KR101183823B1 - 조종 반력 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 힘 센서(Load Cell)로부터 인체에 의한 힘 작용점에 걸리는 힘(Grip Force)을 측정하고 대상 기계류의 조종간 및 기타 부속품을 모델링하여 조종간에 작용하는 정적 또는 동적인 힘을 산출하여 이를 통해 가속도와 속도 및 위치를 산출하고 이를 이용해 대상 기계류의 운행 상황별 조종 반력을 조종간에 전달하여 조종 반력을 제어할 수 있도록 된, 조종 반력 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 조종 반력 제어 시스템은, 사용자에 의해 조종 관련 힘을 인가받는 조종부; 상기 조종 관련 힘을 센싱하여 검출하는 힘 센서; 소정의 제어신호에 따라 전기적 힘을 서보 모터를 통해 물리적인 힘으로 발생하는 반력 발생부; 상기 조종부와 상기 반력 발생부를 기구적으로 연결하여, 상기 발생된 물리적인 힘을 상기 조종간에 전달하는 링키지부; 및 상기 힘 센서에 의해 검출된 힘센서 신호와 상기 서보 모터의 위치신호를 이용하여 대상 기계류의 운행 상황별 조종 반력을 계산하여 상기 조종부에 전달하고, 상기 소정의 제어신호를 통해 상기 반력 발생부를 구동 제어하는 반력제어 컴퓨터를 포함한다. 또한, 상기 힘 센서는 상기 조종부와 기구적 일체를 이룬다.
본 발명에 따르면, 힘 센서를 인위적 힘 작용점과 최대한 가까이 위치 시킴으로써, 링키지 제작에서 발생하는 무게를 최소한으로 줄이고, 기구적 마찰력을 없애는 시간과 노력 및 비용을 최소화 할 수 있다. 또한, 다양한 항공기 또는 적용 대상 기계류의 관성 특성을 모두 제어할 수 있다. 그리고, 서보 모터의 마찰력이 제거되고, 다양한 마찰력 생성 모델을 적용하여 실제와 유사한 마찰력 느낌을 제공할 수 있다.

Description

조종 반력 제어 시스템 및 방법{Reaction force controlling system and method}

본 발명은 고가의 항공기나 선박 등에 대한 익숙한 조종을 위하여 유사한 조종 환경이 조성된 저렴한 장치 내에서 훈련자가 조종 훈련을 수행하도록 하는 조종 반력 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 힘 센서(Load Cell)로부터 인체에 의한 힘 작용점에 걸리는 힘(Grip Force)을 측정하고 대상 기계류의 조종간 및 기타 부속품을 모델링하여 조종간에 작용하는 정적 또는 동적인 힘을 산출하여 이를 통해 가속도와 속도 및 위치를 산출하고 이를 이용해 대상 기계류의 운행 상황별 조종 반력을 조종간에 전달하여 안정적으로 동작할 수 있도록 된, 조종 반력 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 고가의 항공기나 선박 등에 대한 익숙한 조종을 위해 연습용 조종 시뮬레이션 장치가 이용되고 있다.

이러한 시뮬레이션 장치는 실제 항공기나 선박 등과 유사한 조종 환경을 저렴한 장치로 훈련자에게 제공하여, 훈련자로 하여금 조종 훈련을 수행하도록 하고 있다.

하지만, 이러한 시뮬레이션 장치가 아무리 현실에 근접한다고 할지라도 실제 장비가 아닌 이상 현실과 같아질 수 없으며, 이러한 한계들을 극복하기 위한 노력들이 계속하여 진행되고 있다.

대표적인 한계로서는 시뮬레이션 장치에 인가되는 반력(Reaction Force)을 실험이나 계산에 의해 만들어진 데이터를 이용하여 재현하고 있어서 현실과 동일한 조건으로 재현하기가 어려운 점이 있다. 즉, 반력에 대해 통상적으로 항공기 조종에 익숙한 사람의 데이터를 기본으로 적용한 경우가 많아 일반 사용자들에게 잘 맞지 않고, 또한 훈련 진행 중인 조종사에 따라 다른 신체조건을 반영하지 못하는 문제점이 있다.

또한 다른 한계로는 시뮬레이션 장치를 구성하는 여러 요소들, 예를 들어 호스트 컴퓨터, 모니터링 시스템, 조종석(cockpit) 등의 각각의 장치 내에 배치되는 부품들 간의 속도 차이에 의해 동일한 시간을 기준으로 할 때, 서로 일치하지 않는 데이터를 출력하여 전체 시스템이 다운되기도 하는 문제점이 있다.

한편, 시뮬레이션 장치에 적용된 기존의 조종 반력 제어 장치는 다양한 항공기 또는 기타 기계류의 조작 특성, 예를 들면 정적인 힘(Static Force), 동적인 힘(Dynamic Force), 관성 힘(Inertial Force) 등을 모두 제어하기에 어려움이 있다.

또한, 반력을 발생시키는 서보 모터(Servo Motor)에 고도로 정확한 소프트웨어로 산출한 모터 마찰력 예측 모델이 적용되지 않는 한 모터 자체의 마찰력을 제거하기에 어려움이 있다.

그리고, 기존 시뮬레이션 장치의 조종 반력 제어 장치는 조작 위치에 따른 정적인 힘(Static Force)의 제어만 가능하여 정밀 제어에 한계가 있으며, 힘 센서(Load Cell)를 모터 시스템에 장착하여 인위적 작용점(Grip)에서 힘을 계산하기 때문에 조종 반력 제어 장치의 링키지 및 조종 장치에서 발생하는 마찰력과 관성 특성을 제거할 수가 없는 문제점이 있었다.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 힘 센서(Load Cell)로부터 인체에 의한 힘 작용점에 걸리는 힘(Grip Force)을 측정하고 대상 기계류의 조종간 및 기타 부속품을 모델링하여 조종간에 작용하는 정적 또는 동적인 힘을 산출하여 이를 통해 가속도와 속도 및 위치를 산출하고 이를 이용해 대상 기계류의 운행 상황별 조종 반력을 조종간에 전달하여 안정적으로 동작할 수 있도록 된, 조종 반력 제어 시스템 및 방법을 제공함에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 조종 반력 제어 시스템은, 사용자에 의해 조종 관련 힘을 인가받는 조종부; 상기 조종 관련 힘을 센싱하여 검출하는 힘 센서; 소정의 제어신호에 따라 전기적 힘을 서보 모터를 통해 물리적인 힘으로 발생하는 반력 발생부; 상기 조종부와 상기 반력 발생부를 기구적으로 연결하여, 상기 발생된 물리적인 힘을 상기 조종간에 전달하는 링키지부; 및 상기 힘 센서에 의해 검출된 힘센서 신호와 상기 서보 모터의 위치신호를 이용하여 대상 기계류의 운행 상황별 조종 반력을 계산하여 상기 조종부에 전달하고, 상기 소정의 제어신호를 통해 상기 반력 발생부를 구동 제어하는 반력제어 컴퓨터를 포함한다.

또한, 상기 반력 발생부에 상기 전기적인 힘을 제공하고, 상기 서보 모터의 제어를 위한 상기 소정의 제어신호를 상기 반력 발생부에 인가하며, 상기 힘센서 신호를 컨버팅 하여 상기 반력제어 컴퓨터로 전달하는 전원 분배기를 더 포함한다.

또한, 상기 힘 센서는 상기 조종부와 기구적 일체를 이룬다.

그리고, 상기 반력제어 컴퓨터는, 상기 힘 센서로부터 인체에 의한 힘 작용점에 걸린 상기 조종 관련 힘을 측정하고, 상기 측정된 힘을 이용하여 운동 위치 및 상황에 따른 힘을 계산하기 위해 상기 조종부 및 기타 부속품이 상기 조종부에 작용하는 정적인 힘 또는 동적인 힘을 계산하고, 계산된 모든 힘의 합력을 조절 가능한 임의의 관성 값으로 나누어 가속도를 계산하며, 상기 가속도를 적분하여 속도를 계산하며, 상기 속도를 적분하여 위치를 계산하며, 상기 계산된 위치, 속도, Wash-out 필터링 된 가속도에 보상값(Ka, Kp, Ki)을 적용하여 안정적인 속도명령(Vel_CMD)을 계산하며, 상기 속도명령을 상기 반력 발생부에 인가하여 상기 반력 발생부로부터 상기 계산된 속도, 위치, 힘에 따른 반력이 발생되도록 한다.

한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 조종 반력 제어 방법은, 서보 모터로 이루어진 반력 발생부와 조종부 간에 링키지부를 통해 기구적으로 연결되고, 상기 조종부와 기구적 일체(Rigid Body)를 이루는 힘 센서 및 상기 반력 발생부를 제어하는 반력제어 컴퓨터를 포함하는 시스템의 조종 반력 제어 방법으로서, (a) 상기 힘 센서가 상기 조종부의 힘 작용점에 걸린 조종 관련 힘을 검출하는 단계; (b) 상기 반력제어 컴퓨터가 상기 검출된 조종 관련 힘을 이용하여 상기 조종부에 작용하는 정적인 힘 또는 동적인 힘(Demanded Force on Grip)을 산출하는 단계; (c) 상기 반력제어 컴퓨터가 상기 산출된 모든 힘의 합력에 대해 관성값과 적분을 이용하여 가속도와 속도 및 위치를 산출하는 단계; (d) 상기 반력제어 컴퓨터가 상기 산출된 위치, 속도, 가속도에 보상값을 적용하여 속도명령을 산출하는 단계; (e) 상기 반력제어 컴퓨터가 상기 산출된 속도명령을 상기 반력 발생부로 전달하는 단계; 및 (f) 상기 반력 발생부가 상기 속도명령에 따른 반력을 발생시켜 상기 링키지부를 통해 상기 조종부에 전달하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 (a) 단계는 상기 조종부의 그립에 작용하는 힘(Demanded Grip Force)의 산출에 있어서 수치적인 시뮬레이션 모델링이 아닌, 원 거리의 위치제어가 가능한 실 장비에 장착된 제2의 힘 센서, 가속도 센서를 이용하여 산출하게 된다. 이때, 상기 실 장비는 의료 장비, 탐사 장비, 심해 발굴 장비, 구조 장비 등을 포함한다.

또한, 상기 (b) 단계에서, 그립 위치에 따른 상기 정적인 힘의 특성 그래프는 다중 스프링 힘, 마찰력, 유격, 기타 기구적 불규칙 특성으로 나타낸다.

또한, 상기 (b) 단계에서, 시간에 따른 그립의 상기 동적인 힘의 특성 그래프는 감쇠 힘, 관성 힘의 특성을 나타낸다.

그리고, 상기 (c) 단계는 상기 모든 힘의 합력을 조절 가능한 임의의 관성값으로 나누어 가속도를 산출하고, 상기 가속도를 적분하여 속도를 산출하며, 상기 속도를 적분하여 위치를 산출하게 된다.

본 발명에 따르면, 힘 센서를 인위적 힘 작용점과 최대한 가까이 위치 시킴으로써, 링키지 제작에서 발생하는 무게를 최소한으로 줄이고, 기구적 마찰력을 없애는 시간과 노력 및 비용을 최소화 할 수 있다.

또한, 힘 센서를 통해 힘 작용점에서 힘을 계산하여 보다 정확하고 다양한 기구적 특성을 모의하거나 제어할 수 있다.

또한, 다양한 항공기 또는 적용 대상 기계류의 관성 특성(Inertial Characteristic)을 모두 제어할 수 있다.

그리고, 서보 모터의 마찰력이 제거되고, 다양한 마찰력 생성 모델을 적용하여 실제와 유사한 마찰력 느낌을 제공할 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 조종 반력 제어 시스템의 전체 구성을 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 조종 반력 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반력제어 컴퓨터의 반력 제어 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 정적인 힘의 특성 및 동적인 힘의 특성을 나타낸 그래프이다.

본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 조종 반력 제어 시스템의 전체 구성을 나타낸 구성도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 조종 반력 제어 시스템(100)은, 조종부(110), 힘 센서(Load Cell)(120), 반력 발생부(130), 링키지부(Linkage Part)(140), 반력제어 컴퓨터(150) 및 전원 분배기(160)를 포함한다.

조종부(110)는 사용자에 의한 조종 관련 힘(Grip Force)을 인가받는다. 즉, 사용자 또는 훈련자가 조종 손잡이를 움켜잡고 조종에 관한 동작을 취함에 따라 발생된 조종 관련 힘을 인가받는 것이다.

힘 센서(120)는 조종부(110)로부터 조종 관련 힘을 센싱하여 검출하는 센서로써, 검출된 힘센서 신호를 반력제어 컴퓨터(150)로 전달한다. 여기서, 힘 센서(120)는 조종부(110)의 인위적 힘 작용점(Grip)과 최대한 가까이 위치하고 조종부(110)와 기구적 일체(Rigid Body)를 이룬다.

반력 발생부(130)는 반력제어 컴퓨터(150)로부터의 소정의 제어신호에 따라 전기적 힘을 서보 모터(Servo Motor)(132)를 통해 물리적인 힘의 반력을 발생시켜 링키지부(140)를 통해 조종부(110)에 전달한다.

링키지부(140)는 조종부(110)와 반력 발생부(130)를 기구적으로 연결하고, 반력 발생부(130)로부터 발생된 물리적인 힘의 반력을 조종부(110)에 전달한다.

반력제어 컴퓨터(150)는 힘 센서(120)에 의해 검출된 힘센서 신호와 서보 모터(132)의 위치신호를 이용하여 대상 기계류의 운행 상황별 조종 반력을 계산하여 조종부(110)에 전달하도록 제어하고, 소정의 제어신호를 통해 반력 발생부(130)를 구동 제어한다.

또한, 반력제어 컴퓨터(150)는, 힘 센서(120)로부터 인체에 의한 힘 작용점(Grip)에 걸린 조종 관련 힘을 측정하고, 이렇게 측정된 힘을 이용하여 운동 위치 및 상황에 따른 힘을 계산하기 위해 조종부(110) 및 기타 부속품이 조종부(110)에 작용하는 정적인 힘 또는 동적인 힘(Demanded Force on Grip)을 계산한다.

또한, 반력제어 컴퓨터(150)는 조종부(110)의 그립에 작용하는 힘(Demanded Grip Force)의 산출에 있어서 수치적인 시뮬레이션 모델링이 아닌, 원 거리의 위치제어가 가능한 실 장비에 장착된 제2의 힘 센서, 가속도 센서를 이용하여 산출하게 된다. 이때, 실 장비는 의료 장비, 탐사 장비, 심해 발굴 장비, 구조 장비 등을 포함한다.

이어, 반력제어 컴퓨터(150)는 계산된 모든 힘의 합력을 조절 가능한 임의의 관성 값으로 나누어 가속도를 계산하고, 가속도를 적분하여 속도를 계산하며, 속도를 적분하여 위치를 계산한다.

이어, 반력제어 컴퓨터(150)는 계산된 위치, 속도, Wash-out 필터링 된 가속도에 보상값(Ka, Kp, Ki)을 적용하여 안정적인 속도명령(Vel_CMD)을 계산하며, 계산된 속도명령을 반력 발생부(130)에 인가하여 반력 발생부(130)로부터 속도, 위치, 힘에 따른 반력이 발생되도록 한다.

따라서, 반력제어 컴퓨터(150)에는 서보 모터(132)의 상태를 알려주는 서보 상태 피드백 데이터를 힘센서 신호와 함께 반력 발생부(130)로부터 전원 분배기(160)를 통해 전달받아 이에 근거해 산출한 속도, 위치 및 힘에 따른 제어 명령을 반력 발생부(130)에 전송하도록 하는 반력제어 소프트웨어가 설치되어 있다. 또한, 반력제어 컴퓨터(150)는 이러한 기능을 제어하기 위한 제어보드(PCI)를 포함하고, 호스트 컴퓨터와 UDP(User Data Protocol) 방식으로 데이터를 송수신하며 통신한다.

전원 분배기(160)는 반력 발생부(130)에 전기적인 힘을 공급하고, 서보 모터(132)의 제어를 위한 소정의 제어신호를 반력제어 컴퓨터(150)로부터 전달받아 반력 발생부(130)에 인가하며, 힘 센서(120)로부터 전달받은 힘센서 신호를 컨버팅(Converting)하여 반력제어 컴퓨터(150)로 전달한다.

또한, 전원 분배기(160)는 전자 제어부(Electronic Control Unit) 및 입출력 보드를 포함하고, 반력 발생부(130)의 서보 모터(132)에 서보 제어 전력(Servo Control Power)을 공급하는 서보 드라이버(Servo Driver)를 포함한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 조종 반력 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 조종 반력 제어 장치(100)는 서보 모터(132)로 이루어진 반력 발생부(130)와 조종부(110) 간에 링키지부(140)를 통해 기구적으로 연결되고, 힘 센서(120)가 조종부(110)와 기구적 일체(Rigid Body)를 이루며, 반력 발생부(130)를 반력제어 컴퓨터(150)가 제어하는 구성을 가진 상태에서, 조종부(110)와 기구적 일체를 이루는 힘 센서(120)가 사용자(훈련자)에 의한 조종부(110)의 힘 작용점에 걸린 조종 관련 힘을 힘센서 신호로 검출한다(S310).

힘 센서(120)는 검출된 힘센서 신호를 전원 분배기(160)의 입출력 보드를 경유해 반력제어 컴퓨터(150)로 전달한다(S320).

이에, 반력제어 컴퓨터(150)는 힘센서 신호를 이용하여 조종부(110)에 작용하는 정적인 힘 또는 동적인 힘(Demanded Force on Grip)을 산출한다(S330).

이때, 반력제어 컴퓨터(150)가 산출한 그립(Grip) 위치에 따른 정적인 힘의 특성 그래프는 도 5에 도시된 바와 같이 다중 스프링 힘, 마찰력, 유격, 기타 기구적 불규칙 특성 등으로 나타낼 수 있다. 또한, 정적인 반력의 특성은 마찰에 따른 히스테리시스적 특성을 나타낼 수 있다. 여기서, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 정적인 힘의 특성 및 동적인 힘의 특성을 나타낸 그래프이다.

또한, 반력제어 컴퓨터(150)가 산출한 시간에 따른 그립(Grip)의 동적인 힘의 특성 그래프는 도 5에 도시된 바와 같이 감쇠 힘(Damping Force), 관성 힘(Inertial Force)의 특성 등으로 나타낼 수 있다.

또한, 반력제어 컴퓨터(150)는 조종부(110)의 그립에 작용하는 힘(Demanded Grip Force)의 산출에 있어서 수치적인 시뮬레이션 모델링이 아닌, 원 거리의 위치제어가 가능한 실 장비에 장착된 제2의 힘 센서, 가속도 센서를 이용하여 산출할 수 있다. 이때, 실 장비는 의료 장비, 탐사 장비, 심해 발굴 장비, 구조 장비 등을 포함한다.

이어, 반력제어 컴퓨터(150)는 산출된 모든 힘의 합력에 대해 관성값과 적분을 이용하여 가속도와 속도 및 위치를 산출한다(S340).

즉, 반력제어 컴퓨터(150)는 도 4의 반력 제어 다이어그램에 도시된 바와 같이 모든 힘의 합력을 조절 가능한 임의의 관성값으로 나누어 가속도를 산출하고, 가속도를 적분하여 속도를 산출하며, 속도를 적분하여 위치를 산출하게 된다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반력제어 컴퓨터의 반력 제어 다이어그램을 나타낸 도면이다.

여기서, 모든 힘(마찰력, 감쇄력, Man Force, 모델 Force 등)의 합은 다음 수학식 1과 같이 뉴턴 법칙을 이용한다.

이어, 반력제어 컴퓨터(150)는 산출된 위치, 속도, 가속도에 보상값을 적용하여 위치 정보가 포함된 속도명령을 생성한다(S350).

이어, 반력제어 컴퓨터(150)는 생성한 속도명령을 반력 발생부(130)로 전달한다(S360). 이때, 속도명령에는 위치 정보가 포함되어 있다.

따라서, 반력 발생부(130)는 위치 정보가 포함된 속도명령에 따른 반력을 발생시켜 링키지부(140)를 통해 조종부(110)에 전달한다(S370).

이에, 사용자(훈련자)는 손으로 쥐고 있는 조종부(110)를 통하여 현재 조종하는 상태의 반력을 그대로 느낄 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 조종반력 제어 장치(110)는 조종부(110)나 기타 부속품 등을 포함하는 대상 기계류의 조종 계통을 수치적 모델링을 통하여 튜닝을 실행하고, 동일한 측정 장비로 동일한 방법으로 측정해 가며 AC120-63 Level D App2.2.a Control System Mechanical Characteristics 기준을 만족시킨다. 여기서, 기타 부속품은 스프링, 뎀퍼, 스토퍼, 캠, 풀리, 벨트, 클러치, 베어링, 바퀴, 마찰력, 유압특성, 진동, 공력 특성 등을 포함한다.

전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 힘 센서(Load Cell)로부터 인체에 의한 힘 작용점에 걸리는 힘(Grip Force)을 측정하고 대상 기계류의 조종간 및 기타 부속품을 모델링하여 조종간에 작용하는 정적 또는 동적인 힘을 산출하여 이를 통해 가속도와 속도 및 위치를 산출하고 이를 이용해 대상 기계류의 운행 상황별 조종 반력을 조종간에 전달하여 안정적으로 동작할 수 있도록 된, 조종 반력 제어 시스템 및 방법을 실현할 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명은 고성능 항공기 시뮬레이터의 조종 반력을 구현하는 시스템에 적용할 수 있고, 고성능 자동차 시뮬레이터의 휠, 가속페달, 브레이크 반력을 구현하는 시스템에 적용할 수 있다.

또한, 환자 맞춤형 근력 제어 재활 장비 시스템에 적용할 수 있으며, 원격 조종 수술 장비의 수술 부위 접촉에 의한 힘 제어 시스템에 적용할 수 있다.

또한, 화학 물질 연구 장비의 로봇 팔 제어 시스템에 적용할 수 있고, 파손 위험 물체 운반 시스템 등에 적용할 수 있다.

또한, 자동화 기기의 성능 측정 기술에 응용할 수 있고, 자동차와 비행기, 선박 등의 운동 구조물 성능을 평가하는 기술에 응용할 수 있다.

또한, 힘 센서나 변위센서를 이용한 정특성을 측정하는 기술에 응용할 수 있으며, 변위센서를 이용한 동특성을 측정하거나 상호작용 특성을 측정하는 기술에 응용할 수 있다.

그리고, 가속도 센서를 이용한 진동 측정 기술이나 변위센서를 이용한 항공기 액추에이터(Actuator) 운동속도를 측정하는 기술에 응용할 수 있다.

100 : 조종 반력 제어 시스템 110 : 조종부
120 : 힘 센서 130 : 반력 발생부
140 : 링키지부 150 : 반력제어 컴퓨터
160 : 전원 분배기

Claims (10)

1. 사용자에 의해 힘 작용점에 조종 관련 힘을 인가받는 조종부;
   상기 조종부와 기구적 일체(Rigid Body)를 이루며, 상기 조종부의 힘 작용점에 인가되는 조종 관련 힘을 센싱하여 힘센서 신호를 검출하는 힘 센서;
   소정의 속도명령에 따라 전기적 힘을 서보모터(Servo Motor)를 통해 물리적 힘으로 발생하는 반력 발생부;
   상기 서보모터의 제어를 위한 전기적 힘을 상기 반력 발생부에 인가하며, 상기 힘센서 신호를 컨버팅(Converting)하여 반력제어 컴퓨터에 전달하는 전원 분배기;
   상기 조종부와 상기 반력 발생부를 기구적으로 연결하여, 상기 반력 발생부에서 발생된 물리적 힘을 상기 조종부에 전달하는 링키지부; 및
   상기 힘센서 신호 및 시뮬레이션 모델링 데이터에 근거해 위치에 따른 정적인 힘과 시간에 따른 동적인 힘을 계산하고, 계산된 모든 힘의 합을 다음 수학식1에 따라 산출하며, 모든 힘의 합을 조절 가능한 임의의 관성값으로 나누어 가속도를 산출하며, 산출된 가속도를 적분하여 속도를 산출하며, 산출된 속도를 적분하여 위치를 산출하며, 상기 산출된 가속도와 속도 및 위치에 보상값(Ka, Kp, Ki)을 적용하여 위치정보가 포함된 소정의 속도 명령을 생성하여 상기 전원 분배기를 통해 상기 반력 발생부에 전달하는 반력제어 컴퓨터;
   를 포함하는 관성특성 조정을 이용한 시뮬레이션 장치용 조종 반력 제어 시스템.
   [수학식 1]
   

   

   
   여기서, m은 가상질량(Virtual Inertia)이고, a는 가속도를 나타낸다.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 서보모터로 이루어진 반력 발생부와, 힘 작용점이 형성된 조종부, 반력 발생부와 조종부를 기구적으로 연결한 링키지부; 상기 조종부와 기구적 일체(Rigid Body)를 이루는 힘 센서 및 상기 반력 발생부를 제어하는 반력제어 컴퓨터를 포함하는 조종반력 제어시스템의 관성 특성 조정을 이용한 조종 반력 제어 방법으로서,
   (a) 상기 힘 센서가 상기 조종부의 힘 작용점에 걸린 조종 관련 힘을 센싱하여 힘센서 신호로 검출하는 단계;
   (b) 상기 반력제어 컴퓨터가 상기 검출된 힘센서 신호 및 시뮬레이션 모델링 데이터에 근거해 위치에 따른 정적인 힘과 시간에 따른 동적인 힘을 계산하고, 계산된 모든 힘의 합을 다음 수학식1에 따라 산출하며, 모든 힘의 합을 조절 가능한 임의의 관성값으로 나누어 가속도를 산출하며, 산출된 가속도를 적분하여 속도를 산출하며, 산출된 속도를 적분하여 위치를 산출하며, 상기 산출된 가속도와 속도 및 위치에 보상값(Ka, Kp, Ki)을 적용하여 위치정보가 포함된 소정의 속도 명령을 생성하여 상기 반력 발생부에 전달하는 단계;
   (c) 상기 반력 발생부가 소정의 속도 명령에 따라 전기적 힘을 서보모터(Servo Motor)를 통해 물리적 힘으로 발생하는 단계; 및
   (d) 상기 링키지부가 상기 반력 발생부에서 발생된 물리적 힘을 상기 조종부에 전달하는 단계;
   를 포함하는 시뮬레이션 장치용 조종반력 제어시스템의 관성특성 조정을 이용한 조종 반력 제어 방법.
   [수학식 1]
   

   

   
   여기서, m은 가상질량(Virtual Inertia)이고, a는 가속도를 나타낸다.
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제

Images