KR100576839B1 - 시뮬레이션 시스템의 시트 구동장치 - Google Patents

시뮬레이션 시스템의 시트 구동장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시뮬레이션 시스템에 사용자의 착석을 위해 마련된 시트를 구동하기 위한, 시뮬레이션 시스템의 시트 구동장치에 있어서, 구면을 가지며, 상기 시뮬레이션 시스템이 설치되는 바닥면에 대해 고정되어 있는 제1부재; 상기 제1부재에 대한 상대이동이 가능하게 설치되며, 상기 시트가 부착되는 제2부재; 상기 제2부재에 회전 가능하게 결합되며 상기 제1부재의 구면에 구름접촉되어 있는 2개의 휠; 및 상기 제2부재에 설치되며, 상기 휠들을 회전시키기 위해 그 휠들 각각에 연결된 2개의 구동모터;를 구비하며, 상기 제1부재와 구름접촉하고 있는 상기 휠들이 상기 구동모터에 의해 상기 제1부재의 구면에서 회전함으로써, 상기 시트가 회전하도록 된 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템의 시트 구동장치를 제공한다.

Description

시뮬레이션 시스템의 시트 구동장치{Seat-Driving device for simulation system}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션 시스템의 시트 구동장치의 개략적 단면도.
도 2a 내지 도 2h는 도 1에 도시된 제2부재의 회전을 설명하기 위한 도면.
본 발명은 시뮬레이션 시스템의 시트 구동장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사용자의 조작에 따른 시트의 이동 내지 회전 범위가 크게 증대되도록 구조가 개선된 시뮬레이션 시스템의 시트 구동장치에 관한 것이다.
시뮬레이션 시스템은 실제로 일어날 수 있는 상황을 가상적으로 컴퓨터로 모형화하여 사용자에게 간접적인 체험을 제공하는 시스템이다. 이러한 시뮬레이션 시스템에는 예를 들면 비행 시뮬레이션 시스템, 드라이빙 시뮬레이션 시스템 등이 있다. 이러한 시뮬레이션 시스템의 구동에 있어서는 사용자가 실제상황과 유사한 현실감과 생동감을 느낄 수 있도록 여러 가지 상황들을 정교하게 재현하는 것이 중요하다. 이처럼 시뮬레이션 시스템이, 실제에 보다 근접한 상황을 연출하도록 하기 위해서는, 사용자의 조작에 따라 화면을 변화시킬 수 있도록 하기 위한 소프트웨어와, 비행 시뮬레이션 시스템에 있어서의 비행기나 드라이빙 시뮬레이션 시스템에 있어 자동차 등의 운동체의 상기 화면에 상응한 운동을 시뮬레이션 시스템의 사용자에게 제공해주기 위한 하드웨어 즉 구동 메커니즘을 개발하는 것이 매우 중요하다.
종래의 시뮬레이션 시스템의 일 예로서, PC용 비행 시뮬레이션 시스템이 있는데, 이러한 시뮬레이션 시스템에 있어서는 시뮬레이션 사용자의 이동이나 회전을 위한 메커니즘이 별도로 마련되지 않은 채 소프트웨어에 의해 화면만이 변화하였다. 그러나, 이러한 형태의 시뮬레이션은 사용자의 물리적인 움직임이 전혀 없기 때문에 실감나는 시뮬레이션이 어렵다. 이러한 점을 고려하여 보다 실감나는 시뮬레이션을 제공하기 위해서는 시뮬레이션 시스템의 사용자에게 물리적인 움직임을 제공할 필요가 있는데, 이러한 물리적인 움직임의 제공은 시뮬레이션 시스템의 사용자가 착석하는 시트를 이동 또는 회전시키거나 그 시트에 진동을 가하는 방법 등에 의해 구현된다.
한편, 이러한 사용자의 물리적인 움직임을 수반하는 시뮬레이션 시스템도 여러 형태가 제시된 바가 있는데, 종래의 시뮬레이션 시스템에 있어서는, 사용자의 조작에 따라 모터나 유압장치를 구동하여 사용자가 착석한 시트 등이 이동 또는 회전하도록 되어 있지만, 이동 또는 회전 범위가 상당히 제한되어 실감나는 시뮬레이션이 어렵다는 단점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 사용자의 조작에 따른 이동 내지 회전 범위를 크게 증가시켜서 보다 실감나는 시뮬레이션이 이루어질 수 있도록 하며 다양한 종류의 이동체 시뮬레이션에 적용할 수 있는 시뮬레이션 시스템의 시트 구동장치를 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,
시뮬레이션 시스템에 사용자의 착석을 위해 마련된 시트를 구동하기 위한, 시뮬레이션 시스템의 시트 구동장치에 있어서,
구면을 가지며, 상기 시뮬레이션 시스템이 설치되는 바닥면에 대해 고정되어 있는 제1부재;
상기 제1부재에 대한 상대이동이 가능하게 설치되며, 상기 시트가 부착되는 제2부재;
상기 제2부재에 회전 가능하게 결합되며 상기 제1부재의 구면에 구름접촉되어 있는 2개의 휠; 및
상기 제2부재에 설치되며, 상기 휠들을 회전시키기 위해 그 휠들 각각에 연결된 2개의 구동모터;를 구비하며,
상기 제1부재와 구름접촉하고 있는 상기 휠들이 상기 구동모터에 의해 상기 제1부재의 구면에서 회전함으로써, 상기 시트가 회전하도록 된 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템의 시트 구동장치를 제공한다.
상기 제2부재는 상기 구동모터들이 설치된 모터결합부와, 상기 시트가 설치 되며 상기 제1부재에 회전 가능하게 결합된 시트결합부와, 상기 모터결합부와 시트결합부 사이의 기구적 연결(mechanical connection)을 선택적으로 차단하기 위한 클러치를 포함하여 구성된 것이 바람직하다.
한편, 상기 휠들의 회전중심축선들은 하나의 평면 내에 위치하는 것이 바람직하다.
상기 휠 각각의 회전중심축선은 상기 휠 각각이 상기 제1부재의 구면과 접하는 점에서의 접선과 평행한 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션 시스템의 시트 구동장치의 개략적 단면도, 도 2a 내지 도 2h는 도 1에 도시된 제2부재의 회전을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따라 시뮬레이션 시스템에 사용자의 착석을 위해 마련된 시트를 구동하기 위한 시뮬레이션 시스템의 시트구동장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 제1부재(10)와 제2부재(20)를 포함하고 있다.
상기 제1부재(10)는 구면을 가지는 부재로서, 상기 시뮬레이션 시스템이 설치되는 건물의 바닥면(90)에 고정되어 있다.
상기 제2부재(20)는 상기 제1부재(10)에 대해 상대이동이 가능하도록 상기 제1부재(10)에 마련된 구 내주면의 윗부분에 설치된다.
상기 제2부재(20)에는 상기 시뮬레이션 시스템의 사용자의 착석을 위한 시트 (40)가 부착되어 있다.
상기 제2부재(20)에는 상기 제1부재(10)의 구면에 구름접촉되는 2개의 휠들(30,31)이 결합되어 있다. 상기 2개의 휠들(30,31)은, 상기 제2부재(20)에 대하여 회전 가능하게 결합되어 상기 제1부재(10)의 내주면에 구름접촉되어 있다. 상기 휠들(30,31)은 전체적으로 또는 적어도 그 표면이 압축고무와 같이 제1부재(10)의 내주면과의 마찰계수가 큰 소재를 사용하여 제작된다.
상기 휠들(30,31)의 회전중심축선들은 하나의 평면내에 위치하고 있다. 이는 각 휠들(30,31)이 상기 제1부재(10)의 중심을 지나는 수직선에 대하여 대칭의 위치에 있는 것을 의미한다. 또한, 상기 휠들(30,31)의 회전중심축들은 각각 상기 휠들(30,31) 각각이 상기 제1부재(10)의 구면과 접하는 점에서의 접선과 평행하다. 즉, 상기 제1부재(10)의 중심과 상기 휠들(30,31)이 상기 구면에 접하는 점을 연결하는 직선은 상기 휠들(30,31)의 회전중심축과 수직이다.
또한, 제2부재(20)는 모터결합부(21)와, 시트결합부(22)와, 클러치(25)를 포함하고 있다.
상기 모터결합부(21)에는 상기 휠들(30,31)을 회전시키기 위한 2개의 구동모터들(35,36)이 설치되어 있다. 상기 2개의 구동모터(35,35)들은 상기 휠들(30,31)을 회전시킬 수 있도록, 상기 2개의 휠(30,31)에 연결되어 있다.
상기 클러치(25)는 상기 모터결합부(21)와 시트결합부(22)사이에 설치되어, 모터결합부(21)와 시트결합부(22)사이의 기구적 연결(mechanical conncection)을 선택적으로 연결 또는 차단시키도록 한다.
상기 시트(40)의 전면에는 시뮬레이션 시스템의 사용자가 볼 수 있는 디스플레이장치(41)가 설치되어 있다. 다만, 상기 디스플레이장치(41)는 반드시 상기 시트(40)에 설치될 필요는 없으며, 시뮬레이션 사용자가 볼 수 있는 위치에 있으며 상기 시트(40)가 회전함에 따라 함께 회전할 수 있는 위치, 즉 상기 시트(40)와 상기 디스플레이장치(41)의 상대이동이 없는 위치에 설치되면 된다. 한편, 필요한 경우 상기 디스플레이장치(41)에 재생되는 영상에 부합하는 음향을 재생할 수 있는 음향재생장치가 예컨대, 스피커나 헤드폰셋 등이 디스플레이장치(41)와 함께 설치될 수 있다.
상기 제2부재(20)에는 조작부(미도시)와 자이로센서(미도시)가 설치된다.
상기 조작부는, 조종간의 형태로 상기 시트(40)에 결합되어 있거나, 상기 시트(40)와 분리된 상태로 조작이 가능한 리모콘 형태로 되어 있을 수도 있고, 경우에 따라 조작부가 구비되지 않을 수도 있다.
상기 자이로센서는 상기 제2부재의 회전속도와 제1부재에 대한 상대적 위치 등을 측정하기 위하여 설치된다. 상기 제2부재(20)는 여러가지 축을 중심으로 한 회전운동을 하게 되고, 그러한 운동에 의해 시트(40)를 함께 움직이게 하게 된다. 시뮬레이션에 있어서, 상기 시트(40)를 적절하게 이동시키는 것이 시뮬레이션의 핵심이므로 상기 시트(40)와 연결된 제2부재(20)의 회전속도 및 위치를 정확히 파악하는 것은 매우 중요한 일이므로, 상기 회전속도 및 그 위치를 측정하기 위해 자이로센서를 상기 제2부재(20)에 설치하는 것이다. 다만, 상기 자이로센서는 본 발명의 필수구성요소는 아니며, 상기 제2부재(20)의 회전속도나 위치를 측정할 수 있는 다른 측정장비로 대체가 가능하다.
이하에서는 상기 실시예의 작용과 효과에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
사용자가 조작부를 조작하거나, 미리 입력된 프로그램에 의하여 시트(40)의 회전을 요구하는 명령이 인가되면, 구동모터들(35,36)이 구동되고, 그 구동에 따라 각각의 휠들(30,31)이 각각 회전하게 된다. 상기 휠들(30,31)이 회전하면, 각각의 휠(30,31)과 그 휠들(30,31)이 구름접촉된 제1부재(10)의 내주면과의 마찰력으로 인해 휠들(30,31)의 회전력이 제1부재(10)에 전달되고, 이에 따라 제2부재(20)가 상기 제1부재(10)의 내주면상에서 회전하게 됨으로써, 제2부재(20)에 설치된 시트(40)가 움직이게 된다. 휠들(30,31)의 회전 속도 및 방향과 이에 따른 제2부재(20) 회전 속도 및 방향은 상술한 바와 같이, 조작부의 조작 및 미리 입력된 프로그램에 의해 조절된다.
시뮬레이션 진행 과정에서 디스플레이(41)에는 전방 배경 영상 등이 실시간으로 갱신되어 표시되며 이에 따라 사용자는 실감있는 시뮬레이션을 할 수 있게 된다.
이하에서는 휠(30,31)의 회전에 따른 제2부재(20)의 회전 원리를 도 2a 내지 도 2h를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 도 2a 내지 도 2h는 상기 실시예인 시뮬레이션 시스템(1)의 평면도로서, 상기 제2부재(20)에 설치된 휠들(30,31)이 상기 제1부재(10)의 내주면상에서 회전함에 의해 그 제2부재(20)가 회전하게 되고, 따라서 상기 제2부재(20)에 설치된 시트(40)가 함께 회전하는 것이므로, 편의상 휠(30,31)과 제1부재(10)만을 도시하였다.
먼저, 설명의 편의를 위해 좌표축 및 회전 방향을 다음과 같이 정의한다. 도 1에 표시된 바와 같이 사용자가 시트(40)에 착석한 상태에서 사용자의 전후방향의 축을 x축, 시트(40)에 착석한 사용자의 좌우방향의 축을 y축, 그리고 사용자의 상하방향의 축을 z축이라 정의한다. 한편, 상기 세축의 중심점으로부터 +x축을 중심으로 한 일방향 방향 회전을 "+rx방향 회전", 타방향 회전을 "-rx방향 회전"으로 정의하며, y축 및 z축 방향의 회전에 대해서도 x축방향의 회전과 마찬가지로 정의한다.
먼저, 도 2a 및 도 2b와 같이 휠들(30,31)이 동일한 속도로 그리고 동일한 방향으로 회전하는 경우, 제2부재(20)는 x축을 중심으로 회전한다. 이때, 상기 휠들(30,31)의 회전 방향에 따라 도 2a와 같이 상기 제2부재(20)가 +rx방향으로 회전할 수도 있고, 도 2b와 같이 -rx방향으로 회전할 수도 있다.
한편, 도 2c 및 도 2d와 같이 휠들(30,31)이 동일한 속도로 서로 다른 방향으로 회전하는 경우, 제2부재(20)는 z축을 중심으로 회전한다. 이때, 상기 휠들(30,31)의 회전 방향에 따라 도 2c와 같이 상기 제2부재(20)가 +rz방향으로 회전할 수도 있고, 도 2d와 같이 -rz방향으로 회전할 수도 있다.
제2부재(20)를 y축방향으로 회전시키기 위해서는 클러치(25)에서 시트결합부(22)와 모터결합부(21)간의 기구적 연결을 차단한 후, 도 2e에 도시된 바와 같이, 각 휠들(30,31)을 동일한 속도 및 다른방향으로 회전시켜 모터결합부(21)와 휠들 (30,31)만을 z축을 중심으로 회전시킴으로써 회전축을 변경시켜야 한다. 상술한 방법으로 회전축을 변경시킨 후, 상기 휠들(30,31)을 도 2g에 도시된 바와 같이 동일한 속도로 그리고 동일한 방향으로 회전하는 경우, 제2부재(20)는 y축을 중심으로 회전한다. 이때에도 상기 이때, 상기 rx방향의 회전이나, rz방향의 회전과 같이, 상기 휠들(30,31)의 회전방향에 따라 도 2g와 같이 상기 제2부재(20)가 +ry방향으로 회전할 수도 있고, 도 2f와 같이 -ry방향으로 회전할 수도 있다.
상기에서는 도 2a 내지 도 2g에 도시된 도면을 중심으로 두 휠(30,31)이 동일한 속도로 회전하는 경우에 관하여 설명하였지만, 두 휠(30,31)이 서로 다른 속도로 회전하도록 함으로써 복합적 회전(즉, 임의의 축을 중심으로 한 회전)을 구현할 수 있다. 예컨대 도 2h와 같이 하나의 휠(30)이 정지해 있거나 느린 속도로 움직이는 반면 나머지 휠(31)이 동일한 방향으로 그렇지만 상기 하나의 휠(30)에 비해 훨씬 빠른 속도로 회전하는 경우, 회전축이 지속적으로 변화하면서 제2부재(20)는 복잡한 회전 궤적을 따라 회전하게 된다. 이때, 두 휠(30,31)의 회전 속도 차이를 적절한 변화시킨다면, 임의의 방향으로 경사진 회전축을 중심으로 제2부재(20)를 회전시킬 수 있다. 또한, 2개의 휠(30,31)이 서로 다른 방향으로 회전하면서 회전속도 차이가 존재하는 경우에는, 상술한 2개의 휠(30,31)이 같은 방향으로 회전하되 그 속도가 다른 경우에 비해, 상기 제2부재(20)의 회전 궤적은 더욱 복잡해질 수 있다.
상술한 바와 같은 방법으로 제2부재(20)를 회전시킴으로 인해, 상기 제2부재 (20)에 부착된 시트(40)도 함께 회전하게 되므로, 그 시트(40)에 착석한 시뮬레이션 시스템(1)의 사용자는 시트(40)를 중심으로 설정된 좌표계에 있어 x, y, z 세 축 중 어느 한 축 또는 상기 축들에 의해 형성되는 공간상의 임의의 축을 중심으로 회전하는 것을 경험하게 되어, 보다 실감나는 시뮬레이션을 하는 것이 가능하게 되는 것이다.
한편, 대부분의 응용분야 예컨대 자동차나 오토바이 운전 시뮬레이션이나 비행기 조종 시뮬레이션 또는 롤러 코스터와 같은 경우에 있어서는 급격한 y축 중심 회전 즉, 좌우 방향의 롤링은 거의 없으며, y축 중심 회전은 다른 축 중심의 회전과 복합적으로 나타나는 것이 일반적이다. 따라서, 아래에서 설명하는 바와 같이 복합적 회전(즉, 임의의 축을 중심으로 한 회전)에 의해 원하는 회전을 구현할 수 있기 때문에, 실제 시뮬레이션 진행 과정에서는 순수한 y축 중심 회전이 불필요할 수도 있다. 이와 같은 응용분야에 있어서는 클러치(25)가 포함되지 않을 수도 있다.
이상 바람직한 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 시뮬레이션 시스템의 시트 구동장치로 구현될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 사용자가 비행기나 우주선, 자동차, 오토바이와 같은 탑승 이동체를 직접 타고 운전하거나 롤러 코스터를 타는 것 등을 실감나게 구형하는 시뮬레이션 시스템의 시트의 구동장치를 제공할 수 있다. 특히, 3축 방향으로 자유자재로 회전하는 느낌을 2개의 휠만으로 구현할 수 있게 되어, 구조가 매우 간단하다는 장점이 있다.
이와 같은 본 발명은 콘솔박스(Console Box)게임이나 모바일게임 등 게임기에 적용이 가능하다. 또한, 상기 시뮬레이션 시스템의 시트에 앉은 채로 영화를 보게 되는 경우, 영화의 영상에 따라 시트가 회전하여 보다 실감나는 영상을 즐길 수 있는 등 여타 멀티미디어 시스템에도 작용이 가능하다.

Claims (4)

  1. 시뮬레이션 시스템에 사용자의 착석을 위해 마련된 시트를 구동하기 위한, 시뮬레이션 시스템의 시트 구동장치에 있어서,
    구면을 가지며, 상기 시뮬레이션 시스템이 설치되는 바닥면에 대해 고정되어 있는 제1부재;
    상기 제1부재에 대한 상대이동이 가능하게 설치되며, 상기 시트가 부착되는 제2부재;
    상기 제2부재에 회전 가능하게 결합되며 상기 제1부재의 구면에 구름접촉되어 있는 2개의 휠; 및
    상기 제2부재에 설치되며, 상기 휠들을 회전시키기 위해 그 휠들 각각에 연결된 2개의 구동모터;를 구비하며,
    상기 제1부재와 구름접촉하고 있는 상기 휠들이 상기 구동모터에 의해 상기 제1부재의 구면에서 회전함으로써, 상기 시트가 회전하도록 된 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템의 시트 구동장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제2부재는 상기 구동모터들이 설치된 모터결합부와, 상기 시트가 설치되며 상기 제1부재에 회전 가능하게 결합된 시트결합부와, 상기 모터결합부와 시트결합부 사이의 기구적 연결(mechanical connection)을 선택적으로 차단하기 위한 클러치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템의 시트 구동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 휠들의 회전중심축선들은 하나의 평면 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템의 시트 구동장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 휠 각각의 회전중심축선은 상기 휠 각각이 상기 제1부재의 구면과 접하는 점에서의 접선과 평행한 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템의 시트 구동장치.
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