KR200187849Y1 - 워킹벨트의 구동속도가 자동으로 조정되는 런닝머신 - Google Patents

Abstract

본 고안에 의하면, 런닝머신의 워킹벨트의 구동속도가 운동자의 운동속도와 일치하지 않을 때에 운동자가 계기판을 조작하지 않더라도 워킹벨트의 구동속도가 자동으로 조정되는 런닝머신이 제공된다.

본 고안에 의하면, 런닝머신의 워킹벨트를 구동시킬 때에 종래의 경우에서와 같이 교류모터 혹은 직류모터를 사용하는 것이 아니라 서보모터를 사용하고 있으며, 운동자가 런닝머신위에서 걷거나 뛰는 동안에 서보모터의 회전속도가 최초의 설정범위를 벗어났는가, 그리고 운동자의 몸이 원래의 운동위치를 벗어났는가의 2가지 판단을 행한 후에, 그중 어느 한가지라도 해당되면 서보모터의 회전속도를 자동적으로 가속 또는 감속시키도록 되어 있다.

Description

워킹벨트의 구동속도가 자동으로 조정되는 런닝머신 {Treadmill Having a Walking Belt Whose Running Speed is Automatically Adjusted}

본 고안은 실내 운동기구의 일종인 런닝머신(treadmill)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 운동자가 워킹벨트 (walking belt)의 속도조절버튼을 조작함이 없이도 운동자가 런닝머신위에서 걷거나 뛰는 속도에 맞추어서 워킹벨트의 구동속도가 자동적으로 조정되도록 되어 있는 런닝머신에 관한 것이다.

종래, 운동기구로서의 런닝머신은 널리 보급되어 있다. 런닝머신은 계속적으로 앞으로 전진하는 워킹벨트위에서 운동자가 걷거나 혹은 가볍게 달리도록 고안되어 있으므로 좁은 공간에서도 손쉽게 운동할 수 있도록 하여줄 뿐만 아니라 운동의 효과가 전신에 미치기 때문에, 런닝머신을 이용하여 운동을 즐기는 사람들이 점점 늘어나고 있다.

그런데, 운동자가 워킹벨트위에서 걷거나 달리고 있는 도중에 조금 더 빠르게 혹은 조금 더 느리게 걷고자 할 때에는, 운동자가 희망하는 속도에 맞추어서 워킹벨트의 구동속도를 가속 또는 감속시키지 않으면 안되고, 이 경우에 운동자가 걷거나 뛰고 있는 동안에 계기판의 워킹벨트 속도조절버튼을 조정하지 않으면 안되는 어려움이 있었다.

만약에 운동자가 계기판의 워킹벨트 속도조절버튼을 조정하지 않은 상태에서 더욱 빠르게 걷거나 뛰기 시작하면 운동자의 몸이 점점 앞으로 나아가게 되어 운동자가 계기판(런닝머신의 최전방)에 근접하게 됨으로써 워킹벨트위에서 더 이상 걷는 것이 불가능하게 되고, 또한 계기판의 워킹벨트 속도조절버튼을 조정하지 않은 상태에서 운동자가 느리게 걷거나 뛰기 시작하면 운동자의 몸이 점점 뒷쪽으로 처지게 되어 운동자가 워킹벨트의 최후방에 위치하게 됨으로써 마찬가지로 워킹벨트위에서 더 이상 걷을 수가 없게 된다.

따라서, 본 고안의 목적은 런닝머신의 워킹벨트위에서 운동자가 지금까지의 운동속도(즉, 걷거나 뛰는 속도)보다 빠르게 혹은 느리게 걷거나 뛰기 시작하였을 때에, 운동자가 계기판의 워킹벨트 속도조절버튼을 조정하지 않더라도, 워킹벨트의 구동속도가 운동자의 운동속도에 맞추어서 자동적으로 조절되도록 되어 있는 런닝머신을 제공하려는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 고안에 있어서는 종래와는 달리 서보모터(servomotor)를 사용하여 런닝머신의 워킹벨트를 구동시키는 것을 특징으로 한다. 종래의 런닝머신은 교류모터나 직류모터를 사용하고 있기 때문에 외부 부하에 대한 모터의 대응시간이 길어서 운동자의 운동속도에 맞추어서 워킹벨트의 구동속도를 자동으로 조정하는 것이 거의 불가능하지만, 서보모터를 사용할 경우에는 외부 부하에 대한 모터의 대응시간이 대략 100 msec (즉, 0.1초) 정도로 극히 짧기 때문에 본 고안의 목적을 달성하기에 적합하다.

서보모터를 사용하여 런닝머신의 워킹벨트를 구동시킬 때, 서보모터의 회전속도는 워킹벨트의 위에서 걷거나 뛰고 있는 운동자의 체중 및 운동속도에 따라서 순간 순간마다 변화하게 된다. 운동자가 워킹벨트위에 올라서지 않은 상태에서 서보모터가 예컨대 400 rpm 으로 회전하고 있다고 한다면, 운동자가 워킹벨트에 올라서면 운동자의 체중에 따라 서보모터의 회전속도가 순간적으로 예컨대 200∼350 rpm 으로 감소하였다가, 일정시간(약 0.1초)이 경과한 후에는 회전속도가 다시 400 rpm 을 유지하게 된다.

본 고안에 의하면, 운동자의 운동속도가 워킹벨트의 구동속도와 일치하지 않을 때에 이를 감지하여 서보모터의 속도를 증가 또는 감소시키도록 되어 있다. 워킹벨트가 약 8 km/hr 이상의 일정한 속도로 구동되고 있고 운동자가 그 구동속도에 상응하는 속도로 워킹벨트위에서 뛰고 있는 도중에 뛰는 속도를 늦추게 된다면, 워킹벨트의 구동속도가 운동속도보다 빠르기 때문에 운동자의 몸이 뒷쪽으로 처지게 되면서 앞으로 내딛는 발이 워킹벨트를 밟을 때에 마치 브레이크와 같은 역할을 하면서 워킹벨트의 구동속도를 감소시키게 된다. 이에 따라 서보모터의 회전속도도 감소하게 되고, 서보모터의 회전속도가 초기 설정값의 하한치 이하로 감소하면 이를 엔코더 피드백에서 확인하여 설정값을 재조정하게 되는 것이다.

한편, 운동자가 워킹벨트위에서 걷고 있는 도중에 걷는 속도를 증가시키게 될 때에는 워킹벨트의 구동속도가 일시적으로 증가된다. 이는 운동자가 현재의 속도보다 빠르게 달리기 위해서는 지면에 착지되는 발에 추진력을 더 가하여 몸을 앞으로 전진시키는 원리와 동일하며, 이를 회전하고 있는 워킹벨트위에서 적용한다면, 착지되는 발의 추진력으로 인해 워킹벨트의 현재 속도를 증가시키는 결과를 낳는다. 이에 따라 서보모터의 회전속도도 증가하게 되고, 서보모터의 회전속도가 초기 설정값의 상한치 이상으로 증가하면 이를 엔코더 피드백에서 확인하여 설정값을 재조정하게 된다.

또한, 본 고안에 의하면, 운동자의 몸이 원래의 위치를 벗어나서 워킹벨트의 전방지역 또는 후방지역에 위치하게 될 때에 이를 감지하여 서보모터의 속도를 증가 또는 감소시키도록 되어 있다. 상술한 바와 같이, 계속적으로 회전하고 있는 워킹벨트위에서 걷거나 뛰고 있기 때문에 운동자의 운동속도가 설정된 워킹벨트의 구동속도보다 빨라지게 되면 운동자의 몸이 원래의 위치를 벗어나서 점점 앞으로 나아가게 되고, 운동자의 운동속도가 느려지게 되면 운동자의 몸이 원래의 위치를 벗어나서 점점 뒷쪽으로 처지게 되므로, 운동자의 몸이 원래의 위치를 벗어났다는 것은 운동자의 운동속도가 빠르게 혹은 느리게 변화하였다는 것을 의미하는 것이다. 그래서, 본 고안에 있어서는 운동자의 몸이 원래의 위치를 벗어났는가의 여부를 확인하여 서보모터의 회전속도를 가속 또는 감속시킴으로써 서보모터의 회전속도(즉, 워킹벨트의 구동속도)를 운동자의 운동속도에 맞추어줄 수가 있는 것이다.

이상에서와 같이, 본 고안에 의하면 서보모터의 회전속도가 최초의 설정범위를 벗어났는가, 그리고 운동자의 몸이 원래의 위치를 벗어났는가의 2가지 판단을 행한 후에, 그중 어느 한가지라도 해당되면 서보모터의 회전속도를 자동적으로 가속 또는 감속시키도록 되어 있다.

도 1은 본 고안에 의한 런닝머신을 개략적으로 나타내는 설명도.

도 2는 운동자가 워킹벨트의 중앙지역을 벗어났을 때에 서보모터의 속도를 자동으로 조정하는 단계들을 설명하는 순서도.

도 3은 서보모터의 회전속도가 허용치를 벗어났을 때에 서보모터의 속도 보정을 행하는 단계들을 설명하는 순서도.

도 4는 도 2의 순서도와 도 3의 순서도를 하나로 결합시킨 순서도이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 운동자 11 : 워킹벨트

12 : 계기판 13 : 전방센서

14 : 후방센서 A : 중앙지역

B : 전방지역 C : 후방지역

이하, 첨부도면을 참조하면서 본 고안을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에는 본 고안에 의한 런닝머신이 대략적으로 도시되어 있다.

운동자(10)는 워킹벨트(11)의 대략 중앙지역(A)에 서서 운동을 시작하며, 운동자가 계기판(12)내의 속도조절버튼을 이용하여 최초에 설정한 워킹벨트의 속도가 운동자의 운동속도(워킹벨트위에서 걷거나 뛰는 속도)와 일치할 때에는 운동자(10)가 중앙지역(A)내에 계속적으로 위치하게 되지만, 만약 운동자의 운동속도가 워킹벨트의 설정속도보다 빠를 때에는 운동자(10)의 몸은 자연스럽게 전방지역(B)에 위치하게 된다. 전방지역(B)에 있어서 워킹벨트(11)의 좌우측에는 적외선을 이용한 센서(13)가 설치되어 있으므로, 운동자의 발이 전방지역(B)내에 위치하게 되면 센서(13)가 이를 감지하여 서보모터(도시하지 않았음)에 속도증가명령을 전달한다.

도 1에는 중앙지역(A), 전방지역(B), 후방지역(C)이 점선으로 구분되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 가상선으로서 워킹벨트가 실제로 3개 지역으로 구분되어 있는 것은 아니다.

서보모터의 회전속도의 초기설정치(운동자가 런닝머신상에서 운동을 시작할 때에 설정하였던 값)을 V₀라고 하고, 운동자가 런닝머신상에서 운동함에 따라서 서보모터의 회전속도가 순간적으로 변화할 수 있는 범위를라고 하면, 운동자(10)가 중앙지역(A)내에 위치할 때의 서보모터의 실제 회전속도 V₁은 V₀-≤V₁≤V₀+이다. 하나의 예를 들어서, 서보모터의 회전속도의 초기설정치(이하, 이것을 기준회전속도라고 한다) V₀= 300 rpm, 회전속도의 변화 허용치= 40 rpm 이라면, 서보모터의 실제 회전속도는 260∼340 rpm 으로 된다.

이와같은 상태에서, 전방센서(13)로부터의 속도증가명령이 서보모터에 전달되면 서보모터의 기준회전속도는 약 0.1초 동안에만큼 증가하며, 이때의 서보모터의 실제 회전속도 V₂는 V₀+-≤V₂≤V₀++의 범위로 된다. 여기서값은 런닝머신의 제조업자가 임의로 결정할 수 있다.

서보모터가 V₂의 속도로 회전하기 시작하면 워킹벨트의 구동속도가 이에 상응하게 가속되고, 워킹벨트의 구동속도와 운동자의 운동속도가 일치할 경우, 운동자는 전방지역(B)으로부터 다시 중앙지역(A)에 위치하게 되므로 전방센서(13)으로 부터의 속도증가명령이 더이상 발생되지 않고, 서보모터는 V₀+-≤V₂≤V₀++의 범위를 유지하면서 회전하게 된다.

그러나 서보모터의 회전속도가만큼 증가하였음에도 워킹벨트의 구동속도가 운동자의 운동속도에 미달할 경우에는 운동자가 계속하여 전방지역(B)에 위치하게 되기 때문에 전방센서(13)로 부터의 속도증가명령이 계속적으로 서보모터에 전달된다. 이때, 서보모터의 회전속도는 다시만큼 증가하게 되므로, 서보모터는 V₀+2-≤V₃≤V₀+2+의 범위로 회전한다. 그 후, 운동자가 중앙지역(A)에 위치하여 전방센서(13)로 부터의 속도증가명령이 더이상 발생하지 않을 때까지 위와 같은 과정을 반복하게 되는 것이다.

한편, 운동자의 운동속도가 워킹벨트의 설정속도보다 느릴 때에는 운동자 (10)의 몸은 자연스럽게 워킹벨트(11)의 후방지역(C)에 위치하게 되며, 후방지역 (C)에 있어서 워킹벨트(11)의 좌우측에는 적외선을 이용한 센서(14)가 설치되어 있으므로 운동자의 발이 후방지역(C)내에 위치하게 되면 센서(14)가 이를 감지하여 서보모터(도시하지 않았음)에 속도감소명령을 전달한다.

후방센서(14)로부터의 속도감소명령이 서보모터에 전달되면 서보모터의 기준회전속도는 약 0.1초 동안에만큼 감소하며, 이때의 서보모터의 실제 회전속도 V₄는 V₀--≤V₄≤V₀-+의 범위로 된다 (의 값은 런닝머신의 제조업자가 임의로 결정할 수 있다).

서보모터가 V₄의 속도로 회전하기 시작하면 워킹벨트의 구동속도가 이에 상응하게 감속되고, 워킹벨트의 구동속도와 운동자의 운동속도가 일치할 경우, 운동자는 후방지역(C)으로부터 다시 중앙지역(A)에 위치하게 되므로 후방센서(14)로 부터의 속도감소명령이 더이상 발생되지 않고, 서보모터는 V₀--≤V₂≤V₀-+의 범위를 유지하면서 회전하게 된다.

그러나 서보모터의 회전속도가만큼 감소하였음에도 워킹벨트의 구동속도가 운동자의 운동속도보다 빠를 경우에는 운동자가 계속하여 후방지역(C)에 위치하게 되기 때문에 후방센서(14)로 부터의 속도감소명령이 계속적으로 서보모터에 전달된다. 이때, 서보모터의 회전속도는 다시만큼 감소하게 되므로, 서보모터는 V₀-2-≤V₃≤V₀-2+의 범위로 회전한다. 그 후, 운동자가 중앙지역(A)에 위치하여 후방센서(14)로 부터의 속도감소명령이 더이상 발생하지 않을 때까지 위와 같은 과정을 반복하게 되는 것이다.

상술한 바와 같은 일련의 과정은 도 2의 순서도에 나타나 있다.

한편, 운동자가 중앙지역(A)을 벗어나지 않았음에도 서보모터의 속도가 순간적으로 증가하거나 또는 감소하여 운동자의 운동속도와 불균형이 일어나는 경우가 있다. 이것은 상술한 바와 같이 런닝머신의 워킹벨트를 구동시키기 위하여 서보모터를 사용하게 되면, 운동자가 워킹벨트위에 올라서지 않았을 때의 서보모터의 회전속도와 운동자가 워킹벨트에 올라서서 느리게 또는 빠르게 걷거나, 느리게 또는 빠르게 뛸 때마다 각각 다르게 서보모터의 회전속도가 차이가 나기 때문이다.

따라서, 본 고안에 있어서는 상술한 점을 착안하여, 서보모터로 부터의 엔코더 피드백(encoder feedback)을 확인하여 서보모터의 회전속도가 기준 설정범위의 상한치를 초과하거나 혹은 하한치 미만으로 감속되었을 때에 서보모터의 속도 보정을 행하도록 되어 있다. 즉, 서보모터의 기준 회전속도가 V₀이고, 운동자가 중앙지역(A)내에 위치할 때의 서보모터의 실제 회전속도 V₁이 V₀-≤V₁≤V₀+의 범위일 때, 서보모터의 순간 회전속도가 V₀-미만이거나 또는 V₀+를 초과하게 되면 서보모터의 속도 보정을 행하는 것이다.

즉, 서보모터의 회전속도 Vx가 V₀-미만으로 된 때에는 서보모터가 이를 감지하여 기준 회전속도를 약 0.1초 동안에만큼 감소시켜서 서보모터의 기준 회전속도가 V₀-이 되도록 하며 (의 값은 런닝머신의 제조업자가 임의로 결정할 수 있다), 이때 서보모터는 V₀--이상, V₀-+이하의 범위로 회전하게 된다.

만약 V₀--≤Vx〈 V₀-인 경우에는 더 이상의 속도 보정이 필요하지 않지만, Vx〈 V₀--일 때에는 기준 회전속도를 약 0.1초 동안에만큼 재차 감소시켜서 서보모터의 새로운 기준 회전속도가 V₀-2이 되도록 함으로써 서보모터가 V₀-2-이상, V₀-2+이하의 범위로 회전하도록 한다. 그후, 서보모터의 현재의 회전속도 Vx를 V₀-2-와 비교하여, 만약에 Vx〈 V₀-2-일 때에는 기준회전속도를 재차 보정하는 과정을 거침으로써 서보모터의 현재의 회전속도 Vx를 새로운 기준 회전속도와 상응시키는 것이다.

이와 유사하게, 서보모터의 회전속도 Vx가 V₀+를 초과할 때에는 서보모터가 이를 감지하여 기준 회전속도를 약 0.1초 동안에만큼 증가시켜서 서보모터의 새로운 기준 회전속도가 V₀+이 되도록 하며, 이때 서보모터는 V₀+-이상, V₀++이하의 범위로 회전하게 된다.

만약 V₀+〈 Vx ≤V₀++인 경우에는 더 이상의 속도 보정이 필요하지 않지만, Vx 〉V₀++일 때에는 기준 회전속도를 약 0.1초 동안에만큼 재차 증가시켜서 서보모터의 새로운 기준 회전속도가 V₀+2이 되도록 함으로써 서보모터가 V₀+2-이상, V₀+2+이하의 범위로 회전하도록 한다. 그후, 서보모터의 현재의 회전속도 Vx를 V₀+2+와 비교하여, 만약에 Vx 〉V₀+2+일 때에는 기준회전속도를 재차 보정하는 과정을 거침으로써 서보모터의 현재의 회전속도 Vx를 새로운 기준 회전속도와 상응시키는 것이다.

도 3에는 이와같은 일련의 과정을 수행하는 순서도가 나타나 있으며, 또한 도 4의 순서도는 도 2의 순서도와 도 3의 순서도를 하나로 결합시킨 것이다.

본 고안은 이상과 같은 구성으로 되어 있으므로, 런닝머신의 워킹벨트위에서 운동자가 지금까지의 운동속도보다 빠르게 혹은 느리게 걷거나 뛰기 시작하였을 때에, 운동자가 계기판의 워킹벨트 속도조절버튼을 조정하지 않더라도 워킹벨트의 구동속도가 운동자의 운동속도에 맞추어서 자동적으로 조절되어 자연상태에서 걷거나 뛰는 것과 동일한 효과를 나타낼 수가 있는 것이다.

지금까지 많은 실내용 운동기구의 제조업자들이 실내용 운동기구의 최대 취약점인 인위적이고 부자연스러운 운동동작의 한계를 극복하여 자연상태에서 운동하는 것과 동일한 운동환경을 제공하고자 노력하여 왔으나, 이를 용이하게 달성할 수가 없었다. 그러나, 본 고안에 의하면 이와같은 종래의 문제점이 일소에 해결되어 자연상태에서와 동일한 운동환경이 제공되는 것으로서, 매우 획기적인 진전을 가져오게 된 것이다.

이상에서는 본 고안을 하나의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 고안의 기술내용과 첨부된 청구범위내에서 각종의 변형 및 수정이 가하여질 수 있음도 명백하다. 따라서 명세서 및 도면은 청구범위에 기재된 바와 같은 본 고안의 기술사상을 한정하는 것이 아니라 예시하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (3)

1. 운동자가 걷거나 뛸 수 있도록 된 워킹벨트와,

   상기 워킹벨트를 구동시키기 위한 서보모터와,

   운동자가 상기 워킹벨트상의 중앙에 설정된 일정한 범위의 지역을 벗어나서 그 전방에 위치하게 되었을 때에 이를 감지하여 상기 서보모터에 속도증가명령을 발생시키기 위한 수단과,

   운동자가 상기 워킹벨트상의 중앙에 설정된 일정한 범위의 지역을 벗어나서 그 후방에 위치하게 되었을 때에 이를 감지하여 상기 서보모터에 속도감소명령을 발생시키기 위한 수단

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 런닝머신.
2. 제1항에 있어서,

   상기 서보모터로부터의 엔코더 피드백을 확인하여 상기 서보모터의 현재의 회전속도를 계측하는 수단과,

   상기 서보모터의 회전속도가 설정범위의 하한치보다 낮을 때에 상기 설정범위를 일정치만큼씩 반복하여 감소시켜서 서보모터의 현재의 회전속도가 새로운 설정범위내에 들어오도록 하는 수단과,

   상기 서보모터의 회전속도가 설정범위의 상한치보다 높을 때에 상기 설정범위를 일정치만큼씩 반복하여 증가시켜서 서보모터의 현재의 회전속도가 새로운 설정범위내에 들어오도록 하는 수단

   을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 런닝머신.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 속도증가명령을 발생시키기 위한 수단과 상기 속도감소명령을 발생시키기 위한 수단이 모두 적외선 센서인 것을 특징으로 하는 런닝머신.