JP2015509765A

JP2015509765A - ４自由度モーション装置

Info

Publication number: JP2015509765A
Application number: JP2014555482A
Authority: JP
Inventors: スチェ、ジョン
Original assignee: CJ 4DPLEX Co Ltd
Current assignee: CJ 4DPLEX Co Ltd
Priority date: 2012-02-01
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2015-04-02
Also published as: EP2623173B1; CN103244801B; US20140290400A1; KR101220787B1; CA2863570A1; EP2623173A1; MX2014009425A; CN103244801A; AU2013200477A1; WO2013115539A1

Abstract

本発明による４自由度モーション装置は、地面に接する下部プレート１１；前記下部プレート１１の上方に離間して位置する中央プレート１２；前記下部プレート１１と前記中央プレート１２との間に位置し、駆動形態に応じて、３自由度モーションを実現し得る３つのアクチュエータ２１、２２、２３；前記３つのアクチュエータ２１、２２、２３の間に位置し、下端が前記下部プレート１１にボルト締結３１で結合され、上端が前記中央プレート１２の下部にユニバーサルジョイント３２で結合されるスプライン３０；前記中央プレート１２の上方に離間して位置する上部プレート１３；及び、前記中央プレート１２と前記上部プレート１３との点接触又は面接触を通じて、さらに１自由度モーションを実現し得る連結手段４０；を備えることを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、４自由度モーション装置に関し、より詳しくは、下部、中央プレート、これらの間に位置する３つのアクチュエータ、及びスプラインにより３自由度（ｐｉｔｃｈ、ｒｏｌｌ、ｈｅａｖｅ）モーションを実現し、中央プレートと上部プレートとの間に設けられた連結手段により１自由度（ｓｗａｙ）モーションをさらに実現することができる、４自由度モーション装置に関する。

飛行機や船舶のような装備は、６自由度（６ＤｅｇｒｅｅｓｏｆＦｒｅｅｄｏｍ）モーションを実現するようになる。図１に示されるように、６自由度モーションとは、ｚ軸を中心にして回転するヨーイング（ｙａｗｉｎｇ）、ｘ軸を中心にしてｙ軸が左右に回転するロール（ｒｏｌｌ）、ｙ軸を中心にしてｚ軸が上下に回転するピッチ（ｐｉｔｃｈ）、ｚ軸上で直線往復運動するヒーブ（ｈｅａｖｅ）、ｙ軸上で直線往復運動するサージ（ｓｕｒｇｅ）、ｘ軸上で直線往復運動するスウェイ（ｓｗａｙ）の、６つの仮想のモーションのことを指す。油圧アクチュエータの駆動により自由度モーションを実現する自由度モーション装置は、最初に、飛行訓練のための軍事用に開発された。しかし、このような自由度モーション装置は、科学技術とコンピュータグラフィック技術の発達により、軍事用だけでなく、鉄道、船舶のような民間訓練装置として漸次に発展している。さらに、このような自由度モーション装置は、安定性及びコストの問題から、実際に訓練することが困難な走行をシミュレートして実現することができるようにリアルタイムで周辺の画像が変化するようなシステムを介してブルドーザーやクレーンのような特殊建設装備の運転者向けに使用されている。

最近、生活が豊かになり、余暇時間が多くなるに従い、このような自由度モーション装置は、軍事目的や訓練目的だけでなく、遊園地、ゲームシミュレータ、３Ｄ映画館など、エンターテインメント向けに使用されている。

従来、映画分野で使用されている自由度モーション装置では、一般に、アクチュエータにより３自由度（ロール、ピッチ、ヒーブ）モーションのみを実現していた。しかし、このような３自由度モーションのみを実現する場合は、映画に出る様々な形態のモーションを実現することができないため、観覧客の興味が低下し、また、４自由度以上のモーションを実現するためには、多数の装置を設ける必要があり、装置が複雑化し、製造コスト及びメンテナンスコストが上昇するという問題点があった。

また、従来、３自由度モーション装置では、アクチュエータとプレートとがヒンジ結合され、アクチュエータが結合された部位に、曲げモーメント（ｂｅｎｄｉｎｇｍｏｍｅｎｔ）やねじり（ｔｏｒｓｉｏｎ）負荷が発生することがあり、これにより、結合部位に欠陥が生じて、装備の取替えコストが増加し、最悪の場合は、作動中に結合部位が破損してしまい、大きな人身事故を誘発する恐れがあるという問題点があった。

さらに、従来、３自由度モーション装置では、スプラインを有しておらず、他の自由度を拘束しながら発生する力をアクチュエータのみが支えるような構造であるため、高荷重に対するモーション装置の構造的な安定性が十分でなく、自由度モーションの精密な調節を円滑に行うことができないという問題点があった。

大韓民国公開特許公報第１０−２０１１−００３００９７号

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、上部プレートと中央プレートとが、点接触又は面接触して、１自由度（ｓｗａｙ）モーションをさらに実現し、また、スプラインにより精密な自由度モーションを実現し、これらを制御することができる、４自由度モーション装置を提供することにある。

本発明の目的を達成するための本発明による４自由度モーション装置は、地面に接する下部プレート；前記下部プレートの上方に離間して位置する中央プレート；前記下部プレートと前記中央プレートとの間に位置し、駆動形態に応じて３自由度モーションを実現し得る３つのアクチュエータ；前記３つのアクチュエータの間に位置し、下端が前記下部プレートにボルト締結で結合され、上端が前記中央プレートの下部とユニバーサルジョイントで結合されるスプライン；前記中央プレートの上方に離間して位置する上部プレート；及び、前記中央プレートと前記上部プレートとの点接触又は面接触を通じて、さらに１自由度モーションを実現し得る連結手段；を備える。

また、本発明による４自由度モーション装置の好適な他の実施例に係る４自由度モーション装置の３つのアクチュエータは、三角形状をなすように位置付けられるが、それぞれのアクチュエータは、前記下部プレートに固定設置される駆動モータ；前記駆動モータの一側に連結され、前記駆動モータの回転を減速する減速機；前記駆動モータの他側にボールジョイントで連結されるクランクアーム；前記クランクアームの一端にボールジョイントで連結されるプッシュロッド；前記中央プレートの下部に締結される固定ブラケット；及び、前記プッシュロッドの一端を前記固定ブラケットに連結させるユニバーサルジョイント；をさらに備えることができる。

また、本発明による４自由度モーション装置の好適な他の実施例に係る４自由度モーション装置のスプラインは、３つのアクチュエータが位置付けられる前記三角形状の内部に位置し、前記中央プレートと前記上部プレートとから伝達される荷重を支えるため、前記スプラインの外周面に設けられる弾性部材をさらに備えることができる。

また、本発明による４自由度モーション装置の好適な他の実施例において、弾性部材は、スプリングからなることができる。

また、本発明による４自由度モーション装置の好適な他の実施例において、連結手段は、１つ以上のボールベアリング又はローラベアリングからなることができる。

本発明に係る４自由度モーション装置によれば、スプラインを備え、自由度モーションの精密な制御を行い、かつ各アクチュエータに作用する荷重を支えているため、装備の性能及び安定性を向上できるという効果が得られる。

また、本発明に係る４自由度モーション装置によれば、１自由度（スウェイ）モーションを、上部プレートとボールベアリング又はコーラベアリングにより実現することができるため、製作コスト及び製作時間が削減され、また、様々な自由度モーションを実現することで、観客の満足感を向上できるという効果が得られる。

さらに、本発明に係る４自由度モーション装置によれば、アクチュエータ及びスプラインの連結を、ユニバーサルジョイント、ボールジョイントを用いて、各連結部位が受ける曲げ応力やねじりを最小化することで、装備の寿命が増大し、安定性を向上できるという効果が得られる。

４自由度モーションを示す概念図である。本発明の好適な実施例に係る４自由度モーション装置の正面図である。本発明の好適な実施例に係る４自由度モーション装置の側面図である。図３に示された４自由度モーション装置において上部プレートと中央プレートとが取り除かれた状態の斜視図である。図４中のＡ部分を拡大した斜視図である。図４中のＢ部分を拡大した斜視図である。連結手段の詳細図である。

本発明の好適な実施例を添付の図面を参照して説明する。先ず、各図面の構成要素に参照符号を付するが、同じ構成要素には同じ参照符号を付している。

図２は、本発明の好適な実施例に係る４自由度モーション装置１の正面図であり、図３は、本発明の好適な実施例に係る４自由度モーション装置１の側面図である。図４は、図３に示された４自由度モーション装置１において、上部プレート１３と中央プレート１２とが取り除かれた状態の斜視図である。図５は、図４中のＡ部分を拡大した斜視図であり、図６は、図４中のＢ部分を拡大した斜視図である。図７は、連結手段の詳細図である。

本発明による４自由度モーション装置１は、下部プレート１１、中央プレート１２、３つのアクチュエータ２１、２２、２３、スプライン３０、上部プレート１３及び連結手段４０から構成される。

図２〜図４に示されるように、下部プレート１１は、地面に接して位置する。中央プレート１２は、下部プレート１１の上方に離間して位置する。３つのアクチュエータ、即ち、第１、第２、第３のアクチュエータ２１、２２、２３が、下部プレート１１と中央プレート１２との間に位置する。３つのアクチュエータ２１、２２、２３が、駆動形態に応じて、３自由度モーション（ロール、ピッチ、ヒーブ）を実現することが可能である。即ち、ロールモーション（ｒｏｌｌｍｏｔｉｏｎ）を実現する場合は、第２のアクチュエータ２２又は第３のアクチュエータ２３のうちのいずれか一方が上昇し、上昇しない他方のアクチュエータは、下降する。ピッチモーション（ｐｉｔｃｈｍｏｔｉｏｎ）を実現する場合は、第２、第３のアクチュエータ２２、２３は両方とも上昇し、第１のアクチュエータ２１は下降し、又は、第２、第３のアクチュエータ２２、２３は両方とも下降し、第１のアクチュエータ２１は上昇する。ヒーブモーション（ｈｅａｖｅｍｏｔｉｏｎ）を実現する場合は、第１、第２、第３のアクチュエータ２１、２２、２３がいずれも上昇し、又は、３つのアクチュエータ２１、２１、２３がいずれも下降するようになる。

図５に示されるように、本発明の好適な他の実施例において、第１、第２、第３のアクチュエータは、三角形状をなすように位置付けられる。即ち、図４に示されたように、第１のアクチュエータ２１が三角形状の頂点に位置し、第２及び第３のアクチュエータ２２、２３は、三角形状の底辺上に位置するようになる。第１、第２、第３のアクチュエータ２１、２２、２３は、それぞれ、下部プレート１１に固定設置される第１、第２、第３の駆動モータ５１、５２、５３を備えている。なお、第１、第２、第３の駆動モータ５１、５２、５３は、ボルト締結又は溶接により下部プレート１１に結合されるが、これに限定されない。第１、第２、第３の減速機６１、６２、６３が第１、第２、第３の駆動モータ５１、５２、５３の一側にそれぞれ連結され、第１、第２、第３の駆動モータ５１、５２，５３の回転を調節する。第１、第２、第３のクランクアーム７１、７２、７３の一端が第１、第２、第３の駆動モータ５１、５２、５３の他側に第１、第２、第３のボールジョイント１１１、１１２、１１３でそれぞれ連結される。第１、第２、第３のクランクアーム７１、７２、７３の他端は、第１、第２、第３のボールジョイント１２１、１２２、１２３で第１、第２、第３のプッシュロッド８１、８２、８３の一端にそれぞれ連結される。第１、第２、第３の固定ブラケット９１、９２、９３が中央プレート１２の下部に締結される。なお、第１、第２、第３の固定ブラケット９１、９２、９３は、ボルト締結又は溶接により中央プレート１２の下部に結合されるが、これに限定されない。第１、第２、第３のプッシュロッド８１、８２、８３の他端は、第１、第２、第３のユニバーサルジョイント１０１、１０２、１０３により第１、第２、第３の固定ブラケット９１、９２、９３にそれぞれ連結される。それぞれのクランクアーム７１、７２、７３とプッシュロッド８１、８２、８３とがボールジョイント１１１、１１２、１１３、１２１、１２２、１２３で連結され、それぞれのプッシュロッド８１、８２、８３と中央プレート１２とがユニバーサルジョイント１０１、１０２、１０３で締結されることで、連結部位が受ける曲げ応力や軸荷重を最小化して、アクチュエータの寿命を増大させ、かつ安定性を向上させることができる。

スプライン３０は、３つのアクチュエータ２１、２２、２３の間に位置する。スプライン３０の下端は、下部プレート１１にボルト締結３１で結合される。スプライン３０の上端は、中央プレート１２の下部にユニバーサルジョイント３２で結合される。

図６に示されるように、本発明の好適な実施例において、スプライン３０は、第１、第２、第３のアクチュエータ２１、２２、２３の配置形態である三角形状の内部に位置する。また、このような実施例において、スプライン３０は、中央プレート１２と上部プレート１３から伝達される荷重を支えるため、スプライン３０の外周面に設けられる弾性部材３３を備えている。好ましくは、弾性部材３３は、スプリングからなる。スプライン３０は、本発明による４自由度モーション装置１を、映画の内容に合うように精密な制御を行うことができ、それぞれのアクチュエータ２１、２２、２３に作用する荷重を支えることで、装置の安定性を向上させることができる。

上部プレート１３が中央プレート２１の上方に離間して位置する。中央プレート１２と上部プレート１３とは、連結手段４０により連結される。図７に示されたように、本発明の好適な他の実施例において、前記連結手段４０は、１つ以上のボールベアリング又はローラベアリングからなる。若し、中央プレート１２と上部プレート１３とがボールベアリングで連結される場合、中央プレート１２と上部プレート１３とは、点接触して、ｘ軸方向に直線往復運動する１自由度（ｓｗａｙ）をさらに実現することができる。若し、中央プレート１２と上部プレート１３とがローラベアリングで連結される場合、中央プレート１２と上部プレート１３とは、面接触して、ｘ軸方向に直線往復運動する１自由度（ｓｗａｙ）を実現することができる。

図示していないが、上部プレート１３の上に観客が着座する座席が載置されるようになる。なお、前記座席は、４つ以上の椅子が１つの組立体として形成され、上部プレート１３の上面に取り付けることができるが、これに限定されない。

本発明は、図示の変形例や上述の実施例に限定されるものではなく、添付の請求範囲の範疇内に属する他の実施例に拡張して実施することができる。

１：４自由度モーション装置、１１：下部プレート、１２：中央プレート、１３：上部プレート、２１、２２、２３：アクチュエータ、３０：スプライン、３１：ボルト締結、３２：ユニバーサルジョイント、３３：弾性部材、４０：連結手段、５１、５２、５３：駆動モータ、６１、６２、６３：減速機、７１，７２、７３：クランクアーム、８１、８２、８３：プッシュロッド、９１、９２、９３：固定ブラケット、１０１、１０２、１０３：ユニバーサルジョイント、１１１、１１２、１１３：ボールジョイント、１２１、１２２、１２３：ボールジョイント。

Claims

地面に接する下部プレート１１；
前記下部プレート１１の上方に離間して位置する中央プレート１２；
前記下部プレート１１と前記中央プレート１２との間に位置し、駆動形態に応じて、３自由度モーションを実現し得る３つのアクチュエータ２１、２２、２３；
前記３つのアクチュエータ２１、２２、２３の間に位置し、下端が前記下部プレート１１にボルト締結３１で結合され、上端が前記中央プレート１２の下部にユニバーサルジョイント３２で結合されるスプライン３０；
前記中央プレート１２の上方に離間して位置する上部プレート１３；及び
前記中央プレート１２と前記上部プレート１３との点接触又は面接触を通じて、さらに１自由度モーションを実現し得る連結手段４０；
を備えることを特徴とする４自由度モーション装置。
前記３つのアクチュエータ２１、２２、２３は、三角形状をなすように位置付けられるが、それぞれのアクチュエータ２１、２２、２３は、
前記下部プレート１１に固定設置される駆動モータ５１、５２、５３；
前記駆動モータ５１、５２、５３の一側に連結され、前記駆動モータ５１、５２、５３の回転を減速する減速機６１、６２、６３；
前記駆動モータ５１、５２、５３の他側にボールジョイント１１１、１１２、１１３で連結されるクランクアーム７１、７２、７３；
前記クランクアーム７１、７２、７３の一端にボールジョイント１２１、１２２、１２３で連結されるプッシュロッド８１、８２、８３；
前記中央プレート１２の下部に締結される固定ブラケット９１、９２、９３；及び
前記プッシュロッド８１、８２、８３の一端を前記固定ブラケット９１、９２、９３に連結させるユニバーサルジョイント１０１、１０２、１０３；
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の４自由度モーション装置。
前記スプライン３０は、前記三角形状の内部に位置し、
前記中央プレート１２と前記上部プレート１３とから伝達される荷重を支えるため、前記スプライン３０の外周面に設けられる弾性部材３３をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の４自由度モーション装置。
前記弾性部材３３は、スプリングからなることを特徴とする請求項３に記載の４自由度モーション装置。
前記連結手段４０は、１つ以上のボールベアリング又はローラベアリングからなることを特徴とする請求項４に記載の４自由度モーション装置。