JP6140793B2 - ターニング時の摩擦性と滑り感の体験ができる曲線コーナリングシミュレーション装置 - Google Patents

Description

本発明は、仮想現実体験において使用する直線走行、ターニング、コーナリング走行が可能であり、ターニング時の摩擦性と滑り感の体験ができる曲線コーナリングシミュレーション装置に関する。

本発明は、仮想現実体験において使用する直線走行、ターニング、コーナリング走行が可能であり、ターニング時の摩擦性と滑り感の体験ができる曲線コーナリングシミュレーション装置に関する。最近は仮想現実を応用した多様な仮想現実装置が提案されているが、このような装置は動作具現機器にコンピューターを連結して、プログラムによる仮想環境の変化を、動作具現機器を通じて物理的な変動に示すことで、ユーザーが仮想の状況を実際の状況として認知するようにしたものである。

このような仮想現実体験のための装置の中で代表的なものとして、ユーザーが座っている姿勢で、大型スクリーンから見られる映像に応じて、椅子、自動車、ヘリコプター、馬の形状を有する搭乗器具が上下左右などに位置を変えるようにする位置変位を有する搭乗型仮想体験器具が広く普及されており、このような搭乗型シミュレーション装置は、椅子や馬形状の搭乗器具を前後左右に位置変位するか振動させるために、多数の油圧または空圧シリンダーを搭乗器具の下部に設け、これらのシリンダーに制御信号を印加して、多様な動作を具現させている。

しかし、油圧や空圧シリンダーを用いた搭乗型シミュレーション装置は、位置制御信号を空圧または油圧制御信号に変換すべきであり、また、圧力伝達媒体の圧縮条件が満たされるべきなので、設備が複雑であり、製造コストが高まるという短所がある。また、体積と重量が大きくなるにつれて、設置場所に制約が発生すると共に、動作反応の迅速性が低下されて現実感を低下させる問題があった。

さらに、走行型体験器具の場合、上記のような油圧や空圧式シリンダーを使用する場合、反応が遅くなり、左右回転に対して特に敏感に反応することができず、曲線型トラックを走行する場合、実際の回転の際に感じられる滑り感を再現することができない。

大韓民国特許公開番号第１０−２００４−００８８３２７号の「体感型ゲーム装置」の場合、ゲーム映像の変化をジョイスティックのようなユーザーの入力装置からの入力を反映し、ギアを通じてユーザーの椅子に回転運動を与えるようになるところ、モーターとギアを用いて垂直軸を中心として回転運動を起こすが、ジョイスティックによる入力がユーザーの椅子まで反映されるには時間がかかると共に、椅子は単なる回転運動をするだけなので、実際の走行感とは程遠い。

例えば、実際の後輪駆動車の場合、コーナーを曲がる際、アクセルを最後まで踏めば後輪が横に滑ってしまうが、速度を大幅に減らしていない状態でもコーナーを曲がるために実際の運転ではこのようなテクニックを活用することができるところ、上記の特許の場合、またはその他に、現在市販されている仮想現実体験機器は、このような滑りに対する具現ができていないので、油圧式の場合、不連続的に急に動くだけである。

本発明は、上記のような短所を克服するために案出されたものであって、仮想現実の体験において実際の走行感を再現できるようにする体験機器を提供することを目的とする。

上記のような目的を達成するために、ターニング時の摩擦性と滑り感の体験ができる曲線コーナリングシミュレーション装置を提供することにおいて、回転軸を中心として回転運動が可能なフットボード３であって、回転軸を介在して２つのペダルが形成されており、ペダル２の下方にキャスター３１が装着されるところ、ペダルを踏んだ際、キャスターの上方にあるキャスターブレーキが下り、キャスターの回転を塞ぐようにすることで、キャスターは２つのローラーの外側を動くベルトを含むトラックベルト７のベルト上に接するようにして、フットペダルを踏む際、フットペダル２を踏んだ方向に動かせることができる。

前記トラックベルトは、フットボード３の回転軸と一直線上にあるものの、結合されていない下端回転軸１１上に回転可能に置かれるようにし、トラックベルト７の下端には一対の下端キャスター１０が下端回転軸を介在して形成され、片荷重が発生した方に押されて回転が発生するようにする、ターニング時の摩擦性と滑り感の体験ができる。

前記下端キャスター１０は、ベースプレート１２上に設けられ、下端回転軸１１上に多数個のアームを有する中間フレーム８が置かれ、中間フレーム８に四角フレーム１５が結合し、四角フレーム１５にトラックベルト７が結合されるようにし、中間フレーム８の下方では下端キャスター１０とバネ９が支持され、片荷重が加えられる際に片荷重によって下端キャスターが押されるようにすることができる。

前記フットボード３の末端にはハンドル結合部が形成されており、ハンドル結合部にはハンドル軸が立てられ、ハンドル軸の末端にハンドルが形成されるところ、ハンドルは上下方向に動くが、ハンドルの両側は連動され、互いに異なる方向に動かせることができる。

前記下端キャスターと上端キャスターは、２つの支持軸の内側にキャスターが結合されて回転されるようにし、支持軸が結合された方向にバネが取り付けられたキャスターブレーキがキャスターの方に動くようにして、キャスターブレーキをペダルで踏んだり、キャスターが押されたりして、キャスターブレーキがキャスターに当接する際にキャスターの回転数を減らすことができる。

フットボードとベースプレートの回転角及びハンドルの上下位置をセンシングして送信するセンシング位置収集部をさらに含むことを特徴とする、ターニング時の摩擦性と滑り感の体験ができる。

上記のような構成により、滑りのように従来の機器では具現できなかった現象を再現し、より実際に近接した仮想現実体験を可能にする効果を有する。

本発明に係る一実施例を示す図である。 本発明に係る一実施例を示す図である。 本発明に係る一実施例を示す図である。 本発明に係る一実施例を示す図である。 本発明に係る一実施例を示す図である。 本発明に係る一実施例を示す図である。 本発明に係る一実施例を示す図である。 本発明に係る一実施例を示す図である。 本発明に係る一実施例を示す図である。 本発明に係る一実施例を示す図である。 本発明に係る一実施例を示す図である。 本発明に係る一実施例を示す図である。

以下、添付の図面を参考しながら本発明について詳細に説明する。図中、同様な構成要素または部品は、できれば同じ参照符号にて示していることに留意されたい。本発明を説明することにおいて、関連の公知の機能あるいは構成についての具体的な説明は、本発明の要旨を不明にしないように省略する。

図１は、本発明についての実施例に係るシミュレーション装置の外観を示す斜視図であり、図２は、組み立ての相関関係を説明するための分解斜視図である。図３は、ハンドルの作動を示す。図１において、ケース４の上方にフットボード３が形成されており、フットボード３にはフットペダル１が対向して両方に形成されており、フットボード３の末端にはハンドル軸２０が形成されてハンドル１７が取り付けられる。ユーザーはフットボード３上でフットペダル１を踏み、ハンドル１７を回しながら機器を作動させる。

図２は、より詳しい組立図を示しており、下方から説明すると、ベースプレート１２上に下端回転軸１１が設けられ、下端回転軸の上方に多数個のアームを有する中間フレーム８が結合される。中間フレーム８はベースプレートに一末端が結合されたバネ９から支持され、中間フレーム８の直上には四角フレーム１５が結合されるところ、四角フレーム１５の前面と背面が中間フレーム８は円状の中心から半径方向に突き出たアームのうち、前面と背面に向けたアームにネジ結合され、四角フレーム１５の角部分に受け板が結合され、受け板がアームに形成された孔に結合される。また、ベースプレート１２で、下端回転軸１１の両方に下端キャスター１０が結合され、結合した際に中間フレーム８のアームの間に上がる。中間フレーム８は下端回転軸に沿って回転したり、上下に傾くことができる。

四角フレームの前面と背面で中間フレーム８と結合するので、四角フレーム１５が軸方向に沿って回ったり、側面で軸を中心として上方向への運動が可能になる。

四角フレーム１５にはトラックベルト７が結合されるところ、電動モーター６から回転力を受けて、トラックベルト７のベルトが回転運動をするようになり、電動モーター６はケースの内側に装着される。

また、下端キャスター１０はトラックベルト７の下面に接するようになるところ、トラックベルト７の上面には上端キャスターが接するようになる。四角フレーム１５と電動モーター６の上方にはケース４が覆われ、ケース４の上方にはフットボード３がケース４の上面に結合され、フットボード３には一対のフットペダル１が形成されており、フットペダル１がケース４の上面に形成されたペダル結合部１６に結合され、ペダル結合部１６はケース４を貫通するところ、ペダル結合部１６の下部には上端キャスター３１が取り付けられ、上端キャスターはトラックベルト７上に接するようになる。このような構造により、フットボード３上に上がってハンドル１７を握った状態でフットペダル１を踏むと、フットペダル１の回転が上端キャスターに伝達される。ハンドル１７はハンドル軸２０に付着されるところ、ハンドル軸２０はフットボード３の正面のハンドル結合部２に差し込まれて結合される。トラックベルトは１つあるいは多数個に分離されることができ、ペダルの個数だけ形成され得るが、同じ回転数で回転されるようにする。

ハンドルの構造は図３に示されており、ハンドルを上下方向に動くことができ、片方のハンドルの動きはギヤとベルトを通じて他方のハンドルに伝達されるようにして、他方に連動して動かせる。

上端キャスター３１は回転運動をするところ、フットペダルを踏む際、フットペダルに連結されたキャスターブレーキによって回転運動が抑制されることができ、フットペダルから足を離せばキャスターブレーキに形成されたバネによって復元力が発生される。

図４及び図５において、上端キャスター及び下端キャスターとトラックベルトの構成が示されている。図示のように、上端キャスター３１はトラックベルト７を介在して下端キャスター１０と対向するようになるところ、ベースプレート１２の上面で下端回転軸１１により中間フレーム８が結合され、中間フレーム８には四角フレーム１５が結合されるところ、中間フレーム８は下端回転軸１１に固定され、下端回転軸１１の周囲でバネ９で支持されて下方に押された際に復元力を有するようにし、四角フレーム１５の角部分の内側には受け板３２が結合され、角部分の内側に結合されたネジとバネによって内側に押されることができるように結合する。受け板３２を押すとバネによって内側に押されるが、再び元の位置に復元されるところ、受け板３２が中間フレーム８のアーム部分に形成された孔に差し込まれ、中間フレーム８や四角フレーム１５に力が加えられる場合、受け板３２も押されることができるところ、この際、押す力が大きくなれば受け板がアームの孔の下方に下がることもあり、弾性によって少しずつ内側に押されることもある。

また、四角フレーム１５にはトラックベルト７が結合するところ、トラックベルト７の下面はベースプレート１２に付着された下端キャスター１０に接するようになり、中間フレーム８はアームが中心から伸びた形態になっているため、アームのない空きスペースを通じて下端キャスター１０がトラックベルト７の下面に接するようになる。

図４及び図５には、このような構成が示されており、図４は、側面から見た形態を示し、図５は、前面と背面から見た形態を示している。

このような構成によって、ユーザーがフットペダル１を踏んでハンドルを回すと、図４及び図５に示すように、フットペダル１の下方の上端キャスター３１が押されるようになり、キャスターブレーキ４１が下方に押されてキャスターの回転を塞ぐようになり、回転していたトラックベルト上にキャスターが滑り、これによってフットボード３がフットペダルを踏んだ方にやや傾くようになる。フットペダルを踏まなかった際は、フットペダルの下方のキャスターがトラックベルトに沿って回転運動をするが、キャスターの回転運動が抑制されて滑りが発生されると、摩擦騒音が発生し、両方のキャスターの回転数が異なるようになり、踏んでいないペダルは回転し続き、ペダルを踏んだ方にフットボードを回転させるようになる。

従来には２つのキャスターを使用する代わりに１つのキャスターを使用し、キャスターの方向を転換できるようにして、このような回転運動を具現したが、本発明では、２つのキャスターを使用してキャスターが方向を転換しなくてもフットボード３が回転運動をすることを可能にした。

前進や後進の場合には、ハンドルを回さずにフットペダルを押すようにすることができ、トラックベルト７の回転方向に応じて前進と後進が決定され、トラックベルト７の回転方向はハンドルで調整可能である。

ところで、運転者の上体を最大限に一方向に傾けたり、その他の方法で片荷重を加えると、四角フレームが押されて、四角フレームの下方に接している下端キャスター１０を押すようになり、四角フレーム１５が結合している中間フレーム８のアームの上方に四角フレームが押されるようになるが、下端キャスター１０はバネによって支持されており、中間フレーム８もバネ９によって支持されるので、押す力は相殺される。

ところで、トラックベルト７が押されることにつれて、下端キャスターを押す際に下端キャスター１０のキャスターはキャスターブレーキが当接することによって回転数が少なくなったり停止されてベルト上に滑るようになる。ところで、両方にあるキャスターのうち、一方のキャスターは回転し続き、他方のキャスターは横滑りしたり回転数が減少すれば、軸を中心として押されているベースプレートを基準としてキャスターの方に四角フレーム１５が動くようになる。つまり、ペダルを踏んだ際、フットボード３が動くこととは別途に体重を載せた方に回転するようになる。この際、下方のバネ９や下端キャスター１０が支えているので底に当たることはないが、このような作用により四角フレームと中間フレームはベースプレート１２を基準として見れば隣に外れるようになる。

ユーザーはフットボード３に足を乗せたまま、ペダルを踏んでいる状態であるが、ユーザーの立場からはフットボード３とケース４及びベースプレート１２を見ているようになるところ、ペダルを踏む場合にはフットボード３の方向が外れるようになり、体重を載せればベースプレートを基準としてケース４の方向まで外れるようになり、フットボード３のみ回転することを１次回転と言い、ケース４まで回転することを２次回転と言う。

従来の仮想現実体験機器の場合、フットボード３に該当する足場が回転することはあったが、これだけでは様々な駆動装置とブレーキで作動する乗り物を足場一つのみで具現することは難しかった。しかし、本願発明による場合、このような動き、特に、回転時の働きを更に微細に具現することが可能になった。

従来の機器は、滑りのような現象を具現することができなかったので、不連続的な動きによって方向が変わったりしたが、本発明は、左右調節及び体重を乗せる動作まで具現することができるので、より現実に近い動きを感じることができる。このため、フットボード３とトラックカバー４の回転角及びハンドルの上下位置の変位と左右位置の変位をセンシングして、ゲームまたはコンテンツのプレーヤーと連動させることができ、６軸ジャイロスコプセンサーを活用することができる。

本発明に係るシステムは、１００ボルト〜２４０ボルトで動作し、トラックベルト７の速度を調整することができ、停止している状態でスタートボタンを押すと最低の速度で回転をスタートし、速度を上げたり下げたりすることができ、このような装置はハンドルに装着される。さらに、トラックベルトの回転速度をセンシングするために、ベルトのローラーにセンサーを装着して、トラックベルトの回転速度が一定の速度を超えないようにする。

また、別途の送風コントローラーを通じてユーザーの方に風を送るところ、送風量がトラックベルトの回転速度と連動されるようにして、回転速度が上がるほど送風量が大きくなるようにして、ユーザーにとって実在感を感じらせるようにする。ストップボタンを作動させたり、ストッパーを離脱するようになれば電源をオフする。

図４及び図５は、上端キャスター及び下端キャスターとトラックベルトとの結合度を示している。フットペダル１を踏めば、キャスターブレーキ４１が下り、キャスターが回転することを塞ぐようになり、フットペダルから足を離せばバネの作用によってキャスターブレーキが上がり、キャスターが再び回転するようになる。キャスターブレーキ４１が作動する場合、キャスターはトラックベルト７上を滑ることで動くようになる。この場合、両方にある車輪（キャスター）の回転数が変わるようになり、ブレーキが作動した方に傾くようになる。

下端キャスターはトラックベルト７の下面に接しているところ、上方から押されるようになる場合、キャスターブレーキ４１の作動によってキャスターが回転しなくなると、一方のキャスターが押されるようになり、押される方に傾くようになる。

図６には、ハンドルとフットペダルの作動及び片荷重を加えることによるフットボードの動きを示している。

図７は、本発明に係る装置の作動についてフローチャートを通じて示す。図７は、試運転動作試験を示しているが、本発明に係る装置と前記装置を使用するコンテンツを選択して電源をオンするところ、この際、頭には仮想現実を支援するＨＭＤを着用した後、フットボードに搭乗することができる。

左方のペダルを踏んだ際、フットボード３が左方に回転すれば正しく作動するのであり、そうでない場合、トラックベルトの上端に接する上端キャスターの接触不良があるかどうかを確認する。正しく作動する場合、ハンドルの左右回転動作ができているかどうかを確認し、そうでない場合、上端キャスターとハンドル連係動作不良であるかどうかを確認する。異常のない場合、左方のフットペダルの押しを解除し、右方のフットペダルに対して同じ方法の確認が行われる。フットペダルの異常有無の確認が終わると、フットボードの前進及び後進について確認し、前進の設定中に前進されずにフットボードが回転する場合、トラックベルトの上端の左右側のキャスターのうち、一方のキャスターに接触状態不良があるかどうかを確認し、そうでない場合には、トラックベルトの上端の左右のうち、両方の接触不良があるかどうかを確認する。

後進の場合には、前進の場合と同様の方法で確認し、運転者の上体を最大限に左側に傾けて左側片荷重を加え、フットボードの２次左回転の有無を確認するところ、２次左回転が発生しない場合、下端キャスターの左側接触不良の有無を確認し、ハンドルを右回転動作させながら、１次フットボードの右回転が発生するかどうかを確認し、トラックベルトの速度を増やしながらハンドルに対する連係動作を確認する。

その後、運転者の上体を最大限に右方に傾けて右側片荷重を加えた状態で、フットボードの２次右回転が発生するかどうかを確認し、下端キャスターの接触不良の有無を確認し、ハンドルの左回転、フットペダルの押しによって正常に動作するかどうかを確認する。全ての確認が終わると、仮想現実ディスプレー装置（ＨＭＤ：Ｈｅａｄ Ｍｏｕｎｔ Ｄｉｓｐｌａｙ）を着用し、仮想現実ゲームや仮想現実コンテンツの体験を始めるようになる。

１ フットペダル
３ フットボード
４ ケース
６ 電動モーター
７ トラックベルト
８ 中間フレーム
９ バネ
１０ 下端キャスター
１１ 下端回転軸
１２ ベースプレート
１５ 四角フレーム
１６ ペダル結合部
１７ ハンドル
３１ 上端キャスター
５１ 送風機

Claims (2)

1. ターニング時の摩擦性と滑り感の体験ができる曲線コーナリングシミュレーション装置
   であって、
   設置面と略平行に配置されるベースプレート（１２）に対し、回転軸を中心としてベースプレート（１２）と略平行な面で回転運動が可能なフットボード（３）を備え、
   フットボード（３）の上面の左右に２つのペダル（１）が配設される一方、フットボード（３）の下面にはペダル（１）の下方位置にそれぞれ上端キャスター（３１）が配設されており、ペダル（１）の下部には上端キャスター（３１）の回転を制動するキャスターブレーキ（３２）を付設することで、ペダルを踏んだ時には上端キャスター（３１）の回転が制動されるようになっており、
   前後の２つのローラーによって駆動され、前後方向に走行するトラックベルト（７）をベースプレート（１２）とフットボード（３）との間に位置するフレーム（１５）上に備え、左右の上端キャスター（３１）はそれぞれのトラックベルト（７）の上面に接触しながら回転する状態にあり、
   ペダル（１）を踏んだ際、キャスターブレーキ（３２）がかかることによってトラックベルト（７）の駆動がフットボード（３）に伝動し、ペダル（１）を踏まれた側と踏まれていない側の上端キャスター（３１）とトラックベルト（７）との摩擦差によってフットボード（３）が回転運動するようにした
   ターニング時の摩擦性と滑り感の体験ができる曲線コーナリングシミュレーション装置。
2. 前記のフットボード（３）は前記フレーム（１５）に対して相対的に回転可能であると共に、フレーム（１５）は、前記ベースプレート（１２）に対して下端回転軸（１１）を中心に相対的に回転可能な構成において、
   前記のトラックベルト（７）の下面に接触しながら回転する下端キャスター（１０）を左右に備えると共に、下端キャスター（１０）を下方に押すことで下端キャスター（１０）と抵触し、下端キャスター（１０）の回転を制動する下側キャスターブレーキを備え、
   前記のフットボード（３）に対して前記上端キャスター（３１）のキャスターブレーキ（３２）が作用するよりもさらに大きな偏荷重を加えた際に、上端キャスタ（３１）の下方に作用する力がトラックベルト（７）を介して下端キャスター（１０）を下方に変位させることで下側キャスターブレーキが下端キャスター（１０）を制動し、トラックベルト（７）と前記のベースプレート（１２）との間においても左右の摩擦差によって前記トラックベルト（７）を備えたフレーム（１５）がベースプレート（１２）に対して回転運動するようにした
   請求項１に記載のターニング時の摩擦性と滑り感の体験ができる曲線コーナリングシミュレーション装置。

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