KR102469149B1 - Real object multi-directional recognition training system based on 3D design data and the method using it - Google Patents

Real object multi-directional recognition training system based on 3D design data and the method using it Download PDF

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Abstract

본 발명은 3차원 설계데이터 기반 실물 객체 다방향 인식시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가상 현실을 이용한 3차원 설계데이터 기반 일반 장비 정비 실습 시스템 및 이의 동작 방법을 제공하는 실물 객체 다방향 인식시스템에 관한 것이다.
본 발명은 3차원 공간 상의 위치 정보를 획득하여 실습자의 동작을 인식하고, 가상 고장 모의실습 절차의 실습자가 생성하는 햅틱 신호를 가상 현실 상으로 표시하는 가상 정비 실습 제공 장치; 상기 햅틱 신호를 상기 가상 정비 실습 제공 장치로 제공하는 통신부; 상기 실습자의 동작에 응답하여 고장 상황이 입력되면 구성품의 고장에 대하여 상기 가상 정비 실습 제공 장치를 이용하여 정비사가 고장을 찾아낼 수 있도록 실습 상황을 구성하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 가상 고장 모의실습 절차에 따른 시나리오를 가상고장 모의실습의 목적 및 대상에 적합하도록 변환하는 가상고장 실습 시나리오 변환부;
상기 가상고장 모의실습을 위한 정비 시나리오에 적합하도록 설비/기기 및 배경을 3D 모델링하는 설비/기기 및 배경 3D 모델링부; 상기 3D 모델링이 이루어진 설비/기기 및 배경을 이용한 가상고장 모의실습을 위한 시나리오 진행을 위한 실습도구를 3D 모델링하는 실습도구 3D 모델링부;를 포함한다.
The present invention relates to a real object multidirectional recognition system based on 3D design data, and more particularly, to a real object multidirectional recognition system that provides a general equipment maintenance practice system based on 3D design data using virtual reality and an operation method thereof. it's about
The present invention provides a virtual maintenance practice providing device that obtains positional information on a three-dimensional space, recognizes a practitioner's motion, and displays a haptic signal generated by a practitioner in a virtual failure simulation procedure in virtual reality; a communication unit providing the haptic signal to the virtual maintenance practice providing device; A controller configured to configure a practice situation so that a mechanic can find a failure using the virtual maintenance practice providing device for a failure of a component when a failure situation is input in response to the practitioner's operation, wherein the control unit includes the A virtual failure practice scenario converting unit that converts the scenario according to the virtual failure simulation procedure to suit the purpose and target of the virtual failure simulation;
a facility/device and background 3D modeling unit for 3D modeling the facility/device and background to be suitable for the maintenance scenario for the virtual failure simulation practice; It includes; a practice tool 3D modeling unit for 3D modeling a practice tool for scenario progress for virtual failure simulation practice using the facility/device and background for which the 3D modeling was performed.

Description

3차원 설계데이터 기반 실물 객체 다방향 인식시스템 및 그 방법{Real object multi-directional recognition training system based on 3D design data and the method using it}Real object multi-directional recognition training system based on 3D design data and the method using it}

본 발명은 3차원 설계데이터 기반 실물 객체 다방향 인식시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가상 현실을 이용하여 실제 정비 대상의 실제 없이 가상 현실상에서 3차원 렌더링된 정비 대상 객체를 대상으로 모형 공구를 이용하여 실습자가 정비 실습을 수행하도록 하는 3차원 설계데이터 기반 일반 장비 시스템 및 이의 동작 방법을 제공하는 실물 객체 다방향 인식시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a real object multi-directional recognition system based on 3D design data, and more particularly, using a model tool for a 3D rendered maintenance target object in virtual reality without the actual maintenance target using virtual reality. It relates to a real object multi-directional recognition system that provides a general equipment system based on 3D design data and an operating method thereof so that practitioners can perform maintenance practice.

가상 현실(Virtual Reality)은 어떤 특정한 환경이나 상황을 컴퓨터로 만들어서 그것을 사용하는 사람이 마치 실제 주변상황, 환경과 상호작용을 하고 있는 것처럼 만들어 주는 인간-컴퓨터(Human-Computer) 사이의 인터페이스를 말한다. Virtual reality refers to a human-computer interface that creates a specific environment or situation as a computer and makes it as if a person using it is interacting with a real surrounding situation or environment.

이러한 가상 현실은 실습 시스템에 적용되어 실습자가 가상 현실 기기를 착용하여 가상의 실습 환경에 참여함으로써 실습의 몰입 효과를 높이는 몰입형 가상 환경 기술로 발전하였다.This virtual reality has been applied to the practice system and developed into an immersive virtual environment technology that increases the immersion effect of practice by allowing practitioners to wear virtual reality devices and participate in virtual practice environments.

가상 현실 기술들은 실습자로 하여금 컴퓨터 시뮬레이션 환경과 상호작용이 이루어질 수 있도록 발전되었으며, 최근 이러한 가상 현실 기술들을 적용한 게임과 마케팅, 교육 컨텐츠 등이 등장하면서 가상의 3차원(3D) 현상을 실습자가 손쉽게 동적 제어하기 위한 기술이 개발되어 왔다. Virtual reality technologies have been developed to enable practitioners to interact with computer simulation environments, and with the recent emergence of games, marketing, and educational contents to which these virtual reality technologies are applied, virtual three-dimensional (3D) phenomena can be easily and dynamically simulated by practitioners. Techniques for control have been developed.

이러한 기술들의 대표적으로 HMD(Head Mounted Display) 방식은 실습자가 별도의 VR 컨트롤러를 조작함으로써, 가상의 3D 형상을 동적 제어하며, 디스플레이 방식은 실습자가 화면 상의 손가락 터치를 통해 가상의 3D 형상을 동적으로 제어한다.As a representative of these technologies, the HMD (Head Mounted Display) method dynamically controls a virtual 3D shape by a practitioner manipulating a separate VR controller, and the display method dynamically controls a virtual 3D shape through a finger touch on the screen by a practitioner. Control.

이러한 종래의 가상 현실 환경에서 실습자에게 정비 실습을 제공하기 위해서는, 단순히 가상 현실 환경 내에서 정비 위치(Marker)를 실습자가 터치하고, 실습자에게 정비 절차를 숙달시키도록 하는 방식을 사용했다. In order to provide maintenance practice to practitioners in such a conventional virtual reality environment, a method in which the practitioner simply touches a maintenance position (marker) in the virtual reality environment and makes the practitioner master the maintenance procedure is used.

그러나 이러한 종래 방식의 가상 현실상의 가상 정비 실습 방식의 경우, 실습자에 대한 정비 절차의 학습은 숙달이 가능하나, 실제 정비를 위해 사용하는 공구 사용에 대해서는 숙달이 어려운 문제가 존재한다.However, in the case of such a conventional virtual maintenance practice method in virtual reality, it is possible to learn maintenance procedures for practitioners, but there is a problem that it is difficult to master the use of tools used for actual maintenance.

한편, 햅틱스(햅틱 자극)는 인간의 감각운동 능력을 이해하고 이에 기반하여 실제환경, 가상환경, 증강환경 등 다양한 상황에서 사용자와 컴퓨터간의 물리적 상호작용에 대한 시스템을 연구하는 학문이다. 쉽게 얘기하면 사용자가 가상의 물체를 손으로 만질 수 있도록 해 준다.On the other hand, haptics (haptic stimulation) is a study that understands human sensorimotor ability and studies the system for physical interaction between a user and a computer in various situations such as real environment, virtual environment, and augmented environment based on this understanding. Simply put, it allows users to touch virtual objects with their hands.

그리고 햅틱스는 1990년대 후반부터 많은 연구가 이루어지기 시작한 신생학문이다. And haptics is a new field in which many studies have been conducted since the late 1990s.

시청각 장애인을 위한 통신 보조도구의 연구에서 발전하여 현재 학계나 산업체에서 활발한 연구가 이루어지고 가상/증강 현실, 로봇, 일반 소비자 가전, 의료 등 다양한 분야에 응용되고 있다. It has developed from research on communication aids for the hearing-blind, and is currently being actively researched in academia and industry, and is being applied to various fields such as virtual/augmented reality, robots, general consumer electronics, and medical care.

그러나 설계데이터 기반 일반 장비 정비 실습 시스템 등에는 아직 활발히 사용되지 못하는 실정이어서 실습자들의 몰입 효과를 높이기 어려운 문제점이 있었다.However, there was a problem in that it was difficult to increase the immersion effect of practitioners because it was not yet actively used in design data-based general equipment maintenance practice systems.

국내 등록특허공보 제10-2012835호(2019. 08. 21. 공고)Korean Registered Patent Publication No. 10-2012835 (Announced on August 21, 2019)

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상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명은 가상 현실을 이용한 고가 장비 정비 실습 시스템 및 이의 동작 방법에 의하면, 실제 정비 대상의 실제 없이 가상 현실 상에서 3차원 렌더링된 정비 대상 객체를 대상으로 모형 공구를 이용하여 실습자가 정비 실습을 수행하도록 하는 3차원 설계데이터 기반 실물 객체 다방향 인식시스템을 제공하는 데 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, according to the expensive equipment maintenance practice system and its operation method using virtual reality, a model for a maintenance target object rendered three-dimensionally in virtual reality without the actual maintenance target. The purpose is to provide a real object multi-directional recognition system based on 3D design data that allows practitioners to perform maintenance practice using tools.

본 발명은 고가 장비의 특성상 그의 인가 및 취급이 어렵고, 매우 고가인 장비에 대하여 실제 정비를 통한 학습 없이도, 가상 현실을 통한 정비 실습을 실습자에게 시킬 수 있는 3차원 설계데이터 기반 실물 객체 다방향 인식시스템을 제공하는 데 목적이 있다.The present invention is difficult to authorize and handle due to the nature of expensive equipment, and multidirectional recognition of real objects based on 3D design data that enables practitioners to practice maintenance through virtual reality without learning through actual maintenance for very expensive equipment The purpose is to provide a system.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 3차원 공간 상의 위치 정보를 획득하여 실습자의 동작을 인식하고, 가상 고장 모의실습 절차의 실습자가 생성하는 햅틱 신호를 가상 현실 상으로 표시하는 가상 정비 실습 제공 장치; 상기 햅틱 신호를 상기 가상 정비 실습 제공 장치로 제공하는 통신부; 상기 실습자의 동작에 응답하여 고장 상황이 입력되면 구성품의 고장에 대하여 상기 가상 정비 실습 제공 장치를 이용하여 정비사가 고장을 찾아낼 수 있도록 실습 상황을 구성하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 가상 고장 모의실습 절차에 따른 시나리오를 가상고장 모의실습의 목적 및 대상에 적합하도록 변환하는 가상고장 실습 시나리오 변환부; 상기 가상고장 모의실습을 위한 정비 시나리오에 적합하도록 설비/기기 및 배경을 3D 모델링하는 설비/기기 및 배경 3D 모델링부; 상기 3D 모델링이 이루어진 설비/기기 및 배경을 이용한 가상고장 모의실습을 위한 시나리오 진행을 위한 실습도구를 3D 모델링하는 실습도구 3D 모델링부;를 포함한다.In order to solve the above problems, the present invention obtains location information in a three-dimensional space, recognizes the practitioner's operation, and displays a haptic signal generated by the practitioner of the virtual failure simulation procedure in virtual reality. A virtual maintenance practice providing device; a communication unit providing the haptic signal to the virtual maintenance practice providing device; A controller configured to configure a practice situation so that a mechanic can find a failure using the virtual maintenance practice providing device for a failure of a component when a failure situation is input in response to the practitioner's operation, wherein the control unit includes the A virtual failure practice scenario converting unit that converts the scenario according to the virtual failure simulation procedure to suit the purpose and target of the virtual failure simulation; a facility/device and background 3D modeling unit for 3D modeling the facility/device and background to be suitable for the maintenance scenario for the virtual failure simulation practice; It includes; a practice tool 3D modeling unit for 3D modeling a practice tool for scenario progress for virtual failure simulation practice using the facility/device and background for which the 3D modeling was performed.

상기 가상 정비 실습 제공 장치는, 실습자의 손에 의해 파지되는 파지부를 포함할 수 있으며, 파지부의 상측에는 중공과 진동 모터가 형성되며, 상기 실습자가 가상고장 실습 시나리오 변환부(111)가 제공하는 정비 시나리오에 따라 제공되는 실습 모형 공구를 조작함에 따라 발생하는 제1 햅틱 신호를 발생하는 햅틱 글러브;에 연결되며, 상기 실습도구 3D 모델링부의 실습도구는 상기 햅틱 글러브의 동작 정보를 수신하고, 상기 동작 정보와 설비/기기 및 배경 3D 모델링부가 제공하는 설비/기기 및 배경을 이용한 가상고장 모의실습을 위한 정비 시나리오에 기반하여 상기 정비 교육이 정상 진행하도록 상기 제어부가 제어 명령을 전송한다.The device for providing virtual maintenance practice may include a gripper gripped by a practitioner's hand, a hollow and a vibration motor are formed on the upper side of the gripper, and a virtual failure practice scenario converting unit 111 is provided by the practitioner. A haptic glove that generates a first haptic signal generated by manipulating a practice model tool provided according to a maintenance scenario, wherein the practice tool of the practice tool 3D modeling unit receives operation information of the haptic glove, and The control unit transmits a control command so that the maintenance training proceeds normally based on a maintenance scenario for virtual failure simulation using operation information, facility/device, and background provided by the 3D modeling unit.

상기 가상 정비 실습 제공 장치는, 상기 실습자의 두부에 장착되어 상기 생성된 정비 실습 컨텐츠를 상기 실습자에게 제공하는 HMD(Head Mounded Display);에 연결되며, 상기 가상 고장 모의실습의 정비에 필요한 툴 안내 데이터 및 툴 사용 절차 안내 데이터를 포함하는 컨텐츠 제공 중에 음성 인식부로부터 음성이 인식되면, 인식된 음성에 대응하는 상기 제어부가 제어명령을 수행하여 컨텐츠를 제어하고, 상기 HMD는 가상 고장 모의실습 절차 VR 영상 제공 중에 제어부로부터 사진, 동영상, 문자 메시지를 포함하는 컨텐츠가 전송되면, 가상 고장 모의실습에 따른 VR 영상과 함께 디스플레이하며, 상기 실습도구 3D 모델링부의 실습도구는 상기 HMD의 동작 정보를 수신하고, 상기 동작 정보와 설비/기기 및 배경 3D 모델링부가 제공하는 설비/기기 및 배경을 이용한 가상고장 모의실습을 위한 가상고장 실습 시나리오 변환부가 제공하는 시나리오에 기반하여 상기 정비 교육이 정상 진행하도록 상기 제어부가 제어 명령을 전송한다.The device for providing virtual maintenance practice is connected to a Head Mounded Display (HMD) mounted on the practitioner's head to provide the generated maintenance practice content to the practitioner; and guides tools necessary for maintenance of the virtual failure simulation practice. When a voice is recognized by the voice recognition unit while providing content including data and tool usage procedure guidance data, the controller corresponding to the recognized voice performs a control command to control the content, and the HMD simulates a virtual failure procedure VR. If contents including photos, videos, and text messages are transmitted from the control unit while providing images, they are displayed together with VR images according to virtual failure simulation, and the practice tools of the 3D modeling unit of the practice tools receive operation information of the HMD, The control unit controls the maintenance training to proceed normally based on the scenario provided by the virtual failure practice scenario conversion unit for virtual failure simulation practice using the operation information, facilities/devices, and background provided by the 3D modeling unit send the command

상기 가상 정비 실습 제공 장치는, 상기 가상 현실 상의 정비 객체에 대한 상기 실습자의 제어 신호인 제2 햅틱 신호를 발생하는 복수개의 가상 현실 컨트롤러;에 연결되며, 상기 실습도구 3D 모델링부의 실습도구는 상기 가상 현실 컨트롤러의 동작 정보를 수신하고, 상기 동작 정보와 설비/기기 및 배경을 이용한 가상 고장 모의실습을 위한 시나리오에 기반하고, 상기 가상 고장 모의실습과 관련된 상기 실습자의 경력 정보 중 적어도 하나의 정보를 이용하여 선행지식 수준 정보를 생성하되, 제1 가중치, 제2 가중치, 및 상기 평가 정보 중에서 선택된 정보에 상기 제1 가중치를 적용하여 얻은 값, 및 상기 경력 정보에 상기 제2 가중치를 적용하여 얻은 값을 이용하여 상기 선행지식 수준 정보를 상기 제어부가 제공한다.The device for providing virtual maintenance practice is connected to a plurality of virtual reality controllers that generate a second haptic signal, which is a control signal of the practitioner for the maintenance object in the virtual reality, and the practice tool of the practice tool 3D modeling unit is the virtual Receiving operation information of a real controller, based on a scenario for virtual failure simulation using the operation information, facility/device, and background, and using at least one of the practitioner's career information related to the virtual failure simulation to generate prior knowledge level information, the value obtained by applying the first weight to information selected from among the first weight, the second weight, and the evaluation information, and the value obtained by applying the second weight to the career information The control unit provides the prior knowledge level information by using.

상기 가상 정비 실습 제공 장치는, 상기 가상 고장 모의실습에 따른 고장 대상 물품 관리 정보, 치공구 관리 정보, 점검 항목 관리 정보, 및 기타 항목 관리 정보를 포함하는 데이터베이스;를 포함하고, 상기 데이터베이스는 모션 센서로부터 상기 실습자의 동작에 관한 동작 정보를 수신하여 저장하고, 상기 동작 정보에 기반하여 상기 제어부는 데이터베이스에서 추출된 정비 교육을 수행하도록 제어한다.The apparatus for providing virtual maintenance practice includes a database including management information of items subject to failure, management information of jigs, management information of inspection items, and other item management information according to the virtual failure simulation practice, wherein the database is obtained from a motion sensor. Operation information on the practitioner's operation is received and stored, and based on the operation information, the control unit controls to perform maintenance training extracted from the database.

상기 가상고장 실습 시나리오 변환부는, 상기 가상 고장 모의실습을 실행한 실습성과를 판단하여 다음에 실습할 실습 시나리오를 결정하여 제시하며, 실습횟수가 누적될수록 상기 실습결과 DB 서버에 저장된 실습 이력, 사고 이력 및 실습 패턴을 토대로 상기 조업자가 실습해야 할 실습 시나리오를 결정하여 제시하고, 상기 정비 대상 장비의 정비 내역, 상기 정비 대상 장비의 정비 시나리오, 상기 정비 대상 장비에 대한 정비 가이드 정보, 상기 정비 대상 장비의 정비 시나리오 상에서 상기 모형 공구가 위치해야 하는 위치 정보(Marker)를 포함한다.The virtual failure practice scenario converting unit judges the performance of the virtual failure simulation practice, determines and presents a practice scenario to be practiced next, and as the number of practices accumulates, the practice history and accident history stored in the practice result DB server. And based on the practice pattern, a practice scenario to be practiced by the operator is determined and presented, and the maintenance details of the equipment to be repaired, the maintenance scenario of the equipment to be repaired, information on the maintenance guide for the equipment to be repaired, and the equipment to be maintained It includes location information (Marker) where the model tool should be located on the maintenance scenario.

본 발명은 가상 정비 실습 제공 장치가 가상 고장 모의실습 절차의 실습자가 생성하는 햅틱 신호를 가상 현실 상으로 표시하는 단계; 통신부가 상기 햅틱 신호를 상기 가상 정비 실습 제공 장치로 제공하는 단계; 모션 센서가 상기 가상 정비 실습 제공 장치의 3차원 공간 상의 위치 정보를 획득하여 실습자의 동작을 인식하는 단계; 가상고장 실습 시나리오 변환부가 상기 가상 고장 모의실습 절차에 따른 시나리오를 가상고장 모의실습의 목적 및 대상에 적합하도록 변환하는 단계; 설비/기기 및 배경 3D 모델링부가 상기 가상고장 모의실습을 위한 시나리오에 적합하도록 설비/기기 및 배경을 3D 모델링하는 단계; 실습도구 3D 모델링부가 상기 3D 모델링이 이루어진 설비/기기 및 배경을 이용한 가상고장 모의실습을 위한 시나리오 진행을 위한 실습도구를 3D 모델링하는 단계;로 이루어진다.The present invention includes the steps of displaying, in virtual reality, a haptic signal generated by a practitioner of a virtual failure simulation procedure by an apparatus for providing virtual maintenance practice; providing the haptic signal to the virtual maintenance practice providing device by a communication unit; Recognizing, by a motion sensor, a practitioner's motion by obtaining location information of the virtual maintenance practice providing device in a 3-dimensional space; converting, by a virtual failure simulation scenario converting unit, a scenario according to the virtual failure simulation procedure to be suitable for the purpose and subject of the virtual failure simulation; 3D modeling of facilities/devices and backgrounds by a facility/device and background 3D modeling unit to fit the scenario for the virtual failure simulation; The practice tool 3D modeling unit 3D modeling a practice tool for scenario progress for virtual failure simulation practice using the facilities/devices and backgrounds in which the 3D modeling was performed.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 3차원 설계데이터 기반으로 하여 실습자에게 실제 환경에서의 정비 실습 절차에서의 공구 사용을 통한 정비 숙달도와 동일한 효과를 제공할 수 있다.The present invention made as described above can provide the practitioner with the same effect as the maintenance proficiency through the use of tools in the maintenance practice procedure in a real environment based on the three-dimensional design data.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 고가 장비 정비 실습 시스템 및 이의 동작 방법에 의하면, 특성상 그의 인가 및 취급이 어렵고, 매우 고가인 장비에 대하여 실제 정비를 통한 학습 없이도, 가상 현실을 통한 정비 실습을 실습자에게 시킬 수 있는 효과가 있다.According to the expensive equipment maintenance practice system and its operating method according to an embodiment of the present invention configured as described above, it is difficult to apply and handle due to its characteristics, and maintenance through virtual reality without learning through actual maintenance for very expensive equipment. It has the effect of making practice available to practitioners.

도 1은 종래 발명에 따른 가상 현실 시스템을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 설계데이터 기반 실물 객체 다방향 인식시스템의 개략적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 설계데이터 기반 실물 객체 다방향 인식시스템의 세부적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 햅틱 글러브의 동작 정보를 수신하고, 제어 명령을 전송하는 것을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 HMD의 동작 정보를 수신하고, 제어 명령을 전송하는 것을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가상 현실 컨트롤러의 제1 가중치, 제2 가중치 등을 이용하여 제어하는 것을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 데이터베이스에서 추출된 정비 교육을 수행하도록 제어하는 것을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 햅틱 자극을 보여주는 그래프 도면이다.
1 is a diagram showing a virtual reality system according to the prior art.
2 is a diagram showing a schematic configuration of a real object multidirectional recognition system based on 3D design data according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing a detailed configuration of a real object multidirectional recognition system based on 3D design data according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating receiving operation information of a haptic glove and transmitting a control command according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating receiving operation information of an HMD and transmitting a control command according to another embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing control using a first weight, a second weight, and the like of a virtual reality controller according to another embodiment of the present invention.
7 is a diagram showing control to perform maintenance training extracted from a database according to another embodiment of the present invention.
8 is a graph showing a haptic stimulus according to another embodiment of the present invention.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.In order to fully understand the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the examples described in detail below. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Therefore, the shapes of elements in the drawings may be exaggerated to emphasize a clearer description. It should be noted that in each drawing, the same members are sometimes indicated by the same reference numerals. In addition, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention are omitted.

도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 실물 객체 다방향 인식시스템(100)은 가상 정비 실습 제공 장치(110), 통신부(120), 제어부(130)를 포함한다.As shown in FIGS. 2 and 3 , the real object multidirectional recognition system 100 of the present invention includes a virtual maintenance practice providing device 110 , a communication unit 120 , and a control unit 130 .

가상 정비 실습 제공 장치(110)는 3차원 공간상의 위치 정보를 획득하여 실습자의 동작을 인식하고, 가상 고장 모의실습 절차의 실습자가 생성하는 햅틱 신호를 가상 현실상으로 표시하는 장치이다.The virtual maintenance practice providing device 110 is a device that acquires location information in a three-dimensional space, recognizes a practitioner's motion, and displays a haptic signal generated by a practitioner in a virtual failure simulation procedure in virtual reality.

가상 정비 실습 제공 장치(110)는 가상고장 실습 시나리오 변환부(111), 설비/기기 및 배경 3D 모델링부(112), 실습도구 3D 모델링부(113)를 포함한다.The device for providing virtual maintenance practice 110 includes a virtual failure practice scenario converting unit 111, a facility/device and background 3D modeling unit 112, and a training tool 3D modeling unit 113.

또한, 가상 정비 실습 제공 장치(110)는 촉감 인터페이스인 햅틱 글러브(210), HMD(Head Mounted Display)(220), 가상 현실 컨트롤러(230), 모션센서 등과 연결된다.In addition, the device for providing virtual maintenance practice 110 is connected to a haptic glove 210 , a head mounted display (HMD) 220 , a virtual reality controller 230 , and a motion sensor, which are tactile interfaces.

가상 정비 실습 제공 장치(100)의 각 구성은 예시적인 것이며, 필요에 따라 일부 구성이 추가되거나, 생략될 수 있다.Each configuration of the virtual maintenance practice providing device 100 is exemplary, and some configurations may be added or omitted as needed.

햅틱 글러브(210)는 실습자가 가상 현실상에서 정비 대상 장비에 대해 정비 시나리오에 따라 가상 정비를 수행할 때 필요한 모형 공구를 조작함에 따라 발생하는 제1 햅틱 신호를 발생한다. The haptic glove 210 generates a first haptic signal generated as a practitioner manipulates a model tool required when virtual maintenance is performed on the equipment to be serviced according to a maintenance scenario in virtual reality.

여기서 상기 제1 햅틱 신호는 상기 실습자가 햅틱 글러브(210)를 착용하여 모형 공구를 움켜쥐거나, 모형 공구의 용도에 따른 정비 작업(예컨대, 드라이버를 사용한 회전 동작 등) 시 발생되는 신호를 포함할 수 있으며, 본 발명의 일실시 예에 따른 HMD(220)는 상기 실습자의 두부에 장착되어 상기 생성된 정비 교육 컨텐츠를 가상 현실상으로 제공한다.Here, the first haptic signal may include a signal generated when the practitioner wears the haptic glove 210 and grabs a model tool, or a maintenance operation according to the purpose of the model tool (eg, rotation operation using a screwdriver, etc.) In addition, the HMD 220 according to an embodiment of the present invention is mounted on the practitioner's head and provides the generated maintenance education content in virtual reality.

가상 현실 컨트롤러(230)는 상기 HMD가 제공하는 가상 현실 학습 컨텐츠 상의 객체에 대한 상기 실습자의 제어 신호인 제2 햅틱 신호를 발생한다. The virtual reality controller 230 generates a second haptic signal, which is a control signal of the practitioner for an object on the virtual reality learning content provided by the HMD.

여기서, 상기 제2 햅틱 신호는 상기 실습자가 상기 가상 현실 학습 컨텐츠 상의 객체를 선택하고, 가상 현실 환경을 제어하기 위한 신호이다.Here, the second haptic signal is a signal for the trainee to select an object on the virtual reality learning content and to control the virtual reality environment.

모션센서는 상기 햅틱 글러브(210), 상기 HMD(220) 및 상기 가상 현실 컨트롤러(230)의 3차원 공간상의 위치 정보를 획득하여 실습자의 동작을 인식한다.The motion sensor acquires positional information of the haptic glove 210, the HMD 220, and the virtual reality controller 230 in a 3D space and recognizes the practitioner's motion.

통신부(120)는 상기 제1 햅틱 신호, 상기 제2 햅틱 신호 및 상기 위치 정보를 상기 가상 정비 실습 제공 장치(110)로 제공한다.The communication unit 120 provides the first haptic signal, the second haptic signal, and the location information to the virtual maintenance practice providing device 110 .

상기와 같이 설명된 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. The method described above can be implemented as computer readable codes on a computer readable recording medium.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. Computer-readable recording media includes all types of recording media in which data that can be decoded by a computer system is stored.

예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. For example, there may be read only memory (ROM), random access memory (RAM), flash memory, and an optical data storage device.

또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.In addition, the computer-readable recording medium may be distributed to computer systems connected through a computer communication network, and stored and executed as readable codes in a distributed manner.

제어부(130)는 상기 실습자의 동작에 응답하여 고장 상황이 입력되면 구성품의 고장에 대하여 상기 가상 정비 실습 제공 장치를 이용하여 정비사가 고장을 찾아낼 수 있도록 실습 상황을 구성한다.When a failure situation is input in response to the practitioner's operation, the control unit 130 configures a practice situation so that a mechanic can find a failure using the virtual maintenance practice providing device for component failure.

구체적으로 상기 제어부(130)는 상기 가상 고장 모의실습 절차에 따른 시나리오를 가상고장 모의실습의 목적 및 대상에 적합하도록 변환하는 가상고장 실습 시나리오 변환부(111), 상기 가상고장 모의실습을 위한 시나리오에 적합하도록 설비/기기 및 배경을 3D 모델링하는 설비/기기 및 배경 3D 모델링부(112), 상기 3D 모델링이 이루어진 설비/기기 및 배경을 이용한 가상고장 모의실습을 위한 시나리오 진행을 위한 실습도구를 3D 모델링하는 실습도구 3D 모델링부(113)를 포함한다.Specifically, the control unit 130 converts the scenario according to the virtual failure simulation procedure to be suitable for the purpose and object of the virtual failure simulation, the virtual failure practice scenario converting unit 111, and the scenario for the virtual failure simulation. Facility/device and background 3D modeling unit 112 that 3D models facilities/devices and backgrounds to be suitable, 3D modeling practice tools for scenario progress for virtual failure simulation practice using the 3D modeled facilities/devices and backgrounds It includes a practice tool 3D modeling unit 113 to do.

이하 도 4와 도 7을 참고하여, 본 발명의 다양한 실시예를 설명한다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 7 .

상기 가상 정비 실습 제공 장치(110)는 실습자의 손에 의해 파지되는 파지부를 포함할 수 있으며, 파지부의 상측에는 중공과 진동 모터가 형성되며, 상기 실습자가 상기 가상고장 실습 시나리오 변환부(111)가 제공하는 정비 시나리오에 따라 제공되는 실습 모형 공구를 조작함에 따라 발생하는 제1 햅틱 신호를 발생하는 햅틱 글러브(210)에 연결된다.The device for providing virtual maintenance practice 110 may include a gripper gripped by a practitioner's hand, a hollow and a vibration motor are formed on the upper side of the gripper, and the practitioner can use the virtual failure practice scenario converting unit 111 ) is connected to the haptic glove 210 that generates a first haptic signal generated by manipulating a practice model tool provided according to a maintenance scenario provided by

상기 실습도구 3D 모델링부(113)의 실습도구는 상기 햅틱 글러브의 동작 정보를 수신한다.The practice tool of the practice tool 3D modeling unit 113 receives operation information of the haptic glove.

상기 설비/기기 및 배경 3D 모델링부(112)는 상기 동작 정보와 설비/기기 및 배경을 이용한 가상고장 모의실습을 위한 가상고장 실습 시나리오 변환부(111)가 제공하는 정비 시나리오에 기반하여 상기 정비 교육이 정상 진행하도록 상기 제어부(130)가 제어 명령을 전송한다.The facility/device and background 3D modeling unit 112 performs the maintenance training based on the maintenance scenario provided by the virtual failure practice scenario conversion unit 111 for virtual failure simulation practice using the operation information, facility/device, and background. The control unit 130 transmits a control command to proceed normally.

상기 가상 정비 실습 제공 장치(110)는 상기 실습자의 두부에 장착되어 상기 생성된 정비 실습 컨텐츠를 상기 실습자에게 제공하는 HMD(220);에 연결되며, 상기 가상 고장 모의실습의 정비에 필요한 툴 안내 데이터 및 툴 사용 절차 안내 데이터를 포함하는 컨텐츠 제공 중에 음성 인식부로부터 음성이 인식되면, 인식된 음성에 대응하는 상기 제어부(130)가 제어명령을 수행하여 컨텐츠를 제어한다.The virtual maintenance practice providing device 110 is connected to the HMD 220 mounted on the practitioner's head and providing the generated maintenance practice content to the practitioner; guides tools necessary for maintenance of the virtual failure simulation practice. When a voice is recognized by the voice recognition unit while providing content including data and tool usage procedure guidance data, the controller 130 corresponding to the recognized voice executes a control command to control the content.

상기 HMD(220)는 가상 고장 모의실습 절차 VR 영상 제공 중에 제어부(130)로부터 외부 정비 관련 사진, 동영상, 문자 메시지를 포함하는 컨텐츠가 전송되면, 가상 고장 모의실습에 따른 VR 영상과 함께 디스플레이한다.When contents including photos, videos, and text messages related to external maintenance are transmitted from the control unit 130 while providing VR images of a virtual failure simulation procedure, the HMD 220 displays the VR images according to the virtual failure simulation.

상기 실습도구 3D 모델링부(113)의 실습도구는 상기 HMD의 동작 정보를 수신하고, 상기 동작 정보와 설비/기기 및 배경 3D 모델링부(112)가 제공하는 설비/기기 및 배경을 이용한 가상고장 모의실습을 위한 가상고장 실습 시나리오 변환부(111)가 제공하는 정비 시나리오에 기반하여 상기 정비 교육이 정상 진행하도록 상기 제어부(130)가 제어 명령을 전송한다.The practice tool of the practice tool 3D modeling unit 113 receives the operation information of the HMD, and simulates a virtual failure using the operation information, facilities/devices, and background facilities/devices and background provided by the 3D modeling unit 112. Based on the maintenance scenario provided by the virtual failure practice scenario conversion unit 111 for practice, the control unit 130 transmits a control command so that the maintenance training proceeds normally.

상기 가상 정비 실습 제공 장치(110)는 상기 가상 현실 상의 정비 객체에 대한 상기 실습자의 제어 신호인 제2 햅틱 신호를 발생하는 복수개의 가상 현실 컨트롤러(230)에 연결된다.The virtual maintenance practice providing device 110 is connected to a plurality of virtual reality controllers 230 that generate a second haptic signal, which is a control signal of the practitioner for the maintenance object in the virtual reality.

상기 실습도구 3D 모델링부(113)의 실습도구는 상기 가상 현실 컨트롤러의 동작 정보를 수신하고, 상기 동작 정보와 설비/기기 및 배경을 이용한 가상 고장 모의실습을 위한 시나리오에 기반하고, 상기 가상 고장 모의실습과 관련된 상기 실습자의 경력 정보 중 적어도 하나의 정보를 이용하여 선행지식 수준 정보를 생성하되, 제1 가중치, 제2 가중치, 및 상기 평가 정보 중에서 선택된 정보에 상기 제1 가중치를 적용하여 얻은 값, 및 상기 경력 정보에 상기 제2 가중치를 적용하여 얻은 값을 이용하여 상기 선행지식 수준 정보를 상기 제어부(130)가 제공한다.The practice tool of the practice tool 3D modeling unit 113 receives operation information of the virtual reality controller, based on a scenario for virtual failure simulation using the operation information, facility/device, and background, and simulates the virtual failure. Prior knowledge level information is generated using at least one of the practitioner's career information related to the practice, and a value obtained by applying the first weight to information selected from among first weight, second weight, and evaluation information, And the control unit 130 provides the prior knowledge level information by using a value obtained by applying the second weight to the career information.

상기 가상 정비 실습 제공 장치(110)는 상기 가상 고장 모의실습에 따른 고장 대상 물품 관리 정보, 치공구 관리 정보, 점검 항목 관리 정보, 및 기타 항목 관리 정보를 포함하는 데이터베이스(114)를 포함한다.The virtual maintenance practice providing device 110 includes a database 114 including management information of items subject to failure, management information of jigs, management information of inspection items, and other item management information according to the virtual failure simulation practice.

상기 데이터베이스(114)는 모션 센서로부터 상기 실습자의 동작에 관한 동작 정보를 수신하여 저장하고, 상기 동작 정보에 기반하여 상기 제어부(130)는 데이터베이스에서 추출된 정비 교육을 수행하도록 제어한다.The database 114 receives and stores motion information about the practitioner's motion from a motion sensor, and based on the motion information, the control unit 130 controls to perform maintenance training extracted from the database.

상기 가상고장 실습 시나리오 변환부(111)는 상기 가상 고장 모의실습을 실행한 실습성과를 판단하여 다음에 실습할 실습 시나리오를 결정하여 제시하며, 실습횟수가 누적될수록 상기 실습결과 DB 서버에 저장된 실습 이력, 사고 이력 및 실습 패턴을 토대로 상기 조업자가 실습해야 할 실습 시나리오를 결정하여 제시한다.The virtual failure practice scenario converting unit 111 determines and presents a practice scenario to be practiced next by determining the performance of the virtual failure simulation practice, and as the number of practices accumulates, the practice history stored in the practice result DB server. In addition, based on the accident history and practice pattern, the practice scenario to be practiced by the operator is determined and presented.

상기 정비 대상 장비의 정비 내역, 상기 정비 대상 장비의 정비 시나리오, 상기 정비 대상 장비에 대한 정비 가이드 정보, 상기 정비 대상 장비의 정비 시나리오 상에서 상기 모형 공구가 위치해야 하는 위치 정보(Marker)를 포함한다.It includes maintenance details of the equipment to be repaired, maintenance scenarios of the equipment to be repaired, maintenance guide information on the equipment to be repaired, and location information (marker) at which the model tool should be located on the maintenance scenario of the equipment to be repaired.

이상에서 설명된 3차원 설계데이터 기반 실물 객체 다방향 인식시스템은 하드웨어 구성요소, 3차원 설계데이터 기반 실물 객체 다방향 인식시스템 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. The 3D design data-based real object multidirectional recognition system described above may be implemented as hardware components, 3D design data based real object multidirectional recognition system components, and/or a combination of hardware components and software components. have.

예를 들어, 3차원 설계데이터 기반 실물 객체 다방향 인식시스템의 하드웨어 구성요소는 AI 알고리듬 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. For example, the hardware components of a real object multi-directional recognition system based on 3D design data include a processor that can execute and respond to AI algorithm instructions, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), and a digital signal processor. processor, microcomputer, field programmable array (FPA), programmable logic unit (PLU), microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. can be implemented using

상기 3차원 설계데이터 기반 실물 객체 다방향 인식시스템은 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. The real object multi-directional recognition system based on 3D design data may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system.

또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다.A processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of software.

3차원 설계데이터 기반 실물 객체 다방향 인식시스템은 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. Although the real object multi-directional recognition system based on 3D design data is sometimes described as being used, those skilled in the art will understand that the processing device is a plurality of processing elements and/or a plurality of types. It can be seen that it may include processing elements of.

예를 들어, 3차원 설계데이터 기반 실물 객체 다방향 인식시스템은 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. For example, a real object multidirectional recognition system based on 3D design data may include a plurality of processors or one processor and one controller.

또한, 3차원 설계데이터 기반 실물 객체 다방향 인식시스템은 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.In addition, the real object multi-directional recognition system based on 3D design data is also capable of other processing configurations, such as a parallel processor.

특히 3차원 설계데이터 기반 실물 객체 다방향 인식시스템은 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. In particular, the real object multi-directional recognition system based on 3D design data may include a computer program, code, instruction, or a combination of one or more of them, and configures a processing device to operate as desired. or command the processing units independently or collectively.

상기 3차원 설계데이터 기반 실물 객체 다방향 인식시스템 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다.The 3D design data-based real object multi-directional recognition system and/or data may be interpreted by a processing device or used to provide commands or data to a processing device, any type of machine, component, physical device, or virtual device. It can be permanently or temporarily embodied in virtual equipment, computer storage media or devices.

도 8에 도시된 바와 같이 베버-페히너의 법칙이란 감각기에서 자극의 변화를 느끼기 위해서는 처음 자극에 대해 일정 비율 이상으로 자극을 받아야 된다는 이론을 말한다. As shown in FIG. 8 , Weber-Fechner's law refers to the theory that in order to feel a change in a stimulus in a sensory organ, a stimulus must be received at a certain rate or more with respect to the initial stimulus.

즉, 처음에 약한 자극을 받으면 자극의 변화가 적어도 그 변화를 인지할 수 있다. That is, when a weak stimulus is received at first, the change of the stimulus can be recognized at least.

하지만 처음에 강한 자극을 받으면 자극의 변화가 커야 그 변화를 인지할 수 있는 것이다. However, when a strong stimulus is initially received, the change in the stimulus must be large to recognize the change.

따라서 본 발명에 따른 베버의 법칙은 3차원 설계데이터 기반 실물 객체 다방향 인식시스템은 다음과 같이 정의된 수학식을 이용 할 수 있다.Therefore, according to Weber's law according to the present invention, the real object multidirectional recognition system based on 3D design data can use the equation defined as follows.

수학식 1에서 p는 자극을 인식하는 정도를 수치화한 것이고, S는 자극의 강도를 의미한다. 그리고 k는 비례상수이며, 베버 상수라고 한다.In Equation 1, p is a numerical value of the degree of recognition of the stimulus, and S is the intensity of the stimulus. And k is a constant of proportionality, called Weber's constant.

Figure 112020133488610-pat00001
Figure 112020133488610-pat00001

햅틱 반응에서 최소식별차(Just Noticeable Difference; JND)를 일으키기 위해 필요한 물리적 자극의 강도의 증가가 다른 자극 수준들에 걸쳐 일관된 방식으로 변한다. The increase in intensity of the physical stimulus required to cause a Just Noticeable Difference (JND) in the haptic response varies in a consistent manner across different stimulus levels.

Figure 112020133488610-pat00002
Figure 112020133488610-pat00002

예를 들어 상기 수학식 2와 같이 햅틱 강도가 더 낮은 강도 수준에서 JND를 일으키기 위해서는 더 높은 강도 수준에서보다 더 작은 강도 변화가 요구된다. For example, as shown in Equation 2 above, a smaller intensity change is required to cause JND at a lower intensity level than at a higher intensity level.

이 때 "I" 를 자극의 강도, 상수 "k" 를 베버 소수(Weber's fraction)라고 하면, 다음의 수식이 나온다.At this time, if "I" is the intensity of the stimulus and the constant "k" is the Weber's fraction, the following formula is obtained.

즉, 자극 강도상의 변화값을 최초의 강도와 비교한 값이 바로 베버 소수이며, 이 수가 작을수록 JND를 일으키기 위해서는 더 작은 변화만이 요구되기 때문에 더 나은 식별 능력을 가질 수 있음을 의미한다. In other words, the value obtained by comparing the change in stimulus intensity with the initial intensity is the Weber prime number, and the smaller this number is, the smaller the change is required to cause JND.

상술한 본 발명에서 사용되는 AI 3차원 설계데이터 생성 기능을 갖는 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. The software having the AI 3D design data generation function used in the present invention described above may be distributed on a computer system connected to a network and stored or executed in a distributed manner.

컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. Computer readable media may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.

상기 복수의 실물 객체 다방향 인식 시스템 정보를 연계하여 데이터를 전처리하는 단계, 전처리 과정을 거친 상기 데이터 세트를 생성하는 프로그램 명령과 3차원 설계데이터의 개별 정보, 실물 객체를 다방향으로 인식한 3차원 설계데이터의 θ 및 기울기의 크기를 나타내는 Z 값 정보 등이 저장되는 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.The step of pre-processing data by linking the multi-directional recognition system information of the plurality of real objects, the program command for generating the data set that has undergone the pre-processing process, the individual information of the 3-dimensional design data, and the 3-dimensional multi-directional recognition of the real object Examples of computer-readable recording media in which θ of the design data and Z value information indicating the magnitude of the slope are stored include hard disks, magneto-optical media, and ROM, RAM, Hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as flash memory, are included.

이러한 전처리 데이터 중 결측된 데이터가 존재하는지 판단하고, 결측된 데이터가 존재하는 경우, 결측된 데이터에 해당하는 값을 보간법을 이용하여 결측 데이터를 산출하여 상기 메모리에 추가 입력한다.It is determined whether there is missing data among the preprocessed data, and if there is missing data, a value corresponding to the missing data is calculated using an interpolation method, and the missing data is additionally input into the memory.

상기 3차원 설계데이터 기반 실물 객체 다방향 인식시스템 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. Examples of the 3D design data-based real object multi-directional recognition system command include not only machine code generated by a compiler but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.

상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이하 본 발명의 실시를 위한 3차원 설계데이터 기반 실물 객체 다방향 인식시스템을 이용한 정비 실습 방법에 대하여 자세히 설명한다.Hereinafter, a maintenance practice method using a real object multidirectional recognition system based on 3D design data for the implementation of the present invention will be described in detail.

먼저 가상 정비 실습 제공 장치가 가상 고장 모의실습 절차의 실습자가 생성하는 햅틱 신호를 가상 현실 상으로 표시한다.First, the virtual maintenance practice providing device displays the haptic signal generated by the practitioner of the virtual failure simulation procedure in virtual reality.

그리고 통신부가 상기 햅틱 신호를 상기 가상 정비 실습 제공 장치로 제공한다.The communication unit provides the haptic signal to the virtual maintenance practice providing device.

또한 모션 센서가 상기 가상 정비 실습 제공 장치의 3차원 공간 상의 위치 정보를 획득하여 실습자의 동작을 인식한다.In addition, the motion sensor acquires positional information on the 3D space of the virtual maintenance practice providing device to recognize the practitioner's motion.

그리고 가상고장 실습 시나리오 변환부가 상기 가상 고장 모의실습 절차에 따른 시나리오를 가상고장 모의실습의 목적 및 대상에 적합하도록 변환한다.In addition, the virtual failure simulation scenario converting unit converts the scenario according to the virtual failure simulation procedure to be suitable for the purpose and object of the virtual failure simulation.

계속하여 설비/기기 및 배경 3D 모델링부가 상기 가상고장 모의실습을 위한 시나리오에 적합하도록 설비/기기 및 배경을 3D 모델링한다.Subsequently, the facility/device and background 3D modeling unit 3D models the facility/device and the background to fit the scenario for the virtual failure simulation practice.

마지막으로 실습도구 3D 모델링부가 상기 3D 모델링이 이루어진 설비/기기 및 배경을 이용한 가상고장 모의실습을 위한 시나리오 진행을 위한 실습도구를 3D 모델링한다.Finally, the practice tool 3D modeling unit performs 3D modeling of practice tools for scenario progress for virtual failure simulation practice using the facilities/devices and backgrounds for which the 3D modeling was performed.

100 : 실물 객체 다방향 인식시스템
110 : 가상 정비 실습 제공 장치
111 : 가상고장 실습 시나리오 변환부
112 : 설비/기기 및 배경 3D 모델링부
113 : 실습도구 3D 모델링부
210 : 촉감 인터페이스인 햅틱 글러브
220 : HMD(Head Mounted Display)
230 : 가상 현실 컨트롤러
120 : 통신부
130 : 제어부
100: real object multi-directional recognition system
110: Device for providing virtual maintenance practice
111: virtual failure practice scenario conversion unit
112: Facility/equipment and background 3D modeling unit
113: practice tool 3D modeling department
210: haptic glove as a tactile interface
220: Head Mounted Display (HMD)
230: virtual reality controller
120: communication department
130: control unit

Claims (7)

3차원 공간 상의 위치 정보를 획득하여 실습자의 동작을 인식하고, 가상 고장 모의실습 절차의 실습자가 생성하는 햅틱 신호를 가상 현실 상으로 표시하는 가상 정비 실습 제공 장치;
상기 햅틱 신호를 상기 가상 정비 실습 제공 장치로 제공하는 통신부;
상기 실습자의 동작에 응답하여 고장 상황이 입력되면 구성품의 고장에 대하여 상기 가상 정비 실습 제공 장치를 이용하여 정비사가 고장을 찾아낼 수 있도록 실습 상황을 구성하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 가상 고장 모의실습 절차에 따른 시나리오를 가상고장 모의실습의 목적 및 대상에 적합하도록 변환하는 가상고장 실습 시나리오 변환부;
상기 가상고장 모의실습을 위한 정비 시나리오에 적합하도록 설비/기기 및 배경을 3D 모델링하는 설비/기기 및 배경 3D 모델링부;
상기 3D 모델링이 이루어진 설비/기기 및 배경을 이용한 가상고장 모의실습을 위한 시나리오 진행을 위한 실습도구를 3D 모델링하는 실습도구 3D 모델링부;를 포함하며,
상기 가상 정비 실습 제공 장치는,
상기 실습자의 두부에 장착되어 상기 생성된 정비 실습 컨텐츠를 상기 실습자에게 제공하는 HMD(Head Mounded Display);에 연결되며,
상기 가상 고장 모의실습의 정비에 필요한 툴 안내 데이터 및 툴 사용 절차 안내 데이터를 포함하는 컨텐츠 제공 중에 음성 인식부로부터 음성이 인식되면, 인식된 음성에 대응하는 상기 제어부가 제어명령을 수행하여 컨텐츠를 제어하고,
상기 HMD는 가상 고장 모의실습 절차 VR 영상 제공 중에 제어부로부터 사진, 동영상, 문자 메시지를 포함하는 컨텐츠가 전송되면, 가상 고장 모의실습에 따른 VR 영상과 함께 디스플레이하며,
상기 실습도구 3D 모델링부의 실습도구는 상기 HMD의 동작 정보를 수신하고, 상기 동작 정보와 설비/기기 및 배경 3D 모델링부가 제공하는 설비/기기 및 배경을 이용한 가상고장 모의실습을 위한 가상고장 실습 시나리오 변환부가 제공하는 시나리오에 기반하여 정비 교육이 정상 진행하도록 상기 제어부가 제어 명령을 전송하는 것을 특징으로 하는 3차원 설계데이터 기반 실물 객체 다방향 인식시스템.
A virtual maintenance practice providing device that acquires positional information in a three-dimensional space, recognizes a practitioner's motion, and displays a haptic signal generated by a practitioner in a virtual failure simulation procedure in virtual reality;
a communication unit providing the haptic signal to the virtual maintenance practice providing device;
A controller configured to configure a practice situation so that a mechanic can find a failure using the virtual maintenance practice providing device for a failure of a component when a failure situation is input in response to the practitioner's operation,
The control unit,
a virtual failure practice scenario converting unit that converts the scenario according to the virtual failure simulation procedure to suit the purpose and object of the virtual failure simulation;
a facility/device and background 3D modeling unit for 3D modeling the facility/device and background to be suitable for the maintenance scenario for the virtual failure simulation practice;
A practice tool 3D modeling unit for 3D modeling a practice tool for scenario progress for virtual failure simulation practice using the 3D modeled facility/device and background,
The device for providing virtual maintenance practice,
It is connected to a Head Mounded Display (HMD) mounted on the practitioner's head and providing the generated maintenance practice content to the practitioner;
When a voice is recognized from the voice recognition unit while providing contents including tool guide data and tool use procedure guide data necessary for maintenance of the virtual failure simulation, the controller corresponding to the recognized voice executes a control command to control the contents. do,
When contents including photos, videos, and text messages are transmitted from the control unit while providing VR images for the virtual failure simulation procedure, the HMD displays the VR images according to the virtual failure simulation,
The practice tool of the practice tool 3D modeling unit receives the operation information of the HMD, and converts virtual failure practice scenarios for virtual failure simulation practice using the operation information, facilities/devices, and background facilities/devices and backgrounds provided by the 3D modeling unit A real object multi-directional recognition system based on three-dimensional design data, characterized in that the control unit transmits a control command so that maintenance education proceeds normally based on a scenario provided by the department.
청구항 1에 있어서,
상기 가상 정비 실습 제공 장치는,
실습자의 손에 의해 파지되는 파지부를 포함할 수 있으며, 파지부의 상측에는 중공과 진동 모터가 형성되며, 상기 실습자가 가상고장 실습 시나리오 변환부(111)가 제공하는 정비 시나리오에 따라 제공되는 실습 모형 공구를 조작함에 따라 발생하는 제1 햅틱 신호를 발생하는 햅틱 글러브;에 연결되며,
상기 실습도구 3D 모델링부의 실습도구는 상기 햅틱 글러브의 동작 정보를 수신하고, 상기 동작 정보와 설비/기기 및 배경 3D 모델링부가 제공하는 설비/기기 및 배경을 이용한 가상고장 모의실습을 위한 정비 시나리오에 기반하여 정비 교육이 정상 진행하도록 상기 제어부가 제어 명령을 전송하는 것을 특징으로 하는 3차원 설계데이터 기반 실물 객체 다방향 인식시스템.
The method of claim 1,
The device for providing virtual maintenance practice,
It may include a gripping part gripped by a practitioner's hand, and a hollow and a vibration motor are formed on the upper side of the gripping part, and practice provided by the practitioner according to the maintenance scenario provided by the virtual failure practice scenario conversion unit 111 A haptic glove that generates a first haptic signal generated by manipulating the model tool; is connected to;
The practice tool of the practice tool 3D modeling unit receives operation information of the haptic glove and uses the operation information, facilities/devices, and background facilities/devices and backgrounds provided by the 3D modeling unit Based on a maintenance scenario for simulation practice of a virtual failure The three-dimensional design data-based real object multi-directional recognition system, characterized in that the control unit transmits a control command so that the maintenance education proceeds normally.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 가상 정비 실습 제공 장치는,
가상 현실 상의 정비 객체에 대한 상기 실습자의 제어 신호인 제2 햅틱 신호를 발생하는 복수개의 가상 현실 컨트롤러;에 연결되며,
상기 실습도구 3D 모델링부의 실습도구는 상기 가상 현실 컨트롤러의 동작 정보를 수신하고, 동작 정보와 설비/기기 및 배경을 이용한 가상 고장 모의실습을 위한 시나리오에 기반하고,
상기 가상 고장 모의실습과 관련된 상기 실습자의 경력 정보 중 적어도 하나의 정보를 이용하여 선행지식 수준 정보를 생성하되, 제1 가중치, 제2 가중치, 및 평가 정보 중에서 선택된 정보에 상기 제1 가중치를 적용하여 얻은 값, 및 상기 경력 정보에 상기 제2 가중치를 적용하여 얻은 값을 이용하여 상기 선행지식 수준 정보를 상기 제어부가 제공하는 것을 특징으로 하는 3차원 설계데이터 기반 실물 객체 다방향 인식시스템.
The method of claim 1,
The device for providing virtual maintenance practice,
Connected to a plurality of virtual reality controllers that generate a second haptic signal, which is a control signal of the practitioner for maintenance objects in virtual reality;
The practice tool of the 3D modeling unit receives the operation information of the virtual reality controller, and is based on a scenario for virtual failure simulation using the operation information, facility/device, and background,
Prior knowledge level information is generated using at least one of the practitioner's career information related to the virtual failure simulation, and the first weight is applied to information selected from among first weight, second weight, and evaluation information. 3D design data-based real object multi-directional recognition system, characterized in that the controller provides the prior knowledge level information using the obtained value and the value obtained by applying the second weight to the career information.
청구항 1에 있어서,
상기 가상 정비 실습 제공 장치는,
상기 가상 고장 모의실습에 따른 고장 대상 물품 관리 정보, 치공구 관리 정보, 점검 항목 관리 정보, 및 기타 항목 관리 정보를 포함하는 데이터베이스;를 포함하고,
상기 데이터베이스는 모션 센서로부터 상기 실습자의 동작에 관한 동작 정보를 수신하여 저장하고, 상기 동작 정보에 기반하여 상기 제어부는 데이터베이스에서 추출된 정비 교육을 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 3차원 설계데이터 기반 실물 객체 다방향 인식시스템.
The method of claim 1,
The device for providing virtual maintenance practice,
A database including management information of items subject to failure according to the virtual failure simulation, tool management information, inspection item management information, and other item management information,
The database receives and stores motion information about the practitioner's motion from a motion sensor, and based on the motion information, the control unit controls to perform maintenance education extracted from the database. Object multidirectional recognition system.
청구항 1에 있어서,
상기 가상고장 실습 시나리오 변환부는,
상기 가상 고장 모의실습을 실행한 실습성과를 판단하여 다음에 실습할 실습 시나리오를 결정하여 제시하며, 실습횟수가 누적될수록 실습결과 DB 서버에 저장된 실습 이력, 사고 이력 및 실습 패턴을 토대로 조업자가 실습해야 할 실습 시나리오를 결정하여 제시하고,
상기 정비 대상 장비의 정비 내역, 상기 정비 대상 장비의 정비 시나리오, 상기 정비 대상 장비에 대한 정비 가이드 정보, 상기 정비 대상 장비의 정비 시나리오 상에서 모형 공구가 위치해야 하는 위치 정보(Marker)를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 설계데이터 기반 실물 객체 다방향 인식시스템.

The method of claim 1,
The virtual failure practice scenario conversion unit,
The practice performance of the virtual failure simulation is judged to determine and present the practice scenario to be practiced next. Determine and present practice scenarios to be performed,
Characterized in that it includes the maintenance details of the equipment to be repaired, the maintenance scenario of the equipment to be repaired, the maintenance guide information on the equipment to be repaired, and the location information (Marker) where the model tool should be located on the maintenance scenario of the equipment to be repaired. 3D design data-based real object multi-directional recognition system.

삭제delete
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102565424B1 (en) * 2022-12-29 2023-08-08 현대건설(주) Safety training system and method for augmented reality-based construction equipment

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101636360B1 (en) * 2015-10-26 2016-07-06 국방과학연구소 A virtual maintenance training system using a virtual reality
KR102104326B1 (en) * 2019-06-28 2020-04-27 한화시스템 주식회사 Maintenance training system and method based on augmented reality
KR102165692B1 (en) * 2019-07-23 2020-11-04 한화시스템 주식회사 Military equipment maintenance training system using a virtual reality and operating method of thereof

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101714668B1 (en) * 2015-05-19 2017-03-09 엘아이지넥스원 주식회사 Apparatus and method for providing customized screen for training
KR102012835B1 (en) 2017-12-29 2019-08-21 주식회사 버넥트 An augmented reality system capable of manipulating an augmented reality object using three-dimensional attitude information and recognizes handwriting of character
KR20200114856A (en) * 2019-03-29 2020-10-07 한국동서발전(주) Training System and Method for Preparing for Failure of Power Plant Using Virtual Reality Simulation Contents

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101636360B1 (en) * 2015-10-26 2016-07-06 국방과학연구소 A virtual maintenance training system using a virtual reality
KR102104326B1 (en) * 2019-06-28 2020-04-27 한화시스템 주식회사 Maintenance training system and method based on augmented reality
KR102165692B1 (en) * 2019-07-23 2020-11-04 한화시스템 주식회사 Military equipment maintenance training system using a virtual reality and operating method of thereof

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