KR20090044644A

KR20090044644A - 트레드밀 및 이의 구동방법

Info

Publication number: KR20090044644A
Application number: KR1020070110827A
Authority: KR
Inventors: 강성철; 류동석
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2007-11-01
Filing date: 2007-11-01
Publication date: 2009-05-07
Also published as: KR100934009B1

Abstract

본 발명은 트레드밀에 관한 것으로서, 트래드밀은 고정 프레임; 상기 고정 프레임의 하부에 설치되는 복수 개의 롤러와, 상기 롤러에 감겨 회전하는 벨트 및 상기 롤러를 구동시키는 액추에이터를 포함하여 사용자가 걷거나 달릴 수 있는 뜀틀부; 상기 고정 프레임의 상부에 설치되어 가상 환경을 시뮬레이션하는 화면을 제공하는 컴퓨터 서버부; 및 상기 뜀틀부의 내측에 설치되어 상기 시뮬레이션된 가상 환경에 따라 상기 뜀틀부의 바닥 감쇠력을 변경시키는 바닥재질감 변경부를 포함한다.

트래드밀, 가상환경, 시뮬레이션, 바닥재질감

Description

트레드밀 및 이의 구동방법 {TREADMILL AND DRIVING METHOD THEREOF}

본 발명은 트레드밀 및 이의 구동방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 벨트의 회전량에 따라 변화하는 가상환경을 제공하고, 상기 변화하는 가상환경의 상황에 따라 뜀틀바닥의 재질감을 변경할 수 있는 트레드밀 및 이의 구동방법에 관한 것이다.

대표적인 유산소 운동인 달리기는 운동량이 절대적으로 부족한 현대인들에게 가장 유익한 운동의 하나로 알려져 있으나, 바쁘게 살아가는 현대인들은 달리기를 위한 적절한 야외공간을 찾기 힘들뿐만 아니라 운동을 위한 시간이 부족한 경우가 많아 실제로 운동을 하지못하고 있는 실정이다. 이러한 사람들에게 실내의 한정된 공간에서 걷거나 달리기를 통한 전신운동을 할 수 있도록 하고자 트레드밀(treadmill)이 고안되었다.

통상 트레드밀은 복수 개의 회전하는 롤러에 감긴 벨트가 설치된 뜀틀부, 이 뜀틀부를 지지하는 고정 프레임, 상기 뜀틀부에서 사용자가 넘어지지 않고 안전하 게 운동할 수 있도록 사용자를 뜀틀부로 유도하는 안내 손잡이 및 상기 뜀틀부의 전방에 설치되어 운동시간과 속도 및 기기의 작동상황을 보여주는 제어판으로 구성된다.

종래의 트레드밀은 단순한 하체운동(달리기)만을 반복하게 하는 기능만을 제공하기 때문에, 사용자가 지루함을 느끼고 쉽게 운동을 그만두게 되는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 가상환경을 도입하여 사용자의 운동하는 속도에 맞추어 다양한 시각환경을 제공함으로써, 운동에 흥미를 유발시키는 방법이 제안된 바 있다. 그러나, 상기와 같이 단순히 시각환경만을 제공하는 경우, 사용자에게 실제로 외부에서 운동하는 것과 같은 몰입감을 주기에는 부족한 문제점이 있다.

한편, 종래의 트래드밀은 사용자가 운동할 때 발생하는 충격으로 인한 피로감과 무릎 관절과 같은 신체 손상을 발생시키는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 시각을 통해 가상환경과 연동할 뿐만 아니라 실제 운동하는 바닥판의 재질감을 변경함으로써 가상환경의 몰입감을 극대화하며, 운동에서 발생하는 충격으로 인한 피로감과 신체손상을 최소화할 수 있는 트레드밀을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 트래드밀은 고정 프레임; 상기 고정 프레임의 하부에 설치되는 복수 개의 롤러와, 상기 롤러에 감겨 회전하는 벨트 및 상기 롤러를 구동시키는 액추에이터를 포함하여 사용자가 걷거나 달릴 수 있는 뜀틀부; 상기 고정 프레임의 상부에 설치되어 가상 환경을 시뮬레이션하는 화면을 제공하는 컴퓨터 서버부; 및 상기 뜀틀부의 내측에 설치되어 상기 시뮬레이션된 가상 환경에 따라 상기 뜀틀부의 바닥 감쇠력을 변경시키는 바닥재질감 변경부를 포함한다.

또한, 상기 바닥재질감 변경부는, 상기 벨트의 사이에 설치되는 공압 매트; 상기 공압 매트에 공기를 채우는 압축기; 및 상기 공압 매트 내의 압력을 조절하는 밸브를 포함할 수 있다.

또한, 상기 바닥재질감 변경부는, 상기 벨트의 사이에 설치되는 유압 매트; 상기 유압 매트에 유체를 채우는 압축기; 및 상기 유압 매트 내의 압력을 조절하는 밸브를 포함할 수 있다..

또한, 상기 뜀틀부는, 상기 벨트의 처짐을 방지하는 지지 플레이트; 및 상기 지지 플레이트에 복수 개로 정렬되어 상기 벨트와의 마찰을 감소시키는 아이들 풀리를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 바닥재질감 변경부는, 상기 지지 플레이트의 하부에 배치되어 상하로 이동할 수 있는 예압판; 및 상기 지지 플레이트와 상기 예압판 사이에 설치되어 상기 예압판의 이동에 따라 가변되는 탄성 부재를 포함할 수 있다.

또한, 상기 바닥재질감 변경부는, 상기 지지 플레이트의 하부에 연결되는 엠알 댐퍼; 및 상기 엠알 댐퍼에 전기신호를 가하여 감쇠력을 조정하는 엠알 댐퍼 조절기를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여 트래드밀의 구동 방법을 제공한다. 본 발명의 실시예에 따른 트래드밀의 구동방법은 상기 트래드밀의 뜀틀부를 구동시키는 단계; 상기 뜀틀부의 회전속도를 측정하는 단계; 상기 측정된 회전속도의 정보에 근거하여 시뮬레이션된 가상환경을 사용자에게 제공하는 단계; 및 상기 시뮬레이션된 가상환경에 연동하여 상기 뜀틀부의 바닥재질감을 변경시키는 단계를 포함한다.

또한, 상기 뜀틀부의 바닥재질감은 공압 또는 유압에 의해 가변될 수 있다.

또한, 상기 뜀틀부의 바닥재질감은 자기장에 따라 점성이 변화되는 엠알 유체의 감쇠력에 의해 가변될 수 있다.

또한, 상기 뜀틀부의 바닥재질감은 스프링의 탄성력에 의해 가변될 수 있다.

또한, 상기 뜀틀부의 회전속도는 상기 뜀틀부에 장착된 회전 센서에 의해 측정될 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 트래드밀 및 이의 구동방법은 가상 환경과 연동하는 뜀틀 바닥판의 재질감을 제공함으로써, 가상 환경의 몰입감을 높이고 운동에 대한 흥미를 유발하여 운동의 지루함을 제거하고, 바닥의 충격에서 발생하는 피로감과 신체손상을 최소화하여 건강증진에 기여하는 효과를 제공한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 트래드밀에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 트래드밀의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 트래드밀의 부분 단면도이고, 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 트래드밀의 부분 단면도이며, 도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 트래드밀의 부분 단면도이다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 트래드밀(100)은 고정 프레임(10), 고정 프레임(10)의 하부에 설치되는 뜀틀부(20), 뜀틀부(20)의 내측에 설치되는 바닥재질감 변경부(30), 고정 프레임(10)의 상부에 설치되어 가상환경을 시 뮬레이션하는 컴퓨터 서버부(40) 및 상기 뜀틀부(20)와 바닥재질감 변경부(30)를 제어하는 제어부(50)를 포함한다.

고정 프레임(10)은 뜀틀부(20)와 컴퓨터 서버부(40) 및 제어부(50)의 하중을 지지하는 뼈대로서, 그 양측 상부에는 사용자가 뜀틀부(20)의 위를 걷거나 달릴 때 소정의 위치를 벗어나지 않도록 가이드하면서 위험상황에서 사용자가 잡을 수 있는 안내 손잡이(11)가 설치된다.

컴퓨터 서버부(40)는 가상환경을 시뮬레이션하는 컴퓨터(41), 화면을 제시하는 모니터(42) 및 상기 제어부(50)와 통신하는 통신장치(미도시)를 포함한다. 상기 모니터(42)의 양측에는 사용자가 용이하게 청취할 수 있도록 배열된 스피커부(43)가 설치된다.

컴퓨터(41)는 그 외부 또는 내부에 설치된 통신장치를 통하여 제어부(50)와 통신하게 되는데, 사용자가 운동하는 뜀틀부(20)의 회전속도를 제어부(50)로부터 입력받아 그 회전속도에 따라 가상환경을 시뮬레이션하여 모니터(42)로 출력한다. 가상환경은 다양한 야외 상황, 일례로 숲속, 풀밭, 호숫가, 사막, 눈길, 체육관, 경기트랙, 아스팔트길 등과 같은 실제 장소일 수 있을 뿐만 아니라 우주, 달 표면, 물속, 인체 내부, 원자세계, 은하, 영화속 공간 등과 같이 현실에서 가볼 수 없는 장소일 수도 있다.

사용자는 시뮬레이션된 가상환경을 보면서 걷거나 달릴 수 있으므로, 가상환경 속에서 실제로 걷거나 달리는 것과 같은 느낌을 얻을 수 있다. 한편, 사용자가 상기 가상환경 속에서 운동하는 동안, 흙길, 아스팔트길, 진흙길, 풀밭길, 돌길, 등과 같은 다양한 재질의 바닥을 지나갈 수 있으며, 이때 컴퓨터(41)는 이러한 바닥재질의 정보를 통신장치를 통하여 제어부(50)에 전달한다. 제어부(50)는 바닥재질의 정보에 따라 바닥재질감 변경부(30)를 작동하여 뜀틀부(20) 바닥의 재질감을 변경한다. 상기 바닥재질감 변경부(30)에 대해서는 뒤에서 자세히 설명하기로 한다.

도 2를 참고하면, 뜀틀부(20)는 양단에 위치하는 한 쌍의 롤러(21)와, 롤러(21)에 감겨 회전하는 벨트(22) 및 상기 롤러(21)를 구동시키는 액추에이터(23)를 포함한다. 액추에이터(23)로는 모터가 사용될 수 있다.

한 쌍의 롤러(21)는 일정한 거리를 두고 평행하게 이격 배치되고, 상기 벨트(22)는 롤러(21)에 감겨 롤러(21)의 회동에 따라 회전한다. 사용자는 제어부(50)를 통하여 상기 액추에이터(23)를 조절함으로써, 벨트(22)를 구동시킨다.

사용자가 벨트(22) 위에서 운동할 때, 제어부(50)는 벨트(22)의 회전속도 정보를 컴퓨터 서버부(40)에 전달한다. 제어부(50)가 벨트(22)의 회전속도 정보를 획득하는 방법으로는, 사용자가 조절한 벨트(22)의 회전속도명령을 통하여 회전속도를 환산하는 방법, 액추에이터(23)의 전력을 감지하여 회전속도를 감지하는 방법, 또는 롤러(21) 및 벨트(22)의 회전속도를 직접 감지하는 회전센서를 통하여 감지하는 방법이 있다.

한편, 이와 같이 사용자가 상기 벨트(22) 위에서 운동하는 경우, 벨트(22)의 장력만으로 사용자의 무게를 지지하면 벨트(22)의 처짐 현상이 발생하고, 벨트(22)가 쉽게 파손될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 뜀틀부(20)는 벨트(22)의 하부 에 사용자의 무게를 지지하는 지지 프레임(25)을 포함하여 벨트(22)의 손상을 줄이고 수명을 연장한다. 또한, 지지 프레임(25)에는 소정 간격으로 복수 개의 아이들 풀리(idle pulley, 26)가 설치되어, 벨트(22)와 지지 프레임(25) 사이의 마찰을 최소화할 수 있다.

그리고, 바닥재질감 변경부(30)는 사용자의 운동시 발생하는 하중을 흡수할 때, 실시간으로 자체 완충력을 가변시켜 뜀틀부(20)의 바닥재질감을 변경시킨다.

즉, 바닥재질감 변경부(30)는 뜀틀부(20)의 벨트(21) 사이의 공간, 즉 사용자가 주행하는 벨트(21)의 윗면과 아랫면 사이의 공간에 설치되어, 사용자가 뜀틀부(20)에서 주행할 때 밟게 되는 벨트(22)와 고정 프레임(10) 사이의 탄성 또는 감쇠력을 변경함으로써 바닥재질감을 제공한다. 한편, 뜀틀부(20)가 지지 프레임(25)을 구비한 경우, 바닥재질감 변경부(30)는 지지 프레임(25)과 고정 프레임(10) 사이에 설치된다.

바닥재질감은 다양한 방법으로 변경될 수 있으며, 그 변경 방법의 예로써 유압 또는 공압을 이용하는 방법, 모터를 이용하는 방법, 엠알 댐퍼(Magnetorheological Damper; MR Damper)를 이용하는 방법이 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 바닥재질감 변경부(30)는 지지 프레임(25)의 하부에 장착되는 공압 또는 유압 매트(31)와, 상기 공압 또는 유압 매트(31)의 강성을 변화시키기 위하여 작동 유체의 압력을 조절하는 밸브(32) 및 상기 공압 또는 유압 매트(31)의 내부를 작동 유체로 채우기 위한 압축기(33)를 포함한다.

컴퓨터 서버부(100)로부터 가상환경의 상황에 따른 바닥재질감의 정보가 제 어부(50)에 전달되면, 이에 상응하는 바닥재질감을 제공할 수 있도록 제어부(50)가 상기 바닥재질감 변경부(30)의 밸브(32)를 단속함으로써, 공압 또는 유압 매트(31) 내부의 압력을 변경하여 탄성 및 감쇠력을 변경한다.

일례로, 가상환경이 바닥이 딱딱한 아스팔트 길인 경우, 공압 또는 유압매트는 아스팔트 길과 같이 딱딱하게 될 때까지 작동 유체가 채워진다. 한편, 가상환경이 탄력이 있는 진흙길인 경우, 공압 또는 유압 매트는 진흙길과 같이 탄성이 있을 정도로만 작동 유체가 채워진다.

도 3을 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 바닥재질감 변경부(60)는 지지 프레임(25)의 하부에 소정 간격을 두고 배치되는 예압판(61)과, 예압판(61)을 이동시키는 구동 모터(62)와, 예압판(61)과 구동 모터(62) 사이에 설치되어 구동 모터(62)의 회전 운동을 상하 운동으로 변경시키는 연결부(63) 및 상기 지지 프레임(25)과 예압판(61) 사이에 설치되는 스프링(64)을 포함한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 바닥재질감 변경부(60)는 가상환경에 따라 예압판(61)을 이동시켜 스프링(64)의 탄성 복원력을 가변시킴으로써, 바닥의 재질감을 변경시킨다.

도 4를 참고하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 바닥재질감 변경부(70)는 엠알 댐퍼(71)를 이용하여 바닥의 재질감을 변경시킨다. 엠알 댐퍼(71) 내에는 엠알 유체(Magnetorheological fluid)가 충진되며, 이 엠알 유체는 주변에 작용하는 자기장에 따라 점성이 변화된다. 엠알 유체를 전자석과 같이 배치하여, 전기신호를 변화시키면 감쇠력을 변화시킬 수 있다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 바닥재질감 변경부(70)는 지지 프레임(25)과 고정 프레임(10) 사이의 감쇠력을 유발하는 엠알 댐퍼(71)와, 상기 뜀틀부(20)의 지지 프레임(25)과 고정 프레임(10)을 연결하면서 상기 지지 프레임(25)이 벨트(22) 하단의 적절한 위치로 복원하도록 하는 스프링(72) 및 엠알 댐퍼(71)에 소정의 전기 신호를 가하여 감쇠력을 조정하는 엠알 댐퍼 조절기(73)를 포함한다.

컴퓨터 서버부(40)로부터 가상환경의 상황에 따른 바닥재질감의 정보가 제어부(50)에 전달되면, 이에 상응하는 바닥재질감을 제공할 수 있도록 제어부(50)가 엠알 댐퍼 조절기(73)를 제어하여, 엠알 댐퍼(73)의 감쇠력을 변경함으로써, 상기 뜀틀부(20)의 지지 프레임(25)과 고정 프레임(10) 사이의 탄성 및 감쇠력을 변경시킨다.

지금까지 본 발명의 실시예에 따른 트래드밀(100)의 구성을 살펴보았으며, 이하에서는 도 5를 참고하여 트래드밀의 구동방법에 대하여 설명한다.

먼저, 사용자가 본 발명의 실시예에 따른 트레드밀(100)의 뜀틀부(20) 위에 올라서서 기기를 작동시킨 후 제어부(50)의 운동속도 조절장치를 통해 원하는 속도를 명령한다.

제어부(50)의 모터제어장치는 뜀틀부(20)의 액추에이터(23)를 제어하여 롤러(21)를 구동시키고, 이에 따라 벨트(22)가 회전하면서 사용자는 그 위를 걷거나 뛰는 운동을 할 수 있다. 이때, 상기 벨트(22)의 회전속도는 롤러(21)에 부착된 회전 센서로부터 감지하거나, 운동속도 조절장치의 속도명령으로부터 롤러(21)의 회전속도를 측정하여 환산할 수 있다.

벨트(22)의 회전속도정보는 컴퓨터 서버부(40)에 전달되며, 컴퓨터 서버부(40)는 이를 이용하여 가상환경을 시뮬레이션한다. 시뮬레이션된 가상환경은 적절한 화면과 소리를 통해 사용자에게 제공되어, 사용자는 야외장소에서 운동하는 것과 같은 몰입감을 느낄 수 있다.

또한, 컴퓨터 서버부(40)는 상기 시뮬레이션된 가상환경 속의 바닥재질감 정보를 제어부(50)에 전달한다. 제어부(50)는 바닥재질감 정보에 합당하는 재질감을 구현할 수 있도록 바닥재질감 변경부(30)를 제어함으로써, 사용자의 운동에서 발생하는 운동하중을 다양한 감쇠력 및 완충력으로 흡수한다. 따라서, 사용자는 가상환경 속에서의 현재 위치한 바닥의 재질감을 실감나게 느낄 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 트래드밀의 사시도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 트래드밀의 부분 단면도이다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 트래드밀의 부분 단면도이다.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 트래드밀의 부분 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 트래드밀의 작동 원리를 설명하기 위한 블럭도이다.

Claims

고정 프레임;

상기 고정 프레임의 하부에 설치되는 복수 개의 롤러와, 상기 롤러에 감겨 회전하는 벨트 및 상기 롤러를 구동시키는 액추에이터를 포함하여 사용자가 걷거나 달릴 수 있는 뜀틀부;

상기 고정 프레임의 상부에 설치되어 가상 환경을 시뮬레이션하는 화면을 제공하는 컴퓨터 서버부; 및

상기 뜀틀부의 내측에 설치되어 상기 시뮬레이션된 가상 환경에 따라 상기 뜀틀부의 바닥 감쇠력을 변경시키는 바닥재질감 변경부를 포함하는 것을 특징으로 하는 트레드밀.
제1항에 있어서,

상기 바닥재질감 변경부는,

상기 벨트의 사이에 설치되는 공압 매트;

상기 공압 매트에 공기를 채우는 압축기; 및

상기 공압 매트 내의 압력을 조절하는 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 트레드밀.
제1항에 있어서,

상기 바닥재질감 변경부는,

상기 벨트의 사이에 설치되는 유압 매트;

상기 유압 매트에 유체를 채우는 압축기; 및

상기 유압 매트 내의 압력을 조절하는 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 트레드밀.
제1항에 있어서,

상기 뜀틀부는,

상기 벨트의 처짐을 방지하는 지지 플레이트; 및

상기 지지 플레이트에 복수 개로 정렬되어 상기 벨트와의 마찰을 감소시키는 아이들 풀리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트레드밀.
제4항에 있어서,

상기 바닥재질감 변경부는,

상기 지지 플레이트의 하부에 배치되어 상하로 이동할 수 있는 예압판; 및

상기 지지 플레이트와 상기 예압판 사이에 설치되어 상기 예압판의 이동에 따라 가변되는 탄성 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 트레드밀.
제4항에 있어서,

상기 바닥재질감 변경부는,

상기 지지 플레이트의 하부에 연결되는 엠알 댐퍼; 및

상기 엠알 댐퍼에 전기신호를 가하여 감쇠력을 조정하는 엠알 댐퍼 조절기를 포함하는 것을 특징으로 하는 트래드밀.
트래드밀의 구동 방법에 있어서,

상기 트래드밀의 뜀틀부를 구동시키는 단계;

상기 뜀틀부의 회전속도를 측정하는 단계;

상기 측정된 회전속도의 정보에 근거하여 시뮬레이션된 가상환경을 사용자에게 제공하는 단계; 및

상기 시뮬레이션된 가상환경에 연동하여 상기 뜀틀부의 바닥재질감을 변경시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 트래드밀의 구동방법.
제7항에 있어서,

상기 뜀틀부의 바닥재질감은 공압 또는 유압에 의해 가변되는 것을 특징으로 하는 트래드밀의 구동방법.
제7항에 있어서,

상기 뜀틀부의 바닥재질감은 자기장에 따라 점성이 변화되는 엠알 유체의 감쇠력에 의해 가변되는 것을 특징으로 하는 트래드밀의 구동방법.
제7항에 있어서,

상기 뜀틀부의 바닥재질감은 스프링의 탄성력에 의해 가변되는 것을 특징으로 하는 트래드밀의 구동방법.
제7항에 있어서,

상기 뜀틀부의 회전속도는 상기 뜀틀부에 장착된 회전 센서에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는 트래드밀의 구동방법.