KR20010106908A - 동물주행 모의장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동물의 주행시의 동작을 모의화한 모의장치에 관한 것이다.

종래의 동물주행 모의장치를 이용하면 실제 동물의 동작과의 상이함으로 인하여 주행동작이 부자연스럽거나 실제 동물의 자세와는 불일치하는 점이 많았다.

따라서, 본 발명은 실제 동물의 주행동작을 모의화하기 위해, 속도에 반비례하는 등부분의 상하요동폭을 구현하기 위한 상하요동폭 가변장치와, 주행속도에 반비례하여 이 목부분과 머리부분이 상하로 흔드리게 하며 안장이 앞발에 대하여 수평이동함에 따라 목부분과 머리부분이 펴지거나 굽어지게 하는 장치, 점프 및 오르막/내리막을 구현하기 위한 경사장치와, 주행속도 유지를 구현하기 위한 압력센서를 구비함으로써, 실제동물의 주행, 특히 경마시의 말의 주행과 흡사한 동작이 모의장치에서 이루어지도록 한다.

Description

동물주행 모의장치{Simulator for Running Animal}

본 발명은 동물의 주행시의 동작을 모의화한 모의장치에 관한 것이다.

일반적으로 말을 비롯한 동물의 주행 동작을 모의화한 모의장치에 올라타고 게임을 하거나 주행연습을 하는 장치가 많이 개발되어 왔다. 그 하나의 예가 승마기수들의 훈련을 위한 승마 모의장치인데, 이 승마 모의장치를 이용하여 미리 승마연습을 하면 실제 승마시 용이하게 적응할 수 있게 된다. 또 다른 예는 게임용 경마장치인데, 이 장치에서는 디스플레이 장치에 표시된 주행상태에 따라 단순한 요동정도의 동작을 한다. 그리고 말, 호랑이, 사자 등의 주행을 모의화하여 일반 가정 또는 놀이장에 설치하는 경우에는 동물의 주행시의 동작을 단순하게 실행하게 된다.

그런데, 이러한 종래의 동물모의 장치, 특히 승마모의장치는 그 기능이 매우 단순하여 실제 주행중인 동물, 특히 말의 주행동작을 제대로 재현하지 못하기 때문에 현장감이 없는 모의장치 수준에 불과하다.

보다 구체적인 일례로서 종래의 동물 주행 모의 장치를 설명하면 아래와 같다.

종래의 동물 주행 모의장치는 도1에 나타난 바와 같이, 모터(7)가 뒤발 기둥(3) 내부에 있는 기어어셈블리(미도시)에 의해 뒷발 샤프트(5)를 경로 A-B-C-D-A로 회전시키면 뒷발 샤프트(5)에 연결된 등프레임(6)이 앞발 샤프트(4)를 경로 E-F-E-G-E로 왕복운동하도록 함으로써, 고속 주행시에는 모터(7)을 고속으로 회전시켜서 뒷발 샤프트(5)의 회전과 앞발 샤프트(4)의 왕복운동을 빠르게 하여 요동의 주기도 짧게 하며, 저속주행시에는 모터(7)을 저속으로 회전시켜서 뒷발 샤프트(5)의 회전과 앞발 샤프트(4)의 왕복운동을 느리게 하며 요동의 주기도 크게 한다. 다시말하면, 이러한 종래기술의 동물주행 모의장치는 항상 상하요동폭이 일정하게하는 동작만 구현할 수 있다.

그러나, 실제 동물의 주행시에는 종래의 동물주행 모의장치와는 달리, 주행속도에 따라 안장의 상하요동폭이 반비례하여, 주행속도가 증가하면 요동폭이 적고 주행속도가 감소하면 요동폭이 증가하며, 실제 동물의 주행시에는 종래기술에는 없는 점프동작, 오르막 및 내리막의 동작 등이 있어, 종래의 동물주행 모의장치를 이용하면 실제 동물의 동작과의 상이함으로 인하여 주행동작이 부자연스럽거나 실제 동물의 자세와 불일치하는 점이 많았다.

본 발명의 목적은 위와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 실제말, 호랑이 등의 동물의 주행 동작과 매우 유사하게 동작이 이루어지도록 다양한 기능들을 부여하는 것이다.

보다 구체적으로 설명하면, 발명자가 실제 동물의 주행에 대하여 부단히 연구해 본 결과, 실제 동물은 종래기술과는 달리 저속으로 주행시에는 등부분의 상하요동폭이 크고 고속으로 주행시에는 상하요동폭이 무척 적다는 것, 즉 주행시의 등부분은 주행속도에 반비례하여 상하요동한다는 점을 발견하였고, 목부분과 머리부분이 주행속도에 반비례하여 상하로 흔들린다는 것과 안장이 앞축에 대하여 뒤로 밀리는 경우(다시말하면 동물의 앞발이 지면에서 벗어나 앞발을 쭉 벗는 경우)에는 목부분과 머리부분이 펴지고 안장이 앞축에 대하여 앞으로 가는 경우(다시 말하면 동물의 앞발이 지면에 닫기 위해 앞발을 오무리는 경우)에는 목부분과 머리부분이 굽어지는 것을 발견하였다. 또한, 주행하다가 장애물등으로 인하여 점프를 하고자 하는 경우에는 실제 동물의 경우에는 도2와 같은 자세의 순서로 점프를 한다는 점을 발견하였다. 그리고 실제 동물의 경우에는 오르막 또는 내리막 주행의 경우에 점프동작 중의 상승 또는 하강시의 자세와 유사한 자세를 취한다는 것을 발견하였다. 그리고 주로 경마에 많이 사용하지만 현재의 속도를 유지하라는 신호로서 기수는 말의 옆구리를 기수의 무룹부분으로 일정한 압력으로 압박한다는 점을 발견하였다.

따라서, 본 발명에서는 이러한 실제 동물의 주행동작을 모의화하기 위해, 속도에 반비례하는 등부분의 상하요동폭을 구현하기 위한 상하요동폭 가변장치와, 주행속도에 반비례하여 이 목부분과 머리부분이 상하로 흔드리게 하며 안장이 앞발에대하여 수평이동함에 따라 목부분과 머리부분이 펴지거나 굽어지게 하는 장치, 점프 및 오르막/내리막을 구현하기 위한 경사장치와, 주행속도 유지를 구현하기 위한 압력센서를 구비함으로써, 실제동물의 주행, 특히 경마시의 말의 주행과 흡사한 동작이 모의장치에서 이루어지도록 한다.

도 1은 종래기술의 동물주행 모의장치.

도 2는 동물의 점프동작의 순서도.

도 3은 본 발명에 따른 동물주행 모의장치의 전체도.

도 4는 본 발명에 따른 동물주행 모의장치의 목부분과 머리부분의 연결구조.

도 5는 본 발명에 따른 전기식 상하요동폭 가변장치.

도 6은 본 발명에 적용될 수 있는 전기식 로터리 코넥터의 원리도.

도 7은 본 발명에 따른 기계식 상하요동폭 가변장치.

도 8은 본 발명에 따른 점프 및 오르막/내리막용 경사장치.

도 9는 본 발명에 따른 점프동작시의 경사장치의 위치도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

11, 12 : 앞축 및 뒷축 13 : 안장

14, 15 : 핀 16 : 목부분

17 : 슬라이딩 홈 18 : 머리부분

19 : 로프 20 : 상하요동폭 가변장치

21 : 스프라켓 22, 54 : 상하요동축

23 : 가변모터 24 : 단자어셈블리

25, 55 : 스크류 26, 56 : 가변 이송왕복대

30, 65 : 체결구조 70 : 점프모터

72, 73 : 기어 78, 79 : 점프축

80 :클러치 81 : 브레이크

이제, 본 발명의 동물주행 모의장치의 개략적인 구성을 도3(내부 구성을 명확히 보여주기 위해 외부 프레임이나 지지 구조를 생략함)을 통해 설명한다.

동물의 앞발 및 뒷발에 해당하는 압축(11) 및 뒷축(12)은 동심원적으로 결합된 두 개의 축으로 구성되는데, 뒷축(12)의 내부축(122)은 핀(14)으로 안장에 고정 결합되고, 앞축(11)의 내부축(112)은 상부의 안장(13)이 좌우로 이동가능하게 슬라이딩 형태로 안장(13)과 결합되며, 이 내부축들(112, 122)은 이하에서 설명하는 상하요동폭 가변장치(도 5, 7 참고)에 의해 결정되는 주행속도에 반비례하는 상하요동폭으로 안장(13)을 상하요동시키는 축이다. 외부축들(111, 121)의 상부는 내부축들(112, 122)의 상부의 턱과의 사이에 스프링(도시안됨)등의 완충장치를 가지고 있어 외부축들(111, 121)이 내부축들(112, 122)와 접촉때의 충격을 완화하며, 점프 및 오르막/내리막을 담당하는 경사장치(도8 참고)에 의해 결정되는 안장(13)의 경사각도를 형성하는 축이다. 또한, 이 앞축(11)과 뒷축(12)은 슬라이드축(41)에 결합된 슬라이드 구조(42)에 의해 좌우로 슬라이딩된다. 목부분(16)은 하부에 슬라이딩 홈(17)을 가지고 있고, 이 슬라이딩 홈(17)에는 안장(13)의 측면에 고정된핀(15)이 끼워져 있으며, 이 목부분(16)은 평상시 도시된 바와 같은 형상을 가지도록 압축(11)의 내부축(112)의 상부에 탄성 결합된다. 이렇게 구성하면 동물이 주행함에 따라 안장(13)에 고정된 핀(15)이 슬라이딩 홈(17)를 좌우로 밀게 되어 목부분(16)이 상하로 끄떡이게 된다. 이 상하로 끄덕이는 정도는 안장(13)이 좌우로 슬라이딩하는 정도에 비례하고, 안장(13)이 좌우로 슬라이딩하는 정도는 상하요동폭 가변장치(20)에 의한 상하 요동의 정도에 비례한다.

따라서, 주행속도가 감소하여 상하요동 주기가 느려지고 상하요동폭이 증가하면 안장(13)은 느리지만 크게 좌우로 이동하고, 이에따라 목부분(16)은 느리지만 심하게 끄덕이게 된다. 반대로 주행속도가 빨라져서 상하요동 주기가 빨라지고 상하요동폭이 감소하면 안장(13)이 빠르지만 적게 좌우로 이동하고, 이에따라 목부분(16)은 빠르지만 약하게 끄덕이게 된다. 이렇게 되면 실제동물의 주행시에 목부분의 동작과 일치하는 끄덕이는 주기와 정도가 달성된다.

다음으로, 목부분(16)과 머리부분(18)의 동작을 도3 및 도4를 통해 설명하기로 한다.

도 4에서, 머리부분(18)은 자체 무게에 의해 머리를 숙이려는 힘을 받는데, 이 힘을 저지하는 것은 한쪽이 안장(13)에 연결되어 있고 다른 한쪽이 목부분(16)과 머리부분(18)의 연결부위에 있는 2개의 기어 중에서 목부분쪽의 기어의 하단에 연결된 로프(19)이다.

이렇게 연결하면 동물이 지면에서 도약하여 앞발을 쭉 벗으면 안장(13)이 앞축(11)에 대하여 뒤로 이동하는데 이렇게 되면 핀(15)이 슬라이딩 홈(17)을 뒤로밀게 되어 목부분(16)은 아래로 향하게(펴지게) 하고, 로프(19)가 당겨지고 되므로 머리부분(18)이 위로 들려지게(펴지게) 된다. 반대로 동물이 지면에 착지하기 위해 앞발을 오무리면 안장(13)이 앞축(11)에 대하여 앞으로 이동하게 되는데 이렇게 되면 핀(15)가 슬라이딩 홈(17)의 중앙으로 와서 도3에서와 같은 상태로 되어 목부분(16)이 위로 향하게(오므라들게)하고, 로프(19)가 플려지므로 머리부분(18)이 자체 무게에 의해 아래로 향하게(오므라들게)된다. 다시말하면, 동물이 도약과 착지동작을 함에 따라 목부분(16)과 머리부분(18)이 펴졌다가 오무라드는 동작을 반복하여 실제 동물의 주행시와 동일한 동작을 수행하게 된다.

또한, 이렇게 목부분(16)과 머리부분(18)의 펴지고 오므라드는 정도는 주행속도에 반비례하는 안장(13)의 앞축(11)에 대한 슬라이딩 정도에 비례하며, 이렇게 목부분(16)과 머리부분(18)의 펴지고 오므라드는 주기는 주행속도에 비례하는 안장(13)의 앞축(11)에 대한 슬라이딩 주기에 비례하게 된다.

이제, 본 발명의 상하요동폭 가변장치(20)에 대하여 설명하고자 한다.

본 발명의 상하요동폭 가변장치(20)는 앞발쪽과 뒷발쪽 모두에 설치되거나 또는 뒷발쪽에만 설치되는데, 앞발쪽과 뒷발쪽이 모두 동일한 구조를 가지고 있기 때문에 이하에서는 한쪽의 상하요동폭 가변장치(20)에 대해서만 구체적으로 설명하고자 한다. 또한, 압발쪽과 뒷발쪽의 상하요동폭 가변장치(20)의 최대 상하요동폭은 필요에 따라 적절히 조정되는데, 이 조절장치(20)는 전기식과 기계식이 있다.

전기식은 도5와 같이, 정해진 상하요동폭에 따라 내부축을 상하로 왕복시키는 동력을 제공하는 상하요동모터(미도시)에 체인등에 의해 연결된 스프라켓(21),이 스프라켓(21)에 고정 결합되어 있고 내부가 빈 상하 요동축(22), 상하 요동축(22)의 단부에 설치되고 상하요동폭을 결정하는 상하요동폭 가변모터(23)에 전력과 제어신호를 공급하는 단자어셈블리(24), 이 단자어셈블리(24)를 통해 공급된 전력과 제어신호를 공급받는 상하요동폭 가변모터(23)가 회전함에 따라 회전하는 스크류(25), 이 스크류(25)에 나사결합되어 이 스크류(25)의 회전에 따라 상하요동축(22)으로부터 멀어지거나 가까워지도록 스크류(25)를 따라 이동하는 가변이송왕복대(26)으로 구성되어 있다. 여기서 단자 어셉블리(24)는 상하 요동축(22)쪽에는 다수의 원형 금속띠(27)를 가지고 있고, 상하 요동축(22)의 내부에서 이 금속띠(27)와 전선(28)이 연결되며, 이 금속띠(27)는 스프링에 의해 탄지되는 막대형 금속 단자들(29)와 접촉하게 된다. 그리고 지지대(40)은 상하 요동축(22)를 지지하는 것이고, 지지대(40)과 상하 요동축(22) 사이에는 베어링(미도시)이 있다.

이렇게 구성하면, 상하요동폭 가변모터(23)에 필요한 외부로부터의 전력과 제어신호가 막대형 단자(29)를 거쳐, 회전하는 상하 요동축(22)상의 금속띠(27)와 전선(28)을 거쳐 상하요동폭 가변모터(23)에 전달된다. 이 상하요동폭 가변모터(23)에서는 이 외부로부터의 제어신호에 따라 정방향 또는 역방향으로 스크류(25)를 돌려 가변이송왕복대(26)가 이 제어신호에 따라 상하 요동축(22)에서 멀리 또는 가깝게 되도록 제어되어 동물의 주행 속도에 반비례하여 상하 요동축(22)의 중심과 가변이송왕복대(26)의 중심간의 거리가 정해지도록 조정되고, 이렇게 정해진 상하 요동축(22)의 중심과 가변이송왕복대(26)의 중심간의 거리에 해당하는 간격만큼 가변이송왕복대(26)에 연결된 내부축(31)이 상하로 왕복하게 되어 안장(13)이 도5와 같이 요동하게 된다.

또한, 도5에서는 막대형 단자들(29)이 하나의 열만 설치되는 것으로 도시되어 있지만, 보다 확실한 접촉을 위해서는 금속띠(27) 주위로 다수개의 막대형 단자들을 설치할 수 있다. 또한, 도5와는 반대로 탄지된 단자를 상하 요동축(22) 상에 설치하고, 내부에 금속띠를 가진 원통체를 요동축(22)를 감싸도록 외부에 설치하는 구성도 가능하다.

특히, 이러한 탄지된 막대형 단자들(29)와 금속띠(27)에 의한 구조는 장시간 사용시 접점들이 마모되어 수명이 단축되거나 먼지등의 이물질로 인하여 접촉이 불량할 가능성이 있기 때문에, 도6(동작원리를 도시함)과 같이 두 개의 비전도체이고 원기둥모양의 축(90, 91)이 서로 마주보도록 하고 이 축(90, 91)이 외측에 나사홈을 가진 너트(92)와 베어링(93)에 의해 밀착되어 서로에 대하여 회전가능하게 결합되며, 양축(90, 91)의 서로 마주보는 부분에는 회전하는 축(91) (이 축은 상하요동축(22)와 고정결합됨)의 경우에는 각각이 동심원 형상인 홈(94)(도6에서는 4개의 동심원의 홈)들을 가지고 있고 이 동심원 홈(94)의 하부벽에는 동심원을 따라 동심원의 금속 접점(95)을 가지고 있으며, 회전하지 않는 축(90)의 경우에는 반지름 방향으로 상기 동심원형 홈(94)과 마주보도록 다수개의 점형상의 홈(96)(도6에서는 반지름 방향으로 상부에 4개의 점형홈을 설치해도 가능하지만 보다 우수한 점촉성능을 위해 추가로 하부에 4개의 점형홈을 더 설치하였음)을 가지고 있고 이 점형상의 홈(96)의 하부벽에는 금속 접점(97)이 설치되며, 이 두 금속 접점(95, 97)에는 도선(98, 99)이 연결되며, 이 두 홈(94, 96)에는 수은등의 도전성 액체(망사무늬)가 채워진 형태의 전기식 로터리 코넥터(예를들면, 로토콘(Rotocon)사 모델 M20)를 사용하면, 점점들간의 접촉이 도전성 액체에 의해 이루어지게 되어 접점의 마모가 없고, 이물질에 의한 접촉불량도 예방되며, 접촉이 확실하게 된다. 이 코넥터의 경우에는 도전성 액체가 한쌍의 홈에서 다른 쌍의 홈으로 흘러나와서 전도 경로를 형성하지 않도록 하는 것이 중요한데, 이를 위해서는 도전성 액체가 잘 흐르지 않는 것이 바람직하고 이러한 성질을 가진 대표적인 물질이 수은이다. 이렇게 구성하면 회전하지 않는 축(90)의 단자(A, B, C, D)에 외부로부터의 전력 및 제어신호가 공급되면, 이 전력 및 제어신호가 도선(99), 단자(97), 도전성 액체(망사 무늬)를 거쳐 회전하는 축(91)의 단자(95), 도선(98), 단자 (A', B', C', D')로 전달되고, 상하요동축(22) 내부의 전선(28)이 단자(A', B', C', D')에 연결되게 되면 회전하는 상하요동축(22)의 내부에 있는 전선(28)에 회전하지 않는 축(90)에 있는 단자(A, B, C, D)가 연결되어 신호가 전달될 수 있게 된다.

도6에서는 전기식 로터리 코넥터의 원리를 설명하기 위한 것이고, 원리는 동일하지만 구조가 상이한 다양한 종류의 전기식 로터리 코넥터가 존재한다. 예를들면 회전하는 축의 원주상에 다수의 동심원의 홈이 존재하고, 이 회전하는 축을 감싸는 원통의 하부에 대응하는 점형 홈이 존재하며, 이 원통이 회전하는 축에 밀봉되어 끼워져 있는 구조도 가능하다.

다음으로 도7을 참고하여 기계식 상하 이동폭 가변장치에 대하여 살펴보기로 한다.

기계식 상하 요동폭 가변장치는 위에서 언급한 전기식 상하 요동폭가변장치와 원리상으로는 동일하지만, 기계식 가변이송왕복대(56)을 상하로 움직이게 하기 위해서는 상하요동폭 가변모터(23)가 스크류(55)의 상부에 설치되는 전기식과는 달리, 상하요동폭 가변축(51)과 다수의 기어들에 의해 스크류(55)를 돌리게 된다. 따라서, 이하에서는 이 상하요동폭 가변축(51)의 동력이 어떻게 하여 가변이송왕복대(56)을 상하로 움직일 수 있게 되는지를 중심으로 설명하고자 한다.

이 기계식 상하 요동폭 가변장치의 주요구성은 가변이송왕복대(56)을 이동시키는 동력에 해당하는 상하요동폭 가변모터에 연결된 가변회전축(51)과, 이 가변회전축(51)의 가변이송왕복대(56)쪽에 설치되어 가변이송왕복대(56)을 상하 이동하게 하는 스크류(55)에 연결된 베벨기어(53)에 동력을 전달하는 기어 어셈블리(52)와, 제 1 상태에서 상하요동폭 가변축(51)의 회전을 브레이킹하고 상하요동폭 가변축(51)으로의 상하요동폭 가변모터의 동력을 차단하며, 제 2 상태에서 상하요동폭 가변축(51)의 회전이 가능하게 브레이크를 풀고 상하요동폭 가변축(51)으로의 가변모터의 동력을 전달시키며, 제3상태에서 상하요동폭 가변축(51)을 가변모터의 동력으로부터 분리하고 상하요동폭 가변축(51)과 상하요동축(54)를 함께 고정결합시켜 상하요동축(54)용 모터의 회전에 의해 상하요동폭 가변축(51)과 상하요동축(54)이 일체로 회전하게 하기 위한 브레이크/클러치 어셈블리(59)이다.

이렇게 구성하면, 주행속도가 증가하여 가변이송왕복대(56)을 상하요동축(54)의 중심쪽으로 이동시키려면 브레이크/클러치 어셈블리(59)가 제1상태로 되어 상하요동폭 가변축(51)을 브레이킹하여 움직이지 않게 하고 클러치를 절단하여 가변모터의 동력이 상하요동폭 가변축(51)쪽으로 전달되지 않게 한다. 다시말하면 상하요동축(54)는 회전하는 상태가 되고 상하요동폭 가변축(51)은 정지한 상태가 된다. 이렇게 되면 상하요동폭 가변축(51)은 상하요동축(54)의 회전방향과 반대되는 방향으로 회전하고 상하요동축(54)는 정지해 있는 것처럼 되어 도7에서 상하요동축(54)가 도시된 방향(시계방향)으로 회전하면 베벨기어(53)은 시계방향으로 돌게 되어 가변이송왕복대(56)이 위쪽으로 이동하게 되어 상하 요동폭이 작아진다. 이때, 가변이송왕복대(56)가 현재의 위치에서 이동해야 하는 거리가 결정되면 베벨기어(53)과 기어 어셈블리(52)의 기어들의 직경들에 의존하여 상하 요동축(54)의 회전수 또는 회전 각도가 결정되는데, 이렇게 결정된 상하 요동축(54)의 회전수 또는 회전 각도 만큼 상하 요동축(54)가 회전했는지를 정확히 검출하는 장치로서, 예를들면 도7에서와 같이 원주주변에 날개를 가진 원반(60)과 이 날개 사이를 통과하는 개수를 감지하는 센서(61)을 두는 것이 좋다.

다음으로 주행속도가 감소하여 가변이송왕복대(56)을 상하요동축(54)의 중심쪽으로 멀어지게 하려면 블레이크/클러치 어셈블리(59)가 제2상태로 되어 상하요동폭 가변축(51)에 대한 블레이킹을 풀고 클러치를 연결하여 상하요동폭 가변모터의 동력이 상하요동폭 가변축(51)쪽으로 전달되게 한다. 다시말하면 상하요동축(54)과 상하요동폭 가변축(51) 모두가 회전하게 된다. 이때 상하요동폭 가변축(51)은 상하요동축(54)와 동일한 방향으로 상하요동축(54) 보다 빠르게 회전시켜야 한다. 왜냐하면 동일한 속도가 되면 상하요동폭 가변축(51)이 상하요동축(54)에 대하여 전혀 회전하지 않는 것으로 되어 기어 어셈블리(52)와 베벨기어(53)들이 전혀 회전하지 않게 되기 때문이다.

예를들어 도7에서와 같은 방향(시계방향)으로 상하요동폭 가변축(51)과 상하요동축(54)이 회전하면, 상하요동축(54)이 정지되어 있고 상하요동폭 가변축(51)이 그 방향으로 회전하는 것처럼 되어 베벨기어(53)는 반시계방향으로 돌게 되어 가변이송왕복대(56)가 아래쪽으로 이동하게 되어 상하 요동폭이 커진다. 이때, 가변이송왕복대(56)가 현재의 위치에서 이동해야 하는 거리가 결정되면 베벨기어(53)과 기어 어셈블리(52)의 기어들의 직경들에 의존하여 상하요동폭 가변축(51)의 회전수 또는 회전 각도가 결정되는데, 이렇게 결정된 상하요동폭 가변축(51)의 회전수 또는 회전 각도 만큼 가변회전축(51)이 회전했는지를 정확히 검출하는 장치로서, 예를들면 위의 주행속도 증가시와 같이 마찬가지로 원주주변에 날개를 가진 원반(62)과 센서(63)을 두는 것이 좋다.

그리고, 현재의 속도를 유지하는 경우에는 결과적으로 상하요동축 가변축(51)과 상하요동축(54)이 동일한 속도가 되도록 해야 하는데, 실제적으로는 동일한 속도로 만드는 것이 용이하지 않는 경우가 많기 때문에, 브레이크/클러치 어셈블리(59)가 제3상태가 되어 두 축을 함께 고정 결합시키고 상하요동폭 가변축(51)을 가변모터의 동력으로부터 분리하여 결국 상하요동축(54)용 모터의 회전력이 의해 상하요동폭 가변축(51)과 상하요동축(54)이 일체로 회전하게 하면 된다.

또한, 기계식 또는 전기식 가변이송왕복대(26, 56)를 보다 정확히 제어하기 위하여 가변이송왕복대(26, 56)가 도 5, 7에서와 같이 요동회전축(22, 54)의 중심에서 가장 먼 하부에 있는지를 감지하는 센서(64)를 둔다면, 초기시동 또는 다른동작모드로 전환시 이 위치까지 가변이송왕복대(26, 56)를 이동시켜 이송왕복대의 위치를 초기화 할 수 있다.

다음으로 점프기능을 설명하고자 한다.

실제 동물이 장애물을 넘기 위해서는 도2과 같은 점프자세를 취한다. 다시 말하면, 안장부분이 처음에는 수평으로 있다가(초기자세), 점프가 개시되면 위로 향하게 되고(상승자세), 장애물 위에 이르러서는 수평으로 되고(수평자세), 이 장애물을 넘어서기 시작하면 아래로 향하게 되며(하강자세), 지면에 도착하면 다시 수평이 된다(초기상태).

이제 이 점프동작을 기계적으로 구현하는 방법에 대하여 설명드리고자 한다.

이 점프장치는 도8A에 도시된 바와 같이, 점프동작을 위한 동력을 공급하는 점프모터(70)과, 이 점프모터(70)의 동력을 전달하는 클러치(80)와, 이 점프모터(70)의 축을 정지시키는 브레이크(81), 이 점프모터(70)의 회전축에 연결되는 체인(71)(벨트도 가능함)에 의해 구동되는 기어(72), 기어(72)와 체인에 의해 풀리형태로 연결되고 이 기어(72)와 동일한 회전속도를 가지는 기어(73), 기어(72, 73)의 축에 한쪽의 단부가 연결된 제1연결로드(74, 75), 이 연결로드(74, 75)의 다른 단부에 한쪽 단부가 각각 연결되는 제2연결로드(76, 77), 제2연결로드(76, 77)의 다른 단부에 각각 연결되어 기어(72, 73)이 회전함에 따라 상하운동을 하는 점프축(78, 79)으로 구성되어 있다. 이 점프축(78, 79)은 도3에서 압축(11) 및 뒷축(12)의 외부축(111, 121)에 해당한다.

도8A에서 제1연결로드(74, 75)와 점프축(78, 79)만을 측면에서 도시한도8B를참고로 하여 보다 구체적으로 설명하면, 도8B와 같이 기어(72)의 축에 연결된 제1연결로드(74)는 기어(73)의 축에 연결된 제1연결로드(75)보다 90도 정도 앞서도록 기어(72, 73)이 플리형태로 체인결합된다.

이제, 이렇게 구성된 점프장치는 도2에서와 같은 점프동작을 구현하는데, 이 점프 동작을 도9를 참고로 하여 설명한다.

크러치(80)에 의해 점프모터(70)의 동력이 체인(71)을 통해 기어(72, 73)으로 전달된다. 이때 브레이크(81)은 풀려 있게 된다. 이제 도9A와 같은 초기상태가 되도록 한다. 이러한 초기상태를 감지하게 위하여 감지센서가 부착된다. 만일 점프동작을 개시하고자 할 때, 감지센서를 감지하여 이러한 초기상태가 아니라면 초기상태가 되도록 기어(72, 73)을 회전시킨다. 일단 이러한 초기상태가 되면 안장(13)은 수평상태가 되고 가장 낮은 상태가 된다. 그 후, 기어(72, 73)를 회전시켜 제1연결로드(74, 75)가 도9B와 같은 상태가 된다면 안장(13)이 앞쪽이 약간 올려진 상태가 되고, 계속 진행하여 도9C와 같은 상태가 되면 안장(13)이 앞쪽이 많이 올려진 상태가 되며, 그 후 도9D상태가 되면 안장(13)이 높은 위치에서 수평인 상태가 되며, 이어서 도9E 상태가 되면 급격한 하강상태가 되고 도9F상태가 되면 완만한 하강상태를 거쳐 도9G에서는 착지상태(초기상태)로 된다. 이렇게 하여 도2에서와 같은 실제 동물의 점프동작이 기계적으로 구현된다.

이제 오르막 및 내리막 동작을 기계적으로 구현하는 방법에 대해 살펴 보도록 한다.

이러한 오르막 및 내리막 동작은 점프기능에서의 임의의 상태를 고정함에 의해 달성된다. 이러한 임의의 상태에 도달했는지 여부는 각 상태를 감지하는 센서를 부착하면 된다. 이 센서에 의해 임의의 상태에 도달했다는 것이 감지되면 클러치(80)로 점프모터(70)의 동력을 절단하고, 그 상태를 유지하기 위해 브레이크(81)을 걸면 기어(72, 73)는 정지하게 되고 이 상태로 점프축(78, 79)(도3의 외부축에 해당함)이 유지된다.

예를들면, 낮은 오르막에 해당하는 도9B상태가 되도록 하기 위해서는 도9B상태가 됨을 감지하는 센서를 설치한 후 이 상태가 되면, 클러치(80)을 풀고 브레이크(81)을 걸어 기어(72, 73)을 정지시키면 도9B와 같은 약간 오르막 형태로 안장(13)이 놓이게 된다.

따라서, 모의장치가 평지상태(도9A 상태), 낮은 오르막상태(도9B 상태), 높은 오르막상태(도9C 상태), 높은 내리막상태(도9E 상태), 낮은 내리막상태(도9F 상태)를 가진다면 이 상태들을 모두 감지하는 센서(제1연결로드(74, 75)가 도9A, 9B, 9C, 9E, 9F에 나타난 위치가 되는 것을 감지하는 센서)를 설치해야 한다.

이제, 이상에서 설명한 상하요동기능, 점프 기능, 오르막/내리막 기능들이 상호 어떻게 결합되는지를 도5와 도9를 통해 살펴보도록 한다.

실제 동물이 주행하는 경우를 관찰해 보면 평지 주행 모드, 평지에서 주행을 일시정지하고 점프하는 모드, 오르막/내리막 주행 모드라는 세가지 모드가 있음을 알 수 있다. 다만, 오르막/내리막시 점프를 할 가능성도 있지만 이런 가능성은 희박하고 모의장치의 안전을 고려하여 본 발명에서는 오르막/내리막시의 점프기능을 생략한다.

도5 또는 도7의 전기식 또는 기계식 상하요동폭 가변장치는 내부축(31, 57)과 가변이송왕복대(26)을 연결하는 체결구조(30, 65)을 가지고 있는데, 이 체결구조(30, 65)는 제어신호가 오프되면 내부축(31, 57)이 자유롭게 상하로 미끄러질 수 있도록 하여 내부축(31, 57)이 안장(13)의 무게에 의해 하부로 미끄러지게 하고, 제어신호가 온되면 내부축(31, 57)를 잡는 구조로 이루어져 있으며, 다른 쪽은 가변이송왕복대(26, 56)과 회전가능하게 연결된다. 이렇게 되면 이 제어신호가 온되면 그때의 내부축(31, 57)과 가변이송왕복대(26, 56)가 결합되고, 오프되면 내부축(31, 57)의 상단턱이 외부축(도3에서 도면기호 111, 121, 도8에서 도면기호 78, 79)의 상단의 턱에 걸릴 때까지 내부축(31, 57)이 무게에 의해 하강하게 된다.

먼저, 모의장치가 온하면 초기화 과정으로 들어가게 되는데, 이 초기상태는 점프동작 및 오르막/내리막용 경사장치가 도9A와 같은 수평이 되도록 고정하는 상태와, 상하요동축(22)를 회전시켜 도5와 같이 가변이송왕복대(26)가 상하요동축(22)에서 가장 멀고 맨 아래쪽로 오는 상태와, 체결구조(30)이 오프되어 내부축(31)이 하강하여 내부축(31)의 상단턱이 외부축(111, 121)의 상단턱에 걸리는 상태를 의미한다. 다시말하면, 이 초기상태는 안장(13)이 가장 낮은 수평 위치로 되고 요동폭이 가장 많은 상태이다.

모의 장치가 본격적으로 평지주행을 시작하여 평지 주행모드가 되면 경사장치를 도9A와 같은 상태로 고정하고 바로 이 체결구조(30)용 제어신호를 온하여 가변이송왕복대(26)과 내부축(31)를 결합시킨다. 이 평지주행모드에서 주행속도가 증가하면 상하요동축(22)의 회전 속도는 증가하여 요동하는 횟수도 증가하고, 가변이송왕복대(26)가 요동회전축(22)의 중심으로 이동하도록 제어되어 요동폭이 감소한다. 이 평지주행모드에서 주행속도가 감소하면 상하요동축(57)의 회전 속도는 감소하여 요동하는 횟수는 감소하고, 가변이송왕복대(26)가 상하요동축(22)의 중심에서 멀어지도록 제어되어 요동폭이 증가한다.

이렇게 평지 주행을 하다가 점프동작을 하는 모드로 가려면, 순간적으로 위에서 언급한 초기 상태(안장(13)이 가장 낮은 수평상태가 되고, 요동폭이 가장 많은 상태)로 만든다. 이러한 초기 상태가 되면 위에서 언급한 점프동작을 개시한다.

이 점프동작을 마치면 위에서 언급한 초기상태로 이행한 후 다시 평지 주행모드를 진행한다.

이제, 오르막/내리막 주행에 대해서 살펴 보도록 한다.

점프 동작과 마찬가지로 평지 주행 도중에 오르막/내리막모드로 가려면, 위에서 언급한 초기상태로 이행하여 수평자세가 되게 한 후 오르막/내리막 자세로 이행하게 하는 방법이나, 경사장치가 바로 오르막/내리막 자세로 가고 가변이송왕복대(26) 및 내부축(31)이 초기상태로 되는 방법을 사용하면 된다. 이렇게 하여 안장(13)이 가장 낮은 위치의 오르막/내리막 자세가 되면 위에서 언급한 평지주행과 동일하게 하면 안장(13)이 오르막/내리막 상태로 기울어진 상태로 안장(13)이 주행속도에 반비례하는 상하요동을 하게 되어 오르막/내리막 주행이 가능하게 된다.

마지막으로 현재속도 유지기능에 대하여 살펴보도록 한다.

실제 경마의 경우에는 주행중 현재의 속도를 유지하라는 신호로서 기수는 말의 엽구리를 기수의 무릅주위로 일정한 압력으로 누르게 되는데, 본 발명에서는 이러한 현재속도 유지기능을 구현하기 위해 말의 모형의 엽구리 부위에 압력센서를 설치하여 기수가 그 부위를 일정한 압력으로 누르면 이를 감지하여 말이 현재의 속도를 유지하게 한다.

이상에서 설명드린 바와 같이 본 발명의 동물 주행 장치는 상하요동폭 가변기능, 점프기능, 오르막 및 내리막 기능, 현재속도 유지기능등의 다양한 기능이 가능하다. 그러나, 제어 장치에서 사용자의 능숙도를 설정함에 따라 이 기능들 모두가 구현되게 하거나 일부를 생략하도록 할 수 있다. 예를들어 전문가 모드를 설정하면 이러한 모든 기능이 수행될 수 있도록 하고, 최대 상하 요동높이, 최대 점프높이, 오르막 및 내리막의 정도등을 높도록 설정할 수 있고, 초보자나 어린이용 모드의 경우에는 이러한 기능들 중 위험할 가능성이 있는 일부 기능을 생략하거나 정도를 완화할 수 있다.

이상에서 서술한 실시예는 단지 본 발명이 실행가능하다는 점을 보이기 위한 예시에 불과하기 때문에, 본 발명은 이 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 원리와 개념을 벗어나지 않는 범위내에서 당업자가 다양한 변형을 할 수 있다는 점을 강조한다.

본 발명과 같이 가변요동기능, 점프기능, 오르막 및 내리막 기능, 현재속도 유지기능을 갖추고 있으면 실제 동물의 주행과 유사하게 동작하기 때문에 현장감 있는 동물주행 모의장치가 된다.

Claims (18)

1. 상부에 안장(13)이 연결되어 안장을 상하로 요동시키는 샤프트(31)와;

   상기 샤프트(31)에 대한 상하 요동력을 제공하고, 상기 샤프트(31)의 축방향과 직각인 축 방향을 가지며, 상기 샤프트(31)의 상하요동폭을 제어하는 제어신호와 전원을 공급하는 전선을 내부에 가지고 있는 상하요동축(22)와;

   상기 상하요동축(22)의 샤프트(31)에서 먼쪽 단부에 설치되고, 회전하는 상기 상하요동축(22)에 상기 제어신호와 전원을 공급하기 위한 장치(24, 27)와;

   상기 상하요동축(22)의 샤프트(31)에서 가까운 단부에 고정되는 지지구조에 의해 지지되고, 상기 상하요동축(22)의 축방향과 수직인 방향의 축방향을 가지는 원통형의 스크류(25);

   스크류(25)를 돌리는 동력을 제공하며, 상기 상하요동축(22) 내부의 전선에 의해 전원과 제어신호를 공급받는 모터(23)와;

   상기 스크류(25)에 나사결합되어 스크류(25)의 회전에 따라 상기 스크류(25)의 축방향으로 이동하는 가변이송왕복대(26)와;

   한쪽 단부가 상기 가변이송왕복대(26)에 회전가능하게 결합되고, 다른쪽 단부가 상기 샤프트(31)과 결합되는 체결구조(30)을 가지는 상하요동폭 조절장치(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 동물주행모의장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 상하요동축(22)에 상기 제어신호와 전원을 공급하기위한 장치(24, 27)는 상하요동축(22)에 설치된 다수의 금속띠(27)와 이 금속띠(27)에 전기적으로 접촉되고 탄지된 금속단자어레이(29)을 가지는 것을 특징으로 하는 동물주행모의장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 상하요동축(22)에 상기 제어신호와 전원을 공급하기 위한 장치(24, 27)는 상하요동축(22)에 설치되고 탄지된는 금속단자어레이와, 이 금속단자들과 전기적으로 접속되는 원주형의 금속띠를 내부에 가지며 상하요동축(22)의 일부를 둘러싸는 원통체를 가지는 것을 특징으로 하는 동물주행모의장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속단자어레이는 상하요동축(22)의 둘레를 따라 다수개가 설치되어 리던던시를 가지도록 하는 것을 특징으로 하는 동물주행모의장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 상하요동축(22)에 상기 제어신호와 전원을 공급하기 위한 장치(24, 27)는, 전기식 로터리 코넥터인 것을 특징으로 하는 동물주행모의장치.
6. 제1항, 제2항, 제3항, 또는 제5항 중 어느 한항에 있어서, 상기 상하요동폭 조절장치(20)는,

   상기 상하요동축(22)의 회전수 및 회전각도를 감지하는 감지장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동물주행모의장치.
7. 제4항에 있어서, 상기 상하요동폭 조절장치(20)는,

   상기 상하요동축(22)의 회전수 및 회전각도를 감지하는 감지장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동물주행모의장치.
8. 제1항, 제2항, 제3항, 또는 제5항 중 어느 한항에 있어서, 상기 상하요동폭 조절장치(20)는,

   상기 가변이송왕복대(26)가 상기 상하요동축(22)에서 가장 먼 위치에 있고 가장 낮은 위치에 있는 것을 감지하는 감지장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동물주행모의장치.
9. 제4항에 있어서, 상기 상하요동폭 조절장치(20)는,

   상기 가변이송왕복대(26)이 상기 상하요동축(22)에서 가장 먼 위치에 있고 가장 낮은 위치에 있는 것을 감지하는 감지장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동물주행모의장치용 안장의 상하요동폭 조절장치.
10. 상부에 안장(13)이 연결되어 안장을 상하로 요동시키는 샤프트(57)과;

    상기 샤프트(57)에 대한 상하 요동력을 제공하고, 상기 샤프트(57)의 축방향과 직각인 축 방향을 가지며, 축방향으로 원통형의 공간을 가진 상하요동축(54)와;

    상기 상하요동축(54)의 원통형의 공간에 설치되어 상하요동축(54)와 동심축을 형성하고, 안장(13)의 상하요동폭을 제어하는 상하요동폭 가변축(51)과;

    상기 상하요동폭 가변축(51)의 샤프트(57)에서 먼쪽 단부에 설치되고, 제1상태에서 상기 상하요동폭 가변축(51)으로의 동력을 차단하고 상기 상하요동폭 가변축(51)이 움직이지 않게 하며, 제2상태에서 상기 상하요동폭 가변축(51)으로 동력을 전달하고 상기 상하요동폭 가변축(51)이 자유롭게 움직일 수 있게 하며, 제3상태에서 상기 상하요동폭 가변축(51)으로의 동력을 차단하고 상하요동폭 가변축(51)과 상하요동축(54)를 고정결합시키는 브레이크/클러치어셈블리(59);

    샤프트(57) 쪽의 상기 상하요동축(54)의 단부에 고정되고 상기 상하요동폭 가변축(51)이 통과하는 지지구조;

    상기 지지구조에 의해 지지되고, 상기 상하요동축(54)의 축방향과 수직인 방향의 축방향을 가지는 원통형의 스크류(55);

    상기 상하요동폭 가변축(51)의 동력에 의해 상기 스크류(55)가 회전가능하게 하는 기어어셈블리(52, 53);

    상기 스크류(55)에 나사결합되어 스크류(25)의 회전에 따라 상기 스크류(55)의 축방향으로 이동하는 가변이송왕복대(56)와;

    한쪽 단부가 상기 가변이송왕복대(26)에 회전가능하게 결합되고, 다른쪽 단부가 상기 샤프트(31)과 결합되는 체결구조(30)을 가지는 상하요동폭 조절장치(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 동물주행모의장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 상하요동폭 조절장치(20)는,

    상기 상하요동축(54)의 회전수 및 회전각도를 감지하는 감지장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동물주행모의장치.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 상하요동폭 조절장치(20)는,

    상기 가변이송왕복대(56)이 상기 상하요동축(54)에서 가장 먼 위치에 있고 가장 낮은 위치에 있는 것을 감지하는 감지장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동물주행모의장치.
13. 모터(70)에 의해 구동되고 동일한 회전수로 회전하도록 결합된 기어(72, 73)와;

    상기 기어(72, 73)의 각각의 축의 한쪽 단부에 고정결합된 제1연결로드(74, 75)와;

    상기 제1연결로드(74, 75)의 다른 단부에 한쪽 단부가 회전가능하도록 연결된 제2연결로드(76, 77)와;

    상기 제2연결로드(76, 77)의 다른 단부에 회전가능하게 연결되어 안장(13)을 지지하는 뒷축(121)과 압축(111)에 해당하는 샤프트(78, 79)을 가지며;

    상기 제1연결로드(74)는 상기 제1연결로드(75)보다 90도 정도 앞서도록 고정되는 점프장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 동물주행모의장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 점프장치는, 상기 모터(70)와 기어(72, 73) 사이에 설치되어 모터(70)의 동력을 전달 또는 비전달하도록 하는 클러치(80)과;

    상기 클러치(80)가 동력을 비전달할 시에 기어(72, 73)을 움직이지 않게 하는 브레이크(81)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동물주행모의장치.
15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 점프장치는, 샤프트(78, 79)의 다양한 위치관계를 감지하는 감지장치들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동물주행모의장치.
16. 제15항에 있어서, 상기 감지장치 중 어느 하나의 감지장치에 의해 감지되면이때의 샤프트(78, 79)의 상태를 유지시키는 것을 특징으로 하는 동물주행모의장치.
17. 제1항 또는 제10항의 상하요동폭 가변장치(20)의 샤프트(31, 57)이 내부축(112, 122)에 해당하고 상기 14항의 점프장치의 샤프트(78, 79)가 외부축(111, 121)에 해당하여 상기 내부축(112, 122)와 외부축(111, 121)이 동심축을 형성하며, 상기 내부축(112, 122)의 상부턱에 상기 외부축(111, 121)의 상부가 걸리는 것을 특징으로 하는 동물주행모의장치.
18. 제17항에 있어서, 상기 체결구조(30, 65)는 상기 내부축(112, 122)의 상부턱이 상기 외부축(111, 121)의 상부에 걸리게 한 후, 외부제어신호에 의해 상기 내부축(112, 122)과 가변이송왕복대(26, 56)이 결합하여 주행을 시작하는 것을 특징으로 하는 동물주행모의장치.