KR100903433B1 - 시뮬레이션 장치 - Google Patents

Abstract

열차 시뮬레이션을 위한 운전실을 6자유도 구동시키기 위한 열차 시뮬레이션 장치에 있어서, 베이스 부재와; 베이스 부재 상에 전후방향 및 전후방향으로 왕복 이동가능하며, 요잉(yawing) 구동 가능하게 설치되는 중간 부재와; 상기 중간부재 상부에 상하방향으로 왕복 이동가능하며, 롤링 및 피칭구동 가능하게 설치되는 상부부재와; 상기 중간부재를 전후 및 좌우방향으로 구동시키고, 요잉 구동시키기 위한 제1구동유닛과; 상기 중간부재와 상기 상부부재 사이에 설치되어 상기 상부부재를 상하방향으로 구동시키며, 롤링 및 피칭 구동시키기 위한 제2구동유닛; 및 상기 중간부재를 상기 베이스부재 상에서 전후 및 좌우방향으로의 이동 및 요잉운동이 가능하게 지지하는 가이드유닛을 포함하며, 상기 상부부재에 열차 운전실이 설치되어 6자유도 운동 가능한 것을 특징으로 하는 열차 시뮬레이션 장치가 개시된다.

열차, 시뮬레이션, 롤링, 피칭, 요잉, 액츄에이터

Description

시뮬레이션 장치{A train simulation apparatus}

본 발명은 시뮬레이션 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 간단한 구성에 의해서 6자유도 시뮬레이션 구동이 가능한 열차 시뮬레이션 장치에 관한 것이다.

일반적으로 궤도차량 즉, 열차에 사용되는 장비의 개발 및 운전연습을 위해서는 다양한 조건하에서 시험 및 연습을 하게 된다. 이때, 실제 상황과 거의 유사한 조건이나 환경 하에서 열차의 장비를 시험하거나, 운행 연습을 해야만 정확한 실험데이터를 산출할 수 있고, 연습자의 정확한 운전능력을 평가할 수 있게 된다.

이러한 점을 감안하여 가상 현실을 시뮬레이션하는 시뮬레이션장치가 열차 시뮬레이션에 적용되어 사용되고 있다.

그런데, 종래의 시뮬레이션 장치들은 대부분이, 그 운동반경이 크고 운동궤적이 큰 비행기 또는 자동차, 선박 등에 한정된 것으로서, 이와 같이 다른 분야의 시뮬레이션을 위해 개발된 장치들을 열차 시뮬레이션 실험에 이용하게 되면 정확한 실험이 불가하며, 모의 운전 연습에 따른 효과가 미진할 수밖에 없었다.

즉, 열차의 경우에는 전진 후진운동 이외에 롤링, 피칭 및 요잉에 관련된 운 동 범위는 다른 운송수단이나 장비들에 비해서 상대적으로 매우 작은 편이다.

따라서 열차의 시뮬레이션을 위한 열차 전용 시뮬레이션 장치의 개발이 절실히 요구된다. 그리고 종래의 시뮬레이션 장치들의 경우에는 운동범위가 크다는 이유로 인하여 모션 플랫폼의 높이가 높고, 따라서 그에 들어가는 각종 액츄에이터 등의 사이즈도 클 수밖에 없기 때문에, 장치의 대형화는 물론 고 비용화 뿐만이 아니라, 구동을 위한 전력이 많이 소비되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 창안된 것으로서, 간단한 구성을 가지며 저비용으로 제작이 가능하며 슬림화가 가능하도록 개선된 시뮬레이션 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 시뮬레이션 장치는, 열차 시뮬레이션을 위한 운전실을 6자유도 구동시키기 위한 열차 시뮬레이션 장치에 있어서, 베이스 부재와; 베이스 부재 상에 전후방향 및 전후방향으로 왕복 이동가능하며, 요잉(yawing) 구동 가능하게 설치되는 중간 부재와; 상기 중간부재 상부에 상하방향으로 왕복 이동가능하며, 롤링 및 피칭구동 가능하게 설치되는 상부부재와; 상기 중간부재를 전후 및 좌우방향으로 구동시키고, 요잉 구동시키기 위한 제1구동유닛과; 상기 중간부재와 상기 상부부재 사이에 설치되어 상기 상부부재를 상하방향으로 구동시키며, 롤링 및 피칭 구동시키기 위한 제2구동유닛; 및 상기 중간부재를 상기 베이스부재 상에서 전후 및 좌우방향으로의 이동 및 요잉운동이 가능하게 지지하는 가이드유닛을 포함하며, 상기 상부부재에 열차 운전실이 설치되어 6자유도 운동 가능한 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1구동유닛은, 상기 전후 방향으로 상기 중간부재를 사이에 두고 서로 대칭되게 한 쌍씩 대응되게 설치되며, 상기 베이스 부재에 상기 좌우방향으로 왕복이동 가능하게 설치되는 각각 한 쌍의 제1 및 제2액츄에이터와; 상기 좌우 방향으로 상기 중간부재를 사이에 두고 서로 대칭되게 하나씩 설치되며, 상기 베이스부재에 상기 전후 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되는 제3 및 제4액츄에이터;를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 가이드유닛은, 상기 베이스부재와 상기 중간부재 사이에 설치되는 복수의 베어링과; 상기 베이스부재에 설치되어 상기 제1 및 제2액츄에이터를 좌우방향으로 슬라이딩 가능하게 지지하는 제1가이드부재; 및 상기 베이스부재에 설치되어 상기 제3 및 제4액츄에이터를 전후방향으로 슬라이딩 가능하게 지지하는 제2가이드부재를 포함하는 것이 좋다.

또한, 상기 제1 내지 제4액츄에이터 각각은, 상기 베이스부재에 설치되는 실린더블록과, 일단이 상기 중간부재에 힌지 운동 가능하게 연결되며 출몰 구동되는 피스톤부재를 갖는 실린더기를 포함하는 것이 좋다.

또한, 상기 제2구동유닛은, 상기 중간부재와 상기 상부부재 사이에 설치되며, 전후 및 좌우방향으로의 중심을 기준으로 좌우 및 전후방향 각각으로 대칭되게 4배수 이상의 개수로 설치되며, 선택적으로 상하 방향으로 구동되어 상기 상부부재를 상하, 롤링 및 피칭구동시키는 제5액츄에이터를 포함하는 것이 좋다.

또한, 상기 제5액츄에이터는, 유압공급량에 따라서 팽창 및 촉소되면서 상기 상부부재를 부분적으로 승강시키는 유압댐핑부재를 포함하는 것이 좋다.

또한, 상기 베이스부재와 상기 중간부재 사이의 틈으로 이물질이 침입하는 것을 차단하도록 상기 베이스부재와 상기 중간부재 사이에 설치되는 플렉시블한 커튼부재를 더 포함하는 것이 좋다.

본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이션 장치에 의하면, 시뮬레이션 전체의 높이를 줄일 수 있고, 부품을 줄일 수 있기 때문에 장치의 소형화가 경량화가 가능하여 제작비용을 줄일 수 있다.

또한 운전실을 베이스 플레이트에 대해 낮은 높이로 설치하는 것이 가능하므로, 타 운동 시뮬레이터에 비하여 운동 범위가 작은 열차 시뮬레이션에 적합하다.

따라서, 열차 시뮬레이션을 통한 실험 및 운전자 연습시 실제 운행 상황과 유사한 상태로 시뮬레이션 운행을 수행할 수 있게 된다.

도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열차 시뮬레이션 장치는, 베이스 부재(10)와, 베이스 부재(10) 상에 전후방향 및 전후방향으로 왕복 이동가능하며 요잉(yawing) 구동 가능하게 설치되는 중간 부재(20)와, 상기 중간부재(20) 상부에 상하방향으로 왕복 이동가능하며, 롤링 및 피칭구동 가능하게 설치되는 상부부재(30)와, 상기 중간부재(20)를 전후 및 좌우방향으로 구동시키고, 요잉 구동시키기 위한 제1구동유닛(40)과, 상기 중간부재(20)와 상기 상부부재(30) 사이에 설치되어 상기 상부부재(30)를 상하방향으로 구동시키며, 롤링 및 피칭 구동시키기 위한 제2구동유닛(50) 및 상기 중간부재(20)를 상기 베이스부재(10) 상에서 전후 및 좌우방향으로의 이동 및 요잉운동이 가능하게 지지하는 가이드유닛(60)을 구비한다.

상기 중간부재(20)는 베이스부재(10)와 상부부재(30) 사이에 설치되며, 바람 직하게는 베이스부재(10)보다 작은 면적을 가지는 것이 좋다. 상기 상부부재(30) 상에는 시뮬레이션 운전실(1)이 설치될 수 있다. 물론, 상기 상부부재(30)와 운전실(1)이 일체로 마련될 수도 있다.

상기 제1구동유닛(40)은, 한 쌍의 제1 및 제2액츄에이터(41, 43)와, 제3 및 제4액츄에이터(45,47)를 구비한다.

상기 제1 및 제2액츄에이터(41, 43)는 상기 전후 방향(Z)으로 상기 중간부재(20)를 사이에 두고 서로 대칭되게 한 쌍씩 대응되게 설치되며 상기 베이스 부재(10)에 상기 좌우방향(X)으로 왕복이동 가능하게 설치된다.

상기 제1 및 제2액츄에이터(41, 43) 각각은 실린더블록(41a, 43a)과 피스톤(41b, 43b)을 가지는 실린더기인 것이 바람직하다. 상기 실린더블록(41a, 43a)은 후술할 가이드유닛(60)에 좌우 방향(X)으로 이동가능하게 설치된다. 상기 피스톤(41b, 43b)의 일단은 상기 중간부재(20)에 힌지운동 가능하게 힌지결합되어 상기 실린더블록(41a, 43a)에서 출몰 가능하게 된다.

상기 제1액추에이터(41)와 제2액츄에이터(43)를 서로 반대방향으로 동시에 구동시키면, 중간부재(20)가 전후 방향(Z)으로 이동될 수 있게 된다.

그리고 한 쌍의 제1액츄에이터(41)를 서로 반대로 구동시키고, 한 쌍의 제2액츄에이터(43)도 서로 반대로 구동시키면 도 5에 도시된 바와 같이, 중간부재(20)가 상하방향(Y)을 기준으로 요잉(yawing) 구동 가능하게 된다.

상기 제3 및 제4액츄에이터(45, 47)는 후술할 가이드유닛(60)에 전후방향(Z)으로 이동가능하게 지지되는 실린더블록(45a,47a)과, 실린더블록(45a,47a)에 출몰 되게 설치되며 상기 중간부재(20)에 힌지운동 가능하게 연결되는 피스톤(45b,47b)을 구비한다. 상기 제3 및 제4액츄에이터(45, 47)를 서로 반대방향으로 구동시키면 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 중간부재(20)가 좌우방향(X)으로 구동될 수 있게 된다. 이 때 제1 및 제2액츄에이터(41, 43)는 가이드유닛(60)에 지지되어 좌우 방향(X)으로 가이드되면서 이동된다.

상기 제2구동유닛(50)은 상기 중간부재(20)와 상기 상부부재(30) 사이에 설치되며, 전후 및 좌우방향(Z)(X)으로의 중심을 기준으로 좌우 및 전후방향 각각으로 대칭되게 4배수 이상의 개수로 설치되며, 선택적으로 상하 방향으로 구동되어 상기 상부부재(30)를 상하, 롤링 및 피칭구동시키는 제5액츄에이터(51, 52, 53, 54)를 구비한다.

상기 제5액츄에이터(51, 52, 53, 54)는, 에어공급량에 따라서 팽창 및 축소되면서 상기 상부부재(30)를 부분적으로 승강시키는 유압댐핑부재를 구비한다.

상기 유압댐핑부재는 미도시된 유압공급부(유압펌프 등)로부터 선택적으로 유압을 전달받아 팽창 또는 축소될 수 있다. 따라서 4개의 제5액츄에이터(51, 52, 53, 54) 중에서 예를 들어, 전방의 두 개(52, 53)를 팽창시키고 후방의 두 개(51, 54)를 수축시키면 상부부재(30)는 전후방향으로 피칭운동 될 수 있다. 그리고 좌측의 두 개(51, 52)를 팽창시키고 우측의 두 개(53, 54)를 수축시키면 상부부재(30)를 좌우방향으로 롤링 구동될 수 있게 된다.

상기 가이드유닛(60)은, 상기 베이스부재(10)와 상기 중간부재(20) 사이에 설치되는 복수의 베어링(61)과, 상기 베이스부재(10)에 설치되어 상기 제1 및 제2 액츄에이터(41,43)를 좌우방향(X)으로 슬라이딩 가능하게 지지하는 제1가이드부재(63) 및 상기 베이스부재(10)에 설치되어 상기 제3 및 제4액츄에이터(45, 47)를 전후방향(Z)으로 슬라이딩 가능하게 지지하는 제2가이드부재(65)를 구비한다.

상기 복수의 베어링(61)은 베이스부재(10)의 상면에 설치되어 상기 중간부재(20)를 움직임 가능하게 지지한다. 따라서 중간부재(20)는 베이스부재(10)의 상부에서 X, Z 방향으로 이동 가능하고, 요잉 구동 가능하게 된다.

상기 제1가이드부재(63)는 X축 방향으로 나란하게 설치되며, 베이스 부재(10)에 마련된 지지블록(62)에 양단이 지지되는 가이드봉인 것이 바람직하다. 따라서 상기 제1가이드부재(63)를 따라서 제1 및 제2액츄에이터(41, 43)가 X축 방향으로 이동될 수 있게 된다.

상기 제2가이드부재(65)는 Z축 방향으로 나란하게 중간부재(20)를 사이에 두고 한 쌍이 나란하게 설치된다. 베이스부재(10)에는 상기 제1가이드부재(65)의 양단을 각각 지지하는 지지블록(64)이 설치된다. 상기 제1가이드부재(65)를 타고 제3 및 제4액츄에이터(45, 47)가 Z축 방향으로 이동될 수 있게 된다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 베이스부재(10)와 상기 중간부재(20) 사이의 틈으로 이물질이 침입하는 것을 차단하도록 상기 베이스부재(10)와 상기 중간부재(20) 사이에 설치되는 플렉시블한 커튼부재(70)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 상기 커튼부재(70)는 고무나, 합성수지 등의 재질로 형성되며, 주름이 잡혀서 상하로 플랙시블하게 팽창 및 촉소 가능한 구조를 가지는 것이 좋다.

상기 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 열차 시뮬레이션 장치의 작용 효과를 자세히 설명하기로 한다.

먼저 도 1의 상태에서 제3액츄에이터(45)를 좌측으로 수축되게 구동시키고, 제4액츄에이터(47)를 좌측으로 팽창되게 구동시킨다. 그러면 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 중간부재(20)는 좌측으로 소정 거리 이동하게 된다. 이때 제1 및 제2액츄에이터(41, 43)는 제1가이드부재(63)를 타고 좌측으로 이동된다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 좌측의 유압댐핑부재(51, 52)를 축소시키고, 우측의 유압댐핑부재들(53, 54)를 팽창되게 구동시키면, 도 3에 도시된 바와 같이 상부부재(30)가 Z축을 기준으로 좌우로 롤링구동된다.

또한, 도 2의 상태에서 제1 및 제2액츄에이터들(41,43) 각각을 서로 대각선 방향으로 대칭되게 반대로 구동시키게 되면, 도 5에 도시된 바와 같이, 중간부재(20)는 Y축을 중심으로 요잉구동하게 된다. 이때, 요잉구동되는 각도는 2 내지 5도 각도로서 미세하며, 이 경우 각각의 액츄에이터들(41, 43, 45, 47)을 가 이드부재(63, 65)를 따라 소정 거리 움직일 수 있다. 또한, 각각의 피스톤부재들(41b, 43b, 45b, 47b)은 중간부재(20)에 힌지연결되어 있기 때문에, 중간부재(20)의 요잉구동시 연결된 상태를 자연스럽게 유지할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 열차 시뮬레이션 장치의 경우에는, 베이스부재(10), 중간부재(20) 및 상부부재(30)와 같이 3층 구조를 가지면서도, 좌우, 전후 방향으로 직선운동, 전후 및 좌우로 피칭운동과 롤링운동을 할 수 있고, 또한 요잉운동을 상하 방향으로 운동을 할 수 있게 된다.

따라서 3층구조의 슬림한 구성이 가능하며, 슬림한 구조에서 6자유도 시뮬레 이션 구동이 가능하게 되므로, 그 운동반경이 타 구동장치에 비하여 작은 열차의 시뮬레이션 장치에 매우 적합하게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열차 시뮬레이션 장치를 나타내 보인 개략적인 정면도.

도 2는 도 1에 도시된 열차 시뮬레이션 장치를 나타내 보인 개략적인 평면도.

도 3 및 도 4는 도 1의 상태에서 중간부재가 좌측으로 이동하고 상부부재가 롤링구동된 상태를 설명하기 위한 정면도.

도 5는 도 2의 상태에서 중강부재가 요잉 구동되는 상태를 설명하기 위한 평면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10..베이스 부재 20..중간부재

30..상부부재 40..제1구동유닛

41,43,35,37..제1, 제2, 제3 및 제4액츄에이터

50..제2구동유닛 51,52,53,54..제5액츄에이터

60..가이드유닛 61..베어링

63,65..제1 및 제2가이드부재 62,64..지지블록

70..커튼부재

Claims (7)

1. 열차 시뮬레이션을 위한 운전실을 6자유도 구동시키기 위한 열차 시뮬레이션 장치에 있어서,

   베이스 부재와;

   베이스 부재 상에 전후방향 및 전후방향으로 왕복 이동가능하며, 요잉(yawing) 구동 가능하게 설치되는 중간 부재와;

   상기 중간부재 상부에 상하방향으로 왕복 이동가능하며, 롤링 및 피칭구동 가능하게 설치되는 상부부재와;

   상기 중간부재를 전후 및 좌우방향으로 구동시키고, 요잉 구동시키기 위한 제1구동유닛과;

   상기 중간부재와 상기 상부부재 사이에 설치되어 상기 상부부재를 상하방향으로 구동시키며, 롤링 및 피칭 구동시키기 위한 제2구동유닛; 및

   상기 중간부재를 상기 베이스부재 상에서 전후 및 좌우방향으로의 이동 및 요잉운동이 가능하게 지지하는 가이드유닛을 포함하며,

   상기 제1구동유닛은,

   상기 전후 방향으로 상기 중간부재를 사이에 두고 서로 대칭되게 한 쌍씩 대응되게 설치되며, 상기 베이스 부재에 상기 좌우방향으로 왕복이동 가능하게 설치되는 각각 한 쌍의 제1 및 제2액츄에이터와; 상기 좌우 방향으로 상기 중간부재를 사이에 두고 서로 대칭되게 하나씩 설치되며, 상기 베이스부재에 상기 전후 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되는 제 3 및 제4액츄에이터;를 포함하며,

   상기 가이드유닛은,

   상기 베이스부재와 상기 중간부재 사이에 설치되는 복수의 베어링과; 상기 베이스부재에 설치되어 상기 제1 및 제2액츄에이터를 좌우방향으로 슬라이딩 가능하게 지지하는 제1가이드부재; 및 상기 베이스부재에 설치되어 상기 제3 및 제4액츄에이터를 전후방향으로 슬라이딩 가능하게 지지하는 제2가이드부재를 포함하여,

   상기 상부부재에 열차 운전실이 설치되어 6자유도 운동 가능한 것을 특징으로 하는 열차 시뮬레이션 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 내지 제4액츄에이터 각각은,

   상기 베이스부재에 설치되는 실린더블록과, 일단이 상기 중간부재에 힌지 운동 가능하게 연결되며 출몰 구동되는 피스톤부재를 갖는 실린더기를 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 시뮬레이션 장치.
5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 제2구동유닛은,

   상기 중간부재와 상기 상부부재 사이에 설치되며, 전후 및 좌우방향으로의 중심을 기준으로 좌우 및 전후방향 각각으로 대칭되게 4배수 이상의 개수로 설치되며, 선택적으로 상하 방향으로 구동되어 상기 상부부재를 상하, 롤링 및 피칭구동시키는 제5액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 시뮬레이션 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 제5액츄에이터는,

   유압공급량에 따라서 팽창 및 축소도면서 상기 상부부재를 부분적으로 승강시키는 유압댐핑부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 시뮬레이션 장치.
7. 제5항에 있어서, 상기 베이스부재와 상기 중간부재 사이의 틈으로 이물질이 침입하는 것을 차단하도록 상기 베이스부재와 상기 중간부재 사이에 설치되는 플렉시블한 커튼부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 시뮬레이션 장치.

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