KR20180091317A - 모션시뮬레이터용 2자유도 직선운동 스테이지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모션시뮬레이터용 2자유도 직선운동 스테이지에 관한 것으로서, 지지력을 제공하는 하부구조프레임, 하부구조프레임에 상호 평행하게 고정되며 길이방향으로 연장된 다수의 하부레일, 각 하부레일에 지지된 상태로 하부레일의 길이방향을 따라 슬라이딩 이동 가능한 다수의 슬라이더, 하부레일에 대해 직교하는 방향으로 연장되되 슬라이더에 지지된 상태로 하부레일에 직교하는 방향으로 슬라이딩 이동 가능한 다수의 상부레일, 상부레일에 받쳐지며 외부로부터 하중을 인가받는 상부구조프레임, 하부구조프레임과 상부구조프레임의 사이에 설치되며, 상부구조프레임을 하부레일과 상부레일의 길이방향으로 움직일 수 있는 동력을 출력하는 다수의 구동부, 구동부와 상부구조프레임을 연결하여 구동부의 동력을 상부구조프레임으로 전달하는 전동수단을 포함하는 것을 특징으로 하며, 안정적이고 견고한 평면적 구조를 가지며 강력한 수평 운동력을 출력하여 고하중에서도 정밀하고 다이나믹한 운동을 구현할 수 있으므로 전체적인 시뮬레이션 효과를 배가시킬 수 있다.

Description

모션시뮬레이터용 2자유도 직선운동 스테이지{2-DOF linear motion stage for motion simulator}

본 발명은 각종 모션시뮬레이터에 적용할 수 있는 직선운동 스테이지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수평방향 운동을 정밀 구현하는 모션시뮬레이터용 2자유도 직선운동 스테이지에 관한 것이다.

각종 모션(motion)을 모사하는 모션플랫폼은, 예컨대 자동차나 전동차 또는 항공기나 탱크 등과 같은 다양한 동작체의 움직임을 반복 재현하는 장치로써, 입력되어 있는 프로그램에 의해 작동하여 사용자로 하여금 동작체에 탑승한 것과 같은 체험을 할 수 있게 한다.

상기 모션플랫폼에 관한 기술은, 예컨대, 군사, 산업, 교육, 엔터테인먼트 등의 분야에 이미 넓게 적용되고 있다. 가령, 영화, 엔터테인먼트, 비행 조종훈련, 특수장비 전문가 양성 등을 포함하는 다양한 응용분야에서, 가상현실 기술과 접목되어 사실적인 체험을 극대화할 수 있도록 발전하고 있는 것이다.

최근에는 체감형 게임은 물론, 소규모의 개인용 모션플랫폼까지 개발되고 있고, 4D 효과의 가장 큰 부분을 차지하는 모션을 제시하며, 기존의 군사용 대형 모션플랫폼의 공간적 비용적 단점이나, 단순한 몇몇 기능만 갖는 저가의 4D 장치의 한계를 극복하기 위해, 크기가 보다 컴팩트하고 새롭고 복합적 모션을 제공할 수 있는 다양한 모션플랫폼장치가 계속적으로 개발되고 있다.

한편, 모션플랫폼을 기본으로 하는 모션장치는 보통 다음과 같은 절차에 따라 개발된다. 먼저, 목표 사양 분석단계를 통해 요구사항을 분석하고, 기구학 분석단계에서 각 기구들의 크기와 위치를 결정하며 3D 모델링을 거쳐 역/순기구학 시뮬레이션을 한다.

또한, 동특성 분석 단계를 통해, 액추에이터의 용량 결정과 조인트별 최대 하중 및 구조해석을 한다. 설계단계에서는 단품 설계 및 제작도면을 작성하고 단축 액추에이터 시험을 통해 요구사항이 충족되면 제작단계로 넘어간다. 요구사항이 충족되지 않으면 기구학 분석단계로 다시 넘어가 반복적인 단계를 거친다.

제작단계에서는 부품을 가공하고 조립하여 모션플랫폼을 만들고, 만들어진 모션플랫폼에 대한 시험평가를 통해 성능을 검증한다. 또한, 모션플랫폼의 동적 특성을 분석하고 제어하기 위해서 모션 제어 소프트웨어를 통해 모션 명령을 내리고 이 신호를 액추에이터 드라이버에 보내 모션플랫폼을 움직인다. 이때 플랫폼의 움직임을 감지하고 그 신호를 변환한 후, 이를 다시 모션 제어 소프트웨어에 피드백하면 모션플랫폼에서는 다시 구동을 제어하는 방식으로 운용된다.

모션플랫폼을 구동시키는 액추에이터는 모션플랫폼을 구동할 때에 빈번히 발생하는 기동, 정지, 회전 혹은 왕복 운동을 할 수 있어야 한다. 또한 명령 신호나 검출 신호에 따라 쉽게 제어가 가능해야 하고 응답성도 양호해야 하며 설치 보수 작업이 용이한 형태로 제작되어야 한다.

액추에이터는 동력원에 따라, 공압식, 유압식, 전기식 및 기타 형상 기억합금과 같은 특수 재질 방식 등으로 분류된다.

공압식은 공기 압축장치를 사용하여 압축된 공기를 밀폐된 실린더에 밀어 넣고 빼내는 방식으로 동작하나 공기가 지나는 공간의 크기가 일정하여도 공기의 부피는 일정하지 않다는 특성이 있다.

또한 유압식 액츄에이터는 고압의 오일을 실린더에 들여보내 피스톤을 가압 이송하는 방식으로 동작한다. 유압식에서는 배출되는 오일을 수집하여 담아두는 별도의 배관과 용기가 필요한 반면, 공압식에서는 공기를 다시 저장할 필요가 없다. 구동력에 있어서는 유압식이 공압식의 5배 이상 힘을 발휘할 수 있고 응답속도도 공압식보다 빨라 응답성이 좋으며, 물체에 반작용으로 인한 밀림 현상도 발생하지 않는다. 공압식은 유압식에 비해 소규모의 모션 플랫폼 제작에 적합하다.

전동식 액츄에이터는 전자기 모터에 의해 구동되는 것으로서, 스텝핑 모터, AC모터, BLDC모터 등 다양하게 사용되고 있다.

또한, 특수 재질 방식 액추에이터에는, 형상기억 합금이 적용된 타입이 있는데, 온도변화에 따른 형상을 회복할 때 복원력이 발생하므로 재료 그 자체가 구동력을 발생시키는 원리를 갖는다. 이러한 방식은 기구의 간소화 및 소형화에 유리한 반면 큰 힘을 내는 분야에는 적용이 어려운 한계를 가지고 있다.

이와 같이, 다양한 종류의 액추에이터 중에서, 사용 목적에 가장 적합한 것을 선택하여 모션플랫폼 장치를 구성한다. 참고로 모션플랫폼장치에는 3축모션 모션플랫폼과, 6축 기반의 모션 모션플랫폼이 대표적이다.

한편, 상기한 바와 같이, 최근 다양한 종류의 모션플랫폼이 개발되고 있는데, 그 중에는 국내등록특허공보 제10-1049198호를 통해 개시된 뒤틀림방지 및 수직지지력이 보강된 모션플랫폼도 있다.

상기 모션플랫폼은, 베이스부에 수평으로 고정되는 다수의 모터와, 상기 모터의 회전축에 고정되며 구동축에 직교하는 방향으로 연장된 링크와, 상기 링크의 연장단부에 연결되며 수직으로 세워지고 상단부가 모션플랫폼에 고정되는 승하강로드와, 상기 지지플레이트에 설치되며 모션플랫폼의 하중을 부분적으로 감당하는 다수의 유압실린더를 포함하는 구조를 갖는다.

그런데 상기한 구조를 갖는 종래의 모션플랫폼은, 그 구조의 한계상 승하강로드의 승강운동이 정확하게 구현되지 않을 수 있다는 단점을 갖는다. 그 이유는, 모션플랫폼에 가해지는 하중이 막대형 링크에 집중되어, 링크가 변형되거나 부러질 수 있기 때문이다. 최소한 부러지지 않더라도, 시간이 지남에 따라 모터의 회전축과 링크가 연결되는 연결부위에서의 슬립이나 빠짐 현상이 발생할 확률이 매우 높다.

한편, 시뮬레이션용 모션장치에서의 가장 기본적 운동은 XY 방향 평면운동이라 할 수 있다. 전후좌우 방향의 평면운동이, 다른 운동, 가령 요잉, 피칭, 롤링 운동의 효과를 더욱 상승시켜 주기 때문이다. 그러나 3차원 운동을 구현하는 종래의 많은 종류의 모션장치는, 요잉, 피칭, 롤링 운동에 중점을 두고, 전후좌우 방향의 다이나믹한 수평 슬라이딩 운동을 위한 구성은 적극적으로 적용되지 않았다.

국내등록특허공보 제10-1049198호(뒤틀림 방지 및수직 지지력이 보강된 모션플랫폼) 국내등록특허공보 제10-0986602호(모션플랫폼 모션장치와 이를 이용한 시스템) 미국등록특허공보 US5,533,933호 (ARCADE AMUSEMENT RIDE MOTION SIMULATOR SYSTEM)

본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 안정적이고 견고한 평면적 구조를 가지며 강력한 수평 운동력을 출력하여 고하중에서도 정밀하고 다이나믹한 운동을 구현할 수 있으므로 전체적인 시뮬레이션 효과를 배가시킬 수 있는 모션시뮬레이터용 2자유도 직선운동 스테이지를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 모션시뮬레이터용 2자유도 직선운동 스테이지는, 지지력을 제공하는 하부구조프레임; 상기 하부구조프레임에 상호 평행하게 고정되며 길이방향으로 연장된 다수의 하부레일; 각 하부레일에 지지된 상태로 하부레일의 길이방향을 따라 슬라이딩 이동 가능한 다수의 슬라이더; 상기 하부레일에 대해 직교하는 방향으로 연장되되 슬라이더에 지지된 상태로 하부레일에 직교하는 방향으로 슬라이딩 이동 가능한 다수의 상부레일; 상기 상부레일에 받쳐지며 외부로부터 하중을 인가받는 상부구조프레임; 상기 하부구조프레임과 상부구조프레임의 사이에 설치되며, 상부구조프레임을 하부레일과 상부레일의 길이방향으로 움직일 수 있는 동력을 출력하는 다수의 구동부; 상기 구동부와 상부구조프레임을 연결하여 구동부의 동력을 상부구조프레임으로 전달하는 전동수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 슬라이더는, 상기 하부레일에 지지되며 하부레일의 길이방향을 따라 슬라이딩 운동하는 하부슬라이더와; 상기 하부슬라이더의 상부에 구비되고 상부레일을 슬라이딩 이동 가능하도록 받쳐 지지하는 상부슬라이더를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하부슬라이더와 상부슬라이더의 사이에는, 하부슬라이더에 대해 상부슬라이더를 상대적으로 고정시키는 연결수단이 더 구비된 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 전동수단은; 길이방향으로 연장되며 그 양단부에 볼조인트를 구비하고, 볼조인트를 통해 구동부 및 상부구조프레임에 링크되는 커넥팅로드인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 구동부는; 상기 하부구조프레임 상에 고정된 받침블록과, 상기 받침블록에 축회전 가능하도록 지지되는 리드스크류와, 상기 리드스크류를 감싸며 리드스크류의 축회전시 리드스크류의 길이방향을 따라 직선운동하는 이송바디와, 일단부가 상기 이송바디에 회동 가능하도록 링크되며 길이방향으로 연장되고, 타단부가 상기 전동수단에 연결되는 제 1아암과, 일단부가 상기 받침블록에 회동 가능하도록 연결되며, 타단부가 상기 제 1아암 및 전동수단의 연결부에 링크되는 제 2아암을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 구동부는; 상기 하부구조프레임에 고정되는 실린더와, 상기 하부레일 또는 상부레일과 나란하게 연장되고, 연장단부에 상기 전동수단이 연결되는 피스톤로드를 갖는 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 구동부는; 상기 하부구조프레임에 축회전 가능하도록 지지되는 리드스크류와, 상기 리드스크류를 감싸며 리드스크류의 축회전시 리드스크류의 길이방향을 따라 직선운동하고 상기 전동수단에 직결되는 이송바디를 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 구동부는; 모터와, 상기 모터와 결합하며 회전력을 출력하는 감속기와, 상기 감속기의 회전력을 전달받아 회동운동하는 것으로서, 상기 전동수단에 연결되는 회동로드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 모션시뮬레이터용 2자유도 직선운동 스테이지는, 안정적이고 견고한 평면적 구조를 가지며 강력한 수평 운동력을 출력하여 고하중에서도 정밀하고 다이나믹한 운동을 구현할 수 있으므로 전체적인 시뮬레이션 효과를 배가시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모션시뮬레이터용 2자유도 직선운동 스테이지의 사시도이다.
도 2는 상기 도 1에 도시한 모션시뮬레이터용 2자유도 직선운동 스테이지의 내부 구성을 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 3a 및 3b는 상기 도 2에 도시한 구동부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 및 4b는 상기 도 3a에 도시한 볼조인트의 특징을 나타내 보인 도면이다.
도 5는 상기 도 1에 도시한 모션시뮬레이터용 2자유도 직선운동 스테이지에 적용할 수 있는 다른 형태의 구동부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 상기 도 1에 도시한 모션시뮬레이터용 2자유도 직선운동 스테이지에 적용할 수 있는 또 다른 형태의 구동부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 상기 도 1에 도시한 모션시뮬레이터용 2자유도 직선운동 스테이지에 적용할 수 있는 또 다른 형태의 구동부를 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모션시뮬레이터용 2자유도 직선운동 스테이지(11)의 사시도이고, 도 2는 상기 도 1에 도시한 모션시뮬레이터용 2자유도 직선운동 스테이지의 내부 구성을 설명하기 위한 분해 사시도이다.

도시한 바와 같이, 본 실시예에 다른 모션시뮬레이터용 2자유도 직선운동 스테이지(11)는, 지면에 수평으로 배치되어 고정되는 하부구조프레임(13)과, 상기 하부구조프레임(13) 상에 고정되는 두 개조의 구동부(15)와, 하부구조프레임(13)의 양 사이드부에 설치되는 하부레일(21)과, 각 하부레일(21)에 올려져 설치되는 슬라이더(22)와, 상기 슬라이더(22)에 지지된 상태로 상기 하부레일(21)의 길이방향에 직교하는 방향으로 직선이동 하는 상부구조프레임(33)을 포함한다.

기본적으로, 본 실시예에 따른 모션시뮬레이터용 2자유도 직선운동 스테이지(11)는, 바닥에 고정된 상태로 작동하여, 상기 상부구조프레임(33)을 화살표 X 방향 및 Y방향으로 2차원 평면 운동시키는 기본 동작을 수행한다. 상기 상부구조프레임(33)은 그 위에 중량물을 지지한 상태로 수평으로 움직이며 시뮬레이션용 모션을 구현한다.

먼저, 상기 하부구조프레임(13)은, 대략 격자의 형태를 취하는 프레임본체(13a)를 갖는다. 상기 프레임본체(13a)는 바닥에 견고히 고정되어 측방향 하중이 가해지더라도 옆으로 들떠 기울어지지 않는다.

상기 프레임본체(13a)의 양측부에는 수평의 레일고정부(13b)가 마련되어 있고, 각 레일고정부(13b) 상에 하부레일(21)이 안착된다. 상기 하부레일(21)은 상호 평행을 이루며 각각의 양단부에 스토퍼(29)를 갖는다. 상기 스토퍼(29)는 슬라이더(22)가 하부레일(21)의 길이방향 외부로 이탈하지 않도록 슬라이더(22)의 이동을 제한하는 역할을 한다.

상기 슬라이더(22)는, 하부레일(21)에 지지된 상태로 상부구조프레임(33)을 수평으로 받쳐 지지하는 것으로서, 하나의 하부레일(21)에 두 개가 이격 설치된다. 상기 슬라이더(22)는, 하부슬라이더(23)와, 연결부재(27)와, 상부슬라이더(25)로 구성된다.

상기 하부슬라이더(23)는 하부레일(21) 상에서 하부레일(21)의 길이방향을 따라 슬라이딩 하는 부재이다. 또한 연결부재(27)는 하부슬라이더(23)의 연직 상부에 상부슬라이더(25)를 고정시키기 위한 블록형 부재이다.

상기 연결부재(27)의 두께 조절을 통해 하부구조프레임(33)에 대한 상부구조프레임(33)의 간격을 달리 할 수도 있다. 경우에 따라 연결부재(27)를 적용하지 않고, 하부슬라이더(23)의 상부에 상부슬라이더(25)를 바로 고정시킬 수도 있음은 물론이다.

상기 상부슬라이더(25)는 연결부재(27)의 상부에 고정되며 상부구조프레임(33)의 저면에 고정되어 있는 상부레일(39)을 수용 지지한다. 상기 하부슬라이더(23)와 상부슬라이더(25)는 그 방향이 상호 직교하도록 설치된 것이다.

상기 상부구조프레임(33)은, 하부구조프레임(13)과 대응하는 것으로서, 대략 격자의 구조를 취하는 프레임본체(33a)와, 상기 프레임본체(33a)의 저면 양측에 평행하게 고정되는 상부레일(39)과, 프레임본체(33a)의 저면에 구비되는 제 1,2브라켓(35,37)을 구비한다.

상기 상부레일(39)은 하부레일(21)과 직교하는 방향으로 연장된 것으로서 상기 상부슬라이더(25)에 의해 수평으로 지지된다. 상기 상부레일(39)은 상부슬라이더(25)에 지지된 상태로 길이방향 슬라이딩 이동이 가능하다. 슬라이더(22) 자체가 하부레일(21)의 길이방향으로 이동할 수 있으므로, 결국 상부구조프레임(33)은 전후좌우 방향으로 2차원 평면운동을 하게 된다.

상기 상부레일(39)의 양단부에도 스토퍼(29)가 고정되어 있음은 물론이다.

상기 제 1,2브라켓(35,37)은, 프레임본체(33a)를 후술할 제 1커넥팅로드(17) 및 제 2커넥팅로드(19)와 연결시키는 역할을 하는 것으로서, 연결핀(15m)을 통과시키는 구멍을 갖는다. 상기 제1,2브라켓(35,37)에 대한 설명은 아래에 다루어진다.

한편, 상기 하부구조프레임(13)의 프레임본체(13a)에는 두 개의 구동부(15)와, 각 구동부(15)에 연결되는 전동수단이 더 구비된다. 상기 전동수단은 제 1,2커넥팅로드(17,19)를 포함할 수 있다.

상기 두 개의 구동부(15)는 그 설치방향만 다를 뿐 동일한 구성과 동일한 작동원리를 갖는 것이다.

상기 구동부(15) 중, 일측 구동부는 제 1커넥팅로드(17)를 화살표 X방향으로 움직이는 것이고, 타측 구동부는 제 2커넥팅로드(19)를 화살표 Y방향으로 움직이는 역할을 한다. 이와같은 역할을 할 수 있는 한 구동부의 구조는 매우 다양하게 변경될 수 있음은 당연하다.

여하튼, 도 2에 도시한 구동부(15)는, 프레임본체(13a)에 고정되며 관통구(15b)를 갖는 지지플레이트(15a)와, 상기 지지플레이트(15a)에 상호 이격되도록 배치되는 받침블록(15q)과, 상기 받침블록(15q)에 축회전 가능하도록 지지되는 리드스크류(15g)과, 상기 리드스크류(15g)를 감싸며 리드스크류의 축회전에 따라 화살표 X방향으로 직선운동하는 이송바디(15h)와, 일단부가 회동핀(15n)을 통해 이송바디(15h)에 링크되며 길이방향으로 연장된 제 1아암(15k)과, 상기 제 1아암(15k)과 일측 받침블록(15q)을 연결하며 회동운동 가능한 제 2아암(15p)과, 리드스크류(15g)를 축회전시키는 모터(15c)를 포함한다.

도 3a 및 3b에 상기 구동부(15)를 보다 자세히 도시하였다.

도면을 참조하면, 상기 지지플레이트(15a)의 하부에 모터(15c)가 고정되어 있음을 알 수 있다. 상기 모터(15c)는 외부로부터 인가된 제어신호에 의해 양방향으로 축회전하는 구동축(도면부호 없음)을 가진다. 아울러 상기 구동축에는 구동풀리(15d)가 고정되어 있다.

아울러 상기 리드스크류(15g)의 일단부에는 종동풀리(15e)가 고정되어 있고, 상기 구동풀리(15d)와 종동풀리(15e)는 벨트(15f)를 통해 연결되어 있다. 모터(15c)의 작동에 의해 종동풀리(15e) 및 리드스크류(15g)가 회전함에 따라 이송바디(15h)가 길이방향으로 이송됨은 물론이다.

또한 상기 제 1아암(15k)과 제 2아암(15p)을 링크시키는 연결핀(15m)에는 제 1,2커넥팅로드(17,19)가 이어진다. 상기 제 1,2커넥팅로드(17,19)는 이송바디(15h)의 직선운동에 종동하여, 도면상 우측으로 이동하거나 좌측으로 이동하는 막대형 부재이다.

가령 도 3a의 상태에서 모터(15c)를 구동하여 이송바디(15h)를 우측방향으로 이송하면, 도 3b에 도시한 바와 같이 제 1,2커넥팅로드(17,19)가 우측으로 A만큼 이동한다. 모터(15c)를 역회전시켜 이송바디(15h)를 도면상 좌측으로 이송시키면 우측으로 이동했던 제 1,2커넥팅로드(17,19)가 좌측으로 이동하여 원위치한다.

이송바디(15h)의 직선 왕복 운동시 연결핀(15m)이 상승과 하강을 반복하지만, 연결핀(15m) 및 제 1,2커넥팅로드(17,19)의 승강범위는 상하부 프레임본체(13a,33a)의 간격내에 포함되므로 문제되지 않는다.

한편, 제 1커넥팅로드(17)는 상부구조프레임(33)을 X방향으로 왕복운동 시키기 위한 것이고, 제 2커넥팅로드(19)은 상부구조프레임(33)을 Y방향으로 구동하기 위한 것일 뿐, 상기 제 1커넥팅로드(17)와 제 2커넥팅로드(19)는 동일한 구조를 가지는 구성요소이다. 그럼에도 불구하고 도면부호를 다르게 부여한 것은 설명과 이해의 편의를 위한 것이다.

상기 제 1,2커넥팅로드(17,19)은 일정길이를 갖는 막대형 부재로서 그 양단부에 볼조인트(17a)를 갖는다. 상기 볼조인트(17a)는 공지의 기계요소로서 링하우징(17b)과, 상기 링하우징(17b) 내부에 설치되는 습동링(17d)을 갖는다. 상기 습동링(17d)은 연결핀(15m)을 수용 지지하는 핀구멍(17c)을 갖는 링형부재로서, 링하우징(17b) 내부에서 회전운동이 가능하다.

상기 두 개의 볼조인트(17a) 중, 일측 볼조인트는 제 1,2아암(15k,15p)의 연결부에 함께 링크되고, 반대편 볼조인트(17a)는 제 1,2브라켓(도 2의 35,37)에 연결핀(15m)을 통해 각각 연결된다.

도 4a 및 4b는 상기 도 3a에 도시한 볼조인트(17a)의 특징을 나타내 보인 도면이다.

가령, 도 4a에 도시한 바와 같이, 습동링(17d)은 연결핀(15m)을 수용한 상태로 화살표 k 방향 또는 그 반대방향으로 회전할 수 있는 것이다. 이에 따라, 도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 연결핀(15m)의 중심축선과, 커넥팅로드(17,19)의 중심축선의 사이각(θ)이 직각을 이루지 않아도 된다.

이러한 구조를 갖는 제 1,2커텍팅로드(17,19)를 적용한다는 것은, 상호 직교하는 방향의 힘을 출력하는 두 개의 구동부(15)를 동일한 평면, 즉, 하나의 프레임본체(13a)에 고정할 수 있게 한다는 의미를 갖는다.

즉, 도 2에 도시한 바와 같이, 두 개의 구동부(15)를 프레임본체(13a)에 설치하고, 각각의 구동부(15)와 상부구조프레임(33)을 제 1,2커넥팅로드(17,19)로 연결하더라도, 상부구조프레임(33)의 전후좌우 방향 평면 운동이 가능한 것이다. 그 이유는, 당연히, 연결핀(15m)이 습동링의 습동가능 범위안에서 회동운동 할 수 있기 때문이다.

상부구조프레임(33)이 X방향으로 직선 운동할 때, 제 2커넥팅로드(19)가 좌우로 얼마간 회동운동하여 상부구조프레임(33)의 직선 운동을 방해하지 않고, 마찬가지로 상부구조프레임(33)이 Y방향으로 직선 운동할 때, 제 1커넥팅로드(17)가 좌우로 회동운동 하여 상부구조프레임(33)의 움직임을 방해하지 않을 수 있는 것은, 상기 제 1,2커넥팅로브(17,19)의 구성에 따른 것이다.

도 5는 상기 도 1에 도시한 모션시뮬레이터용 2자유도 직선운동 스테이지(11)에 적용할 수 있는 다른 형태의 구동부를 개략적으로 도시한 도면이다.

도시한 바와 같이, 구동부(15)로서 액츄에이터(41)를 적용할 수도 있다. 상기 액츄에이터(41)는 직선구동형 실린더를 사용할 때 적절한 구성이다.

상기 액츄에이터(41)는, 지지플레이트(15a)에 수평으로 고정되는 실린더(41a)와, 상기 실린더(41a)의 길이방향으로 직선운동하는 피스톤로드(41b)를 갖는다.

상기 액츄에이터(41)는 프레임본체(13a) 상부에 두 개가 설치되되, 상기 피스톤로드(41b)가 직교하는 방향으로 고정된다. 아울러 각각의 피스톤로드(41b)의 단부에는 제 1커넥팅로드(17)나 제 2커넥팅로드(19)가 연결된다.

상기 제 1,2커넥팅로드(17,19)는 그 단부가 제 1,2브라켓(35,37)에 각각 링크된 상태로, 액츄에이터(41)의 동력을 상부구조프레임(33)으로 전달한다.

도 6은 상기 도 1에 도시한 모션시뮬레이터용 2자유도 직선운동 스테이지에 적용할 수 있는 또 다른 형태의 구동부(15)를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 6에 도시한 바와 같이, 상기 프레임본체(13a)의 상면에 두 개조의 구동부(15)가 장착되어 있음을 알 수 있다. 상기 두 개의 구동부(15) 중 도면상 좌측 구동부(15)는 상부구조프레임(33)을 X방향으로 운동시키는 것이고, 나머지 하나의 구동부는 상부구조프레임(33)을 Y방향으로 운동시키는 것이다.

상기 구동부(15)는, 모터(15c)에 의해 동력을 전달받아 축회전하는 리드스크류(15g)와, 상기 리드스크류(15g)를 감싸며 리드스크류의 축회전에 따라 직선운동하는 이송바디(15s)와, 상기 리드스크류(15g)와 평행하게 연장되고 이송바디(15s)의 왕복 직선운동을 가이드하는 가이드로드(15r)를 포함한다.

아울러 상기 제 1,2커넥팅로드(17,19)는 각각의 이송바디(15s)에 직결된다. 즉, 제 1커넥팅로드(17)는 도면상 좌측 이송바디(15s)에 연결핀(15m)을 통해 링크되고, 제 2커넥팅로드(19)는 도면상 우측 이송바디(15s)에 연결핀(15m)으로 직결되는 것이다. 제 1,2커넥팅로드(17,19)가 연결핀(15m)을 회동축으로 삼아 화살표 m 방향 및 n 방향으로 회동운동 할 수 있음은 당연하다.

또한 제 1,2커넥팅로드(17)의 타측 단부는 상부구조프레임(33)의 제 1,2브라켓(도 2의 35,37)에 각각 연결된다. 이를 위해 상기 제 1,2브라켓(35,37)의 위치가 적절히 변경되어야 함은 물론이다. 이러한 링크구조가 상부구조프레임(33)의 평면운동을 가능하게 하는 것임은 물론이다.

도 7은 상기 도 1에 도시한 모션시뮬레이터용 2자유도 직선운동 스테이지에 적용할 수 있는 또 다른 형태의 구동부를 개략적으로 도시한 도면이다.

도시한 바와 같이, 구동부로서, 모터(51)와, 감속기(53)와, 회동로드(53a)를 적용할 수도 있다.

상기 감속기(53)는, 모터(51)로부터 회전력을 전달받아 감속된 회전 토크를 출력하는 것으로서, 회동로드(53a)를 회동운동 시킨다.

상기 회동로드(53a)는 감속기(53)의 회전축을 중심으로 화살표 v 방향으로 회동운동하며, 제 1,2커넥팅로드(17,19) 단부의 연결핀(15m)를 화살표 w방향으로 직선운동시켜 상부구조프레임(33)의 XY운동을 구현한다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

11:모션스테이지 13:하부구조프레임 13a:프레임본체
13b:레일고정부 15:구동부 15a:지지플레이트
15b:관통구 15c:모터 15d:구동풀리
15e:종동풀리 15f:벨트 15g:리드스크류
15h:이송바디 15k:제 1아암 15m:연결핀
15n:회동핀 15p:제 2아암 15q:받침블록
15r:가이드로드 15s:이송바디 17:제 1커넥팅로드
17a:볼조인트 17b:링하우징 17c:핀구멍
17d:습동링 19:제 2커넥팅로드 21:하부레일
22:슬라이더 23:하부슬라이더 25:상부슬라이더
27:연결부재 29:스토퍼 33:상부구조프레임
33a:프레임본체 35:제 1브라켓 37:제 2브라켓
39:상부레일 41:액츄에이터 41a:실린더
41b:피스톤로드 51:모터 53:감속기
53a:회동로드

Claims (8)

1. 지지력을 제공하는 하부구조프레임;
   상기 하부구조프레임에 상호 평행하게 고정되며 길이방향으로 연장된 다수의 하부레일;
   각 하부레일에 지지된 상태로 하부레일의 길이방향을 따라 슬라이딩 이동 가능한 다수의 슬라이더;
   상기 하부레일에 대해 직교하는 방향으로 연장되되 슬라이더에 지지된 상태로 하부레일에 직교하는 방향으로 슬라이딩 이동 가능한 다수의 상부레일;
   상기 상부레일에 받쳐지며 외부로부터 하중을 인가받는 상부구조프레임;
   상기 하부구조프레임과 상부구조프레임의 사이에 설치되며, 상부구조프레임을 하부레일과 상부레일의 길이방향으로 움직일 수 있는 동력을 출력하는 다수의 구동부; 및
   상기 구동부와 상부구조프레임을 연결하여 구동부의 동력을 상부구조프레임으로 전달하는 전동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 모션시뮬레이터용 2자유도 직선운동 스테이지.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 슬라이더는,
   상기 하부레일에 지지되며 하부레일의 길이방향을 따라 슬라이딩 운동하는 하부슬라이더; 및
   상기 하부슬라이더의 상부에 구비되고 상부레일을 슬라이딩 이동 가능하도록 받쳐 지지하는 상부슬라이더를 포함하는 것을 특징으로 하는 모션시뮬레이터용 2자유도 직선운동 스테이지.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 하부슬라이더와 상부슬라이더의 사이에는, 하부슬라이더에 대해 상부슬라이더를 상대적으로 고정시키는 연결수단이 더 구비된 것을 특징으로 하는 모션시뮬레이터용 2자유도 직선운동 스테이지.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 전동수단은;
   길이방향으로 연장되며 그 양단부에 볼조인트를 구비하고, 볼조인트를 통해 구동부 및 상부구조프레임에 링크되는 커넥팅로드인 것을 특징으로 하는 모션시뮬레이터용 2자유도 직선운동 스테이지.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 구동부는,
   상기 하부구조프레임 상에 고정된 받침블록;
   상기 받침블록에 축회전 가능하도록 지지되는 리드스크류;
   상기 리드스크류를 감싸며 리드스크류의 축회전시 리드스크류의 길이방향을 따라 직선운동하는 이송바디;
   일단부가 상기 이송바디에 회동 가능하도록 링크되며 길이방향으로 연장되고, 타단부가 상기 전동수단에 연결되는 제 1아암; 및
   일단부가 상기 받침블록에 회동 가능하도록 연결되며, 타단부가 상기 제 1아암 및 전동수단의 연결부에 링크되는 제 2아암을 포함하는 것을 특징으로 하는 모션시뮬레이터용 2자유도 직선운동 스테이지.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 구동부는,
   상기 하부구조프레임에 고정되는 실린더; 및
   상기 하부레일 또는 상부레일과 나란하게 연장되고, 연장단부에 상기 전동수단이 연결되는 피스톤로드를 갖는 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 모션시뮬레이터용 2자유도 직선운동 스테이지.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 구동부는,
   상기 하부구조프레임에 축회전 가능하도록 지지되는 리드스크류; 및
   상기 리드스크류를 감싸며 리드스크류의 축회전시 리드스크류의 길이방향을 따라 직선운동하고 상기 전동수단에 직결되는 이송바디를 포함하는 것을 특징으로 하는 모션시뮬레이터용 2자유도 직선운동 스테이지.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 구동부는,
   모터;
   상기 모터와 결합하며 회전력을 출력하는 감속기; 및
   상기 감속기의 회전력을 전달받아 회동운동하는 것으로서, 상기 전동수단에 연결되는 회동로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 모션시뮬레이터용 2자유도 직선운동 스테이지.
   

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