KR101049198B1 - 뒤틀림 방지 및 수직 지지력이 보강된 시뮬레이터 - Google Patents

뒤틀림 방지 및 수직 지지력이 보강된 시뮬레이터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 뒤틀림 방지 및 수직 지지력이 보강된 시뮬레이터에 관한 것으로서, 특히 3개의 축으로 이의 중심부를 지지하며 승하강되고, 3개의 축으로 이의 외곽부를 지지하며 승하강되어 X축, Y축 및 Z축에 대해 각각 병진운동을 수행하는 모션 베이스부와; 사용자가 탑승하도록 상기 모션 베이스부의 상면에 설치되어 상기 모션 베이스부의 동작에 따라 병진운동되는 탑승부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 모션 베이스부가 모션 플레이트를 승하강시 3축의 승하강 로드와 3축의 유압 실린더, 즉 여섯 개의 지점을 통해 모션 플레이트를 지지함으로써 탑승장치에 하중이 걸린 상태에서 승하강하는 경우에도 하중을 분산하여 고장이 발생하는 것을 미연에 방지하고, 모션 플레이트를 중앙부에서 3축의 유압 실린더로 고정함으로써 하중에 의해 모션 플레이트가 뒤틀리는 것을 미연에 방지할 수 있다.

Description

뒤틀림 방지 및 수직 지지력이 보강된 시뮬레이터{SIMULATOR FOR REINFORCING TORSION PREVENTION AND VERTICAL SUPPORT POWER}
본 발명은 시뮬레이터에 관한 것으로서, 상세하게는 모션 베이스부가 모션 플레이트를 승하강시 3축의 승하강 로드와 3축의 유압 실린더를 통해 모션 플레이트를 지지하도록 하는 뒤틀림 방지 및 수직 지지력이 보강된 시뮬레이터에 관한 것이다.
일반적으로 시뮬레이터란 현실은 아니지만 거의 현실과 같은 상황을 구현해 내는 장비를 말한다. 예컨대 자동차 경주나 전투기를 실제로 타 보는 것은 일반인들에게는 거의 불가능하고 또 사고의 위험이 있으므로 자동차 경주를 할 때의 시트의 진동이나 기울어짐이나 속도감, 그리고 전투기로 비행을 할 때의 진동이나 기울어짐이나 속도감 등과 거의 동일하거나 유사한 체험을 시뮬레이터를 통해서 할 수가 있는 것이다.
이러한 시뮬레이터는 유원지나 시뮬레이터 전용극장 등에서 제한적으로 설치되어 운영되어 왔으나, 최근에 들어 개인이 소장할 수 있도록 소형화되어 판매되고 있는 실정이다.
한편, 상기와 같은 시뮬레이터를 구현하는 데는 몇 가지의 요소가 필요로 하게 된다.
첫째는 상황을 연출하는 영상이다. 이 영상을 통해 이용자는 가상 세계에 몰입할 수 있게 되는 것이다.
둘째는 연출된 상황에서 탑승자에게 실제 체험감을 주는 모션베이스부이다. 이 모션베이스부가 기울어지거나 상승하거나 하강하거나 하여 움직임으로써 탑승자는 실제로 자동차 경주를 하거나 전투기에 탑승한 것과 같은 체험을 하는 것이다. 이를 위하여 실제 자동차 경주를 하거나 전투기에 탑승함으로써 느낄 수 있는 동작들을 기계적인 자유도를 활용하여 이를 구현하여야 한다.
셋째는 상기 영상과 모션을 동조시키기 위한 제어프로그램이다. 즉 상기 모션베이스의 움직임이 미리 입력되어 있는 모션데이터와 상기 모션데이터에 저장된 움직임과 동일하게 상기 모션베이스가 움직이도록 제어하는 것을 포함하는 것이다.
한편, 상기의 모션 베이스부의 일 예로는 대한민국 등록특허 10-0986602호(시뮬레이터 모션장치와 이를 이용한 시스템)가 개발되어 출원되었다.
도 1에 도시된 바와 같이 상기 시뮬레이터 모션장치(100)는 모션 베이스(110) 및 모션 플랫폼(120)과, 복수의 작동봉(130), 모터장치(140), 캠구동부(150), 및 제어부(160)를 구비하여 3차원 움직임 즉, X축, Y축 및 Z축에 대해 각각 병진운동과 회전운동을 수행하도록 구성되어 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이 참조하면, 상기 시뮬레이터 모션장치를 이용한 시스템(200)은 모션 베이스(110), 모션 플랫폼(120), 작동봉(130), 모터장치(140), 캠구동부(150), 및 제어부(160)를 구비한 시뮬레이터 모션장치(100)를 이용하여 가상 환경에 맞도록 동적 변화를 구현하는 장치로 구성한 것으로, 탑승자나 탑승물이 올려지는 탑승장치(210)가 모션 플랫폼(120)의 상면에 결합된다. 이 탑승장치(210)는 모션 플랫폼(120)에 결합되는 탑승 베이스(211), 탑승 베이스(211)에 결합되는 시트(212), 및 모터장치(140)의 구동신호를 입력할 수 있도록 조이스틱, 버튼 등으로 구성되는 조작부(213)를 구비한다.
그러나, 이러한 종래의 시뮬레이터 모션장치와 이를 이용한 시스템은 한 쌍을 이루는 작동봉이 모션 플랫폼과 세 개의 지점으로 결합하기 때문에 탑승장치에 여러명이 탑승하여 승하강하는 경우 작동봉에 많은 하중이 걸리고, 이로 인해 잦은 고장이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 이러한 종래의 시뮬레이터 모션장치와 이를 이용한 시스템은 작동봉이 6축이고, 이에 따라 모터장치와, 캠구동부가 각각 6개씩 이루어지기 때문에 부피가 크고, 제작비용이 지나치게 상승되며, 구성부품이 많고 구조가 복잡하여 고장의 우려가 높을 뿐만 아니라 정기적으로 유지보수작업을 수행하여야 하므로 유지비용 및 운전비용의 상승을 초래하고 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 모션 베이스부가 모션 플레이트를 승하강시 3축의 승하강 로드와 3축의 유압 실린더, 즉 여섯 개의 지점을 통해 모션 플레이트를 지지함으로써 탑승장치에 하중이 걸린 상태에서 승하강하는 경우에도 하중을 분산하여 고장이 발생하는 것을 미연에 방지하고, 모션 플레이트를 중앙부에서 3축의 유압 실린더로 고정함으로써 하중에 의해 모션 플레이트가 뒤틀리는 것을 미연에 방지하도록 하는 뒤틀림 방지 및 수직 지지력이 보강된 시뮬레이터를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 수직으로 구성된 6축으로 모션 베이스부를 구동하여 구성을 단순화시킴으로써 부피가 상대적으로 작고, 제작비용을 상대적으로 낮추며, 유지 보수 비용 및 운전비용을 낮출 수 있도록 하는 뒤틀림 방지 및 수직 지지력이 보강된 시뮬레이터를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
3개의 축으로 이의 중심부를 지지하며 승하강되고, 3개의 축으로 이의 외곽부를 지지하며 승하강되어 X축, Y축 및 Z축에 대해 각각 병진운동을 수행하는 모션 베이스부와; 사용자가 탑승하도록 상기 모션 베이스부의 상면에 설치되어 상기 모션 베이스부의 동작에 따라 병진운동되는 탑승부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 모션 베이스부는 바닥면에 설치되는 베이스 프레임과; 상기 베이스 프레임에서 삼각형으로 배치되는 제 1~3모터와; 일단이 상기 제 1~3모터의 각각의 회전축과 링크 결합되어 상기 제 1~3모터의 회전에 따라 승하강되는 승하강 로드와; 상기 승하강 로드의 타단과 각각 유니버셜 조인트에 의해 결합되어 상기 베이스 프레임의 상측에 이격 설치되는 모션 플랫폼; 및 삼각형으로 배치된 상기 제 1~3모터의 내측 중심부에서 수직으로 상기 베이스 프레임에 일렬로 3개가 설치되고, 상면이 상기 모션 플랫폼의 중심부와 유니버셜 조인트에 의해 결합되어 상기 승하강 로드와 연동되어 상기 모션 플랫폼을 승하강시키고, 상기 모션 플랫폼의 회전을 방지하는 1~3유압 실린더로 이루어진다.
여기에서 또한, 상기 1~3유압 실린더는 상기 베이스 프레임 또는 외부에 설치된 유압 펌프 및 유압 라인을 통해 유압을 공급받아 동작한다.
여기에서 또, 상기 제 1~3모터는 각각의 회전축에 베어링이 고정되고, 상기 베어링이 상기 베이스 프레임과 수직으로 결합된 고정 플레이트에 의해 고정된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명인 뒤틀림 방지 및 수직 지지력이 보강된 시뮬레이터에 따르면, 모션 베이스부가 모션 플레이트를 승하강시 3축의 승하강 로드와 3축의 유압 실린더, 즉 여섯 개의 지점을 통해 모션 플레이트를 지지함으로써 탑승장치에 하중이 걸린 상태에서 승하강하는 경우에도 하중을 분산하여 고장이 발생하는 것을 미연에 방지하고, 모션 플레이트를 중앙부에서 3축의 유압 실린더로 고정함으로써 하중에 의해 모션 플레이트가 뒤틀리는 것을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 수직으로 구성된 6축으로 모션 베이스부를 구동하여 구성을 단순화시킴으로써 부피가 상대적으로 작고, 제작비용을 상대적으로 낮추며, 유지 보수 비용 및 운전비용을 낮출 수 있다.
도 1은 종래의 시뮬레이터 모션장치의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 2는 종래의 시뮬레이터 모션장치를 이용한 시스템의 구성을 나타낸 측면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 뒤틀림 방지 및 수직 지지력이 보강된 시뮬레이터의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 뒤틀림 방지 및 수직 지지력이 보강된 시뮬레이터의 구성을 나타낸 측면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 뒤틀림 방지 및 수직 지지력이 보강된 시뮬레이터중 모션 베이스부의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 뒤틀림 방지 및 수직 지지력이 보강된 시뮬레이터의 동작 상태를 나타낸 정면도이다.
이하, 본 발명에 따른 뒤틀림 방지 및 수직 지지력이 보강된 시뮬레이터의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 뒤틀림 방지 및 수직 지지력이 보강된 시뮬레이터의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 뒤틀림 방지 및 수직 지지력이 보강된 시뮬레이터의 구성을 나타낸 측면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 뒤틀림 방지 및 수직 지지력이 보강된 시뮬레이터중 모션 베이스부의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 뒤틀림 방지 및 수직 지지력이 보강된 시뮬레이터(1)는, 베이스부(10)와, 탑승부(20)로 구성된다.
먼저, 베이스부(10)는 베이스 프레임(11)과, 제 1~3모터(13)와, 승하강 로드(15)와, 모션 플랫폼(17)과, 제 1~3유압 실린더(19)로 구성된다.
베이스 프레임(11)은 금속 재질로 내부에 격자가 형성된 사각틀 형태로 형성되어 설치 공간의 바닥면에 설치된다.
제 1~3모터(13)는 베이스 프레임(11)에서 삼각형으로 배치된다. 여기에서, 제 1~3모터(13)는 베이스 프레임(11) 상에서 전면에 2개 후단에 한 개로 설치되고, 베이스 프레임(11) 상에서 지지 플레이트(30)에 의해 고정 설치된다. 여기에서 또한, 제 1~3모터(13)는 각각의 회전축(13a)에 베어링(40)이 고정되고, 베어링(40)이 지지 플레이트(30)와 수직으로 결합된 고정 플레이트(50)에 의해 고정된다. 여기에서, 또, 제 1~3모터(13)는 각각의 회전축(13a)에 감속 기어(미도시)가 구비되는 것이 바람직하다.
승하강 로드(15)는 일단이 제 1~3모터(13)의 각각의 회전축(13a)과 링크(60)에 의해 결합되어 각각의 제 1~3모터(13)의 회전에 따라 각각 승하강된다.
모션 플랫폼(17)은 승하강 로드(15)의 타단과 각각 유니버셜 조인트(70)에 의해 결합되어 베이스 프레임(11)의 상측에 이격 설치되고, 승하강 로드(15)에 의해 X축, Y축 및 Z축에 대해 각각 병진운동을 수행한다.
제 1~3유압 실린더(19)는 삼각형으로 배치된 제 1~3모터(13)의 내측 중심부에서 수직으로 지지 플레이트(30)에 의해 베이스 프레임(11)에 일렬로 고정 설치되고, 각각의 상면이 모션 플랫폼(17)의 중심부와 유니버셜 조인트(70)에 의해 결합되어 모션 플랫폼(17)에 승하강력을 제공하고, 모션 플랫폼(17)의 회전을 방지한다. 여기에서, 제 1~3유압 실린더(19)는 베이스 프레임(11) 또는 외부에 설치된 유압 펌프 및 유압 라인(미도시)을 통해 유압을 공급받아 동작한다. 여기에서 또한, 제 1~3유압 실린더(19)는 외부의 제어에 따라 그 승하강 높이가 개별적으로 제어된다. 여기에서 또, 제 1~3유압 실린더(19)중 어느 하나의 실린더는 모션 플랫폼(17)의 무게 중심점에 설치되고, 나머지 두 개의 실린더는 이의 양측면에 설치되는 것이 바람직하다.
그리고, 탑승부(20)는 프레임 형태로 제작되어 사용자가 탑승하도록 내부에 복수의 시트(미도시)와, 영상을 디스플레이하는 디스플레이부(미도시) 및 안전 장치(미도시)가 구비되고, 저면이 모션 플랫폼(17)에 결합되어 모션 베이스부(10)의 동작에 따라 병진운동된다.
한편, 본 발명인 뒤틀림 방지 및 수직 지지력이 보강된 시뮬레이터(1)에서는 영상에 따른 모션 신호에 따라 제 1~3모터(13)의 회전과 제 1~3유압 실린더(19)의 승하강을 제어하는 모션 콘트롤러(미도시)가 구비되는 데, 이러한 구성은 통상의 구성으로 그 설명은 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 뒤틀림 방지 및 수직 지지력이 보강된 시뮬레이터의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 뒤틀림 방지 및 수직 지지력이 보강된 시뮬레이터의 동작 상태를 나타낸 정면도이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 사용자가 탑승부(20)의 시트에 탑승한 후 안전 장치를 착용한다.
이러한 상태에서 영상이 디스플레이되면, 모션 콘트롤러는 모션 신호에 따라 제 1~3모터(13)의 회전을 제어한다.
그러면, 제 1~3모터(13)가 정·역회전되면서 생성된 동력은 일정 비율로 감속되어 링크(60)를 회전시킨다. 이때, 제 1~3모터(13)의 회전시 회전축(13a)에 베어링(50)이 고정 플레이트(50)에 의해 고정되어 있기 때문에 이에 하중이 가해지더라도 회전축(13a)이 수평을 유지하게 된다.
이로 인해, 링크(60)는 제 1~3모터(13)의 회전방향에 따라 상승방향 및 하강방향으로 회동동작을 수행하게 되는데, 이때, 제 1~3모터(13)는 모션 콘트롤러의 구동신호에 따라 동일 방향 또는 서로 다른 방향으로 회동되므로 각 승하강 로드(15)가 동일 방향 또는 서로 다른 방향으로 승하강되어 3차원의 동적 움직임을 구현하게 된다.
결국, 도 6에 도시된 바와 같이 승하강 로드(15)와 유니버셜 조인트(70)에 의해 연결된 모션 플랫폼(17)가 승하강 로드(15)의 움직임과 동일하게 X축, Y축 및 Z축에 대해 각각 병진운동을 수행한다.
한편, 제 1~3유압 실린더(19)는 모션 플랫폼(17)의 승하강시 모션 플랫폼(17)을 지지하는 구조이기 때문에 하강시 유압의 반력에 의해 충격을 흡수하고, 승강시 유압에 의해 승하강 로드(15)에 발생하는 하중을 분담한다. 또한, 제 1~3유압 실린더(19)의 모션 플랫폼(17)과 3지점이 일렬로 연결되어 있기 때문에 모션 플랫폼(17)이 회전되는 것을 방지한다.
계속해서 모션 콘트롤러는 모션 신호에 따라 제 1~3모터(13)와 연동하여 제 1~3유압 실린더(19)의 승하강 높이를 제어한다. 즉, 승하강 로드(15)의 승하강 높이에 따라 제 1~3유압 실린더(19)의 높이를 독립적으로 제어한다.
본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 베이스부 11 : 베이스 프레임
13 : 제 1~3모터 15 : 승하강 로드
17 : 모션 플랫폼 19 : 유압 실린더
20 : 탑승부 30 : 지지 플레이트
40 : 베어링 50 : 고정 플레이트
60 : 링크 70 : 유니버셜 조인트

Claims (4)

  1. 바닥면에 설치되는 베이스 프레임과, 상기 베이스 프레임에서 삼각형으로 배치되는 제 1~3모터와, 일단이 상기 제 1~3모터의 각각의 회전축과 링크 결합되어 상기 제 1~3모터의 회전에 따라 승하강되는 승하강 로드와, 상기 승하강 로드의 타단과 각각 유니버셜 조인트에 의해 결합되어 상기 베이스 프레임의 상측에 이격 설치되는 모션 플랫폼과, 삼각형으로 배치된 상기 제 1~3모터의 내측 중심부에서 수직으로 상기 베이스 프레임에 일렬로 3개가 설치되고, 상면이 상기 모션 플랫폼의 중심부와 유니버셜 조인트에 의해 결합되어 상기 승하강 로드와 연동되어 상기 모션 플랫폼을 승하강시키고, 상기 모션 플랫폼의 회전을 방지하는 제 1~3유압 실린더로 이루어지는 모션 베이스부와;
    사용자가 탑승하도록 상기 모션 베이스부의 상면에 설치되어 상기 모션 베이스부의 동작에 따라 병진운동되는 탑승부를 포함하는 것을 특징으로 하는 뒤틀림 방지 및 수직 지지력이 보강된 시뮬레이터.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1~3유압 실린더는,
    상기 베이스 프레임 또는 외부에 설치된 유압 펌프 및 유압 라인을 통해 유압을 공급받아 동작하는 것을 특징으로 하는 뒤틀림 방지 및 수직 지지력이 보강된 시뮬레이터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1~3모터는,
    각각의 회전축에 베어링이 고정되고, 상기 베어링이 상기 베이스 프레임과 수직으로 결합된 고정 플레이트에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 뒤틀림 방지 및 수직 지지력이 보강된 시뮬레이터.
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