KR100527386B1

KR100527386B1 - 체감의자 및 이를 이용한 교육용 체감장치

Info

Publication number: KR100527386B1
Application number: KR10-2003-0054984A
Authority: KR
Inventors: 홍영학; 손범용
Original assignee: 손범용
Priority date: 2003-08-08
Filing date: 2003-08-08
Publication date: 2005-11-09
Also published as: KR20050015845A

Abstract

본 발명은 컴퓨터와 같은 제어기기로부터의 제어명령이나 게임장치로부터의 상황변환신호에 의해 의자가 회동하거나 진동하도록 하여 이 의자를 이용하는 자가 가상현실을 체감할 수 있도록 한 체감의자 및 이를 이용한 교육용 체감장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 체감장치는 의자의 다리부(10)와 시트(20)사이에 설치되어 가상현실에 동기된 요잉 회동 동작을 수행하는 제1,2모터에 의한 제1,2 축방향 위치제어용 요잉플레이트(40)와, 상기 요잉플레이트에 결합된 발거치대(60) 및 PC에 접속된 조이스틱과 키보드를 포함하는 조작부(70)와, 의자의 등받이의 상단에 회동식으로 설치되며 디스플레이(83)와 스피커(82-1,82-2)가 장착된 헤드캡(80)과, 상기 요잉플레이트 내부의 제1,2축방향위치제어용 제1,2모터를 구동하기 위한 모터구동부(92)와, 상기 모터구동부에 제어신호를 내보내기 위한 PC와 접속된 콘트롤러(91)를 포함한다.

Description

체감의자 및 이를 이용한 교육용 체감장치{A sensible chair for virtual reality and an education apparatus using the chair}

본 발명은 컴퓨터를 포함한 교육장치나 게임장치에 접속되어 가상현실을 체험할 수 있도록 한 가상현실 체감장치에 관한 것으로, 특히, 컴퓨터 등의 제어기기로부터의 제어명령이나 게임장치로부터의 특정의 상황변환신호에 의해 의자가 요잉(yawing)하여 이를 체감할 수 있도록 한 체감의자와, 이러한 체감의자에 A/V장치를 부가하여 게임의 실감체험이나 교육의 몰입을 도모할 수 있도록 한 체감의자 및 이를 이용한 교육용 체감장치에 관한것이다.

일반적으로 가상현실(virtual reality) 장치는 HMD 및 의자와 같은 체감장치에 컴퓨터 등을 연결하여 컴퓨터 프로그램에 의한 가상 환경의 변화를 실제의 장치를 통하여 물리적인 변동으로 나타나게 함으로써 그 이용자가 가상의 상황을 실제의 상황으로 인지하고 느끼도록 한 것으로, 시물레이션 게임장치 등에 널리 사용되고 있다.

가상현실 체험을 위한 장치중에서 대표적인 것으로 체감의자를 들 수 있다. 전통적인 가상현실 체감용 의자의 기본적인 구성은 컴퓨터 등으로부터 제공되는 의자의 진동이나 요잉 값에 따라 해당 의자를 전,후,좌,우 회동시키고 또한 진동시키기 위해, 몇개의 유압실린더 또는 공압 실린더를 그 의자의 하부에 설치하고 컴퓨터 등으로부터의 위치제어신호를 받아 별도의 유압 또는 공압 제어로 변환하여 의자 하부에 설치된 공압 또는 유압 실린더의 작동을 제어하고 있었다.

그러나 유압실린더나 공압실린더를 이용한 가상현실 체감용 의자는 컴퓨터 등으로부터의 위치제어신호를 공압 또는 유압 제어신호로 변환하여야 하고 또한 압력 전달매체의 압축조건이 충족되어야 하므로 설비비용의 증가와 중량의 증가를 가져온다. 또한 이러한 종래의 가상현실 체감장치는 가상현실과 현실의 물리적인 반응에 있어 신속성이 떨어져 실감효과를 반감시키는 단점을 가지고 있었다.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 컴퓨터 등의 제어기기로부터의 제어명령이나 게임장치로부터의 특정의 상황변환신호가 생성될 경우 이에 신속하게 반응하여 2축방향의 제어모터를 작동시켜 체감의자를 원하는 방향으로 요잉시켜줄 수 있는 간단하고 저렴하게 제작될 수 있는 체감의자를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 2축방향 제어모터를 이용한 가상현실 체감의자에 오디오장치와 디스플레이장치를 부가하여 게임이나 교육에서의 가상체감을 통한 실감체험 내지는 교육의 몰입을 도모할 수 있는 체감의자를 이용한 교육용 체감장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 카지노와 같은 대규모 게임장에서 게이머에게 주변환경으로부터 완전히 독립된 상태로 게임에 몰입할 수 있는 환경을 제공해 주기 위한 게임전용 체감장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 체감의자는 의자의 다리부와 시트사이에 설치되어 가상현실에 동기된 요잉 회동 동작을 수행하는 요잉플레이트가 마련된 체감의자에 있어서, 상기 요잉플레이트는 요잉을 위한 상판과 의자의 수평유지를 위한 하판으로 이루어지며, 상기 하판의 중심부에는 축보스의 플랜지를 볼트체결하여 하판과 의자의 다리부를 고정시키고, 상기 축보스에 삽입되어 상판을 지지하게 될 중심 축의 상부에는 구형의 축헤드를 마련하고, 상기 상판의 중앙부 내측에는 상기 구형의 축헤드를 회동가능한 상태로 지지하기 위한 구형축홈을 마련하고, 상기 요잉플레이트의 상판과 하판사이의 모서리부에는 각각 제1-4완충스프링을 설치한 후 서로 마주하는 대각선 위치의 제1,3스프링과 제2,4스프링을 하판을 통해 제1,2와이어로 개재시켜 각 와이어의 끝단을 상판에 고정시키고, 상기 상, 하판 사이의 제1,2와이어에는 상판의 내측에 각각 고정된 제1,2 축방향 위치제어용 제1,2모터의 변속기어축을 결합 고정시키고, 상기 제1,2모터는 콘트롤러의 제어 출력에 따라 상기 제1,2모터 구동용 전압을 출력하는 모터구동부에 의해 작동하게 구성하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 교육용 체감장치는 의자의 다리부와 시트사이에 설치되어 가상현실에 동기된 요잉 회동 동작을 수행하는 제1,2모터에 의한 제1,2 축방향 위치제어용 요잉플레이트와, 상기 요잉플레이트에 결합된 발거치대 및 PC에 접속된 조이스틱과 키보드를 포함하는 조작부와, 의자의 등받이의 상단에 회동식으로 설치되며 디스플레이와 스피커가 장착된 헤드캡과, 상기 요잉플레이트 내부의 제1,2축방향위치제어용 제1,2모터를 구동하기 위한 모터구동부와, 상기 모터구동부에 제어신호를 내보내기 위한 PC와 접속된 콘트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 체감의자의 외형도로서, 다리부(10)가운데의 축보스(11)를 중심으로 요잉플레이트(40)가 설치되고, 이 요잉플레이트에 등받이(30)프레임과 팔걸이 프레임과 조작부(70)프레임과 발거치대(60)프레임이 고정 결합된 상태를 보이고 있다.

상기 요잉플레이트(40)내부의 모터에는 모터구동용 전압을 인가받기 위한 파워라인(12)을 연결한다.

상기 요잉플레이트(40)의 내부구조는 도2 및 도 3에서 참고되는 것처럼, 의자의 다리부(10)의 축보스(11)내에 구형의 축헤드(44)가 마련된 축을 삽입 장착하고, 상기 구형의 축헤드(44)는 요잉플레이트의 하판(42)을 지나 상판(41)의 내측에 볼트고정 조립된 구형의 축홈(43)에 장착되어 요잉플레이트(40)전체가 구형의 축헤드를 중심으로 전, 후, 좌, 우 회동 가능한 상태로 설치한다.

또한 상기 상판(41)과 대향 설치되며 다리부(10)의 축보스(11)플랜지와 볼트체결된 하판(42)과의 사이에는 두 상, 하판의 모서리 가장자리에 제1 내지 제4의 완충스프링(50-1~50-4)을 설치하고 이들 4개의 완충스프링(50-1~50-4)중에서 서로 대각선으로 마주하는 위치의 스프링, 즉 제1,3스프링(50-1,50-3)과 제2,4스프링(50-2,50-4)을 하판(42)을 통해 제1,2와이어(49-1,49-2)로 개재시켜 각 와이어(49-1,49-2)의 끝단을 상판(41)에 볼트체결 고정시키고 있다.

상기 상판의 내측 일부위에는 변속기(47-1,47-2)를 가지는 제1,2모터(46-1,46-2)를 볼트체결 방식으로 고정하고, 상기 변속기의 변속기축(48)에는 유동레일을 개재시켜 상기 제1,2와이어의 중간부분과 고정시킨다. 이에 따라 요잉플레이트 내부의 와이어드 모터는 외부의 환경이나 입력조건에 따라 와이어를 감거나 풀어주는 동작을 수행하게 되며, 이것에 의해 체감의자는 전, 후, 좌, 우의 어느 방향으로든 회동할 수 있도록 구성한다.

한편, 요잉플레이트(40)의 하판(42)의 4가장자리 내측 위치에 4개의 안전센서(51-1~51-4)를 설치하여, 상판(41)이 모터의 제어에 따라 과도한 경사각도로 기울어 질 경우, 착석자의 안전을 위해, 일정한 한계점을 벗어나지 못하도록 구성한다. 이들 안전센서(51-1~51-4)는 단순히 기계적인 스토퍼 형태로 제작설치되거나 전자적인 신호감지를 이용하여 상기 제1,2모터의 작동을 제한하도록 구성할 수 있다.

이러한 구성의 체감의자는 외부환경의 변화 또는 상황의 변동 등에 의해 외부로부터 위치제어용 모터제어신호가 입력되면 상기 변속기어를 가지는 와이어드 모터의 작동으로 의해 요잉플레이트는 가상현실세계의 환경에 동기되어 움직이게 된다.

이를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 컴퓨터와 같은 외부장치로부터 체감의자의 위치제어전압신호 또는 조작부(70)의 조이스틱이나 키보드에 의한 위치제어전압신호가 도 2 및 도 3에 나타나 있는 제1모터(46-1)에 인가되면 제1모터의 변속기(47-1)가 회전하여 그 변속기축(48)에 고정된 제1와이어(49-1)를 어느 한쪽 방향으로 당기게 된다.

이렇게되면 제1와이어(49-1)가 당겨지는 쪽의 상판(41)의 엔드부가 프리세팅된 제3완충스프링(50-3)의 탄성을 이기고 구형의 축헤드(44)를 중심축으로 하향 이동되며, 이때 그 반대쪽은 제1와이어(49-1)가 풀려지게 되므로 그동안 제1와이어에 의해 일정한 힘으로 압박되고 있던 제1완충스프링(50-1)이 이완됨으로써 요잉플레이트(40)의 상판(41)은 제1축방향 상에서 일정한 기울기를 가지게 된다.

마찬가지로, 상기 제1모터(46-1)에 인가되는 제어전압이 직전의 값과 반대의 값으로(역회전 전압값) 바뀌게 되면 제1,3완충스프링(50-1,50-3)과 제1와이어(49-1)의 역작용에 의해서 상기 상판(41)은 제1축방향 상에서 위와 반대의 기울기를 가지게 된다.

또한 제2모터((46-2), 제2변속기(47-2), 제2와이어(49-2) 및 제2,4완충스프링(50-2,50-4)에 의한 제2축방향 상에서의 상판(41)의 기울기도 위와 동일한 패턴에 따라 움직여 그 기울기가 변하게 된다.

따라서, 제1,2모터(46-1,46-2)의 복합 작동제어를 통하여 요잉플레이트(40)상판(41)의 기울기를 무방향성으로 자유롭게 제어할 수 있어, 게임장치나 컴퓨터에서의 시뮬레이션 교육환경에 따라 체험자가 앉게 될 체감의자의 요잉을 연동시킬 수 있게 되는 것이다.

이러한 요잉플레이트의 요잉시 일정 수준이상의 기울기에 이르게 되면 상판(41)의 가장자리가 하판(42)의 4가장자리마다 설치된 안전센서(51-1~51-4)에 닿아 더이상 기울어지지 못하거나 또는 이 안전센서의 감지신호를 위험신호로 처리하여 모터구동부(92)에 의한 제1,2 모터의 작동을 제한시키게 된다

도 4는 본 발명의 시뮬레이션 교육용 체감의자의 외형도로서, 앞서 설명한 체감의자의 등받이(30)의 상부에 헤드캡(80)을 설치한 상태를 보이고 있다. 이 헤드캡(80)은 힌지축(81)을 중심으로 회동 가능하게 설치하여 체감의자 및 해드캡의 이용이 용이하도록 구성한다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 교육용 체감의자의 헤드캡 내부 구조도로서, 해드캡(80)의 내부는 LCD 타입의 디스플레이(83)와 스피커(82-1,82-2)를 장착시킨 상태를 나타낸다.

도 7은 본 발명의 교육용 체감의자를 구동하는 예시적인 전기적 회로블록 구성도이다. 여기에서 참고되는 바와 같이, 체감의자의 조작부(70)에 배치될 수 있는 조이스틱(71)과 키보드(72)는 PC(90)에 접속시키고, 상기 PC(90)에서 출력되는 영상과 음성은 각각 헤드캡(80)내부의 디스플레이(83)와 스피커(82-1,82-2)로 출력되게 구성하고, 또한 상기 PC에서 출력되는 요잉플레이트 내부의 제1,2모터(46-1,46-2)를 제어하기 위한 제어신호는 체감의자용 콘트롤러(91)를 모터구동부(92)에서 모터구동전압신호로 변환되어 상기 제1,2모터로 인가되게 구성한다.

이와 같이 구성된 교육용 체감의자의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 가상현실을 이용한 시뮬레이션 교육 또는 게임을 실행하고자 하는 피교육자 또는 게이머는 컴퓨터나 게임기 등에 접속된 체감의자에 착석한 후 헤드캡(80)을 하향 회동시켜 정위치에 위치시키고 또한 자신의 발을 발거치대(60)에 위치한다.

다음, 조작부(70)에 마련된 조이스틱(71) 또는 키보드(72)를 조작하여 시뮬레이션 교육 또는 게임을 스타트시키면 해당 컴퓨터(PC)환경 및 상황이 헤드캡(80)상에 설치된 디스플레이(83)와 스피커(82-1,82-2)를 통하여 현재 컴퓨터(PC)등에서 실행중인 가상현실 상황이 게이머 또는 피교육자에게 전달되며, 이러한 A/V를 통한 가상현실 상황과 동기되어 가상현실 체감을 위한 정보가 체감의자를 통하여 체감의자에 앉아 있는 체험자에게 전달되게 된다.

이와 같은 상태에서 가상현실 체감의자에 착석한 체험자의 조이스틱이나 키보드 조작에 따라 교육 콘텐츠 또는 게임 콘텐츠 프로그램 실행에 따른 가상현실 상황이 변하게 되며, 이러한 가상현실의 상황변화 값은 PC(90)로부터 콘트롤러(91)로 전달된다.

이에 따라 모터구동부(92)는 체감의자의 요잉플레이트 내부에 설치된 제1,2모터(46-1,46-2)측에 현재 실행중인 콘텐츠 프로그램의 가상현실의 환경에 동기된 요잉 위치제어용 제어전압신호가 모터구동부(92)에서 출력되어 체감의자의 요잉이 일어나게 된다.

상기 헤드캡(80)일체형 체감의자는 가상현실 시뮬레이션을 교육이나 학습 또는 게임 등의 콘텐츠 프로그램 실행시, 외부의 환경에 영향을 받지 않고 해당 게임이나 교육에 몰입할 수 있게 된다.

위에서는 본 발명 체감의자 및 체감장치를 교육용이나 게임용으로 한정하여 설명하고 있으나 이들 만으로 그 적용범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명 기술을 그대로 카지노 시설의 게임전용 의자로 적용할 수 있는 것처럼, 본 발명의 기술은 다양한 적용처를 갖는다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 컴퓨터 등의 제어기기로부터의 제어명령이나 게임장치로부터의 특정의 상황변환신호가 생성될 경우 이에 따른 체감의자의 위치(기울기)를 신속하게 반응 작동시키기 위해 단지 2축방향의 제어모터만을 이용함으로써 가상현실용 체감의자를 간단하고 저렴하게 제작할 수 있는 특유의 효과를 가져온다.

또한 본 발명은 2축방향 제어모터를 이용한 가상현실 체감의자에 오디오장치와 디스플레이장치를 부가하여 게임이나 교육에서의 가상체감을 통한 실감체험 내지는 교육의 몰입을 도모할 수 있다.

또한 본 발명은 카지노와 같은 대규모 게임장에서 게이머에게 주변환경으로부터 완전히 독립된 상태로 게임에 몰입할 수 있는 환경을 제공해 준다.

도 1은 본 발명의 체감의자의 외형도이다.

도 2는 본 발명의 요잉플레이트의 내부구조를 설명하기 위한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 요잉플레이트의 내부구조를 설명하기 위한 평면도이다.

도 4는 본 발명의 교육용 체감장치의 외형도이다.

도 5는 본 발명에 적용되는 헤드캡의 내부 측단면 구조도이다.

도 6은 본 발명에 적용되는 헤드캡의 내부 평단면 구조도이다.

도 7은 본 발명의 체감의자 구동용 제어회로 블록구성도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

10 : 다리부 11 : 축보스

20 : 시트 30 : 등받이

40 : 요잉플레이트 41 : 상판

42 : 하판 43 : 구형축홈

44 : 축헤드 45 : 축

46-1,46-2 : 모터 47-1,47-2 : 변속기

48 : 변속기축 49-1,49-2 : 와이어

50-1~50-4 : 완충스프링 51-1~51-4 : 안전센서

60 : 발거치대 70 : 조작부

71 : 조이스틱 72 : 키보드

80 : 헤드캡 81 : 힌지축

82-1,82-2 : 스피커 83 : 디스플레이

90 : PC 91 : 콘트롤러

92 : 모터구동부

Claims

의자의 다리부(10)와 시트(20)사이에 설치되어 가상현실에 동기된 요잉 회동 동작을 수행하는 요잉플레이트(40)가 마련된 체감의자에 있어서, 상기 요잉플레이트(40)는 요잉을 위한 상판(41)과 의자의 수평유지를 위한 하판(42)으로 이루어지며, 상기 하판(42)의 중심부에는 축보스(11)의 플랜지를 볼트체결하여 하판과 의자의 다리부를 고정시키고, 상기 축보스에 삽입되어 상판(41)을 지지하게 될 중심 축(45)의 상부에는 구형의 축헤드(44)를 마련하고, 상기 상판(41)의 중앙부 내측에는 상기 구형의 축헤드를 회동가능한 상태로 지지하기 위한 구형축홈(43)을 마련하고, 상기 요잉플레이트의 상판(41)과 하판(42)사이의 모서리부에는 각각 제1-4완충스프링(50-1~50-4)을 설치한 후 서로 마주하는 대각선 위치의 제1,3스프링(50-1,50-3)과 제2,4스프링(50-2,50-4)을 하판(42)을 통해 제1,2와이어(49-1,49-2)로 개재시켜 각 와이어(49-1,49-2)의 끝단을 상판(41)에 고정시키고, 상기 상, 하판 사이의 제1,2와이어(49-1,49-2)에는 상판(41)의 내측에 각각 고정된 제1,2 축방향 위치제어용 제1,2모터(46-1,46-2)의 변속기어축(48)을 결합 고정시키고, 상기 제1,2모터(46-1,46-2)는 콘트롤러(91)의 제어 출력에 따라 상기 제1,2모터 구동용 전압을 출력하는 모터구동부(92)에 의해 작동하게 구성하는 것을 특징으로 하는 체감의자.
제1항에 있어서, 상기 상판(41)과 하판(42)사이의 4 모서리부위에는 상판의 과도한 요잉 기울기를 제한하기 위한 안전센서(51-1~51-4)를 장착하는 것을 특징으로 하는 체감의자.
의자의 다리부(10)와 시트(20)사이에 설치되어 가상현실에 동기된 요잉 회동 동작을 수행하는 제1,2모터에 의한 제1,2 축방향 위치제어용 요잉플레이트(40)와, 상기 요잉플레이트에 결합된 발거치대(60) 및 PC에 접속된 조이스틱과 키보드를 포함하는 조작부(70)와, 의자의 등받이의 상단에 회동식으로 설치되며 디스플레이(83)와 스피커(82-1,82-2)가 장착된 헤드캡(80)과, 상기 요잉플레이트 내부의 제1,2축방향위치제어용 제1,2모터를 구동하기 위한 모터구동부(92)와, 상기 모터구동부에 제어신호를 내보내기 위한 PC와 접속된 콘트롤러(91)를 포함하는 것을 특징으로 하는 교육용 체감장치.