KR20240067892A - 모션 제너레이터 - Google Patents

Abstract

모션 제너레이터의 이펙터 및/또는 표면에 대한 이펙터 페이로드에 힘, 모멘트 및 움직임을 적용하기 위한 모션 제너레이터가 개시되고, 여기서 이펙터는 하나 이상의 로커에 의해 제공된 로커 암(들)의 자유단에 동작 가능하게 연결되고, 각 로커는 피봇축을 중심으로 피봇팅하여, 각각의 피봇축을 중심으로 한 로커(들)의 움직임이 이펙터의 움직임으로 이어지고, 여기서 적어도 하나의 로커는 관련된 로커의 자유단에 의해 스윕되는 아크와 동심인 관련된 만곡형 리니어 모터에 의해 구동되고, 또한 여기서 적어도 하나의 로커는 관련된 만곡형 리니어 모터의 코일 또는 마그넷 웨이를 갖거나, 함유하거나 또는 포함하는 이펙터를 갖는다. 또한 모션 시스템, 및 특히 운전 시뮬레이션 용도에 사용하기 위한 이러한 모션 제너레이터를 포함하는 모션 시뮬레이터도 개시된다.

Description

모션 제너레이터

본 발명은 모션 시스템 분야, 특히 운전 또는 비행과 같은 모션 시뮬레이션을 위한 모션 시스템에 관한 것이다. 특히, 배타적이지는 않지만, 본 발명은 모션 제너레이터 및 이러한 모션 제너레이터를 포함하는 모션 시스템, 및 특히 운전 시뮬레이터로 사용하기 위한 모션 제너레이터 또는 모션 시스템의 사용 방법, 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

모션 제너레이터는 하나 이상의 방향 또는 자유도로 이펙터 또는 이펙터 페이로드에 움직임, 힘, 가속도를 적용할 수 있는 장치이다. 이펙터는 모션 제너레이터의 일부이다. 이펙터 페이로드는, 예를 들면 모션 제너레이터를 통합한 모션 시뮬레이터에서 시뮬레이션된 모션 경험을 하는 사람일 수 있다. 대안적으로, 페이로드는 제 1 모션 제너레이터와 직렬로 연결되어, 제 1 모션 제너레이터에 의해 제공된 것에 추가적인 또는 대안적인 모션을 이펙터 또는 이펙터 페이로드에 제공한다고 하는 또 다른 모션 제너레이터일 수도 있다. 모션 제너레이터는 모션 시스템에 사용된다. 본 발명의 맥락에서 모션 시스템은 모션 제너레이터를 함유하고, 또한 모션 제너레이터를 제어하기 위한 제어 시스템을 포함한다. 현재 모션 시뮬레이션에 사용되는 가장 일반적인 유형의 모션 제너레이터는 스튜어트 플랫폼(또는 "헥사포드") 모션 제너레이터이다. 이것은 보통 매니퓰레이터의 베이스 상의 3개의 위치에 쌍으로, 플랫폼 또는 상부 플레이트(또는 "엔드 이펙터") 상의 3개 장착 지점에 대해 교차하여 부착된 6개의 액추에이터를 갖는 병렬형 매니퓰레이터의 유형이다. 일반적으로 조종석, 운전자 영역 또는 모델 차량의 일부 형태에 있어서, 플랫폼 상에 위치된 인간 사용자와 같은 페이로드 또는 장치는, 자유롭게 서스펜딩된 보디가 움직이는 것이 가능한 자유도 6으로, 즉 3개의 직선 방향의 운동 x, y, z(좌우(lateral), 전후(longitudinal) 및 상하(vertical)) 및 3개의 회전(피치(pitch), 롤(roll) 및 요(yaw))으로 움직일 수 있다. 일반적으로 말하면, 병렬형 매니퓰레이터 기반 모션 시스템에 있어서, 수 개의 컴퓨터 제어 액추에이터가 페이로드를 지지하기 위해 병렬로 동작하도록 배열된다. 이러한 맥락에서, "병렬"이란, 페이로드와 베이스 사이의 각 개별 하중 경로(load path)에 하나의 액추에이터만 존재하는 것을 의미하는 반면, 직렬 매니퓰레이터에서는 페이로드와 베이스 사이의 가능한 하중 경로 중 하나 이상이 적어도 2개의 액추에이터를 포함하는 것을 의미한다.

모션 시스템을 포함하는 모션 시뮬레이터는 모션 시뮬레이션(예를 들면 고정 및 회전 날개 항공기용의 비행 시뮬레이터, 차량 시뮬레이터, 및 운전 시뮬레이터), 진동 및 지진 시뮬레이션을 포함한 다양한 용도에 사용된다.

모션 시뮬레이터는 탑승자가 움직이는 차량 또는 항공기 내에 있는 것과 같은 효과 또는 느낌을 생성할 수 있는 적어도 하나의 모션 제너레이터/모션 시스템이 통합되어 있는 시뮬레이션 시스템이다. 모션 시뮬레이터는 각각 운전 시뮬레이터와 비행 시뮬레이터의 형태로 운전자와 조종사의 훈련을 위해 전문적으로 사용된다. 또한, 산업적으로 차량 자체의 제작, 설계 및 테스트는 물론 차량 구성요소의 설계에도 사용된다. 운전 및 비행 시뮬레이션에 사용되는 전문 모션 시뮬레이터는 통상적으로 더욱 우수한 움직이는 효과의 느낌을 제공하기 위해서, 예를 들면 프로젝션 시스템과 관련된 스크린 및 오디오 신호에 의해 제공되는 시각 디스플레이를 운전자 또는 조종사가 있는 캐리지(또는 섀시)의 움직임과 동기화한다. 가상 현실(VR) 헤드 장착 디스플레이(HMD)의 출현으로 몰입형 시뮬레이션의 양태를 현재 모션 시스템을 이용하여 저비용으로 제작하고, 또한 한 명 이상의 플레이어가 운전, 승마, 비행 또는 1인칭 게임 체험에 대해 어느 정도 제어하는, 수동 놀이 공원 또는 아케이드 운전, 1인칭 승마, 또는 비행 놀이기구에서 및 액티브 게이밍에서와 같은 레저 용도에 가상 현실 애플리케이션을 제공하는 능력을 갖는다. 모션 시뮬레이션에 사용되는 모션 제너레이터의 페이로드, 예를 들면 섀시 또는 조종석은, 게이밍(예를 들면 모터스포츠 게임 시뮬레이션 용도)과 같은 소정 용도에서는 보다 소형의 페이로드가 가능하지만, 종종 100kg 정도로 비교적 무겁다. 모션 제너레이터를 위한 모션 시뮬레이션 용도에서는 종종 대략 1미터 이상 정도의 상당한 움직임(또는 "편위(excursion)")에 걸쳐 이러한 비교적 무거운 페이로드를 정밀하게 제어하는 것이 요구된다.

인간 참여자를 위한 모션 시뮬레이션에 통상적으로 사용되는 헥사포드의 유형은 통상적으로 최대 약 20Hz의 비교적 낮은 대역폭을 갖는다. 이것은 그들이 초당 최대 20회의 진동수로 일정한 진폭의 요동 운동과 진동을 생성할 수 있고, 그 이상에서는 진동수가 증가함에 따라 움직임의 진폭이 감소한다는 것을 의미한다. 자동차 모션의 시뮬레이션에 있어서, 이것은 대부분의 자동차 서스펜션 움직임을 복제하는 데 충분하지만, 자동차 엔진의 진동, 타이어 진동, 도로 소음, 및 경마장의 날카로운 연석과 관련된 것과 같은 더 높은 진동수 성분은 전달하지 못한다. 또한, 낮은 대역폭은 신호가 지연됨을 의미하며, 이는 운전자가 가능한 신속하게 반응할 수 없다는 것을 의미한다.

현재의 모션 시스템, 특히 차량 용도, 군사 및 상업용 비행 교육 용도 및 훈련 용도와 같은 하이엔드 사용을 위한 것들은 통상적으로 매우 대형이고, 무겁고, 복잡하며, 또한 매우 고가이다. 그 복잡성으로 인해 광범위한 프로그래밍 및 유지 관리가 필요해서, 비용이 사용자에게 더욱 증대된다.

전용 운전 시뮬레이터 모션 시스템은 McLaren/MTS Williams/ABD 및 Ansible과 같은 회사에서 개발했지만, 이들은 기계적으로 매우 복잡하며, 따라서 매우 고가인 경향이 있으며, 정밀 제작된 사용자 지정 구성요소(custom component)와 종종 고가의 리니어 모터를 특징으로 한다. 이들 전용 운전 시뮬레이터 모션 시스템은 일부 방향으로 움직일 때 헥사포드보다 반응성이 더 높지만, 다른 방향에서는 여전히 제한적이다. 이러한 시스템에서 볼 나사를 일반적으로 사용하는 것은 위치 확립에는 우수하지만, 볼 나사는 힘 전달을 방해하고, 낮은 대역폭만을 달성할 수 있다는 점에서 단점이 있다. 이러한 문제로 인해 인간 사용자의 모션 시뮬레이션 체험이 현저히 덜 자연스럽게 된다. 예를 들면 이것은 멀미를 최소화하기 위한 추가적인 시정 조치가 필요한 열악한 시스템 레이턴시로 이어진다(예를 들면 Lucas, G et al. - Study of latency gap corrections in a dynamic driving simulator - In: Driving Simulation Conference & Exhibition, France, 2019-09-04 - DSC 2019 EUROPE VR - 2019 참조).

EP2486558에 개시된 모션 시뮬레이터는 피치(pitch), 히브(heave) 및 롤(roll)의 움직임을 제어하기 위해 벨 크랭크에 의해 구동되는 3개의 직립 암을 함유하는 자유도 3의 병렬 매니퓰레이터를 사용하는 메커니즘을 함유하므로, 반응성이 높고 또한 이러한 자유도에서 높은 대역폭을 갖는다. 리니어 액추에이터에 의해 회전 구동되는 회전 테이블에 있어서는 요를 제공하는 것이 요구된다. 모션 시뮬레이터는 비교적 콤팩트하도록 의도된 것이다. 그러나, 그 수평 자유도로의 그 움직임은 수평 자유도로의 시스템의 반응성과 대역폭을 제한하는 순응성, 관성 및 마찰을 도입하는 직렬 매니퓰레이터에 의해 제공된다.

US5,919,045는 공압 제어하에 리니어 가이드에 대해 X 방향 및 Y 방향으로 각각 움직이도록 배열되고, "X 및 Y 프레임"이라고 하는 중첩하는 직사각형 프레임의 간단한 직렬 배열을 함유하는 1차 모션 제너레이터를 포함하는 대화형 경주용 자동차 시뮬레이터를 개시한다. 이 문헌에 개시된 유형의 X 및 Y 프레임의 간단한 배열은 X 및 Y 방향으로 우수한 편위(excursion)를 제공하지만, 프레임이 서로의 위에 적층되기 때문에, 직렬 모션 제너레이터는 특히 수직 치수가 콤팩트하지 않다. 또한, X 및 Y 방향으로의 움직임이 특히 정밀하지 않고, 또한 시뮬레이터는 비교적 낮은 대역폭을 갖는다.

운전 시뮬레이터에 사용되는 다른 모션 제너레이터와 조합되는 1차 모션 제너레이터의 예가 EP2810268A에 제공되어 있고, 이것은 1차 모션 제너레이터를 사용하여 수평면에서 큰 움직임을 지속시킬 수 있음과 아울러, 2차 모션 제너레이터의 최대 수직 이동을 동시에 달성할 수 있는 자유도 6의 모션 제너레이터와 직렬로 배열된 자유도 3의 모션 제너레이터를 개시한다. 따라서, 직렬로 작동하는 2개의 모션 제너레이터는 유사한 크기의 하나의 헥사포드 배열로는 불가능한 상이한 자유도의 움직임의 조합을 달성할 수 있다. 그러나, 이 문헌에 기재된 헥사포드는 리니어 액추에이터, 구체적으로 리서큘레이팅 볼 나사 구동 리니어 액추에이터(recirculating ball screw actuator)를 사용한다. 상술한 바와 같이, 리서큘레이팅 볼 나사 액추에이터는 상당한 마찰을 가져서, 반응성 및 대역폭의 불량으로 이어진다. 헥사포드 아키텍처에 다른 리니어 액추에이터를 사용하면 추가 문제로 이어진다. 리니어 액추에이터가 이동 스트럿의 일부로서 이동할 수 있는 경우에, 낮은 주파수에서 기계적 공진으로 이어지는 높은 이동 질량을 가져서, 시스템 반응성 및 대역폭이 제한된다. 대안적으로, 리니어 액추에이터가 베이스에 대해 고정되고, 또한 헥사포드 스트럿의 일단부가 리니어 액추에이터를 따라 병진(translate)하는 경우, 시스템의 중량과 관성 부하가 다시 상당한 마찰을 수반하는 리니어 베어링에 의해 반응된다. US2017/0053548A는 대형의 저마찰 고정 베이스 상에서 슬라이딩 가능하고, 또한 플랫폼의 상당한 수평 움직임을 허용하는 케이블/액추에이터 제어 플랫폼을 포함하는 모션 시스템을 개시한다. 케이블과 액추에이터가 대형 베이스의 주변부 주위에 배치됨으로써, 이 설계에서 플랫폼의 상당한 수평 움직임이 가능하게 된다. 조종석의 추가 움직임을 제공하기 위해, 헥사포드 기반 2차 모션 제너레이터는 결과적으로 플랫폼에 장착되고, 모델 차량 조종석을 지지한다. 모션 시스템은 대형의 저마찰 고정 베이스 설계에 의해 제공되는 편위 수준에 비해 콤팩트하지 않다. US2012/0180593은 각 다리가 리니어 가이드를 따라 움직이고, 일부 실시형태에서는 다리가 리니어 모터에 의해 동력이 부여되는 비행 시뮬레이터 또는 운전 시뮬레이터(그러나 주로 비행 시뮬레이션용)에 사용하기 위한 헥사포드 기반 시스템을 개시한다. 이들 리니어 가이드는 무겁고, 또한 반응성이 특히 중요한 운전 시뮬레이션 용도에서 특히 불리한 상당한 마찰을 수반한다. US2014/157916은 크랭크와 맞물리는 관련된 서보모터에 의해 구동되는 유성 기어박스를 각각 갖는 일련의 액추에이터를 포함하는 모션 시뮬레이션 시스템을 개시한다. 이러한 직접 구동 시스템은 놀이 공원과 같은 용도에 사용하기 위한 높은 마찰 및 높은 레이턴시 배열이다(도 17a∼17g 참조). 데이터는 제공되지 않지만, US2014/157916의 배열은 비교적 낮은 대역폭과 높은 레이턴시를 가질 것으로 예상된다. 따라서, 높은 대역폭과 낮은 레이턴시가 소망되는 운전 시뮬레이션 또는 게임 장치에는 적합하지 않다.

출원인의 특허 공개 WO2020/228992(EP20020225)는 로커(rocker)가 가늘고 긴 벨트, 케이블, 로프 드라이브, 또는 리니어 모터의 형태의 액추에이터에 의해 구동되는 로커 기반 모션 제너레이터를 개시한다. 모션 제너레이터는 낮은 레이턴시로 높은 대역폭 모션을 제공한다. US2005/0277092 및 출원인의 EP3751543 및 EP3731213은 다른 모션 제너레이터 및 모션 시뮬레이션 시스템을 개시하는 본 발명의 기술적 배경과 관련이 있다.

본 발명의 목적은 특히 운전 및 차량 모션 유형 시뮬레이션 용도에 유용한 개선된 모션 제너레이터, 및 게다가 특히 상기 용도에 적합한, 이러한 모션 제너레이터가 통합된 개선된 모션 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 제 1 양태에 따르면, 이펙터를 함유하는 모션 제너레이터가 제공되고, 모션 제너레이터 메커니즘은 모션 제너레이터의 이펙터 및/또는 표면에 대한 이펙터 페이로드에 힘, 모멘트 및 움직임을 적용하도록 배열되고, 여기서 이펙터는 복수의 로커에 의해 제공된 로커암의 자유단에 동작 가능하게 연결되고, 각각의 로커는 피봇축을 중심으로 피봇팅하여, 각각의 피봇축을 중심으로 한 로커(들)의 움직임이 이펙터의 움직임으로 이어지며, 적어도 하나 로커는 관련된 로커의 자유단에 의해 스윕(sweep)되는 아크와 동심인 만곡형 리니어 모터에 의해 구동되고, 또한 적어도 하나의 로커는 상기 관련된 만곡형 리니어 모터의 코일 또는 마그넷 웨이를 갖거나(carry), 함유하거나(comprise) 또는 포함한다(include).

리니어 모터 및 그 구성요소와 관련하여 이 문맥에서 사용되는 용어 "만곡형(curved)"은 일반적으로 만곡형, 곡선형, 아크형상 또는 다각형 또는 면형(facetted)(다수의 "만곡형" 리니어 모터가 그 길이를 따른 단직선상 전자석의 배열의 점에서 볼 때)인 리니어 모터를 포함하지만, 완전한 원을 형성하도록 연장되지는 않는다. 통상적으로, 만곡형 리니어 모터는 약 90도 이하의 아크 주위로 연장된다.

본 발명에 따른 모션 제너레이터에 있어서, 로커와 만곡형 리니어 모터의 조합은 축방향 자속 전기 기계를 형성하고, 이것에 의해 아이언리스(ironless) 만곡형 리니어 모터용 코일(또는 "포서(forcer)" 또는 "와인딩(winding)")을 완전한 원의 일부만을 형성하거나 또는 아크를 형성함으로써, 직접 구동 메커니즘을 용이하게 한다. 이 조합은 코일을 로커의 큰 반경에 배치하고, 통상적으로 엔드 이펙터의 작동 경로에 근접하여 배치함으로써 공지의 모션 제너레이터와 비교하여, 반응성을 현저히 향상시키고, 마찰 및 관성을 감소시킨다. 이는 컴플라이언스(compliance)를 도입하고 반응성을 저해할 수 있는 로커에서의 어떠한 굽힘 모멘트도 최소화하는 한편, 큰 로커 반경을 허용하여 모션 시뮬레이션 용도, 특히 운전 시뮬레이션 용도에서 매우 바람직한 편위를 최대화한다.

본 발명에 따른 이러한 모션 제너레이터는 낮은 레이턴시로 우수한 수준의 대역폭 및 위치 제어를 제공하는 것으로 밝혀졌다.

바람직하게는, 로커는 관련된 만곡형 리니어 모터의 마그넷 웨이보다는 코일을 함유 또는 포함하고, 이는 로커의 관성을 감소시키기 때문이다. 대안적으로, 로커가 마그넷 웨이(magnet way)를 함유 또는 포함하면, 이 배열은 더욱 간단한 케이블 관리를 포함할 수 있다. 코일은 로커 구조와 일체화될 수 있다.

만곡형 리니어 모터는 아이언리스(ironless) 또는 아이언 코어(iron core) 리니어 모터일 수 있다. 실제로, 복수의 만곡형 리니어 모터가 각 로커와 연관될 수 있으며, 이러한 리니어 모터의 조합은 본원에서 여전히 리니어 모터라고 칭해진다. 바람직하게는, 만곡형 리니어 모터는 코깅(cogging), 즉 자석의 존재시 아이언 코어에 의해 발생된 바람직하지 않은 위치 의존 토크 외란을 나타내지 않는 아이언리스 모터이다. 만곡형 리니어 모터의 예로는 ACR820-5S 또는 ACR335-58과 같은 Akribis Ironless ACR 시리즈 모터가 있다. Aerotech 또는 PBA Systems와 같은 제조업체의 다른 곡선형 리니어 모터가 적합할 수 있다.

이러한 맥락에서, 종래 로커는 베어링에서 움직이는 샤프트와 같은 가늘고 긴 회전 조인트 또는 피봇의 일단부에 부착되어 있는 솔리드 보디(로커암이라고도 칭해짐)를 의미하고, 상기 보디의 자유단은 이 조인트 또는 피봇에 의해 제공된 피봇축을 중심으로 피봇팅 또는 스윕할 수 있음으로써, 조인트 또는 피봇의 타단부에 부착된 또 다른 솔리드 보디(solid body)에 대해 회전한다. 또한, 로커는 통상적으로 그 보디에 대해 다른 조인트 및 픽업 지점을 가져서, 통상적으로 자유단이 다른 움직이는 요소에 부착된다. 로커는 통상적으로 기계적 시스템에서 움직이는 요소의 상대적 모션을 제어하고, 기계적 이점을 제어하고, 또한 모션의 방향을 변경하는 데 사용된다. 벨 크랭크 및 레버와 같은 기계적 요소는 로커의 형태이다. 로커는, 예를 들면 자동차 서스펜션, 예를 들면 푸시로드(push rod) 또는 풀-로드(pull- rod) 서스펜션 배열에 자주 사용된다. 또한, "로커"라는 용어는, 본 개시의 목적을 위해, 상기 보디의 자유단이 플렉셔의 중간점에서 가상축을 중심으로 아크를 그릴 수 있도록 플렉셔에 부착된 또는 플렉셔와 일체화된 솔리드 보디를 포함하고, 그 가상축은 다른 로커에 대해 상기에서 언급한 피봇축과 동등하다. 바람직한 실시형태에 있어서, 로커는 베어링에서 회전하는 샤프트 상에서 피봇팅하고, 베어링은 관련된 모터 구성요소 상방에 배열된다. 후술하는 바와 같이, 로커는 그 미드플레인을 중심으로 대칭인 것이 바람직하다.

로커, 특히 로커 보디 또는 로커 암은 복합 재료 또는 금속, 바람직하게는 알루미늄제의 구조일 수 있다. 경량 로커 구조물은 모션 제너레이터의 반응성을 높이기 때문에 바람직하다. 예를 들면, 로커는 천공된 "티백(tea bag)" 형상(인접한 삼각형 면이 서로에 대해 반전된 두 쌍의 대향하는 실질적으로 삼각형의 면을 함유함)일 수 있으며, 로커 피봇 샤프트는 "티백"의 하부 선상 가장자리를 따라 수납되는 한편, 상부 외부 가장자리와 인접하는 표면은 피봇축에 수직인 평면에 아크 형상으로 형성되어, 원형 리니어 모터 코일을 위한 장착 시트를 제공한다. 바람직한 실시형태에 있어서, 모터 구성요소는 관련된 로커의 피봇축 하방에 있다. 이 경우, 로커는 "스윙 보트(swing boat)" 형태를 가질 수 있다.

따라서, 본 발명은 각각 반응성 및 높은 대역폭 움직임을 각각 생성할 수 있는 2개 이상, 통상적으로는 6개의 만곡형 리니어 모터를 함유하는 자유도 1, 2, 3, 4, 5 또는 바람직하게는 6의 병렬 매니퓰레이터의 형태인 모션 제너레이터를 제공한다. 본 발명에 따른 모션 제너레이터에 있어서, 이펙터(예를 들면 플랫폼 또는 섀시)는 통상적으로 4개 이상의 가늘고 긴 강성 스트럿, 더욱 통상적으로는 6개의 이러한 스트럿에 연결될 수 있다.

유리하게는, 로커는 대칭이어서, 손을 갖지 않는다. 예를 들면, 로커는 미드플레인을 중심으로 대칭일 수 있다. 따라서, 하나의 로커를 추가의 이러한 로커로 즉시 교체할 수 있어서, 예비 부품 비용이 절약된다.

본 발명에 따른 모션 제너레이터는 공지된 모션 제너레이터와 비교하여 여러 측면 중 일부 또는 전부에서 유리할 수 있다. 따라서, 본 발명의 모션 제너레이터는 6개의 자유도 모두에서 반응성 및 높은 대역폭 모션을 제공할 수 있다. 특히, 모션 제너레이터는 매우 정확한 위치설정 및 낮은 레이턴시를 달성할 수 있다.

본 발명의 모션 제너레이터의 제 1 조인트 및 제 2 조인트, 즉 상부 및 하부 조인트는 함께 적어도 5개의 총 자유도를 가질 수 있다. 바람직하게는, 제 1 조인트 또는 제 2 조인트 중 하나는 유니버셜(universal), 카르단(Cardan) 조인트, 또는 플렉셔(flexure)를 포함할 수 한편, 다른 하나는, 예를 들면 스페리컬 조인트일 수 있다. 카르단 조인트의 2개의 회전축이 오프셋하는 것이, 회전축이 교차하는 종래의 카르단 조인트와 비교했을 때에도, 이러한 배열에 의해 조인트가 축 운동에서 더욱 강고해질 수 있으므로, 특히 바람직하다.

본 발명에 따른 모션 제너레이터는 통상적으로 복수의 로커 유닛을 함유한다. 대부분의 배열에서, 모션 제너레이터는 6개의 로커를 함유할 수 있다. 적어도 하나의 로커 유닛이 표면 상에 또는 표면에 장착될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 적어도 하나의 로커는 표면에 고정된 프레임, 베이스, 또는 다른 지지체 상에 장착될 수 있다. 관련된 모터 상방에서 피봇팅하도록 배열된 로커가 바람직하다.

적어도 하나, 바람직하게는 각각의 로커의 피봇축은 표면에 대해 일반적으로 평행하게 고정되고, 여기서 표면은 모션 제너레이터가 설치된, 즉 피봇축이 수평면 내에 있는 물리적 표면이다. 대안적으로, (통상적으로 1차 모션 제너레이터 상에 2차 모션 제너레이터로서 장착된 본 발명에 따른 모션 제너레이터를 포함하는 조합의 맥락에서), 로커의 피봇축은 그 표면에 대해 고정되지 않을 수 있지만, 물리적 표면 상방의 평면에 대해 일반적으로 평행하게 고정되고, 그 평면은 1차 모션 제너레이터와 함께 움직인다. 로커 피봇은 바람직하게는 회전 조인트, 베어링이 있는 차축, 또는 플렉셔일 수 있다. 저마찰 회전 베어링이 특히 바람직하다. 다른 실시형태에 있어서, 각각의 로커는 표면에 수직인 평면에서 회전할 수 있다.

본 발명에 따른 모션 제너레이터는 통상적으로 4, 5, 6개 이상의 가늘고 긴 스트럿을 함유할 수 있지만, 1-3개의 스트럿을 함유하는 모션 제너레이터도 고려된다. 예를 들면, 모션 제너레이터는 X개의 가늘고 긴 스트럿(여기에서 X가 6 미만임), 및 이펙터의 자유도 Y를 구속하는 적어도 하나의 기계적 구속 수단(여기에서 Y = 6 - X임)을 함유할 수 있다. 대안적으로, 6개를 초과하는 가늘고 긴 스트럿이 있을 수 있다. 가늘고 긴 스트럿의 쌍이 엔드 이펙터의 반대측에 배열될 수 있다. 하나의 통상적인 실시형태에 있어서, 모션 제너레이터는 3쌍의 이러한 가늘고 긴 스트럿을 함유한다.

모션 제너레이터는 로커의 모션을 지연시키기 위해 브레이크를 포함할 수 있다. 디스크 브레이크, 회생 브레이크, 선형 브레이크와 같은 다양한 형태의 브레이크가 이 용도에 고려된다. 안전 동적 제동(Safe Dynamic Braking)이라고도 불리는 회생 제동은 모터 코일에서 운동 에너지를 열 에너지로 변환하기 위해 기존의 만곡형 리니어 모터를 사용함으로써 달성될 수 있다. 통상적으로, 회생 제동 토크는 모터 속도에 비례한다. 모션 제너레이터에서는 회생 브레이크와 디스크 브레이크의 조합이 바람직할 수 있다.

이펙터에 의해 지지되는 페이로드는 차량 모션 시뮬레이션 용도에 대해 10kg 초과, 바람직하게는 80kg 초과, 바람직하게는 250kg 초과, 또는 심지어는 500kg 초과일 수 있다. 통상적으로, 모션 시뮬레이션 용도에 있어서, 페이로드는 차량 섀시, 조종석 또는 그 모델일 수 있다.

본 발명에 따른 모션 제너레이터는 1차 모션 제너레이터와 직렬로 연결된 2차 모션 제너레이터로서 동작하도록 배열될 수 있다. 1차 및 2차 모션 제너레이터를 함유하는 이러한 조합 배열은 사용자에게 이펙터/이펙터 페이로드에 대한 더 큰 모션 범위를 제공할 수 있다. 예를 들면, 적합한 1차 모션 제너레이터를 사용함으로써, 모션 제너레이터의 조합은 모션 시뮬레이션, 특히 차량 모션 시뮬레이션 용도에 필요한 1미터 이상 정도의 편위를 달성할 수 있다. 더욱이, 이러한 조합 배열은 비교적 간단하고, 따라서 비용 효과적인, 예를 들면 X 및 Y 방향으로만 모션을 제공하는 1차 모션 제너레이터와 함께 보다 복잡한 모션을 제공하는 본 발명에 따른 2차 모션 제너레이터의 사용을 허용할 수 있다. 대안적으로, 1차 모션 제너레이터는 X 및 Y 방향, 및 요(yaw) 자유도로 움직임을 제공할 수 있다. 2차 모션 제너레이터인 본 발명에 따른 모션 제너레이터와 함께, 1차 모션 제너레이터로서 사용하기에 적합한 공지된 모션 제너레이터의 일례는 US2017/0053548에 개시된 것이다. 이러한 조합에 있어서, 본 발명에 따른 모션 제너레이터는 2차 모션 제너레이터로서 배열되고, 여기서 그 2차 모션 제너레이터의 적어도 하나의 로커 유닛은 1차 모션 제너레이터의 프레임, 엔드 이펙터 상에 또는 페이로드로서 장착된다. 예를 들면, 1차 모션 제너레이터는 엔드 이펙터로서 프레임 또는 플랫폼을 포함할 수 있고, 또한 2차 모션 제너레이터의 적어도 하나의 로커 모터 배열(본 발명에 따른 모션 제너레이터)은 1차 모션 제너레이터의 프레임에 피봇식으로 장착될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명에 따른 적어도 하나의 모션 제너레이터를 함유하는 모션 시스템 및 제어 시스템이 제공된다. 제어 시스템은 적어도 하나의 모션 제너레이터 액추에이터(즉, 만곡형 리니어 모터 중 하나)의 동작, 바람직하게는 모든 이러한 액추에이터의 동작을 제어할 수 있다. 제어 시스템은 요구되는 모션 프로파일을 생성하기 위해 각 만곡형 리니어 모터에서 생성되어야 하는 위치, 가속도 및/또는 힘을 계산할 수 있다. 모션 제너레이터 또는 모션 시스템의 로커는 리니어 인코더, 특히 만곡 리니어 인코더를 포함할 수 있으며, 이는 로커의 위치에 걸쳐 사용시, 예를 들면 라디안 당 약 100만 카운트의 고해상도 제어를 제공한다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명에 따른 모션 제너레이터 또는 본 발명에 따른 모션 시스템, 및 시각적 프로젝션 또는 디스플레이 수단, 및 오디오 수단에서 선택된 적어도 하나의 환경 시뮬레이션 수단을 포함하는 운전 또는 차량 시뮬레이터가 제공된다. 운전 또는 차량 시뮬레이터는 조종석 또는 섀시 및/또는 차량 시뮬레이션 요소를 모션 제너레이터의 페이로드로서 함유할 수 있다. 운전 또는 차량 시뮬레이터는 디스플레이 장치, 가상 현실 장치, 프로젝션 장치, 및 가상 환경을 모델링하기 위한 소프트웨어 수단 중 적어도 하나를 함유하는 환경을 시뮬레이션하기 위한 수단, 및 차량 모델을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명에 따른 모션 제너레이터를 제조 또는 제공하는 단계 및 제어 시스템을 모션 제너레이터에 연결하여 모션 시스템을 제조하는 단계를 함유하는 모션 시스템의 제조 방법을 제공한다.

모션 제너레이터, 모션 시스템 및 운전 시뮬레이터의 다른 특징은 후술하는 설명 및 첨부된 청구범위에서 명백해질 것이다. 모션 제너레이터, 모션 시스템, 모션 시뮬레이터 및 본 발명의 소정의 양태 및 실시형태와 같은 장치를 참조하면, 당업자는 본 발명의 다른 양태 및 실시형태가 이러한 장치에 동일하게 적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

이하, 본 발명에 따른 모션 제너레이터, 모션 시스템 및 운전 시뮬레이터, 및 이들의 동작 및 제조에 대해서 첨부 도면 도 1~14를 참조하여 단지 예로서 설명할 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 모션 제너레이터의 상방 일측으로부터의 개략 사시도이고;
도 2는 도 1의 모션 제너레이터의 로커 모터 배열의 사시도이고;
도 3은 도 2의 로커 모터 배열의 평면도이고;
도 4는 도 2의 로커 모터 배열의 로커의 입면도이고;
도 5는 도 4의 로커의 또 다른 입면도이고;
도 6은 도 2의 로커 모터 배열의 마그넷 웨이의 입면도이고;
도 7은 본 발명에 따른 모션 제너레이터에 사용하기 위한 로커 모터 배열의 상세 단면도이고;
도 8a은 중립 또는 공칭 상태에서의 상방 일측으로부터의 본 발명에 따른 또 다른 모션 제너레이터의 사시도이고;
도 8b는 도 8a의 모션 제너레이터의 로커 유닛의 구성요소의 분해 상세 사시도이고;
도 8c는 특히 브레이크 및 인코더 구성요소를 도시하는 도 8a의 모션 제너레이터의 로커 유닛 구성요소의 추가 상세도이고;
도 9a-9e는 중립 또는 공칭 조건에서의 도 8a의 모션 제너레이터를 상이한 양태로부터 도시하고, 구체적으로 도 9a는 평면도이고, 도 9b는 후방 입면도이고, 도 9c는 전방 입면도이고, 도 9d는 일측으로부터 본 도면이고, 도 9e는 타측으로부터 본 도면이고;
도 10a-10e는 요 상태에 있는 도 8a의 모션 제너레이터를 상이한 양태로부터 도시하고, 구체적으로 도 10a는 평면도이고, 도 10b는 후방 입면도이고, 도 10c는 전방 입면도이고, 도 10d는 일측으로부터 본 도면이고, 도 10e는 타측으로부터 본 도면이고;
도 11a-11e는 롤 상태에 있는 도 8a의 모션 제너레이터를 상이한 양태로부터 도시하고, 구체적으로 도 11a는 평면도이고, 도 11b는 후방 입면도이고, 도 11c는 전방 입면도이고, 도 11d는 일측으로부터 본 도면이고, 도 11e는 타측으로부터 본 도면이고;
도 12a-12e는 서지와 스웨이의 조합 상태에 있는 다양한 양태로부터 도시하고, 구체적으로 도 12a는 평면도이고, 도 12b는 후방 입면도이고, 도 12c는 전방 입면도이고, 도 12d는 일측으로부터 본 도면이고, 도 12e는 타측으로부터 본 도면이고;
도 13은 조합에 있어서 1차 모션 제너레이터로서의 또 다른 모션 제너레이터와 함께, 조합에 있어서 2차 모션 제너레이터로서의 본 발명에 따른 모션 제너레이터의 조합을 상방 일측으로부터 본 사시도이고; 또한
도 14는 본 발명에 따른 운전 시뮬레이터의 사시도이다.

본 명세서에서 상부 또는 하부와 같은 특정 배향 및 위치에 대한 언급은 첨부한 도면에 도시된 바와 같은 배향 또는 위치를 지칭한다.

모션 제너레이터

본 발명에 따른 모션 제너레이터(10)가 도 1에 도시되어 있다. 모션 제너레이터는 통상적으로 모션 제너레이터가 위치하는 건물의 바닥인 표면(12) 상에 배열된다. 대안적으로, 표면(12)은 모션 제너레이터용 베이스에 의해 제공될 수 있다. 모션 제너레이터는 6개의 로커 모터 배열(RM1-6)을 함유하고, 각각은 각각 로커(R1-6) 및 각각 관련된 만곡형 리니어 모터(CLM1-6)를 함유한다. 이 실시형태에 있어서, 만곡형 리니어 모터는 실제로 로커당 ACR335-5S 모터와 같은 복수의 적합한 모터에 의해 제공된다. 예를 들면, 로커당 6개의 모터가 있을 수 있다. 각각의 로커(R1-6)는 로커 보디 또는 암(RB1-6)을 각각 함유하며, 그 일단부는 각각 관련된 로커 피봇축(RPA1-6) 주위로 피봇팅한다. 로커의 자유단인 각 로커(R1-6)의 타단부는 하부 유니버셜 조인트(LJ1-6)에 의해 일반적으로 상방으로 연장되는 일련의 6개의 가늘고 긴 스트럿(S1-6) 중 하나에 연결된다. 각각의 가늘고 긴 스트럿(S1-6)의 타단부는 상부 유니버셜 조인트(UJ1-6)에 의해 조종석을 포함한 경주용 자동차 섀시인 엔드 이펙터(14)에 각각 연결된다. 스트럿(S1-6)은 이펙터(14)에 쌍으로 연결된다.

로커 모터 배열 중 하나인 RM5는 도 2~6에 더욱 상세하게 도시되어 있다. 특히, 도 2는 만곡형 마그넷 웨이(MW5)(로커 모터 배열(RM1-6)의 마그넷 웨이(MW1-6) 중 하나)를 도시한다. 마그넷 웨이(MW5)는 모터의 전자석이 배열되는 만곡형 외부 가장자리(E5)를 갖는다. 마그넷 웨이(E5)의 외부 가장자리는 로커 보디(RB5)의 자유단(FE5)과 일치하는 곡률 반경을 갖는다. 만곡형 리니어 모터(CLM5)용 코일(F5)은 로커(R5)의 자유단(FE5)에 또는 그를 향해 배열된다. 이 경우, 코일(F5)은 로커(R5)의 자유단(FE5)에 장착된다. 도 3은 상방에서 본 로커 모터 배열(RM5)을 도시하는 것으로, 로커 보디(RB5)의 3차원 형상을 나타낸다. 도 4는 로커(R5)의 반경(RR5), 및 로커(R5)의 자유단(FE5)에 있는 관련된 하부 유니버셜 조인트(LJ5)에 대한 부착 지점(AP5)을 도시한다. 만곡형 코일(F5)이 로커(R5)의 만곡형 자유단(FE5)에 또는 그를 향해 장착되는 방식이 도 5에 도시되어 있다. 마찬가지로, 도 6은 마그넷 웨이(MW5)의 만곡형 외부 가장자리, 및 마그넷 웨이(MWR5)의 반경을 도시한다. 도 7은 로커(RX)가 외부 자유단(FEX)에 만곡형 코일(FX)을 포함하고, 만곡형 마그넷 웨이(MWX) 내에 수용되고, 코일(FX) 주위에 에어 갭이 있는 로커 모터 배열(RMX)을 도시한다. 도 7의 이미지는 마그넷 웨이가 마그넷 주위를 감싸는 코일에서 슬롯을 통과하는 아크리비스(Akribis) 유형의 만곡형 리니어 모터 마그넷 웨이도 도시되어 있다는 점에 유의해야 한다. 도 1~6의 이미지는 동일한 유형의 모터를 나타내지만, 그 내부 상세는 이들 이미지에서 볼 수 없다.

모션 제너레이터(10)는 모션 시스템, 운전 시뮬레이터, 또는 본 발명에 따른 모션 제너레이터의 조합에 사용하기에 적합하다.

또 다른 모션 제너레이터

공칭 조건에서의 또 다른 모션 제너레이터가 도 8a에 도시되어 있고, 다양한 동작 조건에서의 또 다른 모션 제너레이터가 도 9-12a-12e에 도시되어 있다. 모션 제너레이터(20)는 통상적으로 모션 제너레이터가 위치하는 건물의 바닥인 표면(21) 상에 배열된다. 대안적으로, 표면(21)은 모션 제너레이터를 위한 베이스 유닛에 의해 제공될 수 있다. 모션 제너레이터(20)는 각각 로커(2R1-6) 및 각각 관련된 만곡형 리니어 모터(2CLM1-6)를 함유하는 6개의 모듈식 로커 모터 유닛(2RM1-6)을 함유한다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 각 유닛의 로커(2R)는 그 미드플레인(MP)을 중심으로 대칭이다. 모듈식 로커 유닛의 로커는 일반적으로 동일하고, 이것은 모션 제너레이터에서 쉽게 교체할 수 있다는 것을 의미하므로, 유닛 중 하나(2RM1)만의 주요 구성요소가 식별된다. 다른 유닛(2RM2-6)의 대응하는 구성요소는 본질적으로 동일하며(일부 구성요소의 손잡이는 제외함), 도 8a에서는 개별적으로 식별되지 않는다. 각각의 만곡형 리니어 모터(2CLM)는 바람직하게는 아이언리스 모터이다. 각각의 로커(2R1-6)는 각각 만곡형 로커 보디(2RB1-6)를 함유하고, 그 일단부는 로커 샤프트(2RS1-6)에 의해 형성된 피봇축을 중심으로 각각 피봇팅한다. 각 로커 샤프트(2RS)의 양단부는 샤프트 베어링(2SB)에 의해 지지된다. 로커의 자유단인 각 로커(2R1-6)의 타단부는 하부 카르단 조인트(2LJ1-6)에 의해 일반적으로 상방으로 연장되는 6개의 일련의 가늘고 긴 스트럿(2S1-6) 중 하나에 연결된다. 대안적으로, 조인트(2LJ1-6)는 유니버셜 조인트, 스페리컬 베어링 또는 플렉셔 또는 단순한 로드 엔드일 수도 있다. 조인트(2LJ1-6)는 로커(2R1-6)가 가지고 있는 핀(2P1-6) 및 관련된 스페리컬 베어링(2SB1-6)에 연결된다. 스페리컬 베어링(2SB1-6)은 유니버셜 조인트, 스페리컬 베어링 또는 플렉셔로 교체될 수 있다. 각각의 가늘고 긴 스트럿(2S1-6)의 타단부는 상부 카르단 조인트(2UJ1-6)에 의해 연결된다. 대안적으로, 2UJ1-6은 조종석을 포함한 경주용 자동차 섀시(22)의 형태로 엔드 이펙터 또는 이펙터 페이로드에 각각 연결된 유니버셜 조인트 스페리컬 베어링 또는 플렉셔일 수 있다. 스트럿(2S1-6)은 쌍으로 섀시(22)에 연결된다.

모듈식 로커 모터 유닛 중 하나인 2RM1의 구성요소는 도 8b 및 8c에 더욱 상세히 도시되어 있다. 도 8b는 만곡형 마그넷 웨이(2MW1)를 도시한다. 마그넷 웨이(2MW1)는 모터의 마그넷이 배열되는 만곡형 외부 가장자리(2E1)를 갖는다. 마그넷 웨이(2MW1)의 외부 가장자리(2E2)는 관련된 로커 보디(2RB1)의 곡률 반경과 일치하는 곡률 반경을 갖는다. 마그넷 웨이(2MW1)는 마그넷 웨이 지지체(2MWS) 상에 지지된다. 만곡형 리니어 모터(2CLM1)의 코일(또는 "포서")(2C1)은 로커(R5)의 만곡형 자유단(FE5)에 배열된다. 이 실시형태에 있어서, 각각의 만곡형 리니어 모터(2CLM), 즉 마그넷 웨이(2MW) 및 코일(2C)은 대응하는 로커 샤프트(2RS) 하방에 일반적인 "스윙 보트" 배열로 현수된다. 이러한 배열은 동적으로 유리하다. 또한, 이 배열은 상방에서 모터와 스트럿 및 섀시 사이의 충돌을 회피한다는 점에서 공간적으로 유리하다. 또한, 샤프트 베어링(2RB)은 관련된 마그넷 웨이 상방에서 이격되어 있는 본 실시형태에서 비교적 높이 있다(즉, 도 1의 실시형태의 저부 로커 베어링과 비교했을 때)는 점에 유의해야 할 것이다. 또한, 로커 상방의 높은 샤프트 베어링의 배열은 동적으로 유리하다. 또한, 로커 유닛의 모듈성은 로커 유닛이 쉽게 대체될 수 있다는 점에서 매우 유리하다.

도 8c는 모듈식 로커 유닛(2RM1)의 디스크 브레이크 유닛을 도시한다. 디스크 브레이크 유닛은 브레이크 캘리퍼(2BC), 및 로커 보디(2RB1)에 관하여 고정되는 브레이크 디스크(2BD)를 함유한다. 디스크 브레이크 유닛은 로커 보디의 위치의 제어를 보조하기 위해 제어 시스템의 제어 하에 필요에 따라 동작될 수 있다. 추가적으로, 만곡형 리니어 인코더(2LE) 테이프가 로커(2RB1)에 장착되어 인코더 판독 헤드(2ERH)와 함께 동작하여, 매우 높은 해상도(예를 들면 라디안 당 약 100만 카운트)로 로커 보디의 위치를 결정한다. 이는 사용시 로커의 위치에 대한 제어를 더욱 향상시켜, 결과적으로 이펙터의 매우 높은 대역폭 모션을 지원한다.

또한, 모션 제너레이터(20)는 모션 시스템, 운전 시뮬레이터, 또는 본 발명에 따른 모션 제너레이터의 조합에 사용하기에 적합하다.

모션 시스템의 동작

동작 시, 모션 제너레이터(10 또는 20)와 같은 본 발명에 따른 모션 제너레이터는 모션 제너레이터와 함께 모션 시스템을 형성하는 관련된 제어 시스템(도시되지 않았지만, 예를 들면 WO2020/228992에 일반적으로 설명된 바와 같음)에 의해 동작된다. 제어 시스템은 시뮬레이션된 차량 및 그 환경, 예를 들면 경마장 또는 도시 도로의 물리적 현상이 계산된 운전 시뮬레이션과 같은 시뮬레이션 환경과 함께 동작한다. 예를 들면, 운전 시뮬레이션은 후술하는 바와 같이 본 발명에 따른 운전 시뮬레이터의 맥락 내일 수 있다. 이러한 실시형태에 있어서, 제어 시스템은 가상 차량의 모션을 나타내는 시뮬레이션 환경으로부터 모션 요구를 수신한다. 컴퓨터 프로그램은 가상 세계에서의 차량의 모션을 결정한 다음, 시뮬레이션된 차량 모션을 모션 제너레이터에 의해 표현될 수 있는 모션으로 변환하도록 모션 큐잉 알고리즘(Motion Cueing Algorithm)(113)(MCA, 워시아웃 필터라로도 알려짐)을 적용한다. 그 다음, 이들 계산된 모션은 모션 요구로서 제어 시스템에 제공된다. MCA는 시뮬레이션 환경 또는 제어 시스템의 일부일 수 있고, 또는 양방으로 분리될 수 있다. 시뮬레이션 환경은 오퍼레이터, 즉 운전자, 승객 또는 조종사와 같은 인간 사용자가 시뮬레이션 환경에서 가상 차량을 제어하는데 사용하는 조향, 스로틀 또는 브레이크 입력과 같은 제어 장치로부터 입력 신호를 수신할 수 있다. 오퍼레이터는 모션 제너레이터(예를 들면 예시 실시형태에서의 모션 제너레이터(10 또는 20)) 상의 페이로드로서의 섀시 내의 승객(운전자)일 수 있다. 이들 입력은 제어 시스템을 통해 또는 직접 시뮬레이션 환경으로 다시 되돌아갈 수 있다. 또한, 시뮬레이션 환경은 운전자, 승객, 또는 다른 사용자나 오퍼레이터를 위한 시각 디스플레이에 출력을 생성할 것이다. 또한, 시뮬레이션 환경은 모션 제너레이터의 위치 또는 제어 장치 입력 신호에 관련된 것과 같은, 제어 시스템으로부터 추가 데이터를 요구할 수 있다.

모션 제너레이터는 롤, 피치, 요, 우측 또는 좌측으로의 스웨이(sway right or left), 히브 업(heave up), 히브 다운(heave down), 전방으로의 서지(surge forward)와 같은, 다양한 모션 또는 조건을 통해 상술한 바와 같은 공징 조건으로부터 섀시(14 또는 22)와 같은 엔드 이펙터가 움직이도록 동작될 수 있, 또한 이러한 조건의 다중 조합으로 동작할 수 있다. 예를 들면, 모션 제너레이터는 조합된 히브 업과 기수를 좌측으로 한 요(yaw nose left) 조건으로 동작될 수 있다. 이러한 모션 또는 조건, 및 대응하는 이펙터, 로커, 및 스트럿 위치의 예는 도 8a의 모션 제너레이터(20)에 대한 도 9a-9e 내지 도 12a-12e에 도시되어 있다.

이러한 방식으로 동작되는 본 발명의 모션 제너레이터는 페이로드/엔드 이펙터의 움직임의 정확도/위치 결정 및 낮은 레이턴시를 향상시키는 높은 대역폭, 낮은 마찰 및 낮은 관성을 포함한 이점을 갖는다.

모션 제너레이터의 조합

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 모션 제너레이터는 추가 모션 제너레이터와 직렬로 사용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 모션 제너레이터는 2차 모션 제너레이터로서 조합하여 사용될 수 있고, 다시 말하면 모션 제너레이터 자체가 1차 모션 제너레이터의 페이로드가 된다. 이 조합은 1차 모션 제너레이터가 비교적 저렴할 수 있지만, X 및 Y 방향으로 양호한 편위 범위를 제공하고, 2차 모션 제너레이터가 더욱 높은 대역폭, 위치 정확도 및 더 낮은 수준의 관성 및 마찰을 제공하여 페이로드에 전달된 움직임의 정확도를 더욱 증가시킨다는 점에서 유리하다. 이러한 조합 또는 "2-스테이지" 모션 제너레이터가 도 13에 도시되어 있다. 도 13은 이펙터 페이로드-섀시(45)를 지지하는 제 2 스테이지 고주파 모션 제너레이터(44)가 장착된 제 1 스테이지 저주파 모션 제너레이터(42)를 함유하는 2-스테이지 모션 제너레이터(40)를 도시한다. 제 1 스테이지 모션 제너레이터(42)는 자유도 3으로 모션을 제공하도록 배열되고, 수직축을 중심으로 회전하도록 배열되고 그 축을 중심으로 360도 이상 움직일 수 있는 회전 가능한 플랫폼(46)을 함유한다. 회전 가능한 플랫폼(46)은 표면(48)(통상적으로 시뮬레이터 룸의 바닥) 상방의 리니어 레일(LR1-4)을 따라 움직이도록 동력이 공급되는 가이드 캐리지(GC1-4) 상에서 X 및 Y 방향으로 움직인다. 회전 가능한 플랫폼(46)은 제 2 스테이지 모션 제너레이터가 장착되는 표면을 제공하고, 요뿐만 아니라 X 및 Y 방향으로 제 2 스테이지 모션 제너레이터에 움직임을 제공한다. 제 2 스테이지 모션 제너레이터(44)는 본 발명의 모션 제너레이터이다. 예를 들면, 상술한 바와 같은 모션 제너레이터(10 또는 20)는 이펙터 페이로드-섀시(45)에 높은 대역폭 움직임을 제공한다.

운전 시뮬레이터

본 발명에 따른 운전 시뮬레이터(30)가 도 14에 도시되어 있다. 운전 시뮬레이터(30)는 본 발명에 따른 모션 제너레이터, 예를 들면 도 1∼도 7과 관련하여 상술한 바와 같은 모션 제너레이터, 또는 도 8a-8c 및 도 9~도 12a-12e와 관련하여 상술한 바와 같은 모션 제너레이터를 포함하는 모션 시스템(32), 또는 예를 들면 도 13과 관련하여 상술한 바와 같은 본 발명의 모션 제너레이터를 포함하는 조합, 및 제어 시스템(도시되어 있지 않았지만, 예를 들면 일반적으로 WO2020/228992에 기재되어 있는 바와 같음)을 함유한다. 모션 제너레이터는 이펙터 페이로드로서 섀시(34)를 갖는다. 모션 시스템은 운전 환경의 이미지를 표시할 수 있는 프로젝션 시스템(38)(환경 시뮬레이션 수단의 일례를 구성하는 프로젝션 시스템)의 전방의 표면(36) 상에 장착된다. 오디오 시스템(도시하지 않음)은 운전 환경의 소리를 재현하여 사용자에게 소리를 제공하는 것으로, 환경 시뮬레이션 수단의 또 다른 예를 구성한다. 운전 시뮬레이터(30)의 모션 제너레이터는 제어 시스템(예를 들면, 도 4와 관련하여 상술한 바와 같음)의 명령 하에 동작된다.

상술한 실시형태에 기재된 바와 같은 본 발명에 따른 모션 제너레이터는 운전 시뮬레이터에 사용되었을 때 이러한 용도용의 공지된 모션 제너레이터와 비교하여 여러 측면 중 일부 또는 전부에서 유리할 수 있다. 본 발명에 따른 모션 제너레이터를 통합한 운전 시뮬레이터는 낮은 레이턴시를 가지므로, 다른 운전 시뮬레이터, 특히 훨씬 더 고가의 운전 시뮬레이터에 필요한 레이턴시 보정의 필요성이 회피되거나 최소화된다.

모션 시스템의 제조 방법

상술한 것과 같은 모션 제너레이터, 및 제어 수단을 포함하는 본 발명에 따른 모션 시스템은 예를 들면 상술한 바와 같이 종래의 수단에 의해 사용자 지정 및 표준 구성요소로부터 조립될 수 있다. 특히, 모션 시스템은 상술한 바와 같은 제어 시스템과 본 발명에 따른 모션 제너레이터를 연결함으로써 제조될 수 있다. 로커 유닛은 바람직하게는 하나의 로커 유닛이 모션 제너레이터의 임의의 위치에서 또 다른 이러한 유닛으로 교체될 수 있다는 점에서 모듈식이라는 점에 유의되어야 한다.

Claims (18)

1. 모션 제너레이터의 이펙터 및/또는 표면에 대한 이펙터 페이로드에 힘, 모멘트 및 움직임을 적용하기 위한 모션 제너레이터로서,
   상기 모션 제너레이터의 이펙터는 하나 이상의 로커에 의해 제공된 로커암(들)의 자유단(들)에 동작 가능하게 연결되고, 각각의 로커는 피봇축을 중심으로 피봇팅하여, 각각의 피봇축을 중심으로 한 로커(들)의 움직임이 상기 이펙터의 움직임으로 이어지며,
   상기 로커(들) 중 적어도 하나는 관련된 로커의 자유단에 의해 스윕되는 아크와 동심인 관련된 만곡형 리니어 모터에 의해 구동되고, 또한
   상기 로커(들) 중 적어도 하나는 상기 관련된 만곡형 리니어 모터의 코일 또는 마그넷 웨이를 갖거나, 함유하거나 또는 포함하는 모션 제너레이터.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 로커는 관련된 리니어 모터의 코일을 갖거나 또는 함유하는 모션 제너레이터.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 관련된 리니어 모터는 아이언리스 또는 아이언 코어 리니어 모터, 바람직하게는 아이언리스 모터인 모션 제너레이터.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 모터의 코일 또는 마그넷 웨이 중 적어도 하나는, 경우에 따라서, 관련된 로커의 피봇축 하방에 실질적으로 또는 전체적으로 배열되는 모션 제너레이터.
5. 제 4 항에 있어서,
   로커의 피봇축을 형성하는 관련된 샤프트용 베어링은, 경우에 따라, 관련된 모터의 대응하는 코일 또는 마그넷 웨이 상방에 있는 모션 제너레이터.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 로커 또는 각각의 로커는 복합재, 플라스틱 또는 금속, 바람직하게는 알루미늄제의 구조물인 모션 제너레이터.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 각각의 로커의 피봇축은 표면과 평행한 모션 제너레이터.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 이펙터는 복수의 스트럿 중 하나에 의해 로커 암의 자유단에 동작 가능하게 연결되는 모션 제너레이터.
9. 제 8 항에 있어서,
   1개 내지 4개 이상, 바람직하게는 6개의 가늘고 긴 강성 스트럿을 함유하는 모션 제너레이터.
10. 제 9 항에 있어서,
    3개의 쌍으로 배열된 6개의 스트럿이 있고, 상기 각 스트러트의 각각의 단부 중 일단부는 관련된 로커와 연결되고, 상기 쌍을 이룬 스트럿의 각각의 타단부는 상기 이펙터 상의 3개의 장착 지점 또는 조인트에 연결되거나 또는 상기 이펙터에 연결되는 모션 제너레이터.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이펙터와 로커는 중간 제 1 및 제 2 조인트에 의해 연결되는 모션 제너레이터.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 중간 제 1 및 제 2 조인트 각각은 유니버셜 조인트, 카르단 조인트, 스페리컬 조인트, 스위블, 또는 플렉셔, 바람직하게는 오프셋 회전축을 갖는 카르단 조인트를 포함하고, 다른 조인트는 유니버셜 조인트, 스페리컬 조인트, 카르단 조인트, 스위블 또는 플렉셔, 바람직하게는 오프셋 회전축을 갖는 카르단 조인트인 모션 제너레이터.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로커 또는 각각의 로커는 그 미드플레인을 중심으로 대칭인 모션 제너레이터.
14. 함께 동작하도록 배열된 1차 모션 제너레이터와 2차 모션 제너레이터를 포함하는 조합으로서, 상기 조합에 있어서의 1차 또는 2차 모션 제너레이터는 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 모션 제너레이터인 조합.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 2차 모션 제너레이터는 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 모션 제너레이터이고, 상기 조합의 1차 모션 제너레이터보다 더 높은 주파수에서 동작하도록 배열되는 조합.
16. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 적어도 하나의 모션 제너레이터, 또는 제 14 항 또는 제 15 항에 기재된 적어도 하나의 조합, 및 제어 시스템을 포함하는 모션 시스템.
17. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 모션 제너레이터, 제 14 항 또는 제 15 항에 기재된 조합, 또는 제 16 항에 기재된 모션 시스템, 및 시각적 프로젝션 또는 디스플레이 수단, 및 오디오 수단에서 선택되는 적어도 하나의 환경 시뮬레이션 수단을 포함하는 운전 시뮬레이터.
18. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 모션 제너레이터의 제조 방법으로서,
    상기 방법은 표면에 대한 페이로드에 힘, 모멘트 및 움직임을 적용하기에 적합한 이펙터를 제공하는 단계, 1개 내지 4개 이상의 가늘고 긴 강성 스트럿에 연결하는 단계, 각각의 상기 스트럿의 일단부를 제 1 조인트에 의해 상기 이펙터에 연결하고, 그 타단부를 제 2 조인트에 의해, 관련된 만곡형 리니어 모터의 코일 또는 마그넷 웨이를 갖거나 함유하거나 또는 포함하는 복수의 로커 중 하나에 연결하는 단계를 포함하는 모션 제너레이터의 제조 방법.