JP2022535977A - モーションシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、ペイロードを表面の上方で動作させる３自由度のモーションジェネレータに関するものであり、このモーションジェネレータは、表面の上方の円形ガイド上に回転用に配置された回転可能なプラットフォームと、表面の上方で中心から放射状に延びる少なくとも３つのリニアガイドと、外周ガイド・キャリッジと、複数のアクチュエータとを具え、各リニアガイドは当該リニアガイド上を移動可能なリニアガイド・キャリッジを有し、外周ガイド・キャリッジは、回転可能なプラットフォームの外周の周りに、各リニアガイド・キャリッジ上に枢動可能に搭載され、少なくとも１つのアクチュエータは、円形ガイド上の外周ガイド・キャリッジと回転可能なプラットフォームとの間に力を与えるように動作することができる。他の態様は、こうしたモーションジェネレータを含むモーションシステム及び乗物運転シミュレータを含む。

Description

本発明はモーション（運動制御）システムに関するものである。特に、本発明は、モーションジェネレータ（運動生成器）、及びこうしたモーションジェネレータを含む乗物運転シミュレータのようなモーションシステム、及びモーションジェネレータ及びモーションシステムを使用する方法、並びにこれらの製造方法に関するものであるが、これらだけではない。

モーションジェネレータは、動き、力、及び加速度を、一方向以上の自由度でペイロードに与える装置である。ペイロードは、例えば、運動（モーション）シミュレータにおいて疑似体験を経験する人間とすることができる。その代わりに、ペイロードは、第１のモーションジェネレータと直列であると考えられる他のモーションジェネレータとすることもできる。他のモーションジェネレータを含めたペイロードを有する一次的モーションジェネレータの一例は、欧州特許出願公開第２８１０２６８号明細書（特許文献１）中に挙げられ、特許文献１は、６自由度のモーションジェネレータと直列な３自由度のモーションジェネレータを開示し、このモーションジェネレータは、一次的モーションジェネレータを用いた水平面内の大きな移動を持続しつつ、同時に、二次的モーションジェネレータの垂直方向の最大限の移動を実現することができる。モーションジェネレータはモーションシステム内で使用される。モーションシステムは、少なくとも１つのモーションジェネレータ、及びこのモーションジェネレータを制御するための少なくとも１つの制御システムを具えている。モーションジェネレータ及びモーションシステムは種々の用途で用いられ、これらの用途は、運動（モーション）シミュレーション（例えば、フライトシミュレータ、運転シミュレータ）、ロボット工学、３Ｄ（three dimensional：三次元）プリント、振動及び地震のシミュレーションを含む。現在、運動シミュレーションにおいて使用されている最も一般的な種類のモーションジェネレータは、スチュワートプラットフォーム（Stewart platform）（登録商標）（または「ヘキサポッド（hexapod）」（登録商標））である。これは６つのアクチュエータを有する並列ロボットの一種であり、これらのアクチュエータは、２つ一組でプラットフォームのベースプレート（底板）上の３つの構造に取り付けられ、トッププレート（天板）上の３つの装着点に至る。トッププレート上の、通常はある種のコックピット（操縦室）、シャーシのドライバーエリア（運転者領域）、または模型の乗物内に配置された人間のユーザのような装置またはペイロードは、６自由度で動かすことができ、ここでは自由懸垂された体を動かすことができ、即ち、３つの直線運動ｘ、ｙ、ｚ（横方向、縦方向、及び垂直方向）及び３つの回転（ピッチ（縦揺れ）、ロール（横揺れ）及びヨー（偏揺れ、左右偏向揺れ））をさせることができる。運動シミュレータは、乗員が移動中の乗物内にいる効果または感覚を生成することができるメカニズムである。運動シミュレータは、職業的には、運転者及びパイロットを、それぞれ運転シミュレータ及びフライト（飛行）シミュレータの形態で訓練するために使用される。これらの運動シミュレータは、工業的には、乗物の創作、設計、及び乗物自体の試験にも用いられる。運転シミュレータ及びフライトシミュレータ用に用いられる業務用の運動シミュレータは、一般に、例えば投影システム及び関連する表示スクリーンによって提供される視覚的表示装置と、運転者またはパイロットが占有するキャリッジ（搬送具、台車）（またはシャーシ）の移動に伴う音声信号とを同期させて、移動中の効果のより良好な感覚を提供する。仮想現実感（ＶＲ：virtual reality：バーチャルリアリティ）ヘッドマウント・ディスプレイ（ＨＭＤ：head-mounted display：頭部装着型表示装置）の出現は、現在のモーションシステムでの没入型シミュレーションの態様をより安価にし、仮想現実感の応用を、受動型の遊園地またはアーケード運転ゲーム、乗車中の一人称の人、または飛行型のライド（乗物）におけるような、及び１人以上のプレーヤー（遊技者）が運転、乗車、飛行、または一人称のゲーム体験に対する何らかの制御を行う能動型のゲームにおけるようなレジャー用途にもたらす。この種のヘキサポッド（登録商標）系モーションシステムは、一般に、人間の参加者用の運動シミュレーション用に用いられ、一般に約２０Hzまでの比較的低い帯域幅を有する。このことは、これらのモーションシステムが、振幅一定の振動運動及び震えを、１秒当たり２０回までの周波数で生成することができることを意味し、この周波数を超えると、周波数が増加するに連れて運動の振幅が低下する。この帯域幅は、大部分の自動車のサスペンション（懸架装置）の運動を再現するには十分であるが、自動車のエンジン、タイヤの振動、ロードノイズ（転動音）、及びレース（場の）トラック上の鋭い縁石からの振動に関連する周波数成分は伝達しない。低い帯域幅は、信号が遅延することも意味し、運転者が迅速に応答することができないことを意味する。ヘキサポッド（登録商標）系の運転シミュレータは国際公開第２０１４／１１４４０９号（特許文献２）より知ることができる。

現在の運動シミュレーションシステム、特に軍事及び業務の飛行教習及び訓練用途におけるようなハイエンド（高度な）用途向けを意図したものは、一般に、非常に大型で、重く、複雑で、非常に高価である。これらの複雑性は、高額のプログラミング及び保守を必要とし、ユーザにとってのコストをさらに拡大する。専用の乗物運転シミュレータのモーションシステムは、McLaren/MTS Williams/ABD（登録商標）及びAnsible（登録商標）のようなものによって開発されているが、これらは機械的に極めて複雑な傾向があり、従って高価であり、精密機械加工された特注構成部品、及び高価であることが多いリニアモータを特徴とする。これらの先頭の乗物運転シミュレータのモーションシステムは、ある方向に移動する際にはヘキサポッド（登録商標）よりも応答性があるが、他の方向ではまだ限界がある。こうしたシステムにおけるボールネジの使用は、位置を確立するには良いが、ボールネジは力の伝達を妨げ、より低い帯域幅しか実現することができない点で不利である。このことは、人間のユーザにとってより不自然な体験を生じさせる。

ヘキサポッド（登録商標）系のモーションジェネレータのさらなる欠点は、公称位置からのいずれの回転方向でも、垂直軸の周りに約２５°を超えて回転する能力に欠けることにある。垂直軸の周りのより大きな回転をもたらす１つの試みは、欧州特許出願公開第３３４４３５２号明細書（特許文献３）に開示され、特許文献３では、モーションジェネレータがケーブル付きのキャリッジを有し、これらのケーブルは、それぞれのケーブル駆動装置によって動作し、キャリッジの周りに互いに逆の向きに巻かれ、これによりキャリッジはケーブル駆動装置の動作によって少なくとも９０°にわたって回転することができる。ヘキサポッド（登録商標）系システムに回転を導入する１つの試みは米国特許出願公開第２００５／００４２５７８号明細書（特許文献４）に開示され、特許文献４では、乗物のシャーシがスチュワートプラットフォーム（登録商標）の上方の回転プレート上に搭載されている。しかし、この装置は縦方向に小型ではなく、このことは設置のためにより大きな空間を必要とし得るし、アクチュエータの長さ及び性質が精密な制御を妨げる。以前の設計のモーションジェネレータよりも小型であることを意図した、米国特許出願公開第２０１５／００４５６７号明細書（特許文献５）に開示された装置では、移動プラットフォームの回転が比較的小さなヨーの角度に制限される。

欧州特許出願公開第２８１０２６８号明細書 国際公開第２０１４／１１４４０９号 欧州特許出願公開第３３４４３５２号明細書 米国特許出願公開第２００５／００４２５７８号明細書 米国特許出願公開第２０１５／００４５６７号明細書

本発明の目的は、改良されたヨー特性を有する、改良されたモーションジェネレータ、及びこうしたモーションジェネレータを内蔵する改良されたモーションシステムを提供することにある。

本発明の１つの態様によれば、ペイロードを面の上方で３自由度で動作させるモーションジェネレータが提供され、このモーションジェネレータは、面の上方の円形ガイド（案内板）上に配置されて回転する回転可能なプラットフォームと、面の上方で中心から放射状に延びる少なくとも３つのリニアガイド（直線状案内棒）と、外周ガイド・キャリッジと、複数のアクチュエータとを具え、各リニアガイドは当該リニアガイド上を移動可能なリニアガイド・キャリッジを有し、外周ガイド・キャリッジは、各リニアガイド・キャリッジ上に、かつ回転可能なプラットフォームの外周に隣接して搭載されて回転し、複数のアクチュエータのうち少なくとも１つのアクチュエータは、外周ガイド・キャリッジと回転可能なプラットフォームとの間に力を与えるように動作することができる。

こうした３ＤＯＦ（three degree of freedom：３自由度、即ちＸ及びＹ方向の移動、及びヨー）モーションジェネレータは、特に乗物運転及び飛行シミュレーション用途において、プラットフォームを３６０°以上にわたって回転することを可能にし得る点で有利であり得る。このモーションジェネレータは、良好なレベルの可動域を有することができる点で、即ち、プラットフォームを水平方向に面に対して１メートル以上移動させる（即ち、平行移動させる）ことができる点で、さらに有利であり得る。こうした高レベルのプラットフォーム回転と可動域との組合せは、乗物運転シミュレーション用途向けのモーションジェネレータにおいて非常に有利である。さらに、本発明のモーションジェネレータは高さを有利に小さくすることができる。

リニアガイドは一般に面上に搭載することができ、円形ガイドは回転プラットフォーム上に存在することができる。リニアガイド・キャリッジを、アクチュエータによって駆動してリニアガイド上を移動させて、リニアガイド・キャリッジをリニアガイドに沿って平行移動させることができる。これらのアクチュエータのうちの少なくとも１つはリニアモータを具えることができる、というのは、これらのアクチュエータが高レベルの移動制御を可能にすることができるからであり、但し他のアクチュエータを用いることができることは当業者にとって明らかである。アクチュエータの各々がリニアモータを具えることが好ましい。

外周ガイド・キャリッジは少なくとも部分的にプラットフォームの下方に配置することができる。外周ガイド・キャリッジの一部分は、プラットフォームの外縁の周りに延びることができる。外周ガイド・キャリッジは、リニアガイド・キャリッジ上に搭載されて回転し、例えばリニアガイド・キャリッジ上に搭載されて枢動する。１つの好適例では、外周ガイド・キャリッジ及び回転可能なプラットフォームの一方が、少なくとも１つのリニアモータ・コイルを含み、このリニアモータ・コイルは、外周ガイド・キャリッジ及び回転可能なプラットフォームの他方上の対応するリニアモータ・マグネットウェイ（磁石路）と相互作用して、このプラットフォームを回転させる。好適例では、外周ガイド・キャリッジがリニアモータ・コイルを具え、回転可能なプラットフォームが対応するリニアモータ・マグネットウェイを具え、あるいは支持する。動作を強化するために、上記または各リニアモータ・マグネットウェイを曲線状にすることができる。上記または各リニアモータ・コイルは、対応する曲線状にすることができる。

他の好適例では、プラットフォームを回転及び／または平行移動させるための少なくとも１つのアクチュエータがベルトドライブ（ベルト駆動装置）を具えている。例えば、適切なベルトドライブはオメガ字形ベルトドライブとすることができる。ベルトは歯付きベルトにも平ベルトにもすることができ、プラットフォームの周りまたは外周に延びることができる。

他の好適例では、プラットフォームを回転させるための少なくとも１つのアクチュエータが歯車を具え、この歯車は、プラットフォーム上の、あるいはプラットフォームに固締めされた対応する歯付きリムを駆動してプラットフォームを回転させる。このリムは、プラットフォームの周囲、あるいはその周りに配置することができる。

動作中には、隣接する２つのリニアガイド・キャリッジがそれぞれのリニアガイドに沿って上記中心に向かう移動が、回転可能なプラットフォームを、上記面の上方で、他のリニアガイドに沿って、あるいは他のリニアガイドの方向に移動させることができ、即ち、概ねこのリニアガイドの長軸に沿って上記中心から離れるように移動させることができる。逆に、隣接する２つのリニアガイド・キャリッジがそれぞれのリニアガイドに沿って上記中心から離れる移動は、回転可能なプラットフォームを、上記面の上方で、他のリニアガイドに沿って、あるいは他のリニアガイドの方向に、上記中心に向けて移動させる。

上述したように、回転可能なプラットフォームは、３６０°まで、あるいは３６０°よりも大きく回転することができ、非常に有用なレベルのヨーを、例えば乗物運転シミュレーション用に提供することができる。これに関連して、上記モーションジェネレータのペイロードは、乗物のシャーシまたはコックピット、あるいはその模型とすることができる。本発明との関連では、一次的モーションジェネレータのペイロードは一般に８０kgよりも大きい。この一次的ペイロードは、人間のユーザ、あるいは乗物、または乗物の全体または一部分の模型を含むことができる。従って、ペイロードは、一般に約８０kgよりも大きく、または約２５０kgよりも大きく、または約５００kgよりも大きく、あるいは（例えば、乗物のシャーシ全体の形態の）約２トンよりも大きい。

本発明の他の態様によれば、モーションシステムが提供され、このモーションシステムは、本発明によるモーションジェネレータ、及びこのモーションジェネレータの動作を制御するように構成された制御システムを具えている。

本発明の他の態様によれば、本発明による第１（または一次的）モーションジェネレータを第２（または二次的）モーションジェネレータと共に具えた組合せが提供され、第２モーションジェネレータは、ペイロードを支持するための第２モーションジェネレータ・プラットフォームを含み、第２モーションジェネレータは、第１モーションジェネレータまたはモーションシステムの回転可能なプラットフォーム上に搭載されている。二次的モーションジェネレータは、３、４、５、または６自由度のモーションジェネレータとすることができる。こうした組合せは、一次的モーションジェネレータが大幅なレベルの可動域を高精度で与え、二次的なモーションジェネレータが、当該二次的なモーションジェネレータのペイロードの、追加的自由度または全自由度の動きをもたらす点で有利である。

本発明の他の態様によれば、乗物運転シミュレータが提供され、この乗物運転シミュレータは、本発明によるモーションジェネレータまたは本発明によるモーションシステム、あるいは本発明によるモーションジェネレータ、シャーシのような車体要素または実際の車体全体の組合せを含み、そして、視覚的な投影または表示手段、及び音声手段から選択した少なくとも１つの環境シミュレーション手段を含む。これらの投影機または表示手段は、回転可能なプラットフォームを完全に包囲するように広がることが好ましい。１つの好適例では、投影及び／または表示手段が回転可能なプラットフォーム上、あるいは回転可能なプラットフォームの周りに搭載される。投影及び／または表示手段が回転可能なプラットフォーム上に搭載される場合、このプラットフォームと共に移動することができる。

本発明の他の態様によれば、本発明によるモーションジェネレータを製造する方法が提供され、この方法は、回転可能なプラットフォームを用意するステップであって、この回転可能なプラットフォームは、動作面の上方にある円形ガイド上に配置されて回転することができるステップと、少なくとも３つのリニアガイドを、動作面の上方で中心から放射状に延びるように配置するステップと、各リニアガイドに、当該リニアガイド上を移動可能なリニアガイド・キャリッジを設けるステップと、枢動する外周ガイド・キャリッジを、各リニアガイド・キャリッジ上に、かつ上記プラットフォームの外周またはその周りに搭載するステップと、複数のアクチュエータを用意するステップとを含み、これにより、使用中に、各アクチュエータは、円形ガイド上の外周ガイドと回転可能なプラットフォームとの間に力を与えるように動作することができる。

以下、本発明によるモーションジェネレータ、モーションシステム及び乗物運転シミュレータを、ほんの一例として、以下の添付した図面、図１～２４を参照しながら説明する。

本発明によるモーションジェネレータの一面を上から見た透視図である。 図１のモーションジェネレータの一部分を示す詳細図である。 図１のモーションジェネレータの他の部分の垂直断面図である。 本発明によるモーションジェネレータの公称または通常状態における概略透視図である。 図４のモーションジェネレータの後方サージ設定状態における概略透視図である。 図４のモーションジェネレータの前方サージ状態における概略透視図である。 図４のモーションジェネレータの右方スウェイ状態における概略透視図である。 図４のモーションジェネレータの左方スウェイ状態における概略透視図である。 図４のモーションジェネレータの（上から見て）反時計回りのヨー状態における概略透視図である。 図４のモーションジェネレータの時計回りのヨー状態における上から見た概略透視図である。 図４のモーションジェネレータの極限のヨー状態における概略透視図である。 図４のモーションジェネレータの後方サージと右方スウェイとの組合せ状態における概略透視図である。 図４のモーションジェネレータの後方サージと反時計回りのヨーとの組合せ状態における概略透視図である。 本発明の異なる実施形態によるモーションジェネレータの概略透視図である。 図１４のモーションジェネレータの一部分の詳細図である。 本発明による図１４のモーションジェネレータの平面図である。 本発明による他のモーションジェネレータの１つの側面を上から見た透視図である。 図１７のモーションジェネレータの一面を下から見た透視図である。 図１７のモーションジェネレータの前方サージ状態における平面図である。 図１７のモーションジェネレータの右方スウェイ状態における平面図である。 図１７のモーションジェネレータのシャーシを右方スウェイ状態かつ右回りのヨー状態にした平面図である。 図１７のモーションジェネレータのシャーシを左方スウェイ状態かつ極限のヨー状態にした平面図である。 本発明によるモーションジェネレータと共に使用される制御システムの概略図である。 本発明による乗物運転シミュレータの概略図である。

モーションジェネレータ
図１～３に、本発明によるモーションジェネレータ１０を示す。モーションジェネレータ１０は回転可能な円形プラットフォーム１２を具え、回転可能な円形プラットフォーム１２は（図３中に識別される）面１３の上方で回転するように構成されている。モーションジェネレータ１０はアクチュエータ・アセンブリ１、２、及び３をさらに具え、これらは中心から放射状に延びる。アクチュエータ・アセンブリ１、２、３の各々は、それぞれリニアモータ１０１、２０１、及び３０１の形態のリニアガイド・アクチュエータを具えている。さらに、アクチュエータ・アセンブリ１、２、３の各々は、それぞれリニアガイド・キャリッジ１０２、２０２、及び３０２を具え、これらは、それぞれリニアモータ１０１、２０１、及び３０１によって、関連するリニアガイド１０３、２０３、及び３０３上で駆動され、これらのリニアガイドは中心から放射状に延びる。本発明との関連では、「中心」は正確な中心点を参照せず、リニアガイドは中心点からオフセットすることができることは、当業者にとって明らかである。従って、「中心」とは、例えば「点」よりも大まかな意味で用いる。外周ガイド・キャリッジ（１０４、２０４、及び３０４）が、リニアガイド・キャリッジ１０２、２０２、及び３０２のうち関連するものの上に搭載されている。外周ガイド・キャリッジ１０４、２０４、及び３０４は、それぞれのリニアガイド・キャリッジ上に枢動可能に搭載され、回転可能なプラットフォーム１２の外周を支持する。図３により詳細に示すように、外周ガイド・キャリッジ１０３は回転可能なプラットフォーム１２の外周を支持する。ガイドレール１４及び１６が、回転可能なプラットフォーム１２の上面及び下面の外周の周りに配置されている。円形のガイドレール１４、１６は、それぞれ外周ガイド・キャリッジ・トラック１８、２０内を進むように構成されている。図３に示すように、外周ガイド・キャリッジ１０４は、リニア・キャリッジ・トラック１０２上に搭載されて球面軸受２２によって枢動し、リニア・キャリッジ・トラック１０２は、リニアガイド１０３上に搭載されて摺動し、リニアモータ１０１によって駆動される。外周ガイド・キャリッジは、円弧曲線状のコイル２４も支持する。対応する形状の円形リニアモータ・マグネットウェイ２６が、回転可能なプラットフォーム１２の外周の周りに配置されている。使用中には、（例えば、図２３に関して説明する）制御システムの制御下で、コイル２４及びマグネットウェイ２６を含むリニアモータが、選定した回転方向の接線分力を回転可能なプラットフォーム１２に与える。外周ガイド・キャリッジ１０４のみを詳細に上述してきたが、他のアクチュエータ・アセンブリ２及び３；リニアモータ２０１及び３０１；リニアガイド・キャリッジ２０２、３０２；及び外周ガイド・キャリッジ２０４、３０４も、同様に、外周ガイド・キャリッジ１０４、２０４、及び３０４の組合せによって提供される複数のリニアモータが一緒に動作して、プラットフォーム１２を垂直軸の周りに異なる回転位置まで高い精度で回転させるように構成されている。プラットフォーム１２は、垂直軸の周りに３６０°まで、あるいはそれ以上にわたって回転することができる。３６０°以上にわたる回転を促進するために、特別な電気接続を用いることができる。例えば、１つ以上のスリップリングを用いて、アクチュエータと制御システムとの間の電気的導通を維持することができる。それに加えて、あるいはその代わりに、リニアガイド・キャリッジ１０２、２０２、及び３０２を、対応するリニアモータ１０１、２０１、及び３０１によって、対応するリニアガイド１０３、２０３、及び３０３に沿って移動させて、回転可能なプラットフォーム１２を面１３に平行な平面に沿って異なる水平位置まで平行移動させることができる。上述したモーションジェネレータ１０は良好なレベルの可動域を実証し、この可動域は、例えば乗物運転シミュレーションにおいて有用である。例えば、プラットフォーム１２は、中心から任意の水平方向に２メートル移動することができる。

本発明によるモーションジェネレータのリニアガイド・キャリッジ及び外周ガイド・キャリッジの動きを以下に詳細に説明する。

モーションジェネレータ
本発明によるモーションジェネレータ４００の他の実施形態を図１４、１５、及び１６に示す。本実施形態では、図１～１３の曲線状のリニアモータをオメガ字形ベルトドライブに置き換え、オメガ字形ベルトドライブは回転可能なプラットフォームの周りに配置された外周歯付きベルトと係合する。適切なオメガ字形ベルトドライブは、例えばBosch Rexroth AG社によって製造され、リニアモータよりも経済的であり得る。より詳細には、モーションジェネレータ４００は回転可能なプラットフォーム４１２を具え、回転可能なプラットフォーム４１２はシャーシ４３０を支持する。回転可能なプラットフォーム４１２は、関連するリニアガイド・キャリッジ４１ＬＧＣ、４２ＬＧＣ、４３ＬＧＣ、及び４４ＬＧＣ上の外周ガイド・キャリッジ４１ＰＧＣ、４２ＰＧＣ、４３ＰＧＣ、及び４４ＰＧＣによって支持されて、面４１３の上方で垂直軸の周りに回転し、外周ガイド・キャリッジ４１ＰＧＣ、４２ＰＧＣ、４３ＰＧＣ、及び４４ＰＧＣは、関連するリニアガイドレール４１ＬＧ、４２ＬＧ、４３ＬＧ及び４４ＬＧに沿って移動するように構成され、これらのリニアガイドレールはリニアモータ（図示せず）によって駆動される。外周ガイド・キャリッジ４１ＰＧＣ、４２ＰＧＣ、４３ＰＧＣ及び４４ＰＧＣは、オメガ字形ベルトドライブ４１ＢＤ、４２ＢＤ、４３ＢＤ、及び４４ＢＤを支持し、これらのベルトドライブは歯付きベルト４１４と係合し、歯付きベルト４１４は、回転可能なプラットフォーム４１２の外周の周りに配置され、プラットフォーム４１２をいずれの向きにも回転させるように駆動することができる。オメガ字形ベルト４１ＢＤ、４２ＢＤ、４３ＢＤ、及び４４ＢＤ及び歯付きベルト４１４を図１５により詳細に示す。アクチュエータ（オメガ字形ベルトドライブ及びリニアモータ）は、（例えば図２３に関して説明する）制御システムの制御下で動作する。回転可能なプラットフォーム４１２は、極限のヨー角を含む多数の向き（即ち、３６０°以上）にわたって高い精度で回転させることができる。さらに、回転可能なプラットフォーム４１２は、面４１３の上方で、隣接するリニアガイド・キャリッジ４１ＬＧＣ、４２ＬＧＣ、４３ＬＧＣ、及び４４ＬＧＣが回転可能なプラットフォームを押す協調動作によって、水平方向に変位（平行移動）することができる。例えば、図１６は、左方スウェイ（左右動）と１００度左回りのヨーとの組合せ状態におけるモーションジェネレータを示す。この実施形態も、同じサイズのモーションジェネレータにとって良好な可動域レベルを特徴付ける。具体的には、移動部分（即ち、プラットフォーム４１２）は、３メートルの直径を有することができるが、任意の水平方向に１メートルを超えて移動することができる。外周の歯付きベルト４１４を、適切なドライブ（駆動装置）によって駆動される平ベルトに置き換えることができることは明らかである。

モーションジェネレータ
本発明によるモーションジェネレータの他の実施形態では、図１４～１７に記載したモーションジェネレータに関して説明したオメガ字形ベルトドライブ式アクチュエータをロータリ（回転式）アクチュエータに置き換え、各ロータリ・アクチュエータは、プラットフォームの外周の周りに配置された歯付きリムと係合する。本実施形態は図１４～１７の実施形態と同様な利点を有する。

モーションジェネレータの組合せ
組合せを形成する追加的モーションジェネレータと直列な（本発明によるモーションジェネレータである）一次的モーションジェネレータ６００から成る組合せを図１７～２２に示す。モーションジェネレータ６００は、面６０上に搭載され、回転可能なプラットフォーム６０２を具え、回転可能なプラットフォーム６０２は４つのアクチュエータ・アセンブリ６０４、６０６、６０８、及び６１０を有し、これらの各々は中心６から外向きに、隣接するアクチュエータ・アセンブリと直角をなして延びる。各アクチュエータ・アセンブリは、それぞれのリニアガイド６０４ＬＧ、６０６ＬＧ、６０８ＬＧ、及び６１０ＬＧ；関連するリニアガイドに沿った移動用に配置されたそれぞれの駆動可能なリニアガイド・キャリッジ６０４ＧＣ、６０６ＧＣ、６０８ＧＣ、及び６１０ＧＣ；及びそれぞれのリニアモータ６０４ＬＭ、６０６ＬＭ、６０８ＬＭ、及び６１０ＬＭを具えている。上記プラットフォームは、垂直軸の周りに回転するように構成され、リニアモータ６０４ＬＭ、６０６ＬＭ、６０８ＬＭ、及び６１０ＬＭの上面上のローラーによって支持され、これらのローラーは、プラットフォームの底部にある円形トラックのレール６１２、６１４と係合する。本発明の他のモーションジェネレータと同様に、プラットフォーム６０２は垂直軸の周りに３６０°以上にわたって回転することができる。例えば、１つ以上のスリップリングを用いて、アクチュエータと制御システムとの間の電気的導通を維持することができる。円形マグネットウェイ６１５を、プラットフォーム６０２の底部のレール６１２と６１４との間に配置することもできる。シャーシ６１６は、プラットフォーム６０２の上方に、支柱６１８、６１９、６２０（隠れている）、６２１、６２２、及び６２３によって支持されている。これらの支柱は他のモーションジェネレータ６３０（図示または詳細に説明せず）によって提供され、モーションジェネレータ６３０は、モーションジェネレータ６００のプラットフォーム６０２上に二次的モーションジェネレータとして搭載され、６自由度の動きをシャーシ６１６に与える。

使用中には、プラットフォーム６０２は、（例えば、図２３に関して説明する）制御システムの制御下で、マグネットウェイ６１５と相互作用するそれぞれのリニアモータ６０４ＬＭ、６０６ＬＭ、６０８ＬＭ、及び６１０ＬＭの一部または全部の動作により、高い精度で垂直軸の周りに回転する。上記プラットフォームは、リニアガイド・キャリッジ６０４ＧＣ、６０６ＧＣ、６０８ＧＣ、及び６１０ＧＣのそれぞれのリニアガイドに沿った移動によって、図１７及び１８に示す中立または公称状態から、ここでも高い精度でＸ及びＹ方向に移動することもできる。例えば、図１９は前方サージ（前後動）状態のプラットフォーム６０２を示す。図２０は右方スウェイ状態のプラットフォーム６０２を示す。

上述したモーションジェネレータ６００は良好なレベルの可動域を実証し、この可動域は、例えば乗物運転シミュレーションにおいて有用である。例えば、プラットフォーム６０２は中心から任意の水平方向に２メートル移動することができる。さらに、二次的モーション・プラットフォームが追加的な動きを与える。なお、限られた数の状態のみを上述している。一次的モーションジェネレータ６００と二次的モーションジェネレータ６３０とを独立して、あるいは組み合わせて動作させて、シャーシ６１６を移動させて、以上及び以下に説明するもののようなより多数の状態にすることができることは、当業者にとって明らかであり、これらの状態は、前方サージ、右方スウェイ、下方ヒーブ（上下動）、左側が下がるロール、機首が上がるピッチ、及び機首が右を向くヨーを含むが、これらだけではない。例えば、図２１は、右方サージと右方ヨーとの組合せ状態におけるプラットフォーム６０２を示す。さらに、一次的モーションジェネレータ６００及び二次的モーションジェネレータ６３０を動作させて、シャーシ６１６をこうした状態の多数の組合せにすることができることも、当業者にとって明らかである。

制御システム
図２３に、本発明によるモーションジェネレータの動作を制御するに当たり使用する制御システム７０１を示す。図２３に関しては、モーションジェネレータを７０２として参照するが、制御システム７０１は、本明細書中で説明する他のモーションジェネレータ、モーションシステム、及び運動シミュレータに適用可能である。制御システム７０１は、モーションコントローラ（運動制御装置）７０４を具え、モーションコントローラ７０４は、コンピュータプログラムを、好適には決定論的またはリアルタイムの様式で実行し、動作要求入力７０５を、シミュレーション環境７０３のような要求発生器または設定点発生器７０６から取得する。このモーションコントローラは、各アクチュエータ７０９において発生する必要がある位置、加速度、及び／または力７０７を計算して、要求されたモーション（運動）プロファイルを生成する。制御システム７０１は、サーボドライブ（サーボ駆動装置）７０８も具え、サーボドライブ７０８は、精密に制御された電流７１０を供給してアクチュエータ７０９を駆動する。動作中には、モーションコントローラが、要求された位置または力７０７を各サーボドライブ７０８へ送信する。アクチュエータ７０９は、エンコーダのような運動測定装置７１１を有し、運動測定装置７１１は、運動フィードバック７１２を、任意でサーボドライブ経由で提供する。モーションコントローラは、要求されたモーションプロファイル７０５を、測定したモーションプロファイル７１２と比較し、比較結果に応じてアクチュエータ要求７０７を更新する。図２３は、運転シミュレーションのようなシミュレーション環境７０３を有する制御システムも示し、運転シミュレーションでは、シミュレートされる乗物、及びレース（競争）トラックまたは市道（シティロード）のようなその環境を計算する。本実施形態では、制御システム７０１がシミュレーション環境７０３から動作要求を受信し、動作要求は仮想的な乗物の動作を表す。コンピュータプログラムは、仮想世界７１４内の乗物の動作を決定し、動作キュー（合図）アルゴリズム７１３（ＭＣＡ：motion cueing algorithm、ウオッシュアウト（washout）フィルタとしても知られている）を適用して、シミュレートされる乗物の動作を、モーションジェネレータによって表すことができる動作に変換する。次に、これらの計算した動作を動作要求７０５として制御システムに提供する。ＭＣＡ７１３は、シミュレーション環境７０３または制御システム７０１の一部とすることができ、あるいは両者と分離することができる。シミュレーション環境７０３は、ステアリング（操舵）、スロットル（加減弁）、またはブレーキ入力のような入力信号７１５を制御装置７１６から受信し、オペレータ、即ちドライバー（運転者）、乗客、またはパイロットのような人間のユーザは入力信号７１５を用いて仮想的な乗物をシミュレーション環境内で制御する。オペレータはモーションジェネレータ７０２上の乗客であることが多い。これらの入力７１５は、制御システムを通して、あるいは直接、シミュレーション環境に戻すことができる。シミュレーション環境は、ドライバー、乗客、あるいは他のユーザまたはオペレータ用の視覚的表示装置７１７上に出力を生成することも多い。シミュレーション環境は、制御システムからの追加的データ、例えばモーションジェネレータの位置または制御装置の入力信号に関するデータも必要とし得る。

モーションジェネレータ／モーションシステムを動作させる方法
上述したモーションジェネレータは（例えば図２３に関して説明する）制御システムと組み合わせてモーションシステムを作り出すことができる。モーションジェネレータを制御システムによって制御して、図４～１１に例として示す状態に移動させることができる。図４～１１に示すモーションシステム構成では、カーレース車のシャーシ３０が、本発明によるモーションジェネレータ１０の回転可能なプラットフォーム上に搭載されている。このモーションジェネレータは、本発明によるあらゆるモーションジェネレータとすることができ、あるいは本発明によるモーションジェネレータの組合せの全体または一部とすることができる。

公称
図４には、モーションジェネレータのプラットフォーム１２を、シャーシが方向Ｘを向いた公称または中立状態で示す。この状態における、各リニアガイド・キャリッジ１０２、２０２、３０２、及び関連する外周ガイド・キャリッジ１０４、２０４、３０４の動き、及び回転可能なプラットフォーム１２の向きは次の通りである：

後方サージ
図５には、モーションジェネレータのプラットフォームを後方サージ状態で示す。この状態における、各リニアガイド・キャリッジ１０２、２０２、３０２及び関連する外周ガイド・キャリッジ１０４、２０４、３０４の動き、及び回転可能なプラットフォーム１２の向きは次の通りである：

前方サージ
図６には、モーションジェネレータのプラットフォームを前方サージ状態で示す。この状態における、各リニアガイド・キャリッジ１０２、２０２、３０２、及び関連する外周ガイド・キャリッジ１０４、２０４、３０４の動き、及び回転可能なプラットフォーム１２の向きは次の通りである：

右方スウェイ
図７には、モーションジェネレータのプラットフォームを右方スウェイ状態で示す。この状態における、各リニアガイド・キャリッジ１０２、２０２、３０２、及び関連する外周ガイド・キャリッジ１０４、２０４、３０４の動き、及び回転可能なプラットフォーム１２の向きは次の通りである：

左方スウェイ
図８には、モーションジェネレータのプラットフォームを左方スウェイ状態で示す。この状態における、各リニアガイド・キャリッジ１０２、２０２、３０２、及び関連する外周ガイド・キャリッジ１０４、２０４、３０４の動き、及び回転可能なプラットフォーム１２の動きは次の通りである：

反時計回りヨー状態
図９には、モーションジェネレータのプラットフォームを反時計回り（または上から見て左回りの）ヨー状態で示す。各リニアガイド・キャリッジ１０２、２０２、３０２、及び関連する外周ガイド・キャリッジ１０４、２０４、３０４の動き、及び回転可能なプラットフォーム１２の向きは次の通りである：

図１０には、モーションジェネレータのプラットフォームを時計回り（または上から見て右回りの）ヨー状態で示す。各リニアガイド・キャリッジ１０２、２０２、３０２、及び関連する外周ガイド・キャリッジ１０４、２０４、３０４の動き、及び回転可能なプラットフォームの向きは次の通りである：

極限のヨー
図１１には、モーションジェネレータのプラットフォーム１２を、図９または１０に示す状態に比べて、より極限に近い（上から見て）時計回りまたは反時計回りのヨー状態で示す。上述したように、動作中のモーションジェネレータのプラットフォーム１２を３６０度以上の回転角にわたって回転させて、モーションジェネレータのペイロード－シャーシ３０－を異なる向きに移動させることができる。プラットフォームの回転の精密な制御、ペイロードの高レベルのヨー、及びペイロードのＸ及びＹ方向の変位は、本発明の有利な特徴である。

乗物運転シミュレータ
本発明による乗物運転シミュレータを図２４に示す。運転シミュレータ５０は、（例えば、図１～１１に関して上述した、あるいは図１７～２２に関して上述した）本発明によるモーションジェネレータ５３を含むモーションシステム５２を具え、モーションシステム５２は、投影システム５６の前に、面５４上に搭載されている。モーションジェネレータ５３は制御システム５７の制御下にある。運転環境の画像がシャーシ５８内のユーザに対して表示される。音声システム５９が、運転環境の音声を再現する音声をユーザに提供する。モーションシステム５２の外周の周りに３６０度にわたって広がる曲面型投影システムは、モーションジェネレータ５３の設計に起因する本発明のモーションシステム５２の極限のヨー性能を利用した、より没入した体験も考慮している。投影及び／または表示手段は、好適にはプラットフォームとリンクした動きのために、回転可能なプラットフォームの周りに取り付けることができる。運転シミュレータ５０のモーションジェネレータ５３は、制御システム５７のコマンドの下で、概ね上述したように動作する。乗物運転シミュレータ５０において用いられるモーションシステム５２は、特に縦方向が小型であることは、当業者にとって明らかである。このことは、ユーザが運転シミュレータに入る／運転シミュレータを出るための傾斜台／橋を必要とする他のモーションシステムに比べて、シミュレートされる乗物の高さをより良好に再現する。ユーザは、リニアガイドのうちの２つの間にある建物表面の開口部を通ってシミュレータに入ることができる。

モーションジェネレータを製造する方法
本発明によるモーションジェネレータ、モーションシステム、及び乗物運転シミュレータは、従来の構成及び製造方法によって製造することができる。これらの製造に当たり、即納品であることの多い構成部品を用いることができる。

特に乗物の運動シミュレーション用途におけるモーションジェネレータの使用に関して本発明を説明してきたが、本発明のモーションジェネレータ及びモーションシステムは、空飛ぶ車のシミュレーション、及び特に回転翼航空機をシミュレートすることのような他の用途を見出すことは、当業者にとって明らかである。本発明の範囲及び精神から逸脱することなしに、以上の実施形態に多数の修正及び変更を加えることができることも、当業者にとって明らかであり、これらの実施形態はほんの一例として挙げるに過ぎない。

Claims (26)

1. ペイロードを面の上方で３自由度で動作させるモーションジェネレータであって、該モーションジェネレータは、
   前記面の上方の円形ガイド上に配置されて回転する回転可能なプラットフォームと、
   前記面の上方で中心から放射状に延びる少なくとも３つのリニアガイドと、
   外周ガイド・キャリッジと、
   複数のアクチュエータとを具え、
   前記リニアガイドの各々は、当該リニアガイド上に搭載されたリニアガイド・キャリッジを有し、
   前記外周ガイド・キャリッジは、前記リニアガイド・キャリッジの各々の上に、かつ前記回転可能なプラットフォームの外周の周りに搭載されて回転し、
   少なくとも１つの前記アクチュエータは、前記外周ガイド・キャリッジと前記回転可能なプラットフォームとの間に力を与えて前記回転可能なプラットフォームを回転させるように動作することができ、前記回転可能なプラットフォームを、前記面の上方で、前記少なくとも１つのアクチュエータの動作によって平行移動させることもできるモーションジェネレータ。
2. 前記回転可能なプラットフォームを、回転させると同時に平行移動させることができる、請求項１に記載のモーションジェネレータ。
3. 前記リニアガイドが前記面上に搭載されている、請求項１または２に記載のモーションジェネレータ。
4. 前記円形ガイドが前記回転可能なプラットフォーム上にある、請求項１～３のいずれかに記載のモーションジェネレータ。
5. 前記リニアガイド・キャリッジを、前記アクチュエータによって、前記リニアガイド上を移動するように駆動することができる、請求項１～４のいずれかに記載のモーションジェネレータ。
6. 前記アクチュエータのうちの少なくとも１つがリニアモータを具えている、請求項１～５のいずれかに記載のモーションジェネレータ。
7. 前記アクチュエータの全部がリニアモータを具えている、請求項６に記載のモーションジェネレータ。
8. 前記外周ガイド・キャリッジ及び前記回転可能なプラットフォームの一方が、少なくとも１つのリニアモータ・コイルを含み、該リニアモータ・コイルは、前記外周ガイド・キャリッジ及び前記回転可能なプラットフォームの他方上の対応するリニアモータ・マグネットウェイと相互作用して、前記回転可能なプラットフォームを回転させる、請求項１～７のいずれかに記載のモーションジェネレータ。
9. 前記外周ガイド・キャリッジが前記リニアモータ・コイルを具え、前記回転可能なプラットフォームが前記対応するリニアモータ・マグネットウェイを具えている、請求項８に記載のモーションジェネレータ。
10. 前記リニアモータ・マグネットウェイの各々が曲線状である、請求項９に記載のモーションジェネレータ。
11. 前記リニアモータ・コイルの各々が曲線状である、請求項１０に記載のモーションジェネレータ。
12. 前記少なくとも１つのアクチュエータがベルトドライブを具えている、請求項１～６のいずれかに記載のモーションジェネレータ。
13. 前記少なくとも１つのアクチュエータが、前記回転可能なプラットフォームを回転させるように動作可能である、請求項１２に記載のモーションジェネレータ。
14. 前記ベルトドライブを具えた前記アクチュエータがオメガ字形ベルトドライブである、請求項１３に記載のモーションジェネレータ。
15. 前記少なくとも１つのアクチュエータが歯車を具え、該歯車が、前記回転可能なプラットフォーム上の歯付きリムを駆動して前記回転可能なプラットフォームを回転させる、請求項１～６のいずれかに記載のモーションジェネレータ。
16. 隣接する２つの前記リニアガイド・キャリッジの、それぞれの前記リニアガイドに沿って前記中心に向かう移動が、前記回転可能なプラットフォームを、前記面の上方で、前記中心から離れるように移動させる、請求項１～１５のいずれかに記載のモーションジェネレータ。
17. 隣接する２つの前記リニアガイド・キャリッジの、それぞれの前記リニアガイドに沿って前記中心から離れる移動が、前記回転可能なプラットフォームを、前記面の上方で、前記中心に向けて移動させる、請求項１～１６のいずれかに記載のモーションジェネレータ。
18. 前記回転可能なプラットフォームが、３６０度まで、あるいは３６０度よりも大きく回転することができる、請求項１～１７のいずれかに記載のモーションジェネレータ。
19. 前記ペイロードが、乗物のシャーシまたはコックピット、あるいはその模型である、請求項１～１８のいずれかに記載のモーションジェネレータ。
20. 請求項１～１８のいずれかに記載のモーションジェネレータ、及び前記モーションジェネレータの動作を制御するように構成された制御システムを含むモーションシステム。
21. 請求項１～１９に記載のモーションジェネレータである第１モーションジェネレータを一次的モーションジェネレータとして具えると共に、あるいは該第１モーションジェネレータを含む請求項２０に記載のモーションシステムを一次的モーションシステムとして具えると共に、前記第１モーションジェネレータの前記回転可能なプラットフォーム上に二次的モーションジェネレータを具えている組合せ。
22. 前記二次的モーションジェネレータが、３自由度、４自由度、５自由度、または６自由度のモーションジェネレータである、請求項２１に記載の組合せ。
23. 請求項１～１９のいずれかに記載のモーションジェネレータ、または請求項２０に記載のモーションシステム、あるいは請求項２１または２２に記載の組合せを含み、視覚的な投影または表示手段、及び音声手段から選択した少なくとも１つの環境シミュレーション手段を含む乗物運転シミュレータ。
24. 前記投影または表示手段が、前記回転可能なプラットフォームを完全に包囲するように広がる、請求項２３に記載の乗物運転シミュレータ。
25. 前記投影または表示手段が、前記回転可能なプラットフォームの周りに搭載されて、好適には前記回転可能なプラットフォームとリンクして移動する、請求項２３または２４に記載の乗物運転シミュレータ。
26. 請求項１～１９に記載のモーションジェネレータを製造する方法であって、
    面の上方にある円形ガイド上に配置されて回転する回転可能なプラットフォームを用意するステップと、
    少なくとも３つのリニアガイドを、前記面の上方で共通点から放射状に延びるように配置するステップと、
    前記リニアガイドの各々に、当該リニアガイド上を移動可能なリニアガイド・キャリッジと、外周ガイド・キャリッジと、複数のアクチュエータとを設けるステップとを含み、該外周ガイド・キャリッジは、該リニアガイド・キャリッジの各々の上に、かつ前記回転可能なプラットフォームの外周の周りに搭載されて枢動するステップとを含み、
    これにより、使用中に、前記アクチュエータの各々が、前記円形ガイド上の外周ガイドと前記回転可能なプラットフォームとの間に力を与えるように動作することができる方法。
    

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