KR102216732B1 - Control Method of realistic simulation platform with load compensation mechanism - Google Patents

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KR102216732B1
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Abstract

본 발명은 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 부하와 하중을 지지하며 정지상태를 유지하는 하부체; 상기 하부체와 이격되어 위치되며, 모션이 출력되는 상부체; 상기 상부체와 상기 하부체 사이에 구비되어, 상기 상부체에 모션을 출력하는 복수의 구동유닛; 상기 상부체와 상기 하부체 사이에 구비되어, 상기 상부체의 하강동작시와 상승동작시 하중을 보상하는 하중보상유닛; 및 시뮬레이터 피드백 정보를 기반으로 상기 구동유닛 각각에 대한 최종출력을 제어하는 모션 제어기와 하중보상 제어기;를 포함하는에 관한 것이다. The present invention relates to a motion platform and a control method thereof to which a load compensation mechanism is applied, and more particularly, to a lower body supporting a load and a load and maintaining a stationary state; An upper body positioned to be spaced apart from the lower body and outputting a motion; A plurality of driving units provided between the upper body and the lower body and outputting motion to the upper body; A load compensation unit provided between the upper body and the lower body to compensate for a load during a lowering operation and an upward operation of the upper body; And a motion controller and a load compensation controller for controlling final outputs for each of the driving units based on simulator feedback information.

Figure R1020180155518
Figure R1020180155518

Description

하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼의 제어방법{Control Method of realistic simulation platform with load compensation mechanism}Control Method of realistic simulation platform with load compensation mechanism

본 발명은 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼의 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a control method of a motion platform to which a load compensation mechanism is applied.

모션 플랫폼은 가상현실 콘텐츠와 연계하여 각종 상황에 따른 특정 대상물의 움직임을 모방한 적절한 동작을 수행함으로서 체험자로 하여금 가상의 공간에서도 실감을 느낄 수 있게 하는 플랫폼이다. 이 플랫폼은 영화, 오락, 조종훈련 및 특수장비 전문가 양성 등 다양한 목적으로 활용되고 있다.The motion platform is a platform that enables the experiencer to feel realism even in a virtual space by performing an appropriate motion that mimics the movement of a specific object according to various situations in connection with virtual reality content. This platform is being used for a variety of purposes, including movies, entertainment, pilot training, and training special equipment experts.

실제와 유사하게 구현된 가상의 공간과 체험자가 체험하고자 하는 상황을 연출해주는 시뮬레이터가 있다고 하면, 모션 플랫폼은 이 시뮬레이터에서 체험 상황에 대한 정보를 받아 현실에서 실시간으로 해당되는 모션을 출력함으로서 체험자로 하여금 실제와 유사한 느낌을 받아 실감적인 체험을 하도록 돕는 역할을 한다. 이때 모션 플랫폼의 설계된 메커니즘과 적용된 구동부의 성능에 따라 모션 출력 성능이 달라진다.Assuming that there is a virtual space implemented similar to the real world and a simulator that directs the situation that the experiencer wants to experience, the motion platform receives information about the experience situation from this simulator and outputs the corresponding motion in real time, allowing the experiencer to It plays a role in helping people to experience realistic experiences by receiving feelings similar to reality. At this time, the motion output performance varies depending on the designed mechanism of the motion platform and the performance of the applied driving unit.

모션 플랫폼은 일반적으로 모든 부하와 하중을 지지하고 정지 상태를 유지하는 하부체와 모션 출력이 일어나는 상부체 사이에 구동부를 병렬로 배치하는 메커니즘을 적용한다. 적용하는 구동부와 관절 방식에 따라 상부체에서 출력할 수 있는 자유도(degrees of freedom, DOF)와 모션 출력 사양이 결정된다. 여기에 하중의 무게의 일부를 구동부의 출력과는 별도로 보상해줄 수 있는 메커니즘을 적용함으로서 기존보다 낮은 출력의 구동부를 적용하여도 목표하는 출력사양을 만족할 수 있게 된다. 또한 하강 동작 이후 하중 보상에 의해 축적된 스프링은 상승 동작 전환 시 신속한 모션 변화를 하는데 큰 도움을 줄 수 있기 때문에 기존보다 더 동적인 모션을 표현할 수 있다.In general, a motion platform applies a mechanism for arranging a drive unit in parallel between a lower body that supports all loads and maintains a stationary state and an upper body where motion output occurs. The degrees of freedom (DOF) that can be output from the upper body and motion output specifications are determined according to the applied driving unit and joint method. Here, by applying a mechanism that can compensate for a part of the weight of the load separately from the output of the driving unit, the target output specification can be satisfied even when a driving unit with a lower output than the existing one is applied. In addition, since the spring accumulated by the load compensation after the descending motion can greatly help to change the motion quickly when switching the rising motion, it can express more dynamic motion than before.

모션 플랫폼의 메커니즘은 하드웨어적인 기구 구조를 말하는데 기구적인 하중보상 구조를 추가로 적용하는 방법 등으로 본래의 출력 성능을 더 높일 수 있다. 하지만 단순히 이를 적용한 것만으로 모션 플랫폼을 구동할 경우 직접적인 성능은 높일 수 있지만, 좀 더 정교한 모션을 출력할 수 없다. 오히려 하중 보상의 힘이 시뮬레이터의 의도와는 다른 방향으로 작용할 경우 어색한 모션이 출력될 수 있는 문제를 가지게 된다. 이를 해결하기 위해 구동부에 기본 장착하여 제어기에 활용하는 엔코더 센서와는 별도로 전류나 토크센서를 구동부에 추가하는 방법이 있는데 이는 제작비용 상승의 원인이 된다.The mechanism of the motion platform refers to the mechanical structure of a hardware, and the original output performance can be further improved by applying an additional mechanical load compensation structure. However, if the motion platform is driven by simply applying it, the direct performance can be improved, but a more precise motion cannot be output. Rather, if the force of the load compensation acts in a direction different from the intention of the simulator, there is a problem that awkward motion may be output. In order to solve this problem, there is a method of adding a current or torque sensor to the driving unit separately from the encoder sensor used in the controller by installing it on the driving unit as a standard, which causes an increase in manufacturing cost.

일반적인 모션 플랫폼의 제어 방법은 플랫폼에 대한 기구학, 역기구학을 설계하고 모션과 각 구동부 출력과의 관계식을 설계한 후 회전 엔코더를 적용하거나, 선형 선형변위센서 등의 위치센서를 적용하여 폐루프 제어하는 방법이 있다. 다만, 하중 보상 메커니즘이 적용된 모션 플랫폼에 대한 제어기는 전용으로 개발된 사례는 드물다.A general motion platform control method is to design the kinematics and inverse kinematics of the platform, design the relational expression between motion and the output of each driving unit, and then apply a rotation encoder or a position sensor such as a linear linear displacement sensor to control the closed loop. There is a way. However, it is rare that a controller for a motion platform with a load compensation mechanism has been developed exclusively.

하중 보상 메커니즘이 적용된 모션 플랫폼에 대하여 일반적인 제어기를 적용할 경우 모션 성능이 직접적으로 높아진 상태로 출력할 수 있지만, 좀 더 정교한 모션을 출력하기 어려워진다. 오히려 하중 보상의 힘이 시뮬레이터의 의도와는 다른 방향으로 작용할 경우 제어기에서 이를 반영하지 못하면 어색한 모션을 출력하는 문제를 가지게 된다. 추가적으로 체험자의 무게를 하중 보상 제어에 반영하지 않으면 체험자의 무게에 영향을 받아 체험자마다 각기 다른 모션을 출력 정도가 다르게 된다는 문제를 가지게 된다.If a general controller is applied to a motion platform to which the load compensation mechanism is applied, the motion performance can be directly output in an improved state, but it becomes difficult to output a more precise motion. Rather, if the force of the load compensation acts in a direction different from the intention of the simulator, if the controller fails to reflect it, there is a problem of outputting awkward motion. In addition, if the weight of the experiencer is not reflected in the load compensation control, there is a problem that the level of output of different motions is different for each experiencer due to the influence of the weight of the experiencer.

대한민국 등록특허 제1672899호Republic of Korea Patent Registration No. 1672899 대한민국 등록특허 제1630783호Korean Patent Registration No. 1630783 대한민국 등록특허 제1544383호Korean Patent Registration No. 1544383 대한민국 등록특허 제1531656호Korean Registered Patent No. 1531656

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 별도의 센서 추가 없이 하중 보상 스프링 메커니즘이 적용된 모션 플랫폼에 대하여 체험자의 하중 측정 및 모션에 대한 제어 방법을 제공하고, 이 제어방법을 하중 보상 메커니즘이 적용된 모션 플랫폼에 적용하면 시뮬레이터의 상황과 보다 유사하고 정교한 모션 출력이 가능한, 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention has been devised to solve the conventional problems as described above, and according to an embodiment of the present invention, the experiencer's load measurement and motion control for a motion platform to which a load compensation spring mechanism is applied without additional sensors. The purpose of this is to provide a motion platform with a load compensation mechanism and a control method thereof, which provides a method and, when this control method is applied to a motion platform with a load compensation mechanism, enables more similar and precise motion output to the situation of a simulator. .

본 발명의 실시예에 따르면, 하중 보상 메커니즘이 적용된 모션 플랫폼에 대하여 체험자의 무게와 하중 보상 메커니즘을 같이 보상한 제어 방법을 제안하는데 그 목적이 있다. According to an embodiment of the present invention, an object of the present invention is to propose a control method in which the weight of an experienced user and the load compensation mechanism are compensated for a motion platform to which a load compensation mechanism is applied.

본 발명의 실시예에 따르면, 스프링 기반의 하중 보상 모션 플랫폼에 별도의 센서나 장치의 추가가 필요 없이 적용 가능하고, 체험자의 무게에 따른 모션 차이가 최소화 될 수 있으며, 동일한 모션 플랫폼 대비 기계적으로 높아진 출력 사양을 가진 상태로 더 정교하고 실감적인 제어가 가능한, 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다. According to an embodiment of the present invention, it can be applied to a spring-based load compensation motion platform without the need to add a separate sensor or device, and the difference in motion according to the weight of the experiencer can be minimized, and mechanically increased compared to the same motion platform. Its purpose is to provide a motion platform to which a load compensation mechanism is applied, and a control method thereof, capable of more precise and realistic control with output specifications.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Meanwhile, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems that are not mentioned are clearly to those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs from the following description. It will be understandable.

본 발명의 제1목적은, 모션 플랫폼에 있어서, 부하와 하중을 지지하며 정지상태를 유지하는 하부체; 상기 하부체와 이격되어 위치되며, 모션이 출력되는 상부체; 상기 상부체와 상기 하부체 사이에 구비되어, 상기 상부체에 모션을 출력하는 복수의 구동유닛; 상기 상부체와 상기 하부체 사이에 구비되어, 상기 상부체의 하강동작시와 상승동작시 하중을 보상하는 하중보상유닛; 및 시뮬레이터 피드백 정보를 기반으로 상기 구동유닛 각각에 대한 최종출력을 제어하는 모션 제어기와 하중보상 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼으로서 달성될 수 있다. A first object of the present invention is to provide a motion platform, comprising: a lower body supporting a load and a load and maintaining a stationary state; An upper body positioned to be spaced apart from the lower body and outputting a motion; A plurality of driving units provided between the upper body and the lower body and outputting motion to the upper body; A load compensation unit provided between the upper body and the lower body to compensate for a load during a lowering operation and an upward operation of the upper body; And a motion controller and a load compensation controller that control the final output for each of the driving units based on the simulator feedback information. It may be achieved as a motion platform to which a load compensation mechanism is applied.

그리고 상기 하중보상 제어기는, 상부체와 체험자의 무게에 상기 하중보상유닛에 의한 하중보상힘을 뺀 작용힘을 기반으로 최종출력을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the load compensation controller may be characterized in that it calculates the final output based on an applied force obtained by subtracting the load compensation force by the load compensation unit from the weight of the upper body and the experienced person.

또한, 상기 하중보상유닛은, 상기 상부체와 상기 하부체의 중앙부에 위치된 스프링이고, 상기 구동유닛은, 일측 끝단이 상기 하부체 상면 일측에 구비된 제1관절부와 연결되는 제1링크부재와, 일측 끝단이 상기 제1링크부재 타측끝단과 제2관절부에 의해 연결되는 제2링크부재와, 상기 제1링크부재를 상기 제1관절부를 기준으로 회전구동시키는 구동부를 포함하고, 상기 제2링크부재의 타측끝단은 상기 상부체 하면 일측에 제3관절부에 의해 결합되는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the load compensation unit is a spring positioned at the center of the upper body and the lower body, and the driving unit includes a first link member having one end connected to a first joint portion provided on one side of the upper surface of the lower body , A second link member having one end connected to the other end of the first link member and a second joint part, and a driving part for rotationally driving the first link member based on the first joint part, and the second link The other end of the member may be coupled to one side of the upper body by a third joint.

그리고 복수의 상기 구동유닛은 상기 상부체와 상기 하부체 사이 외주부에 원주방향으로 서로 균일간격 이격되어 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the plurality of driving units may be arranged to be uniformly spaced apart from each other in a circumferential direction at an outer peripheral portion between the upper body and the lower body.

또한, 상기 하중보상 제어기는 자세에 따른 각 관절 별 무게 배분비를 구하고, 상기 작용힘과 상기 무게 배분비와 상기 시뮬레이터 피드백 정보에 포함된 모션에 대한 가속도 입력정보를 기반으로 각각의 제3관절부에 작용하는 힘을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the load compensation controller calculates the weight distribution ratio for each joint according to the posture, and based on the applied force, the weight distribution ratio, and the acceleration input information for the motion included in the simulator feedback information, each third joint It can be characterized by calculating the acting force.

그리고 상기 하중보상 제어기는, 각각의 상기 제3관절부에 작용하는 힘과, 상기 제1링크부재와 상기 제2링크부재의 각도를 기반으로 각각의 구동부에 출력해야할 출력토크를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다. And the load compensation controller is characterized in that it calculates the output torque to be output to each drive unit based on the force acting on each of the third joint and the angle of the first link member and the second link member. I can.

본 발명의 제2목적은 앞서 언급한 제1목적에 따른 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼의 제어방법에 있어서, 체험자의 무게를 측정하는 단계; 모션 플랫폼 자세정보를 기반으로 자세에 따른 관절별 무게 배분비를 산출하는 단계; 상부체와 체험자의 무게에 상기 하중보상유닛에 의한 하중보상힘을 뺀 작용힘을 산출하는 단계; 및 상기 작용힘과 상기 관절별 무게 배분비를 기반으로 각 관절에 작용하는 힘을 산출하여 각 구동유닛에 대한 최종출력을 도출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼의 제어방법으로서 달성될 수 있다. A second object of the present invention is a method for controlling a motion platform to which a load compensation mechanism according to the aforementioned first object is applied, the method comprising: measuring a weight of an experienced person; Calculating a weight distribution ratio for each joint according to the posture based on the motion platform posture information; Calculating an applied force minus the load compensation force by the load compensation unit to the weight of the upper body and the experienced person; And calculating a force acting on each joint based on the applied force and the weight distribution ratio for each joint to derive a final output for each driving unit; of a motion platform to which a load compensation mechanism is applied, comprising: It can be achieved as a control method.

그리고 상기 무게를 측정하는 단계는, 상부체 무게에 의한 부하만 존재하는 상태에서 스프링 평형지점에 도달한 높이를 계산하는 제1단계; 체험자가 상기 상부체에 탑승하는 제2단계; 상기 상부체와 상기 체험자의 무게에 의한 부하만 존재하는 상태에서 스프링 평형지점에 도달한 높이를 계산하는 제3단계; 상기 제1단계에서의 높이와 상기 제3단계에서의 높이 차와 스프링 상수를 기반으로 체험자의 무게를 산출하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. And the step of measuring the weight, the first step of calculating the height reached the spring equilibrium point in the state that only the load by the weight of the upper body exists; A second step in which an experienced person boards the upper body; A third step of calculating the height at which the spring equilibrium point is reached in the state that only the upper body and the load by the weight of the experienced person are present; And a fourth step of calculating the weight of the experienced person based on the height difference in the first step and the height difference and the spring constant in the third step.

또한 상기 높이의 계산은 구동부에 구비된 엔코더에서 측정한 각도와 위치정보를 기반으로 하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the calculation of the height may be characterized in that it is based on angle and position information measured by an encoder provided in the driving unit.

그리고 상기 최종출력을 도출하는 단계는, 상기 작용힘과 상기 무게 배분비와 상기 시뮬레이터 피드백 정보에 포함된 모션에 대한 가속도 입력정보를 기반으로 각각의 제3관절부에 작용하는 힘을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the deriving of the final output comprises calculating a force acting on each third joint based on the applied force, the weight distribution ratio, and acceleration input information for the motion included in the simulator feedback information. can do.

또한, 상기 각각의 상기 제3관절부에 작용하는 힘과, 제1링크부재와 제2링크부재의 각도를 기반으로 각각의 구동부에 출력해야할 출력토크를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, it may be characterized in that the output torque to be output to each driving unit is calculated based on the force acting on each of the third joints and the angles of the first link member and the second link member.

본 발명의 실시예에 따른 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼 및 그 제어방법에 따르면, 별도의 센서 추가 없이 하중 보상 스프링 메커니즘이 적용된 모션 플랫폼에 대하여 체험자의 하중 측정 및 모션에 대한 제어 방법을 제공하고, 이 제어방법을 하중 보상 메커니즘이 적용된 모션 플랫폼에 적용하면 시뮬레이터의 상황과 보다 유사하고 정교한 모션 출력이 가능한 효과를 갖는다. According to a motion platform to which a load compensation mechanism is applied and a control method thereof according to an embodiment of the present invention, a method for measuring a load of an experienced person and controlling motion is provided for a motion platform to which a load compensation spring mechanism is applied without additional sensors, If this control method is applied to a motion platform with a load compensation mechanism applied, it has the effect of enabling more precise motion output similar to that of the simulator.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼 및 그 제어방법에 따르면, 하중 보상 메커니즘이 적용된 모션 플랫폼에 대하여 체험자의 무게와 하중 보상 메커니즘을 같이 보상한 제어방법을 제공할 수 있다. In addition, according to the motion platform to which the load compensation mechanism is applied and the control method thereof according to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a control method in which the weight of the experienced person and the load compensation mechanism are compensated for the motion platform to which the load compensation mechanism is applied. .

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼 및 그 제어방법에 따르면, 스프링 기반의 하중 보상 모션 플랫폼에 별도의 센서나 장치의 추가가 필요 없이 적용 가능하고, 체험자의 무게에 따른 모션 차이가 최소화 될 수 있으며, 동일한 모션 플랫폼 대비 기계적으로 높아진 출력 사양을 가진 상태로 더 정교하고 실감적인 제어가 가능한 효과를 갖는다. And, according to the motion platform to which the load compensation mechanism is applied and the control method thereof according to an embodiment of the present invention, it can be applied to the spring-based load compensation motion platform without the need to add additional sensors or devices, and according to the weight of the experienced person. The difference in motion can be minimized, and it has the effect of enabling more precise and realistic control with a mechanically increased output specification compared to the same motion platform.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description. I will be able to.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼의 정면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼의 부분 정면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 상부체가 제외된 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼의 평면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하중보상 모션 플랫폼의 제어방법 블록 다이어그램,
도 5a는 본 발명의 실시예에 따라 상부체 무게에 의한 부하만 존재하는 경우 하중보상 모션 플랫폼의 측면을 나타낸 모식도,
도 5b는 도 5a에서 최저높이까지 상부체를 내린 상태의 모식도,
도 5c는 상부체와 체험자의 무게에 의한 부하만 존재하는 경우 하중보상 모션 플랫폼의 측면을 나타낸 모식도,
도 6a는 본 발명의 실시예에 따라 무게중심이 중심에서 어긋난 상태에서의 하중보상 모션 플랫폼의 평면을 나타낸 모식도,
도 6b는 본 발명의 실시예에 따라 무게중심이 중심에서 어긋난 상태에서의 하중보상 모션 플랫폼의 부분 측면을 나타낸 모식도를 도시한 것이다.
The following drawings attached to the present specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention together with the detailed description of the present invention, so the present invention is limited to the matters described in such drawings. And should not be interpreted.
1 is a front view of a motion platform to which a load compensation mechanism according to an embodiment of the present invention is applied,
2 is a partial front view of a motion platform to which a load compensation mechanism according to an embodiment of the present invention is applied,
3 is a plan view of a motion platform to which a load compensation mechanism excluding an upper body according to an embodiment of the present invention is applied,
4 is a block diagram of a control method of a load compensation motion platform according to an embodiment of the present invention;
Figure 5a is a schematic diagram showing the side of the load compensation motion platform when there is only a load by the weight of the upper body according to an embodiment of the present invention;
Figure 5b is a schematic diagram of a state in which the upper body is lowered to the lowest height in Figure 5a;
Figure 5c is a schematic diagram showing the side of the load compensation motion platform when there is only a load by the weight of the upper body and the experienced person;
6A is a schematic diagram showing a plane of a load compensation motion platform in a state where the center of gravity is shifted from the center according to an embodiment of the present invention;
6B is a schematic diagram showing a partial side view of a load compensation motion platform in a state where the center of gravity is shifted from the center according to an embodiment of the present invention.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features, and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments related to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed contents may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.In the present specification, when a component is referred to as being on another component, it means that it may be formed directly on the other component or that a third component may be interposed between them. In addition, in the drawings, the thickness of the components is exaggerated for effective description of the technical content.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.Embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional views and/or plan views, which are ideal exemplary views of the present invention. In the drawings, the thicknesses of films and regions are exaggerated for effective description of technical content. Therefore, the shape of the exemplary diagram may be modified by manufacturing technology and/or tolerance. Accordingly, embodiments of the present invention are not limited to the specific form shown, but also include a change in form generated according to the manufacturing process. For example, an area shown at a right angle may be rounded or may have a shape having a predetermined curvature. Accordingly, regions illustrated in the drawings have properties, and the shapes of regions illustrated in the drawings are for exemplifying a specific shape of a device region and are not intended to limit the scope of the invention. In various embodiments of the present specification, terms such as first and second are used to describe various elements, but these elements should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another component. The embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terms used in the present specification are for describing exemplary embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, the singular form also includes the plural form unless specifically stated in the phrase. As used in the specification, "comprises" and/or "comprising" does not exclude the presence or addition of one or more other elements.

아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.In describing the specific embodiments below, a number of specific contents have been prepared to explain the invention in more detail and to aid understanding. However, readers who have knowledge in this field to the extent that they can understand the present invention can recognize that it can be used without these various specific contents. In some cases, it is mentioned in advance that parts that are commonly known in describing the invention and are not largely related to the invention are not described in order to prevent confusion without any reason in describing the invention.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼(100)의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, the configuration and function of the motion platform 100 to which the load compensation mechanism according to an embodiment of the present invention is applied will be described.

본 발명의 실시예에 따른, 하중보상유닛(30)을 적용하여 낮은 사양의 구동유닛으로도 높은 모션 출력을 낼 수 있고, 경제성과 공간 효율성까지 만족할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, by applying the load compensation unit 30, a high motion output can be achieved even with a low specification driving unit, and economical efficiency and space efficiency can be satisfied.

본 발명의 실시예에 따른, 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼(100)에 따르면, 하중의 무게의 일부를 구동유닛의 출력과는 별도로 보상해줄 수 있는 메커니즘이 적용하여, 기존보다 낮은 출력의 구동유닛을 적용하여도 목표하는 출력사양을 만족할 수 있고, 또한 하강 동작 이후 하중 보상에 의해 축적된 하중보상유닛(30)은 상승 동작 전환 시 신속한 모션 변화를 하는데 큰 도움을 줄 수 있기 때문에 기존보다 더 동적인 모션을 표현할 수 있게 된다. According to the motion platform 100 to which the load compensation mechanism is applied according to an embodiment of the present invention, a mechanism capable of compensating a part of the weight of the load separately from the output of the driving unit is applied, and a driving unit having a lower output than the conventional one Even if it is applied, the target output specifications can be satisfied, and the load compensation unit 30 accumulated by the load compensation after the descending operation can greatly help in rapid motion change when switching the ascending operation, so it is more dynamic than before. In motion can be expressed.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼(100)에 따르면, 모션 플랫폼(100)의 상부체(70)와 하부체(10) 사이에 하중보상유닛(30)을 두어 하중의 무게 일부를 보상할 수 있고, 하중보상유닛(30)은 단순한 구조이기 때문에 적은 비용으로 대부분의 모션 플랫폼에 적용할 수 있고, 구동유닛의 필요 출력 사양이 낮아져서 제작에 필요한 부품 단가를 줄일 수 있고, 작아진 구동유닛의 출력으로 소비전력이 낮출 수 있으며, 기존의 모션 플랫폼에도 쉽게 적용할 수 있고 더 높은 모션 출력을 낼 수 있고, 모션 플랫폼이 기존보다 더 안정적이고 동적인 모션을 표현할 수 있다. In addition, according to the motion platform 100 to which the load compensation mechanism according to the embodiment of the present invention is applied, a load compensation unit 30 is placed between the upper body 70 and the lower body 10 of the motion platform 100 It is possible to compensate a part of the weight of the load, and because the load compensation unit 30 has a simple structure, it can be applied to most motion platforms at a low cost, and the required output specification of the driving unit is lowered, thereby reducing the cost of parts required for manufacturing. , Power consumption can be lowered by the output of the smaller drive unit, it can be easily applied to the existing motion platform, and it can produce a higher motion output, and the motion platform can express more stable and dynamic motion than before.

이러한 본 발명의 핵심적 기술적 특징을 갖는 하중보상유닛(30)은 기존 모션 플랫폼의 대부분의 형태에 적용가능하다. The load compensation unit 30 having the core technical features of the present invention is applicable to most types of existing motion platforms.

다만, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서는 3축의 회전 모터구동부(21) 기반의 모션 플랫폼 형태에 하중보상 메커니즘을 적용한 것을 실시예로 하여 설명하도록 한다. However, in the detailed contents for carrying out the invention, the application of the load compensation mechanism to the motion platform type based on the three-axis rotation motor drive unit 21 will be described as an example.

먼저, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼(100)의 정면도를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼(100)은, 전체적으로 상부체(70), 하부체(10), 복수의 구동유닛(20), 하중보상유닛(30), 연결유닛 등을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다. First, FIG. 1 shows a front view of a motion platform 100 to which a load compensation mechanism according to an embodiment of the present invention is applied. As shown in Figure 1, the motion platform 100 to which the load compensation mechanism according to the embodiment of the present invention is applied, as a whole, is an upper body 70, a lower body 10, a plurality of driving units 20, and a load compensation It can be seen that it may be configured to include a unit 30, a connection unit, and the like.

하부체(10)는 부하와 하중을 지지하며 정지상태를 유지하도록 구성된다. 또한, 상부체(70)는 하부체(10)와 상부측으로 이격되어 위치되며, 복수의 구동유닛(20)에 의해 모션이 출력되게 된다. The lower body 10 is configured to support a load and a load and maintain a stationary state. In addition, the upper body 70 is positioned to be spaced apart from the lower body 10 to the upper side, and motion is output by the plurality of driving units 20.

그리고 구동유닛(20)은 상부체(70)와 하부체(10) 사이에 구비되어, 상부체(70)에 모션을 출력하도록 구성된다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼(100)의 부분 정면도를 도시한 것이다. 그리고 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 상부체(70)가 제외된 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼(100)의 평면도를 도시한 것이다. And the driving unit 20 is provided between the upper body 70 and the lower body 10, and is configured to output a motion to the upper body 70. 2 shows a partial front view of a motion platform 100 to which a load compensation mechanism according to an embodiment of the present invention is applied. And Figure 3 shows a plan view of the motion platform 100 to which the load compensation mechanism is applied to the upper body 70 is excluded according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 구동유닛(20) 각각은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 일측 끝단이 하부체(10) 상면 일측에 구비되며 회전관절로 구성되는 제1관절부(22)와 연결되는 제1링크부재(23)와, 일측 끝단이 제1링크부재(23) 타측끝단과 회전관절로 구성되는 제2관절부(24)에 의해 연결되는 제2링크부재(25)와, 제1링크부재(23)를 제1관절부(22)를 기준으로 회전구동시키는 구동부(21)를 포함하여 구성된다. 또한, 제2링크부재(25)의 타측끝단은 상부체(70) 하면 일측에 구면관절로 구성되는 제3관절부(36)에 의해 결합되게 된다. Each of the driving units 20 according to an embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 1 to 3, has a first joint part 22 having one end provided on one side of the upper surface of the lower body 10 and consisting of a rotary joint. The first link member 23 to be connected, a second link member 25 at one end connected by a second joint part 24 consisting of the other end of the first link member 23 and a rotary joint, and a first The link member 23 is configured to include a driving part 21 for rotationally driving the first joint part 22 as a reference. In addition, the other end of the second link member 25 is coupled by a third joint part 36 composed of a spherical joint on one side when the upper body 70 is lowered.

또한, 복수의 구동유닛(20)은 도 3에 도시된 바와 같이, 상부체(70)와 하부체(10) 사이 외주부에 원주방향으로 서로 균일간격 이격되어 3개가 배치된 형태로 구성될 수 있음을 알 수 있다. In addition, as shown in FIG. 3, the plurality of driving units 20 may be formed in a form in which three are spaced uniformly spaced apart from each other in the circumferential direction in the outer peripheral portion between the upper body 70 and the lower body 10. Can be seen.

따라서 상부체(70)와 하부체(10) 사이에 병렬로 연결된 구동부(21)와 링크 연결구조는 하부체(10)-구동부(21)-제1관절부(22)-제2관절부(24)-제3관절부(36)-상부체(70) 구조이다. 이러한 형태로 설계하면 상부체(70)의 롤(roll), 피치(pitch), 중력추(z축) 방향의 3축 모션이 가능한 모션 플랫폼(100)을 설계할 수 있다. Therefore, the drive unit 21 and the link connection structure connected in parallel between the upper body 70 and the lower body 10 are the lower body 10-the driving part 21-the first joint part 22-the second joint part 24 -3rd joint part (36)-upper body (70) structure. If designed in this form, it is possible to design a motion platform 100 capable of three-axis motion in the direction of the roll, pitch, and gravity weight (z-axis) of the upper body 70.

본 발명의 실시예에 따른 하중보상유닛(30)은, 상부체(70)와 하부체(10)의 사이 중앙부에 위치된 스프링(31)으로 구성될 수 있다. The load compensation unit 30 according to the embodiment of the present invention may be composed of a spring 31 located at a central portion between the upper body 70 and the lower body 10.

이때 스프링(31)은 체험자의 포괄적 범위의 무게에 대하여 상부체(70)가 최대 또는 최저 높이까지 위치하지 않으면서 가용한 높이 이내에서 지탱할 수 있는 정도의 스프링 상수를 가져야 한다. 이로서 상부체(70)는 롤, 피치, 중력 축 방향으로 3축 모션을 할 수 있다. At this time, the spring 31 must have a spring constant sufficient to support the upper body 70 within an available height without being positioned to the maximum or minimum height for the weight of the comprehensive range of the experienced person. As a result, the upper body 70 can perform a three-axis motion in the roll, pitch, and gravity axis directions.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 모션 플랫폼(100)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 연결유닛(60)을 포함하여 구성된다. 이러한 연결유닛(60)은 제3관절부(36) 각각을 상부체(70)에 결합시키는 복수의 구동유닛 연결단(62)과, 상부 가이드(40)를 상부체(70) 하단면 중앙에 결합시키는 스프링 연결단(61)과, 스프링 연결단(61)의 외면을 감싸도록 결합되는 링형 연결부재(64)와, 구동유닛 연결단(62) 각각을 링형 연결부재(64)에 연결시키는 복수의 연결부재(63)를 포함하여 구성될 수 있다. And the motion platform 100 according to the embodiment of the present invention is configured to include a connection unit 60, as shown in FIGS. 1 and 2. This connection unit 60 couples a plurality of drive unit connection ends 62 for coupling each of the third joints 36 to the upper body 70, and the upper guide 40 to the center of the lower surface of the upper body 70 A plurality of spring connection ends 61 connecting the spring connection end 61, a ring-shaped connection member 64 coupled to surround the outer surface of the spring connection end 61, and a plurality of drive unit connection ends 62 to the ring-shaped connection member It may be configured to include a connection member (63).

이하에서는 앞서 언급한 하중 보상 메커니즘이 적용된 모션 플랫폼의 제어방법에 대해 설명하도록 한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하중보상 모션 플랫폼의 제어방법 블록 다이어그램을 도시한 것이다. Hereinafter, a method of controlling a motion platform to which the aforementioned load compensation mechanism is applied will be described. 4 is a block diagram showing a control method of a load compensation motion platform according to an embodiment of the present invention.

하중 보상 메커니즘이 적용된 모션 플랫폼을 위한 제어 방법은 크게 모션에 대한 제어기(40)와 하중 보상에 대한 제어기(50) 부분으로 나눠지며 최종 제어 출력은 이들 제어기(40, 50)에서 출력된 값의 합으로 결정된다. 모션에 대한 제어기(40)는 일반적인 모션 플랫폼의 제어기와 유사하다. 하중 보상에 대한 제어기(50)는 체험자의 무게 측정, 자세에 따른 구동부 관절별 무게 배분 그리고 스프링에 의한 하중 보상 힘에 대하여 총 세 가지의 세부 제어요소를 포함한다.The control method for the motion platform to which the load compensation mechanism is applied is largely divided into a controller 40 for motion and a controller 50 for load compensation, and the final control output is the sum of the values output from these controllers 40 and 50. Is determined by The controller 40 for motion is similar to that of a general motion platform. The controller 50 for load compensation includes a total of three detailed control elements for measuring the weight of the experienced person, distribution of weight for each joint of the driving part according to the posture, and load compensation force by the spring.

본 발명의 실시예에 따른 하중보상 제어기(40)는, 상부체(70)와 체험자(1)의 무게에 하중보상유닛(30)에 의한 하중보상힘을 뺀 작용힘을 기반으로 최종출력을 산출하게 된다. The load compensation controller 40 according to the embodiment of the present invention calculates the final output based on the weight of the upper body 70 and the experienced person 1 minus the load compensation force by the load compensation unit 30 Is done.

즉, 하중보상 제어기(40)는 자세에 따른 각 관절 별 무게 배분비를 구하고, 작용힘과 무게 배분비와 시뮬레이터 피드백 정보에 포함된 모션에 대한 가속도 입력정보를 기반으로 각각의 제3관절부(26)에 작용하는 힘을 산출하게 된다. That is, the load compensation controller 40 calculates the weight distribution ratio for each joint according to the posture, and based on the applied force and the weight distribution ratio and the acceleration input information for the motion included in the simulator feedback information, each third joint part 26 ) To calculate the force acting on it.

그리고 하중보상 제어기(40)는, 각각의 제3관절부(26)에 작용하는 힘과, 제1링크부재(23)와 제2링크부재(25)의 각도를 기반으로 각각의 구동부(21)에 출력해야할 출력토크를 산출하게 된다. And the load compensation controller 40, based on the force acting on each of the third joint portion 26, and the angle of the first link member 23 and the second link member 25 to each driving unit 21 The output torque to be output is calculated.

본 발명의 실시예에 따른 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼의 제어방법은 먼저 체험자의 무게를 측정하게 된다. 그리고 모션 플랫폼 자세정보를 기반으로 자세에 따른 관절별 무게 배분비를 산출하게 된다. 그리고 상부체(70)와 체험자(1)의 무게에 하중보상유닛(30)에 의한 하중보상힘을 뺀 작용힘을 산출하게 된다. 그리고 작용힘과 관절별 무게 배분비를 기반으로 각 제3관절부(26)에 작용하는 힘을 산출하여 각 구동부(21)에 대한 최종출력을 도출하게 된다. In the method of controlling the motion platform to which the load compensation mechanism according to the embodiment of the present invention is applied, the weight of the experienced person is first measured. And based on the motion platform posture information, the weight distribution ratio for each joint according to the posture is calculated. And the weight of the upper body 70 and the experienced person 1 is calculated by subtracting the load compensation force by the load compensation unit 30. Further, the force acting on each third joint part 26 is calculated based on the applied force and the weight distribution ratio for each joint to derive the final output for each driving part 21.

체험자(1)의 무게 측정을 위해서 구동부(21) 위치 센서에 해당하는 엔코더 이외에 추가되는 센서는 없다. 무게 측정 방법은 다음과 같은 절차로서 측정한다. In order to measure the weight of the experienced person 1, there is no additional sensor other than the encoder corresponding to the position sensor of the driving unit 21. The weight measurement method is measured by the following procedure.

먼저 체험자(1)가 탑승하지 않고 상부체(70) 무게에 의한 부하만 존재하는 상태에서 하중 보상을 위한 스프링(31)에 의해 평형지점에 도달한 상부체(70)의 높이를 계산한다. 도 5a는 본 발명의 실시예에 따라 상부체 무게에 의한 부하만 존재하는 경우 하중보상 모션 플랫폼의 측면을 나타낸 모식도를 도시한 것이다. First, the height of the upper body 70, which has reached the equilibrium point by the spring 31 for load compensation, is calculated in a state in which the experienced person 1 does not board and only the load by the weight of the upper body 70 exists. 5A is a schematic diagram showing a side surface of a load compensation motion platform when only a load by the weight of an upper body exists according to an embodiment of the present invention.

이때 상부체(70)는 하부체(10)와 수평을 유지해야 하며, 상부체(70)의 높이를 계산하는 방법은 엔코더로부터 측정된 현재 구동부(221)의 각도나 위치 정보를 받아 모션 플랫폼(100)에 해당하는 기구학 식을 통하여 높이를 계산한다. At this time, the upper body 70 must be maintained horizontally with the lower body 10, and the method of calculating the height of the upper body 70 is to receive the angle or position information of the current driving unit 221 measured from the encoder and receive the motion platform ( The height is calculated through the kinematic equation corresponding to 100).

다음으로 구동부(21)의 단순 높이 제어를 통해 상부체(70)를 최대한 내려서 체험자(1)가 원활히 탑승할 수 있도록 한다. 도 5b는 도 5a에서 최저높이까지 상부체를 내린 상태의 모식도를 도시한 것이다. Next, the upper body 70 is lowered as much as possible through simple height control of the driving unit 21 so that the experienced person 1 can board smoothly. Figure 5b is a schematic diagram showing a state in which the upper body is lowered to the lowest height in Figure 5a.

체험자(1)가 탑승하고 나면 구동부(21)의 제어를 푼다. 마지막으로 상부체(70)와 체험자(1)의 부하가 작용하는 상태에서 하중 보상을 위한 스프링(31)에 의해 평형지점에 도달한 높이를 계산한다. After the experienced person 1 boards, the control of the driving unit 21 is released. Finally, the height reached at the equilibrium point is calculated by the spring 31 for load compensation in the state where the load of the upper body 70 and the experienced person 1 is acting.

스프링(31)에서 발생하는 힘은 스프링 변위와 스프링 상수의 곱과 같다. 이 스프링 힘에 대한 식에 따라 체험자(1)의 탑승 전후의 상부체(70) 높이 차와 스프링 상수의 곱으로서 체험자의 무게를 측정할 수 있다. The force generated by the spring 31 is equal to the product of the spring displacement and the spring constant. According to this equation for the spring force, the weight of the experienced person can be measured as a product of the difference in height of the upper body 70 before and after boarding the experience person 1 and the spring constant.

또한, 자세에 따른 구동부 관절별 무게는 상부체(70)의 자세에 따라 상부체(70) 무게중심이 하부체(10)의 중심위에 있지 않고 어긋나게 되는데 이때 각 구동부(21)의 관절 끝단인 제3관절부(26)에 작용하는 무게는 일치하지 않고 서로 다르게 작용한다. 도 6a는 본 발명의 실시예에 따라 무게중심이 중심에서 어긋난 상태에서의 하중보상 모션 플랫폼의 평면을 나타낸 모식도를 도시한 것이다. 그리고 도 6b는 본 발명의 실시예에 따라 무게중심이 중심에서 어긋난 상태에서의 하중보상 모션 플랫폼의 부분 측면을 나타낸 모식도를 도시한 것이다. In addition, the weight of each joint of the driving part according to the posture is shifted from the center of gravity of the upper body 70 to the center of the lower body 10 according to the posture of the upper body 70. At this time, the joint end of each driving part 21 The weight acting on the 3-joint 26 does not match and acts differently. 6A is a schematic diagram showing a plane of a load compensation motion platform in a state where the center of gravity is shifted from the center according to an embodiment of the present invention. And Figure 6b is a schematic diagram showing a partial side of the load compensation motion platform in a state in which the center of gravity is shifted from the center according to an embodiment of the present invention.

이를 보상하고자 상부체(70) 자세에 따라 각 관절 끝단(제3관절부(26))에 작용하는 무게 배분 비를 적용하고 각각의 무게를 계산하여 각 제3관절부(26)에 작용하는 무게의 값을 하중 보상에 반영하도록 한다.In order to compensate for this, the weight distribution ratio acting on each joint end (third joint part 26) is applied according to the posture of the upper body 70, and the value of the weight acting on each third joint part 26 by calculating each weight Is reflected in the load compensation.

각 제3관절부(26)에는 상부체(70)와 체험자(1)의 무게에 의한 배분된 힘 외에도 스프링에 의한 하중 보상 힘이 작용한다. 이 힘은 상부체(70)와 하부체(10) 중심 사이에 작용하기 때문에 상부체(70)의 자세가 변하여도 모든 관절에 거의 동일하게 작용한다. In addition to the force distributed by the weight of the upper body 70 and the experienced person 1, a load compensation force by a spring acts on each of the third joints 26. Since this force acts between the center of the upper body 70 and the lower body 10, even if the posture of the upper body 70 is changed, it acts almost the same on all joints.

무게에 의한 힘(상부체+체험자무게)과 스프링 보상에 대한 힘이 작용하는 방향이 서로 다르기 때문에 이 힘의 차(작용힘)를 계산함으로서 각 제3관절부(26)의 끝에 작용하는 총 힘을 구할 수 있다. 이 힘과 무게 배분비와 시뮬레이터 피드백 정보에 포함된 모션에 대한 가속도입력정보를 토대로 하중 보상을 위해 각 구동부에서 출력해야하는 제어 출력 값을 도출한다.Since the force due to the weight (upper body + weight of the tester) and the direction in which the force for spring compensation is applied are different, the total force acting at the end of each third joint part 26 is calculated by calculating the difference in this force (acting force). You can get it. Based on this force and weight distribution ratio and acceleration input information for motion included in the simulator feedback information, control output values that should be output from each driving unit for load compensation are derived.

즉, 작용힘(체험자무게+상부체무게-하중보상힘)과 무게 배분비와 시뮬레이터 피드백 정보에 포함된 모션에 대한 가속도 입력정보를 기반으로 각각의 제3관절부(26)에 작용하는 힘을 산출하며, 각각의 제3관절부(26)에 작용하는 힘과, 제1링크부재(23)와 제2링크부재(25)의 각도를 기반으로 각각의 구동부(26)에 출력해야할 출력토크를 산출하게 된다. That is, based on the applied force (experienced weight + upper body weight-load compensation force), weight distribution ratio, and acceleration input information for the motion included in the simulator feedback information, the force acting on each third joint 26 is calculated. And, based on the force acting on each of the third joints 26 and the angles of the first link member 23 and the second link member 25, calculate the output torque to be output to each driving unit 26. do.

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.In addition, the above-described apparatus and method are not limitedly applicable to the configuration and method of the above-described embodiments, but all or part of each of the embodiments may be selectively combined so that various modifications can be made to the embodiments. It can also be configured.

1:체험자
10:하부체
20:구동유닛
21:구동부
22:제1관절부
23:제1링크부재
24:제2관절부
25:제2링크부재
26:제3관절부
30:하중보상유닛
31:하중보상 스프링
40:스프링 상부가이드
41:원통부
42:상단플랜지부
43:상단결합단
44:상부장착홈
45:상부가이드 경사면
50:스프링 하부가이드
51:원통부
52:하단플랜지부
53:하단결합단
54:스프링 이탈방지가이드
55:하부가이드 경사면
60:연결유닛
61:스프링 연결단
62:구동부 장착단
63:연결부재
64:링형 연결부재
70:상부체
100:하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼.
1: Experiencer
10: lower body
20: drive unit
21: drive unit
22: first joint part
23: first link member
24: second joint part
25: second link member
26: 3rd joint part
30: load compensation unit
31: load compensation spring
40: spring upper guide
41: cylindrical part
42: upper flange portion
43: upper coupling end
44: upper mounting groove
45: upper guide guide slope
50: spring lower guide
51: cylinder
52: lower flange portion
53: bottom coupling end
54: spring departure prevention guide
55: Lower guide guide slope
60: connection unit
61: spring connection end
62: drive unit mounting end
63: connection member
64: ring-type connecting member
70: upper body
100: Motion platform to which load compensation mechanism is applied.

Claims (11)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 부하와 하중을 지지하며 정지상태를 유지하는 하부체, 상기 하부체와 이격되어 위치되며, 모션이 출력되는 상부체, 상기 상부체와 상기 하부체 사이에 구비되어, 상기 상부체에 모션을 출력하는 복수의 구동유닛, 상기 상부체와 상기 하부체 사이에 구비되어, 상기 상부체의 하강동작시와 상승동작시 하중을 보상하는 하중보상유닛 및 시뮬레이터 피드백 정보를 기반으로 상기 구동유닛 각각에 대한 최종출력을 제어하는 모션 제어기와 하중보상 제어기를 포함하는 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼의 제어방법에 있어서,
체험자의 무게를 측정하는 단계;
모션 플랫폼 자세정보를 기반으로 자세에 따른 관절별 무게 배분비를 산출하는 단계;
상부체와 체험자의 무게에 상기 하중보상유닛에 의한 하중보상힘을 뺀 작용힘을 산출하는 단계; 및
상기 작용힘과 상기 관절별 무게 배분비를 기반으로 각 관절에 작용하는 힘을 산출하여 각 구동유닛에 대한 최종출력을 도출하는 단계;를 포함하고,
상기 무게를 측정하는 단계는,
상부체 무게에 의한 부하만 존재하는 상태에서 스프링 평형지점에 도달한 높이를 계산하는 제1단계;
체험자가 상기 상부체에 탑승하는 제2단계;
상기 상부체와 상기 체험자의 무게에 의한 부하만 존재하는 상태에서 스프링 평형지점에 도달한 높이를 계산하는 제3단계;
상기 제1단계에서의 높이와 상기 제3단계에서의 높이 차와 스프링 상수를 기반으로 체험자의 무게를 산출하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼의 제어방법.
A lower body supporting a load and a load and maintaining a stationary state, an upper body that is spaced apart from the lower body and outputs motion, and is provided between the upper body and the lower body, and outputs motion to the upper body. A plurality of driving units, a load compensation unit that is provided between the upper body and the lower body to compensate for the load when the upper body is lowered and when the upper body is raised, and a final output for each of the driving units based on simulator feedback information In the control method of a motion platform to which a load compensation mechanism including a motion controller and a load compensation controller is applied,
Measuring the weight of the experienced person;
Calculating a weight distribution ratio for each joint according to the posture based on the motion platform posture information;
Calculating an applied force minus the load compensation force by the load compensation unit to the weight of the upper body and the experienced person; And
Comprising the force acting on each joint based on the applied force and the weight distribution ratio for each joint, and deriving a final output for each driving unit; Including,
The step of measuring the weight,
A first step of calculating the height at which the spring equilibrium point is reached in the state that only the load by the weight of the upper body is present;
A second step in which an experienced person boards the upper body;
A third step of calculating the height at which the spring equilibrium point is reached in the state that only the upper body and the load by the weight of the experienced person are present;
And a fourth step of calculating the weight of the experienced person based on the height difference in the first step and the height difference and the spring constant in the third step. A method for controlling a motion platform using a load compensation mechanism, comprising: a.
삭제delete 제 7항에 있어서,
상기 높이의 계산은 구동부에 구비된 엔코더에서 측정한 각도와 위치정보를 기반으로 하는 것을 특징으로 하는 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼의 제어방법.
The method of claim 7,
The calculation of the height is based on the angle and position information measured by an encoder provided in the driving unit. A method of controlling a motion platform to which a load compensation mechanism is applied.
제 9항에 있어서,
상기 최종출력을 도출하는 단계는,
상기 작용힘과 상기 무게 배분비와 상기 시뮬레이터 피드백 정보에 포함된 모션에 대한 가속도 입력정보를 기반으로 각각의 제3관절부에 작용하는 힘을 산출하는 것을 특징으로 하는 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼의 제어방법.
The method of claim 9,
The step of deriving the final output,
Control of a motion platform applying a load compensation mechanism, characterized in that the force acting on each third joint is calculated based on the applied force, the weight distribution ratio, and the acceleration input information for the motion included in the simulator feedback information. Way.
제 10항에 있어서,
상기 각각의 상기 제3관절부에 작용하는 힘과, 제1링크부재와 제2링크부재의 각도를 기반으로 각각의 구동부에 출력해야할 출력토크를 산출하는 것을 특징으로 하는 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼의 제어방법.
The method of claim 10,
The motion platform to which the load compensation mechanism is applied, characterized in that the output torque to be output to each driving unit is calculated based on the force acting on each of the third joints and the angles of the first link member and the second link member. Control method.
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