KR101209854B1 - 시뮬레이터용 3차원 운동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시뮬레이터용 3차원 운동장치를 제공한다. 이와 같은 본 발명에 따른 시뮬레이터용 3차원 운동장치는 단순한 구성으로도 3차원 운동이 구현될 수 있을 뿐만 아니라, 외력에 의한 임의적인 회전운동도 방지되어 운동 안정성과 사고 안전성이 향상될 수 있으며, 특히 3차원 입체영상 상영관의 의자에 효과적으로 적용될 수 있는다.
본 발명에 따른 시뮬레이터용 3차원 운동장치는 설치면으로부터 상측으로 이격된 위치에 배치되는 모션베이스와; 모션베이스와 설치면 사이에 설치되어 모션베이스의 3차원 운동을 유도하는 복수개의 액추에이터와; 모션베이스와 설치면 사이에 설치되어 모션베이스의 운동 자유도를 제한하되, 모션베이스의 x축 방향 직선운동, y축 방향 직선운동, 요잉(yawing) 회전운동을 방지하여 모션베이스의 슬립 현상이 방지되도록 하는 슬립 방지구 및; 액추에이터의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 구성으로 이루어진다.

Description

시뮬레이터용 3차원 운동장치{3D motion machine for simulator}

본 발명은 시뮬레이터용 3차원 운동장치에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 단순한 구성으로도 3차원 운동이 구현될 수 있을 뿐만 아니라, 외력에 의한 임의적인 회전운동도 방지되어 운동 안정성과 사고 안전성이 향상될 수 있으며, 특히 3차원 입체영상 상영관의 의자에 효과적으로 적용될 수 있는 시뮬레이터용 3차원 운동장치에 관한 것이다.

시뮬레이터는 게임장치, 훈련장치 등에 적용되어 게임장치, 훈련장치 등에서 제공하는 영상에 따라 움직이며 사용자에게 가상현실이나 스릴감을 체감할 수 있도록 한다. 현재 시뮬레이터는 다양한 구조로 개발되고 있는데, 일반적으로 사용자가 착석하게 되는 의자가 상면에 장착된 모션베이스가 다수개의 액추에이터와 결합되어 각각의 액추에이터의 작동에 따라 모션베이스가 움직이는 구성으로 이루어진다.

이와 같은 시뮬레이터와 관련하여 본 출원인은 대한민국 등록실용신안공보 등록번호 제20-0394790호 "3차원 체감용 시뮬레이터", 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0528665호 "시뮬레이터" 등을 출원한 바 있다. 여기서, 상기 "3차원 체감용 시뮬레이터"는 하면에 이동용 바퀴가 부착되고 상면에 복수 개의 하부 지지대가 설치된 하부 플레이트; 작동축의 한쪽에 감속기가 결합되면서 작동 엔코더가 내장된 작동 모터와 연결되어 작동되고 상기 하부 플레이트의 각 하부 지지대와 결합되는 작동부; 상기 하부 플레이트의 위로 이격되면서 하면에 설치된 상부 지지대가 상기 작동축의 다른쪽과 결합되는 상부 플레이트; 상기 상부 플레이트의 상면 양쪽에 연직으로 받침대가 세워지고 이 받침대의 한쪽은 회전 엔코더가 내장된 회전 모터와 결합된 지지부; 상기 지지부의 양쪽 받침대인 다른쪽에 결합되고 연결체의 연결로 회전 모터에 의해 회전되는 의자; 및 상기 작동축을 상하로 이동시키는 작동 모터와 의자를 회전시키는 회전 모터에 연결되고 이 모터들를 동작시키는 모션데이타를 전송하는 모션 콘트롤러로 구성된다. 그리고, 상기 "시뮬레이터"는 인체가 탑재될 수 있도록 의자를 가지는 모션베이스; 상기 모션베이스와 이격되는 하부베이스; 그 일단은 상기 모션베이스에 결합되며, 그 타단은 상기 하부베이스에 결합되며, 신장 및 수축되어 상기 하부베이스에 대하여 상기 모션베이스를 상승, 하강, 전후좌우 기울어짐으로 상대운동 가능하게 하는 복수개의 유동축; 상판과, 하판과, 그 일단은 상기 상판과 결합되며 그 타단은 상기 하판에 결합되며 신장 및 수축될 수 있으며 상기 유동축과 같은 개수를 가지는 미니축을 포함하는 조이스틱부재; 상기 조이스틱부재의 각 미니축에 결합되며, 그 각 미니축의 신장길이와 수축길이를 감지하여 그에 상응하는 정보를 송출하는 센서부; 상기 센서부로부터 송출된 정보를 저장하는 메모리부; 상기 메모리부에 저장된 상기 조이스틱부재의 각 미니축의 움직임에 대한 정보와 대응되게 상기 유동축이 움직이도록 상기 유동축의 신장 및 수축을 제어하는 제어부로 구성된다.

그러나, 상기와 같은 종래 시뮬레이터는 작동축(유동축)과 결합된 서보모터로 이루어진 액추에이터의 하단이 하부베이스(하부플레이트) 상면에 고정된 하부지지대에 직렬로 고정되는 구성이어서, 상기 하부지지대의 설치를 위한 별도의 공간이 요구되어 상기 하부지지대의 높이만큼 시뮬레이터 전체 높이가 높아지게 되었다. 여기서, 상기 액추에이터는 상하단이 하부베이스(하부플레이트) 및 모션베이스에 핀고정되어 작동축(유동축)의 상하이동에 따라 자유롭게 회전하면서 모션베이스의 3차원운동을 구현하게 된다. 그러나, 상기와 같이 액추에이터는 양단이 고정되어 지지되는 구성이어서 작동축(유동축)의 상하이동에 따라 하부베이스(하부플레이트) 및 모션베이스 사이를 움직이는 과정에서 과도한 굽힘력이나 인장 및 압축력이 액추에이터에 부가되면서 움직임이 불안정하게 되는 등의 문제가 발생하여 액추에이터의 지지가 안정되지 못하였다. 또한, 상기와 같이 하부지지대의 설치에 의해 시뮬레이터의 전체 높이가 높아지는 한편, 액추에이터가 불안정하게 지지됨으로써 액추에이터의 작동에 따라 움직이는 모션베이스의 안정성도 동시에 낮아지는 문제점이 있었다. 그리고, 종래의 시뮬레이터는 상기 액추에이터는 6개 구비하여 모션베이스의 3차원운동을 구현하였는데, 이에 따라 시뮬레이터의 구성이 복잡하게 되고, 제작비용이 증대되었다.

이를 개선한 것으로, 본 출원인에 의해 출원된 대한민국 등록실용신안공보 등록번호 제20-0436586호 "게임용 시뮬레이터"가 안출되어 있다. 상기 "게임용 시뮬레이터"는 바닥에 고정되는 평판형태의 지지판와, 지지판에 수직으로 고정되는 거치대와, 거치대에 측면으로 핀고정되는 액추에이터와, 액추에이터의 상단이 핀고정되고 상측에 의자가 설치된 모션베이스 및 제어부로 구성되는데, 액추에이터가 거치대에 의해 측면에서 지지됨에 따라, 종래의 시뮬레이터과 달리 액추에이터가 안정되게 지지되고, 모션베이스의 안정성도 증대되었다. 또한, 세개의 액추에이터에 의해 모션베이스의 상하운동, 좌우회전 및 전후회전의 3축운동이 구현됨에 따라, 6개의 액추에이터를 구비하는 종래의 시뮬레이터와 달리 시뮬레이터의 구성이 보다 단순화되고, 제조비용이 절감되는 장점이 있었다.

그러나, 상기의 "게임용 시뮬레이터"는 액추에이터가 수직으로 배치되는 구성임에 따라, 액추에이터와 결합되는 모션베이스의 높이가 여전히 높아져 모션베이스의 운동이 불안정하게 되고, 이에 따라 모션베이스의 의자에 착석한 사용자의 안전이 보장되지 못하는 문제점을 여전히 안고 있었다. 그리고, 상기와 같이 모션베이스의 설치높이가 높음에 따라 현재 대중화되고 있는 3차원 입체영상 상영관의 의자에 적용할 수 없어 그 활용도가 낮아지는 문제점도 동시에 가지고 있었다.

이를 개선한 것으로, 본 출원인에 의해 출원된 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0979172호 "3차원 운동 유도장치 및 그를 이용한 시뮬레이터"가 안출되어 있다. 상기 "3차원 운동 유도장치 및 그를 이용한 시뮬레이터"는 설치면에 고정된 하단부와 모션베이스 저면의 정해진 지점에 핀(pin)결합된 상단부로 이루어진 다수개의 액추에이터로 구성된 구동기구; 설치면에 고정된 하단부와 다수개의 액추에이터와 이격되어 모션베이스 저면에 결합된 상단부로 이루어지고, z축 방향으로 승강하게 되는 지지대; 및 구동기구의 작동을 제어하는 컨트롤러;를 포함하여 이루어지며, 지지대에는 설치면에 고정되고 상하방향으로 삽입홀이 형성된 고정체와, 정해진 길이의 바(bar) 형상으로 이루어져 고정체의 삽입홀에 삽입되어 상하방향으로 이동하게 되고 상단이 모션베이스와 볼결합하게 되는 이동바가 구비되는 구성으로 이루어진다. 이에 따라, 액추에이터의 설치위치가 축소되어 액추에이터와 결합되는 모션베이스의 운동 안정성과 사고 안전성이 향상되어 3차원 입체영상 상영관의 의자에 효과적으로 적용될 수 있었다.

여기서, 상기 "3차원 운동 유도장치 및 그를 이용한 시뮬레이터"는 모션베이스 저면에 볼결합되는 지지대에 의해 모션베이스의 x축 직선운동, y축 직선운동이 제한되면서 모션베이스 저면에 이중으로 핀결합되는 3개의 액추에이터에 의해 모션베이스의 z축 직선운동, 롤(roll) 회전운동 및 피치(pitch) 회전운동의 3축운동이 유도되는데, 이를 위한 액추에이터의 구성이 복잡한 문제점이 있었다. 또한, 외력에 의한 모션베이스의 임의적인 요잉(yawing) 회전운동을 방지하기 위하여 각 액추에이터가 모션베이스 저면에 이중으로 핀결합되고, 이와 더불어 지지대가 모션베이스 저면에 볼결합되는 구조가 제공됨에 따라, 전체적인 장치구성이 복잡해지는 문제점이 있었다.

특허문헌 1. 대한민국 등록실용신안공보 등록번호 제20-0394790호 "3차원 체감용 시뮬레이터" 특허문헌 2. 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0528665호 "시뮬레이터" 특허문헌 3. 대한민국 등록실용신안공보 등록번호 제20-0436586호 "게임용 시뮬레이터" 특허문헌 4. 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0979172호 "3차원 운동 유도장치 및 그를 이용한 시뮬레이터"

따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하여, 서로 결합된 서보모터와 유성치차 감속기에 캠용 연결편이 편심되게 연결되고, 캠용 연결편에 모션베이스 저면에 고정된 연결로드가 결합되는 구조의 액추에이터가 제공됨에 따라, 모션베이스의 3차원 운동을 구현하기 위한 구성이 단순화될 수 있는 새로운 형태의 시뮬레이터용 3차원 운동장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 모션베이스 저면 중앙에 유니버셜 조인트가 고정되고, 유니버셜 조인트 하단부에 서로 이격된 복수개의 가이드 포스트이 결합되어 z축 방향으로만 이동하게 되는 구조의 슬립 방지구가 제공됨에 따라, 외력에 의한 임의적인 회전운동이 방지되어 운동 안정성과 사고 안전성이 향상될 수 있는 새로운 형태의 시뮬레이터용 3차원 운동장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히 본 발명은 운동 안정성과 사고 안정성이 도모되는 한편, 모션베이스의 설치높이를 낮출 수 있어 3차원 입체영상 상영관의 의자에 효과적으로 적용될 수 있는 새로운 형태의 시뮬레이터용 3차원 운동장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 설치면으로부터 상측으로 이격된 위치에 배치되는 모션베이스와; 상기 모션베이스와 설치면 사이에 설치되어 상기 모션베이스의 3차원 운동을 유도하는 복수개의 액추에이터와; 상기 모션베이스와 설치면 사이에 설치되어 상기 모션베이스의 운동 자유도를 제한하되, 상기 모션베이스의 x축 방향 직선운동, y축 방향 직선운동, 요잉(yawing) 회전운동을 방지하여 상기 모션베이스의 슬립 현상이 방지되도록 하는 슬립 방지구 및; 상기 액추에이터의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 시뮬레이터용 3차원 운동장치를 제공한다.

이와 같은 본 발명에 따른 시뮬레이터용 3차원 운동장치에서 상기 슬립 방지구는 상기 모션베이스 저면 중앙에 상단부가 고정되는 유니버셜 조인트와; 상기 유니버셜 조인트의 하단부와 결합되고, 상기 모션베이스의 3차원 운동에 연동되어 z축 방향의 직선운동을 수행하는 가이드 판과; 서로 이격되어 상기 가이드 판 저면에 부착되는 복수개의 가이드 부시 및; 상기 각 가이드 부시에 대응하여 설치면 상에 서로 이격되게 설치되고, 상기 각 가이드 부시가 삽입되어 상기 가이드 부시의 슬라이딩 운동을 유도하면서 상기 가이드 판의 z축 방향의 직선운동을 안내하게 되는 복수개의 가이드 포스트를 포함한다.

이와 같은 본 발명에 따른 시뮬레이터용 3차원 운동장치에서 상기 슬립 방지구는 서로 이격되게 배치되는 4개의 가이드 부시와, 서로 이격되게 배치되는 4개의 가이드 포스트를 구비한다.

이와 같은 본 발명에 따른 시뮬레이터용 3차원 운동장치에서 상기 슬립 방지구는 상기 가이드 판 상면 중앙부에 고정되는 중간 연결구를 구비하여 상기 중간 연결구 상면에 상기 유니버셜 조인트가 고정되도록 하되, 상기 중간 연결구는 상하단에 결합플랜지를 형성하여 상기 결합플랜지에 상기 유니버셜 조인트와 가이드 판이 결합되도록 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 시뮬레이터용 3차원 운동장치에서 상기 액추에이터는 상기 컨트롤러에 의해 제어되는 서보모터와; 상기 서보모터와 결합되는 감속기와; 일단부가 상기 감속기의 구동축에 결합되는 캠용 연결편 및; 바(bar) 형상으로 이루어지고, 상기 캠용 연결편의 타단부에 하단부가 결합되고, 상기 모션베이스 저면에 상단부가 결합되는 연결로드를 포함한다.

이와 같은 본 발명에 따른 시뮬레이터용 3차원 운동장치에서 상기 감속기는 유성치차 감속기이다.

이와 같은 본 발명에 따른 시뮬레이터용 3차원 운동장치에서 상기 액추에이터는 상기 캠용 연결편에 결합되는 일단부와, 상기 연결로드의 하단부에 볼(ball)결합되는 볼형상의 타단부를 갖는 결합용 볼을 구비하여 상기 결합용 볼에 의해 상기 캠용 연결편과 연결로드가 서로 결합되도록 하되, 상기 연결로드의 하단부는 로드 엔드 베어링으로 형성된다.

이와 같은 본 발명에 따른 시뮬레이터용 3차원 운동장치에서 상기 액추에이터는 상기 모션베이스 저면에 결합되는 일단부와, 상기 연결로드의 상단부에 볼(ball)결합되는 볼형상의 타단부를 갖는 결합용 볼을 구비하여 상기 결합용 볼에 의해 상기 모션베이스와 연결로드가 서로 결합되도록 하되, 상기 연결로드의 하단부는 로드 엔드 베어링으로 형성된다.

이와 같은 본 발명에 따른 시뮬레이터용 3차원 운동장치에서 상기 모션베이스 상측으로 영화관을 포함하는 관람 공간에 설치되는 관람용 의자가 고정되고, 상기 컨트롤러는 관람용 의자에 착석한 관람자의 관람 시작 시 상기 모션베이스가 설정된 각도만큼 후방으로 기울어지도록 상기 액추에이터를 제어하게 된다.

본 발명에 의한 시뮬레이터용 3차원 운동장치에 의하면, 서보모터, 유성치차 감속기, 캠용 연결편, 연결로드가 순차적으로 결합된 복수개의 액추에이터와, 유니버셜 조인트에 연결되는 가이드 판, 복수개의 가이드 포스트와 가이드 부시를 포함하여 이루어지는 슬립 방지구를 구비하는 단순한 구성으로도 모션베이스의 z축 직선운동, 롤(roll) 회전운동 및 피치(pitch) 회전운동의 3축운동이 원활하고 안정되게 구현되는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 슬립 방지구에 의해 외력에 의한 임의적인 요잉(yawing)운동도 방지되어 운동 안정성과 사고 안전성이 향상되는 효과가 있다.

특히 본 발명의 시뮬레이터용 3차원 운동장치는 운동 안정성과 사고 안정성이 향상되고, 모션베이스 설치높이가 낮아지며, 구성의 단순화에 따른 제조비용의 절감으로 3차원 입체영상 상영관의 의자에 효과적으로 적용될 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이터용 3차원 운동장치의 정면도;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이터용 3차원 운동장치의 측면도;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이터용 3차원 운동장치의 평면도;
도 4의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시뮬레이터용 3차원 운동장치를 이루는 액추에이터의 작동을 보여주기 위한 도면;
도 5와 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이터용 3차원 운동장치의 동작을 보여주기 위한 사시도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 6에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 일반적인 3차원 운동장치, 시뮬레이터, 모션체어, 유니버셜 조인트, 서보모터, 감속기, 유성치차 감속기 등으로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.

본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이터용 3차원 운동장치(100)는 도 1 내지 도 4에서와 같이 모션베이스(10), 복수개의 액추에이터(20), 슬립 방지구(30), 컨트롤러(40)를 구비하여 이루어진다.

모션베이스(10)는 설치면으로부터 상측으로 이격된 위치에 배치된다. 모션베이스(10)의 상부에 모션체어가 장착되거나, 사용자를 위한 각종 착석기구가 장착된다. 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이터용 3차원 운동장치(100)는 3차원 입체영상 상영관의 의자에 적용되는 것임에 따라, 극장용 의자가 모션베이스(10) 상부에 설치된다. 이와 더불어 모션베이스(10) 상측으로 영화관을 포함하는 각종 관람 공간에 설치되는 관람용 의자가 고정될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이터용 3차원 운동장치(100)는 바닥 플레이트(50)를 구비하여 바닥 플레이트(50)의 상면이 설치면을 이루도록 한다.

복수개의 액추에이터(20)는 모션베이스(10)와 설치면 사이에 설치되어 모션베이스(10)의 3차원 운동을 유도한다. 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이터용 3차원 운동장치(100)는 3개의 액추에이터(20)가 구비된다. 하나의 액추에이터(20)는 선단부 중앙에 배치되고, 나머지 두개의 액추에이터(20)는 후단부 양측단에 배치된다. 이와 같은 3개의 액추에이터(20)는 이등변 삼각형의 꼭지점에 해당되는 부위에 각각 배치되어 모션베이스(10)를 안정되게 지지하는 동시에 모션베이스(10)의 3차원 운동이 안정되게 수행될 수 있도록 한다.

본 발명의 실시예에 따른 액추에이터(20)는 서보모터(21), 감속기(22), 캠용 연결편(23), 연결로드(24), 결합용 볼(25)을 포함하여 이루어진다.

서보모터(21)는 컨트롤러(40)에 의해 제어되는 것으로, 감속기(22)와 연결되어 감속된다. 본 발명의 실시예에 따른 감속기(22)는 유성치차 감속기(22a)를 사용하여 일정중량을 갖는 모션베이스(10)가 안정되게 지지되면서 모션베이스(10)의 원활한 3차원 운동이 유도될 수 있도록 한다. 캠용 연결편(23)은 일단부가 감속기(22)의 구동축(221)에 결합되고, 타단부가 연결로드(24)와 결합된다. 캠용 연결편(23)은 감속기(22)의 구동축(221)에 편심되게 결합됨에 따라, 연결로드(24)와 결합되는 캠용 연결편(23)의 타단부가 감속기(22)의 구동축(221)을 중심으로 회전하면서 캠 기능을 수행할 수 있게 된다. 연결로드(24)는 바(bar) 형상으로 이루어지는 것으로, 캠용 연결편(23)의 타단부에 하단부가 결합되고, 모션베이스(10) 저면에 상단부가 결합된다. 연결로드(24)는 캠용 연결편(23) 타단부의 회전에 따라 z축 방향으로 운동하게 되는데, 복수개의 액추에이터(20)가 각 지점에서 z축 방향으로 운동함으로써 모션베이스(10)의 z축 방향 직선운동, 롤링(rolling) 회전운동, 피칭(pitching) 회전운동이 유도된다.

결합용 볼(25)은 캠용 연결편(23)과 연결로드(24)를 연결시키는 한편, 연결로드(24)와 모션베이스(10)를 연결시킨다. 캠용 연결편(23)과 연결로드(24)를 연결시키는 결합용 볼(25)은 캠용 연결편(23)에 결합되는 일단부와, 연결로드(24)의 하단부에 볼(ball)결합되는 볼형상의 타단부를 갖는다. 연결로드(24)와 모션베이스(10)를 연결시키는 결합용 볼(25)은 모션베이스(10) 저면에 결합되는 일단부와, 연결로드(24)의 상단부에 볼(ball)결합되는 볼형상의 타단부를 갖는다. 여기서, 연결로드(24)의 하단부와 상단부는 로드 로드 엔드 베어링(241)으로 형성되어 결합용 볼(25)과 원활하게 볼결합될 수 있도록 한다.

상기와 같이 서로 볼결합되는 연결로드(24)의 로드 로드 엔드 베어링(241)과 결합용 볼(25)에 의해 연결로드(24)가 캠용 연결편(23)과 모션베이스(10)에 연결됨에 따라, 모션베이스(10)의 롤링(rolling) 회전운동, 피칭(pitching) 회전운동에 따른 변위가 수용될 수 있어 모션베이스(10)의 롤링(rolling) 회전운동, 피칭(pitching) 회전운동이 원활하고 안정되게 수행된다.

한편, 모션베이스(10)의 저면에 로드 고정 브래킷(26)이 고정되어 연결로드(24)는 로드 고정 브래킷(26)에 결합용 볼(25)을 매개로 연결된다.

슬립 방지구(30)는 모션베이스(10)와 설치면 사이에 설치되어 모션베이스(10)의 운동 자유도를 제한하는데, 특히 본 발명의 실시예에 따른 슬립 방지구(30)는 모션베이스(10)의 x축 방향 직선운동, y축 방향 직선운동, 요잉(yawing) 회전운동을 방지하여 모션베이스(10)의 슬립 현상이 방지되도록 한다. 본 발명의 실시예에 따른 슬립 방지구(30)는 유니버셜 조인트(31), 가이드 판(32), 가이드 부시(33), 가이드 포스트(34)를 포함하고, 3개의 액추에이터(20) 내측에 배치된다.

유니버셜 조인트(31)는 모션베이스(10) 저면 중앙에 상단부가 고정된다. 유니버셜 조인트(31)의 사용으로 모션베이스(10)의 중앙을 통과하는 x축을 회전축으로 하는 모션베이스(10)의 롤링(rolling) 회전운동, 모션베이스(10)의 중앙을 통과하는 y축을 회전축으로 하는 피칭(pitching) 회전운동이 수행된다.

가이드 판(32)은 평판체로 이루어져 가이드 판(32) 상면 중앙에 유니버셜 조인트(31) 하단이 고정되고, 가이드 판(32) 하면 모서리 부위에 4개의 가이드 포스트(32) 상단이 고정된다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 가이드 판(32)은 상면 중앙부에 고정되는 중간 연결구(35)의 상면에 유니버셜 조인트(31)가 고정되도록 하는데, 중간 연결구(35)는 상하단에 결합플랜지를 형성하여 결합플랜지에 유니버셜 조인트(31)와 가이드 판(32)이 결합되도록 한다.

이와 같은 가이드 판(32)은 모션베이스(10)의 3차원 운동에 연동되어 z축 방향의 직선운동을 수행하게 된다.

가이드 부시(33)는 복수개가 구비되어 서로 이격되게 가이드 판(32) 저면에 부착되는 것으로, 특히 본 발명의 실시예에 따른 슬립 방지구(30)는 4개의 가이드 부시(33)가 가이드 판(32) 하면 모서리 부위에 부착된다. 즉, 특히 본 발명의 실시예에 따른 4개의 가이드 부시(33)는 직사각형 패턴으로 배열된다. 각 가이드 부시(33)은 모션베이스(10)의 3차원 운동에 연동되어 z축 방향의 직선운동을 수행한다.

가이드 포스트(34)은 가이드 부시(33)에 대응하여 설치면 상에 이격되게 설치되는 것으로, 각 가이드 포스트(32)은 상하방향(z축 방향)으로 배치되어 가이드 부시(33)가 삽입된다. 이와 같은 가이드 포스트(34)는 모션베이스(10)의 3차원 운동에 연동되어 z축 방향의 직선운동을 수행하는 가이드 부시(33)의 슬라이딩 운동을 유도하게 된다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 슬립 방지구(30)는 4개의 가이드 포스트(34)가 가이드 판(32)의 모서리 부위에 배치되도록 한다. 즉, 특히 본 발명의 실시예에 따른 4개의 가이드 포스트(34)는 직사각형 패턴으로 배열된다. 여기서, 가이드 포스트(34)는 하단부가 수나사 가공단(342)으로 형성되어 가이드 포스트(34)가 배치되는 부위가 암나사 가공된 바닥 플레이트(50)에 끼워지도록 한다. 또한, 가이드 포스트(34)는 가이드 부시(33)가 삽입되어 상하방향으로 슬라이딩 운동하게 되는 외주면 상에 볼 리테이너(ball retainer)(36)가 삽입고정되도록 하는데, 이에 따라, 가이드 부시(33)는 볼 리테이너(36)를 타고 원화하고 안정되게 슬라이딩 운동할 수 있게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이터용 3차원 운동장치(100)는 상기와 같이 유니버셜 조인트(31)의 사용과 서로 직사각형 패턴으로 이격되게 배열된 4게의 가이드 부시(33)와 4개의 가이드 포스트(34)의 사용으로 모션베이스(10)의 중앙을 통과하는 z축을 회전축으로 하는 모션베이스(10)의 요잉(yawing) 회전운동이 방지된다. 이에 따라, 임의적인 외력에 의한 모션베이스(10)의 임의적인 회전운동이 방지된다. 이로써 모션베이스(10)는 컨트롤러(40)에 의해 설정된 패턴으로 정확하고 정밀하게 3차원 운동을 수행하게 되어 운동 안정성과 사고 안정성이 향상된다.

컨트롤러(40)는 액추에이터(20)의 작동을 제어하여 모션베이스(10)가 설정된 패턴으로 3차원 운동하도록 한다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러(40)는 도 5와 도 6에서와 같이 모션베이스(10)의 z축 직선운동, 롤(roll) 회전운동 및 피치(pitch) 회전운동의 3축운동을 유도하게 된다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이터용 3차원 운동장치(100)는 영화관과 같은 관람 공간에 적용될 수 있는데, 이 경우 컨트롤러(40)는 관람용 의자에 착석한 관람자의 관람 시작 시 모션베이스(10)가 설정된 각도만큼 후방으로 기울어지도록 액추에이터(20)를 제어함으로써, 관람자에게 편안함을 제공할 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이터용 3차원 운동장치(100)는 도 4에서와 같이 서보모터(21)와 감속기(22)가 고정되는 감속기 고정 브래킷(28)에 근접센서(41)를 설치하고, 캠형 연결편(23) 일측에 위치설정용 돌출편(27)을 형성한다. 이와 같은 근접센서(41)은 위치설정용 돌출편(27)을 인식함으로써 캠형 연결편(23)과 연결로드(24)가 최저 높이(하사점)에 위치되는 지점이 검출하게 된다. 이는 시뮬레이터용 3차원 운동장치(100)의 작동 시작전 위치 초기화에 적용된다.

상기와 같이 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이터용 3차원 운동장치(100)는 서보모터(21), 유성치차 감속기(22a), 캠용 연결편(23), 연결로드(24)로 이루어지는 액추에이터(20)와, 유니버셜 조인트(31), 가이드 판(32), 4개의 가이드 부시(33)와 4개의 가이드 포스트(34)로 이루어진 슬립 방지구(30)를 구비하는 단순한 구성으로 모션베이스(10)의 z축 직선운동, 롤(roll) 회전운동 및 피치(pitch) 회전운동의 3축운동을 원활하고 안정되게 구현하게 된다. 또한, 본 발명은 슬립 방지구(30)에 의해 외력에 의한 임의적인 요잉(yawing)운동도 방지되어 운동 안정성과 사고 안전성이 향상된다. 이와 더불어, 상기와 같은 액추에이터(20) 구조에 의해 모션베이스(10) 설치높이가 낮아지는 한편, 구성의 단순화에 따른 제조비용의 절감으로 본 발명의 시뮬레이터용 3차원 운동장치(100)는 3차원 입체영상 상영관의 의자에 효과적으로 적용될 수 있다. 물론, 본 발명의 시뮬레이터용 3차원 운동장치(100)의 적용이 이에 한정되는 것은 아니다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이터용 3차원 운동장치를 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

10 : 모션베이스 20 : 액추에이터
21 : 서보모터 22 : 감속기
22a : 유성치차 감속기 221 : 구동축
23 : 캠용 연결편 24 : 연결로드
241 : 로드 엔드 베어링 25 : 결합용 볼
26 : 로드 고정 브래킷 27 : 위치설정용 돌출편
28 : 감속기 고정 브래킷 30 : 슬립 방지구
31 : 유니버셜 조인트 32 : 가이드 판
33 : 가이드 부시 34 : 가이드 포스트
342 : 수나사 가공단 35 : 중간 연결구
36 : 볼 리테이너 40 : 컨트롤러
41 : 근접센서 50 : 바닥 플레이트
100 : 시뮬레이터용 3차원 운동장치

Claims (4)

1. 설치면으로부터 상측으로 이격된 위치에 배치되는 모션베이스와;
   상기 모션베이스와 설치면 사이에 설치되어 상기 모션베이스의 3차원 운동을 유도하는 복수개의 액추에이터와;
   상기 모션베이스와 설치면 사이에 설치되어 상기 모션베이스의 운동 자유도를 제한하되, 상기 모션베이스의 x축 방향 직선운동, y축 방향 직선운동, 요잉(yawing) 회전운동을 방지하여 상기 모션베이스의 슬립 현상이 방지되도록 하는 슬립 방지구 및;
   상기 액추에이터의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이터용 3차원 운동장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 슬립 방지구는 상기 모션베이스 저면 중앙에 상단부가 고정되는 유니버셜 조인트와;
   상기 유니버셜 조인트의 하단부와 결합되고, 상기 모션베이스의 3차원 운동에 연동되어 z축 방향의 직선운동을 수행하는 가이드 판과;
   서로 이격되어 상기 가이드 판 저면에 부착되는 복수개의 가이드 부시 및;
   상기 각 가이드 부시에 대응하여 설치면 상에 서로 이격되게 설치되고, 상기 각 가이드 부시가 삽입되어 상기 가이드 부시의 슬라이딩 운동을 유도하면서 상기 가이드 판의 z축 방향의 직선운동을 안내하게 되는 복수개의 가이드 포스트를 포함하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이터용 3차원 운동장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 액추에이터는 상기 컨트롤러에 의해 제어되는 서보모터와;
   상기 서보모터와 결합되는 감속기와;
   일단부가 상기 감속기의 구동축에 결합되는 캠용 연결편 및;
   바(bar) 형상으로 이루어지고, 상기 캠용 연결편의 타단부에 하단부가 결합되고, 상기 모션베이스 저면에 상단부가 결합되는 연결로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이터용 3차원 운동장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 모션베이스 상측으로 영화관을 포함하는 관람 공간에 설치되는 관람용 의자가 고정되고,
   상기 컨트롤러는 관람용 의자에 착석한 관람자의 관람 시작 시 상기 모션베이스가 설정된 각도만큼 후방으로 기울어지도록 상기 액추에이터를 제어하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이터용 3차원 운동장치.

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