JP6242407B2 - モーションシミュレータ - Google Patents

Description

本発明はモーションシミュレータに関するもので、より詳しくは簡単な構造によって多様なシミュレーション動作を安定的に実行できるようにしたモーションシミュレータに関するものである。

一般にモーションシミュレータは、コンピュータによって制御される仮想環境に合うように動的変化を再現することによって、使用者に仮想現実の動きを現実のように感じさせるようにする装置であって、飛行シミュレーションや運転シミュレーションなどを実現することができるだけでなく、最近では３次元を体感することができるようにするゲーム用や劇場用のシミュレータなどに広く用いられている。

モーションシミュレータは直線運動と回転運動の組合せによって３次元運動を実行する。空間上での物体の運動は、前後方向（Ｚ軸）、左右方向（Ｘ軸）および上下方向（Ｙ軸）への直線運動と、Ｚ軸を回転中心とするローリング（Ｒｏｌｌｉｎｇ）、Ｘ軸を回転中心とするピッチング（Ｐｉｔｃｈｉｎｇ）およびＹ軸を回転中心とするヨーイング（Ｙａｗｉｎｇ）回転運動の組合せによってなされる。

このような従来のシミュレータとして、大韓民国特許登録第１０−０９３２２３１号の体感型運動シミュレータ用運動板が開示されている。このようなシミュレータは、図１に示した通り、支持フレーム１０、可動フレーム１２、中央ピボットジョイント１３、水平アクチュエータ１４、第１上下アクチュエータ１５および第２上下アクチュエータ１６を具備して、中央ピボットジョイント１３を中心として３自由度（Ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ Ｆｒｅｅｄｏｍ）回転運動ができるように構成したものである。

前記従来のシミュレータは、第１上下アクチュエータ１５または第２上下アクチュエータ１６を駆動してロッド（１５−３、１６−３）の上下運動によって可動フレーム１２に回転運動を付与し、水平方向アクチュエータ１４を駆動してロッド（１４−３）の水平方向運動によって可動フレーム１２に回転運動を付与することによって、３自由度回転運動が具現される構造である。未説明符号１４−１、１４−２、１５−１、１５−２、１６−１、１６−２はエンドジョイント、１４−４、１５−４、１６−４はシリンダーを表す。

このような従来のシミュレータは、急激な動作中に発生する激しい揺れによって装置の安定性が低下し、使用者に不安感を与えて製品の信頼性を低下させる問題点があった。

本発明は、前記問題点に鑑みて案出されたもので、リンク部に動作中の衝撃を吸収するための緩衝部を具備することによって、モーションシミュレータの揺れを防止して安定性を向上させることができるモーションシミュレータを提供することを目的とする。

このような目的を実現するための本発明のモーションシミュレータは、使用者が着席する椅子３０１と使用者の操作による仮想環境を映像で提供するモニター３０２および前記仮想環境を提供するために使用者が操作するハンドル３０３を支持する支持部材３００、３１０、３２０、前記支持部材３００、３１０、３２０の下部に結合され前記支持部材３００、３１０、３２０を支持するとともに上下に運動させる複数のリンク部４００、５００、６００を含み、前記複数のリンク部４００、５００、６００のうち一つ以上のリンク部には衝撃を吸収するための緩衝部７１０、７２０が備えられる。

前記リンク部４００、５００、６００は、上端が前記支持部材３１０の後端にローリングおよびピッチング回転できるように連結され、下端がピッチング回転可能であり第１駆動手段によって前記支持部材３１０の後端を上下運動させる第１リンク部４００、上端が前記支持部材３２０の左右の両側端でローリングおよびピッチング回転できるようにそれぞれ連結され、下端がローリング回転可能であり第２駆動手段と第３駆動手段とによって前記支持部材３２０の左右の両側を上下運動させる第２リンク部５００と第３リンク部６００とからなり、前記緩衝部７１０、７２０は、前記第２リンク部５００と第３リンク部６００とにそれぞれ備えられる。

前記緩衝部７１０、７２０は、ガススプリングまたはガスショックアブソーバーまたはダンパーのうちいずれか一つからなることができる。

前記緩衝部７１０、７２０は、前記第２リンク部５００に連結される第１緩衝部７１０、前記第３リンク部６００に連結される第２緩衝部７２０からなり、平面視において、前記第１緩衝部７１０と前記第２リンク部５００と前記第２緩衝部７２０および第３リンク部６００とは一直線上に位置する。

本発明のモーションシミュレータによれば、リンク部にガススプリング、ガスショックアブソーバーまたはダンパーのような緩衝部を具備することによって、モーションシミュレータの動作中の揺れを防止することができ、製品の信頼性を向上させることができる。

従来技術によるモーションシミュレータを示した図面。 本発明によるモーションシミュレータの斜視図。 本発明によるモーションシミュレータを構成する回転板と固定板の分解斜視図。 本発明によるモーションシミュレータのリンク部が昇降していない状態を示した図面。 本発明によるモーションシミュレータの第２リンク部が昇降した状態を示した図面。 本発明によるモーションシミュレータの第３リンク部が昇降した状態を示した図面。

以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施例に対する構成および作用を詳細に説明する。

図２は、本発明によるモーションシミュレータの斜視図、図３は、本発明によるモーションシミュレータを構成する回転板と固定板の分解斜視図である。
以下、運動の方向を説明するにおいて、図２に示された通り、ローリング（Ｒｏｌｌｉｎｇ）は前後方向（Ｚ軸）を回転中心とする回転運動、ピッチング（Ｐｉｔｃｈｉｎｇ）は左右方向（Ｘ軸）を回転中心とする回転運動、ヨーイング（ヨーイング）は上下方向（Ｙ軸）を回転中心とする回転運動を基準として説明する。

本発明のモーションシミュレータは、一側にモーター１１０が装着され下面には複数のキャスター１２０が装着された回転板１００と、前記回転板１００が回転できるようにその下部を支持して前記モーターの軸に噛合う従動部が固定装着された固定板２００と、前記回転板１００の上側に離れて配置される可動フレーム３００と、前記回転板１００と可動フレーム３００との間に結合されて前記可動フレーム３００を支持するとともに上下に運動させる複数のリンク部４００、５００、６００と、を含めて構成される。

前記可動フレーム３００には、使用者が着席する椅子３０１と、使用者の操作による仮想環境を映像で提供するモニター３０２と、仮想環境を提供するために使用者が操作するハンドル３０３および自動車の速度を調節するためのペダル３０４とが備えられる。このような構成は、モーションシミュレータの用途により他の構成に代替可能である。
また、前記可動フレーム３００には、前記椅子３０１とモニター３０２とを支持する第１支持部材３１０と、前記第１支持部材３１０に連結されて前記ハンドル３０３を支持するための第２支持部材３２０とが結合されており、前記可動フレーム３００と第１支持部材３１０および第２支持部材３２０を支持部材３００、３１０、３２０と通称する。

前記リンク部４００、５００、６００は、前記支持部材３００、３１０、３２０の後端と左右側端にそれぞれ連結された第１リンク部４００と第２リンク部５００および第３リンク部６００とからなる。

前記第１リンク部４００は、所定長さを持つ第１リンク部材４１０、第１駆動手段（図示されず）により前記第１リンク部材４１０の内部でスライド作動する第１ロッド（図示されず）、前記第１ロッドの上部に連結されて前記第１支持部材３１０の後端にローリングおよびピッチング回転できるように連結された第１上部連結部材４３０、前記回転板１００の上部に結合されて前記第１リンク部材４１０がピッチング回転できるように連結された第１下部連結部材４４０からなる。

このような構成により、前記第１駆動手段を駆動させると前記支持部材３１０の後端が上下に運動するようになり、前記第１駆動手段はモーターまたはシリンダーで構成することができる。

前記第２リンク部５００は、所定長さを持つ第２リンク部材５１０、第２駆動手段（図示されず）により前記第２リンク部材５１０の内部でスライド作動する第２ロッド５２０、前記第２ロッド５２０の上部に連結されて前記第２支持部材３２０の一側端にローリングおよびピッチング回転できるように連結された第２上部連結部材５３０、前記回転板１００の上部に結合されて前記第２リンク部材５１０がピッチング回転できるように連結された第２下部連結部材５４０からなる。

また、前記第３リンク部６００は、所定長さを持つ第３リンク部材６１０、第３駆動手段（図示されず）により前記第３リンク部材６１０の内部でスライド作動する第３ロッド６２０、前記第３ロッド６３０の上部に連結されて前記第２支持部材３２０の他方団にローリングおよびピッチング回転できるように連結された第３上部連結部材６３０、前記回転板１００の上部に結合され前記第３リンク部材６１０がピッチング回転できるように連結された第３下部連結部材６４０からなる。

モーションシミュレータに急激な動作がなされた場合、使用者が椅子３０１に着席した状態で左右方向に揺れて、安定性を損なう恐れがある。これを防止するために、前記第２リンク部５００と第３リンク部６００とにはモーションシミュレータの急激な動作時の衝撃を吸収するための第１緩衝部７１０と第２緩衝部７２０とが備えられている。

前記第１緩衝部７１０と第２緩衝部７２０とは、ガススプリングまたはガスショックアブソーバーまたはダンパーのうちいずれか一つで構成され、衝撃を吸収してモーションシミュレータの動作時の揺れを防止することができる。

前記第１緩衝部７１０は、一端が前記第２リンク部５００に連結され他端が前記回転板１００上に連結され、前記第２緩衝部７２０は一端が前記第３リンク部６００に連結され他端が前記回転板１００上に連結されるものの、平面視において（すなわち、平面図から見た時）前記第１緩衝部７１０と前記第２リンク部５００と前記第２緩衝部７２０および第３リンク部６００とは一直線上に位置し、前記第１緩衝部７１０と第２緩衝部７２０は、前記第２リンク部５００と第３リンク部６００との間の内側で、前記第２リンク部５００と第３リンク部６００を支持するように傾斜して設置されている。

このような構成によれば、モーションシミュレータの急激な動作時に使用者が左右方向に揺れることを防止することができる。

前記においては、モーションシミュレータの揺れを防止できる最も好ましい実施例である第１緩衝部７１０と第２リンク部５００と第２緩衝部７２０および第３リンク部６００とが一直線上に位置する構成に対して説明したが、一直線上に位置しない構成にすることもできる。

前記回転板１００は、モーションシミュレータの使用時には固定板２００により回転できるように支持され、モーションシミュレータの移動時にはモーションシミュレータの全体構造を支持する役割をするもので、図３に示した通り、外枠を形成する第１フレーム１００ａと、前記第１フレーム１００ａの内側面に一定の角度間隔で両端が固定される複数の第２フレーム１００ｂとから構成されている。

前記回転板１００の一側には回転板１００の回転のための駆動力を提供するモーター１１０が装着され、前記モーター１１０の軸が下側を向くように位置され、前記モーター１１０の軸には第１スプロケット（図示されず）が結合されている。

前記第１フレーム１００ａの下面には一定の角度間隔で複数のキャスター１２０が装着され、前記第１フレーム１００ａの上面には第１リンク部４００と第２リンク部５００および第３リンク部６００の下端部が結合されている。前記複数の第２フレーム１００ｂは回転板１００の中央部で互いに交差するように結合され、その交差した中央部には中心軸２３１が挿入される挿入ホール（図示されず）が形成されている。

前記固定板２００は、モーションシミュレータの使用時にはモーションシミュレータの全体構造を支持する役割をし、モーションシミュレータの移動時には底面から上側に離隔されて底面との干渉を防止できる構造になされたもので、図３に示した通り、外枠を形成する第３フレーム２００ａと、前記第３フレーム２００ａの内側面に一定の角度間隔で両端が固定される複数の第４フレーム２００ｂから構成されている。

前記固定板２００の下端部と底面間にはゴム板（図示されず）が介在されることが好ましい。モーションシミュレータの移動時には前記ゴム板を除去することによって、固定板２００と底面とが離隔されて、モーションシミュレータの荷重が回転板１００に装着されたキャスター１２０に作用するようにしてモーションシミュレータの移動を容易に実行できるようになる。

前記第３フレーム２００ａの上面には複数の第２スプロケット２１０が中心軸線を基準として等間隔で固定装着されており、複数の第４フレーム２００ｂは固定板２００の中央部で互いに交差するように結合され、その交差した中央部の上面には中心軸２３１が回転可能に結合されて前記回転板１００を支持する回転支持部２３０が設置されている。
前記回転支持部２３０は上部２３０ａと下部２３０ｂとがベアリングで連結されてその場で相対回転できるように構成されており、前記回転板１００と固定板２００とは前記回転支持部２３０により上下に離隔されて結合される。

前記モーター１１０の動力を伝達するための前記従動部は、前記固定板２００に装着されて回転しないように固定された複数の第２スプロケット２１０と、前記モーター１１０の軸に結合された第１スプロケットと前記複数の第２スプロケット２１０に連結されるチェーン２２０とから構成される。

前記第１スプロケットと第２スプロケット２１０とは同一高さに位置し、前記第１スプロケットは前記複数の第２スプロケット２１０を連結した仮想の連結線から外側に偏心して位置し、前記第１スプロケットの外側面と複数の第２スプロケット２１０の外側面には前記チェーン２２０の内側面が噛み合うように連結される。

前記固定板２００はモーションシミュレータの使用時には設置場所の底面に支持され、前記回転板１００は底面から上側に離隔されて、回転板１００とその上部の全体構造物とが回転自在の状態となる。この状態でモーター１１０が作動すると、モーター１１０の軸に結合された第１スプロケット（図示されず）が回転し、前記第１スプロケットに噛み合っているチェーン２２０に動力が伝達され、前記複数の第２スプロケット２１０は固定板２００に回転しないように固定装着されているので、動力の伝達時に、前記第２スプロケット２１０がチェーン２２０に作用する反発力によって、モーター１１０の軸に結合された前記第１スプロケットはチェーン２２０の内側面に沿って回転するとともに回転板１００とその上部の構造物全体とが回転するようになる。

図４は、本発明によるモーションシミュレータのリンク部が昇降していない状態を示した図面、図５は、本発明によるモーションシミュレータの第２リンク部が昇降した状態を示した図面、図６は、本発明によるモーションシミュレータの第３リンク部が昇降した状態を示した図面である。以下、図４〜図６を参照して本発明によるモーションシミュレータの作動を説明する。図４〜図６は前方から後方に向かって眺めた状態を示した図面である。

図４は第２リンク部５００と第３リンク部６００で第２ロッド５２０および第３ロッド６２０が上昇しないで最下端に位置した状態を示している。

図４の状態から第２駆動手段を作動させて第２ロッド５２０を上昇させると、図５に示した通り、可動フレーム３００をはじめとする上側構造物全体が傾いてピッチング回転運動がなされる。

また、図４の状態から第３駆動手段を作動させて第３ロッド６２０を上昇させると、図６に示した通り、可動フレーム３００をはじめとする上側構造物全体が図５と反対方向に傾いてピッチング回転運動がなされる。

このような動作過程において、速度が速くなるなどの急激な動作がなされる場合には、左右方向に揺れが発生するようになるが、本発明の場合、第１緩衝部７１０と第２緩衝部７２０とが衝撃を吸収することによって、左右方向への揺れを防止することができる。

前記においては、回転板１００が備えられてヨーイング運動をする実施例に対して説明したが、前記回転板１００がなく、ヨーイング運動をしないモーションシミュレータにも本発明の緩衝部を適用することができる。

以上説明した通り、本発明は前述した実施例に限定されず、請求範囲から請求される本発明の技術的思想を逸脱することなく、当該発明が属する技術分野において通常の知識を有する者によって自明な変形実施が可能であり、このような変形実施も本発明の範囲に属する。

１００ 回転板
１１０ モーター
１２０ キャスター
２００ 固定板
２１０ 第２スプロケット
２２０ チェーン
２３０ 回転支持部
２３１ 中心軸
３００ 可動フレーム
３０１ 椅子
３０２ モニター
３０３ ハンドル
３０４ ペダル
３１０ 第１支持部材
３２０ 第２支持部材
４００ 第１リンク部
４１０ 第１リンク部材
４２０ 第１ロッド
４３０ 第１上部連結部材
４４０ 第１下部連結部材
５００ 第２リンク部
５１０ 第２リンク部材
５２０ 第２ロッド
５３０ 第２上部連結部材
５４０ 第２下部連結部材
６００ 第３リンク部
６１０ 第３リンク部材
６２０ 第３ロッド
６３０ 第３上部連結部材
６４０ 第３下部連結部材
７１０ 第１緩衝部
７２０ 第２緩衝部

Claims (2)

1. 支持部材３００、３１０、３２０と、
   前記支持部材３００、３１０、３２０の下部に結合され前記支持部材３００、３１０、３２０を支持するとともに上下に運動させる複数のリンク部４００、５００、６００を含み、
   前記支持部材３００、３１０、３２０は、
   使用者が着席する椅子３０１、使用者の操作による仮想環境を映像で提供するモニター３０２、および前記仮想環境を提供するために使用者が操作するハンドル３０３を少なくとも備える、可動フレーム３００と、前記椅子３０１および前記モニター３０２を支持する、第１支持部材３１０と、前記第１支持部材３１０に連結されて前記ハンドル３０３を支持する、第２支持部材３２０とからなり、
   前記リンク部４００、５００、６００は、
   上端が前記第１支持部材３１０の後端にローリングおよびピッチング回転できるように連結され、下端がピッチング回転可能であり第１駆動手段によって前記第１支持部材３１０の後端を上下運動させる第１リンク部４００と、上端が前記第２支持部材３２０の左右の両側端でローリングおよびピッチング回転できるようにそれぞれ連結され、下端がローリング回転可能であり第２駆動手段と第３駆動手段とによって前記第２支持部材３２０の左右の両側を上下運動させる第２リンク部５００と、第３リンク部６００とからなり、
   前記複数のリンク部４００、５００、６００のうち一つ以上のリンク部には衝撃を吸収するための緩衝部７１０、７２０が備えられ、
   前記緩衝部７１０、７２０は、前記第２リンク部５００に連結される第１緩衝部７１０と、前記第３リンク部６００に連結される第２緩衝部７２０と、からなり、
   平面視において、前記第１緩衝部７１０、前記第２リンク部５００、前記第２緩衝部７２０および第３リンク部６００は、ピッチング回転の回転軸に並んで一直線上に位置し、
   前記第１緩衝部７１０と第２緩衝部７２０は、前記第２リンク部５００と第３リンク部６００との間の内側で、前記第２リンク部５００と第３リンク部６００を支持するように傾斜して設置されていることを特徴とする、
   モーションシミュレータ。
2. 前記緩衝部７１０、７２０は、ガススプリングまたはガスショックアブソーバーまたはダンパーのうちいずれか一つからなることを特徴とする、請求項１に記載のモーションシミュレータ。

Images