KR101176414B1 - 4자유도 구동장치 및 이를 이용한 4자유도 시뮬레이터 운동 장치 - Google Patents

4자유도 구동장치 및 이를 이용한 4자유도 시뮬레이터 운동 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 4자유도 구동장치 및 이를 이용한 4자유도 시뮬레이터 운동 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 상ㆍ하 이격되어 배치되는 지지프레임 및 가동프레임 사이에 연결되는 액추에이터인 제1 내지 제4연결수단을 포함하는 4자유도 구동장치에 있어서, 상기 제1연결수단 및 제2연결수단이 "∧"자 형태를 이루도록 배치되고, 상기 제3연결수단 및 제4연결수단이 "∨"자 형태를 이루도록 배치됨으로써, 간단한 배치구조와 동일한 구조의 4자유도 구동장치를 갖는 동시에, 적합한 4자유도 운동제한장치를 갖추었거나, 별도의 운동제한장치 없이 상기 제1 내지 제4연결수단의 양단에 설치되어 상기 가동프레임 또는 지지프레임과 연결되는 연결조인트 중 상기 제1연결수단 및 제2연결수단의 일측에 설치된 연결조인트나, 상기 제3연결수단 및 제4연결수단의 일측에 설치된 연결조인트가 1축 조인트이며, 나머지 연결조인트가 2축 조인트로 구성될 경우, 1개의 가동프레임으로 롤(Roll), 히브(Heave), 피치(Pitch), 스웨이(Sway)방향의 4자유도를 구현할 수 있어 생산비용이 저렴하고 지나친 무게증가를 방지할 수 있는 4자유도 구동장치 및 이를 이용한 4자유도 시뮬레이터 운동 장치에 관한 것이다.

Description

4자유도 구동장치 및 이를 이용한 4자유도 시뮬레이터 운동 장치{4 Degrees of Freedom Actuation System and Simulator Motion Platform Utilizing the Actuation System}
본 발명은 4자유도 구동장치 및 이를 이용한 4자유도 시뮬레이터 운동 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 상ㆍ하 이격되어 배치되는 지지프레임 및 가동프레임 사이에 연결되는 액추에이터인 제1 내지 제4연결수단을 포함하는 4자유도 구동장치에 있어서, 상기 제1연결수단 및 제2연결수단이 "∧"자 형태를 이루도록 배치되고, 상기 제3연결수단 및 제4연결수단이 "∨"자 형태를 이루도록 배치됨으로써, 간단한 배치구조와 동일한 구조의 4자유도 구동장치를 갖는 동시에, 적합한 4자유도 운동제한장치를 갖추었거나, 별도의 운동제한장치 없이 상기 제1 내지 제4연결수단의 양단에 설치되어 상기 가동프레임 또는 지지프레임과 연결되는 연결조인트 중 상기 제1연결수단 및 제2연결수단의 일측에 설치된 연결조인트나, 상기 제3연결수단 및 제4연결수단의 일측에 설치된 연결조인트가 1축 조인트이며, 나머지 연결조인트가 2축 조인트로 구성될 경우, 1개의 가동프레임으로 롤(Roll), 히브(Heave), 피치(Pitch), 스웨이(Sway)방향의 4자유도를 구현할 수 있어 생산비용이 저렴하고 지나친 무게증가를 방지할 수 있는 4자유도 구동장치 및 이를 이용한 4자유도 시뮬레이터 운동 장치에 관한 것이다.
일반적으로 체감형 운동 시뮬레이터(simulator)는 제한된 공간에서 탑승자를 움직여 탑승자가 자동차나 비행기 등을 탔을 때 느끼게 되는 운동감과 유사한 운동감을 느끼게 해주는 장치이다.
이와 같은 시뮬레이터는 최근 들어 게임, 각종 테스트나 운전 훈련, 나아가 군사목적용의 항공기 조종모사에 이르기까지 다양한 분야에 사용되고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 가장 일반적으로 사용되는 체감형 운동 시뮬레이터(simulator)는 6자유도 운동이 가능하며 스튜어트 플랫폼(STEWART PLATFORM)으로 불리는 항공기 조종사 훈련용 장치가 있다.
그러나 상기 스튜어트 플랫폼(STEWART PLATFORM)과 같은 6자유도 운동판은 3자유도, 4자유도 운동만 필요로 하는 대상에 6개의 동력장치가 필수적으로 구성되므로 크기의 축소 제한과 제작비용이 높은 단점이 있다.
따라서 제작비용 절약을 위해 3자유도 및 4자유도와 같이 6자유도 보다 적은 자유도를 가진 운동장치가 사용되기도 한다. 이렇게 6자유도보다 적은 자유도를 갖는 운동 장치는 원하는 자유도들의 운동은 가능하게 하면서 원치 않는 자유도들의 운동을 제한하는 운동제한 장치가 필요하며, 동시에 원하는 자유도들의 운동을 구동시켜 줄 수 있는 구동장치를 필요로 한다. 예를 들어, 피치(pitch), 롤(roll), 히브(heave), 및 스웨이(sway) 운동이 가능한 4자유도 시뮬레이터 운동 장치는 이 4가지 운동은 가능하면서 서지(surge) 및 요(yaw) 운동은 불가능하게 하는 운동제한장치가 필요하며, 동시에 피치(pitch), 롤(roll), 히브(heave), 및 스웨이(sway) 운동을 구동 시킬 수 있는 구동장치도 필요하다.
일반적으로 4자유도 시뮬레이터 운동 장치는 운동 제한장치 및 구동장치를 실현하는데 있어 복잡하고 어렵다는 단점이 있어 3자유도, 그리고 2자유도 운동 장치가 더 많이 사용되는 편이다.
그러나 4자유도 시뮬레이터 운동 장치는 운동 제한장치를 실현하는데 있어 복잡하고 어렵다는 단점이 있어 3자유도, 그리고 2자유도 운동 장치가 더 많이 사용되는 편이다.
종래 3 자유도 운동이 가능한 운동시스템 장치로서 복수개의 수평형 액추에이터와 다수의 강성체 링크를 채용하여 병렬기구 구조를 갖는 운동시스템 장치가 등록실용신안 제287242호(2002. 8. 14 등록)로 개시된 바 있다.
그런데 위와 같은 종래 기술은 4자유도에 비해 구현이 간단한 편이지만, 3 자유도 운동만을 구현하고 있어 역동적인 운동을 표현하는데 제약이 있었다.
그러나 기존의 4자유도 운동 장치는 피치(pitch), 롤(roll), 및 히브(heave)가 가능한 3자유도 운동장치의 구동판 위에 직선왕복운동을 하는 또 하나의 구동판을 선형 베어링과 같은 부품을 장착하여 만드는데, 이런 방법은 구동판이 2개가 필요하므로 3자유도 4자유도 구동장치 연결구성품의 용량 증가, 생산원가의 증가 및 무게 증가를 불러오는 단점이 있다,
국내등록실용 제0287242호(등록일 : 2002.08.14, 명칭 : 병렬기구 구조 3자유도 운동 시스템 장치)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 상ㆍ하 이격되어 배치되는 지지프레임 및 가동프레임 사이에 연결되는 액추에이터인 제1 내지 제4연결수단을 포함하는 4자유도 구동장치에 있어서, 상기 제1연결수단 및 제2연결수단이 "∧"자 형태를 이루도록 배치되고, 상기 제3연결수단 및 제4연결수단이 "∨"자 형태를 이루도록 배치됨으로써, 간단한 배치구조와 동일한 구조의 4자유도 구동장치를 갖는 동시에, 적합한 4자유도 운동제한장치를 갖추었거나, 별도의 운동제한장치 없이 상기 제1 내지 제4연결수단의 양단에 설치되어 상기 가동프레임 또는 지지프레임과 연결되는 연결조인트 중 상기 제1연결수단 및 제2연결수단의 일측에 설치된 연결조인트나, 상기 제3연결수단 및 제4연결수단의 일측에 설치된 연결조인트가 1축 조인트이며, 나머지 연결조인트가 2축 조인트로 구성될 경우, 1개의 가동프레임으로 롤(Roll), 히브(Heave), 피치(Pitch), 스웨이(Sway)방향의 4자유도를 구현할 수 있어 생산비용이 저렴하고 지나친 무게증가를 방지할 수 있는 4자유도 구동장치 및 이를 이용한 4자유도 시뮬레이터 운동 장치에 관한 것이다.
본 발명의 4자유도 구동장치는 하측에 구비되는 지지프레임(100); 상기 지지프레임(100) 상측에 이격되어 설치되는 가동프레임(200); 상기 지지프레임(100) 및 가동프레임(200) 사이에 연결되어 상기 가동프레임(200)을 지지하며, 각각의 지지프레임 연결점과 가동프레임 연결점 사이의 길이가 가변되는 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340); 를 포함하며, 상기 제1연결수단(310) 및 제2연결수단(320)과, 상기 제3연결수단(330) 및 제4연결수단(340)은 쌍을 지어 배열되고, 상기 제1연결수단(310) 및 제2연결수단(320)은 상기 지지프레임(100)에 고정된 일측 단부사이의 거리가 상기 가동프레임(200)에 고정된 타측 단부사이의 거리보다 길게 설치되어 "∧"자 형태를 이루며, 상기 제3연결수단(330) 및 제4연결수단(340)은 상기 지지프레임(100)에 고정된 일측 단부사이의 거리가 상기 가동프레임(200)에 고정된 타측 단부사이의 거리보다 짧게 설치되어"∨"자 형태를 이룬다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)은 유압 실린더, 공압 실린더, 잭 형 액추에이터, 링크형 액추에이터 또는 전기식 선형 액추에이터 중 어느 하나이거나, 두 가지 이상의 혼합되어 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)은 상기 지지프레임(100) 상측에 설치되는 감속기어(510); 상기 감속기어(510)에 연결된 모터(520); 상기 감속기어(510)의 출력축에 직각으로 연결된 1차 링크(530); 및 상기 1차 링크(530)에 제1조인트(550)로 연결되며, 상기 가동프레임(200)과 제2조인트(560)로 연결되는 2차 링크(540); 를 포함하는 감속기 연결링크 방식일 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 4자유도 구동장치는 상기 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)의 양단에 설치되어 상기 가동프레임(200) 또는 지지프레임(100)과 연결되는 연결조인트(350) 중 상기 제1 및 제2연결수단(310, 320)의 일측 단부 또는 상기 제3 및 제4연결수단(330, 340)의 일측 단부에 연결된 두 개의 연결조인트(350)가 1축 조인트이며, 나머지 연결조인트(350)가 2축 조인트일 수 있다.
본 발명의 4자유도 구동장치 및 이를 이용한 4자유도 시뮬레이터 운동 장치는 상ㆍ하 이격되어 배치되는 지지프레임 및 가동프레임 사이에 연결되는 액추에이터인 제1 내지 제4연결수단을 포함하는 4자유도 구동장치에 있어서, 상기 제1연결수단 및 제2연결수단이 "∧"자 형태를 이루도록 배치되고, 상기 제3연결수단 및 제4연결수단이 "∨"자 형태를 이루도록 배치됨으로써, 간단한 배치구조와 동일한 구조의 4자유도 구동장치를 갖는 동시에, 적합한 4자유도 운동제한장치를 갖추었거나, 별도의 운동제한장치 없이 상기 제1 내지 제4연결수단의 양단에 설치되어 상기 가동프레임 또는 지지프레임과 연결되는 연결조인트 중 상기 제1연결수단 및 제2연결수단의 일측에 설치된 연결조인트나, 상기 제3연결수단 및 제4연결수단의 일측에 설치된 연결조인트가 1축 조인트이며, 나머지 연결조인트가 2축 조인트로 구성될 경우, 1개의 가동프레임으로 롤(Roll), 히브(Heave), 피치(Pitch), 스웨이(Sway)방향의 4자유도를 구현할 수 있어 생산비용이 저렴하고 지나친 무게증가를 방지할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 4자유도 구동장치 및 이를 이용한 4자유도 시뮬레이터 운동 장치는 롤(Roll), 히브(Heave), 피치(Pitch) 방향뿐만 아니라 스웨이(Sway) 방향의 움직임이 가능하므로 보다 역동적이고 현실성 있는 움직임을 구현할 수 있는 장점이 있다.
또, 본 발명의 4자유도 시뮬레이터 운동 장치는 동일한 구조인 4개의 액추에이터를 사용함으로써, 그 구조가 간단하고 제작비용이 저렴하다는 장점이 있다.
도 1은 종래 구성의 사시도.
도 2 내지 4는 본 발명에 따른 4자유도 구동장치를 이용한 4자유도 시뮬레이터 운동 장치를 나타낸 정면도, 평면도, 측면도.
도 5는 본 발명에 따른 4자유도 시뮬레이터 운동 장치의 일실시예에 포함되는 운동제한장치의 사시도.
도 6 내지 8은 본 발명의 4자유도 시뮬레이터 운동 장치에 포함되는 4자유도 구동장치의 사시도, 정면도, 배면도.
도 9는 본 발명의 4자유도 구동장치에 포함되는 액추에이터의 일실시예.
도 10 내지 13은 본 발명에 따른 4자유도 시뮬레이터 운동 장치의 일실시예에 포함되는 운동제한장치의 다양한 실시예를 나타낸 사시도.
도 14는 본 발명에 따른 4자유도 구동장치의 또 다른 실시예.
이하, 상술한 바와 같은 본 발명의 4자유도 구동장치 및 이를 이용한 4자유도 시뮬레이터 운동 장치를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 2 내지 4는 본 발명에 따른 4자유도 구동장치를 이용한 4자유도 시뮬레이터 운동 장치를 나타낸 정면도, 평면도, 측면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 4자유도 시뮬레이터 운동 장치의 일실시예에 포함되는 운동제한장치의 사시도이며, 도 6 내지 8은 본 발명의 4자유도 시뮬레이터 운동 장치에 포함되는 4자유도 구동장치의 사시도, 정면도, 배면도이고, 도 9는 본 발명의 4자유도 구동장치에 포함되는 액추에이터의 일실시예이며, 도 10 내지 13은 본 발명에 따른 4자유도 시뮬레이터 운동 장치의 일실시예에 포함되는 운동제한장치의 다양한 실시예를 나타낸 사시도이고, 도 14는 본 발명에 따른 4자유도 구동장치의 또 다른 실시예이다.
본 발명의 4자유도 구동장치(300)는 지지프레임(100) 및 가동프레임(200) 사이에 연결되어 상기 가동프레임(200)을 지지하며, 길이가 선택적으로 가변되는 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)을 포함하여 형성된다.
상기 지지프레임(100)은 하측에 구비되며, 상기 가동프레임(200)은 상기 지지프레임(100) 상측에 이격되어 설치되는 것으로, 일반적인 시뮬레이터 운동 장치에서 상부에 좌석이 설치되어 탑승객이 착석되는 공간을 형성한다.
즉, 상기 가동프레임(200)은 나머지 구성에 의해 다양한 방향으로의 움직임이 가능하다.
상기 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)은 상기 지지프레임(100) 및 가동프레임(200)의 4지점에서 연결되어 설치된다.
이 때, 상기 제1연결수단(310) 및 제2연결수단(320)과, 상기 제3연결수단(330) 및 제4연결수단(340)은 쌍을 지어 배열되고, 상기 제1연결수단(310) 및 제2연결수단(320)은 상기 지지프레임(100)에 고정된 일측 단부사이의 거리가 상기 가동프레임(200)에 고정된 타측 단부사이의 거리보다 길게 설치되어 "∧"자 형태를 이루며, 상기 제3연결수단(330) 및 제4연결수단(340)은 상기 지지프레임(100)에 고정된 일측 단부사이의 거리가 상기 가동프레임(200)에 고정된 타측 단부사이의 거리보다 짧게 설치되어"∨"자 형태를 이루게 된다.
또한, 본 발명의 4자유도 구동장치(300)는 상기 지지프레임(100) 또는 가동프레임(200)과 연결되는 상기 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)의 양측 단부가 연결조인트(350)에 의해 연결되며, 상기 연결조인트(350)는 상기 가동프레임(200)이 4자유도를 움직이는데 제약을 주지 않는 2축 또는 3축 자유도를 갖는 조인트 일 수 있다.
상기 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)은 유압 실린더, 공압 실린더, 잭 형, 링크형 또는 전기식 선형 액추에이터 중 어느 하나일 수 있으며, 이 외에도 상기 지지프레임(100) 및 가동프레임(200) 사이의 거리를 변화시켜 줄 수 있는 어떠한 형태의 액추에이터라도 사용될 수 있다.
일반적으로 유압 실린더, 공압 실린더 및 전기식 선형 액추에이터는 피스톤과 실린더 사이의 비틀림을 허용하는데, 이런 경우, 상기 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)의 양단에 설치되는 연결조인트(350)는 유니버설 조인트와 같이 2축 조인트 또는 짐벌(gimbal)형 조인트가 사용될 수 있다.
액추에이터가 비틀림을 허용하지 않을 경우, 본 발명의 4자유도 구동장치(300)는 상기 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)의 양단에 설치되는 연결조인트(350) 중 어느 하나는 볼 소켓 조인트와 같이 비틀림이 허용될 수 있는 베어링 시스템이 사용되어야 한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)은 감속기 연결링크 방식일 경우 상기 지지프레임(100) 상측에 설치되는 감속기어(510); 상기 감속기어(510)에 연결된 모터(520); 상기 감속기어(510)의 출력축에 연결된 1차 링크(530); 및 상기 1차 링크(530)에 제1조인트로 연결되며, 상기 가동프레임(200)과 제2조인트(560)로 연결되는 2차 링크(540); 를 포함하여 형성될 수 있다.
이 때, 상기 제1조인트 및 제2조인트(560)가 3축의 자유도를 갖는 조인트인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 4자유도 구동장치를 이용한 4자유도 시뮬레이터 운동 장치는 운동제한장치(400)를 포함하여 구현할 수 있다.
상기 운동제한장치(400)는 상기 지지프레임(100) 및 가동프레임(200) 사이에 연결되며, 상기 지지프레임(100) 또는 상기 가동프레임(200)의 일정영역에 설치되어 요(Yaw), 및 써지(Surge)방향으로의 움직임을 제한한다.
도 2 내지 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 4자유도 시뮬레이터 운동 장치(1)는 상기 제1연결수단(310) 및 제2연결수단(320)과, 상기 제3연결수단(330) 및 제4연결수단(340)이 쌍을 지어 배열되되, 상기 운동제한장치(400)로부터 x축 방향으로 일정거리 이격되어 배열된다.
이에 따라 본 발명의 4자유도 시뮬레이터 운동 장치(1)는 4개의 동일한 액추에이터를 이용해서 운동을 구현 할 수 있는 장점을 갖는다.
상기 운동제한장치(400)는 하측에 구비되는 지지프레임(100); 상기 지지프레임(100) 상측에 이격되어 설치되는 가동프레임(200); 상기 지지프레임(100) 및 가동프레임(200) 사이에 좌ㆍ우 방향으로 경사진 형태로 연결되며, 일측 단부가 베이스피봇(460)에 의해 상기 지지프레임(100) 상측면에 설치되며, x축 방향의 회전축을 중심으로 회전운동 가능한 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420); 슬라이딩수단 피봇(470)에 의해 상기 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420)의 타측 단부에 연결되는 슬라이딩수단(430); 및 상기 슬라이딩수단(430)이 y축으로 슬라이딩 이동되도록 안내하며, 양측 단부가 지지프레임(100) 상측면 또는 상기 가동프레임(200)의 하측면에 설치되는 고정수단(450)에 고정되는 슬라이딩안내부(440); 을 포함하여 형성될 수 있다.
도 5, 도 10 내지 13에 도시된 바와 같이, 상기 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420)는 상기 슬라이딩안내부(440)를 중심으로 "∧"자 또는 "∨" 형태로 형성될 수 있다.
이 때, 상기 운동제한장치(400)는 상기 슬라이딩수단(430)이 Y축 방향으로 내부가 관통되는 부싱축 삽입홀(431)을 포함하는 부싱이며, 상기 슬라이딩안내부(440)가 봉 또는 바(bar) 형태로, 상기 부싱축 삽입홀(431)에 삽입되는 부싱축일 수 있다.
(후술되는 설명에서는, 슬라이딩수단이 부싱이며, 슬라이딩수단 피봇이 부싱피봇이고, 슬라이딩안내부가 부싱축인 실시예를 기준으로 설명하며, 슬라이딩수단과 부싱, 슬라이딩수단 피봇과 부싱 피봇, 슬라이딩안내부와 부싱축을 동일한 도면번호를 사용하기로 한다.)
도 5에 도시된 운동제한장치(400)의 일실시예를 설명하면, 본 발명의 운동제한장치(400)는 베이스피봇(460)에 의해 상기 지지프레임(100) 상측면에 좌ㆍ우 대칭인 "∨"자 형태로 설치되며, x축 방향의 회전축을 중심으로 회전운동 가능한 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420); 부싱피봇(470)에 의해 상기 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420)의 단부에 연결되며, y축 방향으로 내부가 관통되는 부싱축 삽입홀(431)을 포함하는 부싱(430); 및 봉 또는 바(bar) 형태로, 상기 부싱축 삽입홀(431)에 삽입되어 상기 부싱(430)이 y축으로 슬라이딩 이동되도록 하며, 양측 단부가 상기 가동프레임(200)의 하측면에 설치되는 고정수단(450)에 고정되는 부싱축(440); 을 포함하여 형성될 수 있다.
이 때, 도 5에 도시된 운동제한장치(400)를 이용한 4자유도 시뮬레이터 운동 장치(1)는 "∧"자 및 ∨"자 형태로 배치된 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)으로 인해 상기 가동프레임(200)이 동일한 구조의 연결수단으로 구동되고, 동시에 요(Yaw), 및 써지(Surge)방향으로의 움직임을 제한할 수 있도록 상기 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420)가 상기 부싱축(440)의 직각축(x축)을 중심으로 대칭을 이루는 "∨"자 형태인 것이 바람직하다.
상기 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420)는 상기 베이스피봇(460)을 중심으로 시계 및 반시계 방향으로 회전될 수 있으며, 상기 부싱피봇(470)을 통해 상기 부싱(430)과 연결되어 상기 부싱피봇(470)을 중심으로 시계 및 반시계 방향으로 회전될 수 있다.
상기 베이스피봇(460)의 장착위치는 상기 가동프레임(200)의 운동 범위 내에서 상기 부싱(430)이 상기 부싱축(440)을 따라 움직일 때, 상기 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420)가 수직이 되지 않도록 지지프레임(100)의 중앙에 매우 인접하거나, 중앙에서 멀리 떨어진 적정 위치에 장착되는 것이 바람직하다.
상기 운동제한장치(400)는 상기 부싱(430)이 상기 부싱축(440)에 대해 회전할 수 없는 구조인 경우, 상기 부싱축(440) 및 고정수단(450)의 연결부분에 베어링을 설치하여 상기 부싱축(440)이 상기 고정수단(450)을 상대로 회전할 수 있도록 할 수 있다.
또 다른 실시예로, 상기 운동제한장치(400)는 도 10에서 도시된 바와 같이 상기 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420)의 설치를 상기 지지프레임(100) 상측면에 상기 베이스피봇(460)을 설치해 "∧"자 형태의 경사진 형태로 설치할 수 있으며, 도 11, 도 12에서 도시된 바와 같이 상기 부싱축(440)이 상기 지지프레임(100)에 설치되고 상기 베이스피봇(460)이 가동프레임(200)에 설치되어 상기 제1피봇링크(410), 제2피봇링크(420)의 배치가 "∧" 또는 "∨"와 같이 경사진 형태로 설치될 수 있다.
한편, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 운동제한장치(400)는 상기 슬라이딩수단(430)이 LM가이드이며, 상기 슬라이딩안내부(440)가 상기 슬라이딩수단(430)이 y축 방향으로 이동되도록 안내하는 LM가이드 레일일수도 있다.
다시 말해, 상기 운동체한장치(400)는 상기 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420)의 x축 직선운동을 위한 상기 슬라이딩안내부(440) 및 슬라이딩수단(430)에 있어서, 상기 슬라이딩안내부(440)는 LM가이드 형태의 미끄럼 선형운동이 가능한 레일이며, 상기 슬라이딩수단(430)은 LM가이드로 대체 할 수 있으며, 상기 슬라이딩수단(430)에 상기 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420)와 x축 및 y축 방향의 회전이 가능한 짐벌형조인트(미도시)를 설치하여 동일한 운동을 하도록 할 수 있다.
상기 슬라이딩수단(430)은 상술한 바와 같은 부싱 및 LM가이드 외에도 한축으로 슬라이딩 이동할 수 있는 수단이라면 다양한 형태로 변경실시 가능하다.
또 다른 실시예로, 본 발명의 4자유도 구동장치는 상기 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)의 양단에 설치되어 상기 가동프레임(200) 또는 지지프레임(100)과 연결되는 연결조인트(350) 중 상기 제1 및 제2연결수단(310, 320)의 일측 단부 또는 상기 제3 및 제4연결수단(330, 340)의 일측 단부에 연결된 두 개의 연결조인트(350)가 단방향 회전만 가능한 1축 조인트이며, 나머지 연결조인트(350)가 유니버설 조인트와 같은 2축 조인트일 수 있다.
이 때, 본 발명의 4자유도 구동장치는 별도의 운동제한장치가 없더라도 요, 써지 방향의 움직임이 제한할 수 있어 그 자체가 4자유도 운동이 가능한 4자유도 시뮬레이터 운동장치가 될 수 있다.
도 14를 참고로 설명하면, 본 발명의 4자유도 구동장치는 상기 제3 및 제4연결수단(310, 320)의 일측 단부, 즉 상기 지지프레임(100) 측에 연결된 두 개의 연결조인트(350)가 1축 조인트이며, 나머지 6개의 연결조인트(350)가 2축 조인트로 구성됨으로써, 별도의 운동제한장치 없이 4자유도 운동을 구현할 수 있는 4자유도 시뮬레이터 운동 장치가 될 수 있다.
도 4내지 6을 참고로 본 발명의 4자유도 시뮬레이터 운동 장치(1)가 롤(Roll), 히브(Heave), 피치(Pitch), 스웨이(Sway)방향으로 작동하는 것을 설명하면,
먼저, 히브(Heave)방향으로 운동하기 위한 본 발명의 4자유도 시뮬레이터 운동 장치(1)는 상기 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420)의 상측 단부가 상기 부싱축(440)을 따라 중심으로 이동되면서 제1피봇링크(410), 제2피봇링크(420)는 눕힌 자세에서 세워진 자세로 이동한다.
이 때, 본 발명의 4자유도 시뮬레이터 운동 장치(1)는 상기 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420)의 상측 단부 거리가 점점 좁혀지게 되고, 상기 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420)의 단부가 회전하면서 높아지는 만큼 상기 가동프레임(200)이 수직방향으로 운동한다.
이 때, 상기 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)은 같은 길이로 길어져야 한다.
롤(Roll)방향으로 운동하기 위한 본 발명의 4자유도 시뮬레이터 운동 장치(1)는 상기 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420)의 상측 단부가 상기 부싱축(440)의 우측을 향해 같은 방향으로 이동된다.
이 때, 본 발명의 4자유도 시뮬레이터 운동 장치(1)는 상기 제2연결수단(320) 및 제4연결수단(340)의 길이가 길어지고, 이와 반대로 상기 제1연결수단(310) 및 제3연결수단(330)이 길이가 짧아짐으로써 롤(Roll)방향으로의 운동을 구현할 수 있다.
본 발명의 4자유도 시뮬레이터 운동 장치(1)는 상기 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420)의 상측 단부가 상기 부싱축(440)의 좌측을 향해 같은 방향으로 이동될 경우, 상기 제2연결수단(320) 및 제4연결수단(340)이 길이가 함께 짧아지고, 이와 반대로 상기 제1연결수단(310) 및 제3연결수단(330)이 길이가 길어짐으로써 롤(Roll)방향으로의 운동을 구현할 수 있다.
피치(Pitch)방향으로 운동하기 위한 본 발명의 4자유도 시뮬레이터 운동 장치(1)는 상기 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420)는 정지한 상태이며, 상기 제1 및 제2연결수단(310, 320)이 짧아졌을 때 상기 제3 및 제4연결수단(330, 340)이 길어지고, 반대로 상기 제1 및 제2연결수단(310, 320)이 길어졌을 때 상기 제3 및 제4연결수단(330, 340)이 짧아지게 된다. 이 때, 가동프레임은 부싱축(440)을 중심으로 회전한다.
마지막으로, 스웨이(Sway)방향으로 운동하기 위한 본 발명의 4자유도 시뮬레이터 운동 장치(1)는 상기 제1피봇링크(410) 및 제2피봇링크(420)는 정지한 상태이며, 상기 제1 및 제4연결수단(310, 340)이 짧아졌을 때 상기 제2 및 제3연결수단(320, 330)이 길어지고, 반대로 상기 제1 및 제4연결수단(310, 340)이 길어졌을 때 상기 제2 및 제3연결수단(320, 330)이 짧아지게 된다.
상술한 바와 같은 방법으로 본 발명의 4자유도 시뮬레이터 운동 장치(1)는 롤(Roll), 히브(Heave), 피치(Pitch), 스웨이(Sway)방향으로의 움직임을 구현하기 위한 제1피봇링크(410), 제2피봇링크(420), 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)의 움직임을 적절히 혼합하여, 롤(Roll), 히브(Heave), 피치(Pitch), 스웨이(Sway)방향으로의 움직임을 동시에 복합적으로 구현할 수도 있다.
또한, 상기 제1연결수단 및 제2연결수단이 "∧"자 형태를 이루도록 배치되고, 상기 제3연결수단 및 제4연결수단이 "∨"자 형태를 이루도록 배치됨으로써, 간단한 배치구조와 동일한 구조의 구동장치를 갖는 동시에, 1개의 가동프레임(200)으로 롤(Roll), 히브(Heave), 피치(Pitch), 스웨이(Sway)방향의 4자유도를 구현할 수 있어 생산비용이 저렴하고 지나친 무게증가를 방지할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 구동장치 및 이를 이용한 4자유도 시뮬레이터 운동 장치는 롤(Roll), 히브(Heave), 피치(Pitch) 방향뿐만 아니라 스웨이(Sway) 방향의 움직임이 가능하므로, 보다 역동적이고 현실성 있는 움직임을 구현할 수 있는 장점이 있다.
또, 본 발명의 구동장치 및 이를 이용한 4자유도 시뮬레이터 운동 장치는 동일한 구조인 4개의 액추에이터를 사용함으로써, 그 구조가 간단하고 제작비용이 저렴하다는 장점이 있다.
단, 액추에이터 장착 위치의 제약 등으로 인하여 필요할 경우, 상기 제1연결수단 및 제2연결수단이 이루는 "∧"자 형태 및 상기 제3연결수단 및 제4연결수단이 "∨"자 형태는 정확한 대칭을 이룰 필요는 없다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1 : 4자유도 시뮬레이터 운동 장치
100 : 지지프레임
200 : 가동프레임
300 : 4자유도 구동장치
310, 320, 330, 340 : 제1 내지 제4연결수단
350 : 연결조인트
400 : 운동제한장치
410, 420 : 제1피봇링크, 제2피봇링크
430 : 슬라이딩수단, 부싱 431 : 부싱축 삽입홀
440 : 슬라이딩안내부, 부싱축 450 : 고정수단
460 : 베이스피봇 470 : 슬라이딩수단 피봇, 부싱피봇
480 : 짐벌형조인트
510 : 감속기어 520 : 모터
530, 540 : 1차 링크, 2차 링크
550, 560 : 제1조인트, 제2조인트

Claims (5)

  1. 하측에 구비되는 지지프레임(100);
    상기 지지프레임(100) 상측에 이격되어 설치되는 가동프레임(200);
    상기 지지프레임(100) 및 가동프레임(200) 사이에 연결되어 상기 가동프레임(200)을 지지하며, 각각의 지지프레임 연결점과 가동프레임 연결점 사이의 길이가 가변되는 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340); 및
    상기 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)의 양단에 설치되어 상기 가동프레임(200) 또는 지지프레임(100)과 연결되는 연결조인트(350); 를 포함하며,
    상기 제1연결수단(310) 및 제2연결수단(320)과, 상기 제3연결수단(330) 및 제4연결수단(340)은 쌍을 지어 배열되되, x축 방향으로 일정거리 이격되어 배열되며,
    상기 제1연결수단(310) 및 제2연결수단(320)은 상기 지지프레임(100)에 고정된 일측 단부사이의 거리가 상기 가동프레임(200)에 고정된 타측 단부사이의 거리보다 길게 설치되어 "∧"자 형태를 이루며,
    상기 제3연결수단(330) 및 제4연결수단(340)은 상기 지지프레임(100)에 고정된 일측 단부사이의 거리가 상기 가동프레임(200)에 고정된 타측 단부사이의 거리보다 짧게 설치되어"∨"자 형태를 이루고,
    4자유도 운동제한장치를 갖추거나,
    상기 제1 및 제2연결수단(310, 320)의 일측 단부 또는 상기 제3 및 제4연결수단(330, 340)의 일측 단부에 연결된 두 개의 연결조인트(350)가 1축 조인트이며, 나머지 연결조인트(350)가 2축 조인트인 경우,
    1개의 가동프레임으로 롤(Roll), 히브(Heave), 피치(Pitch), 스웨이(Sway)방향의 4자유도를 구현하는 것을 특징으로 하는 4자유도 구동장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)은
    유압 실린더, 공압 실린더, 잭 형 액추에이터, 링크형 액추에이터 또는 전기식 선형 액추에이터 중 어느 하나이거나, 두 가지 이상이 혼합되어 사용되는 것을 특징으로 하는 4자유도 구동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4연결수단(310, 320, 330, 340)은
    상기 지지프레임(100) 상측에 설치되는 감속기어(510);
    상기 감속기어(510)에 연결된 모터(520);
    상기 감속기어(510)의 출력축에 직각으로 연결된 1차 링크(530); 및
    상기 1차 링크(530)에 제1조인트(550)로 연결되며, 상기 가동프레임(200)과 제2조인트(560)로 연결되는 2차 링크(540); 를 포함하는 감속기 연결링크 방식인 것을 특징으로 하는 4자유도 구동장치.
  4. 삭제
  5. 제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 의한 4자유도 구동장치를 이용한 4자유도 시뮬레이터 운동 장치.
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