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【発明の名称】 揺動装置
【発明者】 【氏名】富田 誠次郎

【氏名】片桐 一郎
【要約】 【課題】簡易な構成で複雑な動作をさせることができる揺動装置を提供すること。

【解決手段】被揺動体１４２０を揺動させる２組の駆動手段１４３０を備え、前記各駆動手段が、モータ１４３２と、このモータの回転により一端を軸として回転するアーム１４３１とをそれぞれ備え、前記被揺動体が縦揺れ及び横揺れ可能なように、前記被揺動体の前部中央部が軸支持され、前記アームがその他端を軸として回転可能なように、前記被揺動体の後部両側部が前記アームの他端に軸支持され、前記各駆動手段をそれぞれ駆動制御することにより、前記被揺動体を縦揺れ及び横揺れさせる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 被揺動体を揺動させる揺動装置であって、２組の駆動手段を備え、前記各駆動手段をそれぞれ駆動制御することにより、前記被揺動体を縦揺れ及び横揺れさせることを特徴とする揺動装置。
【請求項２】 前記各駆動手段が、一端を軸として回転するアームをそれぞれ備え、前記アームの他端が前記被揺動体に回転可能なようにそれぞれ取り付けられている請求項１に記載の揺動装置。
【請求項３】 前記各駆動手段が、モータをそれぞれ備え、前記各アームが前記各モータの回転によりそれぞれ回転する請求項２に記載の揺動装置。
【請求項４】 前記被揺動体が、縦揺れ及び横揺れ可能なように軸支持されている請求項１に記載の揺動装置。
【請求項５】 前記各駆動手段が、一端を軸として回転するアームをそれぞれ備え、前記被揺動体が縦揺れ及び横揺れ可能なように、前記被揺動体の前部中央部が軸支持され、前記アームがその他端を軸として回転可能なように、前記被揺動体の後部両側部が前記アームの他端に軸支持されている請求項１に記載の揺動装置。
【請求項６】 前記各駆動手段が、モータをそれぞれ備え、前記各アームが前記各モータの回転によりそれぞれ回転する請求項５に記載の揺動装置。
【請求項７】 被揺動体を揺動させる２組の駆動手段を備えた揺動装置であって、前記各駆動手段が、モータと、このモータの回転により一端を軸として回転するアームとをそれぞれ備え、前記被揺動体が縦揺れ及び横揺れ可能なように、前記被揺動体の前部中央部が軸支持され、前記アームがその他端を軸として回転可能なように、前記被揺動体の後部両側部が前記アームの他端に軸支持され、前記各駆動手段をそれぞれ駆動制御することにより、前記被揺動体を縦揺れ及び横揺れさせることを特徴とする揺動装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被揺動体を揺動させる揺動装置に関し、例えば体感シミュレーション装置に搭載される揺動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】体感シミュレーション装置は、その使用者が実際の状況を疑似体験することができる装置であり、例えば飛行機や自動車の操縦を疑似体験することができる装置がある。このような体感シミュレーション装置には、一般に視覚装置、音響装置、動作装置等が備えられている。
【０００３】このような体感シミュレーション装置に用いられる動作装置としては、例えば飛行機や自動車の座席やその座席を含むボディを揺動、即ち縦揺れ（ピッチング）や横揺れ（ローリング）させて３次元的に動作させる揺動装置がある。従来の揺動装置は、上記ピッチングやローリングを実現するために、例えば６軸の駆動手段が備えられており、これらの駆動手段をそれぞれ制御することにより、使用者は疑似体験することができるように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の揺動装置では、６軸という多数の駆動手段を備えてそれぞれ制御しなければならないので、その構成や制御プログラム等が複雑となり、コストや手間が増大するという欠点があった。
【０００５】そこで本発明は上記課題を解消し、簡易な構成で複雑な動作をさせることができる揺動装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明にあっては、被揺動体を揺動させる揺動装置であって、２組の駆動手段を備え、前記各駆動手段をそれぞれ駆動制御することにより、前記被揺動体を縦揺れ及び横揺れさせることにより達成される。さらに、上記目的は、本発明にあっては、被揺動体を揺動させる２組の駆動手段を備えた揺動装置であって、前記各駆動手段が、モータと、このモータの回転により一端を軸として回転するアームとをそれぞれ備え、前記被揺動体が縦揺れ及び横揺れ可能なように、前記被揺動体の前部中央部が軸支持され、前記アームがその他端を軸として回転可能なように、前記被揺動体の後部両側部が前記アームの他端に軸支持され、前記各駆動手段をそれぞれ駆動制御することにより、前記被揺動体を縦揺れ及び横揺れさせることにより達成される。
【０００７】上記構成によれば、２組の駆動手段のみの制御によりピッチングやローリングをさせることができるので、その構成や制御プログラム等が簡易となり、コストや手間を低減させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【０００９】図１は、本発明の揺動装置の実施形態が搭載された体感シミュレーション装置の外形例を示す概略斜視図であり、図２は、その概略システムを示す構成図である。この体感シミュレーション装置１０００は、ボディ１２００、揺動装置１４００、視覚装置１６００、制御装置１８００等で構成されており、制御装置１８００が視覚装置１６００に立体映像を映し出させると同時に、揺動装置１４００を立体映像の動きに応じて動作させてボディ１２００を揺動させることにより、ボディ１２００に搭乗している使用者に、立体映像の動きに応じた３次元的な動作のシミュレーションを体感させるように構成されている。
【００１０】ボディ１２００は、繊維強化プラスチック材料あるいは金属材料等によりフロントボディ１２１０とリアボディ１２２０が一体成形された構成となっており、フロントボディ１２１０とリアボディ１２２０の間には、使用者の乗降に使用される空間部１２０１及び床面１２０２が形成されている。フロントボディ１２１０は、前方にせりだしたドーム状に形成されており、上部及び下部にはクッション部材１２１１、１２１２が取り付けられている。そして、上部のクッション部材１２１１の下方両側には、２台のファン１２３０、１２３０がリアボディ１２２０に向かって取り付けられている。
【００１１】リアボディ１２２０には、それぞれ２台の座席１２４０、１２４０、ロックアーム１２６０、１２６０、ヘッドレスト１２８０、１２８０等が備えられている。座席１２４０、１２４０は、横並びに２台備えられており、使用者が比較的リラックスした状態で座ることができるように構成されている。そして、少なくとも一方の座席１２４０の背もたれ部１２４１の略中央に設けられているくり抜き部１２４１ａ内には、補助シート１２４２が収納されている。この補助シート１２４２は、背もたれ部１２４２ａと腰掛け部１２４２ｂが略Ｌ字状となるように形成されており、背もたれ部１２４２ａと腰掛け部１２４２ｂのつなぎ目１２４２ｃが、くり抜き部１２４１ａの下端にて９０°回転可能に軸支持されている。
【００１２】これにより、使用者の背が高い場合は、補助シート１２４２の腰掛け部１２４２ｂをくり抜き部１２４１ａ内に収納し、補助シート１２４２の背もたれ部１２４２ａを座席１２４０の背もたれ部１２４１の後方のリアボディ１２２０内に収納した状態にし、使用者の背が低い場合は、補助シート１２４２の腰掛け部１２４２ｂをくり抜き部１２４１ａから引出し、補助シート１２４２の背もたれ部１２４２ａをくり抜き部１２４１ａ内に収納した状態にすることにより、使用者の背丈にかかわらず容易に対応することができる。
【００１３】ロックアーム１２６０、１２６０は、各座席１２４０、１２４０に備えられており、座席１２４０、１２４０や補助シート１２４２に座った状態の使用者を押さえ付けて固定する手段である。ロックアーム１２６０、１２６０は、図３及び図４に示すように、表面がクッション材で覆われた金属製の棒材で、水平方向から見て略Ｌ字状であって、鉛直方向から見て略Ｕ字状に形成されており、ロックアーム１２６０、１２６０の両開放端（連結端）１２６１、１２６１は、座席１２４０、１２４０の背もたれ部１２４１、１２４１の上部に沿ってリアボディ１２２０に懸けわたされている連結棒１２０３に図示矢印ａ方向に回転可能に連結されている。
【００１４】このような構成において、ロックアーム１２６０、１２６０が上方に撥ね上げられた状態で使用者が座席１２４０、１２４０や補助シート１２４２に座り、ロックアーム１２６０、１２６０の操作端１２６２、１２６２を例えば使用者が片手又は両手で持って引き下ろすことにより、ロックアーム１２６０、１２６０の操作端１２６２、１２６２のＵ字内に使用者の頭部が挿入されると共に、ロックアーム１２６０、１２６０の操作端１２６２、１２６２のＬ字及びＵ字部分で使用者の胴部（肩から腹にわたる部位）が押さえ込まれるので、使用者を座席１２４０、１２４０や補助シート１２４２に座った状態で固定することができる。尚、ロックアーム１２６０、１２６０は、管理者が手動あるいは自動で上下させるように構成することも可能である。
【００１５】ヘッドレスト１２８０、１２８０は、使用者が座席１２４０、１２４０や補助シート１２４２に座ってロックアーム１２６０、１２６０で固定されたときに、使用者の頭部を支持することができるように構成されている。ヘッドレスト１２８０、１２８０は、座席１２４０、１２４０の背もたれ部１２４１、１２４１の上部であってロックアーム１２６０、１２６０の連結端１２６１、１２６１間に、ロックアーム１２６０、１２６０の回転に伴って回転可能となるように一体的に連結されている。そして、ヘッドレスト１２８０、１２８０の両側には、使用者の両耳に対応してそれぞれ音像、即ち空間内で方位と距離を持って認識される音声を出すことができる一対のスピーカ１２３１、１２３１がそれぞれ取り付けられている。
【００１６】揺動装置１４００は、２組の駆動手段を備えており、各駆動手段に備えられているモータ１４３２、１４３２を制御するのみで、ボディ１２００を揺動、即ち縦揺れ（ピッチング）や横揺れ（ローリング）させて３次元的に動作させる機構部分である。視覚装置１６００は、内部で立体映像を映し出すゴーグル型に構成されており、ロックアーム１２６０の操作端１２６２、１２６２の途中に取り付けられている略Ｕ字状の取付アーム１２７０に移動可能に取り付けられている。即ち、視覚装置１６００は、使用者が座席１２４０、１２４０や補助シート１２４２に座ってロックアーム１２６０で固定されたときに、覗き込んで内部で映し出される立体映像を見ることができるように配設されている。
【００１７】制御装置１８００は、制御装置１８００を起動・停止させるスタート／ストップスイッチ１８１０、ＣＰＵ１８２０、ハードディスク（ＨＤ）やデジタルバーサタイスディスク（ＤＶＤ）等のメモリー部１８３０、２台のモータ１４３２、１４３２をそれぞれ制御する安全制御回路１８４１を備えたモータ制御回路１８４０等で構成されている。メモリー部１８３０には、視覚装置１６００に立体的な映像を映し出させるための映像ファイル１８３１、スピーカ１２３１、１２３１から音像を流させるための音声ファイル１８３２及び揺動装置１４００を３次元的に揺動させると共に、ファン１２３０、１２３０から自然な空気流を吹き出させるためのモーションファイル１８３３が記憶されている。
【００１８】即ち、映像ファイル１８３１は、人の両眼の間隔より多少狭い間隔（例えば６５ｍｍ）に並列配置された２台の撮影装置を１／６０秒（１フィールド分）毎に交互に切り替えて撮影した実写のデータで構成されている。音声ファイル１８３２は、２つのマイクロホンにより採取された音声信号に、モーションファイル１８３３のデータを基にして時間差を付加すると共に、強弱のレベル差を付加した音像のデータで構成されている。モーションファイル１８３３は、直交３軸方向と各軸周りの方向の計６軸方向の動きを例えばジャイロセンサで測定したデータを２台のモータ１４３２、１４３２の回転方向、回転量、回転速度等に変換したデータ及びファン１２３０、１２３０の回転量、回転速度等に変換したデータで構成されている。
【００１９】そして、映像・音声ファイル１８３１、１８３２は、例えばＭＰＥＧ２（Ｍｏｔｉｏｎ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ２）圧縮されて記憶され、モーションファイル１８３３は、例えばＭＩＤＩ（Ｍｕｓｉｃａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ） ＦＯＲＭＡＴで記憶されている。
【００２０】次に、本発明の実施形態の揺動装置１４００について、さらに詳細に説明する。図５及び図６は、体感シミュレーション装置１０００における揺動装置１４００の構成を示す側面図及び正面図、図７及び図８は、揺動装置１４００の全体構成を斜めから見た斜視図及び背面から見た斜視図、図９〜図１１は、揺動装置１４００の全体構成を示す側面図、正面図及び平面図である。この揺動装置１４００は、ベース（シャーシ）１４１０、モーションテーブル（被揺動体）１４２０、２組の駆動手段１４３０、１４３０等で構成されている。
【００２１】ベース１４１０は、長方形状又は正方形状の枠体であり、べース１４１０上の一方の側の中心線ＣＬ上には、動作連結部１４５０が配設されており、べース１４１０上の略中央の中心線ＣＬを挟んで対称位置には、２組の駆動手段１４３０、１４３０が配設されている。即ち、動作連結部１４５０と２組の駆動手段１４３０、１４３０は、二等辺三角形状に配置されている。
【００２２】モーションテーブル１４２０は、ベース１４１０と同様の長方形状又は正方形状の枠体であり、モーションテーブル１４２０下部の一方の側の中心部は、動作連結部１４５０に回転可能に連結されていると共に、モーションテーブル１４２０下部の他方の側の両端部は、２組の駆動手段１４３０、１４３０に備えられているアーム１４３１、１４３１に回転可能に連結されている。即ち、モーションテーブル１４２０下部の一方の側の中心部は、動作連結部１４５０に中心線ＣＬと平行な第１ピン１４５１及びこの第１ピン１４５１に直交する第２ピン１４５２を介して連結されており、モーションテーブル１４２０は、第１ピン１４５１を中心にＲ１又はＲ２の方向に回転可能に支持されていると共に第２ピン１４５２を中心にＰ１又はＰ２の方向に回転可能に支持されている。
【００２３】さらに、モーションテーブル１４２０下部の他方の側の両端部は、２組の駆動手段１４３０、１４３０に備えられているアーム１４３１、１４３１の一端にピン１４３１ａ、１４３１ａを介してそれぞれ連結されており、モーションテーブル１４２０は、ピン１４３１ａ、１４３１ａを中心にＰ３又はＰ４の方向に回転可能に支持されている。そして、モーションテーブル１４２０上には、ボディ１２００がフロントボディ１２１０側が動作連結部１４５０側を向き、リアボディ１２２０側が２組の駆動手段１４３０、１４３０側を向くようにして着脱可能に固定されている。
【００２４】駆動手段１４３０、１４３０は、図１２及び図１３に詳細に示すように、それぞれアーム１４３１、１４３１、モータ（ＡＣモータ）１４３２、１４３２、送りネジ１４３３、１４３３、２本のガイドバー１４３４、１４３４及びスライダ１４３５、１４３５等で構成されている。モータ１４３２、１４３２の軸には送りネジ１４３３、１４３３が回転可能に取り付けられ、送りネジ１４３３、１４３３及び送りネジ１４３３、１４３３と平行に配置されたガイドバー１４３４、１４３４にはスライダ１４３５、１４３５が直線移動可能に取り付けられ、スライダ１４３５、１４３５にはアーム１４３１、１４３１の他端がスライダ１４３５、１４３５の直線移動と同期回転可能に取り付けられている。
【００２５】即ち、モータ１４３２、１４３２を駆動させて送りネジ１４３３、１４３３を回転させることにより、スライダ１４３５、１４３５を２本のガイドバー１４３４、１４３４に沿って図示矢印Ｄ１又はＤ２の方向に直線移動させると同時に、アーム１４３１、１４３１を図示矢印Ｐ５又はＰ６の方向に回転させることができるように構成されている。
【００２６】以上の構成の揺動装置１４００によれば、２本のアーム１４３１、１４３１を同一方向に回転させることにより、モーションテーブル１４２０をベース１４１０に対して図示矢印Ｐ方向にピッチングさせることができ、２本のアーム１４３１、１４３１をそれぞれ逆方向に回転させることにより、モーションテーブル１４２０をベース１４１０に対して図示矢印Ｒ方向にローリングさせることができるので、２本のアーム１４３１、１４３１を適宜に動作させることによりモーションテーブル１４２０上に固定されているボディ１２００を３次元的に自由に動作させることができる。
【００２７】次に、上述した体感シミュレーション装置１０００の使用例及び動作例について説明する。体感シミュレーション装置１０００が停止しているときは、揺動装置１４００のモーションテーブル１４２０は略水平に保持された状態になっていると共に、ロックアーム１２６０、１２６０は上方に撥ね上げられた状態になっている。この状態で使用者は、ボディ１２００の床面１２０２に足を掛けて空間部１２０１に入り込み、座席１２４０、１２４０に着席する。
【００２８】ここで、体感シミュレーション装置１０００が載置されている床からボディ１２００の床面１２０２までの高さは、揺動装置１４００の高さと床面１２０２の高さの和のみであり、比較的低いので、使用者は容易に体感シミュレーション装置１０００に乗り込むことができる。また、座席１２４０、１２４０は２つあるので、１人又は２人の使用者が体感シミュレーション１０００に乗り込むことができる。そのとき使用者の背が低い場合は、補助シート１２４２を引出すことにより、即座に対応することができる。
【００２９】使用者は、座席１２４０、１２４０や補助シート１２４２に着席したら、ロックアーム１２６０、１２６０の操作端１２６２、１２６２を例えば片手又は両手で持って引き下ろし、ロックアーム１２６０、１２６０の操作端１２６２、１２６２のＵ字内に頭部を挿入すると共に、ロックアーム１２６０、１２６０の操作端１２６２、１２６２のＬ字及びＵ字部分で肩から腹にわたる部位を押さえ込む。そして、使用者は、視覚装置１６００の内部で映し出される映像をベストポジションで覗き込むことができるようにするために、視覚装置１６００を垂直軸の方向に移動させて両眼の高さ位置に調整し、水平軸周りの方向に揺動させて覗き込み易い角度に調整し、水平軸の方向に移動させて額と略接触する位置に調整する。
【００３０】次に、管理者あるいは使用者が、制御装置１８００に備えられているスタート／ストップスイッチ１８１０を押して制御装置１８００のＣＰＵ１８２０を起動する。すると、ＣＰＵ１８２０は、メモリー部１８３０に記憶されている映像・音声ファイル１８３１、１８３２の内容に基づいて、視覚装置１６００に立体的な映像を映し出させると共に、スピーカ１２３１、１２３１から音像を流させる。そして、これらと同期したモーションファイル１８３３の内容に基づいて、モータ制御回路１８４０を制御して揺動装置１４００を３次元的に動作させると共に、ファン１２３０、１２３０を駆動させる。
【００３１】即ち、映像ファイル１８３１のデータは、視覚装置１６００において２台の撮影装置で撮影された１／６０秒（１フィールド分）毎の各データに分割される。そして、各データに対応した拡大された２つの虚像とされて使用者の両眼の各網膜にそれぞれ投影される。従って、使用者は、実際には視差を有する異なる２つの拡大された虚像を左右の眼でそれぞれ見ることになるが、使用者の認識としては立体映像となっている。これにより、使用者は、拡大された迫力のある鮮明な立体映像を見ることができる。
【００３２】また、音声ファイル１８３２のデータは、スピーカ１２３１、１２３１から音像として流される。これにより、使用者は、音声を空間内で方位と距離を持って認識することになるので、臨場感あふれる音声を聞くことができる。一方、モーションファイル１８３３のデータは、２台のモータ１４３２、１４３２の回転方向、回転量、回転速度等のデータ及びファン１２３０、１２３０の回転量、回転速度等のデータに変換されているので、各データに基づいて揺動装置１４００の駆動手段１４３０、１４３０及びファン１２３０、１２３０が適宜制御される。
【００３３】例えば図５に示すように、駆動手段１４３０、１４３０の２台のモータ１４３２、１４３２が同期して相互に同一方向に回転すると、２つの送りネジ１４３３、１４３３は相互に同一方向に回転する。これにより、例えば２つのスライダ１４３５、１４３５は同期して相互にＤ１方向に移動するので、２本のアーム１４３１、１４３１は相互にＰ６方向に回転し、モーションテーブル１４２０の後端部は第１ピン１４５１を中心として水平線からマイナスθ２の角度、例えば６°程度下降することになる。
【００３４】逆に、２つのスライダ１４３５、１４３５が同期して相互にＤ２方向に移動すると、２本のアーム１４３１、１４３１は相互にＰ５方向に回転し、モーションテーブル１４２０の後端部は第１ピン１４５１を中心として水平線からプラスθ１の角度、例えば９°程度上昇することになる。以上の制御により、ボディ１２００はＰ方向に揺動（ピッチング）することになる。
【００３５】また、例えば図６に示すように、駆動手段１４３０、１４３０の２台のモータ１４３２、１４３２が同期して相互に逆方向に回転すると、２つの送りネジ１４３３、１４３３は相互に逆方向に回転する。これにより、例えば２つのスライダ１４３５、１４３５は同期してそれぞれＤ１方向とＤ２方向に移動するので、２本のアーム１４３１、１４３１はそれぞれ６方向とＰ５方向に回転し、モーションテーブル１４２０の後端部は第２ピン１４５２を中心として水平線からマイナスθの角度、例えば１２°程度下降することになる。
【００３６】逆に、２つのスライダ１４３５、１４３５が同期してそれぞれＤ２方向とＤ１方向に移動すると、２本のアーム１４３１、１４３１はそれぞれＰ５方向とＰ６方向に回転し、モーションテーブル１４２０の後端部は第２ピン１４５２を中心として水平線からプラスθの角度、例えば１２°程度上昇することになる。以上の制御により、ボディ１２００はＲ方向に揺動（ローリング）することになる。
【００３７】このように、２台のモータ１４３２、１４３２の回転方向、回転量、回転速度等をモーションファイル１８３３のデータに基づいて適宜に変化させて２種類の揺動動作を組み合わせることにより、ボディ１２００を複雑な３次元動作させることができる。以上の制御により、体感シミュレーション装置１０００に搭乗している使用者は、視覚装置１６００で写し出される立体映像に同時に対応した音像をスピーカ１２３１、１２３１を介して聞くことができると共に、立体映像に同時に対応した３次元動作を揺動装置１４００を介してボディ１２００上で味わうことができ、さらに立体映像に同時に対応した風をファン１２３０、１２３０を介して受けることができ、実際の状況に即した疑似体験を迫力満点に味わうことができることになる。
【００３８】このように、本実施形態の揺動装置１４００は、２組の駆動手段１４３０、１４３０のみにより、ボディ１２００を揺動、即ち縦揺れ（ピッチング）や横揺れ（ローリング）させて複雑な３次元動作させることができるので、揺動装置１４００の構成をコンパクトにすることができると共に、揺動装置１４００の制御プログラム等を簡易なものとすることができる。従って、従来の揺動装置のように広い設置スペースや大掛かりな設備が不要となり、また、設置場所の移動も迅速かつ容易に行うことが可能となり、さらに、種々のコストを大幅に低減させることが可能となる。尚、上述した実施形態では、揺動装置１４００を体感シミュレーション装置１０００に搭載した場合を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば遊戯場等に設置されている遊戯施設に適用することも可能である。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、簡易な構成で複雑な動作をさせることができる。
【出願人】 【識別番号】０００００２１８５
【氏名又は名称】ソニー株式会社
【出願日】 平成９年（１９９７）１１月１８日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】岡▲崎▼ 信太郎 （外１名）
【公開番号】 特開平１１−１４６９８１
【公開日】 平成１１年（１９９９）６月２日
【出願番号】 特願平９−３１７３２９