WO2019031539A1 - モーションベース - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a motion base that swings a placement object such as a person or a seat. More specifically, according to the present invention, a first installation base and a first movable base on which an object to be placed is placed are coupled by a first actuator that can extend and contract, and the first installation base and the first By interposing a spherical body or a spherical body constituting a part of a sphere as a whole between the movable base and the first movable base, the first movable base can be expanded and contracted when the first movable base is swung with respect to the first installation base.
- the present invention relates to a motion base that can suppress the output of the actuator of the.
- a Stewart platform As a motion base for swinging a person or a mounting object such as a seat, a Stewart platform has been conventionally used, in which six extendable actuators are connected in a V shape so as to be three points on the installation base and three points on the movable base. Proposed.
- the actuator is rotatably coupled with the installation base and / or the movable base (in a portion where the actuator and the various bases are coupled, the actuator has rotational freedom with the coupling partner) There is.
- this motion base it is possible to realize motion with three degrees of translation in the vertical and horizontal directions of the movable base, and rotation with three degrees of freedom around the roll axis, pitch axis and yaw axis.
- the installation base and the movable base are vertically coupled by an extendable actuator, and the coupling portion is fitted with rotational freedom, thereby providing one translational degree in the vertical direction
- a configuration is disclosed that achieves movement in two degrees of freedom of rotation around a roll axis and a pitch axis.
- a configuration is disclosed in which most of the weight received by the movable base is dissipated to the installation base by interposing an expandable column between the installation base of the Stewart platform and the movable base.
- the motion base reduces the load applied during the front / rear / left / right translational motion by connecting the support and the installation base with an elastic member such as a rubber cord.
- the reaction force can be used to reduce the moment that is increased during rotational movement about the roll axis, pitch axis, and yaw axis by connecting the support and the movable base with a mooring rope it can.
- the present invention has been made in view of the above circumstances, and has an object of providing a motion base which has a compact device configuration and can reduce a moment which increases at the time of rotational movement of a movable base.
- the motion base of the present invention is A first installation base, A first movable base disposed on the first installation base, on which the placement object is placed; At least two first actuators, each expandable and retractable, A first coupling portion coupling the first actuator and the first movable base; A second coupling portion coupling the first actuator and the first installation base; It has a spherically-shaped part, is arrange
- the first coupling portion may rotatably couple between the first actuator and the first movable base.
- the second coupling portion may couple the first actuator and the first installation base rotatably.
- the spherical body may be fixed to the first movable base with the spherical portion facing downward.
- a second installation base comprising a turntable and a second actuator capable of rotating the turntable;
- the first installation base may be placed on the turntable.
- the rotation of the first movable base about the yaw axis may be realized by rotating the rotation base with the second actuator.
- a second movable base including a turntable and a third actuator capable of rotating the turntable;
- the second movable base may be placed on the first movable base.
- the rotation of the second movable base about the yaw axis may be realized by rotating the rotary base with the third actuator.
- a spherical body is interposed between the first movable base and the first installation base, and the first movable base and the first installation base are at least two expandable / contractible Connect with 1 actuator. Most of the load weight received by the first movable base is supported via the spherical body at the first installation base.
- FIG. 13 is a diagram showing a configuration example (No. 1) of a second installation base for achieving rotation around the yaw axis in the motion base according to the second embodiment of the present invention.
- FIG. 13 is a diagram showing a configuration example (No. 2) of a second installation base for achieving rotation around the yaw axis in the motion base according to the second embodiment of the present invention. It is a schematic diagram which shows the modification of the structure of the motion base which concerns on Embodiment 2 of this invention.
- FIG. 13 is a view showing a relationship between an expansion and contraction length of a first actuator and an actual angle when the first movable base is swung about a pitch axis in a motion base according to a second embodiment of the present invention.
- FIG. 13 is a view showing a relationship between an expansion and contraction length of a first actuator and an actual angle when the first movable base is swung in the roll direction in the motion base according to the second embodiment of the present invention.
- a spherical body (10 cm in radius) is attached downward to the first movable base, and a load sensor is provided at a rotatable coupling portion between the first installation base and the first actuator.
- FIG. 7 is a view showing detected values of the load sensor when the first movable base is swung in the pitch direction by attaching.
- the motion base 100 As shown in the appearance of FIG. 1, the motion base 100 according to the first embodiment of the present invention has, as its basic configuration, a first installation base 1a, a first movable base 2a, and at least two.
- a first actuator 3a, a first coupling portion 4a, a second coupling portion 4b, and a spherical body 5 are provided.
- the first installation base 1a is a plate-like member installed on a floor surface or the like of a building (not shown). In FIG. 1, although the 1st installation base 1a is octagonal, it is not limited to this.
- the first movable base 2a is a plate-like member disposed above the first installation base 1a.
- the first movable base 2a loads a placement target such as a person or a seat (see FIG. 3A and the like).
- the first movable base 2 a is rectangular, but is not limited thereto.
- the first actuators 3a are actuators that can be extended and contracted in the longitudinal direction by driving of a control device (not shown).
- a control device not shown.
- an actuator such as an electric, hydraulic or air cylinder can be used.
- the first coupling portion 4a couples the first actuator 3a and the first movable base 2a.
- the first coupling portion 4a is an L-shaped member. The positional relationship between the first actuator 3a coupled by the first coupling portion 4a and the first movable base 2a is unchanged.
- the second coupling portion 4b couples the first actuator 3a and the first installation base 1a. Specifically, the second coupling portion 4b couples the first actuator 3a and the first installation base 1a rotatably (with rotational freedom).
- the end of the first actuator 3a is formed in a spherical shape, and the spherical end is engaged with the second coupling portion 4b, and the spherical end of the first actuator 3a It is possible to adopt a configuration in which the portion slides in the second coupling portion 4b. With this configuration, the first actuator 3a can be rotatably connected to the second coupling portion 4b. In this way, even if the first movable base 2a rotates around the roll axis and the pitch axis with respect to the first installation base 1a, in accordance with the rotation, the second coupling portion 4b The first actuator 3a can be rotated with respect to the first installation base 1a.
- the first actuator 3a expands and contracts between the first coupling portion 4a and the second coupling portion 4b to change the posture of the first movable base 2a with respect to the first installation base 1a.
- the spherical body 5 is disposed between the first installation base 1a and the first movable base 2a. More specifically, the spherical body 5 has a spherical portion 15. The spherical body 5 is disposed on the first installation base 1a. The spherical body 5 supports the first movable base 2 a so that the posture of the first movable base 2 a with respect to the first installation base 1 a can be changed by the sliding of the spherical portion 15.
- the first actuator 3a is coupled to the first movable base 2a via the first coupling portion 4a, and coupled to the first mounting base 1a via the second coupling portion 4b.
- the two first actuators 3a can change the relative posture of the first movable base 2a with respect to the first installation base 1a by expanding and contracting respectively.
- the first movable base 2a can be rotated about the roll axis with respect to the first installation base 1a. Furthermore, the first movable base 2a can be rotated about the pitch axis with respect to the first installation base 1a by expanding and contracting the two first actuators 3a by the same amount.
- the spherical body 5 may be fixed to at least the first installation base 1a or the first movable base 2a for stabilization.
- a wheel for receiving the spherical surface in the first installation base 1a and the first movable base 2a May be attached.
- the first installation base 1a or the first movable base 2a is provided with a recess in contact with the spherical body 5 and a lubricant is applied to the surface thereof, or the first installation base 1a or the first movable base 2a May be made of a slippery material such as Teflon (registered trademark).
- the second coupling portion 4b couples the first actuator 3a and the first installation base 1a rotatably (with rotational freedom).
- the first coupling portion 4a may be rotatably coupled between the first actuator 3a and the first movable base 2a.
- FIG. 2A to 2C are perspective views showing modifications of the configuration of the motion base 100 of FIG.
- FIG. 2A shows a modification of the configuration of the motion base 100, which is an ideal configuration example.
- the two extendable first actuators 3a are fixed upward, and the upper end of the first actuator 3a of the first coupling part 4a is the first movable base Both are connected so as to suspend 2a.
- the spherical body 5 is fixed to the first movable base 2a.
- the first actuator 3a in FIG. 2A is fixed to the first movable base 2a with the first actuator 3a facing downward.
- the spherical body 5 is fixed to the first installation base 1a.
- the spherical body 5 be heavy in order to lower the center of gravity of the mounting object and to suppress an increase in the moment.
- the moment increases when the size of the spherical body 5 is small, it is desirable that the spherical body 5 be large.
- the first coupling portion 4a rotatably couples the first actuator 3a to the first movable base 2a, or Two coupling portions 4b are rotatably coupled between the first actuator 3a and the first installation base 1a.
- the present invention is not limited to this. Both the first coupling portion 4a and the second coupling portion 4b rotatably couple the first actuator 3a to the first movable base 2a, and the first coupling base 4a to the first installation base 1a
- the actuator 3a may be rotatably coupled.
- a turning portion may be provided at the center of the first coupling portion 4a and the second coupling portion 4b.
- a pivoting portion may be provided at one end thereof, or a pivoting portion may be provided at both ends.
- FIGS. 3A to 3C show that the seat 6 is attached to the motion base 100 of FIG. 2B and the user 7 is sitting on the seat 6.
- the motion base 100 is in the neutral state.
- FIG. 3B shows that the motion base 100 is in a state of being rotated around the pitch axis.
- FIG. 3C what is shown in FIG. 3C is when the motion base 100 is in a state of being rotated about the roll axis.
- the first movable base 2a rotates around the pitch axis as shown in FIG. 3B.
- the first movable base 2a rotates around the roll axis as shown in FIG. 3C.
- the first movable base 2a rotates around the roll axis and the pitch axis.
- the contact point between the spherical body 5 and the first installation base 1a is shifted by a predetermined amount according to the rotation angle around the pitch axis and the rotation angle around the roll axis, and the first installation base 1a and the first installation base 1a The relative positional relationship of the movable base 2a is maintained.
- the spherical body 5 is disposed between the first installation base 1 a and the first movable base 2 a, and the first installation base 1 a and the first installation base 1 a between the first movable base 2a and the first movable base 2a. Between the first movable base 2a and the first movable base 2a, at least two first actuators 3a that can extend and contract between the first movable base 2a and the second movable base 2a are coupled.
- At least one of the first coupling portion 4a and the second coupling portion 4b of the first actuator 3a and the first installation base 1a or the first movable base 2a which can be extended and contracted. Connect with rotation degrees of freedom. By doing this, while reducing the load applied to the expandable first actuator 3a, it is possible to make the swing of the two rotation degrees of freedom around the pitch axis and roll axis compact and inexpensive without requiring complicated control. It can be realized.
- the spherical body 5 is attached to the first movable base 2a, the heavier the spherical body 5 is, the lower the center of gravity of the mounting object is, and the restoring force tends to return to the original even if the first movable base 2a swings. Because it is difficult for the moment to be increased, the output of the first actuator 3a can be greatly reduced.
- the spherical body 5 interposed between the first movable base 2a and the first installation base 1a does not have to be a solid structure.
- the spherical body 5 can be a hollow spherical structure as long as it has a strength enough to support the weight of the user 7 on the first movable base 2a and the first movable base 2a.
- solid or hollow for example, one having only ribs, one having a wheel attached to a polygonal shape, or the like that forms a spherical shape as a whole even if it is not spherical in part
- the spherical body 5 can be obtained.
- the motion base 101 according to the second embodiment differs from the motion base 100 according to the first embodiment in that the motion base 101 according to the second embodiment includes the second installation base 1b.
- the 2nd installation base 1b has mounted the 1st installation base 1a.
- the 2nd installation base 1b is provided with the turntable 8 and the 2nd actuator 3b, as shown to FIG. 4A.
- the second actuator 3 b is connected to the rotary shaft 18 of the rotary table 8 via the endless belt 19 and rotationally drives the rotary table 8.
- a servomotor as the second actuator 3b in order to be able to infinitely rotate around the yaw axis.
- the first installation base 1 a is placed on the turntable 8. Therefore, by rotating the rotating shaft 18, it is possible to realize swinging of the first installation base 1a about the yaw axis.
- FIG. 4B the structure at the time of using the actuator (actuator of the same structure as the 1st actuator 3a) which can expand-contract is shown by FIG. 4B as the 2nd actuator 3b.
- an expandable actuator is used as the second actuator 3b, and the rotary base 8 and the second installation base 1b are connected via the first connecting portion 4a and the second connecting portion 4b. Even with this configuration, it is possible to extend and retract the second actuator 3b and swing the first installation base 1a mounted on the turntable 8 and the turntable 8 with respect to the second installation base 1b. It is.
- the second installation base 1 b including the rotary table 8 and the second actuator 3 b capable of rotating the rotary table 8 is used.
- the rotation around the roll axis and the pitch axis of the first movable base 2a is realized, and the yaw axis of the first movable base 2a is realized. Rotation around can also be realized.
- a motion base 102 having a second movable base 2b may be used.
- the second movable base 2 b includes a turntable 8 and a third actuator 3 c capable of rotating the turntable 8.
- the second movable base 2b is placed on the first movable base 2a.
- the motion base 100 was prototyped, and a specific experiment was performed on the prototyped motion base 100.
- SCN 6-040-150 manufactured by Dyadic Systems is used as the first expandable and contractible actuator 3a, and a link ball screw is used as the second coupling portion 4b having rotational freedom. .
- FIG. 6A shows the case where the first movable base 2a is rotated about the pitch axis. As shown in FIG. 6A, the first movable base 2a rotates in the range of -10 degrees to 10 degrees within the range of 15 mm to 135 mm of the extension length of the two first actuators 3a.
- FIG. 6B shows the case where the first movable base 2a is rotated about the roll axis. As shown in FIG. 6B, the first movable base 2a rotates by -10 degrees to 10 degrees in a range where the extension length of one first actuator 3a is in the range of 15 to 135 mm (the other is 135 to 15 mm). .
- the spherical body 5 is attached downward to the first movable base 2a of the motion base 100 according to the first embodiment of the present invention, and the first installation base 1a and the first actuator 3a
- the detected value of the load sensor when the load sensor is attached under the rotatable coupling portion and the first movable base 2a is swung in the pitch direction is shown.
- FIG. 7A shows detected values of the load sensor when the radius of the spherical body 5 is 10 cm. Moreover, the detection value of a load sensor in case the radius of the spherical body 5 is 20 cm is shown by FIG. 7B. Comparing FIGS. 7A and 7B, the larger the radius of the spherical body 5, the smaller the load applied to the first joint portion 4a and the second joint portion 4b, and the load applied to the first actuator 3a is reduced. It became clear that you could do it.
- the present invention can be used in a driving simulator, a game or the like that can be provided with a seat on the first movable base and can exhibit inertial force and somatic sensation in a state where a person sits on the seat. Further, the present invention can be used as a walking sensation presentation apparatus such as a slope while a person stands on the first movable base and gets on. Further, the present invention can be used for a simulator such as skis and skateboards, a game and the like by providing the first movable base with a board or the like.
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Abstract
モーションベース(100)は、第1の設置ベース(1a)と、第1の設置ベース(1a)の上に配置され、載置対象を載置する第1の可動ベース(2a)と、それぞれが伸縮可能な少なくとも2つの第1のアクチュエータ(3a)と、第1のアクチュエータ(3a)と第1の可動ベース(2a)とを結合する第1の結合部(1a)と、第1のアクチュエータ(3a)と第1の設置ベース(1a)とを結合する第2の結合部(4b)と、球面形状部(15)を有し、第1の設置ベース(1a)上に配置され、球面形状部(15)の摺動により、第1の設置ベース(1a)に対する第1の可動ベース(2a)の姿勢を変更可能に、第1の可動ベース(2a)を支持する球面体(5)と、を備える。
Description
本発明は、人又は座席等の載置対象を揺動させるモーションベースに関する。より詳細には、本発明は、第1の設置ベースと載置対象を載置する第1の可動ベースとを伸縮可能な第1のアクチュエータで結合するとともに、第1の設置ベースと第1の可動ベースとの間に全体として球体または球体の一部を構成する球面体を介在させることにより、第1の設置ベースに対して第1の可動ベースを揺動させる際に、伸縮可能な第1のアクチュエータの出力を低く抑えることができるモーションベースに関する。
人又は座席等の載置対象を揺動させるモーションベースとして、伸縮可能な6本のアクチュエータを、設置ベースに3点、可動ベースに3点となるようV字状に結合させるスチュワートプラットフォームが従来より提案されている。係るモーションベースでは、アクチュエータは、設置ベース及び/又は可動ベースと回転可能に(アクチュエータと各種ベースとが結合する部分において、アクチュエータが結合相手との間に回転自由度を有するように)結合されている。このモーションベースによれば、可動ベースの上下左右前後の並進3自由度、ロール軸、ピッチ軸、ヨー軸周りへの回転3自由度の運動を実現することができる。
しかしながら、このモーションベースでは、アクチュエータの伸縮制御に複雑な座標変換処理を要する。また、載置物を載置する可動ベース上部に重心が位置している場合、回転運動を行うとモーメントが増大するため、これに耐えられるだけの高出力なアクチュエータが必要となる。
モーションベースの別な構成として、設置ベースと可動ベースを伸縮可能なアクチュエータで垂直に結合し、その結合部に回転自由度を持たせて嵌合することで、上下方向への並進1自由度、ロール軸、ピッチ軸周りへの回転2自由度の運動を実現する構成が開示されている。このような構成を有するモーションベースも、スチュワートプラットフォームと同様に、載置物を載せた可動ベース上部に重心がある場合、回転運動を行うとモーメントが増大するため、これに耐えられるだけの高出力なアクチュエータが必要となる。
また、モーションベースのさらなる別な構成として、スチュワートプラットフォームの設置ベースと可動ベースとの間に伸縮可能な支柱を介在させることで、可動ベースが受ける重量のほとんどを設置ベースへ逃がす構成が開示されている(特許文献1参照)。このモーションベースは、支柱と設置ベースとをゴム紐等の弾性部材で連結させることでその反作用力によって前後左右の並進運動時にかかる負荷を低減させる。このような構成を有するモーションベースであれば、支柱と可動ベースを係留ロープで連結させることで、ロール軸、ピッチ軸、ヨー軸周りへの回転運動時に増大するモーメントを反作用力によって低減させることができる。
他にも、回転運動時に増大するモーメントを低減させることができるモーションベースが開示されている(特許文献2、3参照)。
上記特許文献1に代表される文献に開示されたモーションベースでは、回転運動時に増大するモーメントを低減させるため、コイルスプリング等の弾性部材や係留ロープを用いる必要がある。また、このモーションベースでは、載置物の重量や重心位置によって反作用力を調整しないと載置重量が軽い場合に可動ベースが回転しにくくなるため、反作用力の発生に係る部材の結合位置を動的に制御しなければならない。このように、可動ベースの回転運動時においてモーメントを低減するためには、そのための特定の部材又は制御などが必要となるため、コンパクトな装置構成とすることができない点が、モーションベースの課題であった。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、コンパクトな装置構成で、かつ、可動ベースの回転運動時に増大するモーメントを低減することができるモーションベースを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明のモーションベースは、
第1の設置ベースと、
前記第1の設置ベースの上に配置され、載置対象を載置する第1の可動ベースと、
それぞれが伸縮可能な少なくとも2つの第1のアクチュエータと、
前記第1のアクチュエータと前記第1の可動ベースとを結合する第1の結合部と、
前記第1のアクチュエータと前記第1の設置ベースとを結合する第2の結合部と、
球面形状部を有し、前記第1の設置ベース上に配置され、前記球面形状部の摺動により、前記第1の設置ベースに対する前記第1の可動ベースの姿勢を変更可能に、前記第1の可動ベースを支持する球面体と、
を備え、
前記第1のアクチュエータは、前記第1の結合部と前記第2の結合部との間で伸縮し、前記第1の設置ベースに対する前記第1の可動ベースの姿勢を変更する。
第1の設置ベースと、
前記第1の設置ベースの上に配置され、載置対象を載置する第1の可動ベースと、
それぞれが伸縮可能な少なくとも2つの第1のアクチュエータと、
前記第1のアクチュエータと前記第1の可動ベースとを結合する第1の結合部と、
前記第1のアクチュエータと前記第1の設置ベースとを結合する第2の結合部と、
球面形状部を有し、前記第1の設置ベース上に配置され、前記球面形状部の摺動により、前記第1の設置ベースに対する前記第1の可動ベースの姿勢を変更可能に、前記第1の可動ベースを支持する球面体と、
を備え、
前記第1のアクチュエータは、前記第1の結合部と前記第2の結合部との間で伸縮し、前記第1の設置ベースに対する前記第1の可動ベースの姿勢を変更する。
この場合、前記第1の結合部は、前記第1のアクチュエータと前記第1の可動ベースとの間を回動可能に結合することとしてもよい。
また、前記第2の結合部は、前記第1のアクチュエータと前記第1の設置ベースとの間を回動可能に結合することとしてもよい。
前記球面体が、前記球面形状部を下向きとして、前記第1の可動ベースに固定されていることとしてもよい。
前記第1のアクチュエータを伸縮させることで、前記第1の設置ベースに対する前記第1の可動ベースのロール軸、ピッチ軸周りへの回転2自由度の揺動を実現することとしてもよい。
回転台と、前記回転台を回転可能な第2のアクチュエータとを備えた第2の設置ベースを備え、
前記回転台上に前記第1の設置ベースが載置されることとしてもよい。
前記回転台上に前記第1の設置ベースが載置されることとしてもよい。
前記回転台を前記第2のアクチュエータで回転させることで、前記第1の可動ベースのヨー軸周りの揺動を実現することとしてもよい。
回転台と、前記回転台を回転可能な第3のアクチュエータとを備えた第2の可動ベースを備え、
前記第1の可動ベース上に前記第2の可動ベースが載置されることとしてもよい。
前記第1の可動ベース上に前記第2の可動ベースが載置されることとしてもよい。
前記回転台を前記第3のアクチュエータで回転させることで、前記第2の可動ベースのヨー軸周りの揺動を実現することとしてもよい。
本発明に係るモーションベースによれば、第1の可動ベースと第1の設置ベースとの間に球面体を介在させ、第1の可動ベースと第1の設置ベースを少なくとも2つの伸縮可能な第1のアクチュエータで結合する。第1の可動ベースが受ける積載重量のほとんどは、第1の設置ベースで球面体を介して支持される。
これにより、反作用力を発生させるための弾性部材や係留ロープ等が不要となり、積載物の重量や重心位置等に応じて反作用力発生に係る部材の結合位置を動的に制御する必要がなくなる。このため、コンパクトな装置構成で、かつ、可動ベースの回転運動時に増大するモーメントを低減することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図面において同一あるいは類似の構成要素には同一あるいは類似な符号を付している。
(第1の実施形態)
まず、本発明の第1の実施の形態について説明する。図1の外観に示すように、本発明の第1の実施形態に係るモーションベース100は、その基本的な構成として、第1の設置ベース1aと、第1の可動ベース2aと、少なくとも2つの第1のアクチュエータ3aと、第1の結合部4aと、第2の結合部4bと、球面体5と、を備える。
まず、本発明の第1の実施の形態について説明する。図1の外観に示すように、本発明の第1の実施形態に係るモーションベース100は、その基本的な構成として、第1の設置ベース1aと、第1の可動ベース2aと、少なくとも2つの第1のアクチュエータ3aと、第1の結合部4aと、第2の結合部4bと、球面体5と、を備える。
第1の設置ベース1aは、不図示の建物の床面等に設置される板状の部材である。図1では、第1の設置ベース1aは八角形であるが、これに限定されない。
第1の可動ベース2aは、第1の設置ベース1aの上方に配置された板状の部材である。第1の可動ベース2aは、人又は座席等の載置対象を積載する(図3A等参照)。図1では、第1の可動ベース2aは矩形であるが、これに限定されない。
第1のアクチュエータ3aは、不図示の制御装置の駆動により、それぞれが長手方向に伸縮可能なアクチュエータである。第1のアクチュエータ3aとして、電動式、油圧式、エアシリンダ等のアクチュエータを用いることができる。
第1の結合部4aは、第1のアクチュエータ3aと第1の可動ベース2aとを結合する。本実施の形態では、第1の結合部4aは、L字状の部材である。第1の結合部4aにより結合される第1のアクチュエータ3aと第1の可動ベース2aとの位置関係は不変である。
第2の結合部4bは、第1のアクチュエータ3aと第1の設置ベース1aとを結合する。具体的には、第2の結合部4bは、第1のアクチュエータ3aと第1の設置ベース1aとの間を、回動可能に(回転自由度を有するように)結合する。
例えば、第2の結合部4bでは、第1のアクチュエータ3aの端部が球状に形成され、その球状の端部が第2の結合部4bと嵌合し、第1のアクチュエータ3aの球状の端部が、第2の結合部4b内で摺動する構成を採用することができる。この構成により、第2の結合部4bに対して第1のアクチュエータ3aが回動可能に連結することができる。このようにすれば、第1の設置ベース1aに対して、第1の可動ベース2aが、ロール軸、ピッチ軸周りに回転しても、その回転に合わせて、第2の結合部4bにおいて、第1の設置ベース1aに対して第1のアクチュエータ3aを回動させることができる。
このように、第1のアクチュエータ3aは、第1の結合部4aと第2の結合部4bとの間で伸縮し、第1の設置ベース1aに対する第1の可動ベース2aの姿勢を変更することができる。
球面体5は、第1の設置ベース1aと第1の可動ベース2aの間に配置されている。より具体的には、球面体5は、球面形状部15を有している。球面体5は、第1の設置ベース1a上に配置されている。球面体5は、球面形状部15の摺動により、第1の設置ベース1aに対する第1の可動ベース2aの姿勢を変更可能に、第1の可動ベース2aを支持する。
このように、第1のアクチュエータ3aは、第1の結合部4aを介して第1の可動ベース2aと結合され、第2の結合部4bを介して第1の設置ベース1aと結合される。2つの第1のアクチュエータ3aは、それぞれが伸縮することにより、第1の設置ベース1aに対する第1の可動ベース2aの相対的な姿勢を変更することが可能である。
例えば、2つの第1のアクチュエータ3aの伸縮量を異なるようにすれば、第1の設置ベース1aに対して第1の可動ベース2aをロール軸周りに回転させることができる。さらに、2つの第1のアクチュエータ3aを同量伸縮させることにより、第1の設置ベース1aに対して第1の可動ベース2aをピッチ軸周りに回転させることができる。
このように、第1のアクチュエータ3aを伸縮させることで、第1の設置ベース1aに対する第1の可動ベース2aのロール軸、ピッチ軸周りへの回転2自由度の揺動が実現される。
なお、本実施の形態1に係るモーションベース100では、安定化のため、球面体5を、少なくとも第1の設置ベース1aか第1の可動ベース2aのどちらかに固定するようにしてもよい。
また、第1の設置ベース1aと第1の可動ベース2aの間に介在させた球面体5が転がりやすくするため、第1の設置ベース1aと第1の可動ベース2aに球面を受けるための車輪を取り付けるようにしてもよい。
さらには、第1の設置ベース1a又は第1の可動ベース2aに球面体5と接する窪みを設けて、その表面に潤滑剤を塗布するか、第1の設置ベース1a又は第1の可動ベース2aをテフロン(登録商標)等の滑りやすい素材で構成するようにしてもよい。
なお、図1に示すモーションベース100では、第2の結合部4bは、第1のアクチュエータ3aと第1の設置ベース1aとの間を、回動可能に(回転自由度を持って)結合するようにしたが、本発明はこれには限られない。第1の結合部4aが、第1のアクチュエータ3aと第1の可動ベース2aとの間を回動可能に結合するようにしてもよい。
図2A~図2Cは、図1のモーションベース100の構成の変形例を示す斜視図である。図2Aに示すのは、モーションベース100の構成の変形例であり、理想的な構成例である。図2Aに示すように、モーションベース100では、伸縮可能な2つの第1のアクチュエータ3aが上向きに固定され、第1の結合部4aは、第1のアクチュエータ3aの上端が、第1の可動ベース2aを吊り下げるように、両者を連結している。また、このモーションベース100では、球面体5が、第1の可動ベース2aに固定されている。
また、図2Bに示すモーションベース100では、図2Aの第1のアクチュエータ3aが下向きの状態で、第1の可動ベース2aに固定されている。また、図2Cに示すモーションベース100では、球面体5が第1の設置ベース1aに固定されている。
ここで、図2Cに示すように、球面体5を、その球面形状部15が、上向きとなるように第1の設置ベース1aに固定すると、第1の可動ベース2aに固定した場合と比べて重心が上にシフトし、モーメントが増大する。このため、球面体5は、図2Bに示すように、その球面形状部15が下向き、すなわち第1の設置ベース1aに対向するように固定するほうが望ましい。すなわち、球面体5が、球面形状部15を下向きとして、第1の可動ベース2aに固定されるようにするのが望ましい。
このとき、球面体5の重さが重いと載置物の重心が下がりモーメントの増大を抑えるため、球面体5は重いほうが望ましい。また、球面体5のサイズが小さいとモーメントが増大するため、球面体5は大きいほうが望ましい。
なお、図1及び図2A~図2Cに示すモーションベース100では、第1の結合部4aが、第1のアクチュエータ3aと第1の可動ベース2aとの間を回動可能に結合するか、第2の結合部4bが、第1のアクチュエータ3aと第1の設置ベース1aとの間を回動可能に結合した。しかしながら、本発明はこれには限られない。第1の結合部4aと第2の結合部4bの両方が、第1の可動ベース2aに対して第1のアクチュエータ3aを回動可能に結合し、第1の設置ベース1aに対して第1のアクチュエータ3aを回動可能に結合するようにしてもよい。
また、第1の結合部4aにおいて、第1のアクチュエータ3aと第1の可動ベース2aとの間を回動可能に結合するか、第2の結合部4bにおいて、第1のアクチュエータ3aと第1の設置ベース1aとの間を回動可能に結合するには、第1の結合部4a及び第2の結合部4bの中心に回動部分を設けるようにすればよい。また、第1の結合部4a及び第2の結合部4bにおいて、その一端に回動部分を設けるようにしてもよいし、両端に回動部分を設けるようにしてもよい。
図3A~図3Cには、図2Bのモーションベース100に座席6が取り付けられ、使用者7が座席6に座っている状態が示されている。図3Aに示すのは、モーションベース100が、ニュートラル状態にあるときである。また、図3Bに示すのは、モーションベース100が、ピッチ軸周りに回転した状態にあるときである。さらに、図3Cに示すのは、モーションベース100が、ロール軸周りに回転した状態にあるときである。
例えば、第1のアクチュエータ3aを2つとも同じ方向に同一量伸縮させると第1の可動ベース2aは図3Bに示すように、ピッチ軸周りに回転する。また、第1のアクチュエータ3aを、2つとも逆方向に同一量伸縮させると、第1の可動ベース2aは、図3Cに示すように、ロール軸周りに回転する。さらに、2つの第1のアクチュエータ3aを、異なる伸縮量伸縮させると、第1の可動ベース2aは、ロール軸及びピッチ軸周りに回転する。
このとき、球面体5と第1の設置ベース1aとの接触点は、ピッチ軸周りの回転角、ロール軸周りの回転角に応じた所定量だけずれて、第1の設置ベース1aと第1の可動ベース2aの相対的な位置関係が保たれる。
本第1の実施の形態のモーションベース100によれば、第1の設置ベース1aと第1の可動ベース2aとの間に球面体5が配置されており、第1の設置ベース1aと第1の可動ベース2aとの間に伸縮可能な少なくとも2つの第1のアクチュエータ3aが、第1の設置ベース1aと第1の可動ベース2aとを、結合している。
また、このモーションベース100によれば、伸縮可能な第1のアクチュエータ3aと第1の設置ベース1a又は第1の可動ベース2aの少なくとも一方の第1の結合部4a、第2の結合部4bとの間に回転自由度を持たせて結合する。こうすることにより、伸縮可能な第1のアクチュエータ3aにかかる負荷を低減しつつ、ピッチ軸、ロール軸周りへの回転2自由度の揺動を、複雑な制御を必要とせず、コンパクトかつ安価に実現することができる。
すなわち、球面体5は、大きければ大きいほど第1の設置ベース1aとの接触面積が大きくなり、第1の可動ベース2aが回転しても第1の可動ベース2aが受ける載置重量のほとんどを、球面体5を介して第1の設置ベース1aが支持するので、モーメントが増大しにくくなる。このため、第1のアクチュエータ3aの出力を大幅に低減させることができる。また、球面体5を第1の可動ベース2aに取り付けた場合、球面体5が重いほど載置物の重心位置が下がり、第1の可動ベース2aが揺動しても元に戻ろうとする復元力が働いてモーメントが増大しにくくなるため、第1のアクチュエータ3aの出力を大幅に低減させることができる。
なお、第1の可動ベース2aと第1の設置ベース1aとの間に介在させる球面体5は中実の構造体とする必要はない。第1の可動ベース2a及び第1の可動ベース2a上の使用者7の重量が支えられるだけの強度を有するものであれば、球面体5を中空の球面構造体とすることができる。また、中実・中空に関わらず、例えばリブだけで構成されるもの、多角形状のものに車輪を取り付けたもの等、部分的には球面体でなくとも全体として球面の形を成すものであれば、球面体5とすることができる。
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。本第2の実施の形態に係るモーションベース101は、第2の設置ベース1bを備える点が、上記第1の実施の形態に係るモーションベース100と異なる。
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。本第2の実施の形態に係るモーションベース101は、第2の設置ベース1bを備える点が、上記第1の実施の形態に係るモーションベース100と異なる。
図4Aに示すように、第2の設置ベース1bは、第1の設置ベース1aを載置している。第2の設置ベース1bは、図4Aに示すように、回転台8と、第2のアクチュエータ3bを備えている。第2のアクチュエータ3bは、無端ベルト19を介して回転台8の回転軸18に連結されており、回転台8を回転駆動する。
なお、本実施の形態に係るモーションベース101において、ヨー軸周りに無限に回転可能とするためには、第2のアクチュエータ3bとして、サーボモータを用いるのが望ましい。
回転台8の上に第1の設置ベース1aが載置されている。したがって、回転軸18を回転させることにより、第1の設置ベース1aのヨー軸周りの揺動を実現することができる。
なお、図4Bには、第2のアクチュエータ3bとして、伸縮可能なアクチュエータ(第1のアクチュエータ3aと同じ構造のアクチュエータ)を用いた場合の構成が示されている。図4Bに示すように、第2のアクチュエータ3bとして、伸縮可能なアクチュエータを用い、第1の結合部4a、第2の結合部4bを介して回転台8と第2の設置ベース1bとを連結した構成としても、第2のアクチュエータ3bを伸縮させて、第2の設置ベース1bに対して、回転台8及び回転台8に載置された第1の設置ベース1aを揺動させることが可能である。
以上説明したように、本第2の実施の形態に係るモーションベース101によれば、回転台8と、回転台8を回転可能な第2のアクチュエータ3bとを備えた第2の設置ベース1bを備え、回転台8上に第1の設置ベース1aを載置することにより、第1の可動ベース2aにおけるロール軸、ピッチ軸周りへの回転を実現するとともに、第1の可動ベース2aのヨー軸周りの回転も実現することができる。
なお、図5に示すように、第2の可動ベース2bを備えるモーションベース102を用いるようにしてもよい。第2の可動ベース2bは、回転台8と、回転台8を回転可能な第3のアクチュエータ3cとを備えている。この場合、第1の可動ベース2a上に第2の可動ベース2bが載置される。回転台8を第3のアクチュエータ3cで回転させることで、第2の可動ベース2bのロール軸、ピッチ軸周りの回転に加え、回転台8のヨー軸周りの回転が可能となり、回転台8の3自由度の揺動が実現される。
なお、本発明の実現可能性を示すため、モーションベース100の試作を行い、試作されたモーションベース100で具体的な実験を行った。試作されたモーションベース100では、伸縮可能な第1のアクチュエータ3aとしてDyadic Systems社のSCN6-040-150が用いられ、回転自由度を持つ第2の結合部4bとして、リンクボールねじが用いられた。
図6A及び図6Bには、試作されたモーションベース100の第1の可動ベース2aを回転させたときの伸縮可能な第1のアクチュエータ3aの伸縮長および第1の可動ベース2aの角度の関係が示されている。
図6Aには、第1の可動ベース2aをピッチ軸周りに回転させた場合が示されている。図6Aに示すように、2つの第1のアクチュエータ3aの伸縮長が15mm~135mmの範囲で、第1の可動ベース2aは、-10度~10度回転している。
図6Bには、第1の可動ベース2aをロール軸周りに回転させた場合が示されている。図6Bに示すように、片方の第1のアクチュエータ3aの伸縮長が15~135mmの範囲(もう片方は135~15mm)で第1の可動ベース2aは、-10度~10度回転している。
図7A及び図7Bには、本発明の実施の形態1に係るモーションベース100の第1の可動ベース2aに球面体5を下向きに取り付け、第1の設置ベース1aと第1のアクチュエータ3aとの回転可能な結合部分の下に荷重センサを取り付けて第1の可動ベース2aをピッチ方向に揺動させたときの荷重センサの検出値が示されている。
図7Aには、球面体5の半径が10cmである場合の荷重センサの検出値が示されている。また、図7Bには、球面体5の半径が20cmである場合の荷重センサの検出値が示されている。図7A及び図7Bを比べると、球面体5の半径が大きい方が、第1の結合部4a、第2の結合部4bにかかる荷重が小さくなり、第1のアクチュエータ3aにかかる負荷を低減することができることが明らかになった。
この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。
なお、本願については、2017年8月9日に出願された日本国特許出願2017-153949号を基礎とする優先権を主張し、本明細書中に日本国特許出願2017-153949号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。
本発明は、第1の可動ベースに座席を備え、座席に人が座った状態で、慣性力や体性感覚を呈示可能なドライビングシミュレータやゲーム等に利用することができる。また、本発明は、第1の可動ベースに人が立って乗った状態で、坂道等の歩行感覚呈示装置として利用することができる。また、本発明は、第1の可動ベースにボードなどを備えることにより、スキー、スケートボード等のシミュレータやゲーム等に利用することができる。
1a 第1の設置ベース
1b 第2の設置ベース
2a 第1の可動ベース
2b 第2の可動ベース
3a 第1のアクチュエータ
3b 第2のアクチュエータ
3c 第3のアクチュエータ
4a 第1の結合部
4b 第2の結合部
5 球面体
6 座席
7 使用者
8 回転台
15 球面形状部
18 回転軸
19 無端ベルト
100 モーションベース
101 モーションベース
102 モーションベース
1b 第2の設置ベース
2a 第1の可動ベース
2b 第2の可動ベース
3a 第1のアクチュエータ
3b 第2のアクチュエータ
3c 第3のアクチュエータ
4a 第1の結合部
4b 第2の結合部
5 球面体
6 座席
7 使用者
8 回転台
15 球面形状部
18 回転軸
19 無端ベルト
100 モーションベース
101 モーションベース
102 モーションベース
Claims (9)
- 第1の設置ベースと、
前記第1の設置ベースの上に配置され、載置対象を載置する第1の可動ベースと、
それぞれが伸縮可能な少なくとも2つの第1のアクチュエータと、
前記第1のアクチュエータと前記第1の可動ベースとを結合する第1の結合部と、
前記第1のアクチュエータと前記第1の設置ベースとを結合する第2の結合部と、
球面形状部を有し、前記第1の設置ベース上に配置され、前記球面形状部の摺動により、前記第1の設置ベースに対する前記第1の可動ベースの姿勢を変更可能に、前記第1の可動ベースを支持する球面体と、
を備え、
前記第1のアクチュエータは、前記第1の結合部と前記第2の結合部との間で伸縮し、前記第1の設置ベースに対する前記第1の可動ベースの姿勢を変更することを特徴とする、
モーションベース。 - 前記第1の結合部は、前記第1のアクチュエータと前記第1の可動ベースとの間を回動可能に結合することを特徴とする、
請求項1に記載のモーションベース。 - 前記第2の結合部は、前記第1のアクチュエータと前記第1の設置ベースとの間を回動可能に結合することを特徴とする、
請求項1または2に記載のモーションベース。 - 前記球面体が、前記球面形状部を下向きとして、前記第1の可動ベースに固定されていることを特徴とする、
請求項1から3のいずれか一項に記載のモーションベース。 - 前記第1のアクチュエータを伸縮させることで、前記第1の設置ベースに対する前記第1の可動ベースのロール軸、ピッチ軸周りへの回転2自由度の揺動を実現することを特徴とする、
請求項1から4のいずれか一項に記載のモーションベース。 - 回転台と、前記回転台を回転可能な第2のアクチュエータとを備えた第2の設置ベースを備え、
前記回転台上に前記第1の設置ベースが載置されることを特徴とする、
請求項1から5のいずれか一項に記載のモーションベース。 - 前記回転台を前記第2のアクチュエータで回転させることで、前記第1の可動ベースのヨー軸周りの揺動を実現することを特徴とする、
請求項6に記載のモーションベース。 - 回転台と、前記回転台を回転可能な第3のアクチュエータとを備えた第2の可動ベースを備え、
前記第1の可動ベース上に前記第2の可動ベースが載置されることを特徴とする、
請求項1から5のいずれか一項に記載のモーションベース。 - 前記回転台を前記第3のアクチュエータで回転させることで、前記第2の可動ベースのヨー軸周りの揺動を実現することを特徴とする、
請求項8に記載のモーションベース。
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