KR20190001383U - 모션 시뮬레이터 - Google Patents

Abstract

본 고안은 단일 스프로킷과 체인을 이용하여 요 회전판의 내구성을 향상시킨 모션 시뮬레이터에 관한 것이다.
본원고안의 모션 시뮬레이터는 등록특허 10-1250429호의 스프로킷에 비해 직경이 수십 배 이상인 상기 제 2 스프로킷을 사용하므로 회전수를 줄여 스프로킷에 가해지는 충격을 줄일 수 있고, 또한, 본원 고안의 모션 시뮬레이터는 등록특허 10-1250429호의 스프로킷에 비해 직경이 수 배 이상인 단일의 제 2 스프로킷을 사용하므로 내구성이 높을 뿐만 아니라 고속 고하중용 체인을 사용할 수 있다.
또한. 본 고안의 모션 시뮬레이터는 오토 텐셔너를 사용하여 장기 사용시 발생되는 장력의 감소를 방지할 수 있다.
또한, 본 고안의 모션 시뮬레이터는 상기 상판과 하판 사이에 위치하는 복수개의 캐스터를 사용하여 다축 운동시 상기 상판에 가해지는 하중을 지지 분산하고 충격을 흡수할 수 있다.

Description

모션 시뮬레이터{Motion Simulator}

본 고안은 모션 시뮬레이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단일 스프로킷과 체인을 이용하여 요(yaw) 내구성을 향상시킨 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 사용되고 있다.

기존 4축 모션 시뮬레이터는 직선운동과 회전운동의 조합에 의해 3차원 운동을 수행하게 된다. 공간상에서의 물체의 운동은, Y축을 회전 중심으로 하는 좌, 우 움직임의 롤링(Rolling), X축을 회전 중심으로 하는 전, 후 움직임의 피칭(Pitching) 및 Z축을 중심으로 하는 상, 하 움직임의 히브(Heave), Z축을 회전 중심으로 하는 요잉(Yawing) 회전운동의 조합에 의해 이루어지게 된다.

이러한 종래의 모션 시뮬레이터의 일례로서 대한민국 등록실용실안 20-0173400호에는 가상현실 체험 시뮬레이터가 개시되어 있다. 도 1을 참조하면, 종래의 모션 시뮬레이터는, 피동기어가 측면에 형성된 베이스판(10)이 회전수단(10)에 의해 회전되는 회전부를 개시하고 있다. 하지만, 상기 도 1의 등록실용신안은 베이스판(10)의 회전시 작용하는 관성력이 커져 베이스판(2)의 회전방향을 역회전시킬 경우 모터(10D)에 큰 부하가 작용하게 되어 요잉(Yawing) 회전 동작을 신속 정확하게 제어하기 어려운 단점이 있고, 또한, 베이스판 위에 설치되는 탑승부의 무게와 다축 운동에 의해 발생되는 하중 변화로 인해 베이스판에 형성된 기어(83)와 워엄기어(10D)의 이탈 가능성도 높아 안전에 문제가 있다.

등록특허 10-1250429호는 모터에 연결된 제 1 스프로켓과 고정판의 상면에 고정된 다수개의 제2스프로켓에 체인을 연결시켜 회전판의 관성력에도 불구하고 모터의 부하 증가를 방지하는 구조를 제시하고 있다(도 2 참고). 하지만, 상기 등록특허는 체인 회전직경에 비해 매우 작은 직경의 2 스프로켓을 16개 이상 사용하는데, 작은 직경의 제 2스프로켓들은 체인으로 전달되는 큰 회전력을 수용하기에는 내구성이 떨어지는(비록 복수개의 제 2 스프로켓으로 분산하여 수용함에도 불구하고) 반면, 회전수는 급격히 증가하므로 이들 중 어느 하나에서 기어 파손이나 이탈 등의 문제가 발생할 가능성이 매우 높다. 또한, 회전 효율을 높이기 위해서는 체인에 소정 이상의 장력을 지속적으로 제공하여야 하는데, 상기 등록특허는 내구성이 떨어지는 제 2 스프로켓으로 인해 장력 제공에 한계가 있다. 또한, 상기 등록특허는 복수개의 캐스터를 구비하고 있으나, 회전 시에 가해지는 탑승부의 무게와 다축 운동에 의해 발생되는 하중 변화를 수용하지 못한다는 문제점이 있었다.

본 고안은 내구성과 회전 효율을 높일 수 있는 모션 시뮬레이터를 제공하는 것이다.

본 고안은 회전과 다축 운동시 가해지는 충격을 흡수할 수 있는 시뮬레이터를 제공하는 것이다.

하나의 양상에서 본 고안은

지면에 고정되는 하부 플레이트(10) ;

회전 가능한 상판(20) ;

상판의 중앙 하부에 일측이 고정되고, 상기 하부 플레이트 상부측에 고정된 베어링에 타측이 연결된 중심축(30) ;

상기 상판 가장자리에 위치하는 구동부(40) ;

상기 상판을 관통하여 상판 하부에 위치하는 상기 구동부(40)의 감속기 축에 결합되어 상판 가장자리 하부에 매달려 위치하는 제 1 스프로킷 (50);

상기 제 1스프로킷과 동일 평면상에 위치하되, 상기 중심축을 관통하여 상기 상판 상에 고정되는 제 2 스프로킷(60) ;

제 1 스프로킷 (50)과 제 2 스프로킷(60) 사이에 연결되는 체인(70) ; 및

상기 상부에 위치하며 다축 운동을 수행하는 탑승부(80)를 포함하고,

상기 구동부가 제 1 스프로킷을 회전시키면 체인의 반발력으로 상기 제 스프로킷이 고정된 상기 상판을 상기 중심축으로 무한 회동시키는 모션 시뮬레이터에 관련된다.

본원고안의 모션 시뮬레이터는 등록특허 10-1250429호의 스프로킷에 비해 직경이 수십 배 이상인 상기 제 2 스프로킷을 사용하므로 회전수를 줄여 스프로킷에 가해지는 충격을 줄일 수 있다. 또한, 본원 고안의 모션 시뮬레이터는 등록특허 10-1250429호의 스프로킷에 비해 직경이 수 배 이상인 단일의 제 2 스프로킷을 사용하므로 내구성이 높을 뿐만 아니라 고속 고하중용 체인을 사용할 수 있다.

또한. 본 고안의 모션 시뮬레이터는 오토 텐셔너를 사용하여 장기 사용시 발생되는 장력의 감소를 방지할 수 있다.

또한, 본 고안의 모션 시뮬레이터는 상기 상판과 하판 사이에 위치하는 복수개의 캐스터를 사용하여 다축 운동시 상기 상판에 가해지는 하중을 지지 분산할 수 있다.

도 1과 도 2는 종래 모션 시뮬레이터를 보여준다.
도 3은 본 고안의 모션 시뮬레이터의 전체 개략도이다.
도 4는 도 3의 측면도를 도시한 것이다.
도 5는 도 4에서 체인을 제거한 회전부 측면을 도시한 것이다.
도 6은 회전부의 조립 분해도이다.
도 7은 회전부의 회전 운동을 저면에서 그린 것이다(하판 제거).
도 8은 도 3의 탑승부를 확대한 것이다.
도 9는 탑승부의 3축 운동을 나타내는 평면 투시도이다.
도 10는 제어모듈의 구성을 나타내는 블록도이다.

이하에서, 본 고안의 바람직한 실시 태양을 도면을 들어 설명한다. 그러나 본 고안의 범위는 하기 실시 태양에 대한 설명 또는 도면에 제한되지 아니한다. 즉, 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 고안을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 기술되는 "포함 한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 명세서에 기재된 "부", "기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 4는 도 3의 측면도를 도시한 것이고, 도 5는 도 4에서 체인을 제거한 회전부 측면을 도시한 것이고, 도 6은 회전부의 조립 분해도이고, 도 7은 회전부의 회전 운동을 저면에서 그린 것이고, 도 8은 도 3의 탑승부를 확대한 것이고, 도 9는 탑승부의 3축 운동을 나타내는 평면 투시도이고, 도 10는 제어모듈의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 3 내지 도 9를 참고하면, 본 고안의 모션 시뮬레이터는 하부플레이트(10), 상판(20), 중심축(30), 구동부(40), 제 1스프로킷(50), 제 2스프로킷(60), 체인(70) 및 탑승부(80)를 포함한다.

상기 하부플레이트(10)는 지면에 고정되어 시뮬레이터를 지지한다. 상기 하부플레이트는 지면에 고정되어 충격을 흡수하는 복수의 고무 고정대를 포함한다. 예를 들면, 상기 하부 플레이트는 원형의 금속판이나 고강도의 합성수지판을 사용할 수 있고, 하면에는 이를 지지하는 복수의 보강대를 결합시킬 수 있다.

상기 상판(20)은 상기 하부 플레이트(10)와 소정 간격으로 이격되어 상기 구동부에 의해 회전한다. 상기 상판은 상기 하부플레이트와 동일하거나 유사한 구조, 형상 및 재질일 수 있다. 상기 상판의 하면에는 복수의 보강대가 결합될 수 있다.

상기 중심축(30)은 상판의 중앙 하부에 일측이 고정되고, 상기 하판 상부측에 고정된 베어링(31)에 타측이 연결된다. 상기 중심축(30)은 상판 중앙 아래에 용접될 수 있다. 상기 중심축이 회전하면 용접 결합된 상기 상판이 회전할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 상기 중심축은 브라켓(32)에 용접결합되고, 상기 브라켓은 상기 상판에 용접 또는 볼트 너트 결합될 수 있다.

상기 하부 플레이트(10)의 중앙 부분에 고정 브라켓(11)이 결합될 수 있다. 상기 고정 브라켓(11)에 형성된 중앙 홀에는 베어링(31)이 삽입 고정된다. 상기 베어링은 중심축 하단과 결합되어 중심축을 지지하고 회전을 원활하게 한다.

상기 구동부(40)는 상기 상판 가장자리 부분에 위치한다. 상기 구동부(40)는 구동모터(41)와 감속기(42)를 포함한다. 상기 구동모터와 감속기는 상판 상부에 위치하고, 상기 감속기(42)의 회전축(43)은 상판을 관통하여 상판 하부측에 위치한다.

상기 제 1 스프로킷(50)은 상판 하부측에 위치하는 감속기의 회전축에 결합되어 상판 가장자리 하부에 매달려 위치한다.

상기 제 2 스프로킷(60)은 상기 제 1스프로킷과 동일 평면상에 위치하도록 상기 고정 브라켓(11) 상부에 고정된다. 상기 제 2 스프로킷(60)의 중앙의 홀에 상기 중심축이 관통한다. 상기 고정 브라켓(11)은 상부에 위치한 제 2 스프로킷의 하중을 지지한다.

상기 체인(70)은 제 1 스프로킷(50)과 제 2 스프로킷(60) 사이에 연결되어 구동부의 동력을 전달한다.

도 8을 참고하면, 상기 구동부가 제 1 스프로킷을 회전시키면 체인의 반발력으로 상기 제 1 스프로킷이 고정된 상기 상판을 상기 중심축으로 회동시킨다.

상기 제 1 스프로킷(50)은 직경이 70~100mm, 제 1 스프로킷에 형성된 이의 높이(whole depth)는 10~30mm 이의 너비(face width)는 15~35mm일 수 있다.

상기 제 2 스프로킷(60)은 직경이 550~650mm, 제 2 스프로킷에 형성된 이의 높이(whole depth)는 10~30mm 이의 너비(face width)는 15~35mm일 수 있다.

상기 제 2 스프로킷은 등록특허 10-1250429호의 스프로킷에 비해 직경이 수십 배 이상이므로 회전수를 줄여 스프로킷에 가해지는 충격을 줄일 수 있고, 단일(하나)의 스프로킷을 사용하므로 내구성이 높을 뿐만 아니라 고속 고하중용 체인을 사용할 수 있다.

상기 탑승부(80)는 상기 상판(20) 상부에 위치하며 사용자가 탑승할 수 있는 구조물이다.

상기 탑승부(80)는 공지된 어떠한 탑승 구조물을 제한없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 도 8과 도 9와 같이 상기 탑승부(80)는 상부 플레이트(81), 모터(82), 감속기(83), 동력전달 브라켓(84), 발판(85), 팔걸이(86) 및 좌석(87)을 포함한다.

상기 탑승부(80)는 회전 상판(20) 상부에 위치하여 3축 3자유도를 구현하는 구동부를 도시한 것이다.

이와 같이, 본 고안의 모션 시뮬레이터는 회전가능한 상판 상에 탑승부를 구비하여 다축(1~6축) 운동을 수행할 수 있다.

상기 모션 시뮬레이터는 상기 상판 가장자리 하부측에 매달려 고정되고, 상기 하판의 상면과는 접촉하여 상기 상판에 가해지는 하중을 지지 분산하는 복수의 캐스터(90)를 포함할 수 있다. 상기 캐스터(90)는 상판과 함께 회전하면서 상판에 가해지는 하중을 지지 분산하고 충격을 흡수할 수 있다.

본 고안의 모션 시뮬레이터는 상기 체인과 외측면에서 치합되어 상기 체인의 장력을 유지하는 오토 텐서너(71)를 포함할 수 있다.

상기 모션 시뮬레이터는 상판에 위치하고, 상기 구동부(40)와 상기 탑승부(80)의 모터(82)를 구동시켜 회전운동과 다축 운동을 제어하는 제어부(100)를 포함한다.

상기 제어부(100)는 센서 신호 수신부(110), 통신모듈(120), 프로세서컨트롤러(130), 메모리(140), 회전운동 가동모듈(150) 및 다축운동 가동모듈(160)을 포함할 수 있다.

상기 제어부(100)는 모션 시뮬레이터 소프트웨어가 설치된 관리 서버 또는 PC(200) 와 통신으로 연결될 수 있다.

상기 센서 신호 수신부(110)는 금속감지센서(101), 가속도 센서 등의 신호를 수신하여 제어부로 전송한다.

상기 통신모듈(120)은 사용자 단말(미도시) 내지 상기 관리 PC(200)와 통신할 수 있는 유선/무선 통신모듈일 수 있으며, 무선 통신모듈로는 와이파이 모듈일 수 있다.

본 발명의 모션 시뮬레이터는 소프트웨어 프로그램으로 구현되거나 모듈화된 회전운동 가동모듈(150)이나 다축운동 가동모듈(160)을 상기 프로세서 컨트롤러(130)를 통해 처리할 수 있다.

상기 회전운동 가동모듈이나 다축 운동 가동모듈은 시간에 따라 설정된 모터 회전 RPM이나 방향을 처리하는 소프트웨어 프로그램일 수 있다.

상기 모션 시뮬레이터는 상기 상판 하부로 돌출 고정된 금속 감지 센서(101)와 상기 제 2 스프로킷(60)에 삽입 고정되어 제 2 스프로킷 상부로 돌출되되, 상기 금속 감지 센서의 직하부에 위치가능한 피탐지 금속(예를 들면 볼트, 102))을 포함한다.

상기 제어부는 모션 시뮬레이터가 ON되면 상기 구동부(40)를 가동하여 상판을 회전시키고, 상기 금속 감지센서(110)가 상기 피탐지 금속(102)을 감지하면 상판 회전을 중단시켜 상기 상판의 초기 위치를 설정할 수 있다.

본 고안의 모션 시뮬레이터는 상기 중심축 내부에 슬립링(91)을 구비하여 슬립링을 통과하는 접점을 AC 전원 하나로 단순화시켰다. 또한, 본 고안의 모션 시뮬레이터는 구동부, 탑승부의 모터나 감속기가 상판 위에 설치됨에 따라 모든 제어신호가 상판 위에서 전달되도록 설계할 수 있으므로 슬립링의 오작동으로 인한 위험성을 최소화할 수 있으며 상판 및 상판위에 장착 된 다축의 탑승부는 케이블의 꼬임없이 좌 우로 무한 회전이 가능하다

이상에서 본 고안의 바람직한 구현예를 예로 들어 상세하게 설명하였으나, 이러한 설명은 단순히 본 고안의 예시적인 실시예를 설명 및 개시하는 것이다. 당업자는 본 고안의 범위 및 요지로부터 벗어남이 없이 상기 설명 및 첨부 도면으로부터 다양한 변경, 수정 및 변형예가 가능함을 용이하게 인식할 것이다.

Claims (4)

1. 지면에 고정되는 하부 플레이트(10) ;
   회전가능한 상판(20) ;
   상판의 중앙 하부에 일측이 고정되고, 상기 하부 플레이트 상부측에 고정된 베어링에 타측이 연결된 중심축(30) ;
   상기 상판 가장자리에 위치하는 구동부(40) ;
   상기 상판을 관통하여 상판 하부에 위치하는 상기 구동부(40)의 감속기 축에 결합되어 상판 가장자리 하부에 매달려 위치하는 제 1 스프로킷 (50);
   상기 제 1스프로킷과 동일 평면상에 위치하되, 상기 중심축을 관통하여 상기 상판 상에 고정되는 제 2 스프로킷(60) ;
   제 1 스프로킷 (50)과 제 2 스프로킷(60) 사이에 연결되는 체인(70) ; 및
   상기 상부에 위치하며 다축 운동을 수행하는 탑승부(80)를 포함하고,
   상기 구동부가 제 1 스프로킷을 회전시키면 체인의 반발력으로 상기 제 스프로킷이 고정된 상기 상판을 상기 중심축으로 무한 회동시키는 것을 특징으로 하는 모션 시뮬레이터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 모션 시뮬레이터는 상기 상판 가장자리 하부측에 매달려 고정되고, 상기 하판의 상면과는 접촉하여 상기 상판에 가해지는 하중을 지지 분산하는 복수의 캐스터(90)를 포함하는 모션 시뮬레이터.
3. 제 1항에 있어서, 상기 모션 시뮬레이터는 상기 체인과 외측면에서 치합되어 상기 체인의 장력을 유지하는 오토 텐셔너(71)를 포함하는 모션 시뮬레이터.
4. 제 1항에 있어서, 상기 모션 시뮬레이터는 상판에 위치하고, 상기 구동부(40)와 상기 탑승부(80)의 모터(82)를 구동시켜 회전운동과 다축 운동을 제어하는 제어부(100)를 포함하고,
   상기 모션 시뮬레이터는 상기 상판 하부로 돌출 고정된 금속 감지 센서(101)와 상기 제 2 스프로킷(60)에 삽입 고정되어 제 2 스프로킷 상부로 돌출되되, 상기 금속 감지 센서의 직하부에 위치가능한 피탐지 금속(볼트, 102))을 포함하고,
   상기 제어부는 모션 시뮬레이터가 ON되면 상기 구동부(40)를 가동하여 상판을 회전시키고, 상기 금속 감지센서(110)가 상기 피탐지 금속을 감지하면 상판 회전을 중단시켜 상기 상판의 초기 위치를 설정하는 것을 특징으로 하는 모션 시뮬레이터.
   

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