KR20200048165A - 다자유도 모션 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 평면 상에서 다자유도 동작을 수행하는 다자유도 모션 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 콤팩트하고, 안정적인 구조를 가지며, 평면 상에서 강력한 모션을 출력하여 고하중에서도 정밀하고, 다이나믹한 운동을 구현할 수 있는 다자유도 모션 시스템에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명에 따른 다자유도 모션 시스템은 평면 상에서 3자유도 동작을 수행하는 작동 플레이트와, 상기 작동 플레이트를 동작시키는 구동부와, 상기 구동부의 하부를 지지하는 베이스 프레임과, 상기 작동 플레이트 및 구동부를 감싸도록 상기 베이스 프레임의 둘레를 따라 구비되는 사이드 프레임과, 상기 작동 플레이트와 함께 3자유도 동작을 수행하는 상판 프레임 및 상기 사이드 프레임의 상단과 상기 상판 프레임의 둘레를 연결하는 자바라 프레임을 포함한다.

Description

다자유도 모션 시스템{Multi degree of freedom motion system}

본 발명은 평면 상에서 다자유도 동작을 수행하는 다자유도 모션 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 콤팩트하고, 안정적인 구조를 가지며, 평면 상에서 강력한 모션을 출력하여 고하중에서도 정밀하고, 다이나믹한 운동을 구현할 수 있는 다자유도 모션 시스템에 관한 것이다.

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

상기 모션 플랫폼에 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.

한국등록특허공보 제10-1049198호에 개시된 종래의 모션 플랫폼은 베이스부에 고정되는 다수의 모터와, 이러한 모터에 의해 동작하게 되는 다수의 링크가 구비되어 있으나, 이와 같이 다수의 링크가 직교하거나 수직으로 세워진 상태에서 동작하게 되면 장치 전체의 부피 증가로 인해 설치 공간의 제약이 있게 되고, 무게 중심의 위치가 높아져서 구조적으로 불안정해지게 된다.

또한, 모션 플랫폼 사용 과정에서 인가되는 하중이 막대형 링크에 집중되므로 강력한 모션 출력 시에 링크가 변형되거나 부러질 수 있게 되고, 이로 인해 강력하고, 다이나믹한 운동을 표현하기 어려운 한계가 있다.

따라서 이러한 부분에 대한 개선이 필요한 실정이다.

한국 등록특허공보 제10-1049198호(2011.07.14. 공고)

본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 콤팩트하고, 안정적인 구조를 가지며, 평면 상에서 강력한 모션을 출력하여 고하중에서도 정밀하고, 다이나믹한 운동을 구현할 수 있는 다자유도 모션 시스템을 제공하는 것이다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 다자유도 모션 시스템은 평면 상에서 3자유도 동작을 수행하는 작동 플레이트와, 상기 작동 플레이트를 동작시키는 구동부와, 상기 구동부의 하부를 지지하는 베이스 프레임과, 상기 작동 플레이트 및 구동부를 감싸도록 상기 베이스 프레임의 둘레를 따라 구비되는 사이드 프레임과, 상기 작동 플레이트와 함께 3자유도 동작을 수행하는 상판 프레임 및 상기 사이드 프레임의 상단과 상기 상판 프레임의 둘레를 연결하는 자바라 프레임을 포함한다.

상기 구동부에는 상기 작동 플레이트의 하면에 배치된 복수의 위치를 각각 지지하도록 복수 개의 구동 부재가 구비될 수 있다.

이때, 상기 구동 부재는, 상기 베이스 프레임의 상면에 장착되는 구동 모터와, 상기 구동 모터에 연결되어 축 회전하는 리드 스크류와, 상기 리드 스크류가 축 회전 가능하도록 상기 리드 스크류의 양측을 각각 지지하는 받침 블록과, 상기 리드 스크류의 회전 시 축 방향으로 이동하는 이송 블록과, 상기 이송 블록을 중심으로 회동 가능하도록 상기 이송 블록에 힌지 결합되며, 길이 방향을 따라 연장된 헤드가 상기 작동 플레이트의 하면에 결합되는 연장 아암 및 일측은 상기 받침 블록을 중심으로 회동 가능하도록 상기 받침 블록에 힌지 결합되고, 타측은 상기 연장 아암의 바디에 힌지 결합되며, 상기 이송 블록의 이동 시에 상기 연장 아암의 회동 운동을 유도하는 받침 아암을 포함한다.

이러한 상기 연장 아암의 헤드에는 볼 조인트가 구비되고, 상기 작동 플레이트의 하면에는 하향 연장되는 링크 브라켓과 상기 링크 브라켓에 결합되는 제4 링크바가 구비되며, 상기 볼 조인트는 상기 제4 링크바에 회동 가능하게 결합될 수 있다.

아울러 상기 연장 아암의 헤드는 상기 연장 아암의 바디와 일정 각도 경사지게 배치되되, 상기 연장 아암의 헤드가 상향 이동한 상태에서 상기 연장 아암의 헤드와 상기 작동 플레이트의 하면이 평행하게 배치되도록 경사가 형성될 수 있다.

또한, 상기 연장 아암과 상기 받침 아암의 레그는 상기 이송 블록과 상기 받침 블록의 양측을 각각 지지하도록 복수 개 형성될 수 있다.

이때, 각각의 상기 레그가 회동 가능하도록 상기 레그를 관통하는 한 쌍의 결합 부싱이 구비되되, 어느 하나의 상기 결합 부싱은 상기 레그의 일측 방향에서 관통 결합되고, 다른 하나의 상기 결합 부싱은 상기 레그의 타측 방향에서 관통 결합될 수 있다.

또한, 상기 연장 아암과 상기 받침 아암의 외주면에는 길이 방향을 따라 모따기면이 형성될 수 있다.

상기 받침 블록에는 상기 연장 아암의 헤드가 하향 이동 시에 인입 가능한 인입홈이 형성될 수 있다.

상기 베이스 프레임에는 상기 구동 모터가 높이 방향으로 하향 배치되도록 상기 구동 모터가 삽입 배치되는 모터 배치홈이 형성될 수 있다.

또한, 상기 작동 플레이트에는 상기 볼 조인트의 상부가 삽입 가능한 삽입홀이 형성될 수 있다.

이때, 상기 구동 부재에는 상기 이송 블록에 결합된 가이드 블록과, 상기 가이드 블록이 축 방향으로 이동하도록 안내하는 가이드 레일이 구비될 수 있다.

상기 상판 프레임과 상기 베이스 프레임에는 적어도 하나 이상의 관통홀이 각각 형성될 수 있다.

또는, 상기 작동 플레이트의 상부에 배치되며, 상기 작동 플레이트에 수직한 축을 중심으로 회전하는 회전 부재가 구비된 회전 구동부를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 회전 구동부는 상기 작동 플레이트에 수평하게 배치되는 구동축을 갖는 구동 모터와, 상기 구동 모터의 구동력을 상기 회전 부재에 전달하는 동력전달부재를 포함할 수 있다.

이러한 상기 동력전달부재는, 상기 작동 플레이트에 수평하게 배치된 상기 구동 모터의 구동력을 상기 작동 플레이트에 수직한 방향으로 변환해서 전달하는 제1 동력전달부재 및 상기 제1 동력전달부재를 통해 전달되는 구동력을 상기 회전 부재에 전달하는 제2 동력전달부재를 포함할 수 있다.

이때, 상기 제1 동력전달부재는, 상기 구동 모터의 구동축에 결합되는 구동 기어 및 상기 구동 기어에 결합되되, 상기 작동 플레이트에 수직한 축을 중심으로 회전하는 피동 기어를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 동력전달부재는, 상기 피동 기어와 동축 상에서 회전하는 구동 풀리와, 상기 회전 부재의 하부에 결합되는 피동 풀리 및 상기 구동 풀리와 상기 피동 풀리를 동시에 감싸는 타이밍 벨트를 포함할 수 있다.

아울러 상기 회전 부재가 상기 작동 플레이트의 상면에서 위치 고정되도록 고정 프레임이 구비되되, 상기 고정 프레임의 하면에는 상기 회전 부재가 상기 작동 플레이트의 상면으로부터 이격 배치되도록 이격 부재가 구비될 수 있다.

또한, 상기 상판 프레임의 상부에는 상판 프레임, 자바라 프레임 및 사이드 프레임이 추가로 구비될 수도 있다.

상기한 구성을 갖는 본 발명에 따른 다자유도 모션 시스템은 콤팩트하고, 안정적인 구조를 가지므로 설치공간을 적게 차지하여 공간 활용도가 향상되고, 사용 중에 안전사고가 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 평면 상에서 강력한 모션을 출력하여 고하중에서도 정밀하고, 다이나믹한 운동을 구현할 수 있으므로 평면 상의 모션 효과를 배가시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다자유도 모션 시스템이 적용된 상태를 도시한 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다자유도 모션 시스템이 조립된 상태를 도시한 사시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다자유도 모션 시스템이 분해된 상태를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 구동부와 베이스 프레임을 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 구동 부재가 분해된 상태를 도시한 사시도이다.
도 7은 도 6의 I-I 부분의 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 구동 부재의 동작 상태를 도시한 측면도로서, (a)는 작동 플레이트의 하면이 가장 낮은 위치에 배치된 상태를 도시한 도면이고, (b)는 작동 플레이트의 하면이 가장 높은 위치에 배치된 상태를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동 부재를 도시한 측면도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다자유도 모션 시스템이 적용된 상태를 도시한 사시도이다.
도 12은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다자유도 모션 시스템이 분해된 상태를 도시한 사시도이다.
도 13는 본 발명의 회전 구동부를 하측에서 바라본 상태를 도시한 사시도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다자유도 모션 시스템이 적용된 상태를 도시한 사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참고부호를 붙였다.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다자유도 모션 시스템이 적용된 상태를 도시한 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다자유도 모션 시스템이 조립된 상태를 도시한 사시도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다자유도 모션 시스템이 분해된 상태를 도시한 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 구동부와 베이스 프레임을 도시한 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 구동 부재가 분해된 상태를 도시한 사시도이고, 도 7은 도 6의 I-I 부분의 단면도이고, 도 8은 본 발명에 따른 구동 부재의 동작 상태를 도시한 측면도로서, (a)는 작동 플레이트의 하면이 가장 낮은 위치에 배치된 상태를 도시한 도면이고, (b)는 작동 플레이트의 하면이 가장 높은 위치에 배치된 상태를 도시한 도면이며, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동 부재를 도시한 측면도이고, 도 10 및 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다자유도 모션 시스템이 적용된 상태를 도시한 사시도이고, 도 12은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다자유도 모션 시스템이 분해된 상태를 도시한 사시도이고, 도 13는 본 발명의 회전 구동부를 하측에서 바라본 상태를 도시한 사시도이며, 도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다자유도 모션 시스템이 적용된 상태를 도시한 사시도이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 평평한 바닥면 상에 전장 박스(10), 다자유도 모션 시스템 및 사용자용 시트(20)가 순차적으로 적층 결합된다. 전장 박스(10)는 다자유도 모션 시스템에 전원을 공급하고, 구동부(200)의 움직임을 제어하여 작동 플레이트(100) 및 상판 프레임(500)의 움직임이 시트(20)를 통해 출력될 수 있도록 구비된다.

평면 상에서 3자유도 동작을 수행하는 작동 플레이트(100)와, 이러한 작동 플레이트(100)를 동작시키는 구동부(200)와, 구동부(200)의 하부를 지지하는 베이스 프레임(300)과, 상기한 작동 플레이트(100) 및 구동부(200)를 감싸도록 베이스 프레임(300)의 둘레를 따라 구비되는 사이드 프레임(400)과, 작동 플레이트(100)와 함께 3자유도 동작을 수행하는 상판 프레임(500) 및 사이드 프레임(400)의 상단과 상판 프레임(500)의 둘레를 연결하는 자바라 프레임(600)을 포함한다.

즉, 구동부(200)는 작동 플레이트(100)를 3자유도 동작시키며, 이러한 작동 플레이트(100)에는 상판 프레임(500)이 연결되어 작동 플레이트(100)와 함께 3자유도 동작하게 되는 것이다.

이때, 상판 프레임(500)과 사이드 프레임(400)의 사이에는 자바라 프레임(600)이 구비된다. 즉, 구동부(200)가 외부에 노출되는 것을 방지하기 위해 사이드 프레임(400)과 상판 프레임(500)이 구비되는데, 사이드 프레임(400)과 상판 프레임(500)을 직접 연결할 경우 견고한 재질의 사이드 프레임(400)으로 인해 상판 프레임(500)이 3자유도 동작을 수행하기 어렵게 되는 문제가 있을 수 있으므로 이를 해결하고자 상판 프레임(500)과 사이드 프레임(400)의 사이에는 다수의 주름이 형성된 자바라 프레임(600)이 구비된다. 이와 같이 자바라 프레임(600)이 구비되면 사이드 프레임(400)이 고정되어 있는 상태에서 상판 프레임(500)이 3자유도 동작을 수행하는 경우 주름이 펴지면서 이와 같은 동작이 가능하게 함과 동시에 구동부(200)의 외부 노출을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

이러한 자바라 프레임(600)을 체결하기 위해 자바라 프레임(600)의 상단과 하단에는 자바라 체결부재(610, 620)가 각각 구비된다. 자바라 프레임(600)의 상단에 구비된 자바라 체결부재(610)는 상판 프레임(500)에 체결되며, 상판 프레임에는 이러한 자바라 체결부재(610)와 체결하기 위해 상판 고정부재(510)가 구비된다. 또한, 자바라 프레임(600)의 하단에 구비된 자바라 체결부재(620)는 사이드 프레임(400)의 상단에 체결된다.

아울러 이와 같이 작동 플레이트(100)와 구동부(200)를 모듈화하게 되면 별도로 분리하여 수리나 교체가 가능하게 된다.

작동 플레이트(100)를 3자유도 동작시키기 위해서 구동부(200)에는 복수 개의 구동 부재(210)가 구비되며, 이러한 복수의 구동 부재(210)는 작동 플레이트(100)의 하면의 복수의 위치를 각각 지지하도록 구성된다.

베이스 프레임(300)에 고정되는 복수의 구동 부재(210)는 모두 동일한 구성 및 동작을 하며, 다만 도면상 중앙부에 위치한 구동 부재(210)는 그 설치 방향이 나머지 두 개의 구동 부재(210)와 반대이다. 아울러 중앙부에 위치한 구동 부재(210)의 볼 조인트(217)는 다른 구동 부재(210)에 구비된 볼 조인트(217)와 다른 방향으로 설치되어 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 이러한 구동 부재(210)는 베이스 프레임(300)의 상면에 장착되는 구동 모터(211)와, 구동 모터(211)에 연결되어 축 회전하는 리드 스크류(212)와, 리드 스크류(212)가 축 회전 가능하도록 리드 스크류(212)의 양측을 각각 지지하는 받침 블록(213)과, 리드 스크류(212)의 회전 시 축 방향으로 이동하는 이송 블록(214)과, 이송 블록(214)을 중심으로 회동 가능하도록 이송 블록(214)에 힌지 결합되며, 길이 방향을 따라 연장된 헤드(215a)가 작동 플레이트(100)의 하면에 결합되는 연장 아암(215) 및 일측은 받침 블록(213)을 중심으로 회동 가능하도록 받침 블록(213)에 힌지 결합되고, 타측은 연장 아암(215)의 바디(215b)에 힌지 결합되며, 이송 블록(214)의 이동 시에 연장 아암(215)의 회동 운동을 유도하는 받침 아암(216)을 포함한다.

이러한 구동 모터(211)가 구동하면 구동 모터(211)의 회전 토크가 리드 스크류(212)로 전달되어 리드 스크류(212)가 축 회전하게 된다. 리드 스크류(212)가 축 회전하게 되면 이송 블록(214)이 축 방향을 따라 왕복 운동하게 되고, 연장 아암(215)의 헤드(215a)가 수직 방향으로 승강 운동하게 된다.

이때, 각각의 구동 부재(210)에 구비된 구동 모터(211)는 독립적으로 구동한다. 즉, 연장 아암(215)의 헤드(215a)의 높이는 각각 독립적으로 조절 가능하게 구성되는 것이다.

아울러 이러한 연장 아암(215)의 헤드(215a)에는 볼 조인트(217)가 구비되고, 작동 플레이트(100)의 하면에는 하향 연장되는 링크 브라켓(110)과 링크 브라켓(110)에 결합되는 제4 링크바(215e)가 구비되며, 볼 조인트(217)는 제4 링크바(215e)에 회동 가능하게 결합될 수 있다.

즉, 각각의 볼 조인트(217)에 링크 브라켓(110)을 맞춘 상태에서 제4 링크바(215e)를 수평 방향으로 끼우면 구동부(200)에 대한 작동 플레이트(100)의 장착이 이루어진다.

세 개의 링크 브라켓(110) 중 중앙의 링크 브라켓(110)을 다른 링크 브라켓(110)에 대해 직각을 이루도록 고정한 것은 작동 플레이트(100)가 3자유도 동작하는 과정에서 특정 방향으로 기울어진 상태로 흘러내리지 않도록 하기 위함이다.

전술한 연장 아암(215)과 받침 아암(216)의 동작을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 연장 아암(215)의 일단은 제1 링크바(215d)를 통해 이송 블록(214)에 힌지 결합된다. 연장 아암(215)이 제1 링크바(215d)를 회동축으로 삼아 상하로 회동 운동 가능함은 당연하다.

또한, 연장 아암(215)의 타단에 구비된 헤드(215a)는 볼 조인트(217)가 구비되고, 이러한 볼 조인트(217)는 제4 링크바(215e)를 통해 링크 브라켓(110)과 연결된다. 상기한 바와 같이, 상기한 볼 조인트(217)는 통상의 아이 볼트와 로드 엔드와 같은 형태를 갖는 부속으로서, 제4 링크바(215e)를 통과시켜, 구동 부재(210)와 작동 플레이트(100)를 연결시킨다. 이때, 제4 링크바(215e)는 볼 조인트(217)를 관통하게 되며, 볼 조인트(217)는 이러한 제4 링크바의 축 방향을 따라 슬라이딩 가능하게 구성되어 작동 플레이트(100)의 동작이 원활하게 이루어지도록 한다.

아울러 상기한 바와 같이, 링크 브라켓(110)도 제4 링크바(215e)를 회동축으로 삼아 회동 운동 가능하게 된다.

상기한 받침 아암(216)은 일측이 제2 링크바(216d)를 통해 일측 받침 블록(213)에 힌지 결합되어 제2 링크바(216d)를 회동축으로 삼아 상하 회동 가능하게 된다.

또한, 받침 아암(216)의 타측은 제3 링크바(216e)를 통해 연장 아암(215)의 바디(215b)에 연결된다. 받침 아암(216)은 제3 링크바(216e)를 회동축으로 삼아 회동 운동 가능하게 된다.

이와 같이 결합된 상태에서 구동 모터(211)가 구동하게 되면 리드 스크류(212)가 회전해서 이송 블록(214)이 축 방향으로 이동하게 되고, 이를 통해 연장 아암(215)의 레그(215c)는 이송 블록(214)을 따라 이동과 동시에 회동하면서 연장 아암(215)의 헤드(215a)가 상승하게 되는 것이다.

이와 반대로 구동 모터(211)의 구동에 의해 리드 스크류(212)가 반대 방향으로 회전하게 되면 이송 블록이 반대 방향으로 이동하면서 연장 아암(215)의 헤드(215a)가 하강하게 된다.

도 8에 도시된 바와 같이, 이러한 연장 아암(215)의 헤드(215a)는 연장 아암(215)의 바디(215b)와 일정 각도 경사지게 배치되되, 연장 아암(215)의 헤드(215a)가 상향 이동한 상태에서 연장 아암(215)의 헤드(215a)와 작동 플레이트(100)의 하면이 평행하게 배치되도록 경사가 형성될 수 있다.

즉, 연장 아암(215)의 헤드(215a)가 가장 높은 위치(상사점)로 일정 높이(h)만큼 상향 이동한 상태에서 이러한 연장 아암(215)의 헤드(215a)가 작동 플레이트 하면 연장선(130)과 평행하게 구성하는 것이다. 이와 같이 구성하면 시스템의 상하 높이가 낮아져서 시스템이 전체적으로 콤팩트하게 되고, 무게 중심의 위치가 낮아져서 안정성이 향상되며, 이를 통해 강력하고, 다이나믹한 움직임을 표현할 수 있게 된다.

또한, 연장 아암(215)과 받침 아암(216)의 레그(215c, 216c)는 이송 블록(214)과 받침 블록(213)의 양측을 각각 지지하도록 복수 개 형성될 수 있으며, 이를 통해 하중이 편향되는 것을 방지하여 구조적 안정성이 향상될 수 있다.

각각의 레그(215c, 216c)가 회동 가능하도록 레그(215c, 216c)를 관통하는 한 쌍의 결합 부싱(215f, 216f)이 구비되되, 어느 하나의 결합 부싱(215f, 216f)은 레그(215c, 216c)의 일측 방향에서 관통 결합되고, 다른 하나의 결합 부싱(215f, 216f)은 상기 레그(215c, 216c)의 타측 방향에서 관통 결합될 수 있으며, 이를 통해 결합 부싱(215f, 216f)의 조립 용이성이 향상되고, 효과적인 지지가 가능하게 된다.

상호 대향되는 결합 부싱(215f, 216f)은 상호 맞닿도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 연장 아암(215)과 받침 아암(216)의 외주면에는 길이 방향을 따라 모따기면(215g, 216g)이 형성될 수 있으며, 이와 같이 구성하면 연장 아암(215)과 받침 아암(216)이 회동하는 과정에서 상호 간에 간섭이 발생하는 것이 방지할 수 있게 된다.

아울러 도 6에 도시된 바와 같이, 받침 블록(213)에는 연장 아암(215)의 헤드(215a)가 하향 이동 시에 인입 가능한 인입홈(213a)이 형성될 수 있다. 즉, 연장 아암(215)의 헤드(215a)가 가장 낮은 위치(하사점)로 이동한 상태에서 이러한 헤드(215a)의 일부가 인입 가능한 인입홈(213a)을 형성하는 것이다. 이와 같이 구성하면 연장 아암(215)의 회동 시에 받침 블록(213)과 간섭이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 연장 아암(215)의 헤드(215a)가 낮아질 수 있는 위치를 더욱 낮게 형성할 수 있어서 시스템 전체의 높이가 감소하게 되어 콤팩트하게 된다. 즉, 무게 중심의 위치가 낮아져서 구조적 안정성이 향상되는 것이다.

베이스 프레임(300)에는 도 4에 도시된 바와 같이, 구동 모터(211)가 높이 방향으로 하향 배치되도록 구동 모터(211)가 삽입 배치되는 모터 배치홈(310)이 형성될 수 있다.

전술한 높이 방향은 베이스 프레임(300)의 상면과 수직한 방향을 의미한다.

즉, 구동 모터(211)가 모터 배치홈(310)에 삽입 배치된 상태로 고정되면 베이스 프레임(300)의 상면으로 돌출되는 구동 모터(211)의 높이가 낮아지게 되어 시스템이 전체적으로 콤팩트하게 된다.

이와 마찬가지로 작동 플레이트(100)에도 볼 조인트(217)의 상부가 삽입 가능한 삽입홀(120)이 형성될 수 있으며, 이를 통해 작동 플레이트(100) 동작 시 볼 조인트(217)와 간섭이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 시스템을 콤팩트하게 구성할 수 있게 된다.

이때, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상판 프레임(500)과 베이스 프레임(300)에는 적어도 하나 이상의 관통홀(H)이 각각 형성될 수 있다. 이러한 관통홀(H)은 구동부(200)의 제어를 위해 전장 박스(10)에서 제공되는 전원선과 신호선이 지나가게 되며, 이와 같이 구성함으로써 이러한 전원선과 신호선이 외부에 노출되는 것을 방지할 수 있다.

각 구동 부재(210)의 동작 과정에서 하중이 인가되는 상황에서도 구동 부재(210)가 흔들리는 것을 방지하도록 도 9에 도시된 바와 같이, 구동 부재(210)의 움직임을 지지하는 가이드 블록(218)과 가이드 레일(219)이 구비될 수 있다. 이때, 가이드 레일(219)은 베이스 프레임(300) 상에 장착 고정되며, 가이드 블록(218)은 이송 블록(214)에 결합되어 가이드 레일(219)을 따라 이동하도록 구성된다.

도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 작동 플레이트(100)의 상부에 배치되며, 작동 플레이트(100)에 수직한 축을 중심으로 회전하는 회전 부재(710)가 구비된 회전 구동부(200)를 더 포함할 수 있다.

즉, 작동 플레이트(100)가 구동부(200)에 의해 3자유도 동작을 수행하는 과정에서 이러한 회전 구동부(200)를 통해 회전이 가능하도록 구성하는 것이다. 결국 이러한 회전 구동부(200)에 연결된 시트(20)는 4자유도 동작이 가능하게 되어 더욱 다이나믹한 움직임을 표현할 수 있게 된다.

이러한 작동 플레이트(100)의 하면에는 링크 브라켓(110)이 구비되며, 전원선과 신호선이 지나갈 수 있는 케이블 홈(140)이 형성될 수 있다.

이러한 회전 구동부(200)는 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 작동 플레이트(100)에 수평하게 배치되는 구동축을 갖는 구동 모터(730)와, 구동 모터(730)의 구동력을 회전 부재(710)에 전달하는 동력전달부재(720)를 포함할 수 있다.

즉, 구동 모터(730)의 구동력을 이용해서 회전 부재(710)를 회전시키게 되는데, 이때, 구동 모터(730)는 작동 플레이트(100)에 수평하게 배치된다. 이와 같이 구성하면 회전 구동부(200)의 높이가 낮아져서 전체적으로 시스템의 높이를 낮출 수 있게 된다.

다만, 이와 같이 구동 모터(730)의 구동축과 회전 부재(710)의 회전축이 상호 수직하게 배치된 상태에서 구동 모터(730)의 구동력을 효과적으로 전달하기 위해 동력전달부재(720)가 구비된다.

이러한 동력전달부재(720)는 작동 플레이트(100)에 수평하게 배치된 구동 모터(730)의 구동력을 작동 플레이트(100)에 수직한 방향으로 변환해서 전달하는 제1 동력전달부재(721) 및 제1 동력전달부재(721)를 통해 전달되는 구동력을 회전 부재(710)에 전달하는 제2 동력전달부재(722)를 포함할 수 있다.

즉, 제1 동력전달부재(721)를 통해 구동 모터(730)의 구동축과 회전 부재(710)의 회전축이 상호 수직하게 배치된 상태에서도 구동 모터(730)의 구동력을 효과적으로 전달할 수 있게 된다.

이때, 상기한 제1 동력전달부재(721)는 구동 모터(730)의 구동축에 결합되는 구동 기어(721a) 및 구동 기어(721a)에 결합되되, 작동 플레이트(100)에 수직한 축을 중심으로 회전하는 피동 기어(721b)를 포함할 수 있다.

또한, 상기한 제2 동력전달부재(722)는 피동 기어(721b)와 동축 상에서 회전하는 구동 풀리(722a)와, 회전 부재(710)의 하부에 결합되는 피동 풀리(722b) 및 구동 풀리(722a)와 피동 풀리(722b)를 동시에 감싸는 타이밍 벨트(722c)를 포함할 수 있다.

이러한 제1 동력전달부재(721)는 공지의 직선베벨기어를 이용한 동력전달방식일 수 있으며, 제2 동력전달부재(722)는 공지의 풀리를 이용한 동력전달방식일 수 있다.

이를 통해 구동 모터(730)의 구동축이 회전하는 경우 이러한 구동축에 결합된 구동 기어(721a)가 회전될 수 있으며, 구동 모터(730)의 구동력은 상기 피동 기어(721b), 구동 풀리(722a) 및 타이밍 벨트(722c)의 동작이 서로 연계됨으로써 상기 피동 풀리(722b)가 회전될 수 있다. 이에 따라 상기 피동 풀리(722b)와 고정 결합된 회전 부재(710)는 피동 풀리(722b)의 회전을 통해 회전될 수 있는 것이다.

아울러 회전 부재(710)가 작동 플레이트(100)의 상면에서 위치 고정되도록 고정 프레임(740)이 구비되되, 이러한 고정 프레임(740)의 하면에는 회전 부재(710)가 작동 플레이트(100)의 상면으로부터 이격 배치되도록 이격 부재(741)가 구비될 수 있다.

이와 같이 이격 부재(741)가 구비되면 회전 부재(710)의 회전 시 작동 플레이트(100)와 간섭이 발생하는 것이 방지할 수 있어서 회전 부재(710)의 원활한 회전이 가능하게 된다.

아울러 이러한 고정 프레임(740)에는 회전 부재(710)가 원활하게 회전할 수 있도록 베어링 부재(750)가 구비될 수 있으며, 이러한 베어링 부재(750)로는 공지의 선회 베어링을 사용할 수 있다.

도 14에 도시된 바와 같이, 상판 프레임(500)의 상부에 상판 프레임(500), 자바라 프레임(600) 및 사이드 프레임(400)을 추가로 설치하는 것도 가능하다. 즉, 다자유도 모션이 가능한 세트를 복수 개 배치하는 것이며, 이와 같이 구성함으로써 더욱 다양한 모션을 표현할 수 있게 된다.

이때, 상부에 위치한 사이드 프레임(400)의 하부에 배치된 상판 프레임(500)을 제거하고, 상부에 위치한 사이드 프레임(400)과 하부에 위치한 자바라 프레임(600)을 직접 연결하는 것도 가능하다. 이와 같이 구성하면 상부에 구비된 세트와 하부에 구비된 세트 사이에 상판 프레임(500)이 구비되지 않으므로 전체 시스템의 높이를 낮출 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

10 : 전장 박스 20 : 시트
100 : 작동 플레이트 110 : 링크 브라켓
120 : 삽입홀
130 : 작동 플레이트 하면 연장선
140 : 케이블 홈 200 : 구동부
210 : 구동 부재 211 : 구동 모터
212 : 리드 스크류 213 : 받침 블록
213a : 인입홈 214 : 이송 블록
215 : 연장 아암 215a : 헤드
215b : 바디 215c : 레그
215d : 제1 링크바 215e : 제4 링크바
215f : 결합 부싱 215g : 모따기면
216 : 받침 아암 216a : 헤드
216b : 바디 216c : 레그
216d : 제2 링크바 216e : 제3 링크바
216f : 결합 부싱 216g : 모따기면
217 : 볼 조인트 218 : 가이드 블록
219 : 가이드 레일 300 : 베이스 프레임
310 : 모터 배치홈 400 : 사이드 프레임
500 : 상판 프레임 510 : 상판 고정부재
600 : 자바라 프레임 610, 620 : 자바라 체결부재
700 : 회전 구동부 710 : 회전 부재
720 : 동력전달부재 721 : 제1 동력전달부재
721a : 구동 기어 721b : 피동 기어
722 : 제2 동력전달부재 722a : 구동 풀리
722b : 피동 풀리 722c : 타이밍 벨트
740 : 고정 프레임 741 : 이격 부재
750 : 베어링 부재
H : 관통홀 h : 작동 플레이트 변화 높이

Claims (20)

1. 평면 상에서 3자유도 동작을 수행하는 작동 플레이트;
   상기 작동 플레이트를 동작시키는 구동부;
   상기 구동부의 하부를 지지하는 베이스 프레임;
   상기 작동 플레이트 및 구동부를 감싸도록 상기 베이스 프레임의 둘레를 따라 구비되는 사이드 프레임;
   상기 작동 플레이트와 함께 3자유도 동작을 수행하는 상판 프레임; 및
   상기 사이드 프레임의 상단과 상기 상판 프레임의 둘레를 연결하는 자바라 프레임;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 다자유도 모션 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 구동부에는 상기 작동 플레이트의 하면에 배치된 복수의 위치를 각각 지지하도록 복수 개의 구동 부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 다자유도 모션 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 구동 부재는,
   상기 베이스 프레임의 상면에 장착되는 구동 모터;
   상기 구동 모터에 연결되어 축 회전하는 리드 스크류;
   상기 리드 스크류가 축 회전 가능하도록 상기 리드 스크류의 양측을 각각 지지하는 받침 블록;
   상기 리드 스크류의 회전 시 축 방향으로 이동하는 이송 블록;
   상기 이송 블록을 중심으로 회동 가능하도록 상기 이송 블록에 힌지 결합되며, 길이 방향을 따라 연장된 헤드가 상기 작동 플레이트의 하면에 결합되는 연장 아암; 및
   일측은 상기 받침 블록을 중심으로 회동 가능하도록 상기 받침 블록에 힌지 결합되고, 타측은 상기 연장 아암의 바디에 힌지 결합되며, 상기 이송 블록의 이동 시에 상기 연장 아암의 회동 운동을 유도하는 받침 아암;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 다자유도 모션 시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 연장 아암의 헤드에는 볼 조인트가 구비되고,
   상기 작동 플레이트의 하면에는 하향 연장되는 링크 브라켓과 상기 링크 브라켓에 결합되는 제4 링크바가 구비되며,
   상기 볼 조인트는 상기 제4 링크바에 회동 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 다자유도 모션 시스템.
5. 제3항에 있어서,
   상기 연장 아암의 헤드는 상기 연장 아암의 바디와 일정 각도 경사지게 배치되되,
   상기 연장 아암의 헤드가 상향 이동한 상태에서 상기 연장 아암의 헤드와 상기 작동 플레이트의 하면이 평행하게 배치되도록 경사가 형성되는 것을 특징으로 하는 다자유도 모션 시스템.
6. 제3항에 있어서,
   상기 연장 아암과 상기 받침 아암의 레그는 상기 이송 블록과 상기 받침 블록의 양측을 각각 지지하도록 복수 개 형성되는 것을 특징으로 하는 다자유도 모션 시스템.
7. 제6항에 있어서,
   각각의 상기 레그가 회동 가능하도록 상기 레그를 관통하는 한 쌍의 결합 부싱이 구비되되,
   어느 하나의 상기 결합 부싱은 상기 레그의 일측 방향에서 관통 결합되고, 다른 하나의 상기 결합 부싱은 상기 레그의 타측 방향에서 관통 결합되는 것을 특징으로 하는 다자유도 모션 시스템.
8. 제3항에 있어서,
   상기 연장 아암과 상기 받침 아암의 외주면에는 길이 방향을 따라 모따기면이 형성되는 것을 특징으로 하는 다자유도 모션 시스템.
9. 제3항에 있어서,
   상기 받침 블록에는 상기 연장 아암의 헤드가 하향 이동 시에 인입 가능한 인입홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 다자유도 모션 시스템.
10. 제3항에 있어서,
    상기 베이스 프레임에는 상기 구동 모터가 높이 방향으로 하향 배치되도록 상기 구동 모터가 삽입 배치되는 모터 배치홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 다자유도 모션 시스템.
11. 제4항에 있어서,
    상기 작동 플레이트에는 상기 볼 조인트의 상부가 삽입 가능한 삽입홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 다자유도 모션 시스템.
12. 제3항에 있어서,
    상기 구동 부재에는 상기 이송 블록에 결합된 가이드 블록과, 상기 가이드 블록이 축 방향으로 이동하도록 안내하는 가이드 레일이 구비되는 것을 특징으로 하는 다자유도 모션 시스템.
13. 제1항에 있어서,
    상기 상판 프레임과 상기 베이스 프레임에는 적어도 하나 이상의 관통홀이 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 다자유도 모션 시스템.
14. 제1항에 있어서,
    상기 작동 플레이트의 상부에 배치되며, 상기 작동 플레이트에 수직한 축을 중심으로 회전하는 회전 부재가 구비된 회전 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다자유도 모션 시스템.
15. 제14항에 있어서,
    상기 회전 구동부는 상기 작동 플레이트에 수평하게 배치되는 구동축을 갖는 구동 모터와, 상기 구동 모터의 구동력을 상기 회전 부재에 전달하는 동력전달부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 다자유도 모션 시스템.
16. 제15항에 있어서,
    상기 동력전달부재는,
    상기 작동 플레이트에 수평하게 배치된 상기 구동 모터의 구동력을 상기 작동 플레이트에 수직한 방향으로 변환해서 전달하는 제1 동력전달부재; 및
    상기 제1 동력전달부재를 통해 전달되는 구동력을 상기 회전 부재에 전달하는 제2 동력전달부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다자유도 모션 시스템.
17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 동력전달부재는,
    상기 구동 모터의 구동축에 결합되는 구동 기어; 및
    상기 구동 기어에 결합되되, 상기 작동 플레이트에 수직한 축을 중심으로 회전하는 피동 기어;
    를 포함하는 직선베벨기어인 것을 특징으로 하는 다자유도 모션 시스템.
18. 제17항에 있어서,
    상기 제2 동력전달부재는,
    상기 피동 기어와 동축 상에서 회전하는 구동 풀리;
    상기 회전 부재의 하부에 결합되는 피동 풀리; 및
    상기 구동 풀리와 상기 피동 풀리를 동시에 감싸는 타이밍 벨트;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다자유도 모션 시스템.
19. 제18항에 있어서,
    상기 회전 부재가 상기 작동 플레이트의 상면에서 위치 고정되도록 고정 프레임이 구비되되,
    상기 고정 프레임의 하면에는 상기 회전 부재가 상기 작동 플레이트의 상면으로부터 이격 배치되도록 이격 부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 다자유도 모션 시스템.
20. 제1항에 있어서,
    상기 상판 프레임의 상부에는 상판 프레임, 자바라 프레임 및 사이드 프레임이 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 다자유도 모션 시스템.
    

Images