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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-06-21
(54)【発明の名称】運動発生器
(51)【国際特許分類】
G09B 9/00 20060101AFI20240614BHJP
【ＦＩ】
G09B9/00 Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023573671
(86)(22)【出願日】2022-05-30
(85)【翻訳文提出日】2023-12-12
(86)【国際出願番号】 EP2022025252
(87)【国際公開番号】W WO2022253466
(87)【国際公開日】2022-12-08
(31)【優先権主張番号】21020284.2
(32)【優先日】2021-05-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(31)【優先権主張番号】2108102.1
(32)【優先日】2021-06-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】521467456
【氏名又は名称】ディニズマ リミテッド
【氏名又は名称原語表記】ＤＹＮＩＳＭＡ ＬＴＤ．
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100224683
【弁理士】
【氏名又は名称】齋藤 詩織
(72)【発明者】
【氏名】アシュリー ウィリアム ホーカー ウォーン
(72)【発明者】
【氏名】ダニエル チャームベリー ウォード
(72)【発明者】
【氏名】ジェームズ ゴールディング
(57)【要約】
本発明の第１の態様によれば、１本以上の細長い剛性ストラットに連結される、表面に対するエフェクタペイロードに力、モーメント、および動きを加えるためのエフェクタを含む運動発生器が提供され、各ストラットはその一端で第１の継手によってエフェクタに連結され、その他端で第２の継手によって、関連付けられるロッカーに連結され、ロッカーはロッカーアームを備え、かつ表面に略平行な旋回軸を、旋回軸の周りで略垂直な孤を通るロッカーアームの動きがエフェクタの動きにつながり、関連付けられるロッカーに加えられる力がエフェクタに加えられる力につながるように有し、ロッカーの動きとロッカーによって加えられる力とは駆動装置によって制御される。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
運動発生器のエフェクタおよび／またはエフェクタペイロードに力、モーメント、および動きを加えるための運動発生器であって、前記エフェクタは表面に対して配置されており、
前記エフェクタは複数の細長い剛性ストラットに連結され、各細長い剛性ストラットはその一端で第１の継手によって前記エフェクタに連結され、その他端で第２の継手によって、関連付けられるロッカーに連結され、
前記ロッカーは前記表面に略平行な旋回軸を、前記旋回軸の周りで略垂直な孤を通る前記ロッカーの動きが前記エフェクタの動きにつながり、関連付けられるロッカーに加えられる力が前記エフェクタに加えられる力につながるように有し、
ロッカーの前記動きと前記ロッカーによって加えられる力とは駆動装置によって制御され、
前記駆動装置は、関連付けられるロッカーに、いずれかの端部によって連結される細長いベルト、ケーブル、またはロープ駆動の形態である、またはそれを備え、前記関連付けられるロッカー上の点に、前記ロッカーの前記旋回軸から離れる力を加え、
前記運動発生器は、更に、関連付けられるロッカーの運動中に、前記細長いベルト、ケーブル、またはロープ駆動に張力を与えるための引張手段を備える、運動発生器。
【請求項2】
各ロッカーの前記旋回軸が前記表面と平行である、請求項１に記載の運動発生器。
【請求項3】
各ロッカーの前記旋回軸が水平である、請求項１または２に記載の運動発生器。
【請求項4】
前記駆動装置および／またはロッカーが標準状態にある場合、前記駆動装置および前記ロッカーのうちの少なくとも一方、好ましくは両方が、前記関連付けられる細長い剛性ストラットの前後方向軸と平行にまたは並んで配置される、請求項１～３のいずれか一項に記載の運動発生器。
【請求項5】
前記駆動装置および前記ロッカーのうちの少なくとも一方、好ましくは両方が、前記関連付けられる細長い剛性ストラットの前記前後方向軸と同軸に移動する、請求項４に記載の運動発生器。
【請求項6】
前記駆動装置の細長い部分が前記関連付けられるロッカーのアームによって画定される開口部を通過する、または前記ロッカーのアームの周縁内を通過し、それによって、前記ロッカーのアームおよび前記細長い部分が前記運動発生器の動作中に互いに対して移動する、請求項５に記載の運動発生器。
【請求項7】
前記エフェクタの最大前後方向可動域がシャーシアーム半径の２５％より大きい、請求項１～６のいずれか一項に記載の運動発生器。
【請求項8】
前記エフェクタの前記最大前後方向可動域が前記シャーシアーム半径の４０％より大きい、請求項７に記載の運動発生器。
【請求項9】
前記エフェクタの前記最大前後方向可動域が前記シャーシアーム半径の約５０％である、請求項８に記載の運動発生器。
【請求項10】
前記エフェクタの最大横方向可動域が前記シャーシアーム半径の２５％より大きい、請求項１～９のいずれか一項に記載の運動発生器。
【請求項11】
前記エフェクタの前記最大横方向可動域が前記シャーシアーム半径の４０％より大きい、請求項１０に記載の運動発生器。
【請求項12】
前記エフェクタの前記最大横方向可動域が前記シャーシアーム半径の長さの約５０％である、請求項１１に記載の運動発生器。
【請求項13】
最大垂直方向可動域が前記シャーシアーム半径の１５％より大きい、請求項１～１２のいずれか一項に記載の運動発生器。
【請求項14】
前記最大垂直方向可動域が前記シャーシアーム半径の３０％より大きい、請求項１３に記載の運動発生器。
【請求項15】
４本以上、好ましくは６本の細長い剛性ストラットを備える、請求項１～１４のいずれか一項に記載の運動発生器。
【請求項16】
３つの対で配置される６本のストラットがあり、前記ストラットの各々はそれらのそれぞれの端のうちの１つで、関連付けられるロッカーと連結され、前記対になったストラットのうちのそれぞれの他端は、前記エフェクタの３つの取り付け点または継手に連結する、請求項１５に記載の運動発生器。
【請求項17】
第１と第２との継手がそれぞれ共に、少なくとも５である、自由度の総数を有する、請求項１～１６のいずれか一項に記載の運動発生器。
【請求項18】
前記第１または第２の継手のうちの一方は自在継手、カルダン継手、球面継手、回り継手、または屈曲部を含み、他方は、回転継手と系列をなす、自在継手、球面継手、カルダン継手、回り継手または屈曲部である、請求項１～１７のいずれか一項に記載の運動発生器。
【請求項19】
前記細長いベルト、ケーブル、またはロープ駆動がキャプスタンによって作動される、請求項１～１８のいずれか一項に記載の運動発生器。
【請求項20】
関連付けられるロッカーに作用して、前記ペイロード／エンドエフェクタの重量に反応し、関連付けられる前記駆動装置が標準状態において前記ペイロード／エンドエフェクタを支持するのを支援する受動力付与装置を含む、請求項１～１９のいずれか一項に記載の運動発生器。
【請求項21】
前記受動力付与装置が、関連付けられるロッカーに連結されるバンジー、引張バネ、またはガスストラットを含む、請求項２０に記載の運動発生器。
【請求項22】
０．３～０．５の範囲のモーションレシオを有する、請求項１～２１のいずれか一項に記載の運動発生器。
【請求項23】
共に動作するように配置された一次運動発生器と二次運動発生器とを含む組み合わせであって、前記一次運動発生器または二次運動発生器が請求項１～２２のいずれか一項に記載の運動発生器である、組み合わせ。
【請求項24】
前記二次運動発生器が請求項１～２４のいずれか一項に記載の運動発生器である、請求項２３に記載の組み合わせ。
【請求項25】
前記一次運動発生器がフレームを含み、前記二次運動発生器の前記ロッカーのうちの少なくとも１つが、水平旋回軸で、前記一次運動発生器の前記フレームに枢動可能に取り付けられる、請求項２４に記載の組み合わせ。
【請求項26】
請求項１～２２のいずれか一項に記載の少なくとも１つの運動発生器、または請求項２３～２５のいずれか一項に記載の少なくとも１つの組み合わせ、および制御システムを含む運動システム。
【請求項27】
請求項１～２２のいずれか一項に記載の運動発生器、請求項２４～２６のいずれか一項に記載の組み合わせ、または請求項２６に記載の運動システム、および視覚投影手段または視覚表示手段、および音声手段から選択される少なくとも１つの環境シミュレーション手段、を含む運転シミュレータ。
【請求項28】
請求項１～２２のいずれか一項に記載の運動発生器、および前記運動発生器を制御するように配置される制御システム、およびゲームシーンを表示する視覚表示装置を備えるゲーム機。
【請求項29】
請求項１～２２のいずれか一項に記載の運動発生器を製造する方法において、前記方法は、表面に対するペイロードに力、モーメント、および動きを加えるのに適したエフェクタを提供することと、
４本以上の細長い剛性ストラットに連結することと、
各ストラットをその一端で第１の継手によって前記エフェクタに、その他端で第２の継手によってロッカーに連結することと、を含み、
前記ロッカーは、ロッカーの動きが前記エフェクタの動きにつながり、ロッカーに加えられる力が前記エフェクタに加えられる力につながるように、固定された水平旋回軸を有し、
ロッカーの前記動きと前記ロッカーによって加えられる力とが駆動装置によって制御され、
前記駆動装置がロッカー上の点に、前記ロッカーの前記旋回軸から離れる力を加えるように配置される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、特に運転または飛行のような運動をシミュレートするための運動システムの分野に関する。特に、排他的ではないが、本発明は、運動発生器と、そのような運動発生器を含む運動システムと、運動発生器を使用する方法と、例えば、運転シミュレータとして使用するための運動システムと、それらの生産方法とに関する。
【背景技術】
【0002】
運動発生器は、１つ以上の方向または自由度で、ペイロードに動き、力、および加速を加えることができる装置である。ペイロードは、例えば、運動発生器を組み込む運動シミュレータでシミュレートされる経験を受けている人間とすることができる。あるいは、ペイロードは、第１の運動発生器と直列であるといわれる他の運動発生器とすることもできる。運動発生器は、運動システムにおいて使用される。運動システムは、本発明の文脈において、運動発生器を制御するための制御システムを含む。
【0003】
運動システムは、運動シミュレータにおいて使用される。運動システムは、運動シミュレーション（例えば、飛行シミュレータ、車両および運転シミュレータ）、ロボット工学、３Ｄ印刷、振動、および地震シミュレーションを含む様々な用途で使用される。運動シミュレーションで現在使用される最も一般的な種類の運動発生器は、スチュワートプラットフォーム（または「ヘキサポッド」）運動発生器である。これは、６つの駆動装置を有する並列遠隔操縦機の種類であり、通常、遠隔操縦機の底部上の３つの位置に対で取り付けられ、プラットフォームまたは上板（または「エンドエフェクタ」）上の３つの取り付け点に交差する。装置またはプラットフォーム上に置かれた人間のユーザ等のペイロードを、通常、操縦室、運転領域、またはモデル車両の何らかの形で、自由に吊り下げられた物体が動くことが可能な６つの自由度、即ち、３つの直線運動ｘ、ｙ、ｚ（横方向、前後方向、および垂直方向）と、３つの回転（縦揺れ、横揺れ、および偏揺れ）と、で動かすことができる。一般的に言って、並列遠隔操縦機ベースの運動システムでは、いくつかのコンピュータ制御駆動装置がペイロードを支持するために並列に動作するように配置される。この文脈において、「並列」とは、ペイロードと底部との間のそれぞれ別々の負荷経路内に１つの駆動装置のみが存在することを意味する。一方で、直列遠隔操縦機では、ペイロードと底部との間の可能な負荷経路の１つ以上が少なくとも２つの駆動装置を含む。
【0004】
運動シミュレータは、乗員に対して、動いている車両にいることの効果または感覚を生成することができる少なくとも１つの運動発生器／運動システムを組み込むシミュレーションシステムである。運動シミュレータは、運転シミュレータと飛行シミュレータとのそれぞれの形で運転者と操縦士とを訓練するために、専門的に使用される。また、これらは、車両自体の製造、設計、および試験、並びに車両部品の設計に工業的に使用される。運転および飛行シミュレーションに使用される専門運動シミュレータは、通常、例えば、投影システムおよび関連付けられる画面および音声信号によって提供される視覚表示装置を、運転者または操縦士が占める搬器（またはシャーシ）の動きと同期させ、運動効果のより良い感覚を提供する。仮想現実（ＶＲ）頭部装着表示装置（ＨＭＤ）の出現は、没入型シミュレーションの態様を現在の運動システムを用いてより低コストにし、受動のアミューズメントパークまたはアーケードドライブ、本人視点での乗車、または飛行乗車、および１人以上のプレーヤが、運転、乗車、飛行、または本人視点のゲーム体験に対して何らかの制御を有する能動的なゲーム等の余暇使用に仮想現実アプリケーションを配信することが可能である。運動シミュレーションで使用される運動発生器のペイロード、例えば、シャーシまたは操縦室等、は、比較的重い場合が多く、約１００ｋｇであるが、ゲーム等の特定の用途ではより小さいペイロードも可能である。運動発生器の運動シミュレーション用途は、多くの場合、約１メートル以上である大きな動きにわたる、このような比較的重いペイロードの精密な制御を必要とする。
【0005】
人間の参加者のための運動シミュレーションに通常使用されるヘキサポッドの種類は、典型的には約２０Ｈｚまでの比較的低い帯域幅を有する。これは、毎秒最大２０回の周波数で、一貫した振幅の振動的な動きと振動とを作り出すことができることを意味し、それを超えると、周波数が高くなるにつれて運動の振幅が減少する。これは、ほとんどの車のサスペンションの動きを複製するには十分であり得るが、車のエンジンからの振動、タイヤの振動、道路の騒音、レーストラック上の鋭いカーブと関連付けられるような周波数の容量を伝えるものではない。また、低い帯域幅は、信号が遅れていることを意味し、つまり、運転者はそれほど素早く応答できない。
【0006】
現在の運動システム、特に軍用および商業上の飛行指導および訓練用途のような最高仕様の使用を意図したものは、典型的には非常に大きく、重く、複雑で、非常に高価である。それらの複雑さは、大規模なプログラミングおよび保守を必要とし、ユーザのコストを更に増大させる。
【0007】
専用の運転シミュレータ運動システムは、ＭｃＬａｒｅｎ／ＭＴＳ、Ｗｉｌｌｉａｍｓ／ＡＢＤおよびＡｎｓｉｂｌｅのようなものによって開発されてきたが、これらは非常に機械的に複雑な傾向があり、従って、高価であり、精密に機械加工された特注の部品を特徴とし、しばしば高価なリニアモータを特徴とする。これらの専用の運転シミュレータ運動システムは、ある方向に動くときにはヘキサポッドよりも応答が速いが、それ以外の方向の場合にはまだ限られる。このようなシステムにおいてボールねじを一般的に使用することは、位置を確立するのに優れているが、力の伝達を阻止し、より低い帯域幅しか達成できないという点で不利である。これらの課題は、人間のユーザに、より自然でない運動シミュレーション体験をもたらす結果となる。例えば、それらによりシステムレイテンシが悪くなり、乗り物酔いを最小限に抑えるために追加の補正手段が必要となる（例えば、非特許文献１参照）。
【0008】
特許文献１に開示される運動シミュレータは、ベルクランクにより駆動される３つの直立アームを含む３つの自由度の並列遠隔操縦機を用いて、縦揺れ、上下揺れおよび横揺れにおける動きを制御する機構を含む。従って、それらの自由度において応答性があり、高い帯域幅を有する。リニア駆動装置によって回転駆動される回転テーブルが、偏揺れを与えるために必要とされる。運動シミュレータは比較的小型であることを意図される。しかし、その水平自由度は、順応性と、慣性と、水平自由度におけるシステムの応答性および帯域幅を制限する摩擦とを導入する直列遠隔操縦機によって提供される。
【0009】
特許文献２は対話型レーシングカーシミュレータを開示する。対話型レーシングカーシミュレータは、空気圧制御の下で、Ｘ方向およびＹ方向にそれぞれリニアガイド上で動くように配置され、「ＸフレームおよびＹフレーム」と称される長方形フレームを重ねる単純な直列配置を含む一次運動発生器を含む。この文献に開示される種類のＸおよびＹフレームの単純な配置は、Ｘ方向およびＹ方向に良好な可動域を提供するが、フレームは互いに積み重ねられるので、直列運動発生器は上下の寸法において特に小型ではない。更に、Ｘ方向およびＹ方向の動きは、特に正確ではなく、また、シミュレータは比較的低い帯域幅を有することになる。
【0010】
運転シミュレータに使用するための一次運動発生器の組み合わせ例は、特許文献３に記載される。本明細書は、一次運動発生器を用いて水平面内の大きな動きを維持することができ、同時に二次運動発生器の最大の上下方向の運動を達成することができる６つの自由度の運動発生器と直列に配置された３つの自由度の運動発生器を開示する。従って、直列で動作する２つの運動発生器は、同様のサイズのヘキサポッドでは不可能である異なる自由度の動きの組み合わせを達成することができる。しかしながら、本文書に記載されるヘキサポッドは、リニア駆動装置を使用し、特にボールねじ駆動リニア駆動装置を再回転させる。上述のように、ボールねじ駆動装置の再回転は、かなりの摩擦を有し、従って、応答性および帯域幅が悪くなる。ヘキサポッド構造における他のリニア駆動装置の使用は、更なる問題をもたらす。リニア駆動装置が可動ストラットの一部として可動である場合には、それは低い周波数で機械的共振をもたらす高い可動質量を有し、システムの応答性および帯域幅を制限する。あるいは、リニア駆動装置が底部に対して固定され、ヘキサポッドのストラットの一方の端部がリニア駆動装置に沿って並進する場合、システムの重みと慣性負荷は、更にかなりの摩擦を伴うリニア軸受けによって作用される。
【0011】
特許文献４は、大きな低摩擦固定底部上で摺動可能であり、およびプラットフォームの大きな水平運動を可能にするケーブル／駆動装置制御のプラットフォームを含む運動システムを開示する。ケーブルおよび駆動装置は、大きな底部の周囲に配置され、この設計におけるプラットフォームの大きな水平運動を可能にする。ヘキサポッドをベースとした二次運動発生器は、次に、プラットフォーム上に取り付けられ、操縦室の他の動きを提供するためにモデル車両操縦室を支持する。運動システムは、大きな低摩擦固定底部設計によって提供される可動域レベルにより、小型ではない。
【0012】
出願人の特許文献５（特許文献６としても公開される）は、少なくとも１つのロッカーの旋回軸が傾斜しており、好ましい構成では、全てのロッカーの旋回軸が基準面に対して垂直である、ロッカーベースの運動発生器を開示している。
【0013】
特許文献７（ＤＹＮＡＭＩＣ ＭＯＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭＳ ＧＭＢＨ）は、クランクと係合する、関連付けられるサーボモータによって駆動される遊星変速機を、駆動装置の各々が有する、一連の駆動装置を含む運動シミュレーションシステムを開示している。この直接駆動システムは、アミューズメントパーク等の用途において使用するように意図された高摩擦、高レイテンシ配置である（図１７Ａ～図１７Ｇ参照）。データは提供されていないが、特許文献７の配置は、比較的低い帯域幅および高レイテンシを有することが予想される。それ故、高い帯域幅および低レイテンシが望ましい運転シミュレーションまたはゲーム機器には好適ではないだろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0014】
【特許文献1】欧州特許第２４８６５５８号明細書
【特許文献2】米国特許第５９１９０４５号明細書
【特許文献3】欧州特許出願公開第２８１０２６８号明細書
【特許文献4】米国特許出願公開第２０１７／００５３５４８号明細書
【特許文献5】国際公開第２０２０／２２８９９２号
【特許文献6】欧州特許第３７３９５５８号明細書
【特許文献7】米国特許出願公開第２０１４／１５７９１６号明細書
【特許文献8】国際公開第２０２０／２４９２６２号
【非特許文献】
【0015】
【非特許文献1】Lucas, G et al.- Study of latency gap corrections in a dynamic driving simulator - In: Driving Simulation Conference & Exhibition, France, 2019-09-04 - DSC 2019 EUROPE VR - 2019
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0016】
本発明の目的は、改良された運動発生器、特に、運転および車両の運動の種類のシミュレーション用途、またはより軽いペイロードを伴う用途に有用なものと、このような運動発生器を組み込む改良された運動システムとを提供することであり、これらの用途に関して更に特に適している。
【0017】
本発明の更なる目的は、水平および垂直自由度において良好な可動域特性も有する運動発生器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0018】
本発明の第１の態様によれば、運動発生器のエフェクタまたはエフェクタのペイロードに力、モーメント、および動きを加えるための運動発生器が提供され、エフェクタは表面に対して配置または位置付けられ、エフェクタは１つ以上の細長い剛性ストラットに連結され、各ストラットはその一端で第１の継手によってエフェクタに連結され、その他端で第２の継手によって、関連付けられるロッカー（即ち、特定のストラットが連結されるロッカー）に連結され、各ロッカーはロッカーアームを備え、表面に略平行なロッカー旋回軸を、旋回軸の周りのロッカーの動きがエフェクタの動きにつながり、ロッカーに加えられる力がエフェクタに加えられる力につながるように有し、ロッカーの動きとロッカーによって加えられる力とは駆動装置によって制御され、駆動装置は、いずれかの端部によって、関連付けられるロッカーに連結される細長いベルト、ケーブル、またはロープ駆動の形態である、またはそれを備え、関連付けられるロッカー上の点に、ロッカーの旋回軸から離れる力を加え、運動発生器は、更に、関連付けられる細長いベルト、ケーブル、またはロープ駆動に張力を付与して、関連付けられるロッカーの運動中のベルト、ケーブル、またはロープ駆動における張力を維持するための手段を含む。
【0019】
該ロッカーまたは各ロッカーの旋回軸は水平、即ち、表面と平行であることが好ましい。ロッカーは、好ましくは、略垂直平面内で、即ち、略垂直な弧を通って移動する。
【0020】
本発明によるこのような運動発生器は、比較的コンパクトな設置面積を有しつつ、驚くほど良好な水平方向および垂直方向の可動域特性を有することが判明している。例えば、本発明による運動発生器は、水平に移動するロッカーアームを有する、即ち、垂直旋回軸を有する、同等の運動発生器（即ち、以下に定義するように、同様のシャーシアーム半径を有する運動発生器）よりも可動域が６０％～１００％増加する可能性がある。これは、運転シミュレーション等の用途の水平方向または垂直方向の可動域特性が大幅に改善されることを示している。
【0021】
表面は、概ね平面とすることができ、典型的には平面である。例えば、多くの用途において、表面は、単純に、本発明による運動発生器が設置される建物の床とすることができるが、運動発生器用の比較的平面な台板／基台とすることができる。高価な、非常に平面な表面は必要とされない。以下に記載される組み合わせ、および二次運動発生器が本発明による運動発生器である場合等の他の状況では、表面は、組み合わせが設置される物理的表面の上方の基準平面とすることができ、典型的には、一次運動発生器によって提供されるか、または一次運動発生器によって画定され、またその表面は一次運動発生器と共に動くことができる。
【0022】
この文脈では、ロッカーは、従来通り、細長い回転継手、またはピボットの一端に取り付けられる固形物本体（ロッカーアームと称される場合もある）を意味し、本体は、この継手、またはピボットによって提供される旋回軸を中心に回転可能であり、それによって、継手、またはピボットの他端に取り付けられる別の固形物本体に対して回転可能である。また、ロッカーは、通常、他の継手とピックアップポイントとをその本体上に有し、他の可動構成要素に取り付けられるであろう。ロッカーは、通常、機械的システムにおいて、可動構成要素の相対運動を制御して、機械的利点を制御し、運動の方向を変更するために使用される。ベルクランクおよびレバーのような機械的構成要素はロッカーの形態である。例えば、ロッカーは、例えばプッシュロッドまたはプルロッドサスペンション装置等の自動車のサスペンションにしばしば使用される。また、用語「ロッカー」は、本開示の目的のために、屈曲部に取り付けられる、または屈曲部と一体化される固形物本体を包含するため、本体は想像軸の周りで弧を描くことができ、その想像軸は、他のロッカーについて上記で言及されたような旋回軸と同等である。
【0023】
このように、本発明は、１、２、３、４、５、または好ましくは６の自由度を有する並列遠隔操縦機の形態である運動発生器を提供し、この運動発生器は、１つ、またはそれより多く、典型的には６つの駆動装置を含み、それぞれ、応答性と高い帯域幅の動きとを生成することができる。本発明による運動発生器では、エフェクタは、典型的には、４本以上の細長い剛性ストラット、より典型的には６本のそのようなストラットに連結され得る。従って、本発明の運動発生器は、運動発生器の設置面積の相対的なサイズに対して、水平方向および垂直方向において特に良好な可動域を伴う、６の自由度全てにおいて、応答性と高い帯域幅の動きとを提供することができる。
【0024】
本発明による運動発生器は、既知の運動発生器と比較して、いくつかの点の一部または全てにおいて利点とすることができる。水平方向および垂直方向への自由度の優れたレベルの可動性に加えて、可動部分内で摩擦の低いレベルを有することもできる。本発明の運動発生器の設計は、摩擦を最小限にし、従って、従来の設計で使用されるリニア軸受けまたはリニア誘導装置よりも摩擦の少ないロッカー（典型的には、ピボット点におけるその回転軸受けと共に）によって、ペイロードに与えられる重量および負荷が作用されるので、応答性があり、高い帯域幅を有する。換言すると、ロッカーは、運動発生器の応答性に貢献する低摩擦の誘導装置を提供する。更に、駆動装置モータは、ロッカーへの短いベルトまたは他の同様の駆動を介して、ベルトまたは同様の駆動に直接連結される。更に、ストラットは、上側継手および下側継手によってエンドエフェクタと関連付けられるロッカーとを直接相互接続することが有利であり、これも運動発生器の応答性に寄与する。運動発生器は、既知の設計と比較して、可動構成要素の質量が低いため、低慣性を有することができる。従って、運転シミュレーション等の運動シミュレーション用途においてレイテンシが短くなる。運動発生器のレイテンシは、通常、約３～４ｍｓであることができるが、約３ｍｓ未満であってもよい。典型的には５０Ｈｚよりも良好な高い帯域幅を、１つの自由度より多い自由度で有することもできる。いくつかの実施形態では、複数の自由度において、例えば、８０Ｈｚ、９０Ｈｚ、または１００Ｈｚまたはそれより多い、５０Ｈｚよりも著しく高い帯域幅を有することができ、これは同等の運動発生器の設計よりもかなり利点である。更に、例えば、特許文献３の運動発生器の摺動要素によって必要とされる精密機械加工された金属底部は、従来の建物床に設置されることができるので、必要としない。
【0025】
６つの自由度における運動発生器の可動性は、有利なモーションレシオを選択することによって改善することができる。モーションレシオは、それぞれの駆動装置モータの運動に対する、各方向へのエンドエフェクタの運動の比を指すシステム配置の特性である。システム配置は、ロッカーおよび駆動装置モータの達成可能な移動内のエンドエフェクタの広範囲の運動を達成するように、即ち、有利なモーションレシオを有するように設計することができる。
【0026】
モーションレシオは運動発生器の可動域にわたって変化することができ、システム配置は、移動中にそれほど変化しないモーションレシオを維持するように設計することができる。極端な場合、システム移動内でゼロに達するモーションレシオは、対応する駆動装置モータがエンドエフェクタの動きに対して制御力を有さず、これによりエンドエフェクタの転倒を引き起こす可能性がある故、問題となる。
【0027】
可動域は６次元の包絡線によって境界付けられ、これは一部または全ての自由度において大きく、かつ凸状となるよう選択することが理想的である。超球面が例示的な包絡線であり、これはその表面全体にわたって凸状であり、凸状の包絡線は、システムが包絡線を出ることなく、使用可能な移動内の任意の点から使用可能な移動内の任意の他の点まで直線的に移動し得る故に有利である。
【0028】
本発明の運動発生器における第１と第２との継手、即ち、上側と下側との継手は、共に、少なくとも５つである、自由度の総数を有することができる。好ましくは、第１または第２の継手のうちの一方は、自在継手、カルダン継手、球面継手、または屈曲部を含むことができ、他方は、球面継手とすることができる。そのような継手の剛性は通常、それらの必要とされる範囲の動きが増加するにつれて低下する。各継手のシステム可動域内の移動範囲を最小限に抑えるよう、システム配置並びに第１および第２の継手の配向および位置を改善することができる。これらの理由から、カルダン継手が好適である。
【0029】
本発明による運動発生器は、典型的には複数のロッカーを含む。ほとんどの配置において、運動発生器は、６つのロッカーを含むことができる。少なくとも１つの、好ましくは各々の、ロッカーの旋回軸は、表面が、運動発生器が設置される物理的表面である表面に対して概ね平行に固定され、即ち、旋回軸は水平面内にある。各旋回軸は、表面と平行であることができる。代替的に、（典型的には、一次運動発生器上に二次運動発生器として取り付けられる、本発明による運動発生器を含む組み合わせの文脈において）、ロッカーの旋回軸はその表面に対して固定されることができず、物理的表面の上方の平面、即ち一次運動発生器と共に動く平面に対して固定される。ロッカーピボットは、回転継手、軸受け付き軸、または屈曲部であることが好ましい。各ロッカーは動く、即ち、表面に対して直角な平面内で回転または旋回することができる。好ましくは駆動装置とロッカーとの両方（特に、動きの弧を描くロッカーの「自由」端）は、関連付けられる細長い剛性ストラットの前後方向軸と同軸に動くようにする。換言すれば、駆動装置およびロッカーはストラットと整列され、これにより、ロッカー／ストラット連結の有用性および駆動装置からエフェクタへの力の移送を改善する。より具体的には、駆動装置および／またはロッカーが標準状態(nominal condition)にある場合、即ち、運動発生器が標準状態にある場合、好ましくは駆動装置とロッカーとの両方が、関連付けられる細長い剛性ストラットの前後方向軸と平行に、または並んで配置される。
【0030】
有利には、ベルト、ケーブル、またはロープはストラットの前後方向軸と平行に、好ましくは並んで移動することができる。このようにして、関連付けられるロッカーにかかる曲げ荷重が少なくなり、荷重がベルト、ケーブル、またはロープおよび関連付けられるモータにより直接的に伝達される。これらの要因により、運動発生器の応答性が向上する。
【0031】
本発明による運動発生器は、典型的には４本、５本、６本、またはそれより多い、細長いストラットを含むことができるが、１本、２本、または３本の細長いストラットを有する運動発生器も考えられる。例えば、運動発生器は、Ｘが６未満であるＸ本の細長いストラットと、Ｙ＝６－Ｘである、エフェクタのＹの自由度を拘束する少なくとも１つの機械的拘束手段とを含むことができる。あるいは、６本を超える細長いストラットとすることができる。細長いストラットの対は、エンドエフェクタの反対側に配置されることができる。典型的な一実施形態では、運動発生器が３本の細長いストラットの対を含む。
【0032】
少なくとも１つの駆動装置は、負荷を表面に戻して作用させることができるように配置されることができる。ベルト、ケーブル、またはロープ駆動の駆動装置は、それらが比較的安価であるという点で有利であり得る。運動発生器が細長いベルト、ケーブル、またはロープ駆動のような駆動装置によって動力を供給される場合、細長いベルト、ケーブル、またはロープ駆動は、ベルト車またはキャプスタンによって作動されることができる。このようなベルト車またはキャプスタンは、電動モータまたは歯車モータによって駆動されることができる。
【0033】
運動発生器が、細長いベルト、ケーブル、またはロープ駆動等の駆動装置によって動力を供給される場合、細長いベルト、ケーブル、またはロープ駆動は、ベルト車またはキャプスタンによって作動されることができる。このようなベルト車またはキャプスタンは、電動モータまたは歯車モータによって駆動されることができる。
【0034】
ベルト、ケーブル、またはロープ駆動の両方の端は、関連付けられるロッカーに取り付けられ、従って、ロッカー上の２つの取り付け点の間のベルト、ケーブル、またはロープ駆動内に閉じられたループを効果的に形成する。代替的に、ベルトまたは同様の駆動は、関連付けられるロッカーに適切に固定される閉じられたループの形態であることができる。例えば、ベルト車を含む受動引張装置は、ベルト、ケーブル、またはロープ駆動の一端またはその一部に適用されることができ、ベルト、ケーブル、またはロープ駆動の張力を維持し、システムの変化する幾何学的形状内でその固定の長さに適応する。受動引張装置は、ロッカーの幾何学的形状の変化に適応することができる。受動引張装置は、リニア誘導装置上にバネを含むことができ、またはリニア誘導装置を別のロッカー／レバーに置き換えることができる。代替的に、受動引張装置内のリニアバネをねじりバネに置き換えることもできる。１つ以上の受動力付与装置をロッカーに連結して、静的な前負荷または減衰等の駆動装置を支援したり、ペイロードを中立状態（または「条件」）に維持する傾向にあるようにペイロードの重量を支持したりすることができる。この補助は、バネ、ガスストラット、またはバンジー等の受動力付与装置によって提供することができる
【0035】
少なくとも１つのロッカーおよび／または駆動装置が、表面上または表面に取り付けられることができる。代替的に、または付加的に、少なくとも１つのロッカーおよび／または駆動装置が、表面に固定されるフレームまたは他の支持体上に取り付けられることができる。
【0036】
エフェクタによって支持されるペイロードは、１０ｋｇを超えることができ、好ましくは８０ｋｇを超えることができ、好ましくは２５０ｋｇを超えることができ、または５００ｋｇを超えることさえができる。典型的には、運動シミュレーション用途では、ペイロードが車両シャーシ、操縦室、またはそれらのモデルとすることができる。
【0037】
本発明による運動発生器は、一次運動発生器と直列の二次運動発生器として動作するように配置されることができる。一次および二次の運動発生器を含むこのような組み合わせの装置は、ペイロードのより大きな運動範囲をユーザに提供することができる。例えば、組み合わせは、運動シミュレーション、特に車両運動シミュレーション、用途の運動において必要とされる１メートルほどの可動域を達成することができる。更に、そのような組み合わせ装置は、比較的単純で、従って、費用対効果の高い一次運動発生器の使用を可能にすることができ、より複雑な運動を提供する二次運動発生器のみを用いて、例えばＸ方向およびＹ方向に運動を提供する。代替として、一次運動発生器は、Ｘ、Ｙ、偏揺れの自由度を有することができる。二次運動発生器として本発明による運動発生器を用いて、一次運動発生器として使用するのに適した既知の運動発生器の一例は、特許文献４に開示されるものである。そのような組み合わせにおいて、本発明による運動発生器は、少なくとも１つのロッカーおよび／またはその発生器の駆動装置が一次運動発生器のフレームに、エンドエフェクタに、またはペイロードとして、取り付けられる二次運動発生器として配置される。例えば、一次運動発生器は、エンドエフェクタとしてフレームまたはプラットフォームを含むことができ、二次運動発生器のうちの少なくとも１つのロッカーは、一次運動発生器のフレームに枢動可能に取り付けられることができる。
【0038】
本発明の別の態様によれば、運動システムが提供され、運動システムは、本発明による少なくとも１つの運動発生器と、制御システムとを含む。制御システムは、少なくとも１つの運動発生器の駆動装置、好ましくはその全ての駆動装置、の動作を制御することができる。制御システムは、各駆動装置で生成される必要がある位置、加速、および／または力を計算することができ、要求される運動プロファイルを生成する。
【0039】
本発明の別の態様によれば、本発明による運動発生器または本発明による運動システム、および視覚投影手段もしくは視覚表示手段、および音声手段から選択される、少なくとも１つの環境シミュレーション手段を含む運転または車両シミュレータが提供される。運転または車両シミュレータは、操縦室またはシャーシおよび／または車両のシミュレーションの構成要素を含むことができる。運転または車両シミュレータは、表示装置、仮想現実装置、投影装置、および仮想環境をモデル化するためのソフトウェア手段、および車両モデルのうちの少なくとも１つを含む環境をシミュレートするための手段を含むことができる。
【0040】
本発明の別の態様は、本発明による運動発生器を製造または提供することと、制御システムを運動発生器に連結して、運動システムを製造することとを含む運動システムを製造する方法を提供する。
【0041】
運動発生器、運動システム、および運転シミュレータの他の特徴は、本明細書に記載の説明および更に特許請求の範囲から明らかになるであろう。運動発生器、運動システム、運動シミュレータ、および本発明の特定の態様または実施形態等の装置を参照する場合、当業者は、本発明の他の態様および実施形態がそのような装置に等しく適用することができることを理解するであろう。
【0042】
単一のロッカーと、関連付けられる細長いベルト、ケーブルまたはロープ駆動およびストラットとを備える運動発生器も、特定の用途向けに検討される。具体的には、そのような運動発生器は、表面に対してエフェクタおよび／またはエフェクタペイロードに力、モーメントおよび動きを加えるためのエフェクタを備え、エフェクタは細長い剛性ストラットに連結され、細長い剛性ストラットはその一端で第１の継手によってエフェクタに連結され、その他端で第２の継手によって、関連付けられるロッカーに連結され、ロッカーは表面に略平行な、好ましくは表面に平行な旋回軸を、旋回軸の周りで略垂直な弧を通るロッカーの略垂直方向の動きがエフェクタの動きにつながり、ロッカーに加えられる力がエフェクタに加えられる力につながるように有し、ロッカーの動きとロッカーによって加えられる力とは駆動装置によって制御され、駆動装置は、ロッカー上の点に、ロッカーの旋回軸から離れる力を加えるように配置された細長いベルト、ケーブル、またはロープ駆動の形態である、またはそれを備え、運動発生器は、更に、細長いベルト、ケーブル、またはロープ駆動に張力を与えるための引張手段を備える。当業者は、ベルトまたは他の駆動、ロッカーとストラットの前後方向軸との好ましい整列、またはロッカーを通過するベルトまたは他の駆動の一部等、この運動発生器の他の特徴は、運動発生器から取り除かれることができることを理解するであろう。
【0043】
【図面の簡単な説明】
【0044】
【図1】本発明による運動発生器を上方および片側から見た概略斜視図である。
【図3】本発明による運動発生器で使用するためのロッカーおよび駆動装置の配置の概略斜視図である。
【図3A】本発明による運動発生器で使用するための代替的なロッカーおよび駆動装置の配置の概略斜視図である。
【図4】本発明による運動発生器と共に使用するための制御システムの概略図である。
【図6】本発明による運動発生器および同等の運動発生器のエフェクタの異なる自由度における可動域に関する更なるモデル化実験の結果を示す図である。
【図9】本発明による運動発生器と別の運動発生器とを含む組み合わせの概略図である。
【図10】本発明による運転シミュレータの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0045】
本明細書において、上側または下側等の特定の向きおよび位置への言及は、添付の図面に示されるような向きまたは位置を指す。
【0046】
＜運動発生器＞
本発明の第１の態様による運動発生器１０、およびその構成要素が図１～図３Ａに示されている。プラットフォーム１３によって構成されるエンドエフェクタを有する運動発生器１０は、表面１４上に取り付けられる。プラットフォーム１３は、この実施形態では運動発生器１０のペイロードを構成する。更に、または代替的に、ペイロードが含まれる場合がある。例えば、ペイロードは、（例えば、図７および図８に示すように）レーシングカーの操縦室の複製の形態のシャーシを含んでもよい。運動発生器１０は、略三角形の形状を有し、アルミニウム等の軽量の剛性材料で構成される。運動発生器１０は、表面１４上に直接取り付けられる。あるいは、運動発生器１０は、スペースフレーム等のフレーム上またはフレーム内に取り付けられてもよい。フレームを使用することにより、特に運動発生器が一次運動発生器と直列の二次運動発生器として使用される場合に、運動発生器全体を運ぶことができるという利点がある。プラットフォーム１３は、細長い剛性ロッドまたはストラットＳ１、Ｓ２；Ｓ３、Ｓ４；およびＳ５、Ｓ６の対によって支持され、これらのロッドまたはストラットは、それらの上端で、上側継手ＵＪ１、ＵＪ２、ＵＪ３、ＵＪ４、ＵＪ５、およびＵＪ６によって、プラットフォーム１３にそれぞれ連結される。「ロッド」および「ストラット」という用語は、本明細書では交換可能に使用される。細長い剛性ストラットＳ１～Ｓ６は、例えば、鋼鉄等の硬くて軽量の材料、アルミニウム、または炭素繊維等の複合材料で作ることができる。上側継手ＵＪ１～ＵＪ６は、この実施形態では球面継手であるが、例えば、カルダン継手、または他の自在継手、旋回軸受け、または回り継手を含んでもよく、および／または屈曲部を含むことができる。各細長いストラットＳ１～Ｓ６の下端は、下側継手ＬＪ１、ＬＪ２、ＬＪ３、ＬＪ４、ＬＪ５、およびＬＪ６によって、関連付けられるロッカーＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、およびＲ６にそれぞれ連結され、これらのロッカーは、それぞれ、（表面１４に対して）水平な旋回軸の周りを旋回運動するよう配置される。例示として、ロッカーＲ３およびＲ６のそれぞれの水平ロッカー旋回軸ＲＰＡ３およびＲＰＡ６を図２Ａに示す。下側継手ＬＪ１～ＬＪ６はまた、球面継手、カルダン継手、または他の自在継手、旋回軸受け、または回り継手を備えてもよく、および／または屈曲部を含むことができる。下側および／または上側継手にはカルダン継手が好適である。より具体的には、カルダン継手の２つの回転軸をオフセットすることが特に好ましく、なぜなら、この構成により、回転軸が交差する従来のカルダン継手と比較して、軸方向の動きにおける継手の剛性をより高めることを可能にする故、特に好ましい。歯付ベルト駆動ＢＤ１～６の形態の駆動装置は、関連付けられる電気モータＥＭ１～６によって駆動され、ロッカーＲ１～６に連結される。ベルト駆動ＢＤ１～６はそれぞれ、ベルトテンショナＴ１～６の形態の引張装置にもそれぞれ連結し、これにより、連結された関連付けられるロッカーに、そのロッカーに連結されるベルト駆動に対して予圧張力を提供する。ベルトテンショナＴ１～６はそれぞれ、関連付けられるベルトが周囲を通過するベルト車と、リニアガイド上のバネ、またはアームの端部にベルト車が取り付けられるレバーアームのピボットの周りに作用するねじりバネ等、ベルト車に力を付与する手段と、を備える。ベルトテンショナＴ１～６によって提供される力により、ベルトの張力が維持され、関連付けられるロッカーの移動に伴う幾何学的変化に対応する。ハウジングＨ１～３は、ロッカーの対Ｒ１、２；Ｒ３、４；およびＲ５、４と、関連付けられるベルト駆動ＢＤ１～６との周りに配置される。ロッカーＲ１～Ｒ６と、関連付けられるベルト駆動ＢＤ１～６および電気モータＥＭ１～６との間の連結は、ハウジングＨ１～３が示されていない図２、図２Ａ、および図３に更に詳細に示されている。
本発明の第１の態様による運動発生器１０、およびその構成要素が図１～図３Ａに示されている。プラットフォーム１３によって構成されるエンドエフェクタを有する運動発生器１０は、表面１４上に取り付けられる。プラットフォーム１３は、この実施形態では運動発生器１０のペイロードを構成する。更に、または代替的に、ペイロードが含まれる場合がある。例えば、ペイロードは、（例えば、図７および図８に示すように）レーシングカーの操縦室の複製の形態のシャーシを含んでもよい。運動発生器１０は、略三角形の形状を有し、アルミニウム等の軽量の剛性材料で構成される。運動発生器１０は、表面１４上に直接取り付けられる。あるいは、運動発生器１０は、スペースフレーム等のフレーム上またはフレーム内に取り付けられてもよい。フレームを使用することにより、特に運動発生器が一次運動発生器と直列の二次運動発生器として使用される場合に、運動発生器全体を運ぶことができるという利点がある。プラットフォーム１３は、細長い剛性ロッドまたはストラットＳ１、Ｓ２；Ｓ３、Ｓ４；およびＳ５、Ｓ６の対によって支持され、これらのロッドまたはストラットは、それらの上端で、上側継手ＵＪ１、ＵＪ２、ＵＪ３、ＵＪ４、ＵＪ５、およびＵＪ６によって、プラットフォーム１３にそれぞれ連結される。「ロッド」および「ストラット」という用語は、本明細書では交換可能に使用される。細長い剛性ストラットＳ１～Ｓ６は、例えば、鋼鉄等の硬くて軽量の材料、アルミニウム、または炭素繊維等の複合材料で作ることができる。上側継手ＵＪ１～ＵＪ６は、この実施形態では球面継手であるが、例えば、カルダン継手、または他の自在継手、旋回軸受け、または回り継手を含んでもよく、および／または屈曲部を含むことができる。各細長いストラットＳ１～Ｓ６の下端は、下側継手ＬＪ１、ＬＪ２、ＬＪ３、ＬＪ４、ＬＪ５、およびＬＪ６によって、関連付けられるロッカーＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、およびＲ６にそれぞれ連結され、これらのロッカーは、それぞれ、（表面１４に対して）水平な旋回軸の周りを旋回運動するよう配置される。例示として、ロッカーＲ３およびＲ６のそれぞれの水平ロッカー旋回軸ＲＰＡ３およびＲＰＡ６を図２Ａに示す。下側継手ＬＪ１～ＬＪ６はまた、球面継手、カルダン継手、または他の自在継手、旋回軸受け、または回り継手を備えてもよく、および／または屈曲部を含むことができる。下側および／または上側継手にはカルダン継手が好適である。より具体的には、カルダン継手の２つの回転軸をオフセットすることが特に好ましく、なぜなら、この構成により、回転軸が交差する従来のカルダン継手と比較して、軸方向の動きにおける継手の剛性をより高めることを可能にする故、特に好ましい。歯付ベルト駆動ＢＤ１～６の形態の駆動装置は、関連付けられる電気モータＥＭ１～６によって駆動され、ロッカーＲ１～６に連結される。ベルト駆動ＢＤ１～６はそれぞれ、ベルトテンショナＴ１～６の形態の引張装置にもそれぞれ連結し、これにより、連結された関連付けられるロッカーに、そのロッカーに連結されるベルト駆動に対して予圧張力を提供する。ベルトテンショナＴ１～６はそれぞれ、関連付けられるベルトが周囲を通過するベルト車と、リニアガイド上のバネ、またはアームの端部にベルト車が取り付けられるレバーアームのピボットの周りに作用するねじりバネ等、ベルト車に力を付与する手段と、を備える。ベルトテンショナＴ１～６によって提供される力により、ベルトの張力が維持され、関連付けられるロッカーの移動に伴う幾何学的変化に対応する。ハウジングＨ１～３は、ロッカーの対Ｒ１、２；Ｒ３、４；およびＲ５、４と、関連付けられるベルト駆動ＢＤ１～６との周りに配置される。ロッカーＲ１～Ｒ６と、関連付けられるベルト駆動ＢＤ１～６および電気モータＥＭ１～６との間の連結は、ハウジングＨ１～３が示されていない図２、図２Ａ、および図３に更に詳細に示されている。
【0047】
図３は、ロッカーおよび関連付けられるアクチュエータ構成の一例として、ロッカー（例えば、Ｒ６）および連結される要素をより詳細に示しており、以下でより詳細に説明する。他のロッカーＲ１～５、および運動発生器の関連要素は、対応して構築および配置される。ロッカーＲ６は、表面１４と平行なロッカー旋回軸ＲＰＡ６の周りを旋回するように配置されており、この構成において低摩擦な誘導装置を構成する。図示の実施形態では、ロッカーピボットはピボットシャフトのいずれかの端に軸受けを備えるが、これらを例えば屈曲部に置き換えることもできる。ロッカーＲ６は、引張バネＳＰ６によって支持されており、引張バネＳＰ６の他端は、運動発生器構造に固定されている。バネＳＰ６は、復元力を提供して、ペイロード／エンドエフェクタの重量を移動範囲内の中立（または「標準」）位置またはその近くで支持することによって、駆動装置を補助する受動力装置を構成する。このような受動力装置は、バンジー、引張バネ、ロッカーアーム上の点に取り付けられ、ペイロードの重量に反応する方向に引っ張られるガスストラットによって提供され得る。細長いストラットＳ６は、その下端にて下側継手ＬＪ６によってロッカーアームの外端にヒンジ接続され、その上端にてＵＪ６（エンドエフェクタに連結する）によってヒンジ接続される。細長いストラットＳ６は、中心前後方向軸ＳＡ６を画定する。細長い歯付ベルトＢＤ６の両端は、連結されたベルトＢＤ６の磨耗を軽減する、丸みを帯びた要素Ｅ６を介してロッカーＲ６に連結される。要素Ｅ６は、例えばベルト車の形態で湾曲または円形であってもよく、歯付ベルトと係合するように歯が付いていてもよい。適切な歯付ベルトの例に、Ｃｏｎｔｉｎｅｎｔａｌ社のＣｏｎｔｉ（登録商標）Ｓｙｎｃｈｒｏｃｈａｉｎ Ｃａｒｂｏｎベルトがある。ベルトＢＤ６の主要な長さは、ロッカーＲ６のロッカーアームによって画定される開口部ＲＡ６を通過し、これにより、運動発生器の動作中の要素間の望ましくない接触が回避される。
【0048】
この実施形態では、細長いベルトの両端が関連付けられるロッカーに固定されているが、上述したように、完全に閉じたループベルトまたは同様の駆動を本発明の運動発生器に使用できることが考えられ、閉じたループベルトはロッカーに適切に固定される。
【0049】
歯付ベルトＢＤ６は、電気モータＥＭ６の駆動可能な対応する歯付電動キャプスタンＣ６（隠されている）の周囲を通過する。電動キャプスタンの適切な例は、Ｋｏｌｌｍｏｒｇｅｎ社のＡＫＭ２Ｇ Ｓｅｒｖｏ Ｍｏｔｏｒによって駆動される、Ｍａｒｔｉｎ社のシンクロベルトのスプロケットであろう。キャプスタンＣ６／モータＥＭ６は、（例えば、図４に関連して説明したように）制御システムの制御下で動作する。モータＥＭ６は、比較的短い長さのベルトＢＤ６によってロッカーＲ６に接続され、これにより、運動発生器の応答性に効果的に寄与していることに留意されたい。テンショナおよびモータ／キャプスタンの位置は交換可能であることが理解されよう。いくつかの構成では、モータはテンショナ上に取り付けることができる。これは、ベルトの長さを短くし、あらゆるベルトの伸長を低減し、それにより高帯域幅、低レイテンシ動作を可能にするという点で有利であり得る。
【0050】
ベルトＢＤ６および関連付けられるロッカーＲ６は、関連付けられるストラットＳ６の前後方向軸ＳＡ６と平行に移動するように配置されていることに留意されたい。このようにして、有利には、ロッカーＲ６が受ける曲げ荷重が少なくなり、荷重がより直接的にベルトＢＤ６に、ひいてはモータＥＭ６に伝達される。この配置は、有利には、モータＥＭ６からストラットＳ６への力のより直接的な作用線を提供する。換言すれば、モータＥＭ６からベルトＢＤ６、そしてストラットＳ６までのより剛性の高い負荷経路が存在し、ロッカーＲ６によって提供されるのに必要な反力が取り出される。これは、ロッカーＲ６が屈曲する際に反力を提供する必要がないことを意味しており(少なくともシステムが中心にある場合)、従って、ロッカーＲ６の動きが他の運動発生器設計と比較して改善される。
【0051】
図３Ａは、図３に関連して上述したものとほぼ同様である、代替的なロッカーＲ６Ａおよび駆動装置の配置を示しており、対応する構成要素に関しては対応する参照番号が使用されている。任意の追加のブレーキシステムＢＳがロッカーＲ６Ａに接続されて、ロッカーの減速度を制御する。
【0052】
制御システムの制御下で、関連付けられるベルトＢＤ１～６およびキャプスタンＣ１～６によって駆動されるロッカーＲ１～Ｒ６（または上述した他の実施形態のロッカー）のうちの１つ以上の動きによって、ストラットＳ１～６は、６自由度のいずれかの高帯域幅でエフェクタ１３を多種多様な状態に動かすが、そのうちの一部を以下に説明する。
【0053】
更に、運動発生器１０は、同様の設置面積の他の運動発生器設計と比較して、例えば、以下に説明するシャーシアーム半径に関して定義されるように、設置面積に対して優れた横方向、前後方向、および垂直方向可動性を有する。
【0054】
運動発生器１０は、図４に示され、１００として番号付けされている制御システムの制御下で動作することができる。運動発生器と制御システムは共に運動システムを構成する。図４に関連して、運動発生器は参照番号１０２で参照されるが、制御システム１０１は、本明細書で説明される他の運動発生器、運動システム、および運動シミュレータに適用可能である。制御システム１０１は、運動制御部１０４を含む。運動制御部１０４は、好ましくは決定論的またはリアルタイムの方法でコンピュータプログラムを実行し、シミュレーション環境１０３またはセットポイント生成器１０６等の要求生成器から運動要求入力１０５を取得する。運動制御部は、各駆動装置１０９で生成される必要がある位置、加速、および／または力１０７を計算して、要求される運動プロファイル１０５を生成する。また、制御システム１０１は、サーボ駆動１０８を備える。サーボ駆動１０８は、駆動装置１０９を駆動するために正確に制御される電流１１０を提供する（例えば、上記の例示的な実施形態における電気モータＥＭ１～６、および関連付けられるキャプスタンＣ１～６およびベルトＢＤ１～６）。
【0055】
動作中、運動制御部は、要求される位置または力１０７を各サーボ駆動１０８に送る。駆動装置１０９は、符号化器等の運動測定装置１１１を有する。運動測定装置１１１は、任意選択でサーボ駆動を介して、運動フィードバック１１２を運動制御部に提供する。運動制御部は、要求される運動プロファイル１０５を測定されるもの１１２と比較し、それに応じて駆動装置要求１０７を更新する。
【0056】
また、図４は、シミュレートされる車両とレーストラックまたは市内道路等のその環境との物理学が計算される運転シミュレーション等、シミュレーション環境１０３を有する制御システムを示す。例えば、運転シミュレーションは、以下に説明するように、本発明による運転シミュレータの文脈内にあり得る。この実施形態では、制御システム１０１は、仮想車両の運動を表すシミュレーション環境１０３から運動要求を受信する。コンピュータプログラムは、仮想世界１１４における車両の運動を判定し、次に、運動キューイングアルゴリズム１１３（ＭＣＡ、ウォッシュアウトフィルタとしても知られる）を適用して、シミュレートされる車両運動を、運動発生器によって表されることができる運動に変換する。次に、これらの計算される運動は、運動要求１０５として制御システムに提供される。ＭＣＡ１１３は、シミュレーション環境１０３もしくは制御システム１０１の一部とすることができ、または両方に分離することができる。シミュレーション環境１０３は、制御装置１１６から入力信号１１５を受信することができる。制御装置１１６は、操舵、スロットル、またはブレーキ入力等、操作者、即ち運転者、乗客、または操縦士等の人間のユーザが、シミュレーション環境内の仮想車両を制御するために使用する。操作者は、運動発生器１０２（例えば、例示的な実施形態における運動発生器１０）のペイロードとしてのシャーシ内の乗客（運転者）である可能性が高い。これらの入力１１５は、制御システムを介して、または直接、シミュレーション環境に戻されることができる。また、シミュレーション環境は、運転者、乗客、または他のユーザもしくは操作者のための出力を視覚表示装置１１７上に生成する可能性が高い。また、シミュレーション環境は、運動発生器の位置、または制御装置入力信号に関連するような、制御システムからの追加データ１１８を必要とすることができる。
【0057】
＜運動発生器の動作＞
図１、図２、および図２Ａは、プラットフォームが中立（または「標準」）状態にある運動発生器１０を示している。運動発生器を動作させて、エンドエフェクタを様々な別の状態に移動させることができる。運動発生器１０は、前後揺れ後向き、左右揺れ右向き、上下揺れ下向き、横揺れ左側下向き、縦揺れ先端部上向きおよび偏揺れ先端部右向きを含むが、これらに限定されない、より多くの状態に動作されることできることが、当業者によって理解されるであろう。更に、運動発生器１０は、このような状態の複数の組み合わせに動作されることができることも、当業者によって理解されるであろう。例えば、運動発生器は、上下揺れ上向きと偏揺れ先端部左向きとを組み合わせた状態に動作されることができる。運動発生器は、ペイロード／エンドエフェクタ１３の動きの精度を高める、高帯域幅、低摩擦および低慣性を含む本発明の利点を有する。
図１、図２、および図２Ａは、プラットフォームが中立（または「標準」）状態にある運動発生器１０を示している。運動発生器を動作させて、エンドエフェクタを様々な別の状態に移動させることができる。運動発生器１０は、前後揺れ後向き、左右揺れ右向き、上下揺れ下向き、横揺れ左側下向き、縦揺れ先端部上向きおよび偏揺れ先端部右向きを含むが、これらに限定されない、より多くの状態に動作されることできることが、当業者によって理解されるであろう。更に、運動発生器１０は、このような状態の複数の組み合わせに動作されることができることも、当業者によって理解されるであろう。例えば、運動発生器は、上下揺れ上向きと偏揺れ先端部左向きとを組み合わせた状態に動作されることができる。運動発生器は、ペイロード／エンドエフェクタ１３の動きの精度を高める、高帯域幅、低摩擦および低慣性を含む本発明の利点を有する。
【0058】
＜本発明による運動発生器と同等の運動発生器との比較＞
図５および図６に示される結果は、エンドエフェクタを支持するストラットに連結される、水平面内で移動するアームを有する（即ち、垂直旋回軸を有し、図７の平面図に示される）６つのロッカーを有する特許文献５（特許文献６）の好ましい実施形態による、同等の基準運動発生器（構成Ａ）（結果を実線で示す）と、６つのロッカーが水平ロッカー軸の周りを垂直面内で移動し、エンドエフェクタを支持する、上述した運動発生器１０のような、本発明による運動発生器（構成Ｂ）（結果を破線で示す）との間の可動域包絡線の比較である。本発明による運動発生器は、図８に平面図で示されている。レーシングカーの操縦室の形態のシャーシＣが運動発生器プラットフォームのエンドエフェクタに取り付けられており、ユーザＵが両方の操縦室に示されていることに留意されたい。運動発生器構成ＡもＢも両方とも、同じ「シャーシアーム半径」を有している。「シャーシアーム半径」は、エンドエフェクタの中心から、ストラットをエンドエフェクタに接続する上側継手までの距離であり（図７および図８にＲとして示す）、同等の設置面積を有すると言える。
図５および図６に示される結果は、エンドエフェクタを支持するストラットに連結される、水平面内で移動するアームを有する（即ち、垂直旋回軸を有し、図７の平面図に示される）６つのロッカーを有する特許文献５（特許文献６）の好ましい実施形態による、同等の基準運動発生器（構成Ａ）（結果を実線で示す）と、６つのロッカーが水平ロッカー軸の周りを垂直面内で移動し、エンドエフェクタを支持する、上述した運動発生器１０のような、本発明による運動発生器（構成Ｂ）（結果を破線で示す）との間の可動域包絡線の比較である。本発明による運動発生器は、図８に平面図で示されている。レーシングカーの操縦室の形態のシャーシＣが運動発生器プラットフォームのエンドエフェクタに取り付けられており、ユーザＵが両方の操縦室に示されていることに留意されたい。運動発生器構成ＡもＢも両方とも、同じ「シャーシアーム半径」を有している。「シャーシアーム半径」は、エンドエフェクタの中心から、ストラットをエンドエフェクタに接続する上側継手までの距離であり（図７および図８にＲとして示す）、同等の設置面積を有すると言える。
【0059】
この研究では、２つの運動発生器構成のロッカーについて可能な範囲全体にわたってシミュレーションを実行し、ロッカー位置の全ての組み合わせを６つのロッカーにわたってカバーした。シミュレーション中、結果として生じるエンドエフェクタの変位を６自由度のそれぞれで測定した。各可動域包絡線は、様々な自由度の異なる組み合わせの断面でエンドエフェクタによって達成可能な最大位置を視覚化したものである。
【0060】
図５から分かるように、図５は本発明の運動発生器（構成Ｂ）（破線で示す）の異なる自由度における可動域の増加を、同等の運動発生器（構成Ａ）（実線で示す）の異なる自由度における可動域のパーセンテージとして示しており、本発明の運動発生器の可動域包絡線は、基準運動発生器（構成Ａ）と比較して、垂直方向および水平方向の可動域が大幅に改善されていることがわかる。これは、可動域がこのような全ての自由度において大幅に大きいためである。従って、増加率は、同等の運動発生器構成と比較して、本発明の運動発生器構成の方が６０％から１００％大きい。どちらの運動発生器構成についても、結果として得られるエンドエフェクタの可動域包絡線がほぼ円形かつ凸状になる故、可動域は有用であり、即ち、幾何学的制限にぶつかることなく、包絡線内の任意のある点から別の点まで直線で移動できることを意味しており。即ち、エンドエフェクタの動きは、動きの範囲全体にわたって妨げられることはない。図６は、並進可動域をシャーシアーム半径のパーセンテージとして示している。例えば、シャーシアーム半径８００ｍｍの５０％では、可動域は４００ｍｍである。しかしながら、特に図６に示すように、本発明の運動発生器は、使用可能な前後方向および横方向の可動域包絡線、および横揺れ対縦揺れ包絡線に対して特に改善されており、なぜなら、基準運動発生器構成よりも大きく、より均一な円形であるからである。モーションレシオに関して、特許文献５の運動発生器は、約０．１７～約０．５２の、ロッカーと垂直方向自由度との間に典型的なモーションレシオを有する。対照的に、同じ垂直方向移動範囲にわたって、本発明による運動発生器は約０．３８～約０．４５のモーションレシオを有する。
【0061】
＜運動発生器の組み合わせ＞
本発明による運動発生器は、他の運動発生器と直列に、即ち、第１および第２の運動発生器ステージとして使用されることができる。例えば、本発明による運動発生器は、二次運動発生器として使用されることができ、即ち、運動発生器自体が一次運動発生器のペイロードとなる。図９は、組み合わせ２００を示す。組み合わせ２００は、本発明による、第１の（または「一次」）運動発生器２０２と、（本発明による運動発生器であり、図１～図３に関連して上述したように）第２の（または「二次」）運動発生器２０４とを備える。この組み合わせ２００は、通常、建物床面である平面表面２０１（図示せず）上に設置される。一次運動発生器２０２は、単純なＸとＹとのフレーム装置である。このフレーム装置は、下側フレーム部材２０７、２０８を含む下側フレーム２０６と、上側フレーム２１０とを備える。下側フレーム部材２０８はモータ２１２を支持する。モータ２１２は、（例えば、図４に示されるように）制御システム２０５からの命令の下に動作されることができ、フレーム２１０をＸ方向に動かす。同様のモータ２１４は、フレーム２１０に同様に配置され、制御システム２０５からの命令の下で、そのフレームをＹ方向に動かす。二次運動発生器２０４は、一次運動発生器２０２に取り付けられる、本発明の第１の態様による運動発生器であり、二次運動発生器２０４は、（一次運動発生器の上側フレームエレメント２１１に直接取り付けられる、即ち表面２０１の上方の平面に取り付けられる）ロッカーを備える。ロッカーは、（モータと、キャプスタンに巻き付く、ロッカーの可動端に取り付けられる細長いベルトと、を備える、全てハウジングによって隠されている)駆動装置と、細長い剛性ストラットとに駆動可能に連結される。細長いストラットは、関連付けられるロッカーの自由端に下側継手によって一端で連結され、エンドエフェクタ／ペイロード２１９に上側継手によって他端で連結される。モータ２１７が制御システムからの命令の下で動作されると、駆動キャプスタンを駆動し、次にベルトを駆動して、関連付けられるロッカーを動かす。ロッカーは、垂直な弧を描いて動くロッカーアームを用いて、水平な旋回軸の周りで旋回する。ロッカーの動きは、関連付けられるストラットを動かして、エンドエフェクタ／ペイロード２１９をＸ方向およびＹ方向に動かし、同様に、偏揺れ、上下揺れ、および縦揺れの運動を可能にする。組み合わせ２００は、一次運動発生器２０２は比較的安価であるが、Ｘ方向およびＹ方向に良好な可動域の範囲を提供し、二次運動発生器２０４はより高い帯域幅とより低いレベルの慣性とより低いレベルの摩擦とを提供して、これがペイロードに付与される動きの精度を高めるという点で利点である。一次運動発生器が単純なＸおよびＹフレーム構成である組み合わせがある一方で、例えば、特許文献８に概略的に記載されるような、Ｘ、Ｙ可動域を提供し、かつ無限の偏揺れ特性（即ち、Ｚ軸の回りの回転）を与えるより複雑な一次運動発生器を組み合わせに使用することもできる。
本発明による運動発生器は、他の運動発生器と直列に、即ち、第１および第２の運動発生器ステージとして使用されることができる。例えば、本発明による運動発生器は、二次運動発生器として使用されることができ、即ち、運動発生器自体が一次運動発生器のペイロードとなる。図９は、組み合わせ２００を示す。組み合わせ２００は、本発明による、第１の（または「一次」）運動発生器２０２と、（本発明による運動発生器であり、図１～図３に関連して上述したように）第２の（または「二次」）運動発生器２０４とを備える。この組み合わせ２００は、通常、建物床面である平面表面２０１（図示せず）上に設置される。一次運動発生器２０２は、単純なＸとＹとのフレーム装置である。このフレーム装置は、下側フレーム部材２０７、２０８を含む下側フレーム２０６と、上側フレーム２１０とを備える。下側フレーム部材２０８はモータ２１２を支持する。モータ２１２は、（例えば、図４に示されるように）制御システム２０５からの命令の下に動作されることができ、フレーム２１０をＸ方向に動かす。同様のモータ２１４は、フレーム２１０に同様に配置され、制御システム２０５からの命令の下で、そのフレームをＹ方向に動かす。二次運動発生器２０４は、一次運動発生器２０２に取り付けられる、本発明の第１の態様による運動発生器であり、二次運動発生器２０４は、（一次運動発生器の上側フレームエレメント２１１に直接取り付けられる、即ち表面２０１の上方の平面に取り付けられる）ロッカーを備える。ロッカーは、（モータと、キャプスタンに巻き付く、ロッカーの可動端に取り付けられる細長いベルトと、を備える、全てハウジングによって隠されている)駆動装置と、細長い剛性ストラットとに駆動可能に連結される。細長いストラットは、関連付けられるロッカーの自由端に下側継手によって一端で連結され、エンドエフェクタ／ペイロード２１９に上側継手によって他端で連結される。モータ２１７が制御システムからの命令の下で動作されると、駆動キャプスタンを駆動し、次にベルトを駆動して、関連付けられるロッカーを動かす。ロッカーは、垂直な弧を描いて動くロッカーアームを用いて、水平な旋回軸の周りで旋回する。ロッカーの動きは、関連付けられるストラットを動かして、エンドエフェクタ／ペイロード２１９をＸ方向およびＹ方向に動かし、同様に、偏揺れ、上下揺れ、および縦揺れの運動を可能にする。組み合わせ２００は、一次運動発生器２０２は比較的安価であるが、Ｘ方向およびＹ方向に良好な可動域の範囲を提供し、二次運動発生器２０４はより高い帯域幅とより低いレベルの慣性とより低いレベルの摩擦とを提供して、これがペイロードに付与される動きの精度を高めるという点で利点である。一次運動発生器が単純なＸおよびＹフレーム構成である組み合わせがある一方で、例えば、特許文献８に概略的に記載されるような、Ｘ、Ｙ可動域を提供し、かつ無限の偏揺れ特性（即ち、Ｚ軸の回りの回転）を与えるより複雑な一次運動発生器を組み合わせに使用することもできる。
【0062】
＜運転シミュレータ＞
本発明による運転シミュレータ３００は図１０に示される。運転シミュレータ３００は、例えば、図１～図４に関連して上述されたような、本発明による運動発生器３０４を含む運動システム、または上述したような本発明の運動発生器を含む組み合わせを備える。運動発生器は、シャーシ３０５をエフェクタペイロードとして有する。運動システム３０２は、運転環境の画像を表示されることができる投影システム３０７の前の表面３０６上に取り付けられる（投影システムが環境シミュレーション手段の一例を構成する）。音声システム（図示せず）は、運転環境の音を複製して、ユーザに音を提供し、環境シミュレーション手段の別の例を構成する。運転シミュレータ３００の運動発生器３０４は、（例えば、図４に関連して記載されるように）制御システム３０８の命令の下で動作される。
本発明による運転シミュレータ３００は図１０に示される。運転シミュレータ３００は、例えば、図１～図４に関連して上述されたような、本発明による運動発生器３０４を含む運動システム、または上述したような本発明の運動発生器を含む組み合わせを備える。運動発生器は、シャーシ３０５をエフェクタペイロードとして有する。運動システム３０２は、運転環境の画像を表示されることができる投影システム３０７の前の表面３０６上に取り付けられる（投影システムが環境シミュレーション手段の一例を構成する）。音声システム（図示せず）は、運転環境の音を複製して、ユーザに音を提供し、環境シミュレーション手段の別の例を構成する。運転シミュレータ３００の運動発生器３０４は、（例えば、図４に関連して記載されるように）制御システム３０８の命令の下で動作される。
【0063】
本発明による運動発生器は、この実施形態で説明されるような運転シミュレータで使用するのに適しており、このような用途のための既知の運動発生器と比較して、いくつかの点の一部または全てにおいて利点とすることができる。特に注目すべきは、図６および図７に示す結果に示されているように、このようなコンパクトな設置面積の運動発生器の水平方向および垂直方向の次元における可動域が高いことである。更に、ａ）重量および慣性負荷に作用するため、リニア軸受けよりも、回転継手または回転軸受けを使用すること、ｂ）再循環ボールねじリニア駆動装置を不要にすること、により、その可動部分内で低レベルの摩擦を有することができる。更に、特に、回転モータが使用される場合、低慣性を有することができる。また、典型的には５０Ｈｚよりも良好な高い帯域幅を、１つよりも多い自由度で有することができる。いくつかの実施形態では、５０Ｈｚよりも著しく高い帯域幅、例えば、８０、９０、１００、またはそれより多いＨｚを有することができる。これらの特性は、上述したように、運転シミュレータのレイテンシが低く（３～４ｍｓ未満または３～４ｍｓ）、他の運転シミュレータ、特に非常に高価な運転シミュレータにおいて必要なレイテンシ補正の必要性を回避または最小限に抑えられることを意味している。
【0064】
＜運動システムを製造する方法＞
上述されたような運動発生器と制御手段とを含む本発明による運動システムは、従来の手段によってカスタムおよび標準構成部品から組み立てられることができる。特に、運動システムは、本発明による運動発生器を図４に関連して上述した制御システムと連結することによって製造されることができる。
上述されたような運動発生器と制御手段とを含む本発明による運動システムは、従来の手段によってカスタムおよび標準構成部品から組み立てられることができる。特に、運動システムは、本発明による運動発生器を図４に関連して上述した制御システムと連結することによって製造されることができる。
【図1】
【図2】
【図2A】
【図3】
【図3A】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【国際調査報告】