KR100932231B1

KR100932231B1 - 체감형 운동 시뮬레이터용 운동판

Info

Publication number: KR100932231B1
Application number: KR1020070112484A
Authority: KR
Inventors: 김의석
Original assignee: 김의석
Priority date: 2007-11-06
Filing date: 2007-11-06
Publication date: 2009-12-16
Also published as: JP2009116294A; KR20090046377A; JP4714757B2

Abstract

본 발명은 체감형 운동 시뮬레이터(simulator)에 관한 것으로, 사용자가 착석하는 가동프레임이 피봇 조인트를 중심으로 3 자유도 회전운동이 가능하도록 수평 액츄에이터, 제1 상하 액츄에이터 및 제2 상하 액츄에이터를 포함하는 체감형 운동 시뮬레이터(simulator)의 운동판에 관한 것이다.

또한 본 발명은 상기 제1, 2 상하 액츄에이터를 봉 또는 바 형상의 강체(rigid body)인 링크로 대체하여 1 자유도 회전운동만이 가능하도록 한 체감형 운동 시뮬레이터(simulator)의 운동판에 관한 것이다.

시뮬레이터(simulator), 액츄에이터, 자유도, 피봇 조인트

Description

체감형 운동 시뮬레이터용 운동판{MOTION BASE FOR VIRTUAL REALITY MOTION SIMULATOR}

본 발명은 체감형 운동 시뮬레이터(simulator)용 운동판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사용자가 착석하는 가동프레임이 피봇 조인트를 중심으로 3 자유도 회전 운동이 가능하도록 수평 액츄에이터, 제1 상하 액츄에이터 및 제2 상하 액츄에이터를 포함하는 체감형 운동 시뮬레이터(simulator)용 운동판에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 측면으로서, 본 발명은 상기 제1, 2 상하 액츄에이터를 봉 또는 바 형상의 강체(rigid body)인 링크로 대체하여 1 자유도 운동만이 가능하도록 한 체감형 운동 시뮬레이터(simulator)용 운동판에 관한 것이다.

일반적으로 체감형 운동 시뮬레이터(simulator)는 제한된 공간에서 탑승자를 움직여 탑승자가 자동차나 비행기 등을 탔을 때 느끼게 되는 운동감과 유사한 운동감을 느끼게 해주는 장치이다. 이와 같은 시뮬레이터는 최근 들어 게임, 각종 테스트나 운전 훈련, 나아가 군사목적용의 항공기 조종모사에 이르기까지 다양한 분야에 사용되고 있다.

가장 일반적으로 사용되는 체감형 운동 시뮬레이터(simulator)는 6 자유도 운동이 가능하며 스튜어트 플랫폼(STEWART PTATFORM)으로 불리는 항공기 조종사 훈련용 장치가 있다. 그러나 상기 스튜어트 플랫폼(STEWART PTATFORM)은 유압모션 베이스를 기본으로 하면서 자유도가 높아 장치구조가 복잡하고 제작비용이 높은 단점이 있다. 또한 이와 같은 시뮬레이터는 여러 사람이 이용하는 대형장비용으로 주로 이용되어 상대적으로 적은 인원이 사용하면서 게임과 같이 인체의 움직임에서 스릴과 재미를 느끼도록 섬세하게 제어되는 운동의 역동성을 실현하는데 한계를 갖고 있었다.

한편, 종래 3 자유도 운동이 가능한 운동시스템 장치로서 복수개의 수평형 액츄에이터와 다수의 강성체 링크를 채용하여 병렬기구 구조를 갖는 운동시스템 장치가 등록실용신안 제287242호(2002. 8. 14 등록)로 개시된 바 있다. 상기 운동시스템 장치는 도1에서 보는 바와 같이, 상부지지판(40)을 6개의 강성체 링크(30)를 이용하여 병렬구조로 지지하고 상기 강성체 링크(30)와 상부지지판(40)은 상부 연결 조인트에 의하여 연결된다. 그리고 하부지지판(10)에 수평으로 설치된 수평형 액츄에이터(20)는 하부지지판(10) 상에서 인접한 액츄에이터와 약 120도 간격의 삼각형 구조로 설치되어 3방향으로 왕복하면서 힘을 제공하도록 구성된 것이다.

그런데 위와 같은 종래 기술은 수평형 액츄에이터만을 채용하여 상하운동과 경사운동 위주의 3 자유도 운동만을 구현하고 있어 상하 경사운동과 회전운동이 모두 작용하는 역동적인 운동을 표현하는데 제약이 있었다. 특히 자동차 운전 시뮬레이터에서 중요시 여겨지는 YAW 회전 (중력방향의 축을 중심으로 회전하는 운동)이 불가능 하다.

본 발명은 자유도를 3 또는 그 이하로 줄여 그 구조가 간단하고 제작비용이 저렴하면서도, 운동감을 크게 느낄 수 있는 체감형 운동 시뮬레이터(simulator)용 운동판를 제공하고자 한다.

보다 구체적으로 본 발명은 중앙 피봇 조인트를 중심으로 3자유도 회전운동이 모두 구현되어 보다 실감나는 역동성을 일으켜 이용자로 하여금 보다 스릴 넘치는 운동감을 느끼도록 하는 기구로서의 체감형 운동 시뮬레이터용 운동판를 제공하는 것을 과제로 하고 있다.

위와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 하측에 구비되는 지지프레임과, 상기 지지프레임 상측에 이격되어 설치되는 가동프레임과, 상기 가동프레임과 상기 지지프레임을 연결 지지하는 중앙 피봇 조인트와, 상기 가동프레임이 상기 중앙 피봇 조인트를 중심으로 회전운동 가능하도록 상기 가동프레임과 상기 지지프레임 사이에 설치되어 상기 중앙 피봇 조인트의 중력방향 수직축을 중심으로 하는 회전운동을 만들어 줄 수 있는 수평 액츄에이터와, 상기 지지프레임과 상기 가동프레임 사이에 설치되고, 상기 중앙 피봇 조인트의 중력방향 수직축을 포함하는 가상평면을 사이에 두고 좌측 및 우측에 대칭으로 설치되며, 상기 지지프레임과 상기 가동프레임과의 설치 점들을 지나가는 가상의 면이 중앙 피봇 조인트와 소정거리 이격되어 있는 제1 및 제2 상하 연결 지지수단을 포함하는 체감형 운동 시뮬레이터(simulator)용 운동판인 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 제1 및 제2 상하 연결 지지수단은 상기 가상평면에 대하여 좌우대칭을 이루도록 설치되는 것이 바람직하며, 상기 제1 및 제2 상하 연결 지지수단은 상기 지지프레임에 연결되는 지점으로부터 상기 가동프레임에 연결되는 지점까지의 거리를 선택적으로 변화시킬 수 있는 제1 및 제2 상하 액츄에이터인 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 제1 및 제2 상하 연결 지지수단은 상기 지지프레임에 연결되는 지점으로부터 상기 가동프레임에 연결되는 지점까지의 거리를 고정시킨 링크로 대체될 수 있음을 특징으로 한다. 여기서 상기 링크는 봉 또는 바 형상의 강체(rigid body)인 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 수평 액츄에이터, 그리고 상기 제1 및 제2 상하 액츄에이터는 직선형 액츄에이터를 채용할 수도 있는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 수평 액츄에이터, 그리고 상기 제1 및 제2 상하 연결 지지수단은 직선형 액츄에이터인 것을 특징으로 하며, 상기 제1 및 제2 상하 연결 지지수단은 상기 중앙 피봇 조인트의 축을 포함하는 가상의 평면을 사이에 두고 병렬로 설치된다.

한편, 상기 제1 및 제2 상하 연결 지지수단은 상기 가동프레임에 설치되는 지점간의 거리와 상기 지지프레임에 설치되는 지점간의 거리가 서로 다르게 되도록 설치될 수도 있다.

그리고 상기 제1 및 제2 상하 액츄에이터는 그 양단이 상기 가동프레임 및 상기 지지프레임에 각각 3 자유도 회전이 가능한 제1 및 제2 상하 엔드 조인트를 개재하여 연결되며, 상기 수평 액츄에이터는 그 양단이 상기 가동프레임 및 상기 지지프레임에 각각 3 자유도 회전이 가능한 제1 및 제2 수평 엔드 조인트를 개재하여 연결되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 수평 액츄에이터, 그리고 상기 제1 및 제2 상하 액츄에이터는 전기식 링크형 액츄에이터를 사용할 수도 있다. 이때 상기 전기식 링크형 액츄에이터는 상기 가동프레임에 연결되는 메인링크와 상기 지지프레임에 설치된 모터에 연결되는 출력링크를 구비하고, 상기 출력링크는 상기 메인링크와 연결되어 모터의 회전력을 직선운동으로 변환하여 상기 메인링크에 전달하는 것을 특징으로 하며, 상기 가동프레임 및 메인링크, 그리고 상기 메인링크 및 출력링크는 각각 3 자유도 회전이 가능한 제1 엔드 조인트 및 제2 엔드 조인트를 개재하여 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 수평 액츄에이터, 제1 및 제2 상하 액츄에이터를 채용하여 중앙 피봇 조인트를 중심으로 3 자유도 회전 운동이 가능하도록 하고 상기 제1 및 제2 상하 액츄에이터가 설치되는 지지프레임 및 가동프레임의 설치지점간의 거리를 선택적으로 변화시킴으로써 가동프레임의 유동 특성 및 범위를 변화 시켜 가동프레임에 탑승한 사용자의 운동감을 더욱 실감나게 구현할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 3개의 액츄에이터를 사용하므로 그 구조가 간단하고 제작 비용이 저렴한 장점이 있다.

또한, 본 발명은 제1 및 제2 상하 액츄에이터를 길이가 고정된 상하 링크로 대체함으로써 3가지 회전 운동이 조합된 1 자유도 운동만이 가능한 구조가 더욱 간단하고 제작 비용이 저렴한 체감형 운동 시뮬레이터(simulator)를 제공할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시에 대하여 상세히 설명한다.

실시예1

도2는 실시예1의 개략적 사시도를, 도3는 도2의 우측면도를 나타낸다.

도2를 참조하면 실시예1은 지지프레임(110), 가동프레임(120), 중앙 피봇 조인트(130), 수평 액츄에이터(140), 제1 상하 액츄에이터(150) 및 제2 상하 액츄에이터(160)를 구비하여 중앙 피봇 조인트(130)를 중심으로 3 자유도 회전 운동이 가능한 구성에 관한 것이다.

도2를 참조하면 지지프레임(110)은 실시예1의 나머지 구성요소들을 지지하기 위한 지지몸체이다. 지지프레임(110)은 외부에 고정된다.

도2 및 도3을 참조하면 지지프레임(110)의 상측에는 안착프레임(114)이 돌출 형성되고, 상기 안착프레임(114)에는 중앙 피봇 조인트(130)의 하단부가 고정 연결된다.

도2 및 도3을 참조하면 지지프레임(110)에 고정 설치된 중앙 피봇 조인트(130)는 그 상단부가 가동프레임(120)의 배면에 연결되어 가동프레임(120)의 하중의 일부를 지지한다. 상기 중앙 피봇 조인트(130)는 가동프레임(120)이 지지프레임(110)에 대하여 3 자유도 회전운동이 가능하도록 가동프레임(120)과 지지프레임(110)을 연결하는 조인트이다. 중앙 피봇 조인트(130)로는 일반적으로 볼-소켓 조인트가 널리 사용되지만 가동프레임(120)이 지지프레임(110)에 대하여 3 자유도 회전운동을 가능하게 하는 어떠한 조인트도 사용될 수 있다. 한편, 중앙 피봇 조인트(130)가 볼-소켓 조인트인 경우 소켓부분이 안착프레임(114)에 고정 연결되고, 볼 부분이 가동프레임(120) 배면에 연결될 수 있다.

도2 및 도3을 참조하면 가동프레임(120)의 배면 하측 및 지지프레임(110)의 상면 상측에는 연결돌부(122,112)가 각각 돌출 형성된다.

도2를 참조하면 가동프레임(120)의 연결돌부(122)와 지지프레임(110)의 연결돌부(112) 사이에는 수평 액츄에이터(140)가 연결된다. 상기 수평 액츄에이터(140)는 직선형 액츄에이터로서 로드(rod)(144)와 실린더(146)를 포함한다. 직선형 액츄에이터란 액츄에이터의 양 끝단 사이의 거리가 직선경로를 통하여 변화되는 액츄에이터를 말한다. 즉, 유압 또는 전동 모터 등에 의하여 로드(rod)(144)가 실린더(146)에 직선 슬라이딩되어 인입 및 인출됨으로써 액츄에이터의 양 끝단 사이의 거리가 변화되는 액츄에이터는 직선형 액츄에이터의 예이다.

도2를 참조하면 수평 액츄에이터(140)는 가동프레임(120)에 수평방향 성분을 포함한 힘을 가하여 가동프레임(120)이 중앙 피봇 조인트(130)를 매개로 회전운동 하도록 작동되며, 수평방향의 성분의 힘을 보다 원활하게 전달하기 위하여 가동프레임(120)이 수평 상태인 경우 수평면과 예각을 이루면서 설치되는 것이 바람직하다.

이때 상기 제1 수평 엔드 조인트(141) 및 제2 수평 엔드 조인트(142)는 수평 액츄에이터(140)의 직선운동이 가동프레임(120)의 회전운동으로 원활하게 전달되도록 각각 가동프레임(120)의 연결돌부(122)와 지지프레임(110)의 연결돌부(112)에 설치되어 상기 수평 액츄에이터(140)와 가동프레임(120) 또는 지지프레임(110)간의 3 자유도 회전운동이 가능하도록 연결된다. 상기 제1 수평 엔드 조인트(141) 및 제2 수평 엔드 조인트(142)로 널리 사용할 수 있는 엔드 조인트는 볼-소켓 조인트이지만 그 밖에 이에 결합되는 결합체를 상대적으로 3 자유도 회전운동이 가능하게 하는 어떠한 조인트도 사용될 수 있다.

도2를 참조하면 제1 상하 액츄에이터(150) 및 제2 상하 액츄에이터(160)는 가동프레임(120)에 경사 직선운동을 가하기 위하여 중앙 피봇 조인트(130)와 적정 거리 이격되어 각각 제1 상하 엔드 조인트(151, 161)와 제2 상하 엔드 조인트(152, 162)를 개재하여 가동프레임(120)과 지지프레임(110)에 연결 설치되며 상기 중앙 피봇 조인트(130)와 함께 상기 가동프레임(120)을 지지하게 된다. 이때 가동프레임(120)이 수평 상태인 경우 상기 제1 상하 액츄에이터(150) 및 제2 상하 액츄에이터(160)는 중앙 피봇 조인트(130)를 통과하는 수직면에 대하여 상호 대칭되도록 설치될 수 있는데, 제1 상하 액츄에이터(150) 및 제2 상하 액츄에이터(160)는 중앙 피봇 조인트(130)를 통과하는 수직면에 대하여 소정각도 기울어지게 설치될 수 있다.

상기 제1 상하 액츄에이터(150) 및 제2 상하 액츄에이터(160)는 직선형 액츄에이터이며, 앞서 설명된 수평 액츄에이터(140)와 마찬가지로 로드(rod)(154, 164) 및 실린더(156, 166)를 포함한다.

한편 상기 가동프레임(120)에는 제1 상하 액츄에이터 (150) 및 제2 상하 액츄에이터(160)의 고정을 위한 별도의 연결판(124, 126)이 설치 고정될 수도 있으며, 경우에 따라서는 상기 가동프레임(120)의 구성의 일부로서 일체로 형성될 수도 있다.

도2를 참조하면 하나의 제1 상하 엔드 조인트(151)는 가동프레임(120)이 회전함에 따라 가동프레임(120)과 제1 상하 액츄에이터(150)가 상대 회전 가능하도록 가동프레임(120)의 연결판(124)과 제1 상하 액츄에이터(150)의 일측단을 연결한다. 또한 하나의 제2 상하 엔드 조인트(152)는 가동프레임(120)이 회전함에 따라 제1 상하 액츄에이터(150)와 지지프레임(110)이 상대 회전 가능하도록 제1 상하 액츄에이터(150)의 타측단과 지지프레임(110)을 연결한다. 이때 상기 제1 상하 엔드 조인트(151, 161) 및 제2 상하 엔드 조인트(152, 162)로 널리 사용할 수 있는 조인트는 볼-소켓 조인트이지만 그 밖에 이에 결합되는 결합체를 상대적으로 3 자유도 회전운동이 가능하게 하는 어떠한 조인트도 사용 가능하다.

도2 및 도9를 참조하면 가동프레임(120)이 수평 상태인 경우 제1 상하 액츄에이터(150) 및 제2 상하 액츄에이터(160)는 상기 중앙 피봇 조인트(130)의 중심축을 포함하는 가상평면(VP)을 사이에 두고 병렬로 설치되는 것이 바람직하다. 가상평면(VP)은 제2 상하 엔드 조인트(152, 162)를 이은 선분에 수직하며 상기 중앙 피봇 조인트(130)의 중심축을 포함하는 평면이다. 이때 상기 제1 및 제2 상하 액츄에이터(150, 160)는 도5a, 도5b 및 도6a, 도6b에서 보는 바와 같이 상기 가상평면(VP)에 대하여 소정각도 경사지게 설치될 수도 있으며, 상기 지지프레임과 가동프레임 사이에 설치되고, 상기 중앙 피봇 조인트의 중력방향 수직축을 포함하는 가상평면을 사이에 두고 좌측 및 우측에 대칭으로 설치되며, 상기 지지프레임과 가동프레임과의 설치 점들을 지나가는 가상의 면이 중앙 피봇 조인트와 소정거리 이격되어 있다.

이하, 상기한 실시예1의 작동에 대하여 설명한다.

도2 및 도3을 참조하여 수평 액츄에이터(140) 양 측단 사이의 길이가 변하는 경우에 대하여 설명한다.

로드(rod)(144)와 실린더(146)의 상대 직선운동으로 인하여 수평 액츄에이터(140) 양 측단 사이의 길이가 길어지면, 수평 액츄에이터(140)는 가동프레임(120)에 수평방향 성분의 힘을 포함한 힘을 작용시키게 된다.

그런데, 가동프레임(120)은 일정 부분이 중앙 피봇 조인트(130)에 연결되어 있으므로 가동프레임(120)의 직선운동하지 못하고 중앙 피봇 조인트(130)를 매개로 회전운동하게 된다.

한편, 가동프레임(120)의 회전운동은 제1 상하 액츄에이터(150) 및 제2 상하 액츄에이터(160)의 양 측단 사이의 거리에 의하여 제한된다. 그러나, 제1 상하 액츄에이터(150) 및 제2 상하 액츄에이터(160)가 제1 상하 엔드 조인트(151, 161) 및 제2 상하 엔드 조인트(152, 162)를 통하여 가동프레임(120) 및 지지프레임(110)에 연결되어 있으므로, 가동프레임(120)은 로드(rod)(144)와 실린더(146)의 상대 직선운동 상태에 따라 제한된 범위 내에서 회전운동을 하게 된다. 이때, 수평 액츄에이터(140)는 가동프레임(120)의 회전운동 상태에 따라 제1 수평 엔드 조인트와 제2 수평 엔드 조인트(142)를 통하여 회전운동을 병행하게 된다.

도2 및 도3를 참조하여 제1 및 제2 상하 액츄에이터(150, 160)의 양 측단 사이의 거리가 변하는 경우에 대하여 설명한다.

로드(rod)(154)와 실린더(156)의 상대 직선운동으로 인하여 제1 상하 액츄에이터(150)의 양 측단 사이의 거리가 변화하면, 제1 상하 액츄에이터(150)는 가동프레임(120)에 수직방향 성분의 힘을 포함한 힘을 작용시키게 된다. 그런데, 가동프레임(120)은 일점이 중앙 피봇 조인트(130)에 연결되어 고정되어 있으므로 상기 가동프레임(120)은 중앙 피봇 조인트(230)를 중심으로 회전 운동을 하게 된다.

상기 제1 상하 액츄에이터(150)의 구성 및 작동 메카니즘은 제2 상하 액츄에이터(160)의 경우에도 마찬가지로 적용된다.

따라서 본 발명의 가동프레임(120)은 상기 제1 및 제2 상하 액츄에이터(150, 160)의 직선운동에 의한 회전 운동과 수평 액츄에이터(140)의 직선 경사운동에 의한 회전운동을 포함하여 3 자유도 운동이 가능하게 되는 것이다.

상기 실시예 1의 경우 수평 액츄에이터(140), 제1 및 제2 상하 액츄에이터(150, 160)는 직선형 액츄에이터인 것으로 하였으나, 다른 실시예의 경우 이들 중의 어느 하나 이상을 후술하는 링크형 액츄에이터 또는 기타 형태의 액츄에이터를 적용하는 것도 당연히 가능하다.

한편, 본 발명은 제1 및 제2 상하 액츄에이터(150, 160)가 상기 가동프레임(120)에 연결되는 지점간의 거리와 상기 지지프레임(110)에 연결되는 지점간의 거리를 서로 달리함으로써 상기 가동프레임(120)의 작동방식을 조절할 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 후술하는 실시예 2에서 도5a, 도5b 및 도6a, 도6b와 관련하여 다시 언급하기로 한다.

실시예2

도4는 실시예 2의 개략적 사시도를, 도5a, 도5b 및 도6a, 도6b는 실시예 2의 제1 상하 링크 및 제2 상하 링크의 설치 각도를 달리한 경우의 작동도를 나타낸다.

도4를 참조하면 실시예 2는 지지프레임(210), 가동프레임(220), 중앙 피봇 조인트(230), 수평 액츄에이터(240), 제1 상하 링크(250) 및 제2 상하 링크(260)를 구비하고 있고, 추가적인 보조구성으로서 안착프레임(214), 연결돌부(222, 212), 연결판(224, 226), 수평 액츄에이터(240), 로드(rod)(244), 실린더(246), 제1 수평 엔드 조인트(241), 제2 수평 엔드 조인트(242)를 포함한다. 이들의 기능 및 작동은 위 실시예 1과 중복되는 경우 설명을 생략한다.

도4를 참조하면 제1 상하 링크(250) 및 제2 상하 링크(260)는 양 끝단 사이의 길이가 고정된 막대형 링크로서, 가동프레임(220)과 지지프레임(210) 사이에 연결되어 상기 중앙 피봇 조인트(230)와 함께 가동프레임(220)을 지지하며, 상기 가동프레임(220)과 상기 지지프레임(210)과 각각 제1 상하 엔드 조인트(251, 261)와 제2 상하 엔드 조인트(252, 262)를 매개로 연결되는 구성을 갖는다.

도4를 참조하면 하나의 제1 상하 엔드 조인트(251)는 가동프레임(220)이 회전함에 따라 가동프레임(220)과 제1 상하 링크(250)가 상대 회전 가능하도록 가동프레임(220)의 연결판(224)과 제1 상하 링크(250)의 일측단을 연결하며, 하나의 제2 상하 엔드 조인트(252)는 가동프레임(220)이 회전함에 따라 제1 상하 링크(250)와 지지프레임(210)이 상대 회전 가능하도록 제1 상하 링크(250)의 타측단과 지지프레임(210)을 연결한다. 그리고 다른 하나의 제1 상하 엔드 조인트(261)는 가동프레임(220)이 회전함에 따라 가동프레임(220)과 제2 상하 링크(260)가 상대 회전 가능하도록 가동프레임(220)의 연결판(226)과 제2 상하 링크(260)의 일측단을 연결하며, 다른 하나의 제2 상하 엔드 조인트(262)는 가동프레임(220)이 회전함에 따라 제2 상하 링크(260)와 지지프레임(210)이 상대 회전 가능하도록 제2 상하 링크(260)의 타측단과 지지프레임(210)을 연결한다. 이때 상기 제1 상하 엔드 조인트(251, 261) 및 제2 상하 엔드 조인트(252, 262)로는 볼-소켓 조인트가 널리 사용되지만 그 외에 이에 결합되는 결합체에 대하여 상대적으로 3 자유도 회전운동이 가능하게 하는 어떠한 조인트도 사용할 수 있다.

실시예 2에 따른 본 발명은 상기 실시예 1에서 제1 및 제2 상하 액츄에이터(150, 160) 대신 제1 및 제2 상하 링크(250, 260)를 채용하는 구성으로서 실질적인 작동은 실시예 1에서 제1 및 제2 상하 액츄에이터(150, 160)가 직선 운동하지 않는 경우와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

다만, 도5a, 도5b 및 도6a, 도6b를 참조하면, 제1 및 제2 상하 링크(250, 260)가 상기 가동프레임(220)에 연결되는 지점간의 거리('d1'이라 함)와 상기 지지프레임(210)에 연결되는 지점간의 거리('d2'이라 함)가 서로 다른 경우 상기 가동프레임(220)의 움직임은 달리 나타나게 된다. 즉, 도5a와 같이 상기 제1 및 제2 상하 링크(250, 260)가 상기 가동프레임(220)에 연결되는 지점간의 거리인 d1 이 상기 제1 및 제2 상하 링크(250, 260)가 상기 지지프레임(210)에 연결되는 지점간의 거리인 d2 보다 클 경우(d1>d2 인 경우)에는 도5b에서 보는 바와 같이 상기 가동프레임(220)은 지지프레임(210)에 대하여 볼록한 곡면형태의 궤적을 따라 움직이게 되고, 반대인 경우(d1<d2 인 경우)에는 도6b에서 보는 바와 같이 상기 가동프레임(220)은 지지프레임(210)에 대하여 오목한 곡면형태의 궤적을 따라 움직이게 된다. 이와 같이 제1 및 제2 상하 링크(250, 260)와 가동프레임(220) 및 지지프레임(210)간의 연결구성을 달리 함으로써 상기 가동프레임(220)의 움직임을 다양하게 조절할 수 있으며, 탑승자는 이로 인하여 1 자유도 운동이지만 3가지 회전운동이 조합된 모션 체감을 할 수 있게 되는 것이다. 이때 상기 제1 및 제2 상하 링크(250, 260) 대신 실시예 1에서 다룬 제1 및 제2 상하 액츄에이터(150, 160)를 채용하여 보다 다양하고 다이나믹한 3 자유도 운동을 구현할 수도 있다.

실시예 2의 경우 수평 액츄에이터(240)는 직선형 액츄에이터인 것으로 하였으나, 다른 실시예의 경우 이들 중의 어느 하나 또는 둘은 후술하는 링크형 액츄에이터 또는 기타의 액츄에이터로 대체할 수 있다. 또한, 중앙 피봇 조인트(230)와 함께 가동프레임(220)을 지지하는 지지수단은 제1 상하 링크(250) 및 제2 상하 링크(260)인 것으로 하였으나, 다른 실시예의 경우 제1 상하 링크(250) 및 제2 상하 링크(260) 중의 어느 하나는 액츄에이터로 대체될 수 있다. 대체되는 액츄에이터는 링크형 액츄에이터 또는 기타의 액츄에이터일 수 있음은 물론이다.

실시예 3

도7은 실시예 3의 개략적 사시도를, 도8은 실시예3 의 수평 액츄에이터가 리니어 가이드형 액츄에이터인 경우의 주요부 사시도를 나타낸다.

도7을 참조하면 실시예 3은 지지프레임(310), 가동프레임(320), 중앙 피봇 조인트(330), 수평 액츄에이터(340), 제1 상하 액츄에이터(350) 및 제2 상하 액츄에이터(360)로 구성되고, 추가적인 부가구성으로서 안착프레임(314), 연결돌부(322) 구성을 포한한다. 이들은 실시예 1에서 설명한 것에 준하므로 이하 설명을 생략한다.

도7을 참조하면 가동프레임(320)의 연결돌부(322)와 지지프레임(310) 사이에는 수평 액츄에이터(340)가 연결된다. 수평 액츄에이터(340)는 링크형 액츄에이터로서 수평 메인링크(343), 제2 수평 엔드 조인트(342), 수평 출력링크(344), 기어박스(345) 및 모터(347)를 포함한다.

링크형 액츄에이터란 액츄에이터의 양 끝단 사이의 거리 변화가 상대적으로 회전 가능하도록 연결된 2개의 링크의 상대 회전운동에 의하여 이루어지는 액츄에이터를 말한다. 즉, 수평 메인링크(343)와 수평 출력링크(344)의 상대 회전에 의해 액츄에이터의 양 끝단 사이의 거리가 변화되는 액츄에이터는 링크형 액츄에이터의 예이다.

도7을 참조하면 수평 액츄에이터(340)는 가동프레임(320)이 중앙 피봇 조인트(330)를 이용하여 지지프레임(310)에 대하여 회전운동 가능하도록 연결되고 제1 수평 엔드 조인트(341)와 제2 수평 엔드 조인트(342)를 갖는다. 상기 수평 액츄에이터(340)는 가동프레임(320)에 수평방향 성분을 포함한 힘을 가하여 가동프레임(320)이 중앙 피봇 조인트(330)를 매개로 3 자유도 운동이 가능하도록 하기 위한 것이므로, 가동프레임(320)이 수평 상태인 경우 메인링크(343)는 수평면과 예각을 이루도록 설치되는 것이 바람직하다.

도7을 참조하면 제1 수평 엔드 조인트(341)는 가동프레임(120)이 회전함에 따라 가동프레임(320)과 수평 메인링크(343)가 상대 회전 가능하도록, 가동프레임(320)과 수평 메인링크(343)의 일측단을 연결하고, 제2 수평 엔드 조인트(142)는 가동프레임(320)이 회전함에 따라 수평 메인링크(343)와 수평 출력링크(344)가 상대 회전 가능하도록, 수평 메인링크(343)의 타측단과 수평 출력링크(344)의 일측단을 연결한다. 여기서, 상기 수평 출력링크(344)는 그 타측단이 기어박스(345)에 연결됨으로써 회전하게 되며, 상기 기어박스(345)는 모터(347)에 연결된다.

상기 제1 수평 엔드 조인트(341) 및 제2 수평 엔드 조인트(342)는 일반적으로 볼-소켓 조인트가 널리 사용되지만 그 밖에 이에 결합되는 결합체를 상대적으로 3 자유도 회전운동 가능하게 하는 어떠한 조인트도 사용할 수 있다.

도7을 참조하면 제1 상하 액츄에이터(350) 및 제2 상하 액츄에이터(360)는 링크형 액츄에이터로서 상하 메인링크(353, 363), 상하 출력링크(354, 364), 기어박스(355, 365) 및 모터(357, 367)를 포함하며, 가동프레임(320)과 지지프레임(310) 사이에 제1 상하 엔드 조인트(351, 361)및 제2 상하 엔드 조인트(352, 362)를 개재하여 연결되고, 중앙 피봇 조인트(330)와 함께 가동프레임(320)을 지지하게 된다. 상기 상하 출력링크(354)는 그 타측단이 기어박스(355)에 연결됨으로써 회전하게 되며, 상기 기어박스(355)는 모터(357)에 연결된다.

도7을 참조하면 하나의 제1 상하 엔드 조인트(351)는 가동프레임(320)이 회전함에 따라 가동프레임(320)과 상하 메인링크(353)가 상대 회전 가능하도록 가동프레임(320)과 상하 메인링크(353)의 일측단을 연결하고, 하나의 제2 상하 엔드 조인트(352)는 가동프레임(320)이 회전함에 따라 상하 메인링크(353)와 상하 출력링크(354)가 상대 회전 가능하도록, 상하 메인링크(353)의 타측단과 상하 출력링크(354)의 일측단을 연결한다.

도7을 참조하면 제1 상하 액츄에이터(350)는 가동프레임(320)에 수직방향 성분을 포함한 힘을 가하여 중앙 피봇 조인트(330)와 함께 가동프레임(320)을 지지함과 동시에 가동프레임(320)이 경사운동을 하도록 하기 위한 것이므로, 가동프레임(320)이 수평 상태인 경우 상하 메인링크(353)는 수직면과 예각을 이루도록 설치되는 것이 바람직하다.

제1 상하 엔드 조인트(351)로 널리 사용할 수 있는 엔드 조인트는 볼-소켓 조인트이지만 그 밖에 이에 결합되는 결합체를 상대적으로 3 자유도 회전운동 가능하게 하는 어떠한 조인트도 사용할 수 있다.

도7을 참조하면 제2 상하 액츄에이터(360)를 구성하는 상하 메인링크(363), 제2 상하 엔드 조인트(362), 상하 출력링크(364), 기어박스(365) 및 모터(367)는 상기 제1 상하 액츄에이터(350)에서 설명한 것에 준하므로 이하 설명을 생략한다.

상기한 실시예 3의 경우 수평 메인링크(343) 양측단에는 제1 수평 엔드 조인트(341) 및 제2 수평 엔드 조인트(342)가 구비되고, 상하 메인링크(353, 363)의 양측단에는 제1 상하 엔드 조인트(351, 361) 및 제2 상하 엔드 조인트(352, 362)가 구비되므로, 가동프레임(320)은 중앙 피봇 조인트(330)를 매개로 직선운동과 회전운동을 포함하는 3 자유도 운동이 가능하게 된다.

실시예3의 경우 수평 액츄에이터(340), 제1 상하 액츄에이터(350) 및 제2 상하 액츄에이터(360)는 링크형 액츄에이터인 것으로 하였으나, 다른 실시예의 경우 이들 중의 어느 하나 또는 둘은 후술하는 직선형 액츄에이터 또는 기타의 액츄에이터일 수 있다. 예를 들면, 도8에 도시된 바와 같이 수평 액츄에이터(440)는 리니어 가이드형 액츄에이터일 수 있다. 이때, 수평 메인링크(443)의 양측단에는 제1 수평 엔드 조인트(441) 및 제2 수평 엔드 조인트(442)가 연결될 수 있다.

도1은 종래 구성의 사시도.

도2은 실시예1의 개략적 사시도.

도3는 도2의 우측면도.

도4은 실시예2의 개략적 사시도.

도5a, 도5b 및 도6a, 도6b는 실시예2의 제1 상하 링크 및 제2 상하 링크의 설치 각도를 달리한 경우의 작동도.

도7은 실시예3의 개략적 사시도.

도8은 실시예3의 수평 액츄에이터가 리니어 가이드형 액츄에이터인 경우의 주요부 사시도.

도9는 도2의 중앙 피봇 조인트의 중력방향 수직축을 전방 방향으로 포함하는 가상평면을 도시한 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110:지지프레임 112:연결돌부

114:안착프레임

120:가동프레임 122:연결돌부

124:연결판 126:연결판

130:중앙 피봇 조인트 140:수평 액츄에이터

141:제1 수평 엔드 조인트 142:제2 수평 엔드 조인트

144:로드(rod) 146:실린더

150:제1 상하 액츄에이터 151:제1 상하 엔드 조인트

152:제2 상하 엔드 조인트 160:제2 상하 액츄에이터

161:제1 상하 엔드 조인트 162:제2 상하 엔드 조인트

210:지지프레임 212:연결돌부

214:안착프레임

220:가동프레임 222:연결돌부

224:연결판 226:연결판

230:중앙 피봇 조인트 240:수평 액츄에이터

241:제1 수평 엔드 조인트 242:제2 수평 엔드 조인트

244:로드(rod) 246:실린더

250:제1 상하 링크 251:제1 상하 엔드 조인트

252:제2 상하 엔드 조인트 260:제2 상하 링크

261:제1 상하 엔드 조인트 262:제2 상하 엔드 조인트

310:지지프레임 320:가동프레임

322:연결돌부 330:중앙 피봇 조인트

340:수평 액츄에이터 341:제1 수평 엔드 조인트

342:제2 수평 엔드 조인트 343: 수평 메인링크

344:수평 출력링크 345:기어박스

347:모터

350:제1 상하 액츄에이터 351:제1 상하 엔드 조인트

352:제2 상하 엔드 조인트 353:상하 메인링크

354:상하 출력링크 355:기어박스

357:모터

360:제2 상하 액츄에이터 361:제1 상하 엔드 조인트

362:제2 상하 엔드 조인트 363:상하 메인링크

364:상하 출력링크 365:기어박스

367:모터

441:제1 수평 엔드 조인트 442:제2 수평 엔드 조인트

443:수평 메인링크

Claims

하측에 구비되는 지지프레임과,

상기 지지프레임 상측에 이격되어 설치되는 가동프레임과,

상기 가동프레임과 상기 지지프레임을 연결 지지하는 중앙 피봇 조인트와,

상기 가동프레임이 상기 중앙 피봇 조인트를 중심으로 회전운동 가능하도록 상기 가동프레임과 상기 지지프레임 사이에 설치되어 상기 중앙 피봇 조인트의 중력방향 수직축을 중심으로 하는 회전운동을 만들어 줄 수 있는 수평 액츄에이터와,

상기 지지프레임과 상기 가동프레임 사이에 설치되고, 상기 중앙 피봇 조인트의 중력방향 수직축을 포함하는 가상평면을 사이에 두고 좌측 및 우측에 대칭으로 설치되며, 상기 지지프레임과 상기 가동프레임과의 설치 점들을 지나가는 가상의 면이 상기 중앙 피봇 조인트와 소정거리 이격되어 있는 제1 및 제2 상하 연결 지지수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 체감형 운동 시뮬레이터(simulator)용 운동판.
제1항에 있어서,

상기 제1 및 제2 상하 연결 지지수단은 상기 지지프레임에 연결되는 지점으로부터 상기 가동프레임에 연결되는 지점까지의 거리를 선택적으로 변화시킬 수 있는 액츄에이터인 것을 특징으로 하는 체감형 운동 시뮬레이터용 운동판.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제1 및 제2 상하 연결 지지수단은 상기 지지프레임에 연결되는 지점으로부터 상기 가동프레임에 연결되는 지점까지의 거리를 고정시킨 링크인 것을 특징으로 하는 체감형 운동 시뮬레이터용 운동판.