KR101176414B1 - 4 degrees of freedom actuation system and simulator motion platform utilizing the actuation system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 4자유도 구동장치 및 이를 이용한 4자유도 시뮬레이터 운동 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 상ㆍ하 이격되어 배치되는 지지프레임 및 가동프레임 사이에 연결되는 액추에이터인 제1 내지 제4연결수단을 포함하는 4자유도 구동장치에 있어서, 상기 제1연결수단 및 제2연결수단이 "∧"자 형태를 이루도록 배치되고, 상기 제3연결수단 및 제4연결수단이 "∨"자 형태를 이루도록 배치됨으로써, 간단한 배치구조와 동일한 구조의 4자유도 구동장치를 갖는 동시에, 적합한 4자유도 운동제한장치를 갖추었거나, 별도의 운동제한장치 없이 상기 제1 내지 제4연결수단의 양단에 설치되어 상기 가동프레임 또는 지지프레임과 연결되는 연결조인트 중 상기 제1연결수단 및 제2연결수단의 일측에 설치된 연결조인트나, 상기 제3연결수단 및 제4연결수단의 일측에 설치된 연결조인트가 1축 조인트이며, 나머지 연결조인트가 2축 조인트로 구성될 경우, 1개의 가동프레임으로 롤(Roll), 히브(Heave), 피치(Pitch), 스웨이(Sway)방향의 4자유도를 구현할 수 있어 생산비용이 저렴하고 지나친 무게증가를 방지할 수 있는 4자유도 구동장치 및 이를 이용한 4자유도 시뮬레이터 운동 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a four-degree of freedom drive device and a four-degree of freedom simulator exercise device using the same. The first to fourth connection means which are actuators connected between the support frame and the movable frame spaced apart from each other in more detail are arranged in detail. In the four degree of freedom drive device comprising, the first connecting means and the second connecting means is arranged to form a "∧" shape, the third connecting means and the fourth connecting means is arranged to form a "∨" shape By having a four-degree of freedom driving device having the same structure as the simple arrangement structure, a four-degree of freedom movement limiting device is provided, or is installed at both ends of the first to fourth connecting means without a separate exercise limiting device. A connecting joint installed on one side of the first connecting means and the second connecting means among the connecting joints connected to the movable frame or the support frame, or the third connecting means and the fourth connecting means. If the connecting joint installed on one side is a 1-axis joint and the remaining connecting joint consists of a 2-axis joint, one movable frame is used in the roll, heave, pitch, and sway directions. The present invention relates to a four degree of freedom drive device capable of implementing degrees of freedom and low production cost and to prevent excessive weight increase, and a four degree of freedom simulator exercise device using the same.
일반적으로 체감형 운동 시뮬레이터(simulator)는 제한된 공간에서 탑승자를 움직여 탑승자가 자동차나 비행기 등을 탔을 때 느끼게 되는 운동감과 유사한 운동감을 느끼게 해주는 장치이다. In general, a haptic simulator (simulator) is a device that moves the occupant in a limited space to feel a sense of movement similar to the sense of motion when the passenger rides a car or airplane.
이와 같은 시뮬레이터는 최근 들어 게임, 각종 테스트나 운전 훈련, 나아가 군사목적용의 항공기 조종모사에 이르기까지 다양한 분야에 사용되고 있다.Such simulators have recently been used in various fields such as games, various tests and driving training, and even pilot aircraft for military purposes.
도 1에 도시된 바와 같이, 가장 일반적으로 사용되는 체감형 운동 시뮬레이터(simulator)는 6자유도 운동이 가능하며 스튜어트 플랫폼(STEWART PLATFORM)으로 불리는 항공기 조종사 훈련용 장치가 있다.As shown in Figure 1, the most commonly used haptic simulator (simulator) is capable of six degrees of freedom and there is an aircraft pilot training device called the STEWART PLATFORM.
그러나 상기 스튜어트 플랫폼(STEWART PLATFORM)과 같은 6자유도 운동판은 3자유도, 4자유도 운동만 필요로 하는 대상에 6개의 동력장치가 필수적으로 구성되므로 크기의 축소 제한과 제작비용이 높은 단점이 있다. However, the six degree of freedom exercise board, such as the STEWART PLATFORM, consists of six power units that are required for three degree of freedom and four degree of freedom movements. have.
따라서 제작비용 절약을 위해 3자유도 및 4자유도와 같이 6자유도 보다 적은 자유도를 가진 운동장치가 사용되기도 한다. 이렇게 6자유도보다 적은 자유도를 갖는 운동 장치는 원하는 자유도들의 운동은 가능하게 하면서 원치 않는 자유도들의 운동을 제한하는 운동제한 장치가 필요하며, 동시에 원하는 자유도들의 운동을 구동시켜 줄 수 있는 구동장치를 필요로 한다. 예를 들어, 피치(pitch), 롤(roll), 히브(heave), 및 스웨이(sway) 운동이 가능한 4자유도 시뮬레이터 운동 장치는 이 4가지 운동은 가능하면서 서지(surge) 및 요(yaw) 운동은 불가능하게 하는 운동제한장치가 필요하며, 동시에 피치(pitch), 롤(roll), 히브(heave), 및 스웨이(sway) 운동을 구동 시킬 수 있는 구동장치도 필요하다.Therefore, exercise equipment with less than six degrees of freedom may be used to reduce manufacturing costs. Such an exercise device having less than six degrees of freedom requires a motion limiting device that allows movement of the desired degrees of freedom while limiting the movement of unwanted degrees of freedom, and at the same time requires a driving device that can drive the movement of desired degrees of freedom. do. For example, a four-degree-of-freedom simulator exerciser capable of pitch, roll, heave, and sway movements allows surges and yaws while allowing these four movements. There is a need for motion limiting devices that make motion impossible, and at the same time a drive that can drive pitch, roll, heave, and sway motion.
일반적으로 4자유도 시뮬레이터 운동 장치는 운동 제한장치 및 구동장치를 실현하는데 있어 복잡하고 어렵다는 단점이 있어 3자유도, 그리고 2자유도 운동 장치가 더 많이 사용되는 편이다.In general, the four degree of freedom simulator exercise device has a disadvantage in that it is complicated and difficult in realizing the motion limiting device and the driving device, and the three degree of freedom and two degree of freedom exercise devices are more used.
그러나 4자유도 시뮬레이터 운동 장치는 운동 제한장치를 실현하는데 있어 복잡하고 어렵다는 단점이 있어 3자유도, 그리고 2자유도 운동 장치가 더 많이 사용되는 편이다.However, the four degree of freedom simulator exercise device has a disadvantage in that it is complicated and difficult to realize the exercise limiting device.
종래 3 자유도 운동이 가능한 운동시스템 장치로서 복수개의 수평형 액추에이터와 다수의 강성체 링크를 채용하여 병렬기구 구조를 갖는 운동시스템 장치가 등록실용신안 제287242호(2002. 8. 14 등록)로 개시된 바 있다.Conventionally, exercise system apparatus having a parallel mechanism structure employing a plurality of horizontal actuators and a plurality of rigid body links as an exercise system apparatus capable of three degrees of freedom motion is disclosed in Korean Utility Model Registration No. 287242 (registered on Aug. 14, 2002). There is a bar.
그런데 위와 같은 종래 기술은 4자유도에 비해 구현이 간단한 편이지만, 3 자유도 운동만을 구현하고 있어 역동적인 운동을 표현하는데 제약이 있었다.However, the prior art as described above is simpler to implement than 4 degrees of freedom, but only 3 degrees of freedom movement is implemented, there was a limit to express the dynamic movement.
그러나 기존의 4자유도 운동 장치는 피치(pitch), 롤(roll), 및 히브(heave)가 가능한 3자유도 운동장치의 구동판 위에 직선왕복운동을 하는 또 하나의 구동판을 선형 베어링과 같은 부품을 장착하여 만드는데, 이런 방법은 구동판이 2개가 필요하므로 3자유도 4자유도 구동장치 연결구성품의 용량 증가, 생산원가의 증가 및 무게 증가를 불러오는 단점이 있다,
However, the existing four degree of freedom exercise device is a linear bearing such that a linear reciprocating motion is performed on a drive plate of a three degree of freedom exercise device capable of pitch, roll, and heave. This method has two disadvantages, which requires two drive plates, which leads to increased capacity, increased production cost, and increased weight.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 상ㆍ하 이격되어 배치되는 지지프레임 및 가동프레임 사이에 연결되는 액추에이터인 제1 내지 제4연결수단을 포함하는 4자유도 구동장치에 있어서, 상기 제1연결수단 및 제2연결수단이 "∧"자 형태를 이루도록 배치되고, 상기 제3연결수단 및 제4연결수단이 "∨"자 형태를 이루도록 배치됨으로써, 간단한 배치구조와 동일한 구조의 4자유도 구동장치를 갖는 동시에, 적합한 4자유도 운동제한장치를 갖추었거나, 별도의 운동제한장치 없이 상기 제1 내지 제4연결수단의 양단에 설치되어 상기 가동프레임 또는 지지프레임과 연결되는 연결조인트 중 상기 제1연결수단 및 제2연결수단의 일측에 설치된 연결조인트나, 상기 제3연결수단 및 제4연결수단의 일측에 설치된 연결조인트가 1축 조인트이며, 나머지 연결조인트가 2축 조인트로 구성될 경우, 1개의 가동프레임으로 롤(Roll), 히브(Heave), 피치(Pitch), 스웨이(Sway)방향의 4자유도를 구현할 수 있어 생산비용이 저렴하고 지나친 무게증가를 방지할 수 있는 4자유도 구동장치 및 이를 이용한 4자유도 시뮬레이터 운동 장치에 관한 것이다.
The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is the four freedom including the first to fourth connecting means which is an actuator connected between the support frame and the movable frame spaced apart up and down In the drive device, the first connecting means and the second connecting means are arranged to form a "∧" shape, the third connecting means and the fourth connecting means are arranged to form a "∨" shape, a simple arrangement At the same time as having a four-degree of freedom drive device having the same structure as the structure, and equipped with a suitable four-degree of freedom motion limiting device, or installed on both ends of the first to fourth connecting means without a separate motion limiting device to the movable frame or support A connecting joint installed on one side of the first connecting means and the second connecting means among the connecting joints connected to the frame, or a connection installed on one side of the third connecting means and the fourth connecting means. If the joint is a one-axis joint and the remaining joint is a two-axis joint, four movable degrees of freedom in the direction of roll, heave, pitch, and sway can be achieved with one movable frame. The present invention relates to a four-degree of freedom drive device and a four-degree of freedom simulator exercise device using the same, which can reduce production costs and prevent excessive weight increase.
본 발명의 4자유도 구동장치는 하측에 구비되는 지지프레임(100); 상기 지지프레임(100) 상측에 이격되어 설치되는 가동프레임(200); 상기 지지프레임(100) 및 가동프레임(200) 사이에 연결되어 상기 가동프레임(200)을 지지하며, 각각의 지지프레임 연결점과 가동프레임 연결점 사이의 길이가 가변되는 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340); 를 포함하며, 상기 제1연결수단(310) 및 제2연결수단(320)과, 상기 제3연결수단(330) 및 제4연결수단(340)은 쌍을 지어 배열되고, 상기 제1연결수단(310) 및 제2연결수단(320)은 상기 지지프레임(100)에 고정된 일측 단부사이의 거리가 상기 가동프레임(200)에 고정된 타측 단부사이의 거리보다 길게 설치되어 "∧"자 형태를 이루며, 상기 제3연결수단(330) 및 제4연결수단(340)은 상기 지지프레임(100)에 고정된 일측 단부사이의 거리가 상기 가동프레임(200)에 고정된 타측 단부사이의 거리보다 짧게 설치되어"∨"자 형태를 이룬다.Four degree of freedom drive device of the present
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)은 유압 실린더, 공압 실린더, 잭 형 액추에이터, 링크형 액추에이터 또는 전기식 선형 액추에이터 중 어느 하나이거나, 두 가지 이상의 혼합되어 사용될 수 있다.In addition, the first to fourth connection means (310, 320, 330, 340) according to an embodiment of the present invention is any one of a hydraulic cylinder, pneumatic cylinder, jack type actuator, link type actuator or electric linear actuator, Two or more may be used in combination.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)은 상기 지지프레임(100) 상측에 설치되는 감속기어(510); 상기 감속기어(510)에 연결된 모터(520); 상기 감속기어(510)의 출력축에 직각으로 연결된 1차 링크(530); 및 상기 1차 링크(530)에 제1조인트(550)로 연결되며, 상기 가동프레임(200)과 제2조인트(560)로 연결되는 2차 링크(540); 를 포함하는 감속기 연결링크 방식일 수 있다.In addition, the first to fourth connecting means (310, 320, 330, 340) according to an embodiment of the present invention is a
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 4자유도 구동장치는 상기 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)의 양단에 설치되어 상기 가동프레임(200) 또는 지지프레임(100)과 연결되는 연결조인트(350) 중 상기 제1 및 제2연결수단(310, 320)의 일측 단부 또는 상기 제3 및 제4연결수단(330, 340)의 일측 단부에 연결된 두 개의 연결조인트(350)가 1축 조인트이며, 나머지 연결조인트(350)가 2축 조인트일 수 있다.
In addition, the four degree of freedom driving device according to an embodiment of the present invention is installed on both ends of the first to fourth connecting means (310, 320, 330, 340) the
본 발명의 4자유도 구동장치 및 이를 이용한 4자유도 시뮬레이터 운동 장치는 상ㆍ하 이격되어 배치되는 지지프레임 및 가동프레임 사이에 연결되는 액추에이터인 제1 내지 제4연결수단을 포함하는 4자유도 구동장치에 있어서, 상기 제1연결수단 및 제2연결수단이 "∧"자 형태를 이루도록 배치되고, 상기 제3연결수단 및 제4연결수단이 "∨"자 형태를 이루도록 배치됨으로써, 간단한 배치구조와 동일한 구조의 4자유도 구동장치를 갖는 동시에, 적합한 4자유도 운동제한장치를 갖추었거나, 별도의 운동제한장치 없이 상기 제1 내지 제4연결수단의 양단에 설치되어 상기 가동프레임 또는 지지프레임과 연결되는 연결조인트 중 상기 제1연결수단 및 제2연결수단의 일측에 설치된 연결조인트나, 상기 제3연결수단 및 제4연결수단의 일측에 설치된 연결조인트가 1축 조인트이며, 나머지 연결조인트가 2축 조인트로 구성될 경우, 1개의 가동프레임으로 롤(Roll), 히브(Heave), 피치(Pitch), 스웨이(Sway)방향의 4자유도를 구현할 수 있어 생산비용이 저렴하고 지나친 무게증가를 방지할 수 있다는 장점이 있다.The four degree of freedom drive device and the four degree of freedom simulator exercise device using the same are four degree of freedom drive including first to fourth connection means which are actuators connected between a support frame and a movable frame spaced apart from each other. In the apparatus, the first connecting means and the second connecting means is arranged to form a "∧" shape, the third connecting means and the fourth connecting means is arranged to form a "∨" shape, thereby providing a simple arrangement structure and At the same time having a four degree of freedom drive device of the same structure, equipped with a suitable four degree of freedom motion limiting device, or installed on both ends of the first to fourth connecting means without a separate motion limiting device and the movable frame or the support frame and Among the connection joints connected, a connection joint provided on one side of the first and second connection means, or a connection joint provided on one side of the third and fourth connection means It is a 1-axis joint and when the remaining connection joint consists of a 2-axis joint, it can produce four degrees of freedom in the direction of roll, heave, pitch, and sway with one movable frame. It is inexpensive and can prevent excessive weight gain.
또한, 본 발명의 4자유도 구동장치 및 이를 이용한 4자유도 시뮬레이터 운동 장치는 롤(Roll), 히브(Heave), 피치(Pitch) 방향뿐만 아니라 스웨이(Sway) 방향의 움직임이 가능하므로 보다 역동적이고 현실성 있는 움직임을 구현할 수 있는 장점이 있다.In addition, the four degree of freedom drive device of the present invention and the four degree of freedom simulator exercise device using the same, the movement of the sway direction as well as roll, heave, pitch direction It is possible to realize more dynamic and realistic movements.
또, 본 발명의 4자유도 시뮬레이터 운동 장치는 동일한 구조인 4개의 액추에이터를 사용함으로써, 그 구조가 간단하고 제작비용이 저렴하다는 장점이 있다.
In addition, the four degree of freedom simulator exercise apparatus of the present invention has the advantage that the structure is simple and the manufacturing cost is low by using four actuators of the same structure.
도 1은 종래 구성의 사시도.
도 2 내지 4는 본 발명에 따른 4자유도 구동장치를 이용한 4자유도 시뮬레이터 운동 장치를 나타낸 정면도, 평면도, 측면도.
도 5는 본 발명에 따른 4자유도 시뮬레이터 운동 장치의 일실시예에 포함되는 운동제한장치의 사시도.
도 6 내지 8은 본 발명의 4자유도 시뮬레이터 운동 장치에 포함되는 4자유도 구동장치의 사시도, 정면도, 배면도.
도 9는 본 발명의 4자유도 구동장치에 포함되는 액추에이터의 일실시예.
도 10 내지 13은 본 발명에 따른 4자유도 시뮬레이터 운동 장치의 일실시예에 포함되는 운동제한장치의 다양한 실시예를 나타낸 사시도.
도 14는 본 발명에 따른 4자유도 구동장치의 또 다른 실시예.1 is a perspective view of a conventional configuration.
2 to 4 is a front view, a plan view, a side view showing a four degree of freedom simulator exercise apparatus using a four degree of freedom drive device according to the present invention.
5 is a perspective view of a motion limiting apparatus included in an embodiment of a four degree of freedom simulator exercise apparatus according to the present invention.
6 to 8 is a perspective view, a front view, a rear view of the four degree of freedom driving device included in the four degree of freedom simulator exercise apparatus of the present invention.
Figure 9 is one embodiment of the actuator included in the four degree of freedom drive device of the present invention.
10 to 13 is a perspective view showing various embodiments of the exercise limiter included in one embodiment of the four degree of freedom simulator exercise apparatus according to the present invention.
14 is another embodiment of a four degree of freedom driving device according to the present invention.
이하, 상술한 바와 같은 본 발명의 4자유도 구동장치 및 이를 이용한 4자유도 시뮬레이터 운동 장치를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
Hereinafter, the four degree of freedom driving device of the present invention and the four degree of freedom simulator exercise device using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2 내지 4는 본 발명에 따른 4자유도 구동장치를 이용한 4자유도 시뮬레이터 운동 장치를 나타낸 정면도, 평면도, 측면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 4자유도 시뮬레이터 운동 장치의 일실시예에 포함되는 운동제한장치의 사시도이며, 도 6 내지 8은 본 발명의 4자유도 시뮬레이터 운동 장치에 포함되는 4자유도 구동장치의 사시도, 정면도, 배면도이고, 도 9는 본 발명의 4자유도 구동장치에 포함되는 액추에이터의 일실시예이며, 도 10 내지 13은 본 발명에 따른 4자유도 시뮬레이터 운동 장치의 일실시예에 포함되는 운동제한장치의 다양한 실시예를 나타낸 사시도이고, 도 14는 본 발명에 따른 4자유도 구동장치의 또 다른 실시예이다.
2 to 4 is a front view, a plan view, a side view showing a four degree of freedom simulator exercise apparatus using a four degree of freedom driving device according to the present invention, Figure 5 is a four degree of freedom simulator exercise apparatus according to the present invention 6 to 8 are perspective views, a front view and a rear view of a four degree of freedom driving device included in the four degree of freedom simulator exercise apparatus of the present invention, and FIG. 9 is a four degree of freedom of the present invention. 10 to 13 is a perspective view showing various embodiments of the exercise limiting apparatus included in one embodiment of the four degree of freedom simulator exercise apparatus according to the present invention, Figure 14 is a Another embodiment of the four degree of freedom drive device according to the invention.
본 발명의 4자유도 구동장치(300)는 지지프레임(100) 및 가동프레임(200) 사이에 연결되어 상기 가동프레임(200)을 지지하며, 길이가 선택적으로 가변되는 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)을 포함하여 형성된다.Four degree of
상기 지지프레임(100)은 하측에 구비되며, 상기 가동프레임(200)은 상기 지지프레임(100) 상측에 이격되어 설치되는 것으로, 일반적인 시뮬레이터 운동 장치에서 상부에 좌석이 설치되어 탑승객이 착석되는 공간을 형성한다.The
즉, 상기 가동프레임(200)은 나머지 구성에 의해 다양한 방향으로의 움직임이 가능하다.That is, the
상기 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)은 상기 지지프레임(100) 및 가동프레임(200)의 4지점에서 연결되어 설치된다.The first to fourth connection means 310, 320, 330, and 340 are connected to and installed at four points of the
이 때, 상기 제1연결수단(310) 및 제2연결수단(320)과, 상기 제3연결수단(330) 및 제4연결수단(340)은 쌍을 지어 배열되고, 상기 제1연결수단(310) 및 제2연결수단(320)은 상기 지지프레임(100)에 고정된 일측 단부사이의 거리가 상기 가동프레임(200)에 고정된 타측 단부사이의 거리보다 길게 설치되어 "∧"자 형태를 이루며, 상기 제3연결수단(330) 및 제4연결수단(340)은 상기 지지프레임(100)에 고정된 일측 단부사이의 거리가 상기 가동프레임(200)에 고정된 타측 단부사이의 거리보다 짧게 설치되어"∨"자 형태를 이루게 된다.In this case, the
또한, 본 발명의 4자유도 구동장치(300)는 상기 지지프레임(100) 또는 가동프레임(200)과 연결되는 상기 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)의 양측 단부가 연결조인트(350)에 의해 연결되며, 상기 연결조인트(350)는 상기 가동프레임(200)이 4자유도를 움직이는데 제약을 주지 않는 2축 또는 3축 자유도를 갖는 조인트 일 수 있다.In addition, the four degree of
상기 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)은 유압 실린더, 공압 실린더, 잭 형, 링크형 또는 전기식 선형 액추에이터 중 어느 하나일 수 있으며, 이 외에도 상기 지지프레임(100) 및 가동프레임(200) 사이의 거리를 변화시켜 줄 수 있는 어떠한 형태의 액추에이터라도 사용될 수 있다.The first to fourth connecting means (310, 320, 330, 340) may be any one of a hydraulic cylinder, pneumatic cylinder, jack type, link type or electric linear actuator, in addition to the
일반적으로 유압 실린더, 공압 실린더 및 전기식 선형 액추에이터는 피스톤과 실린더 사이의 비틀림을 허용하는데, 이런 경우, 상기 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)의 양단에 설치되는 연결조인트(350)는 유니버설 조인트와 같이 2축 조인트 또는 짐벌(gimbal)형 조인트가 사용될 수 있다.In general, hydraulic cylinders, pneumatic cylinders and electric linear actuators allow torsion between the piston and the cylinder, in which case the connection joints are installed at both ends of the first to fourth connecting means (310, 320, 330, 340). 350 may be a biaxial joint or gimbal joint, such as a universal joint.
액추에이터가 비틀림을 허용하지 않을 경우, 본 발명의 4자유도 구동장치(300)는 상기 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)의 양단에 설치되는 연결조인트(350) 중 어느 하나는 볼 소켓 조인트와 같이 비틀림이 허용될 수 있는 베어링 시스템이 사용되어야 한다.When the actuator does not allow the torsion, the four degree of
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)은 감속기 연결링크 방식일 경우 상기 지지프레임(100) 상측에 설치되는 감속기어(510); 상기 감속기어(510)에 연결된 모터(520); 상기 감속기어(510)의 출력축에 연결된 1차 링크(530); 및 상기 1차 링크(530)에 제1조인트로 연결되며, 상기 가동프레임(200)과 제2조인트(560)로 연결되는 2차 링크(540); 를 포함하여 형성될 수 있다.As shown in Figure 9, the first to fourth connecting means (310, 320, 330, 340) is a
이 때, 상기 제1조인트 및 제2조인트(560)가 3축의 자유도를 갖는 조인트인 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the first joint and the
한편, 본 발명의 4자유도 구동장치를 이용한 4자유도 시뮬레이터 운동 장치는 운동제한장치(400)를 포함하여 구현할 수 있다.On the other hand, the four degree of freedom simulator exercise apparatus using the four degree of freedom drive device of the present invention can be implemented including a motion limiting device (400).
상기 운동제한장치(400)는 상기 지지프레임(100) 및 가동프레임(200) 사이에 연결되며, 상기 지지프레임(100) 또는 상기 가동프레임(200)의 일정영역에 설치되어 요(Yaw), 및 써지(Surge)방향으로의 움직임을 제한한다.The
도 2 내지 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 4자유도 시뮬레이터 운동 장치(1)는 상기 제1연결수단(310) 및 제2연결수단(320)과, 상기 제3연결수단(330) 및 제4연결수단(340)이 쌍을 지어 배열되되, 상기 운동제한장치(400)로부터 x축 방향으로 일정거리 이격되어 배열된다.As shown in Figures 2 to 4, the four degree of freedom
이에 따라 본 발명의 4자유도 시뮬레이터 운동 장치(1)는 4개의 동일한 액추에이터를 이용해서 운동을 구현 할 수 있는 장점을 갖는다.Accordingly, the four degree of freedom
상기 운동제한장치(400)는 하측에 구비되는 지지프레임(100); 상기 지지프레임(100) 상측에 이격되어 설치되는 가동프레임(200); 상기 지지프레임(100) 및 가동프레임(200) 사이에 좌ㆍ우 방향으로 경사진 형태로 연결되며, 일측 단부가 베이스피봇(460)에 의해 상기 지지프레임(100) 상측면에 설치되며, x축 방향의 회전축을 중심으로 회전운동 가능한 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420); 슬라이딩수단 피봇(470)에 의해 상기 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420)의 타측 단부에 연결되는 슬라이딩수단(430); 및 상기 슬라이딩수단(430)이 y축으로 슬라이딩 이동되도록 안내하며, 양측 단부가 지지프레임(100) 상측면 또는 상기 가동프레임(200)의 하측면에 설치되는 고정수단(450)에 고정되는 슬라이딩안내부(440); 을 포함하여 형성될 수 있다.The
도 5, 도 10 내지 13에 도시된 바와 같이, 상기 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420)는 상기 슬라이딩안내부(440)를 중심으로 "∧"자 또는 "∨" 형태로 형성될 수 있다.As shown in FIGS. 5 and 10 to 13, the
이 때, 상기 운동제한장치(400)는 상기 슬라이딩수단(430)이 Y축 방향으로 내부가 관통되는 부싱축 삽입홀(431)을 포함하는 부싱이며, 상기 슬라이딩안내부(440)가 봉 또는 바(bar) 형태로, 상기 부싱축 삽입홀(431)에 삽입되는 부싱축일 수 있다.In this case, the
(후술되는 설명에서는, 슬라이딩수단이 부싱이며, 슬라이딩수단 피봇이 부싱피봇이고, 슬라이딩안내부가 부싱축인 실시예를 기준으로 설명하며, 슬라이딩수단과 부싱, 슬라이딩수단 피봇과 부싱 피봇, 슬라이딩안내부와 부싱축을 동일한 도면번호를 사용하기로 한다.)In the following description, the sliding means is a bushing, the sliding means pivot is a bushing pivot, and the sliding guide is a bushing shaft. The sliding means and the bushing, the sliding means pivot and the bushing pivot, the sliding guide and The bushing shaft will use the same reference number.)
도 5에 도시된 운동제한장치(400)의 일실시예를 설명하면, 본 발명의 운동제한장치(400)는 베이스피봇(460)에 의해 상기 지지프레임(100) 상측면에 좌ㆍ우 대칭인 "∨"자 형태로 설치되며, x축 방향의 회전축을 중심으로 회전운동 가능한 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420); 부싱피봇(470)에 의해 상기 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420)의 단부에 연결되며, y축 방향으로 내부가 관통되는 부싱축 삽입홀(431)을 포함하는 부싱(430); 및 봉 또는 바(bar) 형태로, 상기 부싱축 삽입홀(431)에 삽입되어 상기 부싱(430)이 y축으로 슬라이딩 이동되도록 하며, 양측 단부가 상기 가동프레임(200)의 하측면에 설치되는 고정수단(450)에 고정되는 부싱축(440); 을 포함하여 형성될 수 있다.Referring to one embodiment of the
이 때, 도 5에 도시된 운동제한장치(400)를 이용한 4자유도 시뮬레이터 운동 장치(1)는 "∧"자 및 ∨"자 형태로 배치된 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)으로 인해 상기 가동프레임(200)이 동일한 구조의 연결수단으로 구동되고, 동시에 요(Yaw), 및 써지(Surge)방향으로의 움직임을 제한할 수 있도록 상기 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420)가 상기 부싱축(440)의 직각축(x축)을 중심으로 대칭을 이루는 "∨"자 형태인 것이 바람직하다.At this time, the four degree of freedom
상기 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420)는 상기 베이스피봇(460)을 중심으로 시계 및 반시계 방향으로 회전될 수 있으며, 상기 부싱피봇(470)을 통해 상기 부싱(430)과 연결되어 상기 부싱피봇(470)을 중심으로 시계 및 반시계 방향으로 회전될 수 있다.The
상기 베이스피봇(460)의 장착위치는 상기 가동프레임(200)의 운동 범위 내에서 상기 부싱(430)이 상기 부싱축(440)을 따라 움직일 때, 상기 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420)가 수직이 되지 않도록 지지프레임(100)의 중앙에 매우 인접하거나, 중앙에서 멀리 떨어진 적정 위치에 장착되는 것이 바람직하다.The mounting position of the
상기 운동제한장치(400)는 상기 부싱(430)이 상기 부싱축(440)에 대해 회전할 수 없는 구조인 경우, 상기 부싱축(440) 및 고정수단(450)의 연결부분에 베어링을 설치하여 상기 부싱축(440)이 상기 고정수단(450)을 상대로 회전할 수 있도록 할 수 있다.The
또 다른 실시예로, 상기 운동제한장치(400)는 도 10에서 도시된 바와 같이 상기 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420)의 설치를 상기 지지프레임(100) 상측면에 상기 베이스피봇(460)을 설치해 "∧"자 형태의 경사진 형태로 설치할 수 있으며, 도 11, 도 12에서 도시된 바와 같이 상기 부싱축(440)이 상기 지지프레임(100)에 설치되고 상기 베이스피봇(460)이 가동프레임(200)에 설치되어 상기 제1피봇링크(410), 제2피봇링크(420)의 배치가 "∧" 또는 "∨"와 같이 경사진 형태로 설치될 수 있다.
In another embodiment, the
한편, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 운동제한장치(400)는 상기 슬라이딩수단(430)이 LM가이드이며, 상기 슬라이딩안내부(440)가 상기 슬라이딩수단(430)이 y축 방향으로 이동되도록 안내하는 LM가이드 레일일수도 있다.On the other hand, as shown in Figure 13, the
다시 말해, 상기 운동체한장치(400)는 상기 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420)의 x축 직선운동을 위한 상기 슬라이딩안내부(440) 및 슬라이딩수단(430)에 있어서, 상기 슬라이딩안내부(440)는 LM가이드 형태의 미끄럼 선형운동이 가능한 레일이며, 상기 슬라이딩수단(430)은 LM가이드로 대체 할 수 있으며, 상기 슬라이딩수단(430)에 상기 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420)와 x축 및 y축 방향의 회전이 가능한 짐벌형조인트(미도시)를 설치하여 동일한 운동을 하도록 할 수 있다.In other words, the
상기 슬라이딩수단(430)은 상술한 바와 같은 부싱 및 LM가이드 외에도 한축으로 슬라이딩 이동할 수 있는 수단이라면 다양한 형태로 변경실시 가능하다.
The sliding means 430 may be modified in various forms as long as the sliding means moves in one axis in addition to the bushing and the LM guide as described above.
또 다른 실시예로, 본 발명의 4자유도 구동장치는 상기 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)의 양단에 설치되어 상기 가동프레임(200) 또는 지지프레임(100)과 연결되는 연결조인트(350) 중 상기 제1 및 제2연결수단(310, 320)의 일측 단부 또는 상기 제3 및 제4연결수단(330, 340)의 일측 단부에 연결된 두 개의 연결조인트(350)가 단방향 회전만 가능한 1축 조인트이며, 나머지 연결조인트(350)가 유니버설 조인트와 같은 2축 조인트일 수 있다.In another embodiment, the four degree of freedom driving device of the present invention is installed at both ends of the first to fourth connection means (310, 320, 330, 340) and the
이 때, 본 발명의 4자유도 구동장치는 별도의 운동제한장치가 없더라도 요, 써지 방향의 움직임이 제한할 수 있어 그 자체가 4자유도 운동이 가능한 4자유도 시뮬레이터 운동장치가 될 수 있다. In this case, the four degree of freedom driving device of the present invention can be a four degree of freedom simulator exercise device capable of limiting the movement in the yaw, surge direction, even if there is no separate motion limiting device itself.
도 14를 참고로 설명하면, 본 발명의 4자유도 구동장치는 상기 제3 및 제4연결수단(310, 320)의 일측 단부, 즉 상기 지지프레임(100) 측에 연결된 두 개의 연결조인트(350)가 1축 조인트이며, 나머지 6개의 연결조인트(350)가 2축 조인트로 구성됨으로써, 별도의 운동제한장치 없이 4자유도 운동을 구현할 수 있는 4자유도 시뮬레이터 운동 장치가 될 수 있다.
Referring to FIG. 14, the four degree of freedom driving device of the present invention includes two
도 4내지 6을 참고로 본 발명의 4자유도 시뮬레이터 운동 장치(1)가 롤(Roll), 히브(Heave), 피치(Pitch), 스웨이(Sway)방향으로 작동하는 것을 설명하면,4 to 6, the four degree of freedom
먼저, 히브(Heave)방향으로 운동하기 위한 본 발명의 4자유도 시뮬레이터 운동 장치(1)는 상기 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420)의 상측 단부가 상기 부싱축(440)을 따라 중심으로 이동되면서 제1피봇링크(410), 제2피봇링크(420)는 눕힌 자세에서 세워진 자세로 이동한다.First, the four degree of freedom
이 때, 본 발명의 4자유도 시뮬레이터 운동 장치(1)는 상기 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420)의 상측 단부 거리가 점점 좁혀지게 되고, 상기 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420)의 단부가 회전하면서 높아지는 만큼 상기 가동프레임(200)이 수직방향으로 운동한다.In this case, the four degree of freedom
이 때, 상기 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)은 같은 길이로 길어져야 한다. At this time, the first to fourth connecting means (310, 320, 330, 340) should be the same length.
롤(Roll)방향으로 운동하기 위한 본 발명의 4자유도 시뮬레이터 운동 장치(1)는 상기 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420)의 상측 단부가 상기 부싱축(440)의 우측을 향해 같은 방향으로 이동된다.In the four degree of freedom
이 때, 본 발명의 4자유도 시뮬레이터 운동 장치(1)는 상기 제2연결수단(320) 및 제4연결수단(340)의 길이가 길어지고, 이와 반대로 상기 제1연결수단(310) 및 제3연결수단(330)이 길이가 짧아짐으로써 롤(Roll)방향으로의 운동을 구현할 수 있다.At this time, the four degree of freedom
본 발명의 4자유도 시뮬레이터 운동 장치(1)는 상기 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420)의 상측 단부가 상기 부싱축(440)의 좌측을 향해 같은 방향으로 이동될 경우, 상기 제2연결수단(320) 및 제4연결수단(340)이 길이가 함께 짧아지고, 이와 반대로 상기 제1연결수단(310) 및 제3연결수단(330)이 길이가 길어짐으로써 롤(Roll)방향으로의 운동을 구현할 수 있다.In the four degree of freedom
피치(Pitch)방향으로 운동하기 위한 본 발명의 4자유도 시뮬레이터 운동 장치(1)는 상기 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420)는 정지한 상태이며, 상기 제1 및 제2연결수단(310, 320)이 짧아졌을 때 상기 제3 및 제4연결수단(330, 340)이 길어지고, 반대로 상기 제1 및 제2연결수단(310, 320)이 길어졌을 때 상기 제3 및 제4연결수단(330, 340)이 짧아지게 된다. 이 때, 가동프레임은 부싱축(440)을 중심으로 회전한다. The four degree of freedom
마지막으로, 스웨이(Sway)방향으로 운동하기 위한 본 발명의 4자유도 시뮬레이터 운동 장치(1)는 상기 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420)는 정지한 상태이며, 상기 제1 및 제4연결수단(310, 340)이 짧아졌을 때 상기 제2 및 제3연결수단(320, 330)이 길어지고, 반대로 상기 제1 및 제4연결수단(310, 340)이 길어졌을 때 상기 제2 및 제3연결수단(320, 330)이 짧아지게 된다.Finally, the four degree of freedom
상술한 바와 같은 방법으로 본 발명의 4자유도 시뮬레이터 운동 장치(1)는 롤(Roll), 히브(Heave), 피치(Pitch), 스웨이(Sway)방향으로의 움직임을 구현하기 위한 제1피봇링크(410), 제2피봇링크(420), 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)의 움직임을 적절히 혼합하여, 롤(Roll), 히브(Heave), 피치(Pitch), 스웨이(Sway)방향으로의 움직임을 동시에 복합적으로 구현할 수도 있다.In the same manner as described above, the four degree of freedom
또한, 상기 제1연결수단 및 제2연결수단이 "∧"자 형태를 이루도록 배치되고, 상기 제3연결수단 및 제4연결수단이 "∨"자 형태를 이루도록 배치됨으로써, 간단한 배치구조와 동일한 구조의 구동장치를 갖는 동시에, 1개의 가동프레임(200)으로 롤(Roll), 히브(Heave), 피치(Pitch), 스웨이(Sway)방향의 4자유도를 구현할 수 있어 생산비용이 저렴하고 지나친 무게증가를 방지할 수 있다는 장점이 있다.In addition, the first connecting means and the second connecting means is arranged to form a "∧" shape, the third connecting means and the fourth connecting means are arranged to form a "∨" shape, the same structure as the simple arrangement structure At the same time, it is possible to realize four degrees of freedom in the direction of roll, heave, pitch, and sway with one
또한, 본 발명의 구동장치 및 이를 이용한 4자유도 시뮬레이터 운동 장치는 롤(Roll), 히브(Heave), 피치(Pitch) 방향뿐만 아니라 스웨이(Sway) 방향의 움직임이 가능하므로, 보다 역동적이고 현실성 있는 움직임을 구현할 수 있는 장점이 있다.In addition, the driving device of the present invention and the four-degree of freedom simulator exercise device using the same are capable of moving in the sway direction as well as in the roll, heave, and pitch directions. It has the advantage of implementing movement.
또, 본 발명의 구동장치 및 이를 이용한 4자유도 시뮬레이터 운동 장치는 동일한 구조인 4개의 액추에이터를 사용함으로써, 그 구조가 간단하고 제작비용이 저렴하다는 장점이 있다.In addition, the driving apparatus of the present invention and the four degree of freedom simulator exercise apparatus using the same have the advantage that the structure is simple and the manufacturing cost is low by using four actuators having the same structure.
단, 액추에이터 장착 위치의 제약 등으로 인하여 필요할 경우, 상기 제1연결수단 및 제2연결수단이 이루는 "∧"자 형태 및 상기 제3연결수단 및 제4연결수단이 "∨"자 형태는 정확한 대칭을 이룰 필요는 없다.
However, if necessary due to the limitation of the actuator mounting position, the "symbol" shape formed by the first and second connecting means and the "symbol" shape of the third and fourth connecting means are precisely symmetrical. There is no need to achieve this.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It goes without saying that various modifications can be made.
1 : 4자유도 시뮬레이터 운동 장치
100 : 지지프레임
200 : 가동프레임
300 : 4자유도 구동장치
310, 320, 330, 340 : 제1 내지 제4연결수단
350 : 연결조인트
400 : 운동제한장치
410, 420 : 제1피봇링크, 제2피봇링크
430 : 슬라이딩수단, 부싱 431 : 부싱축 삽입홀
440 : 슬라이딩안내부, 부싱축 450 : 고정수단
460 : 베이스피봇 470 : 슬라이딩수단 피봇, 부싱피봇
480 : 짐벌형조인트
510 : 감속기어 520 : 모터
530, 540 : 1차 링크, 2차 링크
550, 560 : 제1조인트, 제2조인트1: 4 degree of freedom simulator exercise device
100: support frame
200: movable frame
300: 4 degree of freedom driving device
310, 320, 330, 340: first to fourth connecting means
350: connection joint
400: exercise limiting device
410, 420: first pivot link, second pivot link
430: sliding means, bushing 431: bushing shaft insertion hole
440: sliding guide, bushing shaft 450: fixing means
460: base pivot 470: sliding means pivot, bushing pivot
480: gimbal joint
510: reduction gear 520: motor
530, 540: primary link, secondary link
550, 560:
Claims (5)
상기 지지프레임(100) 상측에 이격되어 설치되는 가동프레임(200);
상기 지지프레임(100) 및 가동프레임(200) 사이에 연결되어 상기 가동프레임(200)을 지지하며, 각각의 지지프레임 연결점과 가동프레임 연결점 사이의 길이가 가변되는 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340); 및
상기 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)의 양단에 설치되어 상기 가동프레임(200) 또는 지지프레임(100)과 연결되는 연결조인트(350); 를 포함하며,
상기 제1연결수단(310) 및 제2연결수단(320)과, 상기 제3연결수단(330) 및 제4연결수단(340)은 쌍을 지어 배열되되, x축 방향으로 일정거리 이격되어 배열되며,
상기 제1연결수단(310) 및 제2연결수단(320)은 상기 지지프레임(100)에 고정된 일측 단부사이의 거리가 상기 가동프레임(200)에 고정된 타측 단부사이의 거리보다 길게 설치되어 "∧"자 형태를 이루며,
상기 제3연결수단(330) 및 제4연결수단(340)은 상기 지지프레임(100)에 고정된 일측 단부사이의 거리가 상기 가동프레임(200)에 고정된 타측 단부사이의 거리보다 짧게 설치되어"∨"자 형태를 이루고,
4자유도 운동제한장치를 갖추거나,
상기 제1 및 제2연결수단(310, 320)의 일측 단부 또는 상기 제3 및 제4연결수단(330, 340)의 일측 단부에 연결된 두 개의 연결조인트(350)가 1축 조인트이며, 나머지 연결조인트(350)가 2축 조인트인 경우,
1개의 가동프레임으로 롤(Roll), 히브(Heave), 피치(Pitch), 스웨이(Sway)방향의 4자유도를 구현하는 것을 특징으로 하는 4자유도 구동장치.
Support frame 100 provided on the lower side;
A movable frame 200 spaced apart from the upper side of the support frame 100;
First to fourth connecting means 310 connected between the support frame 100 and the movable frame 200 to support the movable frame 200, the length between each of the support frame connection point and the movable frame connection point is variable. , 320, 330, 340; And
Connection joints (350) installed at both ends of the first to fourth connection means (310, 320, 330, 340) and connected to the movable frame (200) or the support frame (100); Including;
The first connecting means 310 and the second connecting means 320 and the third connecting means 330 and the fourth connecting means 340 are arranged in pairs, spaced apart at a predetermined distance in the x-axis direction ,
The first connecting means 310 and the second connecting means 320 is installed so that the distance between one end fixed to the support frame 100 is longer than the distance between the other end fixed to the movable frame 200 Form the "∧" shape,
The third connecting means 330 and the fourth connecting means 340 has a distance between one end fixed to the support frame 100 is shorter than the distance between the other end fixed to the movable frame 200 Form the "∨" character,
Equipped with a four degree of freedom exercise limiting device,
Two connection joints 350 connected to one end of the first and second connection means 310 and 320 or one end of the third and fourth connection means 330 and 340 are uniaxial joints, and the other connection is performed. If the joint 350 is a biaxial joint,
A four degree of freedom drive device, characterized in that the four degrees of freedom in the direction of Roll, Heave, Pitch, Sway with one movable frame.
상기 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)은
유압 실린더, 공압 실린더, 잭 형 액추에이터, 링크형 액추에이터 또는 전기식 선형 액추에이터 중 어느 하나이거나, 두 가지 이상이 혼합되어 사용되는 것을 특징으로 하는 4자유도 구동장치.
The method of claim 1,
The first to fourth connecting means (310, 320, 330, 340) are
The four degree of freedom drive device, characterized in that any one of the hydraulic cylinder, pneumatic cylinder, jack type actuator, link type actuator or electric linear actuator, or two or more are mixed.
상기 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)은
상기 지지프레임(100) 상측에 설치되는 감속기어(510);
상기 감속기어(510)에 연결된 모터(520);
상기 감속기어(510)의 출력축에 직각으로 연결된 1차 링크(530); 및
상기 1차 링크(530)에 제1조인트(550)로 연결되며, 상기 가동프레임(200)과 제2조인트(560)로 연결되는 2차 링크(540); 를 포함하는 감속기 연결링크 방식인 것을 특징으로 하는 4자유도 구동장치.
The method of claim 1,
The first to fourth connecting means (310, 320, 330, 340) are
A reduction gear 510 installed on the support frame 100;
A motor 520 connected to the reduction gear 510;
A primary link 530 connected at right angles to the output shaft of the reduction gear 510; And
A secondary link 540 connected to the primary link 530 by a first joint 550 and connected to the movable frame 200 and the second joint 560; 4 degrees of freedom drive device characterized in that the reducer connection link method comprising a.
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