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KR20190036234A - 운동량 측정 장치 - Google Patents

운동량 측정 장치 Download PDF

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KR20190036234A
KR20190036234A KR1020170125233A KR20170125233A KR20190036234A KR 20190036234 A KR20190036234 A KR 20190036234A KR 1020170125233 A KR1020170125233 A KR 1020170125233A KR 20170125233 A KR20170125233 A KR 20170125233A KR 20190036234 A KR20190036234 A KR 20190036234A
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KR
South Korea
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pulley
load
belt
load supporting
rotation angle
Prior art date
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Application number
KR1020170125233A
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English (en)
Inventor
홍윤식
주한종
오성남
박현수
Original Assignee
주식회사 마이크로오토메이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to US15/925,027 priority patent/US20190094090A1/en
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Abstract

운동량 측정 장치가 개시된다. 운동량 측정 장치는, 운동 기구에 고정되는 베이스, 베이스 상부에 장착되어 상측으로부터 가해지는 힘을 측정하는 로드셀, 로드셀을 가압하도록 로드셀 상부에 연결되는 하중 지지부, 하중 지지부 상부에 결합되는 하중 지지부 풀리(pulley), 하중 지지부 풀리와 회전축이 평행하도록 하중 지지부 풀리의 옆에 배치되는 가이드 풀리 및 하중 지지부 풀리의 회전에 따른 회전각을 측정하는 회전각 측정 센서를 포함하되, 벨트, 케이블, 로프 또는 체인은 하중 지지부 풀리 및 가이드 풀리에 엇갈려 배치된다.

Description

운동량 측정 장치{Apparatus for exercise quantity measurement}
본 발명은 운동량 측정 장치에 관한 것이다.
날로 기술이 고도화 및 개인화되고 있는 현대사회에서, 개인의 건강관리는 큰 관심사이며, 운동은 건강 유지를 위한 필수 활동으로 인식되고 있다. 운동은 심폐기능 운동과 근력 운동으로 크게 구분된다. 최근 들어, 그 중요성이 커지고 있는 근력 운동의 정량적 계측은 운동 참여자의 동기부여, 운동 효과와의 상관성 연구, 운동 실시의 이력 조회 등을 가능하게 하므로, 사용가치가 높다. 유산소 심폐기능 운동은 정량적 계측이 가능하지만, 근력 운동에 대한 정량적 계측은 전무한 실정이다.
본 발명은 벨트, 케이블, 로프 또는 체인을 이용하는 운동 기구에 부착되어 당겨지는 케이블 또는 벨트의 장력과 이동거리를 측정하는 운동량 측정 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 벨트, 케이블, 로프 또는 체인을 이용하는 운동 기구에 부착되는 운동량 측정 장치가 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 운동량 측정 장치는, 상기 운동 기구에 고정되는 베이스, 상기 베이스 상부에 장착되어 상측으로부터 가해지는 힘을 측정하는 로드셀, 상기 로드셀을 가압하도록 상기 로드셀 상부에 연결되는 하중 지지부, 상기 하중 지지부 상부에 결합되는 하중 지지부 풀리(pulley), 상기 하중 지지부 풀리와 회전축이 평행하도록 상기 하중 지지부 풀리의 옆에 배치되는 가이드 풀리 및 상기 하중 지지부 풀리의 회전에 따른 회전각을 측정하는 회전각 측정 센서를 포함하되, 상기 벨트, 케이블, 로프 또는 체인은 상기 하중 지지부 풀리 및 상기 한 쌍의 가이드 풀리에 엇갈려 배치된다.
상기 회전각 측정 센서는 상기 하중 지지부 풀리의 회전축의 양단부 중 어느 하나에 위치하도록 상기 하중 지지부에 결합된다.
상기 회전각 측정 센서는, 상기 하중 지지부 풀리의 회전축의 일단부에 회전 방향을 따라 복수 개가 미리 설정된 회전 각도를 이루도록 배치되어 상기 하중 지지부 풀리와 함께 회전하는 자석 및 상기 자석의 자력을 감지하도록 상기 자석이 배치된 위치에 상응하는 상기 하중 지지부의 위치에 배치되는 홀센서를 포함한다.
상기 회전각 측정 센서는 회전각을 측정하는 로터리 엔코더(Rotary Encoder)이다.
상기 벨트는 일측이 상기 운동 기구에 연결되고, 타측은 사용자가 운동을 하기 위하여 잡을 수 있는 손잡이에 연결되며, 상기 벨트의 타측은 상기 하중 지지부 풀리 및 상기 한 쌍의 가이드 풀리를 경유하여 상기 손잡이에 연결된다.
상기 벨트가 사용자에 의하여 당겨져 상기 벨트에 인장력이 발생하면, 상기 하중 지지부 풀리가 결합된 상기 하중 지지부를 하측으로 힘을 가하는 하중이 발생한다.
상기 로드셀에 가해지는 힘으로부터 상기 벨트가 당겨지는 힘이 산출되고, 상기 회전각으로부터 상기 벨트의 이동 거리 및 이동 속도가 산출되고, 상기 벨트가 당겨지는 힘과 상기 벨트의 이동 속도가 곱해져 일률이 산출된다.
상기 벨트의 이동 거리는 상기 회전각의 변화량과 상기 하중 지지부 풀리의 반지름을 곱하여 산출된다.
상기 하중 지지부 풀리의 회전에 의하여 전력을 생성하고, 상기 생성된 전력을 상기 회전각 측정 센서로 공급하는 발전기를 더 포함한다.
상기 발전기의 회전축과 상기 하중 지지부 풀리의 회전축이 일체가 되도록 상기 발전기가 상기 하중 지지부에 결합된다.
본 발명의 실시예에 따른 운동량 측정 장치는, 벨트, 케이블, 로프 또는 체인을 이용하는 운동 기구에 부착되어 당겨지는 벨트, 케이블, 로프 또는 체인의 장력과 이동거리를 측정할 수 있으며, 측정된 장력과 이동거리로부터 운동하는 사람의 일률이 산출됨으로써, 운동 효과가 점검될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 운동량 측정 장치의 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 운동량 측정 장치의 회전각 측정 센서를 예시하여 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 운동량 측정 장치의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 운동량 측정 장치에 장착되는 발전기를 예시하여 나타낸 도면.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 운동량 측정 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 운동량 측정 장치의 회전각 측정 센서를 예시하여 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 운동량 측정 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 운동량 측정 장치에 장착되는 발전기를 예시하여 나타낸 도면이다. 이하, 도 1을 중심으로 본 발명의 실시예에 따른 운동량 측정 장치의 구성에 대하여 설명하되, 도 2 내지 도 4를 참조하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 다른 운동량 측정 장치는 베이스(10), 로드셀(20), 하중 지지부(30), 하중 지지부 풀리(pulley)(40), 가이드 풀리(50-1, 50-2), 회전각 측정 센서(60) 및 벨트(70)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 운동량 측정 장치는 벨트, 케이블, 로프 또는 체인을 이용하는 운동 기구에 부착되고, 벨트, 케이블, 로프 또는 체인을 통해 운동 기구와 연결된다. 이하에서는 본 발명의 이해와 설명의 편의를 위하여, 벨트, 케이블, 로프 또는 체인 중 벨트(70)가 적용된 운동 기구에 본 발명의 실시예에 따른 운동량 측정 장치가 장착되는 것으로 가정하여 설명하기로 한다.
베이스(10)는 벨트(70)를 이용하는 운동 기구에 부착 및 고정되어, 운동량 측정 장치의 나머지 구성들(예를 들어, 로드셀(20), 하중 지지부(30), 하중 지지부 풀리(pulley)(40), 가이드 풀리(50-1, 50-2), 회전각 측정 센서(60), 벨트(70) 등)을 지지하는 역할을 수행한다.
로드셀(20)은 베이스(10)의 상부에 장착되어 하중 지지부(30)에 의하여 상측으로부터 가해지는 힘을 측정한다.
하중 지지부(40)는 로드셀(20)을 가압하도록 로드셀(20)의 상부에 연결된다.
하중 지지부 풀리(40)는 벨트(70)의 이동에 따라 회전 가능하도록 하중 지지부(40)의 상부에 결합된다.
가이드 풀리(50-1, 50-2)는 하중 지지부 풀리(40)와 회전축이 평행하도록 하중 지지부 풀리(40)의 옆에 배치된다.
예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 가이드 풀리(50-1, 50-2)가 하중 지지부 풀리(40)와 회전축이 평행하도록 하중 지지부 풀리(40)의 양측에 배치될 수 있다. 다만, 가이드 풀리(50-1, 50-2)는 벨트(70)가 일정각으로 꺾인 상태를 유지시키기 위한 목적으로 사용되는 것으로, 도 1에 도시된 한 쌍의 가이드 풀리(50-1, 50-2) 중 어느 하나만 적용될 수도 있다.
이하에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 가이드 풀리(50-1, 50-2)가 적용된 것으로 가정하여 설명하기로 한다.
회전각 측정 센서(60)는 하중 지지부 풀리(40)의 회전에 따른 회전각을 측정한다. 이를 위하여, 회전각 측정 센서(60)는 도 1에 도시된 바와 같이, 하중 지지부 풀리(40)의 회전축의 양단부 중 어느 하나에 위치하도록 하중 지지부(40)에 결합된다.
예를 들어, 도 2를 참조하면, 회전각 측정 센서(60)는 홀센서(61) 및 자석(62)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 자석(62)은 하중 지지부 풀리(40)의 회전축의 일단부에 회전 방향을 따라 복수 개가 미리 설정된 회전 각도를 이루도록 배치되어 하중 지지부 풀리(40)와 함께 회전할 수 있고, 홀센서(61)는 하중 지지부 풀리(40)와 함께 회전하는 각 자석(62)의 자력을 감지하도록 자석(62)이 배치된 위치에 상응하는 하중 지지부(40)의 위치에 배치될 수 있다.
예를 들어, 회전각 측정 센서(60)는 회전각을 측정하는 로터리 엔코더(Rotary Encoder)가 적용될 수도 있다. 로터리 엔코더는 360도로 회전이 가능하며, 회전 운동을 전기적 신호로 출력하는데, 회전 방향과 회전 정도에 따라 저항의 값이 달라지는 가변저항의 원리를 이용한다.
벨트(70)는 하중 지지부 풀리(40) 및 한 쌍의 가이드 풀리(50-1, 50-2)에 엇갈려 배치된다.
예를 들어, 벨트(70)는 일측이 운동 기구에 연결되고, 타측은 사용자가 운동을 하기 위하여 잡을 수 있는 손잡이에 연결될 수 있다. 이때, 벨트(70)의 타측은 하중 지지부 풀리(40) 및 한 쌍의 가이드 풀리(50-1, 50-2)를 경유하여 손잡이에 연결될 수 있다.
이하, 이와 같은 구성을 포함하는 본 발명의 실시예에 다른 운동량 측정 장치의 동작에 대해서 설명하기로 한다.
일반적으로, 근력운동 기구 중에는 케이블 또는 벨트를 통해 무게가 나가는 물체와 사람을 연결하는 방식이 적용된 것이 많다. 사람이 무게가 나가는 물체가 연결된 케이블이나 벨트를 끌어 당김으로써, 사람의 근육에 부하가 발생될 수 있다. 이때, 케이블이나 벨트에는 인장력이 발생한다. 즉, 케이블이나 벨트에 발생된 인장력은 사람의 운동에 따른 근육의 부하에 상응한다.
도 1에서와 같이 벨트(70)가 하중 지지부 풀리(40) 및 한 쌍의 가이드 풀리(50-1, 50-2)에 배치된 상태에서, 벨트(70)가 사용자에 의하여 당겨져 벨트(70)에 인장력이 발생하면, 하중 지지부 풀리(40)가 결합된 하중 지지부(40)를 하측으로 힘을 가하는 하중이 발생된다.
이에 따라, 하중 지지부(40) 하부에 연결된 로드셀(20)은 벨트(70)의 인장력에 비례하는 압축력을 측정할 수 있다. 벨트(70)는 이동 여부에 상관없이 항상 인장력이 발생하며, 도 1의 구조는, 벨트(70)의 이동 여부와 무관하게 인장력을 측정할 수 있는 장점을 가진다.
그리고, 회전각 측정 센서(60)는 벨트(70)의 이동에 따른 하중 지지부 풀리(40)의 회전각을 측정한다. 이로부터, 벨트(70)의 이동 거리가 산출될 수 있다.
로드셀(20)에 가해지는 힘으로부터 벨트(70)가 당겨지는 힘(사람이 가한 힘)이 산출될 수 있고, 벨트(70)의 이동 거리로부터 벨트(70)의 이동 속도가 산출될 수 있다. 그래서, 벨트(70)가 당겨지는 힘과 벨트(70)의 이동 속도가 곱해져 일률이 산출될 수 있다. 여기서, 산출되는 일률은 사람이 순간적으로 운동한 운동량을 의미할 수 있으며, 사용자의 운동 자료로 활용될 수 있다.
도 3을 참조하면, 벨트(70)가 당겨지는 힘(F)는 하기 수학식을 이용하여 로드셀(20)에 가해지는 힘(Fs)로부터 산출될 수 있다.
Figure pat00001
여기서, θ는 하중 지지부 풀리(40)와 가이드 풀리(50-1, 50-2) 사이의 벨트(70)와 수평선이 이루는 각도이다.
한편, 벨트(70)의 이동 거리는 회전각 측정 센서(60)에 의하여 측정되는 회전각 변화량과 하중 지지부 풀리(40)의 반지름을 곱하여 산출될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 운동량 측정 장치에 장착되는 발전기를 나타낸다.
발전기의 회전축과 하중 지지부 풀리(40)의 회전축이 일체가 되도록 발전기가 하중 지지부(40)에 결합될 수 있다. 그래서, 발전기는 하중 지지부 풀리(40)의 회전에 의하여 전력을 생성할 수 있으며, 생성된 전력은 회전각 측정 센서(60)에 공급될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 운동량 측정 장치에 발전기가 장착되면, 회전각 측정 센서(60)는 구동을 위한 별도의 전원이 필요 없으며, 발전기로부터 전력을 공급받음에 따라 반영구적으로 사용될 수 있다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10: 베이스
20: 로드셀
30: 하중 지지부
40: 하중 지지부 풀리(pulley)
50-1, 50-2: 가이드 풀리
60: 회전각 측정 센서
70: 벨트

Claims (10)

  1. 벨트, 케이블, 로프 또는 체인을 이용하는 운동 기구에 부착되는 운동량 측정 장치에 있어서,
    상기 운동 기구에 고정되는 베이스;
    상기 베이스 상부에 장착되어 상측으로부터 가해지는 힘을 측정하는 로드셀;
    상기 로드셀을 가압하도록 상기 로드셀 상부에 연결되는 하중 지지부;
    상기 하중 지지부 상부에 결합되는 하중 지지부 풀리(pulley);
    상기 하중 지지부 풀리와 회전축이 평행하도록 상기 하중 지지부 풀리의 옆에 배치되는 가이드 풀리; 및
    상기 하중 지지부 풀리의 회전에 따른 회전각을 측정하는 회전각 측정 센서를 포함하되,
    상기 벨트, 케이블, 로프 또는 체인은 상기 하중 지지부 풀리 및 상기 가이드 풀리에 엇갈려 배치되는 것을 특징으로 하는 운동량 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전각 측정 센서는 상기 하중 지지부 풀리의 회전축의 양단부 중 어느 하나에 위치하도록 상기 하중 지지부에 결합되는 것을 특징으로 하는 운동량 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회전각 측정 센서는,
    상기 하중 지지부 풀리의 회전축의 일단부에 회전 방향을 따라 복수 개가 미리 설정된 회전 각도를 이루도록 배치되어 상기 하중 지지부 풀리와 함께 회전하는 자석; 및
    상기 자석의 자력을 감지하도록 상기 자석이 배치된 위치에 상응하는 상기 하중 지지부의 위치에 배치되는 홀센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 운동량 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 회전각 측정 센서는 회전각을 측정하는 로터리 엔코더(Rotary Encoder)인 것을 특징으로 하는 운동량 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 벨트는 일측이 상기 운동 기구에 연결되고, 타측은 사용자가 운동을 하기 위하여 잡을 수 있는 손잡이에 연결되며,
    상기 벨트의 타측은 상기 하중 지지부 풀리 및 상기 가이드 풀리를 경유하여 상기 손잡이에 연결되는 것을 특징으로 하는 운동량 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 벨트가 사용자에 의하여 당겨져 상기 벨트에 인장력이 발생하면, 상기 하중 지지부 풀리가 결합된 상기 하중 지지부를 하측으로 힘을 가하는 하중이 발생하는 것을 특징으로 하는 운동량 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 로드셀에 가해지는 힘으로부터 상기 벨트가 당겨지는 힘이 산출되고, 상기 회전각으로부터 상기 벨트의 이동 거리 및 이동 속도가 산출되고, 상기 벨트가 당겨지는 힘과 상기 벨트의 이동 속도가 곱해져 일률이 산출되는 것을 특징으로 하는 운동량 측정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 벨트의 이동 거리는 상기 회전각의 변화량과 상기 하중 지지부 풀리의 반지름을 곱하여 산출되는 것을 특징으로 하는 운동량 측정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 하중 지지부 풀리의 회전에 의하여 전력을 생성하고, 상기 생성된 전력을 상기 회전각 측정 센서로 공급하는 발전기를 더 포함하는 운동량 측정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 발전기의 회전축과 상기 하중 지지부 풀리의 회전축이 일체가 되도록 상기 발전기가 상기 하중 지지부에 결합되는 것을 특징으로 하는 운동량 측정 장치.


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