KR101165573B1

KR101165573B1 - 좌석진동 재현장치를 구비한 항공기 시뮬레이터

Info

Publication number: KR101165573B1
Application number: KR1020120023777A
Authority: KR
Inventors: 구칠효
Original assignee: 주식회사 바로텍시너지
Priority date: 2012-03-08
Filing date: 2012-03-08
Publication date: 2012-07-23

Abstract

본 발명은 좌석용 의자에 별도의 진동장치를 구비한 항공기 시뮬레이터에 관한 것으로서, 가상의 비행 상황을 재현하는 모션 재현장치로 구현하기 어려운 고주파의 진동을 의자 전체에 가하는 한편, 진동 주파수는 물론이고 진폭도 조절하여 실제 항공기에서 발생하는 진동을 체감하게 하는 좌석진동 재현장치를 구비한 항공기 시뮬레이터에 관한 것이다.

Description

좌석진동 재현장치를 구비한 항공기 시뮬레이터{AIRCRAFT SIMULATOR WITH SEAT SHAKER}

본 발명은 좌석용 의자에 별도의 진동장치를 구비한 항공기 시뮬레이터에 관한 것으로서, 가상의 비행 상황을 재현하는 모션 재현장치로는 구현하기 불가능한 고주파의 진동을 의자 전체에 가하는 한편, 진동 주파수는 물론이고 진폭도 조절하여 실제 항공기에서 발생하는 진동을 시뮬레이터에서 체감하게 하는 좌석진동 재현장치를 구비한 항공기 시뮬레이터에 관한 것이다.

항공기 시뮬레이터는, 조종사가 실제 항공기를 조종하는 것처럼 느끼도록 가상의 비행 상황을 재현하여 비행 훈련 또는 탑승체험을 하는 시스템으로서, 일반적인 구조에 대해 종래기술을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 대한민국 등록특허 제10-0986602호에서 개시한 시뮬레이터로서, 바닥면에 놓이는 베이스(20), 조종사가 착석할 의자(12)를 탑재하며 베이스(20)의 상부에 배치되는 모션 플랫폼(10), 베이스(20)에 지지된 상태로 상부의 모션 플랫폼(10)을 움직여 가상 비행 상황을 재현하는 모션 재현장치(30)를 포함하여 구성된다.

일반적으로 모션 재현장치(30)는 도 1에서 보여주는 바와 같이 하단을 베이스(20)에 접속하고 상단을 모션 플랫폼(10)의 저면에 접속한 다수의 작동봉(31)과, 작동봉(31)을 신축 또는 각운동 시키는 액츄에이터(32)로 구성된다. 그리고, 각각의 작동봉(31)은 모션 플랫폼(10)의 6자유도(6 Degrees Of Freedom : 수평, 수직, 깊이, 피치, 요, 롤)를 가능하게 배치되며, 베이스(20)와의 접속 및 모션 플랫폼(10)과의 접속방식은 6자유도를 위한 작동봉(31)의 움직임 방식에 따라 다양하게 구성 가능하다. 예를 들면, 액츄에이터(32)의 모터 회전축에 편심회전축을 형성한 후에 작동봉(31)의 하단을 편심회전축에 링크 결합하고, 작동봉(31)의 상단을 회전 가능하게 모션 플랫폼(10)에 결합한다.

아울러, 모션 플랫폼(10)에는 의자(12)의 앞쪽에 배치되는 조종간(13)이 마련되어 조종사가 의자(12)에 앉아 조종간(13)으로 가상 조종하며, 조종간(13)의 가상 조종을 호스트컴퓨터(40)에서 해석한다. 그리고, 호스트컴퓨터(40)는 가상 조종에 대응되는 동적 변화가 모션 플랫폼(10)에서 일어나도록 모션 재현장치(30)를 제어한다. 또한, 도 1에는 도시하지 아니하였지만, 가상 공간을 보여주는 스크린, 계기판, 랜딩기어 등과 같은 다양한 장치들과 이에 연결되는 부속장치들을 모션 플랫폼(10)에 설치하기도 한다.

이와 같이 구성되는 항공기 시뮬레이터는, 조종사가 의자에 앉아 조종간으로 조종하면 조종간의 조종 양태에 대응되는 동적 변화를 모션 플랫폼(10)에 부여하여 의자에 앉은 조종사가 느끼게 한다. 또한, 조종간에 의한 동적 변화 외에도, 착륙 상황, 이상기류가 발생한 상황, 또는 비상상황 등의 특수 상황을 부여하기 위한 진동도 모션 재현장치(30)를 이용하여 가한다.

하지만, 실제 시뮬레이터에서 모션 재현장치(30)는 일반적으로 5Hz 이하의 저주파 거동을 모션 플랫폼(10)에 구현할 수 있으나, 5Hz를 초과하는 고주파 거동은 구현하기 어렵다. 이는, 항공기 시뮬레이터를 구성하는 모션 플랫폼이 일반적으로 15톤에 이르는 무거운 중량을 갖게 되어 고주파의 동적 변화를 가하기가 어렵기 때문이다.

특히, 회전익 항공기는 회전익에 의한 고주파 진동이 다른 고정익 항공기에서 발생하는 진동보다 심하지만, 도 1에 도시된 종래 기술에 따른 시뮬레이터로는 이러한 고주파 진동이 발생하는 회전익 항공기의 비행 상황을 재현하기 어렵다.

따라서, 일반적으로 항공기의 특수 상황에서 발생하는 진동이 수직방향으로 일어나고, 실제 항공기에서 발생하는 진동의 주파수는 최대 20Hz정도임을 고려하여 5Hz~20Hz의 고주파를 갖는 수직방향의 진동을 의자에 앉은 사람이 느끼도록 하는 진동 재현 기술이 요구된다.

의자에 앉은 사람에게 고주파의 진동을 느끼도록 하기 위한 방편으로, 의자의 앉는 자리에 진동장치를 설치할 수도 있으나, 이와 같이 설치한 진동장치는 의자 전체에 진동을 주는 것이 아니라서 엉덩이 부분만 들썩이는 데 그칠 뿐, 실제 상황처럼 진동을 느끼게 할 수 없다.

한편, 항공기의 비행 상황에서 발생하는 실제 진동은 상황에 따라 주파수 및 진폭이 달라지므로, 다양한 비행 상황을 항공기 시뮬레이터로 연출할 때에 비행 상황에 맞는 주파수 및 진폭으로 가변하며 진동을 가하는 것이 요구된다.

또한, 진폭이 너무 작으면 수직방향의 진동이 모션 재현장치에 의한 거동과 혼동되어 회전 진동처럼 느낄 수 있으므로, 진폭의 가변 범위를 크게 할 필요가 있다. 아울러, 의자가 탑재되는 모션 플랫폼에는 다양한 장치들이 탑재되고, 사람의 체중 및 의자의 중량을 충분히 감당할 수 있어야 하므로, 고주파를 가하기 위한 장치의 구조 및 설치 방법도 간단하게 구성하고 과체중의 사람이 의자에 앉더라도 원하는 진폭으로 진동을 가하게 함이 바람직하다.

또한, 일반적으로 항공기는 복좌 구조를 갖추어 조종사와 부조종사가 일조로 탑승하므로, 두개의 의자에 동일한 진동을 가하도록 연동하는 것이 바람직하다.

KR 10-0986602 B1 2010.10.04.

따라서, 본 발명의 목적은 항공기 시뮬레이터에서 모션 재현장치에 의한 거동과는 별도로 사람이 앉는 의자 전체에 고주파의 진동을 가하는 좌석진동 재현장치를 구비한 항공기 시뮬레이터를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 구조가 간단하여 설치하기 쉽고, 진동을 일으키는 구조가 튼튼하여 의자를 통해 가해지는 중량을 충분히 감당하며, 고주파의 진동을 가함에 있어 진동의 진동주기 및 진폭을 실시간 가변시킬 수 있어서 연출하는 비행 상황을 즉각적으로 실감하는 좌석진동 재현장치를 구비한 항공기 시뮬레이터를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 복좌 구조에서 각각의 의자에 앉는 사람들이 서로 동일한 진동주기 및 진폭의 진동을 실감할 수 있게 하는 좌석진동 재현장치를 구비한 항공기 시뮬레이터를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 좌석용 의자(12)가 마련된 모션 플랫폼(10)을 호스트컴퓨터(40)의 지시에 따라 움직여 가상의 비행 상황을 재현하는 항공기 시뮬레이터에 있어서, 의자(12)를 탑재한 상태로 모션 플랫폼(10)에 장착되어 의자(12) 전체에 진동을 가하는 좌석진동 재현장치(50);가 더욱 포함되어 구성됨을 특징으로 한다.

상기 좌석진동 재현장치(50)는, 진동판(100)에 의자(12)를 탑재하고, 진동판(100)을 상하 진동하게 한 것임을 특징으로 한다.

상기 진동판(100)의 후단을 회동 가능하게 고정하고, 상기 좌석진동 재현장치(50)는, 진동판(100)의 전단을 상하로 움직이는 서보 액츄에이터(200)와, 호스트컴퓨터(40)의 지령을 해석하여 지령에 따른 진동의 양상대로 동작하도록 서보 액츄에이터(200)를 제어하는 컨트롤러(300)를 포함하여서, 호스트컴퓨터(40)의 지령에 따라 의자(12)에 진동을 가하는 것임을 특징으로 한다.

상기 진동의 양상은, 진동주기 및 진폭을 포함하며, 상기 서보 액츄에이터(200)는, 진폭에 대응되는 상하 움직임의 범위와 진동주기에 대응되는 상하 움직임의 주기로 상기 진동판(100)의 전단을 상하로 움직임을 특징으로 한다.

상기 서보 액츄에이터(200)는, 상기 컨트롤러(300)에 의해 제어되어 정/역회전 운동을 반복하는 서보 모터(210); 상기 서보 모터(210)의 정/역회전 운동을 상하 운동으로 변환하여 상기 진동판(100)의 전단을 상하로 움직이는 기구부(220); 를 포함하여 구성되며, 상기 컨트롤러(300)는, 서보 모터(210)의 회전각 범위를 360°보다 작게 정하여 회전각 범위 내에서 정/역회전으로 회동하게 하여, 기구부(220)의 상하 운동 범위를 제어하고, 정/역회전의 반복 주기로 기구부(220)의 상하 운동 주기를 제어함을 특징으로 한다.

상기 기구부(220)는, 일단에 편심축(222)을 구비하고 타단을 상기 서보 모터(210)의 회전축에 고정한 샤프트(221); 상단을 상기 진동판(100)의 전단 하부에 회전 가능하게 축결합하고 하단을 상기 샤프트(221)의 편심축(222)에 회전 가능하게 축결합한 쉐이킹 블록(223); 샤프트(221)를 회전가능하게 지지하는 샤프트 블록(224); 샤프트(221)의 회전 위치를 감지하여 상기 컨트롤러(300)에 전달함으로써 회전각 범위를 제어하게 하는 센서(225); 를 포함하여 구성을 특징으로 한다.

상기 컨트롤러(300)에 의해 제한되는 회전각 범위는, 상기 샤프트(221)의 회전각 범위이되, 연직선에 대해 좌우 대칭되는 범위로 제어함을 특징으로 한다.

상기 진동판(100) 및 서보 액츄에이터(200)는, 모션 플랫폼(10)에 준비할 의자(12)의 개수만큼 마련되어 시트(12)별로 설치되고, 상기 컨트롤러(300)는, 동일한 진동 주기 및 진폭으로 각각의 시트(12)를 진동하도록 서보 액츄에이터(200)들을 제어하되, 조종사가 착석하지 아니한 시트에 대응되는 서보 액츄에이터(200)를 멈춤 상태로 유지함을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 모션 플랫폼(10)에 동적 변화를 주는 모션 재현장치와는 별도로 의자(12)에 고주파 진동을 가하는 좌석진동 재현장치(50)를 장착하여서, 실제 비행 상황에서 발생하는 고주파 진동을 정확하게 재현할 수 있으며, 의자(12) 전체는 물론이고 의자(12)가 놓이는 발판 전체를 진동판으로 하여 진동을 가함으로써 의자(12)에 착석한 사람이 실제 비행 상황에서 발생하는 진동으로 착각할 정도로 실감할 수 있다.

또한, 본 발명은 실제 비행 상황에서 발생하는 상하 진동을 구현함은 물론이고, 진동판(100)의 후단을 회전축으로 하여 진동판(100)의 전단을 상하 진동하는 구조로서 진동판(100) 전체를 상하로 진동하는 방식에 비해 구조가 간단하고, 설치하기에도 용이하다.

또한, 본 발명은 진동의 주기뿐만 아니라 진폭도 가상 비행 상황에 맞게 조절함으로써, 진동이 발생하는 비행 상황을 정확하게 재현한다.

또한, 본 발명은 회전운동을 수직 운동으로 변환하여 진동을 가하되, 회전운동의 회전각 범위를 조절하여 진폭을 조절하므로, 진폭 조절을 서보 드라이버를 이용해 간편하게 프로그램적으로 구현하고, 구조적으로는 단순하다.

또한, 본 발명은 회전운동을 수직 운동으로 변환하는 기구부(220)의 구조가 과하중에 충분이 견디는 구조여서 내구성이 우수하다.

또한, 본 발명은 일반적으로 복좌 구조를 갖는 항공기에 적합하도록 각 의자에 독립적으로 진동을 가하되, 동일한 진동주기 및 진폭을 가하여 주조종사 및 부조종사가 동일한 진동을 느끼게 하며, 복좌 구조의 모션 플랫폼(10)에서 주조종사 혼자서 비행 연습을 하는 상황도 구현할 수 있다.

도 1은 종래 시뮬레이터의 측면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 항공기 시뮬레이터의 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 항공기 시뮬레이터에서, 좌석진동 재현장치(50)의 진동판(100) 및 서보 액츄에이터(200)를 서로 결합된 상태와, 진동판(100)에 의자(12)를 고정한 상태를 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 항공기 시뮬레이터에서, 좌석진동 재현장치(50)의 진동판(100) 및 서보 액츄에이터(200)를 서로 분리한 상태와, 의자(12)를 진동판(100)으로부터 분리한 상태를 보여주는 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 항공기 시뮬레이터에서, 진동판의 내부를 보여주는 사시도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 항공기 시뮬레이터에서, 서보 액츄에이터(200)의 사시도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 항공기 시뮬레이터에서, 서보 액츄에이터(200)의 기구부(220) 내부를 보여주기 위한 사시도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 항공기 시뮬레이터에서, 서보 액츄에이터(200)의 분리 사시도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

특히, 항공기 시뮬레이터에서 모션 플랫폼의 일반적인 구조, 모션 플랫폼에 6자유도를 가하는 모션 재현장치, 모션 재현장치를 지지하는 베이스 구조, 모션 플랫폼에 탑재한 장치와 모션 재현장치를 제어하는 호스트컴퓨터는 배경기술에서 언급한 종래기술은 물론이고 다른 종래기술에서도 채용되는 것이므로, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어 본 발명의 기술적 사상을 이해할 정도로만 간략하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 항공기 시뮬레이터의 사시도이다.

도 3은 좌석진동 재현장치(50)의 진동판(100) 및 서보 액츄에이터(200)의 결합 사시도로서, 진동판(100)에 의자(12)가 고정된 상태를 보여준다.

상기 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 항공기 시뮬레이터는 바닥면에 놓이는 베이스(20), 의자(12)를 탑재한 모션 플랫폼(10), 모션 플랫폼(10)을 베이스(20)의 상부에 위치하도록 지지하며 모션 플랫폼(10)에 동적 변화를 가하는 모션 재현장치(30), 및 모션 재현장치(30)를 제어하여 모션 프랫폼(10)의 의자(12)에 착석한 사람에게 가상의 비행 상황을 느끼게 하는 호스트컴퓨터(40)를 포함하여 구성된다. 이와 같은 베이스(20), 모션 플랫폼(10), 모션 재현장치(30) 및 호스트 컴퓨터(40)는 일반적으로 공지된 기술이므로 상세한 설명을 생략하고, 본 발명에 채용된 특징적 구성요소에 대해서 상세하게 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 항공기 시뮬레이터는, 모션 플랫폼(10)에 좌석용으로 마련되는 의자(20)를 탑재함에 있어서, 먼저, 진동판(100), 서보 액츄에이터(200) 및 컨트롤러(300)를 포함하여 구성되는 좌석진동 재현장치(50)를 모션 플랫폼(10)에 설치한 이후에 의자(20)를 좌석진동 재현장치(50)의 진동판(100)에 탑재한다.

항공기 시뮬레이터의 모션 플랫폼(10)에는 도면에는 도시하지 아니하였지만 상기한 의자(20) 외에도 조종간, 랜딩기어, 스크린, 계기판 등의 다양한 장치들이 설치되며 특히 조종간 및 랜딩기어에 연결되는 장치를 의자(20)보다 낮게 설치하기 위해서 시트장착 프레임(11)이라는 고정틀을 모션 플랫폼(10)의 상부에 고정한다.

상기 좌석진동 재현장치(50)의 진동판(100)은 이러한 시트장착 프레임(11)에 설치되고, 진동판(100)에 진동을 가하는 상기 서보 액츄에이터(200)를 진동판(100)의 하부에 설치하며, 상기 컨트롤러(300)는 적절한 위치(예를 들면 모션 플랫폼의 외측면)에 설치한다. 이와 같이 좌석진동 재현장치(50)의 구성요소들을 설치한 이후에 진동판(100)의 상면에 의자(12)를 고정하며, 항공기 시뮬레이터를 가동하면, 컨트롤러(300)가 호스트컴퓨터(40)에서 지시하는 진동 양상에 맞게 서보 액츄에이터(200)를 동작시켜 진동판(100)을 상하로 진동하게 한다. 이러한 진동은 의자(12) 전체에 전달되므로, 의자(12)에 착석한 사람이 실제 비행 상황에서 발생할 수 있는 진동을 실감나게 느낄 수 있다.

상기 컨트롤러(300)는 서보 액츄에이터(200)를 제어하는 서보 드라이브(310)와 호스트컴퓨터(40)로부터 진동 양상(진동 주기 및 진폭)을 지령으로 입력받아 지령을 해독하여 해당되는 진동 양상으로 상기 서보 드라이브(310)가 서보 액츄에이터(200)를 제어하게 하는 컴퓨터(320)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 서보 드라이브(310)는 후술하는 서보 액츄에이터(200)의 서보 모터(210)를 지령에 의한 진동 양상(진동 주기 및 진폭)에 맞게 회동하도록 제어하는 구성으로서, 서보 모터(210)의 회동을 정밀하게 제어한다. 부연하면, 서보 모터(210)의 동작이 지령에 의한 진동 양상에 맞는 회동 동작으로 수렴하도록 제어한다.

아울러, 모션 플랫폼(10)에는 두개의 의자(12)들이 마련되는 데, 이는 일반적으로 주조종사와 부조종사가 탑승하는 복좌 항공기를 염두에 둔 것으로서, 이에 따라, 상기한 진동판(100) 및 서보 액츄에이터(200)는 의자(12)의 개수에 맞게 설치되고 각각의 진동판(100)에 의자(12)를 하나씩 고정한다. 그리고, 컨트롤러(300)는 각각의 서보 액츄에이터(200)를 개별적으로 제어하되, 진동의 주기 및 진폭이 동일하게 발생하도록 제어한다.

또한, 컨트롤러(300)는 사람이 착석하지 아니한 의자(12)에는 진동을 가하지 아니하도록 하기 위해서 사람이 착석하지 아니한 의자(12)에 대응되는 서보 액츄에이터(200)를 제외하고 사람이 착석한 의자(12)에 대응되는 서보 액츄에이터(200)만 진동을 가하도록 동작시킨다. 여기서, 사람의 착석 여부는 별도의 조작 스위치, 또는 의자(12)를 통해 가해지는 하중의 변화를 감지하는 센서에 의해서 상기 컨트롤러(300)가 인지하도록 할 수 있다.

도 4는 좌석진동 재현장치(50)의 진동판(100) 및 서보 액츄에이터(200)가 서로 분리된 상태, 및 의자(12)가 진동판(100)으로부터 분리된 상태를 보여주는 도면이다.

도 5는 진동판의 내부를 보여주는 사시도이다.

상기 도 4 및 도 5를 참조하면, 진동판(100)은 전후방향으로 긴 장방형을 이루고 내부공간을 갖추며, 후방의 양측에 회동축(110)을 마련하여 회동축(110)을 모션 플랫폼(10)의 시트장착 플레임(11)에 회동가능하게 축설함으로써 전방을 들어올리거나 내리는 방식으로 회동할 수 있다. 그리고, 후술하는 쉐이킹 블록(223)의 상단에 구비되는 베이링에 힌지(121) 결합하여 회전 가능하게 축설하는 힌지 연결부(120)를 진동판(100)의 전방 저면에 구비한다.

진동판(100)의 상면에는 전후방향으로 길게 이어진 장공(130)이 형성되고, 장형의 가이드(140)가 장공(130)에 끼워지며, 여기서, 가이드(140)의 상부는 진동판(100)의 상부로 돌출되어 의자(12)의 하단을 고정할 수 있고, 가이드(140)의 하부는 진동판(100)의 내부공간에 있게 되어 진동판(100)의 내부공간에 전후방향으로 길게 형성된 레일(150)을 따라 슬라이딩할 수 있다. 또한, 가이드(140)의 길이는 장공(130)의 길이보다 짧지만 전후방향으로 길게 형성되고, 의자(12) 다리의 고정 위치를 바꿀 수 있다. 이러한 의자(12)를 가이드(140)에 고정하되 전후 방향으로 위치를 바꾸는 구성요소는 예를 들면 자동차 시트의 위치 이동기술을 채용할 수 있다.

진동판(100)의 내부공간에는 상기 가이드(140)를 전후방향으로 이동하는 전후진수단(160)이 마련된다. 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면, 상기 전후진수단(160)은 전후방향으로 길게 놓인 수나사 봉(162)과, 수나사 봉(162)에 나사체결되고 가이드(140)의 하부에 고정되는 이동체(161)와, 수나사 봉(162)의 전방을 회전 가능하게 지지하는 지지체(164)와, 수나사 봉(162)의 후단에 축연결되어 수나사 봉(162)을 정/역 회전시키는 모터(163), 수나사 볼(162)과 모터(163)의 회전축 간의 축연결을 단속하는 클러치(165), 및 클러치(165)의 축연결 단속 동작을 제어하는 릴리스(166)를 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성됨에 따라 상기 모터(163)로 수나사 봉(162)을 회전시켜 상기 이동체(161)를 전후방향으로 이동시킴으로써 가이드(140)를 전후방향으로 이동할 수 있다. 결국, 가이드(140)에 고정되는 의자(12)를 모터(163)의 회전방향에 따라 진동판(100)의 전방향 또는 후방향으로 이동할 수 있다. 또한, 모터(163)를 멈추지 아니하고 클러치(165)를 이용한 축연결의 단속으로 의자(12)를 이동/정지할 수 있다.

이러한, 전후진수단(160)은 비행 상황을 재현할 시에 의자(12)를 전후 방향으로 이동하는 쏠림 현상 또는 전후방향 진동도 재현 가능하게 한다. 또한, 의자(140)의 고정위치를 상기 가이드(140) 상에서 변경하는 것처럼, 상기 전후진수단(160)을 이용하여 상기 가이드(140)를 이동함으로써 의자(140)의 고정위치를 진동판(110) 상에서 변경 가능하게 한다.

도 6은, 서보 액츄에이터(200)의 사시도이다.

도 7은, 서보 액츄에이터(200)의 기구부(220) 내부를 보여주기 위해서 기구부(220)의 측면 커버들을 벗기 상태로 도시한 사시도이다.

도 8은, 서보 액츄에이터(200)의 분리 사시도이다.

상기 도 6 내지 도 8을 참조하면, 서보 액츄에이터(200)는 상기 컨트롤러(300)의 서보 드라이브(310)에 의해 정/역 회전 운동하는 서보 모터(210)와; 서보 모터(210)의 정/역 회전 운동을 상하 직선운동으로 변환하여 상기 진동판(100)의 전방에 전달함으로써 상기 진동판(100)을 상하로 회동하게 하는 기구부(220); 를 포함하여 구성된다.

구체적으로 설명하면, 상기 서보 모터(210)는 상기 서보 드라이브(310)의 제어신호에 따라 회전축(211)의 정지 및 정/역 회전 등의 동작을 하도록 설계되며, 회전축을 통해 힘을 전달한다. 상기 서보 모터(210)는 회전축(211)이 수평을 이루면서 기구부(200)의 측면 커버를 관통하도록 설치된다.

상기 기구부(121)는, 서보 모터(210)의 회전축(211)에 일단을 축연결하여 회전축(211)에 의해 회전하는 샤프트(221), 샤프트의 회전 중심에 대해 편심된 축을 이루며 샤프트(221)의 타단에 형성되는 편심축(222), 편심축(222)에 회전 가능하게 축결합되는 쉐이킹 블록(223), 샤프트(221)를 회전 가능하게 지지하는 샤프트 블록(224), 샤프트(221)의 회전 위치를 감지하는 센서(225), 를 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성되는 기구부(121)는 쉐이킹 블록(223)을 세워서 상기 진동판(100)의 전단 하부에 형성된 힌지 연결부(120)에 회전 가능하게 축결합함으로써 서보 모터(210)의 회전력을 이용하여 상기 진동판(100)을 상하로 진동시킬 수 있다. 여기서, 상기 쉐이킹 블록(223)은 상하에 각각 베이링(223a, 223b)이 구비되어 하부의 베이링(223b)을 이용하여 편심축(222)에 회전가능하게 축결합하고, 상부의 베이링(223a)을 도 4에 도시한 바와 같이 힌지(121)를 이용하여 상기 진동판(100)의 힌지 연결부(120)에 회전 가능하게 축결합한다. 한편, 상기 진동판(100)을 회동축(110)을 중심축으로 하여 진동시키려면 상기 쉐이킹 블록(223)이 전후로 약간씩 기울어져야 하므로, 도면에 도시된 바와 같이 상부 베이링(223a)의 회전 중심축, 샤프트(221)의 회전축(211) 및 편심축(222)이 동일하게 횡방향을 향하게 한다. 다시 말해서, 진동판의 회전축 길이 방향과 평행하게 한다.

상기 샤프트 블록(224)은, 샤프트(221)를 회전 가능하게 지지하는 구성으로서, 샤프트(221)에 가해는 하중을 감당한다. 도 8을 참조하면, 샤프트(221)의 중간 외주면(221a)에 베어링(221b)를 삽입하여 베어링(221b)의 외주면이 상기 샤프트 블록(126)의 내주면에 끼워지게 한다. 여기서, 상기 쉐이킹 블록(223)을 통해 상기 샤프트(221)로 가해지는 하중은 과중하므로, 복수개의 베어링(221b)을 사용한다. 이는, 과중한 하중에 의해 베이링(221b)이 파손되는 것을 방지하기 위함이다. 여기서 사용되는 상기 베이링(221b)은 레이디얼(Radial) 베어링이면 만족한다.

상기 센서(225)는, 샤프트(221)의 회전 위치를 감지하는 구성으로서, 편심축(222)이 형성된 샤프트(221)의 일면 외측에 배치되도록 브라켓(225a)에 의해 상기 샤프트 블록(224)에 고정된다. 상기 센서(225)에서 감지한 샤프트(221)의 회전 위치는 컨트롤러(300)에 전달된다.

이와 같이 상기 센서(225)를 구비한 액츄에이터(200)는, 컨트롤러(300)에 의해 상기 진동판(100)의 진동주기 및 진폭을 조절하도록 동작한다. 여기서, 진동주기는 진동판(100)의 상하 움직임의 주기에 대응되고, 진폭은 진동판(100)의 상하 움직임 범위에 대응된다.

즉, 상기 컨트롤러(300)는 서보 액츄에이터(200)로 진동을 가하기 위해 서보 모터(210)를 회전 운동시킴에 있어서, 서모 모터(210)의 회전축(211)이 360°보다 작게 설정되는 회전각 범위 내에서 정/역 회전을 반복하도록 회동시키고, 정/역 회전의 반복 주기는 진동주기에 맞춘다. 이때, 회전축(211)의 회동 범위는 편심축(222)이 최저점에 있을 때를 기준으로 편심축(222)이 최고로 높아지는 위치를 나타낸다. 따라서, 회전축(211)에 축연결되는 샤프트(221)의 회전에 의해 편심축(222)이 도달하는 높이가 달라지므로, 진폭에 대응되는 회전각 범위는 샤프트(221)의 회전 중심축과 편심축(222) 간의 거리에 기초하여 계산할 수 있다. 실제 진폭을 조절할 때에 상기 컨트롤러(300)는 지령에 의해 진동의 진폭을 전달받으면, 진폭에 대응되는 샤프트(221) 회전각 범위를 계산하고, 샤프트(221)의 회전이 회전각 범위 내에서만 이루어지도록 서보 모터를 제어한다. 서보 모터의 제어는, 상기 센서(225)로 감지한 샤프트(221)의 회전위치가 회전각 범위의 최대치에 해당되면 회전 방향을 바꾸는 방식으로 이루어진다.

상기 샤프트(221)의 회전각 범위는, 상기 샤프트(221)의 회전에 따라 위치 변화하는 편심축(222)의 최저점을 기준으로 연직선에 대해 좌우 대칭되는 범위로 정하는 것이 바람직하다. 그러면, 상기 샤프트(221)는 정방향으로 회전하다가 회전각 범위의 최대점에 도달하면 역방향으로 전환하고 역방향으로 회전하다가 최대점에 도달하면 다시 정방향으로 전환한다. 즉, 정방향으로 회전하여 진동판(100)을 높이는 최대값과 역방향으로 회전하여 진동판(100)을 높이는 최대값은 동일하게 되며, 정/역 회전 주기의 두배값이 진동판(100)의 진동 주기로 나타난다. 이에 따라 정/역 회전 주기를 줄이면서 진동 주기를 높이는 결과를 얻는다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 항공기 시뮬레이터는 가상의 비행상황을 재현하는 모션 재현장치와는 별도로 좌석진동 재현장치를 장착하여서 실제 비행상황에서 발생하는 고주파 진동을 재현하고, 진폭도 조절하여 비행상황에 따라 달라지는 진동을 정확하게 재현하는 한편, 의자가 놓이는 발판 전체를 진동판(100)으로 하여 진동을 가하므로 의사의 좌석 및 등받이는 물론이고 발판에 의한 진동에 의해 실제 상황처럼 재현 가능하다. 또한, 본 발명에 의한 좌석진동 재현장치는 주파수 및 진폭을 조절 가능하게 하는 전체적인 구조가 간단하고, 설치도 용이하다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

10 : 모션 플랫폼 11 : 시트장착 프레임
12 : 의자 13 : 조종간 14 : 조종력 재현장치
20 : 베이스 30 : 모션 재현장치 31 : 작동봉
32 : 액츄에이터 40 : 호스트컴퓨터
50 : 좌석진동 재현장치
100 : 진동판 110 : 회동축 120 : 힌지 연결부
130 : 장공 140 : 가이드 150 : 레일
160 : 전후진수단 161 : 이동체 162 : 수나사 봉
163 : 모터 164 : 지지체 165 : 클러치
166 : 릴리스
200 : 서보 액츄에이터 210 : 서보 모터 211 : 회전축
220 : 기구부 221 : 샤프트 222 : 편심축
223 : 쉐이킹 블록 224 : 샤프트 블록 225 : 센서
300 : 컨트롤러 310 : 서보 드라이브 320 : 컴퓨터

Claims

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좌석용 의자(12)가 마련된 모션 플랫폼(10)을 호스트컴퓨터(40)의 지시에 따라 움직여 가상의 비행 상황을 재현하는 항공기 시뮬레이터에 있어서,
의자(12)를 탑재한 상태로 모션 플랫폼(10)에 장착되어 의자(12) 전체에 진동을 가하는 좌석진동 재현장치(50);가 더욱 포함되어 구성되되,
후단을 회동 가능하게 고정한 진동판(100)에 의자(12)를 탑재하고,
상기 좌석진동 재현장치(50)는,
진동판(100)의 전단을 상하로 움직여 진동판(100)을 상하로 진동하게 하는 서보 액츄에이터(200)와, 호스트컴퓨터(40)의 지령을 해석하여 지령에 따른 진동의 양상대로 동작하도록 서보 액츄에이터(200)를 제어하는 컨트롤러(300)를 포함하여서, 호스트컴퓨터(40)의 지령에 따라 의자(12)에 진동을 가하는 것임을 특징으로 하는 좌석진동 재현장치를 구비한 항공기 시뮬레이터.
제 3항에 있어서,
상기 진동의 양상은, 진동주기 및 진폭을 포함하며,
상기 서보 액츄에이터(200)는, 진폭에 대응되는 상하 움직임의 범위와 진동주기에 대응되는 상하 움직임의 주기로 상기 진동판(100)의 전단을 상하로 움직임을 특징으로 하는 좌석진동 재현장치를 구비한 항공기 시뮬레이터.
제 4항에 있어서,
상기 서보 액츄에이터(200)는,
상기 컨트롤러(300)에 의해 제어되어 정/역회전 운동을 반복하는 서보 모터(210);
상기 서보 모터(210)의 정/역회전 운동을 상하 운동으로 변환하여 상기 진동판(100)의 전단을 상하로 움직이는 기구부(220);
를 포함하여 구성되며,
상기 컨트롤러(300)는, 서보 모터(210)의 회전각 범위를 360°보다 작게 정하여 회전각 범위 내에서 정/역회전으로 회동하게 하여, 기구부(220)의 상하 운동 범위를 제어하고, 정/역회전의 반복 주기로 기구부(220)의 상하 운동 주기를 제어함을 특징으로 하는 좌석진동 재현장치를 구비한 항공기 시뮬레이터.
제 5항에 있어서,
상기 기구부(220)는,
일단에 편심축(222)을 구비하고 타단을 상기 서보 모터(210)의 회전축에 고정한 샤프트(221);
상단을 상기 진동판(100)의 전단 하부에 회전 가능하게 축결합하고 하단을 상기 샤프트(221)의 편심축(222)에 회전 가능하게 축결합한 쉐이킹 블록(223);
샤프트(221)를 회전가능하게 지지하는 샤프트 블록(224);
샤프트(221)의 회전 위치를 감지하여 상기 컨트롤러(300)에 전달함으로써 회전각 범위를 제어하게 하는 센서(225);
를 포함하여 구성을 특징으로 하는 좌석진동 재현장치를 구비한 항공기 시뮬레이터.
제 5항 또는 제 6항에 있어서,
상기 컨트롤러(300)에 의해 제한되는 회전각 범위는,
상기 샤프트(221)의 회전각 범위이되, 연직선에 대해 좌우 대칭되는 범위로 제어함을 특징으로 하는 좌석진동 재현장치를 구비한 항공기 시뮬레이터.
제 7항에 있어서,
상기 진동판(100) 및 서보 액츄에이터(200)는, 모션 플랫폼(10)에 준비할 의자(12)의 개수만큼 마련되어 시트(12)별로 설치되고,
상기 컨트롤러(300)는, 동일한 진동 주기 및 진폭으로 각각의 시트(12)를 진동하도록 서보 액츄에이터(200)들을 제어하되, 조종사가 착석하지 아니한 시트에 대응되는 서보 액츄에이터(200)를 멈춤 상태로 유지함을 특징으로 하는 좌석진동 재현장치를 구비한 항공기 시뮬레이터.