KR20240043406A

KR20240043406A - An electric exercise device that compensates for virtual inertia by using a force measurement value and an operating method thereof

Info

Publication number: KR20240043406A
Application number: KR1020220122461A
Authority: KR
Inventors: 이수웅; 권순오; 최승환; 이호영
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2022-09-27
Filing date: 2022-09-27
Publication date: 2024-04-03

Abstract

본 발명의 일 실시 예는 전동식 운동 기구에서 사용자의 힘에 따라 모터에서 생성되는 힘을 가변시켜 운동 모드가 능동적으로 가변되도록 하는 기술을 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 힘 정보를 이용하여 가상의 관성을 보상하는 전동식 운동 장치는, 운동을 수행하는 사용자의 힘 제공 시, 사용자의 힘 작용 방향에 대응되는 방향으로 힘을 생성하는 모터부; 모터부와 연결되고, 사용자의 힘 작용에 따라 회전하는 연결운동부; 일단이 결합된 연결운동부에 권취 또는 권취해제되고, 타단에는 사용자의 힘이 작용되는 와이어; 연결운동부의 회전각과 와이어에 작용하는 힘을 측정하는 운동측정부; 모터부로 전류를 제공하는 전류제공부; 및 운동측정부로부터 연결운동부의 회전각과 와이어에 작용하는 힘에 대한 정보를 전달받고, 전류제공부로 제어 신호를 전달하는 제어부를 포함한다.One embodiment of the present invention provides a technology that allows the exercise mode to be actively varied by varying the force generated by the motor in an electric exercise device according to the user's strength. An electric exercise device that compensates for virtual inertia using force information according to an embodiment of the present invention includes: a motor unit that generates force in a direction corresponding to the direction of application of the user's force when the user performs the exercise provides force; A connected movement unit connected to the motor unit and rotating according to the user's force action; A wire that is wound or unwound at one end of the coupled movement unit, and on which the user's force is applied at the other end; A motion measurement unit that measures the rotation angle of the connection motion unit and the force acting on the wire; A current providing unit that provides current to the motor unit; And a control unit that receives information about the rotation angle of the connection exercise unit and the force acting on the wire from the motion measurement unit, and transmits a control signal to the current provider.

Description

An electric exercise device that compensates for virtual inertia by using a force measurement value and an operating method thereof}

본 발명은 힘 정보를 이용하여 가상의 관성을 보상하는 전동식 운동 장치 및 이의 작동방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전동식 운동 기구에서 사용자의 힘에 따라 모터에서 생성되는 힘을 가변시켜 운동 모드가 능동적으로 가변되도록 하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to an electric exercise device that compensates for virtual inertia using force information and an operating method thereof. More specifically, the present invention relates to an electric exercise device that varies the force generated by the motor according to the user's force to change the exercise mode. It is about technology that allows for active change.

기존의 재래식 운동기구와 더불어 최근에는 모터 등을 이용하여 사용자가 근력 운동 등을 수행할 수 있는 전동식 운동기구의 보급이 증대되고 있다. 사용자는 전동식 운동기구의 모터에서 생성되는 부하를 운동 모드에 따라 변경시킴으로써 다양한 효과를 구현하면서 운동을 수행할 수 있다.In addition to existing conventional exercise equipment, the spread of electric exercise equipment that allows users to perform muscle strength exercises using motors, etc. has recently been increasing. Users can perform exercise while realizing various effects by changing the load generated by the motor of the electric exercise equipment according to the exercise mode.

다만, 종래기술의 전동식 운동기구에서는 모터를 이용하여 일정한 운동 부하를 단계적으로 변경시키면서 운동을 수행하는 것이어서, 다양한 효과 구현에 한계가 있고, 운동에 대한 흥미 유발에도 한계가 있는 문제점이 있다.However, in the electric exercise equipment of the prior art, exercise is performed while changing a constant exercise load step by step using a motor, so there is a problem in that there are limits to realizing various effects and there is a limit to arousing interest in exercise.

대한민국 공개특허 제10-2020-0002276호(발명의 명칭: 탄성운동을 이용한 스마트 헬스케어시스템)에서는, 사용자의 움직임에 따라 특정 동작을 수행하는 헬스케어장치; 상기 헬스케어장치에 설치되며 상기 사용자의 움직임 또는 상기 헬스케어장치의 특정 동작을 감지하는 센서부; 상기 센서부에서 측정된 정보를 기반으로 상기 사용자의 신체에 대한 정보를 산출하는 제어부; 및 상기 제어부에서 산출된 정보를 수신하여 시각적으로 표시하는 표시부;를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 사용자의 움직임에 따른 신체부위별 근력을 산출하는 근력산출모듈; 상기 사용자의 신체 밸런스를 산출하는 밸런스산출모듈; 및 상기 헬스케어장치의 동작에 따라 상기 사용자의 운동량을 산출하는 결과산출모듈;을 포함하는 탄성운동을 이용한 스마트 헬스케어시스템이 개시되어 있다.In Republic of Korea Patent Publication No. 10-2020-0002276 (title of the invention: Smart healthcare system using elastic motion), a healthcare device that performs a specific operation according to the user's movement; A sensor unit installed in the healthcare device and detecting the user's movement or a specific operation of the healthcare device; a control unit that calculates information about the user's body based on information measured by the sensor unit; and a display unit that receives the information calculated by the control unit and visually displays it, wherein the control unit includes: a muscle strength calculation module that calculates muscle strength for each body part according to the user's movement; A balance calculation module that calculates the user's body balance; and a result calculation module that calculates the amount of exercise of the user according to the operation of the healthcare device. A smart healthcare system using elastic motion is disclosed.

대한민국 공개특허 제10-2020-0002276호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2020-0002276

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 전동식 운동 기구에서 사용자의 힘에 따라 모터에서 생성되는 힘을 가변시켜 운동 모드가 능동적으로 가변되도록 하는 것이다.The purpose of the present invention to solve the above problems is to allow the exercise mode to be actively varied by varying the force generated by the motor in an electric exercise device according to the user's strength.

그리고, 본 발명의 목적은, 모터에서 생성되는 힘의 가변을 위한 제어에 가상의 계수를 이용하고 이와 같은 가상의 계수를 변화시킬 수 있게 하는 것이다.And, the purpose of the present invention is to use a virtual coefficient to control the variation of the force generated by the motor and to change this virtual coefficient.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 운동을 수행하는 사용자의 힘 제공 시, 상기 사용자의 힘 작용 방향에 대응되는 방향으로 힘을 생성하는 모터부; 상기 모터부와 연결되고, 상기 사용자의 힘 작용에 따라 회전하는 연결운동부; 일단이 결합된 상기 연결운동부에 권취 또는 권취해제되고, 타단에는 상기 사용자의 힘이 작용되는 와이어; 상기 연결운동부의 회전각과 상기 와이어에 작용하는 힘을 측정하는 운동측정부; 상기 모터부로 전류를 제공하는 전류제공부; 및 상기 운동측정부로부터 상기 연결운동부의 회전각과 상기 와이어에 작용하는 힘에 대한 정보를 전달받고, 상기 전류제공부로 제어 신호를 전달하는 제어부를 포함하고, 상기 모터부에 의한 힘은 상기 연결운동부의 회전각 또는 상기 와이어에 작용하는 힘에 따라 변화하여 가상의 관성, 점성 또는 탄성 운동을 구현하는 것을 특징으로 한다.The configuration of the present invention for achieving the above object includes: a motor unit that generates a force in a direction corresponding to the direction of application of the user's force when the user performing the exercise provides force; a connected movement unit connected to the motor unit and rotating according to the user's force; A wire that is wound or unwound at one end of the connected exercise unit, and on which the user's force is applied at the other end; a motion measurement unit that measures the rotation angle of the connection exercise unit and the force acting on the wire; A current providing unit that provides current to the motor unit; And a control unit that receives information about the rotation angle of the connection exercise unit and the force acting on the wire from the motion measurement unit, and transmits a control signal to the current provider, and the force generated by the motor unit is generated by the connection exercise unit. It is characterized by implementing virtual inertial, viscous or elastic motion by changing depending on the rotation angle or the force acting on the wire.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 모터부에 구비된 모터의 점성마찰력과 관성력을 보상하는 힘인 보상힘과 가상의 물성 값에 의해 도출되는 힘인 가상힘을 이용하여, 상기 모터부로 제공되는 전류 값을 연산할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the control unit provides compensation force, which is a force that compensates for the viscous friction force and inertial force of the motor provided in the motor unit, and a virtual force, which is a force derived from virtual physical property values, to the motor unit. The current value can be calculated.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 모터부에서 생성되는 힘은 상기 보상힘과 상기 가상힘의 합일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the force generated by the motor unit may be the sum of the compensation force and the virtual force.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 가상힘은, 가상의 관성계수 및 가상의 점성계수와 가상의 탄성계수에 의해 연산될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the virtual force may be calculated using a virtual coefficient of inertia, a virtual coefficient of viscosity, and a virtual coefficient of elasticity.

본 발명의 실시 예에 있어서, 복수 개의 운동 모드를 구비하고, 상기 복수 개의 운동 모드 중 선택되는 운동 모드에 따라 상기 가상의 관성계수, 상기 가상의 점성계수 또는 상기 가상의 탄성계수가 초기 설정될 수 있다.In an embodiment of the present invention, a plurality of exercise modes may be provided, and the virtual coefficient of inertia, the virtual viscosity coefficient, or the virtual elastic coefficient may be initially set according to the exercise mode selected from the plurality of exercise modes. there is.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 연결운동부의 회전각 또는 상기 와이어에 작용하는 힘에 따라 운동 모드가 변경될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the exercise mode may be changed depending on the rotation angle of the connection exercise unit or the force acting on the wire.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 운동을 수행하는 사용자가 복수 개의 운동 모드 중 어느 하나의 운동 모드를 선택하는 제1단계; 선택된 운동 모드에 따라 상기 가상의 관성계수 및 상기 가상의 점성계수와 상기 가상의 탄성계수 각각의 값이 초기 설정되는 제2단계; 상기 제어부에서, 상기 가상힘과 상기 보상힘이 연산되어, 상기 모터부에서 생성되는 힘이 도출되는 제3단계; 상기 제어부로부터 상기 전류제공부로 제어 신호가 전달되고, 상기 모터부에서 생성되는 힘의 형성을 위해 상기 모터부에 전류가 공급되는 제4단계; 및 상기 사용자가 상기 연결운동부에 연결된 운동기구를 이용하여 운동하는 제5단계를 포함한다.The configuration of the present invention for achieving the above object includes: a first step in which a user performing exercise selects one exercise mode among a plurality of exercise modes; A second step of initially setting the values of the virtual coefficient of inertia, the virtual coefficient of viscosity, and the virtual elastic coefficient according to the selected exercise mode; A third step in which the virtual force and the compensation force are calculated by the control unit to derive the force generated by the motor unit; A fourth step in which a control signal is transmitted from the control unit to the current providing unit, and current is supplied to the motor unit to form force generated by the motor unit; and a fifth step in which the user exercises using an exercise device connected to the connected exercise unit.

상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 연결운동부의 각가속도를 연산하지 않고도 가상의 관성력을 연산하는 효과를 구현함으로써, 제어부의 연산 중 잡음이 증가하고 연속 속도의 감소로 제어신호가 지연되는 문제를 방지한다는 것이다.The effect of the present invention according to the above configuration is to implement the effect of calculating the virtual inertial force without calculating the angular acceleration of the connected movement unit, thereby increasing the noise during the calculation of the control unit and delaying the control signal due to the decrease in continuous speed. is to prevent.

그리고, 본 발명의 효과는, 회전 각가속도 신호의 처리에 필요한 필터(LPF) 등의 사용이 생략되어 알고리즘이 간소화되고, 잡음과 지연이 적은 힘센서 정보를 이용함으로써, 제어부에 의한 제어가 안정적으로 수행될 수 있다는 것이다.In addition, the effect of the present invention is that the algorithm is simplified by omitting the use of filters (LPF), etc. required for processing the rotational angular acceleration signal, and by using force sensor information with less noise and delay, control by the controller is performed stably. That it can happen.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above, and should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 종래기술의 전동식 운동기구에 대한 이미지이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동식 운동 장치에 대한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동식 운동 장치의 일부 구성에 대한 개략도이다.1 is an image of a conventional electric exercise device.
Figure 2 is a schematic diagram of an electric exercise device according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a schematic diagram of a partial configuration of an electric exercise device according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts that are not related to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, combined)" with another part, this means not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member in between. "Includes cases where it is. Additionally, when a part is said to “include” a certain component, this does not mean that other components are excluded, but that other components can be added, unless specifically stated to the contrary.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this specification are merely used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to indicate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

도 1은 종래기술의 전동식 운동기구에 대한 이미지이다. 도 1에서, 점선의 원 형상으로 표시된 부위에 모터가 연결될 수 있으며, 도 1에서 보는 바와 같이, 사용자가 파지하는 손잡이(10)와 모터가 와이어(20)에 의해 연결되고, 사용자가 손잡이(10)를 이동시키면 와이어(20)에 의해 연결된 모터에 사용자의 힘 작용 방향과 대응되는 방향으로 모터의 토크가 생성될 수 있다. 이에 따라, 사용자는 모터의 토크에 대응하여 손잡이를 이동시키는 힘으로 모터에 부하를 제공함으로써 운동을 수행할 수 있다.1 is an image of a conventional electric exercise device. In FIG. 1, a motor may be connected to the area indicated by the dotted circle shape. As shown in FIG. 1, the handle 10 held by the user is connected to the motor by the wire 20, and the user holds the handle 10. ) can generate torque in the motor connected by the wire 20 in a direction corresponding to the direction of application of the user's force. Accordingly, the user can perform exercise by providing a load to the motor with the force of moving the handle in response to the torque of the motor.

다만, 종래기술에서 상기와 같은 방식의 전동식 운동기구를 이용하여 운동을 수행하는 경우, 일정한 운동 부하를 단계적으로 변경시키면서 운동을 수행하는 것이어서, 실제 운동과 같은 효과를 구현하는데 한계가 있었다.However, in the prior art, when exercising using an electric exercise device of the above type, the exercise is performed while changing a constant exercise load step by step, so there is a limit to realizing the same effect as actual exercise.

구체적으로, 노 젓는 효과, 스프링 효과 등 실질적인 물리 효과를 구현하기 위해서는 각각의 효과 구현을 위한 모터 제어가 요구되는데, 종래기술의 전동식 운동기구에서는 상기와 같이 단계적으로 모터 부하가 증가하는 효과 정도만 구현되어, 상기와 같은 실질적인 물리 효과 구현에 한계가 있는 것이다. 본 발명은 상기와 같은 한계를 해소하고자 안출된 것이며, 이하 본 발명의 전동식 운동 장치에 대한 사항을 상세히 설명하기로 한다.Specifically, in order to implement practical physical effects such as the rowing effect and spring effect, motor control is required to implement each effect, but in the electric exercise equipment of the prior art, only the effect of gradually increasing the motor load as described above is implemented. , there are limits to implementing practical physical effects as described above. The present invention was developed to solve the above limitations, and details regarding the electric exercise device of the present invention will be described in detail below.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동식 운동 장치에 대한 모식도이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동식 운동 장치의 일부 구성에 대한 개략도이다.Figure 2 is a schematic diagram of an electric exercise device according to an embodiment of the present invention. And, Figure 3 is a schematic diagram of a partial configuration of an electric exercise device according to an embodiment of the present invention.

여기서, 도 2의 (a)는 가상의 관성계수 및 가상의 점성계수와 가상의 탄성계수가 적용되지 않고 모터부(110)에 대해 제어가 수행되는 사항에 관련된 것이며, 도 2의 (b)는 가상의 관성계수 및 가상의 점성계수와 가상의 탄성계수가 적용되어 모터부(110)에 대해 제어가 수행되는 사항에 관련된 것이다.Here, (a) of FIG. 2 relates to the matter in which control is performed on the motor unit 110 without applying the virtual coefficient of inertia, virtual coefficient of viscosity, and virtual coefficient of elasticity, and (b) of FIG. 2 It is related to the matter in which control is performed on the motor unit 110 by applying a virtual coefficient of inertia, a virtual coefficient of viscosity, and a virtual coefficient of elasticity.

도 2와 도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 전동 장치는, 운동을 수행하는 사용자의 힘 제공 시, 사용자의 힘 작용 방향에 대응되는 방향으로 힘을 생성하는 모터부(110); 모터부(110)와 연결되고, 사용자의 힘 작용에 따라 회전하는 연결운동부(210); 일단이 결합된 연결운동부(210)에 권취 또는 권취해제되고, 타단에는 사용자의 힘이 작용되는 와이어(220); 연결운동부(210)의 회전각과 와이어(220)에 작용하는 힘을 측정하는 운동측정부; 모터부(110)로 전류를 제공하는 전류제공부(130); 및 운동측정부로부터 연결운동부(210)의 회전각과 와이어(220)에 작용하는 힘에 대한 정보를 전달받고, 전류제공부(130)로 제어 신호를 전달하는 제어부(300)를 포함한다. 그리고, 모터부(110)가 인입되는 내부공간을 구비하는 하우징(140)이 형성될 수 있다.As shown in Figures 2 and 3, the power transmission device of the present invention includes a motor unit 110 that generates force in a direction corresponding to the direction of application of the user's force when the user performs the exercise. A connection movement unit 210 connected to the motor unit 110 and rotating according to the user's force action; A wire 220, one end of which is wound or unwound from the coupled connection exercise unit 210, and the other end of which is applied the user's force; A motion measurement unit that measures the rotation angle of the connection exercise unit 210 and the force acting on the wire 220; A current providing unit 130 that provides current to the motor unit 110; And a control unit 300 that receives information about the rotation angle of the connection exercise unit 210 and the force acting on the wire 220 from the motion measurement unit and transmits a control signal to the current provider 130. And, a housing 140 having an internal space into which the motor unit 110 is inserted may be formed.

모터부(110)에 의한 힘은 연결운동부(210)의 회전각 또는 와이어(220)에 작용하는 힘에 따라 변화하여 가상의 관성, 점성 또는 탄성 운동을 구현할 수 있다. 여기서, 관성 운동, 점성 운동 또는 탄성 운동 각각은 동시 또는 각각 별도로 적용될 수 있다.The force generated by the motor unit 110 may change depending on the rotation angle of the connection movement unit 210 or the force acting on the wire 220 to implement virtual inertial, viscous, or elastic motion. Here, inertial motion, viscous motion, or elastic motion may be applied simultaneously or separately.

가상의 관성 운동은 노 젓기의 노 등과 같이 가상의 물체를 이용하는 경우 해당 물체의 운동에 의해 사용자에게 전달되는 관성력을 구현하는 운동을 의미할 수 있다.Virtual inertial motion may refer to exercise that implements the inertial force transmitted to the user by the motion of the object when using a virtual object, such as a rowing oar.

그리고, 가상의 점성 운동은 점성을 구비한 유체에 힘을 적용하는 운동으로써 수영, 노 젓기 운동(조정) 등의 운동을 의미할 수 있고, 탄성 운동은 스프링과 같이 탄성력을 구비하는 부재에 힘을 가하여 부재의 형상을 변형시키면서 수행하는 운동을 의미할 수 있다.In addition, virtual viscous movement is a movement that applies force to a fluid with viscosity and can refer to movements such as swimming and rowing (rowing), and elastic movement is a movement that applies force to a member with elastic force, such as a spring. It can refer to a movement performed while modifying the shape of a member.

다만, 가상의 관성, 점성 또는 탄성 운동의 형태가 상기의 예시에 한정되는 것은 아니고, 각각의 운동과 연관되어 동일 유사한 효과를 구현하는 운동은 모두 포함될 수 있다.However, the form of virtual inertial, viscous, or elastic movement is not limited to the above examples, and all movements that implement the same or similar effects in relation to each movement may be included.

모터부(110)는, 회전형 모터를 구비할 수 있다. 모터부(110)에 회전형 모터가 구비되어 하기된 [수학식 1] 내지 [수학식 3]에 의해 규정되는 모터부(110)에서 생성되는 힘을 이용하여 본 발명의 전동식 운동 장치를 작동시키는 구성 및 방법에 대해 설명하기로 한다.The motor unit 110 may include a rotary motor. A rotary motor is provided in the motor unit 110 to operate the electric exercise device of the present invention using the force generated by the motor unit 110 defined by [Equation 1] to [Equation 3] below. The composition and method will be explained.

도 2와 도 3에서 보는 바와 같이, 모터부(110)에 회전 모터가 구비되는 경우, 하우징(140)의 내부공간에 위치하는 모터부(110)와 연결운동부(210)는 축의 형상인 연결축(150)에 의해 연결될 수 있다. 하우징(140)의 내부공간에는 모터부(110) 외에 연결축(150)의 일부위, 연결축(150)과 연결된 회전각센서(121) 및 전류제공부(130)가 설치될 수 있다.As shown in Figures 2 and 3, when the motor unit 110 is equipped with a rotation motor, the motor unit 110 and the connection movement unit 210 located in the inner space of the housing 140 are connected shafts in the shape of an axis. It can be connected by (150). In addition to the motor unit 110, a portion of the connecting shaft 150, a rotation angle sensor 121 connected to the connecting shaft 150, and a current providing unit 130 may be installed in the inner space of the housing 140.

그리고, 연결운동부(210)는 원통형의 형상으로서 모터부(110)의 작동 또는 사용자의 힘에 의해 연결운동부(210)가 회전을 수행하고, 연결운동부(210)에서 곡면인 측부에는 와이어(220)가 결합되어 사용자의 운동에 따라 와이어(220)가 연결운동부(210)에 권취 또는 권취해제될 수 있다. 사용자는 운동을 수행하기 위해 와이어(220)와 연결된 기구에 힘을 제공할 수 있다.In addition, the connection movement unit 210 has a cylindrical shape and rotates by the operation of the motor unit 110 or the user's force, and a wire 220 is attached to the curved side of the connection movement unit 210. is combined so that the wire 220 can be wound or unwound from the connection exercise unit 210 according to the user's movement. The user may provide force to the device connected to the wire 220 to perform the exercise.

운동측정부는, 연결축(150)과 결합되어 연결축(150)의 회전각을 측정함으로써 연결운동부(210)의 회전각을 측정하는 센서인 회전각센서(121) 및, 와이어(220)와 결합하고 사용자가 와이어(220)를 당기는 경우 와이어(220)에 작용하는 사용자의 당기는 힘을 측정하는 센서인 힘센서(122)를 구비할 수 있다.The motion measurement unit is coupled to the connection shaft 150 and is coupled to the rotation angle sensor 121, which is a sensor that measures the rotation angle of the connection exercise unit 210 by measuring the rotation angle of the connection shaft 150, and the wire 220. And when the user pulls the wire 220, a force sensor 122, which is a sensor that measures the user's pulling force acting on the wire 220, may be provided.

힘센서(122)는 와이어(220)에 작용하는 힘에 따라 변형되어 힘을 측정하는 센서일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 와이어(220)에 작용하는 사용자의 당김 힘을 측정할 수 있는 다른 센서도 이용될 수 있음은 당연하다.The force sensor 122 may be a sensor that is transformed according to the force acting on the wire 220 and measures force, but is not limited thereto, and may be used as another sensor capable of measuring the user's pulling force acting on the wire 220. It goes without saying that sensors can also be used.

구체적으로, 도시되지는 않았으나, 힘센서(122)는 와이어(220)가 아닌 연결축(150)과 결합할 수 있으며, 사용자가 와이어(220)가 당기는 힘에 따라 연결축(150)이 소정의 방향으로 당겨지게 되고, 이와 같은 연결축(150)에 가해지는 힘을 측정한 값을 이용하여 사용자가 와이어(220)를 당기는 힘을 도출할 수도 있다. 이 때, 연결축(150)에 가해지는 힘을 측정한 값을 이용하여 와이어(220)에 작용하는 힘은 제어부(300)에서 연산될 수 있다.Specifically, although not shown, the force sensor 122 may be coupled to the connecting shaft 150 rather than the wire 220, and the connecting shaft 150 may be adjusted to a predetermined level depending on the force that the user pulls on the wire 220. It is pulled in this direction, and the force that the user pulls the wire 220 can be derived using the value measured by the force applied to the connecting shaft 150. At this time, the force acting on the wire 220 can be calculated in the control unit 300 using the measured value of the force applied to the connecting shaft 150.

제어부(300)는, 모터부(110)에 구비된 모터의 점성마찰력과 관성력을 보상하는 힘인 보상힘과 가상의 물성 값에 의해 도출되는 힘인 가상힘을 이용하여, 모터부(110)로 제공되는 전류 값을 연산할 수 있다. 또한, 모터부(110)에서 생성되는 힘은 보상힘과 가상힘의 합일 수 있다. 그리고, 가상힘은, 가상의 관성계수 및 가상의 점성계수와 가상의 탄성계수에 의해 연산될 수 있다.The control unit 300 uses a compensation force, which is a force that compensates for the viscous friction force and inertial force of the motor provided in the motor unit 110, and a virtual force, which is a force derived from virtual physical property values, to provide power to the motor unit 110. The current value can be calculated. Additionally, the force generated by the motor unit 110 may be the sum of the compensation force and the virtual force. And, the virtual force can be calculated using a virtual coefficient of inertia, a virtual coefficient of viscosity, and a virtual coefficient of elasticity.

보상힘은, 모터부(110)에 전류가 제공되는 경우, 모터부(110)에 모터 고유의 점성마찰력, 연결축(150)에 연결된 모터의 회전축과 연결축(150) 및 연결운동부(210)의 관성모멘트에 의한 관성력, 그리고, 모터에서의 쿨롬(coulomb) 마찰력의 합력일 수 있다.When a current is provided to the motor unit 110, the compensation force is the viscous friction force inherent to the motor in the motor unit 110, the rotation axis of the motor connected to the connection shaft 150, the connection shaft 150, and the connection movement unit 210. It can be the resultant force of the inertial force due to the moment of inertia of and the coulomb friction force in the motor.

모터의 부하 값은 하기의 [수학식 1]에 의해 연산될 수 있다.The load value of the motor can be calculated by [Equation 1] below.

[수학식 1][Equation 1]

여기서, τ는 모터부(110)에서 생성되는 부하 값(토크)이고, τ_a는 보상힘(토크)이며, r은 연결운동부(210)의 반지름이고, F_e는 사용자의 힘이며, I는 연결운동부(210)와 모터의 회전축 및 연결축(150)의 관성모멘트이고, D는 점성마찰계수이며, C함수는 연결운동부(210)의 회전각(θ)과 회전 각속도()에 따른 쿨롬(coulomb) 마찰력 함수이다. 그리고, θ는 연결운동부(210)의 각변위이다. 이하, 동일하다.Here, τ is the load value (torque) generated in the motor unit 110, τ _a is the compensation force (torque), r is the radius of the connection exercise unit 210, F _e is the user's power, and I is is the moment of inertia of the connection exercise unit 210 and the rotation axis of the motor and the connection shaft 150, D is the viscous friction coefficient, and the C function is the rotation angle (θ) and rotation angular velocity of the connection exercise unit 210 ( It is a Coulomb friction force function according to ). And, θ is the angular displacement of the connection movement unit 210. Hereinafter, the same applies.

C함수는 사전에 형성되어 제어부(300)에 저장될 수 있다. 그리고, 제어부(300)는 C함수에 운동측정부의 회전각센서(121)로부터 전달받은 연결운동부(210)의 시간별 회전각 변위를 전달받아 C함수에 대입하여 값을 도출할 수 있다.The C function may be formed in advance and stored in the control unit 300. In addition, the control unit 300 may receive the time-dependent rotation angle displacement of the connection exercise unit 210 received from the rotation angle sensor 121 of the motion measurement unit and substitute it into the C function to derive a value.

가상힘은, 돌림힘으로써, 아래의 [수학식 2-1]에 의해 연산될 수 있다.The virtual force, as a turning force, can be calculated by [Equation 2-1] below.

[수학식 2-1][Equation 2-1]

여기서, τ_d는 가상힘(토크)이고, M은 가상의 관성계수이며, B는 가상의 점성계수이고, K는 가상의 탄성계수이며, θ₀는 연결운동부(210)의 최초 각변위이고, θ는 연결운동부(210)의 최종 각변위이다.Here, τ _d is a virtual force (torque), M is a virtual coefficient of inertia, B is a virtual coefficient of viscosity, K is a virtual coefficient of elasticity, θ ₀ is the initial angular displacement of the connection movement unit 210, θ is the final angular displacement of the connection movement unit 210.

상기에서, 는 가상의 관성력을 나타내고, 는 가상의 점성력을 나타내며, 는 가상의 탄성력을 나타낼 수 있다. 이와 같이, 가상힘에 의하여 가상의 관성, 점성 또는 탄성 운동이 구현될 수 있다.In the above, represents the virtual inertial force, represents the virtual viscous force, may represent a virtual elastic force. In this way, virtual inertial, viscous, or elastic motion can be implemented by virtual force.

가상의 관성력은 연결운동부(210)의 각가속도, 즉, 사용자가 와이어(220)를 당기는 힘에 의해 가변할 수 있고, 가상의 점성력은 연결운동부(210)의 각속도, 즉, 사용자가 와이어(220)를 당기는 속도에 따라 가변할 수 있으며, 가상의 탄성력은 연결운동부(210)의 각변위, 즉, 사용자가 와이어(220)를 당긴 거리에 따라 가변할 수 있다.The virtual inertial force can be varied by the angular acceleration of the connection exercise unit 210, that is, the force by which the user pulls the wire 220, and the virtual viscous force is the angular velocity of the connection exercise unit 210, that is, the user can change the wire 220. It can be varied depending on the pulling speed, and the virtual elastic force can be varied depending on the angular displacement of the connection exercise unit 210, that is, the distance the user pulls the wire 220.

다만, 가상의 관성력을 연산하기 위해서는 연결운동부(210)의 각가속도 정보가 필요하나, 연결운동부(210)의 각가속도 측정 값을 획득하기 위해서는 회전각센서(121)의 데이터를 두 번 미분해야 하므로, 제어부(300)의 연산 중 잡음이 증가하고 연속 속도의 감소로 제어신호가 지연되는 문제가 있다.However, in order to calculate the virtual inertial force, angular acceleration information of the connected exercise unit 210 is required. However, in order to obtain the angular acceleration measurement value of the connected exercise unit 210, the data of the rotation angle sensor 121 must be differentiated twice, so the control unit There is a problem that noise increases during the calculation of (300) and the control signal is delayed due to a decrease in continuous speed.

상기와 같이 회전각센서(121)의 데이터를 두 번 미분함으로써 발생되는 문제를 방지하기 위하여, 상기된 [수학식 2-1]을 하기와 같은 [수학식 2-2]로 변형시킨 다음, [수학식 1]과 [수학식 2-2]를 이용하여 [수학식 3]을 연산할 수 있다.In order to prevent problems caused by differentiating the data of the rotation angle sensor 121 twice as described above, the above [Equation 2-1] is transformed into [Equation 2-2] as follows, [ [Equation 3] can be calculated using [Equation 1] and [Equation 2-2].

[수학식 2-2][Equation 2-2]

여기서, M은 가상의 관성계수이며, B는 가상의 점성계수이고, K는 가상의 탄성계수이며, θ₀는 연결운동부(210)의 최초 각변위이고, θ는 연결운동부(210)의 최종 각변위이다.Here, M is a virtual coefficient of inertia, B is a virtual coefficient of viscosity, K is a virtual coefficient of elasticity, θ ₀ is the initial angular displacement of the connection movement unit 210, and θ is the final angle of the connection movement unit 210. It is displacement.

상기와 같이 [수학식 1]과 [수학식 2-2]를 이용하여 하기의 [수학식 3]이 도출될 수 있으며, 보상힘은, 돌림힘으로써, 아래의 [수학식 3]에 의해 연산될 수 있다.[Equation 3] below can be derived using [Equation 1] and [Equation 2-2] as above, and the compensation force is calculated by [Equation 3] below as a turning force. You can.

[수학식 3][Equation 3]

여기서, τ_a는 보상힘이고, M은 가상의 관성계수이며, I는 연결운동부(210)와 모터부(110)의 모터 회전축 및 연결축(150)의 관성모멘트의 관성모멘트이고, D는 모터 회전축의 점성마찰계수이며, C함수는 모터 회전축의 마찰력에 대한 함수이고, B는 가상의 점성계수이고, K는 가상의 탄성계수이며, θ₀는 연결운동부(210)의 최초 각변위이고, θ는 연결운동부(210)의 최종 각변위이며, r은 연결운동부(210)의 반지름이고, Fe는 와이어(220)에 작용하는 힘이다.Here, τ _a is the compensation force, M is the virtual coefficient of inertia, I is the moment of inertia of the motor rotation axis and connection shaft 150 of the connection exercise unit 210 and the motor unit 110, and D is the moment of inertia of the motor It is the viscous friction coefficient of the rotating shaft, C function is a function for the friction force of the motor rotating shaft, B is a virtual viscous coefficient, K is a virtual elastic coefficient, θ ₀ is the initial angular displacement of the connection movement unit 210, and θ is the final angular displacement of the connection movement part 210, r is the radius of the connection movement part 210, and Fe is the force acting on the wire 220.

상기된 [수학식 3]에서 보는 바와 같이, 힘센서(122)에 의해 획득되는 사용자가 와이어(220)를 당기는 힘(F_e)과 회전각센서(121)에 의해 획득되는 회전각 변위(θ₀-θ) 및 회전 각속도()를 이용하여 보상힘을 연산할 수 있다. 여기서, 나머지 다른 값들은 제어부(300)에 미리 저장되어 있을 수 있다.As shown in [Equation 3] above, the force (F _e ) with which the user pulls the wire 220 obtained by the force sensor 122 and the rotation angle displacement (θ) obtained by the rotation angle sensor 121 ₀ -θ) and rotational angular velocity ( ) can be used to calculate the compensation force. Here, the remaining other values may be stored in advance in the control unit 300.

그리고, 상기된 [수학식 1]에서 보는 바와 같이, 모터부(110)에서 생성되는 힘은 상기된 보상힘(τ_a)과 사용자가 와이어(220)를 당기는 힘에 의한 토크(rF_e)의 합이므로, 가상힘을 연산하기 위하여 회전각센서(121)의 데이터에서 실시간 각변위를 두 번 미분해야 하는 연산 과정의 생략이 가능할 수 있다.And, as shown in [Equation 1] above, the force generated by the motor unit 110 is the difference between the compensation force (τ _a ) and the torque (rF _e ) caused by the force with which the user pulls the wire 220. Since it is a sum, it may be possible to omit the calculation process that requires differentiating the real-time angular displacement twice from the data of the rotation angle sensor 121 in order to calculate the virtual force.

이에 따라, 본 발명의 전동식 운동 장치에서는, 연결운동부(210)의 각가속도를 연산하지 않고도 가상의 관성력을 연산하는 효과를 구현함으로써, 제어부(300)의 연산 중 잡음이 증가하고 연속 속도의 감소로 제어신호가 지연되는 문제를 방지할 수 있다.Accordingly, in the electric exercise device of the present invention, the effect of calculating the virtual inertial force is implemented without calculating the angular acceleration of the connected exercise unit 210, so that noise increases during calculation of the control unit 300 and control is controlled by decreasing the continuous speed. This can prevent signal delay problems.

또한, 회전 각가속도 신호의 처리에 필요한 필터(LPF) 등의 사용이 생략되어 알고리즘이 간소화되고, 잡음과 지연이 적은 힘센서(122) 정보를 이용함으로써, 제어부(300)에 의한 제어가 안정적으로 수행될 수 있다.In addition, the algorithm is simplified by omitting the use of filters (LPF) required for processing the rotational angular acceleration signal, and by using information from the force sensor 122 with less noise and delay, control by the control unit 300 is performed stably. It can be.

상기와 같이, 보상힘에 의해 모터부(110)에 구비된 모터의 점성마찰력과 관성력 및 쿨롬(coulomb) 마찰력이 보상되며, 사용자의 힘에 대응되도록 모터부(110)에 의해 제공되는 힘은 가상힘일 수 있다.As described above, the viscous friction, inertial force, and coulomb friction force of the motor provided in the motor unit 110 are compensated by the compensation force, and the force provided by the motor unit 110 to correspond to the user's force is virtual. It could be strength.

즉, 사용자는 가상힘에 대해 부하를 생성할 수 있는 것이다. 이에 따라, 가상의 관성계수 및 가상의 점성계수와 가상의 탄성계수를 변경시킬 수 있어 다양한 운동 모드를 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 상기와 같은 가상의 관성력, 가상의 점성력 또는 가상 의탄성력이 실시간으로 가변하여 노 젓는 효과, 스프링 효과 등 실질적인 물리 효과를 구현하기에 용이할 수 있다.In other words, the user can create a load for the virtual force. Accordingly, not only can various exercise modes be implemented by changing the virtual coefficient of inertia, virtual viscous coefficient, and virtual elastic coefficient, but also the virtual inertial force, virtual viscous force, or virtual elastic force can be changed in real time. This makes it easy to implement practical physical effects such as rowing effects and spring effects.

이와 같이, 사용자의 힘 또는 운동 변위에 따라 가상의 관성력, 가상의 점성력 또는 가상의 탄성력을 적용한 가상힘이 가변됨으로써 모터에서 생성되는 힘이 가변되어 다양한 운동 모드를 구현할 수 있고, 이에 따라, 본 발명의 전동식 운동 장치를 이용하는 경우, 운동 흥미 유발 등에 용이할 수 있다.In this way, the force generated by the motor can be varied by varying the virtual force applied by the virtual inertial force, virtual viscous force, or virtual elastic force according to the user's force or movement displacement, and thus, various exercise modes can be implemented, and thus, the present invention When using an electric exercise device, it can be easy to stimulate interest in exercise.

본 발명의 전동식 운동 장치는, 복수 개의 운동 모드를 구비하고, 복수 개의 운동 모드 중 선택되는 운동 모드에 따라 가상의 관성계수, 가상의 점성계수 또는 가상의 탄성계수가 초기 설정될 수 있다.The electric exercise device of the present invention has a plurality of exercise modes, and a virtual coefficient of inertia, a virtual coefficient of viscosity, or a virtual coefficient of elasticity may be initially set depending on the exercise mode selected from the plurality of exercise modes.

복수 개의 운동 모드 각각은 서로 다른 효과를 구현할 수 있으며, 구체적으로, 하나의 운동 모드에서는 수영 시 사용자의 신체에 전달되는 물리력의 변화를 구현할 수 있고, 다른 운동 모드에서는 노 젓기 시 사용자의 신체에 전달되는 물리력의 변화를 구현할 수 있다.Each of the plurality of exercise modes can implement different effects. Specifically, one exercise mode can implement a change in the physical force transmitted to the user's body when swimming, and the other exercise mode can implement a change in the physical force transmitted to the user's body when rowing. Changes in physical force can be implemented.

상기와 같이, 각각의 운동 모드에서 구현하고자 하는 효과가 상이하며, 이에 대응하여, 각각의 운동 모드에서 가상의 관성계수, 가상의 점성계수 및 가상의 탄성계수 각각의 초기 설정 값이 상이하게 설정되어 모터부(110)의 토크 값 변화가 상이하게 수행되도록 할 수 있다.As above, the effect to be implemented in each exercise mode is different, and correspondingly, the initial setting values of the virtual coefficient of inertia, virtual viscosity coefficient, and virtual elastic coefficient are set differently in each exercise mode. The torque value of the motor unit 110 may be changed differently.

그리고, 연결운동부(210)의 회전각 또는 와이어(220)에 작용하는 힘에 따라 운동 모드가 변경될 수 있다.Additionally, the exercise mode may be changed depending on the rotation angle of the connection exercise unit 210 or the force acting on the wire 220.

구체적으로, 힘센서(122)에 의해 측정된 힘 값이 제어부(300)에 사전에 설정된 해당 운동 모드의 하한 힘 값보다 작은 경우, 제어부(300)는 사용자의 운동 능력이 해당 운동 모드에 적합하지 않은 것으로 판단하고, 가상의 관성계수가 감소된 운동 모드로 변경시킬 수 있다. Specifically, if the force value measured by the force sensor 122 is less than the lower limit force value of the exercise mode preset in the control unit 300, the control unit 300 determines that the user's exercise ability is not suitable for the exercise mode. It is determined that this is not the case and can be changed to an exercise mode with a reduced virtual coefficient of inertia.

또한, 힘센서(122)에 의해 측정된 힘 값이 제어부(300)에 사전에 설정된 해당 운동 모드의 상한 힘 값보다 큰 경우, 제어부(300)는 사용자의 운동 능력이 해당 운동 모드에서 요구되는 능력보다 월등한 것으로 판단하고, 가상의 관성계수가 증가된 운동 모드로 변경시킬 수 있다.In addition, if the force value measured by the force sensor 122 is greater than the upper limit force value of the exercise mode preset in the control unit 300, the control unit 300 determines that the user's exercise ability is the ability required in the exercise mode. It is judged to be superior and can be changed to an exercise mode with an increased virtual coefficient of inertia.

그리고, 회전각센서(121)에서 측정된 연결운동부(210)의 각변위가 제어부(300)에 사전에 설정된 해당 운동 모드의 하한 각변위보다 작은 경우, 또는, 회전각센서(121)에서 측정된 연결운동부(210)의 각속도가 제어부(300)에 사전에 설정된 해당 운동 모드의 하한 각속도보다 작은 경우, 제어부(300)는 사용자의 운동 능력이 해당 운동 모드에 적합하지 않은 것으로 판단하고, 가상의 점성계수 또는 가상의 탄성계수가 감소된 운동 모드로 변경시킬 수 있다.In addition, when the angular displacement of the connected exercise unit 210 measured by the rotation angle sensor 121 is smaller than the lower limit angular displacement of the corresponding exercise mode preset in the control unit 300, or by the rotation angle sensor 121 If the angular velocity of the connected exercise unit 210 is less than the lower limit angular velocity of the exercise mode preset in the control unit 300, the control unit 300 determines that the user's exercise ability is not suitable for the exercise mode, and the virtual viscosity It is possible to change to an exercise mode with a reduced modulus or virtual modulus of elasticity.

또한, 회전각센서(121)에서 측정된 연결운동부(210)의 각변위가 제어부(300)에 사전에 설정된 해당 운동 모드의 상한 각변위보다 큰 경우, 또는, 회전각센서(121)에서 측정된 연결운동부(210)의 각속도가 제어부(300)에 사전에 설정된 해당 운동 모드의 상한 각속도보다 큰 경우, 제어부(300)는 사용자의 운동 능력이 해당 운동 모드에서 요구되는 능력보다 월등한 것으로 판단하고, 가상의 점성계수 또는 가상의 탄성계수가 증가된 운동 모드로 변경시킬 수 있다.In addition, when the angular displacement of the connected exercise unit 210 measured by the rotation angle sensor 121 is greater than the upper limit angular displacement of the corresponding exercise mode preset in the control unit 300, or by the rotation angle sensor 121 If the angular velocity of the connected exercise unit 210 is greater than the upper limit angular velocity of the exercise mode preset in the control unit 300, the control unit 300 determines that the user's exercise ability is superior to the ability required for the exercise mode, It can be changed to an exercise mode with an increased virtual viscosity coefficient or virtual elastic coefficient.

상기와 같은 구성에 의해, 사용자가 와이어(220)를 당기는 힘에 따라 모터부(110)에서 생성되는 힘도 작아지므로, 초보자 및 고령자 접근성이 용이하고 부상 위험도가 낮을 수 있다.With the above configuration, the force generated by the motor unit 110 decreases depending on the force with which the user pulls the wire 220, making accessibility easier for beginners and the elderly and lowering the risk of injury.

본 발명의 전동식 운동 장치를 포함하는 스마트 운동 시스템을 형성할 수 있다. 상기와 같은 구성의 본 발명의 운동 장치는, 디스플레이가 구비된 본체에 결합될 수 있으며, 사용자는 디스플레이에서 운동 모드를 선택하여 운동을 수 행할 수 있다. 그리고, 사용자가 운동을 수행함에 따라 디스플레이에는 운동 시간, 소모 칼로리 등의 운동 관련 정보가 지속적으로 표시될 수 있다.A smart exercise system including the electric exercise device of the present invention can be formed. The exercise device of the present invention configured as described above can be coupled to a main body equipped with a display, and the user can select an exercise mode on the display to perform exercise. Additionally, as the user performs exercise, exercise-related information such as exercise time and calories burned may be continuously displayed on the display.

이하, 본 발명의 전동식 운동 장치의 작동방법에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of operating the electric exercise device of the present invention will be described.

먼저, 제1단계에서, 운동을 수행하는 사용자가 복수 개의 운동 모드 중 어느 하나의 운동 모드를 선택할 수 있다. 그리고, 제2단계에서, 선택된 운동 모드에 따라 가상의 관성계수 및 가상의 점성계수와 가상의 탄성계수 각각의 값이 초기 설정될 수 있다.First, in the first step, a user performing exercise may select any one exercise mode among a plurality of exercise modes. And, in the second step, the values of the virtual inertia coefficient, virtual viscosity coefficient, and virtual elastic coefficient may be initially set according to the selected exercise mode.

다음으로, 제3단계에서, 제어부(300)에서, 가상힘과 보상힘이 연산되어, 모터부(110)에서 생성되는 힘이 도출될 수 있고, 제4단계에서, 제어부(300)로부터 전류제공부(130)로 제어 신호가 전달되고, 모터부(110)에서 생성되는 힘의 형성을 위해 모터부(110)에 전류가 공급될 수 있다. 그 후, 제5단계에서, 사용자가 연결운동부(210)에 연결된 운동기구를 이용하여 운동할 수 있다.Next, in the third step, the virtual force and the compensation force are calculated in the control unit 300, so that the force generated in the motor unit 110 can be derived, and in the fourth step, the current agent is calculated from the control unit 300. A control signal is transmitted to the study 130, and current may be supplied to the motor unit 110 to form the force generated in the motor unit 110. Then, in the fifth step, the user can exercise using the exercise equipment connected to the exercise connection unit 210.

여기서, 사용자가 운동기구를 조작함으로써 연결운동부(210)에 사용자의 힘이 전달되고, 모터부(110)가 연결운동부(210)의 회전 방향에 대응되는(반대의) 방향으로 토크를 제공하여 운동이 수행될 수 있다. 나머지 사항은 상기된 본 발명의 전동식 운동 장치에 기재된 설명과 동일하다.Here, the user's force is transmitted to the connected exercise unit 210 by manipulating the exercise device, and the motor unit 110 provides torque in a direction corresponding to (opposite) the rotation direction of the connected exercise unit 210 to exercise. This can be done. The remaining details are the same as those described in the electric exercise device of the present invention described above.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다. The description of the present invention described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as unitary may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the patent claims described below, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.

10 : 손잡이
20 : 와이어
110 : 모터부
121 : 회전각센서
122 : 힘센서
130 : 전류제공부
140 : 하우징
150 : 연결축
210 : 연결운동부
220 : 와이어
300 : 제어부 10: handle
20: wire
110: motor part
121: rotation angle sensor
122: Force sensor
130: Current provider
140: housing
150: connection shaft
210: Connection exercise department
220: wire
300: control unit

Claims

A motor unit that generates force in a direction corresponding to the direction of application of the user's force when the user performing the exercise provides force;
a connected movement unit connected to the motor unit and rotating according to the user's force;
A wire that is wound or unwound at one end of the connected exercise unit, and on which the user's force is applied at the other end;
a motion measurement unit that measures the rotation angle of the connection exercise unit and the force acting on the wire;
A current providing unit that provides current to the motor unit; and
A control unit that receives information about the rotation angle of the connection exercise unit and the force acting on the wire from the motion measurement unit, and transmits a control signal to the current provider,
The force caused by the motor unit changes depending on the rotation angle of the connection movement unit or the force acting on the wire to compensate for virtual inertia using force information, characterized in that virtual inertia, viscous or elastic movement is implemented. Electric exercise device.

In claim 1,
The control unit calculates the current value provided to the motor unit using a compensation force, which is a force that compensates for the viscous friction force and inertia force of the motor provided in the motor unit, and a virtual force, which is a force derived from virtual physical property values. An electric exercise device that compensates for virtual inertia using force information.

In claim 2,
An electric exercise device that compensates for virtual inertia using force information, wherein the force generated by the motor unit is the sum of the compensation force and the virtual force.

In claim 3,
The virtual force is calculated by a virtual coefficient of inertia, a virtual coefficient of viscosity, and a virtual coefficient of elasticity. An electric exercise device that compensates for virtual inertia using force information.

In claim 4,
The virtual force is a turning force, and is calculated by the equation below. An electric exercise device that compensates for virtual inertia using force information.

Here, τ _d is a virtual force (torque), M is a virtual coefficient of inertia, B is a virtual coefficient of viscosity, K is a virtual coefficient of elasticity, θ ₀ is the initial angular displacement of the connection movement part, and θ is This is the final angular displacement of the connected movement part.

In claim 3,
The compensation force is a turning force, and is calculated by the equation below. An electric exercise device that compensates for virtual inertia using force information.

Here, τ _a is the compensation force, M is the virtual coefficient of inertia, I is the moment of inertia of the motor rotation axis of the connection exercise unit and the motor unit, and the connection axis that is the axis connecting the motor unit and the connection movement unit, and D is the motor It is the viscous friction coefficient of the rotating shaft, C function is a function for the friction force of the motor rotating shaft, B is a virtual viscous coefficient, K is a virtual elastic coefficient, θ ₀ is the initial angular displacement of the connection movement part, and θ is is the final angular displacement of the connection movement part, r is the radius of the connection movement part, and Fe is the force acting on the wire.

In claim 4,
Using force information, it has a plurality of exercise modes, and the virtual coefficient of inertia, the virtual coefficient of viscosity, or the virtual elastic coefficient is initially set according to the exercise mode selected from the plurality of exercise modes. An electric exercise device that compensates for virtual inertia.

In claim 7,
An electric exercise device that compensates for virtual inertia using force information, wherein the exercise mode changes depending on the rotation angle of the connection exercise unit or the force acting on the wire.

A smart exercise system comprising an electric exercise device that compensates for virtual inertia using force information according to any one of claims 1 to 8.

In the method of operating an electric exercise device that compensates for virtual inertia using the force information of claim 4,
A first step in which a user performing exercise selects one exercise mode from a plurality of exercise modes;
A second step of initially setting the values of the virtual coefficient of inertia, the virtual coefficient of viscosity, and the virtual elastic coefficient according to the selected exercise mode;
A third step in which the virtual force and the compensation force are calculated by the control unit to derive the force generated by the motor unit;
A fourth step in which a control signal is transmitted from the control unit to the current providing unit, and current is supplied to the motor unit to form force generated by the motor unit; and
A method of operating an electric exercise device that compensates for virtual inertia using force information, comprising a fifth step of the user exercising using an exercise device connected to the connected exercise unit.