KR20150128440A - 전방향 트레드밀 - Google Patents

Abstract

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.
본 발명에 의한 전방향 트레드밀은, 복수의 볼이 동심원 구조로 배열되어 이루어진 볼어레이; 상기 볼어레이의 볼들을 회전가능하게 수용하는 프레임; 및 상기 복수의 볼을 프레임의 중심부를 향하는 방향으로 회전시키도록 복수의 볼과 회전접촉하는 하나 이상의 플렉시블 링(flexible ring)을 가진 구동유닛;을 포함하고, 상기 구동유닛은 동심원 구조로 배열된 복수의 볼과 회전접촉하는 복수의 플렉시블 링과, 상기 복수의 플렉시블 링에 구동력을 전달하는 전동기구를 가지며, 상기 전동기구는 플렉시블 링들의 반경방향으로 인접한 일부에 개별적으로 마련된 복수의 전동풀리와, 상기 복수의 전동풀리에 감겨지는 전동벨트와, 복수의 전동풀리에 어느 하나의 전동풀리를 구동시키는 구동모터를 구비하며, 상기 복수의 전동풀리는 그 설치위치에 따라 그 직경이 서로 다르게 형성되는 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, 환형의 플렉시블 링에 의해 동심원 구조로 배열된 복수의 볼을 프레임의 중심부를 향하는 방향으로 회전시키는 구조를 적용함으로써 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 전방향 트레드밀은,

복수의 볼이 동심원 구조로 배열되어 이루어진 볼어레이;

상기 볼어레이의 볼들을 회전가능하게 수용하는 프레임; 및

상기 복수의 볼을 프레임의 중심부를 향하는 방향으로 회전시키도록 복수의 볼과 회전접촉하는 복수의 플렉시블 링(flexible ring)을 가진 구동유닛;을 포함하고,

상기 구동유닛은 동심원 구조로 배열된 복수의 볼과 회전접촉하는 복수의 플렉시블 링과, 상기 복수의 플렉시블 링에 구동력을 전달하는 전동기구를 가지며,

상기 전동기구는 플렉시블 링들의 반경방향으로 인접한 일부에 개별적으로 마련된 복수의 전동풀리와, 상기 복수의 전동풀리에 감겨지는 전동벨트와, 복수의 전동풀리에 어느 하나의 전동풀리를 구동시키는 구동모터를 구비하며,

상기 복수의 전동풀리는 그 설치위치에 따라 그 직경이 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 복수의 전동풀리 중에서 프레임의 최외측에 배치된 전동풀리의 직경이 가장 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 복수의 전동풀리는 프레임의 중심부에서 외측방향으로 갈수록 그 직경이 점차 감소하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 환형의 플렉시블 링에 의해 동심원 구조로 배열된 복수의 볼을 프레임의 중심부를 향하는 방향으로 회전시키는 구조를 적용함으로써 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 본 발명의 일 실시예에 따른 전방향 트레드밀을 도시한 측단면도이다.
도 3은 도 2의 A-A선을 따라 도시한 단면도로서, 본 발명의 제1실시예에 따른 플렉시블 링을 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 대한 변형실시예로서, 본 발명의 제2실시예에 따른 플렉시블 링을 도시한 도면이다.
도 5는 도 3에 대한 변형실시예로서, 본 발명의 제3실시예에 따른 플렉시블 링을 도시한 도면이다.
도 6는 도 3, 도 4 및 도 5의 B-B선을 따라 도시한 단면도이다.
도 7은 도 3, 도 4 및 도 5의 C-C선을 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 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼어레이 이송장치를 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 볼어레이 이송장치는, 복수의 볼(11)이 동심원 구조로 배열되어 이루어진 볼어레이(10)와, 볼어레이(10)의 볼(11)들을 회전가능하게 수용하는 프레임(50)과, 복수의 볼(11)을 프레임(50)의 중심부를 향하는 방향으로 회전시키도록 복수의 볼(11)과 회전접촉하는 하나 이상의 플렉시블 링(30, flexible ring)을 가진 구동유닛(20)을 포함한다.

볼어레이(10)는 동심원 구조로 배열된 복수의 볼(11)을 가진다. 요컨대 복수의 볼(11)이 같은 중심을 가지면서 서로 반경(C1, C2, C3)을 가진 2개 이상의 원형으로 배열된다. 이렇게 동심원 구조로 배열된 복수의 볼(11)은 원주방향 및 반경방향을 따라 서로 이격되게 배열될 수 있다.

복수의 볼(11)은 도 2에 도시된 바와 같이 프레임(50)에 회전가능하게 설치된다. 볼(11)의 상단은 프레임(50)의 상부에서 노출되게 설치되며, 이에 볼(11)의 상단에 사용자가 탑승할 수 있다. 여기서, 사용자의 발바닥이 접촉하는 면적을 넓히기 위하여 상대적으로 작은 사이즈로 이루어진 복수의 볼(11)들을 서로 근접하게 배열함이 바람직하다.

즉, 볼(11)들의 간격이 넓을 경우 사용자 발바닥이 접하는 볼(11)들의 총 면적이 감소되어 발바닥으로 전달되는 이송력이 감소되고, 볼(11)들이 요철과 같은 기능을 하여 사용자 발바닥의 안착감 또한 저하됨은 물론 사용자의 발바닥이 프레임(50)의 상면에 접촉될 가능성이 높아져 볼(11)들에 의해 의도되는 사용자의 이송력을 감소시킬 수가 있다. 이에 따라 볼(11)의 직경은 되도록 작고 볼(11)들 간 간격은 되도록 가깝게 설치됨이 바람직하다.

한편, 프레임(50)의 중심부에는 사용자가 안전하게 탑승할 수 있도록 볼(11)이 배치되지 않는 평탄면(51)이 형성되는데, 필요에 따라서는 프레임(50)의 중심부에도 평탄면(51) 없이 복수의 볼(11)이 동심원 구조로 배치될 수 있다.

프레임(50)은 볼어레이(10)의 볼(11)들과, 구동유닛(20)의 플렉시블 링(30) 및 전동기구(40) 등을 수용하도록 구성된다. 특히 프레임(50)은 볼어레이(10)의 볼(11)들을 회전지지할 수 있는 매우 다양한 구조로 이루어질 수 있다.

구동유닛(20)은 복수의 볼(11)을 프레임(50)의 중심부를 향하는 방향으로 회전시키는 서로 다른 반경(R1, R2, R3)을 가진 복수의 플렉시블 링(30)을 가진다.

플렉시블 링(30)은 볼어레이(10)의 동심원 구조에 대응하여 원주방향으로 배열된 복수의 볼(11)을 회전접촉하도록 원주방향으로 연장된 구조로 이루어진다.

그리고, 플렉시블 링(30)은 그 회전축선(CX)이 원주방향으로 연장되고, 이에 각 플렉시블 링(30)은 원주방향의 회전축선(CX)을 중심으로 회전가능하게 설치되며, 각 플렉시블 링(30)은 서로 다른 반경(C1, C2, C3)의 원주방향으로 배열된 일부 볼(11)들과 직접적으로 회전접촉함으로써 볼(11)들을 프레임(50)의 중심부를 향하는 방향(도 1 및 도 2의 화살표 K 참조)으로 회전시키고, 이에 사용자를 프레임(50)의 중심부를 향하도록 유도할 수 있다.

제1실시형태에 따른 플렉시블 링(30)은 도 3에 도시된 바와 같이, 원주방향을 따라 연장된 플렉시블 축(31)으로 이루어진다.

이러한 플렉시블 축(31)은 그 회전중심(CX)이 원주방향으로 연장되도록 복수의 와이어를 코일모양으로 여러겹으로 감아 굴곡성을 갖도록 구성될 수 있다. 그리고, 플렉시블 축(31)은 볼어레이(10)의 원주방향으로 배열된 볼(11)들과 회전접촉하기 용이하도록 원형의 단면이 원주방향으로 연장된 구조로 이루어진다.

복수의 플렉시블 축(31) 중에서 반경방향으로 인접한 일부에는 전동기구(40)가 반경방향으로 연결되고, 이러한 전동기구(40)로부터 구동력이 복수의 플렉시블 축(31)에 안정적으로 전달될 수 있다.

제2실시형태에 따른 플렉시블 링(30)은 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 유니버설 조인트(32)에 의해 원주방향으로 연결된 복수의 분할형 플렉시블 축(33)으로 이루어지고, 각 분할형 플렉시블 축(33)은 소정의 원호 형상으로 형성된다.

또한, 각 분할형 플렉시블 축(33)의 양단에는 연결링크(34)가 각각 외측으로 연장되고, 각 연결링크(34)들 사이는 유니버설 조인트(32)에 의해 연결됨으로써 일측의 분할형 플렉시블 축(33)에서 그에 원주방향으로 연결된 타측의 분할형 플렉시블 축(33)들로 회전력이 원활하게 전달될 수 있다.

복수의 분할형 플렉시블 축(33) 중에서 일부의 분할형 플렉시블 축(33)에는 전동기구(40)가 반경방향으로 연결되고, 이러한 전동기구(40)로부터 구동력이 복수의 분할형 플렉시블 축(33)에 안정적으로 전달될 수 있다.

제3실시형태에 따른 플렉시블 링(30)은 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 유니버설 조인트(32)에 의해 원주방향으로 연결된 복수의 회전체(35)로 이루어지고, 각 회전체(35)는 원통형 구조로 이루어진다.

도 5에 도시된 바와 같이, 원주방향으로 서로 인접하는 회전체(31)들은 유니버설 조인트(32)에 의해 그 회전력이 서로 전달될 수 있도록 연결된다. 이를 구체적으로 살펴보면, 회전체(31)의 양단에는 연결링크(33)가 각각 외측으로 연장되고, 각 연결링크(33)들 사이는 유니버설 조인트(32)에 의해 연결됨으로써 일측 회전체(31)의 회전력이 그에 인접한 회전체(31)로 효과적으로 전달될 수 있다.

그리고, 복수의 회전체(31) 중에서 일부의 회전체(31)들에는 전동기구(40)가 반경방향으로 연결되고, 이러한 전동기구(40)에 의해 구동력이 복수의 플렉시블(30)에 전달될 수 있다.

각 플렉시블 링(30)의 플렉시블 축(31), 분할형 플렉시블 축(33), 회전체(35)는 도 7과 같이 볼(11)의 하부 외면과 회전접촉하도록 배열됨에 따라 다른 부품과의 간섭 등을 효과적으로 방지할 수 있다.

도 7에 예시된 바와 같이, 플렉시블 축(31), 분할형 플렉시블 축(33), 회전체(35)가 시계방향(도 5의 화살표 K1방향)으로 회전하면 이에 회전접촉하는 볼(11)은 반시계방향(도 5의 화살표 K 방향)으로 회전하고, 이를 통해 볼어레이(10) 위에 탑승한 사용자는 프레임(50)의 중심방향으로 유도되어 그 외부 이탈이 효과적으로 방지될 수 있다.

전동기구(40)는 도 6에 도시된 바와 같이 플렉시블 링(30)들의 반경방향으로 인접한 일부에 개별적으로 마련된 복수의 전동풀리(41a, 41b, 41c)와, 복수의 전동풀리(41a, 41b, 41c)들 사이에 배치된 복수의 가이드풀리(44)와, 복수의 전동풀리(41a, 41b, 41c)와 복수의 가이드풀리(44) 사이에 일부가 지그재식으로 감겨지는 전동벨트(42)와, 복수의 전동풀리(41a, 41b, 41c) 중에서 어느 하나의 전동풀리(41c)를 구동시키는 구동모터(45)를 가진다.

복수의 전동풀리(41a, 41b, 41c)는 상술한 바와 같이, 제1실시형태의 플렉시블 축(31), 제2실시형태의 분할형 플렉시블 축(33), 제3실시형태의 회전체(35)에 개별적으로 구비된다.

복수의 가이드풀리(44)는 복수의 전동풀리(41a, 41b, 41c) 사이에 회전가능하게 설치되고, 각 가이드풀리(44)는 프레임(50) 내에 회전가능하게 지지된다.

전동벨트(42)는 복수의 전동풀리(41a, 41b, 41c)와 복수의 가이드풀리(43)들 사이에 지그재식으로 감겨져 복수의 전동풀리(41a, 41b, 41c)들을 동일한 방향으로 회전시키도록 구성된다. 이를 보다 구체적으로 살펴보면, 제1전동벨트(42)가 전동풀리(41a, 41b, 41c) 및 가이드풀리(43)들을 거쳐 그 상부가 지그재그식으로 감겨짐에 따라 전동벨트(42)는 복수의 전동풀리(41a, 41b, 41c)의 외주면에 보다 넓은 접촉면을 가질 수 있으므로, 복수의 구동롤러(31)들을 프레임(50)의 중심부를 향하는 방향으로 보다 안정되게 회전시킬 수 있다.

또한, 전동벨트(42)가 복수의 전동풀리(41a, 41b, 41c)에 안정되게 접촉함과 더불어 전동벨트(42)의 처짐을 방지할 수 있도록 전동벨트(42)의 도중에 복수의 텐션롤러(44)가 회전접촉하도록 설치할 수도 있다.

전동풀리(41a, 41b, 41c)들은 그 위치에 따라 직경(d1, d2, d3)이 서로 다르게 이루어질 수 있다.

일 실시예에 따르면, 전동풀리(41a, 41b, 41c)들의 직경(d1, d2, d3)은 프레임(50)의 중심부에서 외측방향으로 갈수록 점차 감소(d1>d2>d3)하도록 형성된다. 이에 따라, 프레임(50)의 바깥 측에 위치한 플렉시블 링(30)의 회전속도가 더 빨라져 사용자의 외부 이탈을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.

이와 달리, 전동풀리(41a, 41b, 41c) 중에서 프레임(50)의 최외측에 배치된 전동풀리(41c)의 직경(d3)만이 가장 작게, 즉 최소화되게 형성될 수도 있다(d1=d2>d3). 이는 전 동 풀리(41a, 41b, 41c)의 조립을 보다 간편하게 함과 더불어 그 설치공간의 확보 및 제조비용의 절감을 효과적으로 구현하기 위함이다.

여기서, 전동풀리(41a, 41b, 41c) 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.

그리고, 구동모터(45)는 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 어느 하나의 플렉시블 링(30)에 별도의 벨트(46)를 통해 구동력을 전달하도록 구성될 수 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: 구동유닛 30: 플렉시블 링
31: 플렉시블 축 32: 유니버설 조인트
33: 분할형 플렉시블 축 34: 연결링크
35: 회전체 40: 전동기구
41a, 41b, 41c: 전동풀리 42: 전동벨트
43: 가이드풀리 44: 텐션롤러
45: 구동모터 50: 수용하우징

Claims (3)

1. 복수의 볼이 동심원 구조로 배열되어 이루어진 볼어레이;
   상기 볼어레이의 볼들을 회전가능하게 수용하는 프레임; 및
   상기 복수의 볼을 프레임의 중심부를 향하는 방향으로 회전시키도록 복수의 볼과 회전접촉하는 복수의 플렉시블 링(flexible ring)을 가진 구동유닛;을 포함하고,
   상기 구동유닛은 동심원 구조로 배열된 복수의 볼과 회전접촉하는 복수의 플렉시블 링과, 상기 복수의 플렉시블 링에 구동력을 전달하는 전동기구를 가지며,
   상기 전동기구는 플렉시블 링들의 반경방향으로 인접한 일부에 개별적으로 마련된 복수의 전동풀리와, 상기 복수의 전동풀리에 감겨지는 전동벨트와, 복수의 전동풀리에 어느 하나의 전동풀리를 구동시키는 구동모터를 구비하며,
   상기 복수의 전동풀리는 그 설치위치에 따라 그 직경이 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 전방향 트레드밀.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수의 전동풀리 중에서 프레임의 최외측에 배치된 전동풀리의 직경이 가장 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 전방향 트레드밀.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수의 전동풀리는 프레임의 중심부에서 외측방향으로 갈수록 그 직경이 점차 감소하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전방향 트레드밀.
   

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