WO2018217022A1 - 가상 시뮬레이션 장치 - Google Patents

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WO2018217022A1
WO2018217022A1 PCT/KR2018/005875 KR2018005875W WO2018217022A1 WO 2018217022 A1 WO2018217022 A1 WO 2018217022A1 KR 2018005875 W KR2018005875 W KR 2018005875W WO 2018217022 A1 WO2018217022 A1 WO 2018217022A1
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WO
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frame
base
virtual simulation
simulation device
belt
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PCT/KR2018/005875
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English (en)
French (fr)
Inventor
신재중
윤은석
Original Assignee
(주) 피엔아이컴퍼니
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    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B9/00—Simulators for teaching or training purposes
    • G09B9/02—Simulators for teaching or training purposes for teaching control of vehicles or other craft
    • G09B9/04—Simulators for teaching or training purposes for teaching control of vehicles or other craft for teaching control of land vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H13/00—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch
    • H01H13/02—Details
    • H01H13/12—Movable parts; Contacts mounted thereon
    • H01H13/14—Operating parts, e.g. push-button
    • H01H13/16—Operating parts, e.g. push-button adapted for operation by a part of the human body other than the hand, e.g. by foot
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H25/00—Switches with compound movement of handle or other operating part
    • H01H25/04—Operating part movable angularly in more than one plane, e.g. joystick
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63F—CARD, BOARD, OR ROULETTE GAMES; INDOOR GAMES USING SMALL MOVING PLAYING BODIES; VIDEO GAMES; GAMES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • A63F2300/00—Features of games using an electronically generated display having two or more dimensions, e.g. on a television screen, showing representations related to the game
    • A63F2300/80—Features of games using an electronically generated display having two or more dimensions, e.g. on a television screen, showing representations related to the game specially adapted for executing a specific type of game
    • A63F2300/8082—Virtual reality
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H2221/00—Actuators
    • H01H2221/008—Actuators other then push button
    • H01H2221/012—Joy stick type

Definitions

  • the present invention relates to a virtual simulation device, and in particular made of a simple configuration for the user (user) chair before, after, left and right movement, as well as its own rotation is made to experience a variety of situational movements To a virtual simulation device.
  • all play such as starting and accelerating, changing direction and stopping of the vehicle can be operated similarly to the actual vehicle, but the user only uses his hands and feet while sitting in a chair and stops. If the body is tilted backward or forward, the inertia phenomenon or the user's body changes in the same direction as the player in the game.
  • the simulation device was developed to produce such a game in a more realistic situation and to feel the actual situation.
  • the simulation device provides an indirect experience to the user by virtually setting up a situation that can actually occur by a computer program. It can be applied to driving exercises, games, etc. of cars, airplanes, motorcycles, and the like.
  • simulation device as described above is combined with the virtual reality device according to the characteristics of the device that can feel a three-dimensional sense to obtain a greater synergy effect.
  • a virtual reality device provides a virtual reality to a user by generating an image and a voice and operating a chair by an HMD (Head mount display) equipped with a monitor and a speaker.
  • HMD Head mount display
  • the computer-controlled devices such as EHMD and chairs reproduce the dynamic changes according to the virtual environment so that the user can feel the virtual reality as if it is widely used in game halls and 3D movie theaters. have.
  • the simulation device is utilized as a device that allows users to experience the actual situation in virtual reality as well as a game or education device using a general monitor.
  • a device for driving a chair used by a user for simulation. was too complicated to bear the expensive cost, the volume of the device was too large, the problem was inefficient, nevertheless there was a limit to reproduce the realism due to the operation less than the actual situation.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2013-0053574 shows a simulation system related to driving a car.
  • a head-up display disposed on a driver's main view line and displaying a selected simulation mode among a plurality of preset simulation modes and a performance result for the simulation mode;
  • a simulator controller for determining whether the device is operable and controlling the corresponding simulation mode displayed on the head-up display in association with the manipulation device, thereby enabling the driver to virtually drive in a situation in which the driver is actually driving.
  • the driver can check the driver's driving potential and condition before the actual driving or prevent accidents.
  • Korean Patent No. 10-1429104 shows a virtual reality sensation chair, which looks at a chair 100 having a seat plate 101 on which a user can sit and a backrest 102 capable of supporting an upper body; A plurality of support members 130 rotatably installed on both side surfaces and rear centers of the seat plate 101 via a connecting pin 120; Screw shafts 151 screwed to the ends of the support 130, respectively; A driving motor 150 connected to each end of the screw shaft 151 so as to rotate the screw shaft 151 and installed inside the motor bracket 160; A base 190 in which the motor bracket 160 is installed and a through hole 191 is formed at the center thereof; A rotating shaft 196 installed on the bottom of the base 190 to rotate the base 190; And a first pivot hinge 180 between the middle of the support 130 installed on one side of the seat plate 101 and an extension bar 170 extending downward of the motor bracket 160 of the support installed on the other side. And it characterized in that it comprises a connecting link 140 rotatably installed from the second rotation hinge 181 as a starting point.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and a technical problem is to provide a virtual simulation apparatus in which the rotation in the vertical direction as well as the front, rear, left, and right directions can be performed together.
  • the present invention is to provide a virtual simulation apparatus that can provide excellent realism by the movement in various directions, such as swinging in all directions and its own rotation is made in accordance with the direction of the programmed situation.
  • Another object of the present invention is to provide a virtual simulation apparatus capable of operating in various directions and improving productivity and reducing costs associated with a program as a simplified configuration.
  • Another object of the present invention is to provide a virtual simulation device which can be applied to various virtual reality devices such as various games or education, and is easily expandable by additional devices.
  • the virtual simulation apparatus comprises: a base; A frame disposed opposite the base at a distance from the base; A plurality of actuators connected at both ends of the base and the lower side of the frame to connect and support the frame with respect to the base, and to expand and contract the frame in an arbitrary direction, respectively, according to an external signal; A rotating module having a cylindrical shape and disposed above the frame and supported by a roller and having a chair installed therein; And a driving belt which is supported by a plurality of rollers installed in the frame and driven by a belt driving motor to rotate the rotating module.
  • various types of simulation can be configured by simultaneously applying the front, rear, left, and right swings by the lower actuator along with the rotation of the rotary module.
  • the actuators have connection positions in which two are arranged in a V shape at at least three locations at predetermined angular intervals.
  • Each actuator includes a cylinder having a lower end connected to the base, a screw shaft rotatably supported inside the cylinder, a piston connected to the screw shaft and having an upper end connected to the frame, and mounted to the cylinder. And an actuator motor for rotating the screw shaft forward and backward according to an external signal.
  • Each actuator may be applied to a pneumatic cylinder.
  • the plurality of rollers are to support the lower surface of the rotary module together with the drive belt, the belt groove is formed on the outer periphery of the rotary module is coupled to the drive belt is coupled to enable a stable coupling and driving, the Drive belts may be installed on each of both outer ends of the rotary module.
  • a display unit for visually representing a virtual space may be further provided by a program input to drive the rotating module.
  • the display unit may be an LCD, an LED monitor, or an HMD.
  • the front of the chair is provided with an operation unit which is connected to the input program circuitry is configured to be directly operated by the occupant, the operation unit may include a steering wheel and acceleration and stop pedal. Or a button for electrical operation.
  • a periphery of the chair according to the present invention is installed by the blower for transmitting the wind toward the chair can be to send the wind in accordance with the program.
  • a virtual simulation device by providing the movement in various directions of front, rear, left and right while rotating the rotary module in which the user sits in the vertical direction by the operation of the input program or the operation unit, a more excellent three-dimensional effect Provides the effect to feel.
  • the present invention can realize a variety of movements, including its own rotation, while achieving a stable and simplified configuration can reduce the manufacturing cost, improve productivity, and provide a stable simulation operation do.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a simulation apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an installation state of a plurality of actuators according to the present invention.
  • Figure 3 is a perspective view showing a lower configuration of the simulation apparatus of the present application.
  • FIG. 4 is a bottom perspective view of FIG. 3.
  • Figure 5 is a perspective view of the assembly state of the drive belt and the rotating module in the simulation apparatus of the present application.
  • FIG. 6 is a cross-sectional perspective view taken along the line A-A of FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
  • FIG 8 and 9 is an operational state diagram showing the movement by the actuator according to the present invention.
  • FIG. 10 is an operational state diagram showing the movement of the rotary module according to the present invention.
  • Figure 11 is a side view showing another operating state of the present invention.
  • a simulation apparatus includes a base 10, a frame 20 spaced apart from the base 10, and the base 10 and the base 10. It comprises a plurality of actuators 30 for connecting the frame 20, a rotary module 40 installed above the frame 20, and a drive belt 50 for rotating the rotary module 40. .
  • the base 10 is configured as a triangular plate shape as shown to support the entire simulation device, but this is only a shape due to the need for three-point support of the actuator 30 connected to the frame 20, It may be selected in shape, and as shown, a plurality of legs 11 may be installed laterally and configured to more firmly support the entire apparatus.
  • Frame 20 is a configuration for transmitting power while supporting the rotary module 40 is installed on the upper side, the upper center in the concave form corresponding to the lower end of the cylindrical rotary module 40, the actuator to the lower side It is connected to and supported by the base 10 by the 30, and is covered by the frame cover 21, which is also used as a scaffold when boarding the rotary module 40.
  • each of the actuators 30 is arranged in a V shape at each of three points of the base 10, and the other end of each actuator 30 is inverse V at three points below the frame 20. It is connected in a shape.
  • each actuator 30 is connected to the base 10 and the frame 20 in a universal joint manner to have a free orientation.
  • Actuator 30 is stretched according to the input program or the electrical signal, it is required to react quickly and accurately.
  • the actuator 30 is applied with a method in which the expansion and contraction of the piston rod 32 is performed while the screw shaft 34 inside the cylinder 31 is rotated by the actuator motor 33.
  • Means such as cylinders may be applied.
  • a lower end of the cylinder 31 of each actuator 30 is connected to the base 10, and a screw shaft 34 is rotatably supported inside the cylinder 31, and a piston rod ( 32 is connected and the upper end thereof is connected to and supported by the frame 20.
  • An actuator motor 33 is installed at one side of the cylinder 31 to expand and contract the piston rod 32 by rotating the screw shaft 34 forward and backward according to an external signal.
  • the rotating module 40 has a cylindrical shape, both sides of which are opened to form an inlet, and a chair 42 is installed inside the safety module such as a seat belt or an upper body fixing safety bar 43 to maintain a safe seating of the user. Means are provided.
  • the rotary module 40 is supported by the drive belt 50 and the rollers, as shown in Figures 3 to 7, the drive belt 50 is installed at both ends of the rotary module 40, respectively.
  • the frame 20 is provided with a group of rollers connecting the driving belt 50 to both sides while supporting the rotation module 40, respectively.
  • the rollers include a drive pulley 52 and guide rollers 53 that are rotated by a belt driving motor 51, and support rollers 54 that support the drive belt 50 and the rotation module 40 together.
  • a power transmission shaft 55 is provided for transmitting power of the belt driving motor 51 to the other driving pulley.
  • the drive belt 50 is wound around the outer periphery of both ends of the rotary module 40 and connected to the drive pulley 52 via the guide roller 53 and the support roller 54 to drive the belt 51. It is rotated by, and the rotation module 40 is rotated accordingly.
  • a belt groove 44 to which the driving belt 50 is coupled is formed to maintain a stable state with the driving belt 50.
  • the rotary module 40 is rotated by the driving of the driving belt 50 in a state in which both outer ends are supported by the driving belt 50 and the roller group.
  • the rotation of the rotation module 40 and the operation of the actuator 30 may be set in advance according to the input program, or additional movement may be driven by the user's operation according to the target of the simulation.
  • the operation unit may be installed.
  • a pedal for operation may be installed, and a button for operation may be further installed near the chair.
  • a display unit for visually showing a virtual space may be further installed.
  • the display unit may include an LCD or LED monitor installed in front of the chair in the rotating module 40. It may be, or may be configured as a virtual reality experience HMD (HMD).
  • HMD virtual reality experience
  • the display unit may vary in content according to an input program, and is connected to the program and the belt driving motor 51, the actuator motor 33, and other operation means in a circuit.
  • the blower 45 is installed at the lower side or the front of the chair 50 to blow the wind according to the input program to provide a feeling close to the actual situation. It can also be installed, by varying the installation direction can be adjusted to the direction of the wind arbitrarily.
  • control unit that transmits the electric signal by the input program is the user's U at the same time according to the degree when the phenomenon or the phenomenon that is shaken to one side to the various situations produced in the contents such as virtual reality or game is directed
  • a predetermined calculation value signal is sent to each of the actuator motors 33 and the belt driving motor 51.
  • control unit is connected to a program such as a virtual reality or a game to receive the necessary interlocking signal, calculates the data set in accordance with the input signal to control the actuators 30 of each position, and also the rotation of the rotary module 40 To control.
  • a program such as a virtual reality or a game
  • FIG. 8 is a side view showing the front and rear operating states of the simulation apparatus according to the present invention
  • FIG. 9 is a side view showing the left and right operating states, and the movement in the lateral direction is driven by the expansion and contraction of each actuator 30.
  • inclination in the front direction of 360 ° can be freely made.
  • This inclination may provide a realistic movement of inertia in situations such as a sudden start or stop in a virtual space and a curve.
  • FIG. 10 shows the state in which the rotating module 40 according to the present invention is rotated as an example.
  • the user U is seated in the chair 42 by boarding through both side entrances of the rotating module 40.
  • the belt driving motor 51 is driven by an input program.
  • the rotating module 40 is supported by the support rollers 54 at both ends thereof, and the driving belt 50 is wound around the outer circumference, so that the driving belt 50 is driven by the belt driving motor 51. Rotating the rotation module 40.
  • the display may be implemented by an LCD or LED monitor installed in front of the chair 42, or may be implemented by EMT for a virtual reality experience.
  • the front, rear, left and right swings of the device and its own rotational movement are combined to feel a three-dimensional movement, as shown in FIG.
  • a three-dimensional reality such as real speed feeling and various situations can be felt.
  • the drive of the actuator 30 and the rotary module 40 according to the present invention can be operated by a direct operation by a separate operation means such as a switch or a pedal, otherwise implemented as an automatic operation according to the contents of the input program. It could be.
  • the present invention can be applied to a variety of game experiences and simulation experiences, such as a variety of education and practice, it is possible to apply a wide range as a relatively simple configuration.
  • the driving belt for rotating the rotary module according to the present invention may be applied to a generally known rotating means such as a chain belt or a gear.
  • the virtual simulation apparatus comprises a cylindrical rotating module having a chair inside and rotatable by a drive belt, and a plurality of actuators swinging the rotary module in all directions. It can be applied to various simulation games, education or hands-on practice by providing the movement in three-dimensional directions of front, rear, left and right while rotating the rotating module in the vertical direction.

Abstract

본 발명은 가상 시뮬레이션 장치에 관한 것으로서, 베이스; 상기 베이스와 간격을 두고 상측에서 대향 배치되는 프레임; 상기 베이스와 상기 프레임의 하측에 양 단이 연결되어 베이스에 대하여 프레임을 연결 지지하며, 외부신호에 따라 각기 신축되면서 상기 프레임을 임의의 방향으로 요동시키는 다수의 액츄에이터; 통 형상으로 이루어져서 상기 프레임의 상측으로 배치되어 롤러에 의해 지지되고, 내부에 의자가 설치되어 있는 회전모듈; 및 상기 프레임에 설치되는 다수의 롤러에 의해 지지되면서 벨트구동용 모터에 의해 구동되어 상기 회전모듈을 회전시키는 구동벨트; 를 포함하여 이루어지며, 다수의 액츄에이터들에 의한 요동 동작과, 회전모듈의 회전 동작에 의한 다양한 동작의 시뮬레이션이 가능한 것이다.

Description

가상 시뮬레이션 장치
본 발명은 가상 시뮬레이션 장치에 관한 것으로서, 특히 간단한 구성으로 이루어지면서 유저(user)용 의자가 전,후,좌,우의 움직임은 물론, 자체적인 회전이 이루어지도록 되어서 다양한 상황적인 움직임을 체험할 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 것이며, 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 실감 있게 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.
대한민국 공개특허 제10-2013-0053574호는 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 상기의 종래기술은 헤드업 디스플레이를 통한 시각적인 상황으로만 시뮬레이션을 보여줌으로써 몸을 통한 실제 상황의 체감을 얻지 못하는 것으로서 이는 현실감이 현저히 떨어지는 문제가 있는 것이다.
대한민국 특허 제10-1429104호는 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.
그러나 이 기술은, 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 의자의 불안정한 문제점이 지적되었고, 전체적인 동작 또한 현실감이 부족한 실정이었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 전ㆍ후ㆍ좌ㆍ우의 방향은 물론 수직 방향의 회전이 함께 이루어질 수 있도록 된 가상 시뮬레이션 장치의 제공을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 사방으로의 요동과 자체적인 회전 등 다양한 방향으로의 움직임이 프로그램된 상황의 연출에 맞추어 이루어짐으로써 뛰어난 현실감을 제공할 수 있는 가상 시뮬레이션 장치의 제공을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 다양한 방향으로의 동작이 가능하면서 단순화된 구성으로서 프로그램과 연계된 생산성을 향상시키고 원가를 절감할 수 있도록 된 가상 시뮬레이션 장치의 제공을 또 다른 기술적 과제로 한다.
본 발명은 다양한 게임이나 교육 등의 가상현실 장치에 적용이 가능하고 추가적인 장치의 접목이 용이하여 확장성이 뛰어난 가상 시뮬레이션 장치를 제공을 또 다른 기술적 과제로 한다.
본 발명에 따른 가상 시뮬레이션 장치는 상기의 목적을 달성하기 위하여, 베이스; 상기 베이스와 간격을 두고 상측에서 대향 배치되는 프레임; 상기 베이스와 상기 프레임의 하측에 양 단이 연결되어 베이스에 대하여 프레임을 연결 지지하며, 외부신호에 따라 각기 신축되면서 상기 프레임을 임의의 방향으로 요동시키는 다수의 액츄에이터; 통 형상으로 이루어져서 상기 프레임의 상측으로 배치되어 롤러에 의해 지지되고, 내부에 의자가 설치되어 있는 회전모듈; 및 상기 프레임에 설치되는 다수의 롤러에 의해 지지되면서 벨트구동용 모터에 의해 구동되어 상기 회전모듈을 회전시키는 구동벨트; 를 포함하여 이루어지는 특징이 있다.
이에 따라 상기 회전모듈의 회전과 함께, 하측의 액츄에이터에 의한 전ㆍ후ㆍ좌ㆍ우의 요동을 프로그램에 따라 동시에 적용함으로써 다양한 형태의 시뮬레이션을 구성할 수 있게 된다.
상기 액츄에이터는 2개가 V자형으로 배치되는 연결포지션을 소정의 각도 간격으로 적어도 3곳에 갖도록 하는 것이 바람직하다.
상기 각 액츄에이터는, 상기 베이스에 하단이 연결되는 실린더와, 상기 실린더의 내부에 회전 가능하게 지지되는 나사축과, 상기 나사축에 연결되고 상단이 상기 프레임에 연결 지지되는 피스톤과, 상기 실린더에 장착되고 외부신호에 따라 상기 나사축을 정,역으로 회전시키는 액츄에이터용 모터를 구비하도록 구성할 수 있다.
상기 각 액츄에이터는 공압실린더가 적용될 수도 있다.
상기 다수의 롤러는 구동벨트와 함께 상기 회전모듈의 하부면을 지지하도록 되어 있으며, 회전모듈의 외주연에는 상기 구동벨트가 결합되는 벨트홈이 형성되어 안정된 결합 및 구동이 이루어질 수 있도록 되어 있으며, 상기 구동벨트는 회전모듈의 외측 양 단부에 각각 설치될 수 있다.
본 발명에서는 상기 회전모듈을 구동시키기 위하여 입력되는 프로그램에 의해 가상의 공간을 시각적으로 나타내는 디스플레이부가 더 구비될 수 있다.
그리고 상기 디스플레이부는 엘시디 또는 엘이디 모니터이거나, 또는 에치엠디(HMD)로 구성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 한 특징에 의하면 상기 의자의 전방에는 입력되는 프로그램과 회로적으로 연계되는 조작부가 설치되어 탑승자가 직접 조작할 수 있도록 구성되며, 상기 조작부는 조향핸들과 가속 및 정지페달을 포함할 수 있고, 또는 전기적인 조작을 위한 버튼이 구성될 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 상기 의자의 주변에는 상기 의자를 향하여 바람을 송출하는 송풍기가 설치됨으로써 프로그램에 따라 바람을 송출할 수 있도록 할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의한 가상 시뮬레이션 장치에 의하면, 입력된 프로그램 또는 조작부의 조작에 의해 유저가 앉아있는 회전모듈을 수직 방향으로 회전시키면서 전ㆍ후ㆍ좌ㆍ우의 다양한 방향으로 움직임을 제공함으로써 보다 뛰어난 입체감을 느낄 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명은 자체적인 회전을 포함하는 보다 다양한 방향의 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 일례를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 다수의 액츄에이터의 설치상태를 나타낸 사시도.
도 3은 본원 시뮬레이션 장치의 하부 구성을 나타낸 사시도.
도 4는 상기 도 3의 저면 사시도.
도 5는 본원 시뮬레이션 장치에서 구동벨트와 회전모듈의 조립상태 사시도.
도 6은 상기 도 1의 A-A선 단면 사시도.
도 7은 상기 도 1의 A-A선 단면도.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 액츄에이터에 의한 움직임을 보여주는 작용상태도.
도 10은 본 발명에 따른 회전모듈의 움직임을 보여주는 작용상태도.
도 11은 본 발명의 다른 작용상태를 보여주는 측면도.
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 일례를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 다수의 액츄에이터의 설치상태를 나타낸 사시도이며, 도 3은 본원 시뮬레이션 장치의 하부 구성을 나타낸 사시도이고, 도 4는 상기 도 3의 저면 사시도로서 이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 시뮬레이션 장치는 베이스(10)와, 상기 베이스(10)와 이격되어 대향 배치되는 프레임(20)과, 상기 베이스(10)와 프레임(20)을 연결하는 다수의 액츄에이터(30)와, 상기 프레임(20)의 상측으로 설치되는 회전모듈(40)과, 상기 회전모듈(40)을 회전시키는 구동벨트(50)를 포함하여 이루어진다.
베이스(10)는 시뮬레이션 장치 전체를 지지하는 것으로서 도시된 바와 같이 삼각 플레이트 형상으로 구성되어 있으나, 이는 프레임(20)과 연결되는 액츄에이터(30)의 3점 지지가 필요한 것에 기인한 형상일 뿐, 다양한 형상으로 선택될 수 있으며, 도시된 바와 같이 측방으로 다수의 레그(11)가 설치되어 전체적인 장치를 더욱 견고하게 지지하도록 구성될 수 있다.
프레임(20)은 상측에 설치되는 회전모듈(40)을 지지하면서 동력이 전달되도록 하기 위한 구성으로서, 원통형의 회전모듈(40)의 하단에 대응하여 윗면 중앙이 오목한 형태로 되고, 하측으로 상기 액츄에이터(30)들에 의해 베이스(10)와 연결 지지되어 있으며, 프레임커버(21)에 의해 커버되는데 이 프레임커버(21)는 회전모듈(40)을 탑승할 때의 발판으로도 이용된다.
액츄에이터(30)는 본 실시예에서 6개가 구비되어 베이스(10)의 세 지점에서 각각 2개씩 V자형으로 배치되고, 각 액츄에이터(30)의 타단은 프레임(20)의 하측의 세 지점에서 역 V자형으로 연결된다. 또한 각 액츄에이터(30)는 베이스(10) 및 프레임(20)에 유니버셜조인트 방식으로 연결되어 자유로운 방향성을 갖는다.
액츄에이터(30)는 입력되는 프로그램이나 전기적 신호에 따라 신축되며, 신속하고 정확하게 반응할 것이 요구된다.
이를 위해 본 실시예에 따른 액츄에이터(30)는 액츄에이터용 모터(33)에 의해 실린더(31) 내부의 나사축(34)이 회전하면서 피스톤로드(32)의 신축이 이루어지는 방식이 적용되고 있으며, 공압실린더와 같은 수단이 적용될 수도 있다.
상기 각 액츄에이터(30)의 실린더(31) 하단이 베이스(10)에 연결되고, 상기 실린더(31)의 내부에는 회전 가능하게 지지되는 나사축(34)이 설치되고, 이 나사축에 피스톤로드(32)가 연결되어 그 상단이 상기 프레임(20)에 연결 지지된다.
상기 실린더(31)의 일측으로 액츄에이터용 모터(33)가 설치되어 외부신호에 따라 상기 나사축(34)을 정,역으로 회전시킴으로써 상기 피스톤로드(32)를 신축시키게 된다.
회전모듈(40)은 통 형상으로서 양측이 개구되어 입구를 형성하며, 내부에는 의자(42)가 설치되고, 유저의 안전한 착석을 유지하기 위해 안전벨트나 상체 고정용 안전바아(43)와 같은 안전수단이 구비되어 있다.
상기 회전모듈(40)은 도 3 내지 도 7에 나타난 바와 같이 구동벨트(50) 및 롤러들에 의해 지지되는데, 구동벨트(50)는 회전모듈(40)의 양 단부에 각각 설치되어 있다.
이를 위해 상기 프레임(20)에는 상기 회전모듈(40)을 지지하면서 상기 구동벨트(50)를 연결하는 일군의 롤러가 양 측으로 각각 설치되어 있다.
상기 롤러들은 벨트구동용 모터(51)에 의해 회전하는 구동풀리(52)와 안내롤러(53)들, 그리고 구동벨트(50)와 회전모듈(40)을 함께 지지하는 지지롤러(54)들을 포함하고 있으며, 벨트구동용 모터(51)의 동력을 다른 쪽의 구동풀리에게 전달하기 위한 동력전달축(55)이 설치되어 있다.
구동벨트(50)는 회전모듈(40)의 양 단부의 외주연을 각각 감아돌아서 상기 안내롤러(53) 및 지지롤러(54)를 거쳐서 구동풀리(52)에 연결되어 벨트구동용 모터(51)에 의해 회전 구동되며, 이에 따라 회전모듈(40)이 회전되는 것이다.
여기서 회전모듈(40)의 외주연 양 단부에는 상기 구동벨트(50)가 결합되는 벨트홈(44)이 형성되어 안정적인 구동벨트(50)와의 결합 상태를 유지하도록 되어 있다.
따라서 회전모듈(40)은 양 외측 단부가 구동벨트(50) 및 롤러군에 의해 지지된 상태에서 구동벨트(50)의 구동에 의해 회전되는 것이다.
본 발명에서는 입력된 프로그램에 따라 회전모듈(40)의 회전 및 액츄에이터(30)의 동작이 미리 세팅될 수 있으며, 또는 시뮬레이션의 대상에 따라 유저의 조작에 의해 추가적인 움직임이 구동되도록 할 수도 있는데, 이를 위해 의자(42)의 전방으로 조작부가 설치될 수 있다. 예를 들면 조작을 위한 페달이 설치될 수 있고, 의자의 근방에 조작을 위한 버튼이 더 설치될 수 있는 것이다.
또한 본 발명의 시뮬레이션 장치에서는 가상의 공간을 시각적으로 보여주는 디스플레이부가 더 설치될 수 있는데, 이 디스플레이부는 회전모듈(40) 내부에서 의자의 전방으로 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 벨트구동용 모터(51)와 액츄에이터용 모터(33) 및 기타 조작수단과 회로적으로 연결되어 작동된다.
본 발명에 따른 시뮬레이션 장치에는 의자(50)의 하측이나 전방으로 송풍기(45)가 설치되어 입력되는 프로그램에 따라 바람을 불어줌으로써 실제 상황에 가까운 느낌을 제공하도록 하게 되고, 송풍기(45)는 다수 개를 설치할 수도 있으며, 그 설치 방향을 달리 함으로써 바람의 방향을 임의적으로 조절할 수 있도록 할 수 있다.
한편, 입력되는 프로그램에 의해 전기적 신호를 송출하게 되는 제어부는 가상현실이나 게임 등의 내용에서 연출되는 각종 상황으로 흔들린다거나 한 쪽으로 쏠리는 현상 등이 연출될 때, 그 정도에 따라 유저(U)도 동시에 같은 상황에 놓일 수 있도록 각 액츄에이터용 모터(33)들과 벨트구동용 모터(51)에 소정의 연산값 신호를 송출하게 된다.
이를 위해 제어부는 가상현실이나 게임 등의 프로그램에 연결되어 필요한 연동신호를 전송받고, 입력된 신호에 따라 설정된 데이터를 연산하여 각 포지션의 액츄에이터(30)들을 제어하고, 또한 회전모듈(40)의 회전을 제어하게 된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 작용을 이하에서 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명에 따른 시뮬레이션 장치의 전ㆍ후 동작 상태를 나타낸 측면도이고, 도 9는 좌ㆍ우 동작 상태를 나타낸 측면도로서 각 액츄에이터(30)의 신축에 의해 측 방향으로의 움직임이 구동된다. 도면에서는 전ㆍ후ㆍ좌ㆍ우의 방향으로 표시되어 있으나 360°전 방향으로의 기울어짐이 자유롭게 이루어질 수 있다.
이러한 기울기는 가상 공간에서의 급출발이나 정지 및 커브 등에서와 같은 상황에서 실제와 같은 관성의 움직임을 제공할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 회전모듈(40)이 회전되는 상태를 일례로서 나타낸 것으로서 이와 같이, 유저(U)는 회전모듈(40)의 양 측 입구를 통해 탑승하여 의자(42)에 착석하게 되고, 안전바아(43) 등에 의해 몸을 의자(42)에 밀착 고정시킨 상태에서 상기한 액츄에이터(30)의 동작들과 더불어 회전모듈(40)의 자체적인 회전 동작을 함께 체험할 수 있게 되며, 이 또한 입력되는 프로그램에 의해 벨트구동용 모터(51)의 구동으로 이루어진다.
즉, 회전모듈(40)은 양측 단부가 지지롤러(54)에 의해 지지됨과 동시에 구동벨트(50)가 외주연에 감아져 있어서 벨트구동용 모터(51)의 구동에 의해 구동벨트(50)가 회전모듈(40)을 회전시키게 된다.
본 발명에서는 시뮬레이션의 내용을 가상적으로 디스플레이함으로써 가상의 공간에서 보여지는 시각적인 현상들과 본 발명에 따른 장치의 전ㆍ후ㆍ좌ㆍ우의 요동과 회전모듈의 회전 동작이 연계되어 실제의 상황으로 느껴지도록 하고 있는 바, 이러한 디스플레이는 의자(42)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 장치의 전ㆍ후ㆍ좌ㆍ우의 요동과 자체적인 회전 움직임이 복합적으로 이루어져서 입체적인 움직임을 느끼게 되고, 도 11에서와 같이 의자(42)의 주변으로 설치되는 송풍기(45)로부터 공급되는 바람에 의해 실제의 속도감이나 각종 상황을 느낄 수 있는 등 입체적인 현실감을 체감할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 액츄에이터(30)와 회전모듈(40)의 구동은 스위치나 페달과 같은 별도의 조작수단에 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.
나아가 본 발명에서의 베이스나 프레임을 수평 회전시키는 추가적인 수단의 장착도 가능하여 입체적인 시뮬레이션의 충분한 확장성도 갖추고 있다.
즉 프레임의 하측으로 모터를 설치하여 회전모듈을 포함하는 프레임 전체가 수평 회전되도록 하여 추가적인 입체운동을 포함할 수 있는 것이다.
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. 예를 들면 본 발명에 따른 회전모듈을 회전시키는 구동벨트는 체인벨트나 기어 등의 일반적으로 알려진 회전수단이 적용될 수도 있을 것이다.
또한 상기의 설명에서 기본적이고 임의적으로 사용될 수 있는 기계요소들, 예를 들면 의자에 설치될 수 있는 안전벨트, 모터에 사용되는 감속기, 힌지에 사용되는 베어링, 액츄에이터의 세부 요소 등과 같은 범용 구성들은 구체적인 설명을 생략하였다.
본 발명에 의한 가상 시뮬레이션 장치는, 내부에 의자가 구비되고 구동벨트에 의해 회전 가능한 통 형상의 회전모듈과, 상기 회전모듈을 사방으로 요동시키는 다수의 액츄에이터를 구비하여 이루어지는 것으로서, 유저가 앉아 있는 상기 회전모듈을 수직 방향으로 회전시키면서 전ㆍ후ㆍ좌ㆍ우의 입체적인 방향으로 움직임을 제공함으로써 각종 시뮬레이션 게임이나 교육 또는 체험실습 등에 적용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 베이스;
    상기 베이스와 간격을 두고 상측에서 대향 배치되는 프레임;
    상기 베이스와 상기 프레임의 하측에 양 단이 연결되어 베이스에 대하여 프레임을 연결 지지하며, 외부신호에 따라 각기 신축되면서 상기 프레임을 임의의 방향으로 요동시키는 다수의 액츄에이터;
    통 형상으로 이루어져서 상기 프레임의 상측으로 배치되어 롤러에 의해 지지되고, 내부에 의자가 설치되어 있는 회전모듈; 및
    상기 프레임에 설치되는 다수의 롤러에 의해 지지되면서 벨트구동용 모터에 의해 구동되어 상기 회전모듈을 회전시키는 구동벨트;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 2개가 V자형으로 배치되는 연결포지션을 소정의 각도 간격으로 적어도 3곳에 갖는 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 액츄에이터는,
    상기 베이스에 하단이 연결되는 실린더와, 상기 실린더의 내부에 회전 가능하게 지지되는 나사축과, 상기 나사축에 연결되고 상단이 상기 프레임에 연결 지지되는 피스톤로드와,
    상기 실린더에 장착되고 외부신호에 따라 상기 나사축을 정,역으로 회전시킴으로써 상기 피스톤로드를 신축시키는 액츄에이터용 모터를 구비하는 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 액츄에이터는 공압실린더로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 롤러는 구동벨트와 함께 상기 회전모듈을 지지하도록 된 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전모듈의 외주연에는 상기 구동벨트가 결합되는 벨트홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동벨트는 회전모듈의 외측 양 단부에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전모듈을 구동시키기 위하여 입력되는 프로그램에 의해 가상의 공간을 시각적으로 나타내는 디스플레이부; 가 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 디스플레이부는 엘시디 또는 엘이디 모니터인 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 디스플레이부는 에치엠디(HMD)인 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 의자의 전방에는 입력되는 프로그램과 회로적으로 연계되는 조작부가 설치되어 탑승자가 직접 조작할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 조작부는 조향핸들과 가속 및 정지페달을 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 조작부는 전기적인 조작을 위한 버튼으로 구성되는 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 의자의 주변에는 상기 의자를 향하여 바람을 송출하는 송풍기가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
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