KR20120106294A - An haptic apparatus and method of controlling thereof - Google Patents

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KR20120106294A
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Abstract

PURPOSE: A haptic device and a control method thereof having a grip function are provided to simplify a structure of a haptic device and to miniaturize a haptic device. CONSTITUTION: A grip unit(100) applies external shock to an object. A marker(101) is included in one side of a grip unit. A multiple moving operator(300) approaches the object. A rotation joint unit(102) couples the grip unit with the multiple moving operator and supplies rotation motion to the grip unit. An image photographing unit(200) photographs the grip unit, the marker, and the rotation joint unit. A processor(400) calculates phase information about the grip unit from image information. [Reference numerals] (100) Grip; (101) Marker; (102) Rotation joint unit; (200) Image photographing unit; (300) Multiple moving operator; (400) Processor

Description

햅틱 장치 및 햅틱 장치 제어 방법{An Haptic Apparatus and method of controlling thereof}Haptic Apparatus and method of controlling Technical Field

본 발명은 햅틱 장치에 관한 것으로서, 햅틱 장치에 구비되는 그립의 위치를 측정하기 위한 방법 및 이를 지원하는 햅틱 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a haptic device, to a method for measuring the position of the grip provided in the haptic device, and to a haptic device supporting the same.

이하, 본 발명의 기술 분야와 관련하여 일반적으로 사용되는 기술에 대해서 간략히 설명한다.Hereinafter, description will be briefly given of techniques generally used in the technical field of the present invention.

기술이 발전함에 따라 사용자는 가상 현실을 통해 더욱 구체적이고 실감나는 정보를 원하고 있다. 이를 충족시키기 위해 최근 활발히 개발되고 있는 기술이 가상의 촉각과 힘에 대한 정보를 제공해주는 햅틱 기술이다.As technology advances, users want more concrete and realistic information through virtual reality. To meet this, recently developed technology is a haptic technology that provides information about virtual touch and force.

햅틱 기술을 이용한 시뮬레이터를 만들려면 햅틱 장치와 햅틱 렌더링, 컴퓨터 그래픽스 기술이 필요하다. 햅틱 장치란 일종의 로봇 메니퓰레이터와 같은 기계적 장치로서 사람과 가상 환경과의 상호 작용을 위해 고안된 것이다. 사람은 햅틱 장치를 통해 가상 환경에 제어 명령을 내리고, 제어 명령에 따라 가상환경에서 오는 촉감이나 힘을 느낄 수 있다.Building a simulator using haptic technology requires haptic devices, haptic rendering, and computer graphics technology. Haptic devices are mechanical devices like robotic manipulators designed to interact with humans and virtual environments. The human can give a control command to the virtual environment through the haptic device, and can feel the touch or power coming from the virtual environment according to the control command.

사용자는 주로 햅틱 장치의 끝 단에 달려있는 손잡이(stylus)를 조작하여 가상 환경에 6자유도 (예를 들어, X,Y,Z 위치, X,Y,Z 위상각)의 명령을 내리고, 동시에 가상 환경으로부터 상호작용을 통하여 발생하는 힘을 햅틱 장치를 통하여 느끼게 된다. 이러한 햅틱 기술은 수술 시뮬레이터, 가상환경을 이용한 게임, 원격 조종기술 등에 적용되고 있다.The user mainly manipulates the stylus at the end of the haptic device to give the virtual environment six degrees of freedom (e.g., X, Y, Z position, X, Y, Z phase angle) and simultaneously The force generated through interaction from the virtual environment is felt through the haptic device. The haptic technology is applied to a surgical simulator, a game using a virtual environment, and a remote control technology.

햅틱 기술은 크게 '힘 피드백'과 '촉각 피드백'의 두 영역으로 나뉜다. 힘 피드백은 기계적 인터페이스를 이용해 사용자에게 힘과 운동감을 느끼도록 하는 기술이다. 예를 들어, 게임 기계에서 총을 쏘면 실제로 조이스틱이 떨리고, 웹에서 마우스 커서가 버튼을 건드리면 그것을 손끝으로 느끼게 하는 것이 힘 피드백이다. 촉각 피드백이 가장 많이 활용되는 곳은 의학 분야이다. 햅틱 기술을 이용하면, 사용자는 컴퓨터 화면에 3차원 해부학적 구조를 보면서 가상의 환자를 대상으로 환부를 직접 시술할 수 있다. 여기에 압축 공기나 전기 등으로 움직이는 작은 핀과 같은 기계 구동기를 이용하여, 실제로 피부 조직 등을 만지는 듯한 촉감이 전달되어 실제 상황과 거의 비슷한 환경을 구현할 수 있다.Haptic technology is largely divided into two areas: force feedback and tactile feedback. Force feedback is a technique that uses a mechanical interface to give users a sense of power and movement. For example, shooting a game machine actually shakes the joystick, and force feedback makes it feel at your fingertips when the mouse cursor touches a button on the web. The most common use of tactile feedback is in the medical field. Using haptic technology, a user can directly perform a lesion on a virtual patient while viewing a three-dimensional anatomical structure on a computer screen. In addition, by using a mechanical driver such as a small pin that moves with compressed air or electricity, the tactile sense of touch of the skin tissue is transferred to create an environment almost similar to the actual situation.

햅틱 기술이 의료 분야에 적용되는 경우에는 햅틱 장치의 미세한 움직임에도 수술의 결과에 큰 영향을 미칠 수 있으므로 햅틱 장치의 움직임을 정확히 제어하는 것이 매우 중요하다.When haptic technology is applied to the medical field, it is very important to precisely control the movement of the haptic device because even the minute movement of the haptic device can greatly affect the outcome of the surgery.

일반적으로 햅틱 장치의 끝 단의 위상을 측정하기 위한 방법으로는, 회전의 정도에 따라서 그 정도를 구형파의 형태로 출력해주는 광학식 로터리 엔코더를 이용하거나, 그 정도를 전압의 형태로 출력해주는 회전식 가변저항을 이용하는 방법이 있다.In general, a method for measuring the phase of the end of the haptic device is a rotary variable resistor that uses an optical rotary encoder that outputs a square wave according to the degree of rotation, or a voltage in the form of a voltage. There is a way to use.

광학식 로터리 엔코더는 전원을 인가시 빛을 발산시키는 발광 다이오드와 수광 트렌지스터로 구성되고, 회전축에 광을 차단하는 판이 위치하여 발광 다이오드에서 나온 빛을 연속적으로 차단 및/또는 해제함으로써, 수광 트렌지스터로부터 정형파(square wave)형태의 신호가 출력되게 하는 장치를 의미한다. 이때, 광학식 로터리 엔코더는 정형파 신호를 카운트함으로써 회전 각도를 역으로 계산할 수가 있다. 또한, 광학식 로터리 엔코더에 발광 다이오드와 수광 트렌지스터를 2쌍을 교차하는 형태로 설치함으로써, 어느 신호가 먼저 나오는가에 따라서 햅틱 장치의 회전의 방향도 알 수 있다.An optical rotary encoder consists of a light emitting diode and a light receiving transistor that emit light when a power is applied, and a plate that blocks light on the rotation axis is positioned to continuously block and / or release the light emitted from the light emitting diode to form a square wave from the light receiving transistor. (Square wave) means a device that outputs a signal in the form of. At this time, the optical rotary encoder can reversely calculate the rotation angle by counting the square wave signal. In addition, by installing the light emitting diode and the light receiving transistor in the form of crossing two pairs in the optical rotary encoder, the direction of rotation of the haptic device can also be known depending on which signal comes first.

회전식 가변저항을 이용하는 햅틱 장치는 햅틱 장치의 회전 정도에 따라서 저항의 접촉부위가 변화하는 스위치 구조를 가지고 있는 장치를 의미한다. 이러한 햅틱 장치는 전원을 인가하고 회전을 증가시킴에 따라서 저항도 증가하고, 전압분배의 법칙(voltage divider rule)에 의하여 출력전압 값이 증가하게 된다. 따라서, 이러한 출력 전압 값을 검출하여 햅틱 장치의 회전 정도를 파악할 수 있다.A haptic device using a rotary variable resistor refers to a device having a switch structure in which contact portions of the resistor change according to the degree of rotation of the haptic device. The haptic device increases resistance as power is applied and rotation is increased, and an output voltage value is increased by a voltage divider rule. Therefore, the degree of rotation of the haptic device can be determined by detecting the output voltage value.

위의 두 가지 햅틱 장치는 기계식으로 인가된 회전치를 정량화된 출력 값으로 변환시켜주므로 흔히 기계식 센서(mechanical sensor)라고 불려진다. 이런 장치를 이용하면 햅틱 장치와 같은 다자유도의 구동기의 회전 각도를 정량적으로 측정할 수 있으므로 널리 사용되고 있다.These two haptic devices are often referred to as mechanical sensors because they convert mechanically applied rotations into quantified output values. Such a device is widely used because it can quantitatively measure the rotation angle of a multi-degree of freedom actuator such as a haptic device.

하지만 상기와 같은 기계식 센서를 이용하는 경우, 햅틱 장치의 이용이 거추장스러워질 수 있다. 예를 들어, 햅틱 장치에 들어가는 전원선과 신호선 들에 의하여 자유로운 회전이 구속되며, 햅틱 장치에 구비되는 여러 부분들에 연결되는 전원선 및/또는 신호선으로 인해 햅틱 장치의 거동이 제약될 수 있다.However, when using such a mechanical sensor, the use of the haptic device can be cumbersome. For example, free rotation is constrained by power lines and signal lines entering the haptic device, and the behavior of the haptic device may be restricted by power lines and / or signal lines connected to various parts of the haptic device.

또한, 햅틱 장치는 대상 물체에 다양한 외부 힘을 인가하기 위한 그립이 구비된다. 이때, 그립의 종류를 다양하게 변경해야 하는 수술 시뮬레이터 같은 경우에는, 각 그립의 위치 및 위상을 정확히 측정할 수 있어야 오차 없는 수술을 할 수 있다.In addition, the haptic device is provided with a grip for applying various external forces to the object. In this case, in the case of a surgical simulator in which the type of grip is to be variously changed, an error-free operation may be performed by accurately measuring the position and phase of each grip.

그러나, 기계식 센서를 이용하는 햅틱 장치의 경우에는 그립으로서 수술용 가위를 사용할 때에는 가위의 각도를 측정한다던가, 그립으로서 주사기를 사용하는 경우에는 주사기의 손잡이를 잡아당긴다던가 하는 행위를 수행할 때, 그립의 위치를 정확히 파악하지 못하는 문제점이 있다.However, in the case of a haptic device using a mechanical sensor, the grip is measured when the surgical scissors are used as the grip, or when the syringe is used as the grip, the grip of the syringe is pulled out. There is a problem that can not pinpoint the location of.

또한, 기계식 센서를 이용하는 경우, 매 동작마다 기계식 센서의 전원선과 신호선을 연결해주어야 한다는 단점이 있다.In addition, when using a mechanical sensor, there is a disadvantage in that the power line and the signal line of the mechanical sensor must be connected at every operation.

이러한 경우, 햅틱 장치를 사용하는 사용자에게는 번거로운 작업이 되며, 기계식 센서를 이용하기 위한 전원선과 신호선으로 인해 햅틱 장치의 거동에 제약이 발생하므로 다양한 수술에 적용할 수 없는 단점이 있다.In this case, the user using the haptic device is a cumbersome task, and since the behavior of the haptic device is restricted due to the power line and the signal line for using the mechanical sensor, there is a disadvantage that it cannot be applied to various operations.

본 발명은 상술한 일반적인 기술의 단점을 해결하고자 고안된 것으로서, 본 발명의 목적은 햅틱 장치의 그립의 위치를 정밀하게 측정하는 방법을 제공하는 것이다.The present invention has been devised to solve the disadvantages of the general technique described above, and an object of the present invention is to provide a method for precisely measuring the position of the grip of the haptic device.

본 발명의 다른 목적은 비전 카메라를 이용하여 무선으로 그립의 동작을 정확하게 추적하기 위한 햅틱 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a haptic device for accurately tracking the operation of the grip wirelessly using a vision camera.

본 발명의 또 다른 목적은 다양한 형태의 그립을 교체 및 부착할 수 있는 햅틱 장치를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a haptic device capable of replacing and attaching various types of grips.

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.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not restrictive of the invention, unless further departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be possible.

본 발명은 햅틱 장치에 구비되는 그립의 위치를 측정하기 위한 다양한 방법들 및 이를 지원하는 햅틱 장치들에 대해서 개시한다.The present invention discloses various methods for measuring the position of the grip provided in the haptic device and haptic devices supporting the same.

본 발명의 일 양태로서 영상 정보를 이용하는 햅틱 장치는, 대상 물체에 외부 자극을 인가하기 위한 그립과 그립의 일단에 구비되는 마커와 그립을 대상 물체에 접근시키기 위한 다자유도 작동기와 그립과 다자유도 작동기를 결합하고 그립에 3자유도의 회전 운동을 제공하는 회전 관절부와 그립, 마커 및 회전 관절부 중 하나 이상을 촬영하여 영상 정보를 획득하는 영상 촬영부를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a haptic device using image information includes a grip for applying an external stimulus to a target object, a multi-degree of freedom actuator for accessing a marker and a grip provided at one end of the grip to the target object, and a grip and multiple freedom. It may include a rotary joint unit for coupling the actuator and providing a rotational motion of three degrees of freedom to the grip, and an imaging unit for capturing image information by taking one or more of the grip, marker and the rotary joint.

이때, 상기 햅틱 장치는 다자유도 작동기, 회전 관절부, 그립 및 영상 촬영부를 제어하기 위한 프로세서를 더 포함할 수 있다. 또한, 프로세서는 대상 물체에 외부 자극이 인가될 때 영상 정보를 획득하도록 영상 촬영부를 제어하고, 영상 정보로부터 그립에 대한 위상 정보를 도출할 수 있다.In this case, the haptic device may further include a processor for controlling the multi-degree of freedom actuator, the rotating joint, the grip and the image capturing unit. The processor may control the image capturing unit to obtain image information when an external stimulus is applied to the target object, and derive phase information about the grip from the image information.

그립에 대한 위상 정보는, 마커의 좌표 정보, 회전 관절부의 좌표 정보 및 영상 정보에서 도출한 마커의 3 차원 회전각을 이용하여 도출될 수 있다.The phase information on the grip may be derived using the three-dimensional rotation angle of the marker derived from the coordinate information of the marker, the coordinate information of the rotating joint part, and the image information.

또한, 마커는 적외선을 발광하는 발광다이오드(LED)를 포함하고, 영상 촬영부는 적외선을 검출할 수 있는 적외선 카메라 시스템을 포함할 수 있다. In addition, the marker may include a light emitting diode (LED) that emits infrared rays, and the image capturing unit may include an infrared camera system capable of detecting infrared rays.

본 발명의 다른 양태로서 영상 정보를 이용하는 햅틱 장치는, 대상 물체에 외부 자극을 인가하기 위한 그립과 그립의 일단에 구비되는 마커와 그립을 대상 물체에 접근시키기 위한 다자유도 작동기와 그립과 다자유도 작동기를 결합하고, 그립에 3자유도의 회전 운동을 제공하는 회전 관절부와 그립, 마커 및 회전 관절부 중 하나 이상을 촬영하여 영상 정보를 획득하는 영상 촬영부를 포함할 수 있다. 이때, 영상 촬영부는 영상 정보를 처리하여 그립의 위상 정보를 도출하는 영상 처리모듈을 더 포함할 수 있다. According to another aspect of the present invention, a haptic device using image information includes a grip for applying an external stimulus to a target object, a multi-degree of freedom actuator, a grip, and a multiple freedom for approaching a target object with a marker and a grip provided at one end of the grip. It may include a rotary joint unit for coupling the degree actuator, and provides a rotational motion of three degrees of freedom to the grip, and an image photographing unit for capturing one or more of the grip, the marker and the rotary joint portion to obtain image information. In this case, the image capturing unit may further include an image processing module for processing the image information to derive the phase information of the grip.

그립에 대한 위상 정보는 마커의 좌표 정보, 회전 관절부의 좌표 정보 및 영상 정보에서 도출한 마커의 3 차원 회전각을 이용하여 도출될 수 있다. The phase information on the grip may be derived using the three-dimensional rotation angle of the marker derived from the coordinate information of the marker, the coordinate information of the rotating joint part, and the image information.

마커는 적외선을 발광하는 발광다이오드(LED)를 포함하고, 영상 촬영부는 적외선을 검출할 수 있는 적외선 카메라 시스템을 포함할 수 있다.The marker may include a light emitting diode (LED) that emits infrared rays, and the image capturing unit may include an infrared camera system capable of detecting infrared rays.

본 발명의 또 다른 양태로서 영상 정보를 이용하는 햅틱 장치는, 대상 물체에 외부 자극을 인가하기 위한 그립과 그립의 일단에 구비되는 마커와 그립을 대상 물체에 접근시키기 위한 다자유도 작동기와 그립과 다자유도 작동기를 결합하고, 그립에 3자유도의 회전 운동을 제공하는 회전 관절부와 마커의 좌표 정보 및 회전 관절부의 좌표 정보를 획득하기 위한 하나 이상의 엔코더와 그립, 마커 및 회전 관절부 중 하나 이상을 촬영하여 영상 정보를 획득하는 영상 촬영부를 포함할 수 있다. 이때, 햅틱 장치는 다자유도 작동기, 회전 관절부, 그립 및 영상 촬영부를 제어하기 위한 프로세서를 더 포함할 수 있으며, 프로세서는 대상 물체에 외부 자극이 인가될 때 영상 정보를 획득하도록 영상 촬영부를 제어하고, 영상 정보로부터 그립에 대한 위상 정보를 도출할 수 있다.As another aspect of the present invention, the haptic device using the image information is different from the grip for applying an external stimulus to the target object and the multiple degree of freedom actuator and grip for accessing the marker and the grip provided at one end of the grip to the target object. One or more encoders and grips, markers and one or more of the joints and the joints for acquiring the coordinate information of the rotating joints and markers and the coordinates of the rotating joints, which combine the degrees of freedom actuator and provide three degrees of freedom rotational motion to the grips. It may include an image capture unit for obtaining the image information. In this case, the haptic device may further include a processor for controlling the multi-degree of freedom actuator, the rotating joint, the grip, and the image capturing unit, wherein the processor controls the image capturing unit to obtain image information when an external stimulus is applied to the target object. The phase information on the grip may be derived from the image information.

그립에 대한 위상 정보는 마커의 좌표 정보, 회전 관절부의 좌표 정보 및 영상 정보에서 도출한 마커의 3 차원 회전각을 이용하여 도출될 수 있다.The phase information on the grip may be derived using the three-dimensional rotation angle of the marker derived from the coordinate information of the marker, the coordinate information of the rotating joint part, and the image information.

본 발명의 또 다른 양태로서 영상 정보를 이용하는 햅틱 장치를 제어하는 방법은, 대상 물체에 외부 자극을 인가하기 위해 다자유도 작동기를 제어하는 단계와 다자유도 작동기에 구비된 회전 관절부 및 그립을 제어하여 대상 물체에 외부 자극을 인가하는 단계와 회전 관절부의 좌표 정보 및 마커의 좌표 정보를 획득하는 단계와 회전 관절부 및 그립에 구비된 마커에 대한 영상 정보를 획득하는 단계와 회전 관절부의 좌표 정보, 마커의 좌표 정보 및 영상 정보를 이용하여 그립의 위상 정보를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, a method of controlling a haptic device using image information includes controlling a multiple degree of freedom actuator to apply an external stimulus to an object, and controlling a rotation joint and a grip provided in the multiple degree of freedom actuator. Applying an external stimulus to a target object, acquiring coordinate information of the rotary joint part and coordinate information of the marker, acquiring image information of the markers provided on the rotary joint part and the grip, coordinate information of the rotary joint part, and the marker Computing the phase information of the grip using the coordinate information and the image information of the.

이때, 그립의 위상 정보는 마커의 좌표정보, 회전 관절부의 좌표정보, 마커와 회전 관절부의 실제 거리 정보, 영상 정보에서 획득한 마커와 회전 관절부의 이미지상 거리 정보 및 마커의 위상정보 중 하나 이상을 이용하여 산출될 수 있다.In this case, the grip phase information may include at least one of the coordinate information of the marker, the coordinate information of the rotating joint, the actual distance information of the marker and the rotating joint, the distance information on the image obtained from the marker and the rotating joint, and the phase information of the marker. Can be calculated using.

또한, 회전 관절부는 그립과 다자유도 작동기를 결합하고, 그립에 3자유도의 회전 운동을 제공할 수 있다.In addition, the rotary joint may combine the grip and the multiple degree of freedom actuator and provide the grip with three degrees of freedom of rotational motion.

본 발명의 또 다른 양태로서 영상 정보를 이용하는 햅틱 장치를 제어하는 방법은, 햅틱 장치에 구비된 마커의 좌표 정보를 획득하는 단계와 마커에 대한 영상 정보를 획득하는 단계와 좌표 정보 및 영상 정보를 이용하여 마커가 구비된 그립의 위상 정보를 산출하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 그립에 대한 위상 정보는 마커의 좌표 정보 및 영상 정보에서 도출한 마커의 3 차원 회전각을 이용하여 산출될 수 있다.According to another aspect of the present invention, a method of controlling a haptic device using image information includes obtaining coordinate information of a marker included in the haptic device, obtaining image information about the marker, and using coordinate information and image information. Comprising a step of calculating the phase information of the grip is provided with a marker. In this case, the phase information on the grip may be calculated using the 3D rotation angle of the marker derived from the coordinate information of the marker and the image information.

마커의 3 차원 회전각은 마커의 좌표 정보, 마커와 회전 관절부의 실제 거리 정보 및 영상 정보에서 획득된 마커와 회전 관절부의 이미지상 거리 정보 중 하나 이상을 이용하여 산출될 수 있다.The three-dimensional rotation angle of the marker may be calculated using one or more of coordinate information of the marker, actual distance information of the marker and the rotating joint part, and distance information on the image of the marker and the rotating joint part obtained from the image information.

이때, 회전 관절부는 대상 물체에 외부 자극을 인가하는 그립과 대상 물체에 외부 자극을 인가하기 위해 그립을 제어하는 다자유도 작동기를 결합하고, 그립에 3자유도의 회전 운동을 제공할 수 있다.In this case, the rotary joint unit may combine a grip for applying an external stimulus to the target object and a multi-degree of freedom actuator for controlling the grip to apply the external stimulus to the target object, and provide a three degree of freedom rotational motion to the grip.

본 발명의 또 다른 양태로서 영상 정보를 이용하는 햅틱 장치는, 대상 물체에 외부 자극을 인가하기 위한 그립과 그립의 일단에 구비되는 3차원 입체 마커와 그립을 대상 물체에 접근시키기 위한 다자유도 작동기와 그립과 다자유도 작동기를 결합하고, 그립에 3자유도의 회전 운동을 제공하는 회전 관절부와 3차원 입체 마커의 좌표 정보 및 회전 관절부의 좌표 정보를 획득하기 위한 엔코더와 그립, 마커 및 회전 관절부를 촬영하여 영상 정보를 획득하는 영상 촬영부 및 영상 정보를 처리하여 그립의 위상 정보를 도출하는 영상 처리모듈을 포함할 수 있다.In another aspect of the present invention, a haptic device using image information includes a grip for applying an external stimulus to a target object, and a three-dimensional three-dimensional marker and a grip provided at one end of the grip, and a multiple degree of freedom actuator for approaching the target object. Combines grip and multi-degree of freedom actuators and captures encoders, grips, markers, and rotary joints to obtain coordinate information for three-dimensional solid markers and coordinates of rotary joints that provide three-degree-of-freedom rotational motion to grips. The image capturing unit may include an image capturing unit obtaining image information, and an image processing module configured to process the image information to derive the phase information of the grip.

상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하다. 이하 상술하는 본 발명의 상세한 설명을 기반으로, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 도출되고 이해될 수 있다.The above aspects of the invention are only some of the preferred embodiments of the invention. Based on the detailed description of the present invention described below, various embodiments reflecting the technical features of the present invention can be derived and understood by those of ordinary skill in the art.

본 발명의 실시예들을 햅틱 장치에 적용함으로써 사용자는 다음과 같은 효과를 누릴 수 있다.By applying the embodiments of the present invention to the haptic device, the user can enjoy the following effects.

첫째, 그립의 위상을 측정하기 위해 기계식 센서를 이용하지 않으므로 햅틱 장치의 구조가 간단해지며, 경량화 및 소형화가 가능해진다. First, since the mechanical sensor is not used to measure the phase of the grip, the structure of the haptic device is simplified, and the weight and size can be reduced.

둘째, 그립의 위상을 측정하기 위해 기계식 센서를 이용하지 않으므로 햅틱 장치에 구비된 그립의 회전이 전원선 및 신호선에 의하여 구속 받지 않는 장점이 있다. Second, since the mechanical sensor is not used to measure the phase of the grip, rotation of the grip provided in the haptic device is not constrained by the power line and the signal line.

셋째, 햅틱 장치의 목적에 따라 그립의 종류를 교체하는 경우, 전원선 및 신호선을 해제하고 재설치할 필요가 없다.Third, when changing the type of grip according to the purpose of the haptic device, it is not necessary to release and reinstall the power line and signal line.

넷째, 영상 촬영부를 이용함으로써 사용자의 손 모양을 인식하여 의도를 파악하여 좀더 효과적인 햅틱을 제공하는 등의 다양한 어플리케이션이 가능하다.Fourth, various applications such as providing a more effective haptic by recognizing the shape of the user's hand and providing a more effective haptic are possible by using the image capturing unit.

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. The effects obtained by the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description will be.

도 1은 본 발명의 실시예로서 비젼(Vision)을 이용한 햅틱 장치 중 하나를 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 실시예로서 햅틱 장치의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예로서 햅틱 장치의 다른 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명 실시예로서 햅틱 장치의 또 다른 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예로서 마커 및 특징점을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예로서 3차원 마커의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예로서 그립의 3차원 위상 정보를 산출하는 방법의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예로서 햅틱 장치를 제어하는 방법 중 하나를 나타내는 도면이다.
1 is a block diagram illustrating one of haptic devices using vision as an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating an example of a haptic device as an embodiment of the present invention.
3 is a view showing another example of the haptic device as an embodiment of the present invention.
4 is a view showing still another example of the haptic device as an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a marker and a feature point as an embodiment of the present invention.
6 is a view showing an example of a three-dimensional marker as an embodiment of the present invention.
7 is a diagram showing an example of a method for calculating three-dimensional phase information of a grip as an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating one of methods of controlling a haptic device according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 햅틱 장치에 관한 것으로서, 햅틱 장치에 구비되는 그립의 위치를 측정하기 위한 다양한 방법 및 이를 지원하는 햅틱 장치들을 개시한다.The present invention relates to a haptic device, and discloses various methods for measuring the position of a grip included in the haptic device and haptic devices supporting the same.

이하의 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들을 소정 형태로 결합한 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려될 수 있다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성할 수도 있다.The following embodiments are a combination of elements and features of the present invention in a predetermined form. Each component or feature may be considered to be optional unless otherwise stated. Each component or feature may be implemented in a form that is not combined with other components or features. In addition, some of the elements and / or features may be combined to form an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다.The order of the operations described in the embodiments of the present invention may be changed. Some configurations or features of certain embodiments may be included in other embodiments, or may be replaced with corresponding configurations or features of other embodiments.

도면에서는 각 구성 요소의 특징을 명확히 나타내기 위해, 일부 구성 요소는 간략히 표시하였고, 주요 구성 요소를 중심으로 도면을 작성하였다. 이런 과정에서, 일부 구성 요소의 형상이 단순화하여 표시되었으며, 각 구성 요소는 그 주요 기능에 의해 특정됨을 명확히 한다. 따라서, 도면에서 본 발명의 요지를 나타내는데 필요한 단계 또는 구성요소를 위주로 표시했고, 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 단계 또는 구성요소는 표시하지 않았다.In the drawings, in order to clearly show the features of each component, some of the components are briefly displayed, and the drawings are created based on the main components. In this process, the shape of some components has been simplified and clearly clarified that each component is characterized by its main function. Therefore, the steps or components necessary for showing the gist of the present invention in the drawings are mainly shown, and the steps or components that may obscure the gist of the present invention are not shown.

또한, 명세서 전체를 통하여 동일한 부분 또는 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역 및 판 등의 부분이 다른 부분 '위에' 있다고 할 때, 이는 다른 부분 '바로 위에' 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 '바로 위에' 있다고 할 때는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In addition, the same reference numerals are attached to the same or similar parts throughout the specification. When parts such as layers, membranes, regions, and plates are 'on top' of another part, this includes not only when the other part is 'just above', but also when there is another part in between. On the contrary, when a part is 'just above' another part, there is no other part in the middle.

본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 특정(特定) 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.Specific terms used in the detailed description of the present invention are provided to aid the understanding of the present invention, and the use of the specific terms may be modified in other forms without departing from the technical spirit of the present invention.

이하에서는 본 발명과 관련된 햅틱 장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.Hereinafter, a haptic device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role.

도 1은 본 발명의 실시예로서 비젼(Vision)을 이용한 햅틱 장치 중 하나를 나타내는 블럭도이다.1 is a block diagram illustrating one of haptic devices using vision as an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 햅틱 장치는 대상 물체에 외부의 힘을 인가하기 위한 그립(Grip, 100), 그립의 좌표 정보 및/또는 위상 정보 등을 포함하는 위치정보를 도출하는데 사용되는 마커(101), 그립(100)과 다자유도 작동기(300)를 연결하고 그립의 회전 운동을 지원하는 회전 관절부(102), 그립의 위상을 측정하기 위한 영상 촬영부(200) 및 그립과 회전 관절부의 움직임을 다 자유도로서 지원하는 다자유도 작동기(300)를 포함할 수 있다. 또한, 햅틱 장치는 사용자의 제어 정보에 따라 다자유도 작동기, 회전 관절부 및 그립의 동작을 제어하고, 영상측정부를 통해 획득한 영상정보로부터 그립의 위상 정보를 산출하는 프로세서(400)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the haptic device is a marker 101 used to derive position information including a grip 100 for applying an external force to a target object, coordinate information of the grip, and / or phase information. , Connecting the grip 100 and the multiple degree of freedom actuator 300 and the rotary joint 102 to support the rotational movement of the grip, the image capturing unit 200 for measuring the phase of the grip and the movement of the grip and the rotary joint It may include a multiple degree of freedom actuator 300 to support as multiple degrees of freedom. In addition, the haptic device may further include a processor 400 for controlling the operations of the multi-degree of freedom actuator, the rotating joint part and the grip according to the control information of the user, and calculating the phase information of the grip from the image information acquired through the image measuring unit. Can be.

그립(100)은 햅틱 장치의 용도에 따라 변경될 수 있는 부분으로서, 사용자의 의사에 따라 대상 물체에 직접 접촉하여 집고, 누르고, 자르고, 당기는 등의 자극을 가하는 모든 수단이 될 수 있다. 물론, 그립은 햅틱 장치의 용례에 따라 직접 접촉하지 않고도 대상 물체에 외부 자극을 가하는 수단으로 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예들에서 그립은 손잡이, 핸들(Handle) 또는 스타일러스(Stylus) 등의 용어와 혼용되어 사용될 수 있다. The grip 100 may be changed according to the purpose of the haptic device, and may be any means for applying stimulation such as picking, pressing, cutting, pulling, and the like by directly contacting the target object according to the user's intention. Of course, the grip may be configured as a means for applying an external stimulus to the object without direct contact depending on the application of the haptic device. In embodiments of the present invention, the grip may be used interchangeably with terms such as a handle, a handle, or a stylus.

마커(101)는 그립의 소정 부분에 위치하여, 그립의 위상 정보 및/또는 좌표 정보를 획득하는데 사용될 수 있다. 마커에 대한 자세한 설명은 후술 한다.The marker 101 may be located at a portion of the grip and used to obtain phase information and / or coordinate information of the grip. Detailed description of the marker will be described later.

회전 관절부(102)는 그립의 일단에서 그립과 결합하여 그립에 3 자유도의 위상을 제공할 수 있다. 따라서, 회전 관절부는 3 자유도의 회전이 가능한 모든 구조를 포함할 수 있다. 또한, 회전 관절부는 그립과 다자유도 작동기와의 체결부로서 동작할 수 있다. 본 발명에서 회전 관절부로서 짐벌(Gimbal) 구조가 사용될 수 있다. 짐벌은 구조물의 동요에 관계없이 기기나 장비가 수평 및 연직으로 놓일 수 있도록 전후 방향축과 좌우 방향축에 대해서 회전을 허용하는 회전 허용 지지물을 의미한다.Rotating joint 102 may engage the grip at one end of the grip to provide the grip with three degrees of freedom. Thus, the rotating joint may include any structure capable of rotating in three degrees of freedom. Also, the rotatable joint can operate as a fastening portion between the grip and the multiple degree of freedom actuator. In the present invention, a gimbal structure can be used as the rotating joint. Gimbal is a rotational support that permits rotation about the front and rear and left and right axes so that equipment or equipment can be placed horizontally and vertically, regardless of the movement of the structure.

영상 촬영부(200)는 햅틱 장치의 일단에 구비되어 그립에 대한 영상정보를 획득하는 수단을 의미한다. 이때, 영상 촬영부는 촬영한 영상에서 마커 또는 임의의 특징점의 추적이 가능한 모든 수단이 되는 장치를 의미한다. 본원 발명의 실시예에서, 영상 촬영부는 육안의 원리를 이용하여 2개의 렌즈를 사용하는 스테레오 카메라, 다자유도의 움직임이 가능한 카메라, 다수의 광원을 이용한 카메라 또는 TOF(Time of Flight)를 이용하여 거리 측정이 가능한 카메라 등이 사용될 수 있다.The image capturing unit 200 means a means provided at one end of the haptic device to obtain image information on the grip. In this case, the image capturing unit refers to a device which is a means capable of tracking a marker or an arbitrary feature point in the captured image. In an embodiment of the present invention, the image capturing unit is a stereo camera using two lenses using a visual principle, a camera capable of multi-degree of freedom movement, a camera using a plurality of light sources, or a distance using a time of flight (TOF). A camera capable of measuring may be used.

또한, 영상 촬영부는 그립과 연결된 회전 관절부를 검출 할 수 있도록 자동적 혹은 수동적으로 동작할 수 있다. 자동적으로 회전 관절부를 검출 할 수 있는 방법의 일례로는 다자유도 회전 구동기가 설치된 팬틸트(Pan/Tilt) 형식의 카메라 시스템을 포함할 수 있으며, 수동적으로 손잡이의 관절부를 검출 할 수 있는 방법의 일례로는 영상 촬영부와 그립의 회전 관절부가 동일 링크부에 위치한 시스템을 포함할 수 있다. 또한, 영상 촬영부에는 촬영한 영상 정보를 처리하여 그립의 위상 정보 및/또는 좌표 정보 등의 위치정보를 산출할 수 있는 영상 처리부 또는 영상 처리장치가 포함될 수 있다.In addition, the image capturing unit may operate automatically or manually to detect the rotating joint connected to the grip. An example of a method of automatically detecting a rotating joint may include a pan / tilt type camera system equipped with a multiple degree of freedom rotating driver, and a method of manually detecting a joint of a handle. For example, the image capturing unit and the rotary joint of the grip may include a system located at the same link unit. The image capturing unit may include an image processing unit or an image processing apparatus capable of processing the captured image information to calculate position information such as phase information and / or coordinate information of the grip.

다자유도 작동기(300)는 사용자에게 힘 피드백 및/또는 촉각 피드백을 줄 수 있도록 최소 둘 이상의 관절을 갖춘 장치이다. 사용자는 다자유도 작동기를 제어하여 그립을 대상 물체에 접촉시키거나 근처에 위치시킬 수 있다. 또한, 사용자는 다자유도 작동기를 제어하여 대상 물체에 물리적인 외력을 인가할 수 있다.The multiple degree of freedom actuator 300 is a device having at least two joints to provide force feedback and / or tactile feedback to a user. The user can control the multiple degree of freedom actuator to place the grip in contact with or near the object. In addition, the user may apply a physical external force to the object by controlling the multiple degree of freedom actuator.

프로세서(400)는 사용자의 제어정보에 따라 햅틱 장치의 각 구성요소를 제어하는 기능을 수행함으로써 사용자가 햅틱 장치를 조작할 수 있도록 하는 부분이다. 프로세서는 미리 입력된 정보를 바탕으로 햅틱 장치를 자동 제어할 수 있으며, 영상 촬영부에서 촬영한 영상 정보를 분석 및 처리할 수 있는 영상 처리부를 포함할 수 있다. 또한, 프로세서는 대상 물체의 표면에 대한 그래픽 정보를 처리할 수 있는 그래픽 카드를 더 포함할 수 있다.The processor 400 performs a function of controlling each component of the haptic device according to the control information of the user so that the user can operate the haptic device. The processor may automatically control the haptic device based on previously input information, and may include an image processor that analyzes and processes image information captured by the image capturing unit. In addition, the processor may further include a graphics card capable of processing graphic information on the surface of the object.

영상 처리부는 영상정보를 변환하거나 알고리즘 처리를 통하여 그립의 좌표 정보 및/또는 위상 정보를 획득할 수 있다. 다만, 영상 처리부는 사용자의 요구에 따라 제어부가 아닌 영상 촬영부에 포함될 수 있다.The image processor may acquire the coordinate information and / or the phase information of the grip by converting the image information or performing algorithm processing. However, the image processor may be included in the image photographing unit instead of the controller according to a user's request.

도 2는 본 발명의 실시예로서 햅틱 장치의 일례를 나타내는 도면이다.2 is a diagram illustrating an example of a haptic device as an embodiment of the present invention.

도 2에서 다자유도 작동기(300)는 두 개의 관절을 갖는 경우를 나타낸다. 다자유도의 일측에는 영상 촬영부(200)가 구비될 수 있으며, 다른 일측에는 회전 관절부(102)가 구비될 수 있다. 이때, 회전 관절부에는 그립(100)이 결합되어 대상 물체에 다 자유도의 외부 자극을 인가할 수 있다.In FIG. 2, the multiple degree of freedom actuator 300 shows a case having two joints. One side of the multi-degree of freedom may be provided with the image capturing unit 200, the other side may be provided with a rotary joint (102). At this time, the grip 100 is coupled to the rotating joint portion to apply an external magnetic pole of multiple degrees of freedom to the target object.

영상 촬영부는 다자유도 작동기의 일측에 고정 형식으로 구비될 수 있다. 예를 들어, 다자유도 작동기의 링크에 붙어서 수동적으로 회전 관절부를 계속 촬영하게 할 수 있다. 또한, 회전 관절부가 연결되는 다자유도 작동기의 링크에 영상 촬영부가 구비될 수 있다. The image capturing unit may be provided in a fixed form on one side of the multi-degree of freedom actuator. For example, the multiple degree of freedom can be attached to the link of the actuator to manually continue to shoot the rotary joint. In addition, an image capturing unit may be provided at a link of the multiple degree of freedom actuator to which the rotary joint unit is connected.

또는, 영상 촬영부는 다자유도 작동기의 일측에 구비되어 다자유도 작동기의 동작에 상응하여 움직임으로써 자동적으로 회전 관절부를 촬영할 수 있다. 예를 들어, 영상 촬영부는 팬-틸트 카메라와 같은 형식으로 다자유도 작동기에 구비되어 다자유도 작동기의 동작에 따라 다자유도 작동기의 말단에 구비된 회전 관절부의 움직임을 추적하여 특정 위치에서의 회전 관절부를 촬영할 수 있다.Alternatively, the image capturing unit may be provided at one side of the multi-degree of freedom actuator to automatically photograph the rotating joint by moving in response to the operation of the multi-degree of freedom actuator. For example, the image capturing unit may be provided in a multi-degree of freedom actuator in a form similar to a pan-tilt camera to track the movement of the rotary joint provided at the end of the multi-degree of freedom actuator according to the operation of the multi-degree of freedom actuator. Rotating joints can be photographed.

본 발명의 실시예들에서, 영상 촬영부가 마커가 구비된 그립 또는 마커 자체를 촬영하지 않고 회전 관절부를 측정하는 이유는 다음과 같다. 그립 또는 마커의 움직임은 사용자의 제어에 따라 다양하게 변하므로 영상 촬영부에서 그립 또는 마커의 움직임을 추적하기 어렵다. 그러나, 그립 또는 마커는 회전 관절부에 결합하여 회전 관절부를 중심으로 움직이며, 그립의 활동 반경이 회전 관절부를 크게 벗어나지 않으므로, 영상 촬영부는 회전 관절부를 촬영함으로써 얻는 영상정보로서 마커의 위상 정보 또는 좌표 정보를 쉽게 획득할 수 있다. 즉, 회전 관절부는 하나의 기준 촬영 포인트로서 사용될 수 있다.In the embodiments of the present invention, the image capturing unit measures the rotational joint part without photographing the grip or the marker itself provided with the marker as follows. Since the movement of the grip or marker varies according to the user's control, it is difficult to track the movement of the grip or the marker in the image capturing unit. However, the grip or the marker is coupled to the rotary joint and moves around the rotary joint, and since the active radius of the grip does not greatly deviate from the rotary joint, the image capturing unit is image information obtained by photographing the rotary joint, and thus, phase information or coordinate information of the marker. Can be easily obtained. That is, the rotating joint portion can be used as one reference imaging point.

도 2에서 그립의 형상은 스타일러스 형태를 갖는다. 스타일러스는 펜 모양으로 대상 물체에 누르거나 찌르는 방식의 외부 자극을 인가할 수 있는 구조를 갖는다. 비록, 도 2에서 도시한 그립은 스타일러스 형태를 가지나, 햅틱 장치의 이용 목적에 따라 그립은 주사기, 집게, 가위, 인덴터 및/또는 프로브 등이 될 수 있다. 그립의 일측 말단에는 마커(101)가 구비되어 그립이 회전 관절부에 의해 3 자유도의 회전 운동을 하는 경우, 그립의 위상 정보를 측정하는데 사용될 수 있다.The shape of the grip in FIG. 2 has the form of a stylus. The stylus has a structure in which a pen-like external stimulus can be applied to a target object by pressing or stabbing. Although the grip shown in FIG. 2 has a stylus shape, the grip may be a syringe, tongs, scissors, indenters and / or probes, or the like, depending on the purpose of the haptic device. A marker 101 is provided at one end of the grip so that the grip 101 can be used to measure phase information of the grip when the grip is rotated by three degrees of freedom.

도 3을 참조하면, 햅틱 장치는 하나의 관절을 갖는 다자유도 작동기(300)를 구비하고 있다. 다자유도 작동기의 일측 말단(310) 부분에는 회전 관절부가 결합될 수 있다.Referring to FIG. 3, the haptic device includes a multiple degree of freedom actuator 300 having one joint. Rotating joint portion may be coupled to one end 310 of the multiple degree of freedom actuator.

도 3의 햅틱 장치는 와이어 드럼(Wire Drum, 320)을 포함하고 있으며, 와이어 드럼은 다자유도 작동기에 회전력을 전달하여 다자유도 작동기의 동작을 제어할 수 있다. 또한, 영상 촬영부(200, 미도시)는 와이어 드럼에 고정되어 그립 및 회전 관절부의 동작에 대한 특정 정지영상을 촬영함으로써, 그립 및 회전 관절부의 위상 정보 및/또는 좌표 정보를 획득할 수 있다. 물론, 도 3의 영상 촬영부도 도 3의 햅틱 장치의 움직임에 적응적으로 반응함으로써 그립에 대한 영상 정보를 획득할 수 있다.The haptic device of FIG. 3 includes a wire drum 320, and the wire drum may transmit a rotational force to the multiple degree of freedom actuator to control the operation of the multiple degree of freedom actuator. In addition, the image capturing unit 200 (not shown) may be fixed to the wire drum to capture a specific still image of the grip and the rotating joint part to acquire phase information and / or coordinate information of the grip and the rotating joint part. Of course, the image capturing unit of FIG. 3 may also acquire image information about the grip by adaptively responding to the movement of the haptic device of FIG. 3.

도 4는 본 발명 실시예로서 햅틱 장치의 또 다른 일례를 나타내는 도면이다.4 is a view showing still another example of the haptic device as an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 햅틱 장치에 구비된 다자유도 작동기(300)의 일측에 회전 관절부(102)가 구비된 경우를 나타내며, 회전 관절부에는 스타일러스 형태의 그립(100)이 구비된 경우를 나타낸다. 또한, 햅틱 장치의 와이어 드럼의 하단에는 영상 촬영부(200)가 구비될 수 있다. 이때, 와이어 드럼에는 모터 엔코더가 포함될 수 있다. 모터 엔코더는 모터의 회전축에 결합함으로써 모터의 회전과 함께 동기화되어 모터의 회전 속도, 회전 방향 및/또는 회전각에 대한 정보를 획득할 수 있다. 사용자는 모터축의 초기 원점 및 현재 위치에 대한 좌표 정보를 획득할 수 있다. 따라서, 회전 관절부에 대한 좌표 정보는 모터 엔코더로서 추적할 수 있다. 이때, 모터 엔코더는 회전 관절부 및/또는 다자유도 작동기의 하나 이상의 관절에 하나 이상 구비될 수 있다. Referring to FIG. 4, the rotation joint portion 102 is provided on one side of the multiple degree of freedom actuator 300 provided in the haptic device, and the grip joint 100 having a stylus shape is provided on the rotation joint portion. In addition, an image capturing unit 200 may be provided at a lower end of the wire drum of the haptic device. In this case, the wire drum may include a motor encoder. The motor encoder can be synchronized with the rotation of the motor by coupling to the rotational axis of the motor to obtain information about the rotational speed, direction of rotation and / or rotational angle of the motor. The user may acquire coordinate information about the initial origin and the current position of the motor shaft. Thus, the coordinate information for the rotating joint can be tracked as a motor encoder. In this case, one or more motor encoders may be provided at one or more joints of the rotary joint part and / or the multiple degree of freedom actuator.

도 5는 본 발명의 실시예로서 마커 및 특징점을 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining a marker and a feature point as an embodiment of the present invention.

도 5(a)는 마커의 예시들을 나타내는 도면이다. 마커는 영상 처리시 명암이 뚜렷하게 표시되는 형태를 갖는다. 도 5(a)를 참조하면, 마커는 정사각형의 검정색 형태로서 내부에는 밝은 색의 형상을 포함하여 명암대비를 뚜렷하게 나타낸다. 즉, 사용자는 마커의 고유 모양을 토대로 마커가 부착된 특정 물체의 3차원 회전각을 측정할 수 있다. 도 5(a)에 도시된 마커들은 본 발명을 설명하기 위한 일례에 불과하며, 사각형이 아닌 원형, 삼각형 사각 이상의 다각형으로 표시될 수도 있다.5A is a diagram illustrating examples of markers. The marker has a form in which contrast is clearly displayed during image processing. Referring to FIG. 5 (a), the marker is a black shape of a square and includes a brightly colored inside to clearly show contrast. That is, the user may measure the 3D rotation angle of the specific object to which the marker is attached based on the unique shape of the marker. The markers shown in FIG. 5 (a) are merely examples for describing the present invention, and may be represented by a circle, a triangle, or a polygon rather than a rectangle.

도 5(b)는 특징점(Feature)의 일례를 나타내는 도면이다. 특징점이란 인위적인 마커는 아니지만, 주변 형상과 특징적으로 다른 지점을 마커로서 이용하는 것을 의미한다. 도 5(b)의 경우에는, 특징점의 일례로서 사람의 눈, 코 및/또는 입의 좌우 끝 지점을 특징점으로서 사용하는 경우를 나타내고 있다.5B is a diagram illustrating an example of a feature point. The feature point is not an artificial marker, but means using a point characteristically different from the surrounding shape. In the case of Fig. 5B, the left and right end points of the human eye, nose and / or mouth are used as feature points as an example of the feature points.

도 6은 본 발명의 실시예로서 3차원 마커의 일례를 나타내는 도면이다.6 is a view showing an example of a three-dimensional marker as an embodiment of the present invention.

도 6(a)를 참조하면, 마커는 정육면체의 형태로 구현될 수 있다. 각 면에는 마커들이 표기될 수 있으며, 서로 다른 모양의 마커들이 표시될 수 있다. 도 6(a)에서는 기본적인 정육면체의 형태를 나타내었으나, 사용자의 요구 사항에 따라 구형 또는 사면체 이상의 다면체 구조를 가질 수 있다.Referring to Figure 6 (a), the marker may be implemented in the form of a cube. Markers may be marked on each side, and markers of different shapes may be displayed. 6 (a) shows the basic cube shape, but may have a spherical or tetrahedral polyhedron structure according to the user's requirements.

도 6(b)를 참조하면, 육면체의 마커를 기준으로 3차원의 회전각을 구하기 위한 기준선을 확인할 수 있다. 즉, 사용자는 영상 촬영부에서 촬영한 마커의 영상 정보를 토대로, 마커가 기준점으로부터 얼마만큼 회전하였는지 여부를 알 수 있다. 따라서, 사용자는 마커가 구비된 그립의 위상 정보를 마커를 통해 획득할 수 있다.Referring to FIG. 6 (b), a reference line for determining a three-dimensional rotation angle based on a marker of a cube may be confirmed. That is, the user may know how much the marker is rotated from the reference point based on the image information of the marker photographed by the image capturing unit. Accordingly, the user may acquire phase information of the grip provided with the marker through the marker.

그립 및/또는 마커의 3 자유도의 위상 정보는 각각 θ, Φ, г로 나타낼 수 있다. 3 자유도의 위상 정보는 회전 방향에 따라 롤(Roll), 피치(Pitch) 및 요(Yaw)로서 표현될 수 있다. 롤은 마커가 좌우 수평 방향으로 어느 정도 회전하였는지를 나타내며, 피치는 마커가 상하로 어느 정도 회전하였는지를 나타내며, 요는 마커가 수직축을 중심으로 어느 정도 회전하였는지를 나타낸다.Phase information of three degrees of freedom of the grip and / or marker may be represented by θ, Φ, and г, respectively. The phase information of three degrees of freedom may be expressed as a roll, pitch, and yaw according to the rotation direction. The roll indicates how much the marker has rotated in the horizontal direction, the pitch indicates how much the marker has rotated up and down, and the yaw indicates how much the marker has rotated about the vertical axis.

예를 들어, 도 6(b)를 참조하면, 육면체 마커를 기준으로 공간을 x, y, z 축으로 분할하는 경우, θ는 그립이 x 축을 중심으로 수평 방향으로의 회전각을 나타내고, Φ는 그립이 y 축을 중심으로의 회전각을 나타내며, г는 z 축을 중심으로의 회전각을 나타낸다. 본 발명의 실시예들에서 그립 및/또는 마커의 위상 정보는 롤-피치-요(RPY: Roll-Pitch-Yaw)로서 특정될 수 있다. 이하에서는 그립의 위상 정보를 산출하는 방법에 대해서 구체적으로 설명한다.For example, referring to FIG. 6 (b), when the space is divided into x, y, and z axes based on a hexahedral marker, θ represents a rotation angle in the horizontal direction about the x axis, and Φ is The grip represents the angle of rotation about the y axis, and г represents the angle of rotation about the z axis. In embodiments of the invention the grip and / or marker phase information may be specified as a Roll-Pitch-Yaw (RPY). Hereinafter, a method of calculating the phase information of the grip will be described in detail.

도 7은 본 발명의 실시예로서 그립의 3차원 위상 정보를 산출하는 방법의 일례를 나타내는 도면이다.7 is a diagram showing an example of a method for calculating three-dimensional phase information of a grip as an embodiment of the present invention.

그립은 햅틱 장치의 제어에 따라 3 자유도의 위상을 가질 수 있다. 햅틱 장치에서는 그립의 위상 정보를 획득함으로써, 대상 물체에 사용자가 원하는 외부 자극을 정확히 인가할 수 있다. 그립의 위상 정보는 영상 촬영부(200)에서 마커 및/또는 회전 관절부(102)를 수동적 또는 자동적으로 촬영한 영상 정보를 기반으로 획득될 수 있다.The grip may have a phase of three degrees of freedom under control of the haptic device. In the haptic device, by acquiring phase information of the grip, an external stimulus desired by the user can be precisely applied to the target object. The grip phase information may be obtained based on image information obtained by manually or automatically capturing the marker and / or the rotating joint part 102 by the image capturing unit 200.

햅틱 장치에 내장된 프로세서는 햅틱 장치의 동작을 제어하며, 영상 촬영부를 제어하여 마커 및/또는 회전 관절부의 현재 모습을 촬영한 영상 정보를 획득할 수 있다. 프로세서는 촬영한 영상 정보에서 마커의 회전각을 산출함으로써 마커의 위상 정보를 산출할 수 있다. The processor embedded in the haptic device controls the operation of the haptic device, and may control the image capturing unit to acquire image information of the current state of the marker and / or the rotating joint. The processor may calculate phase information of the marker by calculating a rotation angle of the marker from the captured image information.

이때, 영상 촬영부는 촬영한 영상 정보를 프로세서에 전달하기 전에, 미리 이미지 처리를 하여 전달 할 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 실시예로서 영상 촬영부에 영상 처리모듈(또는, 영상 처리부)이 구비되어, 촬영한 영상 이미지에서 마커의 위치를 식별하여 프로세서에 전달할 수 있다. 또한, 영상 촬영부 자체에서 영상 정보를 기반으로 마커의 위상 정보를 계산하여 도출한 결과값만을 프로세서에 전달할 수도 있다. 이러한 경우에는, 프로세서에서 마커의 위상 정보 및 그립의 위상 정보를 획득할 수 있다. 이하에서는 마커의 위상 정보를 획득하기 위한 방법을 도 7(b)에서 설명한 롤-피치-요(RPY)의 회전각을 기반으로 자세히 설명한다.In this case, the image capturing unit may perform image processing in advance before delivering the captured image information to the processor. That is, as another embodiment of the present invention, an image processing module (or image processing unit) is provided in the image capturing unit so that the position of the marker in the captured image image can be identified and transmitted to the processor. In addition, only the result value obtained by calculating the phase information of the marker based on the image information may be transmitted to the processor. In this case, the processor may acquire the phase information of the marker and the phase information of the grip. Hereinafter, a method for acquiring the phase information of the marker will be described in detail based on the rotation angle of the roll-pitch-yaw (RPY) described with reference to FIG.

그립 및/또는 마커의 3 자유도의 위상각은 각각 θ, Φ, г로 나타낼 수 있으며, 그립 및/또는 마커의 3 자유도의 위상 정보를 측정하는 방법을 θ, Φ, г 값을 획득하는 방법으로서 설명한다.The phase angles of the three degrees of freedom of the grip and / or the marker may be represented by θ, Φ and г, respectively. The method of measuring the phase information of the three degrees of freedom of the grip and / or the marker is a method of obtaining the values of θ, Φ, and г. Explain.

도 7(a) 및 도 7(b)를 참조하면, 그립(100)은 회전 관절부(102)를 중심으로, 회전 관절부에 의해 도 7(a) 및 도 7(b)의 점선으로 표시된 회전 반경 내에서 구형의 운동 범위를 가질 수 있다. 즉, 그립은 회전 관절부에 의해 3 자유도의 위상 변이를 할 수 있다. 이때, 마커(101)는 그립의 일측 말단 부분에 구비될 수 있으며, 회전 관절부로부터 L 거리상에 마커가 구비될 수 있다.7 (a) and 7 (b), the grip 100 is rotated about the rotary joint 102 and the radius of rotation indicated by the broken lines of FIGS. 7 (a) and 7 (b) by the rotary joint. It can have a sphere of motion within. That is, the grip can be phase shifted in three degrees of freedom by the rotational joint portion. At this time, the marker 101 may be provided at one end portion of the grip, the marker may be provided on the L distance from the rotation joint.

영상 촬영부(200)에서는 회전 관절부를 기준으로 그립을 촬영하고, 촬영된 영상 정보에는 그립의 구형의 운동 범위가 원형으로 나타날 수 있다. 이때, 영상 이미지에서 회전 관절부와 마커 사이의 거리를 측정하면 이미지 상의 거리인 L’을 산출할 수 있다.In the image capturing unit 200, the grip is photographed based on the rotational joint part, and a spherical motion range of the grip may appear in a circle in the captured image information. In this case, by measuring the distance between the rotational joint and the marker in the image image it can be calculated L 'that is the distance on the image.

θ 값은 회전 관절부의 중심 좌표와 마커의 중심 좌표를 사용자(또는, 햅틱 장치)가 알고 있다고 가정 할 때, 두 벡터 사이의 각도를 구하는 방법을 이용하면 쉽게 구할 수 있다. 예를 들어, 공간상에서 회전 관절부의 중심 좌표는 벡터 U로서 표현될 수 있으며, 마커의 중심 좌표는 벡터 V로서 표현될 수 있다. 이때, 두 벡터의 사이각(θ)은 다음 수학식 1로서 구할 수 있다.Assuming that the user (or the haptic device) knows the center coordinates of the rotating joint and the center coordinates of the marker, the θ value can be easily obtained by using the method of obtaining the angle between the two vectors. For example, the center coordinates of the rotating joint in space may be represented as a vector U, and the center coordinates of the marker may be represented as a vector V. In this case, the angle θ between the two vectors may be obtained as Equation 1 below.

Figure pat00001
Figure pat00001

Φ 값은 회전 관절부의 중심과 마커와의 이미지 상의 거리인 L’을 구한 뒤, 기 설정된 실제 거리인 L을 이용하여 다음 수학식 2를 이용하여 구할 수 있다.The value of Φ can be obtained by using the following Equation 2 using L ′, which is the distance on the image between the center of the rotating joint and the marker, and using L, which is a preset actual distance.

Figure pat00002
Figure pat00002

г 값은 마커가 영상 촬영부의 초점의 정 중앙에 있을 때를 기준으로 마커의 위치가 변경된 경우, 도 7(c)와 같이 마커의 위상을 측정함으로써 구할 수 있다. 예를 들어, 영상 촬영부가 햅틱 장치의 특정 부분에 구비되어 수동적으로 동작하는 경우에는, 도 7(c)의 좌측 도면은 마커가 영상 촬영부의 초점과 일치하는 선상에 놓였을 때를 기준 축으로 하고 있음을 나타내고 있다. 이때, 도 7(c)의 우측 도면은 마커가 이동한 경우 기준 축으로부터 마커가 어느 정도 회전하였는지를 나타내는 도면이다.The? value can be obtained by measuring the phase of the marker as shown in FIG. 7C when the position of the marker is changed based on when the marker is at the center of the focal point of the image capturing unit. For example, in the case where the image capturing unit is provided in a specific part of the haptic device and operated manually, the left figure of FIG. 7C is a reference axis when the marker is placed on a line coinciding with the focal point of the image capturing unit. It is present. 7C is a diagram showing how much the marker is rotated from the reference axis when the marker is moved.

만약, 영상 촬영부가 적응적으로 햅틱 장치의 동작에 맞추어 동작하는 경우(e.g. 팬틸트 카메라 등의 경우)에는, 마커의 한 점을 기준점으로 잡고, 다음 촬영 시 마커가 기준점을 기준으로 어느 정도 이동하였는지를 기반으로 г 값을 측정할 수 있다.If the image capturing unit adaptively operates in accordance with the operation of the haptic device (eg, a pan tilt camera, etc.), one point of the marker is taken as a reference point, and how much the marker has moved relative to the reference point during the next shooting. The value of г can be measured based on that.

이와 같이, 사용자는 그립의 위상 정보를 영상 촬영부에서 촬영한 영상을 토대로 마커의 위상 정보를 이용하여 획득할 수 있다. 즉, 사용자는 마커의 중심이 수평 방향에서 얼마나 회전하였는가를 측정함으로써 θ 값을 얻을 수 있으며, 마커의 패턴이 얼마나 회전하였는가를 측정함으로써 г 값을 획득할 수 있으며, 마커와 회전 관절부의 실제 길이 L과 이미지 상에서 측정된 거리 L’의 관계로부터 Φ 값을 구할 수 있다.As such, the user may acquire the phase information of the grip using the phase information of the marker based on the image photographed by the image capturing unit. That is, the user can obtain the value θ by measuring how much the center of the marker is rotated in the horizontal direction, obtain the value of г by measuring how much the pattern of the marker is rotated, and the actual length L of the marker and the rotating joint part. The value of Φ can be obtained from the relationship between the distance L 'and the measured distance L' on the image.

도 8은 본 발명의 실시예로서 햅틱 장치를 제어하는 방법 중 하나를 나타내는 도면이다.8 is a diagram illustrating one of methods of controlling a haptic device according to an embodiment of the present invention.

사용자는 본 발명의 실시예들에서 개시한 햅틱 장치를 조작하여 햅틱 장치의 다자유도 작동기(300)를 구동할 수 있다. 즉, 사용자는 햅틱 장치를 제어하여 대상 물체에 외부 자극을 가하기 위한 햅틱 장치의 다자유도 작동기를 위치시킬 수 있다(S810).The user may operate the haptic device disclosed in the embodiments of the present invention to drive the multiple degree of freedom actuator 300 of the haptic device. That is, the user may control the haptic device to position the multi-degree of freedom actuator of the haptic device to apply an external stimulus to the object (S810).

다자유도 작동기가 대상 물체에 소정의 외부 자극을 가할 수 있는 지점에 위치하게 되면, 사용자는 회전 관절부(102)를 구동하여 회전 관절부에 결합된 그립(100)에 3 자유도의 위상 변이를 인가할 수 있다(S820). When the multiple degree of freedom actuator is positioned at a point where a predetermined external stimulus can be applied to the object, the user can drive the rotary joint 102 to apply a phase shift of three degrees of freedom to the grip 100 coupled to the rotary joint. It may be (S820).

사용자는 S810 및 S820 단계를 이용하여 대상 물체에 그립을 이용하여 외부 자극을 인가할 수 있다. 햅틱 장치는 사용자의 제어에 따라 다자유도 작동기 및 회전 관절부를 움직이므로, 회전 관절부 및/또는 마커의 좌표 정보를 실시간으로 획득할 수 있다(S830). The user may apply an external stimulus to the target object by using the grip using the steps S810 and S820. Since the haptic device moves the multi-degree of freedom actuator and the rotating joint under the control of the user, the haptic device may acquire coordinate information of the rotating joint and / or the marker in real time.

이때, 회전 관절부의 좌표 정보는 모터 엔코더로서 추적이 가능하다.In this case, the coordinate information of the rotation joint may be tracked as a motor encoder.

영상 촬영부(200)는 주기적으로 또는 사용자의 제어에 따라 비주기적으로 회전 관절부를 촬영하여 영상 정보를 획득할 수 있다(S840).The image capturing unit 200 may acquire image information by capturing the rotating joint part periodically or aperiodically under the control of the user (S840).

또한, 햅틱 장치의 제어부는 S830 단계에서 획득한 좌표 정보와 S840에서 촬영한 영상 정보를 기반으로 그립의 위상 정보를 산출할 수 있다(S850). 그립의 3차원 위상 정보를 산출하는 방법은 도 7의 설명을 참조할 수 있다.
In addition, the controller of the haptic device may calculate the phase information of the grip based on the coordinate information obtained in operation S830 and the image information photographed in operation S840 (S850). The method of calculating the three-dimensional phase information of the grip may refer to the description of FIG. 7.

본 발명의 다른 실시예에서는 마커(101) 대신에 특징점이 사용될 수 있다. 도 5(b)에서는 사람의 얼굴을 예로 들어 특징점을 설명하였으나, 그립이 사용되는 경우에는 그립의 양 끝단 및 회전 관절부의 중심부가 특징점으로 사용될 수 있다.In other embodiments of the present invention, feature points may be used instead of the marker 101. In FIG. 5 (b), a feature point is described using an example of a face of a person. However, when the grip is used, both ends of the grip and the center of the rotating joint may be used as the feature point.

본 발명의 또 다른 실시예로서, 마커(101)의 소재로서 적외선을 발광할 수 있는 발광다이오드(LED: Light Emitting Diode)가 사용될 수 있다. 이러한 경우, 영상 촬영부는 적외선을 검출할 수 있는 적외선 카메라 시스템을 구비하는 것이 바람직하며, 적외선 영상을 촬영할 수 있다. 즉, 영상 처리부에서는 촬영한 적외선 영상에서 해당 지점을 검출함으로써 그립의 위상 정보를 획득할 수 있다.As another embodiment of the present invention, a light emitting diode (LED) capable of emitting infrared rays may be used as a material of the marker 101. In this case, the image capturing unit preferably includes an infrared camera system capable of detecting infrared rays, and may capture infrared images. That is, the image processor may acquire phase information of the grip by detecting a corresponding point in the captured infrared image.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있다.The present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. Accordingly, the above detailed description should not be construed as limiting in all aspects and should be considered as illustrative. The scope of the invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the invention are included in the scope of the invention. In addition, claims that do not have an explicit citation in the claims may be combined to form an embodiment or included in a new claim by amendment after the application.

100: 그립
101: 마커
102: 회전 관절부
200: 영상 촬영부
300: 다자유도 작동기
400: 프로세서
100: grip
101: marker
102: rotating joint
200: video recording unit
300: multiple degree of freedom actuator
400: processor

Claims (17)

영상 정보를 이용하는 햅틱 장치에 있어서,
대상 물체에 외부 자극을 인가하기 위한 그립;
상기 그립의 일단에 구비되는 마커;
상기 그립을 상기 대상 물체에 접근시키기 위한 다자유도 작동기;
상기 그립과 상기 다자유도 작동기를 결합하고, 상기 그립에 3자유도의 회전 운동을 제공하는 회전 관절부; 및
상기 그립, 상기 마커 및 상기 회전 관절부 중 하나 이상을 촬영하여 상기 영상 정보를 획득하는 영상 촬영부를 포함하는, 햅틱 장치.
In the haptic device using the image information,
A grip for applying an external stimulus to the object;
A marker provided at one end of the grip;
A multiple degree of freedom actuator for accessing the grip to the object;
A rotary joint unit coupling the grip and the multi-degree of freedom actuator to provide a three degree of freedom rotational movement to the grip; And
And an image capturing unit for capturing at least one of the grip, the marker, and the rotating joint part to obtain the image information.
제 1항에 있어서,
상기 다자유도 작동기, 상기 회전 관절부, 상기 그립 및 상기 영상 촬영부를 제어하기 위한 프로세서를 더 포함하되,
상기 프로세서는 상기 대상 물체에 상기 외부 자극이 인가될 때 상기 영상 정보를 획득하도록 상기 영상 촬영부를 제어하고, 상기 영상 정보로부터 상기 그립에 대한 위상 정보를 도출하는 것을 특징으로 하는, 햅틱 장치.
The method of claim 1,
Further comprising a processor for controlling the multi-degree of freedom actuator, the rotary joint, the grip and the image capturing unit,
And the processor controls the image capturing unit to obtain the image information when the external stimulus is applied to the target object, and derives phase information about the grip from the image information.
제 2항에 있어서,
상기 그립에 대한 위상 정보는, 상기 마커의 좌표 정보, 상기 회전 관절부의 좌표 정보 및 상기 영상 정보에서 도출한 상기 마커의 3 차원 회전각을 이용하여 도출되는, 햅틱 장치.
The method of claim 2,
The phase information on the grip is derived using coordinate information of the marker, coordinate information of the rotating joint part, and three-dimensional rotation angle of the marker derived from the image information.
제 3항에 있어서,
상기 마커는 적외선을 발광하는 발광다이오드(LED)를 포함하고,
상기 영상 촬영부는 상기 적외선을 검출할 수 있는 적외선 카메라 시스템을 포함하는, 햅틱 장치.
The method of claim 3,
The marker includes a light emitting diode (LED) emitting infrared light,
The image capturing unit includes an infrared camera system capable of detecting the infrared, haptic device.
영상 정보를 이용하는 햅틱 장치에 있어서,
대상 물체에 외부 자극을 인가하기 위한 그립;
상기 그립의 일단에 구비되는 마커;
상기 그립을 상기 대상 물체에 접근시키기 위한 다자유도 작동기;
상기 그립과 상기 다자유도 작동기를 결합하고, 상기 그립에 3자유도의 회전 운동을 제공하는 회전 관절부; 및
상기 그립, 상기 마커 및 상기 회전 관절부 중 하나 이상을 촬영하여 상기 영상 정보를 획득하는 영상 촬영부를 포함하고,
상기 영상 촬영부는 상기 영상 정보를 처리하여 상기 그립의 위상 정보를 도출하는 영상 처리모듈을 더 포함하는, 햅틱 장치.
In the haptic device using the image information,
A grip for applying an external stimulus to the object;
A marker provided at one end of the grip;
A multiple degree of freedom actuator for accessing the grip to the object;
A rotary joint unit coupling the grip and the multi-degree of freedom actuator to provide a three degree of freedom rotational movement to the grip; And
An image capturing unit configured to acquire at least one of the grip, the marker, and the rotating joint part to obtain the image information;
The image capturing unit further comprises an image processing module for processing the image information to derive the phase information of the grip.
제 5항에 있어서,
상기 그립에 대한 위상 정보는,
상기 마커의 좌표 정보, 상기 회전 관절부의 좌표 정보 및 상기 영상 정보에서 도출한 상기 마커의 3 차원 회전각을 이용하여 도출되는, 햅틱 장치.
6. The method of claim 5,
Phase information about the grip,
The haptic device is derived using the three-dimensional rotation angle of the marker derived from the coordinate information of the marker, the coordinate information of the rotating joint portion and the image information.
제 6항에 있어서,
상기 마커는 적외선을 발광하는 발광다이오드(LED)를 포함하고,
상기 영상 촬영부는 상기 적외선을 검출할 수 있는 적외선 카메라 시스템을 포함하는, 햅틱 장치.
The method according to claim 6,
The marker includes a light emitting diode (LED) emitting infrared light,
The image capturing unit includes an infrared camera system capable of detecting the infrared, haptic device.
영상 정보를 이용하는 햅틱 장치에 있어서,
대상 물체에 외부 자극을 인가하기 위한 그립;
상기 그립의 일단에 구비되는 마커;
상기 그립을 상기 대상 물체에 접근시키기 위한 다자유도 작동기;
상기 그립과 상기 다자유도 작동기를 결합하고, 상기 그립에 3자유도의 회전 운동을 제공하는 회전 관절부;
상기 마커의 좌표 정보 및 상기 회전 관절부의 좌표 정보를 획득하기 위한 하나 이상의 엔코더; 및
상기 그립, 상기 마커 및 상기 회전 관절부 중 하나 이상을 촬영하여 상기 영상 정보를 획득하는 영상 촬영부를 포함하는, 햅틱 장치.
In the haptic device using the image information,
A grip for applying an external stimulus to the object;
A marker provided at one end of the grip;
A multiple degree of freedom actuator for accessing the grip to the object;
A rotary joint unit coupling the grip and the multi-degree of freedom actuator to provide a three degree of freedom rotational movement to the grip;
At least one encoder for acquiring coordinate information of the marker and coordinate information of the rotating joint part; And
And an image capturing unit for capturing at least one of the grip, the marker, and the rotating joint part to obtain the image information.
제 8항에 있어서,
상기 다자유도 작동기, 상기 회전 관절부, 상기 그립 및 상기 영상 촬영부를 제어하기 위한 프로세서를 더 포함하되,
상기 프로세서는 상기 대상 물체에 상기 외부 자극이 인가될 때 상기 영상 정보를 획득하도록 상기 영상 촬영부를 제어하고, 상기 영상 정보로부터 상기 그립에 대한 위상 정보를 도출하는 것을 특징으로 하는, 햅틱 장치.
The method of claim 8,
Further comprising a processor for controlling the multi-degree of freedom actuator, the rotary joint, the grip and the image capturing unit,
And the processor controls the image capturing unit to obtain the image information when the external stimulus is applied to the target object, and derives phase information about the grip from the image information.
제 9항에 있어서,
상기 그립에 대한 위상 정보는, 상기 마커의 좌표 정보, 상기 회전 관절부의 좌표 정보 및 상기 영상 정보에서 도출한 상기 마커의 3 차원 회전각을 이용하여 도출되는, 햅틱 장치.
The method of claim 9,
The phase information on the grip is derived using coordinate information of the marker, coordinate information of the rotating joint part, and three-dimensional rotation angle of the marker derived from the image information.
영상 정보를 이용하는 햅틱 장치를 제어하는 방법에 있어서,
대상 물체에 외부 자극을 인가하기 위해 다자유도 작동기를 제어하는 단계;
상기 다자유도 작동기에 구비된 회전 관절부 및 그립을 제어하여 상기 대상 물체에 상기 외부 자극을 인가하는 단계;
상기 회전 관절부의 좌표 정보 및 상기 마커의 좌표 정보를 획득하는 단계;
상기 회전 관절부 및 상기 그립에 구비된 마커에 대한 영상 정보를 획득하는 단계; 및
상기 회전 관절부의 좌표 정보, 상기 마커의 좌표 정보 및 상기 영상 정보를 이용하여 상기 그립의 위상 정보를 산출하는 단계를 포함하는, 햅틱 장치 제어방법.
In the method for controlling the haptic device using the image information,
Controlling the multiple degree of freedom actuator to apply an external stimulus to the object;
Controlling the rotary joint part and the grip provided to the multi-degree of freedom actuator to apply the external stimulus to the target object;
Acquiring coordinate information of the rotary joint part and coordinate information of the marker;
Acquiring image information about the marker provided on the rotary joint part and the grip; And
And calculating phase information of the grip by using coordinate information of the rotating joint part, coordinate information of the marker, and the image information.
제 11항에 있어서,
상기 그립의 위상 정보는,
상기 마커의 좌표정보, 상기 회전 관절부의 좌표정보, 상기 마커와 상기 회전 관절부의 실제 거리 정보, 상기 영상 정보에서 획득한 상기 마커와 상기 회전 관절부의 이미지상 거리 정보 및 상기 마커의 위상정보 중 하나 이상을 이용하여 산출되는, 햅틱 장치 제어방법.
12. The method of claim 11,
Phase information of the grip,
At least one of coordinate information of the marker, coordinate information of the rotating joint part, actual distance information of the marker and the rotating joint part, distance information on the image obtained from the marker and the rotating joint part, and phase information of the marker obtained from the image information. Calculated using the haptic device control method.
제 12항에 있어서,
상기 회전 관절부는,
상기 그립과 상기 다자유도 작동기를 결합하고 상기 그립에 3자유도의 회전 운동을 제공하는, 햅틱 장치 제어방법.
13. The method of claim 12,
The rotating joint portion,
And coupling the grip with the multiple degree of freedom actuator and providing a three degree of freedom rotational motion to the grip.
영상 정보를 이용하는 햅틱 장치를 제어하는 방법에 있어서,
상기 햅틱 장치에 구비된 마커의 좌표 정보를 획득하는 단계;
상기 마커에 대한 영상 정보를 획득하는 단계; 및
상기 좌표 정보 및 상기 영상 정보를 이용하여 상기 마커가 구비된 그립의 위상 정보를 산출하는 단계를 포함하되,
상기 그립에 대한 위상 정보는 상기 마커의 좌표 정보 및 상기 영상 정보에서 도출한 상기 마커의 3 차원 회전각을 이용하여 산출되는, 햅틱 장치 제어방법.
In the method for controlling the haptic device using the image information,
Acquiring coordinate information of a marker included in the haptic device;
Acquiring image information about the marker; And
Comprising the step of calculating the phase information of the grip equipped with the marker using the coordinate information and the image information,
Phase information for the grip is calculated using the coordinate information of the marker and the three-dimensional rotation angle of the marker derived from the image information, the haptic device control method.
제 14항에서,
상기 마커의 3 차원 회전각은,
상기 마커의 좌표 정보, 상기 마커와 회전 관절부의 실제 거리 정보 및 상기 영상 정보에서 획득된 상기 마커와 상기 회전 관절부의 이미지상 거리 정보 중 하나 이상을 이용하여 산출되는, 햅틱 장치 제어방법.
The method of claim 14,
The three-dimensional rotation angle of the marker,
And at least one of coordinate information of the marker, actual distance information of the marker and the rotating joint part, and distance information on the image of the marker and the rotating joint part obtained from the image information.
제 15항에 있어서,
상기 회전 관절부는,
대상 물체에 외부 자극을 인가하는 상기 그립과 상기 대상 물체에 상기 외부 자극을 인가하기 위해 상기 그립을 제어하는 다자유도 작동기를 결합하고,
상기 그립에 3자유도의 회전 운동을 제공하는, 햅틱 장치 제어방법.
16. The method of claim 15,
The rotating joint portion,
Combining the grip for applying an external stimulus to a target object and a multiple degree of freedom actuator for controlling the grip to apply the external stimulus to the target object,
Providing a rotational motion of three degrees of freedom in the grip.
영상 정보를 이용하는 햅틱 장치에 있어서,
대상 물체에 외부 자극을 인가하기 위한 그립;
상기 그립의 일단에 구비되는 3차원 입체 마커;
상기 그립을 상기 대상 물체에 접근시키기 위한 다자유도 작동기;
상기 그립과 상기 다자유도 작동기를 결합하고, 상기 그립에 3자유도의 회전 운동을 제공하는 회전 관절부;
상기 3차원 입체 마커의 좌표 정보 및 상기 회전 관절부의 좌표 정보를 획득하기 위한 엔코더;
상기 그립, 상기 마커 및 상기 회전 관절부를 촬영하여 상기 영상 정보를 획득하는 영상 촬영부; 및
상기 영상 정보를 처리하여 상기 그립의 위상 정보를 도출하는 영상 처리모듈을 포함하는, 햅틱 장치.
In the haptic device using the image information,
A grip for applying an external stimulus to the object;
A three-dimensional solid marker provided at one end of the grip;
A multiple degree of freedom actuator for accessing the grip to the object;
A rotary joint unit coupling the grip and the multi-degree of freedom actuator to provide a three degree of freedom rotational movement to the grip;
An encoder for acquiring coordinate information of the three-dimensional solid marker and coordinate information of the rotating joint part;
An image capturing unit configured to acquire the image information by capturing the grip, the marker, and the rotating joint part; And
And an image processing module for processing the image information to derive the phase information of the grip.
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