KR20150128438A

KR20150128438A - 전방향 트레드밀

Info

Publication number: KR20150128438A
Application number: KR1020140055819A
Authority: KR
Inventors: 김용훈; 구경본
Original assignee: 김용훈; 구경본
Priority date: 2014-05-09
Filing date: 2014-05-09
Publication date: 2015-11-18
Also published as: KR101595862B1

Abstract

본 발명은 가상현실 게임 등을 수행하는 도중에 사용자의 걷기, 뛰기, 점프 등을 전방향에 걸쳐 안정되게 구현함과 더불어 사용자가 프레임의 외측으로 이탈됨을 확실하게 방지할 수 있는 전방향 트레드밀에 관한 것이다.
본 발명에 의한 전방향 트레드밀은, 복수의 볼로 이루어진 볼어레이; 상기 볼어레이의 볼들을 회전가능하게 수용하는 프레임; 열단위의 볼들을 제1방향을 따라 회전시키는 복수의 제1구동축을 가지고, 상기 복수의 제1구동축은 프레임의 제1중심선을 기준으로 복수의 일측 제1구동축과 복수의 타측 제1구동축으로 구분되며, 복수의 일측 제1구동축과 복수의 타측 제1구동축은 제1전동기구를 통해 상호 대향하는 방향으로 회전하도록 구성되는 제1구동유닛; 및 행단위의 볼들을 제2방향을 따라 회전시키는 복수의 제2구동축을 가지고, 상기 복수의 제2구동축은 프레임의 제2중심선을 기준으로 복수의 일측 제2구동축과 복수의 타측 제2구동축으로 구분되며, 복수의 일측 제2구동축과 복수의 타측 제2구동축은 제2전동기구를 통해 상호 대향하는 방향으로 회전하도록 구성되는 제2구동유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전방향 트레드밀{OMNI-DIRECTIONAL TREADMILL}

본 발명은 가상현실 게임 등에 이용되는 트레드밀에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가상현실 게임 등을 수행하는 도중에 사용자의 걷기, 뛰기, 점프 등을 전방향에 걸쳐 안정되게 구현함과 더불어 사용자가 프레임의 외측으로 이탈됨을 확실하게 방지할 수 있는 전방향 트레드밀에 관한 것이다.

가상현실(virtual reality)은 어떤 특정한 환경이나 상황을 컴퓨터에 의해 사용자가 마치 실제 주변 상황, 환경 등과 상호 작용을 하고 있는 것처럼 구현하여 주는 인간-컴퓨터 사이의 인터페이스를 의미한다.

사용 목적은 사람들이 일상적으로 경험하기 어려운 환경을 직접 체험하지 않고서도 그 환경에 들어와 있는 것처럼 보여주고 조작할 수 있게 해주는 것이다. 구체적인 예로서, 탱크항공기의 조종법 훈련, 가구의 배치 설계, 수술 실습, 게임 등 다양하다. 가상현실 시스템에서는 인간 참여자와 실제가상 작업공간이 하드웨어로 상호 연결된다. 또한 가상적인 환경에서 일어나는 일을 참여자가 주로 시각으로 느끼도록 하며, 보조적으로 청각촉각 등을 사용한다.

시스템은 사용자의 시점이나 동작의 변화를 감지하여 그에 대응하는 적절한 변화를 가상환경에 줄 수 있다. 또한 사용자의 현실감을 높여 주기 위해서 입체표시장치, 두부장착교시장치(Head-mounted display) 등의 이펙터(effector)들을 사용하며, 사용자의 반응을 감지하기 위해서 데이터 장갑(data glove), 두부위치센서 등의 센서(sensor) 등을 사용한다.

그리고, 가상현실 상황에서 이동문제를 현실감 있게 구현함은 물론 물리적 이동공간의 한계를 극복하기 위한 트레드밀이 이용되고 있다.

이러한 트레드밀은 사용자의 걷기, 달기기, 점프 등과 같은 움직임을 시스템이 보다 효과적으로 인식시키게 구성되고, 특히 사용자의 움직임을 안정되게 구현할 수 있도록 구성된다.

하지만, 종래의 트레드밀은 그 구조가 매우 복잡하여 제조단가가 매우 높음에 따라 상품화하기엔 경제성이 낮고, 미끄러지는 바닥판 등을 구비하여 그 구조가 단순한 경우에도 사용자의 안전을 위해 사용자의 허리 등에 다수의 안전 홀딩장치 등이 장착됨에 따라 착용감이나 동작 자유도가 낮아지는 단점이 있었다.

또한, 종래의 트레드밀 중에는 사용자가 트레드밀에서 움직이는 도중에 프레임의 외측으로 이탈되는 경우도 발생하여 사용자가 넘어져 다칠 위험이 높은 단점이 있었다.

US 7780573 B1(2010. 8. 24)

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 여러 단점들을 일시에 해결할 수 있도록 연구개발된 것으로, 사용자의 전방향 움직임을 보다 안정되게 유지할 수 있고, 사용자가 프레임 위에서 움직일 때 사용자의 움직임을 프레임의 중심방향으로 유도하여 외부 이탈을 효과적으로 방지할 수 있는 전방향 트레드밀을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 볼어레이 이송장치는,

복수의 볼이 일정간격으로 이격되어 행과 열 구조로 배열되어 이루어진 볼어레이;

상기 볼어레이의 볼들을 회전가능하게 수용하는 프레임;

열단위의 볼들을 제1방향을 따라 회전시키는 복수의 제1구동축을 가지고, 상기 복수의 제1구동축은 프레임의 제1중심선을 기준으로 복수의 일측 제1구동축과 복수의 타측 제1구동축으로 구분되며, 복수의 일측 제1구동축과 복수의 타측 제1구동축은 제1전동기구를 통해 상호 대향하는 방향으로 회전하도록 구성되는 제1구동유닛; 및

행단위의 볼들을 제2방향을 따라 회전시키는 복수의 제2구동축을 가지고, 상기 복수의 제2구동축은 프레임의 제2중심선을 기준으로 복수의 일측 제2구동축과 복수의 타측 제2구동축으로 구분되며, 복수의 일측 제2구동축과 복수의 타측 제2구동축은 제2전동기구를 통해 상호 대향하는 방향으로 회전하도록 구성되는 제2구동유닛;을 포함하고,

상기 제1전동기구는 복수의 제1구동축에 개별적으로 마련된 복수의 제1풀리와, 상기 복수의 제1풀리에 감겨지는 한 쌍의 제1전동벨트와, 복수의 제1구동축에 구동력을 전달하는 제1구동모터를 가지며,

상기 제2전동기구는 복수의 제2구동축에 개별적으로 마련된 복수의 제2풀리와, 상기 복수의 제2풀리에 감겨지는 한 쌍의 제2전동벨트와, 복수의 제2구동축에 구동력을 전달하는 제2구동모터를 가지고,

상기 복수의 제1 및 제2 풀리는 그 위치에 따라 직경이 서로 다르게 이루어지는 것을 특징으로 한다.

제1 및 제2 풀리들 중에서 프레임의 최외측에 위치한 제1 및 제2 풀리의 직경이 가장 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.

제1전동기구는 프레임의 제1중심선에 대해 서로 대칭적으로 인접한 일측 제1구동축의 단부와 타측 제1구동축의 단부 각각에 연결되어 서로 치합된 복수의 제1전동기어와, 일측 제1구동축의 단부에 개별적으로 마련된 일측 제1풀리들과, 타측 제1구동축의 단부에 개별적으로 마련된 타측 제1풀리들과, 복수의 일측 제1풀리에 감겨진 일측 제1전동벨트와, 복수의 타측 제1풀리들에 감겨진 타측 제1전동벨트와, 프레임의 제1중심선에 대해 서로 대칭적으로 인접한 일측 제1구동축과 타측 제1구동축 중에서 어느 하나의 제1구동축에 구동력을 전달하는 제1구동모터를 가지며,

제2전동기구는 프레임의 제2중심선에 대해 서로 대칭적으로 인접한 일측 제2구동축의 단부와 타측 제2구동축의 단부 각각에 연결되어 서로 치합된 복수의 제2전동기어와, 일측 제2구동축의 단부에 개별적으로 마련된 일측 제2풀리들과, 타측 제2구동축의 단부에 개별적으로 마련된 타측 제2풀리들과, 복수의 일측 제2풀리에 감겨진 일측 제2전동벨트와, 복수의 타측 제2풀리들에 감겨진 타측 제2전동벨트와, 프레임의 제2중심선에 대해 서로 대칭적으로 인접한 일측 제2구동축과 타측 제2구동축 중에서 어느 하나의 제2구동축에 구동력을 전달하는 제2구동모터를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 사용자의 전방향 움직임을 보다 안정되게 유지할 수 있고, 사용자가 프레임 위에서 움직일 때 사용자의 움직임을 프레임의 중심방향으로 유도하여 외부 이탈을 효과적으로 방지할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전방향 트레드밀을 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 A-A선을 따라 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 B-B선을 따라 도시한 단면도이다.
도 4는 도 1의 C-C선을 따라 도시한 단면도이다.
도 5는 도 1의 D-D선을 따라 도시한 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명하는 데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.

도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 볼어레이 이송장치를 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 볼어레이 이송장치는, 복수의 볼(11)이 일정간격으로 이격되어 행/열 구조로 배열되어 이루어진 볼어레이(10)와, 복수의 볼(11)을 제1방향으로 회전시키도록 구동력을 전달하는 제1구동유닛(20)과, 복수의 볼(11)을 제2방향으로 회전시도록 구동력을 전달하는 제2구동유닛(30)을 포함한다.

볼어레이(10)는 복수의 볼(11)이 일정간격으로 이격되어 행/열 구조로 배열되고, 도 1, 도 2, 도 4에 도시된 바와 같이 프레임(50) 내에 회전가능하게 설치된다. 그리고, 볼(11)의 상단에 피이송물이 안착되도록 볼(11)의 상단이 프레임(50)의 상부에서 노출되게 설치된다.

제1구동유닛(20)은 제1방향(도 2의 화살표 X방향 참조)으로 볼(11)들을 회전시키도록 구동력을 전달한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1구동유닛(20)은 열단위(in column, C1, C2, C3, C4)로 배열된 볼(11)들을 제1방향(화살표 X방향 참조)에서 프레임(50)의 제1중심선(XL)을 향해 회전(도 3의 화살표 K1, K2 방향 참조)시키도록 구동력을 전달하는 복수의 제1구동축(21a, 21b)과, 각 볼(11)을 기준으로 제1구동축(21a, 21b)에 대해 대칭적으로 배열되어 각 볼(11)을 회전지지하는 복수의 제1보조축(22)를 포함한다. 여기서, 프레임(50)의 제1중심선(XL)은 프레임(50)의 화살표 X방향에 평행한 일측변의 중심선을 의미한다.

각 제1구동축(21a, 21b)은 1열(C1), 2열(C2), 3열(C3), 4열(C4) 등과 같은 각 열단위에 배열된 볼(11)들을 직접적으로 회전구동시키도록 설치되고, 이에 복수의 제1구동축(21)은 열단위(C1, C2, C3, C4)들 사이에서 제1방향에 대해 직교하는 방향(도 2의 화살표 Y방향 참조)을 따라 길게 배치된다.

복수의 제1구동축(21a, 21b)은 프레임(50)의 제1중심선(XL)을 기준으로 복수의 일측 제1구동축(21a)과 복수의 타측 제1구동축(21b)으로 구분되고, 복수의 일측 제1구동축(21a)과 복수의 타측 제1구동축(21b)은 제1전동기구(26)에 의해 상호 대향하는 방향으로 회전하도록 구성된다.

제1전동기구(26)는 프레임(50)의 제1중심선(XL)에 대해 서로 대칭적으로 인접한 일측 제1구동축(21a)의 단부와 타측 제1구동축(21b)의 단부 각각에 연결되어 서로 치합된 복수의 제1전동기어(27)와, 복수의 일측 제1구동축(21a)들을 동일방향으로 회전시키도록 설치된 일측 제1전동벨트(26a)와, 복수의 타측 제1구동축(21b)들을 동일한 방향으로 회전시키도록 설치된 타측 제1전동벨트(26b)와, 프레임(50)의 제1중심선(XL)에 인접한 일측 제1구동축(21a)과 타측 제1구동축(21b) 중에서 어느 하나의 제1구동축(21a, 21b)에 구동력을 전달하는 제1구동모터(25)를 가진다.

복수의 제1전동기어(27)는 프레임(50)의 제1중심선(XL)에 인접한 일측 제1구동축(21a)의 단부와 타측 제1구동축(21b)의 단부에 대해 2개, 또는 4개 등과 같이 짝수개가 서로 치합되게 설치됨으로써 일측 제1전동벨트(26a)와 타측 제1전동벨트(26b)가 서로 반대방향으로 회전하도록 구성된다.

대안적인 실시예에 따르면, 복수의 제1전동기어(27) 대신에 십자걸이 벨트(crossed belt)가 설치될 수 있고, 이를 통해 일측 제1구동축(11a) 및 타측 제2구동축(11b)은 십자걸이 벨트에 의해 서로 반대방향으로 회전하도록 구성될 수도 있다. 여기서, 십자걸이 벨트는 일측 제1구동축(21a)과 타측 제1구동축(21b)에 마련된 별도의 풀리에 서로 교차되게 감겨지는 일반적인 십자걸이 벨트를 지칭한다.

일측 제1전동벨트(26a)의 적어도 일부는 각 일측 제1구동축(21a)의 단부에 마련된 일측 제1풀리(26c)들과 일측 제1풀리(26c)들 사이에 배치된 복수의 일측 제1가이드풀리(28a)들 사이에 지그재그식으로 감겨진다. 이와 같이 일측 제1전동벨트(26a)가 일측 제1풀리(26c)과 복수의 일측 제1가이드풀리(28a)들을 거쳐 그 일부가 지그재그식으로 감겨짐에 따라 일측 제1전동벨트(26a)는 일측 제1풀리(26c)의 외주면에 보다 넓은 접촉면을 가질 수 있으므로, 복수의 일측 제1구동축(21a)들을 프레임(50)의 제1중심선(XL)을 향하는 방향으로 보다 안정되게 회전시킬 수 있다.

타측 제1전동벨트(26b)는 각 타측 제1구동축(21b)의 단부에 마련된 타측 제1풀리(26d)과 타측 제1풀리(26d)들 사이에 배치된 복수의 타측 제1가이드풀리(28b)들 사이에 지그재그식으로 감겨지고, 이에 의해 타측 제1전동벨트(26b)는 복수의 타측 제1구동축(21b)들을 프레임(50)의 제1중심선(XL)을 향하는 방향으로 보다 안정되게 회전시킬 수 있다.

이러한 구성에 의해, 제1구동모터(25)의 구동력이 복수의 제1전동기어(27)들 또는 십자걸이 벨트 등을 통해 프레임(50)의 제1중심선(XL)에 인접한 일측 제1구동축(21a)과 타측 제1구동축(21b)은 서로 반대방향(도 2 및 도 3의 화살표 K1, K2 참조)으로 회전하고, 이에 일측 제1전동벨트(26a)를 통해 복수의 일측 제1구동축(21a)은 프레임(50)의 제1중심선(XL)을 향하는 방향(도 2 및 도 3의 K1방향 참조)으로 회전하며, 타측 제1전동벨트(26b)를 통해 복수의 타측 제1구동축(21b)은 프레임(50)의 제1중심선(XL)을 향하는 방향(도 2 및 도 3의 K2방향 참조)으로 회전한다.

한편, 제1풀리(26c, 26d)들은 그 위치에 따라 직경이 다르게 이루어질 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제1풀리(26c, 26d)들은 프레임(50)의 제1중심선(XL)에서 바깥으로 갈수록 그 직경이 점차 감소하고(d1>d2>d3), 이에 의해 프레임(50)의 바깥에 위치한 제1구동축(21a, 21b)의 회전속도가 빨라져 사용자의 외부 이탈을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.

이와 달리, 제1풀리(26c, 26d) 중에서 최외측에 배치된 제1풀리의 직경만이 가장 작게 즉, 최소화되게 형성될 수도 있다(d1=d2>d3). 이는 제1풀리(26c, 26d)의 조립을 보다 간편하게 함과 더불어 그 설치공간의 확보 및 제조비용의 절감을 효과적으로 구현하기 위함이다.

여기서, 제1풀리(26c, 26d) 간의 직경차이가 너무 클 경우 갑작스런 속도변화로 인해 사용자가 중심을 잃을 수 있는 점과 사용자로 전달되는 이송력이 감소되는 점 등을 감안하여 적절한 직경차 조절이 이루어져야 할 것이다.

또한, 일측 벨트(26a) 및 타측 벨트(26b)에는 하나 이상의 제1텐션롤러(29)가 회전접촉하도록 배치됨으로써 일측 벨트(26a) 및 타측 벨트(26b)를 보다 긴장되게 유지되어 일측 제1구동축(21a) 및 타측 제1구동축(21b)을 보다 안정되게 전동시킬 수 있다.

제1보조축(22)과 제1구동축(21a, 21b)은 하나의 볼(11)에 대해 상호 대칭되게 짝을 이루도록 설치됨으로써 제1보조축(22)은 제1구동축(21a, 21b)에 의해 구동하는 볼(11)의 맞은편을 회전지지하는 기능을 한다. 그리고, 제1보조축(22)은 제1구동축(21a, 21b)과 마찬가지로 제1방향에 대해 직교하는 방향(도 2에서 화살표 Y방향 참조)을 따라 설치되어 제1구동축(21)와 평행하게 배치된다.

특히, 제1보조축(22)은 제1구동모터(25) 및 제1전동기구(26)에 연결되지 않아 단순히 아이들링 회전하도록 구성되고, 이에 볼(11) 측으로 구동력을 전달하지 않는다. 즉, 제1보조축(22)은 제1구동축(21a, 21b)의 맞은편에 대칭적으로 배치되어 볼(11)을 안정적으로 회전지지하여 볼(11)의 동적인 평형을 유지시키는 역할을 한다. 그리고, 제1보조축(22)의 양단부는 프레임(50)에 회전가능하게 지지되게 설치된다.

대안적인 실시예에 따르면, 제1보조축(22)은 제1구동모터(25)의 구동력을 전달받도록 구성될 수 있다. 요컨대, 요컨대, 제1보조축(22)은 제1구동축(21a, 21b)과 함께 볼(11)을 직접적으로 회전구동시키도록 설치될 수 있고, 특히 제1보조축(22)은 제1구동축(21)과 동일한 회전방향으로 회전하도록 구성됨으로써 볼(11)의 회전력을 증대시킬 수 있다.

이를 구체적으로 살펴보면, 제1보조축(22)과 제1구동축(21a, 21b)이 각 볼(11)에 대해 대칭적으로 회전접촉하도록 설치되고, 제1보조축(22)은 별도의 보조 전동기구(복수의 보조 풀리 및 복수의 보조 감기전동절 등)에 의해 제1구동축(21)에 연결됨으로써 제1구동모터(25)의 구동력을 제1구동축(21)을 통해 전달받도록 구성될 수 있다.

이와 같이 제1보조축(22)과 제1구동축(21a, 21b)이 볼(11)을 함께 회전구동시킴에 따라 볼(11)의 회전력을 더욱 증대시킬 수 있고, 이를 통해 볼어레이(10)의 볼(11)에 대한 구동성능을 보다 안정적이고 효율적으로 수행할 수 있다. 특히, 각 볼(11)에 대해 하나의 제1구동축(21a, 21b)만으로는 구동력이 약할 경우 예컨대, 구동모터의 출력이 약하거나 볼의 회전 시에 저항(또는 방해)를 일으키는 요소가 많을 경우에 제1보조축(22)과 제1구동축(21a, 21b)에 의해 함께 볼을 회전구동시킴으로써 볼(11)의 회전력 증대에 더욱 기여할 수 있는 장점이 있다.

제2구동유닛(30)은 제2방향(도 2의 화살표 Y방향 참조)을 따라 볼(11)들을 회전시키도록 구동력을 전달한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제2구동유닛(30)은 행단위(R1, R2, R3, R4)로 배열된 볼(11)들을 제2방향(화살표 Y방향 참조)에서 프레임(50)의 제2중심선(YL)을 향해 회전구동시키도록 구동력을 전달하는 복수의 제2구동축(31a, 31b)과, 각 볼(11)을 기준으로 제2구동축(31a, 31b)에 대해 대칭적으로 배열되어 각 볼(11)을 회전지지하는 복수의 제2보조축(32)를 포함한다. 여기서, 프레임(50)의 제2중심선(YL)은 프레임(50)의 화살표 Y방향에 평행한 타측변의 중심선을 의미한다.

각 제2구동축(31a, 31b)은 1행(R1), 2행(R2), 3행(R3), 4행(R4) 등과 같은 각 행단위에 배열된 볼(11)들에 회전력을 전달하여 볼(11)들이 회전하도록 설치되고, 이에 복수의 제2구동축(31a, 31b)은 행단위의 볼(11)들 사이에서 제2방향에 대해 직교하는 방향(도 2의 화살표 X방향 참조)으로 배치된다.

복수의 제2구동축(31a, 31b)은 프레임(50)의 제2중심선(YL)을 기준으로 복수의 일측 제2구동축(31a)과 복수의 타측 제2구동축(31b)으로 구분되고, 복수의 일측 제2구동축(31a)과 복수의 타측 제2구동축(31b)은 제2전동기구(36)에 의해 상호 대향하는 방향으로 회전하도록 구성된다.

제2전동기구(36)는 프레임(50)의 제2중심선(YL)에 대해 서로 대칭적으로 인접한 일측 제2구동축(31a)의 단부와 타측 제2구동축(31b)의 단부 각각에 연결되어 서로 치합된 복수의 제2전동기어(37)와, 복수의 일측 제2구동축(31a)들을 동일한 방향으로 회전시키도록 설치된 일측 제2전동벨트(36a)와, 복수의 타측 제2구동축(31b)들을 동일한 방향으로 회전시키도록 설치된 타측 제2전동벨트(36b)와, 프레임(50)의 제2중심선(YL)에 인접한 일측 제2구동축(31a)과 타측 제2구동축(31b) 중에서 어느 하나의 제2구동축(31a, 31b)에 구동력을 전달하는 제2구동모터(35)를 가진다.

복수의 제2전동기어(37)는 프레임(50)의 제2중심선(YL)에 인접한 일측 제2구동축(31a)의 단부와 타측 제2구동축(31b)의 단부에 대해 2개, 4개 등과 같이 짝수개가 서로 치합되게 설치됨으로써 일측 제2전동벨트(36a)와 타측 제2전동벨트(36b)가 서로 반대방향으로 회전하도록 구성된다.

대안적인 실시예에 따르면, 복수의 제2전동기어(37) 대신에 십자걸이 벨트(crossed belt)가 설치될 수 있고, 이를 통해 일측 제2구동축(31a) 및 타측 제2구동축(31b)은 십자걸이 벨트에 의해 서로 반대방향으로 회전하도록 구성될 수도 있다. 여기서, 십자걸이 벨트는 일측 제2구동축(31a)과 타측 제2구동축(31b)에 마련된 별도의 풀리에 서로 교차되게 감겨지는 일반적인 십자걸이 벨트를 지칭한다.

일측 제2전동벨트(36a)는 각 일측 제1구동축(21a)의 단부에 마련된 일측 제2풀리(36c)과 일측 제2풀리(36c)들 사이에 배치된 복수의 일측 제2가이드풀리(38a)들 사이에 지그재그식으로 감겨지고, 이에 의해 일측 제2전동벨트(36a)는 복수의 일측 제2구동축(31a)들을 프레임(50)의 제2중심선(YL)을 향하는 방향으로 보다 안정되게 회전시킬 수 있다.

타측 제2전동벨트(36b)는 각 타측 제2구동축(31b)의 단부에 마련된 타측 제2풀리(36d)과 타측 제2풀리(36d)들 사이에 배치된 복수의 타측 제2가이드풀리(38b)들 사이에 지그재그식으로 감겨지고, 이에 의해 타측 제2전동벨트(36b)는 복수의 타측 제2구동축(31b)들을 프레임(50)의 제2중심선(YL)을 향하는 방향으로 보다 안정되게 회전시킬 수 있다.

이러한 구성에 의해, 제2구동모터(35)의 동력이 제2전동기구(36)의 제2전동기어(37)들 또는 십자걸이 벨트(미도시)를 통해 프레임(50)의 제2중심선(YL)에 인접한 일측 제2구동축(31a)과 타측 제2구동축(31b)은 서로 반대방향(도 4 및 도 5의 화살표 K3, K4 방향 참조)으로 회전하고, 이에 일측 제2전동벨트(36a)를 통해 복수의 일측 제2구동축(31a)은 프레임(50)의 제2중심선(YL)을 향하는 방향(도 4 및 도 5의 화살표 K3 방향 참조)으로 회전하며, 타측 제2전동벨트(36b)를 통해 복수의 타측 제2구동축(31b)은 프레임(50)의 제2중심선(YL)을 향하는 방향(도 4 및 도 5의 화살표 K4 방향 참조)으로 회전한다.

한편, 제2풀리(36c, 36d)들은 그 위치에 따라 직경이 다르게 이루어질 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제2풀리(36c, 36d)들은 프레임(50)의 제2중심선(YL)에서 바깥으로 갈수록 그 직경이 점차 감소하고(d1>d2>d3), 이에 의해 프레임(50)의 바깥에 위치한 제2구동축(31a, 31b)의 회전속도가 빨라져 사용자의 외부 이탈을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.

이와 달리, 제2풀리(36c, 36d) 중에서 최외측에 배치된 제2풀리의 직경만이 가장 작게, 즉 최소화되게 형성될 수도 있다(d1=d2>d3). 이는 제2풀리(36c, 36d)의 조립을 보다 간편하게 함과 더불어 그 설치공간의 확보 및 제조비용의 절감을 효과적으로 구현하기 위함이다.

여기서, 제2풀리(36c, 36d) 간의 직경차이가 너무 클 경우 갑작스런 속도변화로 인해 사용자가 중심을 잃을 수 있는 점과 사용자로 전달되는 이송력이 감소되는 점 등을 감안하여 적절한 직경차 조절이 이루어져야 할 것이다.

또한, 일측 제2벨트(36a) 및 타측 제2벨트(36b)에는 하나 이상의 제2텐션롤러(38)가 회전접촉하도록 배치됨으로써 일측 제2벨트(36a) 및 타측 제2벨트(36b)는 보다 긴장되게 유지되어 일측 제2구동축(31a) 및 타측 제2구동축(31b)을 보다 안정되게 전동시킬 수 있다.

제2보조축(32)과 제2구동축(31a, 31b)은 하나의 볼(11)에 대해 상호 대칭되게 짝을 이루도록 설치됨으로써 제2보조축(32)은 제2구동축(31)에 의해 구동하는 볼(11)의 맞은편을 회전지지하는 기능을 한다. 그리고, 제2보조축(32)은 제2구동축(31)과 마찬가지로 제2방향에 대해 직교하는 방향(도 2에서 화살표 X방향 참조)을 따라 설치되어 제2구동축(31)과 평행하게 배치된다.

특히, 제2보조축(32)은 제2구동모터(35) 및 제2전동기구(36)에 연결되지 않아 단순히 아이들링 회전하도록 구성되고, 이에 볼(11) 측으로 구동력을 전달하지 않는다. 즉, 제2보조축(32)은 제2구동축(31a, 31b)의 맞은편에 대칭적으로 배치되어 볼(11)을 안정적으로 회전지지하여 볼(11)의 동적인 평형을 유지시키는 역할을 한다. 그리고, 제2보조축(32)의 양단부는 프레임(50)에 회전가능하게 지지되게 설치된다.

대안적인 실시예에 따르면, 제2보조축(32)은 제2구동모터(35)의 구동력을 전달받도록 구성될 수 있다. 요컨대, 제2보조축(32)은 제2구동모터(35)의 구동력을 전달받음에 따라 제2구동축(31a, 21b)과 함께 볼(11)을 직접적으로 회전구동시키고, 특히 제2보조축(32)은 제2구동축(31)과 동일한 회전방향으로 회전하도록 구성됨으로써 볼(11)의 회전력을 증대시킬 수 있다.

이를 구체적으로 살펴보면, 제2보조축(32)과 제2구동축(31a, 31b)이 각 볼(11)에 대해 대칭적으로 회전접촉하도록 설치되고, 제2보조축(32)은 별도의 보조 전동기구(복수의 보조 풀리 및 복수의 보조 감기전동절 등)에 의해 제2구동축(31)에 연결됨으로써 제2구동모터(45)의 구동력을 제2구동축(31)을 통해 전달받도록 구성될 수 있다.

이와 같이 제2보조축(32)과 제2구동축(31a, 31b)이 볼(11)을 함께 구동시킴에 따라 볼(11)의 회전력을 더욱 증대시킬 수 있고, 이를 통해 볼어레이(10)의 볼(11)에 대한 구동성능을 보다 안정적이고 효율적으로 수행할 수 있다. 또한, 각 볼(11)에 대해 하나의 제2구동축(21a, 21b)만으로는 구동력이 약할 경우 예컨대, 구동모터의 출력이 약하거나 볼의 회전 시에 저항(또는 방해)를 일으키는 요소가 많을 경우에 제2보조축(32)과 제2구동축(31a, 31b)에 의해 볼을 함께 회전시킴으로써 볼(11)의 회전력 증대에 더욱 기여할 수 있는 장점이 있다.

또한, 제1구동유닛(20)의 제1구동축(21a, 21b) 및/또는 제1보조축(22)은 제2구동유닛(30)의 제2구동축(31a, 31b) 및/또는 제2보조축(32)에 대해 서로 간섭되지 않도록 상하방향으로 서로 이격되게 설치된다. 예컨대, 도 2 및 도 4에 예시된 바와 같이 제1구동유닛(20)의 제1구동축(21a, 21b) 및/또는 제1보조축(22)은 제2구동유닛(30)의 제2구동축(31a, 31b) 및/또는 제2보조축(32) 보다 낮게 위치될 수도 있고, 그 반대의 구성도 가능하다.

프레임(50)은 볼어레이(10)의 볼(11)들과, 제1구동유닛(20)의 제1구동축(21) 및 제1보조축(22)과, 제2구동유닛(30)의 제1구동축(31) 및 제2보조축(32) 등을 수용하도록 구성되고, 특히 프레임(50)은 볼어레이(10)의 볼(11)들을 회전지지할 수 있는 매우 다양한 구조로 이루어질 수 있다.

이상과 같이 구성된 본 발명의 전방향 트레드밀에 의하면, 볼어레이(10)의 볼(11)들이 제1구동유닛(20)에 의해 프레임(50)의 제1중심선(XL)을 향해 K1, K2 방향으로 상호 대칭되게 회전함과 더불어 제2구동유닛(30)에 의해 프레임(50)의 제2중심선(YL)을 향해 K3, K4 방향으로 상호 대칭되게 회전함으로써 볼어레이(10)의 볼(11)들은 항상 프레임(50)의 중심부 즉, 제1중심선(XL)과 제2중심선(YL)이 교차하는 교차점을 향하는 방향(도 1의 K 방향 참조)으로 회전한다. 이를 통해, 볼어레이(10) 위에서 어느 방향으로 이동하더라도 제1 및 제2 구동유닛(20, 30)에 의해 사용자는 원위치 즉, 프레임(50)의 중심부로 자연스럽게 유도될 수 있다.

아울러, 프레임(50)의 상면에 별도의 센서유닛을 설치하여 사용자의 이동속도 내지 이동위치 등을 실시간으로 감지하여 해당 이동속도 내지 이동위치에 맞게 제1 및 제2 구동유닛(20, 30)의 구동을 적절히 제어할 수 있다.

한편, 제1방향(X방향)과 제2방향(Y방향)은 도 2에 예시된 바와 같이 서로 직교(90°의 교차각)하도록 이루어짐이 바람직하지만, 필요에 따라 제1방향(X방향)과 제2방향(Y방향)은 그 교차각이 90°이하 또는 이상으로 이루어져 무방할 것이다.

또한, 볼어레이(10)의 볼(11)들은 상술한 바와 같이 행과 열 구조를 갖는 배열 구성을 기본으로 하지만, 필요에 따라 불규칙한 형태로 배열될 수 있다. 이를 구체적으로 살펴보면, 복수의 볼(11)이 불규칙한 형태로 배열된 경우에 특정 볼(11)들만이 제1구동유닛(20) 및 제2구동유닛(30)으로부터 회전력을 전달받아 제1방향 및 제2방향으로 회전구동될 수 있고, 제1 및 제2 구동유닛(20, 30)으로부터 회전력을 전달받지 않는 볼들의 경우에는 볼캐스트(ball caster) 등과 같이 단순히 아이들 회전하면서 회전의 유도 내지 지지하는 구조로 구성될 수도 있다.

이상, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.

10: 볼어레이 11: 볼
20: 제1구동유닛 21a, 21b: 제1구동축
22: 제1보조축 30: 제2구동유닛
31a, 31b: 제2구동축 32: 제2보조축
50: 수용하우징

Claims

복수의 볼이 일정간격으로 이격되어 행과 열 구조로 배열되어 이루어진 볼어레이;
상기 볼어레이의 볼들을 회전가능하게 수용하는 프레임;
열단위의 볼들을 제1방향을 따라 회전시키는 복수의 제1구동축을 가지고, 상기 복수의 제1구동축은 프레임의 제1중심선을 기준으로 복수의 일측 제1구동축과 복수의 타측 제1구동축으로 구분되며, 복수의 일측 제1구동축과 복수의 타측 제1구동축은 제1전동기구를 통해 상호 대향하는 방향으로 회전하도록 구성되는 제1구동유닛; 및
행단위의 볼들을 제2방향을 따라 회전시키는 복수의 제2구동축을 가지고, 상기 복수의 제2구동축은 프레임의 제2중심선을 기준으로 복수의 일측 제2구동축과 복수의 타측 제2구동축으로 구분되며, 복수의 일측 제2구동축과 복수의 타측 제2구동축은 제2전동기구를 통해 상호 대향하는 방향으로 회전하도록 구성되는 제2구동유닛;을 포함하고,
상기 제1전동기구는 복수의 제1구동축에 개별적으로 마련된 복수의 제1풀리와, 상기 복수의 제1풀리에 감겨지는 한 쌍의 제1전동벨트와, 복수의 제1구동축에 구동력을 전달하는 제1구동모터를 가지며,
상기 제2전동기구는 복수의 제2구동축에 개별적으로 마련된 복수의 제2풀리와, 상기 복수의 제2풀리에 감겨지는 한 쌍의 제2전동벨트와, 복수의 제2구동축에 구동력을 전달하는 제2구동모터를 가지고,
상기 복수의 제1 및 제2 풀리는 그 위치에 따라 직경이 서로 다르게 이루어지는 것을 특징으로 하는 전방향 트레드밀.
청구항 1에 있어서,
제1 및 제2 풀리들 중에서 프레임의 최외측에 위치한 제1 및 제2 풀리의 직경이 가장 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 전방향 트레드밀.
청구항 1에 있어서,
제1전동기구는 프레임의 제1중심선에 대해 서로 대칭적으로 인접한 일측 제1구동축의 단부와 타측 제1구동축의 단부 각각에 연결되어 서로 치합된 복수의 제1전동기어와, 일측 제1구동축의 단부에 개별적으로 마련된 일측 제1풀리들과, 타측 제1구동축의 단부에 개별적으로 마련된 타측 제1풀리들과, 복수의 일측 제1풀리에 감겨진 일측 제1전동벨트와, 복수의 타측 제1풀리들에 감겨진 타측 제1전동벨트와, 프레임의 제1중심선에 대해 서로 대칭적으로 인접한 일측 제1구동축과 타측 제1구동축 중에서 어느 하나의 제1구동축에 구동력을 전달하는 제1구동모터를 가지며,
제2전동기구는 프레임의 제2중심선에 대해 서로 대칭적으로 인접한 일측 제2구동축의 단부와 타측 제2구동축의 단부 각각에 연결되어 서로 치합된 복수의 제2전동기어와, 일측 제2구동축의 단부에 개별적으로 마련된 일측 제2풀리들과, 타측 제2구동축의 단부에 개별적으로 마련된 타측 제2풀리들과, 복수의 일측 제2풀리에 감겨진 일측 제2전동벨트와, 복수의 타측 제2풀리들에 감겨진 타측 제2전동벨트와, 프레임의 제2중심선에 대해 서로 대칭적으로 인접한 일측 제2구동축과 타측 제2구동축 중에서 어느 하나의 제2구동축에 구동력을 전달하는 제2구동모터를 가지는 것을 특징으로 하는 전방향 트레드밀.