KR19990068700A - 가상현실을이용한체력단련시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 가상현실 기술과 헬스 기구를 유기적으로 결합시켜 체력단련을 위한 실내운동의 운동효과와 흥미를 높일 수 있는 가상현실을 이용한 체력단련시스템을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 가상현실 주행코스 프로그램을 저장하는 프로그램 메모리(18)와, 주행코스 화면 프로그램중 하나를 선택하기 위한 주행코스 선택입력부(16)와, 선택된 주행코스의 가상현실 화면을 출력하는 HMD(11)와, 핸드 브레이크의 브레이크 정보를 센싱하는 핸드브레이크 센서(13)와, 핸들에 부착되어 핸들이동 방향을 센싱하는 방위센서(14)와, 크랭크축에 설치되는 회전센서(15)와, 안장(21)을 진동시키기 위한 바이브레이터 장치(17)와, 헬스사이클의 회전력을 제동하기 위한 전자제어 브레이크블록(12)과, 가상현실 주행화면 조건에 따라 결정되는 브레이크 제동값 및 방향값을 베이스로 하여 상기 회전센서에 의한 센싱신호와 핸드브레이크 센서에 의한 센싱신호와 방위센서에 의한 센싱신호를 처리하여 상기 바이브레이터 장치의 동작을 제어하고 전자제어 브레이크 블록의 제동값을 결정하는 제어컴퓨터(10)를 포함한다.

이러한 본 발명은 가상현실을 이용하여 헬스운동에 현장감을 불어 넣음으로써 헬스운동에 흥미를 복돋우게 한다.

Description

가상현실을 이용한 체력단련시스템{health system using a virtual reality}

본 발명은 가상현실(virtual reality)기술과 체력단련을 위한 실내 헬스기구를 상호 유기적으로 결합시켜 체력단련을 위한 실내운동시 흥미와 현실감을 느낄 수 있게 함으로써 헬스운동의 즐거움을 증진시킬 수 있도록 한 가상현실을 이용한 체력단련 시스템에 관한 것이다.

현대사회의 도시인들은 대부분 정해진 사회생활 프로그램에 따라 규칙적으로 움직이고 또한 충분히 발달된 대중교통수단을 이용하게 된다. 따라서 많은 수의 도시인들은 자연과의 접촉기회가 줄어들게 되어 육체적으로 운동부족 상태에 있다고 볼 수 있다.

이러한 도시인들의 운동부족은 그들 자신의 건강에 직결되는 문제이므로 많은 사람들이 헬스 스포츠에 관심을 가지게 되었고 이러한 사회현상은 실내 스포츠 시설의 확충 및 저변확대를 가져오게 되었다.

실내 스포츠로서 헬스운동은 다른 스포츠와는 달리 별도의 개인장비 없이 공통의 헬스 기구만 있으면 되므로 누구나 쉽게 시작할 수 있는 운동이어서 도심지역이나 가정에 가장 널리 보급되어 있다.

이러한 헬스운동은 다른 운동에 비해 비교적 적은 비용으로 원하는 만큼의 운동량을 얻을 수 있다는 장점이 있는 반면에, 헬스운동은 현장감을 가질 수 없다는 단점을 극복할 수 없기 때문에 많은 사람들이 쉽게 흥미를 잃게 된다.

본 발명의 목적은 가상현실 기술과 헬스 기구를 유기적으로 결합시켜 체력단련을 위한 실내운동에 현실감을 부여함으로써 헬스운동의 흥미를 복돋울 수 있도록한 가상현실을 이용한 체력단련시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 가상현실을 이용한 체력단련 훈련 결과를 숫치로 데이터화하여 종합적으로 처리함으로써 정확한 운동량을 예측하고 관리할 수 있게되는 가상현실을 이용한 체력단련시스템을 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명 시스템의 전체 블록구성도이다.

도 2는 본 발명 시스템을 사이클에서 구현하기 하기 위한 센서설치 부위 설명도이다.

도 3은 본 발명 시스템의 동작과정을 설명하기 위한 흐름도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

10 : 제어컴퓨터 11 : HMD(Head Mounted Display)

12 : 전자제어 브레이크블록 13 : 핸드브레이크 센서

14 : 방위센서 15 : 회전센서

16 : 주행코스 선택입력부 17 : 바이브레이터 장치

18 : 프로그램메모리 19 : 체인

20 : 뒷바퀴 지지프레임 21 : 안장

22 : 핸들 23 : 앞바퀴

24 : 뒷바퀴 25 : 크랭크

26 : 앞바퀴 지지프레임

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 사이클 머신의 핸들과 페달의 크랭크축 상에 각각 방향센서 및 제동센서와 회전센서를 설치하고 사이클 안장에는 바이브레이터 장치를 설치하고 브레이크 블록은 전기 모터에 의해 제어되는 전자제어 방식으로 설계하고 이들은 HMD장치와 가산현실 프로그램 데이터저장용 메모리를 갖는 제어컴퓨터에 의해 상호 유기적으로 제어되게 구성하여, 이 가상현실 체력단련 시스템을 이용하는 헬스 운동자가 시스템 제어컴퓨터에 연결된 HMD를 머리에 쓰고 헬스 사이클에 탑승한 다음 사전에 프로그램된 가상현실화면 상의 도로를 따라 주행할 때 프로그램상의 주행도로의 구배정보나 방향정보를 핸들에 부착된 방향센서와 크랭크 축상에 부착된 회전수 센서로부터 실시간으로 입력되는 정보들에 비교하여 그 비교조건에 따라 전자제어 브레이크의 제동값을 적절히 조절하도록 하는 것을 특징으로 한다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 시스템의 블록구성도이다. 여기에서 참고되는 바와 같이, 시스템 제어컴퓨터(10)는 디지털 데이터화 된 다수의 주행화면 정보를 저장하고 있는 주행코스 화면 프로그램 메모리(18)와 상기 다수의 주행코스 화면 프로그램중 하나를 선택하기 위한 주행코스 선택입력부(16)와 휴대용 디스플레이 장치의 일종인 HMD(11)를 가지고 있다.

상기 제어컴퓨터(10)에는 핸드브레이크 센서(13)에 의해 감지되는 브레이크 신호와 핸들에 부착된 방위센서(14)에 의해 감지되는 방위이동 센싱신호와 크랭크축에 설치된 회전센서(15)에 의한 페달회전수 센싱신호가 입력되어 처리되게 연결하고, 또한 주행코스 선택입력부(16)에 의한 코스선택신호가 입력되어 처리되게 연결하여 구성한다.

또한 상기 제어컴퓨터(10)에서 처리된 제어정보는 안장을 진동시키기 위한 바이브레이터 장치(17)와 전자제어 브레이크블록(12)에 인가되게 연결하여 구성한다.

도 2는 본 발명 시스템을 헬스사이클에 적용시킬 때 상기 각 센서장치 및 브레이크 장치들의 각각의 설치위치를 예시적으로 보여주는 도면이다.

여기에서 참고되는 바와 같이, 상기 방위센서(14)는 사이클의 핸들부위에 설치하고 핸드브레이크 센서(13)는 핸들의 양단부에 설치된 핸드브레이크 상에 설치하여 그의 브레이킹 압력에 따른 브레이크 정도(값)를 센싱할 수 있게 설치한다.

상기 바이브레이터 장치(17)는 안장(21)의 하단부에 설치하여 바이브레이터의 진동동작에 따라 안장(21)이 진동하게 설치한다.

크랭크(25)축의 회전수를 감지하기 위한 회전센서(15)는 페달의 회전압력에 의해 회전하게 되는 크랭크의 축에 설치하여 헬스사이클 사용자의 페달회전 동작에 따른 사이클 바퀴의 회전수가 센싱되게 설치한다.

상기 크랭크축의 회전력은 체인을 통해 뒷바퀴 지지프레임(20)에 의해 지지되는 뒷바퀴(24)와 앞바퀴 지지프레임(26)에 의해 지지되는 앞바퀴(23)로 전달되게 설치한다.

상기 뒷바퀴(24)에는 제어컴퓨터(10)의 제어 값 출력에 따른 제동력을 발생하는 전자제어 브레이크블록(12)을 설치한다. 이 전자제어 브레이크블록(12)은 앞, 뒷바퀴(23,24)중 어느 하나에 선택적으로 설치할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명 시스템의 동작과정을 도 1 내지 도 3을 참고로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 헬스운동을 하고자 하는 자가 헬스사이클의 안장(21)에 앉은 다음 HMD(11)를 머리에 걸쳐 쓰고 시스템 파워를 온 시키면 제어컴퓨터(1O)의 초기화 동작에 따라 HMD(11)가 온되어 이 HMD(11)의 화면에는 디폴트 값으로 정해지는 가상현실 초기화면이 나타나게 된다.

이와 같은 조건에서 주행코스 선택입력부(16)를 조작하여 다수의 가상현실 화면 중에서 주행하고자 하는 가상현실 화면을 선택하게 되면 제어컴퓨터(10)는 해당 화면정보를 가지고 있는 주행코스화면 프로그램 메모리(18)의 어드레스를 지정하여 지정된 가상현실 화면이 HMD(11)에 출력된다.

이러한 가상현실 화면은 HMD를 착용자의 시야를 완전히 커버하게 되므로 HMD 착용자는 가상현실의 현장에 완전이 몰입되게 된다.

상기 제어컴퓨터(10)에서는 가상현실 속의 주행코스에 대한 정보를 사전에 인지할 수 있어 가상현실도로가 평탄 도로인지 또는 내리막 도로인지 또는 오르막 도로인지를 쉽게 판단할 수 있으며 그 경사정보도 어렵지 않게 판단할 수 있다.

이렇게 제어컴퓨터(10)에서 파악된 주행도로 정보는 전자제어 브레이크블록(12)에 전달되어 여기에서 사이클의 제동값이 적절히 조절된다.

가령 가상현실 도로가 평탄도로 조건일 때를 전자제어 브레이크블록(12)의 제동값을 노멀값으로 설정하고, 가상현실 주행도로의 상향 또는 하향 경사도에 따라 그 제동값이 연동되도록 함으로써 가상현실 도로상황별로 사이클링 요구값이 달라지게 되어 헬스 사이클 사용자는 가상현실 속에서 현장감을 만끽할 수 있게 되는 것이다.

즉, 헬스사이클 사용자가 페달을 밟게 되면 크랭크축에 설치된 회전센서(15)로부터 회전수 검출신호가 발생되어 제어컴퓨터(10)에 제공된다.

이러한 헬스사이클의 페달에 연결된 크랭크 축의 회전수 정보가 제어컴퓨터(10)에 입력되면 그 회전속도에 비례하여 가상현실 주행화면의 진행속도가 연동 제어되므로 헬스사이클 사용자는 그의 운동량(회전속도)에 따른 속도감을 현실감있게 느낄 수 있게 되는 것이다.

특히, 가상현실속에서의 헬스사이클 주행중 핸드브레이크를 잡거나 핸들을 트는 정보는 각각의 센서(13,14)에 의해 센싱되어 제어컴퓨터(10)에 인가되고 이러한 센싱정보들은 제어컴퓨터(10)의 내부에서 처리되어 전자제어 브레이크블록(12)의 작동값을 결정하거나, 또는 가상현실속의 주행코스를 벗어난 경우에 안장(21)이 진동하도록 바이브레이터 장치(17)의 작동을 제어함으로써 헬스사이클 사용자가 더욱더 현장감을 느끼게 한다.

도 3은 본 발명 시스템의 동작과정을 설명하는 흐름도이다.

여기에서, 시스템 파워가 온되면 제어컴퓨터에 의한 시스템 초기화 과정과 주행코스의 선택단계를 거쳐 가상현실 주행도로의 조건을 판단한다. 이 가상현실 주행도로 상태가 평탄도로 조건이면 브레이크 블록에 의한 사이클의 브레이크값을 중간값인 노멀값으로 설정한다.

그러나 가상현실 도로조건이 평탄도로가 아니면 경사도로로 판단하고 그 경사도를 판단하여 해당 경사도에 따른 브레이크 제어 값을 설정하게 된다.

하나의 예로 하향 경사도로인 경우 제어컴퓨터(10)는 전자제어 브레이크블록(12)의 제동 값을 노멀 값인 중간 값보다 작은 제동 값으로 정해지도록 제어출력을 발생하고, 상향 경사도로인 경우 제어컴퓨터(10)는 전자제어 브레이크블록(12)의 제동 값을 노멀 값인 중간 값보다 큰 제동 값으로 정해지도록 제어출력을 발생하게 된다.

이러한 제동값은 가상현실 상황에 따라 수시로 변하는 값이다.

이와 같이, 가상현실 주행도로의 조건에 관련하여 기본적으로 설정되어 지는 제동 값은 핸드브레이크에 의한 추가 제동이 있는 경우, 핸드브레이크 센서(13)에 의한 추가 제동값을 그 기본 제동값에 더하여 헬스 사이클의 제동을 수행하게 된다.

또, 가상현실도로 주행중 핸들조작 미숙으로 인하여 정해진 가상도로를 벗어나게 될 경우, 제어컴퓨터(10)는 이를 방위센서(14)를 통한 방위값으로 읽어들여 바이브레이터 장치(17)를 작동시킴으로써 헬스사이클 사용자가 앉아 있는 안장을 진동시키게 된다.

이에 따라 헬스사이클 사용자는 안장의 진동을 통하여 가상도로 주행중 도로이탈을 감지하게 되며, 핸들의 조작을 통하여 가상현실 속에서의 방향복귀에 따른 정상도로로의 복귀가 수행되면 제어컴퓨터(10)는 안장의 진동을 중단시킨 다음, 앞에서 설명한 전 과정에 관련된 센싱정보를 토대로 전자제어 브레이크블록(12)과 바이브레이터 장치(17)를 연속 제어하게 된다.

이러한 헬스사이클의 전체 제어 과정은 시스템 스톱이 선택될 때까지 반복적으로 수행하게 된다.

한편, 제어컴퓨터(10)는 가상현실 속의 주행코스별 난이도를 디지털 값으로 수치화하여 가중치 값으로 정의 할 수 있고 또한 회전수센서(15)에 의한 헬스 사이클의 총 회전수 정보를 데이터화 할 수 있어, 이를 이용하여 헬스 운동량 및 에너지 소모량을 정량적으로 해석하는 것이 가능하게 되며, 이러한 헬스 운동량 정보를 HMD를 통하여 헬스 사이클 사용자에게 실시간으로 제공되게 하는 것이 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 헬스 사이클을 이용한 사이클링 운동시 가상현실 속에서 현실감을 가지고 운동할 수 있게 되므로 헬스운동의 흥미를 복돋우게 되는 특유의 효과를 가져온다.

또한 본 발명은 가상현실을 이용한 체력단련 훈련 결과를 숫치로 데이터화하여 종합적으로 처리함으로써 화면 모니터를 통하여 정확한 운동량을 예측하고 관리할 수 있게 되는 효과도 가져오게 된다.

Claims (1)

1. 디지털 데이터화 된 다수의 주행화면 정보를 저장하는 가상현실 주행코스 화면 프로그램 메모리(18)와, 상기 프로그램 메모리에 저장된 다수의 주행코스 화면 프로그램중 하나를 선택하기 위한 주행코스 선택입력부(16)와, 선택된 주행코스의 가상현실 화면을 출력하는 HMD(11)와, 핸드 브레이크의 브레이크 정보를 센싱하는 핸드브레이크 센서(13)와, 핸들에 부착되어 핸들이동 방향을 센싱하는 방위센서(14)와, 크랭크축에 설치되는 회전센서(15)와, 안장(21)을 진동시키기 위한 바이브레이터 장치(17)와, 헬스사이클의 회전력을 제동하기 위한 전자제어 브레이크블록(12)과, 가상현실 주행화면 조건에 따라 결정되는 브레이크 제동값 및 방향값을 베이스로 하여 상기 회전센서에 의한 센싱신호와 핸드브레이크 센서에 의한 센싱신호와 방위센서에 의한 센싱신호를 처리하여 상기 바이브레이터 장치의 동작을 제어하고 전자제어 브레이크 블록의 제동값을 결정하는 제어컴퓨터(10)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상현실을 이용한 체력단련 시스템.