KR101784327B1 - 무한 회전 구동이 가능한 굴삭기 시뮬레이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상부 프레임이 무한 회전 하더라도 제어 신호 전송을 위한 케이블이 꼬이지 않으며, 상부 프레임의 무게 중심 변화에 의한 서보 모터의 구동력 변화 및 내구성 저하를 방지할 수 있고, 실제 회전량과 시뮬레이션상 회전량의 차이에서 오는 위화감을 최소화할 수 있는 무한 회전 구동이 가능한 굴삭기 시뮬레이터에 관한 것으로서, 판형의 베이스 프레임; 상기 베이스 프레임의 상부에 결합되고, 동심원상에 배열된 로테이터와 스테이터에 의해 회전 구동되며, 중심부가 중공되어서 중공된 중심부 내측으로 슬립링이 구비되는 서보 모터; 상기 서보 모터의 상부에 결합되어 상기 서보 모터의 구동에 따라 회전되되, 중앙부가 천공되어 상기 슬립링이 상방으로 노출되도록 구비되는 회전판; 상기 회전판의 상부에 결합되는 상부 프레임; 상기 상부 프레임의 상부에 결합되는 시트; 상기 상부 프레임 또는 상기 시트에 결합되는 좌우 조종간; 상기 상부 프레임에 결합되는 주행 페달; 상기 좌우 조종간 또는 상기 주행 페달로부터 입력된 조작 신호를 분석하여 시뮬레이션상 굴삭기의 동작에 적용하며, 상기 좌우 조종간으로부터 회전 조작 신호가 입력되면 상기 서보 모터에 구동 신호를 전송하는 제어부; 상기 상부 프레임에 결합되는 디스플레이 패널;을 포함한다.

Description

무한 회전 구동이 가능한 굴삭기 시뮬레이터{Excavator simulator}

본 발명은 무한 회전 구동이 가능한 굴삭기 시뮬레이터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실제 굴삭기를 조종하는 환경과 유사한 환경의 구현이 가능하고, 상부 프레임이 무한 회전 하더라도 제어 신호 전송을 위한 케이블이 꼬이지 않으며, 상부 프레임의 무게 중심 변화에 의한 서보 모터의 구동력 변화 및 내구성 저하를 방지할 수 있고, 실제 회전량과 시뮬레이션상 회전량의 차이에서 오는 위화감을 최소화할 수 있는 무한 회전 구동이 가능한 굴삭기 시뮬레이터에 관한 것이다.

건설 현장에서 토공 작업을 위한 장비들은 지속적으로 개선 및 발전해왔다. 그러나, 초보자의 경우 처음부터 복잡한 장비를 다루기가 어려워 이러한 개선된 장비를 제대로 활용할 수 없는 문제가 있었다.

따라서, 기본이 되는 무한궤도식 굴삭기를 토대로 조종 노하우를 습득해야 하는데, 굴삭기는 연료의 사용이 매우 많은데 비해, 숙련을 위해서는 장시간 운전 연습을 해야 하므로 비용적 문제로 인하여 단순히 실습을 위한 장비로서는 알맞지 않은 문제가 있었다.

특히, 굴삭기의 실습시 안전 관리 문제로 인하여 항시 교관이 지휘를 하여야 하고, 또한, 굴삭기의 크기는 기타 장비보다 매우 크므로 한정된 장소에서 동시에 여러 인원이 실습을 수행할 수 없는 문제가 있었다.

따라서, 실제 굴삭기를 조종할때와 같이 무한 회전이 가능하고, 또한 회전량과 시뮬레이션 화면상의 이질감이 없어 실감있는 시뮬레이션이 가능한 장치의 개발이 필요로 하게 되었다.

KR10-2012-0006612(공개번호) 2012.01.19.

본 발명은, 실제 굴삭기를 조종하는 환경과 유사한 환경의 구현이 가능한 무한 회전 구동이 가능한 굴삭기 시뮬레이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은, 상부 프레임이 무한 회전 하더라도 제어 신호 전송을 위한 케이블이 꼬이지 않는 무한 회전 구동이 가능한 굴삭기 시뮬레이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은, 상부 프레임의 무게 중심 변화에 의한 서보 모터의 구동력 변화 및 내구성 저하를 방지할 수 있는 무한 회전 구동이 가능한 굴삭기 시뮬레이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은, 서보 모터의 보정치를 생성하여 적용함으로써 실제 회전량과 시뮬레이션상 회전량의 차이에서 오는 위화감을 최소화할 수 있는 무한 회전 구동이 가능한 굴삭기 시뮬레이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은, 보정치 생성을 위한 시간을 단축할 수 있는 무한 회전 구동이 가능한 굴삭기 시뮬레이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은, 판형의 베이스 프레임; 상기 베이스 프레임의 상부에 결합되고, 동심원상에 배열된 로테이터와 스테이터에 의해 회전 구동되며, 중심부가 중공되어서 중공된 중심부 내측으로 슬립링이 구비되는 서보 모터; 상기 서보 모터의 상부에 결합되어 상기 서보 모터의 구동에 따라 회전되되, 중앙부가 천공되어 상기 슬립링이 상방으로 노출되도록 구비되는 회전판; 상기 회전판의 상부에 결합되는 상부 프레임; 상기 상부 프레임의 상부에 결합되는 시트; 상기 상부 프레임 또는 상기 시트에 결합되어 시뮬레이션상 굴삭기의 회전 조작, 붐 조작, 암 조작, 버켓 조작을 입력받는 좌우 조종간; 상기 상부 프레임에 결합되어 시뮬레이션상 굴삭기의 전진 조작 또는 후진 조작을 입력받는 주행 페달; 상기 좌우 조종간 또는 상기 주행 페달로부터 입력된 조작 신호를 분석하여 시뮬레이션상 굴삭기의 동작에 적용하며, 상기 좌우 조종간으로부터 회전 조작 신호가 입력되면 상기 서보 모터에 구동 신호를 전송하는 제어부; 상기 상부 프레임에 결합되어 상기 제어부의 조작 신호 분석 결과에 따른 시뮬레이션 결과를 가시적으로 표시하는 디스플레이 패널;을 포함한다.

또한, 본 발명은, 상기 상부 프레임의 하면에 결합되어 상기 베이스 프레임의 상면에 지지되는 복수의 롤러;가 더 구비된다.

또한, 본 발명의 상기 서보 모터는, 내부에 회전량을 검출하는 엔코더가 구비된다.

또한, 본 발명은, 상기 상부 프레임의 하면에 결합되어 상기 상부 프레임의 회전 원점 위치를 검출하는 근접 센서;가 더 구비된다.

또한, 본 발명의 상기 제어부는 상기 서보 모터를 구동하여 상기 상부 프레임을 회전시키되, 상기 엔코더의 회전 검출값이 상기 근접 센서의 검출값에 대응되도록 상기 엔코더의 입력값 비율을 변경한다.

또한, 본 발명의 상기 제어부는 상기 상부 프레임이 설정 속도로 회전되도록 상기 서보 모터를 구동시키되, 상기 엔코더의 회전 검출값이 시뮬레이션상 회전량과 대응되도록 상기 서보 모터의 구동 신호를 가감하여 보정치를 생성한다.

또한, 본 발명은, 상기 베이스 프레임의 하부에 구비되는 로드셀; 상기 시트에 구비되어 상기 시트의 상기 상부 프레임에 대한 위치를 측정하는 시트 포지션 센서;를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 로드셀의 입력값과 상기 시트 포지션 센서의 입력값에 상기 보정치를 대응하여 저장하고, 상기 로드셀의 입력값과 상기 시트 포지션 센서의 입력값에 대응되는 보정치가 기 저장된 경우 상기 보정치 생성을 생략한다.

본 발명의 무한 회전 구동이 가능한 굴삭기 시뮬레이터는, 서보 모터와, 서보 모터에 의해 회전되는 상부 프레임을 포함하여 구성되어서, 실제 굴삭기를 조종하는 환경과 유사한 환경의 구현이 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명의 무한 회전 구동이 가능한 굴삭기 시뮬레이터는, 서보 모터의 중심부에 슬립링이 구비되어서, 상부 프레임이 무한 회전 하더라도 제어 신호 전송을 위한 케이블이 꼬이지 않는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 무한 회전 구동이 가능한 굴삭기 시뮬레이터는, 상부 프레임에 결합되어 상부 프레임을 베이스 프레임으로부터 지지하는 복수의 롤러가 구비되어서, 상부 프레임의 무게 중심 변화에 의한 서보 모터의 구동력 변화 및 내구성 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 무한 회전 구동이 가능한 굴삭기 시뮬레이터는, 시뮬레이션상 회전량과 엔코더의 회전 검출값에 오차가 있는 경우 서보 모터의 구동 신호를 가감하여 적용하므로, 실제 회전량과 시뮬레이션상 회전량의 차이에서 오는 위화감을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 무한 회전 구동이 가능한 굴삭기 시뮬레이터는, 사용자의 몸무게와 시트 포지션에 따른 서보 모터의 보정치를 저장하고, 이를 유사한 조건의 사용자에게 활용함으로써, 보정치 생성을 위한 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 무한 회전 구동이 가능한 굴삭기 시뮬레이터의 사시도.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 무한 회전 구동이 가능한 굴삭기 시뮬레이터의 측면도.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 무한 회전 구동이 가능한 굴삭기 시뮬레이터의 분리 사시도.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 무한 회전 구동이 가능한 굴삭기 시뮬레이터의 요부 사시도.

이하에서, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 4 에 도시된 바와 같이 본 발명은, 판형의 베이스 프레임(20)과, 베이스 프레임(20)의 상부에 결합되고, 동심원상에 배열된 로테이터와 스테이터에 의해 회전 구동되며, 중심부가 중공되어서 중공된 중심부 내측으로 슬립링(110)이 구비되는 서보 모터(100)와, 서보 모터(100)의 상부에 결합되어 서보 모터(100)의 구동에 따라 회전되되, 중앙부가 천공되어서 슬립링(110)이 상방으로 노출되도록 구비되는 회전판(120)과, 회전판(120)의 상부에 결합되는 상부 프레임(10)과, 상부 프레임(10)의 상부에 결합되는 시트(30)와, 상부 프레임(10) 또는 시트(30)에 결합되어 시뮬레이션상 굴삭기의 회전 조작, 붐 조작, 암 조작, 버켓 조작을 입력받는 좌우 조종간(50)과, 상부 프레임(10)에 결합되어 시뮬레이션상 굴삭기의 전진 조작 또는 후진 조작을 입력받는 주행 페달(40)과, 좌우 조종간(50) 또는 주행 페달(40)로부터 입력된 조작 신호를 분석하여 시뮬레이션상 굴삭기의 동작에 적용하며, 좌우 조종간(50)으로부터 회전 조작 신호가 입력되면 서보 모터(100)에 구동 신호를 전송하는 제어부(70)와, 상부 프레임(10)에 결합되어 제어부(70)의 조작 신호 분석 결과에 따른 시뮬레이션 결과를 가시적으로 표시하는 디스플레이 패널(60)을 포함하여 구성된다.

베이스 프레임(20)은, 서보 모터(100)에 설치 공간을 제공하고, 상부 프레임(10)이 지지되어 회전될 수 있도록 하는 역할을 하며, 이를 위하여 사각 판형으로 형성된다.

이러한 베이스 프레임(20)은 견고한 구조를 갖도록 철골 프레임의 상단에 금속판이 결합된 형태로 구성되는 것이 바람직하며, 그 하단 각 모서리에는 이동이 용이하도록 바퀴가 결합될 수 있다.

베이스 프레임(20)의 상면에는 서보 모터(100)가 결합된다. 이때, 서보 모터(100)는 외주연에 꺽쇠 형태의 브라켓을 형성하여 베이스 프레임(20)의 상면에 직접 결합될수도 있으나, 더욱 견고한 결합을 위하여 베이스 프레임(20)의 하면에 브라켓을 구비하여서, 브라켓을 관통하여 서보 모터(100)의 하단에 삽입되는 볼트 결합 방식을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 베이스 프레임(20)의 상면에는 롤러(140)의 이동 경로상에 이물질이 유입되지 않도록 원통 형상의 보호 판넬(150)이 롤러(140)의 이동 경로 외측으로 구비되며, 롤러(140)의 이동 경로상에는 내구성 강화를 위하여 견고한 재질의 판넬이 덧대어 구성될 수 있다.

한편, 서보 모터(100)에 전력을 공급하고, 디스플레이 패널(60) 및 제어부(70)에 전력을 공급할 수 있도록 별도의 전원 공급 라인이 베이스 프레임(20)의 하부 또는 내부로 구비될 수 있다.

서보 모터(100)는, 제어부(70)의 구동 신호에 따라 회전력을 발생시켜 회전판(120) 및 회전판(120)에 결합된 상부 프레임(10)을 회전시키는 역할을 한다. 이를 위하여 서보 모터(100)는 동심원상에 배열된 로테이터와 스테이터를 포함하여 구성되며, 하단은 베이스 프레임(20)에, 상단은 회전판(120)에 결합된다.

이를 좀 더 상세히 설명하면, 서보 모터(100)는 코어가 원주 내측으로 내장된 로테이터와, 로테이터의 내측에 로테이터와 동심을 이루도록 구비되는 스테이터를 포함하여 구성된다. 로테이터는 상부가 개구된 용기 형상으로 형성되어서 바닥면 중심축에 홀이 관통되며, 바닥면이 베이스 프레임(20)에 결합된다. 통상 로테이터는 코어에 흐르는 전류를 제어하여 회전 방향 및 회전 강도를 조절하나 이에 한정하는 것은 아니다. 스테이터는 원통형의 중심 코어 상단에 상부면이 결합된 형태로서, 중심 코어가 로테이터의 내측으로 삽입되어 로테이터와 동일한 중심축을 갖도록 구비되며, 로테이터와 스테이터 사이의 접촉면에는 베어링이 구비된다. 본 발명에서는 스테이터의 상부면이 로테이터의 상단에 지지되는 형태로서, 스테이터의 상부면과 로테이터의 상단 사이에 베어링이 구비되는 것이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니다.

한편, 스테이터의 중심 코어 내측으로는 슬립링(110)이 구비된다. 슬립링(110)은 동심을 이루는 두 원통형의 링 사이에 내측링의 외주연, 외측링의 내주연에 각각 접촉링과 접촉단자를 구비하여서, 두 링이 상호 엇갈려 회전하더라도 전기적 연결이 계속될 수 있도록 하는 부품으로서, 각 링에 구비되는 접촉링 상호간, 접촉단자 상호간에 전기적 절연만 유지된다면 수개에서 수십개의 커넥터를 형성할 수 있게 된다. 이러한 슬립링(110)의 상단 및 하단에는 슬립링(110) 내부의 접촉링 또는 접촉단자와 연결되는 커넥터(111)가 구비된다.

또한, 서보 모터(100)의 내측으로는 엔코더가 더 구비되어서 서보 모터(100)의 회전량, 즉, 스테이터의 회전량을 검출한다.

회전판(120)은, 판형으로 형성되어 서보 모터(100)의 상부, 즉, 스테이터의 상부면 상단에 결합되어 서보 모터(100)의 구동에 따라 회전되며, 그 상단에 상부 프레임(10)이 결합됨으로써 상부 프레임(10)과 서보 모터(100)를 결합시키고, 따라서 서보 모터(100)의 구동에 따라 상부 프레임(10)이 회전되도록 하는 역할을 한다.

회전판(120)의 중앙부는 홀이 형성되어서 슬립링(110)이 상방으로 노출되도록 구성된다. 이는 상부 프레임(10)으로부터 제어부(70)의 제어 신호 등이 서보 모터(100)에 제공될 수 있도록 제어 라인이 슬립링(110)의 커넥터에 연결될 수 있도록 하기 위함이다.

한편, 회전판(120)의 일측은 도 3 에 도시된 바와 같이 절개되어 구성될 수 있는데, 본 발명의 실시예에서는 페달의 설치 위치를 확보하기 위하여 절개부를 형성한 것이며, 도면의 형상으로서 본 발명의 구성을 한정하는 것은 아니다.

상부 프레임(10)은, 시트(30), 제어부(70), 디스플레이 패널(60), 페달 등이 설치될 수 있도록 설치 공간을 제공하는 역할을 하며, 판형으로 형성되어서 회전판(120)의 상단에 결합되어 서보 모터(100)의 구동에 따라 회전된다.

이러한 상부 프레임(10)은 견고한 구조를 갖도록 철골 프레임의 상하단에 금속판이 결합된 형태로 구성되는 것이 바람직하며, 상부 프레임(10)의 상면에는 시뮬레이션 구동을 위하여 시트(30), 디스플레이 패널(60), 페달, 제어부(70) 등이 설치된다.

한편, 실제 굴삭기는 회전축을 기준으로 무게중심이 평형을 이루도록 제작되고, 그 무게 또한 수 톤에 이르기 때문에 사용자의 몸무게 몇십 키로 정도는 무게 중심에 큰 영향을 미치지 않는다. 이에 비해, 시뮬레이터 기기의 경우 무게 중심을 맞추어 제작한다 하더라도 기기의 크기가 비교적 작고, 장비의 크기를 줄이기 위하여 시트(30)를 무게 중심보다 뒤쪽에 설치하여야 하기 때문에, 사용자별 몸무게의 차이에 의해 무게 중심이 기울어질 수 있다. 이러한 무게 중심의 변화는 곧 상부 프레임(10)이 결합된 회전판(120) 및 회전판(120)이 결합된 서보 모터(100)의 스테이터에 불균일한 외력이 작용함을 뜻하고, 스테이터가 어느 한 쪽 방향의 힘을 받을 경우 회전량의 차이가 발생하거나, 베어링의 내구성이 저하될 우려가 있다.

따라서, 본 발명에서는 상부 프레임(10)의 무게 중심이 흔들려도 상부 프레임(10)이 기울어지는 것을 방지하기 위하여, 상부 프레임(10)의 하단에 롤러(140)를 설치하며, 롤러(140)에 의해 상부 프레임(10)이 베이스 프레임(20)으로부터 지지될 수 있도록 한다.

롤러(140)는 상부 프레임(10)의 하면에, 서보 모터(100)의 중심축과 대향되는 점을 기준으로 등각, 등거리에 복수개가 설치되며, 본 발명의 도 2 내지 도 4 에서는 4개의 롤러(140)가 설치된 것을 도시하였으나, 이에 한정하지 않고 3개, 5개, 또는 6개 이상의 롤러(140)가 설치될 수도 있다.

시트(30)는, 상부 프레임(10)의 상단에 결합되어 사용자가 착석할 수 있도록 구성되며, 포지션 변경을 위한 레버가 더 구비될 수 있다.

이러한 시트(30)의 양측 팔걸이 전방에는 각각 조종간이 설치된다.

좌우 조종간(50)은, 시트(30)의 양측 팔걸이 전방에 레버 형태로 설치되며, 아케이드 게임기의 조종 레버와 같이 전후좌우 및 원추 형상의 회전 운동 동작이 가능한 형태이다. 이 중 실제 굴삭기에서의 좌측 조종간은 전후 방향으로 조작할 때 암을 펴거나 접고, 좌우 방향으로 조작할 때 상부 구조 전체를 좌측 또는 우측으로 회전시킨다. 그리고 우측 조종간은 전후 방향으로 조작할 때 붐을 내리거나 올리고, 좌우 방향으로 조작할 때 버킷을 접거나 편다. 그리고 이러한 조작들은 대각 방향으로의 조작도 가능하며, 예를 들어 우측 조종간을 북서 방향의 대각으로 조작한 경우 붐을 내리면서 버킷을 접는 동작을 취하게 된다. 또한, 우측 조종간을 북북서 방향으로 조금 더 세워서 조작한 경우 붐을 내리면서 버킷을 천천히 접는 동작을 취하게 된다. 이때, 이러한 동작의 속도는 조종간을 중심으로부터 얼마나 크게 기울였는지의 여부로 결정되며, 예를 들어 좌측 조종간을 측방으로 살짝 기울인 경우에는 굴삭기의 상부 구조가 좌측 또는 우측으로 천천히 회전하게 되고, 좌측 조종간을 측방으로 크게 기울인 경우에는 빠르게 회전하게 된다. 본원 발명의 좌우 조종간(50)은 이러한 실제 굴삭기의 동작에 맞게 표준 규격에 의해 동작된다.

주행 페달(40)은, 시트(30)의 전방에 구비되며, 시뮬레이션상 굴삭기의 전후진 및 좌우회전을 위한 조작력을 입력받는 역할을 한다.

이러한 주행 페달(40)은 자동차의 악셀 또는 브레이크와는 다르게 중앙부를 기준으로 전방 및 후방의 양방향으로 조작할 수 있도록 중앙부의 하단이 상부 프레임(10)의 상면으로부터 이격되도록 지지되되, 그 지지 부재의 하단이 힌지 결합되어 있다. 따라서, 사용자가 발 앞쪽 부분에 힘을 주어 조작하면 앞으로 기울어지고, 발 뒤꿈치 부분에 힘을 주어 조작하면 뒤로 기울어지며, 이러한 앞뒤로 기울어지는 동작을 통해 전후진의 입력을 수행할 수 있게 된다. 그리고, 페달의 지지 부재 하단부에는 조작 후 원위치 복위를 위한 리턴 스프링이 결합되고, 페달의 과도한 조작을 방지할 수 있도록 전후 방향에 각각 스토퍼가 구비된다.

한편, 주행 페달(40)의 일측으로부터 상방으로 막대 형상의 주행 레버(41)가 더 구비될 수 있다. 이러한 주행 레버(41)는 하단이 주행 페달(40)에 결합되고 상단에 손잡이가 형성되어서, 발로 페달을 조종하는 대신 주행 레버(41)를 앞뒤로 밀거나 당기는 동작을 통해 전후진의 입력을 수행할 수 있다. 이러한 주행 레버(41)는 조작되는 거리에 비해 실제 페달의 움직임이 적으므로 세밀한 조작이 요구되는 때에 사용된다.

디스플레이 패널(60)은, 시트(30)의 전방에 구비되어서 제어부(70)의 조작 신호 분석 결과에 따른 시뮬레이션 결과를 가시적으로 표현하는 역할을 한다. 이러한 디스플레이 패널(60)의 설치를 위하여 상부 프레임(10)에 수직하게 결합되는 설치 프레임이 더 구비될 수 있다.

제어부(70)는, 좌우 조종간(50) 또는 주행 페달(40)로부터 입력된 조작 신호를 분석하여 시뮬레이션상 굴삭기의 동작에 적용하며, 좌우 조종간(50)으로부터 회전 조작 신호가 입력되면 서보 모터(100)에 구동 신호를 생성하여 전송한다.

즉, 좌우 조종간(50) 및 주행 페달(40)로부터 입력되는 모든 신호는 디스플레이 패널(60)상에 가상의 굴삭기의 동작으로서 분석되어 표시되되, 좌우 조종간(50)으로부터 입력되는 회전 조작 신호에 한해서 상부 프레임(10)을 직접 회전시키는 실제의 조작으로 연결되는 것이다. 이에 따라 사용자는 보다 현실감있게 굴삭기를 조종하는 효과를 얻을 수 있게 된다.

한편, 상술한 롤러(140)의 설명과 연관하여, 사용자별로 몸무게 차이가 나는 경우 상부 프레임(10)의 무게 중심에 변화가 있게 되고, 이러한 무게 중심 변화에 대응하기 위하여 본 발명에서는 롤러(140)를 더 구비하였다.

그러나, 이는 복수의 롤러(140) 중 무게 중심이 치우친 방향쪽의 롤러(140)에 더 많은 압력이 가해지는 것을 뜻하며, 이러한 압력차에 의해 롤러(140)의 회전력이 저하될 가능성이 있다.

따라서, 본 발명에서는 상부 프레임(10)의 하면에 온-오프로 동작되는 근접 센서(130)가 더 구비된다. 그리고, 베이스 프레임(20)의 상면에는 근접 센서(130)와 대향되는 지점에 근접봉이 더 구비된다. 이러한 근접봉은 상부 프레임(10)이 정위치에 있을 때 근접 센서(130)로부터 신호가 검출될 수 있도록 근접 센서(130)의 대향면에 1개가 구비되며, 근접 센서(130)의 신호가 검출된 시점으로부터 상부 프레임(10)이 회전하여 다시 근접 센서(130)에 신호가 검출되면 이를 상부 프레임(10)이 1회전한 것으로 볼 수 있게 된다.

제어부(70)는 우선 엔코더의 회전 검출값을 보정하기 위하여 서보 모터(100)에 구동 신호를 전송하여 상부 프레임(10)을 회전시킨다. 이후 근접 센서(130)로부터 근접 신호가 재 검출된 때에 서보 모터(100)의 엔코더로부터 입력된 회전 검출값을 비교하여, 엔코더의 회전 검출값이 360도가 되도록 엔코더의 입력값 비율을 변경한다.

그리고 이후 제어부(70)는 이론상 회전력과 실제 회전력간의 차이를 보정하기 위하여 상부 프레임(10)을 회전시키고, 엔코더의 회전 검출값이 시뮬레이션상 회전량과 대응되도록 서보 모터(100)의 구동 신호를 가감하여 보정치를 생성한다. 즉, 회전 검출값이 시뮬레이션상 회전량보다 작은 경우에는 서보 모터(100)의 구동 신호를 더욱 강하게 조절하고, 회전 검출값이 시뮬레이션상 회전량보다 큰 경우에는 서보 모터(100)의 구동 신호를 약하게 조절한다.

한편, 위와 같은 보정을 하더라도 좌우 조종간(50)을 급격하게 기울여 상부 프레임(10)을 빠르게 회전시키는 경우에는 가속도에 의한 쏠림 현상이 발생되어 회전력에 다시 차이가 발생될 수 있다.

따라서, 본 발명의 제어부(70)는 최저 속도 또는 최대 속도 등 설정 속도로 상부 프레임(10)을 회전시키도록 서보 모터(100)를 구동시키되, 시뮬레이션상 회전량과 서보 모터(100)의 엔코더로부터 입력된 회전 검출값을 비교하여, 회전 검출값이 시뮬레이션상 회전량보다 작은 경우에는 서보 모터(100)의 구동 신호를 더욱 강하게 조절하고, 회전 검출값이 시뮬레이션상 회전량보다 큰 경우에는 서보 모터(100)의 구동 신호를 약하게 조절한다. 그리고, 각 회전 속도별 서보 모터(100)의 보정치는 저장되어 향후 재활용되거나 또는 다시 보정치를 생성할 때 기준값으로서 활용할 수 있도록 한다.

한편, 사용자가 탑승할 때마다 이러한 보정치 생성 과정을 수행하는 것은 효율이 상당히 떨어지게 되고, 또한 사용자별로 개인의 보정치를 저장하여 차후부터 보정치 생성 과정 없이 활용한다 하더라도 최초 장치를 사용하는 사용자는 이러한 보정치 생성 과정을 거쳐야 하는 불편함이 있을 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 학습형 보정치 생성을 통하여 처음 사용하는 사용자도 보정치의 생성 과정 없이 바로 장치를 사용할 수 있도록 한다. 상부 프레임(10)의 구성품들은 위치 및 무게가 고정되어 있고, 사용자별로 다르게 적용되는 것은 사용자의 몸무게와 시트(30) 포지션에 따른 무게중심의 변화이다.

이를 위하여, 본 발명에서는 베이스 프레임(20)을 지지하는 바퀴 사이에 로드셀이 더 구비되어 사용자의 몸무게를 측정할 수 있도록 한다. 또한, 시트(30)의 일측에는 시트 포지션 센서가 더 구비되어서 시트(30)의 위치값을 측정하여 제어부(70)에 전송할 수 있도록 한다.

이러한 구성을 통해 제어부(70)는 로드셀로부터 입력된 값을 토대로 사용자의 몸무게를 측정하고, 시트 포지션 센서로부터 입력된 값을 토대로 사용자의 위치를 측정한다. 이후 근접 센서(130)와, 서보 모터(100)의 엔코더로부터 입력된 값을 토대로 서보 모터(100)의 구동 신호 보정치가 생성되면 이를 저장하고, 향후 유사한 조건의 사용자가 탑승하였을 때에는 기 저장된 보정치를 활용하며, 유사한 사례가 없는 사용자에 한해서만 보정치 생성 과정을 수행하면 되므로 사용자의 수가 많아질수록 보정치 생성 과정을 생략하여 더욱 빠르고 정확한 시뮬레이션을 수행할 수 있게 된다.

한편, 제어부(70)는 엔코더 값을 통해 서보 모터(100)의 구동량을 제어할 수 있다. 즉, 좌우 조종간(50)으로부터 선회 신호가 감지되면 제어부(70)는 목표 회전값을 도출하고, 엔코더로부터 현재 위치값을 입력받는다. 이후 제어부(70)는 목표 회전값 대비 현재 위치값의 차이만큼 서보 모터(100)를 구동하되, 엔코더로부터 현재 위치값을 실시간으로 전송받아, 엔코더의 현재 위치값이 목표값에 도달되면 구동 제어 신호의 전송을 중단한다. 그리고, 엔코더의 현재 위치값이 목표값을 초과한 경우 다시 목표값에 도달되도록 서보 모터를 역으로 구동시킨다.

이 경우, 제어부(70)는 시뮬레이션상 화면의 회전속도 대비 엔코더로부터 감지되는 서보 모터(100)의 실제 회전속도가 차이를 보일 경우, 시뮬레이션상 화면의 회전속도와 서보 모터(100)의 실제 회전속도가 서로 대응되도록 서보 모터(100)의 구동 신호를 가감하여 전송한다.

또한, 이 경우에도 상술한 보정치 생성 과정이 유사하게 적용될 수 있다. 즉, 사용자의 몸무게, 시트(30)의 포지션, 상부 프레임(10)의 회전 속도에 따라 화면상에 표시되는 시뮬레이션의 회전 속도와 실제 회전 속도가 차이를 보이는 경우, 서보 모터(100)의 구동 신호를 가감하여 이를 보정치로서 생성하고, 생성된 보정치를 사용자의 몸무게 및 시트(30)의 포지션에 대응되는 정보로서 저장하며, 향후 유사한 조건의 사용자가 탑승하였을 때 별도의 보정치 생성 과정 없이 곧바로 시뮬레이션을 수행할 수 있도록 할 수 있다.

따라서, 상술한 구성으로 이루어진 본 발명은, 서보 모터(100)와, 서보 모터(100)에 의해 회전되는 상부 프레임(10)을 포함하여 구성되어서, 실제 굴삭기를 조종하는 환경과 유사한 환경의 구현이 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 서보 모터(100)의 중심부에 슬립링(110)이 구비되어서, 상부 프레임(10)이 무한 회전 하더라도 제어 신호 전송을 위한 케이블이 꼬이지 않는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 상부 프레임(10)에 결합되어 상부 프레임(10)을 베이스 프레임(20)으로부터 지지하는 복수의 롤러(140)가 구비되어서, 상부 프레임(10)의 무게 중심 변화에 의한 서보 모터(100)의 구동력 변화 및 내구성 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 시뮬레이션상 회전량과 엔코더의 회전 검출값에 오차가 있는 경우 서보 모터(100)의 구동 신호를 가감하여 적용하므로, 실제 회전량과 시뮬레이션상 회전량의 차이에서 오는 위화감을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 사용자의 몸무게와 시트(30) 포지션에 따른 서보 모터(100)의 보정치를 저장하고, 이를 유사한 조건의 사용자에게 활용함으로써, 보정치 생성을 위한 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

10 : 상부 프레임 20 : 베이스 프레임
30 : 시트 40 : 주행 페달
50 : 좌우 조종간 60 : 디스플레이 패널
70 : 제어부
100 : 서보 모터 110 : 슬립링
120 : 회전판 130 : 근접 센서
140 : 롤러 150 : 보호 판넬

Claims (8)

1. 판형의 베이스 프레임;
   상기 베이스 프레임의 상부에 결합되고, 동심원상에 배열된 로테이터와 스테이터에 의해 회전 구동되며, 중심부가 중공되어서 중공된 중심부 내측으로 슬립링이 구비되는 서보 모터;
   상기 서보 모터의 상부에 결합되어 상기 서보 모터의 구동에 따라 회전되되, 중앙부가 천공되어 상기 슬립링이 상방으로 노출되도록 구비되는 회전판;
   상기 회전판의 상부에 결합되는 상부 프레임;
   상기 상부 프레임의 상부에 결합되는 시트;
   상기 상부 프레임 또는 상기 시트에 결합되어 시뮬레이션상 굴삭기의 회전 조작, 붐 조작, 암 조작, 버켓 조작을 입력받는 좌우 조종간;
   상기 상부 프레임에 결합되어 시뮬레이션상 굴삭기의 전진 조작 또는 후진 조작을 입력받는 주행 페달;
   상기 좌우 조종간 또는 상기 주행 페달로부터 입력된 조작 신호를 분석하여 시뮬레이션상 굴삭기의 동작에 적용하며, 상기 좌우 조종간으로부터 회전 조작 신호가 입력되면 상기 서보 모터에 구동 신호를 전송하는 제어부;
   상기 상부 프레임에 결합되어 상기 제어부의 조작 신호 분석 결과에 따른 시뮬레이션 결과를 가시적으로 표시하는 디스플레이 패널;
   상기 상부 프레임의 하면에 결합되어 상기 베이스 프레임의 상면에 지지되는 복수의 롤러;
   를 포함하고,
   상기 서보 모터는, 내부에 회전량을 검출하는 엔코더가 구비되며,
   상기 상부 프레임의 하면에 결합되어 상기 상부 프레임의 회전 원점 위치를 검출하는 근접 센서;
   가 더 구비되는 무한 회전 구동이 가능한 굴삭기 시뮬레이터.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 서보 모터를 구동하여 상기 상부 프레임을 회전시키되, 상기 엔코더의 회전 검출값이 상기 근접 센서의 검출값에 대응되도록 상기 엔코더의 입력값 비율을 변경하는 무한 회전 구동이 가능한 굴삭기 시뮬레이터.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 상부 프레임이 설정 속도로 회전되도록 상기 서보 모터를 구동시키되, 상기 엔코더의 회전 검출값을 토대로 계산된 상기 상부 프레임의 회전 속도가 시뮬레이션상 회전 속도와 대응되도록 상기 서보 모터의 구동 신호를 가감하여 보정치를 생성하는 무한 회전 구동이 가능한 굴삭기 시뮬레이터.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 상부 프레임이 설정 속도로 회전되도록 상기 서보 모터를 구동시키되, 상기 엔코더의 회전 검출값이 시뮬레이션상 회전량과 대응되도록 상기 서보 모터의 구동 신호를 가감하여 보정치를 생성하는 무한 회전 구동이 가능한 굴삭기 시뮬레이터.
8. 제 6 항 또는 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 베이스 프레임의 하부에 구비되는 로드셀;
   상기 시트에 구비되어 상기 시트의 상기 상부 프레임에 대한 위치를 측정하는 시트 포지션 센서;
   를 더 포함하며,
   상기 제어부는, 상기 로드셀의 입력값과 상기 시트 포지션 센서의 입력값에 상기 보정치를 대응하여 저장하고, 상기 로드셀의 입력값과 상기 시트 포지션 센서의 입력값에 대응되는 보정치가 기 저장된 경우 상기 보정치 생성을 생략하는 무한 회전 구동이 가능한 굴삭기 시뮬레이터.

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