KR100280144B1

KR100280144B1 - 모션 베이스 장치

Info

Publication number: KR100280144B1
Application number: KR1019980047481A
Authority: KR
Inventors: 양기출
Original assignee: 제재근; 주식회사 금양
Priority date: 1998-02-03
Filing date: 1998-11-06
Publication date: 2001-08-07
Also published as: JPH11218105A; EP0933748A2; US6162058A; KR19990071426A

Abstract

본 발명은 훈련 시뮬레이터나 게임 시뮬레이터 등에 구비되는 모션 베이스 장치에 관한 것으로서, 특히 받침 플레이트(1)의 상측에 일정 간격을 두고 위치되고 탑승기(2')가 설치되는 상부 플레이트(2)와, 상기 받침 플레이트(1)와 상부 플레이트(2) 사이에 삼각 구도로 배치되어 상부 플레이트(2)를 상하 운동 및 요동 운동시키도록 설치된 세 개의 유압 실린더(C₁)(C₂)(C₃)와, 상기 세 개의 유압 실린더(C₁)(C₂)(C₃)가 각각 작동되도록 유압 동력을 제공하는 유압 장치(50)로 구성되고, 상기 세 개의 유압 실린더(C₁)(C₂)(C₃) 중 제1 실린더(C₁)는 받침 플레이트(1) 상에 고정되게 설치되어 상기 상부 플레이트(2)와 자유 굴절 수단으로 연결되고, 제2 실린더(C₂)와 제3 실린더(C₃)는 상부 플레이트(2) 및 받침 플레이트(1)에 자유 굴절 수단으로 각각 연결됨으로써,

본 발명의 모션 베이스 장치는 3개의 실린더를 이용한 3자유도 구현 방식으로 가상 현실을 역동적이고 사실적으로 실현할 수 있음은 물론 구성이 간단하고 설치 가격이 저렴하여 다인승뿐만 아니라 1~2인승 시뮬레이터에도 효과적으로 적용할 수 있게 된다.

Description

모션 베이스 장치

본 발명은 훈련 시뮬레이터(군사 목적용 포함)나 게임 시뮬레이터 등에 구비되는 모션 베이스 장치에 관한 것으로서, 특히 3개의 유압실린더를 이용하여 가상 현실을 역동적이고 사실적으로 실현할 수 있도록 한 모션 베이스 장치에 관한 것이다.

1930년대에 미국에서 고안되어 실용화되기 시작한 기계식 비행 훈련 장치는 1950년대에 접어들면서 컴퓨터와 접목되어 플라이트 시뮬레이터로 진보되고, 이후 1980년대에 들어 컴퓨터 그래픽이 고성능화되어 주변의 화상도 동일시간에 생성할 수 있게 되었다. 이때부터 시뮬레이터는 항공기뿐만 아니라 선박이나 철도 차량의 조종과 운전사의 교육 훈련용으로 이용되고 있다.

또한 최근에는 불도저나 크레인 등 건설용 장비의 운전 훈련과 엔터테인먼트(Entertainment) 분야 등 산업 전분야에 걸쳐 다양하게 사용되고 있다.

즉 이와 같은 시뮬레이터는 게임 시뮬레이터, 군사 목적용 시뮬레이터, 각종 테스트 시스템, 운전 학원용 드라이빙 시뮬레이터, 기타 훈련용 장비 등에 사용되고 있는 것이다.

그러나, 상기한 각종 시뮬레이터는 유압 모션 베이스가 보통 6자유도 구현 방식으로 이루어져 장비의 가격이 너무 비싸 대중화되지 못하고 있으며 그 중에서도 유압 모션 베이스가 차지하고 있는 비중 때문에 엔터테인먼트 분야에서는 다인승 관람형 시뮬레이터에만 치중하고 있어 1~2인용 게임 시뮬레이터는 거의 사용되고 있지 못하다.

따라서, 다인승 시뮬레이터 장비로는 인간과 컴퓨터와의 인터랙티브 기술을 충분히 접목시킬 수 없으므로 게임의 사실성과 역동성을 실현하는 데 한계가 발생할 수밖에 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 삼각 구도로 배치된 3개의 유압실린더와 유니버셜 조인트를 이용함으로써 구성이 간단하여 설치 비용이 절감되면서도 현실감 및 역동성을 사실적으로 실현할 수 있도록 하는 모션 베이스 장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 모션 베이스 장치의 평면도,

도 2는 도 1의 A-A선 방향의 측면도,

도 3은 본 발명에 따른 모션 베이스 장치의 유압 회로도,

도 4는 본 발명에 따른 제1 작동부의 정면도,

도 5는 본 발명에서 제1 작동부의 좌측면도,

도 6은 본 발명에서 제1 작동부의 우측면도,

도 7은 본 발명의 제1 작동부에 구비되는 제1 실린더의 일부 절개도,

도 8은 본 발명에 따른 제3 작동부의 정면도,

도 9는 본 발명에서 제3 작동부의 측면도,

도 10은 본 발명의 제3 작동부에 구비되는 제3 실린더의 일부 절개도,

도 11은 본 발명에 따른 조인트 블록이 도시된 평단면도,

도 12는 본 발명에 따른 제1, 2, 3 작동부의 배치 상태도,

도 13과 도 14는 본 발명의 상하 방향 작동 상태도,

도 15와 도 16은 본 발명의 좌우 방향 작동 상태도,

도 17과 도 18은 본 발명의 전후 방향 작동 상태도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 받침 플레이트 2 : 상부 플레이트 2' : 탑승기

4, 5 : 고정 블록 10, 20, 30 : 제1, 제2, 제3 작동부

11, 31 : 실린더 튜브 12, 32 : 피스톤

13, 23, 33 : 피스톤 로드 14, 34 : 축 15 : 베어링 블록

40 : 가이드 기구 41 : 고정 가이드 42 : 가이드 플레이트

43 : 이동 가이드 50 : 유압 장치

C₁, C₂, C₃: 제1, 제2, 제3 실린더

SV₁, SV₂, SV₃: 제1, 제2, 제3 서보 밸브 AC : 축압기

CV : 체크 밸브 VB : 밸브 블록 FL : 공급 라인

RL : 회송 라인 P : 유압 펌프 M : 전기 모터

60 : 리니어 센서 61 : 센서 지지대 62 : 센서 케이스

63 : 센서 막대 70, 70A: 유니버설 조인트 80 : 조인트 블록

81 : 롤러 베어링 82 : 축 83 : 베어링 블록

85 : 지지 블록

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 모션 베이스 장치는, 받침 플레이트와, 상기 받침 플레이트의 상측에 일정 간격을 두고 위치되고 탑승기가 설치되는 상부 플레이트와, 상기 받침 플레이트와 상부 플레이트 사이에 삼각 구도로 배치되어 상부 플레이트를 상하 운동 및 요동 운동시키도록 설치된 세 개의 유압 실린더와, 상기 세 개의 유압 실린더가 각각 작동되도록 유압 동력을 제공하는 유압 제공수단으로 구성되고; 상기 세 개의 유압 실린더 중 제1 실린더는 상기 받침 플레이트 상에 고정되게 설치되어 상기 상부 플레이트와 자유 굴절 수단으로 연결되고, 제2 실린더와 제3 실린더는 상부 플레이트 및 받침 플레이트에 자유 굴절 수단으로 각각 연결된 것을 특징으로 하여 가능하게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 모션 베이스 장치는 도1과 도 2에 도시된 바와 같이 하측에 위치되는 받침 플레이트(1)와, 상기 받침 플레이트(1)의 상측에 이격되게 위치되고 탑승기가 설치되는 상부 플레이트(2)로 구성되고, 상기 받침 플레이트(1)와 상부 플레이트(2) 사이에 세 개의 유압 실린더(C₁)(C₂)(C₃)가 수직 방향으로 세워져 정삼각 구도로 배치되며, 상기 유압 실린더(C₁)(C₂)(C₃)는 유압 장치(50)에 의해 각 실린더가 독립적으로 직선 운동되면서 상기 상부 플레이트(2)를 상하 운동시키는 동시에 요동 운동시키도록 구성된다.

특히, 상기 세 개의 유압 실린더(C₁)(C₂)(C₃) 중에서 제1 실린더(C₁)는 상기 받침 플레이트(1)상에 고정된 상태로 설치되어 상기 상부 플레이트(2)와 자유 굴절 기구인 유니버셜 조인트(70)로 연결되고, 다른 두 개의 제2, 제3 실린더(C₂)(C₃)는 상기 받침 플레이트(1)와 상부 플레이트(2)에 유니버셜 조인트(70A)와 조인트 블록(80)으로 각각 연결되어 있다.

이와 같은 상기 유압 실린더(C₁)(C₂)(C₃)는 복동형의 실린더로 이루어지고, 상측으로 상기 유니버셜 조인트(70)(70A)와 연결된 피스톤 로드(13)(33)가 내재되어 실린더내부로 압유가 제공되는 상태에 따라 피스톤 로드(13)(33)가 직선 이동되면서 상기 상부 플레이트(2)를 상하 이동시키게 된다.

즉, 상기 제1 실린더(C₁)는 상부 플레이트(2)를 수직 방향으로 이동시키는 역할만 하고, 상기 제2, 제3 실린더(C₂)(C₃)는 2개의 조인트(70A)가 자유 굴절되면서 상기 상부 플레이트(2)를 수직 방향으로 이동시키는 동시에 각 실린더(C₁)(C₂)(C₃)간의 상하 변위차에 의해 상부 플레이트(2)가 좌우 전후 방향으로 요동하게 하는 역할을 한다.

참고로 상기 각 실린더(C₁)(C₂)(C₃)가 설치된 조합체를 제1, 2, 3 작동부(10)(20)(30)라 하고, 도 2에서 제2 실린더(C₂)가 설치된 제2 작동부(20)는 본 실시예에서 제3 실린더(C₃)가 설치된 제3 작동부(30)와 동일하게 구성되므로 도면의 복잡성을 고려하여 생략하였다.

한편, 상기 제1 작동부(10)에는 제1 실린더(C₁)가 횡력을 받지 않고 안정되게 수직 운동을 할 수 있도록 도와주는 가이드 기구(40)가 설치되어 있고, 제1, 제2, 제3 작동부(10)(20)(30)에는 각 실린더 작동 높이를 감지할 수 있도록 리니어 센서(60)가 각각 설치되어 있다.

또한, 상기 세 개의 유압 실린더(C₁)(C₂)(C₃)가 설치되어 있는 공간 옆에는 오일 탱크(T)와, 유압 펌프(P), 팬 쿨러(H₃), 축압기(AC), 밸브 블록(VB), 공급 라인(FL), 회송 라인(RL) 등으로 이루어진 유압 장치(50)가 구비되어 있다.

도 3은 본 발명에 따른 유압 회로도로서, 전기 모터(M)에 의해 작동되는 유압 펌프(P)가 오일 탱크(T)에 저장되어 있는 오일을 가압하여 압유를 발생시킴으로써 상기 각각의 유압 실린더(C₁)(C₂)(C₃)를 작동시킬 수 있도록 구성되어 있다.

특히, 상기 유압 펌프(P)에서 각각의 유압 실린더(C₁)(C₂)(C₃)로 연결된 공급 라인(FL)과 상기 각각의 유압 실린더(C₁)(C₂)(C₃)에서 오일 탱크(T)로 연결된 회송 라인(RL) 상에는 압유의 흐름을 절환하는 절환 밸브가 설치되어 있다.

이와 같은 상기 절환 밸브는 중립 위치 닫힘형 4포트 3위치식 밸브인 동시에 전자 제어 방식에 의해 제어되는 서보 밸브(SV)로서, 이 서보 밸브(SV₁)(SV₂)(SV₃)는 밸브 블록(VB)내에 구비되어 세 개의 유압 실린더(C₁)(C₂)(C₃)로 연결되는 유로상에 각각 설치되고, 각 유압 실린더(C₁)(C₂)(C₃)에 제공 및 배출되는 압유를 독립적으로 조절할 수 있도록 되어 있다.

그리고, 상기 유압 실린더(C₁)(C₂)(C₃)는 피스톤 로드의 신속한 상하 작동을 위해 복동형 실린더로 이루어져 두 개의 포트(A')(B')가 유압 라인을 통해 상기 서보 밸브(SV₁)(SV₂)(SV₃)로 각각 연결되어 있다.

이와 함께, 상기 오일 탱크(T)에는 외부의 공기가 유입되는 에어 브리더(H₁)와, 불순물을 걸러내는 오일 필터(H₂)와, 유압 펌프(P)에서 배출되는 오일을 냉각하는 팬 쿨러(H₃)와, 냉각팬을 작동시키거나 정지시키도록 오일의 온도를 감지하는 유온 센서(H₄)와, 오일 탱크(T)내의 오일량을 측정하는 레벨 게이지(H₅) 등이 설치되어 있다.

그리고, 상기 유압 펌프(P)에서 유압 실린더(C₁)(C₂)(C₃)로 연결되는 공급 라인(FL) 상에는 압유의 압력을 측정하는 압력 측정기(H₆)와, 오일속의 불순물을 재차 제거하는 필터(H₇)와, 압유가 유압 펌프(P) 쪽으로 역류되는 것을 방지하는 체크 밸브(CV)와, 공급 라인(FL) 상의 압유를 일정하게 유지시키는 축압기(AC) 등이 설치되어 있다.

다음은 도 4내지 도 11을 참조하여 상기한 본 발명에 따른 모션 베이스 장치의 구성을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 4내지 도 6은 제1 실린더(C₁)가 설치된 제1 작동부(10)가 도시된 정면도, 좌측면도, 우측면도로서, 제1 실린더(C₁)는 그 상단이 유니버셜 조인트(70)를 통해 상부 플레이트(2)와 연결되어 있고, 하단부가 베어링 블록(15)을 통해 받침 플레이트(1)에 고정되어 있다.

여기서, 상기 베어링 블록(15)은 받침 플레이트(1)에 세워진 한 쌍의 고정 블록(4) 상부에 설치되어 상기 제1 실린더(C₁)가 양측으로 돌출된 축(14)을 중심으로 회전할 수 있도록 고정하게 되나, 상기 받침 플레이트(1)에서 피스톤 로드(13) 상단으로 연결된 가이드 기구(40)에 의해 제1 실린더(C₁)의 자유로운 회전 운동은 제한된다.

이와 같이 상기 제1 실린더(C₁)의 하측에 베어링 블록(15)을 설치하는 이유는 상기 제1 실린더(C₁)가 상부 플레이트(2)를 수직 방향으로만 이동시키는 역할을 담당하고 있으나 세 개의 유압 실린더의 작동 과정에서 상부 플레이트(2)가 좌우 전후로 움직이게 되면 제1 작동부(10)에 횡력이 가해지고, 이때 상기 가이드 기구(40)가 상기 제1 작동부를 지지하면서 횡방향 움직임을 제한하게 되고, 상기 베어링 블록(15)은 제1 작동부를 미세하게 나마 횡방향으로 자유 회전되게 함으로써 결국 횡력 발생에 대한 완충 작용을 하게 된다.

물론, 상기 제1 실린더(C₁)의 하단부를 상기한 바와 같이 베어링 블록(15)을 설치하지 않고 직접 받침 플레이트(1)측에 고정하는 방식으로 설치할 수도 있을 것이다.

또한, 상기 제1 작동부(10)를 지지하는 가이드 기구(40)는 상기 받침 플레이트(1)의 상면에 수직 방향으로 세워진 고정 가이드(41)와, 상기 유니버셜 조인트(70)와 피스톤 로드(13)의 상단부 사이에 결합되어 하측 방향으로 연장된 이동 가이드(43)로 구성되어, 상기 이동 가이드(43)가 상기 고정 가이드(41)를 따라 상하 이동할 수 있도록 되어 있다.

여기서, 상기 이동 가이드(43)와 고정 가이드(41)의 내측에는 수직 방향으로 설치된 가이드 플레이트(42)가 요철 방식으로 상호 결합되어 상하 운동을 안내하게 되고, 상기 고정 가이드(41)는 받침 플레이트에 직교되는 방향으로 세워진 브래킷(41a)에 보다 견고하지 지지된다.

그리고, 제1 실린더(C₁)에는 피스톤 로드(13)의 상하측 이동 변위를 감지할 수 있도록 리니어 센서(60)가 설치되어 있는 바, 이 리니어 센서(60)는 제1 실린더(C₁)의 튜브(11)에 수직 방향으로 센서 지지대(61) 및 센서 케이스(62)가 설치되고, 피스톤 로드(13)에는 센서 막대(63)가 연결되어 피스톤 로드(13)가 상하 이동함에 따라 상기 센서 케이스(62)에 삽입된 센서 막대(63)가 상하로 이동되면서 피스톤 로드(13)의 변위를 감지할 수 있도록 되어 있다.

한편, 상기한 유니버셜 조인트(70)는 제2 작동부와 제3 작동부에 구비된 것과 유사한 것으로서, 상부 플레이트(2)의 밑면에 고정되는 Y형 요크(71)와, 피스톤 로드(13)의 상단측에 고정되는 Y형 요크(72)가 십자형으로 핀이 돌출되어 있는 십자 블록(73)으로 결합되어 자유 굴절 운동을 할 수 있도록 되어 있다.

여기서, 상기 십자 블록(73)은 육면체형으로 형성되고, 그 둘레면에 상기 Y형 요크(71)(72)와 각각 결합되는 4개의 핀이 돌출되어 있다.

도 7은 상기한 제1 작동부의 제1 실린더(C₁)가 도시된 일부 절개도로서, 제1 실린더(C₁)의 구성은 양측에 포트(A')(B')가 형성되어 있는 실린더 튜브(11)와, 상기 실린더 튜브(11) 내부에 삽입되어 양측 포트(A')(B')로 제공되는 압유에 의해 상하 방향으로 이동되는 피스톤(12)과, 상기 피스톤(12)에 고정되어 상기한 유니버셜 조인트와 연결되는 피스톤 로드(13)로 구성되어 있다.

그리고, 상기 피스톤 로드(13)의 상단에는 유니버셜 조인트측에 조립되는 연결구(13a)가 형성되어 있고, 상기 실린더 튜브(11)의 양측에는 도 6의 베어링 블록(15)에 연결되는 축(14)이 각각 돌출되어 있다.

도 8내지 도 9는 상기한 제2, 제3 실린더가 설치되어 있는 제2 작동부와 제3 작동부가 도시된 정면도 및 측면도이다.(여기서, 제2 작동부는 제3 작동부와 동일하므로 부호는 생략한다.)

상기 제2 작동부와 제3 작동부(30)는 상기한 제1 작동부(10)가 상부만이 자유 굴절 운동되게 설치되어 있는 것과는 달리 받침 플레이트(1) 측과 연결되는 하부측도 자유굴절 운동을 할 수 있도록 설치되어 있다.

즉, 상기 제2, 제3 작동부(30)는 제2, 제3 실린더(C₃)의 상단부가 유니버셜 조인트(70A)를 통해 상부 플레이트(2)와 연결되는 동시에 하단부는 조인트 블록(80)을 통해 받침 플레이트(1)에 고정된 고정 블록(5)에 연결되어 있다.

따라서, 상기 제2, 제3 작동부(30)는 제1, 2, 3 실린더의 변위차에 의해 상부 플레이트(2)가 경사진 방향으로 요동 운동하게 될 때 두 개의 조인트(70A)(80)가 자유 굴절되면서 상부 플레이트(2)의 요동운동을 가능하게 한다.

여기서, 상기 유니버셜 조인트(70A)는 상기 제1 실린더(C₁)의 유니버셜 조인트(70)에 사용되는 것과 유사한 것으로서, 상부 플레이트(2)와 제2, 제3 실린더(C₂)(C₃)에 각각 고정된 Y형 요크(71A)(72A)에 십자 블록(73A)이 결합되어 있다.

특히, 상기 조인트 블록(80)은 도 9에 도시된 바와 같이 받침 플레이트(1)의 상부에 수직방향으로 고정되어 있는 한 쌍의 고정 블록(5)위에 설치되고, 상기 고정 블록(5)은 상기 제2, 3 실린더(C₃)의 하부가 움직일 수 있도록 충분한 간격을 가지도록 설치된다.

또한, 제2, 3작동부(30)에도 도 8에서와 같이 피스톤 로드(31)의 작동 높이를 감지할 수 있도록 리니어 센서(60)가 구비되고, 이 리니어 센서(60)는 상기한 제1 작동부(10)에 설치된 것과 마찬가지로 실린더 튜브(31)와 피스톤 로드(33)에 각각 설치된 센서 지지대(61)와 센서 케이스(62), 센서 막대(63)로 구성되어 있다.

도 10은 제2, 3 실린더가 도시된 일부 절개도로서, 제2, 3 실린더(C₃)는 두 개의 포트(A')(B')가 형성된 실린더 튜브(31) 내에 피스톤(32)이 삽입되고, 상기 피스톤(32)에는 피스톤 로드(33)가 고정되어 두 개의 포트(A')(B')로 제공되는 압유에 의해 피스톤(32) 및 피스톤 로드(33)가 상하 방향으로 이동하게 된다.

그리고, 상기 실린더 튜브(31)의 외부에는 조인트 블록에 설치되는 축(34)이 돌출되어 있고, 이 축(34)은 제1 실린더의 축(도 7에서 14)보다 상대적으로 높게 위치되어 있다.

도 11은 상기한 제2, 3 실린더의 하부측에 설치되는 조인트 블록의 평면도로서, 조인트 블록(80)은 제2, 3 실린더의 튜브에 설치된 축부(34a)에서 양측으로 돌출된 축(34)과, 내부에 수직 방향으로 실린더의 튜브가 삽입되어 있는 사각모양으로 형성되어 상기 축(34)이 회전 가능하도록 원추형 롤러 베어링(81)을 통해 지지하는 동시에 상기 축(34)과 직교되는 방향으로 양쪽에 축(82)이 돌출되어 있는 베어링 블록(83)과, 상기한 고정 블록(5)의 상측에 각각 고정되어 상기 축(82)을 롤링 베어링을 통해 지지하는 지지 블록(85)으로 이루어져 있다.

상기와 구성된 본 발명에 따른 모션 베이스 장치의 작동을 도 12내지 18을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 12내지 도 18은 본 발명에 따른 모션 베이스 장치의 작동 상태가 도시된 도면으로서, 상부 플레이트(2)의 상측에 탑승기(2')가 설치되어 이 탑승기(2')가 상하(Heave), 전후(Pitch), 좌우(Roll)로 움직이는 상태를 보여주고 있다.

먼저, 도 13과 도 14는 도 12의 "H" 방향에서 본 탑승기의 상하(Heave) 방향으로의 작동 상태를 보여주는 도면으로서, 각각의 유압 실린더(C₁)(C₂)(C₃)가 동일한 변위로 수직 운동하면서 탑승기(2')를 상하 방향으로 이동시키게 된다.

즉, 상기 탑승기(2')를 상측 방향으로 이동시키기 위해서는 도 3에 도시된 3개의 서보 밸브(SV)가 모두 우측 방향으로 절환되어 펌프 포트(P)와 A포트가 연통되고, 동시에 B포트와 탱크 포트(T)가 연통되므로서, 도 3, 도 7, 도 10의 각 실린더 B'포트로는 압유가 배출되고, A'포트로는 압유가 공급되면서 도 14와 같이 피스톤 및 피스톤 로드(13)(23)(33)가 상측으로 이동하면서 탑승기(2')가 상승하게 된다.

반대로, 상기 탑승기(2')를 하강시키기 위해서는 도 3의 서보 밸브(SV)를 좌측 방향으로 절환하게 되면 상기와 반대로 피스톤 및 피스톤 로드(13)(23) (33)이 하강하면서 탑승기(2')도 하강하게 된다.

이때, 도 13 및 도 14와 같이 탑승기(2')가 수직 이동만 할 때에는 유니버셜 조인트(70)(70A) 및 조인트 블록(80)의 굴절은 이루어지지 않고, 가이드 기구(40)를 따라 수직 이동하게 된다. 그리고, 리니어 센서(60)의 센서 막대(63)도 동시에 상승하면서 피스톤 로드(13)(23)(33)의 상승 높이를 감지하게 된다.

한편, 상기한 도 3의 서보 밸브(SV)를 중립 위치에 놓게 되면 압유의 공급 및 배출은 이루어지지 않게 되므로 피스톤 로드(13)(23)(33)가 상하로 작동하지 않게 되어 탑승기(2')의 움직임도 없게 된다.

다음, 도 15와 도 16은 도 12의 "H" 방향에서 본 탑승기의 좌우 방향으로 작동 상태를 보여주는 도면으로서, 제1 작동부(10)를 중심으로 양쪽의 제2, 제3 작동부(20)(30)의 높이차에 의해 탑승기(2')를 좌우 방향으로 움직이게 된다.

즉, 도 14의 상태에서 도 15와 같이 상기 탑승기(2')가 좌측으로 기울어지기 위해서는 제1 작동부(10)는 그대로 있는 상태에서 제3 작동부(30)의 피스톤 로드(33)는 제1 작동부(10)의 변위보다 낮게 하강하고, 제2 작동부(20)의 피스톤 로드(23)는 제1작동부(10)의 변위보다 높게 상승해야 한다.

이와 같은 작동은 도 3에서 제1 실린더(C₁)측 서보 밸브(SV₁)는 중립 상태를 유지하고, 제3 실린더(C₃)측 서보 밸브(SV₃)가 좌측으로 이동함으로써 펌프 포트(P)와 B포트가 연통되는 반면, 제2 실린더(C₂)측 서보 밸브(SV₂)는 우측으로 이동함으로써 펌프 포트(P)와 A포트가 연통됨으로써 탑승기(2')가 좌측으로 기울어지게 된다.

이때, 제2 실린더(C₂)와 제3 실린더(C₃)측은 상하측의 조인트(70A)(80)에 의해 경사지게 기울어지게 되고, 이때 탑승기(2')가 기울어짐에 따라 제1 실린더(C₁)에 가해지는 횡력은 가이드 기구(40)에 의해 지지된다.

이와 반대로 도 16과 같이 탑승기(2')가 우측으로 기울어지기 위해서는 도 3에서 제1 실린더(C₁)측의 서보 밸브(SV₁)는 그대로인 상태에서 제2 실린더(C₂)측 서보 밸브(SV₂)와 제3 실린더(C₃)측 서보 밸브(SV₃)가 반대로 작동하게 되면 탑승기는 우측으로 기울어지게 된다.

다음 도 17과 도 18은 도 12의 "I" 방향에서 본 탑승기의 앞 뒤 방향 작동 상태를 보여주는 도면으로서, 제 3작동부는 도시가 생략되었다.

이때에는 제 1작동부(10)의 높이보다 상대적으로 제2 작동부(20), 제3 작동부의 높이가 더 높거나 낮게 되면 탑승기(2')는 앞 뒤 방향으로 움직이게 된다.

즉, 도 17과 같이 탑승기(2')의 앞쪽 부분이 상측으로 올라가게 하기 위해서는 제1 작동부(10)는 상승하고 제2 작동부(20)와 제3 작동부는 하강해야 되므로 도 3의 제1 실린더(C₁)측 서보 밸브(SV₁)가 우측으로 절환되고, 제2, 제3 실린더(C₂)(C₃)측 서보 밸브(SV₂)(SV₃)는 좌측으로 이동되면서 유로를 절환하여 각 실린더의 피스톤 로드(13)(23)(33)를 상하 방향으로 작동시킨다.

그리고, 도 18과 같이 탑승기(2')의 뒤쪽 부분이 상측으로 올라가게 하기 위해서는 상기와 반대로 제1 작동부(10)는 하강하고 제2 작동부(20)와 제 3작동부는 상승하도록 서보 밸브(SV₁)(SV₂)(SV₃)를 작동하게 되면 탑승기(2')의 뒷부분이 상승하게 된다.

하기의 표는 상기한 본 발명의 작동 상태를 표로 나타낸 것이다.

	제1 실린더	제2 실린더	제3 실린더
상하 이동(HEAVE)	상승	상승	상승
상하 이동(HEAVE)	하강	하강	하강
좌우 기움(ROLL)	-	상승	하강
좌우 기움(ROLL)	-	하강	상승
전후 기움(PITCH)	상승	하강	하강
전후 기움(PITCH)	하강	상승	상승

상기와 같은 각 실린더(C₁)(C₂)(C₃)에 제공되는 압유를 조절하여 각 작동부(10)(20)(30)의 높이를 조절함으로써 탑승기(2')를 상하 좌우 전후 방향으로 자유롭게 움직일 수 있게 된다. 물론, 상기 탑승기의 상하 좌우 전후 작동이 동시에 연동되어 이루어지게 되면 보다 다이내믹한 가상 탑승 상황을 연출할 수 있게 된다.

한편, 상기한 본 발명의 모션 베이스 장치는 가상 현실 소프트웨어를 해석하고 이를 바탕으로 유압 펌프(P)와 서보 밸브(SV)등의 유압 장치(50)를 제어할 수 있는 제어 컴퓨터가 포함되는 바, 상기 제어 컴퓨터는 상기한 리니어 센서(60)를 통해 각 작동부(10)(20)(30)의 변위 신호를 입력받아 상기 유압 장치(50)를 제어토록 이루어지는 것이 바람직하다.

이와 같이 제어 컴퓨터가 구비된 본 발명의 모션 베이스 장치는 종래 기술에서 6개의 실린더를 이용하여 상기 상부 플레이트를 요동 운동시키는 것과는 달리 3개의 유압 실린더만을 이용하여 상기 제어 컴퓨터가 유압 장치를 제어함에 따라 상부 플레이트를 상하 운동 및 요동 운동시키면서 가상 현실을 사실적이고, 역동적으로 구현할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명의 모션 베이스 장치는 3 개의 유압실린더의 직접 구동 방식으로 이루어져 종래 기술의 6개의 실린더를 이용한 것 보다 기계적 구성이 간단하여 유지 및 관리가 쉬우며, 설치 비용을 절감할 수 있어 다인승 시뮬레이터뿐만 아니라 1~2인승 시뮬레이터에 효과적으로 적용할 수 있는 이점을 제공하게 된다.

또한, 본 발명은 3개의 유압 실린더를 이용하기 때문에 기계적 구성이 간단하여 전자 제어 측면에서도 유리해짐은 물론 가상 현실을 구현하는데도 보다 사실적이고 역동적으로 실현할 수 있는 이점을 제공하게 된다.

Claims

받침 플레이트(1)와, 상기 받침 플레이트(1)의 상측에 일정 간격을 두고 위치되고 탑승기(2')가 설치되는 상부 플레이트(2)와, 상기 받침 플레이트(1)와 상부 플레이트(2) 사이에 삼각 구도로 배치되어 상부 플레이트(2)를 상하 운동 및 요동 운동시키도록 설치된 세 개의 유압 실린더(C₁)(C₂)(C₃)와, 상기 세 개의 유압 실린더(C₁)(C₂)(C₃)가 각각 작동되도록 유압 동력을 제공하는 유압 제공수단으로 구성되고;

상기 세 개의 유압 실린더(C₁)(C₂)(C₃) 중 제1 실린더(C₁)는 상기 받침 플레이트(1)상에 고정되게 설치되어 상기 상부 플레이트(2)와 자유 굴절 수단으로 연결되고, 제2 실린더(C₂)와 제3 실린더(C₃)는 받침 플레이트(1) 및 상부 플레이트(2)에 자유 굴절 수단으로 각각 연결된 것을 특징으로 하는 모션 베이스 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 모션 베이스 장치는 상기 받침 플레이트(1)에서 제1 실린더(C₁)의 상측으로 연결되어 제1 실린더(C₁)의 상하 이동을 안내하고 지지하는 가이드 수단(40)이 포함되고;

상기 가이드 수단(40)은 상기 받침 플레이트(1)에 고정되어 수직으로 세워진 고정 가이드(41)와, 상기 제1 실린더(C₁)의 상단에서 하측으로 연장되어 상기 고정 가이드(41)를 따라 직선 이동되는 이동 가이드(43)로 구성된 것을 특징으로 하는 모션 베이스 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 제1 실린더(C₁)는 그 하단부가 힌지 수단을 통해 받침 플레이트(1)측에 고정되되, 상기 가이드 수단(40)에 의해 회전 운동이 제한되도록 된 것을 특징으로 하는 모션베이스 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 세 개의 유압 실린더(C₁)(C₂)(C₃)는 정삼각형 구도로 위치된 것을 특징으로 하는 모션 베이스 장치.