KR101241531B1

KR101241531B1 - 4자유도 시뮬레이터

Info

Publication number: KR101241531B1
Application number: KR1020100072407A
Authority: KR
Inventors: 봉혁
Original assignee: (주)트윈테크
Priority date: 2010-07-27
Filing date: 2010-07-27
Publication date: 2013-03-08
Also published as: KR20120011914A

Abstract

본 발명은 4자유도 시뮬레이터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 크랭크 암 방식을 이용한 액츄에이터 4자유도를 구현하는 시뮬레이터에 관한 것이다.

Description

4자유도 시뮬레이터{SIMULATOR WITH 4 DOF}

본 발명은 4자유도 시뮬레이터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 크랭크 암 방식을 이용한 액츄에이터를 이용하여 4자유도를 구현하는 시뮬레이터에 관한 것이다.

일반적으로 시뮬레이터는 복잡한 작동 상황 따위를 컴퓨터를 사용하여 실제 장면과 같도록 재현하는 장치를 일컬으며, 주로 시험연구나 항공기 등의 조종 훈련, 게임 장치 등에 사용된다.

모든 시뮬레이터의 공통점은 3차원적으로 실제 장면과 같도록 재현시킨다는 점이다. 그러나 시뮬레이터를 동작시키는 구성요소는 어떤 용도로 사용하느냐에 따라 많은 차이를 보이며, 또한 새롭게 요구되는 다양한 용도에 맞도록 시뮬레이터의 발전이 병행되어야 한다.

일반적으로 시뮬레이터의 동작은 롤링(rolling), 피칭(pitching), 헤빙(heaving), 스웨이(sway) 및 턴(turning) 등으로 이루어진다. 롤링(rolling)이란 평면좌표축의 X축 상에서 좌우로 운동하는 것을 의미하며, 피칭(pitching)이란 평면좌표축의 Y축 상에서 좌우로 운동하는 것을 의미한다. 또한, 헤빙(heaving)은 상하운동이며, 스웨이(sway)는 좌우로 흔들리는 것을 의미하고, 턴(turning)은 회전운동을 의미한다.

대한민국 등록실용신안 제154640호와 미국등록특허 제5,685,718호 등에 기재된 시뮬레이터는 피치, 롤 및 스웨이 동작을 실행시키는 기술이 개시되어 있다. 여기에서는 부분적인 턴 동작이 이루어지긴 하지만, 시뮬레이터 전체 구조물의 턴 동작은 제한되는 한계가 있다.

대한민국 특허출원번호 제2001-0039341호 및 실용신안출원번호 제1993-0020464호 등에 기재된 시뮬레이터는 롤링, 피칭, 헤빙, 및 턴 동작을 실해이키는 기술이 개시되어 있다. 여기서는 전체 구조물의 턴 동작이 이루어지긴 하지만, 그러한 전체적인 턴 동작을 일으키기 위한 장치는 기구의 가장 하부에 위치하며, 그로인한 문제점은 여러가지 동작이 동시에 일어날 때 하부의 턴 동작에 의한 원심력으로 상부와 다른 동작에 영향을 미치게 되고, 특히 상부의 다른 동작을 일으키는 기구들이 유압에 의해 동작될 때에는 유류의 변질 및 양의 크기에 민감한 반응을 보이는 문제가 있다.

대한민국 등록특허 제280144호, 제316511호 및 등록실용신안 제175330호 등에 기재된 장치들은 롤, 피칭, 및 헤빙 동작을 실행시키는 것을 볼 수 있다. 상기 장치들은 유압실린더를 3개 또는 4개를 사용하여 무겁고 복잡한 형태를 갖고 상기 3~4개의 유압실린더의 다소 복잡한 상호동작에 의해 위치 제어를 하게 된다. 또한, 위치 제어를 위한 유압 실린더 피스톤의 신장과 수축의 길이가 본 발명의 장치에 비해 상대적으로 늘어날 수 밖에 없는 구조를 갖는다. 특히, 롤과 피칭에 의한 위치는 일정하게 유지하면서 턴 동작에 의해 위치 제어를 달성하기 위해서는, 2~3개의 유압 실린더가 동시에 복잡한 움직임을 할 수 밖에 없다.

즉, 종래에는 주로 3자유도 시뮬레이터와 6자유도 시뮬레이터가 대부분인데, 6자유도 시뮬레이터는 너무 고가의 장비이고, 시스템이 매우 복잡하여 부품의 수량이 많고 고장 발생이 많은 문제가 있다. 3자유도 시뮬레이터는 구현할 수 있는 동작이 제한되어 있어 체험감이 떨어지고, 실제 운동을 재현하기가 어려운 문제가 있다.

또한, 종래에는 시뮬레이터의 구동 장치로 유압 실린더 또는 선형 액츄에이터를 사용하였는데, 이는 시뮬레이터의 구조를 복잡하게 하면서 고장 발생이 잦은 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 시뮬레이터의 구동 장치로서 크랭크 암 방식의 액츄에이터를 사용하여 고장률을 감소시킨 시뮬레이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 3자유도의 체험감이 부족한 것을 극복하고, 6자유도의 복잡한 구조를 배제하면서도 간단하면서도 신뢰성이 있는 4자유도의 시뮬레이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 다음과 같은 과제 해결 수단을 제공한다.

본 발명은 3개의 액츄에이터를 사용하여 4자유도를 구현시키기 위한 것으로서, 베이스부(100); 상기 베이스부(100)의 상측에 제공되고, 독립적으로 제어 가능한 3개의 액츄에이터(10)(20)(30); 상기 3개의 액츄에이터(10)(20)(30)에 연결되어 지지되는 플랫폼(50); 상기 베이스부(100) 및 상기 플랫폼(50) 사이에 배치되어 상기 플랫폼(50)을 탄성 지지하고, 상기 플랫폼(50)의 Z축 방향 이동을 제한시키는 구속 부재(40)를 포함하고, 상기 각각의 액츄에이터(10)(20)(30)는 회전 모터(11)(21)(31); 상기 회전 모터에 연결된 감속기(12)(22)(32); 상기 감속기에 연결되어 상기 Z축 방향으로 회전되고, 상기 플랫폼(50) 측으로 회전력을 전달하는 제1 축(13)(23)(33); 상기 제1 축과 볼조인트(15)(25)(35)를 통해 연결되어 상기 플랫폼(50)을 지지하고, 상기 제1 축에 전달된 회전력을 상기 플랫폼(50) 측으로 전달하고, 상기 볼조인트(15)(25)(35)를 따라 상기 제1 축과 상대회전을 발생시키는 제2 축(14)(24)(34); 상기 플랫폼(50) 및 상기 제2 축 사이에 설치되는 볼조인트(51)(52)(53); 상기 구속 부재(40) 및 상기 플랫폼(50) 사이의 상대회전에 대응되도록 상기 구속 부재(40) 및 상기 플랫폼(50) 사이에 설치된 유니버셜 조인트를 포함하고, 상기 액츄에이터(10)의 상기 제1 축(13) 및 상기 제2 축(14)의 회전면은 다른 액추에이터(20)(30)의 상기 제1 축(13) 및 상기 제2 축(14)의 회전면과 서로 평행하게 배치되는 4자유도 시뮬레이터를 제공한다.

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또한, 상기 제1 축(13)의 회전축에는 상기 액츄에이터(10)의 회전각을 측정하는 센서가 제공되는 것이 바람직하다.

상기 구속 부재(40)는 수직형의 부재이고, 상부에는 탄성부재(42)가 제공되어 플랫폼(50)의 운동에 의한 충격을 흡수하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 의한 4자유도 시뮬레이터는 상기 플랫폼(50)의 상부에 상기 플랫폼(50)과 평행하게 이동되도록 제공되는 부 플랫폼(90)과, 상기 부 플랫폼(90)에 수평 운동이 가능하도록 동력을 전달하는 웜기어를 더 포함하고, 상기 부 플랫폼(90)은 한쌍의 LM 가이드를 통해 상기 플랫폼(50)에 제공되고, 상기 웜기어의 웜휠(95)과 상기 부 플랫폼(90)은 양 끝단이 각각 회동가능하게 연결된 동력전달부재(99)로 연결되어 있는 것이 가능하다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 시뮬레이터의 구동 장치로서 크랭크 암 방식의 액츄에이터를 사용하여 고장률을 감소시킨 시뮬레이터를 제공하는 효과가 있다.

또한, 3자유도의 체험감이 부족한 것을 극복하고, 6자유도의 복잡한 구조를 배제하면서도 간단하면서도 신뢰성이 있는 4자유도의 시뮬레이터를 제공하는 효과가 있다.

또한, 시뮬레이터의 제작을 위한 비용이 감소되고, 선형 액츄에이터를 이용하는 것에 비해 내구성 및 동작수명이 긴 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 4자유도 시뮬레이터의 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 4자유도 시뮬레이터의 동작 설명도.
도 3은 본 발명에 의한 4자유도 시뮬레이터의 피칭 동작 설명도.
도 4는 본 발명에 의한 4자유도 시뮬레이터의 일실시예의 측면도.
도 5는 본 발명에 의한 4자유도 시뮬레이터의 다른 실시예의 일부 구조도.
도 6은 본 발명에 의한 4자유도 시뮬레이터의 시스템 구조도.

이하 본 발명에 의한 4자유도 시뮬레이터에 대해 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 용어가 동일하더라도 표시하는 부분이 상이하면 도면 부호가 일치하지 않음을 미리 말해두는 바이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 실험자 및 측정자와 같은 사용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 4자유도 시뮬레이터의 사시도이다. 본 발명의 일실시예는 베이스부(100)와, 베이스부(100)의 상측에 제공되고, 독립적으로 제어 가능한 3개의 액츄에이터(10, 20. 30)와, 3개의 액츄에이터(10, 20, 30)에 연결되어 지지되는 플랫폼(50)과, 베이스부(100)와 플랫폼(50) 사이에 제공되어 플랫폼(50)을 구속하는 구속부재(40)를 포함한다.

베이스부(100)는 기저면이 대신할 수도 있고, 3개의 액츄에이터(10, 20, 30)를 고정하는 기능을 수행한다. 설명의 편의상 3개의 액츄에이터는 제1 액츄에이터(10), 제2 액츄에이터(20), 제3 액츄에이터(30)로 표기하기로 한다. 그 기능과 구조는 모두 동일하다.

제1 액츄에이터(10)는 회전 모터(11)와, 회전 모터(11)에 연결된 감속기(12)와, 감속기(12)에 연결된 제1 축(13) 및 플랫폼(50)에 연결된 제2 축(14)이 형성하는 크랭크 암을 포함한다. 회전 모터(11)는 AC모터인 것이 바람직하나, 회전 동력을 발생할 수 있는 것이라면 어느 것이라도 가능하다. 회전 모터(11)는 감속기(12)와 연결하여 토크를 증대시키는 것이 바람직하다.

감속기(12)는 제1 축(13)과 연결되어, 제1 축(13)을 회전시킨다. 제1 축(13)은 감속기(12)의 회전축과 수직에 가까운 형태로 제공되는 것이 바람직하다. 제1 축(13)의 끝단은 제2 축(14)이 연결되는데, 제1 축(13)과 제2 축(14)은 볼 조인트(15)로 연결되는 것이 바람직하다. 본 명세서에서 볼 조인트(15)라 함은 구 운동 조인트의 개념으로 사용되었다.

즉, 일반적인 크랭크 암의 운동은 제1 축과 제2 축이 평행한 면을 따라 회전운동을 하지만, 본 발명에서는 제1 축(13)과 제2 축(14) 사이에 제공되는 볼 조인트(15)로 인해, 제2 축(14)이 회전 평면에 수직한 방향으로 운동이 가능한 구조이다. 이러한 볼 조인트(15) 체결 구조로 인해 본 발명에서는 3개의 액츄에이터를 사용함에도 불구하고 헤빙(heaving) 동작이 가능하게 구현할 수 있다.

제2 축(14)의 다른 끝단과 플랫폼(50) 간의 연결 부분에는 다른 볼 조인트(51)가 제공된다. 이를 통해, 플랫폼(50)은 제2 축(14)에 대해 모든 방향으로 회전이 가능하여, 롤링 동작, 피칭 동작, 헤빙 동작 및 스웨이 동작 등이 가능하게 된다.

제2 액츄에이터(20) 및 제3 액츄에이터(30) 역시 제1 액츄에이터(10)와 동일한 구조 및 기능을 수행하므로, 도면 부호만 바꿔서 표시되므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

3개의 액츄에이터의 배열은 도 1과 같이, 제1 액츄에이터(10)가 플랫폼(50)의 일측의 중간부에 제공되고, 제2 액츄에이터(20) 및 제3 액츄에이터(30)는 플랫폼(50)의 타측에 나란하게 제공되는 것이 바람직하다.

또한, 각각의 액츄에이터의 제1 축(13, 23, 33)의 회전면은 서로 평행하게 제공되는 것이 바람직하다. 특히 제2 축(23)과 제3 축(33)의 회전면은 동일한 면을 공유하는 것이 바람직하다. 다만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

각각의 액츄에이터는 제어기에 의해 서로 독립적으로 동작할 수 있도록 제공된다.

구속 부재(40)는 플랫폼(50)의 중앙부에 제공되는 것이 바람직하나, 이에 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다. 구속 부재(40)는 수직형의 부재로서, 하측은 베이스부(100)에 고정되어 있고, 상측은 플랫폼에 볼 조인트(41)를 통해 연결된다. 즉, 플랫폼(50)은 구속 부재(40)에 대해 높이 방향으로는 구속이 되어 있으나, 자유롭게 구 회전이 가능한 구조이다. 이를 위해 플랫폼(50)과 구속 부재(40)는 볼 조인트 또는 유니버셜 조인트(41)로 연결되는 것이 바람직하다.

구속 부재(40)에는 스프링과 같은 탄성 부재(42)가 제공되어, 플랫폼(50)의 운동에 의한 충격을 완충시키는 기능을 수행한다.

베이스부(100)에는 각각의 모터을 개별적으로 제어할 수 있는 제어기(60)가 더 제공될 수 있으나, 이는 베이스부의 외부에 제공되는 것도 가능하다.

본 발명에 의한 4자유도 시뮬레이터는 조작부(80)와 제어콘솔(70)과 연결되어 하나의 시스템을 형성한다. 조작부(80)의 입력 신호를 제어콘솔(70)이 처리하고, 입력 동작을 구현하기 위한 각각의 모터의 제어 신호를 제어기(60)에 전달하게 된다. 다만, 본 발명은 시뮬레이터의 구동부를 권리범위로 하므로, 제어콘솔(70), 조작부(80) 및 제어기(60)의 구조 등은 본 발명의 권리범위를 제한할 수 없다.

도 2는 본 발명에 의한 4자유도 시뮬레이터가 동작을 표현할 수 있는 4자유도를 설명하는 도면이다.

Y축을 따라 이동하는 스웨이(sway) 동작을 구현하기 위해서는 세 개의 액츄에이터가 동일한 각도만큼 회전하는 것이 필요하다. 다만, 크랭크 암의 구조상 Y 축에 대해 완전한 수평 운동이 아니라 다소 곡선의 형태를 띄게 된다.

Z축을 따라 이동하는 헤빙(heaving) 동작을 구현하기 위해서는 세 개의 액츄에이터가 동일한 각도만큼 회전하는 것이 필요하다. 예를 들어, 세 개의 제1 축(13, 23, 33) 모두가 지면에 대해 90도의 위치에 오게 되면, 제1 축과 제2 축이 평행하게 되고, 플랫폼이 가장 높은 위치에 오게 된다. 반대로, 세 개의 제1 축(13, 23, 33) 모두가 지면에 대해 -90도(270도)의 위치에 오게 되면, 플랫폼이 가장 낮은 위치에 오게 된다.

X축을 따라 회전하는 롤링(roll) 동작을 구현하기 위해서는 제2 액츄에이터(20)와 제3 액츄에이터(30)의 회전 방향을 반대로 구동한다. 예를 들어, 제2 액츄에이터(20)의 제1 축(23)을 시계방향으로 회전하고, 제3 액츄에이터(30)의 제1 축(33)을 반시계방향으로 회전하면, 제2 액츄에이터(20) 측의 플랫폼(50)은 상승하고, 제3 액츄에이터(30) 측의 플랫폼(50)은 하강한다. 이를 반대로 구현하면 제2 액츄에이터(20) 측의 플랫폼(50)은 하강하고, 제3 액츄에이터(30) 측의 플랫폼(50)은 상승하게 된다. 이때 제1 액츄에이터(10)는 동작을 하지 않는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명에 따른 4자유도 액츄에이터를 이용하여 피칭(pitch) 동작을 구현하는 설명도이다. 제1 액츄에이터(10)의 제1 축(13)이 시계방향으로 회전하면서 제2 축(14)이 상승하고, 제2 액츄에이터(20) 및 제3 액츄에이터(30)의 제1 축(23, 33)들이 반 시계방향으로 회전하면서 제2 축(24, 34)들이 하강하면, 플랫폼(50)은 제1 액츄에이터(10) 측이 상승하고, 제2 및 제3 액츄에이터(20, 30) 측이 하강하는 운동을 하게 된다. 그 반대의 경우도 가능함은 자명하다.

본 발명의 핵심적인 부분은 피칭(pitch) 동작을 구현하기 위해 각각의 액츄에이터의 제1 축과 제2 축의 연결 부위에 볼 조인트를 제공하는 것이다. 플랫폼(50)이 피칭(pitch) 동작을 통해 수평상태에서 어긋나는 경우에는 크랭크 암에 제공되는 볼조인트(15)에 의해 제2 축(14, 24, 34)들이 베이스부의 안쪽으로 기울어지면서 거리를 보상하게 된다.

구속 부재(40)는 플랫폼(50)과 유니버셜 조인트(41)로 연결되어 있어, 플랫폼(50)의 다양한 동작을 수용할 수 있다. 다만, 플랫폼(50)의 헤빙(heaving) 동작을 구현하기 위해서는 다소 탄성을 가진 소재로 제작되거나, 실린더 구조 등 길이가 가변할 수 있는 구조인 것이 바람직하다. 구속 부재(40)는 플랫폼(50)을 지지하는 기능을 수행하거나, 플랫폼(50)으로부터 액츄에이터에 가해질 수 있는 직접적인 충격을 완화하는 기능을 수행한다.

헤빙(heaving) 동작과 관련하여, 세 개의 액츄에이터가 동일한 각도만큼 회전하더라도 그 이동폭이 상당히 제한적일 수밖에 없고, 이동경로도 완전한 수평 이동이 아닌 곡선의 궤적을 따라 이동하게 된다.

따라서 헤빙(heaving) 동작을 구현하기 위해서는 별도의 추가 구성요소가 필요하다. 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예의 측면도를 도시하고 있다.

플랫폼(50)의 상부에는 플랫폼(50)에 평행하게 운동이 가능한 부 플랫폼(90)이 더 제공된다. 플랫폼(50)에는 피니언(pinion)(91)이 제공되고, 부 플랫폼(90)의 하면에는 래크(rack)(92)가 제공된다. 피니언(91)과 래크(92)는 이가 서로 맞물려서 수평이동을 수행한다.

피니언(91)에는 회전동력을 위한 회전모터(도면 미도시)가 제공된다. 회전모터에는 감속기가 연결되어 토크를 증대시키는 것이 바람직하다. 래크(92)와 피니언(91)의 운동을 안내하는 LM 가이드(93)가 래크(92)의 양측에 제공되는 것이 바람직하다. 본 실시예에 의해 헤빙(heaving) 동작을 추가적으로 구현할 수 있다.

또한, 본 발명은 부 플랫폼(90)과, 부 플랫폼(90)에 수평 운동이 가능하도록 동력을 전달하는 웜기어를 더 포함하는 구조를 가질 수 있다. 도 5는 이러한 구조를 설명하는 일부 사시도이다.

부 플랫폼(90)은 한쌍의 LM 가이드(93)를 통해 플랫폼(50)에 제공되어, 운동이 안내되는 것이 바람직하다.

웜기어는 회전모터(98)과 토크를 증가시키는 감속기(97)에 연결되는 웜(96)과, 상기 웜(96)으로부터 동력을 전달받아 회전방향을 변환시키는 웜휠(95)을 포함한다.

웜휠(95)에는 동력전달부재(99)가 회동가능하게 연결되어, 웜휠(95)의 회전운동에 따라 종속적으로 운동을 하게 된다. 동력전달부재(99)의 다른 끝단은 부 플랫폼(90)의 하측에 회동가능하게 연결된다. 동력전달부재(99)와 부 플랫폼(90)의 연결부위는 한쌍의 LM 가이드(93)의 사이에 제공되는 것이 바람직하며, 동력전달부재(99)는 LM 가이드(93) 사이의 폭 방향으로 이동을 하므로, LM 가이드(93) 사이의 폭은 웜휠(95)의 직경보다 더 크게 제공되는 것이 바람직하다.

본 실시예에 의해 헤빙(heaving) 동작을 추가적으로 구현할 수 있다.

도 6은 본 발명에 의한 4자유도 시뮬레이터를 구현하기 위한 시스템의 구성도이다. 사용자가 조종장치로 입력신호를 보면 연산장치가 이를 연산하여 각각의 액츄에이터 또는 회전모터에 동작신호를 송신하고, 위치센서가 각각의 액츄에이터의 위치를 파악하고 이를 피드백하는 구성이다. 이는 당업자에게 자명한 사항이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

다만, 본 발명은 제1 축의 회전축에 위치센서 또는 각도센서를 두어, 회전축의 회전 각도를 측정하고, 이를 피드백하여 플랫폼(50)의 위치를 제어한다. 위치센서 또는 각도센서는 포테시오미터(potetiometer)를 사용하고, 제1 축과 제2 축의 위치를 파악하게 된다. 이러한 위치센서 또는 각도센서는 제2 축의 회전축에도 제공될 수 있다. 제2 축은 제1 축에 대해 구 회전이 가능하게 제공되나, 이에 직접 동력전달 장치가 제공되는 것은 아니므로, 위치센서를 통해 측정된 신호에 따라 제1 축의 위치를 변화하여 제어하게 된다.

위치센서 또는 각도센서는 제1 축의 회전축에 다이렉트로 연결되어 회전각도를 측정할 수도 있고, 별도의 벨트 및 풀리구조를 이용하여 측정할 수도 있다.

또한, 본 발명은 조이스틱과 같은 조종장치(80)를 통해 시뮬레이터의 동작 신호를 입력하는 것도 가능하다. 즉, 4D 영화관 또는 놀이기구에 사용되는 경우, 조종장치(80)를 통해 시뮬레이터에 입력되는 신호를 시계열적으로 저장부에 저장을 한 후에, 추후 사용자가 시뮬레이터를 이용하는 경우 저장부에 저장된 입력신호를 동일하게 연산장치로 입력하는 방식이다. 이 경우 작업자가 영화를 보면서 각 장면과 상황에 대응하는 입력신호를 조이스틱을 통하여 입력시키고 저장한 후, 영화상영시 관객들에게 작업자가 입력한 상황을 그대로 재현할 수 있는 장점이 있다. 입력신호를 컴퓨터 언어에 의해 코딩을 하는 것이 아니라, 조이스틱을 통해 코딩을 한다면, 비전문가의 경우에도 시뮬레이터의 동작을 사전에 쉽게 세팅할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 실시예에 의해 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적인 사상을 가지고 있다면 모두 본 발명의 권리범위에 해당된다고 볼 수 있으며, 본 발명은 특허청구범위에 의해 권리범위가 정해짐을 밝혀둔다.

10, 20, 30 : 액츄에이터, 11, 21, 31 : 모터, 12, 22, 32 : 감속기, 13, 23, 33 : 제1 축, 14, 24, 34 : 제2 축, 15, 25, 35 : 볼 조인트, 50 : 플랫폼, 51, 52, 53 : 볼 조인트, 40 : 구속 부재, 41 : 볼 조인트, 42 : 탄성부재, 100 : 베이스부, 90 : 부 플랫폼, 91 : 피니언, 92 : 래크, 93 : LM 가이드, 95 : 윔휠, 96 : 웜, 97 : 감속기, 98 : 회전모터, 99 : 동력전달부재

Claims

3개의 액츄에이터를 사용하여 롤링 동작, 피칭 동작, 스웨이 동작, 헤빙 동작을 구현시키기 위한 것으로서,
베이스부(100);
상기 베이스부(100)의 상측에 제공되고, 독립적으로 제어 가능한 3개의 액츄에이터(10)(20)(30);
상기 3개의 액츄에이터(10)(20)(30)에 연결되어 지지되는 플랫폼(50);
상기 베이스부(100) 및 상기 플랫폼(50) 사이에 배치되어 상기 플랫폼(50)을 탄성 지지하고, 상기 플랫폼(50)의 Z축 방향 이동을 제한시키는 구속 부재(40)를 포함하고,
상기 각각의 액츄에이터(10)(20)(30)는
회전 모터(11)(21)(31);
상기 회전 모터에 연결된 감속기(12)(22)(32);
상기 감속기에 연결되어 상기 Z축 방향으로 회전되고, 상기 플랫폼(50) 측으로 회전력을 전달하는 제1 축(13)(23)(33);
상기 제1 축과 볼조인트(15)(25)(35)를 통해 연결되어 상기 플랫폼(50)을 지지하고, 상기 제1 축에 전달된 회전력을 상기 플랫폼(50) 측으로 전달하고, 상기 볼조인트(15)(25)(35)를 따라 상기 제1 축과 상대회전을 발생시키는 제2 축(14)(24)(34);
상기 플랫폼(50) 및 상기 제2 축 사이에 설치되는 볼조인트(51)(52)(53);
상기 구속 부재(40) 및 상기 플랫폼(50) 사이의 상대회전에 대응되도록 상기 구속 부재(40) 및 상기 플랫폼(50) 사이에 설치된 유니버셜 조인트를 포함하고,
상기 액츄에이터(10)의 상기 제1 축(13) 및 상기 제2 축(14)의 회전면은 다른 액추에이터(20)(30)의 상기 제1 축(13) 및 상기 제2 축(14)의 회전면과 서로 평행하게 배치되며,
상기 제1 축 또는 제2 축에는 회전각도를 측정하도록 포테시오미터가 마련되고
상기 포테시오미터의 측정값을 전달받아 상기 제1 축의 위치를 조절하고자 상기 각각의 회전 모터의 구동을 개별적으로 제어하는 제어기를 더 포함하는 4자유도 시뮬레이터.
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청구항 1에 있어서,
상기 구속 부재는 수직형의 부재이고, 상부에는 탄성부재가 제공되어 플랫폼의 운동에 의한 충격을 흡수하는,
4자유도 시뮬레이터.
청구항 1에 있어서,
상기 플랫폼의 상부에 상기 플랫폼과 평행하게 이동되도록 제공되는 부 플랫폼과,
상기 부 플랫폼에 수평 운동이 가능하도록 동력을 전달하는 웜기어를 더 포함하고,
상기 부 플랫폼은 한쌍의 LM 가이드를 통해 상기 플랫폼에 제공되고,
상기 웜기어의 웜휠과 상기 부 플랫폼은 양 끝단이 각각 회동가능하게 연결된 동력전달부재로 연결되어 있는,
4자유도 시뮬레이터.