WO2023163454A1 - 줄의 장력을 제어하는 방법 및 장치 - Google Patents

줄의 장력을 제어하는 방법 및 장치 Download PDF

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WO2023163454A1
WO2023163454A1 PCT/KR2023/002280 KR2023002280W WO2023163454A1 WO 2023163454 A1 WO2023163454 A1 WO 2023163454A1 KR 2023002280 W KR2023002280 W KR 2023002280W WO 2023163454 A1 WO2023163454 A1 WO 2023163454A1
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tension
string
motor
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control
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PCT/KR2023/002280
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김동현
서기홍
구동한
형승용
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삼성전자주식회사
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    • A63B24/0087—Electric or electronic controls for exercising apparatus of groups A63B21/00 - A63B23/00, e.g. controlling load

Definitions

  • the following embodiments relate to a technique for controlling the tension of a string, and more particularly, to a technique for controlling the tension of a string when one end of the string is pulled by a load.
  • a user when a user performs an upper body exercise using an apparatus, the user may obtain different effects depending on the degree of muscle relaxation or contraction even though the user exercises using the same load (or weight).
  • a user can perform standing barbell curls, preacher curls, and spider curls, respectively, to stimulate growth of multifaceted arm muscles, each exercise comprising: Different stimuli may be given according to the angle of the user's elbow.
  • different postures for each exercise may be required.
  • a method for controlling the tension of a string of the tension control device includes an operation of receiving a target operation mode of the tension control device, connected to the sensor using at least one sensor. An operation of generating a first tension value by measuring the tension of a string, an operation of generating a first control signal for controlling a motor connected to the string based on the first tension value and the target operation mode, and Controlling the tension of the string by controlling the motor based on the first control signal, wherein the string is connected to an elastic member, and the user can apply tension to the string using the elastic member .
  • the receiving of the target operating mode includes receiving the target operating mode, generating an initial control signal for controlling the motor so that an initial tension preset for the target operating mode appears on the string, and An operation of controlling the tension of the string by controlling the motor based on the initial control signal may be included.
  • the receiving of the target operating mode further includes receiving a target intensity for the target operating mode, and the generating of the initial control signal includes the target operating mode and the preset target intensity for the target intensity. and generating the initial control signal for controlling the motor so that an initial tension appears on the string.
  • the target mode may be an offset operation mode in which the length of the string positioned between the motor and the elastic member does not change even when tension is applied to the string by the user.
  • the target mode may be an ascending operation mode in which a length of the string positioned between the motor and the elastic member decreases when tension applied to the string by the user increases.
  • the ascending operation mode may be an operation mode in which the length of the string disposed between the motor and the elastic member increases when tension applied to the string decreases after reaching a maximum value.
  • the target mode may be a descending operation mode in which a length of the string positioned between the motor and the elastic member increases when tension applied to the string by the user increases.
  • the descending operation mode may be an operation mode in which the length of the string positioned between the motor and the elastic member decreases when tension applied to the string decreases after reaching a maximum value.
  • the string may include a plurality of strings, and the motor may be twisted strings actuators (TSAs) that control twisting of the plurality of strings.
  • TSAs twisted strings actuators
  • the motor may control the tension of the line by winding or unwinding the line around the rotation axis of the motor.
  • the string may include a first string and a second string, a first string of the string may be connected to a first elastic member, and a second string of the string may be connected to a second elastic member.
  • the tension control device includes at least one string having a first end connected to an elastic member and a second end connected to a motor, and generating a first tension value by measuring tension of the string.
  • a control unit By controlling the motor based on a sensor, and a control unit generating a first control signal for controlling the motor based on the first tension value received from the sensor and a set target operation mode, the first control signal
  • a motor driver circuit for controlling the tension of the string, and a motor electrically connected to the motor driver circuit, and a user may apply tension to the string using the elastic member.
  • the tension control device may further include at least one user interface for receiving the target operation mode.
  • a communication module for receiving the target operation mode from a user terminal may be further included.
  • the string may include a plurality of strings, and the motor may be twisted strings actuators (TSAs) that control twisting of the plurality of strings.
  • TSAs twisted strings actuators
  • the motor may control the tension of the line by winding or unwinding the line around the rotation axis of the motor.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically illustrating the structure of a chair-type upper body exercise device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a control unit according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a flowchart of a method for controlling the tension of a string according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a flow diagram of a method of controlling string tension based on an initial control signal associated with a target operating mode, according to one example.
  • 5 illustrates transitioning between a plurality of modes of operation, according to an example.
  • FIG. 6 illustrates a relationship between the length of an elastic member and the tension of a string in an offset operation mode, according to an example.
  • FIG. 7 illustrates a relationship between the length of an elastic member and the tension of a string in an ascending operation mode, according to an example.
  • FIG. 8 illustrates a relationship between the length of an elastic member and the tension of a string in a descending operation mode, according to an example.
  • FIG. 9 is a flowchart of a method of generating a first control signal according to an example.
  • FIG. 10 illustrates a trajectory of tension of a string caused by a user's upper body movement, according to an example.
  • FIG 11 illustrates variation in twist between a first string and a second string, according to an example.
  • FIG. 12 illustrates a change in the length of a line wound on a rotating shaft of a motor, according to an example.
  • FIG. 13 illustrates a relationship between a user's joint angle and a force generated by a muscle of a corresponding joint according to an exercise method according to an example.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically illustrating the structure of a chair-type upper body exercise device according to an embodiment.
  • a chair-type upper body exercise device 100 (hereinafter referred to as an exercise device) may support a user.
  • the exercise device 100 may support the user's hips and back.
  • a user may perform various exercises while seated on the exercise device 100 .
  • the exercise device may also be called a tension control device.
  • the exercise device 100 may have a chair shape.
  • the exercise device 100 may be utilized as a general chair.
  • the user can perform a desired exercise by selectively gripping the elastic members 162 and 164 and/or the handles 172 and 174 only when he/she desires an exercise.
  • a user may perform various exercises using the exercise device 100 .
  • a user may perform at least one of an arm exercise, a shoulder exercise, and a chest exercise using the exercise device 100 .
  • the exercise device 100 includes a chair 110, a motor 130, a pair of strings 142 and 144, a pair of splitters 152 and 154, and a pair of elastic members ( 162 and 164), a pair of handles 172 and 174, a controller 120, a first control button 182, a second control button 184, and a display 186. Additionally, the exercise device 100 may further include a hip cushion and a back cushion.
  • the chair 110 may support a user.
  • the chair 110 may include a hip support unit capable of supporting the user's buttocks and a back support unit capable of supporting the user's back.
  • the chair 110 may include a plurality of legs connected to the hip support.
  • the hip support and back support may be connected to each other.
  • the hip support and the back support may be integrally formed.
  • the hip support portion and the back support portion may be connected to each other using separate connecting members.
  • the back support may have a hollow inside.
  • Various configurations for generating loads for exercise may be provided inside the back support.
  • a motor 130, at least a portion of the pair of strings 142 and 144, and a pair of splitters 152 and 154 may be provided inside the back support unit.
  • At least a portion of each of the pair of strings 142 and 144 may be provided inside the back support, and the remaining portion may be provided outside the back support.
  • the back support unit may include a front frame facing the user's back, a rear frame connected to the front frame, and glass (not shown) disposed on the rear frame.
  • glass may be provided in the central portion of the rear frame. Glass may include a transparent material.
  • the user can check internal components (eg, motor 130, strings 142 and 144, and splitters 152 and 154) of the back support through the glass.
  • the hip support may have a hollow therein.
  • the hip support may receive at least a portion of a pipe for increasing the rigidity of the chair.
  • a plurality of legs (not shown) of the chair 110 may separate the hip support from the ground. It should be noted that the number of legs is sufficient (eg, 4) to stably support the hip support, and is not limited to the exemplified number.
  • the motor 130 may generate a load for exercise.
  • the motor 130 may be provided inside the back support.
  • the motor 130 may twist or untwist the pair of strings 142 and 144 .
  • the motor 130 may twist the pair of strings 142 and 144 by operating (or rotating) in the first direction.
  • the degree of twisting of the pair of strings 142 and 144 increases, the length of the pair of strings 142 and 144 exposed to the outside of the back support may decrease.
  • the motor 130 may unwind the pair of strings 142 and 144 by operating (or rotating) in the second direction.
  • the degree of twisting of the pair of strings 142 and 144 decreases, the length of the pair of strings 142 and 144 exposed to the outside of the back support may increase.
  • a pair of strings 142 and 144 may have a first end connected to the motor 130 and a second end provided outside the back support unit.
  • the pair of strings 142 and 144 may include a first string 142 and a second string 144 .
  • Each of the first string 142 and the second string 144 may be connected to the motor 130 at different positions. For example, based on the part connected to the motor 130, the first line 142 and the second line 144 may be spaced apart from each other. At least one line of the first line 142 and the second line 144 may be connected to the motor 130 at a position spaced apart from the axis of rotation of the motor 130 .
  • the pair of strings 142 and 144 may have a material that is not elastically deformed.
  • the pair of strings 142 and 144 may have a material with relatively little elasticity compared to the pair of elastic members 162 and 164 (eg, elastic bands).
  • a pair of splitters 152 and 154 may be disposed inside the back support and provided at a position spaced apart from the motor 130 .
  • the pair of splitters 152 and 154 may include a first splitter 152 supporting the first string 142 and a second splitter 154 supporting the second string 144 .
  • a pair of splitters 152 and 154 may be provided at a position spaced apart from the motor 130 .
  • the pair of splitters 152 and 154 may be provided at a position spaced upward from the motor 130 .
  • a pair of splitters 152 and 154 may support a pair of strings 142 and 144 while being spaced apart from the motor 130 .
  • the part provided on the side facing the motor 130 based on the pair of splitters 152 and 154 of the pair of strings 142 and 144 (eg, the lower part of the strings 142 and 144) Twisting may occur due to the operation of the motor 130 .
  • the parts provided on the opposite side of the motor 130 based on the pair of splitters 152 and 154 (eg, the upper part of the strings 142 and 144) are spaced apart from each other. Since it is provided, even if the motor 130 operates, it may not be twisted with each other.
  • the pair of splitters 152 and 154 may set a maximum range in which the first string 142 and the second string 144 may be twisted with each other.
  • At least one of the pair of splitters 152 and 154 may include a sensor.
  • the sensor may be a sensor capable of measuring tension of a string (eg, string 142) associated with the splitter 152.
  • the sensor may be a load cell. Due to the tension applied to the string 142 passing through the splitter 152, the string 142 may apply pressure to the load cell. The load cell may generate a tension value in the string 142 by measuring the applied pressure.
  • the pair of elastic members 162 and 164 may include a first elastic member 162 connected to the first string 142 and a second elastic member 164 connected to the second string 154.
  • the pair of elastic members 162 and 164 may have a material that is elastically deformed.
  • the pair of elastic members 162 and 164 may have a material with relatively high elasticity compared to the pair of strings 142 and 144 .
  • the pair of handles 172 and 174 may include a first handle 172 connected to the first elastic member 162 and a second handle 174 connected to the second elastic member 164. there is.
  • each of the pair of handles 172 and 174 may include a receiving portion accommodating a user's hand and a rod portion provided to be gripped by the user.
  • each of the pair of handles 172 and 174 may have a triangular shape. It should be noted that the shape of the handle is not limited to the described embodiment.
  • the controller 120 may control driving of the motor 130 .
  • the controller 120 may control an operating direction of the motor 130 or control a rotational strength of the motor 130 .
  • the controller 120 may be electrically connected to the motor 130 . Based on the driving of the motor 130, the degree to which the first string 142 and the second string 144 are twisted may be adjusted.
  • the first control button 182 is disposed on the chair 110 and may be used to receive an operation mode of the exercise device 100 desired by the user from the user.
  • the operation mode may include a power-off mode, an offset operation mode, an ascending operation mode, and a descending operation mode, and is not limited to the disclosed embodiments.
  • the second control button 184 is disposed on the chair 110 and may be used for receiving an exercise intensity of the exercise device 100 desired by the user from the user.
  • the exercise intensity may include a first intensity, a second intensity, and a third intensity, and is not limited to the described embodiment.
  • the display 182 may display at least one of a current operation mode set in the exercise device 100 and an exercise intensity.
  • the exercise device 100 may further include a communication module (not shown).
  • the communication module may transmit/receive data with an external user terminal (eg, smart phone, smart watch, tablet, etc.) using short-range wireless communication.
  • a user may control the exercise device 100 through an application installed on a user terminal.
  • the user may control at least one of an operation mode and an exercise intensity of the exercise device 100 through an application.
  • the exercise device 100 may transmit information about the user's exercise result to the user terminal through a communication module.
  • the information on the exercise result may include an operation mode, exercise intensity, exercise time, a trajectory of change in tension of a string during exercise, and estimated calories consumed.
  • a user inputs user's body information to an application of a user terminal, and the application generates an exercise analysis report as feedback based on the user's body information and exercise results.
  • the exercise analysis report may be a suggestion for performing a more efficient exercise for the type of exercise performed by the user.
  • the suggestions may include contents such as an arm extending direction, an elbow folding speed, an elbow extending speed, a wrist twist degree, and the like, and are not limited to the described embodiments.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a control unit according to an embodiment.
  • the controller 200 (eg, the controller 120 of FIG. 1 ) of an exercise device (eg, the exercise device 100 of FIG. 1 ) includes a communication unit 210, a processor 220, and a memory 230 ).
  • the communication unit 210 is connected to the processor 220 and the memory 230 to transmit and receive data.
  • the communication unit 210 may transmit/receive data by being connected to other electronic elements of the exercise device.
  • the expression “transmitting and receiving “A” may indicate transmitting and receiving “information or data indicating A”.
  • the communication unit 210 may be implemented as a circuitry within the control unit 200 .
  • the communication unit 210 may include an internal bus and an external bus.
  • the communication unit 210 may be an element that connects the control unit 200 and an external device.
  • the communication unit 210 may be an interface.
  • the communication unit 210 may receive data from an external device and transmit the data to the processor 220 and the memory 230 .
  • the processor 220 processes data received by the communication unit 210 and data stored in the memory 230 .
  • a “processor” may be a data processing device implemented in hardware having circuitry having a physical structure for executing desired operations.
  • desired operations may include codes or instructions included in a program.
  • a data processing unit implemented in hardware includes a microprocessor, a central processing unit, a processor core, a multi-core processor, and a multiprocessor. , Application-Specific Integrated Circuit (ASIC), and Field Programmable Gate Array (FPGA).
  • ASIC Application-Specific Integrated Circuit
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • Processor 220 executes computer readable code (eg, software) stored in memory (eg, memory 230 ) and instructions invoked by processor 220 .
  • computer readable code eg, software
  • the memory 230 stores data received by the communication unit 210 and data processed by the processor 220 .
  • the memory 230 may store a program (or application or software).
  • the stored program may be a set of syntaxes coded to control the tension of the string and executed by the processor 220 .
  • the memory 230 may include one or more of volatile memory, non-volatile memory and random access memory (RAM), flash memory, a hard disk drive, and an optical disk drive.
  • volatile memory non-volatile memory and random access memory (RAM)
  • flash memory non-volatile memory and random access memory (RAM)
  • hard disk drive hard disk drive
  • optical disk drive optical disk drive
  • the memory 230 stores a command set (eg, software) for operating the control unit 200 .
  • a set of instructions for operating the control unit 200 is executed by the processor 220 .
  • the controller 200 will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 13 below.
  • FIG. 3 is a flowchart of a method for controlling the tension of a string according to an embodiment.
  • the following operations 310 to 340 may be performed by the control unit 200 described above with reference to FIG. 2 .
  • the controller 200 may receive a target operation mode.
  • the controller 200 may receive a target operation mode among a plurality of exercise modes through the first button 182 of the exercise device 100 described above with reference to FIG. 1 .
  • the controller 200 may receive information on a target operation mode from an external user terminal through a communication module of the exercise device 100 .
  • the plurality of motion modes may include an offset motion mode, an ascending motion mode, and a descending motion mode.
  • the offset mode even if tension is applied to the strings 142 and 144 of the exercise device 100 by the user, the strings 142 and 144 located between the motor 130 and the elastic members 162 and 164 It may be an operation mode in which the length does not change. That is, the offset mode may be a mode in which the degree of twist of the pre-set strings 142 and 144 does not change during exercise. The degree of twist of the pre-set strings 142 and 144 may vary depending on the exercise intensity.
  • the degree of twist of the strings 142 and 144 when the second intensity, which is a medium exercise intensity is set in the exercise device 100.
  • the degree of twist of the strings 142 and 144 when the second intensity, which is a medium exercise intensity is set in the exercise device 100.
  • the controller 200 may perform initial control of the exercise device. Below, the initial control method of the exercise device will be described in detail with reference to FIG. 4 .
  • the controller 200 measures the tension of a string (eg, the string 152 of FIG. 1) connected to the sensor using at least one sensor (eg, the load cell of the splitter 152 of FIG. 1). Generates the first tension value.
  • a string eg, the string 152 of FIG. 1
  • at least one sensor eg, the load cell of the splitter 152 of FIG. 1.
  • the first tension value generated while the user performs an exercise using the exercise device may change over time.
  • the controller 200 may generate a first control signal for controlling a motor (eg, the motor 130 of FIG. 1) connected to the string based on the first tension value and the target operation mode.
  • a motor eg, the motor 130 of FIG. 1
  • the generated first control signal may also change over time.
  • the controller 200 may control the tension of the string by controlling the motor based on the first control signal.
  • the exercise device may further include a motor driver circuit generating a first driving signal corresponding to the first control signal received from the control unit 200 .
  • the motor driver circuit may control the motor based on the first driving signal.
  • the twist of the strings may be controlled by rotation of the motor.
  • twisting of the strings may be alleviated, and when the motor rotates in the second direction, twisting of the strings may increase.
  • the tension value measured by the sensor may decrease, and conversely, when the twisting of the strings increases, the tension value measured by the sensor may increase.
  • the tension of the string is lowered, the user may feel that the load applied to the elastic member (eg, the elastic member 152) is reduced.
  • the tension of the string increases, the user may feel that the load applied to the elastic member (eg, the elastic member 152) increases.
  • Different exercise methods may be provided to the user by using the change in load felt by the user as described above.
  • an exercise scheme in which a load increases as the bending of a joint decreases ie, as it is extended
  • the above exercise method may be a spider curl.
  • An exercise mode providing an exercise method such as a spider curl may be an ascending exercise mode. In the ascending exercise mode, the motor may be controlled so that the rope is wound as the user extends the elbow.
  • an exercise scheme in which the load is reduced as the bending of the joint decreases may be provided.
  • the exercise method may be a preacher curl.
  • An exercise mode providing an exercise method such as preacher curl may be a descending exercise mode.
  • the motor In the ascending exercise mode, the motor may be controlled so that the strings are twisted as the user extends the elbow.
  • the motor when the operation mode is an offset mode, the motor may not operate while the user performs an exercise. Since the motor does not operate, tension due to twisting of the strings may not change. When the tension due to twisting of the string does not change, the user may feel that the load applied to the elastic member (eg, the elastic member 152) is constant.
  • the elastic member eg, the elastic member 152
  • the rotation direction of the motor may be reversed.
  • the motor may be controlled to untwist the strings.
  • the motor may be controlled to increase twist of the strings.
  • the motor may be controlled to be opposite to the above description.
  • FIG. 4 is a flow diagram of a method of controlling string tension based on an initial control signal associated with a target operating mode, according to one example.
  • operation 310 described above with reference to FIG. 3 may include operations 410 to 430 below.
  • the controller 200 may receive a target operation mode.
  • the target operating mode may be an offset operating mode, an ascending operating mode, or a descending operating mode.
  • the controller 200 may receive a target strength for a target operation mode.
  • the target intensity may be a first intensity, a second intensity or a third intensity.
  • control unit 200 may generate an initial control signal for controlling the motor so that the initial tension preset for the target operating mode appears on the string. For example, when the target strength is further received, the controller 200 may generate an initial control signal based on the target operation mode and the target strength. The stronger the target strength, the stronger the load can be set.
  • the controller 200 may control the tension of the string by controlling the motor based on the initial control signal. For example, a motor may be controlled to develop an initial tension in the string.
  • initially set twisting of the strings may be maintained even during exercise.
  • initially set twists of the strings may be changed during exercise.
  • the strings may be further twisted to increase the load in an elbow extension motion, and unwound to decrease the load in a subsequent bending motion.
  • the twist of the strings may be the same as the initial state.
  • initially set twists of the strings may be changed during exercise.
  • the strings may be unwound to decrease the load in an elbow extension motion, and retwisted to increase the load in a subsequent bending motion.
  • the twist of the strings may be the same as the initial state.
  • 5 illustrates transitioning between a plurality of modes of operation, according to an example.
  • the user may input a desired operation mode to the exercise device through a user interface (eg, a first button) of the exercise device or a user terminal wirelessly connected to the exercise device.
  • a user interface eg, a first button
  • the selected operation mode may be changed in the order of an offset operation mode, an ascending operation mode, and a descending operation mode.
  • the user may additionally set an exercise intensity for the corresponding operation mode.
  • the user may input a desired exercise intensity to the exercise device through a user interface (eg, a second button) or a user terminal of the exercise device.
  • a user interface eg, a second button
  • the selected exercise intensity may be changed in the order of first intensity, second intensity, and third intensity.
  • FIG. 6 illustrates a relationship between the length of an elastic member and the tension of a string in an offset operation mode, according to an example.
  • the twist of the strings may not change during exercise.
  • the user can adjust the exercise intensity by adjusting the degree of twist of the initially set strings.
  • the first trace 610 may correspond to the first intensity
  • the second trace 620 may correspond to the second intensity
  • the third trace 630 may correspond to the third intensity.
  • twisting of the strings may be less than the second intensity and the third intensity in order to provide a lower load to the user than the second intensity and the third intensity.
  • twisting of the strings may be greater than the first intensity and the second intensity in order to provide a higher load to the user than the first intensity and the second intensity.
  • the user may perform an exercise to increase or decrease the length of the elastic member connected to the string.
  • the tension of the string connected to the elastic member may increase.
  • the measured tension value of the string increases substantially proportional to the length of the elastic member.
  • FIG. 7 illustrates a relationship between the length of an elastic member and the tension of a string in an ascending operation mode, according to an example.
  • the twist of the strings may change during exercise.
  • the user can adjust the exercise intensity by adjusting the degree of twist of the initially set strings.
  • a trajectory 710 for one exercise intensity eg, a first intensity
  • trajectories for other exercise intensities may have a different starting point on the y-axis than the trajectory 710 .
  • the user may perform an exercise to increase or decrease the length of the elastic member connected to the string.
  • the degree of twisting of the strings may increase so as to increase the amount of tension of the string appearing at that time.
  • FIG. 8 illustrates a relationship between the length of an elastic member and the tension of a string in a descending operation mode, according to an example.
  • the twist of the strings may change during exercise.
  • the user can adjust the exercise intensity by adjusting the degree of twist of the initially set strings.
  • a trajectory 810 for one exercise intensity eg, a first intensity
  • trajectories for other exercise intensities may have a different starting point on the y-axis than the trajectory 810 .
  • the user may perform an exercise to increase or decrease the length of the elastic member connected to the string.
  • the degree of twisting of the strings may decrease so that the amount of increase in tension of the string at that time decreases.
  • pre-twisted strings may be gradually unwound.
  • FIG. 9 is a flowchart of a method of generating a first control signal according to an example.
  • operation 330 described above with reference to FIG. 3 may include operations 910 to 965 below.
  • the controller 200 may determine whether the first tension value of the string generated by the sensor exceeds the maximum tension value.
  • the maximum tension value may be initialized to 0 when a new exercise cycle (or repeated cycle) is performed.
  • Operation 920 may be performed when the first tension value exceeds the maximum tension value, and operation 950 may be performed otherwise.
  • the controller 200 may update the maximum tension value to the first tension value when the first tension value exceeds the maximum tension value.
  • the controller 200 may determine the current state as a tension rising state.
  • the controller 200 may generate a first control signal based on the first tension value and the tension increase state of the target operation mode.
  • the first control signal may not be generated, or the first control signal for continuously stopping the movement of the motor may be generated.
  • a first control signal for providing an increase in load to the user according to an increase in twist of the strings may be generated along with an increase in tension due to a user's force applied to the elastic member. Twisting of the strings may be increased by the first control signal.
  • the first control signal may be generated so that the trajectory 710 of FIG. 7 appears.
  • a first control signal for untwisting the strings may be generated to offset an increase in tension caused by a user's force applied to the elastic member. Twisting of the strings may be reduced by the first control signal, and a load felt by the user may be reduced.
  • the first control signal may be generated so that the trajectory 810 of FIG. 8 appears.
  • operations 950 to 965 may be performed in a tension decreasing state.
  • the controller 200 may calculate a difference between the first tension value and the maximum tension value when the first tension value does not exceed the maximum tension value.
  • the controller 200 may determine whether the calculated difference is greater than or equal to a threshold value.
  • the reason why operations 950 and 960 are performed may be to prevent the tension of the string from being changed by the elastic member and to prevent malfunction due to rapid fluctuations in the tension value near the maximum ROM of the joint.
  • the threshold value may be set in advance.
  • the threshold value may be calculated as 90% of the maximum tension value, and is not limited to the example of the numerical value described.
  • operation 960 may be performed. Otherwise, operation 930 may be performed.
  • the controller 220 may determine the current state as a tension rising state, but it may actually be understood as a tension maintaining state for transition to a tension decreasing state. That is, when operation 930 is performed through operation 955, the current state may be determined as a tension maintaining state.
  • the controller 200 may determine the current state as a tension lowering state when the calculated difference is greater than or equal to a threshold value.
  • the controller 200 may generate a first control signal based on the first tension value and the tension decreasing state of the target operation mode.
  • the first control signal may not be generated, or the first control signal for continuously stopping the movement of the motor may be generated.
  • a first control signal may be generated to provide a decrease in tension due to a user's force applied to the elastic member and a decrease in load according to a decrease in twisting of the strings to the user. Twisting of the strings may be reduced by the first control signal.
  • a first control signal for increasing twist of the strings may be generated to offset a decrease in tension caused by a user's force applied to the elastic member. Twisting of the strings may increase by the first control signal, and a load felt by the user may increase.
  • the current state may be determined as an idle state.
  • the current state may be changed from the idle state to the tension increase state, and operation 910 may be performed in the tension increase state.
  • the second idle threshold may be smaller than the first idle threshold.
  • the current state may be changed from the tension falling state to the rest state.
  • FIG. 10 illustrates a trajectory of tension of a string caused by a user's upper body movement, according to an example.
  • the illustrated trajectory 1000 may show a change in a tension value of a string while a user performs an upper body exercise.
  • the trajectory 1000 may be a change in tension value of a string that appears when the operation mode of the above-described exercise device is an offset operation mode.
  • the user may start stretching the elastic member while extending the elbow.
  • the tension value of the string may increase.
  • the current state of the exercise device may be determined as a tension rising state from the time point 1002 when the measured tension value exceeds the first pause threshold value F 1 , and a motor control signal for the tension rising state may be generated.
  • the maximum tension value may be continuously updated.
  • the measured tension value decreases, but the current state may be maintained as a tension increase state.
  • the above section may be defined as a tension maintaining state.
  • the current state of the exercise device may be determined as a tension decreasing state, and a motor control signal for the tension decreasing state may be generated.
  • the current state of the exercise device may be determined to be the rest state, and a motor control signal may not be generated in the rest state.
  • FIG 11 illustrates variation in twist between a first string and a second string, according to an example.
  • the degree of twist of the strings 1112 and 1114 (eg, the strings 142 and 144 of FIG. 1) based on the driving of the motor 1110 (eg, the motor 130 of FIG. 1) is It can change.
  • motor 1110 may be twisted string actuators (TSAs) that control the twisting of strings 1112 and 1114.
  • TSAs twisted string actuators
  • the degree of twist of the strings 1112 and 1114 may vary. For example, when the strings 1112 and 1114 are twisted a lot, the user can strongly feel the force that the exercise device pulls the elastic member backward, and when the strings 1112 and 1114 are twisted little, the user feels that the exercise device pulls the elastic member backward. You can feel the loose pulling force.
  • the illustrated first state 1102 represents a state in which the strings 1112 and 1114 are not twisted
  • the second state 1104 represents a state in which the strings 1112 and 1114 are highly twisted.
  • the twist state 1120 of the strings 1112 and 1114 may be controlled by rotating the motor head of the motor 1110 connected to the strings 1112 and 1114.
  • FIG. 12 illustrates a change in the length of a line wound on a rotating shaft of a motor, according to an example.
  • an exercise device for controlling the tension of a string by using a twist between a pair of strings has been described, but only one string 1212 may be connected to the motor 1210 according to an embodiment.
  • the first end of the string 1212 may be connected to the motor 1210 and the second end may be simultaneously connected to a plurality of strings corresponding to the left and right arms of the user.
  • the motor 1210 may control the tension of the string 1212 by winding or unwinding the string on the rotating shaft of the motor 1210.
  • the load felt may vary according to the length of the string 1212. For example, when the length of the string 1212 is shortened, the user can strongly feel the force that the exercise device pulls the elastic member backward, and when the length of the string 1212 is increased, the user can feel the exercise device pulling the elastic member. You can feel the loose pulling force.
  • the illustrated first state 1202 represents a state in which the length of the string 1210 is long
  • the second state 1204 represents a state in which the length of the string 1212 is shortened.
  • the winding state 1220 of the string 1212 may be controlled by rotating the motor 1210 connected to the string 1212 .
  • FIG. 13 illustrates a relationship between a user's joint angle and a force generated by a muscle of a corresponding joint according to an exercise method according to an example.
  • the first trajectory 1310 may be a force trajectory that appears while a user performs a standing barbell curl.
  • An offset operation mode of the exercise device may be used to provide a user with an exercise effect similar to that of the first trajectory 1310 .
  • the second trajectory 1320 may be a power trajectory that appears while the user performs a preacher curl.
  • a descending operation mode of the exercise device may be used to provide a user with an exercise effect similar to that of the second trajectory 1320 .
  • the third trajectory 1330 may be a force trajectory that appears while the user performs a spider curl.
  • An ascending operation mode of the exercise device may be used to provide a user with an exercise effect similar to that of the third trajectory 1330 .
  • the method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer readable medium.
  • the computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.
  • Program commands recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment or may be known and usable to those skilled in computer software.
  • Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks.
  • - includes hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like.
  • program instructions include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, as well as machine language codes such as those produced by a compiler.
  • the hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

Abstract

장력 제어 장치의 줄의 장력을 제어하기 위해, 장력 제어 장치의 동작 모드를 수신하고, 센서를 이용하여 센서와 연결된 줄의 장력을 측정함으로써 장력 값을 생성하고, 장력 값 및 동작 모드에 기초하여 줄과 연결된 모터를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하고, 제어 신호에 기초하여 모터를 제어함으로써 줄의 장력을 제어할 수 있다.

Description

줄의 장력을 제어하는 방법 및 장치
아래의 실시예들은 줄의 장력을 제어하는 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 줄의 일 단이 부하(load)에 의해 당겨지는 경우, 줄의 장력을 제어하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 사용자가 기구를 통해 상체 운동을 수행하는 경우, 동일한 부하(또는, 무게)를 이용하여 운동하더라도 근육이 이완 또는 수축된 정도에 따라 사용자는 다른 효과를 얻을 수 있다. 예를 들어, 사용자는 다방면의 팔 근육의 성장을 자극하기 위해 스탠딩 바벨 컬(standing barbell curls), 프리쳐 컬(preacher curls) 및 스파이더 컬(spider curls)을 각각 수행할 수 있고, 각각의 운동은 사용자의 팔꿈치의 각도에 따라 서로 다른 자극을 줄 수 있다. 사용자가 바벨을 이용하여 스탠딩 바벨 컬, 프리쳐 컬 및 스파이더 컬을 각각 수행하기 위해서는 각각의 운동을 위한 서로 다른 자세를 취해야할 수 있다.
일 실시 예에 따른, 장력 제어 장치에 의해 수행되는, 상기 장력 제어 장치의 줄의 장력 제어 방법은, 상기 장력 제어 장치의 타겟 동작 모드를 수신하는 동작, 적어도 하나의 센서를 이용하여 상기 센서와 연결된 줄(string)의 장력을 측정함으로써 제1 장력 값을 생성하는 동작, 상기 제1 장력 값 및 상기 타겟 동작 모드에 기초하여 상기 줄과 연결된 모터를 제어하기 위한 제1 제어 신호를 생성하는 동작, 및 상기 제1 제어 신호에 기초하여 상기 모터를 제어함으로써 상기 줄의 장력을 제어하는 동작을 포함하고, 상기 줄은 탄성 부재와 연결되고, 사용자가 상기 탄성 부재를 이용하여 상기 줄에 장력을 가할 수 있다.
상기 타겟 동작 모드를 수신하는 동작은, 상기 타겟 동작 모드를 수신하는 동작, 상기 타겟 동작 모드에 대해 미리 설정된 초기 장력이 상기 줄에 나타나도록 상기 모터를 제어하기 위한 초기 제어 신호를 생성하는 동작, 및 상기 초기 제어 신호에 기초하여 상기 모터를 제어함으로써 상기 줄의 장력을 제어하는 동작을 포함할 수 있다.
상기 타겟 동작 모드를 수신하는 동작은, 상기 타겟 동작 모드에 대한 타겟 강도를 수신하는 동작을 더 포함하고, 상기 초기 제어 신호를 생성하는 동작은, 상기 타겟 동작 모드 및 상기 타겟 강도에 대해 미리 설정된 상기 초기 장력이 상기 줄에 나타나도록 상기 모터를 제어하기 위한 상기 초기 제어 신호를 생성하는 동작을 포함할 수 있다.
상기 타겟 모드는, 상기 사용자에 의해 상기 줄에 장력이 가해지더라도 상기 모터 및 상기 탄성 부재 사이에 위치하는 상기 줄의 길이가 변화하지 않는 오프셋(offset) 동작 모드일 수 있다.
상기 타겟 모드는, 상기 사용자에 의해 상기 줄에 가해지는 장력이 증가하는 경우, 상기 모터 및 상기 탄성 부재 사이에 위치하는 상기 줄의 길이가 감소하는 어센딩(ascending) 동작 모드일 수 있다.
상기 어센딩 동작 모드는, 상기 줄에 가해지는 장력이 최대 값에 도달한 이후에 감소하는 경우, 상기 모터 및 상기 탄성 부재 사이에 위치하는 상기 줄의 길이가 증가하는 동작 모드일 수 있다.
상기 타겟 모드는, 상기 사용자에 의해 상기 줄에 가해지는 장력이 증가하는 경우, 상기 모터 및 상기 탄성 부재 사이에 위치하는 상기 줄의 길이가 증가하는 디센딩(descending) 동작 모드일 수 있다.
상기 디센딩 동작 모드는, 상기 줄에 가해지는 장력이 최대 값에 도달한 이후에 감소하는 경우, 상기 모터 및 상기 탄성 부재 사이에 위치하는 상기 줄의 길이가 감소하는 동작 모드일 수 있다.
상기 제1 장력 값 및 상기 타겟 동작 모드에 기초하여 상기 줄과 연결된 모터를 제어하기 위한 제1 제어 신호를 생성하는 동작은, 상기 제1 장력 값이 최대 장력 값을 초과하는지 여부를 결정하는 동작, 상기 제1 장력 값이 상기 최대 장력 값을 초과하는 경우, 상기 최대 장력 값을 상기 제1 장력 값으로 갱신하는 동작, 상기 최대 장력 값이 갱신된 경우 현재 상태를 장력 상승 상태로 결정하는 동작, 및 상기 제1 장력 값 및 상기 타겟 동작 모드의 상기 장력 상승 상태에 기초하여 상기 줄과 연결된 모터를 제어하기 위한 제1 제어 신호를 생성하는 동작을 포함할 수 있다.
상기 제1 장력 값 및 상기 타겟 동작 모드에 기초하여 상기 줄과 연결된 모터를 제어하기 위한 제1 제어 신호를 생성하는 동작은, 상기 제1 장력 값이 최대 장력 값을 초과하는지 여부를 결정하는 동작, 상기 제1 장력 값이 상기 최대 장력 값을 초과하지 않는 경우, 상기 제1 장력 값 및 상기 최대 장력 값 간의 차이를 계산하는 동작, 상기 차이가 미리 설정된 임계 값 이상인 경우 현재 상태를 장력 하강 상태로 결정하는 동작, 및 상기 제1 장력 값 및 상기 타겟 동작 모드의 상기 장력 하강 상태에 기초하여 상기 줄과 연결된 모터를 제어하기 위한 제1 제어 신호를 생성하는 동작을 포함할 수 있다.
상기 줄은 복수의 줄들을 포함하고, 상기 모터는 상기 복수의 줄들의 꼬임을 제어하는 TSA(twisted strings actuators)일 수 있다.
상기 모터는 상기 모터의 회전 축에 상기 줄을 감거나 또는 풂으로써 상기 줄의 장력을 제어할 수 있다.
상기 줄은 제1 줄 및 제2 줄을 포함하고, 상기 줄의 제1 줄은 제1 탄성 부재와 연결되고, 상기 줄의 제2 줄은 제2 탄성 부재와 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따른, 장력 제어 장치는, 제1 단이 탄성 부재와 연결되고, 제2 단이 모터와 연결되는 줄(string), 상기 줄의 장력을 측정함으로써 제1 장력 값을 생성하는 적어도 하나의 센서, 및 상기 센서로부터 수신된 상기 제1 장력 값 및 설정된 타겟 동작 모드에 기초하여 상기 모터를 제어하기 위한 제1 제어 신호를 생성하는 제어부, 상기 제1 제어 신호에 기초하여 상기 모터를 제어함으로써 상기 줄의 장력을 제어하는 모터 드라이버 회로, 및 상기 모터 드라이버 회로와 전기적으로 연결된 모터를 포함하고, 사용자가 상기 탄성 부재를 이용하여 상기 줄에 장력을 가할 수 있다.
상기 장력 제어 장치는, 상기 타겟 동작 모드를 수신하기 위한 적어도 하나의 사용자 인터페이스를 더 포함할 수 있다.
사용자 단말로부터 상기 타겟 동작 모드를 수신하기 위한 통신 모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 줄은 복수의 줄들을 포함하고, 상기 모터는 상기 복수의 줄들의 꼬임을 제어하는 TSA(twisted strings actuators)일 수 있다.
상기 모터는 상기 모터의 회전 축에 상기 줄을 감거나 또는 풂으로써 상기 줄의 장력을 제어할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른, 의자형 상체 운동 장치의 구조를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른, 제어부의 구성도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른, 줄의 장력을 제어하는 방법의 흐름도이다.
도 4는 일 예에 따른, 타겟 동작 모드와 연관된 초기 제어 신호에 기초하여 줄의 장력을 제어하는 방법의 흐름도이다.
도 5는 일 예에 따른, 복수의 동작 모드들 간의 전환을 도시한다.
도 6은 일 예에 따른, 오프셋 동작 모드에서의 탄성 부재의 길이 및 줄의 장력 간의 관계를 도시한다.
도 7은 일 예에 따른, 어센딩 동작 모드에서의 탄성 부재의 길이 및 줄의 장력 간의 관계를 도시한다.
도 8은 일 예에 따른, 디센딩 동작 모드에서의 탄성 부재의 길이 및 줄의 장력 간의 관계를 도시한다.
도 9는 일 예에 따른, 제1 제어 신호를 생성하는 방법의 흐름도이다.
도 10은 일 예에 따른, 사용자의 상체 운동에 의해 나타나는 줄의 장력의 궤적을 도시한다.
도 11은 일 예에 따른, 제1 줄 및 제2 줄 간의 꼬임의 변화를 도시한다.
도 12는 일 예에 따른, 모터의 회전 축 상에 감기는 줄의 길이 변화를 도시한다.
도 13은 일 예에 따른, 운동 방법에 따른 사용자의 관절 각도 및 해당 관절의 근육이 내는 힘 간의 관계를 도시한다.
이하, 본 기재의 다양한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 기재를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 기재의 실시 예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른, 의자형 상체 운동 장치의 구조를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 의자형 상체 운동 장치(100, 이하 운동 장치라고 함)는, 사용자를 지지할 수 있다. 운동 장치(100)는 사용자의 엉덩이 및 등을 지지할 수 있다. 사용자는 운동 장치(100)에 착석한 상태로 다양한 운동을 수행할 수 있다. 운동 장치는 장력 제어 장치로 명명될 수도 있다.
운동 장치(100)는 의자 형상을 가질 수 있다. 운동 장치(100)는 일반적인 의자로 활용될 수 있다. 사용자는, 운동을 원하는 경우에만 선택적으로 탄성 부재(162, 164) 및/또는 손잡이(172, 174)를 그립하여, 원하는 운동을 수행할 수 있다.
사용자는 운동 장치(100)를 이용하여 다양한 운동을 수행할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 운동 장치(100)를 이용하여 팔 운동, 어깨 운동 및 가슴 운동 중 적어도 하나 이상의 운동을 수행할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 운동 장치(100)는, 의자(110), 모터(130), 한 쌍의 줄들(142, 144), 한 쌍의 스플리터들(152, 154), 한 쌍의 탄성 부재(162, 164), 한 쌍의 손잡이들(172, 174), 제어부(120), 제1 제어 버튼(182), 제2 제어 버튼(184), 디스플레이(186)을 포함할 수 있다. 추가적으로, 운동 장치(100)는 엉덩이 쿠션 및 등 쿠션을 더 포함할 수 있다.
의자(110)는 사용자를 지지할 수 있다. 의자(110)는 사용자의 엉덩이를 지지할 수 있는 엉덩이 지지부와, 사용자의 등을 지지할 수 있는 등 지지부를 포함할 수 있다. 도시되지 아는 않았지만, 의자(110)는 엉덩이 지지부에 연결되는 복수 개의 다리들을 포함할 수 있다. 엉덩이 지지부 및 등 지지부는 서로 연결될 수 있다. 예를 들어, 엉덩이 지지부 및 등 지지부는 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 엉덩이 지지부 및 등 지지부는 별도의 연결 부재로 서로 연결될 수 있다.
등 지지부는 내부에 중공을 구비할 수 있다. 등 지지부 내부에는 운동을 위해 부하를 생성하기 위한 다양한 구성들이 마련될 수 있다. 예를 들어, 등 지지부의 내부에는 모터(130)와, 한 쌍의 줄들(142, 144)의 적어도 일부와, 한 쌍의 스플리터들(152, 154)가 마련될 수 있다. 한 쌍의 줄들(142, 144) 각각은 적어도 일부가 등 지지부 내부에 마련되고, 나머지 부분은 등 지지부의 외부에 마련될 수 있다. 등 지지부는 사용자의 등을 마주하는 전방 프레임과, 전방 프레임에 연결되는 후방 프레임과, 후방 프레임에 배치되는 글라스(미도시)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 글라스는 후방 프레임의 중앙부에 마련될 수 있다. 글라스는 투명한 재질을 포함할 수 있다. 사용자는 글라스를 통해 등 지지부 내부의 구성들(예: 모터(130), 줄들(142, 144) 및 스플리터들(152, 154))을 확인할 수 있다.
엉덩이 지지부는 내부에 중공을 구비할 수 있다. 예를 들어, 엉덩이 지지부는 의자의 강성을 높이기 위한 파이프의 적어도 일부를 수용할 수 있다.
의자(110)의 복수의 다리들(미도시)은 엉덩이 지지부를 지면으로부터 이격시킬 수 있다. 복수의 다리들의 개수는 엉덩이 지지부를 안정적으로 지지하기 위한 개수(예: 4개)면 충분하고, 예시된 개수에 제한되지 않음을 밝혀 둔다.
모터(130)는 운동을 위한 부하(load)를 생성할 수 있다. 모터(130)는 등 지지부의 내부에 마련될 수 있다. 일 예에 따르면, 모터(130)는 한 쌍의 줄들(142, 144)을 꼬이게 하거나, 풀리게 할 수 있다. 예를 들어, 모터(130)는 제1 방향으로 동작(또는, 회전)함으로써 한 쌍의 줄들(142, 144)을 꼬이게 할 수 있다. 한 쌍의 줄들(142, 144)이 꼬인 정도가 증가할 경우, 등 지지부의 외부로 노출된 한 쌍의 줄들(142, 144)의 길이는 감소할 수 있다. 예를 들어, 모터(130)는 제2 방향으로 동작(또는, 회전)함으로써 한 쌍의 줄들(142, 144)을 풀리게 할 수 있다. 한 쌍의 줄들(142, 144)이 꼬인 정도가 감소할 경우, 등 지지부의 외부로 노출된 한 쌍의 줄(142, 144)의 길이는 증가할 수 있다.
한 쌍의 줄들(142, 144)은, 제1 단이 모터(130)에 연결되고, 제2 단이 등 지지부의 외부에 마련될 수 있다. 한 쌍의 줄들(142, 144)은 제1 줄(142) 및 제2 줄(144)을 포함할 수 있다. 제1 줄(142) 및 제2 줄(144) 각각은 서로 다른 위치에서 모터(130)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 모터(130)에 연결된 부분을 기준으로, 제1 줄(142) 및 제2 줄(144)은 서로 이격될 수 있다. 제1 줄(142) 및 제2 줄(144) 중 적어도 하나의 줄은, 모터(130)의 회전 축으로부터 이격된 위치에서 모터(130)에 연결될 수 있다.
한 쌍의 줄들(142, 144)은 탄성 변형이 되지 않는 재질을 가질 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 줄들(142, 144)은 한 쌍의 탄성 부재들(162, 164)(예: 탄성 밴드들)에 대비하여 신축성이 상대적으로 적은 재질을 가질 수 있다.
한 쌍의 스플리터들(152, 154)은 등 지지부의 내부에 배치되고, 모터(130)로부터 이격된 위치에 마련될 수 있다. 한 쌍의 스플리터들(152, 154)은, 제1 줄(142)을 지지하는 제1 스플리터(152)와, 제2 줄(144)을 지지하는 제2 스플리터(154)를 포함할 수 있다. 한 쌍의 스플리터들(152, 154)은 모터(130)로부터 이격된 위치에 마련될 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 스플리터들(152, 154)은 모터(130)로부터 상방으로 이격된 위치에 마련될 수 있다. 상대적으로 무거운 모터(130)를 엉덩이 지지부에 근접하게 위치시킴으로써, 구조적 안정성이 향상될 수 있다. 한 쌍의 스플리터들(152, 154)이 모터(130)로부터 이격된 상태에서 한 쌍의 줄들(142, 144)을 지지할 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 줄들(142, 144) 중 한 쌍의 스플리터들(152, 154)를 기준으로 모터(130)를 향한 쪽에 마련된 부분(예: 줄들(142, 144)의 하단 부분)은 모터(130)의 동작에 의해 꼬임이 발생할 수 있다. 한 쌍의 줄들(142, 144) 중 한 쌍의 스플리터들(152, 154)을 기준으로 모터(130)의 반대편에 마련된 부분(예: 줄들(142, 144)의 상단 부분)은 서로 이격된 상태로 마련되므로, 모터(130)가 동작하더라도 서로 꼬이지 않을 수 있다. 한 쌍의 스플리터들(152, 154)은 제1 줄(142) 및 제2 줄(144)이 서로 꼬일 수 있는 최대 범위를 설정할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 한 쌍의 스플리터들(152, 154) 중 적어도 하나(예: 스플리터(152))는 센서를 포함할 수 있다. 센서는 스플리터(152)와 연관된 줄(예: 줄(142))의 장력을 측정할 수 있는 센서일 수 있다. 예를 들어, 센서는 로드 셀일 수 있다. 스플리터(152)를 지나는 줄(142)에 인가되는 장력에 의해, 줄(142)은 로드 셀에 압력을 가할 수 있다. 로드 셀은 인가되는 압력을 측정함으로써 줄(142)의 장력 값을 생성할 수 있다.
한 쌍의 탄성 부재들(162, 164)은, 제1 줄(142)에 연결되는 제1 탄성 부재(162)와, 제2 줄(154)에 연결되는 제2 탄성 부재(164)를 포함할 수 있다. 한 쌍의 탄성 부재들(162, 164)은 탄성 변형이 되는 재질을 가질 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 탄성 부재들(162, 164)은 한 쌍의 줄들(142, 144)과 대비하여 신축성이 상대적으로 큰 재질을 가질 수 있다.
한 쌍의 손잡이들(172, 174)은, 제1 탄성 부재(162)에 연결되는 제1 손잡이(172)와, 제2 탄성 부재(164)에 연결되는 제2 손잡이(174)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 손잡이들(172, 174) 각각은 사용자의 손을 수용하는 수용 부분과, 사용자가 파지할 수 있도록 마련된 로드 부분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 손잡이들(172, 174) 각각은 삼각형 형상을 가질 수 있다. 손잡이의 형상은 기재된 실시예로 제한되지 않음을 밝혀 둔다.
제어부(120)는 모터(130)의 구동을 제어할 수 있다. 제어부(120)는 모터(130)의 동작 방향을 제어하거나, 모터(130)의 회전 세기를 제어할 수 있다. 제어부(120)는 모터(130)에 전기적으로 연결될 수 있다. 모터(130)의 구동에 기초하여, 제1 줄(142) 및 제2 줄(144)이 꼬여 있는 정도가 조절될 수 있다.
제1 제어 버튼(182)은 의자(110)에 배치되고, 사용자로부터 사용자가 원하는 운동 장치(100)의 동작 모드를 수신하기 위한 용도로 사용될 수 있다. 예를 들어, 동작 모드는 전원 오프 모드, 오프셋(offset) 동작 모드, 어센딩(ascending) 동작 모드 및 디센딩(descending) 동작 모드를 포함할 수 있고, 기재된 실시예로 한정되지 않는다.
제2 제어 버튼(184)은 의자(110)에 배치되고, 사용자로부터 사용자가 원하는 운동 장치(100)의 운동 강도를 수신하기 위한 용도로 사용될 수 있다. 예를 들어, 운동 강도는 제1 강도, 제2 강도 및 제3 강도를 포함할 수 있고, 기재된 실시예로 한정되지 않는다.
디스플레이(182)는 운동 장치(100)에 설정된 현재의 동작 모드 및 운동 강도 중 적어도 하나를 표시할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 운동 장치(100)는 통신 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 통신 모듈은 근거리 무선 통신을 이용하여 외부의 사용자 단말(예: 스마트폰, 스마트 워치, 및 태블릿 등)과 데이터를 송수신할 수 있다. 사용자는 사용자 단말에 설치된 어플리케이션을 통해 운동 장치(100)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 어플리케이션을 통해 운동 장치(100)의 동작 모드 및 운동 강도 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 다른 예로, 운동 장치(100)는 통신 모듈을 통해 사용자의 운동 결과에 대한 정보를 사용자 단말로 전송할 수 있다. 예를 들어, 운동 결과에 대한 정보는 동작 모드, 운동 강도, 운동 시간, 운동 시의 줄의 장력의 변화 궤적, 예상 소모 칼로리 등을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 사용자는 사용자 단말의 어플리케이션에 사용자의 신체 정보 등을 입력하고, 어플리케이션은 사용자의 신체 정보 및 운동 결과에 기초하여 피드백으로서 운동 분석 리포트를 생성할 수 있다. 예를 들어, 운동 분석 리포트는 사용자가 수행한 운동의 종류에 대해 더 효율적인 운동이 수행되기 위한 제안일 수 있다. 예를 들어, 제안은 팔을 뻗는 방향, 팔꿈치를 접는 속도, 팔꿈치를 펴는 속도, 손목의 비틀림 정도 등에 내용일 수 있고, 기재된 실시예로 한정되지 않는다.
아래에서는 사용자가 운동 장치(100)를 이용하여 운동을 수행할 때, 사용자에게 적절한 부하를 제공하기 위해 운동 장치(100)가 줄의 장력을 제어하는 방법에 대해 상세히 설명된다.
도 2는 일 실시 예에 따른, 제어부의 구성도이다.
일 실시 예에 따르면, 운동 장치(예: 도 1의 운동 장치(100))의 제어부(200)(예: 도 1의 제어부(120))는 통신부(210), 프로세서(220) 및 메모리(230)를 포함한다.
통신부(210)는 프로세서(220) 및 메모리(230)와 연결되어 데이터를 송수신한다. 예를 들어, 통신부(210)는 운동 장치의 다른 전자 요소들과 연결되어 데이터를 송수신할 수 있다. 이하에서 "A"를 송수신한다라는 표현은 "A를 나타내는 정보(information) 또는 데이터"를 송수신하는 것을 나타낼 수 있다.
통신부(210)는 제어부(200) 내의 회로망(circuitry)으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 통신부(210)는 내부 버스(internal bus) 및 외부 버스(external bus)를 포함할 수 있다. 다른 예로, 통신부(210)는 제어부(200)와 외부의 장치를 연결하는 요소일 수 있다. 통신부(210)는 인터페이스(interface)일 수 있다. 통신부(210)는 외부의 장치로부터 데이터를 수신하여, 프로세서(220) 및 메모리(230)에 데이터를 전송할 수 있다.
프로세서(220)는 통신부(210)가 수신한 데이터 및 메모리(230)에 저장된 데이터를 처리한다. "프로세서"는 목적하는 동작들(desired operations)을 실행시키기 위한 물리적인 구조를 갖는 회로를 가지는 하드웨어로 구현된 데이터 처리 장치일 수 있다. 예를 들어, 목적하는 동작들은 프로그램에 포함된 코드(code) 또는 인스트럭션들(instructions)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하드웨어로 구현된 데이터 처리 장치는 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙 처리 장치(central processing unit), 프로세서 코어(processor core), 멀티-코어 프로세서(multi-core processor), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array)를 포함할 수 있다.
프로세서(220)는 메모리(예를 들어, 메모리(230))에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드(예를 들어, 소프트웨어) 및 프로세서(220)에 의해 유발된 인스트럭션들을 실행한다.
메모리(230)는 통신부(210)가 수신한 데이터 및 프로세서(220)가 처리한 데이터를 저장한다. 예를 들어, 메모리(230)는 프로그램(또는 어플리케이션, 소프트웨어)을 저장할 수 있다. 저장되는 프로그램은 줄의 장력을 제어할 수 있도록 코딩되어 프로세서(220)에 의해 실행 가능한 신텍스(syntax)들의 집합일 수 있다.
일 측면에 따르면, 메모리(230)는 하나 이상의 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 및 RAM(Random Access Memory), 플래시 메모리, 하드 디스크 드라이브 및 광학 디스크 드라이브를 포함할 수 있다.
메모리(230)는 제어부(200)를 동작 시키는 명령어 세트(예를 들어, 소프트웨어)를 저장한다. 제어부(200)를 동작 시키는 명령어 세트는 프로세서(220)에 의해 실행된다.
제어부(200)에 대해, 아래에서 도 3 내지 도 13을 참조하여 상세히 설명된다.
도 3은 일 실시 예에 따른, 줄의 장력을 제어하는 방법의 흐름도이다.
일 실시 예에 따르면, 아래의 동작들 310 내지 340은 도 2를 참조하여 전술된 제어부(200)에 의해 수행될 수 있다.
동작 310에서, 제어부(200)는 타겟 동작 모드를 수신할 수 있다. 예를 들어, 제어부(200)는 도1을 참조하여 전술된 운동 장치(100)의 제1 버튼(182)을 통해 복수의 운동 모드들 중 타겟 동작 모드를 수신할 수 있다. 다른 예로, 제어부(200)는 운동 장치(100)의 통신 모듈을 통해 외부의 사용자 단말로부터 타겟 동작 모드에 대한 정보를 수신할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 복수의 운동 모드들은 오프셋 운동 모드, 어센딩 동작 모드 및 디센딩 운동 모드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 오프셋 모드는 사용자에 의해 운동 장치(100)의 줄들(142, 144)에 장력이 가해지더라도 모터(130) 및 탄성 부재(162, 164) 사이에 위치하는 줄들(142, 144)의 길이가 변화하지 않는 동작 모드일 수 있다. 즉, 오프셋 모드는 미리 설정된 줄들(142, 144)의 꼬임의 정도가 운동 중에 변화하지 않는 모드일 수 있다. 미리 설정된 줄들(142, 144)의 꼬임의 정도는 운동 강도에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 낮은 운동 강도인 제1 강도가 운동 장치(100)에 설정된 경우에 비해, 중간 운동 강도인 제2 강도가 운동 장치(100)에 설정된 경우가 줄들(142, 144)의 꼬임의 정도가 많을 수 있다.
타겟 동작 모드가 수신된 경우, 제어부(200)는 운동 장치의 초기 제어를 수행할 수 있다. 아래에서 도 4를 참조하여 운동 장치의 초기 제어 방법에 대해 상세히 설명된다.
동작 320에서, 제어부(200)는 적어도 하나의 센서(예: 도 1의 스플리터(152)의 로드 셀)를 이용하여 센서와 연결된 줄(예: 도 1의 줄(152))의 장력을 측정함으로써 제1 장력 값을 생성한다.
사용자가 운동 장치를 이용하여 운동을 수행하는 동안 생성되는 제1 장력 값은 시간의 흐름에 따라 변화할 수 있다.
동작 330에서, 제어부(200)는 제1 장력 값 및 타겟 동작 모드에 기초하여 줄과 연결된 모터(예: 도1의 모터(130))를 제어하기 위한 제1 제어 신호를 생성할 수 있다.
생성되는 제1 장력 값은 시간의 흐름에 따라 변화할 수 있으므로, 생성되는 제1 제어 신호도 시간의 흐름에 따라 변화할 수 있다.
동작 340에서, 제어부(200)는 제1 제어 신호에 기초하여 모터를 제어함으로써 줄의 장력을 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 운동 장치는 제어부(200)로부터 수신된 제1 제어 신호에 대응하는 제1 구동 신호를 생성하는 모터 드라이버 회로를 더 포함할 수 있다. 모터 드라이버 회로는 제1 구동 신호에 기초하여 모터를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 모터의 회전에 의해 줄들(예: 줄들(142, 144))의 꼬임이 조절될 수 있다. 예를 들어, 모터가 제1 방향으로 회전하는 경우 줄들의 꼬임이 완화될 수 있고, 모터가 제2 방향으로 회전하는 경우 줄들의 꼬임이 심해질 수 있다. 줄들의 꼬임이 완화되는 경우 센서에 의해 측정되는 장력 값이 낮아질 수 있고, 반대로 줄들의 꼬임이 심해지는 경우 센서에 의해 측정되는 장력 값이 증가할 수 있다. 줄의 장력이 낮아지는 경우 사용자는 탄성 부재(예: 탄성 부재(152))에 걸리는 부하가 감소되는 것으로 느낄 수 있다. 반대로, 줄의 장력이 증가하는 경우 사용자는 탄성 부재(예: 탄성 부재(152))에 걸리는 부하가 증가되는 것으로 느낄 수 있다. 상기와 같은 사용자가 느끼는 부하의 변화를 이용하여 사용자에게 서로 다른 운동 방식이 제공될 수 있다.
일 측면에 따르면, 사용자의 팔꿈치 각도에 대한 ROM(range of motion)을 기준으로, 관절의 굽힘이 감소할수록(즉, 펴질수록) 부하를 증가시키는 운동 방식이 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기의 운동 방식은 스파이더 컬일 수 있다. 스파이더 컬과 같은 운동 방식을 제공하는 운동 모드는 어센딩 운동 모드일 수 있다. 어센딩 운동 모드에서는 사용자가 팔꿈치를 펼수록 줄들이 감기도록 모터가 제어될 수 있다.
일 측면에 따르면, 사용자의 팔꿈치 각도에 대한 ROM을 기준으로, 관절의 굽힘이 감소할수록(즉, 펴질수록) 부하를 감소시키는 운동 방식이 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기의 운동 방식은 프리쳐 컬일 수 있다. 프리쳐 컬과 같은 운동 방식을 제공하는 운동 모드는 디센딩 운동 모드일 수 있다. 어센딩 운동 모드에서는 사용자가 팔꿈치를 펼수록 줄들이 꼬이도록 모터가 제어될 수 있다.
일 측면에 따르면, 동작 모드가 오프셋 모드인 경우, 사용자가 운동을 수행하는 동안에는 모터가 동작하지 않을 수 있다. 모터가 동작하지 않음으로써 줄들의 꼬임에 의한 장력은 변화하지 않을 수 있다. 줄의 꼬임에 의한 장력이 변화하지 않는 경우, 사용자는 탄성 부재(예: 탄성 부재(152))에 걸리는 부하가 일정한 것으로 느낄 수 있다.
사용자의 관절이 최대 ROM에 도달한 후에, 다시 최소 ROM의 방향으로 돌아오는 경우(즉, 팔꿈치가 모아지는 경우), 모터의 회전 방향이 반전될 수 있다. 예를 들어, 어센딩 동작 모드에서는 줄들의 꼬임이 풀리도록 모터가 제어될 수 있다. 다른 예로, 디센딩 동작 모드에서는 줄들의 꼬임이 증가하도록 모터가 제어될 수 있다.
상기의 설명들은 사용자가 운동 장치에 등을 대고 앉아서 운동을 수행하는 경우(즉, 사용자의 팔꿈치가 모아진 상태에서 시작하는 경우)에 대한 것이고, 예를 들어, 사용자가 운동 장치를 마주보고 운동을 수행하는 경우(즉, 사용자의 팔꿈치가 펴진 상태에서 시작하는 경우)에는 상기의 설명과 반대가 되도록 모터가 제어될 수 있다.
도 4는 일 예에 따른, 타겟 동작 모드와 연관된 초기 제어 신호에 기초하여 줄의 장력을 제어하는 방법의 흐름도이다.
일 실시 예에 따르면, 도 3을 참조하여 전술된 동작 310은 아래의 동작들 410 내지 430을 포함할 수 있다.
동작 410에서, 제어부(200)는 타겟 동작 모드를 수신할 수 있다. 예를 들어, 타겟 동작 모드는 오프셋 동작 모드, 어센딩 동작 모드 또는 디센딩 동작 모드일 수 있다.
동작 415에서, 제어부(200)는 타겟 동작 모드에 대한 타겟 강도를 수신할 수 있다. 예를 들어, 타겟 강도는 제1 강도, 제2 강도 또는 제3 강도일 수 있다.
동작 420에서, 제어부(200)는 타겟 동작 모드에 대해 미리 설정된 초기 장력이 줄에 나타나도록 모터를 제어하기 위한 초기 제어 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 타겟 강도가 더 수신된 경우, 제어부(200)는 타겟 동작 모드 및 타겟 강도에 기초하여 초기 제어 신호를 생성할 수 있다. 타겟 강도가 강할수록 강한 부하가 설정될 수 있다.
동작 430에서, 제어부(200)는 초기 제어 신호에 기초하여 모터를 제어함으로써 줄의 장력을 제어할 수 있다. 예를 들어, 줄에 초기 장력이 나타나도록 모터가 제어될 수 있다.
일 측면에 따르면, 오프셋 동작 모드에서는 운동 수행 중에도 초기에 설정된 줄들의 꼬임이 유지될 수 있다.
일 측면에 따르면, 어센딩 동작 모드에서는 운동 수행 중에 초기에 설정된 줄들의 꼬임이 변화할 수 있다. 예를 들어, 팔꿈치의 펴짐 동작에서는 부하가 증가하도록 줄들이 더 꼬이고, 이어 나타나는 굽힘 동작에서는 부하가 감소하도록 줄들이 풀어질 수 있다. 사용자가 한 동작을 완료한 경우, 줄들의 꼬임은 초기 상태와 동일할 수 있다.
일 측면에 따르면, 디센딩 동작 모드에서는 운동 수행 중에 초기에 설정된 줄들의 꼬임이 변화할 수 있다. 예를 들어, 팔꿈치의 펴짐 동작에서는 부하가 감소하도록 줄들이 풀어지고, 이어 나타나는 굽힘 동작에서는 부하가 증가하도록 줄들이 다시 꼬일 수 있다. 사용자가 한 동작을 완료한 경우, 줄들의 꼬임은 초기 상태와 동일할 수 있다.
도 5는 일 예에 따른, 복수의 동작 모드들 간의 전환을 도시한다.
일 실시 예에 따르면, 사용자는 운동 장치의 사용자 인터페이스(예: 제1 버튼) 또는 운동 장치와 무선으로 연결되는 사용자 단말을 통해 원하는 동작 모드를 운동 장치로 입력할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 운동 모드를 선택하기 위한 버튼을 누르는 경우 선택되는 동작 모드가 오프셋 동작 모드, 어센딩 동작 모드 및 디센딩 동작 모드의 순서로 변경될 수 있다.
특정한 동작 모드가 선택된 경우, 사용자는 추가적으로 해당 동작 모드에 대한 운동 강도를 설정할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 운동 장치의 사용자 인터페이스(예: 제2 버튼) 또는 사용자 단말을 통해 원하는 운동 강도를 운동 장치로 입력할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 제2 버튼을 누르는 경우 선택되는 운동 강도가 제1 강도, 제2 강도 및 제3 강도의 순서로 변경될 수 있다.
도 6은 일 예에 따른, 오프셋 동작 모드에서의 탄성 부재의 길이 및 줄의 장력 간의 관계를 도시한다.
운동 장치에 오프셋 동작 모드가 설정된 경우, 운동의 수행 중에는 줄들의 꼬임이 변화하지 않을 수 있다. 사용자는 초기에 설정되는 줄들의 꼬임의 정도를 조정함으로써 운동 강도를 조절할 수 있다.
예를 들어, 제1 궤적(610)은 제1 강도에 대응하고, 제2 궤적(620)은 제2 강도에 대응하고, 제3궤적(630)은 제3 강도에 대응할 수 있다. 운동 강도가 제1 강도로 설정된 경우 사용자에게 제2 강도 및 제3 강도에 비해 낮은 부하를 제공하기 위해, 줄들의 꼬임이 제2 강도 및 제3 강도에 비해 적을 수 있다. 반대로, 운동 강도가 제3 강도로 설정된 경우 사용자에게 제1 강도 및 제2 강도에 비해 높은 부하를 제공하기 위해, 줄들의 꼬임이 제1 강도 및 제2 강도에 비해 많을 수 있다.
사용자는 줄과 연결된 탄성 부재의 길이를 늘이고, 줄이는 운동을 수행할 수 있다. 탄성 부재에 사용자의 힘이 가해짐으로써 탄성 부재와 연결된 줄의 장력이 증가할 수 있다. 오프셋 동작 모드에서는 탄성 부재가 늘어난 길이에 대체적으로 비례하도록 측정된 줄의 장력 값이 증가하는 것을 알 수 있다.
도 7은 일 예에 따른, 어센딩 동작 모드에서의 탄성 부재의 길이 및 줄의 장력 간의 관계를 도시한다.
운동 장치에 어센딩 동작 모드가 설정된 경우, 운동의 수행 중에는 줄들의 꼬임이 변화할 수 있다. 사용자는 초기에 설정되는 줄들의 꼬임의 정도를 조정함으로써 운동 강도를 조절할 수 있다. 도시된 그래프에서는 어느 하나의 운동 강도(예: 제1 강도)에 대한 궤적(710)이 도시되었고, 다른 운동 강도들에 대한 궤적은 궤적(710)에 비해 y축의 시작점이 상이할 수 있다.
사용자는 줄과 연결된 탄성 부재의 길이를 늘이고, 줄이는 운동을 수행할 수 있다. 탄성 부재에 사용자의 가해지는 힘이 증가할수록(즉, 탄성 부재의 길이가 늘어날수록) 해당 시점에서 나타나는 줄의 장력의 증가량이 증가하도록 줄들의 꼬임의 정도가 증가할 수 있다.
도 8은 일 예에 따른, 디센딩 동작 모드에서의 탄성 부재의 길이 및 줄의 장력 간의 관계를 도시한다.
운동 장치에 디센딩 동작 모드가 설정된 경우, 운동의 수행 중에는 줄들의 꼬임이 변화할 수 있다. 사용자는 초기에 설정되는 줄들의 꼬임의 정도를 조정함으로써 운동 강도를 조절할 수 있다. 도시된 그래프에서는 어느 하나의 운동 강도(예: 제1 강도)에 대한 궤적(810)이 도시되었고, 다른 운동 강도들에 대한 궤적은 궤적(810)에 비해 y축의 시작점이 상이할 수 있다.
사용자는 줄과 연결된 탄성 부재의 길이를 늘이고, 줄이는 운동을 수행할 수 있다. 탄성 부재에 사용자의 가해지는 힘이 증가할수록(즉, 탄성 부재의 길이가 늘어날수록) 해당 시점에서 나타나는 줄의 장력의 증가량이 감소하도록 줄들의 꼬임의 정도가 감소할 수 있다. 예를 들어, 탄성 부재에 사용자의 가해지는 힘이 증가할수록 미리 꼬였던 줄들이 서서히 풀릴 수 있다.
도 9는 일 예에 따른, 제1 제어 신호를 생성하는 방법의 흐름도이다.
일 실시 예에 따르면, 도 3을 참조하여 전술된 동작 330은 아래의 동작들 910 내지 965을 포함할 수 있다.
동작 910에서, 제어부(200)는 센서에 의해 생성된 줄의 제1 장력 값이 최대 장력 값을 초과하는지 여부를 결정할 수 있다. 최대 장력 값은 새로운 운동 회차(또는, 반복 회차)가 수행되는 경우 0으로 초기화될 수 있다.
제1 장력 값이 최대 장력 값을 초과하는 경우 동작 920가 수행되고, 그렇지 않은 경우 동작 950이 수행될 수 있다.
동작 920에서, 제어부(200)는 제1 장력 값이 최대 장력 값을 초과하는 경우는 최대 장력 값을 제1 장력 값으로 갱신할 수 있다.
동작 930에서, 제어부(200)는 현재 상태를 장력 상승 상태로 결정할 수 있다.
동작 940에서, 제어부(200)는 제1 장력 값 및 타겟 동작 모드의 장력 상승 상태에 기초하여 제1 제어 신호를 생성할 수 있다.
예를 들어, 오프셋 동작 모드에서는 제1 제어 신호가 생성되지 않거나, 또는 모터의 움직임을 계속 중지시키기 위한 제1 제어 신호가 생성될 수 있다.
예를 들어, 어센딩 동작 모드에서는 탄성 부재에 가해지는 사용자의 힘에 의한 장력의 증가와 더불어 사용자에게 줄들의 꼬임의 증가에 따른 부하의 증가를 제공하기 위한 제1 제어 신호가 생성될 수 있다. 제1 제어 신호에 의해 줄들의 꼬임이 증가할 수 있다. 예를 들어, 도 7의 궤적(710)이 나타나도록 제1 제어 신호가 생성될 수 있다.
예를 들어, 디센딩 동작 모드에서는 탄성 부재에 가해지는 사용자의 힘에 의한 장력의 증가를 상쇄시키기 위해 줄들의 꼬임이 풀어지는 제1 제어 신호가 생성될 수 있다. 제1 제어 신호에 의해 줄들의 꼬임이 감소할 수 있고, 사용자가 느끼는 부하가 감소될 수 있다. 예를 들어, 도 8의 궤적(810)이 나타나도록 제1 제어 신호가 생성될 수 있다.
동작들 920 내지 940이 장력 상승 상태에서 수행되는 것과는 달리, 동작들 950 내지 965은 장력 하강 상태에서 수행될 수 있다.
동작 950에서, 제어부(200)는 제1 장력 값이 최대 장력 값을 초과하지 않는 경우 제1 장력 값 및 최대 장력 값 간의 차이를 계산할 수 있다.
동작 955에서, 제어부(200)는 계산된 차이가 임계 값 이상인지 여부를 결정할 수 있다. 동작 950 및 960이 수행되는 이유는, 탄성 부재에 의해 줄의 장력이 변화할 수 있고, 관절의 최대 ROM 부근에서 급격한 장력 값의 파동(fluctuation)에 의한 오동작을 방지하기 위함일 수 있다. 예를 들어, 임계 값은 미리 설정될 수 있다. 다른 예로, 임계 값은 최대 장력 값의 90%로 계산될 수 있고, 기재된 수치의 실시예로 한정되지 않는다.
계산된 차이가 임계 값 이상인 경우 아래의 동작 960이 수행되고, 그렇지 않은 경우 동작 930이 수행될 수 있다.
동작 955를 통해 동작 930이 수행되는 경우, 제어부(220)는 현재 상태를 장력 상승 상태로 결정할 수 있지만, 실제적으로는 장력 하강 상태로의 전환을 위한 장력 유지 상태로 이해될 수 있다. 즉, 동작 955를 통해 동작 930이 수행되는 경우에는 현재 상태가 장력 유지 상태로 결정될 수 있다.
동작 960에서, 제어부(200)는 계산된 차이가 임계 값 이상인 경우 현재 상태를 장력 하강 상태로 결정할 수 있다.
동작 965에서, 제어부(200)는 제1 장력 값 및 타겟 동작 모드의 장력 하강 상태에 기초하여 제1 제어 신호를 생성할 수 있다.
예를 들어, 오프셋 동작 모드에서는 제1 제어 신호가 생성되지 않거나, 또는 모터의 움직임을 계속 중지시키기 위한 제1 제어 신호가 생성될 수 있다.
예를 들어, 어센딩 동작 모드에서는 탄성 부재에 가해지는 사용자의 힘에 의한 장력의 감소와 더불어 사용자에게 줄들의 꼬임의 감소에 따른 부하의 감소를 제공하기 위한 제1 제어 신호가 생성될 수 있다. 제1 제어 신호에 의해 줄들의 꼬임이 감소할 수 있다.
예를 들어, 디센딩 동작 모드에서는 탄성 부재에 가해지는 사용자의 힘에 의한 장력의 감소를 상쇄시키기 위해 줄들의 꼬임이 증가하는 제1 제어 신호가 생성될 수 있다. 제1 제어 신호에 의해 줄들의 꼬임이 증가할 수 있고, 사용자가 느끼는 부하가 증가될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 동작 910 수행되기 전에 제1 장력 값이 초기 임계 값을 초과하는지 여부가 결정될 수 있다. 제1 장력 값이 제1 휴지 임계 값을 초과하지 못하는 경우 현재 상태가 휴지 상태로 결정될 수 있다. 제1 장력 값이 제1 휴지 임계 값을 초과하는 경우 현재 상태가 휴지 상태에서 장력 상승 상태로 변경될 수 있고, 장력 상승 상태에서 동작 910가 수행될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 동작 950 수행된 후 제1 장력 값이 제2 휴지 임계 값을 초과하는지 여부가 결정될 수 있다. 예를 들어, 제2 휴지 임계 값은 제1 휴지 임계 값 보다 작을 수 있다. 제1 장력 값이 제2 휴지 임계 값을 초과하지 못하는 경우 현재 상태가 장력 하강 상태에서 휴지 상태로 변경될 수 있다.
도 10은 일 예에 따른, 사용자의 상체 운동에 의해 나타나는 줄의 장력의 궤적을 도시한다.
일 실시 예에 따른, 도시된 궤적(1000)은 사용자가 상체 운동을 수행하는 동안 나타나는 줄의 장력 값의 변화를 도시할 수 있다. 예를 들어, 궤적(1000)은 전술된 운동 장치의 동작 모드가 오프셋 동작 모드인 경우에 나타나는 줄의 장력 값의 변화일 수 있다.
예를 들어, 사용자가 팔꿈치를 펴면서 탄성 부재를 늘리기 시작할 수 있다. 사용자가 운동을 시작한 경우 줄의 장력 값이 증가할 수 있다. 이 때, 측정된 장력 값이 제1 휴지 임계 값(F1)을 초과하는 시점(1002) 부터 운동 장치의 현재 상태가 장력 상승 상태로 결정될 수 있고, 장력 상승 상태에 대한 모터 제어 신호가 생성될 수 있다. 시점(1004)까지 장력 값이 증가함에 따라 최대 장력 값이 계속 갱신될 수 있다.
시점(1004) 내지 시점(1005)에서는 측정되는 장력 값이 감소하는 구간이지만, 현재 상태가 장력 상승 상태로 유지될 수 있다. 또는, 상기의 구간은 장력 유지 상태로 정의될 수 있다.
측정된 장력 값이 임계 값(F2) 미만이 되는 시점(1005)부터 운동 장치의 현재 상태가 장력 하강 상태로 결정될 수 있고, 장력 하강 상태에 대한 모터 제어 신호가 생성될 수 있다.
측정된 장력 값이 제2 휴지 임계 값(F3) 미만이 되는 시점(1006)부터 운동 장치의 현재 상태가 휴지 상태로 결정될 수 있고, 휴지 상태에서는 모터 제어 신호가 생성되지 않을 수 있다.
도 11은 일 예에 따른, 제1 줄 및 제2 줄 간의 꼬임의 변화를 도시한다.
일 실시 예에 따르면, 모터(1110)(예: 도 1의 모터(130))의 구동에 기초하여 줄들(1112 및 1114)(예: 도 1의 줄들(142, 144))의 꼬임의 정도가 변화할 수 있다. 예를 들어, 모터(1110)는 줄들(1112 및 1114)의 꼬임을 제어하는 TSA(twisted strings actuators)일 수 있다.
사용자의 입장에서 줄들(1112 및 1114)과 연결된 탄성 부재들(예: 도 1의 탄성 부재들(152, 154))에 대해 동일한 자세를 취하고 있는 경우에도, 줄들(1112 및 1114)의 꼬임의 정도에 따라 느끼는 부하가 달라질 수 있다. 예를 들어, 줄들(1112 및 1114)이 많이 꼬이는 경우 사용자는 운동 장치가 탄성 부재를 뒤쪽으로 당기는 힘을 강하게 느낄 수 있고, 줄들(1112 및 1114)이 적게 꼬이는 경우 사용자는 운동 장치가 탄성 부재를 느슨하게 당기는 힘을 느낄 수 있다.
도시된 제1 상태(1102)는 줄들(1112 및 1114)이 꼬이지 않은 상태를 나타내고, 제2 상태(1104)는 줄들(1112 및 1114)이 많이 꼬인 상태를 나타낸다. 줄들(1112 및 1114)과 연결된 모터(1110)의 모터 헤드가 회전함으로써 줄들(1112 및 1114)의 꼬임 상태(1120)가 제어될 수 있다.
도 12는 일 예에 따른, 모터의 회전 축 상에 감기는 줄의 길이 변화를 도시한다.
도 1 내지 도 11을 참조하여 한 쌍의 줄들 간의 꼬임을 이용하여 줄의 장력을 제어하는 운동 장치가 설명되었으나, 실시예에 따라 모터(1210)에는 하나의 줄(1212)만이 연결될 수 있다. 이러한 실시 예에서, 줄(1212)은 제1 단은 모터(1210)와 연결되고, 제2 단은 사용자의 왼팔 및 오른팔에 각각 대응하는 복수의 줄들과 동시에 연결될 수 있다. 모터(1210)는 모터(1210)의 회전 축 상에 줄을 감거나 또는 풂으로써 줄(1212)의 장력을 제어할 수 있다.
사용자의 입장에서 줄(1212)과 연결된 탄성 부재들에 대해 동일한 자세를 취하고 있는 경우에도, 줄(1212)의 길이에 따라 느끼는 부하가 달라질 수 있다. 예를 들어, 줄(1212)의 길이가 짧아지는 경우 사용자는 운동 장치가 탄성 부재를 뒤쪽으로 당기는 힘을 강하게 느낄 수 있고, 줄(1212)의 길이가 길어지는 경우 사용자는 운동 장치가 탄성 부재를 느슨하게 당기는 힘을 느낄 수 있다.
도시된 제1 상태(1202)는 줄(1210)의 길이가 긴 상태를 나타내고, 제2 상태(1204)는 줄(1212)의 길이가 짧아진 상태를 나타낸다. 줄(1212)과 연결된 모터(1210)가 회전함으로써 줄(1212)이 감긴 상태(1220)가 제어될 수 있다.
도 13은 일 예에 따른, 운동 방법에 따른 사용자의 관절 각도 및 해당 관절의 근육이 내는 힘 간의 관계를 도시한다.
예를 들어, 제1 궤적(1310)은 사용자가 스탠딩 바벨 컬을 수행하는 동안 나타나는 힘 궤적일 수 있다. 제1 궤적(1310)과 유사한 운동 효과를 사용자에게 제공하기 위해 운동 장치의 오프셋 동작 모드가 이용될 수 있다.
예를 들어, 제2 궤적(1320)은 사용자가 프리쳐 컬을 수행하는 동안 나타나는 힘 궤적일 수 있다. 제2 궤적(1320)과 유사한 운동 효과를 사용자에게 제공하기 위해 운동 장치의 디센딩 동작 모드가 이용될 수 있다.
예를 들어, 제3 궤적(1330)은 사용자가 스파이더 컬을 수행하는 동안 나타나는 힘 궤적일 수 있다. 제3 궤적(1330)과 유사한 운동 효과를 사용자에게 제공하기 위해 운동 장치의 어센딩 동작 모드가 이용될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (15)

  1. 장력 제어 장치에 의해 수행되는, 상기 장력 제어 장치의 줄의 장력 제어 방법은,
    상기 장력 제어 장치의 타겟 동작 모드를 수신하는 동작;
    적어도 하나의 센서를 이용하여 상기 센서와 연결된 줄(string)의 장력을 측정함으로써 제1 장력 값을 생성하는 동작;
    상기 제1 장력 값 및 상기 타겟 동작 모드에 기초하여 상기 줄과 연결된 모터를 제어하기 위한 제1 제어 신호를 생성하는 동작; 및
    상기 제1 제어 신호에 기초하여 상기 모터를 제어함으로써 상기 줄의 장력을 제어하는 동작
    을 포함하고,
    상기 줄은 탄성 부재와 연결되고, 사용자가 상기 탄성 부재를 이용하여 상기 줄에 장력을 가하는,
    줄의 장력 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 타겟 동작 모드를 수신하는 동작은,
    상기 타겟 동작 모드를 수신하는 동작;
    상기 타겟 동작 모드에 대해 미리 설정된 초기 장력이 상기 줄에 나타나도록 상기 모터를 제어하기 위한 초기 제어 신호를 생성하는 동작; 및
    상기 초기 제어 신호에 기초하여 상기 모터를 제어함으로써 상기 줄의 장력을 제어하는 동작
    을 포함하는,
    줄의 장력 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 타겟 동작 모드를 수신하는 동작은,
    상기 타겟 동작 모드에 대한 타겟 강도를 수신하는 동작
    을 더 포함하고,
    상기 초기 제어 신호를 생성하는 동작은,
    상기 타겟 동작 모드 및 상기 타겟 강도에 대해 미리 설정된 상기 초기 장력이 상기 줄에 나타나도록 상기 모터를 제어하기 위한 상기 초기 제어 신호를 생성하는 동작
    을 포함하는,
    줄의 장력 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 타겟 모드는,
    상기 사용자에 의해 상기 줄에 장력이 가해지더라도 상기 모터 및 상기 탄성 부재 사이에 위치하는 상기 줄의 길이가 변화하지 않는 오프셋(offset) 동작 모드인,
    줄의 장력 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 타겟 모드는,
    상기 사용자에 의해 상기 줄에 가해지는 장력이 증가하는 경우, 상기 모터 및 상기 탄성 부재 사이에 위치하는 상기 줄의 길이가 감소하는 어센딩(ascending) 동작 모드인,
    줄의 장력 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 어센딩 동작 모드는,
    상기 줄에 가해지는 장력이 최대 값에 도달한 이후에 감소하는 경우, 상기 모터 및 상기 탄성 부재 사이에 위치하는 상기 줄의 길이가 증가하는 동작 모드인,
    줄의 장력 제어 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 타겟 모드는,
    상기 사용자에 의해 상기 줄에 가해지는 장력이 증가하는 경우, 상기 모터 및 상기 탄성 부재 사이에 위치하는 상기 줄의 길이가 증가하는 디센딩(descending) 동작 모드인,
    줄의 장력 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 디센딩 동작 모드는,
    상기 줄에 가해지는 장력이 최대 값에 도달한 이후에 감소하는 경우, 상기 모터 및 상기 탄성 부재 사이에 위치하는 상기 줄의 길이가 감소하는 동작 모드인,
    줄의 장력 제어 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 장력 값 및 상기 타겟 동작 모드에 기초하여 상기 줄과 연결된 모터를 제어하기 위한 제1 제어 신호를 생성하는 동작은,
    상기 제1 장력 값이 최대 장력 값을 초과하는지 여부를 결정하는 동작;
    상기 제1 장력 값이 상기 최대 장력 값을 초과하는 경우, 상기 최대 장력 값을 상기 제1 장력 값으로 갱신하는 동작;
    상기 최대 장력 값이 갱신된 경우 현재 상태를 장력 상승 상태로 결정하는 동작; 및
    상기 제1 장력 값 및 상기 타겟 동작 모드의 상기 장력 상승 상태에 기초하여 상기 줄과 연결된 모터를 제어하기 위한 제1 제어 신호를 생성하는 동작
    을 포함하는,
    줄의 장력 제어 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 장력 값 및 상기 타겟 동작 모드에 기초하여 상기 줄과 연결된 모터를 제어하기 위한 제1 제어 신호를 생성하는 동작은,
    상기 제1 장력 값이 최대 장력 값을 초과하는지 여부를 결정하는 동작;
    상기 제1 장력 값이 상기 최대 장력 값을 초과하지 않는 경우, 상기 제1 장력 값 및 상기 최대 장력 값 간의 차이를 계산하는 동작;
    상기 차이가 미리 설정된 임계 값 이상인 경우 현재 상태를 장력 하강 상태로 결정하는 동작; 및
    상기 제1 장력 값 및 상기 타겟 동작 모드의 상기 장력 하강 상태에 기초하여 상기 줄과 연결된 모터를 제어하기 위한 제1 제어 신호를 생성하는 동작
    을 포함하는,
    줄의 장력 제어 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 줄은 복수의 줄들을 포함하고,
    상기 모터는 상기 복수의 줄들의 꼬임을 제어하는 TSA(twisted strings actuators)인,
    줄의 장력 제어 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 모터는 상기 모터의 회전 축에 상기 줄을 감거나 또는 풂으로써 상기 줄의 장력을 제어하는,
    줄의 장력 제어 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 줄은 제1 줄 및 제2 줄을 포함하고,
    상기 줄의 제1 줄은 제1 탄성 부재와 연결되고,
    상기 줄의 제2 줄은 제2 탄성 부재와 연결되는,
    줄의 장력 제어 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 방법을 수행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능 기록매체.
  15. 장력 제어 장치는,
    제1 단이 탄성 부재와 연결되고, 제2 단이 모터와 연결되는 줄(string);
    상기 줄의 장력을 측정함으로써 제1 장력 값을 생성하는 적어도 하나의 센서; 및
    상기 센서로부터 수신된 상기 제1 장력 값 및 설정된 타겟 동작 모드에 기초하여 상기 모터를 제어하기 위한 제1 제어 신호를 생성하는 제어부;
    상기 제1 제어 신호에 기초하여 상기 모터를 제어함으로써 상기 줄의 장력을 제어하는 모터 드라이버 회로; 및
    상기 모터 드라이버 회로와 전기적으로 연결된 모터
    를 포함하고,
    사용자가 상기 탄성 부재를 이용하여 상기 줄에 장력을 가하는,
    장력 제어 장치.
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