KR200426980Y1 - 부하 변화에 관계없이 일정한 주파수의 진동 자극을제공하는 시소운동장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 체력단련을 위한 시소운동장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 부하의 변화에 관계없이 일정한 주파수의 진동 자극을 제공할 수 있는 시소운동장치에 관한 것이다.

본 고안에 따른 시소운동장치는, 프레임의 상부면 중심에 양단이 회동운동하도록 설치된 발판과, 상기 프레임의 내부에 설치되어 상기 발판의 양단이 회동운동하도록 구동하기 위한 전동수단과, 상기 전동수단에 동력을 제공하기 위한 모타와, 제어신호를 입력받아 상기 모타를 구동하기 위한 드라이버와, 상기 모타의 회전 속도를 검출하기 위한 회전속도검출수단과, 진동자극 운동 모드에 따른 주파수 정보를 입력받기 위한 입력수단과, 상기 입력수단으로부터 입력받은 주파수 정보와 상기 회전속도검출수단으로부터 입력받은 회전속도정보를 비교하여 입력받은 주파수에 대응하는 회전속도로 모타를 회전시키도록 드라이버를 제어하기 위한 제어신호를 연산하고, 연산된 제어신호를 드라이버에 출력하기 위한 제어기를 포함한다.

시소운동장치, 피드백, 제어, 홀센서, 발판, 편심축

Description

부하 변화에 관계없이 일정한 주파수의 진동 자극을 제공하는 시소운동장치{SEESAW APPARATUS FOR PROVIDING CONSTANT FREQUENCY VIBRATION STIMULATION REGARDLESS OF CHANGE OF WEIGHT}

도 1은 본 고안에 따른 시소운동장치의 일실시예의 사시도

도 2는 도 1의 실시예에 사용된 시소운동장치의 전동수단의 사시도

도 3은 도 1의 실시예의 시소운동장치의 모터를 일정한 주파수로 회전하도록 제어하기 위한 방법을 도시한 블록도

도 4는 종래 기술에 의한 시소운동장치의 모터를 제어하는 방법의 블록도

<도면 부호의 간단한 설명>

10 발판 20 핸들

30 입력장치 41 회동중심축

44 회전축 46 편심축

48 링크 50 모타

52 구동풀리 54 종동풀리

본 고안은 체력단련을 위한 시소운동장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 부하의 변화에 관계없이 일정한 주파수의 진동 자극을 제공할 수 있는 시소운동장치에 관한 것이다.

신체의 근육은 기계적인 진동 자극이 주어지면 반사적으로 수축한다. 시소운동장치는 근육에 반사적인 수축을 발생시키기 위한 장치이다. 시소운동장치는 사용자의 체력 단련을 위하여 사용되거나, 환자의 회복이나 특히 골밀도 개선과 같은 치료의 목적으로도 사용된다. 진동자극을 제공하기 위한 시소운동장치는 다른 운동장치에 비하여 설치 공간이 적게 필요하고, 짧은 운동시간에도 운동효과가 높다는 임상적 결과에 따라 최근 활발히 보급되고 있다. 종래의 부하운동장치가 아령과 같은 외부에서 주어진 하중을 이용하는 것임에 반하여, 시소운동장치는 사용자의 체중을 부하로 이용한다는 점에 특징이 있다. 즉, 사용자의 신체에 시소 운동에 의한 가속도를 가하여 신체 근력에 부하를 제공하여 체력을 단련하도록 하는 것이다. 이 경우 가속도를 받는 사용자의 신체에 가해지는 부하의 크기는 운동의 법칙에 의해서 아래의 식으로 표시된다.

F = ma

여기서, F 는 사람의 신체에 가해지는 힘(N), m 은 시이소오장치의 발판에 올라선 체력단련자의 몸무게(kg), a 는 시이소오운동에 의하여 발생되는 가속도(m/sec²)이다.

시소운동장치는 체중이 일정한 사용자에게 운동 부하를 변경시키기 위하여 가속도를 변화시킨다. 시소 운동장치는 가속도를 진동운동을 이용하여 제공하며, 진동운동에 있어서 가속도는 주파수와 진폭으로 결정된다. 시소운동 장치의 진폭은 제작시 기계적으로 제한되어 있으므로, 가속도의 변화를 주기 위하여는 주파수를 변화시키도록 되어 있다. 시소운동장치는 사용시 여러가지 임상적인 효과를 위하여 여러 가지 운동 모드를 제공하고, 운동모드에 따라서 적절한 주파수로 운동하도록 한다. 예를 들면 균형감각 향상을 위해서는 5Hz의 주파수에서 사용하고, 근육의 회복과 휴식을 위해서는 8~12Hz 대의 주파수에서 사용하도록 권장된다.

상기와 같이, 시소운동장치는 사용자의 체중이나 운동모드에 따라서 정해진 주파수로 동작하여야 최대의 운동효과와 치료목적에 사용될 경우 임상효과를 얻을 수 있다. 진동운동장치는 사용자의 신체상태에 적합한 정확한 주파수의 진동을 가하여야 최적의 임상 효과를 달성할 수 있으므로, 부하에 관계없이 정확한 주파수의 가진을 해주는 것이 대단히 중요하다.

그러나 종래의 시소운동장치는 사용자의 체중 즉, 시소운동장치의 발판에 가해지는 부하가 증가하면 정해진 주파수보다 낮은 주파수에서 운전이 되고, 부하가 감소하면 정해진 주파수보다 높은 주파수에서 운전이 되도록 되어 있다. 이는 도 4에 도시된 것과 같이, 종래의 시소운동장치가 발판에 가해지는 부하의 변화를 반영하지 않고서 모타의 회전수를 제어하도록(오픈 루프 제어 방식으로 제어하도록) 되어 있기 때문이다. 사용자가 입력장치(30)에서 운동하고자 하는 모드를 선택하 여 입력하면, 제어기(70)는 선택된 모드에 대응하는 회전수(주파수)에서 운동하도록 드라이버(81)를 제어하고 드라이버(81)는 모타(50)를 정해진 회전수로 회전하도록 제어한다. 모타(50)의 회전축에 연결된 구동기구(70)는 발판(10)을 시소운동하도록 한다. 이 때, 발판에 걸리는 부하(체중)에 변화가 생기면 모타의 회전속도가 제어기(70)로부터 지령된 회전수와 다른 회전수로 회전하게 된다. 즉, 모타의 회전 속도가 부하에 따라서 변화하는 것을 반영하지 못하고 있기 때문에 체중이 다른 서로 다른 사용자나, 동일한 사용자의 운동모드 변화에 따라 발판에 가해지는 부하의 변화에 따라서 일정한 주파수의 진동운동을 제공하지 못하는 문제점이 있다.

본 고안은 상기와 같은 종래 시소운동장치의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 본 고안은 서로 다른 체중을 갖는 사용자에 대하여 동일한 주파수로 운전이 가능한 시소운동장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 즉, 부하의 변동에 관계없이 정해진 주파수로 진동 자극을 제공할 수 있는 시소운동장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 고안에 따른 시소운동장치는, 프레임의 상부면 중심에 양단이 회동운동하도록 설치된 발판과, 상기 프레임의 내부에 설치되어 상기 발판의 양단이 회동운동하도록 구동하기 위한 전동수단과, 상기 전동수단에 동력을 제공하기 위한 모타와, 제어신호를 입력받아 상기 모타를 구동하기 위한 드라이버와, 상기 모타의 회전 속도를 검출하기 위한 회전속도검출수단과, 진동자극 운동 모드에 따른 주파수 정보를 입력받기 위한 입력수단과, 상기 입력수단으로부터 입력받은 주파수 정보와 상 기 회전속도검출수단으로부터 입력받은 회전속도정보를 비교하여 입력받은 주파수에 대응하는 회전속도로 모타를 회전시키도록 드라이버를 제어하기 위한 제어신호를 연산하고, 연산된 제어신호를 드라이버에 출력하기 위한 제어기를 포함한다.

본 고안에 의한 시소운동장치는, 사용자의 체중변화에 따라서 모타의 회전속도가 변화하는 것을 회전속도검출수단에서 검출하여 제어기로 입력되고, 제어기는 입력수단으로 입력된 주파수 정보와 검출된 회전속도를 비교하여 일치하지 않을 경우 입력수단으로 지령된 주파수로 모타를 제어하기 위한 제어신호를 연산하여 드라이버에 제공한다. 즉, 종래의 시소운동장치가 오픈루프제어(open loop control)를 행하는 데 대하여, 본 고안에 따른 시소운동장치는 크로우즈드 루프 제어(closed loop control)를 행하도록 되어 있다.

또한 본 고안에 따른 시소운동장치에 있어서, 상기 전동수단은 상기 모타에 연결되어 회전가능하게 설치된 구동축과, 상기 구동축에 고정 설치된 구동풀리와, 상기 구동축에서 일정거리 평행하게 이격되어 회전가능하게 설치된 종동축과, 상기 종동축에 고정 설치된 종동풀리와, 상기 구동풀리와 종동풀리에 감긴 벨트와, 상기 종동축의 양단에서 편심되도록 연장된 한쌍의 편심축과, 일단이 상기 한쌍의 편심축 각각에 설치된 한 쌍의 링크를 더 포함하고, 상기 발판의 일단부에 상기 한 쌍의 링크의 타단이 고정된 것을 특징으로 한다. 본 고안에 따르면, 발판을 회동운동시키기 위한 전동수단의 종동축의 양단에 편심축이 설치되고, 편심축의 양단에 발판의 단부와 연결된 링크가 설치되어 있어서 발판이 회동축 방향으로 변형되는 것을 방지하여 견고하게 지지할 수 있다. 또한 발판의 양단에 링크가 연결된 종래 의 시소운동장치보다 제작과 조립이 간편하다.

또한, 상기 회전속도검출수단으로는, 엔코더를 모타나, 구동축 또는 종동축에 설치할 수 있으나, 모타의 회전축의 회전을 감지하기 위한 홀센서를 사용하는 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 시소운동장치의 일실시예의 사시도이고, 도 2는 도 1의 실시예에 사용된 시소운동장치의 전동수단의 사시도이고, 도 3은 도 1의 실시예의 시소운동장치의 모터를 일정한 주파수로 회전하도록 제어하기 위한 방법을 도시한 블록도이다.

도 1에 도시된 것과 같이, 본 실시예의 시소운동장치는, 프레임(20)의 상부면에 길이방향의 중심부가 회동가능하게 발판(10)이 설치되어 있다. 사용자는 발판에 올라서서, 입력수단인 맴브레인 스위치(30)에 운동하고자 하는 모드의 원하는 운동의 주파수를 선택하여 입력하고, 양손으로 핸들(31)을 잡고서 운동을 하도록 되어 있다.

도 2를 참조하면, 모타(50)의 회전력을 발판의 회동운동으로 변환하기 위한 전동수단이 도시되어 있다. 전동수단은 모타(50)의 회전축에 연결된 구동축(51)과 구동축(51)과 일정거리 이격되어 평행하게 설치된 종동축(44)을 포함한다. 구동축(51)에는 구동풀리(52)가 고정 설치되어 있고, 종동축(44)에는 종동풀리(54)가 고정 설치되어 있다. 또한, 구동풀리(52)와 종동풀리(52)에는 벨트(56)가 감겨져 서 구동축(51)의 회전력을 종동축(44)에 전달하도록 되어 있다. 종동축(44)의 양단에는 종동축(44)의 회전 중심선과 일정거리 편심된 회전중심선을 갖는 편심축(46)이 연장되도록 형성되어 있다. 각각의 편심축(56)에는 링크(48)의 일단이 회동가능하게 설치되어 있다. 또한, 각각의 링크(48)의 타단에는 고정브라켓(61)이 회동가능하게 설치되어 있고 각각의 브라켓(61)은 발판(10)의 일측단 하부면에 고정된다. 따라서, 모타(50)가 회전하면 모타의 회전력은 구동축(51), 구동풀리(52), 벨트(56), 종동풀리(54), 종동축(44), 편심축(56) 순서로 전달되고, 편심축(56)에 고정된 링크(48)에 의하여 발판(10)을 상하로 회동운동하도록 한다.

도 3을 참조하여, 본 실시예의 시소운동장치는 마이크로 프로세서를 포함하는 제어기(80)와, 제어기의 제어명령을 받아서 모타(50)를 구동하기 위한 드라이버(81)와, 모타의 회전축의 회전속도를 측정하기 위한 홀센서(73)를 포함한다. 모타의 회전력을 전달받은 전동수단(70)은 앞에서 설명한 바와 같이 편심축(56)과 링크(48)에 의하여 발판(10)을 상하로 시소운동하도록 한다.

본 실시예의 시소운동장치의 피드백 제어 동작에 대하여 설명한다. 시소운동장치의 입력장치(30)로 발판의 진동 주파수가 입력되면, 제어기(80)는 진동 주파수에 대응하는 모타의 회전속도를 연산하고, 드라이버(81)에 모타를 제어하기 위한 제어신호를 출력한다. 시소운동장치의 발판에 올라선 사용자의 체중이나 자세에 따라서 모타에 작용하는 부하가 다르므로, 모타는 지령된 주파수에 해당하는 회전속도에서 정확히 운전되지 못하고 부하에 따라서 약간씩 다른 주파수에서 운전된다. 정확한 임상결과를 얻기 위하여는 발판이 정확한 주파수로 동작하도록 하는 것이 필요하다. 홀센서(73)는 모타의 회전속도를 측정하여 제어기(80)로 입력한다. 제어기(80)는 입력받은 회전속도와 맴브렌인 스위치(30)로 입력받은 운동 주파수를 비교하여, 입력받은 주파수와 측정된 회전속도에 대응하는 주파수가 다를 경우 이를 일치시키기 위한 제어신호를 연산하고, 연산된 제어신호를 드라이버(81)로 제공한다. 드라이버(81)는 제공된 제어신호에 따라서 모타(50)의 회전을 제어한다. 상기와 같은 피드백 과정이 연속되어 시소운동장치는 입력받은 주파수에서 발판이 진동운동하도록 한다.

본 고안에 따르면 모타의 회전속도를 피드백하여 제어하도록 된 시소운동장치를 제공하여, 서로 다른 체중을 갖는 사용자나, 동일한 사용자의 자세 변화에 대하여 동일한 주파수로 운전이 가능하다. 따라서, 사용자에게 정확한 진동 자극을 제공하여 정확한 임상 결과를 얻을 수 있게 한다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 고안의 일 실시예는 본 고안의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 고안의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 고안의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 고안의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 고안고안호범위에 속하게 될 것이다.

Claims (3)

1. 프레임의 상부면 중심에 양단이 회동운동하도록 설치된 발판과,

   상기 프레임의 내부에 설치되어 상기 발판의 양단이 회동운동하도록 구동하기 위한 전동수단과,

   상기 전동수단에 동력을 제공하기 위한 모타와,

   제어신호를 입력받아 상기 모타를 구동하기 위한 드라이버와,

   상기 모타의 회전 속도를 검출하기 위한 회전속도검출수단과,

   진동자극 운동 모드에 따른 주파수 정보를 입력받기 위한 입력수단과, 상기 입력수단으로부터 입력받은 주파수 정보와 상기 회전속도검출수단으로부터 입력받은 회전속도정보를 비교하여 입력받은 주파수에 대응하는 회전속도로 모타를 회전시키도록 드라이버를 제어하기 위한 제어신호를 연산하고, 연산된 제어신호를 드라이버에 출력하기 위한 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시소운동장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전동수단은, 상기 모타에 연결되어 회전가능하게 설치된 구동축과, 상기 구동축에 고정 설치된 구동풀리와, 상기 구동축에서 일정거리 평행하게 이격되어 회전가능하게 설치된 종동축과, 상기 종동축에 고정 설치된 종동풀리와, 상기 구동풀리와 종동풀리에 감긴 벨트와, 상기 종동축의 양단에서 편심되도록 연장된 한쌍의 편심축과, 일단이 상기 한쌍의 편심축 각각에 설치된 한 쌍의 링크를 더 포 함하고,

   상기 발판의 일단부에 상기 한 쌍의 링크의 타단이 고정된 것을 특징으로 하는 시소운동장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 회전속도감지수단은 모타의 회전축의 회전을 감지하기 위한 홀센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 시소운동장치.

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