KR20020071253A

KR20020071253A - 리니어모터를 이용한 3차원 공간이동형 시뮬레이터

Info

Publication number: KR20020071253A
Application number: KR1020010011266A
Authority: KR
Inventors: 성윤모
Original assignee: (주)브이알시스템
Priority date: 2001-03-05
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2002-09-12

Abstract

본 발명은 리니어모터를 이용한 3D 공간이동형 시뮬레이터에 관한 것이다. 본 시뮬레이터는 3차원 공간이동을 유영하기 위한 공간을 고정프레임으로 확보하는 본체와, 게임머를 착석시키고, 소정의 영상이미지에 따라 3차원공간을 추종하는 궤적이동용 모션플렛폼과, 반원형상을 갖고 상기 고정프레임에 상호 수평과 수직으로 회동가능하게 설치되어 그의 교차점에 상기 모션플렛폼을 배치하고, 모션플렛폼을 상기 영상이미지의 3차원 공간으로 맵핑가능하게 안내하는 XY축의 공간이동가이더와, 상기 반원형상의 공간이동가이더와 일체형으로 각각 결합되어 하나의 구형상을 이루며, 상기 공간이동가이더를 X,Y축의 원주방향으로 구동하기 위한 한쌍의 XY리니어모터가 설치된 구동가이더와, 상기 구동가이더의 내측 원주면을 따라 배치되어 있으며 상기 영상이미지가 투영되는 스크린을 포함한다. 이에 따라, 2차원의 평면공간을 위한 X,Y 공간이동가이더와 구동가이더를 구비하여 3차원의 입체공간을 거의 완벽하게 구현하기 때문에 제조공정과 시간을 단축시키고, 그에 따른 경제적인 비용을 줄일 수 있다.

Description

리니어모터를 이용한 3차원 공간이동형 시뮬레이터{3 DIMENSION SIMULATOR FOF THR LINEAR MOTOR}

본 발명은 게임용 시뮬레이터에 관한 것으로 게임머가 게임용 스크린상에 나타나 있는 게임공간 속에서 게임을 하는 것과 같은 효과를 느낄 수 있는 리니어모터를 이용한 3D 공간이동형 시뮬레이터에 관한 것이다.

일반적으로 시뮬레이터는 실제상황과 거의 유사하게 테스터를 할 수 있도록 한 것으로써, 전체를 개념적인 의미로 모델화하여 외부적인 환경변수에 적응하도록 하고, 그 환경적인 요인에 추종하도록 한다.

그렌데 이와 같은 시뮬레이터는 게임머가 스크린속의 게임공간과 스크린밖의 공간의 일체감을 느끼며 게임속의 공간에서 활동하는 것과 같은 효과를 갖게 하기 위하여 게임속의 공간좌표와 맵핑된 3차원공간상에서의 움직여야 하기 때문에 시뮬레이터로 3차원의 공간의 특정위치로 이동하려면 적어도 3개의 구동축과 3축제어가 필요하고, 자세제어까지 하려면 6축이 필요하다. 이에 따른 제어알고리즘이 까다롭고 제조공정이 어려워 생산제조비용이 많이 소요되고, 고장시 사후 관리가 곤란한 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 게임머가 스크린속의 게임공간과 스크린밖의 공간의 일체감을 느끼며 게임속의 공간에서 활동하는 것과 같은 효과를 갖게 하기 위하여 게임속의 공간좌표와 맵핑된 3차원공간상에서의 움직임을 구현하도록 한 리니어모터를 이용한 3D 공간이동형 시뮬레이터를 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 3차원 공간이동을 유영하기 위한 공간을 고정프레임으로 확보하는 본체와, 게임머를 착석시키고, 소정의 영상이미지에 따라 3차원공간을 추종하는 궤적이동용 모션플렛폼과, 반원형상을 갖고 상기 고정프레임에 상호 수평과 수직으로 회동가능하게 설치되어 그의 교차점에 상기 모션플렛폼을 배치하고, 모션플렛폼을 상기 영상이미지의 3차원 공간으로 맵핑가능하게 안내하는 XY축의 공간이동가이더와, 상기 반원형상의 공간이동가이더와 일체형으로 각각 결합되어 하나의 구형상을 이루며, 상기 공간이동가이더를 X,Y축의 원주방향으로 구동하기 위한 한쌍의 XY리니어모터가 설치된 구동가이더와, 상기 구동가이더의 내측 원주면을 따라 배치되어 있으며 상기 영상이미지가 투영되는 스크린을 포함하는 리니어모터를 이용한 3D 공간이동형 시뮬레이터에 의해 달성된다.

또한, 상기 모션프렛폼에 설치되어 상기 스크린에 영상이미지를 투사시키는 프로젝터를 더 포함하고, 상기 본체에는 상기 XY라니어모터를 게임엔진의 명령에 따라 제어하고, 상기 프로젝터를 제어하는 시스템컨트롤러가 내장되어 있는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 XY리니어모터는 Y리니어모터가 X리니어모터를 상하 수직방향의 원형 이동궤적으로 운동시키도록 구동하고, 상기 X리니어모터가 상기 모션플렛폼을 좌우 수평방향의 원형 이동궤적으로 운동시키도록 구동하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 X리니어모터는 상기 Y리니어모터를 원주방향으로 슬라이딩시키는 가이더레일과, 상기 가이더레일의 등각도 간격을 따라 고정되어 있는 다수개의 고정마그네틱부재와, 상기 가이더레일에 슬라이스가능하게 장착되어 있고 고정마그네틱부재와 소정의 간격으로 이격되게 설치되어 있는 X축 이동용 가변마그네틱부재를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 Y리니어모터는 상기 X축 이동용 가변마그네틱부재에 결합되어 상기 X리니어모터를 상하의 원주방향으로 슬라이딩시키는 가이더레일과, 상기 가이더레일의 등각도 간격을 따라 고정되어 있는 다수개의 고정마그네틱부재와, 상기 가이더레일에 슬라이스가능하게 장착되어 있고 고정마그네틱부재와 소정의 간격으로 이격되게 설치되어 있음은 물론이고, 상기 고정프레임에 고정되어 있는 Y축 이동용 가변마그네틱부재를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 XY리니어모터는 모터컨트롤러로 전달되어온 좌표신호가 X,Y로 분리되어 X축리니어모터를 구동하는 X모타드라이버와 Y축리니어모터를 구동하는 Y모타드라이버로 전달되어 원하는 좌표로 움직이며, 전달된 상기 좌표신호는 신호에 따라 게임엔진을 통하여 게임속의 공간좌표와 맵핑하여 화면을 설정하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 모터컨트롤러는 엔코더를 통하여 각각의 위치신호가 피드백되어 가공된 좌표에서 정확하게 상기 XY리니어모터를 정지되도록 하는 것이 바람작하다.

도 1은 본 발명에 따른 3차원(DIMENSION) 공간이동형 시뮬레이터를 나타낸 사시도이고,

도 2는 본 발명에 따른 3D 공간이동형 시뮬레이터의 시스템을 나타낸 블럭도이고,

도 3은 본 발명에 따른 3D 공간이동형 시뮬레이터의 단면 구성을 나타낸 도면이고,

도 4는 본 발명에 따른 리니어모터를 이용한 3D 공간이동형 시뮬레이터의 기구프레임을 나타낸 사시도이고,

도 5는 도 4의 프레임에 설치되는 스크린과 조종석연결부를 나타낸 사시도이고,

도 6은 본 발명에 따른 리니어모터의 전극배열을 나타낸 사시도이고,

도 7은 본 발명에 따른 X축의 리니어모터를 나타낸 사시도이고,

도 8은 본 발명에 따른 Y축의 리니어모터를 나타낸 사시도이고,

도 9는 본 발명에 따른 리니어모터의 위치제어시스템을 나타낸 블럭도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 ; 본체3 ; 스크린

5 ; 모션플렛폼7 ; 시스템컨트롤러

9 ; 통합시스템11 ; 스피커

13 ; 게임엔진15 ; 영상/음향디스플레이

17 ; 조종석19 조종간

21 ; X구동축 공간이동가이더22 ; Y구동축 공간이동가이더

23 ; 프로젝터24 ; 구동가이더

25 ; X리니어모터27 ; Y리니어모터

29 ; 회동부재31 ; 고정프레임

33,33' ; 가이더레일35,35' ; 고정마그네틱부재

37,37' ; 가변마그네틱부재39 ; 조종자

41 ; 모터컨트롤러43 ; X모터드라이버

45 ; Y모터드라이버

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 리니어모터를 이용한 3D 공간이동형 시뮬레이터를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명에 따른 3차원(DIMENSION) 공간이동형 시뮬레이터를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 3D 공간이동형 시뮬레이터의 시스템을 나타낸 블럭도이고, 도 3은 본 발명에 따른 3D 공간이동형 시뮬레이터의 단면 구성을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에따른 리니어모터를 이용한 3D 공간이동형 시뮬레이터의 기구프레임을 나타낸 사시도이고, 도 5는 도 4의 프레임에 설치되는 스크린과 조종석연결부를 나타낸 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 리니어모터의 전극배열을 나타낸 사시도이고, 도 7은 본 발명에 따른 X축의 리니어모터를 나타낸 사시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 Y축의 리니어모터를 나타낸 사시도이고, 도 9는 본 발명에 따른 리니어모터의 위치제어시스템을 나타낸 블럭도이다.

본 시뮬레이터는 도 1에 도시된 바와 같이, 게임머가 시각적으로 집중시킬 수 있는 노출측에 반구형상으로 함몰된 디스플레이용 스크린(3)이 설치된 본체(1)와, 상기 본체(1)의 스크린(3)과 대응되도록 위치하고 게임머가 상기 스크린(3)을 응시하면서 영상의 이미지에 따라 3차원으로 추종움직임을 나타내는 반구형의 궤적이동용 모션플렛폼(5)을 가지고 있다.

상기 본체(1)의 내부에는 게임프로그램 등 게임관련 모든 기능들을 제어하고 통제하는 시스템컨트롤러(7)가 마련되어 있다. 상기 시스템컨트롤러(7)는 도 2에 도시된 바와 같이, 본 시뮬레이터의 각종기능들, 예를들어 모션플렛폼(5)의 3차원의 공간이동과 상기 스크린(3)에 투사되는 영상 및 스피커(11)의 음향을 게임엔진(13)의 알고리즘에 따라 통제하는 통합시스템(9)이다. 여기서, 게임엔진(13)은 여러가지의 가상현실을 구현하는데 정해진 시나리오에 따른 게임알고리즘을 동작시킴은 물론 스크린(3)의 게임영상과 스피커(11)의 게임사운드를 위한 신호를 제공하고, 영상 및 음향은 상기 신호 중 어느 하나를 받아 영상/음향디스플레이(15)에서 이루어진다. 또한, 3차원 공간이동은 상기 신호 중 어느 하나를받아 모션플렛폼(5)에서 이루어진다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 모션플렛폼(5)은 게임머가 상기 스크린(3)을 집중적으로 응시하도록 편히 앉을 수 있게 설치된 조종석(17)과, 게임머가 모션플렛폼(5)이 상기 영상이미지에 추종하도록 조종하기 위한 조종간(19)과, 상기 조종석(17)의 머리위치에 설치되어 게임머에게 사운드를 발산하는 스피커(11)를 가지고 있다. 상기 본체(1)의 외측에는 상기 모션플렛폼(5)의 물리적인 위치가 상기 조종간(19)의 명령에 따라 추종하여 움직이도록 설치된 반원형 XY구동축의 3차원 공간이동가이더(21,22)가 고정되어 있고, 상기 공간이동가이더(21,22) 간에 형성되는 교차점에는 상기 모션플렛폼(5)이 X,Y축에 따른 원주방향으로 이동가능하게 고정되어 있다. 여기서, 상기 3차원 공간이동가이더(21,22)는 반원형의 XY구동축으로 이루어져 있으므로 X축과 Y축을 가변적으로 이동함에 따라 반구형의 이동궤적이 형성되고, 즉 2차원평면을 반구형으로 변형하여 3차원공간을 이동할 수 있도록 반구형의 표면궤적을 이동하며, 상기 이동궤적을 따라 보다 원활하게 동작할 수 있도록 그의 교차점에 고정된 조종석(17)을 유도한다.

상기 조종석(17)의 의자에는 소리를 진동으로 전환하여주는 바이브레이션 시스템이 포함되어 있다. 상기 조종간(19)에는 조종석(17)의 방향과 위치를 조종하고 게임상의 기능을 구현하기 위한 여러개의 버튼이 있으며, 상기 스크린(3)을 향하여 특정한 비율로 적색,청색,녹색의 색광을 비추어 스크린(3)에 영상이미지가 투사되도록 하여 게임화면을 만들어 내는 프로젝터(23)가 설치되어 있다. 이 스크린(3)에 각종 게임이 프로젝터(23)를 통해 디스플레이되어 게임을 진행할 수 있도록 한다.

상기 XY구동축의 3차원 공간이동가이더(21,22) 각각에는 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 완전한 원형을 이루도록 나머지 반원형의 구동가이더(23)가 일체형으로 연동되도록 연결되어 있고, 그 구동가이더(23) 각각에는 상기 이동궤적을 따라 장착된 상기 모션플렛폼(5)을 이동할 수 있도록 한 XY의 리니어모터(25,27)가 설치되어 있다. 상기 공간이동가이더(21,22)와 구동가이더(23) 사이에는 상호 회동가능하게 회동부재(29) 즉 힌지핀이 결합되어 있다. 상기 회동부재(29)에는 상기 가이더들(이동과 구동포함)을 본체(1)에 고정시키기 위한 고정프레임(31)이 'ㄱ'자 모양으로 마련되어 있다. 구동가이더(23)는 원주형상이며, 원주방향을 따라 내경측을 향하여 가이더레일(33)이 형성되어 있고, 가이더레일(33)에는 일정한 구획간격을 따라 즉, 등각도 간격으로 다수개의 고정마그네틱부재(35)가 고정되어 있다. 여기서 상기 고정마그네틱부재(35)는 상기 리니어모터에서 회전력을 발생하는 고정자 역활을 하고, 리니어모터의 기본특성에 따라 회전력을 발생시키기 위해서 상호 교번적으로 N극과 S극이 배치되어 있다. 즉, 리니어모터의 선형이동동작을 위해서는 자극(N,S)간의 밀고당기는 힘이 필요하며 이를 구현하기 위한 고정자가 도 6과 같은 자극배열로 구성된다.

한편, 상기 스크린(3)은 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 XY구동가이더(23)의 내경면을 따라 배치되어 있으며, 상기 모션플렛폼(5)에서 게임머가 이동궤적을 따라 움직일 경우 시야에서 벗어나지 않도록 한 입체적인 반원형상으로 이루어져 있다. 즉, 스크린(5)을 중심으로, 그 전방에는 모션플렛폼(5)과 XY구동축의 3차원 공간이동가이더(21,22)가 순차적으로 배치되어 있고, 그 후방에는 XY구동가이더(23)와 고정프레임(31)이 순차적으로 배치되어 있으며, 상기 구동가이더(23)와 상기 고정프레임(31)은 본체(1)에 둘러쌓여 노출되지 않는다.

상기 X리니어모터(25)는 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 가이더레일(33)에 슬라이스가능하게 장착되어 있는 X축 이동용 가변마그네틱부재(37)가 고정마그네틱부재(35)와 소정의 간격으로 이격되게 설치되어 있는 것이다. 상기 X축 가변마그네틱부재(37)는 상기 고정마그네틱부재(35)의 N,S극(자극)으로부터 인력(당기고)과 척력(밀고)이 발생되도록 가변적인 자극이 형성되며, 이동되면서 고정마그네틱부재(35)의 자극과 물리적인 힘이 발생되도록 자극이 변경된다. 이와 같은 가변자극은 상기 가변마그네틱부재(37)에 전류방향이 서로 다른 전원을 교번적으로 인가함으로 발생된다.

상기 X축 이동용 가변마그네틱부재(37)에는 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 Y리니어모터(27)의 이동자가 결합되어 있고, Y리니어모터(27)의 Y축 이동자는 도 6에 도시된 바와 같은 가이더레일(33')과, 그 가이더레일(33')에 등각도 간격으로 다수개가 마련되고 상호 자극이 교번적으로 배치되어 있는 고정마그네틱부재(35')를 가지고 있다. 상기 Y축 이동자의 가이더레일(33')에는 고정용 가변마그네틱부재(37')가 결합되어 있으며, 상기 고정용 가변마그네틱부재(37')는 상기 고정프레임(31)에 고정되어 있다.

좀 더 설명하면, 상술한 바와 같은 상기 Y리니어모터(27)의 이동자 즉 가이더레일(33')은 상기 X리니어모터(25)를 상하 수직방향의 원형 이동궤적으로 운동시키고, 상기 X리니어모터(25)는 모션플렛폼(5)을 좌우 수평방향의 원형 이동궤적으로 운동시킨다.

상술한 바와 같은 상기 XY리니어모터(23)는 도 9에 도시된 바와 같이 제어된다. 즉, 조종간(19)에 부착된 조이스틱과 같은 조종자(39)를 이용하여 게임머가 위치를 조종할 때 위치신호가 어떤 신호흐름을 가지고 구동기로 전달되는 것이며, 조종자(39)에서 발생된 가공된 좌표신호(X,Y)는 모터컨트롤러(41)와 게임엔진(13)으로 전달되고, 전달된 좌표신호는 신호에 따라 게임엔진(13)을 통하여 게임속의 공간좌표와 맵핑하여 화면을 설정하고 커서의 위치등을 디스플레이한다. 한편 모타컨트롤러(41)로 전달되어온 좌표신호는 X,Y로 분리되어 X축리니어모터(25)를 구동하는 X모타드라이버(43)와 Y축리니어모터(27)를 구동하는 Y모타드라이버(45)로 전달되어 원하는 좌표로 움직인다. 이때 모터의 위치신호는 엔코더(47)를 통하여 각각 피드백되어 가공된 좌표에서 정확하게 정지되도록 한다.

본 발명은 게임머가 스크린속의 게임공간과 스크린밖의 공간의 일체감을 느끼며 게임속의 공간에서 활동하는 것과 같은 효과를 갖게 하기 위하여 게임속의 공간좌표와 맵핑된 3차원공간상에서의 움직임을 구현하기 때문에 가상적인 게임공간을 보다 더 현실감있게 제공하고, 2차원의 평면공간을 위한 X,Y 공간이동가이더와 구동가이더를 구비하여 3차원의 입체공간을 거의 완벽하게 구현하기 때문에 제조공정과 시간을 단축시키고, 그에 따른 경제적인 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims

3차원 공간이동을 유영하기 위한 공간을 고정프레임으로 확보하는 본체와;

게임머를 착석시키고, 소정의 영상이미지에 따라 3차원공간을 추종하는 궤적이동용 모션플렛폼과;

반원형상을 갖고 상기 고정프레임에 상호 수평과 수직으로 회동가능하게 설치되어 그의 교차점에 상기 모션플렛폼을 배치하고, 모션플렛폼을 상기 영상이미지의 3차원 공간으로 맵핑가능하게 안내하는 XY축의 공간이동가이더와;

상기 반원형상의 공간이동가이더와 일체형으로 각각 결합되어 하나의 구형상을 이루며, 상기 공간이동가이더를 X,Y축의 원주방향으로 구동하기 위한 한쌍의 XY리니어모터가 설치된 구동가이더와;

상기 구동가이더의 내측 원주면을 따라 배치되어 있으며 상기 영상이미지가 투영되는 스크린을 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어모터를 이용한 3D 공간이동형 시뮬레이터.
제1항에 있어서;

상기 모션프렛폼에 설치되어 상기 스크린에 영상이미지를 투사시키는 프로젝터를 더 포함하며;

상기 본체에는 상기 XY라니어모터를 게임엔진의 명령에 따라 제어하고, 상기프로젝터를 제어하는 시스템컨트롤러가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어모터를 이용한 3D 공간이동형 시뮬레이터.
제1항에 있어서;

상기 XY리니어모터는 Y리니어모터가 X리니어모터를 상하 수직방향의 원형 이동궤적으로 운동시키도록 구동하고, 상기 X리니어모터가 상기 모션플렛폼을 좌우 수평방향의 원형 이동궤적으로 운동시키도록 구동하는 것을 특징으로 하는 리니어모터를 이용한 3D 공간이동형 시뮬레이터.
제3항에 있어서;

상기 X리니어모터는,

상기 Y리니어모터를 원주방향으로 슬라이딩시키는 가이더레일과;

상기 가이더레일의 등각도 간격을 따라 고정되어 있는 다수개의 고정마그네틱부재와;

상기 가이더레일에 슬라이스가능하게 장착되어 있고 고정마그네틱부재와 소정의 간격으로 이격되게 설치되어 있는 X축 이동용 가변마그네틱부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어모터를 이용한 3D 공간이동형 시뮬레이터.
제4항에 있어서;

상기 Y리니어모터는,

상기 X축 이동용 가변마그네틱부재에 결합되어 상기 X리니어모터를 상하의 원주방향으로 슬라이딩시키는 가이더레일과;

상기 가이더레일의 등각도 간격을 따라 고정되어 있는 다수개의 고정마그네틱부재와;

상기 가이더레일에 슬라이스가능하게 장착되어 있고 고정마그네틱부재와 소정의 간격으로 이격되게 설치되어 있음은 물론이고, 상기 고정프레임에 고정되어 있는 Y축 이동용 가변마그네틱부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어모터를 이용한 3D 공간이동형 시뮬레이터.
제3항에 있어서;

상기 XY리니어모터는 모터컨트롤러로 전달되어온 좌표신호가 X,Y로 분리되어 X축리니어모터를 구동하는 X모타드라이버와 Y축리니어모터를 구동하는 Y모타드라이버로 전달되어 원하는 좌표로 움직이며,

전달된 상기 좌표신호는 신호에 따라 게임엔진을 통하여 게임속의 공간좌표와 맵핑하여 화면을 설정하는 것을 특징으로 하는 리니어모터를 이용한 3D 공간이동형 시뮬레이터.
제6항에 있어서;

상기 모터컨트롤러는 엔코더를 통하여 각각의 위치신호가 피드백되어 가공된 좌표에서 정확하게 상기 XY리니어모터를 정지되도록 하는 것을 특징으로 하는 리니어모터를 이용한 3D 공간이동형 시뮬레이터.