KR102455304B1 - 케이블 머신 - Google Patents

Abstract

본 개시는 케이블 머신에 관한 것이다. 케이블 머신은 사용자의 힘이 작용되는 제1 핸들 및 제2 핸들을 포함하는 힘작용 핸들, 힘작용 핸들 전체에 부여될 부하를 생성하는 부하 생성 모듈 및 제1 핸들 및 제2 핸들 각각에 작용된 사용자의 힘에 따라 부하가 분배되는 부하 분배 부재와, 부하 분배 부재와 힘작용 핸들을 연결하는 케이블을 포함하는 힘작용 연결부를 포함한다.

Description

케이블 머신{CABLE MACHINE}

본 개시는 케이블 머신에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 사용자가 당기는 각 핸들에 걸리는 부하를 달리할 수 있는 케이블 머신에 관한 것이다.

최근 여가 시간이 늘어나고 건강에 대한 사회적 관심이 증가함에 따라 근력을 향상시키고 균형 잡힌 신체를 만들기 위하여 웨이트 트레이닝(weight training)을 하는 인구가 늘어나고 있다. 여기서, 웨이트 트레이닝은 바벨(barbell), 덤벨(dumbbell) 등과 같이 소정의 무게를 가지는 물체를 이용하여 근육을 단련시키고, 그로 인한 체력 증진을 목표로 하는 운동을 의미한다.

이러한 웨이트 트레이닝은 사용하는 운동기구에 따라 프리 웨이트와 머신운동으로 구분될 수 있다. 프리웨이트는 바벨과 덤벨을 사용하는 운동으로 균형근 및 보조근을 이용하여 신체 밸런스 향상에 효과가 크며, 머신운동은 케이블이 연결된 중량체를 들어올릴 수 있도록 구성된 케이블 머신을 사용하는 운동으로, 쉽게 운동을 익힐 수 있다.

케이블 머신 중 사용자가 부하에 대응되는 힘으로 케이블이 연결된 두 개의 핸들을 각각 왼손과 오른손으로 파지하여 당기는 케이블 머신이 있다. 두 개의 핸들을 가지는 케이블 머신은 각 핸들에 걸리는 부하가 동일한바, 사용자의 양팔 근력이 다르다는 점을 고려한 운동을 할 수 없다.

대한민국 등록특허 제10-0651259호 '다기능 웨이트 트레이닝 기구' 대한민국 등록특허 제10-1794094호 '공압을 이용한 근력운동기구'

본 명세서에서 개시되는 실시예들은, 사용자의 양팔 근력이 다르다는 점을 감안하여 사용자가 당기는 각 핸들에 걸리는 부하를 달리할 수 있는 케이블 머신을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 명세서에서 개시되는 실시예들은, 다양한 운동 부하를 적용시킬 수 있는 케이블 머신을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 개시의 일 실시예에 따른 케이블 머신은, 사용자의 힘이 작용되는 제1 핸들 및 제2 핸들을 포함하는 힘작용 핸들, 힘작용 핸들 전체에 부여될 부하를 생성하는 부하 생성 모듈, 및 제1 핸들 및 제2 핸들 각각에 작용된 사용자의 힘에 따라 부하가 분배되는 부하 분배 부재와, 부하 분배 부재와 힘작용 핸들을 연결하는 케이블을 포함하는 힘작용 연결부를 포함할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 케이블 머신은, 부하 생성 모듈은, 부하를 생성하는 부하 생성부와, 힘작용 핸들 전체에 작용되는 운동력을 전달받고 부하 생성부에 의해 생성된 부하로 구동력을 전달받아 탄성부재의 변위가 변화될 수 있는 탄성 연결부를 포함하고, 운동력과 구동력에 기초하여 부하 생성부가 부하를 생성하도록 하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 케이블 머신은, 탄성 연결부는 구동력에 따라 상하이동하되, 부하 분배 부재는, 탄성 연결부의 상하이동에 따라 연동되어 회전하는 메인풀리와, 메인풀리의 내측에 축결합되어 메인풀리의 회전방향과 직교하게끔 회전하는 유성기어와, 메인풀리의 양측에서 각각 구비되어 유성기어와 맞물려 회전하는 제1 태양기어 및 제2 태양기어와, 제1 태양기어에 결합되어 제1 태양기어와 함께 회전하는 제1 풀리와, 제2 태양기어에 결합되어 제2 태양기어와 함께 회전하는 제2 풀리를 포함하고, 케이블은, 제1 핸들에 일단이 연결되고 제1 풀리에 타단이 연결되는 제1 케이블과, 제2 핸들에 일단이 연결되고 제2 풀리에 타단이 연결되는 제2 케이블을 포함할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 케이블 머신은, 사용자의 심박수를 측정할 수 있는 신체감지센서를 더 포함하고, 제어부는, 신체감지센서에 의해 측정된 심박수가 사전에 입력된 설정 심박수를 초과하면 구동력을 제1 설정값 이하로 제한할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 케이블 머신은, 제어부는, 운동력의 변화값이 제2 설정값에 도달하면, 구동력을 제3 설정값 이하로 제한할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 케이블 머신은, 제어부는, 탄성부재의 변위 변화를 이용하여 운동력과 구동력에 의한 상호 힘을 연산하고, 연산된 힘을 기초로 부하 생성부가 부하를 생성하도록 하여 생성된 부하가 케이블에 작용할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 케이블 머신은, 제어부는, 연산된 상호 힘을 기초로 어드미턴스 모델을 설정하고, 설정된 어드미턴스 모델을 이용하여 부하 생성부가 부하를 생성하도록 할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 케이블 머신은, 어드미턴스 모델은 복수 개의 인자들을 포함하여 수립되어 있고, 인자들의 값들 중 적어도 하나는 제어부에 입력되고, 제어부는, 입력된 값에 따라 부하 생성부가 부하를 생성하도록 할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 케이블 머신은, 부하 생성부는, 유압 또는 공압에 의해 작동될 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 케이블 머신은, 다수의 프레임으로 골격을 이루고, 내측에 부하 생성 모듈과 부하 분배 부재가 구비된 본체 및 본체의 양측에 결합되고 끝단에 힘작용 핸들이 구비되는 아암유닛을 더 포함할 수 있다. 아암유닛은, 본체의 상부에 결합되고 측방향으로 회전가능하게 구비된 제1 아암과, 제1 아암의 외측에 결합되고 상하방향으로 회전가능하게 구비된 제2 아암을 포함하고, 제1 아암과 제2 아암은, 소정의 각도만큼 회전된 후 고정될 수 있다.

본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 제1 핸들과 제2 핸들 각각에 작용된 사용자의 힘에 따라 부하가 분배되어, 근력이 다른 양팔에 대한 근력 향상을 위해 적절하면서도 정확한 부하가 부여되도록 할 수 있으므로, 부상을 방지할 수 있으며, 특히 재활 운동도 효과적으로 진행할 수 있다.

또한, 양팔에 대한 근력 운동시 다양한 운동 부하를 적용시킬 수 있으므로, 운동 효과를 향상시킬 수 있다.

본 개시의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 개시의 실시예들은, 이하 설명하는 첨부 도면들을 참조하여 설명될 것이며, 여기서 유사한 참조 번호는 유사한 요소들을 나타내지만, 이에 한정되지는 않는다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 케이블 머신의 개략적인 개념도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 케이블 머신에 적용되는 부하 분배 부재와 힘작용 핸들이 케이블에 의해 연결된 구조를 보여주는 개념도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 케이블 머신에 적용되는 부하 분배 부재의 구체적인 구조를 보여주는 분해사시도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 케이블 머신에 적용되는 제어부의 제어 방법을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 케이블 머신을 보여주는 사시도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 케이블 머신에 케이블이 연결된 구조를 보여주는 정면도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 케이블 머신에 적용되는 제1 아암이 측방향으로 회전된 상태를 보여주는 예시도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 케이블 머신에 적용되는 제2 아암이 상방으로 회전된 상태를 보여주는 예시도이다.

이하, 본 개시의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 이하의 설명에서는 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 우려가 있는 경우, 널리 알려진 기능이나 구성에 관한 구체적 설명은 생략하기로 한다.

첨부된 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조부호가 부여되어 있다. 또한, 이하의 실시예들의 설명에 있어서, 동일하거나 대응되는 구성요소를 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 그러나 구성요소에 관한 기술이 생략되어도, 그러한 구성요소가 어떤 실시예에 포함되지 않는 것으로 의도되지는 않는다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 케이블 머신의 개략적인 개념도이며, 도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 케이블 머신에 적용되는 부하 분배 부재와 힘작용 핸들이 케이블에 의해 연결된 구조를 보여주는 개념도이다. 도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 케이블 머신에 적용되는 부하 분배 부재의 구체적인 구조를 보여주는 분해사시도이며, 도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 케이블 머신에 적용되는 제어부의 제어 방법을 나타내는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이 케이블 머신은, 힘작용 핸들(100), 부하 생성 모듈(200), 힘작용 연결부(300)를 포함하며, 제어부(400), 신체감지센서, 입력장치(600)를 더 포함할 수 있다. 힘작용 핸들(100)은 사용자가 손으로 파지한 상태로 당김으로써 사용자의 힘이 작용되는 것으로, 왼손과 오른손 각각에 대응되는 제1 핸들(110) 및 제2 핸들(120)을 포함한다.

부하 생성 모듈(200)은 힘작용 핸들(100) 전체에 부여될 부하를 생성한다. 즉, 제1 핸들(110)의 당김에 대응되는 부하와, 제2 핸들(120)의 당김에 대응되는 부하를 합한 부하를 생성한다. 이러한 부하 생성 모듈(200)은 부하를 생성하는 부하 생성부(210)를 비롯하여, 힘작용 핸들(100)과 부하 생성부(210)를 연결하는 탄성 연결부(220)를 포함할 수 있다.

부하 생성부(210)는 힘작용 핸들(100)에 작용하는 부하를 생성하며, 제어부(400)의 제어를 받으면서 유압 또는 공압에 의해 작동되도록 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 부하 생성부(210)는, 도 1에 도시된 바와 같이 유압펌프(211)와 유압실린더(212)를 포함할 수 있다. 이때, 제어부(400)는 유압펌프(211)를 제어하거나 유압펌프(211)에서 유압실린더(212)로 들어가는 유압을 조절함으로써 유압실린더(212)의 로드(213)의 움직임을 제어하게 된다. 이와 같이 제어부(400)에 제어되는 부하 생성부(210)의 일 예로, 전기-유압식 엑츄에이터(EHA: eletro-hydraulic actuator)를 들 수 있다.

일 실시예에 따른 부하 생성부(210)는 유압에 의해 작동되고, 유압펌프(211)와 유압실린더(212)를 포함하도록 구성되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 부하 생성부(210)는 힘작용 핸들(100)에 작용하는 부하를 생성할 수만 있으면 되고, 그 구체적인 원리나 구성에는 특별한 제한이 없다. 즉, 다른 실시예에 따르면, 부하 생성부(210)는 공압에 의해 작동되거나 자기력에 의해 작동될 수 있으며, 펌프나 압축기 대신에 유압원 또는 공압원으로부터 연결된 파이프로부터 유압 또는 공압을 받아 작동될 수도 있다.

탄성 연결부(220)는 도 1에 도시된 바와 같이 힘작용 핸들(100) 전체에 작용되는 운동력을 전달받고, 부하 생성부(210)에 의해 생성된 부하로 구동력을 전달받아, 탄성 연결부(220)에 포함된 탄성부재의 변위가 변화되도록 구성될 수 있다. 여기서의 탄성부재는 스프링일 수 있으며, 스프링인 탄성부재를 포함하는 탄성 연결부(220)는 일 예로, 직렬탄성구동기(SEA: series elastic actuator)를 들 수 있다. 또한, 탄성 연결부(220)는 부하 생성부(210)로부터 생성된 구동력에 따라 상하방향으로 이동될 수 있다.

힘작용 연결부(300)는, 부하 분배 부재(310)와 케이블(320)을 포함한다. 부하 분배 부재(310)는 제1 핸들(110) 및 제2 핸들(120) 각각에 작용된 사용자의 힘에 따라 부하 생성 모듈(200)에서 생성되어 전달되는 부하가 분배되도록 한다. 이와 같은 힘작용 연결부(300)로 인해, 본 개시의 케이블 머신은, 근력이 다른 사용자의 양팔에 대한 근력 향상을 위해 적절하면서도 정확한 부하가 부여할 수 있는바, 근력보다 과도한 부하로 인한 운동을 통해 부상이 발생되는 것을 방지할 수 있으며, 제1 핸들(110)과 제2 핸들(120)에 각기 다른 부하가 부여될 수 있음을 이용하여 재활 운동을 효과적으로 진행할 수 있다.

일 실시예로, 부하 분배 부재(310)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 메인풀리(311), 유성기어(312), 제1 태양기어(313) 및 제2 태양기어(314), 제1 풀리(315), 제2 풀리(316)를 포함할 수 있다.

메인풀리(311)는 탄성 연결부(220)의 상하이동에 따라 연동되어 회전하는데, 탄성 연결부(220)와의 연동을 위해, 일단이 메인풀리(311)의 원주 일지점에 연결되고 타단이 연결부(220)에 연결되는 연동케이블이 이용될 수 있다. 이때의 연동케이블은 후술할 케이블(320)과는 독립적으로 구성된다. 즉, 메인풀리(311)는 탄성 연결부(220)의 상하이동에 따라 연동케이블이 감기거나 풀리면서 회전이 이루어진다.

유성기어(312)는 베벨기어로 구성될 수 있으며, 메인풀리(311)의 회전방향과 직교하게끔 회전되도록 메인풀리(311)의 내측에 축결합될 수 있다. 이때, 유성기어(312)는 메인풀리(311)의 회전축을 기준으로 동일한 거리만큼 이격되면서 상호 마주하도록 두 개가 구비될 수 있다. 또한, 유성기어(312)의 최대 너비는 메인풀리(311)의 두께보다 크게 형성되어, 메인풀리(311)의 양측으로 유성기어(312)의 일부가 돌출되게 구비된다.

제1 태양기어(313) 및 제2 태양기어(314)는 베벨기어로 구성될 수 있으며, 메인풀리(311)의 양측에 각각 구비되어, 유성기어(312)와 맞물려 회전한다. 그리고 제1 태양기어(313)는 유성기어(312)와 맞물리는 부분의 외측으로 제1 태양기어(313)의 회전에 따라 함께 회전하는 제1 풀리(315)가 결합된다. 또한, 제2 태양기어(314)는 유성기어(312)와 맞물리는 부분의 외측으로 제2 태양기어(314)의 회전에 따라 함께 회전하는 제2 풀리(316)가 결합된다.

상술한 바와 같이, 메인풀리(311), 유성기어(312), 제1 태양기어(313) 및 제2 태양기어(314), 제1 풀리(315), 제2 풀리(316)를 포함하는 부하 분배 부재(310)는 차동기어와 유사한 구조를 가져, 제1 핸들(110) 및 제2 핸들(120) 각각에 작용된 사용자의 힘에 따라 부하를 분배한다.

케이블(320)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 부하 분배 부재(310)와 힘작용 핸들(100)을 연결한다. 케이블(320)은 제1 핸들(110)에 일단이 연결되고 제1 풀리(315)에 타단이 연결되며 제1 풀리(315)에 일부가 감기는 제1 케이블(321)과, 제2 핸들(120)에 일단이 연결되고 제2 풀리(316)에 타단이 연결되며 제2 풀리(316)에 일부가 감기는 제2 케이블(322)을 포함한다. 이처럼 부하 분배 부재(310)와 힘작용 핸들(100)을 연결하는 케이블(320)은 힘의 방향을 바꾸기 위한 복수 개의 고정도르래를 거칠 수 있다.

제어부(400)는 연산 처리, 저장 및 제어 기능 등을 수행하기 위해 전기 회로, 회로 기판, 집적회로칩, 소프트웨어, 펌웨어 형식 등으로 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 탄성 연결부(220)가 전달받은 운동력과 구동력에 기초하여 부하 생성부(210)가 부하를 생성하도록 한다. 구체적으로, 제어부(400)는 탄성 연결부(220)에 포함된 탄성부재의 변위 변화를 이용하여 운동력과 구동력에 의한 상호 힘을 연산하고, 연산된 힘을 기초로 부하 생성부(210)가 부하를 생성하도록 한다. 이때, 부하 생성부(210)에 의해 생성된 부하는 케이블(320)에 작용한다.

제어부(400)에는 터치 패널, 키패드, 키보드 등으로 이루어진 입력장치(600)가 구비될 수 있으며, 이에 따라 사용자는 입력장치(600)를 이용하여 운동 계획에 따른 적절한 운용 모드를 선택하고 설정할 수 있다. 이때, 각 운용 모드에서는 추가적인 제어 인자들을 입력하여 제어 작동을 세밀하게 조절할 수 있다. 또한, 입력장치(600)는 상술한 바와 같이 제어부(400)에 구비될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명에서의 입력장치(600)는 제어부(400) 이외의 다른 구송요소에 구비될 수 있으며, 예를 들어 후술할 본체(700)에 구비될 수 있다.

그리고 입력장치(600)는 케이블 머신의 전용으로 구성되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 일 실시예로, 입력장치(600)는 사용자가 소지하고 있는 휴대폰, 태블릿 등의 장치에 설치된 소프트웨어 형식으로 구현될 수 있다. 이 경우, 사용자는 휴대폰, 태블릿 등의 장치에 구현된 소프트웨어를 구동시키고, 휴대폰, 태블릿 등의 장치의 유선 통신부 또는 무선 통신부를 이용하여 유/무선으로 제어부(400)에 명령을 입력할 수 있다.

제어부(400)의 저장 장치(메모리)에는 여러 운용 모드에 따른 제어 모델들이 미리 저장되어 있을 수 있으며, 사용자는 입력장치(600)로 운용 모드와 제어 모델을 설정하고, 각 운용 모드의 세부 조절을 위한 인자들의 값을 추가로 입력하여 부하 생성부(210)를 적절히 제어할 수 있다.

일 실시예로, 사용자는 운동 지도사 등의 조언을 받아 미리 운동 계획을 세우고, 그에 따른 운용 모드를 설정하여 입력장치(600)로 제어부(400)에 명령을 입력할 수 있다. 이때, 사용자는 설정된 운용 모드의 기본형을 그대로 수행할 것인지, 아니면 설정된 운용 모드를 세부적으로 추가 조절할지를 결정한 다음, 설정된 운용 모드를 세부적으로 추가 조절하는 경우, 관련된 인자들의 값을 제어부(400)에 추가로 입력한다. 이에 따라, 제어부(400)는 사용자의 입력값을 받아 연산한 후, 미리 저장된 제어 모델에 따라 부하 생성부(210)가 초기 부하를 생성하도록 한다. 사용자가 양손으로 힘작용 핸들(100)을 당기며 운동을 시작하게 되면, 사용자가 작용하는 운동력이 힘작용 연결부(300)를 거쳐 탄성 연결부(220)에 전달된다. 또한, 설정된 운용 모드에 따라 부하 생성부(210)가 생성한 구동력도 탄성 연결부(220)에 전달되어 부하를 생성하게 된다. 이때, 탄성 연결부(220)에 포함된 탄성부재의 변위 변화가 발생되며, 센서 등을 측정된 탄성부재의 변위 변화 결과를 제어부(400)로 전달한다.

이에 따라, 제어부(400)는, 탄성부재의 변위를 이용하여 탄성 연결부(220)에 작용하는 상호 힘 Fh를 연산한다. 상호 힘 Fh는 탄성부재의 변위값을 변수로 한 수학식으로 표현할 수 있으며, 제어부(400)는 그러한 수학식을 기초로 하여 상호 힘 Fh를 연산한다.

또한, 제어부(400)는 상기 연산된 Fh를 기초로, 어드미턴스 모델(Admittance Model)을 설정한다. 하기 [수학식 1]에 나타난 바와 같이, 어드미턴스 모델 I(s)는, 복수 개의 인자들을 포함하여 수립될 수 있다. 즉, 어드미턴스 모델 I(s)는, 가상의 임피던스 인자인 M, B, K를 이용하여 수립되는데, M, B, K의 값은, 제어 모델에 따라 미리 지정되거나, M, B, K의 값들 중 적어도 하나를 사용자가 입력장치(600)를 통해 제어부(400)로 입력시킬 수 있다. 제어부(400)는, 지정되거나 입력된 인자들의 값에 따라 부하 생성부(210)가 적절한 운동 부하를 생성하도록 제어한다.

[수학식 1]에서, M 인자는 가상의 질량을 의미하고, 그 값을 증가시킬 때 관성력에 대한 효과가 커진다. B 인자는 가상의 댐핑을 의미하고, 그 값을 증가시킬 때 점성력에 대한 효과가 커진다. K 인자는 가상의 스프링을 의미하고, 그 값을 증가시킬 때 탄성력에 대한 효과가 커진다.

제어부(400)는 [수학식 1]의 어드미턴스 모델 I(s)를 이용하여 도 4에 도시된 제어 작용을 수행할 수 있다. 구체적으로, 제어부(400)는, 속도 제어기 C(s)를 이용하여 근력 운동 시스템 G(s)를 속도 제어하고, 그 상태에서 상호 힘 Fh를 기초로 하여 어드미턴스 모델 I(s)를 설정하고, 부하 생성부(210)를 구동하여 적절한 부하를 생성한다. 이때, 생성된 부하는, 관성력, 점성력, 탄성력 각각과 관련되어 작용할 수 있으며, 관성력, 점성력, 탄성력 중 적어도 두 개가 조합된 힘과 관련되어 작용할 수 있다.

그리고 제어부(400)는, 생성된 부하를 기반으로 근력 운동 시스템 G(s)의 동작 프로파일을 생성하여, 등속성 운동 모드, 등장성 운동 모드, 등척성 운동 모드를 구현할 수도 있다. 이러한 본 실시예에 따른 제어부(400)는, 운용 모드에 따라 부하 생성부(210)를 통해 다양한 운동 부하를 구현하는바, 사용자는 힘작용 핸들(100)을 당겨 그러한 운동 부하에 의해 다양한 운동 자극을 전달받게 되므로, 근력 운동 시 운동 효과를 극대화할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 케이블 머신을 이용하면, 일반인, 운동선수, 재활치료가 필요한 환자 등과 같이 여러 사용자에 적합한 최적의 근력 운동 프로그램을 계획하고 수행할 수 있다.

일 실시예에 따른 케이블 머신은 사용자의 신체 상태를 측정할 수 있는 신체감지센서(500)를 더 포함할 수 있다. 신체감지센서(500)는 일 예로, 사용자의 심박수, 체온, 등을 측정할 수 있으며, 적외선 센서, 카메라 센서 등이 적용될 수 있다. 이때, 제어부(400)는 신체감지센서(500)를 통해 측정된 사용자의 신체 상태값이 사용자에게 무리가 된다 판단되면, 토크제어기 T(s)를 통해 구동력을 제한할 수 있다, 즉 힘작용 핸들(100) 전체에 부여될 부하를 낮춤으로써, 사용자의 부상을 미연에 방지할 수 있다. 예를 들어, 제어부(400)는 신체감지센서(500)에 의해 측정된 심박수가 사전에 입력된 설정 심박수(한계 심박수)를 초과하면, 구동력을 제1 설정값 이하로 제한할 수 있다. 여기서의 설정 심박수와 제1 설정값은, 사용자가 입력장치(600)를 통해 사전에 입력을 하여 저장할 수 있으며, 제1 설정값은 부하 생성부(210)에 의해 초기 생성된 부하보다 작은 값을 가짐이 바람직하다.

그리고, 제어부(400)는 운동력의 변화값이 제2 설정값에 도달하면(예를 들어, 사용자의 힘이 급격히 변화하는 경우 - 사용자의 제1 핸들 및 제2 핸들의 놓침, 사용자의 힘빠짐 등), 토크제어기 T(s)를 통해 구동력을 제3 설정값 이하로 제한할 수 있다. 여기서의 제2 설정값 및 제3 설정값은 사용자가 입력장치(600)를 통해 사전에 입력을 하여 저장할 수 있으며, 제3 설정값은 부하 생성부(210)에 의해 초기 생성된 부하보다 작은 값을 가짐이 바람직하다.

도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 케이블 머신을 보여주는 사시도이며, 도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 케이블 머신에 케이블이 연결된 구조를 보여주는 정면도이다. 도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 케이블 머신에 적용되는 제1 아암이 측방향으로 회전된 상태를 보여주는 예시도이며, 도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 케이블 머신에 적용되는 제2 아암이 상방으로 회전된 상태를 보여주는 예시도이다.

본 개시의 일 실시예에 따른 케이블 머신은, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 다수의 프레임으로 골격을 이루고, 내측에 부하 생성 모듈(200) 및 부하 분배 부재(310)가 구비된 본체(700)를 포함할 수 있으며, 본체(700)의 양측에는 끝단에 힘작용 핸들(100)이 각각 구비되는 아암유닛(800)이 결합될 수 있다. 이때, 케이블(320)은 본체(700)에 구비된 부하 분배 부재(310)와 아암유닛(800)에 구비된 힘작용 핸들(100)을 연결한다.

일 실시예에 따른 본체(700)는 다수의 프레임이 사각틀 형태를 이루고, 그 내측에 부하 생성 모듈(200) 및 부하 분배 부재(310)가 구비될 수 있다. 부하 생성 모듈(200)은 부하 분배 부재(310)의 하측에 구비될 수 있으며, 부하 분배 부재(310)로부터 아암유닛(800)으로 연결된 케이블(320)은 복수 개의 고정 도르래를 거치도록 구성될 수 있다.

일 실시예에 따른 아암유닛(800)은 본체(700)의 상부에 결합되는 제1 아암(810)과, 제1 아암(810)의 외측에 결합되는 제2 아암(820)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 아암(810)은 상하방향으로 축고정되어 도 7에 도시된 바와 같이 측방향(시계 방향 또는 반시계 방향)으로 회전가능하게 구비될 수 있다. 그리고 제2 아암(820)은 일단이 제1 아암(810)의 외측에 힌지결합되어 도 8에 도시된 바와 같이 상하방향으로 회전가능하게 구비될 수 있다. 이처럼 측방향으로 회전가능한 제1 아암(810)과 상하방향으로 회전가능한 제2 아암(820)을 고정시키기 위한 고정수단이 구비될 수 있다. 상기 고정수단은 일 예로 회전된 제1 아암(810) 또는 제2 아암(820)을 관통하게끔 탄성적으로 돌출되는 탄성핀일 수 있다. 따라서, 사용자는 근력을 향상시키고자 하는 신체 부위, 또는 운동 방법 등에 따라 제1 아암(810)과 제2 아암(820)을 소정의 각도만큼 회전시킨 후 고정하여 근력 운동을 수행할 수 있다.

본 개시의 앞선 설명은 당업자들이 본 개시를 행하거나 이용하는 것을 가능하게 하기 위해 제공된다. 본 개시의 다양한 수정예들이 당업자들에게 쉽게 자명할 것이고, 본원에 정의된 일반적인 원리들은 본 개시의 취지 또는 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변형예들에 적용될 수도 있다. 따라서, 본 개시는 본원에 설명된 예들에 제한되도록 의도된 것이 아니고, 본원에 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위가 부여되도록 의도된다.

100 : 힘작용 핸들 110 : 제1 핸들
120 : 제2 핸들
200 : 부하 생성 모듈 210 : 부하 생성부
211 : 유압펌프 212 : 유압실린더
213 : 로드 220 : 탄성 연결부
300 : 힘작용 연결부 310 : 부하 분배 부재
311 : 메인 풀리 312 : 유성기어
313 : 제1 태양기어 314 : 제2 태양기어
315 : 제1 풀리 316 : 제2 풀리
320 : 케이블 321 : 제1 케이블
322 : 제2 케이블
400 : 제어부
500 : 신체감지센서
600 : 입력장치
700 : 본체
800 : 아암유닛 810 : 제1 아암
820 : 제2 아암

Claims (10)

1. 케이블 머신으로서,
   사용자의 힘이 작용되는 제1 핸들 및 제2 핸들을 포함하는 힘작용 핸들;
   상기 힘작용 핸들 전체에 부여될 부하를 생성하는 부하 생성 모듈;
   상기 제1 핸들 및 상기 제2 핸들 각각에 작용된 상기 사용자의 힘에 따라 상기 부하가 분배되는 부하 분배 부재와, 상기 부하 분배 부재와 상기 힘작용 핸들을 연결하는 케이블을 포함하는 힘작용 연결부;
   카메라 센서를 이용하여 상기 사용자의 심박수를 측정하는 신체감지센서; 및
   상기 부하 생성 모듈을 제어하는 제어부
   를 포함하고,
   상기 부하 생성 모듈은, 상기 부하를 생성하는 부하 생성부와, 상기 힘작용 핸들의 전체에 작용되는 운동력을 전달받고 상기 부하 생성부에 의해 생성된 부하로 구동력을 전달받아 탄성부재의 변위가 변화될 수 있는 직렬탄성구동기(Serial Elastic Actuator)를 포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 운동력과 상기 구동력에 기초하여 상기 부하 생성부가 상기 힘작용 핸들의 전체에 부여될 제1 부하값에 대응하는 부하를 생성하고,
   상기 신체감지센서에 의해 측정된 상기 사용자의 심박수가 사전에 입력된 설정 심박수를 초과하면, 상기 제1 부하값을 0보다 크고 상기 제1 부하값보다 작은 제2 부하값으로 변경하고,
   상기 사용자에 의해 상기 힘작용 핸들의 전체에 작용되는 상기 운동력의 변화값이 사전에 입력된 설정값에 도달하면, 상기 제1 부하값을 0보다 크고 상기 제1 부하값보다 작은 제3 부하값으로 변경하는, 케이블 머신.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 직렬탄성구동기는 상기 구동력에 따라 상하이동하는, 케이블 머신.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 탄성부재의 변위 변화를 이용하여 상기 운동력과 상기 구동력에 의한 상호 힘을 연산하고, 상기 연산된 힘을 기초로 상기 부하 생성부가 부하를 생성하도록 하여 상기 생성된 부하가 케이블에 작용하는, 케이블 머신.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 연산된 상호 힘을 기초로 어드미턴스 모델을 설정하고, 상기 설정된 어드미턴스 모델을 이용하여 상기 부하 생성부가 부하를 생성하도록 하는, 케이블 머신.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 어드미턴스 모델은 복수 개의 인자들을 포함하여 수립되어 있고,
   상기 인자들의 값들 중 적어도 하나는 상기 제어부에 입력되고,
   상기 제어부는, 상기 입력된 값에 따라 상기 부하 생성부가 부하를 생성하도록 하는, 케이블 머신.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 부하 생성부는, 유압 또는 공압에 의해 작동되는, 케이블 머신.
   
10. 제1항에 있어서,
    다수의 프레임으로 골격을 이루고, 내측에 상기 부하 생성 모듈과 상기 부하 분배 부재가 구비된 본체; 및
    상기 본체의 양측에 결합되고 끝단에 상기 힘작용 핸들이 구비되는 아암유닛
    을 더 포함하고,
    상기 아암유닛은, 상기 본체의 상부에 결합되고 측방향으로 회전가능하게 구비된 제1 아암과, 상기 제1 아암의 외측에 결합되고 상하방향으로 회전가능하게 구비된 제2 아암을 포함하고,
    상기 제1 아암과 상기 제2 아암은, 소정의 각도만큼 회전된 후 고정될 수 있는, 케이블 머신.

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