WO2019225782A1 - 가상 시뮬레이션 장치 - Google Patents

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WO2019225782A1
WO2019225782A1 PCT/KR2018/005873 KR2018005873W WO2019225782A1 WO 2019225782 A1 WO2019225782 A1 WO 2019225782A1 KR 2018005873 W KR2018005873 W KR 2018005873W WO 2019225782 A1 WO2019225782 A1 WO 2019225782A1
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WO
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seat plate
chair
upper frame
virtual simulation
base
Prior art date
Application number
PCT/KR2018/005873
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English (en)
French (fr)
Inventor
신재중
윤은석
Original Assignee
(주) 피엔아이컴퍼니
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Filing date
Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47C—CHAIRS; SOFAS; BEDS
    • A47C3/00—Chairs characterised by structural features; Chairs or stools with rotatable or vertically-adjustable seats
    • A47C3/02—Rocking chairs
    • A47C3/025—Rocking chairs with seat, or seat and back-rest unit elastically or pivotally mounted in a rigid base frame
    • A47C3/0251—Rocking chairs with seat, or seat and back-rest unit elastically or pivotally mounted in a rigid base frame driven by electric motors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47C—CHAIRS; SOFAS; BEDS
    • A47C15/00—Other seating furniture
    • A47C15/004—Seating furniture for specified purposes not covered by main groups A47C1/00 or A47C9/00
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47C—CHAIRS; SOFAS; BEDS
    • A47C7/00—Parts, details, or accessories of chairs or stools
    • A47C7/62—Accessories for chairs
    • A47C7/72—Adaptations for incorporating lamps, radio sets, bars, telephones, ventilation, heating or cooling arrangements or the like
    • 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
    • A63F13/00—Video games, i.e. games using an electronically generated display having two or more dimensions
    • A63F13/25—Output arrangements for video game devices
    • A63F13/28—Output arrangements for video game devices responding to control signals received from the game device for affecting ambient conditions, e.g. for vibrating players' seats, activating scent dispensers or affecting temperature or light
    • 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
    • A63F13/00—Video games, i.e. games using an electronically generated display having two or more dimensions
    • A63F13/80—Special adaptations for executing a specific game genre or game mode
    • A63F13/803—Driving vehicles or craft, e.g. cars, airplanes, ships, robots or tanks
    • 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
    • A63F13/00—Video games, i.e. games using an electronically generated display having two or more dimensions
    • A63F13/90—Constructional details or arrangements of video game devices not provided for in groups A63F13/20 or A63F13/25, e.g. housing, wiring, connections or cabinets
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a virtual simulation apparatus, and in particular, to a virtual simulation apparatus that is made of a simple configuration and allows a user chair to move like a real situation, so that a more realistic feeling can be felt.
  • 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.
  • Such a simulation device may be applied to various games, or may be applied to various fields such as various experiences, education, and stereoscopic movie viewing through simulation.
  • 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.
  • Korean Patent No. 10-1429104 requires a complex configuration such as a plurality of motors, universal joints, and screw shafts to give a three-dimensional movement to the chair, and a program for its operation is also complicated, resulting in a decrease in productivity and a high cost. Nevertheless, the unstable problem of the chair supported by the three axes was pointed out, and the overall motion was also lacking in reality.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and a technical problem is to provide a virtual simulation apparatus that can provide a stable and excellent realism in accordance with the programmed situation.
  • the present invention provides a virtual simulation apparatus capable of realistic operation and a simplified configuration to improve productivity and reduce cost associated with a program.
  • 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; An upper frame disposed at an upper side at a distance from the base; Front and rear support frames facing each other forward and rearward and hinged at both ends to the base and the upper frame to be rotatable; Front and rear swing means connected to any one selected frame of the front and rear support frames to swing the front and rear support frames in the front and rear directions; A seat plate mounted to an upper side, the seat plate being rotatably installed by a rotating shaft on an upper side of the upper frame; Left and right rotation means connected to one side of the seat plate to rotate the seat plate left and right; And a display unit for visually representing the virtual space by the input program.
  • a base An upper frame disposed at an upper side at a distance from the base
  • Front and rear support frames facing each other forward and rearward and hinged at both ends to the base and the upper frame to be rotatable
  • Front and rear swing means connected to any one selected frame of the front and rear support frames to swing the front and rear support frames in the front and rear directions
  • the front and rear swing means and the left and right rotation means may be made of an actuator operated by a motor or a pneumatic cylinder, or alternatively, may be made of a link for transmitting the rotational movement of the cam rotated by the motor in a linear motion.
  • the link may be configured so that the ring bolts are assembled at both ends to adjust the length.
  • the front support frame is installed so that the top is inclined rearward
  • the rear support frame is installed so that the top is inclined forward to form a trapezoidal side as a whole with the lower base and the upper upper frame To form.
  • Another feature of the present invention is that a roller is provided on the rear lower side of the seat plate to reduce friction with the upper frame while supporting the seat plate with respect to the upper frame when rotated about the rotation axis.
  • the roller is composed of an upper roller and a lower roller to be supported by a roller bracket installed at the rear lower end of the seat plate, and the upper roller is firmly supported by being supported by the upper end of the rear end of the upper frame and the lower roller by the lower end of the upper end of the upper frame. It is possible to achieve a stable rotation of the chair while maintaining the assembled state.
  • Another feature of the present invention is that in front of the chair is provided with an operation unit that is connected to the circuit program and the input is connected to the seat plate to be operated integrally with the seat plate and the chair.
  • the control unit may include a steering wheel and an acceleration and stop pedal as an example.
  • Another feature of the present invention is that a blower for transmitting wind toward the chair is provided around the chair.
  • the display unit may be an LCD or an LED monitor, or may be selected as an HMD used in a virtual reality device.
  • the front and rear support frames are pulled backward by the front and rear swing means so that the chair is tilted forward, and the virtual simulation In the case of acceleration, the front and rear support frames are pulled forward by the front and rear swing means, and the chair is tilted backwards. To make them feel.
  • the base on which the front and rear swing cam motor is installed An upper frame having a left and right rotating cam motor installed on the bottom thereof and opposed to the base at an interval; Front and rear support frames facing each other forward and rearward and hinged at both ends to the base and the upper frame to be rotatable; One end connected to the front and rear oscillation cam of the front and rear oscillation cam motor, and the other end of the front and rear oscillation link rotatably connected to any one selected frame of the front and rear support frames; A seat plate mounted to an upper side, the seat plate being rotatably installed by a rotating shaft on an upper side of the upper frame; A left and right rotation link connected to one end of the left and right rotation cams of the left and right rotation cam motors and the other end connected to one side of the seat plate; And a display unit for visually representing the virtual space by the input program. It is made, including.
  • the base is provided with a front and rear swing cam motor on the upper surface;
  • An upper frame having a left and right rotating cam motor installed on the bottom thereof and opposed to the base at an interval;
  • Front and rear support frames facing each other forward and rearward and hinged at both ends to the base and the upper frame to be rotatable;
  • One end connected to the front and rear oscillation cam of the front and rear oscillation cam motor, and the other end of the front and rear oscillation link rotatably connected to any one selected frame of the front and rear support frames;
  • a seat plate mounted to an upper side thereof, the seat plate protruding downward at one end thereof and assembled to the upper frame to be rotatably installed around the axis of rotation;
  • a left and right rotation link connected to one end of the left and right rotation cams of the left and right rotation cam motors and the other end connected to one side of the seat plate;
  • a display unit for visually representing a virtual space by an input program;
  • an operation unit installed at the front of the chair, including a steering
  • the chair and the operation unit is rotated by the operation of the left and right rotational link by the left and right rotation cam motor according to the rotation of the steering wheel, when the stop pedal is stepped forward by the operation of the front and rear oscillation link by the front and rear oscillation cam motor And the rear support frame is pulled backward so that the chair is inclined forward, and when the accelerator pedal is pressed, the front and rear support frames are pulled forward by the movement of the front and rear swing link by the front and rear swing cam motor so that the chair is inclined backward. Will be.
  • the front and rear swing means and the left and right rotation means swings the chair forward and backward and rotates the chair left and right by the operation of the input program and the operation unit to provide the movement as in the actual situation. This provides the effect of feeling more perfect reality.
  • the present invention can realize a more realistic movement of the chair, while realizing a stable and simplified configuration can reduce the manufacturing cost, improve productivity, and provide a stable simulation operation with the effect.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a simulation apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a rear perspective view of FIG.
  • FIG. 3 is a rear bottom perspective view of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a side view of FIG. 1.
  • FIG. 5 is a partial side cross-sectional view of FIG. 4.
  • Figure 6 is a bottom perspective view of the front and rear support frame is removed in the present invention.
  • Figure 7 is a side view showing a before and after operating state of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic explanatory diagram showing a state before and after the present invention.
  • FIG. 9 is a rear view showing the left and right operating state of the present invention.
  • FIG. 10 is a plan view showing the left and right operating state of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating an embodiment of a simulation apparatus according to the present invention
  • FIG. 2 is a rear perspective view of FIG. 1
  • FIG. 3 is a rear bottom perspective view of FIG. 1
  • FIG. 4 is a side view of FIG. 1.
  • FIG. 5 is a partial side cross-sectional view of FIG. 4, and
  • FIG. 6 is a bottom perspective view of a state in which the front and rear support frames are removed in the present invention.
  • the simulation apparatus according to the present invention includes a base 10 and And an upper frame 20 spaced apart from the base 10 to face each other, front and rear support frames 31 and 32 connecting the base 10 and the upper frame 20, and the upper frame 20.
  • Seat plate 40 is installed to the upper side of the), and the chair 50 is mounted to the upper side of the seat plate (40).
  • the base 10 supports the entire simulation apparatus, and the lower ends of the front support frame 31 and the rear support frame 32 are assembled with hinges 33 on the upper surface thereof so as to be rotatable in the front and rear directions.
  • the upper frame 20 is disposed to face upside at a distance from the base 10, and each upper end portion of the front support frame 31 and the rear support frame 32 is assembled with a hinge 33, and similarly the front and rear directions It is rotatably installed.
  • the upper frame 20 is supported by the front support frame 31 and the rear support frame 32, the front support frame 31 and the rear support frame 32 is in the form of a ladder, both the bottom and top The place is connected to and supported by the base 10 and the upper frame 20.
  • the front support frame 31 is installed so that the upper end is inclined rearward
  • the rear support frame 32 is installed so that the upper end is inclined forward and lower base 10 and Together with the upper frame 20 of the upper side is installed to form a trapezoidal side as a whole.
  • the seat plate 40 installed on the upper side of the upper frame 20 is fixed to the chair to the upper side, the rotating shaft 41 is protruded downward at one end is rotatably assembled to one end of the upper frame 20, the chair ( A seat plate 40 including 50 is rotatably installed about the rotation shaft 41.
  • the rotation shaft 41 may be assembled or integrally formed as a separate component from the seat plate 40.
  • the chair 50 according to the present invention can be changed back and forth by the front and rear swing means to change the inclination, rotated to the left and right by the left and right rotation means to give a three-dimensional impression, for this base 10
  • the front and rear oscillation cam motor 11 is installed in the power distribution box 15 on the upper surface thereof, and the front and rear oscillation cam 12 is installed on the motor shaft of the front and rear oscillation cam motor 11. ) Is connected to one end of the front and rear swing link (13).
  • the other end of the front and rear swing link 13 is connected to the upper end of the front support frame 31 or the rear support frame 32, which is shown as being connected to the front support frame 31 in the figure.
  • Both ends of the front and rear swing link 13 are rotatably connected to each other, and the ring bolts 14 are assembled at both ends thereof to adjust the length thereof.
  • the front and rear oscillation link 13 pulls or pushes the front support frame 31 back and forth as much as the rotation section of the front and rear oscillation cam 12, thereby eventually pulling the chair 50. It operates before and after.
  • left and right rotation cam motor 21 is installed on the bottom of the upper frame 20, the left and right rotation cam motor 21 is covered by a motor case, and the motor shaft drawn therefrom the left and right rotation cam 22 ) Is mounted, and one end of the left and right rotation links 23 is connected to the left and right rotation cams 22.
  • the other end of the left and right rotary link 23 is connected to one side of the seat plate 40. Accordingly, when the left and right rotating cams 22 rotate by the operation of the motor, the left and right rotating cams 22 rotate left and right by the rotation section of the left and right rotating cams 22. The rotary link 23 rotates the seat plate 40 about the rotary shaft 41.
  • left and right rotary links 23 are connected to both ends so as to be rotatable, and both ends of the ring bolts 24 are assembled to adjust the length.
  • one side of the seat plate 40 is provided with a connecting shaft 42 so that the end of the left and right rotary link 23 is rotatably connected to the connecting shaft 42. do.
  • the seat plate 40 is rotated left and right by a predetermined section about the rotation shaft 41 by the left and right rotation links 23.
  • the rotation shaft 41 is positioned at the front side of the seat plate 40. It is preferable.
  • the rotation of the seat plate 40 is rotated together with the operation unit that can be installed in front of the chair 50 and the upper chair 50, so that the center of gravity of the seat plate 40 in front of the overall rotation center It can be properly maintained, and also the user sitting on the chair is located in the rear from the center of rotation can feel a more realistic movement by the action of the centrifugal force according to the rotation.
  • the roller is installed at the rear of the seat plate 40 to support the rear of the seat plate 40 to be rotated and to induce a smooth rotation operation.
  • the roller bracket 43 is installed at the rear lower end of the seat plate 40, and the upper roller 44 and the lower roller 45 are installed on the roller bracket 43 up and down, and the upper frame 20
  • the rear end portion is provided as a plate-shaped support portion 25 so as to contact between the upper roller 44 and the lower roller 45.
  • the seat plate 40 is supported at the two points of the rotary shaft 41 and the upper and lower rollers 45 with respect to the upper frame 20, the section of the seat plate 40 is limited in the upper side of the upper frame 20 Since the rear support portion 25 of the upper frame 20 is engaged between the upper roller 44 and the lower roller 45 when rotating in the inside, the rolling contact of the roller while preventing the rear of the seat plate 40 from lifting. It is possible to induce a stable rotation by.
  • Two or more upper rollers 44 and lower rollers 45 may be installed, and may be installed in a staggered manner.
  • an actuator operated by a motor, a pneumatic cylinder, or the like may be applied as a means for rotating the chair 50 left and right while swinging the chair 50 forward and backward.
  • the front of the chair 50 may be provided with an operation unit 60 that allows the user to manipulate the contents of the simulation
  • the operation unit 60 is a chair ( It is fixed to the chair 50 or the seat plate 40 so as to move with the 50, in the drawing, a plurality of supports 61 are installed on the seat plate 40 to support and support the operation unit 60.
  • the support 61 is configured by connecting a plurality of horizontally and vertically in the drawing, the connection configuration of the operation unit 60 can be arbitrarily changed and installed according to the position to be installed or the object of simulation.
  • the operation unit 60 includes a steering wheel 62 and a pedal 63 for operation such as acceleration and stop, which is an operation means in consideration of driving of a general vehicle, and according to the object of simulation, Components can be changed at any time.
  • a display unit (not shown) which visually shows a virtual space may be further installed.
  • the display unit may include an LCD or an LED monitor installed in the operation unit. Or, it may be composed of a virtual reality experience HMD (HMD).
  • HMD virtual reality experience
  • the display unit may change its contents according to the input program, and each element of the program and the operation unit 60, the front and rear swing cam motor 11, and the left and right rotation cam motor 21 are connected and operated in a circuit.
  • the steering wheel 62 of the operation unit 60 rotates the chair left and right by operating the left and right rotation cam motor 21, and the acceleration and stop pedals 63 operate the front and rear swing cam motor 11 to operate the chair. It will make the function swing back and forth.
  • the blower 65 is installed in front of the chair 50 to provide a feeling close to the actual situation by blowing wind in accordance with an input program, and installed at one end of the operation unit 60. It is.
  • the blower 65 may be provided with a plurality, it may be possible to arbitrarily adjust the direction of the wind by changing the installation direction.
  • FIG. 7 is a side view showing the front and rear operating states of the simulation apparatus according to the present invention, as shown in this, when the front and rear oscillation cam 12 is rotated by the driving of the front and rear oscillation cam motor 11, this rotational motion
  • the front support frame 31 is pulled or pushed while being converted to linear motion by the front and rear swing link 13, and thus the front support frame 31 and the rear support frame 32 are inclined forward or backward.
  • the upper upper frame 20, the seat plate 40 and the chair 50 are inclined forward or rearward together with the operation unit 60.
  • the front and rear oscillation cam 12 does not need to rotate much for such a tilt to the front or rear, and can realize a sufficient tilt only by rotating a short section, and the acceleration and stop of the input program and the operation unit 60
  • the size of the inclination may vary depending on the operation of the pedal 63.
  • the degree of inclination of the chair 50 is implemented differently.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram schematically showing the front and rear swing relationship according to the present invention, showing the inclination direction of the chair in the stationary state and the inclination direction of the chair in the acceleration state.
  • the front support frame 31 according to the present invention is installed in an inclined state to the rear
  • the rear support frame 32 is installed in an inclined state to the front
  • the chair has a trapezoidal shape as a whole in a horizontal state Getting drunk.
  • the front and rear swing link 13 pulls the front support frame 31 backward by driving the front and rear swing cam motor 11 and the front and rear swing cam 12. This causes the front support frame 31 to be inclined rearward and the rear support frame 32 to be erected in the vertical direction, so that the chair 50 becomes lower in the front and higher in the rear, so that the chair 50 ) Sitting in the user is leaned forward.
  • This operation reflects the phenomenon that the user's body is leaned forward by the inertia when the actual pedal is stepped on, and by setting the degree of inclination of the chair 50 forward according to the degree of stepping of the pedal, The effect can be maximized.
  • the front and rear swing link 13 pushes the front support frame 31 forward, as opposed to the stop pedal. Accordingly, the front support frame 31 is erected in the vertical direction, and the rear support frame 32 is further inclined forward, so that the chair 50 is higher in the front and lower in the rear, so that the user sitting on the chair 50 is leaned backwards.
  • the front and rear operations of the chair 50 can be further maximized by the trapezoidal installation state of the front support frame 31 and the rear support frame 32.
  • the left and right rotation cam motor 21 is driven to rotate the left and right rotation cam 22, and the left and right rotation link 23 connected to the left and right rotation cam 22.
  • the connecting shaft 42 on one side of the seat plate 40 By switching to a linear motion by pulling or pushing the connecting shaft 42 on one side of the seat plate 40 to rotate the seat plate 40 including the chair 50 about the rotation axis 41.
  • the seat plate 40 and the chair 50 and the operation unit 60 located on the upper side of the upper frame 20 is rotated to the left and right, the rotating shaft 41 is located in front of the chair to rotate the left and right links 23 Is located at the rear side can be rotated enough for the user to feel even by the operation in a relatively short section of the left and right rotation cam 22 and the left and right rotation link (23).
  • This rotational motion is to support the chair 50 and the operation unit 60, such as the rotation axis 41 as the center, the load is generated in the rear of the chair 50 by the centrifugal force due to the rotation, the upper roller 44 and the lower roller 45 are supported.
  • the sheet plate 40 Since the upper roller 44 and the lower roller 45 support and support the rear support portion 25 of the upper frame 20 from the upper side and the lower side, the sheet plate 40 maintains a stable horizontal state, and the sheet plate ( Since the upper roller 44 and the lower roller 45 come into contact with the support part 25 at the time of rotation of the 40, the chair smoothly rotates while minimizing the friction caused by the rotation.
  • the display may be implemented as an LCD or LED monitor installed in front of the chair 50, or may be implemented by an EMT for a virtual reality experience.
  • the front, rear, left and right movements of the chair are combined with the character of the program according to the contents of the input program, and the three-dimensional movement is sensed, and the air is supplied from the blower 65 installed around the chair 50. You can feel the three-dimensional reality such as you can feel the real speed by the wind.
  • the drive of the front and rear swing cam motor 11 and the left and right rotation cam motor 21 according to the present invention can be operated by a direct operation by the operation unit 60, otherwise implemented as an automatic operation according to the content 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 base and the upper frame is hinged by the front support frame and the rear support frame is installed in a trapezoidal shape as a whole, the upper side of the upper frame is provided with a seat plate rotating around a rotation axis
  • the chair is mounted on the upper side, and the front and rear rocking cam motor and the front and rear rocking link for swinging the front and rear support frames forward and backward are installed on the base, and the left and right rotation cam motor and the left and right rotation link for rotating the seat plate are upper part. It is installed on the frame.
  • the front and rear swing means and the left and right rotation means swings the chair forward and backward and rotates the chair left and right by the operation of the input program and the operation unit to provide the movement as in the actual situation. By doing so, you can provide a more realistic feeling.

Abstract

본 발명은 가상 시뮬레이션 장치에 관한 것으로서, 베이스(10)와 상부프레임(20)이 전방지지프레임(31) 및 후방지지프레임(32)에 의해 힌지 연결되어 전체적으로 사다리꼴 형상으로 설치되고, 상기 상부프레임(20)의 상측에는 회전축(41)을 중심으로 회전하는 시트플레이트(40)가 설치되어 그 상측으로 의자가 장착되며, 상기 전방 및 후방지지프레임을 전ㆍ후로 요동시키는 전후요동캠모터와 전후요동링크(13)가 베이스(10)에 설치되고, 상기 시트플레이트(40)를 회전시키는 좌우회전캠모터 및 좌우회전링크(23)가 상부프레임(20)에 설치되어 이루어진다.

Description

가상 시뮬레이션 장치
본 발명은 가상 시뮬레이션 장치에 관한 것으로서, 특히 간단한 구성으로 이루어지면서 유저(user)용 의자가 실제 상황과 같이 움직이도록 함으로써 더욱 현실에 가까운 느낌을 체감할 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 것이다.
이러한 시뮬레이션 장치는 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 실감있게 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 이 기술은 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.
이러한 대한민국 특허 제10-1429104호는 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 의장의 불안정한 문제점이 지적되었고, 전체적인 동작 또한 현실감이 부족한 실정이었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 프로그램된 상황의 연출에 맞추어 안정적이고 뛰어난 현실감을 제공할 수 있는 가상 시뮬레이션 장치의 제공을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 현실감 있는 동작이 가능하면서 단순화된 구성으로서 프로그램과 연계된 생산성을 향상시키고 원가를 절감할 수 있도록 된 가상 시뮬레이션 장치의 제공을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 다양한 게임이나 교육 등의 가상현실 장치에 적용이 가능하고 추가적인 장치의 접목이 용이하여 확장성이 뛰어난 가상 시뮬레이션 장치의 제공을 또 다른 기술적 과제로 한다.
본 발명에 따른 가상 시뮬레이션 장치는 상기의 목적을 달성하기 위하여, 베이스; 상기 베이스와 간격을 두고 상측에서 대향 배치되는 상부프레임; 전방 및 후방으로 마주 대향되어 상기 베이스와 상부프레임에 각 양단부가 회동 가능하게 힌지 조립되는 전방 및 후방지지프레임; 상기 전방 및 후방지지프레임의 선택된 어느 하나의 프레임에 연결되어 상기 전방 및 후방지지프레임을 전ㆍ후 방향으로 요동시키는 전후요동수단; 상측으로 의자가 장착되고, 상기 상부프레임의 상측에서 회전축에 의해 회전 가능하게 설치되는 시트플레이트; 상기 시트플레이트의 일측으로 연결되어 상기 시트플레이트를 좌우회전시키는 좌우회전수단; 및 입력되는 프로그램에 의해 가상의 공간을 시각적으로 나타내는 디스플레이부; 를 포함하여 이루어지는 특징이 있다.
상기 전후요동수단 및 좌우회전수단은 모터 또는 공압실린더에 의해 동작되는 액츄에이터로 이루어질 수 있으며, 다르게는 모터에 의해 회전하는 캠의 회전운동을 직선운동으로 전달하는 링크로 이루어질 수도 있다.
여기서 상기 링크는 양 단부에 고리볼트가 조립되어 길이 조절이 가능하게 구성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 전방지지프레임은 상단이 후방으로 기울어지도록 설치되고, 상기 후방지지프레임은 상단이 전방으로 기울어지도록 설치되어 하측의 베이스와 상측의 상부프레임과 더불어 전체적으로 사다리꼴의 측면을 형성하도록 되는 것이다.
본 발명의 다른 특징은, 상기 시트플레이트의 후방 하측에는 상기 회전축을 중심으로 회전될 때 상부프레임에 대하여 시트플레이트를 지지하면서 상부프레임과의 마찰을 줄이기 위한 롤러가 설치되어 있는 것이다.
상기 롤러는 상측롤러와 하측롤러로 구성되어 시트플레이트의 후방 하단에 설치된 롤러브라켓에 지지되고, 상측롤러는 상부프레임의 후단부 윗면에서, 하측롤러는 상부프레임의 후단부 밑면에서 접촉 지지되도록 함으로써 견고한 조립 상태를 유지하면서 안정적인 의자의 회전 동작이 이루어질 수 있도록 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징은, 상기 의자의 전방에는 상기 입력되는 프로그램과 회로적으로 연계되는 조작부가 배치되어 상기 시트플레이트와 연결 설치됨으로써 시트플레이트 및 의자와 일체로 동작되도록 된 것이다.
상기 조작부는 일실시예로서 조향핸들과 가속 및 정지페달을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징은, 상기 의자의 주변에는 상기 의자를 향하여 바람을 송출하는 송풍기가 설치되어 있는 것이다.
본 발명에서, 상기 디스플레이부는 엘시디 또는 엘이디 모니터로 이루어지거나 또는 가상현실 장치에서 사용되는 에치엠디(HMD)로 선택되어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 가상 시뮬레이션의 입력되는 프로그램으로부터 시각적으로 보여지는 상황이 정지의 경우 전후요동수단에 의해 전방 및 후방지지프레임이 후방으로 당겨져서 의자가 전방으로 기울도록 되고, 가상 시뮬레이션의 입력되는 프로그램으로부터 시각적으로 보여지는 상황이 가속의 경우 전후요동수단에 의해 전방 및 후방지지프레임이 전방으로 당겨져서 의자가 후방으로 기울도록 함으로써, 실제 정지와 가속에서의 관성 작용에 따른 체감을 그대로 느낄 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 바람직한 특징은, 윗면에 전후요동캠모터가 설치되어 있는 베이스; 밑면에 좌우회전캠모터가 설치되어 있고 상기 베이스와 간격을 두고 대향 배치되는 상부프레임; 전방 및 후방으로 마주 대향되어 상기 베이스와 상부프레임에 각 양단부가 회동 가능하게 힌지 조립되는 전방 및 후방지지프레임; 상기 전후요동캠모터의 전후요동캠에 일단이 연결되고, 타단은 상기 전방 및 후방지지프레임의 선택된 어느 하나의 프레임에 회동 가능하게 연결된 전후요동링크; 상측으로 의자가 장착되고, 상기 상부프레임의 상측에서 회전축에 의해 회전 가능하게 설치되는 시트플레이트; 상기 좌우회전캠모터의 좌우회전캠에 일단이 연결되고, 타단은 상기 시트플레이트의 일측으로 연결되는 좌우회전링크; 및 입력되는 프로그램에 의해 가상의 공간을 시각적으로 나타내는 디스플레이부; 를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 또 다른 바람직한 특징은, 윗면에 전후요동캠모터가 설치되어 있는 베이스; 밑면에 좌우회전캠모터가 설치되어 있고 상기 베이스와 간격을 두고 대향 배치되는 상부프레임; 전방 및 후방으로 마주 대향되어 상기 베이스와 상부프레임에 각 양단부가 회동 가능하게 힌지 조립되는 전방 및 후방지지프레임; 상기 전후요동캠모터의 전후요동캠에 일단이 연결되고, 타단은 상기 전방 및 후방지지프레임의 선택된 어느 하나의 프레임에 회동 가능하게 연결된 전후요동링크; 상측으로 의자가 장착되고, 일단에 회전축이 하향 돌출되어 상기 상부프레임에 조립됨으로써 상기 회전축을 중심으로 회전가능하게 설치되는 시트플레이트; 상기 좌우회전캠모터의 좌우회전캠에 일단이 연결되고, 타단은 상기 시트플레이트의 일측으로 연결되는 좌우회전링크; 입력되는 프로그램에 의해 가상의 공간을 시각적으로 나타내는 디스플레이부; 및 조향핸들과 가속페달 및 정지페달을 포함하여 상기 의자의 전방에 설치되고, 상기 입력되는 프로그램과 회로적으로 연계되어 의자와 일체로 동작되도록 된 조작부; 를 포함하여 이루어져서, 상기 조향핸들의 회전에 따라 상기 좌우회전캠모터에 의한 좌우회전링크의 동작으로 의자와 조작부가 회전되고, 정지페달을 밟게 되면 전후요동캠모터에 의한 전후요동링크의 동작으로 전방 및 후방지지프레임이 후방으로 당겨져서 의자가 전방으로 기울도록 되며, 가속페달을 밟게 되면 전후요동캠모터에 의한 전후요동링크의 동작으로 전방 및 후방지지프레임이 전방으로 당겨져서 의자가 후방으로 기울도록 되는 것이다.
이와 같은 본 발명에 의한 가상 시뮬레이션 장치에 의하면, 입력된 프로그램 및 조작부의 조작에 의해 전후요동수단과 좌우회전수단이 의자를 전ㆍ후로 요동시킴과 동시에 좌ㆍ우로 회전시키면서 실제 상황과 같은 움직임을 제공함으로써 보다 완벽한 현실감을 느낄 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명은 보다 현실감 있는 의자의 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 일실시예를 나타낸 사시도.
도 2는 상기 도 1의 후방 사시도.
도 3은 상기 도 1의 후방 저면 사시도.
도 4는 상기 도 1의 측면도.
도 5는 상기 도 4의 일부 측단면도.
도 6은 본 발명에서 전방 및 후방지지프레임이 제거된 상태의 저면사시도.
도 7은 본 발명의 전ㆍ후 작동상태를 나타낸 측면도.
도 8은 본 발명의 전ㆍ후 작용상태를 나타낸 개략 설명도.
도 9는 본 발명의 좌ㆍ우 작동상태를 나타낸 배면도.
도 10은 본 발명의 좌ㆍ우 작동상태를 나타낸 평면도.
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 일실시예를 나타낸 사시도이고, 도 2는 상기 도 1의 후방 사시도이며, 도 3은 상기 도 1의 후방 저면 사시도이고, 도 4는 상기 도 1의 측면도이고, 도 5는 상기 도 4의 일부 측단면도이며, 도 6은 본 발명에서 전방 및 후방지지프레임이 제거된 상태의 저면사시도로서 이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 시뮬레이션 장치는 베이스(10)와, 상기 베이스(10)와 이격되어 대향 배치되는 상부프레임(20)과, 상기 베이스(10)와 상부프레임(20)을 연결하는 전방 및 후방지지프레임(31,32)과, 상기 상부프레임(20)의 상측으로 설치되는 시트플레이트(40)와, 상기 시트플레이트(40)의 상측으로 장착되는 의자(50)를 포함하여 이루어진다.
베이스(10)는 시뮬레이션 장치 전체를 지지하는 것으로서 윗면에는 상기 전방지지프레임(31) 및 후방지지프레임(32)의 각 하단부가 힌지(33) 조립되어 전ㆍ후 방향으로 회동가능하게 설치된다.
상부프레임(20)은 상기 베이스(10)와 간격을 두고 상측으로 대향 배치되며, 상기 전방지지프레임(31) 및 후방지지프레임(32)의 각 상단부가 힌지(33) 조립되어 마찬가지로 전ㆍ후 방향으로 회동가능하게 설치된다.
따라서 상부프레임(20)은 전방지지프레임(31)과 후방지지프레임(32)에 의해 지지되며, 전방지지프레임(31)과 후방지지프레임(32)은 사다리와 같은 형태로 되어 하단과 상단 각 두 곳이 베이스(10)와 상부프레임(20)에 연결 지지된다.
또한, 도 4의 측면도에서 나타난 바와 같이 상기 전방지지프레임(31)은 상단이 후방으로 기울어지도록 설치되고, 상기 후방지지프레임(32)은 상단이 전방으로 기울어지도록 설치되어 하측의 베이스(10)와 상측의 상부프레임(20)과 더불어 전체적으로 사다리꼴의 측면을 형성하도록 설치된다.
상부프레임(20)의 상측으로 설치되는 시트플레이트(40)는 상측으로 의자가 장착 고정되며, 일단에는 회전축(41)이 하향 돌출되어 상부프레임(20)의 일단에 회전 가능하게 조립됨으로써, 의자(50)를 포함한 시트플레이트(40)가 상기 회전축(41)을 중심으로 회전 가능하게 설치된다.
여기서 상기 회전축(41)은 시트플레이트(40)와 별개의 부품으로 조립되거나 또는 일체로 형성되어도 무방하다.
한편, 본 발명에 따른 의자(50)는 전후요동수단에 의해 전ㆍ후로 요동되어 기울기에 변화를 줄 수 있으며, 좌우회전수단에 의해 좌ㆍ우로 회전되어 입체감을 주게 되는데, 이를 위해 상기 베이스(10)의 윗면에는 전후요동캠모터(11)가 배전박스(15) 내에 설치되며, 이 전후요동캠모터(11)의 모터축에 전후요동캠(12)이 설치되어 있고, 이 전후요동캠(12)에는 전후요동링크(13)의 일단이 연결되어 있다.
상기 전후요동링크(13)의 타단은 상기 전방지지프레임(31) 또는 후방지지프레임(32)의 상측 일단에 연결되어 있는데, 도면에서는 전방지지프레임(31)에 연결된 것으로 도시되어 있다.
상기 전후요동링크(13)의 양 단부는 각각 회동 가능하게 연결되어 있으며, 양 단부에 고리볼트(14)가 조립되어 있어서 길이 조절이 가능하도록 되어 있다.
이러한 전후요동링크(13)는 모터의 동작에 따라 전후요동캠(12)이 회전하면, 전후요동캠(12)의 회전구간만큼 전방지지프레임(31)을 앞뒤로 당기거나 밀어서 결국 의자(50)를 전ㆍ후로 동작시키게 된다.
또한, 상기 상부프레임(20)의 밑면에는 좌우회전캠모터(21)가 설치되어 있는데, 이 좌우회전캠모터(21)는 모터케이스에 의해 커버되며, 그로부터 인출되는 모터축에는 좌우회전캠(22)이 장착되어 있고, 이 좌우회전캠(22)에는 좌우회전링크(23)의 일단이 연결되어 있다.
좌우회전링크(23)의 타단은 상기 시트플레이트(40)의 일측으로 연결되어 있으며, 이에 따라 모터의 동작에 의해 좌우회전캠(22)이 회전하면, 좌우회전캠(22)의 회전구간만큼 좌우회전링크(23)가 시트플레이트(40)를 회전축(41)을 중심으로 회전시키게 된다.
좌우회전링크(23)도 마찬가지로 양 단부가 각각 회동 가능하게 연결되어 있으며, 양 단부에는 고리볼트(24)가 조립되어 길이 조절이 가능하도록 되어 있다.
이와 같이 좌우회전링크(23)를 연결하기 위하여 시트플레이트(40)의 일측에는 연결축(42)이 설치되어 이 연결축(42)에 상기 좌우회전링크(23)의 단부가 회전 가능하게 연결 설치된다.
시트플레이트(40)는 상기 좌우회전링크(23)에 의해 회전축(41)을 중심으로 일정 구간만큼 좌ㆍ우로 회전되도록 되어 있는데, 상기 회전축(41)은 시트플레이트(40)의 전방측에 위치되는 것이 바람직하다.
즉 시트플레이트(40)의 회전은 상측의 의자(50)와 더불어 의자의 전방에 설치될 수 있는 조작부 등이 함께 회전하게 되므로 그 무게중심이 시트플레이트(40)의 앞쪽에 있게 되므로 전체적인 회전 중심을 제대로 유지하도록 할 수 있고, 또한 의자에 앉게 되는 유저는 회전 중심에서 후방에 위치하게 되므로 회전에 따른 원심력의 작용에 의해 보다 실감있는 움직임을 느낄 수 있게 된다.
이때 회전되는 시트플레이트(40)의 후방을 지지함과 동시에 원활한 회전 동작을 유도하기 위하여 시트플레이트(40)의 후방에는 롤러가 설치된다.
시트플레이트(40)의 후방 하단에는 롤러브라켓(43)이 설치되고, 이 롤러브라켓(43)에 상측롤러(44)와 하측롤러(45)가 상ㆍ하로 설치되어 있으며, 상부프레임(20)의 후단부는 판형의 지지부(25)로 되어 상기 상측롤러(44)와 하측롤러(45)의 사이에 접촉되도록 설치된다.
따라서 시트플레이트(40)는 상부프레임(20)에 대해서 회전축(41)과 상ㆍ하측롤러(45)의 두 지점에서 지지되는 것이며, 상부프레임(20)의 상측에서 시트플레이트(40)가 제한된 구간 내에서 회전할 때 상부프레임(20)의 후방 지지부(25)가 상측롤러(44)와 하측롤러(45)의 사이에서 결합되어 있으므로 시트플레이트(40)의 후방이 들뜨는 것을 방지하면서 롤러의 구름접촉에 의해 안정된 회전을 유도할 수 있는 것이다.
상기 상측롤러(44)와 하측롤러(45)는 두 개 이상 설치될 수 있으며, 서로 엇갈리게 설치되어도 무방하다.
이와 같이 본 발명에서 의자(50)를 전ㆍ후로 요동시키면서 좌ㆍ우로 회전시키기 위한 수단으로서 상기 링크 대신에 모터나 공압실린더 등에 의해 동작되는 액츄에이터가 적용될 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 시뮬레이션 장치에서 상기 의자(50)의 전방에는 도면에서와 같이 유저가 시뮬레이션의 내용을 조작할 수 있는 조작부(60)가 설치될 수 있는데, 이 경우 조작부(60)는 의자(50)와 함께 움직일 수 있도록 의자(50) 또는 시트플레이트(40)에 연결 고정되며, 도면에서는 시트플레이트(40)에 다수의 지지대(61)가 설치되어 조작부(60)를 연결 지지하고 있다.
상기 지지대(61)는 도면에서 수평 및 수직으로 다수개를 연결하여 구성하고 있는데 이러한 조작부(60)의 연결 구성은 설치하고자 하는 위치나 시뮬레이션의 대상 등에 따라 임의적인 변경 설치가 가능한 것이다.
또한 조작부(60)는 조향핸들(62)과 가속 및 정지 등의 조작을 위한 페달(63)을 포함하고 있는데, 이는 일반적인 자동차의 주행을 고려한 조작수단이며, 시뮬레이션의 대상에 따라 조작부(60)의 구성 요소들은 얼마든지 변경될 수 있다.
그리고 본 발명의 시뮬레이션 장치에서는 가상의 공간을 시각적으로 보여주는 디스플레이부(도면에 도시안됨)가 더 설치될 수 있는데, 이 디스플레이부는 조작부에 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 조작부(60)의 각 요소 및 전후요동캠모터(11)와 좌우회전캠모터(21)가 회로적으로 연결되어 작동된다.
특히 조작부(60)의 조향핸들(62)은 좌우회전캠모터(21)를 동작시켜서 의자를 좌ㆍ우로 회전시키게 되고, 가속 및 정지 페달(63)은 전후요동캠모터(11)를 동작시켜서 의자를 전ㆍ후로 요동시키게 되는 기능을 하게 된다.
본 발명에 따른 시뮬레이션 장치에는 의자(50)의 전방으로 송풍기(65)가 설치되어 입력되는 프로그램에 따라 바람을 불어줌으로써 실제 상황에 가까운 느낌을 제공하도록 하게 되며, 상기 조작부(60)의 일단에 설치되어 있다.
상기 송풍기(65)는 다수개를 설치할 수도 있으며, 그 설치 방향을 달리 함으로써 바람의 방향을 임의적으로 조절할 수 있도록 할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 작용을 이하에서 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명에 따른 시뮬레이션 장치의 전ㆍ후 동작 상태를 나타낸 측면도로서 이에 도시된 바와 같이, 전후요동캠모터(11)의 구동에 의해 전후요동캠(12)이 회전하게 되면, 이 회전운동이 전후요동링크(13)에 의해 직선운동으로 전환되면서 전방지지프레임(31) 당겨지거나 밀어지게 되고, 따라서 전방지지프레임(31)과 후방지지프레임(32)이 전방 또는 후방으로 기울어지게 되며, 그 결과 상측의 상부프레임(20)과 시트플레이트(40)와 의자(50)가 조작부(60)와 함께 전방 또는 후방으로 기울어지게 된다.
이러한 전방 또는 후방으로의 기울기를 위해 상기 전후요동캠(12)은 많은 회전을 할 필요가 없으며, 짧은 구간의 회전만으로도 충분한 기울기를 구현할 수 있으며, 입력되는 프로그램과 조작부(60)의 가속 및 정지를 위한 페달(63)의 조작에 따라 기울기의 크기가 달라질 수 있다.
즉, 가속페달과 정지페달의 밟는 정도에 따라 전후요동캠(12)의 회전구간을 달리 함으로써 의자(50)의 기울기 정도가 다르게 구현되도록 하는 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 전ㆍ후 요동관계를 개략적으로 나타낸 설명도로서 정지상태의 의자의 기울기 방향과 가속 상태에서의 의자의 기울기 방향을 나타내고 있다.
우선 본 발명에 따른 전방지지프레임(31)은 후방으로 경사진 상태로 설치되어 있으며, 후방지지프레임(32)은 전방으로 기울어진 상태로 설치되어, 의자가 수평을 유지한 상태에서 전체적으로 사다리꼴 형태를 취하고 있다.
이러한 상태에서 조작부(60)의 정지페달을 밟게 되면, 전후요동캠모터(11) 및 전후요동캠(12)의 구동으로 전후요동링크(13)가 전방지지프레임(31)을 후방으로 당기게 되며, 이로 인해 전방지지프레임(31)은 후방으로의 기울기가 더 커지게 되고 후방지지프레임(32)은 오히려 수직 방향으로 세워지게 되어, 의자(50)는 전방이 낮아지고 후방이 높아지게 되므로 결국 의자(50)에 앉아 있는 유저는 앞쪽으로 몸이 숙여지게 된다.
이러한 동작은 실제 정지페달을 밟았을 때 관성에 의해 유저의 몸이 앞쪽으로 쏠리게 되는 현상을 그대로 반영하는 것이며, 정지페달의 밟는 정도에 따라 의자(50)가 전방으로 기울어지는 정도를 다르게 설정함으로써 체감 효과를 극대화할 수 있다.
또한 가속페달을 밟게 되면 상기 정지페달과는 반대로 전후요동링크(13)가 전방지지프레임(31)을 전방으로 밀게 되며, 이에 따라 전방지지프레임(31)은 수직 방향으로 세워지게 되면서, 후방지지프레임(32)은 전방으로 더욱 기울어지게 되어, 의자(50)는 전방이 높아지고 후방이 낮아지게 되므로 의자(50)에 앉아 있는 유저는 후방으로 몸이 젖혀지게 된다.
따라서 실제 출발 또는 가속 시에 유저의 몸이 뒤로 젖혀지는 느낌을 그대로 느낄 수 있게 되며, 이 또한 가속페달의 밟는 정도에 따라 그 기울기가 다르게 설정됨으로써 실제와 같은 느낌을 느낄 수 있도록 되어 있다.
이러한 의자(50)의 전ㆍ후 동작은 전방지지프레임(31)과 후방지지프레임(32)의 사다리꼴 형태의 설치 상태에 의해 더욱 극대화될 수 있는 것이다.
즉, 낮아지는 지지프레임은 더욱 낮게, 세워지는 지지프레임은 더욱 높게 세워지게 되므로 전후요동캠(12)이나 전후요동링크(13)의 비교적 짧은 구간의 동작으로도 충분한 기울기의 연출이 가능하게 된다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 좌ㆍ우 회전동작을 나타내는 일부단면 배면도 및 평면도로서 입력되는 프로그램이나 조작부(60)의 조향핸들(62)의 회전에 따라 동작된다.
조향핸들(62)을 좌측 또는 우측으로 회전시키는 조작에 따라 좌우회전캠모터(21)가 구동되어 좌우회전캠(22)을 회전시키게 되고, 좌우회전캠(22)에 연결된 좌우회전링크(23)에 의해 직선운동으로 전환되면서 시트플레이트(40) 일측의 연결축(42)을 당기거나 밀어서 의자(50)를 포함한 시트플레이트(40)를 회전축(41)을 중심으로 회전시키게 된다.
즉, 상부프레임(20)의 상측에 위치한 시트플레이트(40)와 의자(50) 및 조작부(60)가 좌ㆍ우로 회전하게 되는데, 회전축(41)은 의자의 앞쪽에 위치하고 좌우회전링크(23)는 후방에 위치하게 되어 좌우회전캠(22)과 좌우회전링크(23)의 비교적 짧은 구간에서의 동작에 의해서도 유저가 느끼기에 충분한 회전이 이루어질 수 있다.
*이러한 회전 동작은 회전축(41)이 중심으로써 의자(50)와 조작부(60) 등을 지지하게 되는데, 회전에 따른 원심력에 의해 의자(50)의 후방에도 하중이 발생하게 되는 바, 이를 상측롤러(44)와 하측롤러(45)가 지지하게 된다.
상측롤러(44)와 하측롤러(45)는 상부프레임(20)의 후방 지지부(25)를 상측과 하측에서 접촉하여 지지하게 되므로 시트플레이트(40)의 안정된 수평 상태를 유지하게 하고, 시트플레이트(40)의 회전시에 상측롤러(44)와 하측롤러(45)가 지지부(25)와 구름접촉을 하게 되므로 회전에 따른 마찰을 최소화하면서 의자의 원활한 회전을 유도하게 된다.
본 발명에서는 시뮬레이션의 내용을 가상적으로 디스플레이함으로써 가상의 공간에서 보여지는 시각적인 현상들과 본 발명에 따른 의자의 전ㆍ후 요동 및 좌ㆍ우 회전 등의 동작이 연계되어 실제의 상황으로 느껴지도록 하고 있는 바, 이러한 디스플레이는 의자(50)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 의자의 전ㆍ후 및 좌ㆍ우 움직임이 복합적으로 이루어져서 입체적인 움직임을 느끼게 되고, 의자(50)의 주변으로 설치되는 송풍기(65)로부터 공급되는 바람에 의해 실제의 속도감을 느낄 수 있는 등 입체적인 현실감을 체감할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 전후요동캠모터(11) 및 좌우회전캠모터(21)의 구동은 조작부(60)에 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.
또한 본 발명에서 의자의 좌ㆍ우 기울기를 제공하는 추가적인 수단의 장착도 가능하여 입체적인 시뮬레이션의 충분한 확장성도 갖추고 있다.
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.
또한 상기의 설명에서 기본적이고 임의적으로 사용될 수 있는 기계요소들, 예를 들면 의자에 설치될 수 있는 안전벨트, 모터에 사용되는 감속기, 힌지에 사용되는 베어링, 지지대를 연결하는 클램프 등과 같은 범용 구성들은 구체적인 설명을 생략하였다.
본 발명에 의한 가상 시뮬레이션 장치는, 베이스와 상부프레임이 전방지지프레임 및 후방지지프레임에 의해 힌지 연결되어 전체적으로 사다리꼴 형상으로 설치되고, 상기 상부프레임의 상측에는 회전축을 중심으로 회전하는 시트플레이트가 설치되어 그 상측으로 의자가 장착되며, 상기 전방 및 후방지지프레임을 전ㆍ후로 요동시키는 전후요동캠모터와 전후요동링크가 베이스에 설치되고, 상기 시트플레이트를 회전시키는 좌우회전캠모터 및 좌우회전링크가 상부프레임에 설치되어 이루어진다.
이와 같은 본 발명에 의한 가상 시뮬레이션 장치에 의하면, 입력된 프로그램 및 조작부의 조작에 의해 전후요동수단과 좌우회전수단이 의자를 전ㆍ후로 요동시킴과 동시에 좌ㆍ우로 회전시키면서 실제 상황과 같은 움직임을 제공함으로써 보다 완벽한 현실감을 느낄 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
특히 안정되고 단순화된 구성을 실현하여 제조원가를 절감할 수 있고, 생산성을 향상시킬 수 있으며, 안정적인 시뮬레이션 동작이 가능하여 다양한 교육이나 실습 등의 시뮬레이션 체험과 다양한 게임기에 적용될 수 있으며, 비교적 간단한 구성으로서 폭 넓은 적용이 가능하다.

Claims (15)

  1. 베이스;
    상기 베이스와 간격을 두고 상측에서 대향 배치되는 상부프레임;
    전방 및 후방으로 마주 대향되어 상기 베이스와 상부프레임에 각 양단부가 회동 가능하게 힌지 조립되는 전방 및 후방지지프레임;
    상기 전방 및 후방지지프레임의 선택된 어느 하나의 프레임에 연결되어 상기 전방 및 후방지지프레임을 전ㆍ후 방향으로 요동시키는 전후요동수단;
    상측으로 의자가 장착되고, 상기 상부프레임의 상측에서 회전축에 의해 회전 가능하게 설치되는 시트플레이트;
    상기 시트플레이트의 일측으로 연결되어 상기 시트플레이트를 좌우회전시키는 좌우회전수단; 및
    입력되는 프로그램에 의해 가상의 공간을 시각적으로 나타내는 디스플레이부; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전방지지프레임은 상단이 후방으로 기울어지도록 설치되고, 상기 후방지지프레임은 상단이 전방으로 기울어지도록 설치되어 하측의 베이스와 상측의 상부프레임과 더불어 전체적으로 사다리꼴의 측면을 형성하는 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전후요동수단 및 좌우회전수단은 모터에 의해 동작되는 액츄에이터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전후요동수단 및 좌우회전수단은 모터에 의해 회전하는 캠의 회전운동을 직선운동으로 전달하는 링크로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 링크는 양 단부에 고리볼트가 조립되어 길이 조절이 가능토록 되어 있는 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 시트플레이트의 후방 하측에는 상기 회전축을 중심으로 회전될 때 상부프레임에 대하여 시트플레이트를 지지하면서 상부프레임과의 마찰을 줄이기 위한 롤러가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 롤러는 상측롤러와 하측롤러로 구성되어 시트플레이트의 후방 하단에 설치된 롤러브라켓에 지지되고, 상측롤러는 상부프레임의 후단부 윗면에서, 하측롤러는 상부프레임의 후단부 밑면에서 접촉 지지되도록 된 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 의자의 전방에는 상기 입력되는 프로그램과 회로적으로 연계되는 조작부가 배치되어 상기 시트플레이트와 연결 설치됨으로써 시트플레이트 및 의자와 일체로 동작되도록 된 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 조작부는 조향핸들과 가속 및 정지페달을 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 의자의 주변에는 상기 의자를 향하여 바람을 송출하는 송풍기가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이부는 엘시디 또는 엘이디 모니터인 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이부는 에치엠디(HMD)인 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    가상 시뮬레이션의 입력되는 프로그램으로부터 시각적으로 보여지는 상황이 정지의 경우 전후요동수단에 의해 전방 및 후방지지프레임이 후방으로 당겨져서 의자가 전방으로 기울도록 되고, 가상 시뮬레이션의 입력되는 프로그램으로부터 시각적으로 보여지는 상황이 가속의 경우 전후요동수단에 의해 전방 및 후방지지프레임이 전방으로 당겨져서 의자가 후방으로 기울도록 되는 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
  14. 윗면에 전후요동캠모터가 설치되어 있는 베이스;
    밑면에 좌우회전캠모터가 설치되어 있고 상기 베이스와 간격을 두고 대향 배치되는 상부프레임;
    전방 및 후방으로 마주 대향되어 상기 베이스와 상부프레임에 각 양단부가 회동 가능하게 힌지 조립되는 전방 및 후방지지프레임;
    상기 전후요동캠모터의 전후요동캠에 일단이 연결되고, 타단은 상기 전방 및 후방지지프레임의 선택된 어느 하나의 프레임에 회동 가능하게 연결된 전후요동링크;
    상측으로 의자가 장착되고, 상기 상부프레임의 상측에서 회전축에 의해 회전 가능하게 설치되는 시트플레이트;
    상기 좌우회전캠모터의 좌우회전캠에 일단이 연결되고, 타단은 상기 시트플레이트의 일측으로 연결되는 좌우회전링크; 및
    입력되는 프로그램에 의해 가상의 공간을 시각적으로 나타내는 디스플레이부; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
  15. 윗면에 전후요동캠모터가 설치되어 있는 베이스;
    밑면에 좌우회전캠모터가 설치되어 있고 상기 베이스와 간격을 두고 대향 배치되는 상부프레임;
    전방 및 후방으로 마주 대향되어 상기 베이스와 상부프레임에 각 양단부가 회동 가능하게 힌지 조립되는 전방 및 후방지지프레임;
    상기 전후요동캠모터의 전후요동캠에 일단이 연결되고, 타단은 상기 전방 및 후방지지프레임의 선택된 어느 하나의 프레임에 회동 가능하게 연결된 전후요동링크;
    상측으로 의자가 장착되고, 일단에 회전축이 하향 돌출되어 상기 상부프레임에 조립됨으로써 상기 회전축을 중심으로 회전가능하게 설치되는 시트플레이트;
    상기 좌우회전캠모터의 좌우회전캠에 일단이 연결되고, 타단은 상기 시트플레이트의 일측으로 연결되는 좌우회전링크;
    입력되는 프로그램에 의해 가상의 공간을 시각적으로 나타내는 디스플레이부; 및
    조향핸들과 가속페달 및 정지페달을 포함하여 상기 의자의 전방에 설치되고, 상기 입력되는 프로그램과 회로적으로 연계되어 의자와 일체로 동작되도록 된 조작부; 를 포함하여 이루어져서,
    상기 조향핸들의 회전에 따라 상기 좌우회전캠모터에 의한 좌우회전링크의 동작으로 의자와 조작부가 회전되고, 정지페달을 밟게 되면 전후요동캠모터에 의한 전후요동링크의 동작으로 전방 및 후방지지프레임이 후방으로 당겨져서 의자가 전방으로 기울도록 되며, 가속페달을 밟게 되면 전후요동캠모터에 의한 전후요동링크의 동작으로 전방 및 후방지지프레임이 전방으로 당겨져서 의자가 후방으로 기울도록 되는 것을 특징으로 하는 가상 시뮬레이션 장치.
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