KR20170088495A

KR20170088495A - 스마트 보행 시뮬레이터

Info

Publication number: KR20170088495A
Application number: KR1020160008425A
Authority: KR
Inventors: 조민수
Original assignee: 조민수
Priority date: 2016-01-23
Filing date: 2016-01-23
Publication date: 2017-08-02

Abstract

본 발명은 가상공간 속에서 실제 인간의 동작과 동일하게 움직이면서 가상현실을 체험할 수 있는 스마트 보행 시뮬레이터에 관한 것으로서, 지면에 수평으로 전후에 배치되는 복수의 롤러에 결합되어 회전하는 벨트를 구비하는 보행부와; 상기 보행부의 전방에 설치되는 모니터 또는 상기 보행부에 탑승하는 사용자에 착용되는 헤드마운트디스플레이로 이루어져 상기 사용자에게 가상의 보행공간을 디스플레이하는 가상현실표현부와; 상기 보행부에 탑승하는 사용자에 장착되어 상기 사용자의 회전을 감지하기 위한 회전감지부와; 상기 보행부의 하부에서 상기 보행부를 지지하는 평판으로서 상기 보행부의 전후 일단부에 회전가능하게 결합하고, 상기 가상현실표현부에 디스플레이되는 보행공간의 지면 경사도에 맞추어 상기 보행부의 전후 타단부를 승강 조절할 수 있도록 구비되는 경사조절부; 및 상기 경사조절부의 하부에서 상기 지면에 고정되어 상기 경사조절부를 지지하되, 상기 회전감지부의 감지신호에 따라 상기 경사조절부를 회전 조절할 수 있도록 구비되는 회전조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 다양한 노면 환경에서 걷고, 뛰고, 앉고, 점프하는 등 보행을 하면서 행하는 모든 동작을 구현할 수 있다.

Description

스마트 보행 시뮬레이터{SMART WALKING SIMULATOR}

본 발명은 가상공간 속에서 실제 인간의 동작과 동일하게 움직이면서 가상현실을 체험할 수 있는 스마트 보행 시뮬레이터에 관한 것이다.

가상현실 시뮬레이터는 걷는 동작이나 사격 자세, 손으로 조작하는 등의 특정 동작으로만 가상현실 속을 움직일 수 있도록 구성되어 있다.

종래의 가상현실 시뮬레이터, 구체적으로는 스마트 보행 시뮬레이터는 제한적인 동작만 가능하였고 실제 지면과 같은 상황에서 현실감 있는 체험을 하기에는 한계가 있었다.

예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같은 스마트 보행 시뮬레이터(10), 소위 옴니 트레드 밀(Omni treadmill)은 바닥의 보행부(11)가 접시 모양으로 오목하게 형성되어 있어 이에 탑승하는 사용자가 걷는 동작을 할 경우에는 바닥면과의 슬립으로 인한 마찰이 발생하고, 접시 모양으로 인해 발의 뒷꿈치보다는 앞꿈치가 바닥면에 먼저 접촉하게 되는 등 실제 보행과는 매우 다른 양상을 띠게 된다. 더욱이 이와 같이 부자연스러운 보행으로 인해 현실감이 떨어짐은 물론 사용자의 무릎 등 관절에 무리가 가해져 사고를 유발할 수도 있다.

나아가, 도 1의 스마트 보행 시뮬레이터(10)를 포함한 종래의 스마트 보행 시뮬레이터에 의하면 가상현실에서의 경사로 등의 구현이나 다양한 자세의 구현이 어렵다는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 다양한 노면 환경에서 걷고, 뛰고, 앉고, 점프하는 등 보행을 하면서 행하는 모든 동작을 구현할 수 있는 스마트 보행 시뮬레이터를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 스마트 보행 시뮬레이터에 있어서, 지면에 수평으로 전후에 배치되는 복수의 롤러에 결합되어 회전하는 벨트를 구비하는 보행부와; 상기 보행부의 전방에 설치되는 모니터 또는 상기 보행부에 탑승하는 사용자에 착용되는 헤드마운트디스플레이로 이루어져 상기 사용자에게 가상의 보행공간을 디스플레이하는 가상현실표현부와; 상기 보행부에 탑승하는 사용자에 장착되어 상기 사용자의 회전을 감지하기 위한 회전감지부와; 상기 보행부의 하부에서 상기 보행부를 지지하는 평판으로서 상기 보행부의 전후 일단부에 회전가능하게 결합하고, 상기 가상현실표현부에 디스플레이되는 보행공간의 지면 경사도에 맞추어 상기 보행부의 전후 타단부를 승강 조절할 수 있도록 구비되는 경사조절부; 및 상기 경사조절부의 하부에서 상기 지면에 고정되어 상기 경사조절부를 지지하되, 상기 회전감지부의 감지신호에 따라 상기 경사조절부를 회전 조절할 수 있도록 구비되는 회전조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 보행 시뮬레이터를 제공한다.

여기서, 상기 회전감지부는 상기 보행부에 탑승하는 사용자의 허리에 감겨지는 벨트와, 상기 보행부의 전방 또는 후방에 배치되어 와이어를 매개로 상기 벨트와 연동하여 회전하는 풀리를 포함함으로써 상기 풀리의 회전을 통해 상기 사용자의 회전을 감지하도록 할 수도 있다.

이 경우, 상기 풀리는 상기 보행부의 전방 및 후방에 각각 배치되며, 상기 스마트 보행 시뮬레이터는 상기 보행부의 전방 및 후방에 설치되는 소정 높이의 난간봉에 회전 가능하게 결합하고 상기 풀리를 내장하는 전후 한 쌍의 하우징과; 상기 전후 한 쌍의 하우징 중 적어도 어느 하나에 대하여 상기 난간봉에 대한 상대회전을 감지하기 위한 도약 및 굴신 감지부를 더 포함하고, 상기 가상현실표현부는 상기 도약 및 굴신 감지부의 감지신호에 따라 상기 가상의 보행공간을 승강 조절하여 디스플레이하도록 할 수도 있다.

한편, 상기 회전감지부는 상기 보행부에 탑승하는 사용자의 허리에 감겨지는 벨트와, 상기 벨트의 외측에 배치되어 상기 벨트와 연결되어 일체로 회전하는 슬라이드 링과, 상기 보행부에 상대적으로 고정되며 상기 슬라이드 링을 회전 가능하게 지지하는 원형의 레일을 포함함으로써 상기 레일에 대한 상기 슬라이드 링의 상대 회전을 통해 상기 사용자의 회전을 감지하도록 할 수도 있다.

그리고, 상기 스마트 보행 시뮬레이터는 상기 보행부의 전방 좌우측에 일정 높이에 배치되는 한 쌍의 조작스위치를 더 포함하고, 상기 회전조절부는 상기 한 쌍의 조작스위치의 스위칭 신호에 따라 좌측 또는 우측으로 상기 경사조절부를 회전 조절하도록 할 수도 있다.

또한, 상기 스마트 보행 시뮬레이터는 상기 보행부의 복수의 롤러 중 어느 하나의 축에 대하여 회전저항을 조절하여 가하기 위한 저항생성부를 더 포함하고, 상기 저항생성부는 상기 가상현실표현부에 의해 디스플레이되는 가상의 보행공간의 노면상태에 따라 상기 회전저항을 조절하도록 할 수도 있다.

이때, 상기 보행부의 복수의 롤러 중 어느 하나의 축에는 자성체 금속링이 설치되고, 상기 저항생성부는 상기 자성체 금속링의 외주면을 따라 배치되는 다수의 자석과, 상기 다수의 자석을 지지하여 상기 자성체 금속링에 대해 접근 및 이격하도록 슬라이드되는 홀더와, 상기 홀더를 슬라이드 조절하기 위한 구동모터를 포함할 수도 있다.

이상의 본 발명에 따른 스마트 보행 시뮬레이터에 의하면 전체적인 구조가 단순하면서도 실제 보행과 동일한 체험효과를 낼 수 있고 보행 시에 인간이 취하는 모든 동작의 표현이 가능한 시뮬레이터를 비교적 염가로 공급하는 것이 가능하다.

도 1은 종래기술에 따른 스마트 보행 시뮬레이터의 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 보행 시뮬레이터의 사시도,
도 3은 도 2의 스마트 보행 시뮬레이터의 변형례를 도시한 사시도,
도 4는 도 2의 스마트 보행 시뮬레이터의 일 구성요소인 저항생성부를 확대하여 도시한 사시도,
도 5는 도 2의 스마트 보행 시뮬레이터의 일 구성요소인 경사조절부의 작용을 설명하기 위한 측면도,
도 6은 도 5의 경사조절부의 변형례의 설치상태를 도시한 측면도,
도 7 및 도 8은 도 2의 스마트 보행 시뮬레이터의 일 구성요소인 회전조절부를 설명하기 위한 부분확대 측면도 및 저면 사시도,
도 9는 도 2의 스마트 보행 시뮬레이터의 일 구성요소인 회전감지부를 도시한 부분확대 개방 사시도,
도 10 및 도 11은 도 9의 회전감지부의 변형례의 설치상태를 도시한 사시도,
도 12 및 도 13은 도 2의 스마트 보행 시뮬레이터의 일 구성요소인 도약 및 굴신 감지부를 설명하기 위한 측면도이다.

본 발명의 실시예에 따른 스마트 보행 시뮬레이터(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 사용자(1)가 탑승하여 보행하는 보행부(110), 사용자에게 착용되는 헤드마운트디스플레이(Head mount display, HMD)로 구현되는 가상현실표현부(120), 사용자(1)의 회전을 감지하기 위한 회전감지부(130), 보행부(110)의 경사와 회전을 조절하기 위한 경사조절부(140) 및 회전조절부(150)를 포함한다.

사용자(1) 즉 보행자는 보행부(110) 상에 탑승하여 가상현실표현부(120)에 디스플레이되는 가상현실, 즉 가상의 보행공간을 보면서 보행부(110)를 걷게 되면서 이를 구성하는 수평의 벨트(111)가 지면 상에서 전후에 배치되는 롤러(112)에 결합하여 회전함에 따라서 상기 롤러(112)의 회전감지를 통해 가상현실 속에서 이동할 수 있게 된다.

본 실시예에서 가상현실표현부(120)는 헤드마운트디스플레이(HMD)로 설명되었지만 본 발명은 이러한 경우에 한정되는 것은 아니며, 도 3에 도시된 바와 같이 보행부(110)의 전방에 설치되는 모니터(120')로 구현될 수도 있다.

회전감지부(130)는 사용자(1)의 허리에 감겨지는 벨트(131), 보행부(110)의 전방 및 후방에 배치되어 와이어(132, 133)를 매개로 벨트(131)와 연동하여 회전하는 풀리(도 9의 134)를 포함한다.

이들 풀리(134)는 보행부(110)의 전방 및 후방에 설치되는 소정 높이의 난간봉(101, 102)에 회전 가능하게 결합되는 하우징(103, 104)에 회전 가능하게 지지되도록 내장된다. 이에 따라, 사용자(1)가 몸을 좌우로 비트는 동작을 할 경우 벨트(131)가 좌측으로 또는 우측으로 다소 회전하게 되고, 이러한 회전이 풀리(134)의 회전으로 이어지게 된다.

이때, 풀리(134)의 회전을 감지하기 위한 수단, 예를 들어 원주방향으로 배치되는 복수의 리미트 스위치(도면 미도시), 가변저항센서(도면 미도시), 홀센서(Hall sensor, 도면 미도시) 등을 구비함으로써 결국 사용자의 회전을 감지하는 신호를 발생시킬 수 있다.

한편, 상기와 같은 회전감지부(130)의 구성은 사용자(1)의 허리부위를 지지하는 안전장치로서 기능하여, 다양한 상황에서 사용자(1)가 넘어지는 현상을 방지해줄 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따른 스마트 보행 시뮬레이터(100)는 보행부(110)의 일측면 전방 단부에 설치되는 저항생성부(160)를 더 포함한다.

저항생성부(160)는 보행부(110)의 롤러(112)에 회전저항을 가하거나 이를 조절하기 위한 구성으로서 가상의 보행공간 속에서의 오르막이 있는 상황 등 노면상태가 바뀌면 상기 회전저항을 조절하여 실제 상황의 노면을 보행하는 것과 같은 효과를 나타낼 수 있도록 해준다.

이를 위해 본 실시예에서는 보행부(110)측 롤러(112)에, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 자성체 금속링(113)을 설치하고, 이에 대응하여 상기 자성체 금속링(113)의 외주면을 따라 배치되는 다수의 자석(161), 이들 자석(161)을 지지하여 자성체 금속링(113)에 대해 좌우 수평으로 접근 및 이격하도록 슬라이드되는 홀더(162), 이 홀더(162)를 전후 슬라이드 조절하기 위한 구동모터(163)가 구비된다.

이에 따라, 디스플레이되는 보행공간의 노면상태가 보행하기 불편한 경우에 해당한다면 구동모터(163)에 의해 홀더(162)가 전진 슬라이드되어 자석(161)이 자성체 금속링(113)에 근접하게 접근함으로써 증가된 자력에 의해 롤러(112)의 회전저항을 증가시킬 수 있다.

물론, 저항생성부(160)는 상기 자석(161)과 자성체 금속링(113) 간의 자력에 의한 회전저항에 더하여 자성체 금속링(113) 내지 롤러(112)에 직접적으로 접촉하여 마찰을 발생시킴으로써 회전저항을 부가하는 전동 마찰브레이크(도면 미도시)를 더 포함할 수도 있다.

이와 같은 저항생성부(160)가 있어서 실제로 사람이 지면을 박차고 나가는 저항을 생성해줄 수 있다. 즉, 보행동작을 시작하는 초기에는 저항을 적게 생성하고 보행이 본격적으로 이루어지면 저항을 증가시켜서 스마트 보행 시뮬레이터(100)의 동작이 실제 보행 동작과 같이 원활하게 이루어지도록 한다.

경사조절부(140)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 보행부(110)의 하부에서 이를 지지하는 평판으로서 후방단부의 힌지(141)를 통해 보행부(110)의 후단부에 회전가능하게 결합하고, 상기한 가상현실표현부(120)에 디스플레이되는 보행공간의 지면 경사도에 맞추어 보행부(110)의 전단부를 승강 조절하는 유압잭(142)을 포함한다.

유압잭(142)의 구동으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 보행부(110)의 경사가 조절된다.

한편, 경사조절부(140)는 보행부(110)의 전단부를 승강 조절하는 유압잭(142) 대신, 도 6에 도시된 바와 같이 전동 스크류잭(142')을 포함할 수도 있다.

이와 같은 경사조절부(140)의 설치에 의해 가상현실 속의 노면 상태에 따라서 경사가 생성되어서 운동효과를 극대화할 수 있다.

회전조절부(150)는, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 경사조절부(140)의 하부에서 상대적으로 지면에 고정되어 상기 경사조절부(140)를 회전가능하게 지지하고, 웜(151)과 웜휠(152)을 포함하여 사용자(1)가 회전보행을 하면 앞서 설명한 회전감지부(130)로부터 수신된 감지신호에 따라 작동하여 경사조절부(140)를 사용자(1)가 회전하는 방향으로 회전시켜 줌으로써 직선보행뿐 아니라 회전보행이 가능하도록 한다.

도 10 및 도 11은 상기한 회전감지부(도 2의 130)의 변형례를 도시한 것으로서, 도시된 회전감지부(230)는 사용자(1)의 허리에 감겨지는 벨트(231), 이 벨트(231)의 외측에 배치되어 벨트(231)와 연결되어 일체로 회전하는 슬라이드 링(232), 프레임(201)을 통해 보행부(210)에 상대적으로 고정되며 상기 슬라이드 링(232)에 결합하여 이를 회전 가능하게 지지하는 원형의 레일(233)을 포함한다.

이에 따라, 사용자(1)의 회전운동 시 상기 슬라이드 링(232)이 레일(233)을 따라 슬라이드, 즉 회전하게 되고 이때의 회전 감지는 레일(233) 상에 이격 설치되는 복수의 리미트 스위치(234) 등에 의해 달성될 수 있다.

한편, 사용자가 도약하는 경우나 몸을 낮추는 운동을 할 경우에는, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 전후 난간봉(101, 102)에 대하여 회전하게 되는 하우징(103, 104)의 어느 하나의 회전을 감지하는 도약 및 굴신 감지부(도면 미도시)에 의해 판단할 수 있다.

상기 도약 및 굴신 감지부는 난간봉(101 또는 102)에 대한 하우징(103, 104)의 상대 회전을 감지하기 위한 수단으로서 앞서 언급된 바 있는 리미트 스위치, 가변저항센서, 홀센서 등에 의해 구현될 수 있다.

이러한 도약 및 굴신 감지부로부터 감지신호를 수신하는 경우에는 사용자(1)가 앉거나 뛰는 동작이 있는 것으로 판단하여, 가상현실표현부(도 2의 120)에서는 상기 도약 및 굴신 감지부의 감지신호에 따라 가상의 보행공간을 승강 조절하여 디스플레이함으로써 사용자(1)의 동작과 가상현실을 연동시킬 수 있도록 한다.

이상에서 설명된 스마트 보행 시뮬레이터(100)는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 실시예에 불과한 것으로 본 발명의 권리범위 내지 기술적 범위가 이에 한정되는 것으로 이해되어서는 안 된다. 본 발명의 권리범위 내지 기술적 범위는 후술하는 특허청구범위 및 그 균등범위에 의해 정하여진다.

100: 스마트 보행 시뮬레이터 101, 102: 난간봉
103, 104: 하우징 110: 보행부
111: 벨트 112: 롤러
120: 가상현실표현부 130: 회전감지부
131: 벨트 132, 133: 와이어
134: 풀리 140: 경사조절부
141: 힌지 142: 유압잭
150: 회전조절부 151: 웜
152: 웜휠 160: 저항생성부
161: 자석 162: 홀더
163: 구동모터 230: 회전감지부
231: 벨트 232: 슬라이드 링
233: 레일 234: 리미트 스위치

Claims

스마트 보행 시뮬레이터에 있어서,
지면에 수평으로 전후에 배치되는 복수의 롤러에 결합되어 회전하는 벨트를 구비하는 보행부와;
상기 보행부의 전방에 설치되는 모니터 또는 상기 보행부에 탑승하는 사용자에 착용되는 헤드마운트디스플레이로 이루어져 상기 사용자에게 가상의 보행공간을 디스플레이하는 가상현실표현부와;
상기 보행부에 탑승하는 사용자에 장착되어 상기 사용자의 회전을 감지하기 위한 회전감지부와;
상기 보행부의 하부에서 상기 보행부를 지지하는 평판으로서 상기 보행부의 전후 일단부에 회전가능하게 결합하고, 상기 가상현실표현부에 디스플레이되는 보행공간의 지면 경사도에 맞추어 상기 보행부의 전후 타단부를 승강 조절할 수 있도록 구비되는 경사조절부; 및
상기 경사조절부의 하부에서 상기 지면에 고정되어 상기 경사조절부를 지지하되, 상기 회전감지부의 감지신호에 따라 상기 경사조절부를 회전 조절할 수 있도록 구비되는 회전조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 보행 시뮬레이터.
제1항에 있어서,
상기 회전감지부는,
상기 보행부에 탑승하는 사용자의 허리에 감겨지는 벨트와, 상기 보행부의 전방 또는 후방에 배치되어 와이어를 매개로 상기 벨트와 연동하여 회전하는 풀리를 포함함으로써 상기 풀리의 회전을 통해 상기 사용자의 회전을 감지하는 것을 특징으로 하는 스마트 보행 시뮬레이터.
제1항에 있어서,
상기 회전감지부는,
상기 보행부에 탑승하는 사용자의 허리에 감겨지는 벨트와, 상기 벨트의 외측에 배치되어 상기 벨트와 연결되어 일체로 회전하는 슬라이드 링과, 상기 보행부에 상대적으로 고정되며 상기 슬라이드 링을 회전 가능하게 지지하는 원형의 레일을 포함함으로써 상기 레일에 대한 상기 슬라이드 링의 상대 회전을 통해 상기 사용자의 회전을 감지하는 것을 특징으로 하는 스마트 보행 시뮬레이터.
제2항에 있어서,
상기 풀리는 상기 보행부의 전방 및 후방에 각각 배치되며,
상기 보행부의 전방 및 후방에 설치되는 소정 높이의 난간봉에 회전 가능하게 결합하고 상기 풀리를 내장하는 전후 한 쌍의 하우징과;
상기 전후 한 쌍의 하우징 중 적어도 어느 하나에 대하여 상기 난간봉에 대한 상대회전을 감지하기 위한 도약 및 굴신 감지부를 더 포함하고,
상기 가상현실표현부는 상기 도약 및 굴신 감지부의 감지신호에 따라 상기 가상의 보행공간을 승강 조절하여 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 스마트 보행 시뮬레이터.
제1항에 있어서,
상기 보행부의 전방 좌우측에 일정 높이에 배치되는 한 쌍의 조작스위치를 더 포함하고,
상기 회전조절부는 상기 한 쌍의 조작스위치의 스위칭 신호에 따라 좌측 또는 우측으로 상기 경사조절부를 회전 조절하는 것을 특징으로 하는 스마트 보행 시뮬레이터.
제1항에 있어서,
상기 보행부의 복수의 롤러 중 어느 하나의 축에 대하여 회전저항을 조절하여 가하기 위한 저항생성부를 더 포함하고,
상기 저항생성부는 상기 가상현실표현부에 의해 디스플레이되는 가상의 보행공간의 노면상태에 따라 상기 회전저항을 조절하는 것을 특징으로 하는 스마트 보행 시뮬레이터.
제6항에 있어서,
상기 보행부의 복수의 롤러 중 어느 하나의 축에는 자성체 금속링이 설치되고,
상기 저항생성부는,
상기 자성체 금속링의 외주면을 따라 배치되는 다수의 자석과, 상기 다수의 자석을 지지하여 상기 자성체 금속링에 대해 접근 및 이격하도록 슬라이드되는 홀더와, 상기 홀더를 슬라이드 조절하기 위한 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 보행 시뮬레이터.