JP6599770B2 - 動作シミュレータ - Google Patents

Description

本発明は、例えば６自由度の動作で、動作状態シミュレータ乗員ステーションなどの動作を制御する動作制御装置に関する。

スチュアートプラットフォームあるいは六脚体は、６本の伸縮式支柱によってベースに対して制御される使用者プラットフォームを有する。該支柱は、プラットフォームと使用者の全重量を受ける。該装置は、非常に大型で重くなり得る。十分な動きを得るための支柱によって得られる動きの範囲が大きいために、装置の高さは非常に高くなり得、動作シミュレータへの出入りには、かなりのステップ数を有する階段が必要となり得る。さらに、装置の稼働中にシミュレータ下で人間と物が押し潰されないように、プラットフォーム下には大容積のデッドスペースを確保する必要がある。この種の構成を有する支柱は比較的強力でなければならず、水平動作に対して高帯域を得ること、および高い水平力と加速度を得ることは困難である。この種のシミュレータは、高い水平力と加速度をシミュレートする必要がないタイプの航空機には有用であり得るが、自動車レーシングカーなどの一部の実際の車両では、例えば、ブレーキ時や加速時およびコーナリング時に非常に高い水平力と加速度を受け得るため、普遍的に現実的であるとは言えない。

英国特許出願公開第２３７８６８７号には、４つの動作制御装置が設けられた動作シミュレータが開示されており、それぞれの動作制御装置は、直線軌道に沿って摺動可能な第２の支持物に枢動可能に接続されたロッカーアームの形態の第１の支持物を有する。該４つのロッカーアームは、シングルシートのボディタブ（ｔｕｂ）を支えるプラットフォームを支持する２つの支持レールに枢動可能に接続されている。また、それぞれの動作制御装置は、ロッカーアームと第２の支持物との枢動接続の軸から遠い位置で、ロッカーアームに枢動可能に接続された第３の支持物も備える。第３の支持物は第２の支持物に対して可動であり、この相対的動きによって、ロッカーアームは第２の支持物周りに回転する。開示された配置によって、６自由度、すなわち、３つの直交軸周りの回転プラス、サージ前後並進、ヒーブ上下並進およびスウェイ左右並進を有する動作シミュレーションが可能である。しかしながら、比較的小型のモータを用いたロッカーアーム配置では、高度のヒーブとサージを得ることは困難であることがわかった。その課題としては、所望の動作範囲を達成するためにはロッカーを比較的大型にしなければならないことが挙げられるが、このロッカーサイズの増加によって、システムの剛性が不足することになる。剛性が不足すると、システムにおける良好な変位、速度および周波数応答帯域幅の達成が困難となる。

本発明は、従来技術の少なくとも１つの問題を少なくともある程度緩和することを目標とする。本発明の別の目的は、有用な動作制御装置を提供することである。

本発明の第１の態様によれば、例えば６自由度の動きで、動作シミュレータ乗員ステーションなどの動作を制御する少なくとも１つの動作制御装置が提供される。この装置は、第２の支持物に対する第１の支持物の高さを制御する少なくとも１つの高さ制御部を備える。高さ制御部は、くさび作用によって、第２の支持物に対する第１の支持物の高さをくさび割りで制御するように配置されたくさびを含む。

このくさびは非常に有利である。該装置は、動作を付与する主要な方法として、従来の装置ほどねじれや曲げの影響を受けない。該装置は、サージとヒーブを含む６自由度すべてにおける例外的に良好な性能を含めて、良好な変位、速度および周波数帯域幅が達成され得る６自由度を有するシミュレータ内に組み込まれ得る。また有利なことに、この装置によって、ロッカーアームデザインより、ヒーブ応答曲線に対してかなりより線形のモータ力が可能となる。

好適な実施形態では、該装置は、動作シミュレータの動作を付与するものであってもよく、該高さ制御部は、第１の支持物の高さを位置付ける可動性の高さ決め装置を備えていてもよく、該くさびは、くさび作用により、第２の支持物に対する第１の支持物の高さをくさび割りで位置付けるように配置されている。

第１の支持物は、第２の支持物に対して傾斜路に沿って移動できるように、第２の支持物に対して並進可能に接続されていてもよい。

本発明の第２の態様によれば、例えば６自由度の動きで、動作シミュレータ乗員ステーションなどの動作を制御する少なくとも１つの動作制御装置が提供される。この装置は、第２の支持物に対する第１の支持物の高さを制御する少なくとも１つの高さ制御部を備える。第１の支持物は、第２の支持物に対して傾斜路に沿って移動できるように、第２の支持物に対して並進可能に接続される。

傾斜路に沿った並進は非常に有利である。該装置は、動作を付与する主な方法として、ねじれや曲げには依存していない。該装置は、サージとヒーブを含む６自由度すべてにおける例外的に良好な性能を含めて、良好な変位、速度および周波数帯域幅が達成され得る６自由度を有するシミュレータ内に組み込まれ得る。また有利なことに、この装置によって、ロッカーアームデザインより、ヒーブ応答曲線に対してかなりより線形のモータ力が可能となる。

該高さ制御部は、くさび作用により、第１および第２の支持物間の相対的動作を制御するくさびを含んでもよい。該傾斜路は、斜面（すなわち平面）内または実質的に斜面内にあってもよく、かつ、好ましくは直線または実質的に直線である。動作制御装置は、使用中は、該斜面が水平に対して約２０〜４０°の角度に設定されるように構成されていてもよい。この角度は約２５〜３０°であってもよい。あるいは、この角度は、好適には約１０〜６０°であり、例えば約１５〜４５°であり、より典型的には２０〜４０°であり、一部の実施形態では約２５〜３５°であり、一部の具体的な例では約２６．５〜２７°または約３０°である。約２５〜３０°の角度で、第２の支持物に対する第１の支持物の約２単位の距離の水平動作によって、これらの２つの間で約１単位の距離の相対的垂直動作が生じる。これは、比較的小型で軽量のモータで約２：１の動作比が得られる十分に剛性のシステムで、動作制御において良好な変位、速度および周波数帯域幅が得られ、また、高度のヒーブとサージが可能になるために有利である。

あるいは、該傾斜路は概ね平面であっても、あるいはわずかに湾曲していてもよい。

第２の支持物の傾斜面に沿った第１の支持物の移動をガイドするガイド手段を備えていてもよい。ガイド手段は、好適には、キャリッジを含んでもよい。キャリッジは、好適には、実質的に摩擦を生じなくてもよい。傾斜路が平面の場合は、従って、第１および第２の支持物間の反力は有利なことに、該傾斜路に対して垂直であり得、さらに有利なことに、曲がりやその他のゆがみを最小化することによって、装置のがたつきの最小化に役立ち、これによって、動作指令に対して高周波応答が可能となる。

第１の支持物は、乗員支持レールなどの乗員支持部材に接続されるように配置された枢動接続または柔軟な接続を備えていてもよい。乗員支持レールは、枢動接続によって、第１の支持物に対して３自由度で回転し得る。枢動接続は、低摩擦が得られるジンバル配置を含んでいてもよい。しかしながら、玉継手やたわみ継手などの、３自由度の回転が得られる他の配置も考えられる。

第２の支持物に対して第１の支持物を駆動するために、リニア駆動モータなどのモータを設けてもよい。

ベース支持物に沿った第２の支持物の移動をガイドするガイド手段を設けてもよい。

本発明のさらなる態様によれば、乗員ハウジング支持構造物と、本発明の前述の態様のいずれかまたは両方に記載の第１の動作制御装置と、ベース支持物と、を備える動作シミュレータであって、該第１の動作制御装置は、該ベース支持物から該乗員ハウジング支持構造物を支持している動作シミュレータが提供される。

第２の支持物をベース支持物に沿って駆動するモータを設けてもよい。

第２の支持物に対して第１の支持物を駆動するモータは、ロッドによって第１の支持物に接続された第３の支持物をベース支持物に沿って駆動するように適合させ得る。

他の実施形態では、該第３の支持物は省略されてもよく、また、第１の支持物は、第１および第２の支持物間で作動するアクチュエータまたはモータによって、第２の支持物に沿って直接駆動されてもよい。

第２の支持物に対して、第１の支持物を実質的に（あるいは全く）回転させることなく移動させるように、第１および第３の支持物間で負荷を移動させるように構成された該ロッドは、第１および第３の支持物のそれぞれに枢動可能に接続されていてもよい。第１の支持物が、第２の支持物に対して、動作終了点間のある動作点にある場合、該ロッドは、実質的に水平姿勢を取るように配置されていてもよい。この動作点は、概ね相対的動作の中央点にあってもよい。従って、第２の支持物に対する第１の支持物の動作応答は、第１の支持物に対する第３の支持物の動作に応じて実質的にリニアであってもよい。なぜなら、該ロッドの実質的に水平姿勢からの第３の支持物周りの回転は、ロッドの遠心端では、初期には著しい水平動作を生じないためである。従って、例えば、第１の支持物の動作の鉛直成分に対する第３の支持物の水平移動の実質的に２：１の比は、動作エンベロープ全体に亘って維持されてもよい。

ベース支持物は、リニアモータ駆動レールを備えていてもよい。

ベース支持物は、第１のベースレールと、乗員ハウジング支持構造物の一方の側で第１のベースレール上に位置する第１の動作制御装置と、前記乗員ハウジング支持構造物の反対側で第１のベースレール上またはその延長上に位置する第２の前記動作制御装置と、を備えていてもよい。

乗員ハウジング支持構造物は、乗員キャリアベース部材（またはキャリアプラットフォームまたはシャーシ）を備えていてもよく、第１の乗員支持レールは、第１の動作制御装置の第１の支持物と（例えば摺動可能に）乗員キャリアベース部材とに接続されていてもよく、第２の乗員支持レールは、第２の動作制御装置の第１の支持物と（例えば摺動可能に）乗員キャリアベース部材とに接続されていてもよい。

第１および第２の動作制御装置の乗員支持レールは、Ｖ字状などのように、互いに非平行に構成されてもよく、それによって、第１および第２の動作制御装置の第１の支持物の互いに接近するか離れる方向の相対的動作によって、乗員キャリアベース部材は、動作シミュレータの概ね前後方向であり得る実質的に垂直方向に摺動する。

動作シミュレータは、第２のベースレールの形態の第２の前記ベース支持物を備えていてもよく、第２のベースレールは、第１のベースレールから離間していてもよく、好適にはそれに平行であってもよい。第３および第４の前記動作制御装置は、第２のベースレールにおける乗員ハウジング支持構造物の前記一方側および他方側のそれぞれに、また第１および第２の動作制御装置から前後方向に離間して設けられてもよい。

第１および第２の動作制御装置か、あるいは第３および第４の動作制御装置の第１の支持物は、第１および第２の乗員支持レールに摺動可能に接続されていてもよい。第３および第４の動作制御装置が、動作シミュレータの使用者に概ね面した方向で画定される前方方向を有する該シミュレータの第１および第２の動作制御装置に対する後方位置に存在する場合、第３および第４の動作制御装置は、第１および第２の乗員支持レールに摺動可能に接続されていてもよい。この摺動という特徴によって、ヨーやピッチなどの動作は、動作制御装置の第１の支持物間の可変距離の吸収能を有する動作シミュレータによって吸収される。また、レールも、第１および第２の動作制御装置に対して前方に延在することを防止し得る。

動作シミュレータは、乗員キャリアベース部材上に搭載された乗員ステーションまたはハウジングを備えていてもよい。

乗員ステーションは、単独の使用者用の単独の座席、あるいは複数の使用者用の横に並んだタンデム列または複数の座席を備えていてもよい。

動作シミュレータは、航空機、宇宙船、ホバークラフトまたは舟艇シミュレータであってもよい。

動作シミュレータは、モータランド車シミュレータであってもよい。

動作シミュレータは、自動車シミュレータであってもよい。

動作シミュレータは、乗員ステーションがシングルシートのボディタブを備えるシングルシート車、例えばレーシングカーシミュレータであってもよい。

動作シミュレータは、無限軌道車またはオフロード車シミュレータであってもよい。

本発明は、種々の方法で実行され得るが、本発明による動作制御装置およびこれを組み込んだ動作シミュレータの好適な実施形態について、以下、添付の図面を参照し例示として説明する。

好適な動作制御装置を有するシングルシートのレーシングカー動作シミュレータであって、ニュートラル位置にあるシミュレータの好適な実施形態の等角図である。 右側後方から見た該シミュレータの一部を示す。 右側前方から見た該シミュレータの一部を示す。 前方に傾斜した状態の該シミュレータを示す。 左にロールした状態の該シミュレータを示す。 左に向きを変えた状態の該シミュレータを示す。 後方に上昇した状態の該シミュレータを示す。 該シミュレータの制御システムの概略図である。 「ランプデザイン」でマークした本特定の実施形態と、「ロッカーデザイン」でマークしたロッカーアームを有する違った制御システムと、の合計モータ力／プラットフォームヒーブ曲線の比較を示す。 ガス支柱／スプリングが装備されたシミュレータの制御装置を示す。

図１に示すように、レーシングカー動作シミュレータ１０には、キャリアプラットフォーム１４上に固定されたシングルシートのボディタブ１２が組み込まれている。ボディタブ１２は、キャリアタブ１４に取り外せないように固定されていてもよく、あるいは、異なる乗員ステーションと取り替えられるように脱着可能に取り付けられていてもよい。図４に示すように、ボディタブ１２は、多くの制御ボタン１８を有するステアリングホイール、操縦桿あるいはスティック１６を備える。また、ボディタブ１２は、このシミュレータにおいては、スロットルとブレーキアクチュエータペダルをシミュレートし得る、あるいは他の実施形態では、クラッチまたはラダーアクチュエータペダルなどの他のものをシミュレートし得るペダル２０も備える。ボタン１８とペダル２０は、制御パス２２でコントローラ２４に接続されている。コントローラ２４は、パス２６で電源／モニタリングシステム２８に接続されている。また、コントローラ２４は、信号パス３０で、ボディタブのシート３４に座っていてもよい乗員（図示せず）の前面に視覚ディスプレイを生成するディスプレイ手段３２にも接続されている。

また、コントローラ２４は、この実施形態では、シミュレータ１０の周りに位置する４つの動作制御装置５２、５４、５６、５８のリニアモータ３６、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０であるモータにも接続されている。以下に説明するように、制御装置５２、５４、５６、５８は、リニアモータ３６、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０を使用することによって、キャリアプラットフォーム１４とボディタブ１２に６自由度の動作を適用するように、コントローラ２４で制御されている。

図１に示すように、シミュレータ１０は、水平のフロントレール６０を有しており、また、ベアリングレール６２、６４と中央のモータ駆動レール６６を備えている。ベアリングレール６２、６４とモータ駆動レール６６は線形で水平であり、シミュレータ１０が使用されている間、地面に対してしっかりと保持される。動作制御装置のうちの第１の動作制御装置５２は、キャリアプラットフォーム１４の左側のフロントレール６０上に位置し、第２の動作制御装置５４は、キャリアプラットフォーム１４の右側のフロントレール６０上に位置する。

フロントレール６０の後ろにはこれと離間して、同様のリアレール６８であって、これに沿って延在するベアリングレール７０、７２と中央の駆動レール７４とを備えるリアレール６８が存在する。動作制御装置のうちの第３の動作制御装置５６は、キャリアプラットフォーム１４の右側のリアレール６８上に位置し、第４の動作制御装置５８は、キャリアプラットフォーム１４の左側のリアレール６８上に位置する。

前方左側の動作制御装置５２は、第１の支持物７６、第２の支持物７８および第３の支持物８０を備える。

第１の支持物７６は、実質的に摩擦のない滑り動作のために配置された第１の滑り軸受８４（図２Ｂ）と第２の滑り軸受（図２Ａ）を含むキャリッジ８２を備えており、ここで、これらの滑り軸受は、第２の支持物７８の直立した実質的に三角形のフランジ９４、９６上に配置された第１のレール９０と第２のレール９２それぞれによって画定された傾斜路８８（図２Ｂ）にそって並進するように拘束されている。

図２Ｂに示すように、第１の支持物は、ジンバル９８とマウント１００によって、キャリアプラットフォーム１４用の支持レール１０２に接続されている。ジンバル９８によって、実質的に摩擦なしに、第１の支持物７６のキャリッジ８２に対するマウント１００と支持レール１０２の自由度３の回転が可能となる。

キャリアプラットフォーム１４は、実質的に摩擦なしにスライドレール１０６、１０８に沿って摺動するように配置された滑り軸受１０４（そのうちの１つを図２Ｂに示す）によって、支持レール１０２に対して摺動可能である。

第２の支持物７８は、レール６２、６４上の４つの滑り軸受１１２、１１４、１１６、１１８（図２Ｂ、２Ａ参照）の摺動係合によって、実質的に摩擦なしに拘束された線形路に沿って水平に摺動するように配置されたベースプレート１１０を有する。モータ３８は、モータレール６６との相互作用のために、該ベースプレート下に配置されている。

従って、モータ３８は、レール６０に沿って水平の、また、シミュレータの概ね前後方向Ａ（図１）（これは、ボディタブ１２のシート３４に座った使用者（図示せず）に概ね面した方向）に対して実質的に垂直の線形並進運動で第２の支持物７８を駆動するように配置されている。

実質的に三角形のフランジ９４、９６の上端１２０、１２２と第１および第２のレール９０、９２は、水平に対して約２６．５６５°（ｔａｎ−１０．５）の角度で直線的に延在するように構成されており、傾斜路８８は、キャリアプラットフォーム１４から離れる側に移動するにつれて高くなる。従って、第１の支持物７６が、第２の支持物７８に対して傾斜路８８に沿って摺動すると、第１の支持物７６は、水平移動２単位毎に１単位上下に動く。

他の実施形態では、傾斜路８８の水平に対する角度は約２６．５６５°とは違った角度であってもよく、例えば約１０〜６０°であっても、例えば約１５〜４５°であっても、より典型的には２０〜４０°であってもよく、一部の実施形態では約２５〜３５°であり、一部の特定の例では約２６．５°、２７°または３０°である。他の実施形態では、この角度は、１０°未満であってもよく、あるいは６０°超であってもよい。

第３の支持物８０は、第２の支持物７８と同様な方法で、ベアリングレール６２、６４に沿った滑り軸受１２４、１２６、１２８、１３０（図２Ｂ、２Ａ）の関連付けによって、フロントレール６０に沿った実質的に摩擦のない摺動係合のために拘束されている。モータ３６は、モータ駆動レール６６に沿って第３の支持物８０を駆動するように配置されている。

コネクタロッド１３２の一端（（図示せず）は、キャリッジ８２の領域で第１の支持物７６に接続され、その第２の端部１３４は、第３の支持物８０のベース１３８から上方に延在する第３の支持物８０のコネクタフランジ１３６に接続されている。図１および２Ｂに示す動作シミュレータ１０のニュートラル構成または弛緩した電源が入っていない位置においては、コネクタロッドは、その２つの端部間に実質的に水平に延在する。第１の支持物７６のキャリッジ８２は、その正常な移動範囲に沿ったほぼ中間にあり、あるいは、この構成においては、中間よりさらにわずか上にある。この位置において、該ユニット／装置は、スライド（第１の支持物７６および第２の支持物７８のくさび）をこのニュートラル点に戻す際に必要な電力を低減するために、ガススプリング２５０（図６）によって中間点に置かれている。第２の支持物７８と第３の支持物８０のそれぞれのスレッド（ｓｌｅｄ）２５２，２５４（あるいはベース）間で作動するガススプリング２５０（あるいは、これは機械スプリングであってもよい）は、該システムの静止質量を支持してモータを確実にオーバーヒートさせないことに役立ち得る。さらに、スプリング／ガス支柱２５６は、第１の支持物７６と第２の支持物７８間で作動して、第２の支持物７８に沿った第１の支持物７６の上向き動作を制限するように設けられてもよい。シミュレータ１０を駐車させるクランプブレーキ（図示せず）も設けられる。

モータ３６、３８は、第２の支持物７８と第３の支持物８０間の間隔を変化させて、第１の支持物７６を傾斜路８８の上下に駆動するように制御されてもよい。第２の支持物７８に対する第１の支持物７６の実質的に２：１比の水平移動と垂直移動によって、システムには、小型で軽量のモータ／アクチュエータの使用を可能としながら、非常に良好な変位、速度および周波数帯域幅性能と、ヒーブとサージを含む高度の動作を有する実質的に非常な剛性が与えられる。

第２の動作制御装置５４は、実質的に第１の動作制御装置５２のミラー像であり、その第１の支持物（第１の動作制御装置５２の第１の支持物７６と同じ）は、第１の動作制御装置５２の第１の支持物７６のマウント１００が第１の支持レール１０２に取り付けられる方法と同様な方法で、第２の支持レール１４０に接続される。

第３の動作制御装置５６と第４の動作制御装置６８は、第１および第２の動作制御装置５２、５４がフロントレール６０上に構成される方法と同様な方法で、リアレール６８上に構成される。しかしながら、図２Ａに示すように、第３および第４の動作制御装置５６、５８のマウント１００'は、４つの軸受１４２、１４４、１４６、１４８（図示せず）によって、支持レール１０２、１４０にしっかりと搭載されたスライドレール１４８、１５０に摺動可能に接続されている。特に、キャリッジプラットフォーム１４とボディタブ１２が向きを変えたとき、あるいは上下に揺れたときは、これによって、フロントレール６０およびリアレール６８のそれぞれの上の動作制御装置の第１の支持物７６間の距離変化が吸収（ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｅ）されるだけではなく、隣接する乗員支持レール１０２、１４０に非平行の軸周りにある程度回転したときも、ある程度吸収される。

以下わかるように、動作制御装置５２、５４、５６、５８によって、キャリアプラットフォーム１４とボディタブ１２には６自由度の動作、すなわち、３軸（ピッチ、ロールおよびヨー）周りの回転と、ヒーブ（上下）並進、サージ（前後）並進およびスウェイ（左右）並進と、が与えられる。図示の構成とすることによって、シミュレータ１０には、図示のニュートラル点に対して、±２０°のヨー回転、±１０．２５°のピッチ回転、±７．７°のロール回転、＋１０００〜−２０００ｍｍのサージ並進、±３５０ｍｍのスウェイ並進および＋８９〜−９３ｍｍヒーブ並進が与えられる。ヨー、ピッチ、ロールおよびサージの移動量はすべて、従来のロッカーアームタイプシミュレータのものより実質的に大きい。スウェイ移動量も、所望であれば、フロントレール６０とリアレール６８を単に長くすることによって実質的に大きくし得る。ヒーブ移動におけるシミュレータ１０の性能は、英国特許出願公開第２３７８６８７号に公開されたものと同様の従来のロッカーアームタイプシミュレータにおけるものより約６倍高い。

従って、シミュレータ１０は、実際のレーシングカーが、典型的にはフォーミュラ１（登録商標）ベルギーグランプリが行われるＳｐａ−Ｆｒａｎｃｏｒｃｈａｍｐｓレーストラックにおける有名な「オールージュ（Ｅａｕ Ｒｏｕｇｅ）」を通過時に最高速度３００ｋｍ／ｈで腹をすりながら、実質的に非常に大きな垂直加速度に遭遇するときなどの、一部の車両が実際に被る実質的に垂直の力を含む実際の状態のより現実的なシミュレーションを提供できる。

また、実質的に向上した性能は、高速で凹凸状態に遭遇するオフロード車両や無限軌道車などの他の種類の車両のシミュレーションにも有用であり得る。

図５に示すように、本シミュレータ１０では、プラットフォームヒーブに対する合計モータ力の応答グラフは、本質的に線形である。対照的に、ロッカーアームタイプデザインでの相当する応答グラフ１５４は、実質的に勾配が変化する曲線であり、ここで、合計モータ力が０近傍では傾きはほぼ垂直であり、合計モータ力の上昇と共に概ね緩やかになる。従って、シミュレータ１０の制御は、非常に反応が早いだけでなく、信頼性もあって制御が容易であり、制御コマンドに対して高周波帯域幅応答が可能である。

図３Ａは、第１および第２の動作制御装置５２、５４の第３の支持物８０がその第２の支持物７８近くに移動し、それによって、第１の支持物７６が傾斜路８８の底部近くに下げられて、キャリアプラットフォーム１４とボディタブ１２上への前進ピッチが生じる構成例を示す。対照的に、第３および第４の動作制御装置５６、５８の第３の支持物８０は、第２の支持物７８から離れる方向に移動してレール１０２、１４０の後部を上昇させる。

図３Ｂは、動作制御装置５２、５８の左側の支持物のうちの第１の支持物７６を傾斜路８８上の低い位置に置き、右側の支持物を高い位置に置くことによって、ボディタブ１２とキャリアプラットフォーム１４を左に向けて、ボディタブ１２を左にロールさせた構成を示す。

図３Ｃは、キャリアプラットフォーム１４を右側支持レール１４０の前部に沿って摺動させることによって、ボディタブ１２とキャリアプラットフォーム１４を左に向かせるように動作制御装置５２、５４、５６、５８を構成した状態を示す。

図３Ｄは、左側支持レール１０２と右側支持レール１４０全体を押すことによって、キャリアプラットフォーム１４とボディタブ１２が２つの支持レール１０２、１０４のレール１０６、１０８に沿って摺動した後方へのサージを生じるように４つの動作制御装置５２、５４、５６、５８を構成した状態を示す。

シミュレータ１０によって、非常に剛性があり、小型で軽量のモータ／アクチュエータで図５に示す力範囲が得られるために有利であり得る２：１の動作比が得られるシステムにおいて、高度のヒーブとサージを可能としながら、良好な変位、速度および周波数応答帯域幅が達成される。また、シミュレータ１０によって、上述のように、６自由度の動きが得られる。所望であれば、各モータには、移動のバンプ停止または端部停止を設けてもよい。シミュレータ１０のモータへの電源喪失または電源のスイッチオフの場合には、キャリアプラットフォーム１４が低位置に下がるようにしてもよく、あるいは、ブレーキ（図示せず）をかけてキャリアプラットフォーム１４の位置を固定してもよい。

水平動作を垂直動作に変換するために傾斜路８８に傾斜勾配を用いることによって、従来のシステムと比較して、シミュレータ１０の動作の動作エンベロープおよび性能が向上する。この動作比は、従来のシステムにおけるものよりはるかに線形であり、特に、ピッチ、ヒーブおよびロールの動作に対する制御アルゴリズムの設計が著しく容易であり、高帯域での作動が可能な剛体のシステムがかなり容易に製造できる。従来のロッカーアームシステムであれば、さらなるヒーブ移動を得るためには実質的に大型にならざるを得ず、これによって、システム移動質量が増加し剛性が低下するために、動作システムの応答帯域幅に有害な影響が出るであろう。本実施形態におけるように、くさびまたは傾斜路を用いることによって、より垂直の移動、より線形の動作比が可能であり、移動質量が小さくなって剛体のデザインが得られるために、システムの移動と帯域幅が向上する。また、くさびあるいは傾斜路によって、コネクタロッド１３２の角度がほぼ水平の従来の技術と比べて、より線形の合計モータ力が可能となるため、ロッカーアームデザインでの同様なヒーブ移動で必要となるものよりかなり小型になる。従って、これにより、全移動範囲に亘って一貫した周波数応答が得られ、より良好な制御が可能となる。傾斜路８８の角度は、水平動作と垂直動作との動作比が２：１となるように選択できるが、これは、関連する負荷では、例えば、１：１比で作動できない、本実施形態で使用されるような小型で軽量なモータが使用される場合に有利である。モータ３６、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０は、第２の支持物７８と第３の支持物８０のスレッドまたはベースプレート上に搭載されているために、レール６０、６８の全長に亘って容易に移動でき、また、レールの長さは、用途に適合するように容易に選択できる。

また、くさびあるいは傾斜路を用いることによって、使用者、ボディタブ、キャリアプラットフォーム１４およびレール１０２、１４０の負荷は、かなりのねじれまたは曲げ応力を受ける部材を必要とすることなく、第１の支持物７６を経由して第２の支持物７８によって直接支持されるため、高度の剛性が得られる。動作シミュレータ１０は非常に拡張性があり、宇宙船、航空機、ホバークラフト、舟艇、モータランド車とレーシングカーを含むランド車、およびオフロード車と無限軌道車を含む各種の車両に適用され得る。

本発明は、従来の車両のシミュレーションには限定されず、例えば、タブ１２は、トレーニングや娯楽用などのスポーツで使用される用具に取り換えてもよい。タブ１２の代わりに、例えば、リュージュ、そり、スケルトン、ボブスレー、スキーブーツバインディング、スノーボードバインディングあるいは他スポーツ用具をキャリアプラットフォーム１４に取り付けることによって、スポーツ選手エリート用などのトレーニングを実際のレーシング競技に備えて行い得る。例えば、スケルトンライダーのエリートが、実際のスケルトンレーシングコースを訪問する前に、特別のスケルトンコースを練習するために、該装置を使用し得る。

さらに、レール１０２、１４０は、図示の実施形態では高さが実際には約３０ｃｍであり得、このために実質的に非常に高い剛性が得られる三角形の大型ボックス部を備える。さらに、レール１０２、１４０は、レール６０、６８に対して前方に移動しない。従って、ディスプレイ手段３２がレール６０の前方に近接して配置され得る比較的限定された空間内で、動作シミュレータ１０を使用できる。

今までに説明した実施形態には、添付の請求項によって画定される本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更が可能である。

Claims (25)

1. 乗員ハウジング支持構造物、第１の動作制御装置、第２の動作制御装置およびベース支持物を備える動作シミュレータであって、第１および第２の動作制御装置はベース支持物から該乗員ハウジング支持構造物を支持し、第１および第２の動作制御装置は第１の支持物および第２の支持物を備える高さ制御部をそれぞれ備え、各高さ制御部は第２の支持物に対する第１の支持物の高さを制御し、
   各第１の支持物は、第２の支持物の傾斜路に沿って第２の支持物に対して移動できるように、各高さ制御部の対応する第２の支持物に並進的に接続されており、
   第１の動作制御装置の第２の支持物および第２の動作制御装置の第２の支持物はベース支持物に沿って独立に並進するよう配置されており、各動作制御装置は第１の支持物を第２の支持物に対して駆動するモータをそれぞれ含み、
   前記第１の支持物を前記第２の支持物に対して駆動する前記モータは、ロッドにより対応する第１の支持物に接続されている第３の支持物を前記ベース支持物に沿って駆動するように適合されていることを特徴とする動作シミュレータ。
2. 乗員ハウジング支持構造物、第１の動作制御装置、第２の動作制御装置およびベース支持物を備える動作シミュレータであって、第１および第２の動作制御装置はベース支持物から該乗員ハウジング支持構造物を支持し、第１および第２の動作制御装置は第１の支持物および第２の支持物を備える高さ制御部をそれぞれ備え、各高さ制御部は第２の支持物に対する第１の支持物の高さを制御し、
   各第１の支持物は、第２の支持物の傾斜路に沿って第２の支持物に対して移動できるように、各高さ制御部の対応する第２の支持物に並進的に接続されており、
   第１の動作制御装置の第２の支持物および第２の動作制御装置の第２の支持物はベース支持物に沿って独立に並進するよう配置されており、各動作制御装置は第１の支持物を第２の支持物に対して駆動するモータをそれぞれ含み、
   前記第２の支持物を前記ベース支持物に沿って駆動するモータが設けられており、
   前記ベース支持物は、第１のベースレールと、前記乗員ハウジング支持構造物の一方の側に位置する前記第１の動作制御装置と、前記乗員ハウジング支持構造物の反対側の前記第１のベースレール上またはその延長上に位置する第２の前記動作制御装置と、を備え
   前記乗員ハウジング支持構造物は乗員キャリアベース部材を備え、
   第１の乗員支持レールは、前記第１の動作制御装置の前記第１の支持物と前記乗員キャリアベース部材とに接続されており、
   第２の乗員支持レールは、前記第２の動作制御装置の前記第１の支持物と前記乗員キャリアベース部材とに接続されていることを特徴とする動作シミュレータ。
3. 乗員ハウジング支持構造物、第１の動作制御装置、第２の動作制御装置およびベース支持物を備える動作シミュレータであって、第１および第２の動作制御装置はベース支持物から該乗員ハウジング支持構造物を支持し、第１および第２の動作制御装置は第１の支持物および第２の支持物を備える高さ制御部をそれぞれ備え、各高さ制御部は第２の支持物に対する第１の支持物の高さを制御し、
   各第１の支持物は、第２の支持物の傾斜路に沿って第２の支持物に対して移動できるように、各高さ制御部の対応する第２の支持物に並進的に接続されており、
   第１の動作制御装置の第２の支持物および第２の動作制御装置の第２の支持物はベース支持物に沿って独立に並進するよう配置されており、各動作制御装置は第１の支持物を第２の支持物に対して駆動するモータをそれぞれ含み、
   前記第２の支持物を前記ベース支持物に沿って駆動するモータが設けられており、
   前記ベース支持物は、第１のベースレールと、前記乗員ハウジング支持構造物の一方の側に位置する前記第１の動作制御装置と、前記乗員ハウジング支持構造物の反対側の前記第１のベースレール上またはその延長上に位置する第２の前記動作制御装置と、を備え、
   前記第１のベースレールから離間した第２のベースレールの形態の第２の前記ベース支持物を備え、第３および第４の前記動作制御装置は、前記第２のベースレールにおいて、また前記第１および第２の動作制御装置から前後方向に離間して、前記乗員ハウジング支持構造物の前記一方の側および他方の側それぞれに設けられる
4. 各第２の支持物は、第１および第２の支持物間の相対的動作を制御するくさびを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の動作シミュレータ。
5. 前記傾斜路は、斜面内にあり、かつ、直線であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の動作シミュレータ。
6. 前記動作制御装置は、使用中の、前記斜面の水平に対する角度が約２０〜４０°であるように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の動作シミュレータ。
7. 前記角度は約２５〜３０°であることを特徴とする請求項６に記載の動作シミュレータ。
8. 対応する第２の支持物の斜面に沿った一方または両方の第１の支持物の移動をガイドするガイド手段を備え、前記ガイド手段は、キャリッジを含み、キャリッジは、摩擦を生じないことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の動作シミュレータ。
9. 一方または両方の第１の支持物は、乗員支持部材への接続のために配置された枢動接続を備えることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の動作シミュレータ。
10. 前記ベース支持物に沿った前記第２の支持物の移動をガイドするガイド手段が設けられていることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の動作シミュレータ。
11. 前記第２の支持物を前記ベース支持物に沿って駆動するモータが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の動作シミュレータ。
12. 各ロッドは、対応する第１および第３の支持物のそれぞれに枢動可能に接続され、各ロッドは、第２の支持物に対して第１の支持物が回転することなく第２の支持物に対して移動するように、対応する第１および第３の支持物間で負荷を移動させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の動作シミュレータ。
13. 前記ベース支持物はリニアモータ駆動レールを備えることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の動作シミュレータ。
14. 前記ベース支持物は、第１のベースレールと、前記乗員ハウジング支持構造物の一方の側に位置する前記第１の動作制御装置と、前記乗員ハウジング支持構造物の反対側の前記第１のベースレール上またはその延長上に位置する第２の前記動作制御装置と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の動作シミュレータ。
15. 前記乗員ハウジング支持構造物は乗員キャリアベース部材を備え、
    第１の乗員支持レールは、前記第１の動作制御装置の前記第１の支持物と前記乗員キャリアベース部材とに接続されており、
    第２の乗員支持レールは、前記第２の動作制御装置の前記第１の支持物と前記乗員キャリアベース部材とに接続されていることを特徴とする請求項１４に記載の動作シミュレータ。
16. 前記第１および第２の動作制御装置の前記乗員支持レールは互いに非平行に構成されて、前記第１および第２の動作制御装置の前記第１の支持物の互いに接近する方向あるいは離れる方向の相対的移動によって、前記動作シミュレータの前後方向である垂直な方向への前記乗員キャリアベース部材の摺動を生じることを特徴とする請求項１５に記載の動作シミュレータ。
17. 前記第１のベースレールから離間した第２のベースレールの形態の第２の前記ベース支持物を備え、第３および第４の前記動作制御装置は、前記第２のベースレールにおいて、また前記第１および第２の動作制御装置から前後方向に離間して、前記乗員ハウジング支持構造物の前記一方の側および他方の側それぞれに設けられることを特徴とする請求項１４に記載の動作シミュレータ。
18. 請求項１６または請求項１７に従属する場合、前記第１および第２の動作制御装置か、あるいは前記第３および第４の動作制御装置の前記第１の支持物は、前記第１および第２の乗員支持レールに摺動可能に接続されていることを特徴とする請求項１７に記載の動作シミュレータ。
19. 前記乗員キャリアベース部材上に搭載された乗員ステーションを備えることを特徴とする請求項１５から１８のいずれかに記載の動作シミュレータ。
20. 前記乗員ステーションは、単独の使用者用の単独の座席、あるいは複数の使用者用の横に並んだタンデム列または複数の座席を備えることを特徴とする請求項１９に記載の動作シミュレータ。
21. 航空機、宇宙船、ホバークラフトあるいは舟艇シミュレータであることを特徴とする請求項１４から２０のいずれかに記載の動作シミュレータ。
22. モータランド車シミュレータであることを特徴とする請求項１４から２０のいずれかに記載の動作シミュレータ。
23. 自動車シミュレータであることを特徴とする請求項２２に記載の動作シミュレータ。
24. 請求項１９に従属する場合、乗員ハウジングがシングルシートのボディタブを備えるシングルシート車シミュレータであることを特徴とする請求項２３に記載の動作シミュレータ。
25. 無限軌道車またはオフロード車シミュレータであることを特徴とする請求項２２に記載の動作シミュレータ。

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