KR20120055111A

KR20120055111A - 시뮬레이터

Info

Publication number: KR20120055111A
Application number: KR1020100116635A
Authority: KR
Inventors: 봉혁
Original assignee: (주)트윈테크
Priority date: 2010-11-23
Filing date: 2010-11-23
Publication date: 2012-05-31
Also published as: WO2012070710A1; KR101176297B1

Abstract

본 발명은 시뮬레이터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 크랭크 암 방식을 이용한 액츄에이터와 베이스부에 위치가 이동가능한 구형 평면 베어링을 이용한 시뮬레이터에 관한 것이다.

Description

시뮬레이터{SIMULATOR}

본 발명은 시뮬레이터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 크랭크 암 방식을 이용한 액츄에이터와 베이스부에 위치가 이동가능한 구형 평면 베어링(SPHERICAL PLAIN BEARING)을 이용한 시뮬레이터에 관한 것이다.

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

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

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

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

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

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

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

그리고, 구동 액츄에이터가 베이스부에 고정되는 구조가 일반적이었으나, 이 경우 구현 동작에 있어서 제한 등이 많은 문제가 있다.

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

또한, 구동 액츄에이터를 이동판에 제공하고, 베이스부에는 구형 평면 베어링, 특히 SPHERICAL PLAINS를 소정의 수평운동이 가능하도록 제공하여, 3자유도 운동을 간단하게 구현할 수 있는 시뮬레이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

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

본 발명에 의한 시뮬레이터는 베이스(100)와, 상기 베이스(100)에 대해 이격된 상태로 운동하며, 좌석이 제공되는 이동판(1)과, 상기 이동판(1)의 운동을 발생시키는 세 개의 액츄에이터를 포함한다.

이때, 상기 액츄에이터는, 상기 이동판(1)의 상측에 고정 제공되는 회전 모터(12)와, 상기 회전 모터(12)의 회전축에 편심되어 회동가능하도록 연결되는 제1 링크(22)와, 상기 제1 링크(22)에 회동가능하도록 연결되는 제2 링크(32)와, 상기 제2 링크(32)의 끝단에 위치하고, 상기 베이스(100)에서 이탈되지 않도록 제공되는 구형 평면 베어링을 포함하고, 상기 이동판(1)에는 상기 제2 링크(1)가 통과하는 관통구가 제공되는 것을 특징으로 한다.

상기 이동판(1)에 제공되어 상기 제2 링크(32)가 직선운동을 하도록 안내하는 가이드(52)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 베이스(100)는 상기 구형 평면 베어링이 상기 베이스(100)에서 이탈되는 것을 방지하는 이탈방지부(62)를 더 포함하고, 상기 구형 평면 베어링과 상기 이탈방지부(62) 사이에는 탄성체(82)가 더 제공되어, 상기 이탈방지부(62) 내에서 상기 구형 평면 베어링의 수평운동 및 원위치로의 복귀를 가능하도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 다른 실시예로서, 베이스(100)와, 상기 베이스(100)에 대해 이격된 상태로 운동하며, 좌석이 제공되는 이동판(1)과, 상기 이동판(1)과 상기 베이스(100) 사이에 고정되어 제공되는 가이드판(3)과, 상기 이동판(1)의 운동을 발생시키는 세 개의 액츄에이터를 포함하는 시뮬레이터에 있어서, 상기 액츄에이터는, 상기 베이스(100)의 상측에 고정 제공되는 회전 모터(12)와, 상기 회전 모터(12)의 회전축에 편심되어 회동가능하도록 연결되는 제1 링크(22)와, 상기 제1 링크(22)에 회동가능하도록 연결되는 제2 링크(32)와, 상기 제2 링크(32)의 끝단에 위치하고, 상기 이동판(100)에서 이탈되지 않도록 제공되는 구형 평면 베어링을 포함하고, 상기 가이드판(3)에는 상기 제2 링크(1)가 통과하는 관통구가 제공되는 것을 특징으로 한다.

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

또한, 구동 액츄에이터를 이동판에 제공하고, 베이스부에는 구형 평면 베어링을 소정의 수평운동이 가능하도록 제공하여, 3자유도 운동을 간단하게 구현할 수 있는 시뮬레이터를 제공하는 효과가 있다.

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

도 1은 본 발명에 의한 시뮬레이터의 분해 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 시뮬레이터의 측면도.
도 3은 본 발명에 의한 시뮬레이터의 동작 설명도.
도 4는 본 발명에 의한 시뮬레이터의 구형 평면 베어링의 단면도.
도 5는 본 발명에 의한 시뮬레이터의 구형 평면 베어링의 단면도.
도 6은 본 발명에 의한 시뮬레이터의 사시도.
도 7은 본 발명에 의한 시뮬레이터의 구형 평면 베어링의 동작 설명도.
도 8은 본 발명에 의한 시뮬레이터의 다른 실시예의 정면도.

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

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

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

도 1은 본 발명에 의한 시뮬레이터의 분해 사시도를, 도 2는 본 발명에 의한 시뮬레이터의 측면도를 나타낸다. 도 6은 본 발명에 의한 시뮬레이터가 좌석과 함께 사용되는 사용 상태도를 나타낸다.

일반적으로 종래의 시뮬레이터는 구동력을 발생시키는 모터 등이 베이스에 제공되거나, 구동 장치로 유압 실린더 또는 선형 액츄에이터를 사용하였다. 본 발명의 특징은 크랭크축과 결합된 회전 모터를 구동 장치로 사용하고 있고, 회전 모터를 베이스가 아닌 운동의 대상이 되는 이동판에 제공하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에서의 액츄에이터라 함은 시뮬레이터의 구동력을 발생시키는 부분 뿐만 아니라, 발생된 구동력을 시뮬레이터에 전달하는 동력전달체까지 포함하는 개념으로 이해되어야 한다.

상기 액츄에이터는, 상기 이동판(1)의 상측에 고정 제공되는 회전 모터(12)와, 상기 회전 모터(12)의 회전축에 편심되어 회동가능하도록 연결되는 제1 링크(22)와, 상기 제1 링크(22)에 회동가능하도록 연결되는 제2 링크(32)와, 상기 제2 링크(32)의 끝단에 위치하고, 상기 베이스(100)에서 이탈되지 않도록 제공되는 구형 평면 베어링을 포함하고, 상기 이동판(1)에는 상기 제2 링크(1)가 통과하는 관통구가 제공되는 것을 특징으로 한다.

세개의 액츄에이터의 구조는 모두 동일하므로, 도면 부호 12를 중심으로 설명하기로 한다.

"회전축에 편심되어" 제공되는 의미를 설명한다. 도 1을 참조하면, 회전모터는 중심에 회전축을 가진다. 회전축에 원판을 설치하여 함께 회전될 수 있도록 한다. 제1 링크(22)의 일단을 상기 원판에 회동가능하도록 연결하는데, 연결점은 회전축에서 소정의 거리만큼 이격되어 제공된다.

이와 같은 구조를 이용하면, 회전 모터(12)의 회전에 따라 제1 링크(22)와 회동가능하도록 연결된 제2 링크(32)에 수직방향으로 이동을 가능하게 할 수 있다. 여기에서 "수직방향으로 이동"이라 함은, 제2 링크(32)의 길이방향으로 이동함을 의미한다.

제1 링크(22)와 제2 링크(32)는 링크절에 의해 회동가능하도록 연결된다.

본 발명에서의 특징은 회전 모터(12)의 회전력이 편심연결된 제1 링크(22)에 의해 제2 링크(32)의 수직방향의 운동을 발생시키는 것에 있다. 따라서 제2 링크(32)는 수직방향의 운동이 가능하도록 수평방향의 운동을 제한하는 가이드가 필요하게 된다. 여기에서 "수평방향"이라 함은, 베이스(1)와 평행하게 움직이는 방향을 말한다.

이러한 가이드의 역할로서, 이동판(1)에 관통구를 제공할 수 있다. 제2 링크(32)는 관통구를 따라 수직운동을 하게 되고, 수평운동은 제한된다.

또한, 상기 관통구에 연장되어, 상기 이동판(1)에 연결되는 구조로 가이드(52)가 더 제공될 수 있다.

다만, 이러한 관통구 및 가이드(52)는 제2 링크(32)의 직경보다는 다소 크게 제공되는 것이 바람직하다. 제2 링크(32)는 제1 링크(22)와의 관계에서 다소 회전운동을 포함할 수밖에 없는데, 이를 보상할 수 있는 여유공간이 필요하기 때문이다.

도 3은 본 발명에 의한 시뮬레이터의 동작 설명도이다.

하나의 회전 모터가 회전하여 제1 링크 및 제2 링크가 구성하는 링크 길이가 변화하게 되면, 제2 링크의 끝단은 구형 평면 베어링에 의해 베이스에 고정되어 있으므로, 회전 모터는 상측 또는 하측 방향으로 힘을 받게 되어 이동한다. 그 결과, 회전 모터가 고정되어 있는 이동판(1) 역시 함께 이동하게 된다.

다만, 이동판에서 세 개의 관통구 간의 거리는 변화가 없지만, 그 높이에 차이가 발생하게 되므로, 세 개의 제2 링크 간의 거리는 그 차이를 보상할 수 있도록 변화되어야 한다. 일반적으로는 관통구의 높이가 변화된 측의 제2 링크가 다른 두 개의 제2 링크 측으로 이동하게 된다.

따라서 본 발명의 핵심 특징은 이러한 거리 변화를 보상하기 위하여, 제2 링크가 수직방향으로는 구속되어 있지만, 수평방향으로는 이동이 가능하도록 제공하고 있다.

도 4 및 도 5는 본 발명에 의한 시뮬레이터의 구형 평면 베어링의 단면도이다.

도 4는 우레탄, 고무 등의 탄성체를 사용한 것이고, 도 5는 스프링을 여러 방향에서 연결하여 구형 평면 베어링(72)을 구속하는 모습이다.

특히, 이탈방지부(62)는 구형 평면 베어링(72)이 베이스(100)의 수직방향으로 이탈하는 것을 방지하도록 구형 평면 베어링(72)의 직경보다 작은 개구부를 갖는 것이 바람직하다.

이탈방지부(62) 내에는 구형 평면 베어링(72)이 제공되는데, 구형 평면 베어링(72)이 수평방향으로 움직일 수 있도록 공간이 제공되며, 상기 공간에는 탄성체 등이 제공되는 구조이다.

상기 탄성체(82)는 구형 평면 베어링(72)이 외력에 의해 수평방향으로 이동할 때 급격하게 이동하는 것을 방지할 뿐만 아니라, 이동 후 원위치로 복귀할 수 있도록 복원력을 제공하는 것이다. 이러한 탄성체(82)는 스프링(92)으로 대체될 수 있음은 설명한 바 있다.

도 7은 본 발명에 의한 시뮬레이터의 구형 평면 베어링의 동작 설명도를 의미한다. 도 7에서는 설명을 위해 과장하여 도시한 것이다. 일반적으로 제2 링크(32)가 가이드(52)에 의해 수평방향으로의 이동이 제한되나, 소정의 각도만큼 회전이 발생할 수밖에 없다. 따라서 이러한 것을 구형 평면 베어링(72)에 의해 보상하게 된다.

제2 링크(32)의 끝단에는 볼 형상체(322)가 제공되고, 구형 평면 베어링 내에서 회전하는 구조이다. 이는 이미 널리 알려진 구조이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

볼 형상체(322)는 구형 평면 베어링으로부터 분리되지 않도록 제2 링크(32)가 통과하는 개구부가 볼의 직경 보다 작아야 하는 것이 당연하다.

도 8은 본 발명에 따른 시뮬레이터의 다른 실시예를 보여준다.

가이드판(3)은 제2 링크의 직선운동을 위함이다. 가이드판은 고정부재(4)를 통해 구소되어 제2 링크의 직선운동을 가이드하게 된다. 따라서, 가이드판(3)에는 이를 안내할 수 있는 가이드가 더 제공될 수 있다.

구체적인 동작원리는 앞에서 설명한 바와 같으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

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

11, 12, 13 : 액츄에이터, 21, 22, 23 : 제1 링크, 31, 32, 33 : 제2 링크, 42, 72 : 구형 평면 베어링, 1 : 이동판, 100 : 베이스

Claims

베이스(100)와, 상기 베이스(100)에 대해 이격된 상태로 운동하며, 좌석이 제공되는 이동판(1)과, 상기 이동판(1)의 운동을 발생시키는 세 개의 액츄에이터를 포함하는 시뮬레이터에 있어서,
상기 액츄에이터는,
상기 이동판(1)의 상측에 고정 제공되는 회전 모터(12)와,
상기 회전 모터(12)의 회전축에 편심되어 회동가능하도록 연결되는 제1 링크(22)와,
상기 제1 링크(22)에 회동가능하도록 연결되는 제2 링크(32)와,
상기 제2 링크(32)의 끝단에 위치하고, 상기 베이스(100)에서 이탈되지 않도록 제공되는 구형 평면 베어링을 포함하고,
상기 이동판(1)에는 상기 제2 링크(1)가 통과하는 관통구가 제공되는,
시뮬레이터.
청구항 1에 있어서,
상기 이동판(1)에 제공되어 상기 제2 링크(32)가 직선운동을 하도록 안내하는 가이드(52)를 더 포함하는,
시뮬레이터.
청구항 1에 있어서,
상기 베이스(100)는 상기 구형 평면 베어링이 상기 베이스(100)에서 이탈되는 것을 방지하는 이탈방지부(62)를 더 포함하고,
상기 구형 평면 베어링과 상기 이탈방지부(62) 사이에는 탄성체(82)가 더 제공되어, 상기 이탈방지부(62) 내에서 상기 구형 평면 베어링의 수평운동 및 원위치로의 복귀를 가능하도록 하는,
시뮬레이터.
베이스(100)와, 상기 베이스(100)에 대해 이격된 상태로 운동하며, 좌석이 제공되는 이동판(1)과, 상기 이동판(1)과 상기 베이스(100) 사이에 고정되어 제공되는 가이드판(3)과, 상기 이동판(1)의 운동을 발생시키는 세 개의 액츄에이터를 포함하는 시뮬레이터에 있어서,
상기 액츄에이터는,
상기 베이스(100)의 상측에 고정 제공되는 회전 모터(12)와,
상기 회전 모터(12)의 회전축에 편심되어 회동가능하도록 연결되는 제1 링크(22)와,
상기 제1 링크(22)에 회동가능하도록 연결되는 제2 링크(32)와,
상기 제2 링크(32)의 끝단에 위치하고, 상기 이동판(100)에서 이탈되지 않도록 제공되는 구형 평면 베어링을 포함하고,
상기 가이드판(3)에는 상기 제2 링크(1)가 통과하는 관통구가 제공되는,
시뮬레이터.