JPH03501533A - シミュレータ装置 - Google Patents
シミュレータ装置Info
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- JPH03501533A JPH03501533A JP63507881A JP50788188A JPH03501533A JP H03501533 A JPH03501533 A JP H03501533A JP 63507881 A JP63507881 A JP 63507881A JP 50788188 A JP50788188 A JP 50788188A JP H03501533 A JPH03501533 A JP H03501533A
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- G09B9/00—Simulators for teaching or training purposes
- G09B9/02—Simulators for teaching or training purposes for teaching control of vehicles or other craft
- G09B9/08—Simulators for teaching or training purposes for teaching control of vehicles or other craft for teaching control of aircraft, e.g. Link trainer
- G09B9/12—Motion systems for aircraft simulators
- G09B9/14—Motion systems for aircraft simulators controlled by fluid actuated piston or cylinder ram
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
当止m
本発明は、シミュレータ装置に関する。特に3段階の自由度、例えば上下動、ピ
ッチ、ローリングで操作される航空機用のシミュレータのようなシミュレータに
関する。この装置は、所望に応じて、自動車、船、宇宙船、スキー等のような乗
り物の動きを体験するのに使用出来る。
英国特許第2068322号明細書には、3段階若しくは4段階の自由度で飛行
体験しうるシミュレータが開示されている。しかし、この装置の問題点は、基板
に、互いに離れた複数の伸縮部材を取り付けなくてはならぬことである。伸縮部
材間に生じた応力は、基板を介して、別の伸縮部材に伝達される。
米国特許第3967387号明細書には、4,5.6段階の自由度で操作される
複雑なシミュレータが開示されている。英国特許第1187857号明細書には
、数段階の自由度で操作されるシミュレータが開示されているが、これは2個の
分離した支持操作機構を必要とするものである。
本発明によれば、固定した平面を備える基板と、シミュレータ面と、シミュレー
タ面を変えうる3個の独立した伸縮アクチュエータとを備え、この3個のアクチ
ュエータは、平面の1つのほぼ1つの点の回りに、万能の自由度で枢着され、各
アクチュエータは、他の面の点に枢着され、各点は、他の面とほぼ一致する他の
アクチュエータ連結点から離れていることを特徴とするシミュレータが提供され
る。
3個のアクチュエータは、基板面上の1つの点の回りに万能の自由度で枢着され
、離隔した点は、シミュレータ操作面に設けられているのがよい。
一致する1個の点若しくはほぼ1個の点は、基板面の上方若しくは、基板面の上
又は下方にあるとよい。
シミュレータ操作面には、操作者が心地よくシミュレータを操作しうるように、
カプセル又は他の装置が設けられているとよい。
本発明の好適実施例では、アクチュエータは、上下動、ピッチ、ローリングする
ように連結されており、軸回りの偏揺れ、揺動、振動のような好ましくない動き
を防ぐための防止装置を備えている。このような動きの印象を失わずに、装置を
単純に構成しうるので、これらの軸における動きは不要である。
アクチュエータは、伸縮しうるピストンを有する水圧ラムであるとよい。
しかし、アクチュエータは、空気圧ピストン、電気アクチュエータ、電力モータ
で操作されるラックとピニオン、回転スクリューロッドで操作されるボールとナ
ツトのような他のものであってもよい。
防止装置は、剛性を与えるために、八字形フレーム又は強固な丁字形フレーム、
丁字形フレームであるとよい。この八字形フレームは、軸回りに枢着されている
。他の防止装置として、基板面に対し、垂直方向に延びる固定柱であってもよい
。その際、シミュレータカプセルに取り付けた滑動ベアリングのような連結具は
、柱に沿って垂直方向に滑べることが出来る。防止装置の他の例は下記の通りで
ある。
アクチュエータを囲む防止装置の目的は、シミュレータが三段階の自由度、即ち
上下動、ピッチ、ローリングで操作されるとともに、偏揺れ、揺動、振動のよう
な好ましくない動きを制御することである。
シミュレータを取り付けた面、即ちシミュレータ操作面と、固定基板面との間の
主要な力は、シミュレータの中を通らず。
アクチュエータ自体に、直接かつ簡単に通過する。結合部により伝達される力は
、従って第2の力である。これらはシミュレ−タカプセルの吊り合い質量と慣性
により生じる。
このメカニズムの原理は、基板から防止力を取り出し、より軽量の構造にすると
ともに、基板を介して通過する振動と、不要な応力を防止することである。
アクチュエータは、基板上の1点又はほぼ1点に連結された水圧ラムであるとよ
い。後で述べるように、1点を介する連結部は、複数の連結ブラケット内の連結
部を含んでおり、各アクチュエータを、シミュレータの操作中に、他のアクチュ
エータにより妨害されぬように、枢着されている。
本発明によるアクチュエータの製造の際の、技術的な問題を解決するために、水
圧ラムは、基板面に取り付けられ、基板が、連結のト点を形成するようにしてい
るとよい。
アクチュエータは、正三角形の軸においてシミュレータ操作面に枢着されている
とよい、この正三角形は、完全に縮めた時に、三角形の中心と各軸との間の距離
が、水圧ラムの最小長さよりも短かいように作られている。ラムと正三角形は、
2つの面の間の最小平行距離が、水圧ラムと基板との間の角度を20度にするよ
うに作られている。
水圧ラムの通常の作動は、例えば60度のような基板とラムとの間の角度に対応
する最大延びと、30度に対応する最小延びにより行なわれる。
このような配置により、最高程度に低下させ、ラムを最小延びまで引っ込め、シ
ミュレータカプセル内の人がカプセルに入れるようにしている。
次にラムを延ばすことににより、シミュレータ操作面上方の安全な空間に上昇さ
せ、上述のように、30度よりも大きな操作角度にする。シミュレータカプセル
の通常の操作の間に、ラムの動きは、ラムの作動角度と30度と60の間に制御
するのが好ましい。
アクチュエータ同士は同じ長さであるとよいが、これは必要ではない。アクチュ
エータの1つが、他のアクチュエータと異なる長さであってもよい、そこで、ア
クチュエータと、三角形のシミュレータ操作面内のシミュレータカプセルに枢着
することが可能である。1:の三角形は、正三角形以外、例えば、二等辺三角形
であってもよい。
本発明を、付属図面を参照して、実施例によりさらに説明する。
第1図は、本発明のシミュレータカプセルの一般的な構造を示す図、
第2図は、シミュレータカプセルの軸を示す図、第3図は、第1図の構造の概略
図、
第4図は、アクチュエータの延長可能範囲を示す図、第5図は、1平面における
アクチュエータの総括的な構造を示す図、
第6図は、1平面におけるアクチュエータの別の構造を示す図、
第7図乃至第10図は1本発明のアクチュエータによる抑制装置の他の構造を示
す図である。
第11図を参照して説明すると、同図は1本発明のシミュレータの全体構造を示
しているものであり、この場合は、航空機の形状をしたものであり、シミュレー
タ動作面(12)の上に設置されているカプセル(10)を有している。
基面(14)には、3個のアクチュエータ(16) (18)および(20)が
延びている枢動可能な枢支点Cが置かれている。アクチュエータは、水圧式ラム
形状としていることが望ましく、かつそれぞれが、必要に応じて、かつ制御装置
(図示せず)によって、ラムを伸長させる水圧制御パイプ(図示せず)を備えて
いる。
枢動可能な点Cは、3個のアクチュエータを基面(12)に結合し、それらを必
要に応じて、どの軸においても動き得る自在性を与えている。
アクチュエータ(16)や(18)および(20)は、シミュレータ動作面に結
合しており、これからさらに、第2図を参照して説明される枢支点によって、カ
プセルシミュレータに結合されている。
アクチュエータ(16) (18)および(20)の長さを調節することにより
、自在性に関する3つ角度、即ちふくらみ、ピッチおよびロール(横揺れ)を調
整することが可能である。
総括枢支点Cから純理論的な二等辺三角形をなすアクチュエータ(1s) (1
8)および(20)の構造は、アクチュエータが基面からシミュレータ動作面(
12)へ連結させ得る連結腕、およびベアリングの数を、もっとも少なくし得る
構造である。
第2図を参照にして説明する。
第2図は、シミュレータカプセルの軸を規定している。揺れ軸(サージ軸)をF
で示し、他方、振動軸はTで示している。ふくらみ軸は、揺れ軸Fおよび振動軸
Tの両者に対して直角になっていて、■で示されている。
従って軸Fの周りのロールはR、ピッチは軸Tの周りの回転として規定されてい
る。
また、偏揺れは、軸Vの周りの回転をYとして定めており、揺れ(サージ)は、
軸F上の運動SUとして定められ、さらに振動は、軸Tに沿う運動SWとして規
定されている。ふくらみは。
垂直Vに沿う運動Hと定められている。
3つの制御されない軸、即ち偏揺れY揺れSおよび振動SWの方向における自由
度、即ち1勝手な運動、を防ぐために、それらに抑制装置が備えられている。
第2図に示されているように、2本の交差しているA字状のフレーム(22)
(24)が設けられている。A字状フレーム(22)は、基面(14)上の枢支
点AおよびBから、カプセルシミュレータの前端部のシミュレータ動作面の枢支
点りへ延びている同様に、A字状フレーム(24)もまた、基面(14)上の枢
支点HおよびIから、シミュレータ作動面(12)上の枢支点Jへ延びている。
アクチュエータ(16) (1g)および(20)を調節して、アクチュエータ
の長さを変えると、A字状フレームが、カプセルの望ましくない偏揺れ、横揺れ
および振動軸方向における動きを抑制して、シミュレータカプセル(lO)を動
かす。
第3図は、第1図の概略各図であり、四辺形ABHIは、基面(14)に設定さ
れている0文字DEFJは、シミュレータ動作面(12)に設定される。アクチ
ュエータ(16) (1g)および(20)は、総括枢支点C上に設置され、か
つそれぞれが自在性を有する個々の枢支点E、FおよびJを介して結合している
シミュレータ動作面(12)上の枢支点E、FおよびJまで延びている。
アクチュエータ(16) (ig)および(20)は、それぞれ、延長可能なラ
ム(26) (28)および(30)を有している。フレーム(22)および(
24)は、それぞれ三角形ABDおよび)(IJによって形成されている。
三角形EFJは、第1図に示されているように、アクチュエータに依ってカプセ
ルの質量が支持されるように、三角形EFJは、シミュレータカプセル(10)
の質量の中心、即ち重心の周りに作られることが望ましい。
第2図には、二等辺三角形が示されているが、これは必須なことではない0例え
ば、CからJまで延びているアクチュエータ(16)は、他の2つのアクチュエ
ータ(18)および(20)より長い。
これは、アクチュエータ(16)とそのラム(26)が、アクチュエータ(18
) (20)およびそれらのラム(28)および(30)よりも長くなければな
らない事を意味している。
点りまたはJのいずれかを、第7図に関連して述べられている様に、望ましくな
いサージを拾い上げるために、滑動ベアリングの上に設けてもよい。
しかしながら、二等辺三角形EFJが作られている位置に関連して、二等辺三角
形の面積の中心と、各頂点E、FおよびGとの間の距離は、十分に縮められた場
合のラムの最小の長さよりも短かいように構成されている。
2つの面の間の最短距離が水圧ラムと基面領域の間に、縮められた際に望ましく
は20°の角度であるような寸法にすることが望ましい、これは、第4図に示さ
れており、かつ最大延長角度におけるシリンダの稼動動作と最小稼働延長状態の
角度を説明している。
最小稼動延長状態から、最大稼動延長状態までの角度は。
30°から60@までの範囲である。
この構造は、アクチュエータ(16) (18) (20)が壊れる寸前の範囲
まで降下させることが可能であり、かつ301以上の動作角度で、基面(14)
以上に安全な隙間を作るように延ばされる。
第5図は、シミュレータ動作面(12)の中の二等辺三角形EFJの周りに配設
されたアクチュエータ(16) (18)および(20)を含んでいる本発明の
構造の平面図である。
第3図を参照して述べると、A字状フレームABDは、枢動腕ABが、基面の中
でシミュレータ動作面のピッチ軸に対して平行になるように設けられている。こ
れは逆に、枢支点GEとCFとの間のアクチュエータ(18)および(20)の
外側の枢支点を結んでいる線EFに平行であ゛ることである。
各アクチュエータ(16) (18)および(20)の下端である基面(14)
の中の枢支点Cは、点BおよびAから等距離に置かれている。
シミュレータ動作面(12)の中の線JDは、この線に平行で、かつシミュレー
タのロール軸を表わしている。
アクチュエータ(16)の長さを固定することによって、シミュレータ動作面(
12)は、アクチュエータ(18)および(20)の異なる運動によって、軸J
Dの周りを回転することができる。
もし、アクチュエータ(18)および(20)が固定されるか、またはアクチュ
エータ(16)の縮む方向と反対方向に動かされると、シミュレータは、ピッチ
ング(縦揺れ運動)を行うであろう。
最後に、もしアクチュエータ(16)、(18)および(20)が、同時に同じ
長さだけ延びたり、または縮んだりするならば、シミュレータ動作面(12)は
、基面(14)に関して上昇したり下降したりすることになり、これが、シミュ
レータ面に対するふくらみ軸である。
ふくらみ運動は、A字状フレーム(22)の軸ABの周りの回転によって生ずる
線JDに沿う小さい並進運動に伴って行われる。
この運動は、A字状のフレームの寸法が延ばされたアクチュエータ(16) (
1g)および(20)に関して十分に大きく与えられているので、概ね満足でき
るものである。
第7図に示される別の実施例においては、A字状フレーム(22)の頂点は、枢
支点りを介してスライド(32)上に設けられている。この様に、枢支点りは、
前記した様に線JDに沿う並進運動を拾い上げるために、スライド(32)に沿
って滑動することが可能である。スライド(32)は、枢動可能な壁土の点りか
ら成る滑動ベアリング(36)を有するロッド(34)の様な適当な構造のもの
でもよい。
質量の中心と枢支点Cとを結ぶ線に平行な軸の周りのシミュレータ面の偏揺れは
、A字状フレーム(22)および(24)の捩れに対する抵抗によって阻止され
る。
同様に線JDに平行なシミュレータカプセルのサージ運動も。
ラム(26) (28)および(30)が枢着されている点E、およびFがいか
なる特別の瞬間においても、延長可能なアクチュエータの異なる長さに応じて、
枢支点Cの周りに回動するように強制されるので、阻止されることになる。
しかしながら、点りは、点J、FおよびEに、シミュレータ動作面(12)を介
して、シミュレータカプセル(10)に結合されている。この様に、A字状フレ
ーム(22)によって線ABの周りを回転するように強制される。1つの面にお
いて、2点以上の周りを同時に回転することは不可能であるので、サージ運動は
阻止される。
EFに平行線な線に沿う振動運動は、点E、FおよびJGが延長可能なアクチュ
エータ(16) (18)および(20)によって枢支点Cの周りに回転するべ
く再び強制されるので、同じ様に阻止される0点りの横方向の並進運動を必要と
する振動運動は、A字状フレーム(22)によって阻げられる。
追加のA字状フレーム(24)は、枢軸HIおよび点Jを介して同様の動作を行
う。
他のさまざまな抑制機構について、第6図乃至第10図に示されている。
第6図は、ユニバーサルジョインの周りの枢支点Cを介して接続されているアク
チュエータ(16) (1g)および(20)を示している本発明の概略平面図
である。
枢支点Cは、延長可能なラム(26) (28)および(30)を介して二等辺
三角形の中に配置されている点E、FおよびGへ結び付けられている1点E、F
およびJは、第2図に示されている様に、シミュレータ動作面におかれており、
その上に、シミュレータカプセル(10)が設けられている。
軸ABに関して枢動可能にA字状フレーム(12)が設けられており、当該軸A
Bは、第2図に示されている様に、基面(14)の中におかれている。
点りにおけるA字状フレーム(z2)の頂点は、シミュレータ動作面の中のシミ
ュレータカプセルに再び取り付けられる。しかしながら、第2のA字状フレーム
の代わりに、蝶番状に止着されたフレーム(38)が設けられており、それは、
基面(14)の中の点りから(第2図に示されている様に)、蝶番状に止着され
ている軸KLを有している点EおよびFまで延びている。
シミュレータ力プル(10)が下がるので、蝶番で止着されているフレームは、
軸KLに沿って曲がる。
第7図は、抑制装置に作用しているA字状フレーム(22)を示している。A字
状フレーム(22)の頂点は、これまで述べた様に、枢支点りを介してスライド
(32)上に設けることも可能である。
滑動ベアリング(42)を有している杭状の追加の抑制装置I (40)も設け
られている。杭状の抑制装置f(40)は、滑動ベアリング(42)と結合して
いて、強制作用なしにシミュレータカプセル(lO)を上下動させることが可能
である。
滑動ベアリング(42)は、ユニバーサルジヨイント(44)を介して、点Jに
おいてシミュレータカプセル(lO)に枢動可能に取り付けられている。
これによって、アクチュエータ(16)および(20)に依って誘導された回転
運動を、望ましくない偏揺れ、サージ運動および振動なしに行い得る。
第8図は、杭状抑制装置(40)の構造を示しており、滑動ベアリング(42)
は、ユニバーサルジヨイント(44)によって1点Jに取り付けられている。
アクチュエータ(16) (18)および(20)は、枢支点Cを介して基面(
14)へ取り付けられており、かつシミュレータ動作面の中ののシミュレータカ
プセル(10)にも取り付けられている。
蝶番で止着されているフレーム(46)は、点NおよびOを介して基面(14)
に取り付けられており、かつ蝶番ジヨイントPQを有しており、さらにシミュレ
ータ(10)に取り付けられている頂点Rを有している。再び抑制装置の組み合
せが好ましくない回転運動を阻止する。
さらに別の抑制装置が第9図に示されており5それにはA字状フレーム(46)
の頂点を介して点Mに取り付けられている基面(14)の中の点N及びOに取り
付けられているA字状のフレーム(48)が設けられているゆ
偏揺れ軸、サージ運動軸および振動軸方向の好ましくない回転運動は、また阻止
される。
第10図は、A字状フレームの代りに2つの連動をする丁字形バーの形状をなす
抑制手段を示す。
前述したように、カプセル型操作面(12)は、通常符号(D)(E)CF)(
J)で示すような、2つの三角形をなす構造を有している。底面(14)は、長
方形のベースを有しており、かつその外端部は、長方形(A)CB )(H)(
1)と同じ位置である。作動器(16) (18) (第3の作動器(20)は
、図示せず)は、それぞれ、枢支点(J)(E)の方向に、向かっており、かつ
1つのiw位置に取り付けられている。第3の作動器は、枢支点(C)から枢支
点(F)の方向に向かっている。
フレーム(A)と同じ効果を生ずる抑制フレーム(102) (104)は、各
枢支点(A)(B )(H)(1)に軸ビンで取り付けられているが、抑制丁字
形バー(102) (104)を効果的に形成している。
これらのフレーム(102) (104)は、自在継手である端部(J)(D)
によって、シミュレータ操作面(12)に結合している。三角形(A)(B)(
D)を結合する丁字形フレーム(102)は、別の支持バー(106) (10
8)、及び2つの部分から成る中央のバー(102)(112)を備えている。
第10図に示すように、この中央のバー(1100112)(112)は1作動
器(16)を枢支点(C)から枢支点(J)に移動させるべく、一定間隔に離れ
て位置している。
フレーム(102) (104)は、さらに枢支点(H)(I )(J ’)と
結合するA字形フレームと同じ形状をなす延長されたバー(104)を、バー(
110) (112)との間に貫通させている1作動器(16) (18) (
20)は、自在継手によって、枢支点(C)に結合している。
枢支点(C)は、はぼ1つの点からなるが、作動器(16)(1g)(20)の
枢支点は、同作動器が、それらの一方が他方の1つに対して障害を与えないよう
に、離れて位置し続ける必要がある。
しかし、枢支点(C)は、3つの作動器(16) (18) (20)が、はぼ
1つの枢支点から延長しうるような構造を有している。接続底板は、もし所望す
るならば、枢支点(C)を形成するために設けることができる。
滑り面(114)の上部において、自在継手(116)が、枢支点(D)に結合
している。自在継手(116)は、サージ軸において水平運動を与える滑動ベア
リング(11g)を有している。
滑動ベアリング(11g)及び滑り面(114)がフレーム(102)の上部に
示されているが、フレーム(104)の上部にも取付けできる。
ただし両方のフレーム(102) (104)に、同時に取付けすることはでき
ない。
この滑り面(114)の代りとして、フレーム(102)もしくは(104)は
、入れ予成アームの伸縮によってサージ作動がなされるように、入れ子犬としう
る。 −
操作時1作動器(16) (1g) (20)は、シミュレータの操作面が、出
来る限り低くなるように縮小される。このようにして1丁字形バー(104)
(102)は、軸(A)(B)(H)(I’)から、さらに低い位置に軸ビンで
取り付けられている。
作動器(16) (1g) (20)が延長すると、フレーム(102) (1
04)は、回転軸(As) (HI)に沿って、別々に、再度上昇し、かつシミ
ュレータ面は、作動器が最も延長した際の高さと位置が調整される。
前述したように、作動器(16) (18) (20)は、外方の制御手段によ
って操作される油圧ラムとしうる。他の抑制手段も使用できる。
不必要な偏揺れ、サージ、かつ揺動軸において、カプセル(lO)を抑制するた
めに、前述した実施例とは別の方法による他の多くの抑制手段を併用することも
、また可能である。
手続補正書(方力
平成3年1旦み二日
Claims (10)
- 1.3つの自由度で作動しうるシミュレータ装置であって、固定面を有するベー ス部と、 シミュレータ作動面と、 前記シミュレータ作動面を変えることができる伸長可能な独立した3つのアクチ ュエータとを備え、前記3つのアクチュエータは、それそれが他方の面上のある 点に枢動可能に取り付けられるように、単一の枢支点において自由度をもって枢 動可能に連結されており、前記各枢支点は、他の面と一致する他のアクチュエー タ結合点から離隔されていることを特徴とするシミュレータ装置。
- 2.3つのアクチュエータが、ベース面上の単一枢支点の周りに自由度をもって 枢動可能に結合され、かつ離隔点が、シミユレータ作動面とほぼ一致するように なっていることを特徴とする請求項1記載のシミュレータ装置。
- 3.単一枢支点が、ベース面の上方かあるいは下方に位置し、離隔点が、シミュ レータ作動面内にあることを特徴とする請求項1記載のシミユレータ装置。
- 4.シミュレータ作動面が、それに取り付けられるシミュレータカプセルを有し ていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のシミュレータ装置。
- 5.アクチュエータが、ふくらみ軸、ピッチ軸及びロール軸の方向に作動しうる ように結合され、かつ個揺れ軸、サージ軸及び振動軸の方向での不必要な動きが できないように抑制する手段を有していることを特徴とする請求項1〜4のいず れかに記載のシミュレータ装置。
- 6.抑制手段が、平行かつ水平な枢軸を有するA字状フレームまたはその同等物 からなることを特徴とする請求項5記載のシミュレータ装置。
- 7.2つの抑制からなることを特徴とする請求項5記載のシミュレータ装置。
- 8.2つの抑制手段の一方が、滑動ベアリングを介して、シミュレータ作動面に 取り付けられ、滑動がサージ軸の方向に沿ってなされるようになっていることを 特徴とする請求項7記載のシミュレータ装置。
- 9.アクチュエータが伸長可能なピストン有する油圧式ラムであり、空圧式ラム が、伸長可能なピストンと、電気アクチュエータと、モータまたはポールにより 作動されるラック・ピニオンと、回転可能なねじロッド上で作用しうるナットと を有していることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のシミュレータ装 置。
- 10.アクチュエータが、油圧式ラムであることを特徴とする請求項9記載のシ ミュレータ装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB878722853A GB8722853D0 (en) | 1987-09-29 | 1987-09-29 | Simulator mechanism |
| GB8722853 | 1987-09-29 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03501533A true JPH03501533A (ja) | 1991-04-04 |
Family
ID=10624523
Family Applications (1)
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