KR20110114199A - 무한회전 다축 구동 모션 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 모션 시스템에 있어서, 모션 시스템에 있어서, 모션 스페이스;모션 스페이스와 연결 고정되고 축길이 방향이 지면과 수평인 회전축; 회전축을 축방향 중심으로 무한회전시켜 모션 스페이스를 회전 가능하게 하는 제 1 회전구동부; 회전축의 축 길이방향과 수직이고, 지면과 수평인 연결축에 의해 상부측에 회전축이 결합된 수직이동박스; 내부에 수직이동박스를 구비하여 수직이동박스를 지지하는 베이스프레임과 베이스 프레임 하단에 결합된 베이스; 회전축의 전방 일측에 결합되어, 회전축을 연결축의 축방향을 기준으로 상하회전 및 수직이동박스를 수직이동시키는 제 2 회전 구동부; 수직이동박스와 연결되어 수직이동박스를 상하로 이동시키는 수직구동부; 및 베이스 하부 끝단에 결합된 회전테이블; 회전테이블과 연결되어, 회전테이블을 지면에 수직인 Z축을 중심으로 360°회전시키는 제 3 회전 구동부; 회전 테이블의 하단에 고정결합되는 제 1 스테이지와 제 1 스테이지를 Z축과 수직이고, 지면에 수평인 X축 방향으로 병진운동시키는 X축 구동부; X축 구동부와 결합된 제 2 스테이지와 제 2 스테이지를 Z축 및 X축과 수직인 Y축 방향으로 병진운동시키는 Y축 구동부; 및 제 1 회전 구동부, 제 2 회전 구동부, 수직구동부, 제 3 회전 구동부, X축 구동부 및 Y축 구동부 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무한회전 다축 구동 모션 시스템에 관한 것이다.

Description

무한회전 다축 구동 모션 시스템{Multi―Axis Driving Motion System enabling Unlimited Rotation}

본 발명은, 무한회전 다축 구동 모션시스템에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 제어부가 제 1 회전 구동부와 제 2 회전 구동부, 수직 구동부, 제 3 회전 구동부, X축 구동부 및 Y축 구동부를 제어하여, 모션 스페이스를 다양한 방향으로 이동, 운동시키는 모션시스템에 관한 것이다.

현재, 시뮬레이터를 이용한 가상현실 게임에 대한 수요자의 수요 증진되고 있다. 따라서, 가상현실을 체험하면서, 실제 게임의 주체가 된 것과 같은 게임용 시뮬레이터가 다양하게 존재하고 있다. 이러한 게임용 시뮬레이터는 게임의 영상에 따라 움직이며 사용자에게 가상현실을 체감하도록 한 것이다. 게임용 시뮬레이터는 현재 다양한 형태로 개발되어 사용되고 있는데, 일반적으로 사용자가 착석하는 의자를 설치한 모션베이스가 엑추에이터와 연결되어 움직이는 구성으로 이루어져 비행 시뮬레이션이나 운전 시뮬레이션 등을 구현하게 된다.

이러한 여러 시뮬레이터에는 필수적으로 다축 구동 모션 시스템이 구비된다. 사용자가 가상현실을 좀더 실감나게 느낄 수 있기 위해서는 모션 시스템에서 다양한 자유도 운동이 가능해야한다. 종래의 모션 시스템의 경우, X,Y,Z 방향으로 직선운동을 가능하게 하는 복수의 엑추에이터를 구비하고 있다. 그러나, 이러한 모션 시스템으로는 사용자에게 중력의 변화, 방향의 변화 등을 정확히 인지하게 하지 못하고, 다양한 시뮬레이터에 적용할 수 없는 문제를 가지고 있다. 즉, 종래의 3자유도 운동을 하는 모션 시스템으로는 수요자를 충족시키기 어렵고, 발전하는 시뮬레이터 내에 장착되는 소프트웨어를 현실화하기 어려운 문제가 있다. 따라서, 보다 다양한 자유도 운동이 가능한 다축 구동 모션시스템이 요구되었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 일실시예에 의하면, 모터로 구비된 제 1 회전 구동부 및 엑추에이터로 구비된 제 2 회전 구동부를 포함한다. 따라서, 상하 수직운동, 360°무한 좌우회전 및 상하회전의 3축 운동을 하도록 함으로써, 사용자에게 다양한 자유도 운동을 제공하게 된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 무한회전 다축 구동 모션시스템에 의하면, 수직구동부의 구동으로 중력변화를 느끼게 한다. 제 1 회전 구동부가 작동하게 됨으로써, 회전 방향변화를 각도에 제한 없이 체감할 수 있게 된다. 또한, 제 3 회전 구동부를 구비하여, 지면에 수직축을 기준으로 모션 스페이스를 무한 회전시킬 수 있고, X축 구동부, Y축 구동부를 포함하여 X 및 Y축 방향으로 직선운동을 가능하게 한다.

즉, 본 발명에 따른 모션 시스템은 제 1 회전 구동부, 제 2 회전 구동부, 제 3 회전 구동부에 의해 각 축을 중심으로 모션 스페이스를 회전 운동 가능하게 한다. 또한, 수직 구동부, X 축 구동부 및 Y축 구동부에 의해 모션 스페이스의 3 자유도 병진 운동을 제공한다.

본 발명의 그 밖에 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다.

본 발명의 목적은, 모션 시스템에 있어서, 모션 스페이스; 모션 스페이스와 연결 고정되고 축길이 방향이 지면과 수평인 회전축; 회전축을 축방향 중심으로 무한회전시켜 모션 스페이스를 회전 가능하게 하는 제 1 회전구동부; 회전축의 축 길이방향과 수직이고, 지면과 수평인 연결축에 의해 상부측에 회전축이 결합된 수직이동박스; 내부에 수직이동박스를 구비하여 수직이동박스를 지지하는 베이스 프레임과 상기 베이스 프레임 하단에 결합된 베이스; 회전축의 전방 일측에 결합되어, 회전축을 연결축의 축방향을 기준으로 상하회전시키는 제 2 회전 구동부; 수직이동박스와 연결되어 수직이동박스를 상하로 이동시키는 수직구동부; 및 제 1 회전 구동부, 제 2 회전 구동부 및 수직구동부 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무한회전 다축 구동 모션 시스템으로 달성될 수 있다.

베이스 하단에 결합된 회전테이블; 및 회전테이블과 연결되어, 회전테이블을 지면에 수직인 Z축을 중심으로 무한회전시키는 제 3 회전 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

회전 테이블의 하단에 고정결합되는 제 1 스테이지와 제 1 스테이지를 Z축과 수직이고, 지면에 수평인 X축 방향으로 병진운동시키는 X축 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

X축 구동부와 결합된 제 2 스테이지와 제 2 스테이지를 Z축 및 X축과 수직인 Y축 방향으로 병진운동시키는 Y축 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

제어부는 제 3 회전 구동부, X축 구동부 및 Y축 구동부 중 적어도 어느 하나의 이동속도를 제어하는 것을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

제 2 회전 구동부는 회전축을 연결축을 중심으로 -45°~+45°로 회전시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

제 1 회전 구동부는 전기모터, 서보모터, 유압모터, 공압모터 및 감속기 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 제 2 회전 구동부 및 수직 구동부는 전기식, 유압식 또는 공압식 엑추에이터인 것을 특징으로 할 수 있다.

수직이동박스 하부면에 구비되어, 수직이동박스의 수직이동에 따른 모션 스페이스 및 수직이동박스의 무게를 보상하는 가스 스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

제 3 회전 구동부는, 회전 테이블 하단에 결합된 기어, 기어와 맞물린 피니언 기어 및 피니언 기어를 회전시키는 서보모터를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

회전축 일측에 구비되어 제 2 회전 구동부를 회전축에 결합시키는 고정부재를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

회전축 및 제 3 회전 구동부에는 슬립링을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

따라서, 상기 설명한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따르면, 모터로 구비된 제 1 회전 구동부와 각각이 엑추에이터로 구비된 제 1 회전 구동부를 포함하여 상하 수직운동, 360°무한 좌우회전 및 상하회전의 3축 운동을 하도록 함으로써, 최소화된 구성으로도 체감효과를 극대화할 수 있는 장점을 갖는다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 모션 시스템에 의하면, 수직구동부의 구동으로 사용자에게 고도 변화에 따른 중력변화를 느끼게 하는 효과가 있다. 그리고, 제 1 회전 구동부가 작동하게 됨으로써, 사용자는 회전방향변화를 각도에 제한 없이 체감할 수 있는 장점이 있다.

또한, 제 3 회전 구동부를 구비하여, 지면에 수직축을 기준으로 모션 스페이스를 무한 회전시킬 수 있고, X축 구동부, Y축 구동부를 포함하여 X 및 Y축 방향으로 직선운동을 가능하게 하는 효과가 존재한다.

즉, 본 발명에 따른 모션 시스템은 제 1 회전 구동부, 제 2 회전 구동부, 제 3 회전 구동부에 의해 각 축을 중심으로 모션 스페이스를 회전 운동 가능하게 할 수 있다. 또한, 수직 구동부, X 축 구동부 및 Y축 구동부에 의해 모션 스페이스의 3 자유도 병진 운동을 추가적으로 가능하게 하는 효과를 갖는다. 따라서, 이러한 구동부들의 조합된 운동으로 사용자에게 다양한 위치 이동, 방향변화를 느끼게 할 수 있는 장점이 있다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허 청구 범위에 속함은 자명하다.

도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 무한회전 다축 구동 모션 시스템의 사시도,
도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 베이스 프레임를 제외한, 다축 구동 모션 시스템의 부분 사시도,
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따라 후방에서 바라본 무한회전 다축 구동 모션 시스템의 사시도,
도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 제 1 회전 구동부를 구동하여 회전축이 반시계방향으로 90°회전한 상태의 사시도,
도 2c는 본 발명의 일실시예에 따른 제 1 회전 구동부를 구동하여 회전축이 반시계방향으로 180°회전한 상태의 사시도,
도 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 제 1 회전 구동부를 구동하여 회전축이 반시계방향으로 270°회전한 상태의 사시도,
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 제 2 회전 구동부를 구동하여 회전축이 반시계방향으로 회전한 상태의 무한회전 다축 구동 모션 시스템의 부분 측면도,
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 제 2 회전 구동부를 구동하여 회전축이 시계방향으로 회전한 상태의 무한회전 다축 구동 모션 시스템의 부분 측면도,
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 수직 구동부를 구동하여 회전축이 최저점에 있는 상태의 무한회전 다축 구동 모션 시스템의 부분 측면도,
도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 수동 구동부를 구동하여 회전축이 최고점과 최저점 사이에 있는 상태의 무한회전 다축 구동 모션 시스템의 부분 측면도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 다축 구동 모션 시스템의 제 3 회전 구동부, X축 구동부 및 Y축 구동부의 분해 사시도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 제어부에 의한 신호흐름 블록도를 도시한 것이다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’되어 있다고 할 때, 이는‘직접적으로 연결’되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고,‘간접적으로 연결’되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를‘포함’한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

<무한회전 다축 구동 모션 시스템의 구성>

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 무한 회전 다축 구동 모션 시스템(10)의 구성에 대하여 설명하도록 한다. 먼저, 도 1a은 본 발명의 일실시예에 따른 무한 회전 다축 구동 모션시스템(10)의 사시도를 도시한 것이다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 무한 회전 다축 구동 모션시스템(10)은 탑승장치와 조종수단(110)을 구비한 모션 스페이스(100), 회전축(200), 베이스 프레임(300), 제 1 회전구동부(400), 제 2 회전구동부(500), 수직구동부(600), 제 3 회전구동부(710), X축 구동부(810) 및 Y축 구동부(910)를 포함한다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 무한회전 다축 구동 모션시스템(10)은 모션스페이스(100)를 포함하고, 모션스페이스(100) 내부에는 탑승장치 등이 구비될 수 있다. 탑승장치에는 사용자를 안전하게 고정하게 하는 안전장치를 포함할 수 있다. 이러한 모션 스페이스(100)는 후에 설명될 제 1 회전구동부(400), 수직이동박스(320) 제 2 회전구동부(500), 수직구동부(600), 제 3 회전구동부(710), X축 구동부(810) 및 Y축 구동부(910)의 작동에 의해 일체로 이동, 방향이 변화되어 다양한 위치 변화가 가능해 진다.

또한, 모션 스페이스(100)의 내부 일측에 조종수단(110)이 구비될 수 있다. 조종수단(110)은 게임용 조이스틱과 같이, 앞뒤, 좌우를 포함한 360°방향 조정이 가능하게 구비될 수 있다. 사용자는 조종수단(110)을 조정하여 조작신호를 제어부(120)로 전송시키게 되고, 조작신호를 인가받은 제어부(120)는 후에 설명될 제 1 회전구동부(400), 제 2 회전구동부(500), 수직구동부(600), 제 3 회전구동부(710), X축 구동부(810) 및 Y축 구동부(910)를 구동, 제어하게 된다. 조종수단(110)은 제어부(120)에 조작신호를 인가하는 것으로, 구체적인 형태와 구조는 당해 기술분야에 통상에 기술을 가진자가 용이하게 판단할 수 있는 범위 내에서는 모두 본 발명의 권리범위에 속함은 자명하다.

<무한회전 다축 구동 모션시스템의 작동>

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 무한회전 다축 구동 모션 시스템에 구비된 구동부에 의한 모션 스페이스(100)의 이동에 대해 설명하도록 한다.

먼저, 모션 스페이스(100)의 후방 일측에는 회전축(200)이 연결되어 있다. 도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 베이스 프레임(300)를 제외한 무한 회전 다축 구동 시스템의 상부측 부분 사시도를 도시한 것이다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 베이스 프레임(300) 내부에 수직이동박스(320)가 구비된다. 수직이동박스(320) 양쪽 측면 각각에는 수직 가이드 레일(330)을 구비하여, 베이스 프레임(300)를 기준으로 수직이동박스(320)의 상하이동을 가이드하게 된다.

그리고, 수직이동박스(320)의 상부면에는 연결축(310)을 구비한다. 연결축(310)에 의해 회전축(200)이 수직이동박스(320)와 결합되어 있다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 연결축(310)의 축방향과 회전축(200)의 축방향은 서로 수직이다. 그리고, 회전축(200)의 전방과 수직이동박스 하단부 사이에 제 2 회전 구동부(500)가 구비된다. 후에 설명될 제 2 회전 구동부(500)는 엑추에이터로 구성되어 엑추에이터의 구동으로 회전축(200)은 연결축(310)을 중심으로 회전할 수 있게 된다.

그리고, 수직이동박스(320)의 상부면에는 연결축(310)을 구비한다. 연결축(310)에 의해 회전축(200)이 수직이동박스(320)와 결합되어 있다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 연결축(310)의 축방향과 회전축(200)의 축방향은 서로 수직이다. 그리고, 회전축(200)의 전방과 수직이동박스(320) 하단부 사이에 제 2 회전 구동부(500)가 구비된다. 후에 설명될 제 2 회전 구동부(500)는 엑추에이터로 구성되어 엑추에이터의 구동으로 회전축(200)은 연결축(310)을 중심으로 회전할 수 있게 된다.

그리고, 제 1 회전구동부(400)는 회전축(200)을 축 중심으로 360°이상 무한회전시키게 된다. 따라서, 회전축(200)은 제 1 회전구동부(400)에 의해 시계방향 또는 반시계방향으로 회전가능 하다. 또한, 회전축(200)의 회전에 의해 회전축(200)과 고정결합되어 있는 모션 스페이스(100) 역시 일체로 회전하게 된다. 또한, 회전축에는 슬립링(210, silp ring)을 더 포함할 수 있다. 슬립링(210)이 회전축에 구비됨으로써 회전축이 무한 회전을 하더라도 회전축에 연결된 전선들의 꼬임을 방지할 수 있게 된다. 또한, 회전축(200)에는 고정부재(360)를 더 포함하여, 회전축(200) 전방과 제 2 회전 구동부(500)를 견고하게 고정시키게 된다.

도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 무한 회전 다축 구동 모션시스템(10)을 후방에서 바라본 모습의 부분 사시도이다. 제 1 회전구동부(400)에 의해 회전축(200)이 축을 기준으로 360°이상 무한회전할 수 있고, 회전축(200)의 회전에 따라 이와 고정된 모션 스페이스(100)가 회전하게 된다. 구체적 실시예에서, 제 1 회전구동부(400)는 서보모터와 감속기를 포함하고 있다. 또한, 회전축과 감속기는 1개이상의 체인 또는 기어에 의해 동력을 전달하게 된다.

도 2b는 제 1 회전구동부(400)에 의해 회전축(200)이 회전되어 모션 스페이스(100)가 일체로 반시계방향으로 90°회전한 무한회전 다축 구동 모션 시스템(10)의 부분 사시도를 도시한 것이다. 또한, 도 2c는 제 1 회전구동부(400)에 의해 회전축(200)이 회전되어 모션 스페이스(100)가 일체로 반시계방향으로 180°회전한 무한회전 다축 구동 모션 시스템(10)의 부분 사시도이다. 그리고, 도 2d는 제 1 회전구동부(400)에 의해 회전축(200)이 반시계방향으로 회전되어 모션 스페이스(100)가 일체로 270°회전한 무한회전 다축 구동 모션 시스템(10)의 부분 사시도이다.

베이스 프레임(300)은 수직이동박스(320)의 양쪽 측면 각각에 설치된 수직 가이드 레일(330)에 의해 수직이동박스(320)와 결합되어 있다. 즉, 베이스 프레임(300)는 수직이동박스(320)를 지지하게 되는 지지구조물에 해당한다. 베이스 프레임(300) 내부 양쪽 측면 각각에 구비된 수직 가이드레일(330)에 의해 수직이동박스(320)의 수직이동을 가이드하게 된다.

또한, 회전축(200)은 연결축(310)에 의해 수직이동박스(320) 상부에 고정되어 있다. 연결축(310)의 축방향은 회전축(200)의 축방향과 수직이고 지면에 수평이다. 그리고, 회전축(200)은 연결축(310)의 축을 중심으로 회전 가능한 구조로 수직이동박스 상부에 설치된다.

도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 무한회전 다축 구동 모션 시스템(10)의 제 2 회전구동부(500)에 의해 회전축(200)이 연결축(310)의 축을 중심으로 반시계방향으로 회전한 모습의 부분 측면도를 도시한 것이다. 그리고, 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 무한회전 다축 구동 모션 시스템(10)의 제 2 회전구동부(500)에 의해 회전축(200)이 연결축(310)의 축을 중심으로 시계방향으로 회전한 모습의 측면도를 도시한 것이다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 제 2 회전구동부(500)에 의해 회전축(200)은 연결축(310)을 중심으로 회전하게 된다. 즉, 회전축(200)은 연결축(310)의 축방향을 중심으로 시계방향(+방향) 또는 반시계 방향(-방향)으로 회전 가능하다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 일실시예에서의 제 2 회전구동부(500)는 전기식, 유압식 또는 공압식 엑추에이터로 구비될 수 있다. 그리고, 제 2 회전 구동부(500)는 회전축(200)의 전방 일측과 수직이동박스 하단 사이에 구비된다. 앞서 설명한 바와 같이, 회전축(200) 전방에 설치된 고정부재(360)에 의해 제 2 회전 구동부(500)가 회전축(200)과 결합하게 된다. 제 2 회전구동부(500)는 도 1b에 도시된 바와 같이, 관형상의 하단부(520)와 축 형상의 삽입부재(510)로 구비될 수 있다. 삽입부재(510)는 하단부(520)를 기준으로 길이방향으로 직선 운동(병진운동)을 하게 된다.

따라서, 제 2 회전구동부(500)의 삽입부재(510)가 하단부(520)에서 돌출되는 방향으로 이동하면 도 3b에 도시된 바와 같이, 삽입부재(510)와 결합된 회전축(200)은 시계방향(+방향, 도 3a 및 도 3b 기준)으로 회전하게 된다. 반면, 삽입부재(510)가 하단부(520)로 삽입되는 방향으로 이동하면, 도 3a에 도시된 바와 같이, 삽입부재(510)와 결합된 회전축(200)은 반시계방향(-방향, 도 3a 및 도 3b 기준)으로 회전하게 된다. 그리고, 본 발명의 일실시예에서는 제 2 회전구동부(500)에 의해 회전축(200)이 지면과 수평일 때를 0°기준으로 -45°~+45°회전할 수 있다.

따라서, 엑추에이터로 구비된 제 2 회전구동부(500)에 의해 회전축(200)을 연결축(310)의 축중심으로 회전시킴으로써, 회전축(200)에 결합된 모션스페이스(100)가 일체로 상하회전되게 된다. 제 2 회전구동부(500)의 구동 의한 회전축의 회전에 의해 모션 스테이스가 일체로 연결축(310)을 중심으로 회전하게 되고, 앞서 설명한 바와 같이, 회전축(200) 양쪽 측면과 수직이동박스(320) 사이에 제 2 가스 스프링(350)을 구비하여, 모션 스페이스(100)의 회전에 따른 무게와 모멘트를 보상하게 된다.

그리고, 본 발명의 일실시예에 따른 무한회전 다축 구동 모션 시스템(10)은 수직구동부(600)를 포함하고 있다. 수직구동부(600)는 수직이동박스(320)의 후방에 결합되어 구동에 의해 수직이동박스(320)를 지면에서 상하로 수직이동시키게 된다. 도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 수직구동부(600)에 의해 수직이동박스(320)가 최저점에 위치하는 무한회전 다축 구동 모션시스템(10)의 부분 측면도를 도시한 것이다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 수직구동부(600)는 유압식, 공압식 또는 전기식 엑추에이터로 구비될 수 있다. 수직구동부(600)는 수직이동박스(320)의 후방 일측에 연결 결합된 작동축(610) 및 베이스(301)에 구비된 고정단(620)으로 구비된다. 작동축(610)은 고정단(620)을 기준으로 수직운동을 하고, 작동축(610)은 수직이동박스(320)의 후방 일측에 결합되어 있어, 수직이동박스(320)를 수직 이동시키게 된다.

도 4b는 본 발명의 일실시예에 따라 수직구동부(600)에 의해 수직이동박스(320)가 상승된 상태의 무한회전 다축구동 모션시스템(10)의 부분 측면도를 도시한 것이다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 수직이동박스(320)에 연결된 작동축(610)이 고정단(620)을 기준으로 수직으로 이동함으로써, 수직이동박스(320)가 수직 이동 가능하게 된다. 수직이동박스(320)가 수직 이동하면서, 회전축(200)에 연결된 모션스페이스(100)가 일체로 수직 이동하게 된다.

또한, 앞서 설명한 바와 같이, 수직이동박스(320)의 수직이동이 일어날 때, 수직이동박스(320) 하부에 구비된 제 1 가스 스프링(340)에 의해 중력보상이 가능하다

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 무한 회전 다축 구동 모션 시스템(10)은 제 3 회전구동부(710), X축 구동부(810) 및 Y축 구동부(910)에 의해 추가적인 모션을 구현할 수 있다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 무한 회전 다축 구동 모션 시스템(10)에서 제 3 회전구동부(710), X축 구동부(810) 및 Y축 구동부(910)의 분해 사시도를 도시한 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 베이스(301)의 하단에 회전 테이블(700)이 결합된다. 그리고, 회전 테이블(700)의 하부면 일측에 제 3 회전구동부(710)가 결합되어 있다. 제 3 회전구동부(710)는 회전 테이블(700)을 지면과 수직인 Z축을 중심으로 회전시키게 된다. 따라서, 제 3 회전구동부(710)의 작동에 의해 회전 테이블(700)에 결합고정되어 있는 베이스(301), 베이스 프레임(300), 수직이동박스, 회전축(200) 및 모션 스페이스(100) 등이 일체로 Z축을 중심으로 반시계방향 또는 시계방향으로 무한회전 운동이 가능해 진다.

제 3 회전구동부(710)는 다양한 구동 장치에 의해 구현될 수 있다. 본 발명의 일실시예에서 제 3 회전구동부(710)는 1개 이상의 서보 모터와 피니언 기어, 그리고 회전 테이블(700) 가장자리 내측 또는 외측에 설치된 기어를 포함하고 있다. 또한, 제 3 회전구동부(710)는 슬립링(210)을 포함하여, Z축 중심의 회전 운동에 의해 제 3 회전 구동부에 연결된 전선들의 꼬임을 방지하게 된다.

그리고, 본 발명의 무한회전 다축 구동 모션 시스템(10)은 제 3 회전구동부(710) 하단에 결합된 제 1 스테이지(800)와 제 1 스테이지(800)를 직선운동시키는 X축 구동부(810)를 더 포함할 수 있다. 또한, 이러한 제 1 스테이지(800)와 X축 구동부(810)는 베이스(300) 하단에 구비될 수도 있다. 구체적 실시예에서는 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 스테이지(800)는 제 3 회전구동부(710)의 하단에 결합되어 있다. 그리고, 제 1 스테이지(800) 하단에는 X축 구동부(810)를 구비하여, X축 구동부(810)의 구동에 의해 지면에 수평이고, Z축에 수직인 X축 방향으로 제 1 스테이지(800)를 직선왕복이동시키게 된다.

구체적 일시예에서 X축 구동부(810)는 1개 이상의 서보모터와 랙(rack) 기어 및 피니언 기어를 포함하여 제 1 스테이지(800) 전체를 X축 방향으로 병진운동시킬 수 있게 된다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, X축 구동부(810)는 서보모터와 볼 스크루 및 볼 너트 세트를 연결하여 X축 방향으로 제 1 스테이지(800)를 병진운동시킬 수도 있다. 따라서, 제 1 스테이지(800)의 이동에 의해 제 1 스테이지(800)에 고정된 제 3 회전구동부(710), 회전 테이블(700), 베이스(300), 수직이동박스 및 모션 스페이스(100)가 일체로, X축을 기준으로 병진운동하게 된다. 본 발명의 기술적 특징은, X축 구동부(810)에 의해 모션 스페이스(100)가 X축 방향으로 병진운동하게 되는 것으로 제 1 스테이지(800)의 형상이나, 구체적인 크기, X축 구동부(810)의 구체적인 구성은 당해 기술분야에 통상에 지식을 가진자가 용이하게 변형할 수 있는 범위 내에서 모두 본 발명의 권리범위에 속함은 자명하다.

그리고, 본 발명의 무한회전 다축 구동 모션 시스템(10)은 X축 구동부(810)하단에 결합된 제 2 스테이지(900)와 제 2 스테이지(900)를 직선운동시키는 Y축 구동부(910)를 더 포함할 수 있다. 이러한 제 2 스테이지(900)와 Y축 구동부(910)는 베이스(300) 하단에 결합될 수도 있고, 제 3 회전 구동부 하단에 결합될 수도 있다. 구체적 실시예에서는 도 5에 도시된 바와 같이, 제 2 스테이지(900)는 X축 구동부(810)의 하단에 결합되어 있다. 그리고, 제 2 스테이지(900) 하단에는 Y축 구동부(910)를 구비하여, Y축 구동부(910)의 구동에 의해 지면에 수평이고, X축 및 Z축에 수직인 Y축 방향으로 제 2 스테이지(900)를 직선이동시키게 된다.

구체적 일시예에서 Y축 구동부(910)는 지지대(920)에 결합되어 있고, 1개 이상의 서보모터와 피니언 기어 그리고, 제 2 스테이지(900) 하부면에 구비된 랙기어를 포함하여 제 2 스테이지(900) 전체를 Y축 방향으로 병진운동시킬 수 있게 된다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, Y축 구동부(910)는 서보모터와 볼 스크루 및 볼 너트 세트를 연결하여 Y축 방향으로 제 2 스테이지(900)를 병진운동시킬 수도 있다. 따라서, 제 2 스테이지(900)의 이동에 의해 제 2 스테이지(900)에 고정된, X축 구동부(810), 제 1 스테이지(800), 제 3 회전구동부(710), 회전 테이블(700), 베이스(300) 및 모션 스페이스(100)가 일체로, Y축을 기준으로 병진운동하게 된다. 본 발명의 기술적 특징은, Y축 구동부(910)에 의해 모션 스페이스(100)가 Y축 방향으로 병진운동하게 되는 것으로 제 2 스테이지(900)의 형상이나, 구체적인 크기, X축 구동부(810)의 구체적인 구성은 당해 기술분야에 통상에 지식을 가진자가 용이하게 변형할 수 있는 범위 내에서는 모두 본 발명의 권리범위에 속함은 자명하다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 무한회전 다축 구동 모션 시스템(10)는 제어부(120)를 포함한다. 제어부(120)는 사용자가 조종수단(110)을 조작함으로써, 조작신호를 인가받아, 제 1 회전구동부(400), 제 2 회전구동부(500), 수직구동부(600), 제 3 회전구동부(710), X축 구동부(810), Y축 구동부(910)를 구동 및 제어하게 된다. 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 제어부(120)에 의한 신호흐름을 도시한 블록도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 조종수단(110)의 조작에 의해 제어부(120)가 조작신호를 인가받게 된다. 제어부(120)는 모션 프로그램을 구비하여, 인가받은 조작신호에 기반하여, 모션 프로그램에 의해 작동신호를 연산하게 된다. 제어부(120)에 의해 연산된 작동신호는 제 1 회전구동부(400), 제 2 회전구동부(500), 수직구동부(600), 제 3 회전구동부(710)(710), X축 구동부(810)(810) 및 Y축 구동부(910) 중 적어도 어느 하나에 전송되고, 작동신호를 인가받은 적어도 하나의 제 1 회전구동부(400), 제 2 회전구동부(500), 수직구동부(600), 제 3 회전구동부(710), X축 구동부(810) 및 Y축 구동부(910)가 구동되게 되며, 이러한 구동에 의해 모션 스페이스(100) 이동되게 된다.

< 적용예 >

이하에서는 본 발명인 무한 회전 다축 구동 모션시스템(10)의 적용예에 대해 설명하도록 한다. 무한 회전 다축 구동 모션시스템(10)은 앞서 설명한 바와 같이, 제 1 회전 구동부(400)와 제 2 회전 구동부(500) 및 제 3 회전구동부(710)에 의해 3축을 중심으로 모션 스페이스(100)를 회전시킬 수 있게 된다. 즉, 제 1 회전 구동부(400)는 회전축(200)의 축방향을 중심으로 모션 스페이스(100)를 360°이상 무한회전시키고, 제 2 회전 구동부(500)는 모션 스페이스(100)를 연결축(310)의 축방향을 중심으로 약 -45°~+45°회전시키게 된다. 또한, 제 3 회전구동부(710)는 모션스페이스(100)를 Z축을 중심으로 360°이상 무한회전시킬 수 있게 된다.

또한, 무한 회전 다축 구동 모션시스템(10)은 앞서 설명한 바와 같이, 수직 구동부(600)와 X축 구동부(810) 및 Y축 구동부(910)에 의해 모션 스페이스(100)를 병진운동가능하게 한다. 즉, 수직 구동부(600)에 의해 모션스페이스(100)를 수직운동가능하게 하고, X축 구동부(810)에 의해 모션 스페이스(100)를 X축 기준으로 병진으로, Y축 구동부(910)에 의해 모션 스페이스(100)를 Y축을 기준으로 병진운동가능하게 한다.

따라서, 본 발명의 무한 회전 다축 모션 시스템(10)은 6축 구동에 의해 모션 스페이스(100)에 탑승한 사용자에게 다양한 이동을 제공할 수 있게 된다. 제어부(120)에 다양한 모션 프로그램을 적용시킴으로써 본 발명을 체감형 엔터테인먼트 장비에 적용가능해 진다. 즉, 항공관련 프로그램을 제어부(120)에 장착하여 항공 시뮬레이터에 적용될 수 있고, 자동차, 우주선 등과 관련된 각종 시뮬레이터에 적용하는 것 또한 가능하다. 또한, 본 발명은 각종 산업용 또는 군사 장비의 훈련용 시뮬레이션 장비 구동과 기타 산업용 장비의 구동시험에도 사용, 적용가능하다.

10: 무한회전 다축 구동 모션시스템
100:모션 스페이스
110:조종수단
120:제어부
200:회전축
210:슬립링
300:베이스 프레임
310:베이스
310:연결축
320:수직이동박스
330:측면 가이드 레일
340:제 1 가스 스프링
350:제 2 가스스프링
360:고정부재
400:제 1 회전구동부
500:제 2 회전구동부
510:삽입부재
520:하단부
600:수직구동부
610:작동축
620:고정단
700:회전테이블
710:제 3 회전구동부
800:제 1 스테이지
810:X축 구동부
900:제 2 스테이지
910:Y축 구동부
920:지지대

Claims (11)

1. 모션 시스템에 있어서,
   모션 스페이스;
   상기 모션 스페이스와 연결 고정되고 축길이 방향이 지면과 수평인 회전축;
   상기 회전축을 축방향 중심으로 무한회전시켜 상기 모션 스페이스를 회전 가능하게 하는 제 1 회전구동부;
   상기 회전축의 축 길이방향과 수직이고, 지면과 수평인 연결축에 의해 상부측에 상기 회전축이 결합된 수직이동박스;
   내부에 상기 수직이동박스를 구비하여 상기 수직이동박스를 지지하는 베이스 프레임과 상기 베이스 프레임 하단에 결합된 베이스;
   상기 회전축의 전방 일측에 결합되어, 상기 회전축을 상기 연결축의 축방향을 기준으로 상하회전시키는 제 2 회전 구동부;
   상기 수직이동박스와 연결되어 상기 수직이동박스를 상하로 이동시키는 수직구동부; 및
   상기 제 1 회전 구동부, 상기 제 2 회전 구동부 및 상기 수직구동부 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무한회전 다축 구동 모션 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 베이스 하단에 결합된 회전테이블; 및
   상기 회전테이블과 연결되어, 상기 회전테이블을 지면에 수직인 Z축을 중심으로 무한회전시키는 제 3 회전 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무한회전 다축 구동 모션 시스템
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 베이스 또는 상기 회전 테이블의 하단에 고정결합되는 제 1 스테이지와 상기 제 1 스테이지를 상기 Z축과 수직이고, 지면에 수평인 X축 방향으로 직선운동시키는 X축 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무한회전 다축 구동 모션 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 X축 구동부 하단, 상기 회전 테이블 하단 또는 상기 베이스 하단과 결합된 제 2 스테이지와 상기 제 2 스테이지를 상기 Z축 및 상기 X축과 수직인 Y축 방향으로 병진운동시키는 Y축 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무한회전 다축 구동 모션 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 제 3 회전 구동부, 상기 X축 구동부 및 상기 Y축 구동부 중 적어도 어느 하나의 이동속도를 제어하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 무한회전 다축 구동 모션 시스템.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 회전 구동부는 상기 회전축을 상기 연결축을 중심으로 -45°~+45°로 회전시키는 것을 특징으로 하는 무한회전 다축 구동 모션 시스템.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 회전 구동부는 전기모터, 서보모터, 유압모터, 공압모터 및 감속기 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
   상기 제 2 회전 구동부 및 상기 수직 구동부는 전기식, 유압식 또는 공압식 엑추에이터인 것을 특징으로 하는 무한회전 다축 구동 모션 시스템.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 수직이동박스 하부면과 상기 베이스 사이에 구비되어, 상기 수직이동박스의 수직이동에 따른 상기 모션 스페이스 및 상기 수직이동박스의 무게를 보상하는 제 1 가스 스프링 및
   상기 수직이동박스와 상기 회전축 사이에 구비되어 상기 모션스페이스의 상하회전에 따른 상기 모션 스페이스의 무게 및 모멘트를 보상하는 제 2 가스 스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무한회전 다축 구동 모션 시스템.
9. 제 2 항에 있어서,
   상기 제 3 회전 구동부는,
   상기 회전 테이블 하단에 결합된 기어, 상기 기어와 맞물린 피니언 기어 및 상기 피니언 기어를 회전시키는 서보모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무한회전 다축 구동 모션 시스템.
10. 제 2 항에 있어서,
    상기 회전축 일측에 구비되어 상기 제 2 회전 구동부를 상기 회전축에 결합시키는 고정부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무한회전 다축 구동 모션 시스템.
11. 제 2 항에 있어서,
    상기 회전축 및 상기 제 3 회전 구동부에는 슬립링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무한회전 다축 구동 모션 시스템.
    

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