KR0151349B1

KR0151349B1 - 운동재현기의 조작장치

Info

Publication number: KR0151349B1
Application number: KR1019950066362A
Authority: KR
Inventors: 김정태
Original assignee: 배순훈; 대우전자주식회사
Priority date: 1995-12-29
Filing date: 1995-12-29
Publication date: 1998-10-15
Also published as: KR970049981A; GB9627049D0; JPH09290382A; US5850759A; GB2308879A; GB2308879B

Abstract

본 발명은 운동재현기의 조작장치에 관한 것으로, 상면중심에 조작레버가 돌설된 소정 형상의 플랫포옴과, 저면 중심이 지지플레이트의 중심으로부터 돌설되는 지지보스의 상단에 고정되며, 상기 플랫포옴의 수직하방으로 일정거리 이격된 지점에 위치되는 원판형의 베이스와, 상기 베이스의 외주를 120°간격으로 분할하는 선을 중심으로 하여 좌우 양쪽으로 돌출되며, 내부에는 소정 간격의 장착공이 형성된 한쌍의 협지브라켓과, 상단이 상기 플랫포옴의 외주를 3등분할하는 각 꼭지점의 저면에 유니버설조인트를 매개로 하여 전방향 회동가능하게 결합되고, 하부는 상기 협지브라켓의 내부에 끼워지며, 외측면에는 그 길이 방향을 따라 랙기어가 형성된 한쌍의 랙플레이트와, 상기 협지브라켓상의 장착공을 구성하는 내측면 소정 위치에 임의 회동가능하게 설치되며, 외주면에는 상기 랙플레이트상의 랙기어와 맞물리는 외접기어부가 형성되고, 내측에는 다수의 유성기어가 맞물리는 내접기어부가 형성된 소정 크기의 태양기어와, 상기 협지브라켓의 아랫쪽 내면에서 회동가능하게 설치되며 상기 태양기어의 외접기어부에 맞물려 회동되면서 회전수를 검출하는 엔코더와, 상기 협지브라켓상의 소정 위치로부터 설치되며, 상기 태양기어상의 내접기어부에 맞물려 회동되는 유성기어에 치합된 상태에서 조작시 가상상황에 따라 역방향으로 부하를 걸어주는 모터로 이루어지도록 하므로서 시뮬레이터와 같은 가상현실장치에 적용되는 운동재현기에 조작자의 의도와 일치하는 3차원의 공간좌표를 입력할 수 있도록 하고, 가상상황(假想狀況)에 예상되는 힘이나 느낌등이 조작자에게 피드백(Force-Feedback)될 수 있도록 구성하여 조작자가 가상의 상황속에서 실제와 같은 느낌을 느낄 수 있도록 하며, 조작시 정확한 공간좌표가 형성될 수 있도록 한 것이다.

Description

운동재현기의 조작장치

제1도는 일반적인 운동재현기의 구성을 나타내는 개략사시도.

제2도는 종래 운동재현기의 조작장치를 나타내는 사시도.

제3도는 본 발명에 따른 운동재현기의 조작장치를 나타내는 사시도.

제4도는 본 발명의 요부 결합상태를 나타내는 부분 단면을 보인 측면도.

제5도는 본 발명의 결합상태 및 그 작동상태를 나타내는 정면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 운동재현기 50 : 조작장치

54 : 플랫포옴 58 : 베이스

62 : 협지브라켓 64 : 유니버설조인트

68 : 랙플레이트 76 : 태양기어

78 : 엔코더 80 : 모터

본 발명은 운동재현기의 조작장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 각종 시뮬레이터와 같은 가상현실장치에 적용되는 운동재현기에 조작자의 의도와 일치하는 3차원의 공간좌표를 입력할 수 있도록 하고, 가상상황(假想狀況)에서 예상되는 힘이나 느낌등이 조작자에게 피드백(Force-Feedback)될 수 있도록 구성하여 조작자가 가상의 상황속에서 실제와 같은 느낌을 느낄 수 있도록 하는 운동재현기의 조작장치에 관한 것이다.

일반적으로, 가상현실장치는 이미 입력된 프로그램에 의하여 3차원 입체영상으로 디스플레이되는 가상의 상황속에 조작자가 몰입(Immersion)된 상태에서 그 가상의 상황에서 주어지는 조건에 따라 몸을 움직이거나 기기를 조작할 수 있도록 하는 것으로서, 조종사에 필요한 고난도의 비행훈련등과 같이 여러가지 제약조건 때문에 실제로는 시도할 수 없는 훈련이나, 현실의 세계에서는 구현할 수 없는 각종 오락게임등 여러분야에서 이용되고 있다.

한편, 이와 같은 가상현실장치를 구성하는 시스템은 3차원 모델입력장치, 3차원 움직임 추적장치, 그래픽표현장치와 화상출력장치등의 하드웨어와, 상기 각각의 장치등을 제어하고 다른 장치와의 인터페이스 등을 수행하는 소프트웨어로 이루어지는 바, 이와 같은 가상현실장치를 구성하는 시스템에서 3차원 모델입력장치로서 운동재현기가 사용되며, 상기 3차원 움직임 추적장치로서 운동재현기를 조작하는 조작장치가 사용되는 바, 이와 같은 가상현실장치를 구성하는 시스템에서 상기 운동재현기와 운동재현기 조작장치는 통상적으로 6자유도운동(X축과 Y축 및 Z축방향의 움직임과, 상기 각 축을 중심으로 한 회전운동)을 구현할 수 있도록 구성된다.

상기와 같은 6자유도운동을 구현하기 위해 운동재현기(10)는 제1도에 도시된 바와 같이, 소정의 형상을 갖는 플랫포옴(12)에 6개의 편로드 유압실린더(14)의 각 피스톤로드(16)가 2개씩 인접하게 배치되어 하나의 조를 이루면서 3개조로 나뉘어져 부착되고, 유압실린더(14)의 하부는 베이스(18)에 회동가능하게 장착된 구조로 이루어지며, 작동시에는 압유공급원으로부터 압유를 공급받아 서어보밸브를 매개로 압유의 주입량을 결정해서 각 유압실린더(14)에 주입함으로써 6개의 피스톤로드(16)가 각각 다르게 신장되거나 수축됨과 동시에 상기 피스톤로드(16)의 끝부위에 장착된 플랫포옴(12)이 6자유도를 갖고서 운동하게 된다.

한편, 상기와 같은 운동재현기(10)에 3차원의 공간좌표를 입력할 수 있도록 하기 위해서는 상기 운동재현기(10)와 동일한 6자유도를 갖는 조작장치가 사용되는 바, 이와 같은 종래 운동재현기의 조작장치(20)는 제2도에 도시된 바와 같이, 상면중심에 조작자가 손으로 잡을 수 있도록 된 손잡이(22)가 달린 삼각형상의 플랫포옴(24)과, 저면 중심이 설치면에 놓여지는 지지플레이트의 중심으로부터 돌설되는 지지보스(26)의 상단에 고정되며, 상기 플랫포옴(24)의 수직하방으로 일정거리 이격된 지점에 위치되는 삼각형의 베이스(28)와, 상기 베이스(28)상의 각 변의 외측에 회동가능하게 설치되는 프레임(28a)과, 상기 각 프레임(28a)의 중심위치에 고정 설치되는 태양기어(30)와, 상단이 상기 플랫포옴(24)의 각 꼭지점의 저면에 유니버설조인트(32)를 매개로 하여 전방향 회동가능하게 결합는 한쌍의 제1링크(34)와, 상단이 상기 제1링크(34)의 하단에서 상하방향으로 절첩가능하게 결합된 상태에서 상기 태양기어(30)의 중심으로부터 돌설되는 중심축에 서로 교차되게 끼워지는 한쌍의 제2링크(36)와, 상기 제2링크(36)를 구성하는 어느 하나의 링크의 하단내측에 임의 회동가능하게 설치되며, 상기 태양기어(30)에 맞물려 회동되는 유성기어(38)와, 상기 유성기어(38)의 회동축(38a)과 상기 프레임(28a)의 회동축상에 설치된 상태에서 조작자의 조작운동시 역방향으로 부하를 걸어주는 모터(40)와, 상기 모터(40)의 외측으로 돌설되는 상기 유성기어(38)의 회동축(38a)와 프레임(28a)의 회동축상에 설치된 상태에서 상기 제1링크(34) 및 제2링크(36)의 변위에 대한 상기 유성기어(38)와 프레임(28a)의 회동각변위를 콘트롤러로 보내어 상기 운동재현기(10)가 동일한 형태로 조작될 수 있도록 하는 엔코더(42)로 이루어진다.

한편, 이와 같은 종래 운동재현기의 조작장치의 작용은, 조작자가 손잡이(11)를 잡고서 전·후·좌·우·상·하방향으로 이동시키거나 각 방향축으로 중심으로 회동시키면서 플랫포옴(24)의 위치를 가변시키면, 상기 제1링크(34)와, 제2링크(36)가 서로 접히거나 펼쳐짐에 따라 상기 유성기어(38)가 상기 태양기어(30)에 치합된 상태에서 회동됨과 동시에 베이스(28)의 각 변에 설치된 상기 프레임(28a)이 내외방향으로 회동되면서 3차원의 공간좌표가 형성되고, 이와 같이 형성되는 3차원의 공간좌표는 상기 엔코더(42)에 의하여 콘트롤러로 보내지며, 콘트롤러에서는 상기 조작장치(20)에서 보내지는 3차원의 공간 좌표신호를 운동재현기(10)로 보내어 상기 운동재현기(10)를 조작자의 의도에 따른 상기 조작장치(20)의 조작대로 움직이도록 하는 것이며, 상기 모터(40)는 조작자가 상기 조작장치(20)를 조작할 때, 조작자가 가상의 상황속에서 실제와 같은 느낌을 느낄 수 있도록 가상상황(假想狀況)에서 예상되는 힘이나 느낌등을 조작자에게 피드백시켜 주는 역할을 하게 되는 것이다.

그러나, 이와 같은 종래 운동재현기의 조작장치는 간단한 링크구조를 채용해서 운동반경을 크게 확장시킨 잇점이 있기는 하지만, 조작시 정확한 공간 좌표가 형성되지 않는 다는 문제가 있고, 플랫포옴과 베이스 사이에 마름모형상의 형성되기 때문에 전체적인 높이가 높아져 구조물을 가능한 한 작게 구성시키려는 측면에서는 미흡하다는 결점이 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 각종 시뮬레이터와 같은 가상현실장치에 적용되는 운동재현기에 조작자의 의도와 일치하는 3차원의 공간좌표를 입력할 수 있도록 하고, 가상상황(假想狀況)에서 예상되는 힘이나 느낌등이 조작자에게 피드백(Force-feedback)될 수 있도록 구성하여 조작자가 가상의 상황 속에서 실제와 같은 느낌을 느낄 수 있도록 하며, 조작시 정확한 공간좌표가 형성될 수 있도록 한 새로운 형태의 운동재현기의 조작작장치를 제공하고자 하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상면중심에 조작레버가 돌설된 소정 형상의 플랫포옴과, 저면 중심이 지지플레이트의 중심으로부터 돌설되는 지지보스의 상단에 고정되며, 상기 플랫포옴의 수직하방으로 일정거리 이격된 지점에 위치되는 원판형의 베이스와, 상기 베이스의 외주를 120°간격으로 분할하는 선을 중심으로 하여 좌우 양쪽으로 돌출되며, 내부에는 소정 간격의 장착공이 형성된 한쌍의 협지브라켓과, 상단이 상기 플랫포옴의 외주를 3등분할하는 각 꼭지점의 저면에 유니버설조인트를 매개로 하여 전방향 회동가능하게 결합되고, 하부는 상기 협지브라켓의 내부에 끼워지며, 외측면에는 그 길이 방향을 따라 랙기어가 형성된 한쌍의 랙플레이트와, 상기 협지브라켓상의 장착공을 구성하는 내측면 소정 위치에 임의 회동가능하게 설치되며, 외주면에는 상기 랙플레이트상의 랙기어와 맞물리는 외접기어부가 형성되고, 내측에는 다수의 유성기어가 맞물리는 내접기어부가 형성된 소정 크기의 태양기어와, 상기 협지브라켓의 아랫쪽 내면에서 회동가능하게 설치되며 상기 태양기어의 외접기어부에 맞물려 회동되면서 회전수를 검출하는 엔코더와, 상기 협지브라켓상의 소정 위치로부터 설치되며, 상기 태양기어상의 내접기어부에 맞물려 회동되는 유성기어에 치합된 상태에서 조작시 가상상황에 따라 역방향으로 부하를 걸어주는 모터로 이루어진 특징을 갖는다.

이하, 첨부된 도면에 의하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

제3도는 본 발명에 따른 운동재현기의 조작장치를 나타내는 사시도로서, 이에 따른 본 발명의 운동재현기의 조작장치(50)는 상면중심에 조작레버(52)가 돌설된 소정 형상의 플랫포옴(54)과, 저면 중심이 지지플레이트(56)의 중심으로부터 돌설되는 지지보스(56a)의 상단에 고정되며, 상기 플랫포옴(54)의 수직하방으로 일정거리 이격된 지점에 위치되는 원판형의 베이스(58)와, 상기 베이스(58)의 외주를 120°간격으로 분할하는 선을 중심으로 하여 좌우 양쪽으로 돌출되며, 내부에는 소정 간격의 장착공(60)이 형성된 한쌍의 협지브라켓(62)과, 상단이 상기 플랫포옴(54)의 외주를 3등분할하는 각 꼭지점의 저면에 유니버설조인트(64)를 매개로하여 전방향 회동가능하게 결합되고, 하부는 상기 협지브라켓(62)의 내부에 끼워지며, 외측면에는 그 길이방향을 따라 랙기어(66)가 형성된 한쌍의 랙플레이트(68)와, 상기 협지브라켓(62)상의 장착공(60)을 구성하는 내측면 소정 위치에 임의 회동가능하게 설치되며, 외주면에는 상기 랙플레이트(68)상의 랙기어(66)와 맞물리는 외접기어부(70)가 형성되고, 내측에는 다수의 유성기어(72)가 맞물리는 내접기어부(74)가 형성된 소정 크기의 태양기어(76)와, 상기 협지브라켓(62)의 아랫쪽 내면에서 회동가능하게 설치되며, 상기 태양기어(76)의 외접기어부(70)에 맞물려 회동되면서 회전수를 검출하는 엔코더(78)와, 상기 협지브라켓(62)상의 소정 위치로부터 설치되며, 상기 태양기어(76)상의 내접기어부(74)에 맞물려 회동되는 유성기어(72)에 치합된 상태에서 조작시 가상상황에 따라 역방향으로 부하를 걸어주는 모터(80)로 이루어진 것을 나타낸다.

이와 같은 본 발명에서 상기 한쌍의 랙플레이트(68)는 각 상단이 서로 소정의 각도를 유지한 상태에서 상기 유니버설조인트(64)에 결합되고, 그 아랫쪽의 벌림각도는 상기 협지브라켓(62)의 돌출길이에 의하여 제한된다.

한편, 상기 베이스(58)의 외주를 3등분하는 지점으로부터는 소정 폭의 체결리브(58a)가 돌출되고, 상기 체결리브(58a)의 외측으로부터는 상기 협지브라켓(62)이 스크류(82)에 의하여 장착된 것을 나타낸다.

제4도는 본 발명의 요부 결합상태를 나타내는 부분 단면을 보인측면도이고, 제5도는 본 발명의 결합상태 및 그 작동상태를 나타내는 정면도로서, 저면 중심이 지지플레이트의 중심으로부터 돌설되는 지지보스(56a)의 상단에 고정되며, 상기 플랫포옴(54)의 수직하방으로 일정거리 이격된 지점에 위치되는 원판형의 베이스(58)를 120°간격으로 분할하는 선을 중심으로 하여 좌우 양쪽으로 한쌍의 협지브라켓(62)이 돌출되게 장착되고, 상기 플랫포옴(54)의 외주를 3등분할하는 각 꼭지점의 저면에는 아랫부분이 상기 협지브라켓(62)의 내부에 끼워지며, 외측면에는 그 길이방향을 따라 랙기어(66)가 형성된 한쌍의 랙플레이트(68)의 상단이 유니버설조인트(64)에 의하여 전방향 회동가능하게 결합되고, 상기 협지브라켓(62)상의 장착공(60)을 구성하는 내측면 소정 위치에는 외주면에 상기 랙플레이트(68)상의 랙기어(66)와 맞물리는 외접기어부(70)가 형성되고, 내측에 다수의 유성기어(72)가 맞물리는 내접기어부(74)가 형성된 소정 크기의 태양기어(76)가 임의 회동가능하게 결합되는 한편, 상기 협지브라켓(62)의 아랫쪽에는 상기 태양기어(76)의 외접기어부(70)에 맞물려 회동되면서 회전수를 검출하는 엔코더(78)가, 상기 협지브라켓(62)상의 소정 위치에는 상기 태양기어(76)상의 내접기어부(74)에 맞물려 회동되는 유성기어(72)에 치합된 상태에서 조작시 가상상황에 따라 역방향으로 부하를 걸어주는 모터(80)가 설치된 것을 나타낸다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 작동상태는 다음과 같다.

제5도에 도시된 바와 같이, 조작자가 가상의 상황에 맞추어 운동재현기를 작동시키고자 하는 경우에, 조작자가 플랫포옴(54)의 상명으로부터 돌설되는 조작레버(52)를 파지한 상태에서 전·후·좌·우·상·하방향으로 이동시키거나 각 방향축으로 중심으로 회동시키면서 플랫포옴(54)의 위치를 가변시키면, 상기 한쌍의 랙플레이트(68)가 아랫쪽으로 눌려지거나 윗쪽으로 당겨지거나 또는 힘이 작용하는 방향으로 기울어지는 동작에 따라, 상기 랙플레이트(68)상의 랙기어(66)와 맞물린 태양기어(76)가 회동된다.

이와 같이 태양기어(76)가 회동되면, 상기 태양기어(76)의 외접기어부(70)에 맞물린 엔코더(78)상의 피니언이 회동되면서 회전수가 검출되고, 이와 동시에 상기 태양기어(76)의 내접기어부에(74)에 맞물린 유성기어(72)들이 정해진 방향으로 회동되는 데, 이와 같은 조작상태에서 상기 가상상황에 따른 신호의 인가시 상기 유성기어(72)와 결합된 모터(80)가 정방향 또는 역방향으로 구동되면서 힘을 피드백시켜 조작자가 가상의 상황속에서 실제와 같은 느낌을 느낄 수 있게 된다.

한편, 이와 같은 플랫포옴(54)의 변위에 따른 태양기어(76)의 회전수가 엔코더(78)에 의하여 검출됨에 따라 3차원의 공간좌표가 계산되고, 이와 같이 계산된 공간좌표는 콘트롤러로 보내지며, 콘트롤러에서는 상기 조작장치(50)에서 보내지는 3차원의 공간좌표신호를 운동재현기(10)로 보내어 상기 운동재현기(10)가 조작자의 의도에 따른 상기 조작장치(50)의 조작대로 움직이게 되는 것이다.

이와 같은 본 발명을 적용하면, 각종 시뮬레이터와 같은 가상현실장치에 적용되는 운동재현기에 조작자의 의도와 일치하는 3차원의 공간좌표가 보다 정확히 입력됨에 따라 정밀한 운동재한이 가능하다는 효과가 있고, 가상상황(假想狀況)에서 예상되는 힘이나 느낌등이 조작자에게 피드백(Force-Feedback)되어 조작자가 가상의 상황속에서 실제와 같은 느낌을 느낄 수 있다는 효과가 있으며, 전체의 높이가 낮아지므로 조작 및 관리가 간편하게 이루어진다는 효과가 있는 것이다.

Claims

상면중심에 조작레버(52)가 돌설된 소정 형상의 플랫포옴(54)과; 저면 중심이 지지플레이트(56)의 중심으로부터 돌설되는 지지보스(56a)의 상단에 고정되며, 상기 플랫포옴(54)의 수직하방으로 일정거리 이격된 지점에 위치되는 원판형의 베이스(58)와; 상기 베이스(58)의 외주를 120°간격으로 분할하는 선을 중심으로 하여 좌우 양쪽으로 돌출되며, 내부에는 소정 간격의 장착공(60)이 형성된 한쌍의 협지브라켓(62)과; 상단이 상기 플랫포옴(54)의 외주를 3등분할하는 각 꼭지점의 저면에 유니버설조인트(64)를 매개로하여 전방향 회동가능하게 결합되고, 하부는 상기 협지브라켓(62)의 내부에 끼워지며, 외측면에는 그 길이방향을 따라 랙기어(66)가 형성된 한쌍의 랙플레이트(68)와; 상기 협지브라켓(62)상의 장착공(60)을 구성하는 내측면 소정 위치에 임의 회동가능하게 설치되며, 외주면에는 상기 랙플레이트(68)상의 랙기어(66)와 맞물리는 외접기어부(70)가 형성되고, 내측에는 다수의 유성기어(72)가 맞물리는 내접기어부(74)가 형성된 소정 크기의 태양기어(76)와; 상기 협지브라켓(62)의 아랫쪽 내면에서 회동가능하게 설치되며, 상기 태양기어(76)의 외접기어부(70)에 맞물려 회동되면서 회전수를 검출하는 엔코더(78)와; 상기 협지브라켓(62)상의 소정 위치로부터 설치되며, 상기 태양기어(76)상의 내접기어부(74)에 맞물려 회동되는 유성기어(72)에 치합된 상태에서 조작시 가상상황에 따라 역방향으로 부하를 걸어주는 모터(80)로 이루어진 것을 특징으로 하는 운동재현기의 조작장치.