KR102451556B1 - 햅틱 시스템을 위한 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
다양한 게이밍 환경에서 사용되는 게이밍 총기 및 다른 주변장치를 포함하고, 게이밍 장치 및 시뮬레이션 시스템용 햅틱 피드백을 시뮬레이팅하기 위한 선형 모터 및 제어기를 포함하는 방법 및 장치가 제공된다.
Description
본 출원은 2012년 5월 22일자에 출원된 미국 가특허 출원 제61/650,006호를 우선권 주장하는 미국 특허 출원 제9,146,069호, 2013년 3월 14일자에 출원된 미국 가특허 출원 제13/804,429호의 일부 계속 출원인 2015년 7월 24일자에 출원된 미국 특허 출원 제14/808,247호이며, 이의 전체 내용이 본원에서 참조로 인용된다. 본 출원은 또한 본원에 참조로 인용된 2015년 6월 3일자 출원된 미국 가특허 출원 제62/170,572호 및 2014년 11월 28일자에 출원된 미국 가특허 출원 제62/085,443호를 우선권 주장한다. 미국 특허 출원 제14/551,526호는 또한 본원에서 참조로 인용된다.
본 출원은 햅틱 시스템을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 총기 훈련 시스템의 측면도.
도 2는 도 1에 도시된 시스템의 시뮬레이팅된 총기 본체의 측면도.
도 3은 도 2에 도시된 시뮬레이팅된 총기 본체의 사시도.
도 4는 도 2에 도시된 시뮬레이팅된 총기 본체의 분해도.
도 5는 선형 모터 및 슬라이딩 매스의 사시도.
도 6은 도 5에 도시된 선형 모터 및 슬라이딩 매스의 분해된 측면도.
도 7은 도 6에 도시된 선형 모터 및 슬라이딩 매스의 조립된 측면도.
도 8은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 선형 모터 및 슬라이딩 매스에 대한 지지 브래킷의 사시도.
도 9는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 시뮬레이팅된 총기 본체의 측면도.
도 10은 도 1에 도시된 시뮬레이팅된 총기 시스템의 개략적인 흐름도.
도 11은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 시뮬레이션 반동 사이클에서 시뮬레이팅된 총기 본체에 대한 초기 위치에서 선형 모터의 슬라이딩 매스를 도시하는 측면도.
도 12는 도 11에 도시된 선형 모터의 슬라이딩 매스를 도시하는 측면도.
도 13은 시뮬레이션 반동 사이클에서 시뮬레이팅된 총기 본체에 대한 슬라이딩 매스를 후퇴시키는 도 12의 선형 모터를 도시하는 측면도.
도 14는 시뮬레이션 반동 사이클에서 시뮬레이팅된 총기 본체에 대한 슬라이딩 매스를 후퇴시키기 위해 도 13의 선형 모터를 도시하는 측면도.
도 15는 도 14의 선형 모터를 도시하는 측면도.
도 16은 슬라이딩 매스의 운동을 운동학적으로 제어하는 선형 모터에 의해 야기된 힘 대 시간에 따른 탄약의 제1 라운드의 반동력 대 시간을 플로팅하는 그래프.
도 17은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 슬라이딩 매스의 운동을 운동학적으로 제어하는 선형 모터에 의해 야기된 힘 대 시간에 따른 탄약의 제1 라운드의 반동력 대 시간을 플로팅하는 그래프.
도 18 내지 도 21은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 반복 샷의 정확도 저하를 증가시키는 반동의 총기를 반복적으로 발사하는 것을 도시하는 도면.
도 22는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 선형 모터 및 슬라이딩 매스의 사시도 및 측면도.
도 23은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 예시적인 자석이 제거된 슬라이딩 매스의 사시도.
도 24는 예시적인 자석이 제거된 도 23에 도시된 슬라이딩 매스의 확대된 사시도.
도 25는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 선형 모터 내의 코일의 작동을 도시하는 도면.
도 26 및 도 27은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 2가지의 상이한 에너자이징된 상태의 선형 모터 내의 코일의 작동을 도시하는 도면.
도 28 및 도 29는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 2가지의 상이한 에너자이징된 상태의 선형 모터를 통한 자석의 운동을 도시하는 도면.
도 30은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 자속 밀도 대 전압 출력을 도시하는 도면.
도 31 및 도 32는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 선형 모터를 통해 이동하는 슬라이더에 대한 센서 전압 응답 대 시간의 다이어그램.
도 33은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 샘플 파형의 다이어그램.
도 34 및 도 35는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 2가지의 상이한 일정한 선형 속도에서 선형 모터를 통해 이동하는 슬라이더에 대한 센서 전압 응답 대 시간의 다이어그램.
도 36은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 기계적 스톱을 사용하고, 사용하지 않은 방법 및 장치에 의해 시뮬레이팅된 반동력에 비한 실제 총기에 대한 반동력을 플로팅한 힘 대 시간의 다이어그램.
도 37은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 기계적 스톱을 사용하고, 사용하지 않은 방법 및 장치에 의해 슬라이딩 매스의 시뮬레이팅된 가속도에 비해 실제 총기에 대한 반동 가속도에 대해 플로팅된 가속도 대 시간의 다이어그램.
도 38은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 기계적 스톱을 사용하고, 사용하지 않은 방법 및 장치에 의해 슬라이딩 매스의 시뮬레이팅된 속도에 비해 실제 총기에 대한 반동 속도에 대해 플로팅된 속도 대 시간의 다이어그램.
도 39는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 시뮬레이팅된 권총의 측면도.
도 40은 도 39에 도시된 시뮬레이팅된 권총의 측면도.
도 41은 도 40에 도시된 시뮬레이팅된 권총의 분해도.
도 42는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 시뮬레이팅된 권총의 상부 수신부의 측면도.
도 43은 도 42에 도시된 상부 수신부의 구성요소의 내부 측면도.
도 44는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 시뮬레이팅된 권총을 코킹하기 위해 후방으로 당겨지는 도 43에 도시된 슬라이더의 도면.
도 45는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 시뮬레이팅된 권총에 대해 사전-발사 시뮬레이팅된 위치로 복귀하는 도 44에 도시된 슬라이더의 도면.
도 46은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 도 45에 도시된 슬라이더의 숄더가 스톱을 타격할 때까지 후방을 향하는 방향으로 슬라이딩 로드를 이동시키는 선형 모터의 도면.
도 47은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 매거진의 제거가능 파워 서플라이(배터리)를 갖는 시뮬레이팅된 권총의 측면도.
도 48은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 시뮬레이팅된 권총으로부터 제거된 도 47에 도시된 파워 서플라이(배터리)의 도면.
도 49는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 선형 모터가 제거된 시뮬레이팅된 매직 완드의 도면.
도 50은 도 49의 게이밍 완드를 보유하는 사용자의 측면도.
도 52는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 복수의 선형 모터를 갖는 시뮬레이팅된 테니스 라켓의 정면도.
도 53은 래킷 부분이 제거된 도 52에 도시된 시뮬레이팅된 테니스 라켓의 평면도.
도 54는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 시뮬레이팅된 테니스 라켓의 측면도.
도 55는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 슬라이딩 매스/로드 조합 및 선형 모터의 사시도.
도 56은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 충전 특성을 갖는 스탠딩 또는 공진 파형의 다이어그램.
도 57은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 진폭 및 주기의 상이한 특성을 갖는 다양한 일시적 파형의 도면.
도 58은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 일정한 파형 특성을 갖는 스탠딩 또는 공진 파형의 다양한 타입을 도시하는 도면.
도 59는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 일정한 파형 특성의 스탠딩 또는 공진 파형의 다양한 타입의 도면.
도 60은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 4개의 자석을 포함하는 슬라이딩 매스의 도면.
도 61은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 시뮬레이팅된 권총의 슬라이드를 충전 또는 코킹하기 위해 필요한 힘의 스프링 상수를 에뮬레이팅하는 선형 모터의 도면.
도 62는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 생성된 전류가 측정되는 계량기의 도면.
도 63은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 단축된 시뮬레이팅된 권총의 매거진의 도면.
도 64는 도 63에 도시된 시뮬레이팅된 권총의 매거진의 도면.
도 65는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 중화기 플랫폼에 대한 충전/로딩 메커니즘의 도면.
도 66은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 중화기 플랫폼에 대한 충전/로딩 메커니즘의 도면.
도 67은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 중화기 플랫폼에 대한 충전/로딩 메커니즘의 도면.
도 68은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 중화기 플랫폼에 대한 충전/로딩 메커니즘을 통한 충전 핸들을 당기는 사람의 도면.
도 69는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 선형 모터를 포함하는 주변장치 실시 형태의 도면.
도 70은 선형 모터, 슬라이딩 매스, 및 기계적 스톱이 노출된 도 69에 도시된 주변장치 실시 형태의 내측 측면도.
도 71은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 가상 현실 게이밍 주변장치의 측면도.
도 72는 도 71에 도시된 가상 현실 게이밍 주변장치의 내측 측면도.
도 73 및 도 74는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 의자 상의 선형 모터의 2가지의 위치를 도시하는 측면도.
도 75는 도 73 및 도 74에 도시된 선형 모터의 위치에서 의자에 부착된 선형 모터의 측면도.
도 76은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 의자 상의 상이한 배향으로 부착된 선형 모터의 도면.
도 77은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 선형 모터 시스템을 포함하는 변형된 버트 스톡의 측면도.
도 78은 도 77에 도시된 변형된 버트 스톡의 측면도.
도 79는 나사산 버퍼 튜브가 보이는, 도 77 및 도 78에 도시된 변형된 버트 스톡의 측면도.
도 80은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 중공 실린더 내에 수용된 선형 모터를 포함하는 스톡 스틱의 내부 측면도.
도 81은 도 80에 도시된 충돌 스틱을 보유하는 사용자의 도면.
도 82는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 제거가능한 케이블 하니스를 통해 의자에 연결되고 충돌 스틱을 포함하는 가상 현실 게이밍 주변장치를 보유하는 사용자의 측면도.
도 83은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 주변장치 본체 내에 삽입된 충돌 스틱의 내부 측면도.
도 2는 도 1에 도시된 시스템의 시뮬레이팅된 총기 본체의 측면도.
도 3은 도 2에 도시된 시뮬레이팅된 총기 본체의 사시도.
도 4는 도 2에 도시된 시뮬레이팅된 총기 본체의 분해도.
도 5는 선형 모터 및 슬라이딩 매스의 사시도.
도 6은 도 5에 도시된 선형 모터 및 슬라이딩 매스의 분해된 측면도.
도 7은 도 6에 도시된 선형 모터 및 슬라이딩 매스의 조립된 측면도.
도 8은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 선형 모터 및 슬라이딩 매스에 대한 지지 브래킷의 사시도.
도 9는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 시뮬레이팅된 총기 본체의 측면도.
도 10은 도 1에 도시된 시뮬레이팅된 총기 시스템의 개략적인 흐름도.
도 11은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 시뮬레이션 반동 사이클에서 시뮬레이팅된 총기 본체에 대한 초기 위치에서 선형 모터의 슬라이딩 매스를 도시하는 측면도.
도 12는 도 11에 도시된 선형 모터의 슬라이딩 매스를 도시하는 측면도.
도 13은 시뮬레이션 반동 사이클에서 시뮬레이팅된 총기 본체에 대한 슬라이딩 매스를 후퇴시키는 도 12의 선형 모터를 도시하는 측면도.
도 14는 시뮬레이션 반동 사이클에서 시뮬레이팅된 총기 본체에 대한 슬라이딩 매스를 후퇴시키기 위해 도 13의 선형 모터를 도시하는 측면도.
도 15는 도 14의 선형 모터를 도시하는 측면도.
도 16은 슬라이딩 매스의 운동을 운동학적으로 제어하는 선형 모터에 의해 야기된 힘 대 시간에 따른 탄약의 제1 라운드의 반동력 대 시간을 플로팅하는 그래프.
도 17은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 슬라이딩 매스의 운동을 운동학적으로 제어하는 선형 모터에 의해 야기된 힘 대 시간에 따른 탄약의 제1 라운드의 반동력 대 시간을 플로팅하는 그래프.
도 18 내지 도 21은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 반복 샷의 정확도 저하를 증가시키는 반동의 총기를 반복적으로 발사하는 것을 도시하는 도면.
도 22는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 선형 모터 및 슬라이딩 매스의 사시도 및 측면도.
도 23은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 예시적인 자석이 제거된 슬라이딩 매스의 사시도.
도 24는 예시적인 자석이 제거된 도 23에 도시된 슬라이딩 매스의 확대된 사시도.
도 25는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 선형 모터 내의 코일의 작동을 도시하는 도면.
도 26 및 도 27은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 2가지의 상이한 에너자이징된 상태의 선형 모터 내의 코일의 작동을 도시하는 도면.
도 28 및 도 29는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 2가지의 상이한 에너자이징된 상태의 선형 모터를 통한 자석의 운동을 도시하는 도면.
도 30은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 자속 밀도 대 전압 출력을 도시하는 도면.
도 31 및 도 32는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 선형 모터를 통해 이동하는 슬라이더에 대한 센서 전압 응답 대 시간의 다이어그램.
도 33은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 샘플 파형의 다이어그램.
도 34 및 도 35는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 2가지의 상이한 일정한 선형 속도에서 선형 모터를 통해 이동하는 슬라이더에 대한 센서 전압 응답 대 시간의 다이어그램.
도 36은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 기계적 스톱을 사용하고, 사용하지 않은 방법 및 장치에 의해 시뮬레이팅된 반동력에 비한 실제 총기에 대한 반동력을 플로팅한 힘 대 시간의 다이어그램.
도 37은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 기계적 스톱을 사용하고, 사용하지 않은 방법 및 장치에 의해 슬라이딩 매스의 시뮬레이팅된 가속도에 비해 실제 총기에 대한 반동 가속도에 대해 플로팅된 가속도 대 시간의 다이어그램.
도 38은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 기계적 스톱을 사용하고, 사용하지 않은 방법 및 장치에 의해 슬라이딩 매스의 시뮬레이팅된 속도에 비해 실제 총기에 대한 반동 속도에 대해 플로팅된 속도 대 시간의 다이어그램.
도 39는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 시뮬레이팅된 권총의 측면도.
도 40은 도 39에 도시된 시뮬레이팅된 권총의 측면도.
도 41은 도 40에 도시된 시뮬레이팅된 권총의 분해도.
도 42는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 시뮬레이팅된 권총의 상부 수신부의 측면도.
도 43은 도 42에 도시된 상부 수신부의 구성요소의 내부 측면도.
도 44는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 시뮬레이팅된 권총을 코킹하기 위해 후방으로 당겨지는 도 43에 도시된 슬라이더의 도면.
도 45는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 시뮬레이팅된 권총에 대해 사전-발사 시뮬레이팅된 위치로 복귀하는 도 44에 도시된 슬라이더의 도면.
도 46은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 도 45에 도시된 슬라이더의 숄더가 스톱을 타격할 때까지 후방을 향하는 방향으로 슬라이딩 로드를 이동시키는 선형 모터의 도면.
도 47은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 매거진의 제거가능 파워 서플라이(배터리)를 갖는 시뮬레이팅된 권총의 측면도.
도 48은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 시뮬레이팅된 권총으로부터 제거된 도 47에 도시된 파워 서플라이(배터리)의 도면.
도 49는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 선형 모터가 제거된 시뮬레이팅된 매직 완드의 도면.
도 50은 도 49의 게이밍 완드를 보유하는 사용자의 측면도.
도 52는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 복수의 선형 모터를 갖는 시뮬레이팅된 테니스 라켓의 정면도.
도 53은 래킷 부분이 제거된 도 52에 도시된 시뮬레이팅된 테니스 라켓의 평면도.
도 54는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 시뮬레이팅된 테니스 라켓의 측면도.
도 55는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 슬라이딩 매스/로드 조합 및 선형 모터의 사시도.
도 56은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 충전 특성을 갖는 스탠딩 또는 공진 파형의 다이어그램.
도 57은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 진폭 및 주기의 상이한 특성을 갖는 다양한 일시적 파형의 도면.
도 58은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 일정한 파형 특성을 갖는 스탠딩 또는 공진 파형의 다양한 타입을 도시하는 도면.
도 59는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 일정한 파형 특성의 스탠딩 또는 공진 파형의 다양한 타입의 도면.
도 60은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 4개의 자석을 포함하는 슬라이딩 매스의 도면.
도 61은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 시뮬레이팅된 권총의 슬라이드를 충전 또는 코킹하기 위해 필요한 힘의 스프링 상수를 에뮬레이팅하는 선형 모터의 도면.
도 62는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 생성된 전류가 측정되는 계량기의 도면.
도 63은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 단축된 시뮬레이팅된 권총의 매거진의 도면.
도 64는 도 63에 도시된 시뮬레이팅된 권총의 매거진의 도면.
도 65는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 중화기 플랫폼에 대한 충전/로딩 메커니즘의 도면.
도 66은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 중화기 플랫폼에 대한 충전/로딩 메커니즘의 도면.
도 67은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 중화기 플랫폼에 대한 충전/로딩 메커니즘의 도면.
도 68은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 중화기 플랫폼에 대한 충전/로딩 메커니즘을 통한 충전 핸들을 당기는 사람의 도면.
도 69는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 선형 모터를 포함하는 주변장치 실시 형태의 도면.
도 70은 선형 모터, 슬라이딩 매스, 및 기계적 스톱이 노출된 도 69에 도시된 주변장치 실시 형태의 내측 측면도.
도 71은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 가상 현실 게이밍 주변장치의 측면도.
도 72는 도 71에 도시된 가상 현실 게이밍 주변장치의 내측 측면도.
도 73 및 도 74는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 의자 상의 선형 모터의 2가지의 위치를 도시하는 측면도.
도 75는 도 73 및 도 74에 도시된 선형 모터의 위치에서 의자에 부착된 선형 모터의 측면도.
도 76은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 의자 상의 상이한 배향으로 부착된 선형 모터의 도면.
도 77은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 선형 모터 시스템을 포함하는 변형된 버트 스톡의 측면도.
도 78은 도 77에 도시된 변형된 버트 스톡의 측면도.
도 79는 나사산 버퍼 튜브가 보이는, 도 77 및 도 78에 도시된 변형된 버트 스톡의 측면도.
도 80은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 중공 실린더 내에 수용된 선형 모터를 포함하는 스톡 스틱의 내부 측면도.
도 81은 도 80에 도시된 충돌 스틱을 보유하는 사용자의 도면.
도 82는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 제거가능한 케이블 하니스를 통해 의자에 연결되고 충돌 스틱을 포함하는 가상 현실 게이밍 주변장치를 보유하는 사용자의 측면도.
도 83은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 주변장치 본체 내에 삽입된 충돌 스틱의 내부 측면도.
햅틱 시스템용 방법 및 장치가 제공된다.
실시 형태는 다양한 게이밍 환경에서 사용되는 게임용 총기류 및 다른 주변장치를 포함한, 게이밍 장치 및 시뮬레이션 시스템을 위한 햅틱 피드백을 시뮬레이팅하도록 구성된 선형 모터를 포함한다.
실시 형태는 총기에 대한 반동의 시뮬레이션에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 실시 형태는 선택된 종래의 총기의 반동을 시뮬레이팅하는 방법 및 장치를 제공한다. 실시 형태는 탄환이 상기 방법 및 장치에 의해 시뮬레이팅되는 총기로부터 발사된 경우 탄환의 경로를 시뮬레이팅하기 위해 레이저를 추가적으로 제공한다.
군인, 법 집행관 및 민간인을 위한 총기 훈련은 사격에 추가하여 역할 연기와 의사 결정을 점점 더 포괄한다. 이러한 훈련에는 대개 종종 역할자와의 경쟁 및/또는 연수생 앞에서 스크린에 투사된 상황에 대한 응답이 포함된다.
자기 치유 스크린(self-healing screen)이 존재하지만 이러한 훈련을 위해 기존의 총기 사용을 허용하는 경우, 이러한 시스템을 사용하려면 기존의 총기 사용에 적합한 위치가 필요하다. 또한, 이러한 시스템은 값이 비싸고 신뢰할 수 없다. 기존의 총기에 대한 대안이 개발되었다. 이러한 대안에는 페인트볼, 시뮬레이팅된 군수품, 탄환이 발사되었을 때 취해진 경로를 보여주는 레이저 사용이 포함된다.
그러나 이러한 대안은 실제 총기로 실제 탄약과 함께 발사하는 모든 특성을 실질적으로 복제하지 못하고 실제 총기의 사용으로 훈련이 이어질 범위를 제한한다. 다양한 실시 형태에서, 복제될 종래의 총기의 특성은 크기, 중량, 그립 구성, 트리거 도달 거리, 트리거 당김 중량, 광경 유형, 정확도 레벨, 재충전 방법, 작동 방법, 제어부의 작동 및 위치, 및/또는 반동을 포함할 수 있다.
실제 반동은 복제하기가 어렵다. 특정 총기가 생성한 반동에 익숙하지 않은 훈련 받는 사람이 얻지 못하는 것은 다양한 총기 훈련 시뮬레이터의 사용에서 가장 큰 단점 중 하나이다. 반동은 총기 사수가 사격 후 광경을 다시 확보하도록 강제할 뿐만 아니라 사수가 총기에 의해 발사되는 특정 탄환의 에너지에 비례하여 불쾌감의 수준에 적응하도록 강제한다. 반자동 발사보다 완전 자동 발사 시 반동을 제어하는 것이 훨씬 어렵고, 반동 및 주기 속도의 정확한 시뮬레이션이 시뮬레이션 훈련이 실제 총기 사용으로 이어지는 것을 보장하는 데 중요하다.
실시 형태는 특정 크기 및 유형의 탄환을 발사하는 특정 총기의 반동 충돌 패턴을 에뮬레이팅하는 반동을 갖는 총기 훈련 시뮬레이터를 제공한다. 일 실시 형태에서, 상기 방법 및 장치는 시뮬레이팅되는 특정 총기로부터 발사된 탄환의 경로를 투사하기 위한 레이저 빔 프로젝터를 포함할 수 있다.
다양한 실시 형태에서, 방법 및 장치는 특정 총기의 추가 동작을 시뮬레이팅할 수 있고, 상기 동작은 또한 조준, 총기 제어부의 위치설정 및 총기의 작동 방법을 포함한다. M4, AR-15 또는 M-16 소총과 총기류 및 대형 총기를 포함한 다른 일반적인 총기를 시뮬레이팅할 수 있는 특정 총기가 있다.
일 실시 형태에서, 방법 및 장치는 트리거 어셈블리, 볼트 및 선형 모터의 조합에 의해 제어될 수 있다. 실시 형태에서, 방법 및 장치는 반자동 및 완전 자동 발사의 모드를 시뮬레이팅할 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 완전 자동 발사 모드 시뮬레이션의 발사 속도(cyclic rate)는 종래의 자동 소총과 실질적으로 동일한 발사 속도일 수 있다.
일 실시 형태는 시뮬레이팅된 총기에서 발사되는 실제 탄환의 경로를 실질적으로 추적하는 레이저를 제공한다. 하나의 레이저 이미터는 총기 시뮬레이팅 본체의 배럴(barrel) 내에 수용될 수 있다. 일 실시 형태에서, 레이저 이미터는 리코일에 작동가능하게 연결될 수 있는 제어기에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 스위치의 실시 형태는 볼트로부터 전방으로 연장되는 스위칭 로드에 의해 작동되도록 구성된 롤러 스위치일 수 있다. 트리거가 당겨짐에 따라 볼트가 전방으로 움직일 때, 스위칭 로드는 스위치의 롤러와 결합하여 스위치를 누르고 레이저를 작동시킨다. 다른 실시 형태는 볼트의 전진 운동 시에 자석이 접촉할 수 있는 위치에 장착된 근접 스위치를 사용할 수 있다. 바람직한 위치는 배럴과 상부 수신기 사이의 접합부에 인접할 수 있다. 볼트에 부착된 자석은 볼트가 최전방 위치에 있을 때 근접 스위치와 근접해지도록 구성될 수 있으며, 이에 따라 근접 스위치가 레이저를 작동시킨다.
실시 형태는 사용자에게 부여된 반동의 수준이 사용자에 의해 프로그래밍될 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.
일 실시 형태는 반자동 및 완전 자동 동작 모두가 가능한 방법 및 장치를 제공한다.
일 실시 형태는 완전 자동 발사의 상이한 발사 속도가 사용자에 의해 프로그래밍될 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.
일 실시 형태는 시뮬레이팅되는 총에서 발사될 수 있는 탄환의 경로를 따라 실질적으로 레이저를 투사하는 레이저 조립체를 포함하는 장치 및 방법을 제공한다.
일 실시 형태는 슬라이딩 매스(슬라이딩 매스)를 제어하는 선형 모터를 사용하여 제어기에 동작 가능하게 결합된 종래의 총기의 반동을 시뮬레이팅하는 방법 및 장치를 제공한다. 선형 모터는 토크(즉, 회전을 통해)를 생성하는 대신에, 길이 방향 길이를 따라 선형 힘을 생성하도록 "풀린" 고정자 및 회전자를 갖는 전기 모터를 고려할 수 있다. 기존의 선형 모터의 가장 일반적인 작동 모드는 적용된 힘이 전류와 자기장에 선형 비례하는 로렌츠(Lorentz) 형 액추에이터이다.
대부분의 설계는 두 가지 주요 카테고리로 분류되는 선형 모터에 적용된다: 저 가속도 및 고 가속도 모터. 저 가속도 선형 모터는 자기 부상 열차 및 기타 지상 기반 운송 응용 분야에 적합합니다. 고 가속도 선형 모터는 일반적으로 다소 짧고 대상물을 매우 높은 속도로 가속하도록 설계된다(예를 들어, 레일건 참조).
고 가속도 선형 모터는 일반적으로 초고속 충돌 연구, 총기 또는 우주선 추진을 위한 대용량 추진 장치로 사용된다. 고 가속도 모터는 일반적으로 에어 갭의 일 측에 능동 3 상 권선이 있고 다른 측에 수동 전도체 플레이트가 있는 AC 선형 유도 전동기(LIM) 설계이다. 그러나 직류 선형 모터 레일건은 또 다른 고 가속도 모터 설계 일 수 있다. 저 가속도, 고속 및 고전력 모터는 보통 선형 동기 모터(LSM) 설계로 구성되며 에어 갭의 일 측에는 능동 권선이 있고 다른 측에는 대안의 극 자석의 어레이가 있다. 이들 자석은 영구 자석 또는 통전 자석일 수 있다. 트랜스래피드 상하이(Transrapid Shanghai) 모터는 LSM 설계이다.
선형 모터는 직접적인 전자기 원리를 이용한다. 전자기력은 캠, 기어, 벨트 또는 다른 기계 장치를 사용하지 않고 직접 선형 운동을 제공한다. 모터는 슬라이더와 고정자의 두 부분으로 구성된다. 슬라이더는 네오디뮴 자석으로 충전된 스테인리스 스틸 튜브를 포함하는 정밀 조립체이며, 이는 각각의 단부에 나사산 부착 구멍이 제공된다. 코일을 포함하는 고정자, 슬라이더 용 베어링, 위치 센서 및 마이크로 프로세서 보드는 열악한 산업 환경에서 사용하기 위해 설계될 수 있다.
솔레노이드는 타이트하게 패킹된 나선형으로 감긴 코일이다. 솔레노이드라는 용어는 전류가 통과할 때 자기장을 생성하는 금속 코어 주위에 감겨져 있는 길고 얇은 와이어 루프를 말한다. 솔레노이드라는 용어는 공간의 부피(일정한 실험이 수행될 수 있는 곳)에서 균일한 자기장을 생성하도록 설계된 코일을 말한다. 엔지니어링 분야에서 솔레노이드라는 용어는 또한 에너지를 직선 운동으로 변환하는 다양한 변환기 장치를 지칭할 수 있다.
이 용어는 또한 공압 또는 유압 밸브를 작동시키는 전기기계식 솔레노이드를 포함하는 통합 장치인 솔레노이드 밸브 또는 전기 스위치를 작동시키기 위하여 내부에서 전기 기계식 솔레노이드를 사용하는 특정 유형의 솔레노이드 스위치를 지칭한다. 예를 들어, 전기 기계식 솔레노이드는 자동차 스타터 솔레노이드 또는 선형 솔레노이드일 수 있다.
솔레노이드는 전기 기계식 가동 스틸 또는 철 슬러그(전기자라고 함) 주위에 감겨진 전자기 유도 코일을 포함한다. 전기자가 중심부 안팎으로 이동하여 코일의 인덕턴스를 변경하여 전자석이되도록 코일이 형상화될 수 있다. 전기자는 일부 메커니즘(예컨대, 공압 밸브 제어)에 기계적 힘을 제공하는 데 사용될 수 있다. 매우 짧은 거리이지만 임의의 곳에서 전형적으로 취약할지라도, 솔레노이드는 제어기 회로에 의해 직접 제어될 수 있고, 이에 따라 매우 짧은 반응 시간을 갖는다. 전기자에 가해진 힘은 전기자의 위치 변화와 코일을 통과하는 전류에 대한 코일의 인덕턴스 변화에 비례한다(패러데이의 유도 법칙 참조). 전기자에 가해지는 힘은 항상 코일의 인덕턴스를 증가시키는 방향으로 전기자를 이동시킨다. 전기자는 강자성 물질일 수 있다. 자유 반동은 후방에서 지지되지 않는 총기의 반동 에너지에 대한 모국어 또는 전문 용어이다. 자유 반동은 방전될 때 휴대용 병기(small arm)의 사수에게 부여되는 병진 운동 에너지(Et)를 나타내며 비-SI 단위계의 J(joule) 및 ft-lbf(foot-pound force)로 표시된다. 더 일반적으로, 이 용어는 대형 마운트 또는 벽에 단단히 볼트고정되거나 또는 고정된 총기와는 달리, 독립적 총기의 반동을 의미한다.
자유 반동을 반동과 혼동해서는 안된다. 자유 반동은 휴대용 병기에서 사수에게 전달되는 병진 운동 에너지에 대한 명칭이다. 반동은 일반적으로 일상적인 사건에 적용되는 운동량 보전에 대해 제시된 명칭이다.
자유 반동(반동 에너지라고도 함)은 총기 챔버(금속 카트리지 총기) 또는 개머리(블랙 파우더 총기) 내에 있는 분말 충전물(powder charge)의 추진력의 부산물이다. 자유 반동의 물리적인 이벤트는 총기 내에서 분말 충전물이 폭파되어 분말 충전물 내에 보유된 화학 에너지가 열역학 에너지로 변환될 때 발생한다. 이 에너지는 그 뒤에 탄환의 기저 및 카트리지 또는 개머리의 후방으로 이동되어 총기가 사수로 후방으로 추진되어 발사체가 배럴 아래의 전방으로 추진되는 동안 속도가 증가하여 총구에 전달될 수 있다. 총기의 후방 에너지는 자유 반동이고 탄환의 전방 에너지는 총구 에너지이다.
자유 반동의 개념은 총 반동 에너지의 허용 한계에서 비롯된다. 총기의 순수 반동 에너지(펠트 반동이라고도 함)를 알아내는 것은 쓸데없는 노력이다. 심지어 소염기; 반동 작용 또는 가스 작용; 수은 반동 억제 튜브; 반동 감소 엉덩이 패드 및/또는 핸드 그립; 사격 조끼 및/또는 장갑으로 인한 반동 에너지 손실이 계산될 수 있지만 인적 요소는 계산될 수 없다.
자유 반동은 반동 에너지의 과학적 측정으로 고려될 수 있다. 자유 반동을 용인하는 사수의 능력의 편안의 수준은 개인적인 인식이다. 이 개인적 인식은 예를 들어 실내 온도 또는 실외 온도에 대해 얼마나 편안하다고 느끼는지에 대한 개인의 인식과 유사할 수 있다.
많은 요인들이 사수가 자신의 휴대용 병기의 자유 반동을 어떻게 인지할지를 결정할 수 있다. 요인 중 일부는 다음을 포함하지만 이에 한정되지 않는다: 본체 중량; 본체 프레임; 경험; 발사 위치; 반동 억제 장치; 휴대용 병기 피트 및/또는 환경 스트레스 요인.
몇 가지 다른 방법을 사용하여 자유 반동을 계산할 수 있다. 가장 일반적인 두 가지 방법은 모멘텀의 짧은 형태와 긴 형태의 방정식을 통해 표시된다.
두 형태 모두는 동일한 값을 산출할 수 있다. 짧은 형태는 하나의 방정식을 사용하지만 긴 형태는 두 개의 방정식을 필요로 한다. 긴 형태에서, 발사/휴대용 병 속도가 먼저 결정될 수 있다. 휴대용 병기에 대해 알려진 속도로 휴대용 병기의 자유 반동은 병진 운동 에너지 방정식을 사용하여 계산할 수 있다. 계산은 다음과 같이 수행될 수 있다:
모멘텀의 짧은 형태:
모멘텀의 긴 형태:
여기서,
Etoug는 J(Joule)에 의해 표현된 휴대용 병기의 병진 운동 에너지이다.
mgu는 킬로그램(kg)으로 표현된 휴대용 병기의 무게(킬로그램)입니다.
mp는 그램(g)으로 표현되는 발사체의 중량이다.
mc는 그램(g)으로 표시되는 분말 충전물의 중량이다.
Vgu는 초당 미터(m/s)로 표현되는 휴대용 병기의 속도이다.
vp는 초당 미터(m/s)로 표현되는 발사체의 속도이다.
vc는 초당 미터(m/s)로 표현된 분말 충전물의 속도이다.
1000은 방정식을 킬로그램으로 설정하는 변환 요인이다.
다양한 실시 형태에서, 상기 선형 모터는 각각 북극 및 남극을 갖는 복수의 개별 자석을 포함하는 슬라이딩 매스/로드를 포함할 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 복수의 개별 자석은 동일한 극을 향하는 인접한 자석의 동일한 극과 길이 방향으로 정렬될 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 복수의 개별 자석은 서로 다른 극을 향한 인접한 자석의 상이한 극과 길이 방향으로 정렬될 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 슬라이딩 매스/로드 내의 다수의 개별 자석은 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 19, 20, 25, 30, 35, 40, 45 및/또는 50개의 자석을 포함할 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 자석의 수는 상기 나열된 수의 임의의 2개의 범위 사이일 수 있다.
선형 모터는 전류 흐름의 타이밍 및/또는 양과 관련하여 서로에 대해 독립적으로 제어가능한 복수의 자기 코일들을 포함할 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 복수의 독립적으로 제어가능한 자기 코일은 전류 흐름의 타이밍 및/또는 양 및/또는 전류 흐름의 방향에 관해 각각 독립적으로 제어가능하다.
실시 형태에서, 복수의 독립적으로 제어가능한 자기 코일 각각은 서로 이격되지만 전기적으로 직렬로 연결된 복수의 서브 코일 섹션을 포함할 수 있으며, 전기적으로 직렬 연결된 이격된 서브 코일 섹션은 단일의 독립적으로 제어가능한 자기 코일을 형성한다. 다양한 실시 형태에서, 복수의 코일 중 제1 독립적으로 제어가능한 자기 코일의 적어도 하나의 서브 코일은 복수의 코일 중 제2 독립적으로 제어가능한 자기 코일의 2 개의 이격된 서브 코일 사이에 중간에서 이격될 수 있다.
선형 모터는 길이 방향으로 서로 정렬되고 밀접하게 이격되어 있는 복수의 독립적으로 제어가능한 자기 코일을 포함할 수 있으며, 적어도 2 개의 인접하게 독립적으로 제어가능한 자기 코일은 역 극성의 자기장을 생성하도록 에너자이징될 수 있다. 실시 형태에서, 선형 모터는 정방향으로 정렬되는 다수의 독립적으로 제어가능한 자기 코일을 포함할 수 있으며, 인접한 독립적으로 제어가능한 자기 코일은 동시에 역 극성의 자기장을 생성하도록 에너자이징될 수 있다.
다양한 실시 형태에서, 선형 모터는 길이 방향으로 정렬되고 밀접하게 이격되고 자석의 슬라이딩 매스에 미끄럼가능하게 연결될 수 있는 복수의 독립적으로 제어가능한 자이 코일을 포함할 수 있으며, 상기 슬라이딩 매스는 길이 방향으로 정렬된 복수의 인접한 자석을 포함할 수 있고, 상기 선형 모터는 복수의 독립적으로 제어가능한 자기 코일 내의 특정 코일에 복수의 자석 내의 특정 자석의 근접과 관련하여 개별 독립적으로 제어가능한 코일을 통한 전류를 변화시킴으로써 자석의 슬라이딩 매스의 운동을 야기할 수 있다.
다양한 실시 형태에서, 복수의 코일 내의 복수의 개별 제어가능한 자기 코일은 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 19, 20, 25, 30, 35, 40, 45 및/또는 50개의 독립 제어가능한 코일을 포함할 수 있다. 실시 형태에서, 독립적으로 제거가능한 자기 코일의 수는 상기 나열된 수의 임의의 2개의 범위 사이일 수 있다.
일 실시 형태에서, 복수의 상이한 제어 가능 웨이트 유닛을 독립적으로 제어하는 복수의 선형 모터가 제공될 수 있다. 일 실시 형태에서, 하우징 파사드 유닛은 하나 이상의 선형 모터 및 제어 가능한 웨이트 유닛(weight unit)을 수용하고 유지하기 위해 하우징 파사드 유닛에 복수의 서로 이격된 위치적 위치(위치적 위치)를 포함하도록 제공될 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 위치적 위치는 사용자에 의해 선택될 수 있다.
다른 실시 형태에서, 하나 이상의 선형 모터 및 제어 가능 웨이트 유닛을 수용하고 유지하기 위한 복수의 상이한 각도 배향을 갖는 파사드 유닛이 제공될 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 각도 배향은 사용자에 의해 선택될 수 있다.
또 다른 실시 형태에서, 하나 이상의 선형 모터 및 제어 가능 웨이트 유닛을 수용하고 유지하기 위해 상이한 위치 및/또는 각도 배향으로 복수의 상이한 하우징 파사드 유닛이 제공될 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 위치적 위치 및/또는 각도 배향은 사용자에 의해 선택될 수 있다.
일 실시 형태에서, 하우징 내의 상이한 제어가능 웨이트의 간격 및/또는 배향을 포함하는 조절가능한 구성을 각각 갖는 선형 모터 및 제어가능 웨이트 유닛의 선택 가능한 세트가 제공될 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 1개 이상의 선형 모터 및 제어 가능 웨이트 유닛은 복수의 상이한 웨이트 인서트를 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 하나 이상의 선형 모터 및 제어 가능 웨이트 유닛은 상기 제어 가능 웨이트를 위한 복수의 상이한 선택 가능한 기계적 정지 위치를 포함할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 본원에 개시된 방법 및 장치는 테니스 라켓, 야구 방망이, 마술 지팡이, 하키 스틱, 크리켓 배트, 배드민턴, 풀 스틱, 권투 글러브(들), 검, 라이트 세이버, 활과 화살, 골프 클럽, 및 낚시대와 같은 하나 이상의 선택 가능한 게이밍 장치의 동작을 시뮬레이팅할 수 있다.
다양한 실시 형태에서, 본원에 개시된 방법 및 장치는 에뮬레이팅되는 시스템의 하나 이상의 2차 타입 동작, 예를 들어 할로 플라즈마 건, 부서진 배트, 야구공의 타격 후의 배트 진동, 총기, 충전/적재 등을 촉각적으로 시뮬레이팅할 수 있다.
일 실시 형태는 M-4A1, AR-15, M-16 라이플 또는 임의의 다른 유형의 라이플을 시뮬레이팅할 수 있는 총기 시뮬레이터 본체(20)를 제공할 수 있다. 본체(20)는 도 1에서 라이플로로 도시되어 있지만, 본원에 설명된 바와 같은 본 발명의 실시 형태는 다양한 다른 총 본체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시 형태는 M2, Mark 19, RPG(Rocket Propelled Grenade), 박격포 및 기관총을 포함하는 권총, 라이플, 산탄총 및 중화기에 대한 시뮬레이션 시스템을 포함할 수 있다. 위의 리스트는 포괄적이지 않고 게임, 군사 및 다른 응용에서 총기 시뮬레이션에 대해 본원에서 설명된 반동/충돌 시스템을 포함하는 다양한 유형의 본체가 포함될 수 있다.
도 1 내지도 4의 예시적인 실시 형태에 도시된 바와 같이, 총기 시뮬레이터 본체(20)는 상부 수신기(120) 및 하부 수신기(140)를 포함한다. 종래의 M-16과 같이, 상부 수신기(120)는 나사 또는 핀에 의해 하부 수신기(140)에 피봇식으로 고정될 수 있다.
하부 수신기(140)는 권총 그립(160), 권총 그립(160)의 전방에 배치된 트리거(170) 및 권총 그립(160) 위에 배치된 선택기(450)를 포함할 수 있다. 숄더 스톡(shoulder stock, 220)은 하부 수신기(140)에 고정될 수 있다.
배럴 조립체(300)는 상부 수신기(120)의 전방 부분에 장착될 수 있다. 배럴 조립체(300)는 상부 수신기(120)에 직접 고정될 수 있는 배럴(310)을 포함할 수 있다. 상부 핸드가드(330) 및 하부 핸드가드(340)는 배럴 조립체(300)에 고정될 수 있다. 전방 시야 블록(360)은 배럴(310) 주위에 배치될 수 있다.
도 1은 총기 훈련 시스템(10)의 일 실시 형태의 측면도이다. 도 2는 시뮬레이팅된 총기 본체(20)의 측면도이다. 도 3은 상부 조립체/수신기(120)의 사시도이다. 도 4는 시뮬레이팅된 총 본체(20)의 분해도이다.
총기 훈련 시스템(10)은 슬라이더 매스(600)에 작동 가능하게 연결된 선형 모터(500) 및 연결 와이어 버스(54)를 통해 선형 모터(500)에 작동 가능하게 연결된 제어기(50)를 갖는 시뮬레이팅된 총기 본체(20)를 포함할 수 있다.
시뮬레이팅된 총기 본체(20)는 상부 조립체(120) 및 하부 조립체(140)를 포함할 수 있다. 상부 조립체(120)는 상부(330) 및 하부(340) 핸드 가드와 함께 배 배 조립체(300), 배럴(310)을 포함할 수 있다. 하부 조립체(140)는 숄더 스톡(220), 완충 관(230), 권총 그립(160)을 포함할 수 있다. 권총 그립(160)은 트리거(170)를 포함할 수 있다. 카트리지(250)는 하부 조립체(140)에 분리 가능하게 연결될 수 있다.
선형 모터(500)는 커넥터 조립체(700)를 통해 상부 조립체(120)에 부착될 수 있다. 커넥터 조립체(700)는 제1 단부(710), 제2 단부(720), 커넥터 플레이트(721 및 722), 보어(750)를 갖는 커넥터 튜브(740)를 포함할 수 있다. 커넥터 플레이트(721)는 패스너 개구(730)를 포함할 수 있고, 커넥터 플레이트(722)는 패스너 개구(732)를 포함한다.
도 5는 선형 모터(500) 및 슬라이딩 매스(600)의 사시도이다. 도 6은 선형 모터(500) 및 슬라이딩 매스(600)의 분해 측면도이다. 도 7은 선형 모터(500) 및 슬라이딩 매스(600)의 조립도이다.
선형 모터(500)는 매스(600) 내에서 복수의 자석(640)과 전자기적으로 상호작용할 수 있는 복수의 개별적 제어가능한 통전 코일(521, 522, 523, 524, 525, 526, 527, 528, 529, 530)을 포함할 수 있다.
복수의 개별적 제어가능 자기 코일(520)에서 특정 자기 코일의 자력, 타이밍, 전류 방향을 제어함으로써, 매스(600)의 운동, 가속도, 속도 및 위치가 시뮬레이팅된 특정 총기에 대해 시간이 지남에 따른 특정 펄스 곡선을 근사하는 시간에 대한 원하는 모멘트/충돌 곡선을 얻기 위해 제어될 수 있다.
본 발명에서 유리한 선형 모터로 전달되는 전력을 제어하는 한 가지 방법은 PWM(Pulse-Width Modulation)이다. PWM 기술은 메시지를 펄싱 신호로 인코딩하기 위해 사용될 수고, 이는 변조 유형이다. 이 변조 기술은 전송을 위해 정보를 인코딩하는데 사용될 수 있지만, 그 주요 용도는 선형 모터에 공급되는 전력의 제어를 허용한다. 부하에 공급되는 전압(및 전류)의 평균값은 공급 및 부하 사이의 스위치를 빠른 속도로 켜고 끄면서 제어할 수 있다. 오프 기간에 비해 스위치가 길수록 부하에 공급되는 총 전력이 높아진다. PWM 스위칭 주파수는 부하(전원을 사용하는 장치)에 영향을 미치는 것보다 상당히 더 높고, 즉 부하에 의해 감지되는 결과적인 파형은 가능한 한 매끄러워야 한다. 전형적으로 모터 드라이브의 경우 수십 kHz의 스위칭이 수행된다. 예를 들어, 일 실시 형태에서, PWM은 반동/충돌 생성을 위해 10 kHz 내지 30 kHz의 범위에서 슬라이딩 매스를 제어하는데 사용될 수 있다. 이는 전력 소모를 낮게 유지하고 선형 모터의 움직임에 반복성을 갖는 데 유리할 수 있다. 듀티 사이클은 일정한 간격 또는'기간'에 대한 온(On)'시간의 비율을 나타내고, 낮은 듀티 사이클은 대부분의 시간 동안 전원이 꺼져 있기 때문에 저전력에 해당한다. 듀티 사이클은 퍼센트로 표현될 수 있으며, 100 %는 완전히 온 상태이다. 본원에서 설명된 특정의 선형 모터 응용과 PWM 사용의 주요 이점 중 하나는 스위칭 장치의 전력 손실이 매우 낮다는 것이다. 스위치가 꺼지면 실제로 전류가 흐르지 않는다. 스위치가 켜져 있고 전원이 부하로 전송되면 스위치에서 전압 강하가 거의 없다. 따라서 전압과 전류의 곱인 전력 손실은 두 경우 모두 0에 가깝다.
선형 모터의 듀티 사이클을 조절함으로써 스위치가 ON 대 OFF일 때, 절전은 특히 배터리/전원 공급원이 제한되고 고가인 무제한 사용의 경우 달성될 수 있다. 일 실시 형태에서, 선형 모터 시스템은 전원으로서 슈퍼 커패시터 팩을 사용할 수 있고, 듀티 사이클/PWM은 전력 소비가 반동을 생성하기 위한 듀티 사이클 및 반동/충돌을 생성하기 위해 필요한 PMW를 기초로 최적화된 선형 모터의 해상도(최소 반복가능 선형 운동)에 기초하여 최적화되도록 선택될 수 있다.
선형 모터(500)는 선형 모터(500)에 슬라이딩 가능하게 연결된 매스(600)를 포함할 수 있다. 매스(600)는 제1 단부(610), 제2 단부(620) 및 보어(630)를 포함할 수 있다. 다수의 자석(640)은 보어(630)의 내부에 포함될 수 있다. 선형 모터(500)는 반동력을 제어하기 위해 시뮬레이팅된 총기 내에서 사용되지 않을 수 있다.
도 8은 선형 모터(500) 및 슬라이딩 매스(600)용 지지부(700)의 일 실시 형태의 사시도이다. 지지부(700)는 제1 단부(710) 및 제2 단부(720)를 포함할 수 있다. 제1 단부는 제1 및 제2 연결 플랜지(721, 722)일 수 있다. 제1 연결 플랜지(721)는 복수의 커넥터 개구(730)를 포함할 수 있다. 제2 연결 플랜지(722)는 복수의 커넥터 개구(732)를 포함할 수 있다. 제2 단부(720)는 관형 보어(750)를 갖는 관형 섹션(740)일 수 있다. 선형 모터(500)는 복수의 커넥터 개구(540)에 연결된 다수의 개구(730, 732)를 통해 지지부(700)에 장착될 수 있다. 지지부(700)에 장착된 후, 선형 모터(500)는 슬라이딩 매스(600)가 보어(750) 내부 및 보어(750)에 대해 제어 가능하게 이동(예를 들어, 미끄러지거나 가속 등)하도록 할 수 있다.
일 실시 형태에서, 기계적 스톱(mechanical stop, 800)은 슬라이딩 매스(600)로부터 자유 반동을 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 기계적 스톱(800)은 허용된 이동 길이(660)의 끝에서 "엄격하게"(즉, 선형 모터(500)가 가능한 제로 슬라이딩 매스(600)로 보다 빠르게 부정적으로 가속하기 위해) 시뮬레이팅된 총기 본체(20) 내부에서 사용될 수 있다. 이러한 빠른 정지는 사용자(5)에게 반동력을 최대로 증가시킴으로써 사용자(5)에 향상된 반동 효과를 생성할 수 있다. 선형 모터(500)는 전자기 고정자와 함께 자기 슬라이딩 매스(600)를 사용하기 때문에, 두 장치 사이에 결합이 존재하며 장치가 달성할 수 있는 최대 가속 및 감속도가 있다.
이러한 제한에 대하여, 기계적 스톱(800)이 사용될 수 있다. 선형 모터(500)는 원래 길이(660)의 끝에서 정지를 위해 반대 방향으로 슬라이딩 매스(600)를 가속하기 위해 원래 사용된 구동 자기장을 반전시킴으로써 슬라이딩 매스(600)를 통상적으로 제동한다. 이 방법 대신에, 제동은 하부 조립체(140) 내부의 슬라이딩 매스의 제2 단부(620)와 기계적 스톱의 제1 단부(810) 사이에 접촉하도록 유지된다. 이에 따라 선형 모터(500)보다 슬라이딩 매스(600)의 제공 시간이 더 빨라질 수 있고 이러한 더 빠른 제동 또는 감속은 슬라이딩 매스(600)로부터 더 큰 반력을 생성하고 이에 따라 더 큰 자유 반동값은 슬라이딩 매스(600)에 대한 시간 및 위치에서 시스템(10)에 의해 생성된다.
다양한 실시 형태에서, 에뮬레이팅된 발사 사이클 동안, 선형 모터(500)는 슬라이딩 매스(600)가 기계적 스톱(800)과 충돌하도록 이동함에 따라 슬라이딩 매스(600)의 전체 스트로크의 마지막 1 %가 될 때까지 슬라이딩 매스(600)가 가속을 유지하도록 슬라이딩 매스(600)의 운동을 제어할 수 있다. 실시 형태에서, 가속은 슬라이딩 매스(600)가 기계적 스톱(800)과의 충돌 방향으로 이동함에 따라 슬라이딩 매스(600)의 전체 스트로크의 마지막 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 및/또는 40%까지 증가할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 증가된 가속도의 제어는 슬라이딩 매스(600)가 기계적 스톱(800)과의 충돌 방향으로 이동함에 따라 슬라이딩 매스(600)의 전체 스트로크의 상기 언급된 백분율 중 임의의 2 개의 범위가 될 때까지 있을 수 있다.
에뮬레이팅된 발사 사이클 동안, 선형 모터(500)는 슬라이딩 매스(600)가 기계적 스톱(800)과 충돌하기 전에 1 밀리초 동안 슬라이딩 매스(600)가 가속을 지속하도록 슬라이딩 매스(600)의 운동을 제어할 수 있다. 실시 형태에서, 가속도는 슬라이딩 매스(600)가 기계적 스톱(800)과 충돌하기 전에 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 15, 16, 18 및/또는 20 밀리초까지 증가할 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 증가된 가속도의 제어는 슬라이딩 매스(600)가 기계적 스톱(800)과 충돌하기 전에 상기 언급된 기간 들 중 임의의 2 개의 범위에 이를 수 있다.
시뮬레이팅된 총기 본체(20)는 총기 훈련 시스템(10)의 작동 유형을 제어하기 위해 제어기(50)에 작동 가능하게 연결된 선택기 스위치(450)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 선택기 스위치(450)는(1) 안전, (2) 반자동 발사 모드,(3) 완전 자동 발사 모드, 및(4) 버스트 발사 모드와 같은 복수의 시뮬레이션 모드를 가질 수 있다.
총기 훈련 시스템(10)을 사용하기 위해, 사용자는 선택기 스위치(450)의 위치를 선택하고, 타겟에서 시뮬레이팅된 총기 본체(20)를 조준하고, 트리거(170)를 당길 수 있다. 트리거(170)가 당겨질 때, 제어기(50)는 선형 모터(500)가 슬라이딩 매스(600)를 동역학적으로 제어하도록 하여 반동력을 발생시키며, 이는 사용자에게 전달되어 시뮬레이팅된 총기 본체(20)가 보유될 수 있다. 슬라이딩 매스(600)를 제어함으로써 발생하는 반동력은 시뮬레이팅된 총기로부터 발사되는 바와 같이 시뮬레이팅된 특정 탄약에 대한 시간 및 양과 실질적으로 근사화하도록 제어될 수 있다.
일 실시 형태에서, 시뮬레이팅된 특정 총기로부터 발사되는 탄약의 특정 라운드의 시간 대 힘 도표가 식별될 수 있고, 제어기(50)는 슬라이딩 매스(600)의 움직임을 제어하도록 선형 모터(500)를 제어하기 위하여 프로그래밍될 수 있고, 이에 따라 슬라이딩 매스의 가속도 대 시간을 제어함으로써 시간이 지남에 따라 실질적으로 동일한 힘이 생성될 수 있다. 힘은 가속의 곱에 매스를 곱한 것과 같기 때문에 가속도 대 시간을 제어함으로써 힘 대 시간을 제어한다.
일부 실시 형태에서, 복수의 시뮬레이션 데이터 포인트 세트(예를 들어, 힘 대 시간 값)가 생성될 수 있다. 일 실시 형태에서, 특정 타입의 탄약이 시뮬레이팅된 총기에서 시험될 수 있고, 명백한 반동력 대 시간의 데이터 세트가 생성될 수 있다. 복수의 측정이 복수의 시간이 걸릴 수 있다. 실시 형태에서, 선형 모터용 프로그램은 슬라이딩 매스(600)의 반력이 복수의 포인트에 대한 에뮬레이팅된 힘 다이어그램과 같이 시간 및 진폭 모두에서 실질적으로 일치할 수 있다. 실시 형태에서, 적어도 3 개의 포인트가 매칭될 수 있다.
다양한 실시 형태에서, 적어도 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90 및/또는 100 개의 시뮬레이션 포인트 데이터 세트는 실질적으로 매칭될 수 있다. 실시 형태에서, 상기 지정된 개수의 시뮬레이션 포인트 데이터 세트 중 임의의 2개 사이의 범위는 실질적으로 매칭될 수 있다.
일 실시 형태에서, 시스템(10)은 시뮬레이팅된 특정 크기 및 타입의 탄약을 발사하는 특정 총기에 따라 발생되도록 추정되는 힘 대 시간 곡선을 에뮬레이팅하기 위하여 사용될 수 있다.
반동은 총기가 총기를 발사하는 사용자에게 가해지는 힘으로 생각할 수 있다. 이러한 반동력은 총기로부터 발사되는 탄환의 특성과 함께 총기의 크기와 구조에 따를 수 있다. 총기가 제2 유형의 탄약에 비해 제1 유형의 탄약을 발사할 때 동일한 총기의 사용자에게 부과된 반동은 다를 수 있다.
실시 형태에서, 선형 모터(500)와 슬라이딩 매스(600)는 시뮬레이팅된 특정 총기의 매스에 유사한 총 매스를 가질 수 있다. 일 실시 형태에서, 조합된 선형 모터(500) 및 슬라이딩 매스(600)를 포함하는 시뮬레이팅된 총기 본체(20)는 시뮬레이팅되는 특정 총기의 매스에 유사한 총 매스를 갖는다. 다양한 실시 형태에서, 조합된 선형 모터(500) 및/또는 슬라이딩 매스(600) 중 하나는 시뮬레이팅된 특정 총기의 매스의 대략 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 및/또는 100%인 총 매스를 갖는 총 매스(및/또는 조합된 선형 모터(500) 및 슬라이딩 매스(600)를 포함하는 시뮬레이팅된 총기 본체(20))를 가질 수 있다. 실시 형태에서, 상기 언급된 백분율 중 임의의 2개 사이의 범위가 사용될 수 있다.
실시 형태에서, 실질적으로 균형 잡힌 시뮬레이팅된 총기 본체(20)가 제공될 수 있다. 선형 모터(500)를 시뮬레이팅된 총기 본체(20)의 전방에 위치시킴으로써, 더 우수한 무게 균형뿐만 아니라, 시뮬레이팅된 반력 벡터에 대한 보다 현실적인 시작 위치가 달성될 수 있다. 이 방식으로 슬라이딩 매스(600)의 움직임을 위치시킴으로써, 시뮬레이팅된 총기 본체(20)의 무게 중심과 배럴(300) 중량이 시스템(10)이 아이들 상태이고 당겨지지 않을 때 사용자(5)에게 보다 현실적일 수 있다. 이는 슬라이딩 매스(600)의 시작 위치로 인함이다.
일 실시 형태에서, 상부 조립체(120)에 사용되는 배럴(310) 재료는 스틸이 아닐 수 있고, 상부 조립체(120)는 시뮬레이팅된 실제 총기에 대한 상부 조립체와 비교하여 중량 분포의 변화로 인해 사용자(5)에게 비현실적이라고 느낄 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 반동 시뮬레이션 사이클의 초기 단계 중에, 슬라이딩 매스(600)의 일부는 배럴(310) 내부에 배열될 수 있다. 슬라이딩 매스의 이러한 부분은 배럴(310) 내에서 이 추가 "누락(missing)" 웨이트를 시뮬레이팅할 수 있고, 선형 모터(500)로부터의 이 추가 웨이트는 보조된다.
사용자가 시스템(10)을 발사하면, 슬라이딩 매스(600)는 배럴(310)로부터 시뮬레이팅된 총기 본체(20)의 후방을 향하여 이동하고, 스톡의 시작과 동등한 스톱(800)에 의해 정지된다. 그 후, 슬라이딩 매스(600)는 그 초기 위치로 복귀하여 총기가 발사되지 않을 때 총기의 중량 분포가 정확한 것으로 느껴지는 사용자(5)에 대해 끊김없는 효과를 생성할 수 있다. 또한, 반동/충돌 효과가 진행되는 동안 시뮬레이팅된 총기 본체(20)의 중량 분포가 변하기 때문에 사용자(5)가 인지할 수 있는 추가 후방 하중이 선형 모터의 인식된 반동/충돌 효과를 향상시킨다. 이는 선형 모터 슬라이더가 높은 가속도로 기계적 스톱을 향하여 이동하기 때문이며, 시뮬레이터의 후단 단부를 향하여 총기를 불균형하게 유지시키며, 그 뒤에 기계적 스톱을 타격하여 시뮬레이팅된 총기의 전방을 도 18 내지 도 21에 도시된 바와 같이 상승시킨다. 시뮬레이팅된 총기가 상승할 때, 지면을 향하여 추가 정적 하중이 무게 중심의 변화에 의해 사용자(5)의 어깨에 가해질 수 있고, 이에 따라 사용자(5)는 기계적 스톱을 타격하는 선형 모터로부터의 증가된 반동 효과의 인식 및 새로운 일정한 중량 분포가 제시된다. 또한, 슬라이더는 반동 사이클을 완료하기 위해 이의 원래 위치로 복귀할 수 있고, 이는 또한 사용자(5)에게 추가 힘을 인가한다.
전술된 도면은 라이플을 도시하지만, 동일한 원리가 본원에서 언급된 다양한 총기 및 장치에도 적용될 수 있으며 주로 장치에 선형 모터가 배치되고 슬라이딩 매스의 위치를 제어하고 기계적 스톱을 배치하여 특정 장치 및 사용자에 대한 특정 햅틱 효과가 최적화된다.
상이한 실시 형태에서, 선형 모터(500)의 위치가 스톡(220) 내에서와 같이 핸드 그립 위치로부터 이동할 수 있거나 또는 필요한 경우 수신기 내로 추가로 상승된다.
도 9는 시뮬레이팅된 총기 본체(20)의 일 실시 형태의 측면도이다. 슬라이딩 매스(600)의 선형 이동의 크기는 화살표(660)로 개략적으로 도시될 수 있다. 이 도면에서, 슬라이딩 매스(600)의 제2 단부(620)의 실제 위치(666)는 이동 길이(660)에서 슬라이딩 매스(600)의 제2 단부(620)의 일시적인 위치를 나타내는 "시간 의존" 수직선(666"')으로 개략적으로 도시된다. 화살표(1320)는 선형 모터(500)에 의한 슬라이딩 매스(600)의 시간 의존 가속도에 의해 생성될 수 있는 시간 종속 반동력을 개략적으로 나타낸다. 클립(650)이 선형 모터(500)의 설치 이전에 또는 이후에 슬라이딩 매스(600)로부터 제거될 수 있어서 필요한 경우 슬라이딩 매스(600)의 제어 중에 슬라이딩 매스(600)의 제1 및 제2 단부(610, 620)가 복수의 코일(520)의 제1 단부(530)와 제2 단부(534)들 사이에서 선형 모터(500)의 복수의 코일(520)에 삽입될 수 있다.
도 10은 도 1에 도시된 시뮬레이팅된 총기 시스템의 다양한 동작의 개략적인 흐름도이다. 일 실시 형태에서, 제어기(50)는 슬라이딩 매스(600)의 자유 이동 길이(660) 내에서 슬라이딩 매스(600)의 동역학적 운동을 제어하기 위하여 선형 모터(500)를 제어하도록 프로그래밍될 수 있고, 이에 따라 슬라이딩 매스는 원하는 반동력 대 시간 곡선을 생성하여 여기서 이러한 힘 대 시간 곡선은 시뮬레이팅된 특정 총기에서 발사된 특정 탄환의 힘 대 시간 곡선을 시뮬레이팅할 수 있다. 선형 모터(500)는 모터 로직 제어기(504)와 함께 제어된 슬라이딩 매스(600)를 포함할 수 있다. 모터 로직 제어기(504)는 제어기(50)에 작동가능하게 연결될 수 있다. 파워 서플라이(60)(예를 들어, 24 볼트)가 양 선형 모터의 로직 제어기(504) 및 제어기(50)에 연결될 수 있다. 선형 모터(500)의 고정자의 더 큰 전류 요구로 인해 개별 파워 서플라이(60)(예를 들어, 72 볼트)가 선형 모터(500)에 연결될 수 있다.
시퀀싱
도 11 내지 도 15는 시뮬레이팅된 총기 본체(20)에 대하여 4개의 상이한 위치에서의 선형 모터(500)의 슬라이딩 매스(600)를 도시한 순서도이다. 일 실시 형태에서, 시스템(10)은 사용자(5)가 특정 라이플에서 사용할 수 있는 상이한 유형의 탄약에 대해 반동을 시뮬레이팅하도록 프로그래밍될 수 있다. 시스템(10)의 프로그래밍은 시스템(10)에 의해 시뮬레이팅된 특정 총기 시스템에서 실제 라운드의 힘 대 시간을 측정하고 시뮬레이팅된 실제 총기 시스템에 의해 생성된 에너지를 결정하기 위해 "자유 반동" 공식을 사용함으로써 달성될 수 있다. 시뮬레이팅된 실제 총기 시스템의 힘 대 시간이 알려지고 실제 시스템의 자유 반동이 알려지면, 그 뒤에 시스템(10)은 슬라이딩 매스(600)가 동일하거나 또는 유사한 힘 대 시간을 실질적으로 매칭하는 반동력 및 사용자(5)에게 전달되어야 하는 자유 반동 에너지를 생성하도록 프로그래밍될 수 있다. 이 방법은 실제 총기로부터 발사된 탄약이 사용자(5)에 대해 시뮬레이팅됨에 따라 동일하게 인식된 반동을 제공할 수 있다.
따라서, 슬라이딩 매스(600)의 소정의 시간 간격 또는 지점에서 스트로크 거리, 속도, 가속도 및/또는 감속도를 변경함으로써, 시뮬레이팅된 총기 본체(20)로부터 사용자(5)에게 부여된 반응 반동력이 제어될 수 있다. 이 반작용 반동력은 다음을 모방 또는 시뮬레이팅하도록 제어될 수 있다:(1) 시뮬레이팅된 특정 총기의 특정 유형의 탄약 라운드에 의해 생성된 반동력;(2) 시뮬레이팅된 특정 총기에서 탄약 라운드의 다른 유형에 의해 생성된 반동력(탄약 라운드의 다른 유형은 더 많은 총기 분말/더 적은 총기 분말을 사용할 수 있거나 또는 더 높은 탄환/하부 중량 탄환 또는 이들의 일부 조합을 사용할 수 있다.
다양한 유형의 반동력은 단지 선형 모터(500)가 시간이 지남에 따라 슬라이딩 매스(600)의 동적 움직임을 변경시킴으로써 수행될 수 있다. 예를 들어, 이러한 특정 시점에서 반동 시간 동안 특정 시점에서 더 큰 힘이 요구되는 경우, 선형 모터는 슬라이딩 매스(600)의 순간 가속도를 단순히 증가시켜 이러한 반동력을 유발한다.
도 16은 슬라이딩 매스(삼각형 눈금을 통해 도시됨)의 동역학을 동역학적으로 제어하는 선형 모터에 의해 야기된 힘 대 시간과 함께 탄약의 제1 라운드의 가정적 반동력 대 시간(정사각형 눈금으로 도시됨)을 플로팅한 그래프이다.
도 16은 도 11 내지도 15의 시퀀싱과 비교될 수 있다.
시간 0에서, 슬라이딩 매스(600)의 제2 단부(620)는 위치(666)에서 도 11에 도시된 바와 같고 화살표(1300)의 반대 방향으로 가속하기 시작한다(화살표(1300) 방향의 반력이 야기되어 시뮬레이팅된 총기 본체(20) 상에 가해지고 사용자는 본체(20)를 보유함). 선형 모터(500)는 슬라이딩 매스(600)의 제2 단부(602)가 스톱(800)의 제1 단부(810)와 접촉하는 위치(666')(도 12에 도시됨)에 도달될 때까지 화살표(1300)의 상반된 방향으로 가속하고 이동한다. 666'에 도달되기 바로 전에, 슬라이딩 매스(600)의 가속도는 화살표(1300)의 방향으로 반력을 야기한다(음의 반력에서 및 도 16에서 16 밀리초로 도시됨). 그러나, 제1 단부(810)와 제2 단부(620) 사이의 충돌 바로 직후에, 이러한 충돌/접촉은 화살표(1310)의 반대 방향으로 슬라이딩 매스(600)를 가속시켜 방향(1310)(도 16에서 시간 16 내지 36 밀리초 사이에 도시되고 양의 반력)으로 반력을 발생시킨다.
상기 제2 단부(620)와 제1 단부(810) 사이의 동일한 접촉/충돌 동안, 상기 선형 모터(500)는 화살표(1310)의 반대 방향(힘 벡터에 의해 도 12에 도시된 반력(1310)에 부가됨)으로 독립적으로 슬라이딩 매스를 가속시킬 수 있다. 도 16에 도시된 그래프 상의 시간 36 내지 66 밀리초에서, 제어기(50)는 선형 모터(500)가 슬라이딩 매스(500)의 가속을 제어하여 원하는 시뮬레이팅된 반동 반력을 생성하도록 프로그래밍될 수 있다.
도 13은 선형 모터가 슬라이딩 매스(600)를 가속시켜 도 16에서 41 밀리초로 도시된 반력을 생성할 수 있는 위치(666")에서의 제2 단부(620)를 도시한다. 도 14는 선형 모터가 슬라이딩 매스(600)를 가속시켜 도 16의 56 밀리초로 도시된 반력을 생성할 수 있는 위치(666")의 제2 단부(620)를 도시한다. 도 15는 다음 반동 사이클의 시작 위치(666)에서의 제2 단부(620)를 도시한다.
이제 도 14에서 도시된 위치(666"')와 도 15에 도시된 위치(666) 사이에서, 선형 모터(500)는 화살표 1330의 방향으로 슬라이딩 매스를 가속시킬 수 있다(결국 감속되고 그 뒤에 다음의 반동 사이클의 준비를 위해 위치(666)에서 슬라이딩 매스(600)가 정지됨). 그러나, 이러한 감속 가속도는 최소로 제어될 수 있어서, 사용자(5)와 시뮬레이팅된 총기 본체(20)에 가해진 음의 발력의 크기가 최소화된다. 이러한 음의 반력은 도 16에는 도시되어 있지 않으며 비교적 작을 수 있다. 이러한 방식으로, 특정 총기에서 특정 형태의 탄환을 발사하는 사용자가 겪는 반동력의 진폭의 진폭 및 이러한 진폭의 타이밍은 선형 모터(500)에 의해 제어되는 슬라이딩 매스(600)의 프로그래밍된 동역학에 의해 시뮬레이팅될 수 있다. 다중 발사 사이클을 시뮬레이팅하기 위해, 선형 모터(500)는 슬라이딩 매스(600)의 동적 운동을 제어하여 원하는 횟수 또는 사이클 동안 슬라이딩 매스(600)의 동역학적 운동에 대한 반복적 힘 대 시간 패턴/도식을 생성할 수 있다.
도 17은 슬라이딩 매스의 동역학을 동적으로 제어하는 선형 모터에 의해 발생된 힘 대 시간과 함께 탄약의 제1 라운드의 가상 반동력 대 시간(사각형 눈금을 통해 도시됨)을 플로팅한 그래프이다. 도 17은 슬라이딩 매스(600)의 운동학적 운동을 제어하는 프로그래밍된 선형 모터(500)에 의해 시뮬레이팅되는 상이한 힘 대 시간 곡선에 따른 상이한 탄환을 도시한다. 또한 곡선의 전체 주기는 66 밀리초와 상이할 수 있으며 특정 탄환을 발사하는 시뮬레이팅된 총기의 반동 특성에 따라 변화할 수 있다.
슬라이딩 매스(600)로 반력을 발생시키는 선형 모터(500)의 능력은 슬라이딩 매스(600)의 매스의 교번에 의해 더욱 향상될 수 있다. 일 실시 형태에서, 슬라이딩 매스(600)에 대한 상이한 전체 길이가 사용될 수 있다(더 긴 길이의 옵션은 더 큰 매스를 가짐). 이러한 매스의 주어진 가속도에 대해 더 큰 매스를 사용하면 생성된 반력은 공식(힘이 매스 X 가속도와 동일함)에 의해 발견된다. 다양한 실시 형태에서, 슬라이딩 매스(600)는 270 mm 길이의 슬라이더 일 수 있거나 또는 길이가 350 mm일 수 있으며, 이러한 선택적인 슬라이딩 매스(600, 600')는 슬라이딩 매스(600)의 매스를 변조하기 위하여 선형 모터(500)로 교체될 수 있다. 270mm 슬라이딩 매스(600)는 215g의 매스를 가지며, 350mm 슬라이딩 매스(600')는 280g의 매스를 갖는다. 매스의 변화는 가속도에 의해 야기된 상이한 반력을 생성하고, 탄약의 특정 라운드에 의해 생성된 힘 대 시간을 더욱 잘 근사화하는데 사용될 수 있는 상이한 자유 반동 에너지를 생성한다.
또한, 슬라이딩 매스(600)의 길이는 전체 가속도 및 이동 길이(660)를 변화시킨다. 선형 모터(500)는 탄약의 특정 라운드에 의해 생성된 힘 대 시간 곡선을 근사화한다. 더 짧은 슬라이딩 매스(600)에 따라, 선형 모터(500)는 더 긴 가속도 시간으로 인해 더 높은 속도를 구현할 수 있고, 사용자에게 자유 반동 에너지의 더 큰 값을 제시한다.
상이한 슬라이딩 매스(600, 600')에 대한 최대 반력은 다음과 같이 계산될 수 있다:
분말 충전재의 분말이나 속도가 없으므로, 이들 상응하는 값(vc & mc)은 0이되어 표준 운동 에너지 공식 K =(0.5*m*v2)가 된다. Etgu의 최대 값은 두 슬라이더의 경우 다음과 같다:
슬라이딩 슬라이딩 매스 슬라이딩 매스 화기의 전체 매스 자유
매스 길이 매스 가속도 반동
도 18 내지 도 21은 반복적인 샷으로 정확성의 손실을 증가시키는 반동에 따른 총기 시뮬레이팅 본체(20)의 개별적으로의 반복적인 5회의 발사를 도시하는 개략적인 순서도이다. 이들 도면은 정확도를 위해 개인 5명을 훈련시키기 위해 전자 반동에 따른 반자동 발사 모드를 통한 시뮬레이팅 훈련을 개략적으로 도시한다.
일 실시 형태는(비록 다른 유형의 총기 및 탄환이 상이한 실시 형태에서 고려되지만) 특정한 유형의 탄환을 발사하는 M4A1 라이플을 시뮬레이팅하는 선형 모터(500)를 갖는 총기 시뮬레이팅 본체(20)를 사용한다. 일 실시 형태에서, 선택기 스위치(450)는(1) 반자동, (2) 버스트, 및(3) 완자동의 세 가지 동작 모드를 가질 수 있다. 버스트 모드를 선택한 후의 사용자 발사가 도 18 내지 도 21에 개략적으로 도시된다. 버스트 모드(2)에서 일련의 3 회 시뮬레이팅된 탄환 발사는 시스템(10)에 의해 수행될 수 있다.
사용자(5)는 선택기 스위치(450)를 사용하여 이 특정 총기에 대한 시뮬레이션 유형을 선택한다. 도 18에 개략적으로 도시된 바와 같이, 사용자(5)는 목표 영역(1400)에서 시뮬레이팅된 총기 본체(20)를 조준할 수 있다. 그 뒤에, 사용자(5)는 트리거 스위치(172)에 연결된 트리거(170)를 끌어당겨 제어기(50)에 신호를 전송할 수 있다. 제어기(50)는 선형 모터(500)를 제어할 수 있으며, 이 모터는 차례로 슬라이딩 매스(600)를 제어할 수 있다. 제어기(50)는 또한 레이저 이미터(1200)를 제어할 수 있다. 조준은 레이저 이미터, 자기 추적, 광학 추적, 3D 레이저 추적 등을 통해 시스템으로 구현될 수 있다. 많은 종류의 추적 시스템이 본 발명에 사용/통합될 수 있다. 예를 들어, 위치설정 시스템을 사용하여 실내, 건물 또는 세계에서 대상물 또는 사람의 위치와 배향을 결정할 수 있다. 비행 시스템의 시간은 전송기와 수신기 사이의 펄스 신호 전파 시간을 측정함으로써 거리를 결정한다. 3개 이상의 위치의 거리가 알려지면, 제4 위치는 삼각 측량을 사용하여 결정될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 레이저 거리 추적기와 같은 광학 추적기가 또한 사용될 수 있다. 그러나 이러한 시스템은 종종 시선 문제를 겪고, 이의 성능은 주변 광 및 적외선에 의해 저하될 수 있다. 반면에, 이는 금속 존재 하에서 왜곡 효과를 겪지 않으며 빛의 속도로 인해 높은 업데이트 속도를 가질 수 있다. 다른 실시 형태에서, 초음파 추적기가 또한 사용될 수 있다. 그러나 이러한 시스템은 이동 거리에 따른 에너지 손실로 인해 더욱 제한된 범위를 갖는다. 또한 이는 초음파 주변 소음에 민감하고 업데이트 속도가 낮을 수 있다. 그러나 주된 이점은 그들이 시선을 필요로하지 않는다는 것이다. 지구 항법 위성 시스템과 같은 전파를 사용하는 시스템은 주위의 빛 때문에 고통을 겪지 않지만 여전히 시선을 필요로 한다. 다른 실시 형태에서, 공간 스캔 시스템이 또한 사용될 수 있다. 이러한 시스템은 전형적으로(광학) 비컨 및 센서를 사용할 수 있다. 2가지 범주가 구별될 수 있다: (1) 비콘이 환경 내의 고정된 위치에 배치되고 센서가 대상에 있는 시스템의 내측, (2) 비콘이 목표에 있고 센서가 환경의 고정된 위치에 있는 시스템 외측. 비콘에서 센서를 조준함으로써, 이들 사이의 각도가 측정될 수 있다. 삼각 측량을 사용하여 대상물의 위치를 결정할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 관성 감지 시스템이 또한 사용될 수 있으며, 그 이점 중 하나는 외부 기준을 필요로하지 않는다는 것이다. 대신, 이들 시스템은 알려진 시작 위치 및 배향에 대해 가속도계로 자이로스코프 또는 위치로의 회전을 측정한다. 이들 시스템은 절대 위치 대신 상대 위치를 측정하기 때문에 이는 누적된 오류를 겪을 수 있고 드리프트가 가해질 수 있다. 시스템의 주기적인 재 교정은 더 높은 정확성을 제공할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 기계적 링키지 시스템이 또한 사용될 수 있다. 이러한 시스템은 기준과 목표 사이에 기계적인 링키지를 사용할 수 있다. 전형적으로 두 가지 링키지가 사용될 수 있다. 하나는 각각 회전할 수 있는 기계 부품 조립체이며 이에 따라 사용자에게 다중 회전 능력이 제공된다. 링키지의 배향은 인크리멘탈 인코더 또는 전위차계로 측정된 다양한 링키지 각도로부터 계산될 수 있다. 다른 유형의 기계적인 링키지거 코일로 감긴 와이어일 수 있다. 스프링 시스템은 정확하게 거리를 측정하기 위해 와이어가 인장되도록 보장할 수 있다. 기계적인 링키지 추적기가 감지하는 자유도는 추적기의 기계적 구조의 구성에 의존된다. 6의 자유도가 대개 제공될지라도 전형적으로 단지 제한된 범위의 동작이 가능하며 이는 각각의 링크의 길이 및 관절의 운동학으로 인함이다. 또한, 구조물의 중량과 변형은 기준에서 목표까지의 거리에 따라 증가할 수 있고, 작업량에 제한을 가할 수 있다.
다른 실시 형태에서, 위상차 시스템이 사용될 수 있다. 이러한 시스템은 기준 이미터에서 유입되는 신호의 위상과 비교하여 이동하는 목표의 이미터로부터 유입되는 신호의 위상 운동을 측정한다. 이에 따라 수신기에 대한 이미터의 상대적인 움직임이 계산될 수 있다. 관성 감지 시스템과 마찬가지로, 위상차 시스템은 누적된 오류로 인해 드리프트가 가해질 수 있지만, 이는 위상이 지속적으로 측정되어 높은 데이터 속도를 생성할 수 있기 때문이다. 또 다른 실시 형태에서, 직접 필드 감지 시스템이 또한 사용될 수 있다. 이 시스템은 알려진 필드를 사용하여 배향 또는 위치를 유도하며, 간단한 나침반은 지구의 자기장을 사용하여 두 방향으로 배향을 알 수 있다. 경사계는 지구의 중력장을 사용하여 나머지의 제3의 방향으로 이의 배향을 결정할 수 있다. 그러나 위치설정에 사용되는 필드는 자연에서 기인될 필요가 없다. 서로 수직으로 배치된 3개의 전자석의 시스템은 공간 기준을 정의할 수 있다. 수신기에는 3개의 센서가 자기 커플 링의 결과로 수신된 필드의 플럭스의 성분을 측정한다. 이러한 측정에 기초하여, 시스템은 이미터의 기준과 관련하여 수신기의 위치와 배향을 결정할 수 있다. 본원에서 기재된 각각의 시스템에는 장단점이 있으므로 대부분의 시스템은 하나 초과의 기술을 사용할 수 있다. 관성 시스템과 같은 상대적인 위치 변화를 기반으로 하는 시스템은 절대 위치 측정을 사용하는 시스템에 대한 주기적 교정을 필요로 할 수 있다.
2개 또는 그 이상의 기술을 결합하는 시스템은 본원에 기재된 본 발명의 다양한 실시 형태와 함께 사용될 수 있고 하이브리드 위치설정 시스템으로 불린다. 일 실시 형태에서, 자기 추적은 총기 주변장치(20)와 함께 사용될 수 있고 그 운동 프로파일을 실질적으로 추적할 수 있다. 실시 형태에서, 주변장치 본체(20)의 광학 추적은 사용자(5)에 의해 방해받지 않을 수 있는 키 포인트에서 본체(20) 상에 광학 마커를 위치시킴으로써 달성될 수 있고 사전 프로그래밍된 카메라(광학 추적기)가 성공적으로 게이밍 및 시뮬레이션 훈련 중에 본체(20)의 배향을 추적할 수 있다.
실시 형태에서, 직접 필드 감지는 본체(20) 상에 배치된 자기 추적에 의해 그리고 각도 배향의 변화를 측정하기 위하여 자이로스코프 센서 또는 본체(20) 상에 배치된 다른 관성 센서를 통하여 본체(20)를 추적하는데 사용될 수 있다. 양 센서가 본체(20)를 추적하기 위한 달성가능한 해상도에 추가된다. 일 실시 형태에서, 다이렉트 필드 감지(자기 및 관성 추적)가 절대 위치설정 기준에 따라 다이렉트 필드 감지 추적기를 수정하기 위해 광학 추적을 사용함으로써 3D 공간에서의 본체(20)의 위치의 해상도를 향상시키기 위해 총기 주변장치 본체(20)를 추적하도록 광학 추적과 함께 사용될 수 있고, 이에 따라 드리프트가 방지된다. 예시적인 실시 형태에서, 본체(20)는 본 발명에 따른 햅틱 효과를 제공하는 임의의 유형의 시뮬레이팅된 본체일 수 있으며, 여기에는 게이밍 장치/주변장치 또는 총기가 포함될 수 있다.
제어기(50)는 개인이 특정 총기에 대한 특정 탄환을 실제로 시뮬레이팅하는 것을 겪을 수 있는 반동력을 시뮬레이팅하기 위하여 소정의 반동력 대 시간에 따라 반동력을 형성하는 사전 프로그램밍된 운동학적 운동을 가로지르도록 유도하는 선형 모터(500)를 제어할 수 있다. 제어기(50)는 트리거(170)를 잡아당기는 사용자(5)와 협력할 수 있는 적외선 레이저 시스템(1200)에 연결될 수 있다. 레이저(1200)는 탄환이 시뮬레이팅된 총기 본체(20)로부터 이동할 수 있는 목표 스크린(영역 1400 또는 1410) 상에서 시뮬레이팅될 수 있다. 레이저(1200)가 광학 또는 자기 조준(추적/위치 설정)으로 대체되면, 3D 공간에서 총기 주변 위치의 좌표는 본체(20)의 정확한 추적을 위해 게임 플레이 시뮬레이션으로 변환될 수 있다. 이는 트리거(170)가 사용자(5)에 의해 당겨질 수 있도록 하고 탄환 궤도의 정확한 계산이 수행되어 실시간 추적 및 게임 플레이를 위해 시뮬레이션에 삽입될 수 있다.
도 19에서, 3 개의 시뮬레이팅된 버스트 라운드 중 제1 라운드, 레이저(1200)는 레이저 선(1230)을 방출하고 목표 영역(1400)에서 히트(1221)를 가질 수 있다. 도 20에서, 3 개의 시뮬레이팅된 버스트 라운드 중 제2 라운드에서, 레이저(1200)는 레이저 선(1230)을 방출하여 목표 영역(1400)에서(그러나 비-목표 영역(1410)에 더 근접함) 히트(1231)를 가질 수 있다. 도 21에서, 3 개의 시뮬레이팅된 버스트 라운드 중 제3 라운드에서, 레이저(1200)는 레이저 선(1240)을 방출할 수 있고 비-목표 영역(1410)에서 히트(1241)를 가질 수 있다. 화살표(1350)은 사용자(5)의 조준을 저하시키는 본체(20) 상에 배치된 시뮬레이팅된 반동을 개략적으로 나타낸다. 시스템(10)을 반복적으로 사용함으로써, 사용자(5)는 시뮬레이팅된 반동에 익숙해지고 이의 조준을 조정할 수 있다.
실제 훈련에서, 투사 시스템은 사용자(5)를 위한 "목표 공간"과 "비 목표" 공간을 시뮬레이팅할 수 있다. 사용자(5)가 스크린(1400)에서 발사하면, 이는 "비-목표" 공간(1410)으로 간주될 수 있다. 이러한 목표(1400)는 움직이거나 정지될 수 있고 크기 및 형태가 상당히 변할 수 있다. 그러나, 투사 시스템은 목표 공간 및 비 목표 공간에서 탄환 스트라이크의 총 수(예를 들어, 1221, 1231)를 카운트하여 이들을 추가할 수 있다. 이에 따라 하기 공식이 사용자(5)에 대한 정확도를 결정하기 위하여 사용될 수 있다:
정확도 = [[합계 -(비-목표 공간)]/합계] * 100%
예를 들어, 사용자가 목표 공간(1400)에서 4발, 비 목표 공간(1410)에서 6발에 해당하는 총 10발을 발사하면 공식은 다음과 같이 표시된다:
정확도 = [[10-6]/10] * 100%.
이 시뮬레이션은 사용자에게 40 %의 정확도를 제공한다.
실제 반작용 효과가 발생되어 조준하고 있는 목표 공간(1400)으로부터 사용자의 시야에 맞춰지기 때문에, 시스템(10)은 실제 탄약을 발사할 필요 없이 실제 총기 시스템을 발사하는데 있어서 더욱 정확하게 사용자(5)의 훈련을 도울 수 있다. 일 실시 형태에서, 본원에 기재된 투사 시스템은 컴퓨터 시스템 및 시각 디스플레이 시스템으로 구성될 수 있다.
배럴(310) 내에는 레이저 이미터(1200)가 있을 수 있다. 레이저 이미터(1200) 조립체는 회로 기판, 배터리 박스, 스위치 및 레이저 이미터를 포함할 수 있다. 레이저 이미터(1200)는 바람직하게는 배럴(310) 내에 수용될 수 있고, 배럴(310)의 종방향 중심선과 실질적으로 평행하고 동축인 레이저 빔을 방출하도록 배향될 수 있다.
본원에 설명된 추적 시스템 또는 이들의 조합을 사용하는 본 발명의 실시 형태에 따라, 사용자 및/또는 장치는 게이밍 및/또는 시뮬레이션 목적을 위해 실시간으로 추적될 수 있다.
예를 들어, 시뮬레이션으로 변환될 수 있는 사용자 이동의 추적은 조이스틱 또는 본체(20)의 자기 또는 광학 추적을 통하여 총기 주변장치 본체(20) 상의 제어부를 통하여 구현될 수 있다. 사용자(5)는 추적을 총기 본체(20)에만 적용함으로써 간접적으로 대신 자기 또는 광학 추적에 의해 직접 추적될 수 있다. 따라서 레이저(1200)을 통한 2D 고정 조준 이외의 추가 운동을 추가하여 게임 플레이 및 훈련 시뮬레이션에서보다 몰입도가 높고 포괄적인 수준의 사실감을 얻을 수 있다. 상기 실시 형태에서는 총기 주변장치 본체(20)가 설명되었지만, 본원에서 설명된 게이밍 장치를 포함하는 다른 장치가 추적될 수 있다.
또한 HMD(head-mounted display) 및 광학 헤드 장착 디스플레이(기존의 스크린 디스플레이/투사 시스템이 소형화되고 사용자의 헤드에 부착됨)라고 불리는 투사 기반 디스플레이를 사용하는 가상 현실 시나리오는 보다 정확하고 성공적인 시뮬레이션 및 게임 플레이 환경을 생성하기 위하여 증가적으로 필요하다. 이러한 새로운 디스플레이 시스템은 하나(단안 HMD) 또는 각각의 안구(쌍안 HMD)의 정면에 소형 디스플레이 옵틱을 가질 수 있는, 헬멧의 일부로서 또는 헤드에 착용된 디스플레이 장치인 헤드-장착 디스플레이(또는 항공 응용을 위한 헬멧-장착 디스플레이)를 포함할 수 있다.
투사된 이미지를 반사할 뿐만 아니라 사용자가 그것을 볼 수 있게 하는 착용성 디스플레이인 광학 헤드 장착 디스플레이(OHMD)가 또한 사용될 수 있다. 전형적인 HMD는 헬멧, 안경(데이터 글라스라고도 함) 또는 바이저에 렌즈 및 반투명 거울이 내장된 하나 또는 2개의 소형 디스플레이를 가질 수 있다. 디스플레이 유닛은 소형화될 수 있으며 CRT, LCD, LCoS(Liquid Crystal on Silicon) 또는 OLED를 포함할 수 있다. 일부 공급 업체는 전체 해상도와 시야를 높이기 위해 다수의 마이크로 디스플레이를 사용할 수 있다. HMD는 컴퓨터 생성 이미지(CGI)만을 표시할 수 있는지 아니면 실제 세계의 라이브 이미지 또는 이 둘의 조합을 표시하는지에 따라 상이하다. 대부분의 HMD는 컴퓨터 생성 이미지(가상 이미지라고도 함) 만 표시합니다. 대부분의 HMD는 실제 이미지로 지칭된 컴퓨터 생성 이미지만을 디스플레이한다. 일부 HMD는 CGI가 실제 뷰에서 중첩될 수 있다. 이는 대개 증강 현실 또는 혼합 현실이라고 할 수 있다. 실세계와 CGI의 조합은 또한 CGI를 부분적으로 반사하는 거울을 통해 투사하고 실제 세계를 직접 보면서 수행할 수 있다. 이 방법은 흔히 광학 시-스루(Optical See-Through)로 불린다. 실세계와 CGI의 조합은 카메라에서 비디오를 전자적으로 수신하고 CGI와 이를 전자적으로 믹싱함으로써 수행될 수 있다. 이 방법은 흔히 비디오 시-스루(Video See-Through)로 불린다.
광학 헤드 장착 디스플레이는 부분적으로 은 거울로 제조된 광학 믹서를 사용할 수 있다. 이는 인공 이미지를 반사할 뿐만 아니라 실제 이미지가 렌즈를 가로 질러 사용자가 보게 할 수 있다. 시-스루 HMD에 대한 다양한 기술이 존재한다. 이러한 기술의 대부분은 두 가지 주요 제품군으로 요약될 수 있다: "곡선 거울" 기반 및 "도파관" 기반. 곡면 거울 기술은 라스터 테크놀리지스(Laster Technologies)에 의해 그리고 스타 1200 프로덕트(Star 1200 product) 내에서 부직스(Vuzix)에 의해 사용된다. 다양한 도파관 기술이 존재한다. 이러한 기술은 회절 광학, 홀로그램 광학, 편광 광학 및 반사 광학을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
주요 HMD 응용에는 군사, 정부(화재, 경찰 등) 및 민간/상업용(의약, 비디오 게임, 스포츠 등)이 포함된다. 루거다이즈드(ruggedized) HMD는 현대 헬리콥터 및 전투기의 조종실에 점차 통합되고 있으며 일반적으로 조종사의 비행 헬멧과 완벽하게 통합되고 보호용 바이저, 야간 투시 장치 및 기타 기호 디스플레이가 포함될 수 있다.
엔지니어와 과학자들은 HMD를 사용하여 CAD 회로도의 입체 뷰를 제공한다. 이 시스템은 시스템 다이어그램과 이미지와 같은 컴퓨터 그래픽을 기술자의 자연스러운 비전과 조합하여 효과적으로 "x-ray 비전"을 기술자에게 제시할 수 있기 때문에 복합 시스템의 유지 관리에 사용될 수 있다. 방사선 사진 데이터(CAT 스캔 및 MRI 이미징)의 조합이 외과의사의 자연스런 수술 보기 및 환자의 생체 신호가 마취 전문의의 시야 내에 있을 수 있는 마취와 결합될 수 있는 수술의 응용이 있다. 연구 대학은 종종 HMD를 사용하여 시력, 균형, 인지 및 신경 과학 관련 연구를 수행합한다.
저가의 HMD 장치는 3D 게임 및 엔터테인먼트 응용과 함께 사용될 수 있다. 최초 상용화된 HMD 중 하나는 1994년 CES(Consumer 전자 장치 Show)에서 발표된 Forte VFX-1이었다. VFX-1에는 입체 디스플레이, 3 축 헤드 추적 및 스테레오 헤드폰이 제공된다. 이 분야의 또 다른 개척자는 1997년 글라스트론(Glasstron)을 출시한 소니 코포레이션(Sony Corporation)이며, 옵션 액세서리로서 사용자가 주변을 볼 수 있게 하는 위치 센서를 가지며, 헤드가 움직일 때 시각이 움직이면서 깊은 몰입감을 제공한다. 이 기술의 일 응용은 게임 메크워리어(MechWarrior)® 2이고, 이는 소니 슬라스트론(Sony Glasstron) 또는 버츄어 I/O 인코포레이티드.(Inc.)의 아이글라스(iGlass)의 사용자가 시각적으로 자신의 눈을 통하여 그리고 항공기의 자체 조종실을 통하여 전장을 가시함으로써 항공기의 조종실 내부로부터의 새로운 시각적 시각을 허용한다. 많은 브랜드의 비디오 안경이 이제 비디오 및 DSLR 카메라에 연결되어 새로운 세대의 모니터로 적용될 수 있다. 주변 광을 차단하는 안경의 능력의 결과로 영화 제작자와 사진 작가는 라이브 이미지를 보다 선명하게 볼 수 있다.
오쿠러스 리프트(Oculus Rift)®는 팔머 루키(Palmer Luckey)에 의해 제조되고 가상 현실 시뮬레이션 및 비디오 게임을 위해 오쿠러스 VR, 인코포레이티드에서 개발 중인 곧 출시될 가상 현실(VR) 헤드 마운트 디스플레이이다. VR 헤드셋은 Xbox One® 및 PS4®와 같은 게임 콘솔과 함께 사용하도록 구성된다.
HMD의 주요 응용은 훈련과 시뮬레이션으로, 실제 상황에서 복제하기에는 너무 비싸거나 또는 위험할 수 있는 상황에서 훈련 받는 사람의 가상 배치를 허용할 수 있다. HMD가 있는 훈련은 운전, 용접 및 스프레이 페인팅, 비행 및 차량 시뮬레이터, 분리된 병사 훈련 및 의료 절차 훈련을 포함하되 이에 제한되지 않는 다양한 응용을 포함한다.
본 발명의 실시 형태는 전술한 시스템과 함께 사용될 수 있다. 일 실시 형태에서, HMD는 선형 모터 반동/충돌 시스템을 포함하는 주변장치 본체(20)를 포함하는 시뮬레이션 시스템에서 사용될 수 있고, 사용자(5)가 3D 내부 위치 추적된 본체(20)를 이용하여 3D 가상 공간 내의 시뮬레이팅된 목표에서 발사를 허용하는 동시에 총기 발사를 에뮬레이팅하기 위해 반동을 생성한다. 일 실시 형태에서, HMD는 선형 모터 반동/충돌 시스템을 포함하는 3D 위치 추적된 주변 게이밍 본체기를 통합하는 게이밍 시스템에서 사용될 수 있고, 사용자(5)가 가상 공간으로부터의 상호작용에 따라 선형 모터(500)를 통하여 햅틱 출력을 생성함으로써 가상 공간과 상호 작용이 가능하다.
일 실시 형태에서, 가상 공간은 시각 정보를 HMD 또는 다른 시각 시스템에 전송하기 위해 컴퓨터 시스템에 의해 제어되고 생성될 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 가상 공간은 본원에 기술된 추적 방법으로부터 위치 설정 데이터를 얻을 수 있고, 그 위치 설정 데이터를 컴퓨터로 전송할 수 있으며, 컴퓨터는 가상 공간을 업데이트할 수 있고 가상 공간의 시각 정보를 HMD 또는 다른 시각적 시스템에 전송할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 본원에 기술된 시뮬레이션 시스템은 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 본원에 기술된 시뮬레이션 시스템은 가상 시뮬레이션을 실행하는 컴퓨터 시스템, 시각 디스플레이, 추적 시스템, 슬라이딩 매스를 포함하는 선형 모터 및 자동차 모터의 슬라이딩 매스의 동작을 제어하는 제어기를 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 본원에에 기술된 게이밍 시스템은 컴퓨터 시스템일 수 있다.
예시적인 실시 형태에서, 발사 속도가 낮은 완전 자동 발사에 대한 전형적인 발사 속도는 약 600 라운드/분이다. 높은 발사 속도에서 완전 자동 발사를 위한 전형적인 발사 속도는 분당 약 900 라운드이며, M-4A1, AR-15 및/또는 M-16 소총의 발사 속도를 대략 시뮬레이팅한다.
따라서 총기 훈련 시뮬레이터는 반동, 발사 속도, 구성, 제어, 및 사수를 훈련시키는데 사용되는 총기의 작동 모드를 시뮬레이팅한다. 훈련 시뮬레이터는 실탄 대신 레이저를 사용하는 안전과 시설 비용을 절감하면서 스크린에 투사된 의사 결정 훈련 시나리오를 수행할 수 있는 기회를 추가로 제공하면서 기존 총기의 특성을 충분히 재현하여 훈련이 기존 총기에 대해 효과적으로 수행될 수 있다.
추가의 실시 형태에서, 공압을 사용하여 반동을 제공하도록 설계된 구조물을 포함하는 기존 구조물에 통합될 수 있는 시스템이 제공된다. 도 1의 시뮬레이터(10)를 참조하면, 제어기(50)는 기존의 시스템의 인프라 구조뿐만 아니라 선형 모터(500)에 대해 본원에 기재된 바와 같이 유선 또는 무선 통신 유형 구성으로 부착될 수 있다. 실시 형태는 제어기(50)의 구성 요소가 시뮬레이터(10)의 본체(20) 내에 위치될 수 있는 구성을 포함한다.
기존 인프라구조는 사용자(5)에 대한 게임/시뮬레이션 통계를 추적할 수 있는 시뮬레이션/게이밍 컴퓨터에 연결될 수 있다. 특정 설치/응용에 따라, 기존의 인프라구조는 공압 시스템이 이전에 시뮬레이션/게이밍 컴퓨터와의 통신을 위해 연결되어 있는 통신/전원 리셉터클(예를 들어, 바닥/벽/천장에 매달려 있는 곳 등)을 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 제어기(50)는 시뮬레이션/게이밍 컴퓨터와의 통신을 위해 이들 소켓에 연결될 수 있다.
시뮬레이션/게이밍 컴퓨터가 유선/무선 또는 하이브리드 구성으로 제어기(50)에 연결되면 사용자(5)의 평가를 위해 시스템(10)을 추적할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터는 사용자(5)가 트리거의 유사한 센서 데이터 또는 가속도계를 기반으로 트리거를 적절히 압착했는지 및/또는 게임/시뮬레이션 목표에서 사용자(5)가 히트를 취하는지를 훈련 시에 사용자에 의해 소모된 라운드가 몇개 인지를 결정할 수 있다. 도 51은 추가적인 시나리오/게임플레이에서 선형 모터(500)로부터의 보다 몰입형 피드백에 대해 개방된 다이어그램(게임/시뮬레이션으로부터의 모터 피드백)의 우측에 있고, 좌측의 사용자(5)로부터의 데이터 수집을 나타내는 도면이다.
도 22는 선형 모터(500) 및 슬라이딩 매스(600)의 다른 실시 형태의 사시도이다. 선형 모터(500)는 홀 효과 센서일 수 있는 센서(550, 552)를 포함할 수 있다. 도 23은 예시적인 다수의 자석(640)이 제거된 슬라이딩 매스(600)의 사시도이다. 도 24는 예시적인 자석(640)이 제거된 슬라이딩 매스(600)의 확대 사시도이다. 도 23 및 도 24에서, 복수의 자석(640)(예를 들어, 자석(642, 644, 646 등))은 네오디뮴을 포함할 수 있다. 또한, 한 쌍의 자석(640)들 사이에는 스페이서(예를 들어, 자석(642, 644) 사이에 스페이서(643), 및 자석(644, 645) 사이에 스페이서(645))가 제공될 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, 스페이서는 철(강자성 철과 같은)을 포함할 수 있다. 실시 형태에서, 복수의 자석(640)이 정렬되어 동일한 극이 동일한 극을 마주한다(즉, 북극 대 북극 및 남극 대 남극). 도 23 및 도 24에 도시된 바와 같이, 좌측으로부터 시작하여, 제1 자석(640)의 좌측 극은 북극이고 제1 자석(640)의 우측 극은 남극이다.
중간에서, 상기 제2 자석(640)의 좌측 극은 남극이고 제2 자석(640)의 우측 극은 북극이다. 마지막으로, 최우측에 위치하는 제3 자석(640)에서, 제 3 자석(640)의 좌측 극이 북극이고 제 3 자석(640)의 우측 극이 남극이다. 예시적인 실시 형태에서, 동일한 자석의 극을 마주하는 동일한 자석의 극의 패턴은 슬라이더(600)를 통하여 반복된다. 따라서, 슬라이더/구동식 매스(600)에 포함된 다수의 자석(640)은 서로 마주하는 유사한 극을 가질 수 있으며, 이는 반발력을 생성한다. 바람직한 실시 형태에서, 슬라이딩 매스(600)의 외측 쉘은 복수의 자석(640)과 스페이서를 서로 고정되게 종방향으로 유지할 수 있다. 실시 형태에서, 외부 쉘은 선형 모터(500)의 복수의 코일(520)과 슬라이딩 매스(600)의 복수의 자석(640) 사이의 자석 힘과 실질적으로 간섭하지 않는 비 자석 재료일 수 있는 스테인리스 스틸일 수 있다.
일 실시 형태에서, 슬라이딩 매스(600)는 알려진 세트의 운동에 대해 자석의 배열이 알려진 운동 세트에 대해 실질적으로 필요한 가속도 프로파일을 실질적으로 유지하면서 제조 비용을 낮추도록 예를 들어 세라믹 자석과 네오디뮴 자석과 같은 자석 재료의 조합을 이용할 수 있다. 예를 들어, 초기 운동이 슬라이딩 매스(600)의 높은 가속도를 필요로 한다면, 슬라이더(600)는 이동하기 전에 가장 비싸고 가장 강한 자석이 선형 모터(500)의 코일(들) 내에 위치하도록 선택될 수 있다. 이것은 슬라이딩 매스(600)를 고속으로 가속하는 데 효율적인 고 에너지 입력을 선형 모터 시스템에 허용하고, 그 뒤에 다음의 반동/충돌 효과 운동을 준비하기 위하여 세라믹 자석을 사용하여 네오디뮴 자석을 저속으로 코일(들)의 중심으로 되돌릴 수 있다.
도 22는 선형 모터(500) 및 슬라이딩 매스(600)를 갖는 선형 모터 시스템을 나타낸다. 도 60은 4 개의 자석을 포함한 슬라이딩 매스(600)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 2 개의 네오디뮴 자석이 중앙에 있고, 2 개의 세라믹 자석이 양쪽에 있다. 2 개의 네오디뮴 자석은 각 운동마다 고정자 내부에서 시작된다. 이는 가장 강한 자석이 선형 모터 시스템의 스트로크의 초기 부분 중에 빠르게 슬라이딩 매스(600)를 가속할 수 있다. 세라믹 자석에 도달하면, 선형 모터(500)는 여전히 슬라이딩 매스(600)를 제어할 수 있고, 고정자의 중심에 네오디뮴 자석이 있는 초기 시작 위치로 슬라이더를 복귀시킬 수 있다. 이에 따라 더 높은 비용의 네오디뮴 자석이 보존되는 동시에 저가의 세라믹 자석을 사용하면서 선형 모터(500)는 반동/충돌 효과 및 햅틱 피드백 운동을 위해 실질적으로 동일한 기능을 수행할 수 있다.
일 실시 형태에서, 슬라이딩 매스(600)는 상이한 유형의 자석의 상이한 길이의 자석을 가질 수 있다. 실시 형태에서, 슬라이딩 매스(600)는 가장 효과적인 단일의 반동/충돌 효과 또는 햅틱 피드백 효과를 생성하기 위하여 선형 경로 내에 있는 동일한 길이의 네오디뮴 및 세라믹 자석을 가질 수 있다. 다른 실시 형태에서, 슬라이딩 매스(600)는 가능한 가장 효과적인 단일 반동/충돌 효과 또는 햅틱 피드백 효과를 생성하기 위하여 선형 경로 내에 있는 상이한 길이의 네오디늄 및 세라믹 자석을 가질 수 있다.
실시 형태에서, 코일(들)이 양 타입의 자석 모두에 대해 가능한 가장 효율적인 에너지 전달을 제공하도록 선형 모터(500)가 변형될 수 있다. 일 실시 형태에서, 코일(들)이 하나의 자석 유형에 대해 가능한 가장 효율적인 에너지 전달을 제공하도록 선형 모터(500)가 변형될 수 있다. 일 실시 형태에서, 효율적인 반동/충돌 효과 또는 햅틱 피드백 효과를 생성하기 위해 슬라이딩 매스(600)는 다수의 구성(길이 및 순서의 변화)으로 다수의 자석 재료(네오디뮴, 세라믹 등)를 가질 수 있다.
도 25 내지도 29는 복수의 코일(520)에 의해 복수의 자석(640)이 구동됨으로써, 선형 모터(500) 및 슬라이딩 매스(600)의 동작을 개략적으로 도시한다. 도 25는 선형 모터(500)에서 복수의 코일(520)의 동작을 도시하는 개략도이다. 도 26 및 도 27은 2 개의 상이한 에너자이징 상태에서 선형 모터(500)의 코일(520)의 동작을 도시하는 개략도이다.
도 25에서, 선형 모터(500)의 고정자의 코일(521, 523, 및 525)은 직렬로 배선되고 위상 1로 라벨링될 수 있다(위상 1의 이들 코일들은 직렬로 배선될 때 단일 독립적으로 제어가능한 자기 코일의 서브 코일인 것으로 고려될 수 있음). 코일(522 및 524)은 또한 직렬로 배선되고 위상 2로 라벨링될 수 있다(위상 2의 이들 코일이 직렬로 배선될 때 독립적으로 제어가능한 자기 코일의 서브 코일로 고려될 수 있음). 상기 선형 모터(500)의 독립적으로 제어가능한 자기 코일(520)은 설계에 따라 동일 또는 상이한 방향으로 감겨질 수 있다. 위상 1과 2에서 각각 독립적으로 제어가능한 코일은 에너자이징될 때 자체 자기장을 생성할 수 있다. 이는 복수의 코일(520)에서 위상 1 및 2의 독립적으로 제어가능한 자기 코일이 서로 반발하도록 하거나 또는 위상 1 및 위상 2의 경우 코일이 위상이 분극되고 코일이 감긴 방식에 따라 서로 끌어당길 수 있게 한다. 이들 대안의 편광 상태는 도 26 및 도 27에 도시된다. 도 26에서, 위상 1 및 위상 2는 동일한 방향으로 분극되어 2 개의 위상의 코일이 서로 끌어 당겨진다. 도 27에서 위상 1과 위상 2는 반대 방향으로 분극되어 두 위상의 코일이 서로 밀어 낸다. 선형 모터(500)의 복수의 독립적으로 제어가능한 자기 코일(520)에서의 위상의 분극을 변화시킴으로써, 슬라이딩 매스(600)는 복수의 코일(520)을 통해 원하는 대로 제어 가능하게 이동되어 원하는 반력을 생성할 수 있고, 이는 시간 의존 제어력(충돌), 가속도, 속도, 위치, 및/또는 모멘텀을 포함할 수 있다.
도 28 및 도 29는 상이한 에너자이징 상태의 선형 모터(520)의 복수의 코일(520)을 통해 슬라이딩 매스(600)의 복수의 자석(640)의 운동을 도시하는 개략도이다.
도 28은 선형 모터(500)의 복수의 코일(520)을 통해 복수의 자석(640)을 갖는 슬라이딩 매스(600)의 초기 운동을 개략적으로 도시한다.
도 28에서, 슬라이딩 매스(600)의 제1 자석(642)이 선형 모터(500)의 복수의 코일(520)에 삽입된다. 복수의 코일(520)은 도시된 바와 같이 위상 2로 에너자이징되고 위상 1은 에너자이징되지 않는다(또는 오프).
도 28은 선형 모터(500)의 복수의 코일(520)을 통해 복수의 자석(640)을 갖는 슬라이딩 매스(600)의 초기 운동을 개략적으로 도시한다. 도 28에서, 슬라이딩 매스(600)의 제1 자석(642)은 선형 모터(500)의 복수의 코일(520)에 삽입한다. 복수의 코일(520)은 도시된 바와 같이 분극된 위상 2로 에너자이징되고 위상 1은 에너자이징되지 않는다(또는 오프). 이로써, 자석(642)(및 슬라이딩 매스(600))은 복수의 코일(우측 화살표로 개략적으로 표시됨) 내로 더 깊게 당겨진다.
도 29에 개략적으로 도시된 바와 같이, 제1 자석(642)이 코일(522)의 중간으로 이동할 때, 위상 1은 에너자이징(또는 턴온)될 수 있고, 그에 따라 자석(642)에 당김력을 생성하고 제2 자석(644)을 코일(521)의 중심으로 유입시켜 동시에 자석(642)을 밀어낸다. 슬라이딩 매스(600)의 이동은 복수의 코일(520)에 의해 복수의 자석(640)이 정상 상태에 도달할 때 결국 정지하며, 이 경우, 코일(521, 522)의 북극이 자석(644, 642)의 북극과 정렬된다는 것을 의미하며, 각각 코일(522)의 북극은 자석(644)의 남극과 정렬되고 코일(521)의 남극은 자석(642)의 북극과 정렬된다.
따라서, 자기력은 평형 상태에 있고 운동이 중단되며 위상 1과 2는 이 분극 상태로 에너자이징되도록 유지된다. 이에 따라 코일을 켜거나 끄고 코일의 분극을 교번함으로써 슬라이더(네오디뮴 자석으로 충전됨)는 고정자를 통해 밀거나 당길 수 있다(많은 코일로 구성). 또한, 도 25 내지 도 29에 도시된 코일의 개수는 보다 큰 가속 단면을 갖도록 증가될 수 있다.
일 실시 형태에서, 선형 모터(500)에 2개 이상의 위상들이 존재할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 선형 모터(500)의 2개의 위상은 2개 이상의 코일(520)을 사용할 수 있다. 슬라이딩 매스(600)의 속도, 가속도 및 선형 거리는 90도 위상차가 있는 홀 효과 센서(550 및 552)의 함수로서 측정될 수 있다. 위상차 홀 효과 센서(550 및 552)는 각각 증가 또는 감소하는 자기장에 응답하여 선형 전압을 각각 생성할 수 있다. 도 22는 선형 모터(500) 및 센서(550, 552)에서의 기계적 정렬을 도시한다. 센서(550 및 552)가 자기장 강도(센서를 통한 플럭스) 대 전압(센서 외)의 함수로서 나타내는 응답은 도 30에 도시되며, 도 30은 자속 밀도 대 전압 출력을 도시하는 다이어그램이다. 도 31 및 도 32는 선형 모터를 통해 이동하는 슬라이더에 대한 센서(550, 552)의 시간에 대한 전압 응답의 예시적인 다이어그램이다.
슬라이딩 매스(600)가 선형 모터(500)의 복수의 코일(520)을 통해 이동할 때, 90도 위상차 센서(550 및 552)는 도 32(센서(552)에 대한 코사인(x)) 및 도 31(센서(550)에 대한 사인(x))에 도시된 바와 같이 사인 함수 또는 코사인 함수로 떨어지는 시간에 대한 전압 응답을 제공한다. 이러한 결과적인 파는 센서(550, 552)에 의해 생성되고 이는 슬라이딩 매스(600) 내의 다수의 자석(640)에 대한 생성된 자속이 자기 극에서 가장 강력하기 때문이다. 따라서, 2 개의 자석으로 이루어진 북극이 접근하면 파는 양극으로 올라가고 그 극 바로 위에 있을 때 피크에 이른다. 동일 방향으로 지속되면, 남극이 접근함에 따라 파는 음극으로 가고 그 극 바로 위에 있을 때 피크에 이른다. 따라서, 하나의 센서(550)는 사인(x)의 함수를 제공하고, 다른 센서(552)는 코사인(x)의 함수를 제공한다. 도시된 바와 같이, 이들 함수는 90도 위상차가 있다. 2개의 센서(550, 552)는 선형 모터(500)의 복수의 코일(520)을 통한 슬라이딩 매스(600)의 보다 양호한 정밀 피드백 및 제어를 위해 사용될 수 있고, 슬라이딩 매스가 계속적으로 정확하게 추적되도록 하는 방법으로 사용될 수 있다.
추가적인 설명을 제공하기 위해, 사인파를 생성하는 센서(550)가 도 31에 도시되며, 이는 슬라이딩 매스(600)의 속도, 가속도 및 변위를 추적하는데 이 그래프가 어떻게 사용될 수 있는지에 관해서 더 조사될 것이다. 도 32는 센서(552)로부터 생성된 코사인 파를 도시한다. 도 33은 센서(550)에 의해 생성된 파형의 다양한 성분을 도시하는 샘플 파형의 다이어그램이다. 파장(λ)은 선형 모터(500)의 복수의 코일(520)을 통한 슬라이딩 매스(600)의 속도와 관련된다. 파장이 짧아짐에 따라 주파수는 f = 1/λ에 의해 계산될 수 있고, 주파수는 파장이 짧아짐에 따라 증가할 것이다.
도 34 및 도 35는 2 개의 상이한 연속 선형 속도에서 선형 모터(500)를 통해 이동하는 슬라이딩 매스(600)에 대한 센서(550)의 시간 대 전압 응답의 예시적인 다이어그램이다. 예를 들어, 도 34에서, 슬라이딩 매스(600)는 초당 1 미터로 복수의 코일(520)을 통해 이동하여 이 파를 생성한다. 도 35는 최대 2m/s의 슬라이딩 매스(600) 속도로 생성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 파동 주파수의 증가는 슬라이딩 매스(600)가 선형 모터(500)의 복수의 코일(520)을 통해 이동하는 속도에 대응한다.
또한, 도 34 및 도 35의 파형 변화는 슬라이딩 매스(600)의 가속도와 관련된다. 도 34 및 도 35는 각각 슬라이딩 매스(600)의 일정 속도를 나타내고(도 35의 일정 속도는 도 34의 일정 속도의 2 배임) 이들 두 도면 모두에서 가속도는 없고, 슬라이딩 매스(600)의 슬라이더가 도 35에 도시된 초당 2 미터의 선형 속도에 근접함에 따라 주파수는 도 35에서의 값으로 증가하여 시간에 따른 주파수 변화는 구동된 매스(600)의 가속도를 계산하는 데 사용될 수 있다.
마지막으로, 구동된 매스(600)에 의해 이동된 거리는 슬라이딩 매스에서 복수의 자석(640)의 길이를 인식하고 센서(550)를 지나가는 파장의 수를 카운트함으로써 계산될 수 있다. 각 파장은 슬라이딩 매스(600) 본체 내의 영구 자석의 전체 길이에 해당할 수 있다. 또한, 두 센서(550, 552)로부터의 파형은 슬라이더(600)를 정상 상태(비 이동)로 유지하는데 사용될 수 있다.
예를 들어, 센서(550, 552)의 출력을 살펴봄으로써, 하나 이외의 두 측정의 정확도를 기초로 드리프트되지(또는 복합 오류) 않는 제어기(50)로부터의 정상 상태 구동 신호를 유지하기 위해 90도 위상차가 있기 때문에 사인 및 코사인 파가 비교될 수 있다. 따라서, 속도, 가속도 및 거리는 센서(550, 552)의 전압 대 자속 그래프로부터 계산될 수 있다.
전체 반동 충돌의 에뮬레이팅
일 실시 형태에서, 선형 모터(500)와 슬라이딩 매스(600)는 탄환의 특정 형태를 발사하는 특정 총기에 대한 총 반동 충돌을 에뮬레이팅하는 데 사용될 수 있다.
"실제 반동력"은 발사 후 힘이 사용자에게 전달되는 임의의 시점에서 특정 유형의 탄약을 발사하는 특정 유형의 통기에 의해 생성된 힘이다. 이러한 실제 반동력은 총기의 탄약의 최초 발사에서 발사 후 임의의 실제 반동력의 끝까지의 특정 기간에 걸쳐 계획될 수 있다.
한편, "생성된 반동력"은 슬라이딩 매스(600)의 움직임을 제어하는 선형 모터(500)에 의해 생성된 반력이다. 이와 같이 생성된 반동력은 시뮬레이터 시스템(10)의 시뮬레이팅된 총기 본체(20)를 보유하는 사용자(5)에게 전송될 수 있다.
실제 반동 충돌은 특정 형태의 탄약을 발사하는 특정 유형의 총기에 의해 힘이 생성되는 힘 대 시간 다이어그램 하에서의 영역이다. 생성된 반동 충돌은 시간이 지남에 따라 슬라이딩 매스(600)의 운동(예를 들어, 가속도, 속도 및 거리)을 제어하는 선형 모터(500)에 의해 생성된 반력의 힘 대 시간 다이어그램(1600) 하에서의 영역이다.
도 16은 생성된 반동력(1600) 대 시간과 함께, 실제 반동력(1500) 대 시간에 대한 다이어그램의 예시를 도시한다. 실제 반동력 대 시간 다이어그램(1500) 하에서의 영역은 실제 반동 충돌이다. 생성된 반동력 대 시간 다이어그램(1600) 아래의 영역은 생성된 반동 충돌이다. 생성된 반동 충돌 하에서의 영역은 양수(0 초과) 및 음수(0 미만)일 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, 음의 영역은 총 충돌을 계산할 때 양의 영역으로부터 감산될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 음의 영역은 총 충돌을 계산할 때 무시될 수 있다.
도시된 바와 같이, 시간 경과에 따른 슬라이딩 매스(600)와 선형 모터(500)에 의해 생성된 반력에 대한 시간의 경과에 따른 실제 반동의 힘 대 시간 다이어그램(1500, 1600)이 서로 근접하게 추적되어 충돌 및 반응 충돌이 거의 동일하다. 그러나, 상이한 실시 형태에서, 시간에 대한 슬라이딩 매스 및 선형 모터(500)에 의해 생성된 반력에 대한 실제 반동 대 시간 다이어그램(1500)은 계산된 충돌(다이어그램 하에서의 영역으로부터)이 발사 사이클의 종료 시에 서로 근접해지는 한 실질적으로 변화할 수 있다.
도 36은 하기 3가지의 힘 대 시간 플롯의 단일 다이어그램을 도시한다:(1) 힘 대 실제 힘의 시간(1500)(약 7.5 파운드(3.4 kg)의 총 중량을 갖는 0.223 레밍톤(Remington) 탄환/라운드를 발사하는 M16/AR-15 유형 라이플에 대한 제1 플롯),(2) 기계적 스톱(1600)과 조합하여 선형 모터 및 슬라이딩 매스에서 생성된 반력의 시간 대 힘, 및(3) 기계적 스톱(1600')을 사용하지 않고 선형 모터 및 슬라이딩 매스에서 생성된 반력의 힘 대 시간. 힘의 양의 값은 사용자(5)를 후방으로 미는 힘을 나타낸다. 시간에 의해 도시된 바와 같이, 약 90 밀리초의 발사 사이클이 사용된다.
다이어그램(1600)은 슬라이딩 매스(600)가 기계적 스톱(800)과 충돌할 때 스파이크(1610)를 포함하고, 각 플롯(1500, 1600) 아래의 영역은 대략적으로 동일한 전체적인 충돌을 얻기 위해 동일해야 한다. 다이어그램(1600)의 경우, 시간(1700)은 슬라이딩 매스(600)와 기계적 스톱(800) 사이의 초기 접촉을 나타낸다. 상이한 실시 형태에서, 슬라이딩 매스(600)와 기계적 스톱(800) 사이의 충돌 시간이 매우 짧기 때문에(약 5 밀리초 미만), 초기 접촉 시간(1700)은 또한 피크 반력(1620)의 시간을 사용하여 계산될 수 있다.
도 36은 생성된 반동력(1600)의 피크(1620)와 비교되는 실제 반동력(1500)의 피크(1520) 및 이러한 피크들 간의 차이(1630)를 도시한다. 다양한 실시 형태에서, 기계적 스톱(800)은 생성된 반동력에서 스파이크(1610)를 생성하는데 사용될 수 있으며, 스파이크(1620)는 실제 반동력(1500)의 피크(1520)와 비교하여 차이(1630)를 갖는다.
다양한 실시 형태에서, 피크(1620)는 차이(1630)가 최소화될 수 있는 피크 일 수 있다. 일 실시 형태에서, 에뮬레이팅된 발사 시퀀스 동안, 차이(1630)는 피크(1620)의 50% 미만이다. 다양한 다른 실시 형태에서, 차이(1630)는 피크(1620)의 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5, 4, 3, 2 및/또는 1% 이하이다. 실시 형태에서, 차이(1630)는 피크(1620)의 상기 언급된 백분율 중 임의의 2개 사이의 범위 내에 있을 수 있다.
다양한 실시 형태에서, 시간(1700)에서 슬라이딩 매스(600)와 기계적 스톱(800)의 초기 접촉 이전에 특정 시뮬레이팅된 발사 시퀀스 동안 슬라이딩 매스(600)를 제어하는 선형 모터(500)에 의한 평균 생성 반동력은 시간(1700)에서의 초기 충돌을 시간(1700)에서의 시간으로 나눈 충돌을 계산함으로써 계산될 수 있다. 실시 형태에서, 생성된 반력의 피크(1620)는 시간(1700)에서 기계적 스톱(800)과 슬라이딩 매스(600)의 초기 접촉 이전에 특정 시뮬레이팅된 발사 시퀀스 동안 슬라이딩 매스(600)를 제어하는 선형 모터(500)에 의한 평균 생성 반동력보다 적어도 50% 크다.
다양한 실시 형태에서, 피크 생성 반력(1620)은 시간(1700)에서 기계적 스톱(800)과 슬라이딩 매스(600)의 초기 접촉 이전에 특정 시뮬레이팅된 발사 시퀀스 동안 슬라이딩 매스(600)를 제어하는 선형 모터(500)에 의한 평균 생성 반동력보다 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 175, 200, 225, 250, 275, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1500, 및/또는 2000% 크다. 실시 형태에서, 상기 언급된 백분율 중 임의의 2개 사이의 범위가 이러한 비교를 위해 사용될 수 있다.
전체 특정 시뮬레이팅된 발사 시퀀스 동안 슬라이딩 매스(600)를 제어하는 선형 모터(500)에 의한 평균 생성 반동력은 이러한 전체 발사 시퀀스 동안 시간을 나누고 전체 발사 시퀀스 동안에 충돌을 계산함으로써 계산될 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 생성된 반력의 피크(1620)는 전체 특정 시뮬레이팅된 발사 시퀀스 동안에(즉, 시간(1700)에서 기계적 스톱(800)과 슬라이딩 매스(600)의 초기 접촉 이전 및 이후에) 슬라이딩 매스(600)를 제어하는 선형 모터(500)에 의한 평균 생성 반동력보다 적어도 50% 클 수 있다. 실시 형태에서, 피크 생성 반력은 전체 특정 시뮬레이팅된 발사 시퀀스 동안에 슬라이딩 매스(600)를 제어하는 선형 모터(500)에 의한 평균 생성 반동력보다 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 175, 200, 225, 250, 275, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1500, 및/또는 2000% 더 크다. 실시 형태에서, 상기 언급된 백분율 중 임의의 2개 사이의 범위가 이러한 비교를 위해 사용될 수 있다.
시간(1700)에서 기계적 스톱(800)과 슬라이딩 매스(600)의 초기 접촉 이후에 특정 시뮬레이팅된 발사 시퀀스 동안 슬라이딩 매스(600)를 제어하는 선형 모터(500)에 의한 평균 생성 반동력은 시간(1700) 이후에 시간으로 나눈 시간(1700)에서의 초기 충돌 이후의 충돌을 계산함으로써 계산될 수 있다. 실시 형태에서, 생성된 반력의 피크(1620)는 시간(1700)에서 기계적 스톱(800)과 슬라이딩 매스(600)의 초기 접촉 이후에 특정 시뮬레이팅된 발사 시퀀스 동안 슬라이딩 매스(600)를 제어하는 선형 모터(500)에 의한 평균 생성 반동력보다 적어도 50% 크다. 실시 형태에서, 피크 생성 반력은 시간(1700)에서 기계적 스톱(800)과 슬라이딩 매스(600)의 초기 접촉 이후에 특정 시뮬레이팅된 발사 시퀀스 동안에 슬라이딩 매스(600)를 제어하는 선형 모터(500)에 의해 평균 생성 반동력보다 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 175, 200, 225, 250, 275, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1500, 및/또는 2000% 크다. 실시 형태에서, 상기 언급된 백분율 중 임의의 2개 사이의 범위가 이러한 비교를 위해 사용될 수 있다.
도 37은 기계적 스톱(1602)을 사용하고, 기계적 스톱(1602')을 사용하지 않는 방법 및 장치에 의해 야기되는 슬라이딩 매스의 시뮬레이팅된 가속도에 비교하여, 실제 총기(1502)에 대한 반동 가속도에 대해 도시된 가속도 대 시간의 예시적인 다이어그램이다. 가속도 다이어그램으로부터의 힘은 공식(힘이 매스 X 가속도와 동일)을 사용하여 계산될 수 있다. 도 38은 기계적 스톱(1606)을 사용하고, 기계적 스톱(1606')을 사용하지 않는 방법 및 장치에 의해 야기된 슬라이딩 매스의 시뮬레이팅된 속도와 비교하여 실제 총기(1506)에 대한 반동 속도에 대해 도시된 속도 대 시간의 예시적인 다이어그램이다.
일 실시 형태에서, 스톱(800)은 슬라이딩 매스(600)와 기계적 스톱(800) 사이의 충돌 지점에서 반력을 급격히 증가시킴으로써 슬라이딩 매스(600)를 제어하는 선형 모터(500)로부터 생성된 반동력 다이어그램을 수정하도록 채택될 수 있다.
기계적 스톱(800)은 허용된 이동 길이의 끝에서 "엄격하게"(즉, 선형 모터(500)보다 0의 슬라이딩 매스(600)로 더욱 신속하고 네거티브하게 가속) 시뮬레이팅된 총기 본체(20) 내에서 채택될 수 있다. 이러한 신속한 스톱은 사용자(5)에게 향상된 반동 효과를 생성하고 높은 반발력을 생성한다. 일 실시 형태에서, 기계적 스톱(800)과 충돌하는 슬라이딩 매스(600)에 의해 생성된 반력은 에뮬레이팅된 발사 시퀀스 동안 슬라이딩 모터(600)를 가속시키는 선형 모터(500)에 의해 생성된 임의의 힘보다 클 수 있다.
실시 형태에서, 에뮬레이팅된 발사 시퀀스 동안, 슬라이딩 매스(600)를 가속하는 선형 모터(500)에 의해 생성된 최대 반력은 기계적 스톱(800)과 충돌하는 슬라이딩 매스(600)에 의해 생성된 반력의 50 % 이하이다. 다양한 실시 형태에서, 슬라이딩 매스(600)를 가속하는 선형 모터(500)에 의해 생성된 최대 반력은 기계적 스톱(800)과 충돌하는 슬라이딩 매스(600)에 의해 생성된 반력의 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 99 및/또는 100 % 이하이다. 다른 실시 형태에서, 슬라이딩 매스(600)를 가속하는 선형 모터(500)에 의해 생성된 최대 반력은 기계적 스톱(800)과 충돌하는 슬라이딩 매스(600)에 의해 생성된 반력의 상기 언급된 백분율 중 임의의 2 개 사이의 범위 내에 있을 수 있다.
다양한 실시 형태에서, 슬라이딩 매스(600)를 제어하는 선형 모터(500)에 의한 실제 반동 충돌 및/또는 생성된 반동 충돌은 서로 약 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 및/또는 100 % 내에 있다. 다양한 실시 형태에서, 상기 언급된 백분율 중 임의의 2 개 사이의 범위가 사용될 수 있다.
다양한 실시 형태에서, 슬라이딩 매스(600)를 제어하는 선형 모터(500)에 의한 에뮬레이팅된 발사 사이클의 총 시간은 약 200 밀리초 미만일 수 있다. 실시 형태에서, 에뮬레이팅된 발사 사이클의 최대 시간은 약 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 및/또는 200 밀리초일 수 있다. 일 실시 형태에서, 최대 시간은 상기 언급된 시간들 중 임의의 2 개 사이일 수 있다.
총기의 힘 대 시간 플롯의 에뮬레이팅.
일 실시 형태에서, 실제 탄약을 가진 실제 총기가 시험될 수 있고, 시간에 따른 실제 반동력이 도시된다. 이 실시 형태에서, 선형 모터(500) 및 자기 매스/샤프트(600) 운동(예를 들어, 가속도, 속도 및 위치)은 시험으로부터 얻어진 실제 힘 대 시간 다이어그램을 에뮬레이팅하도록 프로그래밍될 수 있다. 상이한 실시 형태에서, 에뮬레이팅된 힘 대 시간은 플롯의 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 및/또는 50% 범위 내에 있을 수 있다. 실시 형태에서, 변동은 상기의 언급된 값의 임의의 2 개 사이의 범위 내에 있을 수 있다. 반동력과 관련하여 매우 짧은 시간 간격 동안 시간에 따라 힘의 변화를 감지하는 것이 어렵다는 것을 감안하면 총 충돌(힘 대 시간 다이어그램 하에서 영역의 적분 또는 합계 임)은 비교적 짧은 시간 시퀀스에 대해 에뮬레이팅될 수 있고, 총기 내의 반동력의 전체 충돌을 효과적으로 느낄 수 있다.
선형 모터의 자기장의 강도 변화
일 실시 형태에서, 자기 매스/샤프트(600) 내의 자석으로서 선형 모터(500)의 복수의 코일(520)에 의해 생성된 자기장의 강도는 자기장을 생성하는 특정 코일에 의해 통과하고 및/초기 값으로부터 증가될 수 있는 자기장을 생성하는 특정 코일과 접촉한다. 상이한 실시 형태에서, 자기장의 강도는 초기 값의 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 및/또는 50 %로 변경될 수 있다. 실시 형태에서, 상기 변화는 상기 언급된 백분율의 임의의 2 개 사이의 범위 내에 있을 수 있다.
센서 입력을 기초로 슬라이딩 매스의 선형 모터 제어 동적 특성을 가지며 슬라이딩 매스의 동적 특정을 직접/간접적으로 측정하기 위하여 센서의 사용
일 실시 형태에서, 자기 매스/샤프트(600)의 가속도, 속도 및/또는 위치 대 시간은 직접적으로 및/또는 간접적으로(예를 들어, 센서(550 및/또는 552)에 의해) 측정될 수 있고, 다수의 코일(520)에 의해 생성된 자기장의 강도를 변경/설정하여 슬라이딩 매스(600)에 대한 가속도, 속도 및/또는 위치 대 시간의 소정의 값을 얻는다. 상이한 실시 형태에서, 에뮬레이팅된 가속도, 속도 및/또는 위치 대 시간의 소정의 값은 실제 총기를 시험(또는 충돌을 에뮬레이팅함)함으로써 얻은 힘 대 시간 다이어그램을 에뮬레이팅하는 것을 기반으로 할 수 있다. 실시 형태에서, 에뮬레이팅된 다이어그램은 플롯의 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 및/또는 50 % 내에 있을 수 있다. 상이한 실시 형태에서, 변화는 상기 언급된 값의 임의의 두 값 사이의 범위 내에 있을 수 있다.
시뮬레이팅되는 총기에 대한 상이한 변화에서 프로그램에 대한 옵션
다양한 실시 형태에서, 시스템(10)의 사용자는 반동이 시스템(10)에 의해 시뮬레이팅되는 총기 유형의 변화에 대해 시스템(10)을 사용할 때 다음 옵션들 중 하나 이상이 제공될 수 있다:(a) 특정 유형의 탄약에 따라 시뮬레이팅된 실제 타입의 총기 내의 상이한 크기/구경/유형의 탄약.(b) 특정 유형의 탄약에 따라 시뮬레이팅된 실제 유형의 총기에 대한 총구 억제기(muzzle suppressor)를 추가/제거.(c) 특정 유형의 탄약에 따라 시뮬레이팅된 실제 타입의 총기에 대해 상이한 크기/유형의 볼트 스프링.
위의 각 옵션에서, 시스템(10)은 선형 모터(500)가 선택된 옵션이 없는 총기의 유형에 대해 시뮬레이션과 상이한 반동력 대 시간 다이어그램(또는 충돌을 생성)을 생성하도록 슬라이딩 매스(600)를 제어하도록 할 수 있으며, 이러한 옵션의 총기의 반동을 근사한다.
상이한 유형의 총기를 더욱 우수하게 시뮬레이팅하는 옵션을 사용자에게 제공하기 위하여 상이한 총기 모델 부속품을 갖는 동일한 코어 시뮬레이션 시스템의 사용.
본 발명의 실시 형태는 본원에 기술된 것과 동일한 코어 시뮬레이션 시스템을 포함하지만, 상이한 총기를 시뮬레이팅하기 위한 상이한 총기 부속을 갖는 장치 및 방법에 대해 제공된다. 여기에서는 동일한 제어기(50) 및 부착된 선형 모터(500)를 사용하여 상이한 총기 부속(예를 들어, AR-15 라이플 유닛 부속 및 Glock 권총 유닛 부속)을 갖는다. 또한, 상기 선형 모터(500)를 변경하지 않고도, 선형 모터(500)에 슬라이딩 가능하게 연결된 자기 슬라이딩 매스/샤프트(600)를 변경할 수 있다.
다양한 실시 형태에서, 시뮬레이터(10)는 다수의 상이한 유형의 총기로부터 반동 패턴을 시뮬레이팅하기 위한 복수의 상이한 본체 부속(20, 20', 20")을 포함할 수 있으며, 각각의 복수 개의 본체 부속은 선형 모터(500)와 상호 교환 가능하게 연결될 수 있다. 실시 형태에서, 복수의 본체 부속(20, 20', 20" 등) 각각은 슬라이딩 매스(600)의 반동 시뮬레이팅 운동의 소정의 세트 중 하나의 선택에서 제어기(50)를 알려주는 고유 식별자를 포함할 수 있고, 이에 따라 특정 본체 부속이 나타내는 특정 유형의 총기에 대한 반동 패턴을 시뮬레이팅한다.
선형 모터에 작동 가능하게 연결될 수 있는 특정 본체 부속(20, 20', 20 ")의 고유 식별자에 기초하여, 제어기(50)는 슬라이딩 매스(600)를 제어하는데 선형 모터(500)를 제어하기 위한 운동학적 운동의 복수의 소정의 세트들 중 하나를 선택하여 슬라이딩 매스(600)에 대한 일련의 소정의 운동을 생성하고 특정 연결된 부속이 나타내는 특정 유형의 총기에 대해 반동을 에뮬레이팅한다.
실시 형태에서, 개별 식별자는 마이크제어기일 수 있으며, 마이크로제어기는 본체 부속(20)이 선형 모터(500)에 연결될 때 반동이 시뮬레이팅된 총기의 특정 유형을 식별하고 마이크로제어기(50)(도 10에 도시됨)와 통신한다. 일 실시 형태에서, 복수의 상호교체가능한 상이한 유형의 본체 부속(20, 20', 20 "등)은 복수의 상이한 유형의 라이플을 포함한다. 실시 형태에서, 복수의 상호교환가능한 상이한 유형의 본체 부속(20, 20', 20 " 등)은 복수의 유형의 샷건을 포함한다. 일 실시 형태에서, 복수의 상호교환가능한 상이한 유형 본체 부속(20, 20', 20 "등)은 하나 이상의 라이플 본체 유형 및 하나 이상의 샷건 본체 유형 및/또는 하나 이상의 권총 본체 유형을 포함한다. 실시 형태에서, 복수의 상호교환가능한 상이한 유형 본체 부속((20, 20', 20 "등)은 복수의 상이한 유형의 라이플 및 상이한 유형의 샷건 및/또는 권총을 포함한다.
다양한 실시 형태에서, 상기 방법 및 장치(10)의 구성 요소들 중 하나 이상에 대해 무선/통신이 제공될 수 있는데, 예를 들어, 상기 본체 부속(20) 및/또는 선형 모터(500)는 상기 제어기(50)에 배선되지 않지만 이들 구성요소는 선형 모터(500) 및/또는 제어기(50) 및/또는 다른 구성요소에 전력을 공급하기 위하여 사용되는 하나 이상의 배터리 파워 서플라이와 함께 서로 무선으로 통신하도록 설정된다. 일 실시 형태에서, 선형 모터용 배터리 파워 서플라이는(배터리가 본체(20)에 삽입되는 탄약 클립을 시뮬레이팅하는 곳과 같은) 본체(20)에 포함될 수 있다.
권총
일 실시 형태에서, 선형 모터(500)가 슬라이더(900)의 코킹의 경로에 있는 경우, 선형 모터 시스템(500)을 사용하여 시뮬레이팅된 권총을 충전 또는 "코킹(cocking)"하는 방법 및 장치가 제공될 수 있다. 일 실시 형태에서, 기계식 시어(680) 및 스프링(950)을 구비한 선형 모터(500)를 갖는 권총(10)이 제공될 수 있다. 실시 형태에서, 스프링(950)은 시뮬레이팅되는 권총의 슬라이더(900)를 충전 또는 "코킹"하는데 필요한 힘을 에뮬레이팅하는 스프링 상수를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 스프링(950)은 시뮬레이팅되는 권총의 슬라이더(900)를 충전 또는 "코킹"하는데 필요한 작업 에너지와 실질적으로 동일한 양의 위치 에너지를 저장하는 스프링 상수를 포함한다.
실시 형태에서, 권총(10)은 시뮬레이팅되는 권총의 슬라이더(900)를 충전 또는 "코킹"하는데 필요한 힘의 스프링 상수를 에뮬레이팅 선형 모터(500)를 구비할 수 있다. 이는 선형 모터를 단순한 스프링으로 취급함으로써 달성될 수 있다. 도 61은 훅의 법칙(F = -kx)으로 설명될 수 있는, 스프링(Frestore)이 원래 위치(x)로 돌아가려고 시도하는 사용자에 가해진 힘을 도시한다. x 또는(Δx)의 변화는 일반적으로 거리 x가 늘어남에 따라(Frestore) 재료 변형에 도달할 때까지 사용자가 당기는 스프링의 힘을 결정한다.
선형 모터에 의한 충전 스프링의 이 에뮬레이션은 단일 스프링 상수(k)를 갖는 모터의 슬라이더의 선형 위치에 대한 저항력을 변화시킴으로써 실제 권총에 사용되는 전형적인 스프링을 따를 수 있다. 또는 모터는 다수의 스프링 상수(k1..2..3 ...)을 에뮬레이팅하여 총기 슬라이더(900)를 충전하거나 "코킹"하는 것과 관련된 일반적인 권총 플랫폼의 선형 운동 시에 겪는 다른 기계적 저항을 에뮬레이팅할 수 있다. 예를 들어, 모터의 슬라이더가 위치(Δx)로 이동함에 따라 슬라이더 위치의 변화에 저항하도록 모터에 사용할 수 있는 힘을 변경하여 스프링 상수(ki)를 사용자에게 적용할 수 있다. 그 뒤에, 모터 슬라이더가 위치(2(Δx))로 이동함에 따라 선형 위치에 걸쳐 Frester를 변화시키는 사용자에게 스프링 상수(k2)를 적용할 수 있다. 따라서, 총기 스프링의 통상적인 힘은 다른 기계적인 힘과 함께 직선 위치에 걸쳐 에뮬레이팅될 수 있다.
도 39는 권총(hand gun)을 시뮬레이팅하는 시뮬레이팅된 총기(10)의 다른 실시 형태의 측면도이다. 도 40은 도 39에 도시된 대향 측면으로부터 취한 시뮬레이팅된 권총 시스템(10)의 측면도이다. 도 41은 시뮬레이팅된 권총 시스템(10)의 분해도이다.
시뮬레이팅된 권총의 작은 크기는 선형 모터(500), 슬라이딩 로드/매스(600) 및 제어 장치를 포함하되 이에 제한되지 않는 방법 및 장치의 요소를 통합하기 위해 보다 작은 공간을 제공할 수 있다. 체적 영역(978)은(도 1의 실시 형태에 도시된 제어기(50) 대신에) 선형 모터(500) 및 파워 서플라이(60)에 대한 제어 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 41 참조. 다양한 실시 형태에서, 체적 영역(978)에 추가로(또는 대신에) 체적 영역(970 및/또는 974)이 제어 회로를 수용하는데 사용될 수 있다. 이 구성은 전체 제어 시스템이 시뮬레이터에 대한 컴팩트한 특성을 제공하는 시뮬레이팅된 총기 본체(20) 내에 수용되도록 허용한다.
제어 회로는 선형 모터(500), 충전 슬라이더(900) 및/또는 트리거(170)에 작동가능하게 연결될 수 있다. 제어 회로는 슬라이더(900)를 충전(코킹)하거나 트리거(170)를 당겨서 선형 모터(500)를 작동하여 시뮬레이팅된 총기에 고유한 반동 또는 일부 다른 요청을 생성하도록 사용자 요청 동작에 반응할 수 있다. 제어 회로는 또한 전류 제어 루프 또는 위치 감지 홀 효과 센서와 같은 슬라이딩 로드/매스(600) 용의 선형 모터(500)상의 센서로부터의 입력 신호를 모니터링할 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 센서는 슬라이딩 로드/매스(600)의 일시적인 종방향 위치를 나타낼 수 있고, 제어 회로는 슬라이딩 로드/매스(600)가 시뮬레이팅되는 총기의 특정 반동을 에뮬레이팅하기 위하여 소정의 파형을 동적으로 따르도록 선형 모터(500)를 작동가능하게 제어할 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 제어기는 수신된 센서 데이터에 기초하여, 선형 모터(500)에 대한 슬라이딩 로드/매스(600)의 동적 운동에 대한 보정을 할 수 있다. 실시 형태에서, 제어기는 사용자(5)에 의해 입력된 파라미터에 기초하여 프로그래밍될 수 있다.
체적 영역(970, 974)은 배터리(60)로부터 필요한 전압(DC-DC 변환기)으로 승압하고 슬라이딩 로드/매스(600)의 운동 제어를 위해 전력 파형을 선형 모터(500)로 구동하기 위하여 사용될 수 있다. 체적 영역(970, 974)을 선형 모터(500) 주변의 권총 시스템(10) 상부에서 유지함으로써, 슬라이더(900)의 운동으로부터의 대류 전류가(대전에 의해 또는 슬라이딩 로드/매스(600)를 이동시키는 선형 모터(500)에 의해 유도된 운동이든지) 반동 반응 및 반동 반응을 지원하는 선형 모터(500)의 전자 장치로부터 폐열을 제거하는 것을 돕기 위해 이용될 수 있다.
다양한 실시 형태에서, 체적 영역에 대한 모든 위치는 적절한 구동 동력이 반동 시뮬레이션을 위해 선형 모터(500)에 사용될 수 있다는 점에서 고유하고, 또한 사용자에 의해 시뮬레이팅된 총기의 각각의 트리거 당김 또는 충전 이후에 선형 모터(500)로부터 폐열을 제거하기 위한 적절한 공간 및 열 전달 재료/방법에 있어서 고유하다. 또한, 슬라이딩 매스(600)가 시뮬레이팅된 권총의 충전 또는 "코킹" 중에 권총 슬라이더(900)와 함께 직접 이동하면, 사용자(5)에 의한 충전 또는 "코킹"으로부터의 에너지 입력을 이용하여 본원에서 기재된 슈퍼 캐퍼시터 시뮬레이팅된 매거진으로 재차 저장을 위해 라우팅된다. 더욱이, 본원에 기술된 시스템은 하이브리드 자동차 및 기관차에 사용되는 것과 같이 회생 제동에 비유될 수 있다. 장치는 배터리, 캐퍼시터 등과 같은 임의의 종래의 전기 저장 장치 내에 저장될 수 있는 코일(들) 내에 전류를 생성하기 위하여 코일(들)을 통과하는 자석(들) 및 와이어의 코일(들)을 포함할 수 있다.
도 62은 캐퍼시터 또는 다른 전력 저장 장치가 결합될 수 있는 미터를 도시하다. 활성 시스템의 경우, 코일은 에너지를 적절히 저장하기 위하여 구동 전자장치에 결합 및 분리될 수 있다. 이는 통상적인 스위치 및 트랜지스터(MOSFET)와 같은 스위칭 구성 요소로 수행될 수 있다. 구동 전자 장치는 반동 및 햅틱 효과 생성을 위해 코일(들)에 결합될 수 있다. 그 뒤에, 사용자(5)가 반동을 생성하기 위해 선형 모터를 사용하지 않지만, 시뮬레이팅된 총기 또는 주변장치를 충전(로딩) 또는'코킹'하는 과정에 있는 동안, 구동 전자 장치는 코일(들)로부터 분리되고 시뮬레이팅된 장치를 로딩하기 위하여 사용자(5)의 동작을 감지하는 스위치 또는 센서를 통하여 전력 장치에 결합된다.
예를 들어, 사용자(5)는 시뮬레이팅된 총기 슬라이더(900)를 파지하며 전력 저장 장치에 선형 모터 코일(들)을 결합하는 센서 또는 스위치를 누른 뒤에 시뮬레이팅된 총기를 충전 또는 로딩하여 선형 모터 코일(들)을 통하여 선형 모터(500)의 자석을 이동시킴으로써 전기를 생성한다. 이 전기는 직접 전력 저장 장치에 저장되거나 또는 추가 전자 장치를 통해 구동되어 전력 저장 장치에 적절한 저장을 위한 매개 변수(전압)를 수정할 수 있다. 그 뒤에, 사용자(5)는 슬라이더(900)를 해제할 수 있고 스위치 또는 센서는 선형 모터 코일(들)을 구동 전자 장치에 재결합할 수 있다.
제어 루프 구현을 위해, 선형 모터(500)는 PID(proportional-integral-derivative), LQR(linear-quadratic regulator), LQG(linear-quadratic-Gaussian), 또는 임의의 다른 적합한 제어 루프 방법을 통하여 선형 모터 제어기로부터 제어될 수 있다. 일 실시 형태에서, 선형 모터(500)는 PID 제어기를 통해 제어될 수 있고 반동/충돌 효과를 생성하도록 프로그래밍된 PID 구현을 실질적으로 갖는다. 다른 실시 형태에서, 선형 모터(500)는 LQR 제어기를 통해 제어될 수 있고 반동/충돌 효과를 생성하도록 프로그래밍된 LQR 구현을 실질적으로 갖는다. 다른 실시 형태에서, 선형 모터(500)는 LQG 제어기를 통해 제어될 수 있고 실질적으로 반동/충돌 효과를 생성하도록 프로그래밍된 LQG 구현을 가질 수 있다.
실시 형태에서, 선형 모터(500)의 운동은 반동/충돌 효과의 생성을 위해 PID 제어기를 사용하여 보다 효율적일 수 있다. 일 실시 형태에서, 선형 모터(500)의 운동은 반동/충돌 효과의 생성을 위해 LQR 제어기를 사용하여 보다 효율적일 수 있다. 선형 모터(500)의 운동은 반동/충돌 효과 생성을 위해 LQG 제어기를 사용하는 것이 더 효율적일 수 있다.
선형 모터(500)는 전술된 바와 같이 사용자(5)의 입력으로부터 발생하는 재생 충전 및 반동/충돌 효과를 생성하기 위해 PID 제어기를 사용하여 더 효율적일 수 있다. 다른 실시 형태에서, 선형 모터(500)는 전술한 바와 같이 사용자(5)의 입력으로부터 발생하는 재생 충전 및 반동/충돌 효과를 생성하기 위해 LQR 제어기를 사용하여 더 효율적일 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 선형 모터(500)는 전술한 바와 같이 사용자(5)의 입력으로부터 발생하는 재생 충전 및 반동/충돌 효과를 생성하기 위해 LQR 제어기를 사용하여 더 효율적일 수 있다.
일반적으로, 권총 시스템(10)은 권총 본체(20)를 포함할 수 있고, 선형 모터(500)는 슬라이딩 로드 또는 매스(600)를 작동 가능하게 제어하며 본원에서의 선형 모터(500)는 제어기에 전원을 공급하는 파워 서플라이(60) 및 선형 모터(500)에 작동가능하게 연결된 제어기(50), 및 시뮬레이팅된 총기 본체(20)에 부착된다. 이러한 실시 형태에서, 권총 시스템(10)은 제1 및 제2 단부(910, 920)를 갖는 코킹 슬라이더(900)를 포함할 수 있다.
도 42는 권총 시스템(10)의 상부 수신기(120)의 측면도이다. 도 43은 시뮬레이션 사이클의 개시 이전에 슬라이더(900)의 코킹 준비가 완료된 상부 수신기(120)의 내부 구성 요소를 도시한다.
상부 수신기(120)는 슬라이더(900), 선형 모터(500), 슬라이딩 매스(600) 및 스프링(950)을 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서와 같이, 선형 모터(500)는 슬라이딩 매스(600)에 작동 가능하게 연결되고 슬라이딩 매스(600)의 운동학적 운동을 동적으로 제어하여 슬라이딩 매스(600)로부터 소정의 운동학적 출력을 야기하여 권총의 발사로부터 반응을 시뮬레이팅한다.
슬라이더(900)는 선형 모터(500)에 슬라이딩가능하게 연결될 수 있다. 슬라이딩 매스(600)는 스프링(950)을 통해 슬라이더(900)에 탄성적으로 연결될 수 있다. 슬라이더(900)는 제1 단부(910) 및 제2 단부(920)를 포함할 수 있다. 슬라이딩 매스/로드(600)는 제1 단부(610) 및 제2 단부(620)를 포함할 수 있다. 스프링(950)은 제1 단부(954) 및 제2 단부(958)를 포함할 수 있다.
도 44는 슬라이더(900)가 후방으로 끌어 당겨져서 시뮬레이팅된 권총을 코팅하는 것을 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 45는 시뮬레이팅된 권총에 대한 예비 -발사 시뮬레이팅된 위치로 복귀하는 슬라이더(900)를 개략적으로 도시한다. 발사 사이클 이전에 캐치(680)는 제2 단부(620)와 접촉하는 캐치(680)에 의해 종방향 중심 선(508)을 따라 슬라이딩 매스/로드(600)의 종방향 운동을 저항한다.
시뮬레이팅된 권총 충전 동작 중에, 사용자(5)가 시뮬레이팅된 권총의 슬라이더(900)를 후방으로 잡아당길 때, 트리거 핀 또는 시어(680)는 선형 모터의 슬라이딩 로드/매스(600)의 후방을 향한 종방향 운동에 저항한다. 슬라이더(900)의 후방 당김 동안, 선형 모터의 슬라이딩 로드/매스(600)의 후방 종방향 운동을 차단하는 트리거 핀 또는 시어(680)는 시뮬레이팅된 권총 충전 작업 중에 선형 모터의 슬라이딩 로드/매스(600)의 후방 운동을 저항하기 위하여 선형 모터(500)에 힘을 가하는 임의의 필요성을 배제시킨다.
슬라이딩 매스/로드(600)가 제 위치에 종방향으로 유지되면 슬라이더(900)가 후방으로 끌어 당겨져서(화살표(904)로 개략적으로 표시됨) 권총의 코킹을 시뮬레이팅할 수 있다. 화살표(904)의 방향으로의 슬라이더(900)의 운동은 슬라이더(900)의 숄더(914)가 선형 모터(500)의 제1 단부(501)와 같이 스톱과 접촉할 때까지 슬라이더의 제2 단부(920) 및 슬라이딩 매스/로드(600)의 제2 단부(920) 둘 모두에 부착되는 스프링(950)의 팽창을 야기할 수 있다. 사용자(5)는 슬라이더(900)를 해제하고 팽창된 스프링(950)은 슬라이더(900)가 화살표(906)의 방향으로 전방으로 이동하도록 한다.
시뮬레이팅된 권총 충전 작업 중에, 사용자(5)가 시뮬레이팅된 권총의 슬라이더(900)를 해제할 때, 스프링(950)은 슬라이더(900)가 도 45에 도시된 위치로 복귀할 때까지 슬라이더(900)를 전방으로 당길 수 있다. 코킹 과정 동안 캐치(680)는 슬라이딩 매스/로드(600)가 화살표(904)의 방향으로 종방향으로 이동하는 것을 방지한다. 선형 모터500)의 슬라이딩 매스/로드(600) 및 시뮬레이팅된 권총의 슬라이더(900)에 연결된 스프링(950)은 사용자(5)가 권총의 슬라이더를 당김으로써 권총을 충전할 때 느낄 수 있는 실제 권총을 충전/코킹하는 저항의 크기를 시뮬레이팅하기 위한 스프링 상수를 가질 수 있다.
트리거(170)를 잡아 당기면 트리거 핀 또는 시어 메커니즘(680)이 선형 모터의 슬라이딩 로드/매스(600)를 해제하고, 선형 모터(500)에 전력을 공급할 수 있다. 전력이 공급된 선형 모터(500)는 본원에서 시뮬레이션 사이클에 진입하여 슬라이딩 매스/로드(600)의 선형 동적 운동이 실제 권총의 사용자가 실제 권총을 발사할 때 느낄 수 있는 반동력을 시뮬레이팅하기 위하여 선형 모터(500)에 의해 제어된다.
도 46은 슬라이더(900)의 숄더(914)가 기계적 스톱(이 경우에는 숄더(914)가 선형 모터(500)의 제1 단부(501)와 접촉함)과 충돌할 때까지 권총의 반동을 에뮬레이팅하기 위하여 슬라이딩 매스/로드(600)를 후방으로(화살표(922)로 도시됨) 이동시키는 선형 모터(500)를 개략적으로 도시한다. 시뮬레이션 사이클은 슬라이딩 매스/로드(600)를 해제하고 화살표(991)의 방향으로 캐치(680)를 이동시키고, 시뮬레이션 사이클에 진입하기 위하여 선형 모터(500)을 제어하여 제어기(60)를 작동시키는 화살표(990)의 방향으로 당기는 트리거(170)에 의해 개시될 수 있다.
본 출원의 다른 실시 형태에서 설명된 것과 같은 다른 형태의 기계적 스톱이 고려될 수 있고, 예를 들어, 제1 단부(610)는 제1 단부(501) 이외의 시뮬레이팅된 권총 상의 스토핑 숄더와 접촉한다. 화사라표(992)의 방향으로의 운동 중에, 슬라이딩 매스/로드(600)의 제2 단부(620)는 완벽히 압축되는 스프링(950)의 제1 단부(954)를 가압할 수 있고, 스프링(950)이 제2 단부(958)는 슬라이더(900)의 제2 단부(920)를 가압할 수 있다. 따라서 화살표(992)의 방향으로 슬라이딩 매스(600)의 초기 스트로크 동안, 선형 모터(500)에 의해 운동학적으로 제어가능하게 이동하는 유효/실제 매스는 슬라이딩 매스/로드(600) + 스프링(950) + 슬라이더(900)의 조합된 매스이다. 다른 실시 형태에서 설명된 바와 같이, 기계적 스톱을 타격하는 것은 사용자가 반동을 시뮬레이팅하는 충돌 에너지의 확대된 전달을 야기할 수 있으며, 또한 선형 모터(500)를 도 45에 도시된 시뮬레이팅된 권총에 대한 사전-발사 시뮬레이팅된 위치로 슬라이딩 매스/로드(600)의 복귀 모드에 배열한다. 화살표(994)는 슬라이더(900)가 기계적 스톱과 충돌한 후에 슬라이딩 매스/로드(600)가 도 45에 도시된 시뮬레이팅된 권총에 대한 소정의 시뮬레이팅된 위치에 도달될 때까지 선형 모터(500)가 슬라이딩 매스/로드(600)를 전진 방향으로 제어가능하게 이동하게 하는(화살표(994)로 개략적으로 도시됨) 것을 도시한다. 역 스트로크(화살표(994)의 방향) 동안, 슬라이딩 매스/로드(600)의 제2 단부(620)는 그 스프링 상수에 기초하여 다소 연장된 스프링(950)의 제1 단부(954)를 당길 수 있고 스프링(950)의 제2 단부(958) 차례로 슬라이더(900)의 제2 단부(920)를 당긴다. 따라서 화살표(994)의 방향으로 슬라이딩 매스(600)의 복귀 스트로크 중에, 상기 선형 모터(500)에 의해 운동학적으로 제어가능하게 이동하는 유효/실제 매스는 슬라이딩 매스/로드(600) + 스프링(950) + 슬라이더(900)의 조합된 매스일 수 있다(스프링(950)의 스프링 상수가 슬라이더(900)의 매스와 비교하여 상대적으로 큰 것으로 가정됨). 선형 모터(500)의 운동학 제어는 매스를 운동학적으로 제어하도록 프로그래밍될 수 있고(예를 들어, 가속도, 속도 및/또는 위치), 이에 따라 선형 모터(500)는 권총에 대한 다양한 가상 반동력 대 시간 다이어그램을 에뮬레이팅하기 위하여 이동하고, 상기 힘 대 시간 다이어그램은 복수의 시뮬레이션 포인트 데이터 세트를 실질적으로 매칭하는 것을 포함하는 이들 라이플과 실질적으로 상이할 수 있다.
도 47은 제거가능한 파워 서플라이(60)를 갖는 시뮬레이팅된 권총 시스템(10)이 매거진을 복제하는 것을 도시한다. 도 48은 파워 서플라이(60)의 측면도를 도시한다. 파워 서플라이(60)는 전기적 접촉(64, 65)을 갖는 제1 단부(61) 및 제2 단부(62)를 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 파워 서플라이를 갖는 시뮬레이팅된 탄약 클립(60)은 시뮬레이팅되는 총기의 매거진과 동일한 외관 및 촉감(전원 접촉 이외에)을 포함할 수 있다. 접촉(64, 65)은 통상적으로 이용 가능한 임의의 접촉일 수 있으며 총기 시뮬레이팅된 본체 내에 수용된 전자 장치에 반복적으로 그리고 안전하게 연결되도록 스프링 장착될 수 있다.
일 실시 형태에서, 선형 모터(500)는 반동 시뮬레이션 사이클들 사이에서 파워 다운될 수 있지만, 각 시뮬레이션 사이클의 개시 전에 슬라이딩 매스/로드(600)의 홈 시뮬레이션 위치를 유지할 수 있다. 선형 모터(500)의 파워 다운은 시뮬레이션 사이클 사이에 선형 모터(500)가 슬라이딩 로드/매스(600)의 홈 또는 프리-시뮬레이션 위치를 유지하기 위해 전력을 소모하지 않기 때문에, 전체 전력 소모를 감소시킨다. 또한, 시뮬레이션 사이클 사이의 선형 모터(500)의 파워 오프는 방법 및 장치에 대해 파워 서플라이(60)의 충전을 도울 수 있다.
무선 전력 방법
더 작은 시뮬레이션 장치, 예를 들어, 게이밍 제어기, 충돌 스틱, 권총 기반 시뮬레이터 등과 연계된 공간 제약으로 인해, 본 발명의 실시 형태는 종래의 배터리, 예컨대 리튬 이온 화학 물질과 같은 대체예를 포함할 수 있다. 이들 대체예는 총기 훈련 프로그램이나 게이밍 주변장치에서의 사용을 위해 본원에서 고려된 모든 범위의 시뮬레이터에 적용될 수 있다.
전원 장치/전력 가용성은 본 발명의 소비자 및 군용 응용 모두에서 중요하다. 본 발명의 실시 형태는 본원에 기술된 모터 시스템 및/또는 제어기를 구동하는 전원을 포함할 수 있다. 일 실시 형태는 시뮬레이터용 배터리 팩 방법으로서 슈퍼-캐퍼시터(울트라-캐퍼시터)를 포함할 수 있다.
도 63은 도 47과 48에 대해 본원에서 설명된 것과 같이 축소된 시뮬레이팅된 권총 매거진을 도시한다. 전력에 대한 시뮬레이팅된 총기에 에뮬레이팅된 권총 매거진을 연결하기 위하여 사용되는 전극은 도시되지 않지만 매거진의 측면에 위치되거나 또는 도 48에서와 동일한 위치에 배열될 수 있다. 매거진은 선형 모터 시스템에 전력을 공급할 수 있는 가능한 전압 및 전류 소스를 생성하기 위해 직렬 및 병렬의 다수의 구성으로 또는 직렬 또는 병렬로 전기적으로 연결된 다수의 슈퍼-캐퍼시터를 수용할 수 있다. 상기 시뮬레이팅된 권총 매거진은 그 클립이나 매거진의 적절한 시뮬레이션을 위해 상이한 총기 시뮬레이터 유형과 정합되는 다른 크기 및 형상의 형태를 취할 수 있고, 이는 본원에서 설명된 구성의 다수의 슈퍼-캐퍼시터를 수용할 수 있다.
도 64는 가시가능하게 만들어진 슈퍼-캐퍼시터 및 투명하게 만들어진 외부 하우징을 갖는 도 63에서와 같이 동일한 시뮬레이팅된 권총 매거진을 도시한다. 밸런싱 회로와 와이어는 간략하게 생략되었지만 도시된 허용 공간에 포함되어야 한다. 이러한 회로는 충전 단자에 연결될 때 캐패시터의 충전을 조절하고 적절한 작동을 위해 캐패시터 사이의 전압을 밸런싱한다. 이 응용에서 슈퍼-캐퍼시터를 사용하는 것이 중요한데, 이는 다른 여러 요인과 함께 사용되기 때문이다.
선형 모터(500) 용 제어기 시스템은 본원에 설명된 바와 같이 각 반동 사이클 후에 모터를 끔에 따라 최소한의 무선 및 로직 구성 요소에만 전원을 공급하면서 과도한 전력 감소를 허용할 수 있다. 또한, 파워 감소를 통해 각각의 시뮬레이팅된 매거진에서 사용가능한 샷 수를 고려할 수 있다. 상기의 매거진에서는 30 회 반동 사이클에 충분한 전력을 사용할 수 있으며, 10 시간 이상 무선 및 로직 구성 요소를 구동할 수 있다. 이를 고려할 때, 충전 시간이 중요한 요인이다. 그러나 캐피시터 기반 기술의 충전 시간은 일반적인 리튬 이온 배터리 기술보다 속도가 더 빠르다. 이는 캐퍼시터의 성격과 관련된다. 따라서, 슈퍼 캐패시터를 사용하는 전형적인 시뮬레이팅된 매거진의 경우, 배터리 충전을 피하는데 수 분 또는 몇 시간의 초 단위의 충전 시간을 구현할 수 있으며, 무-테터(tetherless)의 전체 시스템의 정확한 시뮬레이션이 얻어진다.
도 65는 총기 플랫폼에 대한 충전/로딩 메커니즘의 등각 투상도이다. 본 발명의 실시 형태에 따라, 총기 플랫폼에 대한 충전/로딩 메커니즘을 에뮬레이팅하는 방법을 제공한다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 총기 시뮬레이션에서 채택된 선형 모터는 전형적으로 67N 내지 700N의 힘을 인가할 수 있다. 충전 스프링을 에뮬 레이팅하기 위해, 충전 손잡이는 기계식으로 선형 모터 슬라이드에 연결될 수 있고 사용 후에는 선형 모터 슬라이더로부터 분리될 수 있다. 충전 핸들을 사용하는 동안 스위치 또는 센서는 선형 모터 제어기가 선형 모터에 전력을 줄이도록 지시하여 최대 힘 상수 또는 슬라이더 운동의 변화에 저항하기 위해 인가될 수 있는 최대 힘을 감소시킨다. 도 66 참조. 도시된 바와 같이, 모터는 직선 경로를 따라 위치를 유지한다(발사하지 않음). 사용자(5)는 충전 핸들을 파지하여 모터 제어기가 모터에 대한 전력을 감소시키기 위해 모터 제어기에 대해 시그널링된다(버튼이나 센서를 통해 시그널링됨). 사용자(5)가 손잡이를 잡아 당길 수 있으며 모터가 힘 F로 인해 위치 변화에 저항할 수는 있지만 선형 모터 제어기(예를 들어, 모터의 위치 지연)의 허용 전력의 감소로 인해 저항할 수 없다. 도 67 및 도 68 참조. 모터의 감소된 전력은 정상적인 코킹 메커니즘에서 스프링을 에뮬레이팅할 수 있고 사용자(5)는 핸들을 놓아 충전 사이클을 완료할 수 있다. 모터는 감소된 전력으로 초기 위치로 복귀할 수 있다(여전히 스프링을 에뮬레이팅함). 초기 선형 개시 위치에 도달하고 사용자가 더 이상 충전 핸들 버튼/센서를 활성화하지 않으면 모터가 최대 전력으로 복귀될 수 있고 반동을 에뮬레이팅할 준비가 될 수 있다.
도 61에 도시된 바와 같이, 선형 모터는 단순한 스프링으로 처리된다. Frestore는 원래 위치(x)로 복귀도는 스프링에 의해 사용자에게 전달되는 힘이고, 이는 후크의 법칙(F = -kx)으로 설명될 수 있다. x 또는(Δχ)의 변화는 일반적으로 거리(x)가 증가됨 따라 재료 변형에 도달될 때까지(Frestore와 같이) 사용자를 당기는 스프링의 힘을 결정한다.
선형 모터에 의한 충전 스프링의 에뮬레이션은 단일 스프링 상수(k)를 갖는 모터의 슬라이더의 선형 위치에 대해 저항력을 변화시킴으로써 에뮬레이팅된 중화기 시뮬레이터에 사용되는 통상적인 스프링을 따를 수 있다. 또는 모터는 충전 핸들과 관련된 일반적인 중화기 플랫폼의 선형 운동에서 겪는 다른 기계적 저항을 에뮬레이팅하기 위해 복수의 스프링 상수 k1..2..3...을 에뮬레이팅할 수 있다.
예를 들어, 모터의 슬라이더가 위치(Δx)로 이동함에 따라 슬라이더 위치의 변화에 저항하도록 모터에 이용할 수 있는 힘을 변경하여 스프링 상수(k1)를 사용자에게 적용할 수 있다. 그 뒤에 모터가 위치 2(Δχ)로 이동하면 사용자는 선형 위치에 대해 Frestore를 변화시키는 스프링 상수(k2)를 적용할 수 있다. 따라서, 통상적인 중화기 스프링은 다른 기계적인 힘과 함께 선형 위치에 걸쳐 에뮬레이팅될 수 있다.
스프링 상수(k1..k2..k3...)에 대한 값은 스프링 제조자의 사양 시트에 의해 또는 Δχ 당 힘 측정 공구로 통상적인 스프링의 힘 제한을 시험함으로써 찾을 수 있다.
본원에 기술된 본 발명의 실시 형태는 본원에 기술된 중화기의 예뿐만 아니라 권총, 라이플, 샷건 등에 대한 충전 핸들/충전 메커니즘에 적용될 수 있다.
도 51은 시스템(10)의 방법 및 장치의 일 실시 형태를 개략적으로 도시한다. 시스템(10)은 "게임"의 일부이거나 "게임"을 포함할 수 있다. 게임은 유니티(Unity) 개발 환경/플랫폼 또는 언리얼 엔진(Unreal Engine)® 개발 환경/플랫폼 또는 유사한 개발 환경을 활용할 수 있다. 유니티 개발 플랫폼은 멀티플랫폼 3D 및 2D 게임 및 대화형 경험을 생성할 수 있는 유연하고 강력한 개발 엔진이다. 유니티 개발 플랫폼과 언리얼 엔진® 플랫폼과 같은 다른 플랫폼은 몰입형 시뮬레이션 및 게이밍 환경 구축을 위해 다양한 산업 분야에서 사용된다. 예시적인 실시 형태에서, 유니티 플러그인/게임, 다이나믹 링크 라이브러리(DLL) 및/또는 다른 플러그인/게임은 직렬, CAN 버스 및/또는 도 51에 도시된 선형 모터(500) 블록과 "게임" 사이의 다른 통신 버스/프로토콜과 상호작용할 수 있다. 이에 따라 다이어그램의 "게임" 부분이 본원에서 기재된 바와 같이 사용자(5)의 신호를 해석한 다음 플러그인으로 이들 신호를 공급하여 선형 모터(500)가 게이밍/시뮬레이션 조건에 의해 지정된 방식으로 임의로 이동할 수 있다 .
게이밍 환경과 사용자(5) 간의 이러한 상호 작용의 예가 도 82에 관해 설명될 수 있다. 도시된 바와 같이, 사용자(5)는 체어 게이밍/시뮬레이션 주변장치를 통해 착석하고, 사용자(5)는 또한 부착된 충돌 스틱으로로 VR 주변장치를 보유한다. 통신 인터페이스는 도 51의 VR 주변장치(선형 모터(500)를 포함함)와 시뮬레이션/게이밍 환경 또는 "게임" 블록 사이에 형성될 수 있다. VR 주변장치가 본원에 기재된 바와 같이 위치 추적기를 통해 자유 공간에서 자신의 위치를 보고할 수 있기 때문에 도 51의 "게임" 부분은 자유 공간에서 VR 주변장치의 위치를 캡쳐할 수 있다.
사용자(5)가 도 82와 같이 VR 주변장치를 보유하고 있는 동안 도 51의 "게임" 부분은 VR 주변장치가 일반적인 권총이나 라이플로 설정됨으로써 이 구성을 해석할 수 있다. 따라서, 도 51의 "게임" 부분은 트리거가 눌러질 때 전형적인 발사 시퀀스를 에뮬레이팅하기 위해 플러그인을 통해 선형 모터(500)를 지시할 수 있다. 그 뒤 사용자(5)가 도 82에 도시된 위치에 대해 수직으로 VR 주변장치 본체를 보유하면, 도 51의 "게임" 부분은 VR 주변장치가 전기 톱으로 간주되어야 함을 의미하는 위치 변경을 해석할 수 있다. 따라서, 도 51의 "게임" 부분은 플러그인을 통하여 선형 모터(500)가 전형적인 전기톱 효과를 에뮬레이팅하도록 지시할 수 있고, 여기에서 선형 모터(500)는 슬라이더(600)를 일정한 전후 운동으로 이동시키고 그 뒤에 트리거가 VR 주변장치에서 누르는 경우 운동의 빈도를 증가시킨다.
일 실시 형태에서, 플러그인은 게임 또는 시뮬레이션 환경으로부터 선형 모터(500)를 제어하기 위해 사용될 수 있다.
일 실시 형태에서, 플러그인은 특정의 모터 운동의 개발을 단순화하는 그래픽 사용자 인터페이스를 가질 수 있다.
실시 형태에서, 그래픽 사용자 인터페이스는 운동 대 시간, 가속도 대 시간, 속도 대 시간, 및/또는 선형 모터(500)에 대한 하이브리드 그래프를 나타낼 수 있다.
추가 실시 형태에서, 그래픽 사용자 인터페이스는 본원에 기술된 그래프를 나타낼 수 있고, 개발자가 선형 모터(500)에 대한 임의의 운동을 프로그래밍하기 위해 임의로 그래프를 조작할 수 있다.
또 다른 실시 형태에서, 플러그인은 드롭 다운 메뉴를 가질 수 있으므로 전형적인 운동 효과가 상이한 이벤트에 쉽사리 할당될 수 있다.
추가적인 실시 형태에서, 플러그인은 플러그인으로부터 실질적으로 모든 기능성 및 통신 프로토콜을 재구성하고 각각의 더 큰 프로그램으로 통합할 필요 없이 더 빠른 개발 시간을 돕기 위하여 더 큰 프로그램(게임/시뮬레이션)에 의해 호출될 수 있다.
일 실시 형태에서, 플러그인은 본원에 설명된 바와 같이 도 51의 "게임" 및 "선형 모터" 부분에 무선 인터페이스를 통해 통신할 수 있다.
일 실시 형태에서, 플러그인은 선형 모터(500)로부터 온도 및 전력 사용 데이터를 수신할 수 있다.
또 다른 실시 형태에서, 플러그인은 모터(500)가 고장나지 않도록 최대 운동을 계산하기 위해 본원에 기술된 바와 같이 온도 및 전력 사용 데이터를 사용할 수 있다(슬라이더(600)가 걸리에서 떨어져 조깅, 너무 큰 전력 사용 등).
완드(wand) 실시 형태
도 49 내지 도 51은 선형 모터(500)를 완드(2000)의 게이밍 부분에 통합하기 위한 일 실시 형태를 도시한다. 도 49는 선형 모터(500)가 제거된 시뮬레이팅된 매직컬 완드(2000)의 일 실시 형태를 도시한다. 도 50에서는 게이밍 완드(2000)가 있는 사용자(5)를 도시한다. 완드(2000)는 제1 단부(2010), 제2 단부(2020)를 포함할 수 있고, 무게 중심(2060)을 갖는 종방향 중심선(2050)을 가질 수 있다. 종방향 중심선(508)을 갖는 선형 모터(500)는 슬라이딩 매스/로드(600)를 포함할 수 있고, 완드(2000)의 내부에 통합될 수 있다. 완드(2000)에 선형 모터(500)를 통합하는 것은 중심선(508)이 중심선(2050)과 일치하여 슬라이딩 매스/로드(600)의 슬라이딩 운동이 중심선(2050)을 따르게 할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 중심선(508)은 평행 또는 비평행 상태에서 중심선(2050)으로부터 임의의 각도로 이격될 수 있다. 이격되어 평행할 때, 슬라이딩 매스/로드(600)의 슬라이딩 운동은 중심선(2050)을 따르지 않고 평행할 수 있다. 이격되고 평행하지 않을 때, 슬라이딩 매스/로드(600)의 슬라이딩 운동은 중심선(2050)을 따르지 않고 평행하지 않을 수 있다.
다양한 실시 형태에서, 게임 플레이 중에, 무게 중심(2060)은 완드(2000)의 전체 길이의 적어도 25 %로 재배치될 수 있다. 실시 형태에서, 무게 중심(2060)은 완드(2000)의 전체 길이의 적어도 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85 및 90 %로 재배치될 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 무게 중심(2060)은 완드(2000)의 전체 길이의 전술된 백분율 중 임의의 2 개 사이의 범위를 따라 재배치될 수 있다.
일 실시 형태에서, 선형 모터(500) 및 슬라이딩 매스/로드(600)는 가상 현실감 게이밍 부여와 같이 게이밍 사용자들에게 게이밍 부여의 증가된 레벨을 제공할 수 있다. 예를 들어, 인-게임 플레이는 슬라이딩 매스/로드(600)의 제어된 운동에 의해 생성된 사용자에게 부여되는 소정의 선형 모터(500) 효과를 분석하는데 사용될 수 있다.
일 실시 형태에서, 이러한 효과는 게이밍 목표가 성공적으로 완료되는지 여부(예를 들어, 그 또는 그녀가 맞춤법을 정확하게 또는 부정확하게 캐스팅하는지(cast) 여부)와 관련하여 사용자에게 통신하는 형태일 수 있다. 예를 들어, 게임을 하는 동안 사용자는 게이밍 스펠을 정확히 캐스팅하기 위하여 완드(2000)를 이동시킬 수 있다. 이 게이밍 스펠은 소정의 일시적/시간 의존적 움직임을 통해 완드가 이동하는 것을 필요로 할 수 있다. 일 실시 형태에서, 사용자가 제1 세트의 소정의 일시적 움직임을 성공적으로 수행함에 따라, 선형 모터(500)는 슬라이딩 매스/로드(600)가 사용자에게 전송되는 제1 세트의 햅틱 감각을 야기하는 제1 세트의 움직임을 통해 이동하도록 한다(스펠이 정확히 수행되는 것을 사용자에게 알려주기 위한 진동 또는 일반적인 운동과 같이). 실시 형태에서, 사용자가 제2 세트의 소정의 일시적인 움직임을 성공적으로 수행함에 따라, 선형 모터(500)는 사용자에게 제2 세트의 햅틱 감각이 전송되도록 하는 제2 세트의 움직임을 통하여 슬라이딩 매스/로드(600)를 이동하도록 한다(스펠이 정확히 수행되는 것을 사용자에게 알려주기 위한 증가된 강도의 진동 또는 증가된 일반적인 운동). 이로부터 스펠의 완성은 큰 충돌 또는 진동과 같은 제3 세트의 햅틱 감각을 제시한다.
실시 형태에서, 사용자가 제1 세트의 소정의 일시적인 움직임의 수행을 실패하는 경우, 선형 모터(500)는 사용자에게 전송된 변형된 제1 세트의 햅틱 감각을 야기하는 변형된 제1 세트의 움직임을 통하여 슬라이딩 매스/로드(600)가 이동하도록 할 수 있다(스펠이 부정확하게 캐스팅된 것을 사용자에게 나타내기 위한 스토핑 또는 스펠이 정확하게 수행된 것을 사용자에게 나타내기 위해 약화된 진동/핑 또는 약화된 일반적인 운동).
실시 형태에서, 본원에 기술된 방법 및 장치는 게임 플레이 중에 사용자에 대한 햅틱 효과를 생성하기 위하여 다음의 단계들을 포함할 수 있다:
1) 사용자는 가속도계(들)와 자이로스코프(들)가 삽입된 완드(2000)를 이동시켜 스펠을 캐스팅하기 시작한다.
2) 가속도계(들)와 자이로스코프(들)가 완드(2000)의 운동에 대한 수집된 정보를 게임(10)에 전달한다.
3) 게임(10)은 선형 모터(500)가 사전프로그래밍된 데이터로부터 어떻게 응답해야 하는지를 해석한 다음, 선형 모터(500)를 움직인다.
4) 사용자는 선형 모터(500)가 완드(2000) 본체 또는 정면에서 유도하는 진동(들), 충돌(들) 및 무게 중심의 변화(2060)를 겪는다.
테니스 라켓
도 52는 복수의 선형 모터(500, 500')를 갖는 시뮬레이팅된 테니스 라켓(3000)의 일 실시 형태를 도시한다. 도 53은 라켓 부분이 제거된 복수의 선형 모터(500, 500')를 갖는 시뮬레이팅된 테니스 라켓(3000)을 도시한다. 도 54는 테니스 라켓에 타격되는 테니스 볼을 개략적으로 도시한다.
라켓(3000)은 핸드 그립(3005), 제1 단부(3010), 제2 단부(3020)를 포함할 수 있고, 무게 중심(3060)을 갖는 종방향 중심선(3050)을 가질 수 있다.
종방향 중심선(508')을 갖는 선형 모터(500')는 슬라이딩 매스/로드(600')를 포함할 수 있고 라켓(3000)의 내부에 통합될 수 있다. 라켓(3000) 내로 선형 모터(500, 500')의 통합은 중심선(508, 508')이 중심선(3050)과 일치하여 슬라이딩 매스/로드(600, 600')의 슬라이딩 운동을 야기하는 중심선(3050)과 일치될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 중심선(508 및/또는 508')은 평행 또는 비평행 상태에서 중심선(3050)으로부터 임의의 각도로 이격될 수 있다. 이격되어 평행한 경우, 슬라이딩 매스/로드(600, 600')의 슬라이딩 운동은 평행할 수 있지만 중심선(3050)을 따르는 것은 아니다. 이격되고 비평행할 때, 슬라이딩 매스/로드(600, 600')의 슬라이딩 운동은 중심선(3050)을 따르지 않고 평행하지 않을 수 있다.
슬라이딩 매스/로드(600, 600')의 운동은 핸드 그립 위치(3005)에 대한 라켓(3000)의 무게 중심(3060)의 운동을 새로운 위치(3060')로 허용한다. 무게 중심(3060)을 핸드 그립 위치(3005)에 대해 이동시키는 것은 라켓이 사용자에 대해 상이한 라켓을 시뮬레이팅하도록 한다. 다양한 실시 형태에서, 무게 중심(3060)은 종방향 축(3050) 상에 위치될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 무게 중심(3060)은 종방향 축으로부터 떨어져 위치될 수 있다. 실시 형태에서, 무게 중심(3060)은 게임 플레이 중에 재배치될 수 있다. 게임 플레이 중에, 무게 중심(3060)은 테니스 라켓(3000)의 전체 길이의 적어도 25%로 재배치될 수 있다. 실시 형태에서, 무게 중심(3060)은 테니스 라켓(3000)의 전체 길이의 적어도 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85 및 90 %로 재배치될 수 있다. 무게 중심(3060)은 테니스 라켓(3000)의 전체 길이의 상기 언급된 백분율 중 임의의 2 개 사이의 범위를 따라 재배치될 수 있다.
시뮬레이션 용품에 대해 이격된 및/또는 비평행/기울어진 위치에 복수의 선형 모터(예를 들어, 500 및 500')가 제공됨에 따라 증가된 수의 시뮬레이션 이벤트 및 유형을 허용할 수 있다. 예를 들어, 시뮬레이션 용품의 하우징 내에서 기울어지고 이격된 상태에서 선형 모터(500, 500')에 의한 복수의 슬라이딩 매스/로드(600, 600')의 제어된 운동학적 운동은 힘, 각도, 충돌, 진동, 회전, 토크를 동적인 운동의 다른 유형과 함께 시뮬레이팅할 수 있다.
도 53에서, 중심선(508)은 중심선(3050)과 각도(3200)를 이루고, 중심선(508')은 중심선(3050)과 각도(3200')를 이루고, 중심선(508)은 중심선(508')과 각도(3300)을 이룬다. 슬라이딩 매스(600 및 600')의 상이한 슬라이딩 각도 및/또는 상이한 슬라이딩 위치는 슬라이딩 매스(600 및 600')의 독립적 운동학적 제어와 함께 실제 세계에서 가능한 상이한 많은 운동학적 활동의 제어된 에뮬레이션을 허용한다.
벡터 유형 시스템(즉, 비-스칼라)의 경우, 직교 좌표가 사용되는 것으로 가정된다(극좌표계가 또한 사용될 수도 있음).
도 54는 테니스 볼이 테니스 라켓에 의해 충돌을 받는 실제 스포츠 게임을 에뮬레이팅하는데 사용될 수 있는 실시 형태를 설명한다. 이 도면은 핸드 그립 위치(3005)가 좌표계의 원점이라고 가정한다. 테니스 라켓(3000)과 테니스 볼 사이의 충돌 지점(3080)(직교 좌표가 Dx(3081), DY(3082) 및 Dz(3083))에서, 테니스 볼은 테니스 라켓(3000)에 대한 속도 벡터(직교 속도 성분 Vx, VY 및 Vz)를 가질 수 있다. 상대 속도 벡터는 테니스 볼과 테니스 라켓(3000) 모두의 계산된 속도 벡터를 고려할 수 있다. 일 실시 형태에서, 테니스 라켓(3000)의 속도는 0으로 가정될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 라켓(3000)의 속도는 라켓(3000) 게임 부분 내에서 게이밍 센서를 기초하여 계산될 수 있다.
무게 중심(위치(3060)에서) 및 전체 매스tr를 갖는 테니스 라켓(3000) 상에 충돌 지점(3080)과 테니스 볼(속도 벡터 및 매스b를 가짐) 사이의 가상 충돌으로 인해 핸드 그립(3005) 상의 상대 힘(토크, 힘 및 충돌)은 운동, 힘 및 에너지의 표준 뉴턴 법칙을 사용하여 계산될 수 있다. 핸드 그립 위치(3005) 상의 이 제1 충돌로부터(예를 들어, 사용자가 느끼는 것) 하나 이상의 이들 계산된 상대 힘(토크, 힘 및 충돌)은 슬라이딩 매스/로드(600, 600')를 독립적으로 이동시키고 및/또는 제어하는 선형 모터(500, 500')에 의해 에뮬레이팅될 수 있다.
다양한 실시 형태에서, 가상 웨빙(3110)은 또한 테니스 라켓(3000)과 테니스 볼 사이의 가상 충돌로 인하여 핸드 그립(3005) 상의 상대적인 힘(토크, 힘 및 충돌)의 계산에 모델링되고 사용될 수 있다. 이 경우, 웨빙(3110)의 탄성은 스트링의 조임, 웨브의 크기 및 웨빙의 중심(3160)에 대한 웨빙 상의 충돌 지점(3080)의 상대 위치와 함께 설정될 수 있다.
다양한 실시 형태에서, 핸드 그립 지점(3005)에서 에뮬레이팅된 상태 토크는 슬라이딩 매스 및/또는 로드(600, 600')를 독립적으로 이동시키고 및/또는 제어하는 선형 모터(500, 500')에 의해 생성될 수 있다. 실시 형태에서, 핸드 그립 지점(3005)에서의 에뮬레이팅된 상대 힘은 슬라이딩 매스 및/또는 로드(600, 600')를 독립적으로 이동시키고 및/또는 제어하는 선형 모터(500, 500')에 의해 에뮬레이팅될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 핸드 그립 지점(3005)에서의 에뮬레이팅된 상대 충돌은 슬라이딩 매스 및/또는 로드(600, 600')를 독립적으로 이동시키고 및/또는 제어하는 선형 모터(500, 500')에 의해 에뮬레이팅될 수 있다.
유사하게, (제2 속도 벡터를 갖는) 테니스 볼과 제2 충돌 지점(3080 ')을 갖는 테니스 라켓(3000) 사이의 제2 가상 충돌로 인한 핸드 그립(3005) 상의 상대 힘(토크, 힘 및 충돌)은 운동과 힘의 표준 법칙을 사용하여 계산될 수 있다. 핸드 그립 위치(3005)에 대한 제2 충돌로부터 계산된 하나 이상의 상대 힘(토크, 힘 및 충돌)은 슬라이딩 매스 및/또는 로드(600, 600')를 독립적으로 이동시키고 및/또는 제어하는 선형 모터(500, 500')에 의해 에뮬레이팅될 수 있다.
유사하게, 제3 충돌 지점(3080")(제1 충돌(3080) 시 동일한 위치에서 발생됨)과 테니스 라켓(3000)(제1 및 제2 속도 벡터와 상이한 제3 속도 벡터) 사이의 제3 가상 충돌로 인해 핸드 그립(3005) 상에서의 상대 힘(토크, 힘, 및 충돌)은 운동 및 힘의 표준 법칙을 사용하여 계산될 수 있다. 핸드 그립 위치(3005)에서의 제3 충돌로부터 하나 이상의 이들 계산된 상태 힘(토크, 힘, 및 충돌)은 슬라이딩 매스 및/또는 로드(600, 600')를 독립적으로 이동시키고 및/또는 제어하는 선형 모터(500, 500')에 의해 에뮬레이팅될 수 있다.
다양한 실시 형태에서, 테니스 볼과 라켓(3000) 사이의 충돌에 의해 야기된 핸드 그립(3005) 상에서 상대 힘(토크, 힘, 및 충돌)은 선형 모터(500 및/또는 500')에 의해 에뮬레이팅될 수 있다.
실시 형태에서, 방법 및 장치는 테니스 볼이 테니스 라켓(3000)에서 떠난 후의 포스트 충돌 속도 벡터를 실제로 계산할 수 있다.
하나 이상의 선형 모터(500, 500 ', 500 ") 등을 사용하는 다양한 옵션이 아래에서 설명된다:
(1) 하나의 실시 형태에서, 복수의 상이한 제어가능 웨이트 유닛(600, 600 ', 600 ")을 독립적으로 제어하는 복수의 선형 모터(500, 500', 500")가 제공될 수 있다.
(2) 일 실시 형태에서, 하나 이상의 선형 모터(500, 500 ', 500 ") 및 제어가능 웨이트 유닛(600, 600', 600")을 수용하고 보유하기 위해 하우징 파사드 유닛 내의 복수의 서로 이격된 위치적 위치를 갖도록 제공될 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 위치적 위치는 사용자에 의해 선택될 수 있다.
(3) 다른 실시 형태에서, 하나 이상의 선형 모터(500, 500 ', 500 ") 및 제어가능 웨이트 유닛(600, 600', 600")을 수용하여 보유하기 위한 복수의 상이한 각도 배향을 갖는 하우징 파사드 유닛이 제공될 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 각도 배향은 사용자에 의해 선택될 수 있다.
(4) 다른 실시 형태에서, 하나 이상의 선형 모터(500, 500 ', 500 ") 및 제어가능 웨이트 유닛(600, 600', 600")을 수용하여 보유하기 위한 상이한 위치 및/또는 각도 배향을 갖는 복수의 하우징 파사드 유닛이 제공될 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 각도 배향은 사용자에 의해 선택될 수 있다.
다양한 실시 형태에서, 상이한 위치적 위치 및/또는 각도 배향은 사용자에 의해 선택될 수 있다.
(5) 선택가능한 세트의 선형 모터(500, 500 ', 500 ") 및 제어 가능한 웨이트 유닛(600, 600', 600")이 제공될 수 있으며, 각각은 하우징 내에서 상이한 제어가능 유닛(600, 600', 600")의 이격 및/또는 배향을 포함하는 조절가능한 구성을 갖는다.
(6) 다양한 실시 형태에서, 하나 이상의 선형 모터(500, 500', 500") 및 제어가능 웨이트 유닛(600, 600', 600")이 복수의 상이한 웨이트 인서트를 포함할 수 있다.
(7) 실시 형태에서, 하나 이상의 선형 모터(500, 500', 500") 및 제어가능 웨이트 유닛(600, 600', 600")이 제어가능 웨이트에 대한 복수의 상이하고 선택가능 기계적 스토핑 위치를 포함할 수 있다.
(8) 다양한 실시 형태에서, 본원에 기재된 방법 및 장치는 테니스 라켓, 야구 방망이, 매직 완드(magic wand), 하키 스틱, 크리켓 배트, 배드민턴, 풀 스틱, 권투 글러브(들), 검, 라이트 세이버, 활과 화살, 골프 클럽, 어장과 같은 하나 이상의 선택 가능한 게이밍 장치의 동작을 시뮬레이팅할 수 있다.
(9) 실시 형태에서, 본원에 기술된 방법 및 장치는, 예를 들어 할로(halo) 플라즈마 건, 깨진 배트, 야구 타격 후 배트 진동 또는 충전/로딩 등과 같은 시스템의 하나 이상의 이차 유형의 동작을 촉각적으로 시뮬레이팅할 수 있다.
다양한 실시 형태에서, 본원에 기술된 총기 시뮬레이션 시스템을 포함하는 선형 모터 시스템은 가상 현실 주변장치에 사용될 수 있다.
예를 들어, 도 69는 선형 모터(500)를 포함하는 시뮬레이팅된 총기 실시 형태를 도시한다. 이 실시 형태는 광학 추적을 통한 가상 현실 게임 및/또는 기타 추적 시스템과 함께 시뮬레이팅된 총기의 본체 상의 설정 마커로 추적된다.
도 70은 기계적 스톱(800)뿐만 아니라 노출된 슬라이딩 매스(600) 및 선형 모터(500)를 갖는 도 69에 도시된 시뮬레이팅된 총기의 투시도를 도시한다. 도시된 바와 같이 기계적 스톱(800)은 폴리프로필렌 및 고무 범퍼로 제조된 다구성요소 스톱이고, 시뮬레이팅된 총기 본체의 후방을 향하여 가시된다. 폴리프로필렌 또는 다른 허용 플라스틱은 슬라이더가 슬라이딩 매스(600)를 손상시키지 않고 신속하게 에너지를 전달할 수 있다. 폴리프로필렌 조각 뒤의 고무 범퍼는 또한 최종 사용자를 위해 시간이 지남에 따라 에너지의 전달이 조절될 수 있도록 하며 추가적으로 에너지를 안전하게 시뮬레이팅된 총기의 본체로 전달할 수 있도록 한다. 다구성요소 기계적 스톱(800)을 사용하는 이 에너지 전달 방법은 본원에서의 모든 기계적 스톱에 적용된다.
도 71 및 도 72는 추가 가상 현실 게이밍 주변장치의 측면도를 도시한다. 이 주변장치는 전술한 실시 형태에서 도시되고 설명된 것과 동일한 유형의 다구성요소 기계적 스톱(800)을 사용한다. 이 게이밍 주변장치에는 시뮬레이팅된 총기의 게임-플레이-충전(리로드)을 시뮬레이팅하기 위한 추가 충전 핸들을 갖는다. 이는 또한 가상 현실 게임으로 추적될 수 있지만 이 시뮬레이팅된 주변장치 본체는 각각의 도면의 상부에 도시된 추적기에 대한 마운트로 자기 추적(위치설정)을 이용하여 추적될 수 있다.
이들 게이밍 주변장치는 시뮬레이팅된 총기의 형태로 존재할 필요는 없으며, 선형 모터(500), 슬라이딩 매스(600), 기계적 스톱(800), 전원 및 제어기(본체에 내장될 수 있음), 트리거 등이 있으며 다른 본체를 에뮬레이팅할 수 있다. 그 다른 본체는 야구 방망이, 매직 완드, 테니스 라켓, 크리켓 배트, 풀 스틱, 권투 글러브, 통상적인 게임패드, 양손 잡이 제어기, 낚싯대와 릴, 라이트 세이버, 검, 넌 척(nun chuck)(nunchaku), 골프 클럽, 전기 톱, 도끼, 칼, 경찰 지휘봉, 의자 등일 수 잇다. 이들 실시 형태에서, 실질적으로 동일한 충돌 또는 반동력이 본원에서 다양한 실시 형태에 설명된 시뮬레이팅된 총기 내에서 에뮬레이팅된 바와 같이 에뮬레이팅될 수 있다.
예를 들어, 선형 모터 반동 시스템이 훈련과 시뮬레이션에 사용되도록 구현된 통상적인 의자를 고려한다. 의자는 힘 피드백(충돌 및 럼블)을 통한 깊은 몰입을 위해 통상적인 게임 또는 시뮬레이션에 사용될 수 있다. 이는 착석 위치를 갖는 환경 및 의자에 착석하는 HMD가 있는 사용자(5)의 시뮬레이션이 에뮬레이팅될 수 있는 가상 현실 환경에서 힘 피드백을 통해 더 깊은 몰입을 위해 추가로 사용될 수 있다. 시뮬레이팅된 헬리콥터 조종석, 트럭 또는 조작자가 착석하는 의자를 통상적으로 포함하는 임의의 다른 차량 내에 의자가 있는 경우, 각각은 사용자(5)에 대해 에뮬레이팅될 수 있다.
도 73 및 도 74는 사용자(5)에 대한 반동, 충돌, 진동, 힘 피드백 등을 생성하는 선형 모터(500)의 두 위치를 설명하는 데 사용되는 일반적인 의자를 도시한다. 전형적인 의자에서, 사용자(5)는 사용자(5)의 무게를 지탱하는 의자의 후방 및 의자의 바닥과 인터페이싱한다. 본원에 기술된 바와 같이 선형 모터를 변화시킴으로써, 사용자(5)는 게임 플레이 또는 훈련 시뮬레이션 중에 통상적으로 사용할 수 없는 힘 피드백 및 반동 효과를 겪을 수 있다.
도 75는 의자의 후방과 바닥에 연결된 2개의 선형 모터를 도시한다. 이 2개 이상의(도시되지 않음) 선형 모터는 사용자가 훈련 시뮬레이션 또는 게임 플레이에서 인지하는 것과 관련하여 사용자(5)의 가상 현실 경험에 대한 반동 및 힘 피드백 관련 효과를 생성하기 위해 조화롭게 작동할 수 있다.
일 실시 형태에서, 전체의 선형 모터 시스템은 의자 내에 포함되거나 또는 의자에 부착될 수 있다. 이 시스템은 본원에서 설명한 바와 같이, 선형 모터(500), 슬라이딩 매스(600), 기계적 스톱(800), 선형 모터 제어기 및 선형 모터 전원을 포함할 수 있다.
실시 형태에서, 선형 모터 시스템은 본 명세서에 기술된 바와 같이 충돌 스틱의 형태로 부착될 수 있다. 도 76은 사용자(5)에게 상이한 효과(힘 벡터)를 생성하기 위해 상이한 배향으로 부착된 선형 모터의 실시 형태를 도시한다. 일 실시 형태에서, 다중 선형 모터는 의자의 바닥 및 후방에 부착될 수 있다. 실시 형태에서, 선형 모터는 선형 모터(들)의 움직임을 제어하기 위해 특정 미리 설정된 주파수를 변환하는 시뮬레이션 또는 게임으로부터의 음향을 통해 구동될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 선형 모터(들)는 본원에 설명된 메커니즘 및 흐름 다이어그램을 통해 시뮬레이션 또는 게임으로부터 직접 구동될 수 있다. 실시 형태에서, 선형 모터(들)는 의자의 다리에 부착될 수 있다.
부속으로서 선형 모터 시스템
총기 시뮬레이터 본체(20)의 분리가능 부분과 선형 모터 시스템을 사용하는 다양한 이점은 시뮬레이션 훈련 중에 시스템의 실제 총기에 대한 대체물로서 분리가능 섹션을 사용할 때 명확해진다. 예를 들어,도 2 및 도 3을 참조하면, 도 2는 총기의 완전한 조립체이고, 도 3은 도 2의 상부 조립체이다. 도 3에서, 모터는 상부 조립체(120)에 수용되어 하부 조립체(140)와 정합될 수 있다. 선형 모터 시스템을 포함하는 상부 조립체(120)는 시뮬레이션 훈련을 위한 실제 총기의 대체물로서 사용될 수 있다. 상부 조립체(120)는 전술한 바와 같이 목표 도장을 위한 레이저 조립체와 실제 총기를 에뮬레이팅하기 위해 필요한 특징부 세트를 포함한다. 상부 조립체(120)는 또한 에뮬레이팅되는 실제 총기 시스템에 의해 생성된 2차 반력 효과 및 반동 생산을 위한 선형 모터(500)의 움직임을 지시하기 위한 제어기 및 전력 유닛을 포함할 수 있다. 상기 사상을 더 고려하기 위해, 선형 모터 시스템은 분리가능 훈련 피스 또는 키트의 드롭으로 사용하기 위해 일반적인 버트 스톡 하우징(butt stock housing)에 위치할 수 있다.
도 77 및 도 78은 선형 모터 시스템을 포함하는 변형된 버트 스톡(butt stock)을 도시한다. 버트 스톡은 기계적 스톱을 포함하며 모터를 구동하는 데 필요한 제어기 및 전원 장치도 포함될 수 있다. 버트 스톡은 다양한 크기와 형상을 가지며, 선형 모터와 기계적 스톱의 위치와 배치는 이러한 공간 제약을 허용하기 위해 변경될 수 있다. 또한, 버트 스톡 내의 제어기 유닛 및 전원 유닛 위치는 공간 제약을 반영하도록 변경될 수 있다. 마지막으로, 총기 시뮬레이터(20) 또는 실제 총기의 본체에 버트 스톡이 부착되는 최전방 위치는 본체(20) 또는 전형적인 버트 스톡이 부착되는 실제 총기로부터 부속 지점의 요건에 따라 변화할 수 있다.
버트 스톡의 부착 부분에 대한 기준에 대해, 나사산 버터 튜브(230)가 도 79에 도시된다. 따라서 앞의 2개의 도면에서의 부속 지점은 시뮬레이션 훈련을 위한 키트의 드롭으로서 실제 총기의 통상 지점 또는 본체(20)의 지점에 부착되도록 변형될 수 있다.
본원에 기재된 버트 스톡 실시 형태는 배터리, 캐퍼시터 또는 슈퍼-케퍼시터 팩 등과 같이 본원에 언급된 전원 장치에 의해 전원이 공급될 수 있다. 본원에 기재된 버트 스톡 실시 형태는 본원에 기재된 선형 모터 제어기에 의해 제어될 수 있다.
충돌 스틱
도 80은 슬라이딩 매스(600) 및 슬라이딩 매스(600)의 좌측 및 우측에 2 개의 다부분 기계적 스톱과 함께 중공 실린더(충돌 스틱) 내에 수용된 선형 모터(500)를 도시한다. 다부분(다구성요소) 기계적 스톱(800)이 본원에 기재된다. 도 80에 도시된 바와 같이, 선형 모터(500)는 충돌 스틱의 좌측으로 오프셋된다. 사용자(5)는 도 81과 같이 충돌 스틱을 보유할 수 있습니다. 이 오프셋은 중력 효과를 나타내며, 사용자(5)가 효과적으로 충돌 스틱을 보유할 수 있다. 충돌 스틱은 본원에 포함된 모든 효과를 생성할 수 있으며, 반동, 충돌, 진동, 일시적인 진동, 힘 피드백 및 본원에서 설명된 햅틱 효과를 생성할 수 있다.
실시 형태에서, 기계적 스톱(800)은 실질적으로 동일할 수 있다.
실시 형태에서, 기계적 스톱(800)은 선형 모터가 각각의 개별 기계적 스톱에 대한 동일한 힘 대 시간을 적용할지라도, 상이한 힘 대 시간 그래프를 형성하도록 상이한 재료를 사용할 수 있다.
실시 형태에서, 충돌 스틱은 야구 배트, 매직 완드, 테니스 라켓, 크리켓 배트, 풀 스틱, 권투 글러브, 통상적인 게임패드, 양손 잡이 제어기, 낚싯대와 릴, 라이트 세이버, 칼, 넌 척(nunchaku), 골프 클럽, 전기 톱, 도끼, 칼, 경찰 지휘봉, 의자 등과 같은 상이한 주변장치를 에뮬레이팅하는 상이한 하우징 내로 삽입될 수 있다.
실시 형태에서, 충돌 스틱은 게임 플레이를 위한 또 다른 충돌 스틱과 함께 사용될 수 있다.
실시 형태에서, 충돌 스틱은 2개 이상의 추가 충돌 스틱 및 2개 이상의 주변장치 본체와 함께 사용될 수 있다.
실시 형태에서, 충돌 스틱은 본원에 기재된 바와 같이 개별 하우징 내에 또는 단독으로 사용될 수 있는 가상 현실 주변장치일 수 있다.
실시 형태에서, 충돌 스틱의 선형 모터(500)는 무게 중심 조절을 위해 선형 경로의 위 또는 아래로 이동할 수 있다.
실시 형태에서, 충돌 스틱은 훈련 시뮬레이션 또는 게임에 대해 본원에 기재된 바와 같이 추적을 통해 위치 정보를 전송할 수 있다.
실시 형태에서, 충돌 스틱은 무-테터일 수 있고, 선형 모터 시스템: 선형 모터(500), 슬라이딩 매스(600), 기계적 스톱(800), 선형 모터 제어기, 및 전원을 포함할 수 있다.
실시 형태에서, 충돌 스틱은 무-테터일 수 있고 무선 통신 장치를 포함할 수 있다.
실시 형태에서, 충돌 스틱은 본원에 기재된 바와 같이 동일한 메커니즘을 통하여 사용자(5)의 운동을 통해 이의 전원을 충전할 수 있다.
실시 형태에서, 충돌 스틱 실시 형태는 진동, 힘 피드백, 반동 또는 충돌의 생성을 위해 스마트폰 또는 핸드폰 하우징에 적합하도록 충분히 작을 수 있다.
다른 실시 형태에서, 스마트폰 또는 핸드폰 하우징에 적합하도록 충분히 작을 수 있는 충돌 스틱은 본원에 기재된 동일한 메커니즘을 통하여 사용자(5)의 운동을 통해 스마트폰 또는 핸드폰을 충전하기 위하여 사용될 수 있다.
실시 형태에서, 충돌 스틱의 슬라이딩 매스(600)는 복수의 상이한 유형의 자석(네오디늄, 세라믹 등)으로 구성될 수 있다.
실시 형태에서, 충돌 스틱의 슬라이딩 매스(600)는 복수의 상이한 유형의 자석(네오디늄, 세라믹 등)으로 구성될 수 있고, 자석은 슬라이더 내에 반복 패턴을 형성한다(즉, 네오디늄, 세라믹, 네오디늄, 세라믹 등).
실시 형태에서, 충돌 스틱의 슬라이딩 매스(600)는 복수의 상이한 유형의 자석(네오디늄, 세라믹 등)으로 구성될 수 있고, 자석은 슬라이더 내에 불규칙적인 패턴을 형성한다(즉, 세라믹, 네오디늄, 네오디늄, 세라믹 등).
다른 실시 형태에서, 충돌 스틱은 이의 관련 전원 및 통신이 개별 인클로져 상에 또는 내에 배치될 수 있도록 구성된 커넥터 플레이트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이 인클로져는 충돌 스틱이 삽입 또는 이로부터 제거될 수 있는 의자 또는 다른 본체를 포함할 수 있다.
도 82는 제거가능한 케이블 하니스를 통해 의자에 연결될 수 있는 본원에 기술된 충돌 스틱을 포함할 수 있는 VR 주변 장치를 보유하는 사용자(5)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 의자에는 게임이나 시뮬레이션을 실행하는 게이밍 콘솔/컴퓨터 및 충돌 스틱과 통신하고 전원에 대한 필요한 전자 장치 모두를 포함할 수 있다.
실시 형태에서, 본원에 기재된 바와 같이 충돌 스틱은 의자 내로 삽입되고 도 82에 도시된 케이블 하니스로부터 분리되고 VR 주변장치로부터 제거될 수 있다.
실시 형태에서, 본원에 기재된 바와 같이 충돌 스틱은 케이블 하니스를 제거할 필요 없이 의자 내로 삽입되고 VR 주변장치로부터 제거될 수 있다.
도 81은 도 80에 도시된 충돌 스틱을 보유하는 사용자(5)를 도시한다. 사용자(5)는 본원에 기재된 헤드 마운트 디스플레이 또는 다른 가상 현실 디스플레이를 착용할 수 있다. 충돌 스틱의 위치는 위치 추적 및/또는 다른 추적 시스템, 예를 들어, 본원에 기술된 추적 시스템을 통해 모니터링될 수 있다. 사용자(5)가 HMD를 착용하고 있기 때문에, 사용자(5)의 시각적인 현실이 변경된다. 사용자(5)가 충돌 스틱을 보기 위해 아래로 내려다 보면, 그는 예를 들어 테니스 라켓과 같은 앞서 언급한 주변 장치 중 하나를 볼 수 있다. 충돌 스틱(사용자(5)가 물리적으로 충돌 스틱을 보유하고 있는 곳)의 그립이 테니스 라켓의 그립과 실질적으로 유사하다면 사용자(5)는 속임수로 테니스를 잡고 있는 것으로 여겨질 수 있다.
훈련 시뮬레이션 또는 인-게임-플레이는 본원에 기재된 바와 같이 선형 모터가 운동학적으로 이동할 때 더욱 강화될 수 있다. 이 경험은 한손 및 양손으로 주변 장치 또는 대상물의 폭에 적용된다. 예를 들어, 테니스 라켓은 한손 대상물인 것으로 간주될 수 있다. 양손이 사용되기 때문에, 야구 방망이는 양손 대상물로 간주될 수 있다. 이러한 대상물들은 충돌 스틱과의 사용자(5)의 물리적 접촉 지점이 '실제 느낌'을 갖고 성공적으로 물리적인 그립에 의한 감각을 성공적으로 재생하는 한, 충돌 스틱에 이해 성공적으로 에뮬레이팅될 수 있다.
따라서, 일 실시 형태에서, 복수의 그립이 시뮬레이션 또는 게임 플레이에서 에뮬레이팅되는 대상물의 적절한 에뮬레이션을 위해 충돌 스틱에 적용될 수 있다.
도 83은 주변 장치 본체 내로 삽입된 충돌 스틱을 도시한다. 주변 장치 본체에는 유선 또는 무선 형태로 본체로 그리고 본체로부터 전원, 통신, 제어 및 신호 전송을 위한 모든 필요한 요소를 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 충돌 스틱은 그 하우징 실시 형태에 대한 정확한 그립을 포함하는 상이한 하우징에 삽입될 수 있고, 충돌 스틱이 삽입되는 하우징에 적용될 수 있는 복수의 그립을 가질 수 있다. 도 83에 도시된 바와 같이, 좌측으로의 전방 그립 및 우측으로의 후방 그립은 사용자(5)를 속여서 VR에서 시뮬레이팅된 총기/게이밍 건 주변 장치를 보유하고 있다고 생각하게 하는 그립의 예이며, 이는 총기에서 찾을 수 있는 다양한 그립의 정확한 느낌과 배치를 에뮬레이팅하기 때문이다.
스탠딩 및 일시적 제조된 파형
도 55는 선형 모터(500) 및 슬라이딩 매스/로드(600) 조합의 사시도이다.
다양한 실시 형태에서, 슬라이드 모터(500)는 슬라이딩 로드/매스(600)의 소정의 힘, 가속도, 속도, 위치, 모멘텀 및 충돌을 인가/생성하기 위하여 슬라이딩 로드/매스(600)의 다양하고 상이한 소정의 스탠딩 또는 공진 주파수를 생성하도록 소정의 제어 방식으로 슬라이딩 로드/매스(600)가 운동학적으로 이동하도록 프로그래밍될 수 있다. 실시 형태에서, 스탠딩 또는 공진 주파수가 다음의 특정을 가질 수 있다:
(1) 스탠딩 진폭,
(2) 스탠딩 주기, 및
(3) 스탠딩 주파수.
도 56은 진폭(5010)과 같은 변화하는 특성을 갖는 스탠딩 또는 공진 파형(5000)을 도시한다. 도 57은 진폭(6010) 및 주기(6030)의 상이한 특성을 갖는 다양한 일시적 파형(6000)을 도시한다.
도 58은 진폭(5010), 파장(5020) 및 주기(5030)의 일정한 파형 특성을 갖는 다양한 유형의 스탠딩 또는 공진 파형 형태(5000)(사인곡선),(5000')(스텝 또는 직사각형),(5000")(삼각형) 및(5000"')(톱니)를 나타낸다. 파장과 주기는 파의 속도에 따라 서로의 함수이고 포뮬러 파장은 파의 파 주기와 동일하다. 주기는 주파수의 역수와 같다.
다양한 실시 형태에서, 스탠딩 또는 공진 주파수의 원래의 및/또는 상이한 종류는 정현파, 톱니파, 삼각파, 직사각형파 및/또는 스텝 파 기능을 포함하는 정재파 주파수 그룹으로부터 선택될 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 선형 모터(500)는 스탠딩 또는 공진 파형의 유형 또는 종류를 생성하는 것들 간에 전환될 수 있다. 실시 형태에서, 슬라이딩 매스/로드(600)를 제어하는 선형 모터(500)는 복수의 가능한 소정의 스탠딩 또는 공진 주파수의 세트로부터 상이한 스탠딩 또는 공진 주파수를 생성하는 것을 전환하도록 프로그래밍될 수 있으며, 선택은 상이한 게이밍 이벤트(예를 들어, 게이밍 목표 만족 또는 게이밍 목표 실패) 및/또는 상이한 사용자 입력을 기초로 한다.
실시 형태에서, 선형 모터(500)는(1) 스탠딩 진폭, (2) 스탠딩 주기, 및/또는(3) 스탠딩 주파수와 같은 상이한 파형 특성을 갖지만 동일한 유형 또는 종류의 스탠딩 또는 공진 파형을 생성하는 것들 간에 전환될 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 특정 스탠딩 또는 공진 파형의 경우, 선형 모터(500)는 초기 값으로부터 최소 백분율 변화, 예컨대 적어도 5%의 값의 변화에 의해(예를 들어, 스탠딩 진폭이 초기 소정의 스탠딩 또는 공진 진폭 값의 적어도 5%) 초기 소정의 스탠딩 또는 공진 소정의 파형 값으로부터 제2 선택된 소정의 스탠딩 또는 공진 소정의 파형 특성 값으로 파형의 선택된 특성(예를 들어, 진폭, 주기, 주파수)을 변화시킬 수 있다. 실시 형태에서, 백분율의 변화는 스탠딩 또는 공진 파형 특성의 초기 소정의 값으로부터 변화 값으로의 적어도 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 및/또는 99%일 수 있다. 다른 실시 형태에서, 선택된 특성의 변화의 백분율은 최소 변화의 상기 특정된 백분율들 중 임의의 2개 사이(예를 들어, 10% 내지 45% 변화)로부터 선택되는 소정 범위의 백분율 변화 내에 있을 수 있다.
선형 모터(500)는 선형 모터(500)에 의해 생성된 힘, 가속도, 슬라이딩 로드/매스(600)의 무게 중심 위치, 모멘텀 및 충돌의 스탠딩 공진 주파수에 걸쳐 중첩된(superimposed) 힘, 가속도, 슬라이딩 로드/매스(600)의 무게 중심 위치, 모멘텀 및 충돌의 하나 이상의 일시적 진동을 생성하도록 프로그래밍될 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 중첩된 일시적 주파수는 다음의 특정을 가질 수 있다:
(1) 일시적 진폭,
(2) 일시적 주기,
(3) 일시적 주파수,
(4) 중첩의 일시적 기간, 및
(5) 중첩의 일시적 기간들 간의 일시적 기간 간격.
도 59는 가능한 변화하는 파형 특성을 갖는 중첩된 일시적 파형(6000)을 갖지만 일정한 파형 특성을 갖는 다양한 유형의 스탠딩 또는 공진 파형(5000')(사인곡선),(5000')(스텝 또는 직사각형),(5000")(삼각형) 및(5000"')(톱니)를 나타낸다.
선형 모터(500)에 의해 생성된 사인 곡선 공진 또는 스탠딩 파형(5000)의 경우, 선형 모터는 또한 다양한 일시적 파형, 예컨대 파형(6000, 6100, 6200, 6300, 6400)을 생성하도록 프로그래밍될 수 있다.
실시 형태에서, 각각의 일시적 파형(6000, 6100, 6200, 6300, 6400)의 특성(예를 들어, 일시적 파형들 간의 시간 간격과 함께 진폭, 주기, 및 파장)은 다른 생성된 일시적 파형과 실질적으로 동일할 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 각각의 일시적 파형(6000, 6100, 6200, 6300, 6400)의 하나 이상의 특성(예를 들어, 일시적 파형들 간의 시간 간격과 함께 진폭, 주기, 및 파장)은 이의 특성(예를 들어, 일시적 파형들 간의 시간 간격과 함께 진폭, 주기, 및 파장)이 다른 일시적 파형과 동일할 수 있다. 예를 들어, 진폭(6010)은 진폭(6110, 6210, 및/또는 6310)과 동일할 수 있다. 또 다른 예로서, 주기(6020)는 주기(6120, 6220, 및/또는 6320)와 동일할 수 있다. 또 다른 예로서, 파장(6030)은 파장(6130, 6230, 및/또는 6330)과 동일할 수 있다. 또 다른 예로서, 시간 간격(6040)은 간격(6140, 6240, 및/또는 6340)과 동일할 수 있다. 일시적 파형의 유사 예시가 스탠딩 또는 공진 파형(5000', 5000", 5000"')의 중첩을 위해 제공될 수 있다.
다양한 실시 형태에서, 각각의 일시적 파형(6000, 6100, 6200, 6300, 6400)의 하나 이상의 특성(예를 들어, 일시적 파형들 간의 시간 간격과 함께 진폭, 주기, 및 파장)은 하나 이상의 다른 생성된 일시적 파형의 경우 하나 이상의 동일한 각각의 특성(예를 들어, 일시적 파형들 간의 시간 간격과 함께 진폭, 주기, 및 파장)의 각각의 특성으로부터 변화할 수 있다. 예를 들어, 진폭(6010)은 진폭(6110, 6210, 및/또는 6310)과 상이할 수 있다. 또 다른 예로서, 주기(6020)는 주기(6120, 6220, 및/또는 6320)와 상이할 수 있다. 또 다른 예로서, 파장(6030)은 파장(6130, 6230, 및/또는 6330)과 상이할 수 있다. 또 다른 예로서, 시간 간격(6040)은 간격(6140, 6240, 및/또는 6340)과 상이할 수 있다. 일시적 파형의 유사 예시가 스탠딩 또는 공진 파형(5000', 5000", 5000"')의 중첩을 위해 제공될 수 있다.
다양한 실시 형태에서, 선형 모터(500)는(1) 일시적 진폭, (2) 일시적 주기,(3) 일시적 주파수,(4) 일시적 중첩 기간 및/또는(5) 일시적 중첩 기간들 간의 일시적 기간과 같은 상이한 파형 특성을 포함하지만 동일한 유형 또는 종류의 스탠딩 또는 공진 파형을 생성하는 것들 간에 전환될 수 있다. 실시 형태에서, 특정 부과된 일시적 주파수의 경우, 선형 모터(500)는 초기 값으로부터 최소 백분율 변화, 예컨대 적어도 5%의 값의 변화에 의해(예를 들어, 일시적 진폭이 초기 소정의 일시적 진폭 값의 적어도 5% 변화) 초기 소정의 일시적 파형 값으로부터 제2 선택된 소정의 일시적 소정의 파형 특성 값으로 파형의 선택된 특성(예를 들어, 진폭, 주기, 주파수, 중첩 기간, 상이한 일시적 주파수 파형의 부과들 간에 기간)을 변화시킬 수 있다. 실시 형태에서, 백분율의 변화는 일시적 파형 특성의 초기 소정의 값으로부터 변화 값으로의 적어도 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 및/또는 99%일 수 있다. 다른 실시 형태에서, 선택된 특성의 변화의 백분율은 최소 변화의 상기 특정된 백분율들 중 임의의 2개 사이(예를 들어, 10% 내지 45% 변화)로부터 선택되는 소정 범위의 백분율 변화 내에 있을 수 있다.
슬라이딩 매스/로드(600)를 제어하는 선형 모터(500)는 복수의 가능한 소정의 일시적 주파수의 세트로부터 상이한 일시적 주파수를 생성하는 것들 간에 전환 및/또는 생성하도록 프로그래밍될 수 있으며, 선택은 상이한 게이밍 이벤트(예를 들어, 게이밍 목표 만족 또는 게이밍 목표 실패) 및/또는 상이한 사용자 입력을 기초로 한다. 다양한 실시 형태에서, 생성 및/또는 전환은 가상 게이밍 플레이로부터의 충돌을 에뮬레이팅하도록 의도될 수 있다. 충돌은 물질이 겪는 극한의 힘에 대한 용어이다(보통 가속도 대 시간으로 측정됨). 기계적 또는 물리적 충돌은 예를 들어 충돌, 낙하, 킥, 지진 또는 폭발로 인한 갑작스러운 가속도 또는 감속도이다. 본원에 기재된 반동은 충돌의 한 형태이다. 충돌은 피크 가속도, 지속 시간, 그리고 충돌 펄스의 형태(예를 들어, 반 사인, 삼각형, 사다리꼴 등)에 의해 특징지어 질 수 있다. 충돌 응답 스펙트럼은 기계적 충돌을 더 평가하는 방법이다.
실시 형태에서, 슬라이딩 매스/로드 (600)를 제어하는 선형 모터 (500)에 의해 생성된 특정 중첩된 일시적 주파수의 진폭은 시간에 따라 변할 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 진폭은 시간이 지남에 따라 감소하거나, 시간에 따라 증가하거나, 시간에 걸쳐 감소 및 증가할 수 있다.
슬라이딩 매스/로드 (600)를 제어하는 선형 모터 (500)에 의해 생성된 중첩된 일시적 주파수의 주파수는 시간에 따라 변할 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 주파수는 시간이 지남에 따라 감소하거나, 시간에 따라 증가하거나, 시간에 걸쳐 감소 및 증가할 수 있다.
다양한 실시 형태에서, 슬라이딩 매스/로드 (600)를 제어하는 선형 모터 (500)에 의해 생성된 특정 중첩된 일시적 주파수의 진폭의 하나 이상의 상기 특정된 특성은 선형 모터(500)에 의해 생성된 동일한 스탠딩 공진 주파수에 대한 상이한 중첩된 일시적 주파수 간에 변화할 수 있다.
기계적 고장, 오발, 재밍 및 재밍을 야기하거나 또는 야기할 수 있는 발사되는 탄약의 제2 라운드의 공급 고장과 같은 총기 내에서 다양한 비정상적 작동 조건을 시뮬레이팅하기 위하여 일시적 파 기능이 사용될 수 있다.
본 발명의 사용 및 작동 방법에 대한 추가 논의에 관해서는, 상기 설명으로부터 자명해질 것이다. 따라서, 사용 방법 및 작동 방식에 관한 더 이상의 논의되지 않을 것이다.
실시 형태가 다양한 구현 및 이용에 대해 설명되었지만, 이들 실시 형태는 예시적인 것이며 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 다양한 변형, 수정, 추가 및 개선이 가능하다. 또한, 본원 기술된 단계는 임의의 원하는 순서로 수행될 수 있으며, 임의의 원하는 단계가 추가되거나 삭제될 수 있다.
Claims (45)
- 시뮬레이션 시스템으로서,
본체,
2개 이상의 독립 자기 코일 및, 전류가 2개 이상의 독립 자기 코일 중 하나 이상의 자기 코일을 통해 흐를 때 2개 이상의 독립 자기 코일 중 하나 이상의 자기 코일과 자기적으로 상호작용하는 서로 인접하게 선형으로 정렬된 복수의 자석을 갖는 슬라이딩 매스를 가지고, 본체에 부착되는 선형 모터, 및
상기 슬라이딩 매스가 햅틱 효과를 시뮬레이팅하는 본체 상에서 힘을 생성하도록 2개 이상의 독립 자기 코일 중 하나 이상하나 이상로 흐르는 전류를 제어함으로써 슬라이딩 매스의 운동을 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템. - 제1항에 있어서, 제어기는 슬라이딩 매스의 운동을 유도하는 프로그래밍된 임펄스 값을 갖는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제1항에 있어서, 햅틱 효과는 시뮬레이팅된 총기 반동력, 게이밍 총기 효과, 및 게이밍 주변장치 효과 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제1항에 있어서, 햅틱 효과는 라이플, 권총, 중화기, 반자동 화기, 및 자동 화기 중 하나 이상에 대한 총기 반동력인 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제1항에 있어서, 기계적 스톱을 추가로 포함하고, 슬라이딩 매스는 햅틱 효과를 시뮬레이팅하기 위하여 기계적 스톱에 대해 구동되는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제1항에 있어서, 기계적 스톱은 슬라이딩 매스의 방향과 상이한 방향으로 힘의 일부를 전달하는 비스듬한 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제1항에 있어서, 본체는 권총이고 선형 모터와 슬라이딩 매스가 개시 위치에 배열될 때 이의 무게 중심이 권총의 무게 중심과 정렬되는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제1항에 있어서, 본체는 라이플이고, 선형 모터와 슬라이딩 매스가 개시 위치에 배열될 때 이의 무게 중심이 라이플의 무게 중심과 정렬되는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제1항에 있어서, 제어기 및 선형 모터 중 하나 이상에 전력을 공급하는 전력 유닛을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제9항에 있어서, 전력 유닛은 선형 모터에 부착된 제어기에 공급되기 전에 전압을 승압하기 위해 회로에 제공된 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 시뮬레이션 시스템으로서,
본체,
본체에 부착된 선형 모터 - 선형 모터는 슬라이딩 매스를 제어함 - ,
슬라이딩 매스가 햅틱 효과를 시뮬레이팅하는 본체 상에서 힘을 생성하도록 슬라이딩 매스의 운동을 제어하는 제어기를 포함하고,
선형 모터는 슬라이딩 매스에 자기적으로 결합되고 근접하게 이격되며 서로 종방향으로 정렬된 복수의 독립적으로 제어가능한 자기 코일을 포함하고, 슬라이딩 매스는 복수의 종방향으로 정렬된 인접한 자석을 포함하고, 선형 모터는 복수의 독립적으로 제어가능한 자기 코일 내의 특정 코일에 복수의 자석 내의 특정 자석의 근접과 관련하여 개별 독립적으로 제어가능한 코일을 통한 전류를 변화시킴으로써 자석의 슬라이딩 매스의 운동을 야기하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템. - 제11항에 있어서, 제어기는 슬라이딩 매스의 운동을 유도하는 프로그래밍된 임펄스 값을 갖는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제11항에 있어서, 햅틱 효과는 시뮬레이팅된 총기 반동력, 게이밍 총기 효과, 및 게이밍 주변장치 효과 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제11항에 있어서, 햅틱 효과는 라이플, 권총, 중화기, 반자동 화기, 및 자동 화기 중 하나 이상에 대한 총기 반동인 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제11항에 있어서, 본체는 권총, 라이플, 자동 화기, 반자동 화기, 완드, 쇼크 스틱(shock stick), 테니스 라켓, 골프 클럽, 배트, 글러브, 의자, 크리켓 배트, 풀 스틱, 권투 글러브, 게임패드, 게이밍 제어기, 양손 제어기, 낚싯대와 릴, 라이트 세이버, 검, 넌 척(nun chuck), 전기 톱, 도끼, 칼, 경찰 지휘봉, 할로(halo) 플라즈마 건, 하키 스틱, 레이저 건, 배드민턴 라켓 및 활과 화살 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제11항에 있어서, 기계적 스톱을 추가로 포함하고, 슬라이딩 매스는 햅틱 효과를 시뮬레이팅하기 위하여 기계적 스톱에 대해 구동되는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제16항에 있어서, 기계적 스톱은 슬라이딩 매스의 방향과 상이한 방향으로 힘의 일부를 전달하는 비스듬한 표면을 포함하는 시뮬레이션 시스템.
- 제17항에 있어서, 힘은 본체를 보유하는 사람에 대해 실질적으로 수직으로 및 본체를 보유하는 사람을 향하여 전달되는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제16항에 있어서, 기계적 스톱은 이 기계적 스톱이 다른 기계적 스톱과 상호교체가능하도록 본체에 분리가능하게 고정되는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제19항에 있어서, 다른 기계적 스톱은 상이한 시뮬레이션 효과가 사용자에 의해 느껴지도록 기계적 스톱과 상이한 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제16항에 있어서, 슬라이딩 매스의 충돌의 각도는 상이한 시뮬레이션 효과가 사용자에게 느껴지도록 기계적 스톱이 변화하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제21항에 있어서, 기계적 스톱은 수동 조절가능하고 및 자동 조절가능한 것 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제11항에 있어서, 본체는 권총이고 선형 모터와 슬라이딩 매스가 개시 위치에 배열될 때 이의 무게 중심이 권총의 무게 중심과 정렬되는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제11항에 있어서, 본체는 라이플이고, 선형 모터와 슬라이딩 매스가 개시 위치에 배열될 때 이의 무게 중심이 라이플의 무게 중심과 정렬되는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제11항에 있어서, 본체는 M4 라이플 본체인 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제11항에 있어서, 본체는 중화기이고 선형 모터와 슬라이딩 매스가 개시 위치에 배열될 때 이의 무게 중심이 중화기의 무게 중심과 정렬되는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제26항에 있어서, 본체는 M2 중화기 본체인 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제11항에 있어서, 제어기 및 선형 모터 중 하나 이상에 전력을 공급하는 전력 유닛을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제28항에 있어서, 전력 유닛은 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제28항에 있어서, 전력 유닛과 제어기 중 하나 이상이 전력 코드에 의해 본체에 테터링되고(tether) 본체의 외부에 있는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제28항에 있어서, 전력 유닛과 제어기 중 하나 이상이 코드 없이 본체에 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제28항에 있어서, 전력 유닛은 선형 모터에 부착된 제어기에 공급되기 전에 전압을 승압하기 위해 회로에 제공된 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제11항에 있어서, 제어기는 메인 배터리가 제거 및 배출 중 하나일 때 제어기 로직 회로에 전력을 제공하는 에너지 저장 장치를 포함하는 시뮬레이션 시스템.
- 제28항에 있어서, 전력 유닛은 슈퍼 캐퍼시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제28항에 있어서, 전력 유닛은 배터리 및 슈퍼 캐퍼시터 하이브리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제11항에 있어서, 선형 모터는 전류 흐름의 방향 및 양 중 하나 이상 및 타이밍과 관련된 각각 독립적으로 제어가능한 복수의 독립적으로 제어가능한 자기 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제11항에 있어서, 선형 모터는 2개 이상의 독립적으로 제어가능한 자기 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제11항에 있어서, 선형 모터는 서로 종방향으로 정렬되고 밀접하게 이격된 복수의 독립적으로 제어가능한 자기 코일을 포함하고, 2개 이상의 인접한 독립적으로 제어가능한 자기 코일은 상반되게 분극된 자기장을 생성하기 위해 에너자이징되는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 삭제
- 시뮬레이션 시스템으로서,
사용자와 통신하는 시각 디스플레이;
슬라이딩 매스를 갖는 선형 모터 및 본체를 포함하는 주변장치, 상기 선형 모터는 슬라이딩 매스에 자기적으로 결합되고 근접하게 이격되며 서로 종방향으로 정렬된 복수의 독립적으로 제어가능한 자기 코일을 포함하고, 슬라이딩 매스는 복수의 종방향으로 정렬된 인접한 자석을 포함하고, 선형 모터는 복수의 독립적으로 제어가능한 자기 코일 내의 특정 코일에 복수의 자석 내의 특정 자석의 근접과 관련하여 개별 독립적으로 제어가능한 코일을 통한 전류를 변화시킴으로써 자석의 슬라이딩 매스의 운동을 야기하고;
주변장치의 운동 및 사용자의 운동 중 하나 이상을 모니터링하는 추적 시스템;
시뮬레이션을 구현하고, 시각 디스플레이에 시뮬레이션으로부터 출력 이미지를 제공하고 추적 시스템으로부터 일련의 위치 데이터를 이용하여 이미지를 업데이트하는 컴퓨터 시스템을 포함하고, 위치 데이터는 주변장치의 운동 및 사용자의 운동 중 하나 이상에 대응하고,
상기 컴퓨터 시스템은 시뮬레이션과 관련된 햅틱 효과를 시뮬레이팅하는 본체 상에서 힘을 생성하는 슬라이딩 매스를 제어하는 제어 시스템과 통신하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템. - 제40항에 있어서, 시각 디스플레이는 사용자에게 부착될 수 있는 헤드 장착 디스플레이인 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제40항에 있어서, 시각 디스플레이는 사용자의 눈에 직접 이미지를 제공하는 투사 기반 시스템인 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제 1항에 있어서, 복수의 자석은 유사한 극이 유사한 극을 향하도록 슬라이딩 매스 상에 배열되는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제 11항에 있어서, 복수의 자석은 유사한 극이 유사한 극을 향하도록 슬라이딩 매스 상에 배열되는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
- 제 40항에 있어서, 상기 복수의 자석은 유사한 극이 유사한 극을 향하도록 슬라이딩 매스 상에 배열되는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
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