KR20170122362A - 운동량측정알고리즘엔진부가 포함된 무빙액션형 스파링로봇모듈을 통한 1:1 무빙액션형 스마트 스파링 장치 - Google Patents

운동량측정알고리즘엔진부가 포함된 무빙액션형 스파링로봇모듈을 통한 1:1 무빙액션형 스마트 스파링 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 종래의 스트레스 해소용 권투 연습장치 및 스파링장치는 정적인 상태에서 고정된 타격점만을 제공하기 때문에 단순한 동작패턴으로 인해, 사용자로 하여금 금방 싫증나게 만드는 문제점과, 운동량을 측정할 수 있는 장비구성이 없고, 단지, 스트레스 해소용도로만 사용되어, 응용분야가 협소하고, 이로 인해 점차 사양되는 문제점을 개선하고자, 모션감지센서모듈(100), 무빙액션형 스파링로봇모듈(200)로 구성됨으로서, 스파링모션시, 펀칭의 충격을 어깨충격완충용댐퍼부와 손목충격완충용댐퍼부를 통해 흡수할 수 있어, 충격에 따른 기기의 고장 및 에러발생율을 기존에 비해 60% 이하로 낮출 수 있고, 3차원 공간에서 스파링을 하고자 하는 객체의 움직임 정보를 학습하면서, 팔, 몸통을 타격회피제어시켜 타격점을 가변시킬 수 있어, 1:1 무빙액션형 스파링모션을 제공할 수 있고, 이로 인해 스파링을 하고자 하는 객체의 흥미와 관심을 기존에 비해 80% 향상시킬 수 있으며, 몸통구동모션부의 타격점에 가해진 스파링객체의 타격량, 타격강도, 가속도를 연산시켜 스파링객체의 운동량을 측정할 수 있어, 스파링 로봇을 이용한 지구력, 신체균형, 심폐력 등의 체력 증진시킬 수 있고, 운동량측정데이터를 주변의 스마트기기 또는 모니터링서버로 실시간으로 전달시킬 수 있으며, 민첩성과 운동력 향상, 스트레스 해소를 주목적으로 하는 스포츠센터, 학교체육시설, 가정, 기업에 널리 응용시킬 수 있어, 스포츠 헬스케어시장을 활성화시킬 수 있는 운동량측정알고리즘엔진부가 포함된 무빙액션형 스파링로봇모듈을 통한 1:1 무빙액션형 스마트 스파링 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

운동량측정알고리즘엔진부가 포함된 무빙액션형 스파링로봇모듈을 통한 1:1 무빙액션형 스마트 스파링 장치{THE SMART SPARRING TRAINERS CAPABLE OF MEASURING EXERCISING AND DYNAMIC MOTIONS}
본 발명에서는 3차원 공간에서 스파링을 하고자 하는 객체의 움직임 정보를 학습하면서, 팔, 몸통을 타격회피제어시켜 타격점을 가변시킬 수 있어, 1:1 무빙액션형 스파링모션을 제공할 수 있고, 몸통구동모션부의 타격점에 가해진 스파링객체의 타격량, 타격강도, 가속도를 연산시켜 스파링객체의 운동량을 측정할 수 있는 운동량측정알고리즘엔진부가 포함된 무빙액션형 스파링로봇모듈을 통한 1:1 무빙액션형 스마트 스파링 장치에 관한 것이다.
직장인, 학생들과 같이 격무에 시달리는 현대인들은 많은 스트레스를 가지고 살아가고 있다.
이와 같은 스트레스는 심하면 암과 같은 무서운 질병을 가져온다는 것이 학설로 알려져 있다.
이와 같이 인체에 무서운 스트레스를 현대인들은 어떻게 해소해야 할지를 잘 모르고 살아가고 있다.
스트레스 해소를 위해 최근에 쿠션재가 내장된 사람 모양의 마네킹을 고정적으로 세워 놓고 샌드백 치듯이 마구 두드리게 하는 스트레스 해소용 권투 연습장치 및 스파링장치가 소개되고 있어 많은 현대인들의 스트레스를 해소시켜 주고 있다.
하지만, 기존의 스트레스 해소용 권투 연습장치 및 스파링장치는 정적인 상태에서 고정된 타격점만을 제공하기 때문에 단순한 동작패턴으로 인해, 사용자로 하여금 금방 싫증나게 만드는 문제점이 있었다.
또한, 운동량을 측정할 수 있는 장비구성이 없어, 단지, 스트레스 해소용도로만 사용되어, 응용분야가 협소하여, 점차 사양되는 문제점이 있었다.
1. 국내등록실용신안공보 제20-0204354호 2. 국내공개특허공보 제특2002-0056432호
상기의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 스파링모션시, 펀칭의 충격을 어깨충격완충용댐퍼부와 손목충격완충용댐퍼부를 통해 흡수할 수 있고, 3차원 공간에서 스파링을 하고자 하는 객체의 움직임 정보를 학습하면서, 팔, 몸통을 타격회피제어시켜 타격점을 가변시킬 수 있어, 1:1 무빙액션형 스파링모션을 제공할 수 있고, 몸통구동모션부의 타격점에 가해진 스파링객체의 타격량, 타격강도, 가속도를 연산시켜 스파링객체의 운동량을 측정할 수 있으며, 운동량측정데이터를 주변의 스마트기기 또는 모니터링서버로 실시간으로 전달시킬 수 있는 운동량측정알고리즘엔진부가 포함된 무빙액션형 스파링로봇모듈을 통한 1:1 무빙액션형 스마트 스파링 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 운동량측정알고리즘엔진부가 포함된 무빙액션형 스파링로봇모듈을 통한 1:1 무빙액션형 스마트 스파링 장치는
스파링을 하고자 하는 객체의 글러브 상에 위치되어, 객체의 움직임에 대응하는 모션신호를 생성시키는 모션감지센서모듈(100)과,
모션감지센서모듈로부터 생성된 모션신호를 수신받아, 팔, 몸통을 타격회피제어시키면서, 스파링을 하고자 하는 객체의 운동량을 측정하는 무빙액션형 스파링로봇모듈(200)로 이루어지고,
상기 무빙액션형 스파링로봇모듈(200)은
얼굴, 팔, 몸통으로 이루어진 반신형상으로 형성되어, 각 기기를 외압으로부터 보호하고 지지하는 스파링운동몸체(210)와,
스파링운동몸체의 눈부위에 위치되어, 모션감지센서모듈의 IR 광 스팟이 2차원 십자형평면상에 맺힌 위치에 따른 PSD 센서의 네 단자의 출력을 검출하여 메인 MCU부로 전송시키는 패턴인식카메라부(220)와,
메인 MCU부의 제어신호에 따라 구동되어, 팔을 뻗고 오므리며 얼굴을 보호하면서 스파링모션을 구현시키는 팔구동모션부(230)와,
메인 MCU부의 제어신호에 따라 구동되어, 몸통을 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw)의 3자유도운동모션을 구현시켜 타격점을 가변시키는 몸통구동모션부(240)와,
스파링운동몸체의 몸통부위에 위치되어, 스파링모션시, 가해지는 펀치횟수 및 세기를 센싱시키는 펀치측정센서모듈(250)과,
스파링운동몸체의 내부공간 일측에 위치되고, 패턴인식카메라부, 팔구동모션부, 몸통구동모션부의 전반적인 동작을 제어하여, 스파링객체의 스파링자세를 학습하면서, 팔을 뻗거나 오므리거나, 또는 몸통을 전후, 좌우, 회전시켜 타격회피제어시키고, 몸통구동모션부의 타격점에 가해진 스파링객체의 타격량, 타격강도, 가속도를 연산시켜 스파링객체의 운동량을 측정하도록 제어하는 메인 MCU부(260)가 포함되어 구성됨으로서 달성된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는
첫째, 스파링모션시, 펀칭의 충격을 어깨충격완충용댐퍼부와 손목충격완충용댐퍼부를 통해 흡수할 수 있어, 충격에 따른 기기의 고장 및 에러발생율을 기존에 비해 60% 이하로 낮출 수 있다.
둘째, 3차원 공간에서 스파링을 하고자 하는 객체의 움직임 정보를 학습하면서, 팔, 몸통을 타격회피제어시켜 타격점을 가변시킬 수 있어, 1:1 무빙액션형 스파링모션을 제공할 수 있어, 스파링을 하고자 하는 객체의 흥미와 관심을 기존에 비해 80% 향상시킬 수 있다.
셋째, 몸통구동모션부의 타격점에 가해진 스파링객체의 타격량, 타격강도, 가속도를 연산시켜 스파링객체의 운동량을 측정할 수 있어, 스파링 로봇을 이용한 지구력, 신체균형, 심폐력 등의 체력 증진시킬 수 있다.
넷째, 운동량측정데이터를 주변의 스마트기기 또는 모니터링서버로 실시간으로 전달시킬 수 있다.
다섯째, 민첩성과 운동력 향상, 스트레스 해소를 주목적으로 하는 스포츠센터, 학교체육시설, 가정, 기업에 널리 응용시킬 수 있어, 스포츠 헬스케어시장을 활성화시킬 수가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 운동량측정알고리즘엔진부가 포함된 무빙액션형 스파링로봇모듈을 통한 1:1 무빙액션형 스마트 스파링 장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 모션감지센서모듈의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 3은 본 발명에 따른 모션감지센서모듈이 스파링을 하고자 하는 객체의 글러브 상에 위치된 것을 도시한 일실시예도,
도 4는 본 발명에 따른 무빙액션형 스파링로봇모듈의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 5는 본 발명에 따른 무빙액션형 스파링로봇모듈의 구성요소를 도시한 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 패턴인식카메라부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 7은 본 발명에 따른 PSD 센서부가 사각형상의 평면상에 십자형상의 기준선이 형성되어, 반시계방향으로 제1 단자출력면, 제2 단자출력면, 제3 단자출력면, 제4 단자출력면이 구성된 것을 도시한 구성도,
도 8은 본 발명에 따른 팔구동모션부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 9는 본 발명에 따른 1축 어깨모션부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 10은 본 발명에 따른 2축 팔꿈치모션부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 11은 본 발명에 따른 3축 손목모션부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 12는 본 발명에 따른 몸통구동모션부의 구성요소를 도시한 사시도,
도 13은 본 발명에 따른 어깨충격완충용댐퍼부가 1축 어깨모션부 후단 일측에 위치되어, 스파링모션시, 스파링운동몸체에 가해지는 충격을 흡수하여 완충시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 14는 본 발명에 따른 손목충격완충용댐퍼부가 1축 어깨모션부와 2축 팔꿈치모션부 사이에 위치되어, 스파링모션시, 3축손목모션부를 타고 2축 팔꿈치모션부까지 전달되는 충격을 흡수하여 완충시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 15는 본 발명에 따른 펀치측정센서모듈의 구성요소를 도시한 구성도,
도 16은 본 발명에 따른 고정형 충격흡수펀칭패드가 스파링운동몸체 일측에 패드형상으로 형성되어, 스파링모션시 가해지는 펀치의 충격을 2차로 흡수하는 것을 도시한 일실시예도,
도 17은 본 발명에 따른 메인 MCU부의 구성요소를 도시한 회로도,
도 18은 본 발명에 따른 메인 MCU부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 19는 본 발명에 따른 타격회피제어부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 20은 본 발명에 따른 운동량측정알고리즘엔진부를 통해 연산된 스파링객체의 스텝 속도와 펀치속도를 기준으로, 칼로리 소모량으로 환산시키는 일실시예를 도시한 그래프,
도 21은 본 발명에 따른 운동량측정알고리즘엔진부를 통해 연산된 실제 칼로리 소모량과 속도기반 추정치를 비교한 일실시예를 도시한 그래프,
도 22는 본 발명에 따른 무빙액션형 스파링로봇모듈의 패턴인식카메라부에서 모션감지센서모듈의 IR 광 스팟이 2차원 십자형평면상에 맺힌 위치에 따른 PSD 센서의 네 단자의 출력을 검출하여 메인 MCU부로 전송시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 23은 본 발명에 1:1 무빙액션형 스마트 스파링 장치를 통해 스파링하는 것을 도시한 일실시예도.
먼저, 본 발명에서 설명되는 피치(pitch)는 스파링운동몸체의 y축 중심으로 회전하는 것을 말하고, 롤(roll)은 스파링운동몸체의 x축 중심으로 회전하는 것을말하며, 요(yaw)는 스파링운동몸체의 z축 중심으로 회전하는 것을 말한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 첨부하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 운동량측정알고리즘엔진부가 포함된 무빙액션형 스파링로봇모듈을 통한 1:1 무빙액션형 스마트 스파링 장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도에 관한 것으로, 이는 모션감지센서모듈(100), 무빙액션형 스파링로봇모듈(200)로 구성된다.
먼저, 본 발명에 따른 모션감지센서모듈(100)에 관해 설명한다.
상기 모션감지센서모듈(100)은 도 3에 도시한 바와 같이, 스파링을 하고자 하는 객체의 글러브 상에 위치되어, 객체의 움직임에 대응하는 모션신호를 생성시키는 역할을 한다.
이는 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 모듈본체(110), IR LED부(120), 센서용 무선송수신모듈(130), 3축 가속도센서부(140), 마이컴부(150)로 구성된다.
여기서, 모션신호는 가속도데이터, 스파링객체의 글러브 위치데이터를 모두 포함한다.
상기 제1 모듈본체(110)는 스파링을 하고자 하는 객체의 글러브 상에 위치되어, 각 기기를 외압으로부터 보호하고 지지하는 역할을 한다.
이는 플렉시블 재질의 메인기판상에 메탈PCB 기판이 덧대어져 층상구조로 형성된다.
그리고, 스파링을 하고자 하는 객체의 글러브 전면부 내부공간에 형성된다.
상기 제1 모듈본체는 헤드부 상에 IR LED부가 형성되고, IR LED부 일측에 센서용 무선송수신모듈이 형성되며, 센서용 무선송수신모듈 일측에 3축 가속도센서부가 형성되고, 메탈 PCB 기판 상에 마이컴부가 형성된다.
상기 IR LED부(120)는 모듈본체의 헤드상에 위치되어, 3차원 공간에서 스파링을 하고자 하는 객체의 움직임에 따라 IR 광 스팟 LED를 점등시켜 글러브 외부표면으로 표출시키는 역할을 한다.
이는 스파링을 하고자 하는 객체가 글러브를 착용되었다는 위치감지센서가 감지되면, 마이컴부의 제어신호에 따라 IR LED부가 발광된 상태로 구동된다.
여기서, IR LED부는 R(Red), G(Green), B(Blue) 중 어느 하나가 선택되어 구성된다.
상기 센서용 무선송수신모듈(130)은 모듈본체와 무빙액션형 스파링로봇모듈사이를 근거리통신망을 형성시켜, 3축 가속도센서부에서 측정된 가속도데이터를 무빙액션형 스파링로봇모듈로 전송시키는 역할을 한다.
이는 지그비통신모듈, 블루투스통신모듈 중 어느 하나가 선택되어 구성된다.
상기 3축 가속도센서부(140)는 스파링을 하고자 하는 객체의 움직임에 따라 발생되는 가속도를 센싱하는 역할을 한다.
상기 마이컴부(150)는 3축 가속도 센서부의 변화량을 측정하여 가속도데이터를 센서용 무선송수신모듈을 통해 무빙액션형 스파링로봇모듈로 전송시키도록 제어하는 역할을 한다.
다음으로, 본 발명에 따른 무빙액션형 스파링로봇모듈(200)에 관해 설명한다.
상기 무빙액션형 스파링로봇모듈(200)은 모션감지센서모듈로부터 생성된 모션신호를 수신받아, 팔, 몸통을 타격회피제어시키면서, 스파링을 하고자 하는 객체의 운동량을 측정하는 역할을 한다.
이는 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 스파링운동몸체(210), 패턴인식카메라부(220), 팔구동모션부(230), 몸통구동모션부(240), 펀치측정센서모듈(250), 메인 MCU부(260)로 구성된다.
첫째, 본 발명에 따른 스파링운동몸체(210)에 관해 설명한다.
상기 스파링운동몸체(210)는 얼굴, 팔, 몸통으로 이루어진 반신형상으로 형성되어, 각 기기를 외압으로부터 보호하고 지지하는 역할을 한다.
이는 얼굴의 눈 부위에 패턴인식카메라부가 형성되고, 팔 부위에 팔구동모션부가 형성되며, 몸통 부위의 하단 일측에 몸통구동모션부가 형성되고, 내부공간 일측에 메인 MCU부가 형성된다.
본 발명에 따른 스파링운동몸체는 가볍고 신축성이 좋은 플라스틱 재질로 이루어진다.
또한, 상기 스파링운동몸체는 애니메이션 캐릭터 형상, 연예인 형상 중 어느 하나가 선택된 반신형상으로 구성된다.
둘째, 본 발명에 따른 패턴인식카메라부(220)에 관해 설명한다.
상기 패턴인식카메라부(220)는 스파링운동몸체의 눈부위에 위치되어, 모션감지센서모듈의 IR 광 스팟이 2차원 십자형평면상에 맺힌 위치에 따른 PSD 센서의 네 단자의 출력을 검출하여 메인 MCU부로 전송시키는 역할을 한다.
이는 도 6에 도시한 바와 같이, 광학부(221), PSD 센서부(222), 신호처리부(223)로 구성된다.
상기 광학부(221)는 모션감지센서모듈로부터 발생한 IR 광 스팟을 PSD 센서부의 센싱 영역에 하나의 스팟(Spot)을 맺게 하여 광량을 전류로 변환시키는 역할을 한다.
이는 렌즈, 마운트블럭으로 구성된다.
상기 렌즈는 내부에 850~1500nm의 투과 필터가 내장된 형태로 가시광선 영역의 빛을 차잔시키고, 940~1000nm의 적외선을 투과하도록 구성된다.
이로 인해, 940nm의 IR LED를 사용하는 모션감지센서모듈의 펄스 점등 신호를 캡쳐할 수 있다.
상기 PSD 센서부(222)는 광학부 후단 일측에 위치되어, 모션감지센서모듈의 IR 광 스팟이 2차원 십자형평면상에 맺힌 위치에 따라 네 단자의 출력을 센싱한 후, 메인 MPU부로 전달시키는 역할을 한다.
이는 도 7에 도시한 바와 같이, 사각형상의 평면상에 십자형상의 기준선이 형성되어, 반시계방향으로 제1 단자출력면, 제2 단자출력면, 제3 단자출력면, 제4 단자출력면이 구성된다.
이때, 제1 단자출력면(A), 제2 단자출력면(B), 제3 단자출력면(C), 제4 단자출력면(D) 중 어느 하나의 출력면에 맺힌 모션감지센서모듈의 IR 광 스팟을 설정된 시간대별로 캡쳐시켜 위치를 파악한다.
상기 신호처리부(223)는 PSD 센서부의 각 단자에서 발생한 전류를 전압으로 변환하여 증폭 및 AD 변환을 수행시키는 역할을 한다.
셋째, 본 발명에 따른 팔구동모션부(230)에 관해 설명한다.
상기 팔구동모션부(230)는 메인 MCU부의 제어신호에 따라 구동되어, 팔을 뻗고 오므리며 얼굴을 보호하면서 스파링모션을 구현시키는 역할을 한다.
이는 도 8에 도시한 바와 같이, 1축 어깨모션부(231), 2축 팔꿈치모션부(232), 3축 손목모션부(233), 어깨충격완충용댐퍼부(234), 손목충격완충용댐퍼부(235)로 구성된다.
상기 1축 어깨모션부(231)는 스파링운동몸체의 어깨 부위 내부공간에 위치되고, 스파링운동몸체의 어깨가 스파링모션 중 팔전체를 상하방향의 특정부위 또는 좌우방향의 특정부위로 회전운동을 하도록 유도하기 위해, 하단부에 연결된 2축 팔꿈치모션부와 제1축을 이루며, 2축 팔꿈치모션부와, 3축 손목모션부를 통째로 회전운동 또는 직선운동시키는 역할을 한다.
이는 도 9에 도시한 바와 같이, 제1 서보모터(231a), 제1 구동기어(231b), 제1 연동기어(231c), 제1 리니어액츄에이터부(231d)로 구성된다.
상기 제1 서보모터(231a)는 스파링운동몸체의 어깨 부위 내부공간에 위치되어, 제1 구동기어에 회전력을 전달시키는 역할을 한다.
상기 제1 구동기어(231b)는 제1 서보모터로부터 회전력을 전달받아 제1 연동기어로 전달시키는 역할을 한다.
상기 제1 연동기어(231c)는 제1 구동기어로부터 회전력을 전달받아 2축 팔꿈치모션부와, 3축 손목모션부를 통째로 상하방향의 특정부위 또는 좌우방향의 특정부위로 회전운동시키는 역할을 한다.
상기 제1 리니어액츄에이터부(231d)는 2축 팔꿈치모션부와, 3축 손목모션부를 통째로 직선운동시키는 역할을 한다.
상기 2축 팔꿈치모션부(232)는 스파링운동몸체의 팔꿈치 부위 내부공간에 위치되어, 스파링운동몸체의 팔꿈치가 스파링모션 중 수평기준선을 기준으로 1°~90°로 뻗거나 오므리도록 유도하기 위해, 하단부에 연결된 3축 손목모션부와 제3축을 이루며, 팔목부위와, 3축 손목모션부를 통째로 수평기준선을 기준으로 1°~90°로 상하방향으로 회전운동시키고, 3축 손목모션부를 직선운동시키는 역할을 한다.
이는 도 10에 도시한 바와 같이, 제2 서보모터(232a), 제2 구동기어(232b), 제2 연동기어(232c), 제2 리니어액츄에이터부(232d)로 구성된다.
상기 제2 서보모터(232a)는 스파링운동몸체의 팔꿈치 부위 내부공간에 위치되어, 제2 구동기어에 회전력을 전달시키는 역할을 한다.
상기 제2 구동기어(232b)는 제2 서보모터로부터 회전력을 전달받아 제2 연동기어로 전달시키는 역할을 한다.
상기 제2 연동기어(232c)는 제2 구동기어로부터 회전력을 전달받아 팔목부위와, 3축 손목모션부를 통째로 수평기준선을 기준으로 1°~90°로 상하방향으로 회전운동시키는 역할을 한다.
상기 제2 리니어액츄에이터부(232d)는 3축 손목모션부를 통째로 직선운동시키는 역할을 한다.
상기 3축 손목모션부(233)는 스파링운동몸체의 손목 부위 내부공간에 위치되어, 글로브를 착용한 스파링운동몸체의 손목을 스파링모션 중 상하방향의 특정부위 또는 좌우방향의 특정부위로 회전운동시키는 역할을 한다.
이는 도 11에 도시한 바와 같이, 제3 서보모터(233a), 제3 구동기어(233b), 제3 연동기어(233c)로 구성된다.
상기 제3 서보모터(233a)는 스파링운동몸체의 손목 부위 내부공간에 위치되어, 제3 구동기어에 회전력을 전달시키는 역할을 한다.
상기 제3 구동기어(233b)는 제3 서보모터로부터 회전력을 전달받아 제3 연동기어로 전달시키는 역할을 한다.
상기 제3 연동기어(233c)는 제3 구동기어로부터 회전력을 전달받아 글로브를 착용한 스파링운동몸체의 손목을 스파링모션 중 상하방향의 특정부위 또는 좌우방향의 특정부위로 회전운동시키는 역할을 한다.
상기 어깨충격완충용댐퍼부(234)는 도 13에 도시한 바와 같이, 1축 어깨모션부(231) 후단 일측에 위치되어, 스파링모션시, 스파링운동몸체에 가해지는 충격을 흡수하여 완충시키는 역할을 한다.
상기 손목충격완충용댐퍼부(235)는 도 14에 도시한 바와 같이, 1축 어깨모션부(231)와 2축 팔꿈치모션부(232) 사이에 위치되어, 스파링모션시, 3축손목모션부를 타고 2축 팔꿈치모션부까지 전달되는 충격을 흡수하여 완충시키는 역할을 한다.
넷째, 본 발명에 따른 몸통구동모션부(240)에 관해 설명한다.
상기 몸통구동모션부(240)는 메인 MCU부의 제어신호에 따라 구동되어, 몸통을 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw)의 3자유도운동모션을 구현시켜 타격점을 가변시키는 역할을 한다.
이는 도 12에 도시한 바와 같이, 베이스기판(241), 제1 몸통모션부(242), 제2 몸통모션부(243), 제3 몸통모션부(244)로 구성된다.
상기 베이스기판(241)은 스파링운동몸체의 몸통을 하단방향에서 지지해주는 역할을 한다.
이는 사각평판프레임 구조로 이루어진 상판과 하판으로 구성된다.
그리고, 상판과 하판 사이에 제1 회전 액츄에이터, 제2 회전 액츄에이터, 제3 회전 액츄에이터가 포함되어 구성된다.
상기 베이스기판은 하단에 요(yaw)회전모듈이 형성되어, 베이스기판 자체를 1°~360°회전시킨다.
상기 제1 몸통모션부(242)는 정면에서 바라봤을 때 베이스기판의 좌측 일측에 위치되고, 메인 MPU부의 제어신호에 따라 구동되어 스파링운동몸체의 몸통 우측 일측을 길이방향으로 당겼다가 밀어주면서, 스파링운동몸체의 몸통 중 우측부위를 1°~45°로 기울기 각도를 주면서 좌우로 기울어지도록 롤(roll) 구동시켜 몸통의 타격점을 제1 가변시키는 역할을 한다.
이는 도 12에 도시한 바와 같이, 정면에서 바라봤을 때 베이스기판의 좌측 일측에 위치되고, 하판 일측 사선방향으로 제1 회전형 액츄에이터(242a)가 형성되고, 상판과 하판 사이에 제1 링크기구(242b)가 형성된다.
상기 제1 회전형 액츄에이터(242a)는 메인 MPU부의 제어신호에 따라 구동되어, 제1 링크기구쪽으로 회전력을 전달시킨다.
이는 경량의 고추력 소형 액추에이터로서, 설치가 간편하고, 정밀한 다중 위치 결정이 가능하며, 에너지 효율성과 장비 유연성이 우수한 특성을 가진다.
상기 제1 회전형 액츄에이터는 일측에 제1 전자식콘트롤러가 포함되어 구성된다.
상기 제1 전자식콘트롤러는 메인 MPU부의 제어신호에 따라 +, - 로 스위칭 구동시키면서, SMPS를 통해 제1 회전형 액츄에이터쪽으로 전력을 공급시켜 제1 회전형 액츄에이터를 스파링운동몸체의 몸통 우측 일측을 회전구동시킨다.
상기 제1 링크기구(242b)는 제1 회전형 액츄에이터로부터 회전력을 전달받아, 스파링운동몸체의 몸통 우측 일측을 세로방향으로 당겼다가 밀어주면서, 스파링운동몸체의 몸통 중 우측부위를 1°~45°로 기울기각도를 주면서 좌우로 기울어지도록 롤(roll) 구동시킨다.
이는 제1 모터축이 제1 클램프와 연결되고, 제1 클램프에 제1 로드엔드베어링이 연결되며, 제1 로드엔드베어링에 제1 샤프트와 제1 샤프트축이 연결되어 구성된다.
즉, 제1 모터축이 회전하면, 이와 고정된 제1 클램프가 회전하고, 이때 제1 로드엔드베어링도 회전하여, 몸통 일측을 스파링운동몸체의 몸통 우측 일측을 길이방향으로 당겼다가 밀어주면서, 스파링운동몸체의 몸통 중 우측부위를 1°~45°로 기울기각도를 주면서 좌우로 기울어지도록 롤(roll) 구동시킨다.
상기 제2 몸통모션부(243)는 정면에서 바라봤을 때 베이스기판의 우측 일측에 위치되고, 메인 MPU부의 제어신호에 따라 구동되어 스파링운동몸체의 몸통 좌측 일측을 길이방향으로 당겼다가 밀어주면서, 스파링운동몸체의 몸통 중 좌측부위를 1°~45°로 기울기각도를 주면서 좌우로 기울어지도록 롤(roll) 구동시켜 몸통의 타격점을 제2 가변시키는 역할을 한다.
이는 도 12에 도시한 바와 같이, 정면에서 바라봤을 때 베이스기판의 우측 일측에 위치되고, 하판 타측 사선방향으로 제2 회전형 액츄에이터(243a)가 형성되고, 상판과 하판 사이에 제2 링크기구(243b)가 형성된다.
상기 제2 회전형 액츄에이터(243a)는 메인 MPU부의 제어신호에 따라 구동되어, 제2 링크기구쪽으로 회전력을 전달시킨다.
이는 경량의 고추력 소형 액추에이터로서, 설치가 간편하고, 정밀한 다중 위치 결정이 가능하며, 에너지 효율성과 장비 유연성이 우수한 특성을 가진다.
상기 제2 회전형 액츄에이터는 일측에 제2 전자식콘트롤러가 포함되어 구성된다.
상기 제2 전자식콘트롤러는 메인 MPU부의 제어신호에 따라 +, - 로 스위칭 구동시키면서, SMPS를 통해 제2 회전형 액츄에이터쪽으로 전력을 공급시켜 제2 회전형 액츄에이터를 스파링운동몸체의 몸통 우측 일측을 회전구동시킨다.
상기 제2 링크기구(243b)는 제2 회전형 액츄에이터로부터 회전력을 전달받아, 스파링운동몸체의 몸통 좌측 일측을 세로방향으로 당겼다가 밀어주면서, 스파링운동몸체의 몸통 중 좌측부위를 1°~45°로 기울기각도를 주면서 좌우로 기울어지도록 롤(roll) 구동시킨다.
이는 제2 모터축이 제2 클램프와 연결되고, 제2 클램프에 제2 로드엔드베어링이 연결되며, 제2 로드엔드베어링에 제2 샤프트와 제2 샤프트축이 연결되어 구성된다.
즉, 제2 모터축이 회전하면, 이와 고정된 제2 클램프가 회전하고, 이때 제2 로드엔드베어링도 회전하여, 몸통 일측을 스파링운동몸체의 몸통 우측 일측을 길이방향으로 당겼다가 밀어주면서, 스파링운동몸체의 몸통 중 우측부위를 1°~45°로 기울기각도를 주면서 좌우로 기울어지도록 롤(roll) 구동시킨다.
상기 제3 몸통모션부(244)는 정면에서 바라봤을 때 베이스기판의 후단 일측에 위치되고, 메인 MPU부의 제어신호에 따라 구동되어 스파링운동몸체의 몸통 후단 일측을 길이방향으로 당겼다가 밀어주면서, 스파링운동몸체의 몸통 중 후측부위를 1°~45°로 기울기각도를 주면서 전후로 기울어지도록 피치(pitch) 구동시켜 몸통의 타격점을 제3 가변시키는 역할을 한다.
이는 도 12에 도시한 바와 같이, 정면에서 바라봤을 때 베이스기판의 후단 일측에 위치되고, 하판 후단측 사선방향으로 제3 회전형 액츄에이터(244a)가 형성되고, 상판과 하판 사이에 제3 링크기구(244b)가 형성된다.
상기 제3 회전형 액츄에이터(244a)는 메인 MPU부의 제어신호에 따라 구동되어, 제3 링크기구쪽으로 회전력을 전달시킨다.
이는 경량의 고추력 소형 액추에이터로서, 설치가 간편하고, 정밀한 다중 위치 결정이 가능하며, 에너지 효율성과 장비 유연성이 우수한 특성을 가진다.
상기 제3 회전형 액츄에이터는 일측에 제3 전자식콘트롤러가 포함되어 구성된다.
상기 제3 전자식콘트롤러는 메인 MPU부의 제어신호에 따라 +, - 로 스위칭 구동시키면서, SMPS를 통해 제3 회전형 액츄에이터쪽으로 전력을 공급시켜 제3 회전형 액츄에이터를 스파링운동몸체의 몸통 후측부위를 회전구동시킨다.
상기 제3 링크기구(244b)는 제3 회전형 액츄에이터로부터 회전력을 전달받아, 스파링운동몸체의 몸통 후측을 세로방향으로 당겼다가 밀어주면서, 스파링운동몸체의 몸통 중 후측부위를 1°~45°로 기울기각도를 주면서 전후로 기울어지도록 피치(pitch) 구동시킨다.
이는 제3 모터축이 제3 클램프와 연결되고, 제3 클램프에 제3 로드엔드베어링이 연결되며, 제3 로드엔드베어링에 제3 샤프트와 제3 샤프트축이 연결되어 구성된다.
즉, 제3 모터축이 회전하면, 이와 고정된 제3 클램프가 회전하고, 이때 제3 로드엔드베어링도 회전하여, 몸통 일측을 스파링운동몸체의 몸통 후측 세로방향으로 당겼다가 밀어주면서, 스파링운동몸체의 몸통 중 우측부위를 1°~45°로 기울기각도를 주면서 전후로 기울어지도록 피치(pitch) 구동시킨다.
다섯째, 본 발명에 따른 펀치측정센서모듈(250)에 관해 설명한다.
상기 펀치측정센서모듈(250)은 스파링운동몸체의 몸통부위에 위치되어, 스파링모션시, 가해지는 펀치횟수 및 세기를 센싱시키는 역할을 한다.
이는 도 15에 도시한 바와 같이, 고정형 충격흡수펀칭패드(251), 이동형 충격흡수펀칭패드(252), 홀센서부(253), 영구자석(254)으로 구성된다.
상기 고정형 충격흡수펀칭패드(251)는 도 16에 도시한 바와 같이, 스파링운동몸체 일측에 패드형상으로 형성되어, 스파링모션시 가해지는 펀치의 충격을 2차로 흡수하는 역할을 한다.
상기 이동형 충격흡수펀칭패드(252)는 충격흡수펀칭패드와 수직의 동일선상에 위치되고, 글러브접촉부위 일측에 패드형상으로 형성되어, 스파링모션시 가해지는 펀치의 충격을 1차로 흡수하면서, 펀치의 힘을 전달받은 중심축과 스프링을 통해 고정형 충격흡수펀칭패드쪽으로 직선운동된다.
상기 홀센서부(253)는 고정형 충격흡수펀칭패드 내부면 일측에 형성되어, 펀치에 의해 스프링이 압축되는 정도를 주변 자기장의 변화를 통해 감지하는 역할을 한다.
여기서, 센싱된 출력전압은 스프링의 압축된 정도를 반영하는 아날로그 값이다.
메인 MCU부에서 센서 출력전압을 A/D변환하여 12비트 디지털 값으로 만들고, 10구간 평균을 계산하여 A/D변환과정에서 발생할 수 있는 신호노이즈를 제거하도록 구성된다.
여기서, 펀치측정데이터는 고정형 충격흡수펀칭패드(261)와, 이동형 충격흡수펀칭패드(262) 사이의 거리에 대한 정보가 포함된다.
그리고, 메인 MCU부에서, 운동량, 충격량 원리에 의해 펀치세기는 속도에 비례하므로 펀치측정데이터를 후방차분으로 미분계산을 하여 속도를 연산시킨다.
상기 영구자석(254)은 이동형 충격흡수펀칭패드 내부면 일측에 형성되어, 이동형 충격흡수펀칭패드에 따라 직선운동하면서, 홀센서부쪽으로 펀칭에 따른 자기장을 형성시키는 역할을 한다.
본 발명에 따른 메인 MCU부(260)에 관해 설명한다.
상기 메인 MCU부(260)는 스파링운동몸체의 내부공간 일측에 위치되고, 패턴인식카메라부, 팔구동모션부, 몸통구동모션부의 전반적인 동작을 제어하여, 스파링객체의 스파링자세를 학습하면서, 팔을 뻗거나 오므리거나, 또는 몸통을 전후, 좌우, 회전시켜 타격회피제어시키고, 몸통구동모션부의 타격점에 가해진 스파링객체의 타격량, 타격강도, 가속도를 연산시켜 스파링객체의 운동량을 측정하도록 제어하는 역할을 한다.
이는 도 17에 도시한 바와 같이, 입력단자 일측에 홀센서부가 연결되어, 홀센서부에서 센싱된 펀치의 강도, 펀치횟수가 입력되고, 또 다른 입력단자 일측에 PSD 센서부가 연결되어, 모션감지센서모듈의 IR 광 스팟이 2차원 십자형평면상에 맺힌 위치에 따라 네 단자의 출력을 센싱한 센싱데이터가 입력되며, 또 다른 입력단자 일측에 가속도데이터수신부가 연결되어, 가속도데이터수신부에서 수신된 가속도데이터가 입력되고, 출력단자 일측에 1축 어깨모션부(231)의 제1 서보모터(231a)가 연결되어, 제1 구동기어에 회전력을 전달시키도록 출력신호를 출력시키고, 또 다른 출력단자 일측에 1축 어깨모션부(231)의 제1 리니어액츄에이터부(231d)가 연결되어, 2축 팔꿈치모션부와, 3축 손목모션부를 통째로 직선운동시키도록 출력신호를 출력시키며, 또 다른 출력단자 일측에 2축 팔꿈치모션부(232)의 제2 서보모터(232a)가 연결되어, 제2 구동기어에 회전력을 전달시키도록 출력신호를 출력시키고, 또 다른 출력단자 일측에 2축 팔꿈치모션부의 제2 리니어액츄에이터부(232d)가 연결되어, 3축 손목모션부를 통째로 직선운동시키도록 출력신호를 출력시키며, 또 다른 출력단자 일측에 3축 손목모션부(233)의 제3 서보모터(233a)가 연결되어, 제3 구동기어에 회전력을 전달시키도록 출력신호를 출력시키고, 또 다른 출력단자 일측에 제1 몸통모션부(242)의 제1 회전형 액츄에이터(242a)가 연결되어, 제1 링크기구쪽으로 회전력을 전달시키도록 출력신호를 출력시키며, 또 다른 출력단자 일측에 제2 몸통모션부(243)의 제2 회전형 액츄에이터가 연결되어, 제2 링크기구쪽으로 회전력을 전달시키도록 출력신호를 출력시키고, 또 다른 출력단자 일측에 제3 몸통모션부(244)의 제3 회전형 액츄에이터(244a)가 연결되어, 제3 링크기구쪽으로 회전력을 전달시키도록 출력신호를 출력시키도록 구성된다.
상기 메인 MCU부(260)는 도 18에 도시한 바와 같이, 가속도데이터수신부(261), 속도연산제어부(262), 타격회피제어부(263), 운동량측정알고리즘엔진부(264), 데이터전송제어부(265)가 포함되어 구성된다.
[가속도데이터수신부(261)]
상기 가속도데이터수신부(261)는 3축 가속도센서부에서 측정된 가속도데이터를 수신받아 입력시키는 역할을 한다.
[속도연산제어부(262)]
상기 속도연산제어부(262)는 가속도데이터수신부로부터 수신된 가속도데이터를 수신받아 스파링객체의 스텝 속도를 연산시키는 역할을 한다.
[타격회피제어부(263)]
상기 타격회피제어부(263)는 PSD센서부로부터 전달받은 PSD센싱데이터로부터 2차원 십자형평면상에 맺힌 IR 광 스팟의 위치, 기울기를 연산시켜, 스파링을 하고자 하는 객체의 움직임방향 정보의 특징을 추출한 후, 추출한 3차원 움직임방향정보를 이용하여 스파링객체의 스파링자세를 학습하면서, 1:1 맞춤형으로 미리 설정된 스파링타격회피모션을 구동시켜 타격회피제어시키는 역할을 한다.
이는 도 19에 도시한 바와 같이, 모션 연산모드(263a), 스파링타격회피모드(263b)로 구성된다.
상기 모션 연산모드(263a)는 PSD센서부로부터 전달받은 PSD센싱데이터로부터 2차원 십자형평면상에 맺힌 IR 광 스팟의 위치, 기울기를 연산시켜, 스파링을 하고자 하는 객체의 움직임방향 정보의 특징을 추출시키는 역할을 한다.
여기서, 객체의 움직임방향 정보 특징은 스파링객체의 글러브 좌표, 상대적인 거리 판단, 공격하는 영역판단을 모두 포함한다.
상기 모션 연산모드(263a)는 데이터베이스에 qn에 있는 각 프레임에서 2차원 십자형평면상에 맺힌 IR 광 스팟 Cn의 3차원 위치를 다음의 수학식 1과 같이 연산시킨다.
Figure pat00001
여기서, f는 현재 프레임 qn의 조인트 앵글로부터 IR 광 스팟의 위치를 연산시키는 포워드 키넥매틱스 함수식을 말하고,
Figure pat00002
는 스파링을 하고자 하는 객체의 움직임방향 정보를 말하며,
Figure pat00003
는 측정된 IR 광 스팟의 위치를 말하고, z0는 초기위치와 초기방향의 기본값을 말한다.
이어서, 은닉 마르코프모델알고리즘엔진부를 통해 스파링을 하고자 하는 객체의 움직임방향 정보의 특징을 제스처 궤적으로부터 추출한다.
이는 상태전이확률, 관측확률, 초기상태확률벡터를 구성요소로 하여 제스처 궤적의 전체 영역을 공간적으로 분할해서 위치정보를 이용해 특정코드를 생성시켜 3차원 움직임방향정보를 형성시킨다.
그리고, 각 프레임에서 2차원 십자형평면상에 맺힌 IR 광 스팟 Cn의 3차원 움직임방향정보데이터는 데이터베이스에 저장되고, 저장된 3차원 움직임방향정보는 모션 데이터로서, 모션 그래프를 생성시킨다.
즉, 2차원 십자형평면상에 맺힌 IR 광 스팟 Cn의 각 프레임 qn의 연속된 데이터를 묶어 궤적을 만들면 하나의 모션그래프가 생성된다.
이렇게 생성된 모션그래프를 실제 2차원 십자형평면상에 맺힌 IR 광 스팟으로부터 생성된 캡쳐데이터와 비교하여 해당 모션데이터를 스파링타격회피모드로 전달시킨다.
여기서, 모션데이터는 스파링객체의 글러브 좌표, 상대적인 거리 판단, 공격하는 영역판단을 모두 포함한다.
상기 스파링타격회피모드(263b)는 모션 연산모드(263a)에서 전달된 모션정보를 모션 데이터베이스에서 유사한 모션을 검색하여, 현재 IR 광 스팟신호와 1:1 맞춤형으로 미리 설정된 스파링타격회피모션을 구동시키는 모드이다.
여기서, 스파링타격회피모션은 스파링을 하고자 하는 객체에 대응되어, 팔을 뻗거나 오므리거나, 또는 몸통을 전후, 좌우, 회전시키는 모션을 말한다.
[운동량측정알고리즘엔진부(264)]
상기 운동량측정알고리즘엔진부(264)는 스파링운동몸체의 타격점에 가해진 스파링을 하고자 하는 객체의 타격량, 타격강도, 가속도를 연산시켜 스파링객체의 운동량을 측정하는 역할을 한다.
이는 스파링객체의 운동량 측정을 위해 스파링객체가 스파링모션시, 소비하는 에너지소비량을 중심으로 측정한다.
그리고, 기존의 호흡 가스식의 장비를 배제한 간단한 센서(홀센서, PSD센서, 가속도데이터)로 운동량을 측정하는 방안으로 구성된다.
먼저, 속도연산제어부를 통해 가속도데이터를 기준으로, 스파링객체의 스텝에 관한 속도를 연산시킨다.
다음으로, 홀센서부에서 전달된 펀치의 강도와 펀치의 횟수에 관한 펀치측정데이터를 후방차분으로 미분계산을 하여 펀치의 속도를 연산시킨다.
다음으로, 도 20에 도시한 바와 같이, 연산된 스파링객체의 스텝 속도와 펀치속도를 기준으로, 칼로리 소모량으로 환산시킨다.
다음으로, 도 21에 도시한 바와 같이, 실제 칼로리 소모량과 속도기반 추정치를 비교한다.
여기서, 속도기반 추정치는 다음의 수학식 2와 같이 연산된다.
Figure pat00004
[데이터전송제어부(265)]
상기 데이터전송제어부(265)는 운동량측정알고리즘엔진부에 측정한 운동량데이터를 근거리에 위치한 스마트기기 또는 모니터링서버쪽으로 전송시키는 역할을 한다.
이하, 본 발명에 따른 운동량측정알고리즘엔진부가 포함된 무빙액션형 스파링로봇모듈을 통한 1:1 무빙액션형 스마트 스파링 장치의 구체적인 동작과정에 관해 설명한다.
먼저, 도 23에 도시한 바와 같이, 모션감지센서모듈(100)이 스파링을 하고자 하는 객체의 글러브 상에 설치되고, 구동되어, 패턴인식카메라부에서 무선으로 송출한 동기화 신호 및 광량제어정보를 수신하여 정해진 시간에 알맞은 광량으로 IR LED를 점등시킨다.
다음으로, 도 22에 도시한 바와 같이, 무빙액션형 스파링로봇모듈의 패턴인식카메라부에서 모션감지센서모듈의 IR 광 스팟이 2차원 십자형평면상에 맺힌 위치에 따른 PSD 센서의 네 단자의 출력을 검출하여 메인 MCU부로 전송시킨다.
다음으로, 메인 MCU부에서 PSD센서부로부터 전달받은 PSD센싱데이터로부터 2차원 십자형평면상에 맺힌 IR 광 스팟의 위치, 기울기를 연산시켜, 스파링을 하고자 하는 객체의 움직임방향 정보의 특징을 추출한다.
다음으로, 메인 MCU부에서 추출한 3차원 움직임방향정보를 이용하여 스파링객체의 스파링자세를 학습하면서, 1:1 맞춤형으로 미리 설정된 스파링타격회피모션을 구동시켜 타격회피제어시킨다.
다음으로, 메인 MCU부의 제어신호에 따라 팔구동모션부가 구동되어, 팔을 뻗고 오므리며 얼굴을 보호하면서 스파링모션을 구현시킨다.
다음으로, 메인 MCU부의 제어신호에 따라 몸통구동모션부가 구동되어, 몸통을 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw)의 3자유도운동모션을 구현시켜 타격점을 가변시킨다.
다음으로, 메인 MCU부의 운동량측정알고리즘엔진부에서 몸통구동모션부의 타격점에 가해진 스파링객체의 타격량, 타격강도, 가속도를 연산시켜 스파링객체의 운동량을 측정하도록 제어한다.
끝으로, 메인 MCU부의 데이터전송제어부에서 운동량측정알고리즘엔진부에 측정한 운동량데이터를 근거리에 위치한 스마트기기 또는 모니터링서버쪽으로 전송시킨다.
1 : 스파링 운동장치 100 : 모션감지센서모듈
110 : 모듈본체 120 : IR LED부
130 : 센서용 무선송수신모듈 140 : 3축 가속도센서부
150 : 마이컴부 200 : 무빙액션형 스파링로봇모듈

Claims (7)

  1. 스파링을 하고자 하는 객체의 글러브 상에 위치되어, 객체의 움직임에 대응하는 모션신호를 생성시키는 모션감지센서모듈(100)과,
    모션감지센서모듈로부터 생성된 모션신호를 수신받아, 팔, 몸통을 타격회피제어시키면서, 스파링을 하고자 하는 객체의 운동량을 측정하는 무빙액션형 스파링로봇모듈(200)로 구성되는 스파링장치에 있어서,
    상기 무빙액션형 스파링로봇모듈(200)은
    얼굴, 팔, 몸통으로 이루어진 반신형상으로 형성되어, 각 기기를 외압으로부터 보호하고 지지하는 스파링운동몸체(210)와,
    스파링운동몸체의 눈부위에 위치되어, 모션감지센서모듈의 IR 광 스팟이 2차원 십자형평면상에 맺힌 위치에 따른 PSD 센서의 네 단자의 출력을 검출하여 메인 MCU부로 전송시키는 패턴인식카메라부(220)와,
    메인 MCU부의 제어신호에 따라 구동되어, 팔을 뻗고 오므리며 얼굴을 보호하면서 스파링모션을 구현시키는 팔구동모션부(230)와,
    메인 MCU부의 제어신호에 따라 구동되어, 몸통을 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw)의 3자유도운동모션을 구현시켜 타격점을 가변시키는 몸통구동모션부(240)와,
    스파링운동몸체의 몸통부위에 위치되어, 스파링모션시, 가해지는 펀치횟수 및 세기를 센싱시키는 펀치측정센서모듈(250)과,
    스파링운동몸체의 내부공간 일측에 위치되고, 패턴인식카메라부, 팔구동모션부, 몸통구동모션부의 전반적인 동작을 제어하여, 스파링객체의 스파링자세를 학습하면서, 팔을 뻗거나 오므리거나, 또는 몸통을 전후, 좌우, 회전시켜 타격회피제어시키고, 몸통구동모션부의 타격점에 가해진 스파링객체의 타격량, 타격강도, 가속도를 연산시켜 스파링객체의 운동량을 측정하도록 제어하는 메인 MCU부(260)가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 운동량측정알고리즘엔진부가 포함된 무빙액션형 스파링로봇모듈을 통한 1:1 무빙액션형 스마트 스파링 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 패턴인식카메라부(220)는
    모션감지센서모듈로부터 발생한 IR 광 스팟을 PSD 센서부의 센싱 영역에 하나의 스팟(Spot)을 맺게 하여 광량을 전류로 변환시키는 광학부(221)와,
    광학부 후단 일측에 위치되어, 모션감지센서모듈의 IR 광 스팟이 2차원 십자형평면상에 맺힌 위치에 따라 네 단자의 출력을 센싱한 후, 메인 MPU부로 전달시키는 PSD 센서부(222)와,
    PSD 센서부의 각 단자에서 발생한 전류를 전압으로 변환하여 증폭 및 AD 변환을 수행시키는 신호처리부(223)로 구성되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 운동량측정알고리즘엔진부가 포함된 무빙액션형 스파링로봇모듈을 통한 1:1 무빙액션형 스마트 스파링 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 팔구동모션부(230)는
    스파링운동몸체의 어깨 부위 내부공간에 위치되고, 스파링운동몸체의 어깨가 스파링모션 중 팔전체를 상하방향의 특정부위 또는 좌우방향의 특정부위로 회전운동을 하도록 유도하기 위해, 하단부에 연결된 2축 팔꿈치모션부와 제1축을 이루며, 2축 팔꿈치모션부와, 3축 손목모션부를 통째로 상하방향의 특정부위 또는 좌우방향의 특정부위로 회전운동시키는 1축 어깨모션부(231)와,
    스파링운동몸체의 팔꿈치 부위 내부공간에 위치되어, 스파링운동몸체의 팔꿈치가 스파링모션 중 수평기준선을 기준으로 1°~90°로 뻗거나 오므리도록 유도하기 위해, 하단부에 연결된 3축 손목모션부와 제3축을 이루며, 팔목부위와, 3축 손목모션부를 통째로 수평기준선을 기준으로 1°~90°로 상하방향으로 직선왕복운동시키는 2축 팔꿈치모션부(232)와,
    스파링운동몸체의 손목 부위 내부공간에 위치되어, 글로브를 착용한 스파링운동몸체의 손목을 스파링모션 중 상하방향의 특정부위 또는 좌우방향의 특정부위로 회전운동시키는 3축 손목모션부(233)와,
    1축 어깨모션부(231) 후단 일측에 위치되어, 스파링모션시, 스파링운동몸체에 가해지는 충격을 흡수하여 완충시키는 어깨충격완충용댐퍼부(234)와,
    1축 어깨모션부(231)와 2축 팔꿈치모션부(232) 사이에 위치되어, 스파링모션시, 3축손목모션부를 타고 2축 팔꿈치모션부까지 전달되는 충격을 흡수하여 완충시키는 손목충격완충용댐퍼부(235)로 구성되는 것을 특징으로 하는 운동량측정알고리즘엔진부가 포함된 무빙액션형 스파링로봇모듈을 통한 1:1 무빙액션형 스마트 스파링 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 몸통구동모션부(240)는
    스파링운동몸체의 몸통을 하단방향에서 지지해주는 베이스기판(241)과,
    정면에서 바라봤을 때 베이스기판의 좌측 일측에 위치되고, 메인 MPU부의 제어신호에 따라 구동되어 스파링운동몸체의 몸통 우측 일측을 길이방향으로 당겼다가 밀어주면서, 스파링운동몸체의 몸통 중 우측부위를 1°~45°로 기울기각도를 주면서 좌우로 기울어지도록 구동시켜 몸통의 타격점을 제1 가변시키는 제1 몸통모션부(242)와,
    정면에서 바라봤을 때 베이스기판의 우측 일측에 위치되고, 메인 MPU부의 제어신호에 따라 구동되어 스파링운동몸체의 몸통 좌측 일측을 길이방향으로 당겼다가 밀어주면서, 스파링운동몸체의 몸통 중 좌측부위를 1°~45°로 기울기각도를 주면서 좌우로 기울어지도록 구동시켜 몸통의 타격점을 제2 가변시키는 제2 몸통모션부(243)와,
    정면에서 바라봤을 때 베이스기판의 후단 일측에 위치되고, 메인 MPU부의 제어신호에 따라 구동되어 스파링운동몸체의 몸통 후단 일측을 길이방향으로 당겼다가 밀어주면서, 스파링운동몸체의 몸통 중 후측부위를 1°~45°로 기울기각도를 주면서 전후로 기울어지도록 구동시켜 몸통의 타격점을 제3 가변시키는 제3 몸통모션부(244)로 구성되는 것을 특징으로 하는 운동량측정알고리즘엔진부가 포함된 무빙액션형 스파링로봇모듈을 통한 1:1 무빙액션형 스마트 스파링 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 펀치측정센서모듈(250)은
    스파링운동몸체 일측에 패드형상으로 형성되어, 스파링모션시 가해지는 펀치의 충격을 2차로 흡수하는 고정형 충격흡수펀칭패드(251)와,
    충격흡수펀칭패드와 수직의 동일선상에 위치되고, 글러브접촉부위 일측에 패드형상으로 형성되어, 스파링모션시 가해지는 펀치의 충격을 1차로 흡수하면서, 펀치의 힘을 전달받은 중심축과 스프링을 통해 고정형 충격흡수펀칭패드쪽으로 직선운동되는 이동형 충격흡수펀칭패드(252)와,
    고정형 충격흡수펀칭패드 내부면 일측에 형성되어, 펀치에 의해 스프링이 압축되는 정도를 주변 자기장의 변화를 통해 감지하는 홀센서부(253)와,
    이동형 충격흡수펀칭패드 내부면 일측에 형성되어, 이동형 충격흡수펀칭패드에 따라 직선운동하면서, 홀센서부쪽으로 펀칭에 따른 자기장을 형성시키는 영구자석(254)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 운동량측정알고리즘엔진부가 포함된 무빙액션형 스파링로봇모듈을 통한 1:1 무빙액션형 스마트 스파링 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 메인 MCU부(260)는
    패턴인식카메라부로부터 전달받은 PSD센싱데이터로부터 2차원 십자형평면상에 맺힌 IR 광 스팟의 위치, 기울기를 연산시켜, 스파링을 하고자 하는 객체의 움직임방향 정보의 특징을 추출한 후, 추출한 3차원 움직임방향정보를 패턴인식하여 스파링객체의 스파링자세를 학습하면서, 1:1 맞춤형으로 미리 설정된 스파링타격회피모션을 구동시켜 타격회피제어시키는 타격회피제어부(263)가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 운동량측정알고리즘엔진부가 포함된 무빙액션형 스파링로봇모듈을 통한 1:1 무빙액션형 스마트 스파링 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 메인 MCU부(260)는
    스파링운동몸체의 타격점에 가해진 스파링을 하고자 하는 객체의 타격량, 타격강도, 가속도를 연산시켜 스파링객체의 운동량을 측정하는 운동량측정알고리즘엔진부(264)가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 운동량측정알고리즘엔진부가 포함된 무빙액션형 스파링로봇모듈을 통한 1:1 무빙액션형 스마트 스파링 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102054279B1 (ko) * 2019-03-26 2019-12-10 주식회사 더블유지에스 충격량 기반 트레이닝 시스템

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200199112Y1 (ko) 2000-05-09 2000-10-02 이상길 권투연습용 타격장치
US20040248633A1 (en) * 2003-02-28 2004-12-09 Luther Trawick Electromechanical sparring partner
US20140378281A1 (en) * 2013-06-21 2014-12-25 Joseph Mazi Robotic Sparring Partner

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102054279B1 (ko) * 2019-03-26 2019-12-10 주식회사 더블유지에스 충격량 기반 트레이닝 시스템
CN110280004A (zh) * 2019-06-25 2019-09-27 上海理工大学 一种空手道陪练机器人

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