KR20180096155A - 다기능 복수장비용 가상현실적용 모션 시뮬레이터와 구현방법 - Google Patents

다기능 복수장비용 가상현실적용 모션 시뮬레이터와 구현방법 Download PDF

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KR20180096155A KR1020170022459A KR20170022459A KR20180096155A KR 20180096155 A KR20180096155 A KR 20180096155A KR 1020170022459 A KR1020170022459 A KR 1020170022459A KR 20170022459 A KR20170022459 A KR 20170022459A KR 20180096155 A KR20180096155 A KR 20180096155A
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Abstract

적어도 하나 이상의 서로 다른 장비의 조종훈련을 하는 모션 시뮬레이터에 있어서 특정장비에 국한된 전용 시뮬레이터를 사용하지 않고 용이하게 하나의 기본 베이스 시스템을 사용하여 여러 종류의 전용 시뮬레이터에 대비하여 저비용의 적은 공간에서 다양한 장비의 조종훈련을 할 수 있는 시스템으로써, 서로 다른 장비의 조종훈련을 할 수 있도록 교체 가능한 다수의 모형조종장치들과 상기 모형조종장치들에 대하여 착탈이 가능한 연결부를 구비한 적어도 하나의 모션플랫폼과 가상현실장치를 구비하고 모션제어시스템과 영상제어시스템을 구비함으로써 다기능 다목적 가상현실 모션 시뮬레이션 시스템을 구현할 수 있다

Description

다기능 복수장비용 가상현실적용 모션 시뮬레이터와 구현방법 {Multi-function multi-equipment virtual Reality Motion simulator and the method}
본 발명은 실제 장비나 시스템을 사용하지 않고 장비나 시스템의 일부가 유사한 모형장치를 통해서 새로운 장비나 시스템의 사용 전에 학습이나 훈련을 시키는 모션 시뮬레이터에 대한 것으로 하나의 모션장치를 기반으로 여러 종류의 장비들에 대하여 훈련이 가능하고 시스템 제조비용과 운영비용이 저감되도록 가상현실장치를 활용한 모션 시뮬레이션 장치와 운용 방법에 관한 것이다.
일반적으로 영상기반으로 가상현실(Virtual Reality, 이하 VR)기술은 현실 세계를 차단하고 사이버공간과 같이 허상의 영상만을 보여주는 것으로 컴퓨터 그래픽이나 카메라 기술을 활용하여 다양한 입체감을 가지는 영상을 만들 수 있다. 또한 증강현실(Augmented Reality, 이하 AR)기술은 현실 세계 위에 가상의 정보를 입혀 보여주는 기술로 현실로 보는 정보에 추가적으로 가상의 정보들을 보여주는 기술이다. 또한 최근에는 AR과 VR의 장점을 융합 또는 복합적으로 활용하는 기술인 융합현실(Merged Reality) 또는 혼합현실(Mixed Reality, 이하 MR)기술은 현실 세계와 가상의 정보를 결합한 기술로써 현실과 상호작용을 할 수 있는 AR기술의 장점과 몰입을 높여주는 VR기술의 장점을 결합한 기술로써 현실을 기반으로 가상공간을 덧씌워 보여주거나 2차원 그래픽을 3차원으로 입체감을 가지도록 보여주는 기술이다. 최근 VR이나 AR기술을 응용하여 가상 환경을 사용자로 하여금 체험할 수 있도록 만들어진 가상현실기반의 게임이나 영화관 및 시뮬레이터들이 만들어지고 있다. 가상현실이나 증강현실 기술과 모션제어가 가능한 시뮬레이션을 이동하면 시각뿐만 아니라 3차원 및 다양한 감각을 가상적으로 느낄 수 있도록 하여 오락차원을 넘어서 산업적으로 활용이 가능하게 된다. 특히 새로운 장비나 시스템을 학습하고 숙달해야 하는 상황에서는 실제 장비와 유사한 효과를 가지는 장치들이 필요하다. 최근 이러한 시도들이 있고 장치들이 개발되어 가상훈련을 하는 경우 실제 장비를 사용하거나 실제 모형 장비를 활용하는 것과 실제적으로 유사한 효과를 가지게 된다.
시각적인 효과에 부가적으로 신체적으로 체험을 하면서 게임이나 훈련을 하기 위해서는 다양한 방향으로의 움직임과 다양한 각도로 회전할 수 있는 모션장치가 필요하다. 기존에 산업용으로 사용하던 로봇들을 응용한 모션장치들이 개발되고 있다.
실제 자동차, 항공기 및 특수장비들이 만들어져 실제 사용자에게 판매나 전달이 되어 운영이 되기 위해서는 해당 장비나 시스템에 대하여 선행적으로 학습하거나 훈련이 되어 있어야 안전하게 효율적으로 장비나 시스템을 활용하게 된다. 통상 실제 장비를 가지고 학습과 훈련을 통해서 상당한 반복이 되어야 새로운 장비나 시스템을 원활하게 운영을 할 수 있게 된다. 그러나 실제 장비를 통한 학습이나 훈련은 해당 장비나 시스템의 제어가 익숙하지 않은 상태에서 운영함에 따른 안전과 운영비용이 매우 많이 들게 된다. 또한 실제 장비를 운영하는 도중에 해당 장비나 시스템이 고장이나 손상을 받기도 하고 연습도중에 안전사고들도 다반사로 발생하게 된다. 따라서 대부분의 경우는 실제 장비나 시스템을 사용하기 전에 실제 운행하지 않고서 조종이나 제어할 수 있는 장치나 장비를 활용하여 학습과 훈련을 통해서 특정 장치나 시스템을 숙달시키게 된다. 최근에는 단순히 조종이나 제어판의 위치나 작동하는 것뿐만 아니라, 실제 상황에 가까운 장치나 장비로부터 반응을 체험할 수 있도록 더욱 다양한 모션제어가 가능한 시뮬레이터들이 개발되고 있다. 산업용 로봇의 경우는 다양한 움직임뿐만 아니라 제어 성능이 고속 고정도의 제어가 가능하여 단순한 움직임이 아닌 3내지 5자유도, 720도의 회전이 가능한 실제에 가까운 모션 시뮬레이션이 개발이 되고 있다. 실제 장비나 장치를 사용하지 않고 모형으로 만들어진 장치를 통해서 반복훈련이나 연습을 하게 함으로써 해당 장비나 시스템을 처음 배우는 사람으로 하여금 짧은 시간 내에 안전이 보장 된 상태에서 훈련을 할 수 있게 하는 유익한 효과가 있다. 특히 항공기나 특수목적장비, 중장비, 군용장비 등 일반인에게 익숙하지 않는 분야에서는 해당 장비를 직접 운영하여 훈련하거나 숙달시키는 데에는 운용시간과 비용 및 훈련대상자에게 주어지는 훈련시간 등에 제약적인 요소들을 해소하기 위하여 모션 시뮬레이션 장치들이 도입되고 있다.
본 발명은 상기와 같이 모션시뮬레이터를 구비해야 하는 상황에서 구축비용과 운영효율을 높이기 위한 방법 및 장치에 대한 것으로 가상현실 장치를 활용하고 다양한 형태의 장비에 용이하게 대응이 되는 다기능 다목적 모션 시뮬레이션 시스템에 대한 것이다.
미국 공개특허 US 20110039235 (2011.02.17) 국제 공개특허 WO 2013154386 A1 (2013.10.17) 국제 공개특허 WO2009089561 A2 (2009.07.23)
본 발명은 상기와 같이 다양한 장비와 시스템을 운영함에 있어서 사용자 교육이나 훈련을 하기 위한 모션 시뮬레이터가 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 모션 시뮬레이션을 도입하여 운영함에 있어서도 시스템 자체가 고가로써 투자 대비 효과 부분에서도 효율이 낮은 상태인 경우가 많다. 실제 장비보다는 구입가격이나 운영비용이 낮지만 단일 장비를 운용하는 상황이 아닌 다양한 장비들을 구비하여 운영해야 하는 상황에서는 각각 별도의 모션 시뮬레이터를 구비하는 것도 비용과 각각의 시뮬레이션 장치를 설치하기 위해서는 넓은 공간이 추가적으로 비례적으로 필요하게 되고 각각의 시뮬레이션의 활용 시기에 따라서 각각의 장치들을 운영하는 비용과 관리, 장치들의 유지보수 등의 운영효율 등의 측면에서 해결해야 하는 문제점들이 존재하게 된다.
통상 동일한 공간이나 시설에서 하나의 전용 시뮬레이터를 운영함에 따라 다양한 장비에 대한 훈련에 대한 요구를 만족시키지 못하는 문제점과 특정 시기에 전용시뮬레이터의 실제적인 운영이 간헐적으로 이루어짐에 따른 장비의 관리나 운영에서 유지보수의 문제점들도 발생하게 된다. 즉, 반복하여 사용하게 되는 시뮬레이터의 부분적인 마모나 고장 등이 발생하는 경우에 유지보수의 비용이나 정비를 하는 동안의 시스템의 활용을 하지 못하게 되는 문제점도 발생하게 된다.
또한 전용 시뮬레이터를 위한 공간이나 장비의 지속적인 활용이 되지 못하는 경우에는 운영비용 또한 비효율적이게 된다.
또한 고가의 전용 시뮬레이터를 구비하여 운영하는 과정에서 새로운 장비나 추가적인 기능이 부가된 개선 장비에 대한 훈련을 하고자 할 때에는 별도의 공간에 추가적인 고가의 시스템을 구축해야 하는 문제점들이 발생하게 된다. 즉 기존의 장비를 지속적으로 운영함과 동시에 새로운 기능에 대한 개선 장비에 대한 시뮬레이션을 구축해야 하는 상황 등에서 대응이 용이하지 않고 추가적인 시설을 요하게 된다.
본 발명은 상기한 문제들과 파생하는 상황들을 해결하거나 경감시킴으로써 보다 효율적으로 장비의 사용이나 훈련 및 운영을 하게 하는 장치와 방법을 제공한다.
상기한 과제들은 본 발명에 따른 예시적인 과제에 대한 것으로, 이에 의한 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상술한 본 발명의 목적을 적어도 하나를 달성하기 위하여, 본 발명은 일 실시 예로써 하기의 대략적인 장치의 구성과 방법을 개시한다.
여러 종류의 서로 다른 형태의 장비를 제어 또는 운영하기 위한 조종영역의 구성과 훈련하기 위한 방법과 장치에 대한 것으로 특정 위치 또는 기준면에 대하여 회전 및 다양한 방향 및 각도로 움직임이 가능하도록 제어 가능한 모션 플랫폼과
상기 모션 플랫폼이 설치되는 모션 베이스와 선택된 장비의 조종석과 형상 및 기구적 작동이 대응되도록 구성이 되는 적어도 하나이상의 모형 조종간 모듈과
상기 모형 조종간이 설치되는 모형 베이스와 상기 모형 베이스와 상기 모션 플랫폼이 착탈 가능하도록 구성되는 베이스 연결부와 상기 모션 플랫폼을 제어하기 위한 모션제어 시스템과, 사용자에게 상기 조종간 모듈에 대하여 시각적으로 영상을 표시하는 적어도 하나의 가상현실장치와 상기 가상현실장치와 연동되는 영상제어시스템을 구비하여 다기능 다목적 가상현실 모션 시뮬레이션 시스템을 구현할 수 있다.
상기 모션 베이스는 서로 다른 장비의 모형 조종간 모듈을 교체하기 위하여 설치되는 고정바닥에 대하여 2차원 이동하거나 모션 시뮬레이션에서 모션 효과를 부가하기 위하여 속도 가변적으로 움직임이 가능하도록 구성이 될 수 있고 모션제어 시스템에 의하여 제어 되도록 구성될 수 있다.
상기 베이스 연결부는 물리적인 연결과 전기적인 연결이 되는 부분으로 기구적인 접촉에 의하여 장비의 특성에 따라 교체 가능한 모형베이스의 정보를 인식하기 위한 유선 또는 무선방식으로 비전 및 전자기적 신호에 의하여 현재 체결되는 모형베이스의 종류를 인식하게 할 수 있다. 통상 인식부는 모션플랫폼의 선단에 배치하여 구비 될 수 있다. 상기한 모션제어 시스템 또는 영상제어 시스템은 상기 모형 조종간 모듈과 이격되어 설치가 되고 상호 전기적 연결 및 공압이나 메커니즘의 연결 등은 상기한 모션 플랫폼의 내측 또는 외측을 따라 설치 되는 연결부재를 통해서 연결되는 것이 바람직하다.
상기 모형 조종간 모듈은 서로 다른 장비의 형상과 작동의 특성에 따라서 다르게 구성이 되어 상기 모형 베이스에 배치될 수 있다. 유사한 장비의 경우에는 부분적으로 조종간 모듈을 구성하는 일부를 교환하거나 추가함으로써 유사한 장비나 시리즈로 만들어진 개선 장비의 모종간 모듈을 변형하여 구성할 수 있다.
상기 모션 플랫폼은 선단 또는 상부 특정위치에 대하여 다축 모션제어가 가능한 통상의 수직 다관절 로봇이나 다축제어 방식의 델타로봇 방식, 6축 모션제어기 등 다양한 형태의 움직임을 제어 가능한 장치로 대체 될 수 있다. 본 발명에서는 일 예시로써 수직 다관절 로봇을 기반으로 구성 될 수 있는 발명을 설명을 한다.
상기 모형 베이스는 적어도 하나의 서로 다른 특성을 가진 장비의 조종간에 대한 모형들이 조합에 의하여 구성되는 모듈이 배치되는 곳으로 상기 모형 조종간 모듈의 일부 또는 전부를 착탈가능하게 배치가 될 수 있다.
또한 서로 다른 모형조종간 모듈이 배치된 상기 모형베이스들은 상기한 모션 플랫폼의 제어에 따른 베이스 연결부의 도달거리 내에 배치되는 것이 바람직하다.
또한 상기 모션 베이스를 기준으로 상기 베이스 연결부의 움직임 공간내에서 수직방향으로 적층되거나 수평방향으로 배열되어 있어서 상기 베이스 연결부와 모션 플랫폼의 제어에 따라 착탈이 되게 구성이 되거나 서로 다른 모형 조종간 모듈이 설치된 모형 베이스가 수직 또는 수평방향으로 이동함에 따라서 상기한 베이스 연결부와 용이하게 착탈이 될 수 있도록 제어되거나 이동가능하게 구성이 될 수 있다. 즉 모션 플랫폼이 이동하거나 모형 베이스나 모형 조종간 모듈이 이동하는 형태로 구성이 될 수 있다.
또한 서로 다른 장비의 모형 조종간 모듈이 배치될 수 있는 다수의 모형 베이스가 설치된 플레이트가 수평적으로 회전함으로써 상기한 베이스 연결부가 선택적으로 특정 장비에 대한 모형 조종간 모듈을 선택할 수 있도록 배치될 수 있다.
또한 서로 다른 장비의 모형 조종간 모듈이 배치된 다수의 모형 베이스가 상기 베이스 연결부에 대하여 직교방향으로 회전 가능하도록 구성이 될 수 있다.
상기한 구성을 예시로 선택된 특정 장비의 모형 조종간 모듈에 대하여 가상현실장치를 통해서 사용자가 시각적으로 인식되는 것은 특정 장비의 실제 조종간과 실질적으로 동일한 인식이 되도록 상기한 영상제어시스템에서 상기 모형 조종간 모듈에 가상의 영상이 겹쳐지는 형태로 사용자는 인지를 하게 된다.
사용자에 의하여 모형 조종간 모듈을 통해서 의도되거나 입력이 되는 움직임이나 전기적 기구적인 변화는 상기한 가상현실장치 또는 모형 조종간 모듈의 각각의 모형장치를 조작함으로 발생하는 변화와 신호를 상기 모션제어 시스템 또는 상기 영상제어 시스템에서 입력받아 상기 모션 플랫폼과 상기한 가상현실장치 등을 통해서 사용자가 인식과 인지되도록 제어를 함으로써 실제 모형 기반의 모션 시뮬레이션과 실질적으로 동일한 효과를 가지게 됨으로써 상기한 해결하고자 하는 과제를 해결할 수 있게 된다.
상기한 과제해결의 일 실시예 이외의 다른 측면, 특징, 이점들은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 특허청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.
상기와 같이 구성되거나 방법을 적용하고 활용 및 응용을 하게 상기한 해결하고자 하는 과제들이 용이하게 해소가 될 수 있다.
고가의 전용 시뮬레이터가 가지는 초기 구축비용을 줄이고, 다수의 서로 다른 장비에 용이하게 대응되고 하나의 한정된 공간에서 서로 다른 장비의 모션 시뮬레이터를 사용한 훈련 환경을 구축하게 함으로써 다수의 다양한 전용 시뮬레이터를 구축함에 따른 비용을 줄이고, 고가의 전용 시뮬레이터의 운영효율이 낮음에 따른 운용비용을 줄일 수 있게 되는 이점을 가지게 된다.
고가의 모션 플랫폼에 대하여 서로 다른 장비의 조종간을 구성하되 동일한 베이스 연결부에 의하여 물리적 전기적으로 체결이 되는 모형 베이스를 적용함으로써 다른 장비를 훈련하기 위한 별도의 설비나 장치, 모션 장치를 구비할 필요가 없이 적어도 하나이상의 장비에 대한 조종훈련을 할 수 있게 된다. 또한 서로 다른 모형 조종간 모듈이 배치된 다수의 모형 베이스를 다양하게 배치 및 상호 이동 및 움직임을 통해서 하나의 장소나 설비에서 서로 다른 장비들의 조종 훈련을 할 수 있도록 구현할 수 있다. 동일 계열의 장비나 개선 장비에서 부분적인 변형의 경우에도 모형 베이스에 배치된 조종간 모듈을 구성하는 구성의 일부를 교환, 추가 및 제거 등으로 용이하게 변화된 장비에 대한 모션 시뮬레이션을 구현 할 수 있게 된다.
상기한 실시예와 열거한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 종래기술의 구성도
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 구성도
도 3은 본 발명에 모형조종장치의 조립설명
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하의 일 실시예에서, 본 발명의 사상을 보다 용이하게 이해 될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에는 통상적으로 알려진 VR, AR 및 MR 기술에 대한 구체적인 적용방법은 생략하기로 한다.
여러 종류의 서로 다른 형태의 항공기, 자동차 건설장비 또는 특수목적의 장비를 제어 또는 운영하기 위한 조종, 훈련 및 운영하기 위한 방법과 장치에 대한 것으로 특정 위치 또는 기준면에 대하여 회전 및 다양한 방향과 각도로 움직임이 가능하도록 제어 가능한 모션 플랫폼과, 상기 모션 플랫폼이 설치되는 모션 베이스와, 선택된 장비의 조종석과 형상 및 기구적 작동이 대응되도록 구성이 되는 적어도 하나이상의 모형 조종간 모듈과, 상기 모형 조종간이 설치되는 모형 베이스와, 상기 모형 베이스와 상기 모션 플랫폼이 착탈 가능하도록 구성되는 베이스 연결부와, 상기 모션 플랫폼을 제어하기 위한 모션제어 시스템과, 사용자에게 상기 모형 조종간 모듈에 대하여 시각적으로 영상을 표시하는 적어도 하나의 가상현실장치와, 상기 가상현실장치와 연동되는 영상제어시스템을 구비하여 다기능 다목적 가상현실 모션 시뮬레이션 시스템을 구현할 수 있다.
상기 모션 베이스는 서로 다른 장비의 모형 조종간 모듈을 교체하기 위하여 설치되는 고정바닥에 대하여 2차원 이동하거나 모션 시뮬레이션에서 모션 효과를 부가하기 위하여 속도 가변적으로 움직임이 가능하도록 구성이 될 수 있고 모션제어 시스템에 의하여 제어 되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 베이스 연결부는 물리적인 연결과 전기적인 연결이 되는 부분으로 기구적인 접촉에 의하여 장비의 특성에 따라 교체 가능한 모형베이스의 정보를 인식하기 위한 유선 또는 무선방식으로 비전 및 전자기적 신호에 의하여 현재 체결되는 모형 베이스 또는 모형 조종간 모듈의 종류를 인식하는 인식부를 더 구비 할 수 있다. 자동화 되는 시스템에서는 상기한 인식부를 통해서 인식가능하고 수동적으로 사용자에 의하여 정보를 입력하는 방식으로 구현 될 수 있다. 통상 인식부는 모션플랫폼의 선단에 배치하여 구비 될 수 있다. 상기한 모션제어 시스템 또는 영상제어 시스템은 상기 모형 조종간 모듈과 이격되어 설치가 되고 상호 전기적 연결 및 공압이나 기구 메커니즘의 연결 등은 상기한 모션 플랫폼의 내측 또는 외측을 따라 설치 되는 연결부재를 통해서 연결되는 것이 바람직하다. 상기한 연결부재는 상기한 베이스 연결부의 일부로 배치 되어 모션 플랫폼의 모션 제어에 의하여 연결될 수 있다. 연결된 이후에는 연결상태를 점검하는 모듈에 의하여 정상여부를 체크할 수 있다. 또한 1차적인 기구적 또는 전기적 및 조합적으로 연결이 된 이후에 물리적으로 체결을 고정하는 수단을 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 모형 조종간 모듈은 서로 다른 장비의 형상과 작동의 특성에 따라서 다르게 구성이 되어 상기 모형 베이스에 배치될 수 있다. 유사한 장비의 경우에는 부분적으로 조종간 모듈을 구성하는 일부를 교환하거나 추가함으로써 유사한 장비나 시리즈로 만들어진 개선 장비의 모종간 모듈을 변형하여 구성할 수 있다. 본 실시예에서는 모형 조종간 모듈과 모형 베이스를 분리될 수 있는 것으로 설명이 되지만, 한정되지 않고, 기본적인 모형 조종간 모듈의 일부와 일체로 구성이 될 수 있다.
또한, 상기 모션 플랫폼은 선단 또는 상부 특정위치에 대하여 다축 모션제어가 가능한 통상의 수직 다관절 로봇이나 다축제어 방식의 델타로봇 방식, 6축 모션제어기 등 다양한 형태의 움직임을 제어 가능한 장치로 대체 될 수 있다. 본 발명에서는 일 예시로써 수직 다관절 로봇을 기반으로 구성 될 수 있는 발명을 설명을 한다. 모션 플랫폼의 형태나 방식에 따라서 본 발명의 사상을 기반으로 달리 변형될 수 있다. 예컨데 6축 모션제어방식의 모션 플랫폼의 경우는 상부에 모형 베이스와 모션 플랫폼이 일체형으로 구성이 되는 경우가 있으며, 본 발명에 따른 서로 다른 모형 조종간 모듈이 설치되는 모형베이스가 용이하게 교체가 되도록 하기 위하여 대응되는 플레이트를 구비하여 슬라이딩 방식으로 모형 조종부를 변경할 수 있다.
또한 상기 모형 베이스는 적어도 하나의 서로 다른 특성을 가진 장비의 조종간에 대한 모형들이 조합에 의하여 구성되는 모듈이 배치되는 곳으로 상기 모형 조종간 모듈의 일부 또는 전부를 착탈 가능하게 배치가 될 수 있다. 다수의 모형 조종 장치들이 상대적으로 또는 상호 다른 위치에 배치되어 있다가 사용자에 의하여 모형 조종장치가 선택이 되면 모션제어시스템에 의하여 베이스 연결부의 이동이나 모형 조종장치의 이동 등에 의하여 교체가 이루어질 수 있다.
예시적으로 서로 다른 모형조종간 모듈이 배치된 상기 모형베이스들은 상기한 모션 플랫폼의 제어에 따른 베이스 연결부의 도달거리 내에 배치되는 것이 바람직하다.
또한 상기 모션 베이스를 기준으로 상기 베이스 연결부의 움직임 공간내에서 수직방향으로 적층되거나 수평방향으로 배열되어 있어서 상기 베이스 연결부와 모션 플랫폼의 제어에 따라 착탈이 되게 구성이 되거나 서로 다른 모형 조종간 모듈이 설치된 모형 베이스가 수직 또는 수평방향으로 이동함에 따라서 상기한 베이스 연결부와 용이하게 착탈이 될 수 있도록 제어되거나 이동가능하게 구성이 될 수 있다. 즉 모션 플랫폼이 이동하거나 모형 베이스나 모형 조종간 모듈이 이동하는 형태로 구성이 될 수 있다.
또한 서로 다른 장비의 모형 조종간 모듈이 배치될 수 있는 다수의 모형 베이스가 설치된 플레이트가 수평적으로 회전함으로써 상기한 베이스 연결부가 선택적으로 특정 장비에 대한 모형 조종간 모듈을 선택할 수 있도록 배치될 수 있다.
또한 서로 다른 장비의 모형 조종간 모듈이 배치된 다수의 모형 베이스가 상기 베이스 연결부에 대하여 직교방향으로 회전 가능하도록 구성이 될 수 있다.
상기한 구성을 예시로 선택된 특정 장비의 모형 조종간 모듈에 대하여 가상현실장치를 통해서 사용자가 시각적으로 인식되는 것은 특정 장비의 실제 조종간과 실질적으로 동일한 인식이 되도록 상기한 영상제어시스템에서 상기 모형 조종간 모듈에 가상의 영상이 겹쳐지는 형태로 사용자는 인지를 하게 된다.
사용자에 의하여 모형 조종간 모듈을 통해서 의도되거나 입력이 되는 움직임이나 전기적 기구적인 변화는 상기한 가상현실장치 또는 모형 조종간 모듈의 각각의 모형장치를 조작함으로 발생하는 변화와 신호를 상기 모션제어 시스템 또는 상기 영상제어 시스템에서 입력받아 상기 모션 플랫폼과 상기한 가상현실장치 등을 통해서 사용자가 인식과 인지되도록 제어를 함으로써 실제 모형 기반의 모션 시뮬레이션과 실질적으로 동일한 효과를 가지게 된다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
도 1는 예시적인 구성으로 수직 다관절 로봇을 모션 플랫폼을 사용하는 가상환경을 응용하는 예시적인 전용 모션 시뮬레이터의 일반적인 구성을 나타낸다. 통상적으로 항공기와 같이 5자유도 수준의 회전과 다축제어가 필요한 모션 시뮬레이터로써 전용 장비로 구성이 된다. 항공기나 장비의 종류가 변경이 되는 경우, 복잡한 단계와 방법으로 수동적으로 교체가 가능하지만 효과적으로 대응되지 못하는 문제점이 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 구성의 예시이다. 여러 종류의 서로 다른 형태의 항공기, 자동차 건설장비 또는 특수목적의 장비를 제어 또는 운영하기 위한 조종, 훈련 및 운영하기 위한 방법과 장치에 대한 것으로 지반이나 건물의 바닥면(G100)에 고정설치 될 수 있는 모션베이스(100)과 모션베이스(100)에 설치되어 특정 위치 또는 기준면에 대하여 회전 및 다양한 방향과 각도로 움직임이 가능하도록 제어 가능한 모션플랫폼(200)과 상기 모션플랫폼(200)의 단부에 배치되고 물리적, 전기적인 체결이 가능하도록 구성되는 적어도 하나의 체결부(310)를 가지는 베이스연결부(300)를 구비하고, 상기 베이스연결부(300)와 적어도 기구적으로 연결이 되고 전기적, 전자기적, 공압 등으로 추가 연결될 수 있는 상기 체결부(310)와 대응되는 제2체결부(410)를 가지고 선택된 장비의 조종석과 형상 및 기구적 작동이 대응되도록 구성이 되는 적어도 하나이상의 모형 조종간 모듈(500)과, 상기 모형 조종간이 설치되는 모형 베이스(400)와, 상기 모션 플랫폼(200)을 제어하기 위한 모션제어 시스템(700)과, 사용자에게 상기 모형 조종간 모듈(500)에 대하여 시각적으로 영상을 표시하는 적어도 하나의 영상표시장치(610)와 상기 영상표시장치와 사용자에 의한 상기 모형 조종간의 조작상황에 대한 변화를 입력하거나 감지하는 입력장치(620)를 포함하는 가상현실장치(600)와, 상기 가상현실장치(600)와 연동되어 영상처리 및 상기 모션제어시스템(700)과 연동되는 영상제어시스템(800)을 구비하여 다기능 다목적 가상현실 모션 시뮬레이션 시스템을 구현할 수 있다.
상기 모션 베이스(100)는 서로 다른 장비의 모형 조종간 모듈을 교체하기 위하여 설치되는 고정바닥(G100)에 대하여 2차원 이동하거나 모션 시뮬레이션에서 모션 효과를 부가하기 위하여 속도 가변적으로 움직임이 가능하도록 구성이 될 수 있고 모션제어 시스템(700) 또는 상기 영상제어시스템(800)에 의하여 제어 되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 베이스 연결부(300)는 물리적인 연결과 전기적인 연결이 되는 부분으로 기구적인 접촉에 의하여 장비의 특성에 따라 교체 가능한 모형베이스의 정보를 인식하기 위한 유선 또는 무선방식으로 비전 및 전자기적 신호에 의하여 현재 체결되는 모형베이스(400) 또는 모형 조종간 모듈(500) 또는 모형조종장치(900)의 종류를 인식하는 인식부를 더 구비 할 수 있다. 자동화 되는 시스템에서는 상기한 인식부를 통해서 인식가능하고 또한 수동적으로 사용자에 의하여 정보를 입력하는 방식으로 구현 될 수 있다.
상기 인식부는 모션플랫폼(200)의 선단 또는 상기 베이스연결부의 일부를 변형하여 구성되거나 배치될 수 있다. 상기한 모션제어 시스템(700) 또는 영상제어 시스템(800)은 상기 모형 조종간 모듈(500), 모형조종장치(900) 등과 이격되어 설치가 되고 상호 전기적 연결 및 공압이나 기구 메커니즘의 연결 등은 상기한 모션 플랫폼의 내측 또는 외측을 따라 설치 되는 상기 체결부(310)에 포함되어 구성 될 수 있다.
상기한 체결부(310)는 상기한 베이스 연결부의 일부로 배치 되어 모션 플랫폼의 모션 제어에 의하여 연결될 수 있다. 연결된 이후에는 연결상태를 점검하는 모듈에 의하여 정상여부를 체크할 수 있다. 또한 1차적인 기구적 또는 전기적 및 조합적으로 연결이 된 이후에 물리적으로 체결을 고정하는 수단을 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 모형 조종간 모듈(500)은 서로 다른 장비의 형상과 작동의 특성에 따라서 다르게 구성이 되어 상기 모형 베이스(400)에 배치될 수 있다. 유사한 장비의 경우에는 부분적으로 조종간 모듈(500)을 구성하는 일부를 교환하거나 추가함으로써 유사한 장비나 시리즈로 만들어진 개선 장비의 모종간 모듈을 변형하여 구성할 수 있다. 동일한 모형베이스(400)에서 일부 모형조종간 모듈이 변경된 경우에는 해당 정보가 수동으로 본 시스템에 입력되거나 다양한 인식방법으로 본 시스템에 인식이 될 수 있다. 본 실시예에서는 모형 조종간 모듈과 모형 베이스를 분리될 수 있는 것으로 설명이 되지만, 한정되지 않고, 기본적인 모형 조종간 모듈의 일부와 일체로 구성이 될 수 있다.
또한, 상기 모션 플랫폼(200)은 선단 또는 상부 특정위치에 대하여 다축 모션제어가 가능한 통상의 수직 다관절 로봇이나 다축제어 방식의 델타로봇 방식, 6축 모션제어기 등 다양한 형태의 움직임을 제어 가능한 장치로 대체 될 수 있다. 본 발명에서는 일 예시로써 수직 다관절 로봇을 기반으로 구성 될 수 있는 발명을 설명을 한다. 모션 플랫폼(200)의 형태나 방식에 따라서 본 발명의 사상을 기반으로 달리 변형될 수 있다. 예시적으로 6축 모션제어방식의 모션 플랫폼의 경우는 상부에 모형 베이스와 모션 플랫폼이 일체형으로 구성이 되는 경우가 있으며, 본 발명에 따른 서로 다른 모형 조종간 모듈이 설치되는 모형베이스가 용이하게 교체가 되도록 하기 위하여 대응되는 플레이트를 구비하여 슬라이딩 방식으로 모형 조종부를 변경할 수 있다.
또한 상기 모형 베이스(400)는 적어도 하나의 서로 다른 특성을 가진 장비의 조종간에 대한 모형들이 조합에 의하여 구성되는 모듈이 배치되는 곳으로 상기 모형 조종간 모듈(500)의 일부 또는 전부를 착탈가능하게 배치가 될 수 있다. 다수의 모형 조종 장치들이 상대적으로 또는 상호 다른 위치에 배치되어 있다가 사용자에 의하여 모형 조종장치(900)가 선택이 되면 모션제어시스템(700)에 의하여 베이스 연결부(300)의 이동이나 모형 조종장치(900)의 위치이동 등에 의하여 교체가 이루어질 수 있다.
예시적으로 서로 다른 모형조종간 모듈(500)이 배치된 상기 모형베이스(400)들은 상기한 모션 플랫폼(200)의 제어에 따른 베이스 연결부(300)의 최대 도달거리 내에 배치되는 것이 바람직하다.
또한 상기 모션 베이스(100)를 기준으로 상기 베이스 연결부의 움직임 공간 내에서 수직방향으로 적층되거나 수평방향으로 배열되어 있어서 상기 베이스 연결부(300)와 모션 플랫폼(200)의 제어에 따라 착탈이 되게 구성이 되거나 서로 다른 모형 조종간 모듈이 설치된 모형 베이스가 수직 또는 수평방향으로 이동함에 따라서 상기한 베이스 연결부(300)와 용이하게 착탈이 될 수 있도록 제어되거나 이동 가능하게 구성이 될 수 있다. 즉 모션 플랫폼(200)이 이동하거나 모형 베이스(400)나 모형 조종간 모듈(500) 및 모형조종장치(900)이 위치 이동하는 형태로 구성이 될 수 있다.
또한 서로 다른 장비의 모형 조종간 모듈(500)이 배치될 수 있는 다수의 모형 베이스(400)가 설치된 회전 플레이트가 소정의 각도로 회전함으로써 상기한 베이스 연결부(300)와 사용자가 선택한 특정 장비의 모형조종장치(900)가 상호 체결이 될 수 있는 위치에 배치될 수 있다.
또한 서로 다른 장비의 모형 조종간 모듈이 배치된 다수의 모형 베이스가 상기 베이스 연결부에 대하여 직교방향으로 회전 가능하도록 구성이 될 수 있다.
도3은 본 발명의 실시예로써 여러 개의 선택 가능한 모형조종장치에서 어느 하나를 선택하고 선택된 모형조종장치를 설치된 모션플랫폼의 베이스 연결부와 연결하여 하나의 완성된 다기능 다목적 가상현실 모션 시뮬레이션 시스템에서의 모션플랫폼과 모형조종장치가 만들어지는 것을 예시적으로 설명을 한 것이다.
이하는 도2와 도3을 예시적으로 다기능 다목적 가상현실 모션 시뮬레이션 시스템의 운영방법을 설명한다.
먼저 영상제어시스템(800) 또는 모션제어 시스템(700)을 통해서 선택 가능한 모형조종장치(900)를 선택한다. 이 때 모형조종장치의 특성은 다양하게 구성될 수 있으나 본 예시에서는 간략하게 서로 다른 장비의 조종석에 대하여 하나의 모형베이스에 하나의 장비를 위한 모형조종간 모듈이 탑재된 것으로 설정한다. 사전에 설정된 각각의 모형조종장치의 위치정보는 상기한 모션제어시스템(700)에 입력이 되어 있으며, 모션플랫폼의 작동에 의하여 상기한 베이스연결부(300)를 통해서 선택된 모형조종장치(900)의 제2체결부와 연결이 되고, 추가적으로 구성될 수 있는 인식부를 통해서 선택된 모형조종장치(900)와 일치하는지 확인하게 된다. 물리적으로 체결이 된 이후에는 전기적, 전자기적, 공압 등 장비의 특성에 따라 추가적인 모형조종장치를 통한 훈련을 하기 위한 후속체결을 하게 된다.
후속 체결이 완료가 된 이후에는 시스템이 정상적으로 체결되었음을 영상제어시스템이나 상기한 가상현실장치 등의 영상표시부를 통해서 표시가 될 수 있다.
이후 모형조종장치가 소정의 사용자 탑승을 위한 기본 위치에서 대기를 하게 되고, 사용자는 준비된 시스템에 탐승하고 상기한 가상현실장치(600)를 작용하게 된다. 통상 상기 설명된 VR, AR 또는 MR기술을 기반으로 시각적인 표시수단과 카메라 및 손에 의한 조작을 위한 감지센서 등을 장갑형태로 착용을 하게 된다.
사용자는 가상현실장치를 통해서 모형조종장치에서 실제와 동일한 영상기반의 장비의 조종간을 인식하게 되고 모형조종간 모듈에 대하여 통상의 장비의 조종을 위한 행위를 하게 될 때에, 각각의 모형이나, 카메라, 센서 등을 통해서 사용자의 조작에 의한 조종간의 특성들의 변화들이 모션제어시스템과 영상제어시스템으로 전송이 되고 실시간으로 가상현실장치를 통해서 변화된 조종간의 상황과 가상환경의 변화를 사용자가 실제와 유사하게 인식과 인지를 하게 되어진다.
한가지의 장비에 대한 훈련이 종료가 되고 새로운 장비에 대하여 다른 사용자가 사용하고자 하는 경우에는 영상제어시스템 또는 모션제어시스템을 통해서 장착된 모형조종장치를 원위치 시키거나 사전에 설정된 위치에서 체결을 해제하고 잘리 선택된 모형조종장치에 대하여 상기한 예시적인 순서를 따라서 변경된 장비에 대한 조종훈련을 위한 모형조종장치를 변경할 수 있게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 모션베이스
200: 모션플랫폼
300: 베이스연결부
400: 모형베이스
500: 모형조종간모듈
600: 가상현실장치
700: 모션제어시스템
800: 영상제어시스템
900: 모형조종장치

Claims (7)

  1. 서로 다른 형태의 장비에 대하여 조종훈련을 하기 위한 장치에 대한 것으로
    본 시스템에 설치 되는 지반이나 건물의 바닥에 설치 될 수 있는 모션베이스(100)와 상기 모션베이스(100)에 설치되고 특정 위치 또는 기준면에 대하여 회전 및 다양한 방향과 각도로 움직임이 가능하도록 제어 가능한 모션플랫폼(200)과 상기 모션플랫폼(200)의 단부에 배치되고 물리적, 전기적인 체결이 가능하도록 구성되는 적어도 하나의 체결부(310)를 가지는 베이스연결부(300)와 상기 체결부(310)와 대응되는 제2체결부(410)를 가지고 선택된 장비의 조종석과 형상 및 기구적 작동이 대응되도록 구성이 되는 적어도 하나 이상의 모형 조종간 모듈(500)과 상기 모형 조종간이 설치되는 적어도 하나의 모형 베이스(400)와 상기 모션 플랫폼(200)을 제어하기 위한 모션제어 시스템(700)과 사용자에게 상기 모형 조종간 모듈(500)에 대하여 시각적으로 영상을 표시하는 적어도 하나의 영상표시장치(610)와 상기 영상표시장치와 사용자에 의한 상기 모형 조종간의 조작상황에 대한 변화를 입력하거나 감지하는 입력장치(620)를 포함하는 가상현실장치(600)와 상기 가상현실장치(600)와 연동되어 영상처리 및 상기 모션제어시스템(700)과 연동되는 영상제어시스템(800)을 포함하여 구성되는 다기능 다목적 가상현실 모션 시뮬레이션 시스템
  2. 제1항에 있어서 상기 모션베이스는 상기 모션플랫폼에 대하여 2차원으로 이동가능하게 설치되고 이동속도 제어가 가능하도록 구성되어지는 것을 특징으로 하는 다기능 다목적 가상현실 모션 시뮬레이션 시스템
  3. 제1항에 있어서 상기 모션플랫폼(200)은 선단 또는 상부 특정위치에 대하여 다축 모션제어가 가능한 수직 다관절 로봇, 다축제어 로봇, 6축 모션제어기 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다기능 다목적 가상현실 모션 시뮬레이션 시스템
  4. 제1항에 있어서 상기 모형베이스(400)는 상기 모형 조종간 모듈(500)의 일부 또는 전부를 착탈가능하게 형성되어지는 것을 특징으로 하는 다기능 다목적 가상현실 모션 시뮬레이션 시스템
  5. 제1항에 있어서 상기 모형베이스(400)은 상호 모형베이스들간의 위치가 수직 또는 수평으로 이동가능하게 모형베이스 구동장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다기능 다목적 가상현실 모션 시뮬레이션 시스템
  6. 제1항에 있어서 상기 모형베이스(400)은 상호 모형베이스들간의 위치가 상기한 베이스연결부(300)에 대하여 회전함으로써 상기한 모형베이스(400)를 교체 가능하게 회전하는 회전장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다기능 다목적 가상현실 모션 시뮬레이션 시스템
  7. 제1항에 있어서 상기 베이스 연결부(300)는 체결되는 장비 정보를 인식하기 위한 모형베이스(400), 모형 조종간 모듈(500) 또는 모형조종장치(900) 중의 어느 하나에 대하여 종류를 인식하는 인식부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다기능 다목적 가상현실 모션 시뮬레이션 시스템
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