体感型運動シミュレーター用運動板
【課題】中央ピボットジョイントを中心に３自由度回転運動が皆具現されて、みて実感できる躍動性を起こして、利用者によりスリルあふれる運動感を感じるようにする体感型運動シミュレーター用運動板を提供する。
【解決手段】第１および第２上下アクチュエータ１５０，１６０を採用して、中央ピボットジョイント１３０を中心に３自由度回転運動が可能になるようにして前記第１および第２上下アクチュエータ１５０，１６０が設けられる支持フレーム１１０および可動フレーム１２０の設置地点間の距離を選択的に変化させることによって可動フレーム１２０の流動特性および範囲を変化させて、可動フレーム１２０に搭乗した使用者の運動感をもっと実感できるようにする。
【解決手段】第１および第２上下アクチュエータ１５０，１６０を採用して、中央ピボットジョイント１３０を中心に３自由度回転運動が可能になるようにして前記第１および第２上下アクチュエータ１５０，１６０が設けられる支持フレーム１１０および可動フレーム１２０の設置地点間の距離を選択的に変化させることによって可動フレーム１２０の流動特性および範囲を変化させて、可動フレーム１２０に搭乗した使用者の運動感をもっと実感できるようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は体感型運動シミュレーター用運動板（MOTION BASE FOR VIRTUAL REALITY MOTION SIMULATOR）に関するものであって、より詳しくは使用者が着席する可動フレームがピボットジョイントを中心に３自由度回転運動が可能なように水平アクチュエータ、第１上下アクチュエータおよび第２上下アクチュエータを含む体感型運動シミュレーター用運動板に関するものである。
【０００２】
本発明のまた他の側面として、本発明は前記第１、２垂直アクチュエータを棒またバー形状の剛体（rigidbody）であるリンクに変えて、１自由度運動だけが可能にした体感型運動シミュレーター用運動板に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
一般に体感型運動シミュレーターは制限された空間で搭乗者を動かして、搭乗者が自動車や飛行機などを乗った時感じるような運動感と類似の運動感を感じさせる装置である。このようなシミュレーターは最近、ゲーム、各種テストや運転訓練、進んで軍事目的用の航空機操縦模写に至るまで多様な分野に使用されている。
【０００４】
最も一般に使用される体感型運動シミュレーターは６自由度運動が可能で、スチュワートプラットホーム（STEWART PLATFORM）で呼ばれる航空機操縦士訓練用装置がある。しかし前記スチュワートプラットホームは油圧モーションベースを基本でしながら自由度が高くて、装置構造が複雑で製作費用の高い短所がある。またこのようなシミュレーターは色々な人が利用する大型装備用で主に利用されて、相対的に少ない人が使用しながらゲームのように人体の動きでスリルと面白みを感じるように繊細に制御される運動の躍動性を実現することには限界があった。
【０００５】
一方、従来３自由度運動が可能な運動システム装置であって複数の水平形アクチュエータと多数の強性体リンクを採用して、並列機構構造を有する運動システム装置が韓国登録実用新案第２８７２４２号（２００２.８.１４登録）に 開示されたことがある。前記運動システム装置は図１のように、上部支持板４０を６個の強性体リンク３０を利用して、並列構造に支持して前記強性体リンク３０と上部支持板４０は上部連結ジョイントによって、連結される。そして下部支持板１０に水平に設けられた水平形アクチュエータ２０は下部支持板１０上で隣接したアクチュエータと約１２０度間隔の三角形構造に設置されて、３方向で往復しながら力を提供するように構成されることである。
【０００６】
ところで前記のような従来技術は水平形アクチュエータだけを採用して、上下運動と傾斜運動中心の３自由度運動だけを実現していて上下傾斜運動と回転運動が皆作用する躍動的な運動を表現することに制約があった。特に自動車運転シミュレーターで重要視されるＹＡＷ回転（重力方向の軸を中心に回転する運動）が不可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は自由度を３またはそれ以下に減らしてその構造が簡単で製作費用が安価であり、運動感を大きく感じられる体感型運動シミュレーター用運動板を提供することである
【０００８】
より具体的に本発明は中央ピボットジョイントを中心に３自由度回転運動が皆具現されて、みて実感できる躍動性を起こして、利用者によりスリルあふれる運動感を感じるようにする体感型運動シミュレーター用運動板を提供することを課題にしている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記のような技術的課題を解決するために案出された本発明は、下側に備わる支持フレームと、前記支持フレーム上側に離隔して設けられる可動フレームと、前記可動フレームと前記支持フレームを連結支持する中央ピボットジョイントと、前記可動フレームが前記中央ピボットジョイントを中心に回転運動可能なように前記可動フレームと前記支持フレームの間に設置されて、中央ピボットジョイントの重力方向垂直軸を中心にする回転運動を作ってくれることができる水平アクチュエータと、前記固定フレームと可動フレームの間に設置され、前記中央ピボットジョイントの重力方向垂直軸を含む仮想平面を間において左側および右側に対称で設置され、前記固定フレームと可動フレームとの設置点などをすぎていく仮想の面が中央ピボットジョイントと一定距離が 離隔されている第１および第２上下連結支持手段を含む体感型シミュレーター用運動板であることを特徴とする。
【００１０】
ここで前記第１および第２上下連結支持手段は前記仮想平面に対して左右対称になるように設けられるのが好ましく、前記第１および第２上下連結支持手段は前記支持フレームに連結する地点から前記可動フレームに連結する地点までの距離を選択的に変化させられるアクチュエータであることを特徴とする。
そして前記第１および第２上下連結支持手段は前記支持フレームに連結する地点から前記可動フレームに連結する地点までの距離を固定させたリンクに代替される可能性があることを特徴とする。ここで前記リンクは棒またバー形状の剛体であることを特徴とする。
【００１１】
そして前記水平アクチュエータ、そして第１および第２上下アクチュエータは直線型アクチュエータを採用することもできることを特徴とする。
ここで、前記水平アクチュエータ、そして第１および第２上下連結支持手段は直線型アクチュエータであることを特徴とし、前記第１および第２上下連結支持手段は前記中央ピボットジョイントの軸を含む仮想の平面を間において並列に設けられる。
【００１２】
一方、前記第１および第２上下連結支持手段は前記可動フレームに設けられる地点間の距離と前記支持フレームに設けられる地点間の距離が互いに異なるように設置することもできる。
【００１３】
そして前記第１および第２上下アクチュエータはその両断が前記可動フレームおよび支持フレームにそれぞれ３自由度回転が可能な第１および第２上下エンドジョイントを介在して、連結され、前記水平アクチュエータはその両断が前記可動フレームおよび支持フレームにそれぞれ３自由度回転が可能な第１および第２水平エンドジョイントを介在して連結するのを特徴とする。
一方、前記水平アクチュエータ、そして第１および第２上下アクチュエータは電気式リンク型アクチュエータを使用することもできる。この時に、前記電気式リンク型アクチュエータは前記可動フレームに連結するメインリンクと前記支持フレームに設けられたモータに連結する出力リンクを具備し、前記出力リンクは前記メインリンクと連結して、モータの回転力を直線運動で変換して、前記メインリンクに伝達するのを特徴とし、前記可動フレームおよびメインリンク、そして前記メインリンクおよび出力リンクはそれぞれ３自由度回転が可能な第１エンドジョイントおよび第２エンドジョイントを介在して連結するのを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は水平アクチュエータ、第１および第２上下アクチュエータを採用して、中央ピボットジョイントを中心に３自由度回転運動が可能になるようにして前記第１および第２上下アクチュエータが設けられる支持フレームおよび可動フレームの設置地点間の距離を選択的に変化させることによって可動フレームの流動特性および範囲を変化させて、可動フレームに搭乗した使用者の運動感をもっと実感できるように実現できる長所がある。
【００１５】
また、本発明は３個のアクチュエータを使うのでその構造が簡単で製作費用が安い長所がある。
【００１６】
また、本発明は第１および第２上下アクチュエータを長さが固定された上下リンクに変えることによって、三つの回転運動が組み合わせられた１自由度運動だけが可能な構造としてもっと簡単で製作費用が安い体感型運動シミュレーターを提供することができる。
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の一実施について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図２は実施例１の概略的斜視図を、図３は図２の右側面図を示す。
図２を参照すれば実施例１は支持フレーム１１０、可動フレーム１２０、中央ピボットジョイント１３０、水平アクチュエータ１４０、第１上下アクチュエータ１５０および第２上下アクチュエータ１６０を備えて、中央ピボットジョイント１３０を中心に３自由度回転運動が可能な構成に関するものである。
図２を参照すれば支持フレーム１１０は実施例１の残り構成要素らを支持するための支持本体である。支持フレーム１１０は外部に固定される。
図２および図３を参照すれば支持フレーム１１０の上側には安着フレーム１１４が突出形成され、前記安着フレーム１１４には中央ピボットジョイント１３０の下段部が固定連結される。
【００１９】
図２および図３を参照すれば支持フレーム１１０に固設された中央ピボットジョイント１３０はその上段部が可動フレーム１２０の背面に連結され、可動フレーム１２０の荷重の一部を支持する。前記中央ピボットジョイント１３０は可動フレーム１２０が支持フレーム１１０に対して３自由度回転運動が可能なように可動フレーム１２０と支持フレーム１１０を連結するジョイントである。中央ピボットジョイント１３０では一般にボール-ソケットジョイントが幅広く使用されるが、可動フレーム１２０が支持フレーム１１０に対して３自由度回転運動を可能にするいかなるジョイントも用いることができる。
一方、中央ピボットジョイント１３０がボール-ソケットジョイントの場合、ソケット部分が安着フレーム１１４に固定連結され、ボール部分が可動フレーム１２０背面に連結される。
【００２０】
図２および図３を参照すれば、可動フレーム１２０の背面の下側および支持フレーム１１０の上面の上側には連結突部１２２、１１２がそれぞれ突出形成される。
【００２１】
図２を参照すれば、可動フレーム１２０の連結突部１２２と支持フレーム１１０の連結突部１１２の間には水平アクチュエータ１４０が連結される。
前記水平アクチュエータ１４０は直線型アクチュエータとしてロッド１４４とシリンダー１４６を含む。直線型アクチュエータとはアクチュエータの両端部の間の距離が直線経路を通して、変化されるアクチュエータをいう。つまり、油圧または電動モータなどによって、ロッド１４４がシリンダー１４６に直線にスライディングされて引入および引出されることによってアクチュエータの両端部の間の距離が変化されるアクチュエータは直線型アクチュエータの例である。
【００２２】
図２を参照すれば水平アクチュエータ１４０は可動フレーム１２０に水平方向成分を含む力を加えて、可動フレーム１２０が中央ピボットジョイント１３０を媒介として回転運動するように作動しながら、水平方向の成分の力をより円滑に伝達するために可動フレーム１２０が水平状態の場合、水平面と鋭角をなしながら設置されるのが望ましい。
この時に、前記第１水平エンドジョイント１４１および第２水平エンドジョイント１４２は水平アクチュエータ１４０の直線運動が可動フレーム１２０の回転運動で円滑に伝えられるようにそれぞれ可動フレーム１２０の連結突部１２２と支持フレーム１１０の連結突部１１２に設置されて、前記水平アクチュエータ１４０と可動フレーム１２０または支持フレーム１１０間の３自由度回転運動が可能なように連結される。前記第１水平エンドジョイント１４１および第２水平エンドピボットジョイント１４２に幅広く用いることができるエンドジョイントはボール-ソケットジョイントであるが、その他にこれに結合される結合体を相対的に３自由度回転運動が可能にするいかなるジョイントも用いることができる。
【００２３】
図２を参照すれば、第１上下アクチュエータ１５０および第２上下アクチュエータ１６０は可動フレーム１２０に傾斜直線運動を加えるために中央ピボットジョイント１３０と適正距離を離隔してそれぞれ第１上下エンドジョイント１５１、１６１と第２上下エンドジョイント１５２、１６２を介在して、可動フレーム１２０と支持フレーム１１０に連結、設置されながら、前記中央ピボットジョイント１３０と一緒に前記可動フレーム１２０を支持するようになる。この時に可動フレーム１２０が水平状態の場合、前記第１上下アクチュエータ１５０および第２上下アクチュエータ１６０は中央ピボットジョイント１３０を通過する垂直面に対して相互対称されるように設置されることができるが、第１上下アクチュエータ１５０および第２上下アクチュエータ１６０は中央ピボットジョイント１３０を通過する垂直面に対して一定角度が傾くように設置されることもできる。
【００２４】
前記第１上下アクチュエータ１５０および第２上下アクチュエータ１６０は直線型アクチュエータであり、先に説明された水平アクチュエータ１４０と同様にロッド（ｒｏｄ）１５４、１６４およびシリンダー１５６、１６６を含む。
一方前記可動フレーム１２０には第１上下アクチュエータ１５０および第２上下アクチュエータ１６０の固定のために別途の連結板１２４、１２６が設置固定することもできるが、場合によっては前記可動フレーム１２０の構成の一部として一体に形成されることもある。
【００２５】
図２を参照すれば一つの第１上下エンドジョイント１５１は可動フレーム１２０が回転することによって可動フレーム１２０と第１上下アクチュエータ１５０が相対回転可能なように可動フレーム１２０の連結板１２４と第１上下アクチュエータ１５０の一側端を連結する。また一つの第２上下エンドジョイント１５２は可動フレーム１２０が回転することによって第１上下アクチュエータ１５０と支持フレーム１１０が相対回転可能なように第１上下アクチュエータ１５０の他側端と支持フレーム１１０を連結する。この時に前記第１上下エンドジョイント１５１、１６１および第２上下エンドジョイント１５２、１６２に幅広く用いることができるジョイントはボール-ソケットジョイントであるが、その他にこれに結合される結合体を相対的に３自由度回転運動が可能にするいかなるジョイントも使用可能である。
【００２６】
図２および図９を参照すれば可動フレーム１２０が水平状態の場合、第１上下アクチュエータ１５０および第２上下アクチュエータ１６０は前記中央ピボットジョイント１３０の中心軸を含む仮想平面（ＶＰ）を間において並列に設置されるのが望ましい。仮想平面（ＶＰ）は第２上下エンドジョイント１５２、１６２をつなぐ線分に垂直な、前記中央ピボットジョイント１３０の中心軸を含む平面である。この時に、前記第１および第２上下アクチュエータ１５０、１６０は図５および図６のように前記仮想平面（ＶＰ）に対して 一 定角度を傾斜して設置することもできる上に、前記固定フレームと可動フレームの間に設置され、前記中央ピボットジョイントの重力方向垂直軸を含む仮想平面を間において左側および右側に対称で設置され、前記固定フレームと可動フレームとの設置点などをすぎていく仮想の面が中央ピボットジョイントと一定距離が離隔されている。
【００２７】
以下、前記実施例１の作動について説明する。
図２および図３を参照して、水平アクチュエータ１４０の両側端の間の長さが変わる場合について説明する。
【００２８】
ロッド１４４とシリンダー１４６の相対直線運動によって水平アクチュエータ１４０の両側端の間の長さが長くなれば、水平アクチュエータ１４０は可動フレーム１２０に水平方向成分の力を含む力を作用させるようになる。
しかし、可動フレーム１２０は一定箇所が中央ピボットジョイント１３０に連結されているので可動フレーム１２０の直線運動ができなくて中央ピボットジョイント１３０を媒介として回転運動するようになる。
【００２９】
一方、可動フレーム１２０の回転運動は第１上下アクチュエータ１５０および第２上下アクチュエータ１６０の両側端の間の距離によって制限される。しかし、第１上下アクチュエータ１５０および第２上下アクチュエータ１６０が第１上下エンドジョイント１５１、１６１および第２上下エンドジョイント１５２、１６２を通じて、可動フレーム１２０および支持フレーム１１０に連結されているので、可動フレーム１２０はロッド１４４とシリンダー１４６の相対直線運動状態により制限された範囲内で回転運動をする。この時に、水平アクチュエータ１４０は可動フレーム１２０の回転運動状態により第１水平エンドジョイント１４１と第２水平エンドジョイント１４２を通じて、回転運動を併行するようになる。
【００３０】
図２および図３を参照して、第１および第２上下アクチュエータ１５０、１６０の両側端の間の距離が変わる場合について説明する。
ロッド１５４とシリンダー１５６の相対直線運動によって第１上下アクチュエータ１５０の両側端の間の距離が変化すれば、第１上下アクチュエータ１５０は可動フレーム１２０に垂直方向成分の力を含む力を作用させるようになる。しかし、可動フレーム１２０は一点が中央ピボットジョイント１３０に連結され、固定されているので前記可動フレーム１２０は中央ピボットジョイント１３０を中心に回転運動をする。
【００３１】
前記第１上下アクチュエータ１５０の構成および作動メカニズムは第２上下アクチュエータ１６０の場合にも同様に適用される。
従って本発明の可動フレーム１２０は前記第１および第２上下アクチュエータ１５０、１６０の直線運動による回転運動と水平アクチュエータ１４０の直線傾斜運動による回転運動を含んで、３自由度運動が可能になることである。
前記実施例１の場合、水平アクチュエータ１４０、第１および第２上下アクチュエータ１５０、１６０は直線型アクチュエータであるとしたが、他の実施例の場合これらの中のいずれか一つ以上を後述するリンク型アクチュエータまたはその他の形態のアクチュエータを適用するのも当然可能である。
【００３２】
一方、本発明は第１および第２上下アクチュエータ１５０、１６０が前記可動フレーム１２０に連結する地点間の距離と前記支持フレーム１１０に連結する地点間の距離を互いに別にすることによって前記可動フレーム１２０の作動方式を調節できて、これに対する具体的な説明は後述する実施例２で図５および図６と関連して、再び説明することにする。
【実施例２】
【００３３】
図４は実施例２の概略的斜視図を、図５および図６は実施例２の第１上下リンクおよび第２上下リンクの設置角度を異なりにした場合の作動図を示す。
図４を参照すれば実施例２は支持フレーム２１０、可動フレーム２２０、中央ピボットジョイント２３０、水平アクチュエータ２４０、第１上下リンク２５０および第２上下リンク２６０を備えており、追加的な補助構成として安着フレーム２１４、連結突部２２２、２１２、連結板２２４、２２６、水平アクチュエータ２４０、ロッド２４４、シリンダー２４６、第１水平エンドジョイント２４１、第２水平エンドジョイント２４２を含む。これらの機能および作動は上の実施例１と重複する場合は説明を省略する。
【００３４】
図４を参照すれば、第１上下リンク２５０および第２上下リンク２６０は両端間の長さが固定された棒状リンクとして、可動フレーム２２０と支持フレーム２１０の間に連結して、前記中央ピボットジョイント２３０と一緒に可動フレーム２２０を支持しながら、前記可動フレーム２２０と前記支持フレーム２１０とそれぞれ第１上下エンドジョイント２５１、２６１と第２上下エンドジョイント２５２、２６２を媒介として連結する構成を有する。
【００３５】
図４を参照すれば、一つの第１上下エンドジョイント２５１は可動フレーム２２０が回転することによって可動フレーム２２０と第１上下リンク２５０が相対回転可能なように可動フレーム２２０の連結板２２４と第１上下リンク２５０の一側端を連結しながら、一つの第２上下エンドジョイント２５２は可動フレーム２２０が回転することによって第１上下リンク２５０と支持フレーム２１０が相対回転可能なように第１上下リンク２５０の他側端と支持フレーム２１０を連結する。そして他の一つの第１上下エンドジョイント２６１は可動フレーム２２０が回転することによって可動フレーム２２０と第２上下リンク２６０が相対回転可能なように可動フレーム２２０の連結板２２６と第２上下リンク２６０の一側端を連結しながら、他の一つの第２上下エンドジョイント２６２は可動フレーム２２０が回転することによって第２上下リンク２６０と支持フレーム２１０が相対回転可能なように第２上下リンク２６０の他側端と支持フレーム２１０を連結する。この時に、前記第１上下エンドジョイント２５１、２６１および第２上下エンドジョイント２５２、２６２ではボール-ソケットジョイントが幅広く使用されるが、その以外にこれに結合される結合体に対して相対的に３自由度回転運動が可能にするいかなるジョイントも使用することができる。
【００３６】
実施例２による本発明は前記実施例１で第１および第２上下アクチュエータ１５０、１６０の代わりに第１および第２上下リンク２５０、２６０を採用する構成として実質的な作動は実施例１で第１および第２上下アクチュエータ１５０、１６０が直線運動しない場合と同一なので重複する説明は省略する。
ただし、図５および図６を参照すれば、第１および第２上下リンク２５０、２６０が前記 可動フレーム２２０に連結する地点間の距離（‘ｄ１’とする）と前記支持フレーム２１０に連結する地点間の距離（‘ｄ２’とする）が互いに異なる場合、前記可動フレーム２２０の動きは異なるように現れる。つまり、図５（ａ）のように前記第１および第２上下リンク２５０、２６０が前記可動フレーム２２０に連結する地点間の距離であるｄ１がこの前記第１および第２上下リンク２５０、２６０が前記支持フレーム２１０に連結する地点間の距離のｄ２より大きいとき（ｄ１>ｄ２である場合）には図５（ｂ）のように前記可動フレーム２２０は支持フレーム２１０に対して凸の曲面形態の軌跡に沿って動くようになって、反対の場合（ｄ１<ｄ２である場合）には図６（ｂ）のように前記可動フレーム２２０は支持フレーム２１０に対して凹の曲面形態の軌跡に沿って動くようになる。このように第１および第２上下リンク２５０、２６０と可動フレーム２２０および支持フレーム２１０間の連結構成を異にすることによって前記可動フレーム２２０の動きを多様に調節できて、搭乗者はこれによって１自由度運動であるが、三つの回転運動が組み合わせられたモーション体感ができるようになるのである。この時に前記第１および第２上下リンク２５０、２６０の代わりに実施例１で扱った第１および第２上下アクチュエータ１５０、１６０を採用して多様でダイナミックな３自由度運動を実現することもできる。
【００３７】
実施例２の場合、水平アクチュエータ２４０は直線型アクチュエータであるとしたが、他の実施例の場合、これらの中のある一つまたは二つは後述するリンク型アクチュエータまたはその他のアクチュエータに変えられる。また、中央ピボットジョイント２３０と一緒に可動フレーム２２０を支持する支持手段は第１上下リンク２５０および第２上下リンク２６０であるとしたが、他の実施例の場合、第１上下リンク２５０および第２上下リンク２６０中のいずれか一つはアクチュエータに代替することができる。代替するアクチュエータはリンク型アクチュエータまたはその他のアクチュエータであってもよい。
【実施例３】
【００３８】
図７は実施例３の概略的斜視図を、図８は実施例３の水平アクチュエータがリニアガイド型アクチュエータの場合の主要部斜視図を示す。
図７を参照すれば、実施例３は支持フレーム３１０、可動フレーム３２０、中央ピボットジョイント３３０、水平アクチュエータ３４０、第１上下アクチュエータ３５０および第２上下アクチュエータ３６０で構成されて、追加的な付加構成として安着フレーム３１４、連結突部３２２の構成を含む。彼らは実施例１で説明したことに準ずるので以下、説明を省略する。
図７を参照すれば、可動フレーム３２０の連結突部３２２と支持フレーム３１０の間には水平アクチュエータ３４０が連結される。水平アクチュエータ３４０はリンク型アクチュエータとして水平メインリンク３４３、第２水平エンドジョイント３４２、水平出力リンク３４４、ギヤボックス３４５およびモータ３４７を含む。
【００３９】
リンク型アクチュエータとはアクチュエータの両端部の間の距離変化が相対的に回転可能なように連結された２個のリンクの相対回転運動によって、なるアクチュエータをいう。つまり、水平メインリンク３４３と水平出力リンク３４４の相対回転によって、アクチュエータの両端部の間の距離が変化されるアクチュエータはリンク型アクチュエータの例である。
図７を参照すれば、水平アクチュエータ３４０は可動フレーム３２０が中央ピボットジョイント３３０を利用して、支持フレーム３１０に対して回転運動可能なように連結され、第１水平エンドジョイント３４１と第２水平エンドジョイント３４２を有する。前記水平アクチュエータ３４０は可動フレーム３２０に水平方向成分を含む力を加えて、可動フレーム３２０が中央ピボットジョイント３３０を媒介として３自由度運動が可能になるようにするためであるから、可動フレーム３２０が水平状態の場合、メインリンク３４３は水平面と鋭角になるように設置されるのが望ましい。
【００４０】
図７を参照すれば、第１水平エンドジョイント３４１は可動フレーム１２０が回転することによって可動フレーム３２０と水平メインリンク３４３が相対回転可能なように、可動フレーム３２０と水平メインリンク３４３の一側端を連結して、第２水平エンドジョイント１４２は可動フレーム３２０が回転することによって水平メインリンク３４３と水平出力リンク３４４が相対回転可能なように、水平メインリンク３４３の他側端と水平出力リンク３４４の一側端を連結する。ここで、前記水平出力リンク３４４はその他側端がギヤボックス３４５に連結することによって回転するようになりながら、前記ギヤボックス３４５はモータ３４７に連結される。
【００４１】
前記第１水平エンドジョイント３４１および第２水平エンドジョイント３４２は一般にボール-ソケットジョイントが幅広く使用されるがその他にこれに結合される結合体を相対的に３自由度回転運動可能にするいかなるジョイントも使用することができる。
【００４２】
図７を参照すれば、第１上下アクチュエータ３５０および第２上下アクチュエータ３６０はリンク型アクチュエータとして上下メインリンク３５３、３６３、上下出力リンク３５４、３６４、ギヤボックス３５５、３６５およびモータ３５７、３６７を含めて、可動フレーム３２０と支持フレーム３１０の間に第１上下エンドジョイント３５１、３６１および第２エンドピボットジョイント３５２、３６２を介在して、連結し、中央ピボットジョイント３３０と一緒に可動フレーム３２０を支持するようになる。前記上下出力リンク３５４はその他側端がギヤボックス３５５に連結することによって回転するようになりながら、前記ギヤボックス３５５はモータ３５７に連結される。
【００４３】
図７を参照すれば、一つの第１上下エンドジョイント３５１は可動フレーム３２０が回転することによって可動フレーム３２０と上下メインリンク３５３が相対回転可能なように可動フレーム３２０と上下メインリンク３５３の一側端を連結して、一つの第２上下エンドジョイント３５２は可動フレーム３２０が回転することによって上下メインリンク３５３と上下出力リンク３５４が相対回転可能なように、上下メインリンク３５３の他側端と上下出力リンク３５４の一側端を連結する。
【００４４】
図７を参照すれば、第１上下アクチュエータ３５０は可動フレーム３２０に垂直方向成分を含む力を加えて、中央ピボットジョイント３３０と一緒に可動フレーム３２０を支持すると同時に可動フレーム３２０が傾斜運動をするようにするためであるから、可動フレーム３２０が水平状態の場合、上下メインリンク３５３は垂直面と鋭角になるように設置されるのが望ましい。
第１上下エンドジョイント３５１に幅広く用いることができるエンドジョイントはボール-ソケットジョイントであるが、その他にこれに結合される結合体を相対的に３自由度回転運動を可能にするいかなるジョイントも使用することができる。
【００４５】
図７を参照すれば、第２上下アクチュエータ３６０を構成する上下メインリンク３６３、第２水平ピボットジョイント３６２、上下出力リンク３６４、ギヤボックス３６５およびモータ３６７は前記第１上下アクチュエータ３５０で説明したことに準ずるので以下、説明を省略する。
【００４６】
前記実施例３の場合、水平メインリンク３４３両側端には第１水平エンドジョイント３４１および第２水平エンドジョイント３４２が備えられ、上下メインリンク３５３、３６３の両側端には第１上下エンドジョイント３４１、３５１、３６１および第２上下エンドジョイント３４２、３５２、３６２が備わるので、可動フレーム３２０は中央ピボットジョイント３３０を媒介として直線運動と回転運動を含む３自由度運動が可能になる。
【００４７】
実施例３の場合、水平アクチュエータ３４０、第１上下アクチュエータ３５０および第２上下アクチュエータ３６０はリンク型アクチュエータであるとしたが、他の実施例の場合、これらの中のある一つまたは二つは後述する直線型アクチュエータまたはその他のアクチュエータでありうる。例えば、図８に示されているように水平アクチュエータ４４０はリニアガイド型アクチュエータでありうる。この時に、水平メインリンク４４３の両側端には第１水平エンドジョイント４４１および第２水平エンドジョイント４４２が連結される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は従来構成の斜視図である。
【図２】図２は実施例１の概略的斜視図である。
【図３】図３は図２の右側面図である。
【図４】図４は実施例２の概略的斜視図である。
【図５（ａ）】図５（ａ）は実施例２の第１上下リンクおよび第２上下リンクの設置角度を異なりにした場合の作動図である。
【図５（ｂ）】図５（ｂ）は実施例２の第１上下リンクおよび第２上下リンクの設置角度を異なりにした場合の作動図である。
【図６（ａ）】図６（ａ）は実施例２の第１上下リンクおよび第２上下リンクの設置角度を異なりにした場合の作動図である。
【図６（ｂ）】図６（ｂ）は実施例２の第１上下リンクおよび第２上下リンクの設置角度を異なりにした場合の作動図である。
【図７】図７は実施例３の概略的斜視図である。
【図８】図８は実施例３の水平アクチュエータがリニアガイド型エクチュイトイン場合の主要部斜視図である。
【図９】図９は図２の中央ピボットジョイントの重力方向垂直軸を前方方向に含む仮想平面を示した斜視図である。
【符号の説明】
【００４９】
１１０:支持フレーム １１２:連結突部 １１４:安着フレーム １２０:可動フレーム １２２:連結突部 １２４:連結板 １２６:連結板 １３０:中央ピボットジョイント １４０:水平アクチュエータ １４１:第１水平エンドジョイント １４２:第２水平エンドジョイント １４４:ロッド（ｒｏｄ）１４６:シリンダー １５０:第１上下アクチュエータ １５１:第１上下エンドジョイント １５２:第２上下エンドジョイント １６０:第２上下アクチュエータ １６１:第１上下エンドジョイント １６２:第２上下エンドジョイント２１０:支持フレーム ２１２:連結突部 ２１４:安着フレーム ２２０:可動フレーム ２２２:連結突部 ２２４:連結板 ２２６:連結板
２３０:中央ピボットジョイント ２４０:水平アクチュエータ ２４１:第１水平エンドジョイント ２４２:第２水平エンドジョイント ２４４:ロッド（ｒｏｄ） ２４６:シリンダー ２５０:第１上下リンク ２５１:第１上下エンドジョイント ２５２:第２上下エンドジョイント ２６０:第２上下リンク ２６１:第１上下エンドジョイント ２６２:第２上下エンドジョイント ３１０:支持フレーム ３２０:可動フレーム ３２２:連結突部 ３３０:中央ピボットジョイント ３４０:水平アクチュエータ ３４１:第１水平エンドジョイント ３４２:第２水平エンドジョイント ３４３:水平メインリンク ３４４:水平出力リンク ３４５:ギヤボックス ３４７:モータ ３５０:第１上下アクチュエータ ３５１:第１上下エンドジョイント ３５２:第２上下エンドジョイント ３５３:上下メインリンク ３５４:上下出力リンク ３５５:ギヤボックス ３５７:モータ ３６０:第２上下アクチュエータ ３６１:第１上下エンドジョイント ３６２:第２上下エンドジョイント ３６３:上下メインリンク ３６４:上下出力リンク ３６５:ギヤボックス ３６７:モータ ４４１:第１水平エンドジョイント ４４２:第２水平エンドジョイント ４４３:水平メインリンク
【技術分野】
【０００１】
本発明は体感型運動シミュレーター用運動板（MOTION BASE FOR VIRTUAL REALITY MOTION SIMULATOR）に関するものであって、より詳しくは使用者が着席する可動フレームがピボットジョイントを中心に３自由度回転運動が可能なように水平アクチュエータ、第１上下アクチュエータおよび第２上下アクチュエータを含む体感型運動シミュレーター用運動板に関するものである。
【０００２】
本発明のまた他の側面として、本発明は前記第１、２垂直アクチュエータを棒またバー形状の剛体（rigidbody）であるリンクに変えて、１自由度運動だけが可能にした体感型運動シミュレーター用運動板に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
一般に体感型運動シミュレーターは制限された空間で搭乗者を動かして、搭乗者が自動車や飛行機などを乗った時感じるような運動感と類似の運動感を感じさせる装置である。このようなシミュレーターは最近、ゲーム、各種テストや運転訓練、進んで軍事目的用の航空機操縦模写に至るまで多様な分野に使用されている。
【０００４】
最も一般に使用される体感型運動シミュレーターは６自由度運動が可能で、スチュワートプラットホーム（STEWART PLATFORM）で呼ばれる航空機操縦士訓練用装置がある。しかし前記スチュワートプラットホームは油圧モーションベースを基本でしながら自由度が高くて、装置構造が複雑で製作費用の高い短所がある。またこのようなシミュレーターは色々な人が利用する大型装備用で主に利用されて、相対的に少ない人が使用しながらゲームのように人体の動きでスリルと面白みを感じるように繊細に制御される運動の躍動性を実現することには限界があった。
【０００５】
一方、従来３自由度運動が可能な運動システム装置であって複数の水平形アクチュエータと多数の強性体リンクを採用して、並列機構構造を有する運動システム装置が韓国登録実用新案第２８７２４２号（２００２.８.１４登録）に 開示されたことがある。前記運動システム装置は図１のように、上部支持板４０を６個の強性体リンク３０を利用して、並列構造に支持して前記強性体リンク３０と上部支持板４０は上部連結ジョイントによって、連結される。そして下部支持板１０に水平に設けられた水平形アクチュエータ２０は下部支持板１０上で隣接したアクチュエータと約１２０度間隔の三角形構造に設置されて、３方向で往復しながら力を提供するように構成されることである。
【０００６】
ところで前記のような従来技術は水平形アクチュエータだけを採用して、上下運動と傾斜運動中心の３自由度運動だけを実現していて上下傾斜運動と回転運動が皆作用する躍動的な運動を表現することに制約があった。特に自動車運転シミュレーターで重要視されるＹＡＷ回転（重力方向の軸を中心に回転する運動）が不可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は自由度を３またはそれ以下に減らしてその構造が簡単で製作費用が安価であり、運動感を大きく感じられる体感型運動シミュレーター用運動板を提供することである
【０００８】
より具体的に本発明は中央ピボットジョイントを中心に３自由度回転運動が皆具現されて、みて実感できる躍動性を起こして、利用者によりスリルあふれる運動感を感じるようにする体感型運動シミュレーター用運動板を提供することを課題にしている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記のような技術的課題を解決するために案出された本発明は、下側に備わる支持フレームと、前記支持フレーム上側に離隔して設けられる可動フレームと、前記可動フレームと前記支持フレームを連結支持する中央ピボットジョイントと、前記可動フレームが前記中央ピボットジョイントを中心に回転運動可能なように前記可動フレームと前記支持フレームの間に設置されて、中央ピボットジョイントの重力方向垂直軸を中心にする回転運動を作ってくれることができる水平アクチュエータと、前記固定フレームと可動フレームの間に設置され、前記中央ピボットジョイントの重力方向垂直軸を含む仮想平面を間において左側および右側に対称で設置され、前記固定フレームと可動フレームとの設置点などをすぎていく仮想の面が中央ピボットジョイントと一定距離が 離隔されている第１および第２上下連結支持手段を含む体感型シミュレーター用運動板であることを特徴とする。
【００１０】
ここで前記第１および第２上下連結支持手段は前記仮想平面に対して左右対称になるように設けられるのが好ましく、前記第１および第２上下連結支持手段は前記支持フレームに連結する地点から前記可動フレームに連結する地点までの距離を選択的に変化させられるアクチュエータであることを特徴とする。
そして前記第１および第２上下連結支持手段は前記支持フレームに連結する地点から前記可動フレームに連結する地点までの距離を固定させたリンクに代替される可能性があることを特徴とする。ここで前記リンクは棒またバー形状の剛体であることを特徴とする。
【００１１】
そして前記水平アクチュエータ、そして第１および第２上下アクチュエータは直線型アクチュエータを採用することもできることを特徴とする。
ここで、前記水平アクチュエータ、そして第１および第２上下連結支持手段は直線型アクチュエータであることを特徴とし、前記第１および第２上下連結支持手段は前記中央ピボットジョイントの軸を含む仮想の平面を間において並列に設けられる。
【００１２】
一方、前記第１および第２上下連結支持手段は前記可動フレームに設けられる地点間の距離と前記支持フレームに設けられる地点間の距離が互いに異なるように設置することもできる。
【００１３】
そして前記第１および第２上下アクチュエータはその両断が前記可動フレームおよび支持フレームにそれぞれ３自由度回転が可能な第１および第２上下エンドジョイントを介在して、連結され、前記水平アクチュエータはその両断が前記可動フレームおよび支持フレームにそれぞれ３自由度回転が可能な第１および第２水平エンドジョイントを介在して連結するのを特徴とする。
一方、前記水平アクチュエータ、そして第１および第２上下アクチュエータは電気式リンク型アクチュエータを使用することもできる。この時に、前記電気式リンク型アクチュエータは前記可動フレームに連結するメインリンクと前記支持フレームに設けられたモータに連結する出力リンクを具備し、前記出力リンクは前記メインリンクと連結して、モータの回転力を直線運動で変換して、前記メインリンクに伝達するのを特徴とし、前記可動フレームおよびメインリンク、そして前記メインリンクおよび出力リンクはそれぞれ３自由度回転が可能な第１エンドジョイントおよび第２エンドジョイントを介在して連結するのを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は水平アクチュエータ、第１および第２上下アクチュエータを採用して、中央ピボットジョイントを中心に３自由度回転運動が可能になるようにして前記第１および第２上下アクチュエータが設けられる支持フレームおよび可動フレームの設置地点間の距離を選択的に変化させることによって可動フレームの流動特性および範囲を変化させて、可動フレームに搭乗した使用者の運動感をもっと実感できるように実現できる長所がある。
【００１５】
また、本発明は３個のアクチュエータを使うのでその構造が簡単で製作費用が安い長所がある。
【００１６】
また、本発明は第１および第２上下アクチュエータを長さが固定された上下リンクに変えることによって、三つの回転運動が組み合わせられた１自由度運動だけが可能な構造としてもっと簡単で製作費用が安い体感型運動シミュレーターを提供することができる。
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の一実施について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図２は実施例１の概略的斜視図を、図３は図２の右側面図を示す。
図２を参照すれば実施例１は支持フレーム１１０、可動フレーム１２０、中央ピボットジョイント１３０、水平アクチュエータ１４０、第１上下アクチュエータ１５０および第２上下アクチュエータ１６０を備えて、中央ピボットジョイント１３０を中心に３自由度回転運動が可能な構成に関するものである。
図２を参照すれば支持フレーム１１０は実施例１の残り構成要素らを支持するための支持本体である。支持フレーム１１０は外部に固定される。
図２および図３を参照すれば支持フレーム１１０の上側には安着フレーム１１４が突出形成され、前記安着フレーム１１４には中央ピボットジョイント１３０の下段部が固定連結される。
【００１９】
図２および図３を参照すれば支持フレーム１１０に固設された中央ピボットジョイント１３０はその上段部が可動フレーム１２０の背面に連結され、可動フレーム１２０の荷重の一部を支持する。前記中央ピボットジョイント１３０は可動フレーム１２０が支持フレーム１１０に対して３自由度回転運動が可能なように可動フレーム１２０と支持フレーム１１０を連結するジョイントである。中央ピボットジョイント１３０では一般にボール-ソケットジョイントが幅広く使用されるが、可動フレーム１２０が支持フレーム１１０に対して３自由度回転運動を可能にするいかなるジョイントも用いることができる。
一方、中央ピボットジョイント１３０がボール-ソケットジョイントの場合、ソケット部分が安着フレーム１１４に固定連結され、ボール部分が可動フレーム１２０背面に連結される。
【００２０】
図２および図３を参照すれば、可動フレーム１２０の背面の下側および支持フレーム１１０の上面の上側には連結突部１２２、１１２がそれぞれ突出形成される。
【００２１】
図２を参照すれば、可動フレーム１２０の連結突部１２２と支持フレーム１１０の連結突部１１２の間には水平アクチュエータ１４０が連結される。
前記水平アクチュエータ１４０は直線型アクチュエータとしてロッド１４４とシリンダー１４６を含む。直線型アクチュエータとはアクチュエータの両端部の間の距離が直線経路を通して、変化されるアクチュエータをいう。つまり、油圧または電動モータなどによって、ロッド１４４がシリンダー１４６に直線にスライディングされて引入および引出されることによってアクチュエータの両端部の間の距離が変化されるアクチュエータは直線型アクチュエータの例である。
【００２２】
図２を参照すれば水平アクチュエータ１４０は可動フレーム１２０に水平方向成分を含む力を加えて、可動フレーム１２０が中央ピボットジョイント１３０を媒介として回転運動するように作動しながら、水平方向の成分の力をより円滑に伝達するために可動フレーム１２０が水平状態の場合、水平面と鋭角をなしながら設置されるのが望ましい。
この時に、前記第１水平エンドジョイント１４１および第２水平エンドジョイント１４２は水平アクチュエータ１４０の直線運動が可動フレーム１２０の回転運動で円滑に伝えられるようにそれぞれ可動フレーム１２０の連結突部１２２と支持フレーム１１０の連結突部１１２に設置されて、前記水平アクチュエータ１４０と可動フレーム１２０または支持フレーム１１０間の３自由度回転運動が可能なように連結される。前記第１水平エンドジョイント１４１および第２水平エンドピボットジョイント１４２に幅広く用いることができるエンドジョイントはボール-ソケットジョイントであるが、その他にこれに結合される結合体を相対的に３自由度回転運動が可能にするいかなるジョイントも用いることができる。
【００２３】
図２を参照すれば、第１上下アクチュエータ１５０および第２上下アクチュエータ１６０は可動フレーム１２０に傾斜直線運動を加えるために中央ピボットジョイント１３０と適正距離を離隔してそれぞれ第１上下エンドジョイント１５１、１６１と第２上下エンドジョイント１５２、１６２を介在して、可動フレーム１２０と支持フレーム１１０に連結、設置されながら、前記中央ピボットジョイント１３０と一緒に前記可動フレーム１２０を支持するようになる。この時に可動フレーム１２０が水平状態の場合、前記第１上下アクチュエータ１５０および第２上下アクチュエータ１６０は中央ピボットジョイント１３０を通過する垂直面に対して相互対称されるように設置されることができるが、第１上下アクチュエータ１５０および第２上下アクチュエータ１６０は中央ピボットジョイント１３０を通過する垂直面に対して一定角度が傾くように設置されることもできる。
【００２４】
前記第１上下アクチュエータ１５０および第２上下アクチュエータ１６０は直線型アクチュエータであり、先に説明された水平アクチュエータ１４０と同様にロッド（ｒｏｄ）１５４、１６４およびシリンダー１５６、１６６を含む。
一方前記可動フレーム１２０には第１上下アクチュエータ１５０および第２上下アクチュエータ１６０の固定のために別途の連結板１２４、１２６が設置固定することもできるが、場合によっては前記可動フレーム１２０の構成の一部として一体に形成されることもある。
【００２５】
図２を参照すれば一つの第１上下エンドジョイント１５１は可動フレーム１２０が回転することによって可動フレーム１２０と第１上下アクチュエータ１５０が相対回転可能なように可動フレーム１２０の連結板１２４と第１上下アクチュエータ１５０の一側端を連結する。また一つの第２上下エンドジョイント１５２は可動フレーム１２０が回転することによって第１上下アクチュエータ１５０と支持フレーム１１０が相対回転可能なように第１上下アクチュエータ１５０の他側端と支持フレーム１１０を連結する。この時に前記第１上下エンドジョイント１５１、１６１および第２上下エンドジョイント１５２、１６２に幅広く用いることができるジョイントはボール-ソケットジョイントであるが、その他にこれに結合される結合体を相対的に３自由度回転運動が可能にするいかなるジョイントも使用可能である。
【００２６】
図２および図９を参照すれば可動フレーム１２０が水平状態の場合、第１上下アクチュエータ１５０および第２上下アクチュエータ１６０は前記中央ピボットジョイント１３０の中心軸を含む仮想平面（ＶＰ）を間において並列に設置されるのが望ましい。仮想平面（ＶＰ）は第２上下エンドジョイント１５２、１６２をつなぐ線分に垂直な、前記中央ピボットジョイント１３０の中心軸を含む平面である。この時に、前記第１および第２上下アクチュエータ１５０、１６０は図５および図６のように前記仮想平面（ＶＰ）に対して 一 定角度を傾斜して設置することもできる上に、前記固定フレームと可動フレームの間に設置され、前記中央ピボットジョイントの重力方向垂直軸を含む仮想平面を間において左側および右側に対称で設置され、前記固定フレームと可動フレームとの設置点などをすぎていく仮想の面が中央ピボットジョイントと一定距離が離隔されている。
【００２７】
以下、前記実施例１の作動について説明する。
図２および図３を参照して、水平アクチュエータ１４０の両側端の間の長さが変わる場合について説明する。
【００２８】
ロッド１４４とシリンダー１４６の相対直線運動によって水平アクチュエータ１４０の両側端の間の長さが長くなれば、水平アクチュエータ１４０は可動フレーム１２０に水平方向成分の力を含む力を作用させるようになる。
しかし、可動フレーム１２０は一定箇所が中央ピボットジョイント１３０に連結されているので可動フレーム１２０の直線運動ができなくて中央ピボットジョイント１３０を媒介として回転運動するようになる。
【００２９】
一方、可動フレーム１２０の回転運動は第１上下アクチュエータ１５０および第２上下アクチュエータ１６０の両側端の間の距離によって制限される。しかし、第１上下アクチュエータ１５０および第２上下アクチュエータ１６０が第１上下エンドジョイント１５１、１６１および第２上下エンドジョイント１５２、１６２を通じて、可動フレーム１２０および支持フレーム１１０に連結されているので、可動フレーム１２０はロッド１４４とシリンダー１４６の相対直線運動状態により制限された範囲内で回転運動をする。この時に、水平アクチュエータ１４０は可動フレーム１２０の回転運動状態により第１水平エンドジョイント１４１と第２水平エンドジョイント１４２を通じて、回転運動を併行するようになる。
【００３０】
図２および図３を参照して、第１および第２上下アクチュエータ１５０、１６０の両側端の間の距離が変わる場合について説明する。
ロッド１５４とシリンダー１５６の相対直線運動によって第１上下アクチュエータ１５０の両側端の間の距離が変化すれば、第１上下アクチュエータ１５０は可動フレーム１２０に垂直方向成分の力を含む力を作用させるようになる。しかし、可動フレーム１２０は一点が中央ピボットジョイント１３０に連結され、固定されているので前記可動フレーム１２０は中央ピボットジョイント１３０を中心に回転運動をする。
【００３１】
前記第１上下アクチュエータ１５０の構成および作動メカニズムは第２上下アクチュエータ１６０の場合にも同様に適用される。
従って本発明の可動フレーム１２０は前記第１および第２上下アクチュエータ１５０、１６０の直線運動による回転運動と水平アクチュエータ１４０の直線傾斜運動による回転運動を含んで、３自由度運動が可能になることである。
前記実施例１の場合、水平アクチュエータ１４０、第１および第２上下アクチュエータ１５０、１６０は直線型アクチュエータであるとしたが、他の実施例の場合これらの中のいずれか一つ以上を後述するリンク型アクチュエータまたはその他の形態のアクチュエータを適用するのも当然可能である。
【００３２】
一方、本発明は第１および第２上下アクチュエータ１５０、１６０が前記可動フレーム１２０に連結する地点間の距離と前記支持フレーム１１０に連結する地点間の距離を互いに別にすることによって前記可動フレーム１２０の作動方式を調節できて、これに対する具体的な説明は後述する実施例２で図５および図６と関連して、再び説明することにする。
【実施例２】
【００３３】
図４は実施例２の概略的斜視図を、図５および図６は実施例２の第１上下リンクおよび第２上下リンクの設置角度を異なりにした場合の作動図を示す。
図４を参照すれば実施例２は支持フレーム２１０、可動フレーム２２０、中央ピボットジョイント２３０、水平アクチュエータ２４０、第１上下リンク２５０および第２上下リンク２６０を備えており、追加的な補助構成として安着フレーム２１４、連結突部２２２、２１２、連結板２２４、２２６、水平アクチュエータ２４０、ロッド２４４、シリンダー２４６、第１水平エンドジョイント２４１、第２水平エンドジョイント２４２を含む。これらの機能および作動は上の実施例１と重複する場合は説明を省略する。
【００３４】
図４を参照すれば、第１上下リンク２５０および第２上下リンク２６０は両端間の長さが固定された棒状リンクとして、可動フレーム２２０と支持フレーム２１０の間に連結して、前記中央ピボットジョイント２３０と一緒に可動フレーム２２０を支持しながら、前記可動フレーム２２０と前記支持フレーム２１０とそれぞれ第１上下エンドジョイント２５１、２６１と第２上下エンドジョイント２５２、２６２を媒介として連結する構成を有する。
【００３５】
図４を参照すれば、一つの第１上下エンドジョイント２５１は可動フレーム２２０が回転することによって可動フレーム２２０と第１上下リンク２５０が相対回転可能なように可動フレーム２２０の連結板２２４と第１上下リンク２５０の一側端を連結しながら、一つの第２上下エンドジョイント２５２は可動フレーム２２０が回転することによって第１上下リンク２５０と支持フレーム２１０が相対回転可能なように第１上下リンク２５０の他側端と支持フレーム２１０を連結する。そして他の一つの第１上下エンドジョイント２６１は可動フレーム２２０が回転することによって可動フレーム２２０と第２上下リンク２６０が相対回転可能なように可動フレーム２２０の連結板２２６と第２上下リンク２６０の一側端を連結しながら、他の一つの第２上下エンドジョイント２６２は可動フレーム２２０が回転することによって第２上下リンク２６０と支持フレーム２１０が相対回転可能なように第２上下リンク２６０の他側端と支持フレーム２１０を連結する。この時に、前記第１上下エンドジョイント２５１、２６１および第２上下エンドジョイント２５２、２６２ではボール-ソケットジョイントが幅広く使用されるが、その以外にこれに結合される結合体に対して相対的に３自由度回転運動が可能にするいかなるジョイントも使用することができる。
【００３６】
実施例２による本発明は前記実施例１で第１および第２上下アクチュエータ１５０、１６０の代わりに第１および第２上下リンク２５０、２６０を採用する構成として実質的な作動は実施例１で第１および第２上下アクチュエータ１５０、１６０が直線運動しない場合と同一なので重複する説明は省略する。
ただし、図５および図６を参照すれば、第１および第２上下リンク２５０、２６０が前記 可動フレーム２２０に連結する地点間の距離（‘ｄ１’とする）と前記支持フレーム２１０に連結する地点間の距離（‘ｄ２’とする）が互いに異なる場合、前記可動フレーム２２０の動きは異なるように現れる。つまり、図５（ａ）のように前記第１および第２上下リンク２５０、２６０が前記可動フレーム２２０に連結する地点間の距離であるｄ１がこの前記第１および第２上下リンク２５０、２６０が前記支持フレーム２１０に連結する地点間の距離のｄ２より大きいとき（ｄ１>ｄ２である場合）には図５（ｂ）のように前記可動フレーム２２０は支持フレーム２１０に対して凸の曲面形態の軌跡に沿って動くようになって、反対の場合（ｄ１<ｄ２である場合）には図６（ｂ）のように前記可動フレーム２２０は支持フレーム２１０に対して凹の曲面形態の軌跡に沿って動くようになる。このように第１および第２上下リンク２５０、２６０と可動フレーム２２０および支持フレーム２１０間の連結構成を異にすることによって前記可動フレーム２２０の動きを多様に調節できて、搭乗者はこれによって１自由度運動であるが、三つの回転運動が組み合わせられたモーション体感ができるようになるのである。この時に前記第１および第２上下リンク２５０、２６０の代わりに実施例１で扱った第１および第２上下アクチュエータ１５０、１６０を採用して多様でダイナミックな３自由度運動を実現することもできる。
【００３７】
実施例２の場合、水平アクチュエータ２４０は直線型アクチュエータであるとしたが、他の実施例の場合、これらの中のある一つまたは二つは後述するリンク型アクチュエータまたはその他のアクチュエータに変えられる。また、中央ピボットジョイント２３０と一緒に可動フレーム２２０を支持する支持手段は第１上下リンク２５０および第２上下リンク２６０であるとしたが、他の実施例の場合、第１上下リンク２５０および第２上下リンク２６０中のいずれか一つはアクチュエータに代替することができる。代替するアクチュエータはリンク型アクチュエータまたはその他のアクチュエータであってもよい。
【実施例３】
【００３８】
図７は実施例３の概略的斜視図を、図８は実施例３の水平アクチュエータがリニアガイド型アクチュエータの場合の主要部斜視図を示す。
図７を参照すれば、実施例３は支持フレーム３１０、可動フレーム３２０、中央ピボットジョイント３３０、水平アクチュエータ３４０、第１上下アクチュエータ３５０および第２上下アクチュエータ３６０で構成されて、追加的な付加構成として安着フレーム３１４、連結突部３２２の構成を含む。彼らは実施例１で説明したことに準ずるので以下、説明を省略する。
図７を参照すれば、可動フレーム３２０の連結突部３２２と支持フレーム３１０の間には水平アクチュエータ３４０が連結される。水平アクチュエータ３４０はリンク型アクチュエータとして水平メインリンク３４３、第２水平エンドジョイント３４２、水平出力リンク３４４、ギヤボックス３４５およびモータ３４７を含む。
【００３９】
リンク型アクチュエータとはアクチュエータの両端部の間の距離変化が相対的に回転可能なように連結された２個のリンクの相対回転運動によって、なるアクチュエータをいう。つまり、水平メインリンク３４３と水平出力リンク３４４の相対回転によって、アクチュエータの両端部の間の距離が変化されるアクチュエータはリンク型アクチュエータの例である。
図７を参照すれば、水平アクチュエータ３４０は可動フレーム３２０が中央ピボットジョイント３３０を利用して、支持フレーム３１０に対して回転運動可能なように連結され、第１水平エンドジョイント３４１と第２水平エンドジョイント３４２を有する。前記水平アクチュエータ３４０は可動フレーム３２０に水平方向成分を含む力を加えて、可動フレーム３２０が中央ピボットジョイント３３０を媒介として３自由度運動が可能になるようにするためであるから、可動フレーム３２０が水平状態の場合、メインリンク３４３は水平面と鋭角になるように設置されるのが望ましい。
【００４０】
図７を参照すれば、第１水平エンドジョイント３４１は可動フレーム１２０が回転することによって可動フレーム３２０と水平メインリンク３４３が相対回転可能なように、可動フレーム３２０と水平メインリンク３４３の一側端を連結して、第２水平エンドジョイント１４２は可動フレーム３２０が回転することによって水平メインリンク３４３と水平出力リンク３４４が相対回転可能なように、水平メインリンク３４３の他側端と水平出力リンク３４４の一側端を連結する。ここで、前記水平出力リンク３４４はその他側端がギヤボックス３４５に連結することによって回転するようになりながら、前記ギヤボックス３４５はモータ３４７に連結される。
【００４１】
前記第１水平エンドジョイント３４１および第２水平エンドジョイント３４２は一般にボール-ソケットジョイントが幅広く使用されるがその他にこれに結合される結合体を相対的に３自由度回転運動可能にするいかなるジョイントも使用することができる。
【００４２】
図７を参照すれば、第１上下アクチュエータ３５０および第２上下アクチュエータ３６０はリンク型アクチュエータとして上下メインリンク３５３、３６３、上下出力リンク３５４、３６４、ギヤボックス３５５、３６５およびモータ３５７、３６７を含めて、可動フレーム３２０と支持フレーム３１０の間に第１上下エンドジョイント３５１、３６１および第２エンドピボットジョイント３５２、３６２を介在して、連結し、中央ピボットジョイント３３０と一緒に可動フレーム３２０を支持するようになる。前記上下出力リンク３５４はその他側端がギヤボックス３５５に連結することによって回転するようになりながら、前記ギヤボックス３５５はモータ３５７に連結される。
【００４３】
図７を参照すれば、一つの第１上下エンドジョイント３５１は可動フレーム３２０が回転することによって可動フレーム３２０と上下メインリンク３５３が相対回転可能なように可動フレーム３２０と上下メインリンク３５３の一側端を連結して、一つの第２上下エンドジョイント３５２は可動フレーム３２０が回転することによって上下メインリンク３５３と上下出力リンク３５４が相対回転可能なように、上下メインリンク３５３の他側端と上下出力リンク３５４の一側端を連結する。
【００４４】
図７を参照すれば、第１上下アクチュエータ３５０は可動フレーム３２０に垂直方向成分を含む力を加えて、中央ピボットジョイント３３０と一緒に可動フレーム３２０を支持すると同時に可動フレーム３２０が傾斜運動をするようにするためであるから、可動フレーム３２０が水平状態の場合、上下メインリンク３５３は垂直面と鋭角になるように設置されるのが望ましい。
第１上下エンドジョイント３５１に幅広く用いることができるエンドジョイントはボール-ソケットジョイントであるが、その他にこれに結合される結合体を相対的に３自由度回転運動を可能にするいかなるジョイントも使用することができる。
【００４５】
図７を参照すれば、第２上下アクチュエータ３６０を構成する上下メインリンク３６３、第２水平ピボットジョイント３６２、上下出力リンク３６４、ギヤボックス３６５およびモータ３６７は前記第１上下アクチュエータ３５０で説明したことに準ずるので以下、説明を省略する。
【００４６】
前記実施例３の場合、水平メインリンク３４３両側端には第１水平エンドジョイント３４１および第２水平エンドジョイント３４２が備えられ、上下メインリンク３５３、３６３の両側端には第１上下エンドジョイント３４１、３５１、３６１および第２上下エンドジョイント３４２、３５２、３６２が備わるので、可動フレーム３２０は中央ピボットジョイント３３０を媒介として直線運動と回転運動を含む３自由度運動が可能になる。
【００４７】
実施例３の場合、水平アクチュエータ３４０、第１上下アクチュエータ３５０および第２上下アクチュエータ３６０はリンク型アクチュエータであるとしたが、他の実施例の場合、これらの中のある一つまたは二つは後述する直線型アクチュエータまたはその他のアクチュエータでありうる。例えば、図８に示されているように水平アクチュエータ４４０はリニアガイド型アクチュエータでありうる。この時に、水平メインリンク４４３の両側端には第１水平エンドジョイント４４１および第２水平エンドジョイント４４２が連結される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は従来構成の斜視図である。
【図２】図２は実施例１の概略的斜視図である。
【図３】図３は図２の右側面図である。
【図４】図４は実施例２の概略的斜視図である。
【図５（ａ）】図５（ａ）は実施例２の第１上下リンクおよび第２上下リンクの設置角度を異なりにした場合の作動図である。
【図５（ｂ）】図５（ｂ）は実施例２の第１上下リンクおよび第２上下リンクの設置角度を異なりにした場合の作動図である。
【図６（ａ）】図６（ａ）は実施例２の第１上下リンクおよび第２上下リンクの設置角度を異なりにした場合の作動図である。
【図６（ｂ）】図６（ｂ）は実施例２の第１上下リンクおよび第２上下リンクの設置角度を異なりにした場合の作動図である。
【図７】図７は実施例３の概略的斜視図である。
【図８】図８は実施例３の水平アクチュエータがリニアガイド型エクチュイトイン場合の主要部斜視図である。
【図９】図９は図２の中央ピボットジョイントの重力方向垂直軸を前方方向に含む仮想平面を示した斜視図である。
【符号の説明】
【００４９】
１１０:支持フレーム １１２:連結突部 １１４:安着フレーム １２０:可動フレーム １２２:連結突部 １２４:連結板 １２６:連結板 １３０:中央ピボットジョイント １４０:水平アクチュエータ １４１:第１水平エンドジョイント １４２:第２水平エンドジョイント １４４:ロッド（ｒｏｄ）１４６:シリンダー １５０:第１上下アクチュエータ １５１:第１上下エンドジョイント １５２:第２上下エンドジョイント １６０:第２上下アクチュエータ １６１:第１上下エンドジョイント １６２:第２上下エンドジョイント２１０:支持フレーム ２１２:連結突部 ２１４:安着フレーム ２２０:可動フレーム ２２２:連結突部 ２２４:連結板 ２２６:連結板
２３０:中央ピボットジョイント ２４０:水平アクチュエータ ２４１:第１水平エンドジョイント ２４２:第２水平エンドジョイント ２４４:ロッド（ｒｏｄ） ２４６:シリンダー ２５０:第１上下リンク ２５１:第１上下エンドジョイント ２５２:第２上下エンドジョイント ２６０:第２上下リンク ２６１:第１上下エンドジョイント ２６２:第２上下エンドジョイント ３１０:支持フレーム ３２０:可動フレーム ３２２:連結突部 ３３０:中央ピボットジョイント ３４０:水平アクチュエータ ３４１:第１水平エンドジョイント ３４２:第２水平エンドジョイント ３４３:水平メインリンク ３４４:水平出力リンク ３４５:ギヤボックス ３４７:モータ ３５０:第１上下アクチュエータ ３５１:第１上下エンドジョイント ３５２:第２上下エンドジョイント ３５３:上下メインリンク ３５４:上下出力リンク ３５５:ギヤボックス ３５７:モータ ３６０:第２上下アクチュエータ ３６１:第１上下エンドジョイント ３６２:第２上下エンドジョイント ３６３:上下メインリンク ３６４:上下出力リンク ３６５:ギヤボックス ３６７:モータ ４４１:第１水平エンドジョイント ４４２:第２水平エンドジョイント ４４３:水平メインリンク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下側に備わる支持フレームと、
前記支持フレーム上側に離隔して設置される可動フレームと、前記可動フレームと前記支持フレームを連結支持する中央ピボットジョイントと、
前記可動フレームが前記中央ピボットジョイントを中心に回転運動可能なように前記可動フレームと前記支持フレームの間に設置されて、中央ピボットジョイントの重力方向垂直軸を中心とする回転運動を可能とする水平アクチュエータと、
前記固定フレームと可動フレームの間に設置され、前記中央ピボットジョイントの重力方向垂直軸を含む仮想平面を間に置いて左側および右側に対称に設置され、前記固定フレームと可動フレームとの設置点を通過する仮想の面が中央ピボットジョイントと一定距離で離隔されている第１および第２上下連結支持手段を含むことを特徴とする体感型シミュレーター（simulator）用運動板。
【請求項２】
前記第１および第２上下連結支持手段は前記支持フレームに連結する地点から前記可動フレームに連結する地点までの距離を選択的に変化させられるアクチュエータであることを特徴とする請求項１に記載の体感型運動シミュレーター用運動板。
【請求項３】
前記第１および第２上下連結支持手段は前記支持フレームに連結する地点から前記可動フレームに連結する地点までの距離を固定させたリンクであることを特徴とする請求項１に記載の体感型運動シミュレーター用運動板。
【請求項１】
下側に備わる支持フレームと、
前記支持フレーム上側に離隔して設置される可動フレームと、前記可動フレームと前記支持フレームを連結支持する中央ピボットジョイントと、
前記可動フレームが前記中央ピボットジョイントを中心に回転運動可能なように前記可動フレームと前記支持フレームの間に設置されて、中央ピボットジョイントの重力方向垂直軸を中心とする回転運動を可能とする水平アクチュエータと、
前記固定フレームと可動フレームの間に設置され、前記中央ピボットジョイントの重力方向垂直軸を含む仮想平面を間に置いて左側および右側に対称に設置され、前記固定フレームと可動フレームとの設置点を通過する仮想の面が中央ピボットジョイントと一定距離で離隔されている第１および第２上下連結支持手段を含むことを特徴とする体感型シミュレーター（simulator）用運動板。
【請求項２】
前記第１および第２上下連結支持手段は前記支持フレームに連結する地点から前記可動フレームに連結する地点までの距離を選択的に変化させられるアクチュエータであることを特徴とする請求項１に記載の体感型運動シミュレーター用運動板。
【請求項３】
前記第１および第２上下連結支持手段は前記支持フレームに連結する地点から前記可動フレームに連結する地点までの距離を固定させたリンクであることを特徴とする請求項１に記載の体感型運動シミュレーター用運動板。
【図９】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５（ａ）】
【図５（ｂ）】
【図６（ａ）】
【図６（ｂ）】
【図７】
【図８】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５（ａ）】
【図５（ｂ）】
【図６（ａ）】
【図６（ｂ）】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１１６２９４（Ｐ２００９−１１６２９４Ａ）
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１３９０（Ｐ２００８−２１３９０）
【出願日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【出願人】（５０８０３３７４２）
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【出願人】（５０８０３３７４２）
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