KR100316511B1 - 4축식 모션 베이스 장치 - Google Patents

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    • A63G31/00—Amusement arrangements
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Abstract

본 발명은 훈련 시뮬레이터나 게임 시뮬레이터 등에 사용되는 4축식 모션 베이스 장치에 관한 것으로서, 특히 탑승기가 상하 및 요동 운동하는 동시에 차량의 급출발시나 급제동시와 같은 전후진 이동감을 구현할 수 있도록 하여 가상 현실을 보다 역동적이고 현실감 있게 실현할 수 있도록 한 4축식 모션 베이스 장치에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명은 받침 플레이트와; 상기 받침 플레이트의 상측에 일정 간격을 두고 위치되고, 상부에 탑승기가 설치되는 상부 플레이트와; 상기 받침 플레이트와 상부 플레이트에 자유굴절수단으로 각각 연결되어 상기 상부 플레이트를 상하 운동 및 요동 운동시키는 네 개의 유압 실린더와; 상기 받침 플레이트의 상측에 세워져 상기 상부 플레이트의 상하 이동을 안내하고 지지하는 가이드 수단과; 상기 가이드 수단과 상기 상부 플레이트 사이에 연결되어 상기 상부 플레이트가 자유롭게 움직이도록 하는 동시에 전후 방향으로 이동될 수 있도록 하는 전후이동 실현수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

4축식 모션 베이스 장치{The motion base apparatus}
본 발명은 훈련 시뮬레이터나 게임 시뮬레이터 등에 사용되는 모션 베이스 장치에 관한 것으로서, 특히 탑승기가 상하 및 요동 운동하는 동시에 차량의 급출발시나 급제동시와 같은 전후진 이동감을 구현할 수 있도록 하여 가상 현실을 보다 역동적이고 현실감 있게 실현할 수 있도록 한 4축식 모션 베이스 장치에 관한 것이다.
시뮬레이터는 항공기뿐만 아니라 선박이나 철도 차량의 조종과 운전사의 교육 훈련용으로 이용되고 있으며, 최근에는 불도저나 크레인등 건설용 장비의 운전 훈련과 엔터테인먼트분야 등 산업전분야에 걸쳐 다양하게 사용되고 있다.
즉 시뮬레이터는 게임 시뮬레이터, 군사 목적용 시뮬레이터, 각종 테스트 시스템, 운전 학원용 드라이빙 시뮬레이터, 기타 훈련용 장비 등에 사용되고 있는 것이다.
이와 같은 각종 시뮬레이터는 통상 유압 모션 베이스 장치를 통해 탑승기를여러 방향으로 움직이면서 가상 현실을 실현하게 된다.
도 1은 종래 기술의 3축식 모션 베이스 장치가 도시된 평면도이고, 도 2는 종래 기술의 3축식 모션 베이스 장치가 도시된 측면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 종래 기술의 모션 베이스 장치는 하측에 위치되는 받침 플레이트(1)와, 상기 받침 플레이트(1)의 상측에 이격되게 위치되고 탑승기(2')가 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 배치되어 있다.
이와 같은 유압 실린더(C1)(C2)(C3)는 유압 장치(3)에 의해 각 실린더가 독립적으로 직선 운동되면서 상기 상부 플레이트(2)를 상하 운동시키는 동시에 요동 운동시키도록 구성되어 있다.
그리고, 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(6)로 연결되고, 다른 두 개의 제2, 제3 실린더(C2)(C3)는 상기 받침 플레이트(1)와 상부 플레이트(2)에 유니버셜 조인트(7)와 조인트 블록(8)으로 각각 연결되어 있다.
이와 같은 상기 유압 실린더(C1)(C2)(C3)는 복동형의 실린더로 이루어지고, 상측으로 상기 유니버셜 조인트(6)(7)와 연결된 피스톤 로드(11a)(12a)가 내재되어실린더 내부로 압유가 제공되는 상태에 따라 피스톤 로드(11a)(12a)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(7)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.
여기서, 상기 각 실린더(C1)(C2)(C3)가 설치된 조합체를 제1, 2, 3 작동부(11)(12)(13)라 하고, 도 2에서 제3 실린더(C3)가 설치된 제3 작동부(13)는 제2 실린더(C2)가 설치된 제2 작동부(12)와 동일하게 구성되므로 도면의 복잡성을 고려하여 생략되었다.
한편, 상기 제1 작동부(11)에는 제1 실린더(C1)가 횡력을 받지 않고 안정되게 수직 운동을 할 수 있도록 도와주는 가이드 기구(4)가 설치되어 있고, 제1, 제2, 제3 작동부(11)(12)(13)에는 각 실린더 작동 높이를 감지할 수 있도록 리니어 센서(5)가 각각 설치되어 있다.
여기서, 상기 제1 작동부(11)를 지지하는 가이드 기구(4)는 상기 받침 플레이트(1)의 상면에 수직 방향으로 세워진 고정 가이드(4a)와, 상기 유니버셜 조인트(6)와 피스톤 로드(11a)의 상단부 사이에 결합되어 하측 방향으로 연장된 이동 가이드(4b)로 구성되어, 상기 이동 가이드(4b)가 상기 고정 가이드(4a)를 따라 상하 이동할 수 있게 된다.
그리고, 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(3)가 구비되어 있다.
그러나, 상기와 같이 구성되는 종래 기술에서 제2, 3 실린더는 상측과 하측에 모두 자유굴절부재가 설치되나 제1 실린더(C1)는 상측에만 자유굴절부재가 설치되어 있기 때문에 탑승기 즉, 상부 플레이트(2)가 요동 운동을 할 때 제1 실린더(C1)측의 자유로운 작동이 제한되어 보다 역동적인 시뮬레이션의 구현하는 데 한계가 발생되는 문제점이 있다.
또한, 상기한 종래 기술의 모션 베이스 장치는 탑승기(2')가 제1 실린더(C1)를 중심으로 위치가 고정되어 있는 상태에서 세 개의 유압 실린더(C1)(C2)(C3)를 통해 상하 운동과 요동 운동만 가능하도록 구성되어 있기 때문에 가상 현실을 보다 사실적이고 역동적으로 실현하는 데는 한계가 발생되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 사각 구도로 배치된 4개의 유압 실린더와 중앙에 설치된 가이드 수단을 통해 탑승기의 상하 운동 및 요동 운동이 자유롭게 구현되게 구성됨으로써 보다 역동적인 시뮬레이션의 구현할 수 있도록 하는 4축식 모션 베이스 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명은 탑승기가 상하 운동 및 요동 운동을 하면서 순간적인 전후진 이동이 가능하도록 구성함으로써 차량의 급출발시나 급제동시와 같은 순간적인 전후진감을 구현하여 가상 현실을 보다 사실적이고 역동적으로 실현할 수 있도록 하는 4축식 모션 베이스 장치를 제공하는 데 있다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 4축식 모션 베이스 장치는, 받침 플레이트와; 상기 받침 플레이트의 상측에 일정 간격을 두고 위치되고, 상부에 탑승기가 설치되는 상부 플레이트와; 상기 받침 플레이트와 상부 플레이트에 자유굴절수단으로 각각 연결되어 상기 상부 플레이트를 상하 운동 및 요동 운동시키는 네 개의 유압 실린더와; 상기 받침 플레이트의 상측에 세워져 상기 상부 플레이트의 상하 이동을 안내하고 지지하는 가이드 수단과; 상기 가이드 수단과 상기 상부 플레이트 사이에 연결되어 상기 상부 플레이트가 자유롭게 움직이도록 하는 동시에 전후 방향으로 이동될 수 있도록 하는 전후이동 실현수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래 기술의 모션 베이스 장치가 도시된 평면 구성도,
도 2는 종래 기술의 모션 베이스 장치가 도시된 측면 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 모션 베이스 장치가 도시된 평면도,
도 4는 본 발명에 따른 모션 베이스 장치가 도시된 정면도,
도 5는 본 발명에 따른 모션 베이스 장치가 도시된 측면도,
도 6은 본 발명의 정면도로서, 좌측 기움 상태가 도시된 도면,
도 7은 본 발명의 측면도로서, 앞쪽 기움 상태가 도시된 도면,
도 8은 본 발명의 전후이동 실현기구에서 액츄에이터가 설치된 상태의 측면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
20 : 받침 플레이트 30 : 상부 플레이트
35 : 탑승기 41, 42, 43, 44 : 유압 실린더
51, 55 : 유니버셜 조인트 60 : 가이드 기구
61 : 고정 가이드 65 : 이동 가이드
70 : 전후이동 실현기구 71 : 지지 블록
72 : 축 73 : 슬라이드 안내 블록
74 : 슬라이드 축 75 : 고정 블록
77 : 전후진 작동실린더
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 4축식 모션 베이스 장치가 도시된 평면도이고, 도 4는 정면도이며, 도 5는 측면도이다.
본 발명에 따른 4축식 모션 베이스 장치는 도 3내지 도 5에 도시된 바와 같이 받침 플레이트(20)와, 상기 받침 플레이트(20)의 상측에 일정 간격을 두고 위치되는 동시에 상부에 탑승기(35)가 설치된 상부 플레이트(30)와, 상기 받침 플레이트(20)와 상부 플레이트(30)에 유니버셜 조인트(51)(55)로 각각 연결되어 상기 상부 플레이트(30)를 상하 운동 및 요동 운동시키는 네 개의 유압 실린더(41)(42)(43)(44)와, 상기 받침 플레이트(20)의 상측에 수직 방향으로 세워져 상기 상부 플레이트(30)의 상하 이동을 안내하고 지지하는 가이드 기구(60)와, 상기 가이드 기구(60)와 상기 상부 플레이트(30) 사이에 연결되어 상기 상부 플레이트(30)가 자유롭게 움직이도록 하는 동시에 전후 방향으로 이동될 수 있도록 하는 전후이동 실현기구(70)로 구성된다.
상기 받침 플레이트(20)는 통상의 모션 베이스 장치와 같이 바닥면에 위치되어 본 장치를 지지하기 위한 받침대이다.
상기 상부 플레이트(30)는 상기 네 개의 유압 실린더(41)(42)(43)(44)와 가이드 기구(60)에 의해 지지된 상태에서 각 유압 실린더(41)(42)(43)(44)의 독립적인 작동으로 상하운동 및 요동 운동을 하게 되고, 특히 상기 전후이동 실현기구(70)에 의해 전후 방향으로도 이동할 수 있게 된다.
따라서, 상기 탑승기(35)도 상기 상부 플레이트(30)를 따라 동시에 움직이면서 상하 및 요동 운동되고, 아울러 전후 방향으로 이동되면서 차량의 급출발시나 급제동시에 느낄 수 있는 전후진 이동감을 구현할 수 있게 된다.
이와 같은 탑승기(35)는 상기 네 개의 유압 실린더(41)(42)(43)(44)의 작동으로 가상 현실을 실현할 수 있게 움직이게 되는 바, 네 개의 유압실린더(41)(42)(43)(44)는 정사각형 구도를 포함한 직사각형 구도로 배치된다.
그리고 네 개의 유압 실린더(41)(42)(43)(44)는 상부쪽이 하부쪽보다 상기 가이드 기구(60)에 가깝게 위치되도록 일정 각도(θ) 만큼 내측 방향으로 경사지게 설치되어 시뮬레이션 구현시 보다 안정적인 구조를 확보할 수 있게 된다.
이와 같은 유압 실린더(41)(42)(43)(44)는 통상적으로 사용되는 복동 실린더가 사용되며, 실린더 튜브(41a) 측은 유니버셜 조인트(51)를 통해 받침 플레이트(20)에 연결되며, 피스톤 로드(41b)도 유니버셜 조인트(55)를 통해 상부 플레이트(30)에 연결된다.
물론 상기 유압 실린더(41)(42)(43)(44)는 유압 제어장치(미도시 됨)에서 제공되는 유압에 의해 각각 독립적으로 작동되면서 상부 플레이트(30)에 운동력을 제공하게 된다.
그리고, 상기 유압 실린더(41)(42)(43)(44)에는 리니어 센서(미도시 됨) 등이 구비되어 각각의 유압 실린더(41)(42)(43)(44)의 작동 상태를 감지하여 제어 장치에 입력함으로써 피드백 제어가 가능하도록 이루어진다.
상기와 같이 직사각형 구도로 배치된 4개의 유압 실린더(41)(42)(43)(44)의 중앙 위치에는 상기 가이드 기구(60)가 위치되어 상부 플레이트(30)의 상하 방향의 운동을 지지하게 된다.
상기 가이드 기구(60)는 상기 받침 플레이트(20)에 고정되어 수직으로 세워진 고정 가이드(61)와, 상기 전후이동 실현기구(70)에 상단부가 연결되어 상기 상부 플레이트(30)가 유압 실린더에 의해 상하 및 요동운동하게 되면 상기 고정 가이드(61)를 따라 직선 이동되는 이동 가이드(65)로 구성된다.
상기 고정 가이드(61)와 이동 가이드(65)는 수직 방향으로 슬라이딩되도록 상호 결합된다.
상기 전후이동 실현기구(70)는 상기 가이드 기구(60)의 상부에 일정 간격을 두고 고정된 두 개의 지지 블록(71)과, 양측에 축(72)이 돌출되어 상기 지지 블록(71)에 회전 가능하게 고정되고 양측의 축(71)과 직교되는 방향으로 관통홀(73a)이 형성된 슬라이드 안내블록(73)과, 상기 상부 플레이트(30)의 하부에 고정된 두 개의 고정 블록(75)과, 상기 두 개의 고정 블록(75)에 양단부가 회전 가능하게 연결되고 상기 슬라이드 안내 블록(73)의 관통홀(73a)에 삽입된 슬라이드 축(74)으로 구성된다.
상기 지지 블록(71)은 상기 이동 가이드(65)의 상부에 고정된 플레이트(71a)와, 상기 플레이트(71a)의 양측에 수직으로 세워져서 상기 슬라이드 안내블록의 양축이 설치되는 지지대(71b)로 이루어진다.
상기 슬라이드 안내블록(73)의 축(72)과 슬라이드 축(74)은 회전운동이 자유롭게 이루어지도록 상기 지지 블록(71)과 고정 블록(75)에 베어링 등을 통해 고정된다.
따라서, 상기 전후이동 실현기구(70)는 상부 플레이트(30)가 상기 가이드 기구(60)의 상측에서 자유롭게 요동운동할 수 있도록 슬라이드 안내블록(73)의 축(72)과 슬라이드 축(74)을 통해 유니버셜 조인트 기능을 갖게 되고, 상기 슬라이드 축(74)이 상기 슬라이드 안내블록(73)의 관통홀(73a)에 삽입된 상태에 있으므로상부 플레이트(30)가 전후 방향으로도 이동할 수 있게 된다.
상기와 같은 본 발명은 도 6에 도시된 바와 같이 우측의 유압 실린더(42)가 좌측의 유압 실린더(41)보다 상대적으로 높게 작동되면 상부 플레이트(30)와 탑승기(35)가 좌측으로 기울어지게 된다.
이때, 상기 유압 실린더(41)(42)(43)(44)는 받침 플레이트(20)와 상부 플레이트(30) 사이에 유니버설 조인트(51)(55)로 각각 연결되어 있으므로 직선 운동이 자유롭게 이루어지게 되고, 상기 상부 플레이트(30)는 상기 전후이동 실현기구(70)의 고정 블록(75)에 지지되어 있는 슬라이드 축(74)을 중심으로 좌측으로 회동하게 된다.
물론 가이드 기구(60)는 상부 플레이트(30)의 수직 이동 변위만큼 이동 가이드(65)가 고정 가이드(71)로부터 수직 방향으로 이동하게 된다.
또한 본 발명은 도 7에 도시된 바와 같이 뒤쪽의 유압 실린더(44)가 앞쪽의 유압 실린더(42)보다 상대적으로 높게 작동되면 상부 플레이트(30) 및 탑승기(35)는 앞쪽으로 기울어지게 된다.
이때 상기 상부 플레이트(30)는 전후이동 실현기구(70)의 축(72)을 중심으로 앞쪽을 기울어지게 된다.
여기서, 상기와 같이 뒤쪽의 유압 실린더(44)가 순간적으로 높아지거나 반대로 앞쪽의 유압 실린더(42)가 순간적으로 높아지는 경우에 탑승기(35) 및 상부 플레이트(30)의 자중(M)에 의해 앞쪽 또는 뒤쪽으로 이동하려는 힘이 발생되고, 이때전후이동 실현기구(70)의 슬라이드 축(74)이 슬라이드 안내블록(73)을 따라 일정 정도 전진 또는 후진 함으로써 상부 플레이트(30) 및 탑승기(35)가 일정 정도 전후진 하게 된다.
따라서, 상기와 같은 상태에서 탑승자는 네 개의 유압 실린더(41)(42)(43)(44)의 상대 운동에 따른 상하 운동 및 요동 운동감을 느끼는 동시에 자동차가 급정거시에 승차자가 앞쪽으로 쏠릴 때 느낄 수 있는 전후 방향의 순간 이동감도 느낄 수 있게 된다.
이와 반대로 뒤쪽으로 기울어지는 경우에도 탑승자가 뒤쪽으로 쏠리는 느낌을 갖도록 가상 운동감을 구현할 수 있게 된다.
한편, 도 8은 상기 전후이동 실현기구(70)에 액츄에이터가 구비되어 있는 도면으로서, 이 액츄에이터는 상기 슬라이드 안내볼록(73)의 양측에 슬라이드 축(74) 방향으로 설치된 두 개의 전후진 작동실린더(77)로 구성되어 상기 상부 플레이트(30)가 상기 슬라이드 안내블록(73)을 따라 전후 방향으로 이동할 수 있게 힘을 제공하게 된다.
이와 같은 상기 전후진 작동실린더(77)는 상기 상부 플레이트(30) 하부인 고정 블록(75)측에 실린더 튜브가 고정되고, 피스톤 로드는 상기 슬라이드 안내블록(73)측에 고정됨으로써 유압 제공에 따른 두 개의 실린더(77)의 상호 작동으로 상부 플레이트(30) 및 탑승기가 전후 방향으로 움직일 수 있게 된다.
물론, 도 8에 도시된 바와 같이 두 개의 작동 실린더(77)를 사용하지 않고하나의 작동 실린더를 통해서도 실현 가능하며, 또한 유압 실린더에 한정되지 않고 고정되어 있는 슬라이드 안내블록(73)측과 고정되어 있지 않은 상부 플레이트(30)측 사이에 설치되어 외부 제어 작동에 따라 상호 상대 운동이 가능하도록 하는 액츄에이터면 가능할 것이다.
상기한 바와 같이 구성되고 작용되는 본 발명의 4축식 모션 베이스 장치는 사각 구도로 배치된 4개의 유압 실린더와 중앙에 설치된 가이드 수단을 통해 탑승기의 상하 운동 및 요동 운동을 더욱 자유롭게 구현할 수 있기 때문에 가상현실을 보다 사실적이고 역동적으로 실현할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 탑승기가 상하 운동 및 요동 운동을 하면서 순간적으로 전후진 이동이 가능하도록 구성되어 있기 때문에 차량의 급출발시나 급제동시와 같은 쏠림감을 구현할 수 있게 되어 보다 다이내믹한 시뮬레이션을 실현할 수 있는 이점도 있다.

Claims (7)

  1. 받침 플레이트와; 상기 받침 플레이트의 상측에 일정 간격을 두고 위치되고, 상부에 탑승기가 설치되는 상부 플레이트와; 상기 받침 플레이트와 상부 플레이트에 자유굴절수단으로 각각 연결되어 상기 상부 플레이트를 상하 운동 및 요동 운동시키는 네 개의 유압 실린더와; 상기 받침 플레이트의 상측에 세워져 상기 상부 플레이트의 상하 이동을 안내하고 지지하는 가이드 수단과; 상기 가이드 수단과 상기 상부 플레이트 사이에 연결되어 상기 상부 플레이트가 자유롭게 움직이도록 하는 동시에 전후 방향으로 이동될 수 있도록 하는 전후이동 실현수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 4축식 모션 베이스 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 네 개의 유압 실린더는 직사각형 구도로 배치되고, 상기 가이드 수단은 상기 직사각형 구도의 중앙부에 위치된 것을 특징으로 하는 4축식 모션 베이스 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 네 개의 유압 실린더는 그 상단부가 하단부보다 상기 가이드 수단에 가깝게 위치되도록 경사지게 설치된 것을 특징으로 하는 4축식 모션 베이스 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가이드 수단은 상기 받침 플레이트에 고정되어 수직으로 세워진 고정 가이드와, 상기 전후이동 실현수단에 연결되어 상기 고정 가이드를 따라 직선 이동되는 이동 가이드로 구성된 것을 특징으로 하는 4축식 모션 베이스 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전후이동 실현수단은 상기 가이드 수단의 상부에 일정 간격을 두고 고정된 두 개의 지지 블록과, 양측에 축이 돌출되어 상기 지지 블록에 회전 가능하게 고정되고 양측의 축과 직교되는 방향으로 관통홀이 형성된 슬라이드 안내블록과, 상기 상부 플레이트의 하부에 고정된 두 개의 고정 블록과, 상기 두 개의 고정 블록에 양단부가 회전 가능하게 연결되고 상기 슬라이드 안내블록의 관통홀에 삽입된 슬라이드 축으로 구성된 것을 특징으로 하는 4축식 모션 베이스 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전후이동 실현수단은 상기 상부 플레이트가 상기 슬라이드 안내 블록을 따라 전후진 하도록 힘을 제공하는 액츄에이터가 포함된 것을 특징으로 하는 4축식 모션 베이스 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 상기 상부 플레이트의 하부와 상기 슬라이드 안내볼록에양단부가 고정된 전후진 작동실린더인 것을 특징으로 하는 4축식 모션 베이스 장치.
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