JPH03156485A - シミュレーション装置 - Google Patents

シミュレーション装置

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JPH03156485A
JPH03156485A JP29563689A JP29563689A JPH03156485A JP H03156485 A JPH03156485 A JP H03156485A JP 29563689 A JP29563689 A JP 29563689A JP 29563689 A JP29563689 A JP 29563689A JP H03156485 A JPH03156485 A JP H03156485A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、遊戯施設や操縦訓練等に使用するシミュレー
ション装置に関し、特に、リアルな加速度感を疑億的に
体験できるシミュレーション装置に関するものである。
(従来の技術〕 従来技術として、例えば、[観客の拘束機構を有する座
席と映像表示機構とを備えたゴンドラは全体が少なくと
も観客の前後方向へと回転自在に設けてあり、観客の視
点から撮影した映像の加速度方向と観客に働く重力方向
が一致するようにゴンドラを回転させる」構造が開示さ
れている(実公昭61−32711)。
〔発明が解決しようとする課題〕 前述した従来のシミュレーション装置では、加速度の方
向を、重力方向に一致させているだけなので、重力以上
の加速度感を得ることができず、しかも、加速度感が一
定で不自然であるという問題があった。
本発明の目的は、前述の課題を解決し、実際の乗り物等
の運転状態に近い、リアルな加速度感を得ることができ
るシミュレーション装置を提供することである。
〔課題を解決するための手段] 前記課題を解決するために、本発明によるシミュレーシ
ョン装置は、主軸を中心にして回転自在であるとともに
、その主軸の軸方向に移動自在である支持体と、前記支
持体の主軸から放射方向に所定の距離だけ離れた位置に
設けられ、X軸、y軸、y軸の3軸を中心に回転自在で
ある3軸支持機構と、前記3軸支持機構に支持され、搭
乗者を1名以上収容する1以上のコックビットと、前記
支持体をその主軸を中心に回転させるラジアル駆動部と
、前記支持体を主軸の軸方向に移動させるスラスト駆動
部と、前記3軸支持機構をX軸を中心に回転させるX軸
駆動部と、前記3軸支持機構をy軸を中心に回転させる
X軸駆動部と、前記3軸支持機構を2軸を中心に回転さ
せる2軸駆動部と、前記X軸、y軸、2軸駆動部により
前記各コックピントの姿勢を決めて、前記ラジアル駆動
部。
前記スラスト駆動部により前記コックピットを回転、移
動させることにより、前記搭乗者に3次元的な変位、速
度、加速度を与えるような制御信号を出力する制御部と
から構成しである。
また、本発明によるシミュレーション装置は、主軸を中
心にして回転自在である支持体と、前記支持体の主軸か
ら放射方向に所定の距離だけ離れた位置に設けられ、X
軸、y軸、y軸の3軸を中心に回転自在である3軸支持
機構と、前記3軸支持機構に支持され、搭乗者を1名以
上収容する1以上のコックピントと、前記支持体をその
主軸を中心に回転させるラジアル駆動部と、前記3軸支
持機構をX軸を中心に回転させるX軸駆動部と。
前記3軸支持機構をy軸を中心に回転させるX軸駆動部
と、前記3軸支持機構を2軸を中心に回転させる2軸駆
動部と5前記X軸、y軸、Z軸駆動部により前記各コッ
クピントの姿勢を決めて、前記ラジアル駆動部により前
記コックピットを回転させることにより、前記搭乗者に
3次元的な変位速度、加速度を与えるような制御信号を
出力する制御部とから構成することができる。
これらの場合に、前記コックビットは、前記搭乗者の操
作信号を前記制御部に入力する入力装置を有するような
構成とすることができる。
〔実施例] 以下、図面等を参照して、実施例について、本発明の詳
細な説明する。
第1図〜第4図は、本発明によるシミュレーション装置
の実施例を示した図であって、第1図は側断面図、第2
図は斜視図、第3図は第1図m−■断面図、第4図は第
1図IV−IV断面図である。
支持体1は、主軸11を中心にして、平行に配置された
2枚の円板12が、回転および昇降できる構造である。
主軸11には、外周に軸と平行な方向に複数の山部11
aが設けられており、各山部11aの間には、ランク部
11bが設けられている(第1図。
第3図)、また、円板12の中心部には、主軸11の断
面形状に対応した開口部12aが形成されている。
主軸11は、上下の軸受13によって回転自在に支持さ
れており、上側に設けられた歯車14に、ラジアル駆動
部41の出力軸に設けられたピニオン歯車41aが噛み
合っている(第1図)。
円板12の開口部12aの周辺には、スラスト駆動部4
2が多数配置されており(第4図)、スラスト駆動部4
2の出力軸に設けられたビニオン歯車42aが、主軸1
1のラック部11bに噛み合っている。
上側の円板12の上面と下側の円板12の下面には、外
周部に多数のタイヤ15が設けられている(第1図、第
3図)。タイヤ15は、スプリング16により、外側の
壁17に押し付けられている。このタイヤ15.スプリ
ング16は、本発明にとって必須のものではないが、円
板12が回転しているときに働く力(遠心力)を少しで
も抑えることができるとともに、振動を与えて臨場怒が
出せるように設けられている。
このように支持体1は、ラジアル駆動部41の駆動力に
より、主軸11を回転させると、山部11aが円板12
の開口部12aに係合して、空回りすることなく一緒に
回転できる。このとき、スラスト駆動部42の駆動力に
より、円板12は、回転運動とは独立に、主軸11のラ
ック部11bに沿って上下に移動することができる。
なお、支持体lが回転および昇降するスペースは、大き
なものになるので、地下に穴を設けて、設置することが
好ましい。
第5図は、本発明によるシミニレ−ジョン装置の実施例
に用いられる3次元支持機構を説明するための斜視図、
第6図は、前記3次元支持機構の駆動部を示した図であ
る。
3次元支持機構3は、2枚の円板12の間であって、外
周の内側に多数設けられており、各3次元支持機構3に
は、それぞれコックピット5が取り付けられている。
3次元支持機構3は、外枠31と中枠32と内枠33と
から構成されている。
外枠31は、内側に歯車をもつ外輪31aと、外輪31
aの内側に隙間を設けて配置され、外側に歯車をもつ内
輪31bとからなり、外輪31aと内輪31bの各歯車
には、X軸駆動部43の出力軸に設けられたビニオン歯
車43aが噛み合っている。X軸駆動部43は、円周状
に多数配置されている。また、外輪31aと内輪31b
の各歯車には、X軸駆動部43を持たないアイドルピニ
オン歯車43bが、ビニオン歯車43aの間に配置され
ており、転がり軸受の転動体の役割を果たしている。
外輪31aが固定されている場合に、ビニオン歯車43
aが第6図(a)の時計方向に自転すると、ビニオン歯
車43aは反時計方向に公転し、内輪31bも反時計方
向に回転する。
中枠32.内枠33も、外枠31と同様な構造をしてお
り、y軸駆動部44.z軸駆動部45により同様に駆動
される。
この実施例では、外枠31は、外輪が円+ff112に
固定されており、内輪がX軸を中心に回転する。
中枠32は、外輪が外枠31の内輪に直交するように固
定されており、内輪がy軸を中心に回転する。内枠33
は、外輪が中枠32の内輪に直交するように固定されて
おり、内輪が2軸を中心に回転する。
内枠33の内輪には、コックピット5が固定されている
第7図は、本発明によるシミュレーション装置の実施例
に用いられるコックピットを示した斜視図、第8図は、
前記コックピットの内部を示した斜視図である。
この実施例のコックピット5は、車を例にしたものであ
って、搭乗者が座れる座席51が設けられている。座席
51には重量センサが設けられており、コックピット5
の重心に搭乗者がくるように座席51が自動的に移動す
る。また、座席51に搭乗者を固定する安全ヘルド等の
安全装置52が設けられている。
座席51の前面、上面、左右側面には、シミニレ−ジョ
ン内容の画像が表示される4台のモニタ53が設けられ
ており、搭乗者の視界に入る全ての画像を再現する。
また、スピーカ54が、座席51を囲むように多数設け
られており、エンジン音や振動音がサラウンドで再現さ
れる。
その他にも、運転操作に必要なハンドル55゜ンフトレ
ハー56.アクセル57.ブレーキ58゜クラッチ59
等が設けられている。なお、この実施例では、これらの
操作部は機能しないが、後述する実施例(第19図)で
は、コントローラ6への人力装置として使用することが
できる。
第9図〜第20図は、本発明によるシミュレーション装
置の実施例に用いられるコントローラの動作を説明する
ための図である。
コックピント内の搭乗者に働く力は、実際に乗り物に乗
ったときに働く力の方向と釣り合うように向ければよい
。このため、コントローラ6では、各動作状態に対する
力の向けがたを、以下のような場合に分けて制御してい
る。
ここでは、平地を走行していると仮定して、加速状態(
加速1等速、減速)、操舵状態(直線。
左曲げ、右曲げ)によって、次のような動作状態がある
(1)加速−直線 (2)等速−直線 (3)減速−直
線(4)加速−左曲げ(5)加速−右曲げ(6)等速−
左曲げ(7)等速−右曲げ(8)減速−左曲げ(9)減
速−右曲げこれらの状態に、さらに上り下りの運動を入
れると27通りになり、(0)停止状態を加えた合計2
8通りの場合について制御を行えばよい。
この28種類の渭動は、状態の変化により次の運動に移
るので、その組み合わせが何通りかでてくる。例えば、
停止状態からの状態の変化は、(1)加速−直線、(4
)加速−左曲げ、(5)加速−右曲げの3種類ある。こ
れを次のように表す。
(0)→l、 (4)、 (5)  ) 3種類前記(
11〜(9)までの状態の変化を同様に示せば以下の通
りである。
(1)→((2)、 (3)、 (4)、・・・   
  (8)、 (9)) 8種類(2)→l、 (3)
、 (4)、・・・     (81,(9)) 8種
類(3)→((01,(+1. (2)、 (4)、 
(5)、・・・ (8)、 (91) 9種類(4)→
((11,(2)、 (3)、 (5)  (6)、 
(7)’ (8)、 (91) 8種類(5)→1. 
(2)、 (3)、 (4)、 (61,(7)  (
8)、 (9)) 8種類(6)→((+)、 (2)
、 (3L (4)、 (5)、 (7)、 (8)、
 (9)) 8種類(7)→l、 (2)、・・・  
   (6)、 (8)、 (9)) 8種類(8)→
((o)、 (1)、 (2)、・・・     (7
)、 (9)) 9種類(9)→((o)、 01. 
(21,・・・     (7)、 (8)) 9種類
この(01〜(9)の場合(以下、基本形という)には
、上りまたは下りの運動があり、さらに、上りまたは下
りの場合から出発する運動もあるので、その徂み合わせ
は合計720種類になる。
ただし、装置全体の構造から考えると、基本形に上りま
たは下りの運動を加えないようにすることができる。つ
まり上りまたは下りの運動は、全て基本形(ラジアル駆
動部41による支持体1の回転と、X −Z駆動部43
〜45によるコックピット5の回転)とは別のスラスト
駆動部42の上下の運動により、制御することができる
。従って、前述した基本形の78種類と、独立した上下
の動きを考えればよい。
次に、前述した基本形における駆動部の制御について説
明する。第9図〜第18図において、Fは搭乗者が感じ
る力、Gは重力、Cは向心力、Aは加速力を示しその方
向と大きさを矢印→で示している。正規の回転方向は、
白抜の矢印に)で示しである。各駆動部41,42,4
3,44.45は、オン状態を「1」、オフ状態を「0
」で表わし、例えば、全てオフの場合には(0,0,0
0,0)と表すものとする。また、各駆動部4142 
43 44.45の駆動力は、1.  Il、  II
IIV、 Vで表すものとする。
(0)停止状態(第9図)では、駆動部は[0,00,
0,0)の状態に制御Iする。これは、全く動かない状
態であり、搭乗者に働く力は重力Gのみである。
(1)加速−直線(第10図)のときには、駆動部は(
l  O,l、1.1)の状態に制御する。搭乗者は、
真下と真後にかかる力を惑しる。駆動力の程度は、加速
度の変化によって変わる。
(2)等速−直線(第11図)のときには、駆動部は(
0,0,0,0,0)の状態に制御する。このときは、
前述した停止状態と同じで、力が何もかからない状態が
一番よいが、駆動力Iによる回転がある場合には、第1
1図(d)〜(f)のように〔lO,l、1,1)の状
態に制御する。駆動力lll1. IV、 Vが動いて
いるときでも、なるべく駆動力Iの回転速度が遅いほう
がよい。搭乗者は、真下に重力Gしかかからない。なぜ
なら、上下の動きは、駆動力■で行うわけであるが、駆
動力Iが回転していると、上下の動きは回転速度が遅い
ほど傾いてしまうからである。また、駆動力Iの回転速
度を変化させるときは、搭乗者に力が真下にかかるよう
に駆動力m、 ■、vを調節する(第11図(d)〜(
f))。
(3)減速−直線(第12図)のときには、駆動部は(
1,0,1,1,l)の状態に制御する。減速する場合
には、搭乗者は、真下と前方に力を怒しる。ただし、駆
動力Iは、正規の回転方向と逆向きに加速する。駆動力
m、 IV、 Vは、力のかかり具合により調節する。
(4)加速−左曲げ(第13図)のときには、駆動部は
(1,0,1,l、1)の状態に制御する。加速しなが
ら左に曲がると、搭乗者は、真下と真後と真横(右)の
力を怒しる。このときは、コックピット5が、x−y平
面上を180度回転している。また、駆動力m、 rv
、 vは、力のかかり具合により調節し、駆動力Iは、
正規の回転方向と逆向きに加速または回転する。
(5)加速−右曲げ(第14図)のときには、駆動部は
(1,0,1,1,l)の状態に制御する。加速しなが
ら右に曲がると、搭乗者は、真下と真後と真横(左)の
力を惑しる。このとき、駆動力■■、■は、力のかかり
具合により調節する。
(6)等速−左曲げ(第15図)のときには、駆動部は
(1,0,l、0.O)の状態に制御する。等速で左に
曲がると、搭乗者は、真下と真横(右)に力を怒しる。
駆動力1の回転速度と遠心力により、駆動力■の回転角
が決まる。このときは、コックピット5が:、x−y平
面上を180度回転している。
(7)等速−右曲げ(第16図)のときには、駆動部は
(1,0,1,0,0)の状態に制御する0等速で右に
曲がると、搭乗者は、真下と真横(左)に力を感じる。
駆動力Iの回転速度と遠心力により、駆動力■の回転角
が決まる。
(8)減速−左曲げ(第17図)のときには、駆動部は
(1,0,1,1,1)の状態に制御する。減速しなが
ら左に曲がると、搭乗者は、真下と前方と真横(右)に
力を惑じる。このときは、コックピット5が、x−y平
面上を180度回転している。駆動力m、 rv、 v
は、力のかかり具合により調節する。
(9)減速−右曲げ(第18図)のときには、駆動部は
(1,0,1,1,1)の状態に制御する。減速しなが
ら右に曲がると、搭乗者は、真下と前方と真横(左)に
力を感じる。駆動力m、 rv、 vは、力のかかり具
合により調節する。駆動力Iは、正規の回転方向と逆向
きに加速する。
なお、コックピット5が、x−y平面上を180度を回
転する場合に、不自然さを惑じさせないように、回転中
に外方向に向いたときに、遠心力を惑しないように、S
平面が遠心力と重力の合力に垂直になるように傾けるよ
うにすればよい。
コックピット5の基本的な動作状態は、以上の10種類
である(ただし、以上のものはほんの1例にすぎず、他
の方法もある)。なお、駆動力■。
IV、 Vは、動かなくてもよいような場合にも動いて
いるが、これはそのときの力の配分の具合で調節するた
めである。また、駆動力nは、上下動用であるため、す
べての状態で停止しているが、駆動力■を作動させれば
、残り6日の各状態をシミュレーションできる。
コントローラ5で制御されるシミュレーションの内容は
、前述の基本的な動作を組み合わせて、駆動力[[1,
[V、 Vなどの@調整をすることにより所定のサーキ
ントコース等を走行する車の状態を再現するようにすれ
ばよい。
例えば、(0)停止状態から(1)加速−直線の動作に
移るような場合には、駆動力lで正規回転方向(時計方
向)回転させ、その駆動力■の加速度に合わせて、駆動
力Vを調節し、さらに、駆動力■■で微調整を行う。
(0)停止状態から(4)加速−左曲げの動作に移る場
合には、駆動力Vによりコックピット5を180度回軸
回転たのち、駆動力■で逆(反時計方向)に回転させ、
駆動力Iの加速に合わせて、駆動力II[、IV、  
VでfM副調整行う。
(0)停止状態から(5)加速−右曲げの動作に移る場
合には、駆動力Iの加速に合わせて、駆動力■IV、 
 Vで微調整を行う。
(1)加速−直線の動作から(3)減速−直線の動作に
移るような場合には、第19図に示すように、駆動力I
を逆方向に加速しながら(このとき駆動力Iは正規方向
に回転している)、駆動力Vを調整し、それと同時に途
中で遠心力を惑しさせないように、駆動力■、■で調整
を行う。つまり、(11加速−直線の状態から、駆動力
■を逆方向に加速しておいて、駆動力■を反時計方向に
回転しく第19図(al〜(C1)、駆動力■を駆動力
Vが回転途中で搭乗者が遠心力を感しさせないように、
反時計方向に回転し、再び水平に戻す(第19図Fd)
〜げ))。
なお、駆動力■は、必要がある場合に微調整をする。
(1)加速−直線の動作から(4)加速−左曲げの動作
に移るような場合には、さらに複雑になり、第20図に
示すように、まず、駆動力Iが加速を緩めて次第に逆方
向に加速しながら駆動力Vが時計方向に回転する。さら
に、遠心力が加速度として自然に感じられるように、駆
動力1.  IIl、 rV、 ■で微調整を行う、そ
のとき、駆動力!の加速はまだ正規の方向であり、横方
向の加速度として感じられることになる。第20図のよ
うに上から見た場合に、前がy軸の負の方向を向き、第
20図(d)の状態になるまでは、駆動力Iは正規の方
向に加速して、その後に逆方向に加速する。
なお、第20図り)をみれば分かるように、ここですで
に(4)減速−右曲げの状態になっており、その状態を
保っていればよいようであるが、この状態が長く続くと
(もちろん、短い間であれば大丈夫であるが)、コック
ピット5の速度が増加しすぎる可能性があるし、次の動
作に移るのが困難になる。いずれにしても、このように
基本的な(0)〜(9)の状態は、前述した例に限らず
、種々の方法でそれらの状態にすることができる。
第21図、第22図は、本発明によるシミュレーション
装置の他の実施例を示した図であって、第21図は制御
部、第22図は支持体を示した図である。
前述した実施例では、支持体に多数のコックピットを装
備して、それらを−律に駆動制御しているので、搭乗者
は、/ミエレーション装置の動くままに受は身であり、
能動的なアクションをとることはできない。
この実施例では、第7図、第8図で説明したコックピッ
ト5のハンドル55.シフトレバ−56゜アクセル57
.フ゛レーキ58.クラ・フチ59等を入力Jii置と
して、第21図に示すように、搭乗者からのアクション
をコントローラ6に人力し、搭乗者の操作によりシミュ
レーション装置を駆動するようにしたものである。
この場合には、第22図に示すように、支持体2として
、主軸21を中心に回転するアーム22により、3次元
駆動機横3を支持するようにすればよい。
以上説明した実施例に限定されることなく、本発明の範
囲内で種々の変形を施すことができる。
例えば、支持体は、主軸に円板を固定して、主軸を上下
に移動するようにしてもよい。
主軸を上下に移動させないようにすれば構造が簡単にな
り、装置全体が数分の1程度に小さくできるうえ、制御
も簡単になる。
多数のコックピットをアームをもつ支持体で支持するよ
うにしてもよいし、1個のコックピットを2枚の円板で
支持してもよい。
シミュレーションの内容は、車に限らず地上水上1水中
、空中、および主軸を長くすれば重力圏外等を移動する
あらゆる乗り物に使用できる。
また、地震の疑似体験などにも使用できる。
〔発明の効果〕
以上詳しく説明したように、本発明によれば、支持体に
よりコックピットを回転または移動させてコックビット
内の搭乗者に加速度感を与えるときに、コックビ・7ト
を3次元支持機構で姿勢制御をしているので、実際に近
いリアルな加速度感を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第4図は、本発明によるシミュレーション装置
の実施例を示した図であって、第1図は側断面図、第2
図は斜視図、第3図は第1図■−■断面図、第4図は第
1図TV−rV断面図である。 第5図は、本発明によるシミュレーション装置の実施例
に用いられる3次元支持機構を説明するための斜視図、
第6図は、前記3次元支持機構の駆動部を示した図であ
る。 第7図は、本発明によるシミュレーション装置の実施例
に用いられるコックビットを示した斜視図、第8図は、
前記コックピア)の内部を示した斜視図である。 第9図〜第20図は、本発明によるシミュレーション装
置の実施例に用いられるコントローラの動作を説明する
ための図である。 第21図、第22図は、本発明によるシミュレーション
装置の他の実施例を示した図であって、第21図は制御
部、第22図は支持体を示した図である。 1.2・・・支持体 3・・・3次元駆動機構 41・・・ラジアル駆動部 42川スラスト駆動部43
・・・X軸駆動部   44・・・y軸駆動部45・・
・2軸駆動部 5・・・コックピット 6・・・コントローラ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)主軸を中心にして回転自在であるとともに、その
    主軸の軸方向に移動自在である支持体と、前記支持体の
    主軸から放射方向に所定の距離だけ離れた位置に設けら
    れ、x軸、y軸、z軸の3軸を中心に回転自在である3
    軸支持機構と、前記3軸支持機構に支持され、搭乗者を
    1名以上収容する1以上のコックピットと、前記支持体
    をその主軸を中心に回転させるラジアル駆動部と、前記
    支持体を主軸の軸方向に移動させるスラスト駆動部と、
    前記3軸支持機構をx軸を中心に回転させるx軸駆動部
    と、前記3軸支持機構をy軸を中心に回転させるy軸駆
    動部と、前記3軸支持機構をz軸を中心に回転させるz
    軸駆動部と、前記x軸、y軸、z軸駆動部により前記各
    コックピットの姿勢を決めて、前記ラジアル駆動部、前
    記スラスト駆動部により前記コックピットを回転、移動
    させることにより、前記搭乗者に3次元的な変位、速度
    、加速度を与えるような制御信号を出力する制御部とか
    ら構成したシミュレーション装置。
  2. (2)主軸を中心にして回転自在である支持体と、前記
    支持体の主軸から放射方向に所定の距離だけ離れた位置
    に設けられ、x軸、y軸、z軸の3軸を中心に回転自在
    である3軸支持機構と、前記3軸支持機構に支持され、
    搭乗者を1名以上収容する1以上のコックピットと、前
    記支持体をその主軸を中心に回転させるラジアル駆動部
    と、前記3軸支持機構をx軸を中心に回転させるx軸駆
    動部と、前記3軸支持機構をy軸を中心に回転させるy
    軸駆動部と、前記3軸支持機構をz軸を中心に回転させ
    るz軸駆動部と、前記x軸、y軸、z軸駆動部により前
    記各コックピットの姿勢を決めて、前記ラジアル駆動部
    により前記コックピットを回転させることにより、前記
    搭乗者に3次元的な変位、速度、加速度を与えるような
    制御信号を出力する制御部とから構成したシミュレーシ
    ョン装置。
  3. (3)前記コックピットは、前記搭乗者の操作信号を前
    記制御部に入力する入力装置を有することを特徴とする
    請求項(1)または(2)記載のシミュレーション装置
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2020535907A (ja) * 2017-10-04 2020-12-10 アチャ エス.アール.エル. 二重のモータ駆動を有する遊園地用カルーセル

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