JP2004521706A

JP2004521706A - モーションシミュレーションパッド

Info

Publication number: JP2004521706A
Application number: JP2003504792A
Authority: JP
Inventors: リム，チャン，ヤン; ヤンチョイ，ミン
Original assignee: デコスインタラクティブインコーポレイテッド; リム，チャン，ヤン
Priority date: 2001-08-29
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2004-07-22
Also published as: KR100366179B1; WO2002102200A1; KR20020074049A; US20040092308A1

Abstract

【課題】シミュレータのサイズを最小化できるシミュレータ構造の設計を行い、小型シミュレータを具現するのに適したモーションシミュレーションパッドを提供する。
【解決手段】下部プレート；支持用ユニバーサルジョイントを介して前記下部プレートから離隔した状態で前記下部プレートの上部に設置される上部プレート；前記上部プレートの上部に回動可能に設置される回転板；及び、前記支持用ユニバーサルジョイントをシーソー軸にして前記上部プレートをシーソー運動させるために、前記上部プレートの２つの支点に駆動力を伝達する２つの駆動手段；を含む。
【選択図】図５ａ

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明はモーションシミュレーションパッドに係り、さらに詳しくは仮想現実（バーチャルリアリティー）体感ゲームなどのための小型軽量及び安価型モーションシミュレーションパッドに関する。
【０００２】
仮想現実（バーチャル・リアリティ、ＶＲ：ＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙ）とは人間感覚の錯誤を誘発させて実際には存在しない現象を現実らしく見せる技術であって、現在はゲームを含む多くの分野で多様に常用されている。このような仮想現実ゲームまたは訓練状況を具現するためのシミュレータとして、従来には油空圧または電気モータを用いたシミュレータが知られているが、本発明はこれを小型化、軽量化すると共に、一般人が安価で購入し、利用できるように改良したモーションシミュレーションパッドに関する。
【０００３】
（従来の技術）
従来の油空圧を用いたシミューレータに関連した大韓民国特許公開第９９−００７１４２６号公報はモーションベース装置は、下部プレートと、前記下部プレートの上側に下部プレートから一定間隔を置いて位置し、搭乗機が設置される上部プレートと、前記下部プレートと上部プレートとの間に三角構図で配置され、上部プレートを上下運動及び揺動運動させる３つの油圧シリンダと、前記３つの油圧シリンダのそれぞれの作動のために油圧動力を提供する油圧提供手段とから構成され；前記３つの油圧シリンダのうち第１シリンダは前記下部プレート上に固設され、自由屈折手段を介して前記上部プレートと連結され、第２シリンダと第３シリンダは下部プレート及び上部プレートに自由屈折手段を介してそれぞれ連結されることを特徴とする。
【０００４】
しかし、このような油空圧式シミュレータは高価という点以外にも、大きい騒音と汚染問題を引き起こすという問題点があった。このため家庭用モーションシミューレータとしての製作は不可能であった。即ち、従来のブース型の大サイズと高価の価格を有する大型シミュレータの場合は、家庭や小型ゲームセンターで使用できないという不具合があった。したがって、最近一般家庭へのコンピュータ普及の普遍化に伴い、ゲーム用小型モーションシミュレータの必要性が高まっているにも関らず、それに対応できないという問題点があった。
【０００５】
このような要請に応じ、電気モータを用いたモーションシミュレータが現われはじめた。図１は電気モータを用いたモーションシミュレータであって、大韓民国実用新案登録第１７３３９９号の仮想現実用３次元シミュレータの構成の概略図である。
【０００６】
前記図１のシミュレータは、下部支持フレーム１上にそれぞれ設置されたブラケット２に設けられたボールスクリューを内蔵したシリンダ６と、サボモータ８により左右回転するボールスクリューによって昇降する昇降作動具１６と、前記昇降作動具１６の上端に設置されたユニバーサルジョイント１７と、前記ユニバーサルジョイント１７の上方に固定した上部作動板１８と、前記ブラケット２を固定する下部支持フレーム１の下方に、シミュレータ本体を回転させる回転手段１９（１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄ、１９Ｅ、１９Ｆ）とを備えることを特徴とする。
【０００７】
未説明符号５はプーリハウジング、２５はカプセル、２６はシミュレータカバー、２７は椅子である。
【０００８】
プーリハウジング５内には、サボモータ８の軸に設置される主プーリにかけられたベルトの他端をかける従動プーリを設け、従動プーリの中心部には右螺子部を有するボールスクリューを立設し、前記ボールスクリューの下端にはキャリッジハウジング内の左螺子部を有するキャリッジを螺合する。
【０００９】
図２は従来の他の電気モータを用いたシミュレータであって、大韓民国特許公開第１９９９−００４３６４９号公報は仮想現実体感用シミュレータの構成の概略図である。
【００１０】
その概略的な構成は、下部支持板１１０の上部に設置される遊動板１２０と；前記遊動板１２０の周縁部に回転可能に結合される回転棒１３０（１３１、１３２；１３３、１３４；１３５、１３６）と；上端部がユニバーサルジョイント１６０で前記各回転棒１３０（１３１、１３２；１３３、１３４；１３５、１３６）にそれぞれ連結され、下端部がボールジョイント１７０で前記下部支持板１１０にそれぞれ連結される作動要素１５０と；前記作動要素１５０を作動させるための駆動手段１９０と；を含んで構成されることを特徴とする。
【００１１】
ここで、前記駆動手段１９０は、前記下部支持板１１０の上部に配置される中間支持板１９１上に結合される複数のモータ１９２と、一端部が前記モータ１９２の出力軸に軸着され、他端部が前記作動要素１５０の中間部に軸着されるレバー１９４とから構成される。また、前記遊動板１２０の上部には椅子が結合される。
【００１２】
未説明符号１０１は支え板、１０２は支え棒、１７１はボールソケット、１７２はボールである。
【００１３】
しかし、図１及び図２のシミュレータはシミュレータのサイズを最小化するのに限界があって、小型シミュレータの実現に難点があった。また、回転及び振動出力機能を備えていないので、最近多様化しつつあるシミュレーションゲームに添えられないという限界があった。また、シミュレータが出力手段としてのみで使用されるので、ユーザにシミュレータとの一体感を感じさせにくいという問題点があった。また図１のシミュレータはベルト伝動による３軸制御方式を、図２のシミュレータは基本的にリンク折を介する３軸制御方式をそれぞれ採用することにより、制御しにくくなる。特に図１の場合、ベルト伝動の特性と言える低い精密度のため、シミュレータの全体的な精密制御が難しく、ベルトの老巧化のため、シミュレータの耐久性に問題点があった。
【００１４】
【特許文献１】韓国特許公開第９９−００７１４２６号公報
【特許文献２】韓国実用新案登録第１７３３９９号
【特許文献３】韓国特許公開第１９９９−４３６４９号公報
【００１５】
（発明が解決しようとする課題）
本発明はかかる従来の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、シミュレータのサイズを最小化できるシミュレータ構造の設計を行い、小型シミュレータを具現するのに適したモーションシミュレーションパッドを提供することにある。
【００１６】
本発明の他の目的は、モーションシミュレーションパッドの設置及び移動が容易で、パソコン／ゲーム機器などとの連結が容易であって、一般人がゲームセンターを利用しなくても家庭でシミュレーションゲームなどを簡便に楽しむべく、ノートパソコン程度のサイズで椅子または床上に置いて使用できるようにすることにより、安価及び小型化を実現したモーションシミュレーションパットを提供することにある。
【００１７】
本発明のまた他の目的は、モーションシミュレーションパッドに回転及び振動出力機能を与えることにより、多様化しつつあるシミュレーションゲームに対応して力動的なモーションを創出し得るモーションシミュレーションパッドを提供することにある。
【００１８】
本発明のまた他の目的は、シミュレータが両方向入出力機構として機能できるようにし、ユーザの動作をシミュレータが認識してこれをゲーム構成の一部として使用し得るモーションシミュレーションパッドを提供することにある。
【００１９】
本発明のまた他の目的は、モーションシミュレーションパッドにシーソー動作による２軸駆動方式を採用することにより、制御の容易性を実現し、耐久性面でも優れたモーションシミュレーションパッドを提供することにある。
【００２０】
（課題を解決するための手段）
本発明のモーションシミュレーションパッドは、下部プレート；支持用ユニバーサルジョイントを介して前記下部プレートから離隔した状態で前記下部プレートの上部に設置される上部プレート；前記上部プレートの上部に回動可能に設置される回転板；及び、前記支持用ユニバーサルジョイントをシーソー軸にして前記上部プレートをシーソー運動させるために、前記上部プレートの２つの支点に駆動力を伝達する２つの駆動手段；を含むことを特徴とする。
【００２１】
本発明の好適な具体例によれば、前記駆動手段は、前記下部プレートに固設されるスクリュー方式の推力モータ；及び、一端は前記推力モータの往復動モータ軸に連結され、他端は前記上部プレートに連結され、前記上部プレートがシーソー運動を行えるように前記モータ軸の推力運動を前記上部プレートに伝達する媒介機能を果たす電動用ユニバーサルジョイント；を含む。
【００２２】
前記推力モータの代わりに多様な具体例が可能なのは言うまでもない。例えば、一般的なモータとベベルギヤ対及びスクリューギヤ対を推力モータの代わりに使用することができる。動力伝達経路において、水平のモータ軸を有するモータの駆動力はそのモータ軸に設置された駆動側ベベルギヤに伝達される。次いで、前記駆動力は駆動側ベベルギヤに噛み合っている従動側ベベルギヤに伝達される。その後、その駆動力は従動側ベベルギヤの回転により、従動側ベベルギヤ軸に設置された駆動軸スクリューギヤに伝達される。次に、駆動軸スクリューギヤの回転により、駆動側スクリューギヤに噛み合っている従動側スクリューギヤは往復動運動をすることになる。前記往復動運動は電動用ユニバーサルジョイントを介して上部プレートに伝達される。
【００２３】
本発明の好適な具体例によれば、前記上部プレートには、前記回転板を回転駆動するための回転出力モータが設置される。
【００２４】
本発明の好適な具体例によれば、前記上部プレートには、前記回転板の回転運動を検出するための回転検出器が設置される。
【００２５】
本発明の好適な具体例によれば、前記モーションシミュレーションパッドは前記モータ軸の変位量を検出するための変位検出器を含む。
【００２６】
本発明の好適な具体例によれば、前記上部プレートには、前記上部プレートを振動駆動するための振動モータが設置される。振動モータは振動の大きさが異なるモータを用いてモータの振動量を可変することができ、各振動モータの有機的な組み合わせにより、多様な振動をユーザに提供することができる。
【００２７】
前記回転検出器及び変位検出器としては、センサ又はスイッチを使用することができ、センサが使用される場合にも非接触式又は接触式を選択的に使用することができる。
【００２８】
（発明の実施の形態）
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
図３は本発明の好適な具体例に係るモーションシミュレーションパッドの分解斜視図である。同図に示すように、図３のモーションシミュレーションパッドの下部プレート２００、上部プレート３００、回転板４００及び駆動手段を含む。
【００２９】
上部プレート３００は支持用ユニバーサルジョイント３１０を介して下部プレート２００と連結される。
【００３０】
駆動手段は推力モータ５１０と電動用ユニバーサルジョイント５６０とからなる。推力モータ５１０の出力は電動用ユニバーサルジョイント５６０を介して上部プレート３００に伝達される。したがって、全体的な上部プレート３００の運動は、支持用ユニバーサルジョイント３１０をシーソー軸とし、電動用ユニバーサルジョイント５６０を介した外力によってシーソー運動を行う。前記ユニバーサルジョイント５６０の代わりにボールジョイントを使用し得る。従来のシミュレータが３軸、４軸または６軸の形でモーションを作り出すに反し、図３のモーションシミュレーションパッドは僅か２軸のシーソー作用による小さな力で相応のモーションを作ることができるという長所を持つ。
【００３１】
推力モータ５１０は、ロータの回転により、ロータに螺合しているモータ軸が往復動運動を行い、前記モータ軸の往復動運動は電動用ユニバーサルジョイント５６０を介して上部プレート３００に伝達される。この際、モータとしてはＡＣ／ＤＣモータ、サボモータ、パンケーキモータなど多様な方式のモータを使用することができる。
【００３２】
下部プレート２００は２段プレート型にし、下端プレート２３０に推力モータ５１０が装着される。推力モータ５１０としてはスクリュー方式の推力モータが使用されるが、往復動運動をするモータ軸にはモータ軸ブロック５２０が装着される。
【００３３】
モータ軸ブロック５２０には案内ローラ５３０が装着され、前記案内ローラ５３０は下部プレート２００の下端プレート２３０と上端プレート２１０との間を連結する垂直プレート２２０との接触ロール運動により、モータ軸ブロック５２０の円滑な往復動運動を案内する。また、モータ軸ブロック５２０の往復動運動による変位は変位検出器５４０によって検出され、これによりゲーム機本体とのフィードバック制御によって精密な制御が可能になる。変位検出器５４０としては、例えば可変抵抗式の検出器を使用することができる。未説明の符号５５０は回路基板である。
【００３４】
下部プレート２００と上部プレート３００との間にスプリング２４０を設けることにより、ユーザにスムーズな作動性能を提供すると共に、振動に対する機械的耐性を上昇させる。
【００３５】
上部プレート３００の下部には振動モータ３２０が装着される。前記振動モータ３２０の振動出力は上部プレート３００を介して回転板４００に伝達され、その振動がユーザに生動感を感じさせる。
【００３６】
上部プレート３００と回転板４００との間には回転出力モータ３３０が組み込まれる。前記回転出力モータ３３０は、例えばゲームプログラムの制御により、回転板４００を介して回転出力をユーザに伝達することにより、生動感あるシミュレーションを実現する。
【００３７】
また、上部プレート３００と回転板４００との間には回転検出器３４０が設置される。前記回転検出器３４０は、ユーザが回転板４００を回転させることにより、ゲーム機本体に対して入力手段として活用される。前記回転検出器３４０についてさらに詳しく説明すると、例えばユーザが回転板４００上に着席して身体を左右に回転させると、ユーザの動作は回転板４００及び回転検出器３４０を介してゲーム機本体に伝達されゲームに反映される。即ち、飛行モーションシミュレーションの場合、ユーザが身体を左側に回転させると、これによりゲーム機のモニタにディスプレイされる飛行機模型をも左側に旋回飛行するようにプログラムを構成する。
【００３８】
前記回転出力モータ３３０及び回転検出器３４０は、その回転軸が水平に位置するように設置される。前記回転軸には、上部プレート３００及び回転板４００の間で上部プレート３００及び回転板４００と接触ロール運動を行うことにより、上部プレート３００に対する回転板４００の回転運動を出力するか、入力されるローラが装着される。
【００３９】
また、上部プレート３００と回転板４００との間にはベアリング（軸受）４１０が設けられる。図３にボールベアリングが示されている。
【００４０】
図３のモーションシミュレーションパッドは、例えば中心軸が２方向１５°の動作を行えるように設計し、これによりユーザは全方向ローリングとピッチング動作を体感することができ、また例えばシートポジションに３０度回転可能な回転板４００を取り付けることにより、パソコン／ゲーム機に入力またはモーションシミュレーションパッドへの出力時におけるローリング効果を極大化することができる。
【００４１】
図３のモーションシミュレーションパッドは訓練シミュレータやゲームシミュレータなどに備えられるモーションベース装置または３次元シミュレータとして使用され、特に前後左右作動、回転作動及び振動を有機的に行い、仮想的な模擬娯楽、模擬飛行、模擬運転などに適しているという長所を持つ。従来の大型油空圧式シミュレータの大型性、高価性、高騒音性などの問題点を解決して携帯性及び家庭用としての適用性を高めるために、単純に椅子または床上に置いて使用することができ、また図３のモーションシミュレーションパッドはコンピュータやゲーム機器に容易に連携して使用することができるという長所を持つ。
【００４２】
図４ａは図３のモーションシミュレーションパッドの概略右側面図である。同図に示すように、図４ａのモーションシミュレーションパッドは、椅子上に３〜４ｃｍ間隔で２つのプレートを位置させ、推力モータ５１０などの駆動手段を椅子の前部に設置することにより、小型モータの出力のみで大きい力を出すことができる構造と動力伝達方式とを使用している。
【００４３】
勿論、駆動手段などを椅子のクッション部分に挿入し、シミュレーション専用椅子を構成することもできる。
【００４４】
図４ａのモーションシミュレーションパッドを、椅子の背や椅子の頭のところに装着可能なサラウンド立体音響システムと連携して使用することにより、一層生動感を高めることができる。また、ヘッドピース（立体眼鏡）、ドライブ・ホイール、ドライブ・ペダル、ジョイスティック、振動マウスなどと連動させることにより、リアリティをさらに極大化することができる。
【００４５】
図４ａのモーションシミュレーションパッドはシリアル通信またはＵＳＢ通信を介してパソコン／ゲーム機に接続され、従来のフォース・フィードバック信号や機器動作のモーションコードを受けてＤＣ推力モータ５１０を制御し、しかも直接垂直のモータ軸を前述の可変抵抗にて制御することにより、体感及び反応速度を高める。
【００４６】
未説明の符号３５０はカバーである。カバーは異物によるモーションシミュレーションパッドの損傷、安全事故などを防止する役割を果たす。
【００４７】
図４ｂは図４ａのモーションシミュレーションパッドにおけるモータ軸ブロック５２０、電動用ユニバーサルジョイント５６０及び支持用ユニバーサルジョイント３１０の力学関係をモーションシミュレーションパッドの右側面から示す説明図である。
【００４８】
図５ａは図３のモーションシミュレーションパッドの概略正面図であり、図５ｂは図５ａのモーションシミュレーションパッドにおけるモータ軸ブロック５２０、電動用ユニバーサルジョイント５６０及び支持用ユニバーサルジョイント３１０の力学関係をモーションシミュレーションパッドの正面から示す説明図である。
【００４９】
推力モータ５１０の運動によるモータ軸の往復動運動による基本８方向の上下降運動を表１に示す。方向は、モーションシミュレーションパッドを上から見下ろした時を基準として、左側面、右側面、正面及び背面をそれぞれ東、西、南及び北にした。
【００５０】
【表１】

【００５１】
基本８方向モーションの他に所望のモーションに合わせた変位検出器５４０信号を把握して多様なフィードバック制御方式にて検出誤差を最小化すると、さらに多様な方向のモーションと位置制御が可能である。
【００５２】
図６は図３のモーションシミュレーションパッドの概略平面図である。
【００５３】
表２は回転板４００の時計方向または反時計方向の回転に対して、入出力形態によるゲーム機本体とユーザとの相互作用の例を示す。
【００５４】
【表２】

【００５５】
（発明の効果）
本発明は安価な小型シミュレータを具現するのに適したモーションシミュレーションパッドを提供することができる。
【００５６】
本発明は一般人がゲームセンターを利用しなくても家庭でシミュレーションゲームなどを簡便に楽しむことができる。
【００５７】
本発明は回転及び振動出力機能を提供することにより、多様化しつつあるシミュレーションゲームに対応して力動的なモーションを創出し得るモーションシミュレーションパッドを提供することができる。
【００５８】
本発明はシミュレータが両方向入出力機構として機能できるようにし、ユーザの動作をシミュレータが認識してそれをゲーム構成の一部として使用することができる。
【００５９】
本発明はシーソー動作による２軸駆動方式を採用することにより、制御の容易性を実現し、耐久性面でも優れたモーションシミュレーションパッドを提供することができる。
【００６０】
さらに、本発明は明細書に開示された特定の実施例に限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者によって本発明の技術的思想を外れない範囲内で修正または変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
従来の電気モータを用いたシミューレータであり、大韓民国実用新案登録第１７３３９９号の仮想現実用３次元シミュレータの構成を示す概略図である。
【図２】
従来の他の電気モータを用いたシミューレータであり、大韓民国特許公開第１９９９−４３６４９号公報の仮想現実体感用シミューレータの構成を示す概略図である。
【図３】
本発明の好適な具体例に係るモーションシミュレーションパッドの分解斜視図である。
【図４】
図４ａは図３のモーションシミュレーションパッドの概略右側面図であり、図４ｂは図４ａのモーションシミュレーションパッドにおけるモータ軸ブロック、電動用ユニバーサルジョイント及び支持用ユニバーサルジョイントの力学関係をモーションシミュレーションパッドの右側面から示す説明図である。
【図５】
図５ａは図３のモーションシミュレーションパッドの概略正面図であり、図５ｂは図５ａのモーションシミュレーションパッドのにおけるモータ軸ブロック、電動用ユニバーサルジョイント及び支持用ユニバーサルジョイントの力学関係をモーションシミュレーションパッドの正面から示す説明図である。
【図６】
図３のモーションシミュレーションパッドの概略平面図である。
【符号の説明】
２００下部プレート
３００上部プレート
３１０支持用ユニバーサルジョイント
３２０振動モータ
３３０回転出力モータ
３４０回転検出器
４００回転板
４１０ベアリング
５１０推力モータ
５４０変位検出器
５６０電動用ユニバーサルジョイント

Claims

下部プレート；
支持用ユニバーサルジョイントを介して前記下部プレートから離隔した状態で前記下部プレートの上部に設置される上部プレート；
前記上部プレートの上部に回動可能に設置される回転板；及び、
前記支持用ユニバーサルジョイントをシーソー軸にして前記上部プレートをシーソー運動させるために、前記上部プレートの２つの支点に駆動力を伝達する２つの駆動手段；を含むことを特徴とするモーションシミュレーションパッド。
前記駆動手段は、
前記下部プレートに固設されるスクリュー方式の推力モータ；及び、
一端は前記推力モータの往復動モータ軸に連結され、他端は前記上部プレートに連結され、前記上部プレートがシーソー運動を行えるように前記モータ軸の推力運動を前記上部プレートに伝達する媒介機能を果たす電動用ユニバーサルジョイント；を含むことを特徴とする請求項１記載のモーションシミュレーションパッド。
前記上部プレートには、前記回転板を回転駆動するための回転出力モータが設置されることを特徴とする請求項１または２記載のモーションシミュレーションパッド。
前記上部プレートには、前記回転板の回転運動を検出するための回転検出器が設置されることを特徴とする請求項１または２記載のモーションシミュレーションパッド。
前記モーションシミュレーションパッドは前記モータ軸の変位量を検出するための変位検出器を含むことを特徴とする請求項１または２記載のモーションシミュレーションパッド。
前記上部プレートには、前記上部プレートを振動駆動するための振動モータが設置されることを特徴とする請求項１または２記載のモーションシミュレーションパッド。