KR100415555B1 - 2자유도 운동 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상판의 롤 운동과 피치 운동을 재현할 수 있도록 한 2자유도 운동 시스템에 관한 것으로, 베이스 역할을 하는 하판; 상기 하판의 중심부에서 수직 지지대에 의해 지지되되, 상기 수직 지지대와 결합된 부위는 유니버셜 결합 구조를 이루는 상판; 상기 하판의 일측 양 단부상에 각각 소정 각도 상향 경사지게 설치된 액츄에이터; 및 상기 상판의 일측 양 단부와 상기 각각의 액츄에이터를 상호 결합시키되, 양 끝단부는 스페리컬 결합 구조를 이루는 링크를 구비함으로써, 상판의 피치 운동과 롤 운동의 범위를 상향 경사지게 설치한 액츄에이터의 운용 길이에 따라 자유롭게 확보할 수 있게 되어 적용 범위를 보다 확보할 수 있다.

Description

2자유도 운동 시스템{Two degree of freedom motion system}

본 발명은 모의훈련이나 가상 현실용 게임에 적용되는 2자유도 운동 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상판의 피치(pitch) 운동 및 롤(roll) 운동이 원활하게 행해질 수 있도록 한 2자유도 운동 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 2자유도 운동은 상판이 정면축(X축)에 대하여 회전하는 회전 운동(롤 운동) 및, 측면축(Y축)에 대하여 회전하는 회전 운동(피치 운동)으로 대별된다.

이러한 2자유도 운동이 적용된 시스템을 모의훈련이나 가상 현실용 게임에 적용할 경우에는 모의 재현하고자 하는 대상 운동체, 예를 들어 자동차, 탱크, 항공기, 선박 등의 가감속 운동이 전체 운동 부분의 약 40%를 차지하는 중요한 요소인데도 불구하고 이러한 부분을 적절하게 표현할 수 있는 수단이 제시되어 있지 않아 이를 실현하는데 한계가 있다.

또한, 구조적인 측면에 있어서도 운동 재현을 위한 축의 위치가 수직형으로 설치되는 경우가 대부분인데, 이 경우 구동시 축방향의 힘을 크게 받아 가진형 액츄에이터 또는 이를 부착하는 부품들에 대하여 큰 응력을 갖게 되므로 구조적인 취약점으로 작용되어 초기 설계시 내구성을 향상시키기 위해 부품의 크기를 필요 이상으로 확대하여야 함은 물론, 강도가 큰 고가의 재질을 사용하여야 되므로 제작원가가 상승되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 상판의 롤 운동과 피치 운동을 재현할 수 있도록 한 2자유도 운동 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 2자유도 운동 시스템의 사시도,

도 2는 도 1에 도시된 2자유도 운동 시스템의 측면도,

도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 2자유도 운동 시스템의 상판이 액츄에이터의 움직임으로 측면축에 대하여 회전운동이 발생한 상태도,

도 5는 도 1에 도시된 2자유도 운동 시스템의 정면도,

도 6은 도 5에 도시된 2자유도 운동 시스템의 상판이 액츄에이터의 움직임으로 정면축에 대하여 회전운동이 발생한 상태도,

도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 2자유도 운동 시스템의 사시도,

도 8은 도 7에 도시된 2자유도 운동 시스템의 측면도,

도 9 및 도 10은 도 8에 도시된 2자유도 운동 시스템의 상판이 액츄에이터의 움직임으로 측면축에 대하여 회전운동이 발생한 상태도,

도 11은 도 7에 도시된 2자유도 운동 시스템의 정면도,

도 12는 도 11에 도시된 2자유도 운동 시스템의 상판이 액츄에이터의 움직임으로 정면축에 대하여 회전운동이 발생한 상태도,

도 13은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 2자유도 운동 시스템의 사시도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 상판 12 : 하판

14 : 수직 지지대 16, 18 : 액츄에이터(actuator)

20, 22 : 링크(link) 24 : 가이드 레일(guide rail)

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 2자유도 운동 시스템은, 베이스 역할을 하는 하판; 상기 하판의 중심부에서 수직 지지대에 의해 지지되되, 상기 수직 지지대와 결합된 부위는 유니버셜 결합 구조를 이루는 상판; 상기 하판의 일측 양 단부상에 각각 소정 각도 상향 경사지게 설치된 액츄에이터; 및 상기 상판의 일측 양 단부와 상기 각각의 액츄에이터를 상호 결합시키되, 양 끝단부는 스페리컬 결합 구조를 이루는 링크를 구비한다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 2자유도 운동 시스템은, 베이스 역할을 하는 하판; 상기 하판의 중심부에서 수직 지지대에 의해 지지되되, 상기 수직 지지대와 결합된 부위는 유니버셜 결합 구조를 이루고, 일측 양 측부에 소정 길이의 가이드 레일이 형성된 상판; 상기 하판의 일측 양 단부상에 각각 소정 각도 상향 경사지게 설치된 액츄에이터; 및 상기 각각의 액츄에이터에 일단이 수직되게 고정되고 타단은 상기 가이드 레일에 이동가능하게 결합되되, 상기 가이드 레일과 결합된 부위는실린드리컬 결합 구조를 이루는 링크를 구비한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 2자유도 운동 시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 2자유도 운동 시스템의 사시도로서, 피치 운동과 롤 운동을 하게 되는 상판(10)과 베이스 역할을 하는 하판(12)이 수직 지지대(14)에 의해 연결된다.

상기 수직 지지대(14)는 상기 상판(10)의 중심부와 상기 하판(12)의 중심부를 연결하여 상기 상판(10)을 지지하되, 상기 수직 지지대(14)와 상기 상판(10)의 중심부가 연결된 부위(A)는 유니버셜 결합(universal joint) 구조로 이루어진다.

그리고, 상기 하판(12)의 일측 양 단부상에는 직선 운동을 하는 액츄에이터(16, 18)가 소정 각도(예컨대, 30도∼45도) 상향 경사지게 설치되는데, 이는 적은 힘으로도 상판(10)을 잘 회전시킬 수 있도록 하기 위함이다. 물론, 상기 액츄에이터(16, 18)의 상향 경사진 각도를 필요에 따라서는 30도 미만 또는 45도 이상으로 할 수도 있다.

상기 상판(10)의 일측 양 단부와 상기 각각의 액츄에이터(16, 18)는 링크(20, 22)에 의해 상호 연결되되, 그 연결된 부위(B)는 스페리컬 결합(spherical joint) 구조로 이루어진다.

상기 액츄에이터(16, 18)의 힘은 상기 상판(10)이 롤(roll) 운동과 피치(pitch) 운동시 각각 60 deg/sec²의 각가속도가 될 수 있는 힘이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 2자유도 운동 시스템의 동작에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, Y축에 대한 회전 운동을 수행하는 동작에 대해 설명한다. 도 2는 도 1에 도시된 2자유도 운동 시스템의 측면도이고, 도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 2자유도 운동 시스템의 상판(10)이 액츄에이터(16, 18)의 움직임으로 측면축(Y축)에 대하여 회전운동이 발생한 상태도이다.

도 2 내지 도 4에 따르면, 초기 상태 즉, 상판(10)이 수평 상태를 유지하고 있는 상태에서 액츄에이터(16, 18)가 움직여서 액츄에이터(16, 18)의 길이가 변화하면 액츄에이터(16, 18)의 끝단에 연결된 링크(20, 22)가 움직인다. 그 링크(20, 22)의 움직임에 의해 각 링크(20, 22)의 끝단에 연결된 상판(10)이 움직인다.

즉, 상기 하판(12)의 일측 양 단부상에 설치된 액츄에이터(16, 18)가 도 3 또는 도 4에서와 같이 동시에 상방향 또는 하방향으로 움직이되 동일한 길이 변화를 하게 되면 각 액츄에이터(16, 18)에 연결된 링크(20, 22)도 역시 화살표 방향처럼 이동하게 되고, 그에 따라 상기 링크(20, 22)와 연결된 상판(10)이 Y축을 중심으로 앞뒤로만 끄덕이는 회전 운동 즉, 피치 운동을 수행한다.

그리고, X축에 대한 회전 운동을 수행하는 동작에 대해 설명한다. 도 5는 도 1에 도시된 2자유도 운동 시스템의 정면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 2자유도 운동 시스템의 상판(10)이 액츄에이터(16, 18)의 움직임으로 정면축(X축)에 대하여회전운동이 발생한 상태도이다.

도 5 및 도 6에 따르면, 초기 상태 즉, 상판(10)이 수평 상태를 유지하고 있는 상태에서 액츄에이터(16, 18)가 움직여서 액츄에이터(16, 18)의 길이가 변화하면 액츄에이터(16, 18)의 끝단에 연결된 링크(20, 22)가 움직인다. 그 링크(20, 22)의 움직임에 의해 각 링크(20, 22)의 끝단에 연결된 상판(10)이 움직인다.

즉, 상기 하판(12)의 일측 양 단부상에 설치된 액츄에이터(16, 18)의 길이 변화가 도 6에서와 같이 다르게 되면 예를 들어, 액츄에이터(16)의 신장된 길이가 액츄에이터(18)의 신장된 길이에 비해 상대적으로 길게 되면 그 액츄에이터(16)에 연결된 링크(20)는 상방향으로 이동하게 되고, 반대편의 액츄에이터(18)에 연결된 링크(22)는 하방향으로 이동하게 된다. 그에 따라, 상기 링크(20)에 연결된 상판(10)측이 상승하게 되고, 상기 링크(22)에 연결된 상판(10)측이 하강하게 된다.

이와 같이 함에 의해 상기 상판(10)은 X축을 중심으로 좌우로만 끄덕이는 회전 운동 즉, 롤 운동을 수행한다.

본 발명의 제 1 실시예 설명에서는 피치 운동과 롤 운동을 각각 설명하였으나, 상기 액츄에이터(16, 18)의 길이 변화를 다양하게 함에 따라 피치 운동 및 롤 운동을 동시에 수행할 수 있음은 당연한 것이다.

도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 2자유도 운동 시스템의 사시도로서, 피치 운동과 롤 운동을 하게 되는 상판(10)과 베이스 역할을 하는 하판(12)이 수직지지대(14)에 의해 연결된다. 그리고, 상기 상판(10)의 양측부에는 소정 길이의 가이드 레일(24)이 설치된다.

상기 수직 지지대(14)는 상기 상판(10)의 중심부와 상기 하판(12)의 중심부를 연결하여 상기 상판(10)을 지지하되, 상기 수직 지지대(14)와 상기 상판(10)의 중심부가 연결된 부위(A)는 유니버셜 결합(universal joint) 구조로 이루어진다.

그리고, 상기 하판(12)의 일측 양 단부상에는 직선 운동을 하는 액츄에이터(16, 18)가 소정 각도(예컨대, 30도∼45도) 상향 경사지게 설치되는데, 이는 적은 힘으로도 상판(10)을 잘 회전시킬 수 있도록 하기 위함이다. 물론, 상기 액츄에이터(16, 18)의 상향 경사진 각도를 필요에 따라서는 30도 미만 또는 45도 이상으로 할 수도 있다.

상기 상판(10)의 일측 양 단부와 상기 각각의 액츄에이터(16, 18)는 링크(20, 22)에 의해 상호 연결된다. 이때, 상기 링크(20, 22)의 일단은 해당하는 액츄에이터(16, 18)에 수직되게 고정되고, 상기 링크(20, 22)의 타단은 해당하는 상기 상판(10)의 양 측부에 각각 연결된다. 여기서, 상기 링크(20, 22)는 상기 상판(10)의 양측부에 설치된 가이드 레일(24)에 결합되는데, 그 결합된 부위(B)는 실린드리컬(cylindrical) 결합 구조로 이루어진다.

상기 액츄에이터(16, 18)의 힘은 상기 상판(10)이 롤(roll) 운동과 피치(pitch) 운동시 각각 60 deg/sec²의 각가속도가 될 수 있는 힘이다.

제 2 실시예에서는 상기 링크(20, 22)가 앞뒤로 수평 운동만을 수행한다는 것이 제 1 실시예서의 링크(20, 22)의 동작과 차이난다.

이와 같이 구성된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 2자유도 운동 시스템의 동작에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, Y축에 대한 회전 운동을 수행하는 동작에 대해 설명한다. 도 8은 도 7에 도시된 2자유도 운동 시스템의 측면도이고, 도 9 및 도 10은 도 8에 도시된 2자유도 운동 시스템의 상판(10)이 액츄에이터(16, 18)의 움직임으로 측면축(Y축)에 대하여 회전운동이 발생한 상태도이다.

도 8 내지 도 10에 따르면, 초기 상태 즉, 상판(10)이 수평 상태를 유지하고 있는 상태에서 액츄에이터(16, 18)가 움직여서 액츄에이터(16, 18)의 길이가 변화하면 액츄에이터(16, 18)의 끝단에 연결된 링크(20, 22)가 움직인다. 그 링크(20, 22)의 움직임에 의해 각 링크(20, 22)의 끝단에 연결된 상판(10)이 움직인다.

즉, 상기 하판(12)의 일측 양 단부상에 설치된 액츄에이터(16, 18)가 도 9 또는 도 10에서와 같이 동시에 상방향 또는 하방향으로 움직이되 동일한 길이 변화를 하게 되면 각 액츄에이터(16, 18)에 연결된 링크(20, 22)도 역시 화살표 방향처럼 상호 동일하게 상방향 또는 하방향으로 수평이동하게 된다. 상기 링크(20, 22)의 일단이 각각의 액츄에이터(16, 18)에 고정되게 설치되고, 그 링크(20, 22)의 타단이 상기 상판(10)의 가이드 레일(24)에 스페리컬 결합 구조로 이동가능하게 결합되므로, 상기 링크(20, 22)는 수평으로 이동하게 된다.

그에 따라 상기 링크(20, 22)와 연결된 상판(10)이 Y축을 중심으로 앞뒤로만 끄덕이는 회전 운동 즉, 피치 운동을 수행한다.

그리고, X축에 대한 회전 운동을 수행하는 동작에 대해 설명한다. 도 11은 도 7에 도시된 2자유도 운동 시스템의 정면도이고, 도 12는 도 11에 도시된 2자유도 운동 시스템의 상판(10)이 액츄에이터(16, 18)의 움직임으로 정면축(X축)에 대하여 회전운동이 발생한 상태도이다.

도 11 및 도 12에 따르면, 초기 상태 즉, 상판(10)이 수평 상태를 유지하고 있는 상태에서 액츄에이터(16, 18)가 움직여서 액츄에이터(16, 18)의 길이가 변화하면 액츄에이터(16, 18)의 끝단에 연결된 링크(20, 22)가 움직인다. 그 링크(20, 22)의 움직임에 의해 각 링크(20, 22)의 끝단에 연결된 상판(10)이 움직인다.

즉, 상기 하판(12)의 일측 양 단부상에 설치된 액츄에이터(16, 18)의 길이 변화가 도 12에서와 같이 다르게 되면 예를 들어, 액츄에이터(18)의 신장된 길이가 액츄에이터(16)의 신장된 길이에 비해 상대적으로 길게 되면 그 액츄에이터(18)에 연결된 링크(22)는 상방향으로 이동하게 되고, 반대편의 액츄에이터(16)에 연결된 링크(20)는 하방향으로 이동하게 된다. 그에 따라, 상기 링크(22)에 연결된 상판(10)측이 상승하게 되고, 상기 링크(20)에 연결된 상판(10)측이 하강하게 된다.

이와 같이 함에 의해 상기 상판(10)은 X축을 중심으로 좌우로만 끄덕이는 회전 운동 즉, 롤 운동을 수행한다.

본 발명의 제 2 실시예 설명에서는 피치 운동과 롤 운동을 각각 설명하였으나, 상기 액츄에이터(16, 18)의 길이 변화를 다양하게 함에 따라 피치 운동 및 롤운동을 동시에 수행할 수 있음은 당연한 것이다.

한편, 상술한 제 1 실시예에서는 하판(12)의 일측 양 단부상에 설치시킨 액츄에이터(16, 18)를 소정 각도 상향 경사지게 설치하였지만, 도 13에 도시한 바와 같이 액츄에이터(16, 18)를 상기 하판(12)의 일측 양 단부상에 설치하되 그 하판(12)상에서 소정 거리를 각각 수평 운동하도록 설치하여도 무방하다. 이 경우, 도 13의 수직 지지대(14)가 본 발명의 제 1 실시예의 수직 지지대(14)보다는 길이가 작지만, 도 13의 구성에 의한 동작(피치 운동, 롤 운동)은 상술한 본원 발명의 제 1 실시예의 동작과 거의 동일하다. 도 13의 경우, 본 발명의 제 1 실시예에서와 같은 적은 힘으로도 상판을 잘 회전시킬 수 있는 이점은 없으나 상판에 대한 피치 운동 및 롤 운동을 수행하는 데에는 별 무리가 없다.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 상판의 피치 운동과 롤 운동의 범위를 상향 경사지게 설치한 액츄에이터의 운용 길이에 따라 자유롭게 확보할 수 있게 되어 적용 범위를 보다 확보할 수 있다.

그리고, 하판에 설치시킨 액츄에이터를 수평이 아닌 소정 각도 상향 경사지게 설치하여 운용함으로써 종래의 시스템에 비해 적은 구동 토크를 필요로 하는 이점이 있다.

한편, 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (5)

1. 베이스 역할을 하는 하판;

   상기 하판의 중심부에서 수직 지지대에 의해 지지되되, 상기 수직 지지대와 결합된 부위는 유니버셜 결합 구조를 이루는 상판;

   상기 하판의 일측 양 단부상에 각각 소정 각도 상향 경사지게 설치된 액츄에이터; 및

   상기 상판의 일측 양 단부와 상기 각각의 액츄에이터를 상호 결합시키되, 양 끝단부는 스페리컬 결합 구조를 이루는 링크를 구비하는 것을 특징으로 하는 2자유도 운동 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 액츄에이터의 상향 경사각은 30도∼45도인 것을 특징으로 하는 2자유도 운동 시스템.
3. 베이스 역할을 하는 하판;

   상기 하판의 중심부에서 수직 지지대에 의해 지지되되, 상기 수직 지지대와 결합된 부위는 유니버셜 결합 구조를 이루는 상판;

   상기 하판의 일측 양 단부상에 각각 설치되어 수평 운동하는 액츄에이터; 및

   상기 상판의 일측 양 단부와 상기 각각의 액츄에이터를 상호 결합시키되, 양끝단부는 스페리컬 결합 구조를 이루는 링크를 구비하는 것을 특징으로 하는 2자유도 운동 시스템.
4. 베이스 역할을 하는 하판;

   상기 하판의 중심부에서 수직 지지대에 의해 지지되되, 상기 수직 지지대와 결합된 부위는 유니버셜 결합 구조를 이루고, 일측 양 측부에 소정 길이의 가이드 레일이 형성된 상판;

   상기 하판의 일측 양 단부상에 각각 소정 각도 상향 경사지게 설치된 액츄에이터; 및

   상기 각각의 액츄에이터에 일단이 수직되게 고정되고 타단은 상기 가이드 레일에 이동가능하게 결합되되, 상기 가이드 레일과 결합된 부위는 실린드리컬 결합 구조를 이루는 링크를 구비하는 것을 특징으로 하는 2자유도 운동 시스템.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 액츄에이터의 상향 경사각은 30도∼45도인 것을 특징으로 하는 2자유도 운동 시스템.