KR20170062259A - 2 자유도 회전의 모션 시뮬레이터 - Google Patents

2 자유도 회전의 모션 시뮬레이터 Download PDF

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    • H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor

Abstract

본 발명은 간단한 구조에 의해 피칭 회전과 요잉 회전의 2 자유도 회전 운동을 구현할 수 있는 모션 시뮬레이터를 제공하고자 함에 그 목적이 있다. 이를 구현하기 위한 본 발명의 모션 시뮬레이터는 사용자가 탑승하는 제1 회전체(100); 상기 제1 회전체(100)의 하부에 위치하는 제2 회전체(200); 상기 제1 회전체(100)를 피칭 회전시키는 제1 구동부(300); 상기 제1 회전체(100)와 제2 회전체(200)를 일체로 요잉 회전시키는 제2 구동부(400); 상기 제1 구동부(300)와 제2 구동부(400)의 회전을 제어하기 위한 제어부를 포함한다.

Description

2 자유도 회전의 모션 시뮬레이터{MOTION SIMULATOR WITH TWO DEGREE OF FREEDOM ANGULAR MOTION}
본 발명은 2 자유도 회전의 모션 시뮬레이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피칭 회전과 요잉 회전이 가능한 2 자유도 회전의 모션 시뮬레이터에 관한 것이다.
일반적으로 모션 시뮬레이터는 컴퓨터에 의해 제어되는 가상 환경에 맞도록 동적 변화를 재현함으로써 사용자에게 가상 현실의 움직임을 현실처럼 느낄 수 있도록 하는 장치로서, 비행 시뮬레이션이나 운전 시뮬레이션 등을 구현할 수 있을 뿐만 아니라 최근에는 3차원을 체감할 수 있도록 게임용이나 극장용 시뮬레이터 등으로 널리 활용되고 있다.
이러한 모션 시뮬레이터의 종래기술로서 대한민국 공개특허 제10-2004-0048584호의 "가상 현실 체감용 모션 시뮬레이터 및 그 제어방법"이 공개되어 있다.
상기한 종래기술의 모션 시뮬레이터는 제1 롤링부재와 제2 롤링부재를 전후, 좌우방향으로 360도 선회할 수 있도록 구현한 것이다. 그러나, 제1 롤링부재와 제2 롤링부재를 회전시키기 위한 제1 구동수단과 제2 구동수단이 제1 롤링부재와 제2 롤링부재의 측부에 위치하도록 되어 있어 사용자가 탑승하기가 불편하고, 구동 구조가 복잡한 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 간단한 구조에 의해 피칭 회전과 요잉 회전의 2 자유도 회전 운동을 구현할 수 있는 모션 시뮬레이터를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
또한, 사용자가 탑승하기 용이한 모션 시뮬레이터를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
또한, 제1 회전체를 간단한 구동 방식에 의해 회전시킬 수 있는 모션 시뮬레이터를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
또한, 제1 회전체가 설정된 회전 범위를 벗어나지 않도록 할 수 있는 모션 시뮬레이터를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
또한, 제어모듈 내부의 수리가 용이한 모션 시뮬레이터를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
또한, 장치의 외부로부터 연결되는 전원선과 신호선을 꼬임 없이 간단한 구조로 제어모듈에 연결할 수 있는 모션 시뮬레이터를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 2 자유도 회전의 모션 시뮬레이터는, 사용자가 탑승하는 제1 회전체(100); 상기 제1 회전체(100)의 하부에 위치하는 제2 회전체(200); 상기 제1 회전체(100)를 피칭 회전시키는 제1 구동부(300); 상기 제1 회전체(100)와 제2 회전체(200)를 일체로 요잉 회전시키는 제2 구동부(400); 상기 제1 구동부(300)와 제2 구동부(400)의 회전을 제어하기 위한 제어부를 포함한다.
상기 제1 구동부(300)는, 상기 제2 회전체(200)의 상부에 고정되고, 상기 제1 회전체(100)에 회전력이 전달되도록 제1 회전체(100)의 하부를 지지하는 것일 수 있다.
상기 제1 회전체(100)와 제1 구동부(300) 사이는 마찰력에 의해 회전력이 전달되는 것일 수 있다.
상기 제1 구동부(300)는, 회전 구동력을 제공하는 제1 모터(311), 상기 제1 모터(311)에 의해 회전하되 상기 제1 회전체(100)를 마찰력에 의해 회전시키는 한 쌍의 구동롤러(314-1,314-2), 상기 한 쌍의 구동롤러(314-1,314-2) 사이를 연결하여 상기 구동롤러(314-1,314-2)와 일체로 회전하는 구동축(317)을 포함하는 구동모듈(310); 상기 제1 회전체(100)의 회전에 종속되어 마찰력에 의해 회전하는 한 쌍의 종동롤러(324-1,324-2), 상기 한 쌍의 종동롤러(324-1,324-2) 사이를 연결하여 상기 종동롤러(324-1,324-2)와 일체로 회전하는 종동축(327)을 포함하는 종동모듈(320)로 이루어진 것일 수 있다.
상기 제1 회전체(100)는, 상기 한 쌍의 구동롤러(314-1,314-2)에 각각 대응하는 위치에 구비된 제1 프레임(110)과 제2 프레임(120), 상기 제1 프레임(110)과 제2 프레임(120) 사이를 연결하는 연결 프레임(130)으로 이루어지고; 상기 제1 프레임(110)과 제2 프레임(120)은 일정한 곡률을 갖는 곡선 형상으로 이루어져 상기 구동롤러(314-1,314-2)와 종동롤러(324-1,324-2)의 표면과의 마찰력에 의해 회전하는 회전부(111,121)가 구비된 것일 수 있다.
상기 회전부(111,121)는 금속 재질로 이루어지고, 상기 구동롤러(314-1,314-2)에서 상기 회전부(111,121)에 접촉하는 부분은 우레탄 재질로 이루어진 것일 수 있다.
상기 종동롤러(324-1)의 회전수를 측정하기 위한 엔코더(328)가 구비되고; 상기 제어부는, 상기 구동롤러(314-1)를 설정된 회전수로 회전시키기 위한 설정 회전수와, 상기 엔코더(328)에서 측정된 상기 종동롤러(324-1)의 측정 회전수를 비교하여, 상기 설정 회전수와 측정 회전수의 차이를 보상하기 위해 상기 제1 모터(311)의 회전수를 증가시키는 것일 수 있다.
상기 구동모듈(310)에는, 상기 제2 회전체(200)의 상부에 고정되고 상기 구동롤러(314-1,314-2)를 제1 베어링(318-1)을 매개로 회전 가능하게 지지하는 제1 베어링 하우징(313-1,313-2), 상기 제1 베어링 하우징(313-1,313-2)의 상측에 고정되어 상기 제1 회전체(100)의 상 방향 이탈을 방지하기 위한 제1 롤러 스토퍼(316-1,316-2)가 구비되고; 상기 종동모듈(320)에는, 상기 제2 회전체(200)의 상부에 고정되고 상기 종동롤러(324-1,324-2)를 제2 베어링을 매개로 회전 가능하게 지지하는 제2 베어링 하우징(323-1,323-2), 상기 제2 베어링 하우징(323-1,323-2)의 상측에 고정되어 상기 제1 회전체(100)의 상 방향 이탈을 방지하기 위한 제2 롤러 스토퍼(326-1,326-2)가 구비된 것일 수 있다.
상기 제1 회전체(100)에는 상기 제1 구동부(300)에 의한 피칭 회전 시 회전 범위를 제한하기 위한 제1 스토퍼(114,124)와 제2 스토퍼(115,125)가 구비된 것일 수 있다.
상기 제2 회전체(200)는, 상기 제2 회전체(200)의 상부와 측부를 덮도록 형성된 제2 회전체 커버(210); 상기 제2 회전체 커버(210)의 내부에 구비되되 상기 제2 회전체 커버(210)를 지지하는 제2 회전체 지지 프레임(220); 상기 제2 회전체 지지 프레임(220)의 하부를 지지하되, 일측에 상기 제2 구동부(400)가 장착되며, 하면에는 복수의 캐스터(231)가 장착된 제2 회전체 하부 프레임(230); 상기 제1 구동부(300)와 제2 구동부(400)를 제어하기 위한 제어부품(241)이 구비된 제어모듈(240);로 이루어지고, 상기 제2 회전체(200)가 회전 가능하도록 그 하부를 지지하고, 상기 제2 구동부(400)의 회전축에 치합되는 종동부가 장착된 고정 프레임(500)이 구비된 것일 수 있다.
상기 제2 회전체 지지 프레임(220)에는 한 쌍의 슬라이드 레일(225)이 양측에 각각 구비되고; 상기 제어모듈(240)에는 상기 슬라이드 레일(225)에 슬라이드 이동 가능하도록 결합되는 한 쌍의 레일 가이드(244)가 구비되며; 상기 제어모듈(240)은 상기 제2 회전체(200) 내부와 외부 사이를 슬라이드 이동 가능한 것일 수 있다.
상기 제2 회전체(200)의 외부로부터 상기 제어모듈(240)에 전원을 공급하고 신호의 송수신을 위하여 상기 제1 케이블(2-1, 2-2)과 제2 케이블(3-1, 3-2)이 구비되고; 일측단이 상기 제2 회전체 하부 프레임(230)에 결합되고, 타측단이 상기 제어모듈(240)에 결합되고, 그 내부 공간을 상기 제1 케이블(2-1, 2-2)과 제2 케이블(3-1, 3-2)이 통과하도록 구비되며, 상기 제어모듈(240)이 슬라이드 이동되는 경우 상기 제어모듈(240)의 이동 변위를 흡수할 수 있도록 플렉서블(flexible)한 형태로 이루어진 제1 케이블 캐리어(260)가 구비된 것일 수 있다.
상기 제2 회전체(200)의 외부로부터 상기 제어모듈(240)에 전원을 공급하고 신호의 송수신을 위하여 상기 제2 회전체(200)의 외부에는 제1 외부 케이블(2-1)과 제2 외부 케이블(3-1)이 구비되고, 상기 제2 회전체(200)의 내부에는 제1 내부 케이블(2-2)과 제2 내부 케이블(3-2)이 구비되고; 상기 제2 회전체(200)가 회전하는 상태에서 상기 제1 외부 케이블(2-1)과 제1 내부 케이블(2-2), 상기 제2 외부 케이블(3-1)과 제2 내부 케이블(3-2)을 각각 연결하기 위한 슬립링(530)이 구비된 것일 수 있다.
상기 고정 프레임(500)에 하단이 고정되고, 상기 제2 회전체 하부 프레임(230)을 상하 방향으로 관통하되 상기 제2 회전체 하부 프레임(230)과의 사이에 베어링이 개재되고, 상단부에 상기 슬립링(530)이 결합되며, 상하 방향으로 관통하는 중앙구멍(521)이 형성된 슬립링 연결부재(520)가 구비되고;
상기 슬립링(530)은, 상기 슬립링 연결부재(520)의 외측을 둘러싸고, 상기 제1 외부 케이블(2-1)이 연결되며, 상기 슬립링 연결부재(520)에 고정되어 회전이 방지되는 제1 슬립링 내륜(531); 상기 제1 슬립링 내륜(531)의 외측을 둘러싸도록 구비되어 서로 대향하는 측면 사이에 통전이 이루어지고, 상기 제1 내부 케이블(2-2)이 연결되며, 상기 제2 회전체(200)와 함께 회전하는 제1 슬립링 외륜(532); 상기 중앙구멍(521)의 상단에 삽입되어 회전이 방지되고, 상기 제2 외부 케이블(3-1)이 연결된 제2 슬립링 외륜(533); 상기 제2 슬립링 외륜(533)의 내부에 삽입되어 서로 대향하는 측면 사이에 통전이 이루어지고, 상기 제2 내부 케이블(3-2)이 연결된 제2 슬립링 내륜(534);으로 이루어진 것일 수 있다.
상기 슬립링 연결부재(520)에는 상기 중앙구멍(521)에 연통하도록 측 방향으로 관통하는 제1 구멍(522)과 제2 구멍(523)이 형성되고; 상기 제1 외부 케이블(2-1)과 제2 외부 케이블(3-1)은 상기 제1 구멍(522)을 통해 중앙구멍(521)으로 인입된 후, 상기 제1 외부 케이블(2-1)은 상기 제2 구멍(523)을 통해 상기 슬립링 연결부재(520)의 외부로 인출되어 상기 제1 슬립링 내륜(531)에 연결되고, 상기 제2 외부 케이블(3-1)은 상기 중앙구멍(521) 내부에서 상기 제2 슬립링 외륜(533)에 연결된 것일 수 있다.
상기 제1 회전체(100)에는 회전각도를 측정하기 위한 각도센서가 구비되고; 상기 제어부는, 상기 제1 회전체(100)를 설정된 회전각도로 회전시키기 위한 설정 회전각도와, 상기 각도센서에서 측정된 상기 제1 회전체(100)의 측정 회전각도를 비교하여, 상기 설정 회전각도와 측정 회전각도의 차이를 보상하기 위해 상기 제1 모터(311)의 회전수를 증가시키는 것일 수 있다.
본 발명에 의하면, 간단한 구조에 의하여 제1 회전체의 피칭 회전과 제1 회전체 및 제2 회전체의 요잉 회전으로 이루어진 2 자유도 회전 운동의 구현이 가능하다.
또한, 사용자가 탑승하는 제1 회전체의 하부에 제1 회전체를 회전시키기 위한 구동부가 구비되어 있어 사용자의 탑승이 용이하다.
또한, 제1 회전체를 마찰력으로 회전시킴으로써 제1 회전체의 구동 방식이 간단해진다.
또한, 제1 회전체가 설정된 회전 범위를 벗어나지 않도록 스토퍼를 구비함으로써 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 제어모듈을 제2 회전체로부터 슬라이드 이동 가능하게 함으로써 제어모듈 내부의 수리가 용이하다.
또한, 슬립링을 동심 구조로 이루어진 제1 슬립링과 제2 슬립링으로 구성함으로써 장치의 외부로부터 연결되는 전원선과 신호선을 꼬임 없이 간단한 구조로 제어모듈에 연결할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 모션 시뮬레이터의 사시도
도 2는 도 1에 나타난 모션 시뮬레이터의 분해 사시도
도 3은 도 2에 나타난 제1 회전체의 사시도
도 4는 제2 회전체와 제2 구동부와 고정 프레임이 결합된 상태를 보여주는 사시도
도 5는 도 4의 상태에서 제어모듈이 슬라이드 이동된 상태를 보여주는 도면
도 6은 제2 회전체 커버를 보여주는 사시도
도 7은 제2 회전체 지지 프레임을 보여주는 사시도
도 8은 제2 회전체 하부 프레임을 보여주는 사시도
도 9는 제2 회전체 하부 프레임 일부를 하측에서 바라본 사시도
도 10은 제어모듈을 보여주는 사시도
도 11(a),(b)는 제1 케이블 캐리어와 동작 상태를 보여주는 사시도
도 12는 제1 구동부를 보여주는 사시도
도 13은 제1 구동부의 구동모듈을 보여주는 사시도
도 14는 구동모듈의 내부 구조를 보여주는 단면도
도 15는 슬립링과 슬립링 연결부재가 제2 회전체 하부 프레임과 고정 프레임에 연결된 구조를 보여주는 절개 사시도
도 16은 도 15에서 슬립링과 슬립링 연결부재를 확대한 절개 사시도
도 17은 제1 회전체가 회전되는 동작 상태를 보여주는 도면
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1을 참조하여 운동 및 회전 방향과 자유도에 대해 설명하면, 공간 상에서의 물체의 운동은 전후 방향으로 직선운동(Forward ↔ Back; Z축), 좌우 방향으로 직선운동(Right ↔ Left; X축), 상하 방향으로 직선운동(Up ↔ Down; Y축), Z축을 회전 중심으로 하는 롤링(Rolling), X축을 회전 중심으로 하는 피칭(Pitching), Y축을 회전 중심으로 하는 요잉(Yawing)의 6가지로 나타나고 이를 일컬어 6자유도(six degree of freedom)라 한다.
이하에서는 도 1에서 정의한 바와 같이 좌우를 연결하는 축을 X축, 상하를 연결하는 축을 Y축, 전후를 연결하는 축을 Z축이라 하고, 이를 기준으로 이동 및 회전 방향을 설명하되, Z축 상에서 모니터(102)가 있는 위치를 전방이라 하고, 의자(101)가 있는 위치를 후방이라 한다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 모션 시뮬레이터(1)는, 사용자가 탑승하는 제1 회전체(100), 상기 제1 회전체(100)의 하부에 위치하는 제2 회전체(200), 상기 제1 회전체(100)를 피칭 회전시키는 제1 구동부(300), 상기 제1 회전체(100)와 제2 회전체(200)를 일체로 요잉 회전시키는 제2 구동부(400), 상기 제1 구동부(300)와 제2 구동부(400)의 회전을 제어하기 위한 제어부(미도시)로 이루어진다.
상기 제1 구동부(300)는 제1 모터(311)를 포함하고, 상기 제1 모터(311)를 구동시키면 상기 제1 회전체(100)는 X축을 회전 중심으로 하여 피칭 회전하게 된다.
상기 제1 회전체(100)는 그 하단부가 제1 구동부(300)에 의해 회전 가능하도록 지지되어 있어 상기 제1 구동부(300)의 회전력이 상기 제1 회전체(100)에 전달되고, 상기 제1 구동부(300)는 제2 회전체(200)의 상부에 고정되어 있다.
상기 제2 구동부(400)는 모터를 포함하고, 상기 제2 구동부(400)의 모터를 구동시키면 상기 제2 회전체(200)가 Y축을 회전 중심으로 하여 요잉 회전하게 된다. 이 경우 상기 제2 회전체(200)의 상부에 고정된 제1 구동부(300)와 상기 제1 구동부(300)의 상부에 지지된 제1 회전체(100)도 상기 제2 회전체(200)와 일체로 요잉 회전하게 된다.
상기 제2 회전체(200)의 하부에는 고정 프레임(500)과 바닥판(600)이 구비된다. 상기 고정 프레임(500)은 상기 제2 회전체(200)가 회전 가능하도록 그 하부를 지지하고 상기 제2 구동부(400)의 모터의 회전축에 치합되는 종동부(510,550)가 고정 장착되어 있다.
상기 고정 프레임(500)은 바닥판(600)의 상면에 고정되어 있고, 상기 제2 회전체(200)에는 복수의 캐스터(231)가 구비되어 있다.
상기 제2 회전체(200)는, 상기 제2 회전체(200)의 상부와 측부를 덮도록 형성된 제2 회전체 커버(210), 상기 제2 회전체 커버(210)의 내부에 구비되되 상기 제2 회전체 커버(210)를 지지하는 제2 회전체 지지 프레임(220), 상기 제2 회전체 지지 프레임(220)의 하부를 지지하되 일측에 상기 제2 구동부(400)가 장착되며 하면에는 복수의 캐스터(231)가 장착된 제2 회전체 하부 프레임(230), 상기 제1 구동부(300)와 제2 구동부(400)를 제어하기 위한 제어부품이 구비된 제어모듈(240), 양측단이 상기 제2 회전체 하부 프레임(230)과 제어모듈(240)에 각각 연결되고 그 내부 공간을 케이블(2-1,2-2,3-1,3-2)이 통과하는 제1 케이블 캐리어(260)를 포함한다.
도 3을 참조하여 제1 회전체(100)에 대해 설명한다.
상기 제1 회전체(100)는, 사용자가 착석하는 의자(101), 사용자의 조작에 따른 가상 환경을 영상으로 제공하는 모니터(102), 좌우 양측에 대향하도록 구비된 제1 프레임(110)과 제2 프레임(120), 상기 제1 프레임(110)과 제2 프레임(120) 사이를 연결하는 복수의 연결 프레임(130), 상기 제1 프레임(110)과 제2 프레임(120) 사이의 상부 공간을 덮는 제1 회전체 상부 커버(140), 상기 제1 프레임(110)과 제2 프레임(120) 사이의 하부 공간을 덮는 제1 회전체 하부 커버(150)로 이루어진다.
상기 제1 프레임(110)과 제2 프레임(120)은, 일정한 곡률을 갖는 곡선 형상으로 이루어져 상기 제1 구동부(300)에 의해 회전하는 회전부(111,121), 상기 회전부(111,121)의 상측 단부에서 수평 방향의 길이를 갖는 수평 연결부(112,122), 상기 수평 연결부(112,122)의 타측 단부와 상기 회전부(111,121)의 하측 단부 사이를 연결하는 수직 연결부(113,123)로 이루어진다.
상기 회전부(111,121)는 원호(arc) 형상으로 형성되고, 상기 회전부(111,121)의 양측 단부에는 상기 제1 구동부(300)에 의한 피칭 회전 시 회전 범위를 제한하기 위한 제1 스토퍼(114,124)와 제2 스토퍼(115,125)가 구비된다. 상기 제1스토퍼(114,124)와 제2 스토퍼(115,125)는 후술하는 구동롤러(314-1,314-2)와 종동롤러(324-1,324-2)에 걸림되도록 회전부(111,121)로부터 반경 방향의 외측으로 돌출되어 있다. 상기 제1 스토퍼(114,124)와 제2 스토퍼(115,125)가 구비됨으로 인해 제1 회전체(100)가 설정된 회전 범위를 벗어나지 않게 되어 안전성을 향상시킬 수 있다.
상기 연결 프레임(130)은 제1 프레임(110)과 제2 프레임(120) 사이를 연결하기 위해 상부와 하부, 전방과 후방에 복수 개가 구비될 수 있다.
상기 제1 회전체 하부 커버(150) 위에는 의자(101)가 구비되고 사용자가 탑승할 수 있도록, 상기 제1 회전체 하부 커버(150)는 제1 프레임(110)과 제2 프레임(120) 사이의 공간을 소정 범위 덮을 수 있도록 구비된다.
도 6을 참조하여 제2 회전체 커버(210)에 대해 설명한다.
상기 제2 회전체 커버(210)는, 제2 회전체(200)의 상부를 덮도록 평판 형상으로 이루어진 상부 덮개부(211), 상기 상부 덮개부(211)의 가장자리에서 하방향으로 경사지게 연장된 측부 덮개부(212)로 이루어진다. 상기 측부 덮개부(212)의 후방측에는 제어모듈(240)이 입출(入出) 가능하도록 절개된 개구부(213)가 형성되어 있다. 상기 상부 덮개부(211)의 네 모서리 측에는 직사각형 형상으로 절개된 절개부(214)가 형성되어 있어 후술하는 제1 베어링 하우징(313-1,313-2)과 제2 베어링 하우징(323-1,323-2)이 관통하도록 되어 있다.
도 7을 참조하여 제2 회전체 지지 프레임(220)에 대해 설명한다.
상기 제2 회전체 지지 프레임(220)은, 전후 방향의 길이를 갖고 좌우 이격되어 대향하도록 배치된 한 쌍의 상부 프레임(221a,221b), 상기 상부 프레임(221a,221b) 사이를 연결하는 복수의 연결 프레임(222), 상기 상부 프레임(221a,221b)의 저면을 지지하되 상하 방향의 길이를 갖는 복수의 지지 프레임(223), 상기 지지 프레임(223)의 하단에 결합되고 상기 상부 프레임(221a,221b)에 대응하는 하부에 배치된 한 쌍의 하부 프레임(224a,224b)으로 이루어져 있다.
상기 하부 프레임(224a,224b)은 단면이 ㄴ자 형상으로 이루어져 상방향으로 세워진 부분의 내측면에는 제어모듈(240)의 슬라이드 이동이 가능하도록 하는 슬라이드 레일(225)이 결합되어 있다.
도 8과 도 9를 참조하여 제2 회전체 하부 프레임(230)에 대해 설명한다.
상기 제2 회전체 하부 프레임(230)은 모션 시뮬레이터의 사용시에는 고정 프레임(500)에 의해 회전 가능하도록 지지되고, 모션 시뮬레이터의 이동시에는 모션 시뮬레이터의 전체 구조를 지지하는 역할을 하는 것으로, 가장자리 테두리를 형성하는 제1 프레임(232)과, 상기 제1 프레임(232)의 내측면에 일정 각도 간격으로 방사상으로 결합된 복수의 제2 프레임(233)으로 구성되어 있다.
상기 복수의 제2 프레임(233)이 만나는 중앙부에는 후술하는 회전지지부(540)가 관통하는 회전지지부 관통구멍(234)이 형성되어 있다.
상기 제2 회전체 하부 프레임(230)의 일측에는 제2 회전체 하부 프레임(230)의 회전을 위한 구동력을 제공하는 제2 구동부(400)가 결합되어 있다. 상기 제2 구동부(400)는 제2 모터를 포함하고, 상기 제2 모터는 모터 축이 하 방향을 향하도록 위치되며, 상기 제2 모터의 축에는 제1 스프로켓(410)이 결합되어 있다.
상기 제1 프레임(232)의 저면에는 일정 각도 간격으로 다수 개의 캐스터(231)가 장착되고, 모션 시뮬레이터의 이동 시에는 모션 시뮬레이터의 하중이 캐스터(231)에 작용하도록 하여 모션 시뮬레이터의 이동을 용이하게 수행할 수 있다.
상기 제2 모터가 구동되면 그 회전력은 상기 종동부(510,550)에 전달된다. 상기 종동부(510,550)는, 고정 프레임(500)에 결합된 복수의 제2 스프로켓(510)과, 상기 제1 스프로켓(410)과 복수의 제2 스프로켓(510)에 연결되는 체인(550)으로 구성된다. 상기 제1 스프로켓(410)과 제2 스프로켓(510)은 동일한 높이에 위치하게 된다. 그리고 제2 모터의 축에 결합된 제1 스프로켓(410)은 복수의 제2 스프로켓(510)의 외주면을 연결한 가상의 연결선에서 외측으로 편심되어 위치하게 된다. 따라서 제1 스프로켓(410)의 외측면과 복수의 제2 스프로켓(510)의 외측면에는 체인(550)의 내측면이 치합되도록 연결된다. 이와 같이 연결된 상태에서 제2 모터를 구동시키면 제1 스프로켓(410), 이에 연결된 제2 모터와 제2 회전체(200)와 제1 회전체(100) 및 제1 구동부(300)가 제1 스프로켓(410)이 치합된 체인(550)의 내측면을 따라 회전지지부(540)를 중심으로 회전하게 된다. 상기 회전지지부(540)는 한 쌍의 베어링(540a,540b)로 구성될 수 있다. 이 경우 복수의 제2 스프로켓(510)은 각각 자전(自轉)을 하게 된다. 이와 같은 구동 방식에 대해서는 대한민국 등록특허 제10-1250429호에 설명되어 있으므로, 추가적인 설명은 생략한다.
도 10을 참조하여 제어모듈(240)에 대해 설명한다.
상기 제어모듈(240)은, 제1 구동부(300)와 제2 구동부(400)를 제어하기 위한 복수의 제어부품(241), 상기 제어모듈(240)의 일측을 덮는 커버부(242), 상기 제어부품(241)의 하부가 지지되도록 평판 형상으로 이루어진 지지판(243), 상기 슬라이드 레일(225)에 슬라이드 이동 가능하도록 결합되는 한 쌍의 레일 가이드(244), 상기 제어모듈(240)이 제2 회전체(200)의 외부로 인출이 용이하도록 하는 손잡이(245), 상기 지지판(243)의 내측단부에 형성되어 후술하는 제1 케이블 캐리어(260)의 일측 단부(263)가 결합되는 케이블 캐리어 결합부(246)로 이루어진다.
도 4에서와 같이 제어모듈(240)이 제2 회전체(200) 내부에 있으면 제어부품(241)의 수리를 위한 작업이 매우 불편하다. 따라서 제어부품(241)의 수리가 필요한 경우에는 손잡이(245)를 잡아당기면 제어모듈(240)이 슬라이드 레일(225)에 의해 가이드되면서 제2 회전체(200) 외부로 인출되어 도 5와 같은 상태가 된다.
도 11을 참조하여 제1 케이블 캐리어(260)에 대해 설명한다.
상기 제1 케이블 캐리어(260)는 일측 단부(263)가 상기 제어모듈(240)의 케이블 캐리어 결합부(246)에 체결부재(미도시)로 결합되고, 타측 단부(262)가 제2 회전체 지지 프레임(220)에 체결부재(미도시)로 결합된다.
상기 제1 케이블 캐리어(260)는 복수의 캐리어 조각편(261)이 핀(264)에 의해 연결되어 있다. 서로 이웃하는 캐리어 조각편(261)은 핀(264)에 힌지 결합되어 있어 플렉서블(flexible)한 형태로 되므로, 제1 케이블 캐리어(260)를 절곡시키더라도 도 11에서와 같이 자유로운 변형이 가능하다.
상기 제어모듈(240)의 제어부품(241)에 전원을 공급하거나 제어신호를 송수신하기 위한 케이블(2-1,2-2,3-1,3-2)은 일례로 전원을 공급하기 위한 제1 케이블(2-1,2-2)과, 제어신호를 송수신하기 위한 제2 케이블(3-1,3-2)로 구성될 수 잇다.
상기 제1 케이블(2-1,2-2)과 제2 케이블(3-1,3-2)은 제1 케이블 캐리어(260)의 타측 단부(262)를 통해 복수의 캐리어 조각편(261)의 내부 공간을 관통한 후 일측 단부(263)를 통해 빠져 나온 후 제어부품(241)에 연결된다.
따라서 제어모듈(240)을 슬라이드 이동시켜 제2 회전체(200)로부터 외부로 인출시키면, 제1 케이블 캐리어(260)의 타측 단부(262)는 제2 회전체 지지 프레임(220)에 결합되어 위치가 고정된 상태에서 제1 케이블 캐리어(260)의 일측 단부(263)만 제어모듈(240)과 함께 제2 회전체(200)의 외부로 인출된다. 이 경우 제1 케이블 캐리어(260)는 플렉서블한 형태로 인해 제어모듈(240)의 이동 변위를 흡수할 수 있다.
한편, 제2 케이블 캐리어(270)는 일측 단부가 제어모듈(240)의 상부에 결합되고, 타측 단부가 제1 회전체(100)의 상부에 결합되어 있다. 상기 제2 케이블 캐리어(270)의 내부 공간을 통해 전원 공급 및 제어신호의 송수신을 위한 케이블(미도시)이 관통하도록 되어 있다. 상기 케이블의 일측 단부는 제어모듈(240) 내부의 제어부품(241)에 연결되고, 타측 단부는 제1 회전체(100) 내부의 모니터(102) 및 사용자 조작 기구 등의 부품에 연결되어 있다. 상기 제2 케이블 캐리어(270)는 제1 케이블 캐리어(260)와 동일한 형상으로 이루어져 있어, 제1 회전체(100)의 회전시 변위를 흡수하게 된다.
도 12 내지 도 14를 참조하여 제1 구동부(300)에 대해 설명한다.
상기 제1 구동부(300)는 제1 회전체(100)에 회전 구동력을 제공하는 구동모듈(310)과 상기 제1 회전체(100)의 회전에 종속되어 제1 회전체(100)와 함께 회전하는 종동모듈(320)로 이루어진다.
상기 구동모듈(310)은, 회전 구동력을 제공하는 제1 모터(311), 상기 제1 모터(311)의 회전력을 감속시키는 감속기(312), 상기 제1 모터(311)에 의해 회전하되 상기 제1 회전체(100)를 마찰력에 의해 회전시키는 한 쌍의 구동롤러(314-1,314-2), 상기 한 쌍의 구동롤러(314-1,314-2) 사이를 연결하여 상기 구동롤러(314-1,314-2)와 일체로 회전하는 구동축(317), 상기 제2 회전체(200)의 상부에 고정되고 상기 구동롤러(314-1,314-2)를 제1 베어링(318-1)을 매개로 회전 가능하게 지지하는 제1 베어링 하우징(313-1,313-2), 상기 제1 베어링 하우징(313-1,313-2)의 상측에 고정되어 상기 제1 회전체(100)의 상 방향 이탈을 방지하기 위한 제1 롤러 스토퍼(316-1,316-2)로 이루어진다.
상기 구동축(317)의 일측에 구비된 구동롤러(314-1)는, 원통 형상으로 이루어진 회전체 접촉부(314-1a)와, 상기 회전체 접촉부(314-1a)의 외측 단부에서 구동축(317)의 반경 방향으로 돌출된 플랜지부(314-1b), 상기 회전체 접촉부(314-1a)의 외측 단부에서 구동축(317)의 길이 방향으로 돌출된 축 결합부(314-1c)로 이루어져 있다.
상기 구동롤러(314-1)는 구동축(317)이 회전체 접촉부(314-1a)와 플랜지부(314-1b) 및 축 결합부(314-1c)의 중심을 순차 관통하고, 구동롤러(314-1)를 사이에 두고 감속기(312)의 축(312a)에 연결된다. 즉, 구동롤러(314-1)의 회전체 접촉부(314-1a)의 내주면은 구동축(317)의 외주면과 키(key)로 연결되어 회전력이 전달되고, 축 결합부(314-1c)의 내주면은 감속기(312)의 축(312a)의 외주면과 키(key)로 연결되어 회전력이 전달된다.
상기 제1 프레임(110)은 금속 재질의 파이프를 절곡하여 형성될 수 있고, 상기 구동롤러(314-1)에서 상기 회전부(111)에 접촉하는 부분인 회전체 접촉부(314-1a)는 우레탄 재질로 이루어질 수 있다. 이러한 구성으로 인해 마찰력에 의한 회전력의 전달이 가능하다.
상기 제1 베어링 하우징(313-1)의 내부에는 제1 베어링(318-1)이 삽입되어 있고, 상기 축 결합부(314-1c)는 제1 베어링(318-1)의 내부에 삽입되어, 상기 축 결합부(314-1c)는 제1 베어링(318-1)을 매개로 원활한 회전이 이루어진다.
상기 제1 베어링 하우징(313-1)의 하단부는 제2 회전체 커버(210)의 절개부(214)를 통과한 후 제2 회전체 지지 프레임(220)의 상부 프레임(221a,221b)에 체결부재(미도시)로 결합된다.
상기 제1 베어링 하우징(313-1)의 상부에는 제1 롤러 지지부재(315-1)가 체결부재(미도시)에 의해 결합되어 있다. 상기 제1 롤러 지지부재(315-1)에는 상기 제1 롤러 스토퍼(316-1)가 결합되어 있다. 상기 제1 롤러 스토퍼(316-1)는 제1 롤러 지지부재(315-1)의 내측면에서 X축 방향으로 돌출되어 있다.
상기 제1 프레임(110)의 회전부(111)는 제1 롤러 스토퍼(316-1)와 구동롤러(314-1)의 회전체 접촉부(314-1a) 사이에 위치하고, 회전체 접촉부(314-1a)의 외주면에 회전부(111)가 접촉 지지된 상태에서 구동롤러(314-1)를 회전시키면 제1 회전체(100)는 마찰력에 의해 피칭 회전이 이루어진다. 이 경우 제1 롤러 스토퍼(316-1)에 의해 회전부(111)가 걸림으로써 상방향 이탈이 방지된다.
상기 구동축(317)의 타측에 구비된 구동롤러(314-2), 제1 베어링 하우징(313-2), 제1 롤러 지지부재(315-2), 제1 롤러 스토퍼(316-2), 제1 베어링(미도시)은 상기에서 설명한 구동롤러(314-1), 제1 베어링 하우징(313-1), 제1 롤러 지지부재(315-1), 제1 롤러 스토퍼(316-1), 제1 베어링(318-1)과 동일한 구성으로서 대칭 구조이므로, 상세한 설명은 생략한다.
상기 구동모듈(310)에 의해 제1 회전체(100)의 후방 단부가 지지된 상태에서 회전이 이루어지는데 반해, 종동모듈(320)에는 별도의 구동원이 없어 제1 회전체(100)를 접촉 지지하는 종동롤러(324-1,324-2)는 마찰력에 의해 제1 회전체(100)의 회전에 따라서(즉, 회전에 종속되어) 회전하게 된다.
상기 종동모듈(320)은, 상기 제1 회전체(100)의 회전에 종속되어 제1 회전체(100)의 회전부(111,121)와의 마찰력에 의해 회전하는 한 쌍의 종동롤러(324-1,324-2), 상기 한 쌍의 종동롤러(324-1,324-2) 사이를 연결하여 상기 종동롤러(324-1,324-2)와 일체로 회전하는 종동축(327), 상기 제2 회전체(200)의 상부에 고정되고 상기 종동롤러(324-1,324-2)를 제2 베어링을 매개로 회전 가능하게 지지하는 제2 베어링 하우징(323-1,323-2), 상기 제2 베어링 하우징(323-1,323-2)의 상측에 고정되어 상기 제1 회전체(100)의 상 방향 이탈을 방지하기 위한 제2 롤러 스토퍼(326-1,326-2), 상기 제2 롤러 스토퍼(325-1,325-2)가 결합되는 제2 롤러 지지부재(325-1,325-2)로 이루어진다.
상기 종동롤러(324-1,324-2), 제2 베어링 하우징(323-1,323-2), 제2 롤러 지지부재(325-1,325-2), 제2 롤러 스토퍼(326-1,326-2)는 상기 구동모듈(310)에서 설명했던 구동롤러(314-1,314-2), 제1 베어링 하우징(313-1,313-2), 제1 롤러 지지부재(325-1,325-2), 제1 롤러 스토퍼(316-1,316-2)와 동일한 구성으로 이루어져 있으므로, 이하 상세한 설명은 생략한다.
상기 제1 베어링 하우징(313-1)의 측부에는 종동롤러(324-1)의 회전수를 측정하기 위한 엔코더(328)가 구비된다. 상기 구동롤러(314-1)와 회전부(111) 사이에는 마찰력이 작용하여 제1 회전체(100)의 회전이 이루어지는데, 구동롤러(314-1)의 회전체 접촉부(314-1a)와 회전부(111) 사이에 슬립(Slip)이 발생하는 경우 제1 회전체(100)는 사용자의 조작에 의해 설정된 회전수보다 적은 회전수로 회전이 이루어진다.
즉, 사용자의 조작 신호에 의해 제어부에는 구동롤러(314-1)를 설정된 회전수(이하 '설정 회전수'라 함)로 회전시키기 위한 신호가 입력된다. 상기 신호가 입력되면 설정 회전수에 대응하도록 제1 모터(311)가 회전구동된다. 예를 들어 구동롤러(314-1)가 1회전 하도록 제1 모터(311)를 구동시키더라도 슬립(Slip)이 발생하면 구동롤러(314-1)는 1회전 보다 적은 0.5회전만 하게 된다. 상기 구동롤러(314-1)가 0.5 회전한다는 것은 구동롤러(314-1)에 접촉하는 회전부(111)도 0.5 회전에 대응하는 만큼 회전하게 되고, 상기 회전부(111)에 접촉하는 종동롤러(324-1)도 0.5 회전하게 된다. 따라서 상기 엔코더(328)에서 종동롤러(324-1)의 회전수를 측정하고, 이렇게 측정된 종동롤러(324-1)의 회전수(이하 '측정 회전수'라 함)를 상기 설정 회전수와 비교한 후, 양자 간에 차이가 있는 경우에는 그 차이를 보상하기 위해 제1 모터(311)의 회전수를 증가시키도록 제어한다.
상기에서는 구동롤러(314-1)의 슬립을 보상하기 위해 엔코더(Encoder)를 이용하여 종동롤러(324-1)의 회전수를 측정하는 것으로 구성하였으나, 제1 회전체(100)의 회전각도를 측정하는 각도센서(미도시)를 이용하여 슬립을 보상하도록 구성할 수도 있다. 즉, 상기 각도센서는 제1 회전체(100)에 구비되어 제1 회전체(100)와 함께 일체로 회전하게 된다. 이 경우 상기 각도센서는 중력방향에 대하여 제1 회전체(100)가 회전된 각도(이하 '측정 회전각도'라 함)를 측정할 수 있다. 상기 제1 회전체(100)를 원하는 각도로 회전시키기 위해 제1 모터(311)를 구동시키면, 제1 모터(311)의 회전에 의한 구동롤러(314-1)의 회전량에 대응하는 제1 회전체(100)의 회전각도(이하 '설정 회전각도'라 함)가 정해진다. 상기 제어부에서는 상기 설정 회전각도와 측정 회전각도를 비교하여, 양자 간에 차이가 있는 경우에는 그 차이를 보상하기 위해 제1 모터(311)의 회전수를 증가시키도록 제어한다.
상기한 바와 같이 제1 구동부(300)는 제1 회전체(100)의 하부에 위치하고, 제1 회전체(100)를 구성하는 제1 프레임(110)의 측방향으로는 아무런 장애물이 없어 사용자의 탑승이 용이하다. 또한, 제1 구동부(300)는 제1 회전체(100)를 마찰력으로 회전시키도록 하여 제1 회전체(300)의 구동 방식이 간단해진다.
도 15와 도 16을 참조하여 고정 프레임(500) 및 슬립링(530)의 연결 구조에 대해 설명한다.
상기 제어모듈(240)에 전원 공급과 신호의 송수신을 위한 제1 케이블(2-1,2-2)과 제2 케이블(3-1,3-2)은 슬립링(530)을 사이에 두고 제2 회전체(200)의 외부에 구비된 제1 외부 케이블(2-1)과 제2 외부 케이블(3-1), 제2 회전체(200)의 내부에 구비된 제1 내부 케이블(2-2)과 제2 내부 케이블(3-2)로 분리되어 있다.
상기 제어모듈(240)이 구비된 제2 회전체(200)는 요잉 회전이 이루어지므로, 제2 회전체(200)의 외부에서 인입된 제1 외부 케이블(2-1)과 제2 외부 케이블(3-1)이 연장되어 제어모듈(240)까지 연결된다면 케이블의 꼬임이 발생하게 된다. 따라서 슬립링(530)을 구비함으로써 케이블의 꼬임을 방지할 수 있다. 상기 슬립링(530)은 슬립링 연결부재(520)의 상단부에 결합된다.
상기 슬립링 연결부재(520)는 상하 방향의 길이를 갖는 원통 형상으로서, 그 하단부는 고정 프레임(500b)에 결합되어 있어, 제2 회전체(200)와 함께 회전하지 않는다.
상기 슬립링 연결부재(520)에는 상하 길이 방향을 따라 중심부에 중앙구멍(521)이 형성되어 있고, 상기 중앙구멍(521)에 연통하도록 측 방향으로 관통하는 제1 구멍(522)과 상기 제1 구멍(522) 보다 상측에 제2 구멍(523)이 형성되어 있다.
상기 슬립링(530)은, 제1 슬립링 내륜(531), 제1 슬립링 외륜(532), 제2 슬립링 외륜(533), 제2 슬립링 내륜(534)으로 이루어진다.
상기 제1 슬립링 내륜(531)은, 원통 형상으로서 상기 슬립링 연결부재(520)의 외측을 둘러싸고, 상기 슬립링 연결부재(520)에 고정되어 제2 회전체(200)의 회전시 회전되지 않고 고정된 상태를 유지한다. 상기 제1 슬립링 내륜(531)의 하단부에는 제1 외부 케이블(2-1)이 연결된다.
상기 제1 슬립링 외륜(532)은 원통 형상으로서 상기 제1 슬립링 내륜(531)의 외측을 둘러싸도록 구비되고, 제2 회전체(200)의 회전시 함께 회전하게 된다. 상기 제1 슬립링 외륜(532)의 상단부에는 제1 내부 케이블(2-2)이 연결된다.
상기 제1 슬립링 외륜(532)과 제1 슬립링 내륜(531)의 서로 대향하는 내측면과 외측면 사이는 서로 통전이 이루어지는 상태에서 상대 회전이 가능하다.
상기 제1 슬립링 외륜(532)은 제2 회전체(200)와 함께 회전되도록 하기 위해, 제2 회전체 하부 프레임(230)과 제1 슬립링 외륜(532)를 연결부재(미도시)로 연결하여 제1 슬립링 외륜(532)이 제2 회전체 하부 프레임(230)과 함께 회전하도록 구성할 수도 있고, 별도의 연결부재 없이 제2 회전체(200)의 회전시 제1 슬립링 외륜(532)의 상단부에 연결된 제1 내부 케이블(2-2)에 의해 끌어당겨져 회전하도록 구성할 수도 있다.
상기 제2 슬립링 외륜(533)은 원통 형상으로서 상기 중앙구멍(521)의 상단에 삽입되어, 제2 회전체(200)의 회전시 회전되지 않고 고정된 상태를 유지한다. 상기 제2 슬립링 외륜(533)의 하단부에는 제2 외부 케이블(3-1)이 연결된다.
상기 제2 슬립링 내륜(534)은 원통 형상으로서 상기 제2 슬립링 외륜(533)의 중앙 내부에 삽입되어, 제2 회전체(200)의 회전시 함께 회전하게 된다. 상기 제2 슬립링 내륜(534)의 상단부에는 제2 내부 케이블(3-2)이 연결된다.
상기 제2 슬립링 외륜(533)과 제2 슬립링 내륜(534)의 서로 대향하는 내측면과 외측면 사이는 서로 통전이 이루어지는 상태에서 상대 회전이 가능하다.
상기 제1 외부 케이블(2-1)과 제2 외부 케이블(3-1)은 상기 제1 구멍(522)을 통해 중앙구멍(521)으로 인입된 후 중앙구멍(521)을 따라 상 방향으로 삽입된다. 상기 제1 외부 케이블(2-1)은 상기 중앙구멍(521)에서 상기 제2 구멍(523)을 통해 상기 슬립링 연결부재(520)의 외부로 인출된 후 상기 제1 슬립링 내륜(531)에 연결된다. 상기 제2 외부 케이블(3-1)은 상기 중앙구멍(521) 내부에서 상기 제2 슬립링 외륜(533)의 하단부에 연결된다.
이와 같은 구성에 의하면 제1 케이블(2-1, 2-2)은 제1 외부 케이블(2-1), 제1 슬립링 내륜(531), 제1 슬립링 외륜(532), 제1 내부 케이블(2-2)의 순서로 전기적으로 연결된다. 또한, 제2 케이블(3-1, 3-2)은 제2 외부 케이블(3-1), 제2 슬립링 외륜(533), 제2 슬립링 내륜(534), 제2 내부 케이블(3-2)의 순서로 전기적으로 연결된다. 따라서 제1 케이블(2-1, 2-2)과 제2 케이블(3-1, 3-2)은 제2 회전체(200)의 내부와 외부 사이에서 꼬이지 않고 제2 회전체(200)의 회전이 가능하게 된다.
도 17을 참조하면, 제1 회전체(100)가 구동롤러(314-1, 314-2)의 상부에 지지된 상태에서 제1 모터(311)를 구동시키면 제1 회전체(100)는 구동롤러(314-1, 314-2)와의 마찰력에 의해 피칭 회전하게 된다. 도 17은 실선으로 나타낸 부분의 상태에서 제1 회전체(100)를 시계 방향으로 피칭 회전시키면 이점 쇄선으로 나타낸 부분과 같이 회전이 이루어진다.
100 : 제1 회전체 101 : 의자
102 : 모니터 110 : 제1 프레임
111, 121 : 회전부 112, 122 : 수평 연결부
113, 123 : 수직 연결부 114, 124 : 제1 스토퍼
115, 125 : 제2 스토퍼 120 : 제2 프레임
130 : 연결 프레임 140 : 제1 회전체 상부 커버
150 : 제1 회전체 하부 커버 200 : 제2 회전체
210 : 제2 회전체 커버 220 : 제2 회전체 지지 프레임
230 : 제2 회전체 하부 프레임 231 : 캐스터
240 : 제어모듈 241 : 제어부품
242 : 커버부 243 : 지지판
244 : 레일 가이드 245 : 손잡이
246 : 케이블 캐리어 결합부 260 : 제1 케이블 캐리어
270 : 제2 케이블 캐리어 300 : 제1 구동부
310 : 구동모듈 311 : 제1 모터
312 : 감속기 313-1, 313-2 : 제1 베어링 하우징
314-1, 314-2 : 구동롤러 315-1, 315-2 : 제1 롤러 지지부재
316-1, 316-2 : 제1 롤러 스토퍼 317 : 구동축
318-1 : 제1 베어링 320 : 종동모듈
323-1, 323-2 : 제2 베어링 하우징 324-1, 324-2 : 종동롤러
325-1, 325-2 : 제2 롤러 지지부재 326-1, 326-2 : 제2 롤러 스토퍼
327 : 종동축 328 : 엔코더
329 : 엔코더 지지부재 400 : 제2 구동부
410 : 제1 스프로켓 500 : 고정 프레임
510 : 제2 스프로켓 520 : 슬립링 연결부재
530 : 슬립링 531 : 제1 슬립링 내륜
532 : 제1 슬립링 외륜 533 : 제2 슬립링 외륜
534 : 제2 슬립링 내륜 540 : 회전지지부
550 : 체인 600 : 바닥판

Claims (16)

  1. 사용자가 탑승하는 제1 회전체(100);
    상기 제1 회전체(100)의 하부에 위치하는 제2 회전체(200);
    상기 제1 회전체(100)를 피칭 회전시키는 제1 구동부(300);
    상기 제1 회전체(100)와 제2 회전체(200)를 일체로 요잉 회전시키는 제2 구동부(400);
    상기 제1 구동부(300)와 제2 구동부(400)의 회전을 제어하기 위한 제어부;
    를 포함하는 모션 시뮬레이터
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 구동부(300)는, 상기 제2 회전체(200)의 상부에 고정되고, 상기 제1 회전체(100)에 회전력이 전달되도록 제1 회전체(100)의 하부를 지지하는 것을 특징으로 하는 모션 시뮬레이터
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 회전체(100)와 제1 구동부(300) 사이는 마찰력에 의해 회전력이 전달되는 것을 특징으로 하는 모션 시뮬레이터
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 구동부(300)는,
    회전 구동력을 제공하는 제1 모터(311), 상기 제1 모터(311)에 의해 회전하되 상기 제1 회전체(100)를 마찰력에 의해 회전시키는 한 쌍의 구동롤러(314-1,314-2), 상기 한 쌍의 구동롤러(314-1,314-2) 사이를 연결하여 상기 구동롤러(314-1,314-2)와 일체로 회전하는 구동축(317)을 포함하는 구동모듈(310);
    상기 제1 회전체(100)의 회전에 종속되어 마찰력에 의해 회전하는 한 쌍의 종동롤러(324-1,324-2), 상기 한 쌍의 종동롤러(324-1,324-2) 사이를 연결하여 상기 종동롤러(324-1,324-2)와 일체로 회전하는 종동축(327)을 포함하는 종동모듈(320);
    로 이루어진 것을 특징으로 하는 모션 시뮬레이터
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 회전체(100)는, 상기 한 쌍의 구동롤러(314-1,314-2)에 각각 대응하는 위치에 구비된 제1 프레임(110)과 제2 프레임(120), 상기 제1 프레임(110)과 제2 프레임(120) 사이를 연결하는 연결 프레임(130)으로 이루어지고;
    상기 제1 프레임(110)과 제2 프레임(120)은 일정한 곡률을 갖는 곡선 형상으로 이루어져 상기 구동롤러(314-1,314-2)와 종동롤러(324-1,324-2)의 표면과의 마찰력에 의해 회전하는 회전부(111,121)가 구비된 것을 특징으로 하는 모션 시뮬레이터
  6. 제5항에 있어서,
    상기 회전부(111,121)는 금속 재질로 이루어지고, 상기 구동롤러(314-1,314-2)에서 상기 회전부(111,121)에 접촉하는 부분은 우레탄 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 모션 시뮬레이터
  7. 제4항에 있어서,
    상기 종동롤러(324-1)의 회전수를 측정하기 위한 엔코더(328)가 구비되고;
    상기 제어부는, 상기 구동롤러(314-1)를 설정된 회전수로 회전시키기 위한 설정 회전수와, 상기 엔코더(328)에서 측정된 상기 종동롤러(324-1)의 측정 회전수를 비교하여, 상기 설정 회전수와 측정 회전수의 차이를 보상하기 위해 상기 제1 모터(311)의 회전수를 증가시키는 것을 특징으로 하는 모션 시뮬레이터
  8. 제4항에 있어서,
    상기 구동모듈(310)에는, 상기 제2 회전체(200)의 상부에 고정되고 상기 구동롤러(314-1,314-2)를 제1 베어링(318-1)을 매개로 회전 가능하게 지지하는 제1 베어링 하우징(313-1,313-2), 상기 제1 베어링 하우징(313-1,313-2)의 상측에 고정되어 상기 제1 회전체(100)의 상 방향 이탈을 방지하기 위한 제1 롤러 스토퍼(316-1,316-2)가 구비되고;
    상기 종동모듈(320)에는, 상기 제2 회전체(200)의 상부에 고정되고 상기 종동롤러(324-1,324-2)를 제2 베어링을 매개로 회전 가능하게 지지하는 제2 베어링 하우징(323-1,323-2), 상기 제2 베어링 하우징(323-1,323-2)의 상측에 고정되어 상기 제1 회전체(100)의 상 방향 이탈을 방지하기 위한 제2 롤러 스토퍼(326-1,326-2)가 구비된 것을 특징으로 하는 모션 시뮬레이터
  9. 제3항에 있어서,
    상기 제1 회전체(100)에는 상기 제1 구동부(300)에 의한 피칭 회전 시 회전 범위를 제한하기 위한 제1 스토퍼(114,124)와 제2 스토퍼(115,125)가 구비된 것을 특징으로 하는 모션 시뮬레이터
  10. 제2항에 있어서,
    상기 제2 회전체(200)는,
    상기 제2 회전체(200)의 상부와 측부를 덮도록 형성된 제2 회전체 커버(210);
    상기 제2 회전체 커버(210)의 내부에 구비되되 상기 제2 회전체 커버(210)를 지지하는 제2 회전체 지지 프레임(220);
    상기 제2 회전체 지지 프레임(220)의 하부를 지지하되, 일측에 상기 제2 구동부(400)가 장착되며, 하면에는 복수의 캐스터(231)가 장착된 제2 회전체 하부 프레임(230);
    상기 제1 구동부(300)와 제2 구동부(400)를 제어하기 위한 제어부품(241)이 구비된 제어모듈(240);
    로 이루어지고,
    상기 제2 회전체(200)가 회전 가능하도록 그 하부를 지지하고, 상기 제2 구동부(400)의 회전축에 치합되는 종동부가 장착된 고정 프레임(500)이 구비된 것을 특징으로 하는 모션 시뮬레이터
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 회전체 지지 프레임(220)에는 한 쌍의 슬라이드 레일(225)이 양측에 각각 구비되고;
    상기 제어모듈(240)에는 상기 슬라이드 레일(225)에 슬라이드 이동 가능하도록 결합되는 한 쌍의 레일 가이드(244)가 구비되며;
    상기 제어모듈(240)은 상기 제2 회전체(200) 내부와 외부 사이를 슬라이드 이동 가능한 것을 특징으로 하는 모션 시뮬레이터
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 회전체(200)의 외부로부터 상기 제어모듈(240)에 전원을 공급하고 신호의 송수신을 위하여 상기 제1 케이블(2-1, 2-2)과 제2 케이블(3-1, 3-2)이 구비되고;
    일측단이 상기 제2 회전체 하부 프레임(230)에 결합되고, 타측단이 상기 제어모듈(240)에 결합되고, 그 내부 공간을 상기 제1 케이블(2-1, 2-2)과 제2 케이블(3-1, 3-2)이 통과하도록 구비되며, 상기 제어모듈(240)이 슬라이드 이동되는 경우 상기 제어모듈(240)의 이동 변위를 흡수할 수 있도록 플렉서블(flexible)한 형태로 이루어진 제1 케이블 캐리어(260)가 구비된 것을 특징으로 하는 모션 시뮬레이터
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제2 회전체(200)의 외부로부터 상기 제어모듈(240)에 전원을 공급하고 신호의 송수신을 위하여 상기 제2 회전체(200)의 외부에는 제1 외부 케이블(2-1)과 제2 외부 케이블(3-1)이 구비되고, 상기 제2 회전체(200)의 내부에는 제1 내부 케이블(2-2)과 제2 내부 케이블(3-2)이 구비되고;
    상기 제2 회전체(200)가 회전하는 상태에서 상기 제1 외부 케이블(2-1)과 제1 내부 케이블(2-2), 상기 제2 외부 케이블(3-1)과 제2 내부 케이블(3-2)을 각각 연결하기 위한 슬립링(530)이 구비된 것을 특징으로 하는 모션 시뮬레이터
  14. 제13항에 있어서,
    상기 고정 프레임(500)에 하단이 고정되고, 상기 제2 회전체 하부 프레임(230)을 상하 방향으로 관통하되 상기 제2 회전체 하부 프레임(230)과의 사이에 베어링이 개재되고, 상단부에 상기 슬립링(530)이 결합되며, 상하 방향으로 관통하는 중앙구멍(521)이 형성된 슬립링 연결부재(520)가 구비되고;
    상기 슬립링(530)은,
    상기 슬립링 연결부재(520)의 외측을 둘러싸고, 상기 제1 외부 케이블(2-1)이 연결되며, 상기 슬립링 연결부재(520)에 고정되어 회전이 방지되는 제1 슬립링 내륜(531);
    상기 제1 슬립링 내륜(531)의 외측을 둘러싸도록 구비되어 서로 대향하는 측면 사이에 통전이 이루어지고, 상기 제1 내부 케이블(2-2)이 연결되며, 상기 제2 회전체(200)와 함께 회전하는 제1 슬립링 외륜(532);
    상기 중앙구멍(521)의 상단에 삽입되어 회전이 방지되고, 상기 제2 외부 케이블(3-1)이 연결된 제2 슬립링 외륜(533);
    상기 제2 슬립링 외륜(533)의 내부에 삽입되어 서로 대향하는 측면 사이에 통전이 이루어지고, 상기 제2 내부 케이블(3-2)이 연결된 제2 슬립링 내륜(534);
    으로 이루어진 것을 특징으로 하는 모션 시뮬레이터
  15. 제14항에 있어서,
    상기 슬립링 연결부재(520)에는 상기 중앙구멍(521)에 연통하도록 측 방향으로 관통하는 제1 구멍(522)과 제2 구멍(523)이 형성되고;
    상기 제1 외부 케이블(2-1)과 제2 외부 케이블(3-1)은 상기 제1 구멍(522)을 통해 중앙구멍(521)으로 인입된 후, 상기 제1 외부 케이블(2-1)은 상기 제2 구멍(523)을 통해 상기 슬립링 연결부재(520)의 외부로 인출되어 상기 제1 슬립링 내륜(531)에 연결되고, 상기 제2 외부 케이블(3-1)은 상기 중앙구멍(521) 내부에서 상기 제2 슬립링 외륜(533)에 연결된 것을 특징으로 하는 모션 시뮬레이터
  16. 제4항에 있어서,
    상기 제1 회전체(100)에는 회전각도를 측정하기 위한 각도센서가 구비되고;
    상기 제어부는, 상기 제1 회전체(100)를 설정된 회전각도로 회전시키기 위한 설정 회전각도와, 상기 각도센서에서 측정된 상기 제1 회전체(100)의 측정 회전각도를 비교하여, 상기 설정 회전각도와 측정 회전각도의 차이를 보상하기 위해 상기 제1 모터(311)의 회전수를 증가시키는 것을 특징으로 하는 모션 시뮬레이터
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