상하로 움직이는 것을 나타내는 예시도.
도 11은 본 발명에 따른 실감형 운동기구용 다자유도 플랫폼 시스템이 탑재된 트레드밀이 구동되는 과정을 나타내는 플로우 차트.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 실감형 운동기구용 다자유도 플랫폼 시스템의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 실감형 운동기구용 다자유도 플랫폼 시스템의 평면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 실감형 운동기구용 다자유도 플랫폼 시스템은, 바닥면에 위치하고 있는 베이스 프레임(100)과, 상기 베이스 프레임의 상부에 이격 설치되어 있으며 리니어 액추에이터의 구동에 의해 움직이는 플로팅 프레임(200)과, 상기 베이스 프레임과 플로팅 프레임 사이에서 상기 플로팅 프레임을 이격된 상태로 지지하고 있는 중앙지지부(300)와, 상기 베이스 프레임의 상부에 위치하고 있으며 모터의 구동에 의해 일 방향으로 전후 직선 운동하는 적어도 3개 이상의 리니어 액추에이터(400)와, 각 리니어 액추에이터의 직선 이동방향을 따라 상기 베이스 프레임의 내측에 설치되어 있으며 아래에서 상부를 향하는 비선형의 곡면 홈이 형성되어 있는 비선형 유도부(500)와, 일단이 상기 리니어 액추에이터에 연결되고 타단이 상기 플로팅 프레임의 저면에 연결되어 있으며 각 리니어 액추에이터가 전후로 이동할 때 각 비선형 유도부의 곡면 홈을 따라 슬라이딩하면서 상기 플로팅 프레임의 상승 또는 하강 움직임을 유도하는 슬라이딩 링크부(600)를 포함하여 구성된다.

상기 베이스 프레임(100)은, 상기 플로팅 프레임의 움직임에도 불구하고 다자유도 플랫폼을 안정적으로 지지할 수 있도록 바닥면 등에 설치되는 프레임으로 구성된다. 이러한 상기 베이스 프레임(100)은 상기 다자유도 플랫폼을 설치하고자 하는 장소에 따라 건물 내부 바닥에 직접 설치될 수 있음은 물론, 트레드밀이나 로잉머신과 같은 운동기구의 저면에 설치될 수도 있게 된다.

상기 베이스 프레임(100)은, 안정성을 높이기 위해 바닥면 등에 접하는 영역을 증가시킬 수 있도록 저면이 막혀 있는 판형의 플레이트로 구성될 수도 있으나, 운동기구 등에 탑재될 경우 전체 무게를 감소시킬 수 있도록 복수의 프레임이 상호 연결되어 있는 저면 개방 구조로 구성되는 것이 바람직하다.

그에 따라, 상기 베이스 프레임(100)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 삼각형의 꼭지점 부분에 위치해 있는 3개의 베이스 지지대(110)와, 상기 3개의 베이스 지지대 상호간을 연결하며 삼각형의 각 모서리를 형성하는 3개의 베이스 프레임파이프(120)와, 삼각형의 내부 중앙에 위치하면서 보강대(140)에 의해 상기 베이스 프레임파이프에 각각 연결되어 있는 베이스 플랜지(130)를 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 베이스 지지대(110)는 상부에 상기 비선형 유도부(500)가 설치되는 플레이트로 구성되며, 상기 베이스 플랜지(130)는 상기 중앙지지부(300)가 설치되는 플레이트로 구성된다.

도 6에서는 상기 리니어 액추에이터(400)에 의해 상기 플로팅 프레임(200)이 3 방향에서 상하로 움직일 수 있도록 상기 베이스 프레임(100)이 대략 삼각형의 형상으로 이루어진 것을 나타내었으나, 상기 베이스 프레임이 이러한 삼각형의 형상으로 제한되지 않고 리니어 액추에이터에 의해 플로팅 프레임을 움직이고자 하는 방향의 개수에 따라 3방향 이상에서 상하 이동의 움직임을 구현할 수 있는 사각형이나 오각형 또는 방사형 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있음은 물론이다.

상기 플로팅 프레임(200)은, 상기 리니어 액추에이터의 구동에 의해 상기 슬라이딩 링크부가 움직일 수 있는 공간을 형성할 수 있도록 상기 베이스 프레임(100)과는 이격 설치된다. 이러한 상기 플로팅 프레임(200)은 리니어 액추에이터(400)의 전후 직선운동에 의해 상기 베이스 프레임(100) 상부에서 상하로 이동할 수 있게 된다.

이러한 상기 플로팅 프레임(200)도 도 7에 도시된 바와 같이, 삼각형의 꼭지점 부분에 위치해 있는 3개의 플로팅 지지대(210)와, 상기 3개의 플로팅 지지대 상호간을 연결하며 삼각형의 각 모서리를 형성하는 3개의 플로팅 프레임파이프(220)와, 삼각형의 내부 중앙에 위치하면서 보강대(240)에 의해 상기 플로팅 프레임파이프에 각각 연결되어 있는 플로팅 플랜지(230)를 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 플로팅 지지대(210)는 상기 비선형 유도부의 곡면 홈을 따라 이동하는 슬라이딩 링크부의 링크암(610) 일단이 저면에 결합될 수 있는 플레이트로 구성되며, 상기 플로팅 플랜지(230)는 저면에 상기 중앙지지부(300)의 상부가 위치하여 상기 플로팅 프레임 전체를 중앙에서 지지할 수 있는 플레이트로 구성된다.

이러한 상기 플로팅 프레임(200)도, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 베이스 프레임과 같은 삼각형의 형상으로 구성될 수 있음은 물론, 다자유도 플랫폼이 설치되는 운동기구의 종류에 따라 다양한 형상으로 구성될 수 있다.

상기 중앙지지부(300)는, 일부 리니어 액추에이터(400)의 구동시 상기 플로팅 프레임(200)의 일부만 들리면서 기울어질 수 있도록 상기 플로팅 플랜지(230)에 결합되어 있는 유니버셜 조인트로 구성된다.

이러한 상기 중앙지지부(300)는, 모든 리니어 액추에이터가 동시 또는 이시에 구동되어 상기 슬라이딩 링크부(600)에 구비된 슬라이딩부가 상기 비선형 유도부에 구비된 곡면 홈(510)의 끝단에 이르게 된 경우에는, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 플로팅 프레임이 상승하거나 하강한 상태를 구현할 수 있는 실린더를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기 리니어 액추에이터(400)는, 모터의 구동에 의해 일 방향으로 독립적인 전후 직선 운동을 하면서 상기 슬라이딩부를 비선형 유도부에 형성된 곡면 홈을 따라 이동시키는 동력을 제공하는 것으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 베이스 프레임(100)과 플로팅 프레임(200) 사이 공간에서 상기 중앙지지부(300) 둘레에 설치되는 것이 바람직하다.

즉, 이러한 상기 리니어 액추에이터(400)는 전후로 이동하면서 상기 비선형 유도부에 형성된 곡면 홈을 따라 상기 플로팅 프레임(200)을 상승 또는 하강시키는 동력을 제공하기 위한 것으로서, 상기 플로팅 프레임의 움직임을 유도하는 비선형 유도부(500)의 개수에 대응되는 개수만큼 구비되는 것이 바람직하다.

도 1 및 도 2에서는 대략 정삼각형의 꼭지점에 위치하고 있는 베이스 지지대(110) 상부에 각각 비선형 유도부(500)를 형성하였는바, 상기 리니어 액추에이터(400)도 직선 운동방향이 대략 정삼각형의 꼭지점을 향하여 이루어질 수 있게 설치된다.

또한, 이러한 상기 리니어 액추에이터(400)는, 외부에서 공급되는 전원에 의해 회전운동을 발생시키는 모터(410)와, 상기 모터의 회전축에 연결되어 모터의 회전운동을 전후방향으로의 직선운동으로 바꿔주는 스크류 축(420)을 포함하여 구성된다. 그에 따라, 상기 리니어 액추에이터(400)는 모터의 동력으로 회전하면서 상기 스크류 축(420)의 외주면에 형성된 나사산을 타고 오르거나 내리면서 직선운동을 발생시킬 수 있게 된다.

이때, 상기 리니어 액추에이터(400)는, 중심에 있는 중앙지지부(300)에서 상기 베이스 지지대(110)의 설치 위치를 향하여 외곽으로 갈수록 상승하는 기울기를 갖도록 설치되어, 모터의 동력에 의해 전후로 이동하는 직선운동이 상기 베이스 프레임(100)에서 플로팅 프레임(200)을 향하여 비스듬하게 기울어진 형태로 이루어질 수 있게 하는 것이 바람직하다.

이때 상기 리니어 액추에이터(400)는 상기 비선형 유도부에 구비된 곡선 홈(510)을 따라 전후로 직선 운동하는 상기 스크류 축(420)이 상기 슬라이딩 링크부의 위치에 따라 일정한 범위 내에서 상하로 회동 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 리니어 액추에이터(400)는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 플로팅 프레임(200)이 가장 낮은 상태에 있다가, 3개의 리니어 액추에이터가 동시에 함께 구동되면서 도 5에 도시된 바와 같이 상기 플로팅 프레임(200)을 수직 방향으로 상승시킬 수 있음은 물론, 어느 하나 또는 두 개의 리니어 액추에이터만 구동하여 도 4에 도시된 바와 같이 상기 플로팅 프레임(200)을 일 측으로 기울어지게 할 수도 있게 된다. 이후 나머지 리니어 액추에이터가 구동되면서 상기 플로팅 프레임(200)이 전체적으로 상승된 상태가 되게 할 수 있게 된다.

이와 같이 3개 또는 그 이상의 리니어 액추에이터(400)들을 순차적으로 또는 동시에 구동하면서 플로팅 프레임(200)의 상승 정도를 다르게 또는 같이하며 플로팅 프레임이 기울기를 다양하게 구현할 수 있게 된다.

상기 비선형 유도부(500)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 베이스 지지대(110) 상에 수직하게 고정 설치되는 플레이트에 상기 베이스 지지대에서 플로팅 지지대를 향하여 상부로 갈수록 점차 급격하게 기울어진 기울기를 갖도록 관통된 곡면 홈(510)이 형성되어 이루어진다.

상기 비선형 유도부(500)는 단일의 플레이트에 곡면 홈을 관통 형성하여 구성될 수도 있으나, 상기 리니어 액추에이터에 의한 움직임 중 링크암(610)이 이탈되는 것을 방지하기 위해 가운데에 상기 링크암(610)이 놓일 수 있는 공간을 제공할 수 있도록 이격되어 있는 두 개의 플레이트로 구성되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 비선형 유도부(500)를 이루는 두 개의 플레이트에는 동일한 위치에 곡면 홈(510)이 관통 형성되어 있어야 함은 물론이다. 도 6에 도시된 베이스 지지대(110) 상의 평행한 두 직선은 상기 비선형 유도부(500)를 이루는 두 개의 플레이트가 각각 설치되는 위치를 나타낸다.

이러한 상기 비선형 유도부(500)는 리니어 액추에이터에서 발생된 평면상의 전후 직선 운동을 상하 운동으로 변형하여 상기 플로팅 프레임의 상하 움직임을 생성하기 위한 것이다.

즉, 다자유도 플랫폼이 탑재된 운동기구를 이용할 경우 사용자가 고도변화를 체험하게 하기 위해서는 운동이 이루어지는 영역의 상하 움직임이 필요하게 되는바, 상하 움직임이 필요한 위치에 상하로 이동하는 리니어 액추에이터를 설치할 수도 있으나, 이 경우 운동하면서 가해지는 하중 등의 외력이 상하로 움직이는 리니어 액추에이터에 직접 지속적으로 가해지게 되므로, 잦은 고장을 초래하게 된다.

그에 따라, 본 발명에서는 리니어 액추에이터(400)에 의해 발생되는 전후 직선운동을 상기 비선형 유도부(500)에서 상하 움직임으로 바꿔주게 되므로, 운동 중 사용자에 의해 가해지는 하중 등의 외력이 리니어 액추에이터의 직선운동 방향을 직접 방해하지 않게 되어 잦은 고장의 발생을 방지할 수 있게 된다.

상기 슬라이딩 링크부(600)는, 일단이 상기 리니어 액추에이터에 연결되고 타단이 상기 플로팅 지지대의 저면에 연결되어 있는 링크암(610)과, 상기 링크암을 상기 리니어 액추에이터의 스크류 축에 회동 가능하게 결합시키는 힌지부(620)와, 상기 힌지부에 결합된 상태로 상기 스크류 축의 전후 직선 이동에 의해 상기 곡면 홈을 따라 슬라이딩하는 슬라이딩부를 포함하여 구성된다.

이러한 슬라이딩 링크부(600)는, 상기 힌지부(620)를 축으로 하여 상기 리니어 액추에이터의 스크류 축(420)과 관절구조를 이루면서 넓게 벌어진 영문자 ‘V’의 형상을 이루게 되며, 상기 리니어 액추에이터(400)의 구동에 의해 슬라이딩부가 밀려올 때 더 이상 밀리지 못하는 링크암(610)의 일단이 힌지부(620)에서 대략 90° 정도가 되도록 꺾이며 상기 플로팅 프레임(200)을 상승시키게 된다.

이를 위하여 상기 플로팅 지지대(210)의 저면에 연결되는 링크암(610)의 타단에는 수평방향으로는 더 이상 밀리지 않으면서, 상기 플로팅 지지대(210)의 저면과 이루는 각도를 변화시킬 수 있도록 고정된 위치에서 회전 가능한 볼베어링이나 유니버셜 조인트가 구비되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 힌지부(620)는, 상기 리니어 액추에이터의 스크류 축(420) 말단과 상기 링크암(610)의 일단이 회동 가능한 관절구조로 결합될 수 있도록, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 스크류 축 말단의 링크힌지(622)와 상기 링크암(610) 말단이 힌지핀에 의해 결합되어 이루어진다. 도 9에서 (a)는 링크암 말단에 힌지핀이 삽입될 수 있는 홀이 형성된 것을 나타내고, (b)는 스크류 축 말단에 힌지핀이 삽입될 수 있는 홀이 형성된 링크힌지를 나타낸다.

또한, 상기 슬라이딩부는 회동 가능한 관절구조를 형성하는 상기 힌지핀의 외주면을 감싸며 상기 비선형 유도부를 이루는 곡면 홈에 걸려서 상기 힌지부를 밀어 올리거나 끌어내리는 원통형 파이프로 구성된다.

이와 같이 상기 슬라이딩부가 상기 곡면 홈에 접하게 되는 면이 마찰이 적은 원통형의 곡면을 형성하고 그 내부 공간에 힌지핀이 수납되게 됨으로써, 관절 구조를 이루는 힌지부의 회전에 영향 받지 않으면서 적은 힘으로 상기 플로팅 프레임을 상승시킬 수 있게 된다.

이러한 본 발명에 따른 실감형 운동기구용 다자유도 플랫폼 시스템은, 적어도 세 방향 이상에서 플로팅 프레임의 상하 움직임을 생성할 수 있게 되므로, 도 10에 도시된 바와 같이 트레드밀에 적용할 경우, 운동 중인 트레드밀 벨트의 단순한 전방 상승을 벗어나 후방도 상승시킬 수 있으므로, 오르막뿐만 아니라 내리막 경사 환경도 트레드밀로 적절하게 구현할 수 있게 된다.

또한, 트레드밀에서 운동 중 두 개의 리니어 액추에이터를 상승시키는 것에 의해 좌측으로 기울어진 환경을 구현할 수 있고, 상승시키는 액추에이터를 바꿈으로써 우측으로 기울어진 환경도 구현할 수 있게 된다.

그에 따라, 단순히 평지를 걷거나 운동효과를 높이기 위해 진행방향의 경사도를 높이기만 하던 종래의 트레드밀에서는 구현할 수 없었던 내리막길 경사와 좌우로 기울어진 환경도 구현할 수 있으므로, 실내에서 운동하면서도 마치 등산하는 것과 같은 체험을 통하여 운동의 흥미를 증가시킬 수 있게 된다.

이를 위하여, 본 발명에 따른 실감형 운동기구용 다자유도 플랫폼 시스템은, 운동하고자 하는 지면의 높낮이와 기울기를 영상정보에 매치시켜 함께 저장하는 고도정보 저장부와, 상기 고도정보 저장부에 저장되어 있는 지면의 높낮이와 기울기를 운동기구에서 구현하기 위해 리니어 액추에이터를 구동하는 제어신호를 생성하여 저장하는 구동정보 생성부와, 모니터에서 표출되는 영상정보의 재생정도에 따라 그 영상정보에 매치되어 있는 고도정보에 따른 높낮이와 기울기를 구현할 수 있는 제어신호를 도출하여 다자유도 플랫폼에 구비된 각 리니어 액추에이터로 전송하는 영상정보 연동부를 포함하는 통합 컨트롤 보드(미도시)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

도 11은 본 발명에 따른 실감형 운동기구용 다자유도 플랫폼 시스템이 탑재된 트레드밀이 구동되는 과정을 나타내는 플로우 차트이다.

도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 실감형 운동기구용 다자유도 플랫폼 시스템이 탑재된 트레드밀이 모니터상의 영상으로 보이는 지면의 경사변경이나 기울기 변경에 따라 트레드밀 벨트의 기울기가 변경될 수 있게 하기 위하여, 먼저 지면의 전후 경사 변경에 의한 높낮이 변화와 지면의 좌우 경사 변경에 따른 기울기 변화를 해당 지면에 대한 고도정보로 저장하되, 모니터상에 해당 지면의 영상을 나타낼 수 있는 영상정보에 고도정보를 매치시켜 저장(S10)하도록 구성된다.

그리고, 이러한 고도정보에 따른 전후 경사 변경과 좌우 기울기 변화를 플로팅 프레임 상에 구현하기 위해 구동해야 하는 리니어 액추에이터를 특정하고, 특정된 리니어 액추에이터를 구동시켜 높이를 변화시켜야 하는 정도를 산출한 후, 각 리니어 액추에이터를 구동하기 위한 제어신호를 생성(S20)하여 저장하도록 구성된다.

이후, 트레드밀에서 영상정보를 보며 실감형 운동을 체험하고자 하는 사용자가 영상정보를 선택하여 재생(S30)하면, 선택된 영상정보가 트레드밀에 구비되어 있는 모니터를 재생됨과 아울러, 그 영상정보에 매치되어 함께 저장되어 있는 고도정보와 제어신호도 함께 도출(S40)된다.

이와 같이 영상정보와 함께 도출된 고도정보와 제어신호는, 영상이 재생되는 동안 트레드밀에 구비된 제어부에 의해 각 리니어 액추에이터로 전송(S50)되고, 이러한 제어신호를 수신한 각 리니어 액추에이터는 제어신호에 따라 미리 설정된 정도만큼 구동(S60)되면서 슬라이딩 링크부를 이동시켜 플로팅 프레임을 상승 또는 하강(S70)시키면서, 트레드밀 벨트상에 전후 경사나 좌우 기울기를 구현하게 된다.

그에 따라, 실내에서 트레드밀을 이용하여 운동하는 사용자로서는 전후 경사나 좌우 기울기의 변화가 있는 코스의 영상을 보면서 그 영상처럼 전후 경사나 좌우 기울기가 변하는 트레드밀 벨트 상에서 운동하게 되어 보다 현실감 있는 운동을 수행할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

100 : 베이스 프레임 110 : 베이스 지지대
120 : 베이스 프레임파이프 130 : 베이스 플랜지
200 : 플로팅 프레임 210 : 플로팅 지지대
220 : 플로팅 프레임파이프 230 : 플로팅 플랜지
300 : 중앙지지부
400 : 리니어 액추에이터 410 : 모터
420 : 스크류 축
500 : 비선형 유도부 510 : 곡면 홈
600 : 슬라이딩 링크부 610 : 링크암
620 : 힌지부 622 : 링크힌지

Claims (11)

1. 바닥면에 위치하고 있는 베이스 프레임;
   상기 베이스 프레임의 상부에 이격 설치되어 있으며 리니어 액추에이터의 구동에 의해 상하로 움직이는 플로팅 프레임;
   상기 베이스 프레임과 플로팅 프레임 사이에서 상기 플로팅 프레임을 이격된 상태로 지지하고 있는 중앙지지부;
   상기 베이스 프레임의 상부에 위치하고 있으며 모터의 구동에 의해 일 방향으로 전후 직선 운동하는 적어도 3개 이상의 리니어 액추에이터;
   각 리니어 액추에이터의 직선 이동방향을 따라 상기 베이스 프레임의 내측에 설치되어 있으며, 아래에서 상부를 향하는 비선형의 곡면 홈이 형성되어 있는 비선형 유도부; 및
   일단이 상기 리니어 액추에이터에 연결되고 타단이 상기 플로팅 프레임의 저면에 연결되어 있으며, 각 리니어 액추에이터가 전후로 이동할 때 각 비선형 유도부의 곡면 홈을 따라 슬라이딩하면서 상기 플로팅 프레임의 상승 또는 하강 움직임을 유도하는 슬라이딩 링크부;를 포함하고,
   상기 리니어 액추에이터는,
   외부에서 공급되는 전원에 의해 회전운동을 발생시키는 모터; 및
   상기 모터의 회전축에 연결되어 있으며, 외주면에 나사산이 형성되어 있어 모터의 회전운동에 의해 나사산을 타고 오르내리며 전후 방향으로의 직선운동으로 변환시키는 스크류 축;을 포함하며,
   상기 비선형 유도부는, 상기 베이스 프레임을 이루는 삼각형의 꼭지점 부분에 위치해 있는 베이스 지지대에서 상기 플로팅 프레임을 이루는 삼각형의 꼭지점 부분에 위치해 있는 플로팅 지지대를 향하여 상부로 갈수록 기울어진 기울기를 갖도록 관통된 곡면 홈이 형성되어, 상기 베이스 지지대 상에 수직하게 고정 설치되는 플레이트로 구성되는 것을 특징으로 하는 실감형 운동기구용 다자유도 플랫폼 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 베이스 프레임은,
   삼각형의 꼭지점 부분에 위치해 있는 3개의 베이스 지지대;
   상기 3개의 베이스 지지대 상호간을 연결하며 삼각형의 각 모서리를 형성하는 3개의 베이스 프레임파이프; 및
   삼각형의 내부 중앙에 위치하면서 보강대에 의해 상기 베이스 프레임파이프에 각각 연결되어 있는 베이스 플랜지;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실감형 운동기구용 다자유도 플랫폼 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 플로팅 프레임은,
   삼각형의 꼭지점 부분에 위치해 있는 3개의 플로팅 지지대;
   상기 3개의 플로팅 지지대 상호간을 연결하며 삼각형의 각 모서리를 형성하는 3개의 플로팅 프레임파이프; 및
   삼각형의 내부 중앙에 위치하면서 보강대에 의해 상기 플로팅 프레임파이프에 각각 연결되어 있는 플로팅 플랜지를 포함하는 것을 특징으로 하는 실감형 운동기구용 다자유도 플랫폼 시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 중앙지지부는, 일부 리니어 액추에이터의 구동시 상기 플로팅 프레임의 일부만 들리면서 기울어질 수 있도록 상기 플로팅 플랜지에 결합되어 있는 유니버셜 조인트와, 상기 플로팅 프레임을 전체적으로 상승시키거나 하강시키는 실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 실감형 운동기구용 다자유도 플랫폼 시스템.
5. 삭제
6. 제4항에 있어서,
   상기 리니어 액추에이터는, 중심에 있는 중앙지지부에서 상기 베이스 지지대의 설치 위치를 향하여 외곽으로 갈수록 상승하는 기울기를 갖도록 설치되는 것을 특징으로 하는 실감형 운동기구용 다자유도 플랫폼 시스템.
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 비선형 유도부는, 상기 슬라이딩 링크부가 놓일 수 있는 공간을 형성하도록, 상기 곡면 홈이 각각 형성된 두 개의 플레이트가 이격 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 실감형 운동기구용 다자유도 플랫폼 시스템.
9. 제4항에 있어서,
   상기 슬라이딩 링크부는,
   일단이 상기 리니어 액추에이터에 연결되고 타단이 상기 플로팅 지지대의 저면에 연결되어 있는 링크암;
   상기 링크암을 상기 리니어 액추에이터의 스크류 축에 회동 가능하게 결합시키는 힌지부; 및
   상기 힌지부에 결합된 상태로 상기 스크류 축의 전후 직선 이동에 의해 상기 곡면 홈을 따라 슬라이딩하는 슬라이딩부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실감형 운동기구용 다자유도 플랫폼 시스템.
10. 제9항에 있어서,
    상기 플로팅 지지대의 저면에 연결되는 링크암의 타단에는, 수평방향으로는 더 이상 밀리지 않으면서 상기 플로팅 지지대의 저면과 이루는 각도를 변화시킬 수 있도록, 고정된 위치에서 회전 가능한 볼베어링이나 유니버셜 조인트가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 실감형 운동기구용 다자유도 플랫폼 시스템.
11. 제1항 내지 제4항, 제6항, 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    운동하고자 하는 지면의 높낮이와 기울기를 영상정보에 매치시켜 함께 저장하는 고도정보 저장부;
    상기 고도정보 저장부에 저장되어 있는 지면의 높낮이와 기울기를 운동기구에서 구현하기 위해 리니어 액추에이터를 구동하는 제어신호를 생성하여 저장하는 구동정보 생성부; 및
    모니터에서 표출되는 영상정보의 재생정도에 따라, 그 영상정보에 매치되어 있는 고도정보에 따른 높낮이와 기울기를 구현할 수 있는 제어신호를 도출하여 다자유도 플랫폼에 구비된 각 리니어 액추에이터로 전송하는 영상정보 연동부;를 포함하는 통합 컨트롤 보드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실감형 운동기구용 다자유도 플랫폼 시스템.

Images