KR20180089726A

KR20180089726A - 가상 시뮬레이션 장치

Info

Publication number: KR20180089726A
Application number: KR1020170014410A
Authority: KR
Inventors: 신재중; 윤은석
Original assignee: 주식회사 피엔아이컴퍼니
Priority date: 2017-02-01
Filing date: 2017-02-01
Publication date: 2018-08-09
Also published as: KR101976375B1

Abstract

본 발명은 가상 시뮬레이션 장치에 관한 것으로서, 베이스(10)와 상부프레임(20)이 전방지지프레임(31) 및 후방지지프레임(32)에 의해 힌지 연결되어 전체적으로 사다리꼴 형상으로 설치되고, 상기 상부프레임(20)의 상측에는 회전축(41)을 중심으로 회전하는 시트플레이트(40)가 설치되어 그 상측으로 의자가 장착되며, 상기 전방 및 후방지지프레임을 전ㆍ후로 요동시키는 전후요동캠모터와 전후요동링크(13)가 베이스(10)에 설치되고, 상기 시트플레이트(40)를 회전시키는 좌우회전캠모터 및 좌우회전링크(23)가 상부프레임(20)에 설치되어 이루어진다.

Description

가상 시뮬레이션 장치{Virtual simulation device}

본 발명은 가상 시뮬레이션 장치에 관한 것으로서, 특히 간단한 구성으로 이루어지면서 유저(user)용 의자가 실제 상황과 같이 움직이도록 함으로써 더욱 현실에 가까운 느낌을 체감할 수 있도록 된 가상 시뮬레이션 장치에 관한 것이다.

주지하다시피 프로그램을 이용한 전자오락 게임은 오래전부터 어린이와 청소년을 주축으로 널리 이용되어 왔으며, 근래에는 발달된 PC와 더불어 초고속 인터넷의 보급이 확대되면서 온라인 게임의 급격한 활성화를 가져와 남녀노소를 가리지 않고 누구나 간편하게 즐길 수 있는 하나의 문화로 자리매김한 상태라 해도 과언이 아니다.

이를 바탕으로 게임 산업은 비약적인 발전을 거듭하고 있는 추세에 있고, 게임의 종류도 단순 두뇌 게임을 비롯하여 각종 전투 게임이나 스포츠 게임 및 모터사이클이나 자동차 경주 게임 등에 이르기까지 매우 다양한 영역을 아우르고 있어 유저는 자신의 취향에 따라 적합한 게임을 선택하여 즐길 수 있다.

그런데, 이와 같은 게임은 통상 유저가 PC 또는 게임기 앞에 구비된 의자에 앉은 상태에서 화면을 주시하면서 양손으로 조이스틱이나 키보드와 마우스 등의 조작수단을 조작하는 것이 일반적인 바, 게임 속 상황을 단순히 시각적으로만 느끼면서 즐길 수밖에 없는 단점이 내포되어 있다.

한편, 오프라인상의 대형 오락장에 설치된 자동차 경주 게임 등의 경우에는 실제로 차량을 운전하는 것과 흡사하도록 차량의 조작장치를 갖추고 있기도 한데, 이 역시 현실감을 느끼기에는 역부족이다.

즉, 차량의 출발과 가속, 방향전환 및 정지 등 모든 플레이를 실제 차량과 유사하게 조작할 수 있기는 하지만, 유저가 의자에 앉아 정지된 상태에서 손과 발을 이용하는 것일 뿐, 출발과 정지시 유저의 몸이 뒤로 가볍게 젖혀지거나 앞으로 쏠리는 관성현상이라든가 방향전환시 유저의 몸이 게임 속 플레이어와 같이 실제로 방향이 전환되어 자신이 게임 속 플레이어가 되어 즐기는 것과 같은 체험은 전혀 느낄 수 없는 것이다.

이러한 게임을 보다 사실적인 상황으로 연출하여 실제의 상황을 느낄 수 있도록 개발된 것이 시뮬레이션 장치인 바, 시뮬레이션 장치는 실제로 일어날 수 있는 상황을 가상적으로 컴퓨터프로그램에 의해 장치화하여 유저에게 간접적인 체험을 제공하는 것으로서, 자동차, 비행기, 오토바이 등의 운전 연습이나 게임 등에 적용될 수 있다.

즉, 가상의 입체적인 상황을 프로그램화하고, 시뮬레이션 장치에 의해 입체적인 동작을 부여함으로써 실제의 상황과 같은 움직임을 느끼도록 하고, 이를 다양한 상황에 적용하여 가상적인 상황을 실제 상황처럼 체감하도록 한 것이다.

이러한 시뮬레이션 장치는 각종 게임에 적용되거나 시뮬레이션을 통한 각종 체험이나 교육 및 입체 영화관람 등의 다양한 분야에 적용될 수 있다.

나아가 상기와 같은 시뮬레이션 장치는 입체적인 감각을 느낄 수 있는 장치의 특성에 따라 가상현실장치와 접목되어 더 큰 시너지 효과를 얻게 된다.

일반적으로 가상현실(virtual reality) 장치는 모니터와 스피커를 장착한 에치엠디(HMD:Head mountdisplay)에 의해 화상 및 음성을 발생시키고 의자를 동작시킴으로써, 사용자에게 가상현실을 제공하는 것이다.

즉, 컴퓨터에 의해 제어되는 에치엠디 및 의자와 같은 체감장치에 의해 가상 환경에 따른 동적 변화를 재현함으로써 이용자가 가상의 현실을 마치 현실 처럼 느낄 수 있도록 하는 것으로 게임장이나 입체영화 상영극장 등에 널리 보급되고 있다.

이러한 가상현실 장치에서 컴퓨터에 의해 재현되는 가상적인 환경과 이용자의 체감교환을 보다 실감있게 하기 위해서는 이용자의 의자를 다채롭게 구동시켜 동적 변화를 생동적으로 재현하도록 하는 것이 필요하다.

즉, 의자를 입체적인 방향으로 요동 및 회전시키는 것으로서, 사용자에게 현실감을 제공하는 것이며, 이를 위하여 상기한 시뮬레이션 장치가 적용되는 것이다.

이와 같이 시뮬레이션 장치는 일반적인 모니터에 의한 게임이나 교육장치 등은 물론, 가상현실에서도 실제의 상황을 체감할 수 있도록 하는 장치로 활용되고 있는데, 종래에는 시뮬레이션을 위해 유저가 사용하는 의자의 구동을 위한 장치가 너무 복잡하여 비싼 원가의 부담이 있었고, 장치의 부피가 커져서 비효율적인 문제가 많았으며, 그럼에도 실제의 상황에 못미치는 동작으로 인해 현실감을 재현하는데 한계가 있었다.

특허문헌 1은 자동차 운전에 관련된 시뮬레이션 시스템을 보여주고 있는데 이를 살펴보면, 차량 주행용 조작장치; 운전자 주 시야 선상에 배치되어 다수의 기 설정된 시뮬레이션 모드 중 선택된 시뮬레이션 모드 및 해당 시뮬레이션 모드에 대한 수행 결과를 표시하는 헤드업 디스플레이; 및 작동 가능 여부를 판단하고, 상기 조작장치와 연계하여 상기 헤드업 디스플레이에서 표시되는 해당 시뮬레이션 모드를 제어하는 시뮬레이터 제어기;를 포함하여 구성함으로써, 운전자가 실제로 주행하고 있는 것과 같은 상황에서 가상으로 운전할 수 있고, 실제 주행에 앞서서 운전자의 운전 가능성이나 컨디션을 체크하거나 사고를 미리 방지할 수 있도록 하고 있다.

그러나 특허문헌 1은 헤드업 디스플레이를 통한 시각적인 상황으로만 시뮬레이션을 보여줌으로써 몸을 통한 실제 상황의 체감을 얻지 못하는 것으로서 이는 현실감이 현저히 떨어지는 문제가 있는 것이다.

특허문헌 2는 가상현실 체감용 의자를 나타내고 있는데 이를 살펴보면, 사용자가 앉을 수 있는 좌판(101)과 상체를 지지할 수 있는 등받이(102)를 갖는 의자(100); 상기 좌판(101)의 양 측면 및 후면 중앙에 연결핀(120)을 매개로 회전 가능하게 설치된 복수개의 지지대(130); 상기 지지대(130)의 단부에 각각 나사 결합된 스크류축(151); 상기 스크류축(151)을 회전시키도록 스크류축(151)의 단부에 각각 연결되고 모터 브래킷(160)의 내부에 설치된 구동모터(150); 상기 모터 브래킷(160)이 설치되고 중앙에는 통공(191)이 형성된 베이스(190); 상기 베이스(190)를 회전시키기 위하여 베이스(190)의 저면에 설치된 회전축(196); 및 상기 좌판(101)의 일 측면에 설치된 지지대(130)의 중간과, 타 측면에 설치된 지지대의 모터 브래킷(160)의 하측으로 연장 설치된 연장바(170)와의 사이에 제1회동힌지(180)와 제2회동힌지(181)를 기점으로 회전 가능하게 설치된 연결링크(140)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

이러한 특허문헌 2는 의자에 입체적인 움직임을 주기 위하여 다수의 모터와 유니버셜 조인트 및 나사축 등 복잡한 구성이 요구되고, 그의 조작을 위한 프로그램 또한 복잡하여 생산성의 저하와 비싼 원가의 부담이 있었고, 그럼에도 불구하고 3축에 의해 지지되는 의장의 불안정한 문제점이 지적되었고, 전체적인 동작 또한 현실감이 부족한 실정이었다.

1. 대한민국 공개특허 제10-2013-0053574호(2013.05.24) 2. 대한민국 특허 제10-1429104호(2014.08.05)

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 프로그램된 상황의 연출에 맞추어 안정적이고 뛰어난 현실감을 제공할 수 있는 가상 시뮬레이션 장치의 제공을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 현실감 있는 동작이 가능하면서 단순화된 구성으로서 프로그램과 연계된 생산성을 향상시키고 원가를 절감할 수 있도록 된 가상 시뮬레이션 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 다양한 게임이나 교육 등의 가상현실 장치에 적용이 가능하고 추가적인 장치의 접목이 용이하여 확장성이 뛰어난 가상 시뮬레이션 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 가상 시뮬레이션 장치는 상기의 목적을 달성하기 위하여, 베이스; 상기 베이스와 간격을 두고 상측에서 대향 배치되는 상부프레임; 전방 및 후방으로 마주 대향되어 상기 베이스와 상부프레임에 각 양단부가 회동 가능하게 힌지 조립되는 전방 및 후방지지프레임; 상기 전방 및 후방지지프레임의 선택된 어느 하나의 프레임에 연결되어 상기 전방 및 후방지지프레임을 전ㆍ후 방향으로 요동시키는 전후요동수단; 상측으로 의자가 장착되고, 상기 상부프레임의 상측에서 회전축에 의해 회전 가능하게 설치되는 시트플레이트; 상기 시트플레이트의 일측으로 연결되어 상기 시트플레이트를 좌우회전시키는 좌우회전수단; 및 입력되는 프로그램에 의해 가상의 공간을 시각적으로 나타내는 디스플레이부; 를 포함하여 이루어지는 특징이 있다.

상기 전후요동수단 및 좌우회전수단은 모터 또는 공압실린더에 의해 동작되는 액츄에이터로 이루어질 수 있으며, 다르게는 모터에 의해 회전하는 캠의 회전운동을 직선운동으로 전달하는 링크로 이루어질 수도 있다.

여기서 상기 링크는 양 단부에 고리볼트가 조립되어 길이 조절이 가능하게 구성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 전방지지프레임은 상단이 후방으로 기울어지도록 설치되고, 상기 후방지지프레임은 상단이 전방으로 기울어지도록 설치되어 하측의 베이스와 상측의 상부프레임과 더불어 전체적으로 사다리꼴의 측면을 형성하도록 되는 것이다.

본 발명의 다른 특징은, 상기 시트플레이트의 후방 하측에는 상기 회전축을 중심으로 회전될 때 상부프레임에 대하여 시트플레이트를 지지하면서 상부프레임과의 마찰을 줄이기 위한 롤러가 설치되어 있는 것이다.

상기 롤러는 상측롤러와 하측롤러로 구성되어 시트플레이트의 후방 하단에 설치된 롤러브라켓에 지지되고, 상측롤러는 상부프레임의 후단부 윗면에서, 하측롤러는 상부프레임의 후단부 밑면에서 접촉 지지되도록 함으로써 견고한 조립 상태를 유지하면서 안정적인 의자의 회전 동작이 이루어질 수 있도록 할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징은, 상기 의자의 전방에는 상기 입력되는 프로그램과 회로적으로 연계되는 조작부가 배치되어 상기 시트플레이트와 연결 설치됨으로써 시트플레이트 및 의자와 일체로 동작되도록 된 것이다.

상기 조작부는 일실시예로서 조향핸들과 가속 및 정지페달을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징은, 상기 의자의 주변에는 상기 의자를 향하여 바람을 송출하는 송풍기가 설치되어 있는 것이다.

본 발명에서, 상기 디스플레이부는 엘시디 또는 엘이디 모니터로 이루어지거나 또는 가상현실 장치에서 사용되는 에치엠디(HMD)로 선택되어질 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 가상 시뮬레이션의 입력되는 프로그램으로부터 시각적으로 보여지는 상황이 정지의 경우 전후요동수단에 의해 전방 및 후방지지프레임이 후방으로 당겨져서 의자가 전방으로 기울도록 되고, 가상 시뮬레이션의 입력되는 프로그램으로부터 시각적으로 보여지는 상황이 가속의 경우 전후요동수단에 의해 전방 및 후방지지프레임이 전방으로 당겨져서 의자가 후방으로 기울도록 함으로써, 실제 정지와 가속에서의 관성 작용에 따른 체감을 그대로 느낄 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 바람직한 특징은, 윗면에 전후요동캠모터가 설치되어 있는 베이스; 밑면에 좌우회전캠모터가 설치되어 있고 상기 베이스와 간격을 두고 대향 배치되는 상부프레임; 전방 및 후방으로 마주 대향되어 상기 베이스와 상부프레임에 각 양단부가 회동 가능하게 힌지 조립되는 전방 및 후방지지프레임; 상기 전후요동캠모터의 전후요동캠에 일단이 연결되고, 타단은 상기 전방 및 후방지지프레임의 선택된 어느 하나의 프레임에 회동 가능하게 연결된 전후요동링크; 상측으로 의자가 장착되고, 상기 상부프레임의 상측에서 회전축에 의해 회전 가능하게 설치되는 시트플레이트; 상기 좌우회전캠모터의 좌우회전캠에 일단이 연결되고, 타단은 상기 시트플레이트의 일측으로 연결되는 좌우회전링크; 및 입력되는 프로그램에 의해 가상의 공간을 시각적으로 나타내는 디스플레이부; 를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 또 다른 바람직한 특징은, 윗면에 전후요동캠모터가 설치되어 있는 베이스; 밑면에 좌우회전캠모터가 설치되어 있고 상기 베이스와 간격을 두고 대향 배치되는 상부프레임; 전방 및 후방으로 마주 대향되어 상기 베이스와 상부프레임에 각 양단부가 회동 가능하게 힌지 조립되는 전방 및 후방지지프레임; 상기 전후요동캠모터의 전후요동캠에 일단이 연결되고, 타단은 상기 전방 및 후방지지프레임의 선택된 어느 하나의 프레임에 회동 가능하게 연결된 전후요동링크; 상측으로 의자가 장착되고, 일단에 회전축이 하향 돌출되어 상기 상부프레임에 조립됨으로써 상기 회전축을 중심으로 회전가능하게 설치되는 시트플레이트; 상기 좌우회전캠모터의 좌우회전캠에 일단이 연결되고, 타단은 상기 시트플레이트의 일측으로 연결되는 좌우회전링크; 입력되는 프로그램에 의해 가상의 공간을 시각적으로 나타내는 디스플레이부; 및 조향핸들과 가속페달 및 정지페달을 포함하여 상기 의자의 전방에 설치되고, 상기 입력되는 프로그램과 회로적으로 연계되어 의자와 일체로 동작되도록 된 조작부; 를 포함하여 이루어져서, 상기 조향핸들의 회전에 따라 상기 좌우회전캠모터에 의한 좌우회전링크의 동작으로 의자와 조작부가 회전되고, 정지페달을 밟게 되면 전후요동캠모터에 의한 전후요동링크의 동작으로 전방 및 후방지지프레임이 후방으로 당겨져서 의자가 전방으로 기울도록 되며, 가속페달을 밟게 되면 전후요동캠모터에 의한 전후요동링크의 동작으로 전방 및 후방지지프레임이 전방으로 당겨져서 의자가 후방으로 기울도록 되는 것이다.

이와 같은 본 발명에 의한 가상 시뮬레이션 장치에 의하면, 입력된 프로그램 및 조작부의 조작에 의해 전후요동수단과 좌우회전수단이 의자를 전ㆍ후로 요동시킴과 동시에 좌ㆍ우로 회전시키면서 실제 상황과 같은 움직임을 제공함으로써 보다 완벽한 현실감을 느낄 수 있는 효과를 제공한다.

본 발명은 보다 현실감 있는 의자의 움직임을 구현할 수 있으면서, 안정되고 단순화된 구성을 실현하여 제조원가를 절감할 수 있고, 생산성을 향상시킬 수 있으며, 안정적인 시뮬레이션 동작이 가능한 효과를 아울러 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 시뮬레이션 장치의 일실시예를 나타낸 사시도.
도 2는 상기 도 1의 후방 사시도.
도 3은 상기 도 1의 후방 저면 사시도.
도 4는 상기 도 1의 측면도.
도 5는 상기 도 4의 일부 측단면도.
도 6은 본 발명에서 전방 및 후방지지프레임이 제거된 상태의 저면사시도.
도 7은 본 발명의 전ㆍ후 작동상태를 나타낸 측면도.
도 8은 본 발명의 전ㆍ후 작용상태를 나타낸 개략 설명도.
도 9는 본 발명의 좌ㆍ우 작동상태를 나타낸 배면도.
도 10은 본 발명의 좌ㆍ우 작동상태를 나타낸 평면도.

본 발명의 구체적인 내용을 첨부된 실시예로서의 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.

도면에서 동일 명칭 부분에 대해서는 동일 부호를 적용하였다.

도 1은 본 발명에 따른 시뮬레이션 장치의 일실시예를 나타낸 사시도이고, 도 2는 상기 도 1의 후방 사시도이며, 도 3은 상기 도 1의 후방 저면 사시도이고, 도 4는 상기 도 1의 측면도이고, 도 5는 상기 도 4의 일부 측단면도이며, 도 6은 본 발명에서 전방 및 후방지지프레임이 제거된 상태의 저면사시도로서 이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 시뮬레이션 장치는 베이스(10)와, 상기 베이스(10)와 이격되어 대향 배치되는 상부프레임(20)과, 상기 베이스(10)와 상부프레임(20)을 연결하는 전방 및 후방지지프레임(31,32)과, 상기 상부프레임(20)의 상측으로 설치되는 시트플레이트(40)와, 상기 시트플레이트(40)의 상측으로 장착되는 의자(50)를 포함하여 이루어진다.

베이스(10)는 시뮬레이션 장치 전체를 지지하는 것으로서 윗면에는 상기 전방지지프레임(31) 및 후방지지프레임(32)의 각 하단부가 힌지(33) 조립되어 전ㆍ후 방향으로 회동가능하게 설치된다.

상부프레임(20)은 상기 베이스(10)와 간격을 두고 상측으로 대향 배치되며, 상기 전방지지프레임(31) 및 후방지지프레임(32)의 각 상단부가 힌지(33) 조립되어 마찬가지로 전ㆍ후 방향으로 회동가능하게 설치된다.

따라서 상부프레임(20)은 전방지지프레임(31)과 후방지지프레임(32)에 의해 지지되며, 전방지지프레임(31)과 후방지지프레임(32)은 사다리와 같은 형태로 되어 하단과 상단 각 두 곳이 베이스(10)와 상부프레임(20)에 연결 지지된다.

또한, 도 4의 측면도에서 나타난 바와 같이 상기 전방지지프레임(31)은 상단이 후방으로 기울어지도록 설치되고, 상기 후방지지프레임(32)은 상단이 전방으로 기울어지도록 설치되어 하측의 베이스(10)와 상측의 상부프레임(20)과 더불어 전체적으로 사다리꼴의 측면을 형성하도록 설치된다.

상부프레임(20)의 상측으로 설치되는 시트플레이트(40)는 상측으로 의자가 장착 고정되며, 일단에는 회전축(41)이 하향 돌출되어 상부프레임(20)의 일단에 회전 가능하게 조립됨으로써, 의자(50)를 포함한 시트플레이트(40)가 상기 회전축(41)을 중심으로 회전 가능하게 설치된다.

여기서 상기 회전축(41)은 시트플레이트(40)와 별개의 부품으로 조립되거나 또는 일체로 형성되어도 무방하다.

한편, 본 발명에 따른 의자(50)는 전후요동수단에 의해 전ㆍ후로 요동되어 기울기에 변화를 줄 수 있으며, 좌우회전수단에 의해 좌ㆍ우로 회전되어 입체감을 주게 되는데, 이를 위해 상기 베이스(10)의 윗면에는 전후요동캠모터(11)가 배전박스(15) 내에 설치되며, 이 전후요동캠모터(11)의 모터축에 전후요동캠(12)이 설치되어 있고, 이 전후요동캠(12)에는 전후요동링크(13)의 일단이 연결되어 있다.

상기 전후요동링크(13)의 타단은 상기 전방지지프레임(31) 또는 후방지지프레임(32)의 상측 일단에 연결되어 있는데, 도면에서는 전방지지프레임(31)에 연결된 것으로 도시되어 있다.

상기 전후요동링크(13)의 양 단부는 각각 회동 가능하게 연결되어 있으며, 양 단부에 고리볼트(14)가 조립되어 있어서 길이 조절이 가능하도록 되어 있다.

이러한 전후요동링크(13)는 모터의 동작에 따라 전후요동캠(12)이 회전하면, 전후요동캠(12)의 회전구간만큼 전방지지프레임(31)을 앞뒤로 당기거나 밀어서 결국 의자(50)를 전ㆍ후로 동작시키게 된다.

또한, 상기 상부프레임(20)의 밑면에는 좌우회전캠모터(21)가 설치되어 있는데, 이 좌우회전캠모터(21)는 모터케이스에 의해 커버되며, 그로부터 인출되는 모터축에는 좌우회전캠(22)이 장착되어 있고, 이 좌우회전캠(22)에는 좌우회전링크(23)의 일단이 연결되어 있다.

좌우회전링크(23)의 타단은 상기 시트플레이트(40)의 일측으로 연결되어 있으며, 이에 따라 모터의 동작에 의해 좌우회전캠(22)이 회전하면, 좌우회전캠(22)의 회전구간만큼 좌우회전링크(23)가 시트플레이트(40)를 회전축(41)을 중심으로 회전시키게 된다.

좌우회전링크(23)도 마찬가지로 양 단부가 각각 회동 가능하게 연결되어 있으며, 양 단부에는 고리볼트(24)가 조립되어 길이 조절이 가능하도록 되어 있다.

이와 같이 좌우회전링크(23)를 연결하기 위하여 시트플레이트(40)의 일측에는 연결축(42)이 설치되어 이 연결축(42)에 상기 좌우회전링크(23)의 단부가 회전 가능하게 연결 설치된다.

시트플레이트(40)는 상기 좌우회전링크(23)에 의해 회전축(41)을 중심으로 일정 구간만큼 좌ㆍ우로 회전되도록 되어 있는데, 상기 회전축(41)은 시트플레이트(40)의 전방측에 위치되는 것이 바람직하다.

즉 시트플레이트(40)의 회전은 상측의 의자(50)와 더불어 의자의 전방에 설치될 수 있는 조작부 등이 함께 회전하게 되므로 그 무게중심이 시트플레이트(40)의 앞쪽에 있게 되므로 전체적인 회전 중심을 제대로 유지하도록 할 수 있고, 또한 의자에 앉게 되는 유저는 회전 중심에서 후방에 위치하게 되므로 회전에 따른 원심력의 작용에 의해 보다 실감있는 움직임을 느낄 수 있게 된다.

이때 회전되는 시트플레이트(40)의 후방을 지지함과 동시에 원활한 회전 동작을 유도하기 위하여 시트플레이트(40)의 후방에는 롤러가 설치된다.

시트플레이트(40)의 후방 하단에는 롤러브라켓(43)이 설치되고, 이 롤러브라켓(43)에 상측롤러(44)와 하측롤러(45)가 상ㆍ하로 설치되어 있으며, 상부프레임(20)의 후단부는 판형의 지지부(25)로 되어 상기 상측롤러(44)와 하측롤러(45)의 사이에 접촉되도록 설치된다.

따라서 시트플레이트(40)는 상부프레임(20)에 대해서 회전축(41)과 상ㆍ하측롤러(45)의 두 지점에서 지지되는 것이며, 상부프레임(20)의 상측에서 시트플레이트(40)가 제한된 구간 내에서 회전할 때 상부프레임(20)의 후방 지지부(25)가 상측롤러(44)와 하측롤러(45)의 사이에서 결합되어 있으므로 시트플레이트(40)의 후방이 들뜨는 것을 방지하면서 롤러의 구름접촉에 의해 안정된 회전을 유도할 수 있는 것이다.

상기 상측롤러(44)와 하측롤러(45)는 두 개 이상 설치될 수 있으며, 서로 엇갈리게 설치되어도 무방하다.

이와 같이 본 발명에서 의자(50)를 전ㆍ후로 요동시키면서 좌ㆍ우로 회전시키기 위한 수단으로서 상기 링크 대신에 모터나 공압실린더 등에 의해 동작되는 액츄에이터가 적용될 수도 있다.

한편, 본 발명에 따른 시뮬레이션 장치에서 상기 의자(50)의 전방에는 도면에서와 같이 유저가 시뮬레이션의 내용을 조작할 수 있는 조작부(60)가 설치될 수 있는데, 이 경우 조작부(60)는 의자(50)와 함께 움직일 수 있도록 의자(50) 또는 시트플레이트(40)에 연결 고정되며, 도면에서는 시트플레이트(40)에 다수의 지지대(61)가 설치되어 조작부(60)를 연결 지지하고 있다.

상기 지지대(61)는 도면에서 수평 및 수직으로 다수개를 연결하여 구성하고 있는데 이러한 조작부(60)의 연결 구성은 설치하고자 하는 위치나 시뮬레이션의 대상 등에 따라 임의적인 변경 설치가 가능한 것이다.

또한 조작부(60)는 조향핸들(62)과 가속 및 정지 등의 조작을 위한 페달(63)을 포함하고 있는데, 이는 일반적인 자동차의 주행을 고려한 조작수단이며, 시뮬레이션의 대상에 따라 조작부(60)의 구성 요소들은 얼마든지 변경될 수 있다.

그리고 본 발명의 시뮬레이션 장치에서는 가상의 공간을 시각적으로 보여주는 디스플레이부(도면에 도시안됨)가 더 설치될 수 있는데, 이 디스플레이부는 조작부에 설치되는 엘시디(LCD) 또는 엘이디(LED) 모니터로 구성될 수 있으며, 또는 가상현실 체험용 에치엠디(HMD)로 구성될 수 있다.

상기 디스플레이부는 입력되는 프로그램에 따라 그 내용을 달리할 수 있으며, 프로그램과 조작부(60)의 각 요소 및 전후요동캠모터(11)와 좌우회전캠모터(21)가 회로적으로 연결되어 작동된다.

특히 조작부(60)의 조향핸들(62)은 좌우회전캠모터(21)를 동작시켜서 의자를 좌ㆍ우로 회전시키게 되고, 가속 및 정지 페달(63)은 전후요동캠모터(11)를 동작시켜서 의자를 전ㆍ후로 요동시키게 되는 기능을 하게 된다.

본 발명에 따른 시뮬레이션 장치에는 의자(50)의 전방으로 송풍기(65)가 설치되어 입력되는 프로그램에 따라 바람을 불어줌으로써 실제 상황에 가까운 느낌을 제공하도록 하게 되며, 상기 조작부(60)의 일단에 설치되어 있다.

상기 송풍기(65)는 다수개를 설치할 수도 있으며, 그 설치 방향을 달리 함으로써 바람의 방향을 임의적으로 조절할 수 있도록 할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 작용을 이하에서 설명하기로 한다.

도 7은 본 발명에 따른 시뮬레이션 장치의 전ㆍ후 동작 상태를 나타낸 측면도로서 이에 도시된 바와 같이, 전후요동캠모터(11)의 구동에 의해 전후요동캠(12)이 회전하게 되면, 이 회전운동이 전후요동링크(13)에 의해 직선운동으로 전환되면서 전방지지프레임(31) 당겨지거나 밀어지게 되고, 따라서 전방지지프레임(31)과 후방지지프레임(32)이 전방 또는 후방으로 기울어지게 되며, 그 결과 상측의 상부프레임(20)과 시트플레이트(40)와 의자(50)가 조작부(60)와 함께 전방 또는 후방으로 기울어지게 된다.

이러한 전방 또는 후방으로의 기울기를 위해 상기 전후요동캠(12)은 많은 회전을 할 필요가 없으며, 짧은 구간의 회전만으로도 충분한 기울기를 구현할 수 있으며, 입력되는 프로그램과 조작부(60)의 가속 및 정지를 위한 페달(63)의 조작에 따라 기울기의 크기가 달라질 수 있다.

즉, 가속페달과 정지페달의 밟는 정도에 따라 전후요동캠(12)의 회전구간을 달리 함으로써 의자(50)의 기울기 정도가 다르게 구현되도록 하는 것이다.

도 8은 본 발명에 따른 전ㆍ후 요동관계를 개략적으로 나타낸 설명도로서 정지상태의 의자의 기울기 방향과 가속 상태에서의 의자의 기울기 방향을 나타내고 있다.

우선 본 발명에 따른 전방지지프레임(31)은 후방으로 경사진 상태로 설치되어 있으며, 후방지지프레임(32)은 전방으로 기울어진 상태로 설치되어, 의자가 수평을 유지한 상태에서 전체적으로 사다리꼴 형태를 취하고 있다.

이러한 상태에서 조작부(60)의 정지페달을 밟게 되면, 전후요동캠모터(11) 및 전후요동캠(12)의 구동으로 전후요동링크(13)가 전방지지프레임(31)을 후방으로 당기게 되며, 이로 인해 전방지지프레임(31)은 후방으로의 기울기가 더 커지게 되고 후방지지프레임(32)은 오히려 수직 방향으로 세워지게 되어, 의자(50)는 전방이 낮아지고 후방이 높아지게 되므로 결국 의자(50)에 앉아 있는 유저는 앞쪽으로 몸이 숙여지게 된다.

이러한 동작은 실제 정지페달을 밟았을 때 관성에 의해 유저의 몸이 앞쪽으로 쏠리게 되는 현상을 그대로 반영하는 것이며, 정지페달의 밟는 정도에 따라 의자(50)가 전방으로 기울어지는 정도를 다르게 설정함으로써 체감 효과를 극대화할 수 있다.

또한 가속페달을 밟게 되면 상기 정지페달과는 반대로 전후요동링크(13)가 전방지지프레임(31)을 전방으로 밀게 되며, 이에 따라 전방지지프레임(31)은 수직 방향으로 세워지게 되면서, 후방지지프레임(32)은 전방으로 더욱 기울어지게 되어, 의자(50)는 전방이 높아지고 후방이 낮아지게 되므로 의자(50)에 앉아 있는 유저는 후방으로 몸이 젖혀지게 된다.

따라서 실제 출발 또는 가속 시에 유저의 몸이 뒤로 젖혀지는 느낌을 그대로 느낄 수 있게 되며, 이 또한 가속페달의 밟는 정도에 따라 그 기울기가 다르게 설정됨으로써 실제와 같은 느낌을 느낄 수 있도록 되어 있다.

이러한 의자(50)의 전ㆍ후 동작은 전방지지프레임(31)과 후방지지프레임(32)의 사다리꼴 형태의 설치 상태에 의해 더욱 극대화될 수 있는 것이다.

즉, 낮아지는 지지프레임은 더욱 낮게, 세워지는 지지프레임은 더욱 높게 세워지게 되므로 전후요동캠(12)이나 전후요동링크(13)의 비교적 짧은 구간의 동작으로도 충분한 기울기의 연출이 가능하게 된다.

도 9 및 도 10은 본 발명의 좌ㆍ우 회전동작을 나타내는 일부단면 배면도 및 평면도로서 입력되는 프로그램이나 조작부(60)의 조향핸들(62)의 회전에 따라 동작된다.

조향핸들(62)을 좌측 또는 우측으로 회전시키는 조작에 따라 좌우회전캠모터(21)가 구동되어 좌우회전캠(22)을 회전시키게 되고, 좌우회전캠(22)에 연결된 좌우회전링크(23)에 의해 직선운동으로 전환되면서 시트플레이트(40) 일측의 연결축(42)을 당기거나 밀어서 의자(50)를 포함한 시트플레이트(40)를 회전축(41)을 중심으로 회전시키게 된다.

즉, 상부프레임(20)의 상측에 위치한 시트플레이트(40)와 의자(50) 및 조작부(60)가 좌ㆍ우로 회전하게 되는데, 회전축(41)은 의자의 앞쪽에 위치하고 좌우회전링크(23)는 후방에 위치하게 되어 좌우회전캠(22)과 좌우회전링크(23)의 비교적 짧은 구간에서의 동작에 의해서도 유저가 느끼기에 충분한 회전이 이루어질 수 있다.

이러한 회전 동작은 회전축(41)이 중심으로써 의자(50)와 조작부(60) 등을 지지하게 되는데, 회전에 따른 원심력에 의해 의자(50)의 후방에도 하중이 발생하게 되는 바, 이를 상측롤러(44)와 하측롤러(45)가 지지하게 된다.

상측롤러(44)와 하측롤러(45)는 상부프레임(20)의 후방 지지부(25)를 상측과 하측에서 접촉하여 지지하게 되므로 시트플레이트(40)의 안정된 수평 상태를 유지하게 하고, 시트플레이트(40)의 회전시에 상측롤러(44)와 하측롤러(45)가 지지부(25)와 구름접촉을 하게 되므로 회전에 따른 마찰을 최소화하면서 의자의 원활한 회전을 유도하게 된다.

본 발명에서는 시뮬레이션의 내용을 가상적으로 디스플레이함으로써 가상의 공간에서 보여지는 시각적인 현상들과 본 발명에 따른 의자의 전ㆍ후 요동 및 좌ㆍ우 회전 등의 동작이 연계되어 실제의 상황으로 느껴지도록 하고 있는 바, 이러한 디스플레이는 의자(50)의 전방으로 설치되는 엘시디 또는 엘이디 모니터로 구현될 수 있고, 또는 가상현실 체험용 에치엠디에 의해 구현될 수 있다.

따라서 입력되는 프로그램의 내용에 따른 캐릭터의 상황에 연동하여 의자의 전ㆍ후 및 좌ㆍ우 움직임이 복합적으로 이루어져서 입체적인 움직임을 느끼게 되고, 의자(50)의 주변으로 설치되는 송풍기(65)로부터 공급되는 바람에 의해 실제의 속도감을 느낄 수 있는 등 입체적인 현실감을 체감할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 전후요동캠모터(11) 및 좌우회전캠모터(21)의 구동은 조작부(60)에 의한 직접적인 조작으로 동작시킬 수 있고, 다르게는 입력되는 프로그램의 내용에 따라 자동적인 동작으로 구현될 수도 있을 것이다.

이와 같은 본 발명은 다양한 교육이나 실습 등의 시뮬레이션 체험과 다양한 게임기에 적용될 수 있으며, 비교적 간단한 구성으로서 폭 넓은 적용이 가능하다.

또한 본 발명에서 의자의 좌ㆍ우 기울기를 제공하는 추가적인 수단의 장착도 가능하여 입체적인 시뮬레이션의 충분한 확장성도 갖추고 있다.

이상에서 설명하고 도시한 바와 같은 본 발명은 상기의 실시예에 한정하는 취지는 아니며 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 실시될 수 있을 것이다.

또한 상기의 설명에서 기본적이고 임의적으로 사용될 수 있는 기계요소들, 예를 들면 의자에 설치될 수 있는 안전벨트, 모터에 사용되는 감속기, 힌지에 사용되는 베어링, 지지대를 연결하는 클램프 등과 같은 범용 구성들은 구체적인 설명을 생략하였다.

10 : 베이스 11 : 전후요동캠모터
12 : 전후요동캠 13 : 전후요동링크
14 : 고리볼트 15 : 배전박스
20 : 상부프레임 21 : 좌우회전캠모터
22 : 좌우회전캠 23 : 좌우회전링크
24 : 고리볼트 25 : 지지부
31 : 전방지지프레임 32 : 후방지지프레임
33 : 힌지 40 : 시트플레이트
41 : 회전축 42 : 연결축
43 : 롤러브라켓 44 : 상측롤러
45 : 하측롤러 50 : 의자
60 : 조작부 61 : 지지대
62 : 조향핸들 63 : 페달
65 : 송풍기

Claims

베이스;
상기 베이스와 간격을 두고 상측에서 대향 배치되는 상부프레임;
전방 및 후방으로 마주 대향되어 상기 베이스와 상부프레임에 각 양단부가 회동 가능하게 힌지 조립되는 전방 및 후방지지프레임;
상기 전방 및 후방지지프레임의 선택된 어느 하나의 프레임에 연결되어 상기 전방 및 후방지지프레임을 전ㆍ후 방향으로 요동시키는 전후요동수단;
상측으로 의자가 장착되고, 상기 상부프레임의 상측에서 회전축에 의해 회전 가능하게 설치되는 시트플레이트;
상기 시트플레이트의 일측으로 연결되어 상기 시트플레이트를 좌우회전시키는 좌우회전수단; 및
입력되는 프로그램에 의해 가상의 공간을 시각적으로 나타내는 디스플레이부; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 전방지지프레임은 상단이 후방으로 기울어지도록 설치되고, 상기 후방지지프레임은 상단이 전방으로 기울어지도록 설치되어 하측의 베이스와 상측의 상부프레임과 더불어 전체적으로 사다리꼴의 측면을 형성하는 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 전후요동수단 및 좌우회전수단은 모터에 의해 동작되는 액츄에이터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 전후요동수단 및 좌우회전수단은 모터에 의해 회전하는 캠의 회전운동을 직선운동으로 전달하는 링크로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 링크는 양 단부에 고리볼트가 조립되어 길이 조절이 가능토록 되어 있는 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 시트플레이트의 후방 하측에는 상기 회전축을 중심으로 회전될 때 상부프레임에 대하여 시트플레이트를 지지하면서 상부프레임과의 마찰을 줄이기 위한 롤러가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 롤러는 상측롤러와 하측롤러로 구성되어 시트플레이트의 후방 하단에 설치된 롤러브라켓에 지지되고, 상측롤러는 상부프레임의 후단부 윗면에서, 하측롤러는 상부프레임의 후단부 밑면에서 접촉 지지되도록 된 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 의자의 전방에는 상기 입력되는 프로그램과 회로적으로 연계되는 조작부가 배치되어 상기 시트플레이트와 연결 설치됨으로써 시트플레이트 및 의자와 일체로 동작되도록 된 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 조작부는 조향핸들과 가속 및 정지페달을 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 의자의 주변에는 상기 의자를 향하여 바람을 송출하는 송풍기가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 디스플레이부는 엘시디 또는 엘이디 모니터인 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 디스플레이부는 에치엠디(HMD)인 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
제 1 항에 있어서,
가상 시뮬레이션의 입력되는 프로그램으로부터 시각적으로 보여지는 상황이 정지의 경우 전후요동수단에 의해 전방 및 후방지지프레임이 후방으로 당겨져서 의자가 전방으로 기울도록 되고, 가상 시뮬레이션의 입력되는 프로그램으로부터 시각적으로 보여지는 상황이 가속의 경우 전후요동수단에 의해 전방 및 후방지지프레임이 전방으로 당겨져서 의자가 후방으로 기울도록 되는 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
윗면에 전후요동캠모터가 설치되어 있는 베이스;
밑면에 좌우회전캠모터가 설치되어 있고 상기 베이스와 간격을 두고 대향 배치되는 상부프레임;
전방 및 후방으로 마주 대향되어 상기 베이스와 상부프레임에 각 양단부가 회동 가능하게 힌지 조립되는 전방 및 후방지지프레임;
상기 전후요동캠모터의 전후요동캠에 일단이 연결되고, 타단은 상기 전방 및 후방지지프레임의 선택된 어느 하나의 프레임에 회동 가능하게 연결된 전후요동링크;
상측으로 의자가 장착되고, 상기 상부프레임의 상측에서 회전축에 의해 회전 가능하게 설치되는 시트플레이트;
상기 좌우회전캠모터의 좌우회전캠에 일단이 연결되고, 타단은 상기 시트플레이트의 일측으로 연결되는 좌우회전링크; 및
입력되는 프로그램에 의해 가상의 공간을 시각적으로 나타내는 디스플레이부; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
윗면에 전후요동캠모터가 설치되어 있는 베이스;
밑면에 좌우회전캠모터가 설치되어 있고 상기 베이스와 간격을 두고 대향 배치되는 상부프레임;
전방 및 후방으로 마주 대향되어 상기 베이스와 상부프레임에 각 양단부가 회동 가능하게 힌지 조립되는 전방 및 후방지지프레임;
상기 전후요동캠모터의 전후요동캠에 일단이 연결되고, 타단은 상기 전방 및 후방지지프레임의 선택된 어느 하나의 프레임에 회동 가능하게 연결된 전후요동링크;
상측으로 의자가 장착되고, 일단에 회전축이 하향 돌출되어 상기 상부프레임에 조립됨으로써 상기 회전축을 중심으로 회전가능하게 설치되는 시트플레이트;
상기 좌우회전캠모터의 좌우회전캠에 일단이 연결되고, 타단은 상기 시트플레이트의 일측으로 연결되는 좌우회전링크;
입력되는 프로그램에 의해 가상의 공간을 시각적으로 나타내는 디스플레이부; 및
조향핸들과 가속페달 및 정지페달을 포함하여 상기 의자의 전방에 설치되고, 상기 입력되는 프로그램과 회로적으로 연계되어 의자와 일체로 동작되도록 된 조작부; 를 포함하여 이루어져서,
상기 조향핸들의 회전에 따라 상기 좌우회전캠모터에 의한 좌우회전링크의 동작으로 의자와 조작부가 회전되고, 정지페달을 밟게 되면 전후요동캠모터에 의한 전후요동링크의 동작으로 전방 및 후방지지프레임이 후방으로 당겨져서 의자가 전방으로 기울도록 되며, 가속페달을 밟게 되면 전후요동캠모터에 의한 전후요동링크의 동작으로 전방 및 후방지지프레임이 전방으로 당겨져서 의자가 후방으로 기울도록 되는 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.