KR102064940B1

KR102064940B1 - 모션시뮬레이터용 수평 작동식 중력보상장치

Info

Publication number: KR102064940B1
Application number: KR1020180036703A
Authority: KR
Inventors: 이지선
Original assignee: (주)이노시뮬레이션
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2020-01-13
Also published as: KR20190115138A

Abstract

본 발명은 모션시뮬레이터의 중력 방향 하중을 완충 수단에 의해 상쇄시키는 모션시뮬레이터용 수평 작동식 중력보상장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 엑츄에이터에 의해 자유도 운동을 행하는 모션 베이스(2)와 지지 베이스(3) 사이에 제1 링크바(11)와 제2 링크바(12)를 힌지 조인트(13)로 연결한 제1,2 링크 수단(10)(10')을 대향 설치하되, 상기 제1,2 링크 수단(10)(10') 사이에 완충 수단(20)의 양 단부를 수평으로 연결 설치하여 모션 베이스의 중력 방향 하중에 대해 완충 수단이 수평 방향으로 반력을 행하면서 중력 보상하기 때문에 종래 완충 수단을 수직 설치하는 것에 비해 완충 수단의 압축 행정을 위한 상하 높이를 최소 사이즈로 형성할 수 있도록 하는데 그 특징이 있다.

Description

모션시뮬레이터용 수평 작동식 중력보상장치{GRAVITY COMPENSATION DEVICE FOR MOTION SIMULATOR}

본 발명은 모션시뮬레이터의 중력 방향 하중을 완충 수단에 의해 상쇄시키는 중력보상장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 모션시뮬레이터의 중력 방향 하중을 상쇄시키는 완충 수단을 수직 방향이 아니라 수평 방향으로 반력을 행하도록 수평 설치하여 완충 수단의 압축 행정을 위한 높이 사이즈를 종래보다 최소 사이즈로 구성하도록 하는 모션시뮬레이터용 수평 작동식 중력보상장치에 관한 것이다.

일반적으로 모션시뮬레이터는 시뮬레이션 프로그램과 연동하여 가상 현실을 구현하는 장치로서, 영상장치, 조종장치, 운동장치, 제어장치로 구성되어 있다.

여기에서 운동장치와 제어장치에 해당하는 것이 모션 플랫폼(또는 모션 베이스)이다.

이와 같은 모션 플랫폼은 자유도 운동을 구현하기 위해 다양한 형태로 개시된 바 있다. 등록실용신안 제20-0469149호에서는 모션 베이스와 지지 베이스 사이로 동일 3개의 엑츄에이터를 수직 설치하되, 상기 엑츄에이터 상단을 모션 베이스에 볼 조인트로 연결 설치한 것이고, 또한 등록실용신안 제20-0469146호서는 모션 베이스와 지지 베이스 사이로 3개의 엑츄에이터를 수평 설치하되, 상기 엑츄에이터에 의해 수평 이동하는 이동 작동구와 모션 베이스를 링크와 볼 조인트로 연결 설치한 것으로, 상기 3개의 엑츄에이터를 작동 제어하는 것에 의해 모션 베이스의 히브(heave; 상하), 피치(pitch; 앞뒤 회전), 롤(roll; 좌우 회전) 운동을 복합 유도하여 3자유도 운동을 행하도록 하는 것이다.

이와 같이 모션시뮬레이터는 다양한 엑츄에이터 중에서 사용 목적에 적합한 것을 선택하여 목표 모션을 구현할 수 있도록 적절히 배치하므로 모션 플랫폼의 하드웨어를 구성하게 된다.

상기한 모션시뮬레이터에서 엑츄에이터에 작용되는 부하는 두 가지가 있는데, 하나는 모션 베이스에 탑재되는 무게에 의하여 중력 방향으로 작용하는 정적인 부하이고, 다른 하나는 모션 베이스의 운동을 발생하고자 가감속을 제어하면서 생기는 동적인 부하이다. 상기 정적인 부하로 인해 고사양의 엑츄에이터를 사용하게 되면 제조비용이 크게 상승하기 때문에 주로 정적인 부하를 경감시킬 목적으로 중력보상장치를 사용하게 된다.

상기한 종래 중력보상장치는 주로 3축 모션 시뮬레이터의 경우는 모션 베이스를 떠받치는 완충 수단으로 스프링을 수직 방향으로 배치하였고, 6축 모션 시뮬레이터의 경우는 완충 수단으로 공압에 의한 압축력을 이용하는 공압실린더를 수직 방향으로 배치하여 중력 방향 하중을 상쇄시키도록 하였다.

그러나 상기한 종래 중력보상장치는 모션 베이스 하부에서 수직 방향으로 반발 작동하도록 완충 수단을 수직 설치하여 사용하기 때문에 완충 수단의 압축 행정을 확보하기 위해 상하 높이가 높아지게 제조할 수 밖에 없는 문제점이 있었다.

등록특허 제1002977호(2010.12.22) 공개특허 제10-2017-0127870호(2017.11.22)

본 발명은 상기한 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 해결하고자 발명된 것으로서, 모션시뮬레이터의 중력 방향 하중을 상쇄시키는 완충 수단을 수직 방향이 아니라 수평 방향으로 반력을 행하도록 수평 설치하여 완충 수단의 압축 행정을 위한 높이 사이즈를 종래보다 최소 사이즈로 구성할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

이러한 본 발명은 엑츄에이터에 의해 자유도 운동을 행하는 모션 베이스 하부 중앙에 상단이 회전 가능하게 연결되는 제1 링크바와 지지 베이스 상부 중앙에 하단이 회전 가능하게 연결되는 제2 링크바를 서로 힌지 조인트로 연결한 제1,2 링크 수단을 중앙 부분이 서로 벌어지도록 대향 설치하고, 상기 제1,2 링크 수단의 제1,2 링크바 사이에 완충 수단의 양 단부를 수평으로 연결 설치하여 모션 베이스의 중력 방향 하중에 대해 제1,2 링크 수단의 링크 작동과 함께 완충 수단이 수평 방향으로 반력을 행하면서 중력 보상하도록 구성하되; 상기 제1,2 링크 수단의 제2 링크바 하부로 축 설치된 제1,2 회전축에 제1,2 기어를 서로 치합되게 결합하여 상기 제1,2 링크 수단이 동시에 동일하게 링크 작동하도록 구성함에 그 특징이 있다.

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이러한 본 발명은 엑츄에이터에 의해 자유도 운동을 행하는 모션 베이스와 지지 베이스 사이에 제1 링크바와 제2 링크바를 힌지 조인트로 연결한 제1,2 링크 수단을 대향 설치하되, 상기 제1,2 링크 수단 사이에 완충 수단의 양 단부를 수평으로 연결 설치하여 모션 베이스의 중력 방향 하중에 대해 완충 수단이 수평 방향으로 반력을 행하면서 중력 보상하기 때문에 종래 완충 수단을 수직 설치하는 것에 비해 완충 수단의 압축 행정을 위한 상하 높이를 최소 사이즈로 형성할 수 있게 되는 것이다.

즉, 모션 플랫폼을 상하 높낮이를 컴팩트하게 구성할 수 있는 것이다.
뿐만 아니라 상기 제1,2 링크 수단이 기어 치합 구조에 의해 동시에 동일하게 링크 작동하도록 하면서 작동 부하 절감은 물론 작동 정밀성, 신뢰성도 향상시키도록 하는 것이다.

도 1은 본 발명의 장치가 적용된 3자유도 모션 시뮬레이터를 보여주는 정면도.
도 2는 도 1의 요부 확대도.
도 3은 도 2의 작동도.

이하, 상기한 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보기로 한다.

본 발명의 모션시뮬레이터용 수평 작동식 중력보상장치는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 모션시뮬레이터의 중력 방향 하중을 상쇄시키는 완충 수단을 수직 방향이 아니라 수평 방향으로 반력을 행하도록 수평 설치하여 이루어지는 것이다.

즉, 본 발명은 엑츄에이터에 의해 자유도 운동을 행하는 모션 베이스(2) 하부중앙에 상단이 회전 가능하게 연결되는 제1 링크바(11)와 지지 베이스(3) 상부에 하단이 회전 가능하게 연결되는 제2 링크바(12)를 힌지 조인트(13)로 연결한 제1,2 링크 수단(10)(10')을 중앙 부분이 서로 벌어지도록 대향 설치 구성하되, 상기 제1,2 링크 수단(10)(10')의 사이에는 완충 수단(20)의 양 단부를 수평으로 연결 설치하여 모션 베이스의 중력 방향 하중에 대해 제1,2 링크 수단의 링크 작동과 함께 완충 수단이 수평 방향으로 반력을 행하면서 중력 보상하도록 구성하는 것이다.

여기서, 상기 제1,2 링크 수단(10)(10')의 제1 링크바(11)는 모션 베이스(2) 하부에 유니버셜 조인트(14)로 회전 가능하게 연결 구성한다.

이때, 상기 제1,2 링크 수단(10)(10')는 제1 링크바(11) 상단이 연결되는 유니버셜 조인트(14)가 모션 베이스(2)의 무게 중심으로 위치하도록 단독 또는 복수로 설치 구성하는 것이다.

그리고 상기 제1,2 링크 수단(10)(10')의 제2 링크바(12)는 지지 베이스(3)에 각각 회전 가능하게 제1,2 회전축(15)(15')으로 축 설치하되, 상기 제1,2 회전축(15)(15')에 제1,2 기어(16)(16')를 서로 치합되게 축 결합하여 제1,2 링크 수단이 동시에 승하강 작동하도록 구성하는 것이다.

상기 제1,2 링크 수단(10)(10')의 제1 링크바(11)와 제2 링크바(12)는 서로 길이를 달리 형상할 수도 있으나 상하 작동 간격을 폭 넓게 확보하기 위해 동일 길이로 형성함이 바람직하다.

또한, 상기 완충 수단(20)을 제1,2 링크 수단(10)(10')의 중앙 부위에 위치하는 힌지 조인트(13) 부위로 설치하되, 도면에 도시된 인장 스프링이나 도면에 도시되지 않았지만 통상적으로 사용하는 가스 스프링(Gas spring)으로 구성함이 바람직하나, 그 외에 모션 베이스에서 중력 방향 하중에 의해 수평 방향으로 반력을 제공할 수 있는 유, 공압 실린더나 그 밖에 다양한 구조와 재질로 형성할 수 있음은 물론이다.

미 설명 부호로서, 18은 제1,2 링크 수단의 제2 링크(12) 하단을 축 설치하기 위해 베이스 프레임(3) 상부로 고정 설치되는 설치 브라켓, 100은 엑츄에이터를 나타내는 것이다.

다음은 상기와 같이 구성되는 본 발명의 작동 및 작용에 대해 살펴보기로 한다.

이러한 본 발명은 엑츄에이터에 의해 자유도 운동을 행하는 모션 베이스(2)와 지지 베이스(3) 사이에 제1,2 링크 수단(10)(10')을 대향 설치하고, 상기 제1,2 링크 수단 사이에 완충 수단(30)의 양 단부를 수평으로 연결 설치하여 모션 베이스의 중력 방향 하중에 대해 제1,2 링크 수단의 링크 작동과 함께 완충 수단이 수평 방향으로 반력을 행하므로 종래 완충 수단을 수직 설치하는 것에 비해 완충 수단의 압축 행정을 위한 상하 높이를 최소 사이즈로 형성하면서도 중력 보상 작동을 원활하게 수행하게 되는 것이다.

이를 좀더 구체적으로 설명하면, 모션 베이스(2)의 중력 방향 하중이 작용하면, 제1,2 링크 수단(10)(10')의 제1 링크바(11) 상단의 유니버셜 조인트(14), 제2 링크바(12) 하단의 제1,2 회전축(15)(15') 및 상기 제1,2 링크바(11)(12)를 연결하는 힌지 조인트(13) 부위에서 회전 운동이 발생하면서 제1,2 링크 수단(10)(10')의 중앙 부분이 벌어지는 링크 작동을 행하게 되는 것이다.

이와 동시에 상기 제1,2 링크 수단(10)(10')의 사이에 양 단부가 수평으로 연결된 인장 스프링이나 가스 스프링의 완충 수단(20)이 수평으로 인장(신장)되는 반력의 완충 작동에 의해 중력 보상하므로 엑츄에이터의 충격을 상쇄시키게 되는 것이다.

이와 같이하여 모션 베이스(2)의 중력 방향 하중이 해소되면 인장 스프링이나 가스 스프링의 완충 수단(20)이 원위치 복귀(수축, 압축)하면서 제1,2 링크 수단(10)(10')의 중앙 부분이 원위치로 오므라지는 링크 작동을 행하게 되는 것이다.

한편, 상기 제1,2 링크 수단(10)(10')의 제2 링크바(12)는 제1,2 회전축(15)(15')을 중심으로 각각 회전 작동하게 되는데, 상기 제1,2 회전축(15)(15')에 축 설치되어 있는 제1,2 기어(16)(16')가 서로 맞물리게 치합되어 있어 제1,2 회전축(15)(15')은 물론 제1,2 링크 수단(10)(10')이 동시에 일정한 운동력으로 서로 동일하게 링크 작동하도록 하기 때문에 작동 부하를 절감함은 물론 중력 보상 작동을 더욱 원활하게 행하도록 제공하게 되는 것이다.

2: 모션 베이스 3: 지지 베이스
10,10': 제1,2 링크 수단 11: 제1 링크바
12: 제2 링크바 13: 힌지 조인트
14: 유니버셜 조인트 15,15': 제1,2 회전축
16,16': 제1,2 기어 20: 완충 수단

Claims

엑츄에이터에 의해 자유도 운동을 행하는 모션 베이스(2) 하부 중앙에 상단이 회전 가능하게 연결되는 제1 링크바(11)와 지지 베이스(3) 상부 중앙에 하단이 회전 가능하게 연결되는 제2 링크바(12)를 서로 힌지 조인트(13)로 연결한 제1,2 링크 수단(10)(10')을 중앙 부분이 서로 벌어지도록 대향 설치하고,
상기 제1,2 링크 수단(10)(10')의 제1,2 링크바(11)(12) 사이에 완충 수단(20)의 양 단부를 수평으로 연결 설치하여 모션 베이스의 중력 방향 하중에 대해 제1,2 링크 수단의 링크 작동과 함께 완충 수단이 수평 방향으로 반력을 행하면서 중력 보상하도록 구성하되;
상기 제1,2 링크 수단(10)(10')의 제2 링크바(12) 하부로 축 설치된 제1,2 회전축(15)(15')에 제1,2 기어(16)(16')를 서로 치합되게 결합하여 상기 제1,2 링크 수단이 동시에 동일하게 링크 작동하도록 구성한 것을 특징으로 하는 모션시뮬레이터용 수평 작동식 중력보상장치.
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