KR101288693B1 - 진동을 이용한 동계 스포츠 시뮬레이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진동을 이용한 동계 스포츠 시뮬레이터 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 훈련자에게 진동을 이용하여 실제 운동의 체감 효과를 극대화시킨 진동을 이용한 동계 스포츠 시뮬레이터 및 그에 따른 제어방법에 관한 것이다.

Description

진동을 이용한 동계 스포츠 시뮬레이터{SIMULATOR}

본 발명은 진동을 이용한 동계 스포츠 시뮬레이터 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 훈련자에게 진동을 이용하여 실제 운동의 체감 효과를 극대화시킨 진동을 이용한 동계 스포츠 시뮬레이터 및 그에 따른 제어방법에 관한 것이다.

새로운 운동-트레이닝 처방 방법으로 그 관심이 증대되고 있는 전신진동운동(WBV; whole body vibratione)은 1990년대 후반 들어 근기능 트레이닝 분야에 새롭게 도입되어 현재는 유럽을 중심으로 미국과 일본 등의 많은 프로 스포츠팀, 휘트니스 센터, 재활클리닉 등 다양한 분야에 널리 적용되고 있는 새로운 트레이닝 방법이다. 전신진동운동은 중력부하(gravitational load)를 인위적으로 조절함으로써 근육을 보다 빠르고 강하게 수축하게 함으로써 새로운 자극을 가하는 방법이다(Bosco, 1992). 사실 전신진동운동과 같이 중력부하를 조절하여 근육의 폭발적인 파워를 향상시키는 방법은 몸에 별도의 무게를 매달고 점프훈련을 하는 등의 방식으로 이전부터 이루어져 왔다(Bosco, Zenon, Rusco, Dal Monte, Latteri, Bellotti, Candeloro, Locatelli, Azzaro, Pozzo & Bonomi, 1984; Bosco, 1985). 그러나 이러한 훈련방법들은 인체에 무리한 자극을 가하여 자칫 상해를 유발할 수 있으며, 또한 어떤 선수들에게는 너무 과도한 트레이닝 부하가 되어 오버트레이닝에 의한 부작용을 초래할 수 있다.

따라서 최근에는 인체에 별다른 부담을 주지 않으면서도 인위적으로, 그리고 정량적으로 중력을 조절하여 근육에 새로운 자극을 가함으로써 근기능을 향상시키는 다양한 기계장치들이 개발되었다(Galileo, Power-Plate, Fitvibe, Turbo-trainer). 또한 이러한 장비들을 활용한 다양한 연구결과들이 발표되었다.

전신진동운동의 실시는 근골격계 기능 및 구조의 개선뿐만 아니라 순환계의 기능도 향상시켜 줄 수 있는 것으로 나타났다.

본 발명은 훈련자에게 실제와 유사한 상황을 제공하기 위해 진동 발생장치를 사용하는 진동을 이용한 동계 스포츠 시뮬레이터를 제공하는데 목적이 있고, 그 예로서, 스켈레톤, 루지, 및 스키 시뮬레이터를 제공하고 있다.

본 발명의 일 측면은 훈련자에게 스켈레톤 코스에 대한 가상 체험을 제공하는 것으로서, 트랙(10); 상기 트랙(10)에 배치되어 상기 트랙(10)과 상대 운동을 발생시키고, 훈련자의 방향조정 또는 무게중심 이동을 감지하는 스켈레톤(20); 상기 스켈레톤(20)에 내장되거나 외부에 부착되어 수직 방향으로 진동을 발생시키는 진동 발생장치(100); 상기 트랙(10)의 하부에 배치되고, 상기 트랙(10)에 코스의 지형정보(61)에 따른 환경을 구현시키는 시뮬레이터모듈(50); 상기 트랙(10)과 소정거리 이격되어 훈련자에게 상기 코스의 풍경정보를 제공하는 디스플레이(40); 상기 시뮬레이터모듈(50) 또는 상기 디스플레이(40) 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어장치(60)를 포함하는 스켈레톤 시뮬레이터를 제공한다.

상기 스켈레톤(20)은 스켈레톤바디(22); 상기 스켈레톤바디(22)에 좌우방향으로 소정간격 이격되어 배치되고 그 사이에 훈련자의 몸이 배치되며 훈련자의 손을 지지하는 복수개의 손잡이(24); 상기 손잡이(24)에 배치되어 상기 훈련자의 조작력을 전달받아 인식하는 방향감지센서(26); 상기 스켈레톤바디(22)에 배치되고 훈련자의 무게 중심 이동을 감지하는 무게감지센서(28); 상기 방향감지센서(26) 또는 상기 무게감지센서(28)에서 감지된 데이터를 상기 제어장치(60)에 전송하는 통신모듈(25)을 포함할 수 있다.

상기 방향감지센서(26)는 압력센서 또는 로드셀이고, 상기 무게감지센서(28)는 로드셀이며, 상기 스켈레톤바디(22)에 복수개 설치될 수 있다.

상기 시뮬레이터모듈(50)은 상기 트랙(10)과 소정간격 이격되고, 지면에 배치되는 베이스(11); 상기 베이스(11) 및 상기 트랙(10) 사이에 설치되어 상기 트랙(10)을 지지하고, 상기 제어장치(60)로부터 전달받은 지형정보(61)에 따라 상기 트랙(10)에 경사를 생시키는 복수개의 액추에이터(52); 상기 스켈레톤(20)에 연결되고 상기 트랙(10)의 경사 형성 시 상기 스켈레톤(20)를 지지하는 스켈레톤지지유닛(70)을 포함할 수 있다.

상기 액추에이터(52)는 유압실린더일 수 있다.

상기 액추에이터(52)는 상기 트랙(10)에 볼조인트(53)를 통해 연결되고, 상기 베이스(11)에 힌지(11) 연결되며, 상기 액추에이터(52)는 상기 트랙(10)의 하측에 위치되어 전/후/좌/우에 각각 배치될 수 있다.

상기 스켈레톤지지유닛(70)은 상기 스켈레톤(20)에 연결된 와이어(72); 상기 와이어(72)를 감거나 푸는 드럼(74); 상기 제어장치(60)에 의해 상기 드럼(74)을 회전시키는 모터(76)를 포함할 수 있다.

상기 스켈레톤(20)에 소정의 풍동을 제공하는 풍동모듈(30)을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면은 훈련자에게 스켈레톤 코스에 대한 가상 체험을 제공하는 것으로서, 트랙(10); 상기 트랙(10)에 배치되어 상기 트랙(10)과 상대 운동을 발생시키고, 훈련자의 방향조정 또는 무게중심 이동을 감지하는 스켈레톤(20); 상기 트랙(10)의 하부에 배치되고, 상기 트랙(10)에 코스의 지형정보(61)에 따른 환경을 구현시키는 시뮬레이터모듈(50); 상기 트랙(10)과 소정거리 이격되어 훈련자에게 상기 코스의 풍경정보를 제공하는 디스플레이(40); 상기 시뮬레이터모듈(50) 또는 상기 디스플레이(40) 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어장치(60)를 포함하고, 상기 스켈레톤(20)는 스켈레톤바디(22); 상기 스켈레톤바디(22)에 형성되어 전방으로 돌출되고 훈련자의 정강이 안쪽을 지지하는 쿠펜(24, kufens); 상기 손잡이(24)에 배치되어 상기 훈련자 다리의 조작력을 전달받아 인식하는 방향감지센서(26); 상기 스켈레톤바디(22)에 배치되고 훈련자의 무게 중심 이동을 감지하는 무게감지센서(28); 상기 방향감지센서(26) 또는 상기 무게감지센서(28)에서 감지된 데이터를 상기 제어장치(60)에 전송하는 통신모듈(25)을 포함하며, 상기 시뮬레이터모듈(50)은 상기 트랙(10)과 소정간격 이격되고, 지면에 배치되는 베이스(11); 상기 베이스(11) 및 상기 트랙(10) 사이에 설치되어 상기 트랙(10)을 지지하고, 상기 제어장치(60)로부터 전달받은 지형정보(61)에 따라 상기 트랙(10)에 경사를 생시키는 복수개의 액추에이터(52); 상기 스켈레톤(20)에 연결되고 상기 트랙(10)의 경사 형성 시 상기 스켈레톤(20)를 지지하는 스켈레톤지지유닛(70)을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면은 트랙(10); 상기 트랙(10)에 배치되어 상기 트랙(10)과 상대 운동을 발생시키고, 훈련자의 방향조정 또는 무게중심 이동을 감지하는 스켈레톤(20); 상기 트랙(10)의 하부에 배치되고, 상기 트랙(10)에 코스의 지형정보(61)에 따른 환경을 구현시키는 시뮬레이터모듈(50); 상기 트랙(10)과 소정거리 이격되어 훈련자에게 상기 코스의 풍경정보를 제공하는 디스플레이(40); 상기 시뮬레이터모듈(50) 또는 상기 디스플레이(40) 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어장치(60)를 포함하는 스켈레톤 시뮬레이터의 제어방법으로서, 훈련자가 상기 스켈레톤(20)에 가하는 방향조정 또는 무게중심 중 적어도 어느 하나의 변화를 감지하는 단계와; 상기 스켈레톤(20)의 방향조정 또는 무게중심 중 적어도 어느 하나의 변화에 따라 상기 시뮬레이터모듈(50) 또는 상기 디스플레이(40)를 제어하는 스켈레톤시뮬레이터 제어방법을 제공한다.

본 발명의 일 측면은 훈련자에게 루지 코스에 대한 가상 체험을 제공하는 것으로서, 트랙(10); 상기 트랙(10)에 배치되어 상기 트랙(10)과 상대 운동을 발생시키고, 훈련자의 방향조정 또는 무게중심 이동을 감지하는 루지(20); 상기 스켈레톤(20)에 내장되거나 외부에 부착되어 수직 방향으로 진동을 발생시키는 진동 발생장치(100); 상기 트랙(10)의 하부에 배치되고, 상기 트랙(10)에 코스의 지형정보(61)에 따른 환경을 구현시키는 시뮬레이터모듈(50); 상기 트랙(10)과 소정거리 이격되어 훈련자에게 상기 코스의 풍경정보를 제공하는 디스플레이(40); 상기 시뮬레이터모듈(50) 또는 상기 디스플레이(40) 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어장치(60)를 포함하는 루지 시뮬레이터를 제공한다.

상기 루지(20)는 루지바디(22); 상기 루지바디(22)에 형성되어 전방으로 돌출되고 훈련자의 정강이 안쪽을 지지하는 쿠펜(24, kufens); 상기 쿠펜(24)에 배치되어 상기 훈련자 다리의 조작력을 전달받아 인식하는 방향감지센서(26); 상기 루지바디(22)에 배치되고 훈련자의 무게 중심 이동을 감지하는 무게감지센서(28); 상기 방향감지센서(26) 또는 상기 무게감지센서(28)에서 감지된 데이터를 상기 제어장치(60)에 전송하는 통신모듈(25)을 포함할 수 있다.

본 발명은 훈련자에게 실제와 유사한 상황을 제공하기 위해 진동 발생장치를 사용하는 진동을 이용한 동계 스포츠 시뮬레이터를 제공하는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 스켈레톤의 트랙이 도시된 개념도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스켈레톤 탑승상태가 도시된 사시도
도 3은 도 2의 스텔레톤이 도시된 사시도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스켈레톤 시뮬레이터의 정면도
도 5는 도 4의 측면도
도 6은 도 5의 평면도
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스켈레톤 시뮬레이터의 작동예시1도
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스켈레톤 시뮬레이터의 작동예시2도
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 구성도
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스켈레톤 방향변화에 따른 제어과정이 도시된 순서도
도 11은 본 발명의 일 실시예에 다른 스켈레톤 무게중심 변화에 따른 제어과정이 도시된 순서도
도 12 및 도 13은 루지 시뮬레이터의 사시도.
도 14 및 도 15는 스키 시뮬레이터의 사시도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 용어가 동일하더라도 표시하는 부분이 상이하면 도면 부호가 일치하지 않음을 미리 말해두는 바이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 실험자 및 측정자와 같은 사용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 본 발명에서 언급하는 진동발생장치란 음파진동을 포함하여 비교적 고주파의 진동을 발생시키는 장치를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 진동의 방향은 수직 또는 수평 어느 것이라도 가능하다.

본 발명에서는 진동 발생장치를 시뮬레이터에 포함시키는 것을 주요 특징으로 한다. 진동기는 다른 말로 파동발생장치, 수직진동 발생장치로 혼용될 수 있다. 이는 강력한 음파장을 플레이트를 통해 초 저음은 물론 가청주파수와 초음파 영역까지 구현 할 수 있으며 그러한 음파동을 탄성체인 인체에 전달할 수 있는 기능을 가지고 있다.

이는 전기 또는 자기장과 전자기장 보다 안전하다고 할 수 있다. 또한 단순한 모터를 활용한 진동운동기와는 진동의형태 및 파장의 형태가 전혀 다른 기술이며 인체에 가장 안정적인 효과가 있다.

본 발명에서 사용하는 음파동과 기계적 진동은 다음과 같은 차이가 있다. 소리의 진동인 음파는 종파로서 일 방향의 성격을 가진다.

진동 발생장치는 스피커의 원리를 응용하여 음파를 만들어 내고, 그 음파장은 플레이트를 통해 정밀한 수직진동만을 발생시키고 이를 인체에 전달하는 장비이다.

이러한 진동 발생장치를 이용하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

파동운동을 통하여 얻을 수 있는 효과는 많이 있지만 그 중에서 가장 중요하고 잘 알려져 있는 것은 골밀도를 유지시키고, 근육을 긴장하게 하며, 유연성을 키우고, 신진대사율을 높이며, 림프액을 흐르게 하고, 깊은 수면에 들게 하며 엔돌핀을 생산한다는 것이다. 신체의 이러한 기능은 부분적으로나 전적으로나 운동에 의존하기 때문에 운동 부족은 골다공증, 근육 손실, 유연성 부족, 비만, 몸이 붓는 부종, 면역성 약화, 독극물 중독, 불면증, 만성 통증 과 우울증 등을 유발한다. 진동자극도 앞에서 언급한 7가지 운동효과와 똑같은 효과를 보여주며 실질적으로 운동을 대체하거나 근육의 기본저항운동(SRE)의 보조 수단으로 활용될 수 있다.

본 발명에서 사용되는 진동 발생장치(100)는 앰프방식의 진동장치로서 수직 진동을 형성하는 것으로서, 비만 치료 및 전신 운동기기에 사용되고 있는 것으로서 구조에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명에서 사용되는 스켈레톤의 구조이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 스켈레톤의 하부에는 진동 발생장치(100)가 내장되어 제공된다.

도 4는 도 3의 정면도이고, 도 5는 도 4의 측면도이고, 도 6은 도 5의 평면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스켈레톤 시뮬레이터의 작동예시1도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스켈레톤 시뮬레이터의 작동예시2도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 구성도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스켈레톤 방향변화에 따른 제어과정이 도시된 순서도이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 다른 스켈레톤 무게중심 변화에 따른 제어과정이 도시된 순서도이다.

본 실시예에 따른 스켈레톤 시뮬레이터는 트랙(10)과, 상기 트랙(10)에 배치되어 상기 트랙(10)과 상대 운동을 발생시키는 스켈레톤(20)과, 상기 스켈레톤(20)에 소정의 풍동을 제공하는 풍동모듈(30)과, 상기 트랙(10)의 하부에 배치되고 지형정보(61)에 따라 상기 트랙(10)의 경사각도를 조절하는 시뮬레이터모듈(50)과, 상기 트랙(10)과 소정거리 이격되어 훈련자에게 풍경정보(62) 또는 속도감을 제공하는 디스플레이(40)와, 상기 시뮬레이터모듈(50), 디스플레이(40)를 제어하는 제어장치(60)를 포함한다.

상기 스켈레톤(20)은 본 실시예에서 시뮬레이터모듈(50) 용으로 사용되지만, 무게 및 형상, 크기가 실제 경기용 스켈레톤과 같게 제작된다.

여기서 상기 스켈레톤(20)은 스켈레톤바디(22)와, 상기 스켈레톤바디(22)에 좌우방향으로 소정간격 이격되어 배치되고 그 사이에 훈련자의 몸이 배치되며 훈련자의 손을 지지하는 복수개의 손잡이(24)와, 상기 손잡이(24)에 배치되어 상기 훈련자의 조작력을 전달받아 인식하는 방향감지센서(26)와, 상기 스켈레톤바디(22)에 배치되고 훈련자의 무게 중심 이동을 감지하는 무게감지센서(28)를 포함한다.

상기 손잡이(24)는 실제 경기서 스켈레톤(20)의 방향을 조정하기 위한 것으로서, 상기 손잡이(24)에 훈련자의 조작방향을 감지하기 위한 방향감지센서(26)가 설치되고, 본 실시예에서는 압력센서 또는 로드셀이 사용될 수 있다.

상기 무게감지센서(28)는 훈련자의 중심이동을 감지하기 위한 것으로서, 본 실시예에서는 상기 스켈레톤바디(22)의 하부에 복수개 배치된다. 본 실시예에서는 로드셀이 사용될 수 있고, 상기 스켈레톤바디(22)의 측면 가장자리를 따라 양측에 각각 3개씩 설치될 수 있다.

여기서 상기 각 무게감지센서(28)에서 감지되는 하중의 분포를 스켈레톤바디(20)의 형상과 연계하여 고려함으로서 상기 훈련자의 무게중심이 어느 방향으로 이동하고 있는지 또는 어디에 위치되어 있는지를 판단할 수 있다.

또한, 스켈레톤바디(20)에는 진동 발생장치(100)가 내장되어 있어, 고주파의 작은 진동을 수직방향으로 계속적으로 발생시키게 된다. 이는 훈련자에게 바닥으로부터 미세한 진동을 느끼게 하여 실제 트랙에서 구현하는 것과 같은 느낌을 더욱 들게하는 효과가 있다.

또한 상기 스켈레톤(20)에는 상기 방향감지센서(26) 또는 무게감지센서(28)에서 감지된 데이터를 제어장치(60)로 전송하기 위한 통신모듈(25)이 설치된다.

상기 풍동모듈(30)은 상기 스켈레톤(20)의 전방 측에 배치되고, 상기 제어장치(60)에 의해 제어되며, 상기 훈련자의 훈련상황에 따라 소정의 풍동을 제공한다.

여기서 상기 제어장치(60)는 상기 트랙의 각 위치에 따라 상기 스켈레톤(20)의 예상 속도를 계산하고, 계산된 속도에 따라 상기 풍동모듈(30)에서 생성되는 풍속을 제어한다.

상기 디스플레이(40)는 상기 트랙(10)의 상측에 배치되는 상부디스플레이(42)와, 상기 트랙(10)의 전방에 경사지게 배치되는 전방디스플레이(44)를 포함하고, 상기 디스플레이(40)에는 상기 제어장치(60)에서 전송된 풍경정보(62, landscape information)가 표시되는 것과 아울러 상기 스켈레톤(20)의 가상 이동속도에 따라 상기 풍경정보(62)의 프레임 수 및 이동방향이 표현된다.

한편 상기 훈련자의 헬멧(46)에 HMD(45, Head Mounted Display) 및 헤드셋(미도시)을 설치하고, 상기 HMD에 상기 풍경정보를 제공할 수 있고, 상기 제어장치(60)는 무선으로 상기 헬멧(46)에 디스플레이신호 및 사운드 신호를 전송한다. 여기서 훈련자를 지도하는 코치 등은 외부에서 상기 훈련자의 자세 등을 관찰하면서 헤드셋을 통해 가상 체험 중에도 상기 훈련자를 직접 지도할 수 있다.

상기 트랙(10)은 경기장의 형태와 동일하게 하프파이프 형태로 형성되고, 상기 스켈레톤(20)이 트랙(10)으로부터 이탈되어 훈련자가 낙하되는 것을 방지하기 위한 추락방지가이드(12)가 전방 및 후방에 각각 형성된다.

상기 시뮬레이터모듈(50)은 상기 트랙(10)을 지지하고 상기 제어장치(60)로부터 전달받은 지형정보(61)에 따라 상기 트랙(10)에 경사를 생시키는 복수개의 액추에이터(52)와, 상기 스켈레톤(20)에 연결되고 상기 트랙(10)의 경사 형성 시 상기 스켈레톤(20)을 지지하는 스켈레톤지지유닛(70)을 포함한다.

본 실시예에서 상기 액추에이터(52)는 상기 트랙(10)의 하부에 설치되고, 전후좌우 측에 각각 1개씩 배치되는 유압실린더이고, 상기 트랙(10)과 상대변위를 발생시키기 위해 상기 트랙(10)과 접촉되는 부분이 볼조인트(53)로 형성된다.

상기 액추에이터(52)는 상기 볼조인트(53)에 연결되는 피스톤(52a)과, 상기 피스톤(52a)에 작동력을 제공하는 실린더(52b)를 포함하고, 상기 실린더(52b) 및 베이스(11)는 힌지(51) 연결된다. 그래서 상기 피스톤(52a)의 길이가 변화되는 경우 상기 볼조인트(53) 및 상기 힌지(51)에 의해 상기 실린더(52b)가 회전되면서 길이 변화에 대한 각도가 조절된다.

상기 액추에이터(52)는 상기 피스톤(52a)을 상승 및 하강시킴으로서 상기 트랙(10)의 일측을 상승 또는 하강하면서 상기 트랙(10)에 다양한 경사각을 형성시킬 수 있다. 본 실시예에서는 상기 전후좌우에 각각 설치된 액추에이터(52)를 통해 상기 트랙(10)의 전후좌우 경사각을 조절할 수 있고, 본 실시예와 달리 설치위치 및 개수를 변경하여도 무방하다.

상기 스켈레톤지지유닛(70)은 상기 스켈레톤(20)에 연결된 와이어(72)와, 상기 와이어(72)를 감거나 푸는 드럼(74)과, 상기 드럼(74)을 회전시키는 모터(76)를 포함하고, 본 실시예에서 상기 스켈레톤지지유닛(70)은 상기 전방 및 후방에 각각 설치된다.

상기 스켈레톤지지유닛(70)은 상기 트랙(10)의 경사 형성 시 상기 스켈레톤(20)이 상기 트랙(10)의 경사면을 따라 이동되는 것을 지지할 수 있고, 상기 와이어(72)를 감거나 푸는 과정을 통해 상기 스켈레톤(20)을 전방 또는 후방으로 급속 이동시킴으로서 상기 스켈레톤(20)에 가속력을 제공할 수 있다.

본 실시예에서는 상기 스켈레톤지지유닛(70)이 상기 스켈레톤(20)의 전후방에 설치되었지만 이와 달리 상기 스켈레톤(20)의 좌우 방향으로 설치되어도 무방하다.

상기 제어장치(60)는 스켈레톤 훈련을 위한 트랙의 정보가 저장되고, 상기 훈련자로부터 입력되는 데이터와 저장된 데이터를 처리하여 훈련자에게 실제 상황과 동일한 환경을 제공한다. 본 실시예에서 상기 제어장치(60)는 컴퓨터이고, 상기 시뮬레이터모듈(50) 및 스켈레톤(20)와 상호 통신할 수 있도록 통신모듈이 구비되며, 본 실시예에서 상기 제어장치(60)는 상기 스켈레톤(20)와는 통신모듈(25)을 통해 상호 데이터를 교환하고, 상기 디스플레이(40) 및 시뮬레이터모듈(50)과는 유선으로 데이터를 교환한다.

한편 본 실시예에서 상기 시뮬레이터모듈(50)은 상기 스켈레톤지지유닛(70)을 포함하도록 구현되었으나 본 실시예와 달리 상기 스켈레톤(20)이 상기 트랙(10)에 장착되어 상기 트랙(10)이 액추에이터(52)에 의해 좌우방향으로 회전되도록 구현되어도 무방하다.

이하 본 실시예에 따른 스켈레톤시뮬레이터의 작동과정을 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

먼저 상기 제어장치(60)에는 훈련을 위한 훈련코스의 지형정보(61) 및 풍경정보(62)가 저장되고, 상기 지형정보(61)에는 훈련코스의 각 위치별 코스의 길이, 코스 별 직선구간 및 곡선구간의 길이, 직선구간 및 곡선구간의 상하 경사도, 곡선구간의 선회 곡률반경 등이 저장되며, 상기 풍경정보(62)에는 코스의 각 위치별 주변 환경이 3D 또는 360ㅀ 파노라마 사진의 형태로 저장된다.

훈련자가 상기 스켈레톤(20)에 탑승 한 후 훈련을 시작하면, 상기 제어장치(60)는 상기 트랙(10)에 지형정보(61)를 구현시키고, 상기 디스플레이(40)에는 풍경정보(62)를 구현시키게 된다.

여기서 상기 제어장치(60)는 훈련자의 초기 출발속도 및 지형정보(61)를 고려하여 상기 트랙(10)의 액추에이터(52) 및 스켈레톤지지유닛(70)을 제어하고, 상기 액추에이터(52) 제어에 의해 상기 트랙(10)에 지형정보(61)가 구현된다.

그리고 상기 훈련자는 상기 구현된 지형정보(61)에서 최상의 속도를 구현하기 위해 상기 스켈레톤(20)에 탑승한 상태에서 상기 손잡이(24) 및 무게중심을 조정하여 상기 스켈레톤(20)을 능동적으로 제어하게 된다.

상기 훈련자의 능동제어에 의해 상기 스켈레톤(20)에는 사용자의 조작력 또는 무게중심 이동이 구현되고, 상기 스켈레톤(20)의 통신모듈(25)은 사용자의 무게중심 이동 및 감지된 조작력을 상기 제어장치(60)에 전송한다.

여기서 훈련자는 실제 상황과 같이 디스플레이(40)에 구현된 상황에 따라 상기 손잡이(24)에 조작력을 가하게 되고, 상기 손잡이(24)에 가해진 조작력은 방향감지센서(26)를 통해 감지되고, 상기 감지된 값이 통신모듈(25)을 통해 상기 제어장치(60)에 전송된다.

또한 상기 쿠펜 제어와 더불어 훈련자는 몸의 무게중심을 이동시킴으로서 상기 스켈레톤(20)을 제어하게 되고, 상기 스켈레톤바디(22) 위에서 훈련자는 몸의 무게중심을 이동시키게 되고, 상기 무게감지센서(28)는 훈련자의 무게중심 이동이 감지한 후 통신모듈(25)을 통해 상기 제어장치(60)에 전송한다.

상기 제어장치(60)는 상기 방향감지센서(26) 또는 상기 무게감지센서(28)로부터 전달된 데이터에 따라 상기 시뮬레이터모듈(50) 또는 상기 디스플레이(40)를 제어한다. 즉 기본 지형정보(61) 또는 풍경정보(62)와 훈련자의 스켈레톤(20) 제어 데이터를 결합하여 상기 시뮬레이터모듈(50) 또는 상기 디스플레이(40)를 제어하게 된다.

즉 기본 지형정보(61) 상태에서 상기 스켈레톤(20)는 중력 및 코스의 경사도 등에 의해서만 속도가 가감되지만, 훈련자(20)가 상기 스켈레톤(20)의 무게중심을 이동시키거나 방향을 제어함으로서 상기 스켈레톤(20)의 속도 및 가속도가 증감된다.

이를 구현하기 위해 상기 스켈레톤(20)의 무게중심이 전방으로 이동되면 상기 스켈레톤지지장치(70) 및 시뮬레이터모듈(50)을 제어하여 상기 스켈레톤(20)의 속도가 증가되는 것과 연동되게 트랙(10) 및 디스플레이(40)를 제어하게 되는데, 속도의 증가 시에는 디스플레이(40)에 표시되는 풍경정보(62)의 이동속도를 증가시켜 훈련자의 체감속도를 증가시키고 속도의 감소 시에는 상기 풍경정보(62)의 이동속도를 감소시켜 훈련자의 체감속도를 감소시킨다.

이와 더불어 곡선구간에서 상기 스켈레톤(20)이 선회되는 경우에 상기 제어장치(60)는 상기 무게중심 이동에 연동되어 상기 디스플레이(40)에 풍경정보(62)를 회전시키는 것과 더불어 상기 트랙(10)을 도 7, 8에 도시된 바와 같이 좌우 방향으로 회전시켜 훈련자의 체감각을 높일 수 있다.

이러한 진동 발생장치를 이용한 동계스포츠 시뮬레이터는 스켈레턴과 유사한 구조를 가지는 루지에도 적용될 수 있다.

상기 루지(120)는 본 실시예에서 시뮬레이터모듈(50) 용으로 사용되지만, 무게 및 형상, 크기가 실제 경기용 루지와 같게 제작된다.

여기서 상기 루지(120)는 루지바디(122)와, 상기 루지바디(122)에 형성되어 전방으로 돌출되고 훈련자의 정강이 안쪽을 지지하는 쿠펜(124, kufens)과, 상기 쿠펜(124)에 배치되어 상기 훈련자 다리의 조작력을 전달받아 인식하는 방향감지센서(26)와, 상기 루지바디(122)에 배치되고 훈련자의 무게 중심 이동을 감지하는 무게감지센서(28)를 포함한다.

루지바디(122)에는 진동 발생장치(100)가 내장되어 있어, 고주파의 작은 진동을 수직방향으로 계속적으로 발생시키게 된다. 이는 훈련자에게 바닥으로부터 미세한 진동을 느끼게 하여 실제 트랙에서 구현하는 것과 같은 느낌을 더욱 들게하는 효과가 있다.

상기 쿠펜(124)은 실제 경기서 루지(120)의 방향을 조정하기 위한 것으로서, 상기 쿠펜(124)에 훈련자의 조작방향을 감지하기 위한 방향감지센서(26)가 설치되고, 본 실시예에서는 압력센서 또는 로드셀이 사용될 수 있다.

상기 무게감지센서(28)는 훈련자의 중심이동을 감지하기 위한 것으로서, 본 실시예에서는 상기 루지바디(122)의 하부에 복수개 배치된다. 본 실시예에서는 로드셀이 사용될 수 있고, 상기 루지바디(122)의 측면 가장자리를 따라 양측에 각각 3개씩 설치될 수 있다.

여기서 상기 각 무게감지센서(28)에서 감지되는 하중의 분포를 루지바디(120)의 형상과 연계하여 고려함으로서 상기 훈련자의 무게중심이 어느 방향으로 이동하고 있는지 또는 어디에 위치되어 있는지를 판단할 수 있다.

또한 상기 루지(120)에는 상기 방향감지센서(26) 또는 무게감지센서(28)에서 감지된 데이터를 제어장치(60)로 전송하기 위한 통신모듈(25)이 설치된다.

상기 풍동모듈(30)은 상기 루지(120)의 전방 측에 배치되고, 상기 제어장치(60)에 의해 제어되며, 상기 훈련자의 훈련상황에 따라 소정의 풍동을 제공한다.

여기서 상기 제어장치(60)는 상기 트랙의 각 위치에 따라 상기 루지(120)의 예상 속도를 계산하고, 계산된 속도에 따라 상기 풍동모듈(30)에서 생성되는 풍속을 제어한다.

루지(120)를 스켈레톤(20)으로 대체한 나머지 구성요소는 모두 동일하게 적용될 수 있으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 도 14 및 도 15와 같이, 스키 시뮬레이터에도 진동 발생장치가 부착될 수 있다. 그 구성은 스키어의 동작에 따라 6자유도 모션 동작을 수행하는 시뮬레이터 유니트(101)와, 입력되는 가상 지형 정보 데이터에 따라 상기 시뮬레이터 유니트(101)의 동작들을 제어함과 아울러 스키어의 동작을 감지하는 센서부(410)를 통해 입력된 상기 스키어의 동작들에 대한 가변 모션 정보를 신호화하여 외부로 출력하는 제어부(300)와, 미리 입력된 지형 정보 데이터를 디스플레이함과 아울러 상기 제어부(300)로부터 출력된 가변 모션 정보를 근거로 피드백 연동시켜 가변 영상 신호를 디스플레이하는 디스플레이부(600)로 구성된다.

더 상세히 설명하면, 시뮬레이터 유니트(101)는 스키어가 올라 탄 상태로 6자유도 모션 동작을 수행할 수 있도록 된 것으로, 그 구성은 바닥에 서로 이격되게 고정되고 상부에 고정레일(121)이 배치되는 양측 고정 프레임(110)과, 고정레일(120) 상에 좌,우로 구름 이동 가능하게 안착되고 상기 양측 고정 프레임(110)에 각각 탄성부재(160)를 매개로 탄성 지지되어 복원력을 갖는 지면 플레이트(130)와, 일측이 지면 플레이트(130)의 일측에 회전축(132)을 매개로 회전 가능하게 연결되고 타측 부위가 상기 제어부(300)에 의해 동작 제어되는 액츄에이터(200)에 의해 상,하 경사각을 갖도록 승강 동작 가능한 조작 플레이트(140)와, 조작 플레이트(140) 상에 좌,우 회전 가능하도록 힌지축(155) 결합되며 스키어의 발을 각각 바인딩하기 위한 발판(150)으로 구성된 것이다.

탄성부재(160)는 일단부가 양측 고정 프레임(110)에 각각 고정되고, 타단부가 지면 플레이트(130)의 양측에 각각 고정되도록 연결된 구조를 가지며, 지면 플레이트(130)의 좌,우 이동 후에 중앙의 원 위치로 복귀하려는 복귀력을 부여하는 기능을 갖는다.

이를 위한 탄성부재(160)의 일 예로는 탄성밴드 또는 스프링 등을 채용할 수 있다.

조작 플레이트(140)는 지면 플레이트(130)의 중앙 내부에 수용 가능한 구조로 되어 있으며, 일측이 회전 가능하게 회전축(132)을 매개로 지면 플레이트(130)의 일측과 회전 가능하게 연결되고, 타측 하부면이 액츄에이터(200)와 연결되어 회전축(132)을 기준으로 회전되는 구조를 갖는다.

액츄에이터(200)는 조작 플레이트(140)의 타측 하부에 배치되어 제어부(300)의 신호에 따라 조작 플레이트(140)의 타측 부위를 승강시키는 기능을 수행하는 것으로, 일 예로 BLDC(BrushLess Direct Current) 모터를 채용할 수 있으나, 굳이 이에 한정되지 아니하고 실린더를 채용할 수도 있다.

액츄에이터(200)는 BLDC 모터를 채용하는 경우 모터의 좌,우 방향 구동에 따라 연동 회전되는 모터축이 나사 결합방식으로 조작 플레이트(140)의 타측 하부에 체결되어 모터의 구동에 따라 조작 플레이트(140)의 타측 부위가 승강되는 구조를 갖는다.

또한, 고정레일(121)은 양측 단부가 상기 양측 고정 프레임(110)에 고정되어 만곡진 기울기를 갖도록 형성되고, 지면 플레이트(130)가 평상시에는 최상단에 해당하는 고정레일(121)의 중앙에 배치되며, 스키어의 밸런스가 좌,우로 이동할 때 지면 플레이트(130)가 고정레일(120)의 경로 상에서 좌,우로 이동하도록 되어 있다.

지면 플레이트(130)는 고정레일(121) 상에 구름 이동 가능하도록 롤러바퀴(135)가 하부에 배치되어 있다.

즉, 지면 플레이트(130)는 스키어의 좌,우 밸런스 이동시 고정레일(121) 상에서 좌,우로 이동되고, 스키어의 밸런스 이동이 완료된 후에는 탄성부재(160)의 복원력에 의해 다시 중앙의 원 위치로 복귀하게 된다.

그리고 센서부(410)는 스키어의 움직임과 신체 모션 정보를 수집하기 위하여 스키어의 신체 또는 시뮬레이터 유니트(101)에 장착하거나, 스키어 및 시뮬레이터 유니트(101)에 장착하여 데이터를 수집하기 위한 것이다.

일 예로 센서부(410)는 회전축(132)의 경사각 각도 정보를 수집하기 위해 업솔루트(Absolute) 로타리 엔코더로 회전축(132)의 0~90°에 해당하는 각도를 일정 비율로 분할한 후에 MCU인 ATmega 128의 디지털 포트를 통해 엔코더에서 출력된 BCD 코드를 분석하여 각도 정보를 분석할 수 있다.

또한, 센서부(410)는 엔코더(Encoder)를 이용하여 조작 플레이트(140)의 움직임 각도를 측정할 수 있다.

발판(150)은 조작 플레이트(140) 상에 힌지축(155)을 매개로 좌,우 회전 가능하게 결합되어 있으며, 또한 스키 부츠나 스키어의 발 부위를 바인딩하도록 클램프가 배치될 수 있다.

그리고 시뮬레이터 유니트(101)의 3방향 움직임 외에 6자유도 모션을 지원하기 위해 시뮬레이터 유니트(101)가 탑재되며 시뮬레이터 유니트(101)에 의한 스키어의 6자유도 모션을 수행하도록 상기 시뮬레이터 유니트(101)의 동작 방향과 다른 방향의 동작을 수행하는 보조 시뮬레이터 유니트(50)를 더 구비한다.

이러한 스키 시뮬레이터의 조작 플레이트(140)에는 진동 발생장치가 내장되거나 하방에 부착될 수 있다. 효과는 앞에서 설명한 것과 동일하다.

상기와 같이 본 발명을 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 발명은 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 한정되지 않고, 본 발명의 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 다양한 조합을 통해 당업자에 의해 응용이 가능하다.

10 : 트랙 20 : 스켈레톤
22 : 스켈레톤바디 24 : 손잡이
26 : 방향감지센서 28 : 무게감지센서
40 : 디스플레이 42 : 상부디스플레이
44 : 전방디스플레이 50 : 시뮬레이터모듈
52 : 액추에이터 51 : 힌지
52a : 피스톤 52b : 실린더
53 : 볼조인트 60 : 제어장치
70 : 스켈레톤지지유닛 72 : 와이어
74 : 드럼 76 : 모터

Claims (12)

1. 훈련자에게 스켈레톤 코스에 대한 가상 체험을 제공하는 것으로서,
   트랙(10);
   상기 트랙(10)에 배치되어 상기 트랙(10)과 상대 운동을 발생시키고, 훈련자의 방향조정 또는 무게중심 이동을 감지하는 스켈레톤(20);
   상기 스켈레톤(20)에 내장되거나 외부에 부착되어 수직 방향으로 진동을 발생시키는 진동 발생장치(100);
   상기 트랙(10)의 하부에 배치되고, 상기 트랙(10)에 코스의 지형정보(61)에 따른 환경을 구현시키는 시뮬레이터모듈(50);
   상기 트랙(10)과 소정거리 이격되어 훈련자에게 상기 코스의 풍경정보를 제공하는 디스플레이(40);
   상기 시뮬레이터모듈(50) 또는 상기 디스플레이(40) 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어장치(60)를 포함하는 진동을 이용한 동계 스포츠 시뮬레이터.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 스켈레톤(20)은
   스켈레톤바디(22);
   상기 스켈레톤바디(22)에 좌우방향으로 소정간격 이격되어 배치되고 그 사이에 훈련자의 몸이 배치되며 훈련자의 손을 지지하는 복수개의 손잡이(24);
   상기 손잡이(24)에 배치되어 상기 훈련자의 조작력을 전달받아 인식하는 방향감지센서(26);
   상기 스켈레톤바디(22)에 배치되고 훈련자의 무게 중심 이동을 감지하는 무게감지센서(28);
   상기 방향감지센서(26) 또는 상기 무게감지센서(28)에서 감지된 데이터를 상기 제어장치(60)에 전송하는 통신모듈(25)을 포함하는 진동을 이용한 동계 스포츠 시뮬레이터.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 방향감지센서(26)는 압력센서 또는 로드셀인 진동을 이용한 동계 스포츠 시뮬레이터.
   
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 무게감지센서(28)는 로드셀이고, 상기 스켈레톤바디(22)에 복수개 설치된 진동을 이용한 동계 스포츠 시뮬레이터.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 시뮬레이터모듈(50)은
   상기 트랙(10)과 소정간격 이격되고, 지면에 배치되는 베이스(11);
   상기 베이스(11) 및 상기 트랙(10) 사이에 설치되어 상기 트랙(10)을 지지하고, 상기 제어장치(60)로부터 전달받은 지형정보(61)에 따라 상기 트랙(10)에 경사를 생시키는 복수개의 액추에이터(52);
   상기 스켈레톤(20)에 연결되고 상기 트랙(10)의 경사 형성 시 상기 스켈레톤(20)를 지지하는 스켈레톤지지유닛(70)을 포함하는 진동을 이용한 동계 스포츠 시뮬레이터.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 액추에이터(52)는 유압실린더인 진동을 이용한 동계 스포츠 시뮬레이터.
   
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 액추에이터(52)는 상기 트랙(10)에 볼조인트(53)를 통해 연결되고 상기 베이스(11)에 힌지(11) 연결되는 진동을 이용한 동계 스포츠 시뮬레이터.
   
8. 청구항 5에 있어서,
   상기 액추에이터(52)는 상기 트랙(10)의 하측에 위치되어 전/후/좌/우에 각각 배치된 진동을 이용한 동계 스포츠 시뮬레이터.
   
9. 청구항 5에 있어서,
   상기 스켈레톤지지유닛(70)은
   상기 스켈레톤(20)에 연결된 와이어(72);
   상기 와이어(72)를 감거나 푸는 드럼(74);
   상기 제어장치(60)에 의해 상기 드럼(74)을 회전시키는 모터(76)를 포함하는 진동을 이용한 동계 스포츠 시뮬레이터.
   
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 스켈레톤(20)에 소정의 풍동을 제공하는 풍동모듈(30)을 더 포함하는 진동을 이용한 동계 스포츠 시뮬레이터.
    
11. 훈련자에게 루지 코스에 대한 가상 체험을 제공하는 것으로서,
    트랙(10);
    상기 트랙(10)에 배치되어 상기 트랙(10)과 상대 운동을 발생시키고, 훈련자의 방향조정 또는 무게중심 이동을 감지하는 루지(120);
    상기 루지(20)에 내장되거나 외부에 부착되어 수직 방향으로 진동을 발생시키는 진동 발생장치(100);
    상기 트랙(10)의 하부에 배치되고, 상기 트랙(10)에 코스의 지형정보(61)에 따른 환경을 구현시키는 시뮬레이터모듈(50);
    상기 트랙(10)과 소정거리 이격되어 훈련자에게 상기 코스의 풍경정보를 제공하는 디스플레이(40);
    상기 시뮬레이터모듈(50) 또는 상기 디스플레이(40) 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어장치(60)를 포함하는 진동을 이용한 동계 스포츠 시뮬레이터.
    
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 루지(120)는
    루지바디(122);
    상기 루지바디(122)에 형성되어 전방으로 돌출되고 훈련자의 정강이 안쪽을 지지하는 쿠펜(124, kufens);
    상기 쿠펜(124)에 배치되어 상기 훈련자 다리의 조작력을 전달받아 인식하는 방향감지센서(26);
    상기 루지바디(122)에 배치되고 훈련자의 무게 중심 이동을 감지하는 무게감지센서(28);
    상기 방향감지센서(26) 또는 상기 무게감지센서(28)에서 감지된 데이터를 상기 제어장치(60)에 전송하는 통신모듈(25)을 포함하는 진동을 이용한 동계 스포츠 시뮬레이터.

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