(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
歩行ディッシュ100であって、あらゆる方向の歩行を可能にするためにその周囲に斜面1を有する歩行ディッシュ100によって構成される非動力化全方位歩行システム装置であって、
停止面5が前記歩行ディッシュ100の一方の面上に形成され、
ボール固定装置4が前記歩行ディッシュ100の前記斜面1上に形成され、
転動ボール固定テーブル45が、前記ボール固定装置4の下方に形成され、前記転動ボール固定テーブル44が、前記ボール固定装置4を前記歩行ディッシュ100の前記斜面1に結合するために使用され、
曲率を有する球形転動ボール41が上面上で前記ボール固定装置4内に形成され、
前記転動ボール41が、360度のあらゆる方向に滑らかに回転することを可能にする回転手段が前記転動ボール41の下方に形成され、
前記ボール固定装置4が、前記転動ボール41及び前記回転手段が回転しながら所定の位置から離れるのを防止するように構成され、及び
前記ボール固定装置4が前記歩行ディッシュ100の前記斜面1上に所定の間隔で配置され、且つ使用者が、前記歩行ディッシュ100の前記停止面5に基づいて画像に従って左右のあらゆる方向に歩行することが可能にされる、非動力化全方位歩行システム装置。
ウレタン又は磁石などの回転制御装置22によって構成される前記ボール固定装置4が、前記転動ボール41の下方に形成される、請求項1に記載の非動力化全方位歩行システム装置。
騒音を低減するために、前記ウレタン又はスポンジなどの吸音材料が前記ボール固定装置4の周囲且つ下方に設けられる、請求項1又は2に記載の非動力化全方位歩行システム装置。
【背景技術】
【0003】
仮想現実画像は、360°の左右のすべての視方向に画像を提供し、歩行中に使用者が所望するあらゆる方向の仮想現実画像をコンピュータのスクリーンなどに提供する装置に関わる。したがって、使用者は、限定された位置で仮想現実画像を見ながら、任意の所望する視方向に歩くことができる。
【0004】
韓国特許出願10−2013−0000742号明細書(Virtual reality walking platform system and method using an omni-directional floor)及びPCT/HU 2010/000016(国際公開第2010/089618号公報、WALKING PLAT FORM ESPECIALLY FOR VIRTUAL REALITY SYSTEM)では、システムは、ローラバータイプのローラがモータによって駆動されて、あらゆる方向において歩行効果が得られるが、バーローラが一方向にのみ回転する特性により所定の方向にのみ動作され得、あらゆる方向に細かく動作することが不可能である、構造を有する。
【0005】
さらに、米国特許第06152854号明細書の全方位動作機械構造物は、左右前後に、すなわち、前方、後方、左及び右の4つの設定された方向にのみ可動である。さらに、前方、後方、左及び右の4つの方向に可動であるために、ベルトがモータ駆動装置と連結される。すべての回転ローラは、電気モータ、自在継ぎ手、回転ボルト及びロールなどの電気駆動ユニットによって構成され、電気駆動ユニットは回転ローラを駆動する。
【0006】
したがって、従来の仮想現実歩行構造物では、すべての歩行構造物は、多角方向に直線的にのみ動作できるため、人間は、実際に仮想現実に従って任意の方向に、すなわち360度のあらゆる対角方向に細かく自由に移動することができない。人間は、電気モータを使用して動力で移動するため、微小な移動速度又は調整などは不自然であり、電気モータによる駆動によって大きい騒音が発生し、騒音を防止するために複雑な構造を有する防音装置が必要になる。
【0007】
さらに、米国特許出願公開第2009/0111670号明細書は、床上の摩擦センサ及び圧電センサ(摩擦を使用するロッド用の機構)によって構成されるが、歩行位置のみが取得され、使用者は所定の位置で歩行の移動効果を得ることができない。
【0008】
VR用の従来の歩行構造物はすべて動力によって動作するため、使用者は、構造物自体に応じて構造物を調整する必要があり、モータに信号を送ることによってモータが事前に計算された方向に駆動される方向に歩行することが可能である。スイッチを切ることでモータを停止させるなど、動作要素に多くの制限があるため、仮想現実画像が要求する歩行運動に多くの制限があり、使用に際して多くの不都合がある。
【0009】
さらに、モータによる複雑な駆動装置には騒音が伴い、この騒音により、アパート又はオフィスなどの設置場所が制限され、そのような騒音をなくすために複雑な装置が必要になる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の態様は、歩行者を、所定の方向ではなく360度のあらゆる方向に歩行者の意思に従って自由に歩行し、且つローラ、ローラを駆動するモータ、ベルト構成、床及び電気駆動装置の構成なしに無動力で対角に移動するように構成する方法を提供することができる。
【0011】
本発明の態様によれば、非動力化全方位歩行システム装置が提供され、この装置は、円形形状、半円形形状及び多角形形状の任意の1つで形成される歩行ディッシュ(walking dish)と、停止面(stop surface)が歩行ディッシュの中心部又は片側に形成され、且つ斜面が歩行ディッシュの周囲に形成される、歩行ディッシュの面上に形成される複数の転動ボールであって、正確な曲率を有する半径1〜50mmの球形形状で構成される複数の転動ボールと、転動ボールが上下左右360度のあらゆる方向に滑らかに回転するように、歩行ディッシュの面上の且つ回転ボールの下方に形成される複数の転動ボールによって構成される複数の補助ボール(auxiliary ball)と、補助ボール及び転動ボールが上下左右360度のあらゆる方向に回転するのを可能にしながら、補助ボール及び転動ボールを固定して所定の位置から離れないようにするボール固定装置と、ボール固定装置の下方に形成されるボール固定テーブルであって、複数のボール固定装置を斜面の表面上に所定の間隔で結合して、使用者が、歩行ディッシュの停止面に基づいて仮想現実又は歩行運動画像に従って前後左右360度のあらゆる方向に歩行するのを可能にするために使用されるボール固定テーブルとを含む。
【0012】
さらに、ボール固定装置の構造において、2つの上側及び下側プレートケース2間に溝が形成され、且つ転動ボール41が2つの上側及び下側プレートケース間に提供され、及びウレタン又はマグネットなどの回転制御装置が転動ボール41の下方に形成される。
【0013】
さらに、非動力化全方位歩行システム装置は、歩行ディッシュと、プロジェクタ又はOLED若しくはLCD画像装置によって構成される画像スクリーン及び画像装置とを組み合わせることによって構成される。
【0014】
本発明の例示的な実施形態によれば、関連する技術分野において使用者の歩行移動速度を検知し、検知した歩行移動速度をモータに送って回転速度を調整する方法と異なり、歩行者は、歩行自体の歩行圧力により斜面及び回転ボールを用いて移動することができ、早足、競歩及び楽な歩行などで所定の方向及び360度のあらゆる所定の方向に自然に歩くことができる。
【0015】
さらに、回転ボールには、歩行者の歩行速度及び歩行方向に従って電気駆動体なしに自動的に適応して回転する効果があるため、歩行方向及び移動速度の瞬間的な転換を自動的に変更することができる。
【0016】
したがって、回転ボールは、移動、停止及び速度に関して、すべての歩行者の意図に従って回転するため、構造は単純になり、歩行者は、ローラ、自在継ぎ手又はモータなどの動力による駆動装置なしに、360度を含むあらゆる角度で且つ対角方向を含むあらゆる方向に移動し歩くことができ、設置空間にはいかなる制限もない。
【0017】
非動力化全方位歩行システム装置の上記及び他の態様、特徴及び利点である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
図1及び
図2に示すように、非動力化全方位歩行システム装置は、歩行ディッシュ100であって、その周囲に形成された斜面1と、中心又は片側に平面によって形成されたディッシュ又は半ディッシュ形状部とを有する歩行ディッシュ100と、複数の転動ボール41が斜面1上に形成され、且つ左右前後の対角線を含む360度の所定のあらゆる方向に転動する転動ボール(41)構造物と、転動ボール(41)構造物の下側部が転動ボール(41)構造物の下側部と連動して構成される補助ボール(42)構造物と、必要に応じて補助ボール42の下側部に構成されるセンサ(43)構造物とを含む。
【0020】
歩行ディッシュ100の形状は、用途に応じて、円形形状、半円形形状及び多角形形状などで様々に構成することができる。すなわち、歩行ディッシュ100の構造物の斜面2は、金属製又は木製の構造物で形成され、且つ正方形又は六角形形状などの多角形形状で形成され、円形若しくは多角形形状の一部又は円形形状の一部のケース2は、停止面5が斜面1の内側面の一部に提供される斜面1を構成し、下側固定テーブル3は、歩行ディッシュ100を安定的に固定するように斜面1の下方に構成される。
【0021】
図2に示すように、転動ボール41、補助ボール42及び転動ボール固定テーブル44は、1つの構造物によって構成されるボール固定装置4の構成要素となる。
【0022】
転動ボール41は、正確な曲率の球形形状を有する。転動ボール41は、上下左右360度のあらゆる方向に滑らかに回転するように、転動ボール41の下側部に形成された補助ボール42と、上下左右360度のあらゆる方向の回転中に所定の位置から離れないように転動ボール41を固定するボール固定装置4とによって構成される。
【0023】
転動ボール固定テーブル45は、複数のボール固定装置4を歩行ディッシュ100の斜面1に所定の間隔で結合及び構成するために、ボール固定装置4の下方に形成される。
【0024】
一方、斜面1の傾斜角は、
図3に示すように、歩行を邪魔しない10度以上且つ60度以下の角度内に設定されるが、好ましくは、人が左足Lに基づいて右足Rを持ち上げる自然な角度で歩行する場合に10〜30°の角度で構成されることが推奨される。
【0025】
すなわち、左足L及び右足Rが人間の臀部を基点として回転する回転軸などの湾曲面で斜面を形成することも可能である。
【0026】
転動ボール41が、いかなる制御もなく使用者の歩行速度よりも速く回転すると、歩行者200は、斜面1に載って同じだけ滑るため、歩行速度は任意に調整され得ない。
【0027】
制動力が転動ボール41の回転速度に加えられると、転動ボール41は滑りにくくなる。したがって、元の場所に歩いて戻るのが容易である。
【0028】
図2に示すように、歩行ディッシュ100の斜面1上を360度のあらゆる方向に歩行しながら、歩行ディッシュ100の歩行方向が元の位置の方に戻される、トレッドマシン(tread machine)1と同じ効果が得られる。
【0029】
図2Aに示すように、360度のあらゆる方向に回転できる回転ボール4は、斜面1上に所定の間隔で形成される。
【0030】
そのような回転ボール4は完全な球形で形成され、回転ボール4の直径は1mm〜50mmであり得るが、10mmが好ましい。
【0031】
回転ボールの構造物4は、
図2Bに示すように、転動ボール41が外に放出されるのを防止するように、転動ボール41が転動ボール固定テーブル45に挿入されるように構成され、転動ボール41が外に露出して自由に回転するように溝が形成され、さらに、この溝は、溝の直径が転動ボール41の直径よりも小さいが、転動ボール41の高さが最も高いように構成される。
【0032】
すなわち、転動ボール41の直径が10mmの場合、転動ボール固定テーブル44の溝径は適切には9mmである。
【0033】
歩行ディッシュ100の表面に形成された転動ボール41の半径は限定されないが、好ましくは1〜50mmである。
【0034】
図3に示すように、靴底に接する面積と靴底の転動作用との間の比較試験の結果として、最も適切には10〜25mmである。
【0035】
斜面1及び停止面5を有する歩行ディッシュ100のケース2の構造は、
図3に示すように以下の通り構成される。使用者が足で移動すると、左足L及び右足Rの移動間隔は、使用者の体格、体重及び歩行目的によって変わるが、通常40〜80cmである。
【0036】
停止面5は、40〜60cmの適切なサイズの円形領域を有し、各前後の斜面1の幅は30〜80cmであるが、サイズは使用目的に応じて調整することができる。
【0037】
したがって、歩行ディッシュ100のサイズは、全体として100〜200cmである。好ましくは、直径は150cmである。そのようなサイズは単なる一例であり、限定されるものではない。
【0038】
図1、
図2、
図3及び
図4に示すように、複数のボール固定テーブル4が斜面1の面全体において一定の間隔で斜面1に固定される。
【0039】
ボール固定テーブル4が、直径10mmの転動ボール41によって構成されている場合、転動ボール41の相互固定間隔は、好ましくは転動ボール41の直径の1/2である。すなわち、10mmの転動ボール41の場合、間隔は10mm〜5mmであるが、間隔は用途に応じて調整することができる。
【0040】
転動ボール41が10mmの直径を有するように構成される場合、転動ボール41は、最大で約4mm以上だけ転動ボール固定テーブル44から露出し、
図2Bに示すように、転動ボール41の高さ位置に水平面aが形成される。そのような構造を有する転動ボール41は、その下方の補助ボール42によって360度のあらゆる方向に回転する。
【0041】
転動ボール41よりも直径が小さい、必要な数量の補助ボール42は、ボール固定テーブル4に、すなわち、転動ボール41の下方に形成され、電荷センサ又は可動センサなどのセンサ装置43は、補助ボール42の下方に構成及び連結される。センサは、公知である既存のセンサから選択して使用することができ、センサには、用途に応じて、加速センサ、磁力センサ、圧力センサ、可動センサ及び近接センサなどがあり、位置は、コンピュータ6bとの接続を通じて、移動距離にわたってセンサを構成するそのようなセンサなしにカメラセンサを使用して写真を撮られる。
【0042】
図3に示すように、歩行者200が、平面によって構成された停止面5上で左右の足L、Rの左足Lを斜面1上に突き出して歩行動作を開始すると、足の裏面と接触する複数の回転ボール41は、斜面1に傾斜角があるために回転し、左足Lは滑って停止面5に戻り、歩行者200が右足Rを斜面1上に突き出すと、右足Rは、左足Lと同様に停止面5に戻る。すなわち、左足L及び右足Rは、停止面1の位置に基づいて所定の位置で連続的に歩行するように連続的に動作する。この場合、センサ43は、転動ボール41に加えられた使用者の体重を検知し、検知した体重をコンピュータに送り、コンピュータは、相応して、入力された仮想現実画像の中から、使用者200の対応する視角に対応する画像を見つけて提供する。
【0043】
すなわち、ボール固定装置4の下方に構成された圧力センサなどのセンサ装置43又はボール固定装置4の上方に構成されたカメラなどのセンサ47を用いて距離が測定され、移動方向及び移動回数に基づく距離測定が、歩行ディッシュ100において構成されたコンピュータ(図示せず)によって計算され、仮想現実画像に対応する画像の視角及び速度が仮想現実画像との関係で調整される。
【0044】
すなわち、使用者200が移動するシーンに対応する仮想現実画像が、圧力センサ、位置センサ及び速度センサなどで構成されるセンサ装置43を用いて提供される。
【0045】
したがって、ボール固定装置4の転動ボール41は、
図4に示すように、360度のあらゆる方向に回転するため、使用者200は、仮想現実画像が要求する360度のあらゆる方向に所定の位置で歩行することができ、且つ仮想現実画像が要求するあらゆる360°の方向にボール40を回転させることができ、そのような歩行運動は、各ボール固定装置4の下方のセンサ43によって検知される。
【0046】
センサ装置43は、アパート又はオフィスなどにおいて、非動力化無音装置である歩行装置としての用途に本発明が使用される場合には不必要である。
【0047】
図5に示すように、ボール固定装置4において、補助プレート21が斜面1の下方のケース2の構造物において構成され、転動ボール41は補助プレート21間に構成され、ウレタンなどの良好な吸着性及び摩耗性を有する制動材料22が転動ボール41の下方に構成される。
【0048】
さらに、転動ボール41の材料は、ナイロン、ウレタン又はシリコーンなどの高い摩耗性を有するプラスチック材料で構成することができ、そのため、転動ボール41が使用されるときに騒音を低減することができる。
【0049】
ウレタン、ゴム又はシリコーンゴムなどの良好な吸音性を有する吸音材料は、歩行ディッシュ100の構造全体から発生する騒音を低減するために、ボール固定装置4を除いた、すなわち、
図1及び
図2に示すローリングボール41のうちの斜面1の表面に露出した部分を除いた転動ボール41間に充填される。
【0050】
一方、転動ボール41は、360度のあらゆる方向に回転するが、回転速度が適切に制御される。したがって、転動ボール41は、10°未満〜30°の傾斜角でなだらかに構成することができ、直進及び対角移動が利用可能である。
【0051】
歩行ディッシュ100の表面に形成された転動ボール41の半径は限定されないが、好ましくは1〜50mmである。
【0052】
図3に示すように、靴底に接する面積と靴底の転動作用との間の比較試験の結果として、最も適切には10〜25mmである。
【0053】
斜面1及び停止面5を有する歩行ディッシュ100のケース2の構造は、
図3に示すように以下の通り構成される。使用者が足で移動すると、左足L及び右足Rの移動間隔は、使用者の体格、体重及び歩行目的によって変わるが、通常40〜80cmである。
【0054】
一方、停止面5は、40〜60cmの適切なサイズの円形領域を有し、各前後の斜面1の幅は30〜80cmであるが、サイズは使用目的に応じて調整することができる。
【0055】
したがって、歩行ディッシュ100のサイズは、全体として100〜200cmである。好ましくは、直径は150cmである。そのようなサイズは単なる一例であり、限定されるものではない。
【0056】
本発明は、歩行運動装置として使用することができる。この場合、歩行運動装置は、アパート及びオフィスに設置して使用することができなければならない。この場合、最大の問題は、使用時に発生する階間騒音(interstory noise)及び騒音である。この問題を解決するために、歩行運動装置は、ウレタン又はスポンジなどの吸音材料を複数のボール固定装置4間と、ボール固定装置4の下側部とに充填して騒音を低減することで、アパート及びオフィスに設置して使用することができる。
【0057】
しかし、トレッドミル機械などのすべての従来の装置は、モータを駆動することで強制的に位置復帰(positional return)を行い、騒音が大きく、電気消費量が多く、体積が大きく、構成要素が多く、そのため従来の装置は経済的でなく、故障が多い。本発明は、モータを駆動することなく位置復帰を行うことができる。
【0058】
図6に示すように、本発明は、円形形状又は正方形形状若しくは六角形形状などの多角形形状を有し、歩行ディッシュ100の上面の周囲に設けられたスクリーン6を含み、仮想現実画像は、プロジェクタ8によって提供することができ、或いは円形形状又は正方形形状若しくは六角形形状などの多角形形状を有する、OLED、LED、LCDなどによる表示画像などのあらゆる画像構造と組み合わせることもできる。
【0059】
さらに、
図7及び
図8に示すように、所定の部屋の壁面全体には、360度のビデオディスプレイ又は円形若しくは多角形のスクリーン若しくはプロジェクタが設けられ、且つ複数の歩行ディッシュ100が設けられ、それにより、複数の人が1つの仮想現実又は歩行運動画像を見ながら、エクササイズ、ゲーム又は戦闘訓練などの実運動(practice exercise)を行うことができる。
【0060】
さらに、本発明の使用者200の運動は、
図1に示すように、画像運動センサ71によって運動を取り込むことができ、位置に対応する画像を提供することができる。したがって、上記に説明した本発明の構造では、複数の使用者200は、電気構造物又はモータなどなしに、移動するなどのあらゆる方向に自由に移動及び歩行することができる。
【0061】
水平面aを有する斜面1の転動ボール(rolling ball)41は、従来の歩行装置と同様に所定の方向にのみ回転するのではなく、使用者200は、転動ボール41によって前後左右360度のあらゆる方向に歩行することができ、対角に移動することができる。したがって、使用者200は、仮想現実画像を見ながら、移動しようとするあらゆる方向に歩行することができる。
【0062】
図5に示すように、転動ボール41が、磁気特性を有する磁性金属でできている場合、補助ボール42の代わりに磁石23を転動ボール41の下方に形成することができる。この場合、磁石23は、転動ボール41の回転を適切に調整することができるため、歩行速度が適切に調整され得る。
【0063】
さらに、本発明の構造は、
図2に示すように、斜面1が2段階で形成され、傾斜角が斜面1よりも緩和された中間斜面1aが斜面1と停止面5との間に設けられるようなものであり、そのため、歩行途中の使用者200の左足L及び右足Rは、斜面1及び中間斜面1aを自然に通って停止面5に戻る。
【0064】
中間斜面1aのボール固定装置4の構造では、転動ボール41の直径を変えることができ、又は転動ボール41の回転速度を調整することができる。
【0065】
歩行プレート100の形状が上記のように構成される限り、歩行ディッシュ100のサイズ及び形状は、使用目的に応じて、ファン形状、正方形形状又は六角形形状などの円形形状及び多角形形状として構成することができる。この場合でさえ、転動ボール41は、360度のあらゆる方向に回転することができ、歩行幅のみが短くなり、歩行方向は、任意に360度のあらゆる方向であり得る。
【0066】
したがって、本発明は、歩行ディッシュ100で歩行する場合でも、元の位置に復帰するトレッドミル機械の効果と同じ効果を有する。しかし、モータを駆動することで歩行システムが位置復帰を進める従来の方法では、使用者は、360度のあらゆる方向に任意に歩行することができず、対角に歩行することができず、歩行システムを騒音のない装置として使用することができない。したがって、本発明は、オフィス又はアパートで仮想現実ビデオ歩行、仮想現実ビデオゲーム、仮想観光旅行装置及び歩行エクササイズ装置などの様々な用途に使用することができる。