KR200199065Y1

KR200199065Y1 - Motion system with two degrees of freedom

Info

Publication number: KR200199065Y1
Application number: KR2020000009211U
Authority: KR
Inventors: 전용민; 홍경의
Original assignee: 다모테크놀러지주식회사
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2000-10-02
Also published as: KR20000049497A

Abstract

본 고안은 모의훈련이나, 가상현실용 게임에 적용되는 2자유도 운동시스템 장치에 관한 것으로, 상판의 슬라이드운동이 원활히 이루어질 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to a two degree of freedom exercise system device that is applied to simulation training or a virtual reality game, so that the slide motion of the top plate can be performed smoothly.

이를 위해, 본체역할을 하는 베이스(1)와, 상기 베이스에 나란히 고정 설치된 한 쌍의 가이드레일(2)과, 상기 가이드레일에 끼워져 수평 운동하는 슬라이더(3)와, 상기 베이스에 고정 설치되어 로드가 슬라이더에 연결된 직선운동용 액튜에이터(4)와, 상기 슬라이더에 축(7)을 중심으로 회동가능하게 힌지 결합된 상판(6)과, 상기 가이드레일과 평행하게 베이스에 고정된 보조 가이드레일(10)과, 상기 슬라이드로부터 연장되어 보조 가이드레일에 끼워진 보조 슬라이더(9)와, 상기 보조 슬라이더와 상판사이에 연결되게 설치되어 상판을 회동시키는 회전운동용 액튜에이터(8)로 구성된 것이다.To this end, a base 1 serving as a main body, a pair of guide rails 2 fixedly installed side by side on the base, a slider 3 fitted to the guide rails and horizontally moving, and a rod fixedly mounted on the base Actuator 4 for linear movement connected to the slider, an upper plate 6 hingedly rotatable about the axis 7 to the slider, and an auxiliary guide rail 10 fixed to the base in parallel with the guide rail. ), An auxiliary slider 9 extending from the slide and fitted to the auxiliary guide rail, and an actuator 8 for rotational movement installed between the auxiliary slider and the upper plate to rotate the upper plate.

Description

Motion System with two degrees of freedom

본 고안은 모의훈련이나, 가상현실용 게임에 적용되는 2자유도 운동시스템 장치에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 상판의 슬라이드운동이 원활히 이루어질 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to a two-degree-of-freedom exercise system device that is applied to simulation training or virtual reality games, and more specifically, to smoothly perform the top plate slide movement.

일반적으로 2자유도 운동은 상판이 정면축(X축)에 대하여 회전하는 회전운동(롤운동)과, 측면축(Y축)에 대하여 회전하는 회전운동(피치운동)으로 대별된다.In general, two degrees of freedom motion is roughly divided into a rotational movement (roll movement) in which the top plate rotates about the front axis (X axis), and a rotational movement (pitch movement) in which it rotates about the side axis (Y axis).

이러한 운동시스템을 모의훈련이나, 가상현실용 게임에 적용할 경우에는 모의 재현하고자 하는 대상운동체, 예를 들어 자동차, 탱크, 항공기, 선박 등의 가감속운동이 전체 운동부분의 약 40%를 차지하는 중요한 요소인데도 불구하고 이러한 부분을 적절하게 표현할 수 있는 수단이 강구되어 있지 않아 이를 실현하는데 한계가 있었다.When applying such exercise system to simulation training or virtual reality game, the acceleration / deceleration movement of the target vehicle to be simulated, for example, car, tank, aircraft, ship, etc. takes about 40% of the whole movement part. Despite the fact that it is an element, there is a limit to the realization because there is no means to properly express such a part.

또한, 구조적인 측면에 있어서도 운동재현을 위한 축의 위치가 수직형으로 설치되는 경우가 대부분으로 구동시 축방향의 힘을 크게 받아 가진형 액튜에이터나 이를 부착하는 부품들에 대하여 큰 응력을 갖게 되므로 구조적인 취약점으로 작용되어 초기 설계시 내구성을 향상시키기 위해 부품의 크기를 필요 이상으로 확대하여야 되었음은 물론 강도가 큰 고가의 재질을 사용하여야 되었으므로 제작원가가 상승되는 문제점이 있었다.In addition, in terms of structural aspects, the position of the axis for reproducing the movement is generally installed vertically. As a result, a large stress is applied to a type actuator having a large axial force during driving or components to which the shaft is attached. In order to improve durability during initial design, the size of parts had to be enlarged more than necessary, and expensive materials with high strength had to be used.

본 고안은 종래의 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 2개의 액튜에이터를 이용하여 상판이 적절히 가감속되면서 롤운동은 물론 회전운동을 재현할 수 있는 2자유도 운동시스템 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve such a problem in the prior art, by using two actuators to provide a two-degree of freedom movement system device that can reproduce the rotational movement as well as the roll movement while the top plate is properly accelerated and decelerated There is this.

본 고안의 다른 목적은 롤운동과 회전운동이 동시에 수행되도록 하여 기존의 장치와는 전혀 다른 운동을 재현할 수 있도록 하는데 있다.Another object of the present invention is to allow a roll motion and a rotary motion to be performed at the same time to reproduce a completely different movement from the existing device.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 형태에 따르면, 본체역할을 하는 베이스와, 상기 베이스에 나란히 고정 설치된 한 쌍의 가이드레일과, 상기 가이드레일에 끼워져 수평 운동하는 슬라이더와, 상기 베이스에 고정 설치되어 로드가 슬라이더에 연결된 직선운동용 액튜에이터와, 상기 슬라이더에 축을 중심으로 회동가능하게 힌지 결합된 상판과, 상기 가이드레일과 평행하게 베이스에 고정된 보조 가이드레일과, 상기 슬라이드로부터 연장되어 보조 가이드레일에 끼워진 보조 슬라이더와, 상기 슬라이더와 함께 수평 이동가능하게 설치되어 로드가 상판에 연결되어 상판을 회동시키는 회전운동용 액튜에이터로 구성된 것을 특징으로 하는 2자유도 운동시스템 장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, a base serving as a main body, a pair of guide rails fixedly installed side by side to the base, a slider fitted to the guide rail and horizontal movement, and is fixed to the base A linear motion actuator having a rod connected to the slider, an upper plate hingedly pivotally coupled to the slider, an auxiliary guide rail fixed to the base in parallel with the guide rail, and extending from the slide to the auxiliary guide rail. There is provided a two-degree of freedom exercise system device comprising an auxiliary slider fitted and a rotary actuator installed to be movable horizontally together with the slider, the rod being connected to the top plate to rotate the top plate.

도 1은 본 고안의 구성을 나타낸 사시도1 is a perspective view showing the configuration of the subject innovation

도 2a 및 도 2b는 본 고안의 측면도로서,2A and 2B are side views of the present invention,

도 2a는 상판이 수평상태를 유지하고 베이스의 중간부위에 위치된 상태도Figure 2a is a state in which the top plate is positioned horizontally and located in the middle of the base

도 2b는 수평상태의 상판이 직선운동용 액튜에이터의 구동으로 이송된 상태도Figure 2b is a state in which the upper plate in the horizontal state is transferred by the drive of the actuator for linear motion

도 3a 및 도 3b는 도 2a의 종단면도로서,3A and 3B are longitudinal cross-sectional views of FIG. 2A;

도 3a는 상판이 수평상태를 유지한 상태도3A is a state diagram in which the top plate maintains a horizontal state

도 3b는 상판이 회전운동용 액튜에이터에 의해 일측으로 기울어진 상태도Figure 3b is a state in which the top plate is inclined to one side by the actuator for rotational movement

도 4는 도 3a의 A - A선 단면도4 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG. 3A

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※※ Explanation of symbols about main part of drawing ※

1 : 베이스 2 : 가이드레일1: Base 2: Guide rail

3 : 슬라이더 4 : 직선운동용 액튜에이터3: slider 4: linear actuator

6 : 상판 8 : 회전운동용 액튜에이터6: top plate 8: actuator for rotary motion

9 : 보조 슬라이더 10: 보조 가이드레일9: auxiliary slider 10: auxiliary guide rail

11a, 11b : 슬라이딩 로울러11a, 11b: sliding roller

이하, 본 고안을 일 실시예로 도시한 도 1 내지 도 4를 참고하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to Figures 1 to 4 showing the present invention as an embodiment in more detail as follows.

도 1은 본 고안의 구성을 나타낸 사시도이고 도 2a 및 도 2b는 본 고안의 측면도이며 도 3a 및 도 3b는 도 2a의 종단면도로서, 본 고안은 본체역할을 하는 베이스(1)에 한 쌍의 가이드레일(2)이 나란히 고정 설치되어 있고 상기 가이드레일에는 상기 가이드레일을 따라 수평 운동하는 슬라이더(3)가 끼워져 있다.1 is a perspective view showing the configuration of the present invention and Figures 2a and 2b is a side view of the present invention and Figures 3a and 3b is a longitudinal cross-sectional view of Figure 2a, the present invention is a pair of the base (1) acting as the main body The guide rails 2 are fixedly installed side by side, and the slider 3 is fitted with horizontal movement along the guide rails.

그리고 상기 베이스(1)의 상면에 직선운동용 액튜에이터(4)가 고정 설치되어 로드(4a)가 슬라이더(3)의 끝단에 고정되어 있고 상기 슬라이더(3)에는 상판(6)의 중심부가 축(7)을 중심으로 좌,우로 회동가능하게 힌지 결합되어 있다.The actuator 4 for linear motion is fixedly installed on the upper surface of the base 1 so that the rod 4a is fixed to the end of the slider 3, and the central portion of the upper plate 6 is attached to the slider 3 by the shaft ( 7) It is hinged to rotate left and right around.

상기 상판(6)의 수평운동 거리는 직선운동용 액튜에이터(4)의 길이변화에 따라 변화시킬 수 있게 됨은 물론 직선운동용 액튜에이터의 가감속운동에 따라 속도를 재현할 수 있게 되어 있다.The horizontal movement distance of the upper plate 6 can be changed according to the length change of the linear actuator 4, as well as the speed can be reproduced according to the acceleration and deceleration movement of the linear actuator.

또한, 상기 슬라이드(3)에는 상기 슬라이더와 함께 수평 이동하면서 상판(6)을 회동시키는 회전운동용 액튜에이터(7)가 설치되어 로드(8a)가 상판(6)에 힌지 연결되어 있는데, 상기 상판(6)의 회동량 또한 회전운동용 액튜에이터(7)의 길이변화에 따라 변화시킬 수 있게 됨은 물론 회전운동용 액튜에이터(7)의 가감속운동에 따라 속도를 재현할 수 있게 되어 있다.In addition, the slide 3 is provided with a rotary motion actuator 7 for rotating the upper plate 6 while moving horizontally with the slider, the rod 8a is hinged to the upper plate 6, the upper plate ( The rotation amount of 6) can also be changed according to the change in the length of the actuator 7 for rotational movement, and of course, the speed can be reproduced according to the acceleration / deceleration movement of the actuator 7 for rotational movement.

상기 회전운동용 액튜에이터(7)를 슬라이더(3)에 직접 설치하여도 되지만, 본 고안의 일 실시예에서는 상판(6)의 직선 및 회동운동이 보다 원활히 이루어지도록 슬라이더(3)의 일측으로 상기 슬라이드로부터 연장되게 보조 슬라이더(9)를 형성하여 상기 보조 슬라이더(9)상에 회전운동용 액튜에이터(7)를 설치하도록 되어 있다.The rotary motion actuator 7 may be directly installed on the slider 3, but in one embodiment of the present invention, the slide to the one side of the slider 3 so that the linear and rotational motion of the upper plate 6 is more smoothly performed. The auxiliary slider 9 is formed so as to extend from the top, and the actuator 7 for rotational movement is provided on the auxiliary slider 9.

이러한 경우, 상판(6)의 회동운동시 힘(반작용)이 가해지는 보조 슬라이더(9)의 수평운동이 원활히 이루어지도록 상기 가이드레일(2)의 일측으로 가이드레일과 평행하게 보조 가이드레일(10)을 베이스(1)에 고정하여 보조 슬라이더(9)의 일단이 보조 가이드레일(10)에 끼워지도록 되어 있다.In this case, the auxiliary guide rail 10 is parallel to the guide rail to one side of the guide rail 2 so that horizontal movement of the auxiliary slider 9 to which a force (reaction) is applied during the rotational movement of the upper plate 6 is smoothly performed. Is fixed to the base 1 so that one end of the auxiliary slider 9 is fitted to the auxiliary guide rail 10.

또, 상기 슬라이더(3) 및 보조 슬라이더(9)에 각각 슬라이딩 로울러(11a)(11b)가 회전가능하게 설치되어 상기 슬라이딩 로울러가 각각 가이드레일(2) 및 보조 가이드레일(10)에 끼워져 있는데, 이는 슬라이더(3)의 수평운동시 가이드레일(2) 및 보조 가이드레일(10)과의 마찰저항을 최소화하여 슬라이더(3)의 수평운동이 원활히 이루어지도록 하기 위함이다.Further, sliding rollers 11a and 11b are rotatably installed on the slider 3 and the auxiliary slider 9, respectively, so that the sliding rollers are fitted to the guide rails 2 and the auxiliary guide rails 10, respectively. This is to minimize the frictional resistance between the guide rail 2 and the auxiliary guide rail 10 during the horizontal movement of the slider 3 so that the horizontal movement of the slider 3 is smoothly performed.

상기 직선운동용 액튜에이터(4)는 필요에 따라 공압 또는 유압에 의해 동작하는 실린더, 모터의 구동에 따라 회전하는 볼스크류 등을 적용할 수 있지만, 회전운동용 액튜에이터(8)는 모터의 구동에 따라 회전하는 볼스크류를 적용하는데 구조적으로 한계가 있으므로 공압 또는 유압에 의해 동작하는 실린더를 적용하는 것이 바람직하다.The linear motion actuator 4 may apply a cylinder operated by pneumatic or hydraulic pressure, a ball screw that rotates according to the driving of the motor, if necessary, but the rotary motion actuator 8 may be driven by the driving of the motor. Since there is a structural limitation in applying a rotating ball screw, it is preferable to apply a cylinder operated by pneumatic or hydraulic pressure.

그러나 상판(6)의 회동운동량이 적은 경우에는 회전운동용 액튜에이터(8) 대신 모터의 구동에 따라 회전 운동하는 캠을 적용할 수도 있으나, 캠을 실린더와 같이 일측에만 설치할 경우에는 캠이 설치된 반대편으로 하중이 작용할 때 상판이 일측으로 넘어지는 문제점이 야기되어 캠을 상판(6)의 양측에 설치하여야 하므로 구조적으로 불리하고 소음 및 내구성이 떨어지지만 본 고안을 실현하는데는 문제가 없다.However, when the amount of rotational movement of the upper plate 6 is small, a cam that rotates in accordance with the driving of the motor may be applied instead of the actuator 8 for rotational movement. However, when the cam is installed only on one side such as a cylinder, the cam is installed on the opposite side. When the load is applied, the problem is that the top plate falls to one side, so the cam must be installed on both sides of the top plate 6, which is structurally disadvantageous and noise and durability are deteriorated, but there is no problem in realizing the present invention.

이와 같이 구성된 본 고안의 작용을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the present invention configured as described above are as follows.

먼저, 원하는 모의훈련이나, 가상현실용 게임에 따라 직선운동용 액튜에이터(4)와, 회전운동용 액튜에이터(8)의 길이를 적절히 선택하여 본 고안을 구성한다.First, the present invention is constructed by appropriately selecting the lengths of the linear motion actuator 4 and the rotary motion actuator 8 according to the desired simulation training or virtual reality game.

이러한 직선운동용 액튜에이터(4)와, 회전운동용 액튜에이터(8)의 길이는 슬라이더(3)의 속도 또는 상판(6)의 각속도 및 경사각도에 의해 재현될 수 있다.The length of the linear motion actuator 4 and the rotary motion actuator 8 can be reproduced by the speed of the slider 3 or the angular speed and the inclination angle of the upper plate 6.

하지만, 운동시스템의 운동영역의 한계로 직선운동용 액튜에이터(4)와, 회전운동용 액튜에이터(8)에 의한 100% 운동재현은 불가능하다.However, 100% movement reproduction by the linear motion actuator 4 and the rotary motion actuator 8 is impossible due to the limitation of the motion area of the motion system.

따라서 대상운동을 적절한 운동시스템 재현용 운동으로 변환시켜야 된다.Therefore, it is necessary to convert the target motion into a proper exercise system reproduction exercise.

이는, 인간공학적 직선운동이나, 회전운동의 감지한계를 정의하여 감지한계 내에서만 상판(6)이 운동하도록 제어부(도시는 생략함)에 의해 운동명령을 하이패스 필터링하도록 설정하여야 된다.It should be set to define a detection limit of ergonomic linear motion or rotational motion to high pass filter the motion command by a controller (not shown) so that the top plate 6 moves only within the detection limit.

또한, 대상운동체(상판)의 지속 및 연속성 운동을 재현하기 위해 운동영역 범위를 확보하여야 되는데, 이는 운동시스템의 복귀성을 계속 유지하여야 되므로 운동 복귀특성을 갖는 1차적 하이패스 필터를 추가로 이용하여 직선운동용 액튜에이터(4)와, 회전운동용 액튜에이터(8)의 복귀 길이명령을 지시하도록 설정하여야 된다.In addition, in order to reproduce the continuous and continuous motion of the target body (top plate), the range of motion area should be secured. This is because the resilience of the exercise system must be maintained. It should be set so as to instruct the return length command of the linear motion actuator 4 and the rotary motion actuator 8.

이러한 상태에서 상판(6)을 수평운동시키기 위해 직선운동용 액튜에이터(4)가 구동하여 로드(4a)를 전진시키거나, 후퇴시키면 슬라이더(3)가 가이드레일(2)을 따라 수평운동하게 되는데, 상기 직선운동용 액튜에이터(4)의 구동속도를 가감시키면 상기 슬라이더(3)의 수평 이동속도가 증감된다.In this state, when the linear actuator 4 is driven to move the rod 4a forward or retreat, the slider 3 moves horizontally along the guide rail 2 in order to horizontally move the upper plate 6. When the driving speed of the linear actuator 4 is increased or decreased, the horizontal movement speed of the slider 3 is increased or decreased.

상기한 바와 같은 동작시 슬라이더(3)가 가이드레일(2)에 슬라이딩 로울러(11a)로 결합되어 있어 마찰저항이 최소화되므로 슬라이더의 수평운동이 원활히 이루어지게 되며, 보조 슬라이더(9)에 고정 설치된 회전운동용 액튜에이터(8)는 구동하지 않으므로 상판(6)이 좌우로 회동하지 않는다.In the above operation, the slider 3 is coupled to the guide rail 2 by the sliding roller 11a, so the frictional resistance is minimized, so that the horizontal movement of the slider is performed smoothly, and the rotation is fixed to the auxiliary slider 9. Since the exercise actuator 8 does not drive, the upper plate 6 does not rotate left and right.

한편, 직선운동용 액튜에이터(4)가 구동되지 않는 상태에서 보조 슬라이더(9)에 설치된 회전운동용 액튜에이터(8)가 구동하여 로드(8a)가 전진시키거나, 후퇴시키면 상기 로드에 힌지 결합된 상판(6)이 슬라이더(3)와 축(7)을 중심으로 회동가능하게 힌지 결합되어 있어 로드(8a)의 전진이나 후퇴량만큼의 범위내에서 안정되게 회동운동을 하게 된다.On the other hand, when the linear motion actuator 4 is not driven, the rotary motion actuator 8 installed on the auxiliary slider 9 is driven so that the rod 8a is moved forward or retracted, and the upper plate hinged to the rod. (6) is hinged rotatably about the slider (3) and the shaft (7) so that the pivoting motion is stably within the range of the forward or backward amount of the rod (8a).

상기한 바와 같이 직선운동용 액튜에이터(4)와 회전운동용 액튜에이터(8)의 구동에 따라 직선운동 및 회동운동을 하는 상판(6)이 직선운동용 액튜에이터(4)와 회전운동용 액튜에이터(8)가 동시에 구동하면 상기 상판(6)은 직선운동용 액튜에이터(4)의 구동에 따라 가이드레일(2)을 수평운동하는 동안 회전운동용 액튜에이터(8)의 구동에 따라 축(7)을 중심으로 일정 범위내에서 회동운동을 하게 되므로 자동차, 탱크, 항공기, 선박 등의 모의훈련이나, 가상현실용 게임에 유용하게 적용할 수 있게 되는 것이다.As described above, the upper plate 6 which performs linear motion and rotational motion in accordance with the driving of the linear motion actuator 4 and the rotational motion actuator 8 includes the linear motion actuator 4 and the rotational motion actuator 8. Is driven at the same time, the upper plate (6) is fixed about the axis (7) in accordance with the drive of the rotary motion actuator (8) during the horizontal movement of the guide rail (2) in accordance with the drive of the linear motion actuator (4) Since the movement is within the scope, it can be usefully applied to simulation training of cars, tanks, aircraft, ships, and games for virtual reality.

이상에서와 같이 본 고안은 종래의 장치에 비하여 다음과 같은 장점을 갖는다.As described above, the present invention has the following advantages over the conventional apparatus.

첫째, 상판(6)의 직선운동 범위 및 회동운동 범위를 직선운동용 액튜에이터(4)와, 회전운동용 액튜에이터(8)의 운용길이에 따라 자유롭게 확보할 수 있게 되므로 적용 범위를 보다 확대할 수 있게 된다.First, the range of linear motion and rotational motion of the upper plate 6 can be freely secured according to the operating length of the linear motion actuator 4 and the rotary motion actuator 8 so that the application range can be further expanded. do.

둘째, 상판(6)의 수평방향의 운동을 재현할 수 있게 되므로 수직 하중에 대한 구조물의 내구성을 증대시키게 된다.Secondly, the horizontal motion of the upper plate 6 can be reproduced, thereby increasing the durability of the structure against the vertical load.

셋째, 슬라이더(3) 및 보조 슬라이더(9)가 가이드레일(2) 및 보조 가이드레일(10)에 슬라이딩 로울러(11a)(11b)에 의해 끼워져 있어 방향 전환에 따른 마찰 관성을 최소화하게 되므로 운동의 효율성을 증대시킴은 물론 구동시 소음 발생을 최소화하게 된다.Third, the slider 3 and the auxiliary slider 9 are fitted to the guide rail 2 and the auxiliary guide rail 10 by sliding rollers 11a and 11b, thereby minimizing frictional inertia due to the change of direction. In addition to increasing efficiency, it also minimizes noise generation during operation.

Claims

A base acting as a main body, a pair of guide rails fixed to the base side by side, a slider fitted to the guide rail to move horizontally, a linear motion actuator fixed to the base and connected to a slider, and the slider A two-degree of freedom exercise system device comprising a top plate that is hinged rotatably about an axis, and a rotary actuator installed horizontally together with the slider to connect a rod to the top plate to rotate the top plate.

The method of claim 1,

A two degree of freedom exercise system device characterized in that the actuator for rotational movement is installed on the auxiliary slider by fixing the auxiliary slider to one side of the slider.

The method of claim 2,

And an auxiliary guide rail installed in parallel with the guide rail on the base such that the auxiliary slider is fitted to the auxiliary guide rail.

The method of claim 1,

And a sliding roller is rotatably installed on the slider so that the sliding roller is fitted to the guide rail.

The method of claim 2 or 3,

And a sliding roller rotatably installed on the auxiliary slider so that the sliding roller is fitted to the auxiliary guide rail.