JP5389268B2 - 可動プラットフォーム - Google Patents

Description

本発明は可動プラットフォームに関わり、特に、しかし排他的ではなく、本発明は、自動車シミュレータなどのモーションシミュレータに使用するための可動プラットフォームに関する。

自動車シミュレータは、娯楽目的と、一般的な自動車開発及びモータースポーツチームのトレーニング及び開発との両方に有用であり、ドライバーのトレーニング、電子制御ユニットソフトウェアの開発、及びエンジニアのトレーニングに有用である。

従来のシミュレータは、典型的には、地上支持体及びプラットフォームに連結されたユニバーサルジョイントを各端に備える６つのリニアアクチュエータを含む、スチュワート又はゴフプラットフォームのようなパラレルロボットからなる。シリンダーの適切な作動は、全ての自由度及びそれらの組み合わせにおける運動を可能にする。多くの場合、これらの自由度は、海事用語を使用して名前が付けられている。

１．上下移動（ヒービング）
２．左右移動（スウェイング）
３．前後移動（サージング）
４．前後傾斜（ピッチング）
５．左右回転（ヨーイング）
６．左右傾斜（ローリング）

スチュワートプラットフォームの問題点は、非常にかさばり、それを収容するために特別な建物を必要とする場合があるということである。

いくつかの、特に自動車シミュレータは、典型的にはスウェイが省略された６未満の自由度を有する。

多くの場合、シミュレートされる運動を正確に再現することは、シミュレータにとって必要ではなく望ましくもない。シミュレータは、初期キューをユーザに提供して初期運動を再現し、次いで、プラットフォームの移動限度を超えないように入力を減らすのがよい。それにもかかわらず、シミュレータは非常に大きくなり、依然として移動限度を超えさせることがある。

本発明は、優れた移動限度及び比較的小さいかさの両方を有するモーションプラットフォームを提供しようとするものである。

本発明によれば、
１）第１キャリッジを支持する第１線形滑り面と、
２）第１キャリッジを第１軸線に沿った第１滑り面に沿って移動させる手段と、
３）第１軸線に垂直な第２軸線を中心に回転可能に、第１キャリッジに支持された回転テーブルと、
４）回転テーブルを回転させるための手段と、
５）それぞれ第１及び第２アームを有する３つのベルクランクであって、ベルクランクの作動により、第２アームを第１及び第２軸線に垂直な部品と共に移動させるように、回転テーブルに枢動可能に取り付けられているベルクランクと、
６）ベルクランクの第１アームを独立に作動させるための手段と、
７）プラットフォームと、
８）ベルクランクの第２アームをプラットフォームに連結する脚と、を含むモーションプラットフォームを提供する。

本発明によれば、請求項１に記載されたような、
１）第１キャリッジを支持する第１線形滑り面と、
２）第１キャリッジを第１軸線に沿う第１滑り面に沿って移動させるための手段と、
３）第１軸線に垂直な第２軸線を中心に回転可能に、第１キャリッジに支持された回転テーブルと、
４）回転テーブルを回転させるための手段と、
５）第１及び第２アームを有し、回転テーブルに同軸に枢動可能に取り付けられた、第１及び第２ベルクランクと、を含み、第１及び第２ベルクランクの同軸枢動取り付けの軸線が、第１線形滑り面の平面に平行な平面にあり、
６）第１及び第２ベルクランクを独立に作動させるための手段と、
７）回転テーブルに枢動可能に取り付けられた第１及び第２アームを有する第３ベルクランクと、を含み、枢動可能な取り付けの軸線は第１及び第２ベルクランクの軸線に平行であり、且つ第１及び第２ベルクランクの軸線から間隔を隔てられており、
８）第３ベルクランクを作動させるための手段と、
９）プラットフォームと、
１０）ベルクランクをプラットフォームに連結する脚と、を含むモーションプラットフォームを提供する。

他の特徴を、特許請求の範囲に記載している。

本発明の実施形態を、添付図を参照することにより、非限定的実施例として説明する。

本発明のモーションプラットフォームのベースの第２シリアルロボットのスクラップ図である。 本発明のモーションプラットフォームのベースの第１及び第２シリアルロボットのスクラップ図である。 本発明のモーションプラットフォームの断面図である。 本発明のモーションプラットフォームの更なる断面図である。 本発明のモーションシミュレータの斜視図である。 本発明のモーションプラットフォームの長手方向断面図である。 本発明のモーションプラットフォームの斜視図である。 本発明の更なるシミュレータの斜視図である。

装置１は、例えばスペースフレームであるのがよい床置きフレーム１０を含む。フレーム１０の構造は特に限定されない。例えば、フレーム１０は、アルミニウム及び／又は鋼のような金属管及び部品で製造されるのがよい。本発明のいくつかの実施形態では、フレーム１０は調整可能な脚１２を備える。ここで、設けられた場合には、地面係合脚により、装置を外部シムなしで水平にする。

フレーム１０は、第１シリアルロボット２０を備える。図示した実施形態の第１シリアルロボット２０は、第１キャリッジ２４を支持するビームのような、一対の間隔を隔てた横方向の第１滑り面部材２２を含む。したがって、第１キャリッジ２４は、想像上の軸線Ａに対して第１滑り面に沿って横方向に移動可能である。したがって、第１キャリッジ２４で支持された物品を移動させると、スウェイをその物品に与える。キャリッジを推進させるためのリニアアクチュエータが設けられる。当業者は、適当なリニアアクチュエータを案出するのに困難はないであろう。非限定的な実施例は、送りナットに受け入れられる送りねじを支える電動モータなどの電気機械的アクチュエータ、油圧アクチュエータ、及びリニアモータを含む。図示した実施形態では、２つの第１滑り面部材が設けられているが、異なる数を採用してもよいことは明らかであろう。

本発明のいくつかの実施形態では、フレーム１０は、第１シリアルロボット２０にほぼ直交する第２シリアルロボット３０を備える。第２シリアルロボット３０は、サージを提供するように配置されており、かくして想像上の軸線Ａとほぼ平行な運動を提供するように配置されている。第２シリアルロボット３０は選択的であり、本発明の全ての実施形態には提供されていない。第２シリアルロボットは、コスト又はスペースの理由で省略される場合がある。モータースポーツに関連して、ある学派は、サージが高性能車両のブレーキ及び加速特性のあまりに不十分な表現しか提供しないので、小さな運動範囲を提供しても意味がないと考えている。本発明のいくつかの実施形態では、第２シリアルロボットは存在するが、或る条件下では作働されない。第２シリアルロボット３０は、第２キャリッジ３４を支持する第２滑り面部材３２を含む。第１シリアルロボットと同じように、２つの滑り面と２つのキャリッジとが、図示した実施形態では設けられている。第１シリアルロボットのように、第２シリアルロボットのキャリッジは、リニアアクチュエータによって推進される。

加速する又はブレーキをかける路上走行車は、長時間同じ方向に相当な重力加速度を受ける。例えば、高速道路の速度から急ブレーキをかけるロードカーは、数秒間に１Ｇオーダーの力を受ける可能性がある。モータースポーツ車両における力は、更に長い継続時間又は大きい強さのものである。かくして、そのような大きい変化のキュー刺激を再現し又は提供するために、設けられる場合には、第２シリアルロボットは非常に長い滑り面を有するのがよい。図示した実施形態では、第１シリアルロボット２０は、第２キャリッジ３４に取り付けられている。

レース３６が、最も上のキャリッジで支持される。一般的には、これらの最も上のキャリッジは、第１シリアルロボットのキャリッジ２４である。レース３６は、単に平面であるのがよいが、本発明の好ましい実施形態では、レースは、例えば菱形又はＸ形断面の軌道により形成される。回転テーブル４０が設けられ、レース３６に回転可能に取り付けられている。好ましくは、転がり軸受４２が、レースと回転テーブルとの間に設けられているが、当接面が低摩擦係数を有する場合にはこれらは必須ではない。設けられた場合には、転がり軸受は、単に回転テーブル４０とレース３６との間に受け入れられたボールであるのがよい。他の実施形態では、転がり軸受４２は、レースか回転テーブルのいずれかに対して固定されたホイールからなってもよい。図示した実施形態では、転がり軸受４２は、レースの上面及び下面の両方に係合する。これにより、テーブルが受ける移動に関わらず、テーブルがその軸受によって支持されたままにする。回転テーブルに対して固定されたリニアアクチュエータのような、回転テーブルを回転させるための手段が設けられる。特に約４０°以上のヨー角が必要とされる場合には、他の回転手段を設けてもよい。従って、回転テーブルは、想像上の軸線Ｂに平行な回転を提供し、それ故にヨーを提供する。

ここに上述した各ステージが独立していることは、以上のことから明らかであろう。各ステージは、上述したステージのうち他のステージの運動範囲、又は加速能力若しくは速度能力に影響を与えることなく、その自由度で独立に移動することができる。これは、パラレルステージとは対照的である。

回転テーブル４０は、第１ピボット５０、第２ピボット５１、及び第３ピボット５２を備える。図示した実施形態では、ピボットはほぼ水平である。図示した実施形態では、第１及び第２ピボット５０、５１は、軸線Ｃに沿って実質的に同軸である。図示した実施形態では、第３ピボット５２は、第１及び第２ピボットの軸線から間隔を隔てられているが、第１及び第２ピボットの軸線に平行な軸線上にある。当業者は、他の配置を案出することに何の困難もないであろう。図示した実施形態では、回転テーブルのピボットは、プランマブロックからなる。ベルクランク５６、５７、５８は、各ピボット５０、５１、５２に取り付けられる。図示した実施形態では、ベルクランクのトラニオン６０は、プランマブロックに受け入れられる。当業者は、ベルクランクを取り付けるための他の構成を案出することができるだろう。脚１１の第１の端７０は、球面継手を介して各ベルクランクの第１のアームに枢動可能に取り付けられる。 脚１１の第２の端７２は、球面継手を介してプラットフォーム１００に枢動可能に取り付けられる。各ベルクランクの他のアームは、例えばプッシュロッド１１０によって、回転テーブルにほぼ水平に取り付けられたリニアアクチュエータ１２０に連結されている。これらのリニアアクチュエータを、各脚が同じ量だけ伸長又は収縮するように作動することにより、ヒーブが達成される。第３ピボットの脚を第１及び第２ピボットに対して移動させることにより、ピッチングを達成することができる。第１及び第２ピボットの脚を反対方向に移動させることによって、ロールを達成することができる。ピッチ、ロール、及びヒーブの組み合わせは、ベルクランクの適当な駆動により達成することができる。ベルクランクが水平運動を垂直運動に変換するので、リニアアクチュエータを、一般的に水平に配置することができ、装置全体の高さを、装置が垂直であった場合に比べて物理的に低くすることができる。ヒーブ、ピッチ、及びロールは、パラレルマシンによって提供されるので、最大ヒーブ伸長が、例えば、利用可能なピッチの利用可能度を制限する。スウェイ、サージ、及びヨーは、ピッチ、ヒーブ、及びロールから独立しているので、例えば最大サージ伸長は、最大ピッチ伸長を妨げないだろう。かくして、例えば、ユーザは、最大制動力でのサスペンションの沈み込みを体験できる。

図示した実施形態におけるように適切に配置したときにリニアアクチュエータとベルクランクを使用すると、アクチュエータと整列した移動と脚１１の端７２における垂直方向の移動とのほぼ一定の比を、必要な運動範囲にわたって提供するという利点がある。その結果、端が球面継手を介して図示した実施形態の脚１１のような垂直脚に連結されたギアモータの出力軸に取り付けられたレバーのような、或る他の機構と比較した場合、制御運動をより容易に且つより効率的にする、ほぼ一定の機械的な利点を動作範囲全体にわたってもたらす。

ペイロード１３０が、プラットフォーム１００に取り付けられる。一般的には、ペイロード１３０は、軸線Ｃに垂直な軸線を有するように配置される。ペイロード１３０は、シミュレートされる車両を表示したものからなる。例えば、自動車運転シミュレータについては、シート、ステアリングホイール、アクセル、及びブレーキを含むのがよい。ギアシフトやインストルメントパネルのような他の特徴が、車体の表示として設けられてもよい。

本発明のいくつかの実施形態では、支持フレーム１３２が、回転テーブル４０に枢動可能に取り付けられる。支持フレームは、回転軸から延びる少なくとも１つのアームを有する。アームは、もう１つの回転軸を備える自由端１３４で終わっている。好ましい実施形態では、第１線形滑り面面と、第１支持フレームを回転テーブルに取り付けるピボット及びもう１つのピボットを通る直線とで形成される角度は、４５度より小さく、例えば３０度より小さく、例えば２０度以下である。支持フレーム１３２の自由端１３４は、ピボットを備え、スパイダー１３６がそのピボットに枢動可能に取り付けられる。スパイダー１３６は、プラットフォーム１００に係合する。支持フレーム１３２とスパイダー１３６との組み合わせは、交差した２つのピボット軸線を有し、かくして、サージ軸線及びスウェイ軸線に簡単且つ堅い位置を提供し、且つ、ヒーブ、ロール、及びピッチとは独立してヨーに提供する。支持フレームの枢動により、回転テーブルの向きに応じてサージ及びスウェイのいずれか又は両方でペイロードの移動を小さくする。これは、無視され、又は第１及び／又は第２ロボットによって補償されるのがよい。支持フレーム１３２は、アームが回転軸線に向かって延びて、回転軸線から間隔を隔てて取り付けられるから、コンパクトな構成が達成される。支持フレームに、プラットフォームから横方向に間隔を隔てた１つ又は複数のピボットを設けることによって、スパイダー及びプラットフォームを支持フレームの中に入れ子にすることができ、構成をさらにコンパクトにする。支持フレームを、２組のピボットと共に示したが、原則的には、一方又は両方の端部が、より少ない又はより多いピボットを備えてもよい。

弾性バイアス２００は、スパイダーをプラットフォームに押し付ける。これにより、ペイロードの重量が、プラットフォームのアクチュエータよりもむしろ弾性バイアスによって少なくとも部分的に支持される。これにより、プラットフォームのアクチュエータを、そうでない場合よりも小さく且つ安くすることができる。好ましい実施形態では、弾性バイアスは空気ばねである。これにより、例えば、異なるペイロード重量の原因で、弾性バイアスの程度を変えられる。空気ばねの更なる利点は、空気ばねを、移動範囲全体にわたってゼロに近いばね定数で作動するように構成することができることであり、従って、負荷によって得られたたわみは、バイアスがどの程度変位したかに無関係である。圧縮ばね、引張ばねのような、他のばね定数がゼロのばねを、他のばねとして使用することができる。

シミュレータは、更に、前方の道路のようなシミュレート環境の表現を表示するための画像表示装置を含む。実環境では、ドライバーは、一般的にはその目の焦点を無限遠に合わせる。シミュレータでは、これを達成することが困難である。画像表示装置がペイロードに取り付けられている場合、ドライバーは非現実的であると感じ、ドライバーの近くに配置されている場合には不快感を覚えるだろう。ドライバーの目から遠い距離でペイロードに取り付けられた場合、余分な動荷重が、システムの性能を低下させる。別の解決法では、画像表示装置が地面に対して固定されるが、ドライバーの視点を修正するために表現を変化させる必要がある。更に、大きな変位は、焦点を再び合わせることをドライバーに要求する。

本発明のいくつかの実施形態によれば、画像表示装置１４０は、第１シリアルロボットに対して固定される。例えば、画像表示装置１４０は、支持部材１４２によって支持されるのがよい。従って、画像表示装置は、ヒーブ、ピッチ、又はヨーではなく、スウェイで（及び、装置が適切に取り付けられ、又は構成されている場合にはサージで）、ペイロードと共に移動する。スウェイ及びサージは、一般的には、自動車のシミュレーションにおける最大動作であり、ドライバーは画像表示装置と共にスウェイ及びサージに移動するので、目の焦点を再び合わせることは必要とされない。本発明のいくつかの実施形態では、画像表示装置は弧状である。好適には、弧状表示装置は、回転軸を中心とし、表示装置が回転軸から間隔を隔てられている距離に等しい半径を有する。この場合にも、ペイロードのヨーは、焦点を再び合わせることを必要としない。図示した実施形態では、表示装置は弧状であるが、楕円形断面のような他の形態を使用することができる。

視覚表示は、例えば回転テーブルに支持された１つ又はそれ以上のプロジェクタ１４４によって、スクリーンからなる画像表示装置に投影されるのがよい。このように、プロジェクタは、それらを破損する可能性がある、小振幅であるが高加速度のヒーブ、ピッチ、及びロールの動作の影響を受けない。更に、そのことは、ヒーブ、ピッチ及びロールステージの動荷重を取り除くので、性能を低下させない。

本発明のシミュレータは、車両のリアルタイム動的ソフトウェアモデル、ドライバー入力を測定し且つドライバーに動的モデルを提供するインタフェース、ドライバーが車両に命令する環境のソフトウェアモデル、及び、オプションとしてモデルと適合する追加のループ内ハードウェアサブシステムのような他の構成要素を含むので、電子的エンジンコントローラのような他の構成要素の挙動をシステムに含めることができる。 当業者は、当分野で既に知られているような適当な構成要素を案出できるだろう。

自動車シミュレータを参照することによって説明したが、本発明はそれに限定されず、固定翼及び回転翼航空機、並びに船を含む他のシミュレーションで用途を有する。

Claims (8)

1. １）第１キャリッジを支持する第１線形滑り面と、
   ２）第１キャリッジを第１軸線に沿った第１滑り面に沿って移動させる手段と、
   ３）第１軸線に垂直な第２軸線を中心に回転可能に、第１キャリッジに支持された回転テーブルと、
   ４）回転テーブルを回転させるための手段と、
   ５）それぞれ第１及び第２アームを有する３つのベルクランクであって、ベルクランクの作動により、第２アームを第１及び第２軸線に垂直な部品と共に移動させるように、回転テーブルに枢動可能に取り付けられているベルクランクと、
   ６）ベルクランクの第１アームを独立に作動させるための手段と、
   ７）プラットフォームと、
   ８）ベルクランクの第２アームをプラットフォームに連結する脚と、
   ９）回転テーブルに枢動可能に取り付けられている支持フレームであって、ピボットで枢動可能に取り付けられたアームを有する支持フレームと、
   １０）プラットフォームに当接する手段であって、支持フレームのアームピボットに枢動可能に取り付けられている当接手段と、
   １１）当接手段をプラットフォームに対して押し付ける弾性バイアスと、を含むモーションプラットフォーム。
2. 第１線形滑り面の平面と、支持フレームを回転テーブルに取り付けるピボット及び当接手段を取り付けるピボットを通る線とによって画成される角度が、４５°以下であり、好適には３０°以下である、請求項１に記載のモーションプラットフォーム。
3. ベルクランクは、
   回転テーブルに同軸状に枢動可能に取り付けられた第１及び第２ベルクランクを含み、第１及び第２ベルクランクの同軸枢動取り付けの軸線が、第１線形滑り面の平面に平行な平面にあり、
   ベルクランクは、更に、回転テーブルに枢動可能に取り付けられた第１及び第２アームを有する第３ベルクランクを含み、その枢動取り付けの軸線は第１及び第２ベルクランクの軸線に平行であり、且つ当該軸線から間隔を隔てられている、請求項１又は２に記載のモーションプラットフォーム。
4. 第１線形滑り面は第２キャリッジに支持され、第２キャリッジは第２線形滑り面に取り付けられ、第２線形滑り面は、第１線形滑り面の軸線に垂直且つ回転テーブルの回転軸線に垂直な軸線上に配置されている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のモーションプラットフォーム。
5. 弾性バイアスは、調整可能な空気ばねからなる、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のモーションプラットフォーム。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のモーションプラットフォームを含むシミュレータ。
7. ある半径の弧状画像表示装置を更に含み、弧状画像表示装置は、第１キャリッジに対して固定され、回転テーブルの回転軸線から弧状画像表示装置の半径分離れて配置されている、請求項６に記載のシミュレータ。
8. 画像を画像表示装置に投影する手段を更に含み、画像を画像表示装置に投影する手段は、回転テーブルに対して固定されている、請求項６又は７に記載のシミュレータ。

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