WO2020116698A1 - 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼 및 그 제어방법 - Google Patents

하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼 및 그 제어방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2020116698A1
WO2020116698A1 PCT/KR2018/015550 KR2018015550W WO2020116698A1 WO 2020116698 A1 WO2020116698 A1 WO 2020116698A1 KR 2018015550 W KR2018015550 W KR 2018015550W WO 2020116698 A1 WO2020116698 A1 WO 2020116698A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
load compensation
upper body
motion
weight
motion platform
Prior art date
Application number
PCT/KR2018/015550
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
박정우
최영호
김효곤
박성호
이효준
Original Assignee
한국로봇융합연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국로봇융합연구원 filed Critical 한국로봇융합연구원
Publication of WO2020116698A1 publication Critical patent/WO2020116698A1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B9/00—Simulators for teaching or training purposes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63G—MERRY-GO-ROUNDS; SWINGS; ROCKING-HORSES; CHUTES; SWITCHBACKS; SIMILAR DEVICES FOR PUBLIC AMUSEMENT
    • A63G31/00—Amusement arrangements
    • A63G31/16—Amusement arrangements creating illusions of travel

Definitions

  • the present invention relates to a motion platform to which a load compensation mechanism is applied and a control method thereof.
  • the motion platform is a platform that enables an experienced user to feel a sense of reality even in a virtual space by performing appropriate actions that mimic the movement of a specific object according to various situations in connection with virtual reality content.
  • This platform is used for various purposes such as movie, entertainment, pilot training, and special equipment training.
  • the motion platform receives information about the experience from the simulator and outputs the corresponding motion in real time to allow the experienced user It plays a role in helping you experience a realistic experience by receiving a feeling similar to the real thing.
  • the motion output performance varies depending on the designed mechanism of the motion platform and the performance of the applied driving unit.
  • Motion platforms generally apply a mechanism to place the drive in parallel between the lower body that supports all loads and loads and remains stationary and the upper body where motion output occurs.
  • the degree of freedom (DOF) and motion output specifications that can be output from the upper body are determined by the applied driving unit and the joint method.
  • DOF degree of freedom
  • motion output specifications that can be output from the upper body are determined by the applied driving unit and the joint method.
  • the target output specification can be satisfied.
  • the spring accumulated by the load compensation after the descent operation can greatly help to change the motion quickly when the lift motion is switched, it can express more dynamic motion than before.
  • the mechanism of the motion platform refers to a hardware mechanism structure, and the original output performance can be further improved by a method of additionally applying a mechanical load compensation structure.
  • a method of additionally applying a mechanical load compensation structure if the motion platform is driven by simply applying it, direct performance can be increased, but more sophisticated motion cannot be output. Rather, when the force of load compensation acts in a direction different from the simulator's intention, an awkward motion may be output.
  • the general motion platform control method is to design the kinematics and inverse kinematics for the platform, design the relation between motion and the output of each driving part, and then apply a rotary encoder or apply a position sensor such as a linear linear displacement sensor to control the closed loop.
  • a rotary encoder or apply a position sensor such as a linear linear displacement sensor to control the closed loop.
  • the present invention has been devised to solve the above-described conventional problems, and according to an embodiment of the present invention, the load measurement and motion control of an experienced person is applied to a motion platform to which a load compensation spring mechanism is applied without adding a separate sensor.
  • the object of the present invention is to provide a motion platform using a load compensation mechanism and a control method thereof, which provides a more accurate and sophisticated motion output similar to the situation of a simulator by providing a method and applying this control method to a motion platform with a load compensation mechanism. .
  • an object of the present invention is to propose a control method of compensating for a motion platform to which a load compensation mechanism is applied, such as a weight and a load compensation mechanism of an experienced user.
  • the present invention is applicable without the need for the addition of a separate sensor or device to the spring-based load-compensated motion platform, and the motion difference according to the weight of the experienced person can be minimized and mechanically increased compared to the same motion platform.
  • the purpose of the present invention is to provide a motion platform with a load compensation mechanism and a control method thereof, capable of more precise and realistic control with an output specification.
  • a first object of the present invention in a motion platform, supporting the load and the load, the lower body to maintain a stationary state;
  • the upper body is spaced apart from the lower body, the motion is output;
  • a plurality of driving units provided between the upper body and the lower body to output motion to the upper body;
  • a load compensation unit provided between the upper body and the lower body and compensating for loads during the lowering and raising operations of the upper body;
  • a motion controller and a load compensation controller that controls the final output for each of the drive units based on simulator feedback information. It can be achieved as a motion platform to which a load compensation mechanism is applied.
  • the load compensation controller may be characterized in that the final output is calculated based on the working force minus the load compensation force by the load compensation unit to the weight of the upper body and the experienced person.
  • the load compensation unit is a spring located at the center of the upper body and the lower body
  • the driving unit includes a first link member having one end connected to a first joint provided at one side of the upper surface of the lower body.
  • One end includes a second link member connected to the other end of the first link member and a second joint, and a driving unit for rotating the first link member based on the first joint, and the second link
  • the other end of the member may be characterized by being coupled by a third joint to one side of the lower surface of the upper body.
  • a plurality of the driving units may be characterized in that they are arranged at regular intervals in the circumferential direction between the upper body and the lower body.
  • the load compensation controller obtains a weight distribution ratio for each joint according to a posture, and based on acceleration force input information for the motion included in the motion force and the weight distribution ratio and the simulator feedback information, each third joint part It can be characterized by calculating the acting force.
  • the load compensation controller it is characterized in that for calculating the output torque to be output to each drive unit based on the force acting on each of the third joint, and the angle of the first link member and the second link member Can be.
  • a second object of the present invention is a control method of a motion platform to which a load compensation mechanism according to the first object mentioned above is applied, comprising: measuring the weight of an experienced person; Calculating a weight distribution ratio for each joint according to the posture based on the motion platform posture information; Calculating an operating force obtained by subtracting the load compensation force by the load compensation unit from the weight of the upper body and the experienced person; And deriving a final output for each drive unit by calculating a force acting on each joint based on the acting force and the weight distribution ratio for each joint; of the motion platform to which the load compensation mechanism is applied. It can be achieved as a control method.
  • the measuring of the weight may include: a first step of calculating a height reaching the spring equilibrium point in a state in which only the load due to the weight of the upper body is present; A second step in which an experienced person boards the upper body; A third step of calculating the height reaching the spring equilibrium point in the state where only the load by the weight of the upper body and the experienced person exists; It may be characterized in that it comprises; a fourth step of calculating the weight of the experiencer based on the spring constant and the height difference in the first step and the height difference in the third step.
  • the calculation of the height may be characterized in that it is based on the angle and position information measured by the encoder provided in the driving unit.
  • the step of deriving the final output is characterized in that it calculates the force acting on each third joint based on the applied force, the weight distribution ratio and the acceleration input information for the motion included in the simulator feedback information. can do.
  • the output torque to be output to each driving unit may be calculated based on the force acting on each of the third joints and the angles of the first link member and the second link member.
  • a method for measuring a load and controlling motion for a motion platform is provided for a motion platform to which a load compensation spring mechanism is applied without adding a separate sensor,
  • this control method is applied to a motion platform to which a load compensation mechanism is applied, it has a similar effect to that of a simulator and enables sophisticated motion output.
  • the load compensation mechanism according to an embodiment of the present invention is applied, it can be applied without the need for a separate sensor or device to the spring-based load compensation motion platform, depending on the weight of the experiencer
  • the difference in motion can be minimized, and it has the effect of being able to control more precisely and realistically with a mechanically higher output specification than the same motion platform.
  • FIG. 1 is a front view of a motion platform to which a load compensation mechanism according to an embodiment of the present invention is applied,
  • FIG. 2 is a partial front view of a motion platform to which a load compensation mechanism according to an embodiment of the present invention is applied,
  • FIG. 3 is a plan view of a motion platform to which a load compensation mechanism with an upper body excluded according to an embodiment of the present invention is applied,
  • FIG. 4 is a block diagram of a control method of a load compensation motion platform according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5a is a schematic diagram showing the side of the load compensation motion platform when only the load by the weight of the upper body according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5b is a schematic view of the lower body to the lowest height in Figure 5a
  • Figure 5c is a schematic diagram showing the side of the load compensation motion platform when only the load by the weight of the upper body and the experiencer
  • Figure 6a is a schematic diagram showing the plane of the load compensation motion platform in a state where the center of gravity is shifted from the center according to an embodiment of the present invention
  • Figure 6b is a schematic diagram showing a partial side of the load compensation motion platform in a state where the center of gravity is shifted from the center according to an embodiment of the present invention.
  • a component when referred to as being on another component, it means that it may be formed directly on another component, or a third component may be interposed between them.
  • a third component may be interposed between them.
  • the thickness of the components is exaggerated for effective description of the technical content.
  • Embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional views and/or plan views, which are ideal exemplary views of the present invention.
  • the thicknesses of the films and regions are exaggerated for effective description of technical content. Therefore, the shape of the exemplary diagram may be modified by manufacturing technology and/or tolerance. Therefore, the embodiments of the present invention are not limited to the specific shapes shown, but also include changes in shapes generated according to the manufacturing process. For example, the area illustrated at a right angle may be rounded or may have a shape having a predetermined curvature. Therefore, the regions illustrated in the drawings have attributes, and the shapes of the regions illustrated in the drawings are for illustrating a specific shape of the region of the device and are not intended to limit the scope of the invention.
  • terms such as first and second are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another component.
  • the embodiments described and illustrated herein also include its complementary embodiments.
  • a high motion output can be produced even with a low specification drive unit by applying the load compensation unit 30, and economic efficiency and space efficiency can be satisfied.
  • a mechanism capable of compensating a part of the weight of the load separately from the output of the driving unit is applied, and the driving unit having a lower output power than the previous one is applied. Even if the target output specification can be satisfied even if is applied, and the load compensation unit 30 accumulated by the load compensation after the descent operation can greatly help to change the motion quickly when the lift operation is switched, it is more dynamic than before. In-motion can be expressed.
  • the load is placed by placing the load compensation unit 30 between the upper body 70 and the lower body 10 of the motion platform 100 Part of the weight of the weight can be compensated, and the load compensation unit 30 has a simple structure, so it can be applied to most motion platforms at a low cost, and the required output specification of the driving unit is lowered, thereby reducing the unit cost required for manufacturing.
  • Power consumption can be lowered by the output of the smaller driving unit, it can be easily applied to existing motion platforms, can produce higher motion output, and the motion platform can express more stable and dynamic motion.
  • the load compensation unit 30 having the core technical features of the present invention is applicable to most types of existing motion platforms.
  • FIG. 1 shows a front view of a motion platform 100 to which a load compensation mechanism according to an embodiment of the present invention is applied.
  • the motion platform 100 to which the load compensation mechanism according to an embodiment of the present invention is applied the upper body 70, the lower body 10, a plurality of drive units 20, load compensation It can be seen that it can be configured to include a unit 30, a connecting unit and the like.
  • the lower body 10 is configured to support the load and the load and to remain stationary.
  • the upper body 70 is spaced apart from the lower body 10 and the upper side, and motion is output by a plurality of driving units 20.
  • the driving unit 20 is provided between the upper body 70 and the lower body 10, and is configured to output motion to the upper body 70.
  • 2 is a partial front view of a motion platform 100 to which a load compensation mechanism is applied according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 shows a top view of the motion platform 100 to which the upper body 70 according to an embodiment of the present invention is applied to the load compensation mechanism is excluded.
  • Each of the drive unit 20 according to an embodiment of the present invention, as shown in Figures 1 to 3, one end is provided on one side of the upper surface of the lower body 10, the first joint portion 22 consisting of a rotary joint and The first link member 23 is connected, and the second link member 25 is connected by a second joint part 24, one end of which is composed of a first link member 23 and the other end and a rotating joint, and the first The link member 23 is configured to include a driving unit 21 for rotationally driving based on the first joint 22.
  • the other end of the second link member 25 is coupled by a third joint portion 36 composed of a spherical joint on one side of the upper body 70.
  • the plurality of drive units 20 may be configured to be spaced apart from each other in the circumferential direction at an outer circumferential portion between the upper body 70 and the lower body 10, and three of them may be arranged. Can be seen.
  • the driving unit 21 and the link connection structure connected in parallel between the upper body 70 and the lower body 10 are the lower body 10-the driving portion 21-the first joint portion 22-the second joint portion 24 -Third joint (36)-upper body (70) structure.
  • the driving unit 21 and the link connection structure connected in parallel between the upper body 70 and the lower body 10 are the lower body 10-the driving portion 21-the first joint portion 22-the second joint portion 24 -Third joint (36)-upper body (70) structure.
  • a motion platform 100 capable of three-axis motion in the roll, pitch, and gravity (z-axis) directions of the upper body 70.
  • Load compensation unit 30 may be composed of a spring 31 located in the center between the upper body 70 and the lower body 10.
  • the spring 31 should have a spring constant to the extent that the upper body 70 can support within the available height without being positioned at the maximum or minimum height with respect to the weight of the comprehensive range of the experienced person.
  • the upper body 70 can perform three-axis motion in the roll, pitch, and gravity axis directions.
  • connection unit 60 is configured to include a connection unit 60, as shown in Figures 1 and 2.
  • the connection unit 60 is coupled to a plurality of drive unit connecting end 62 for coupling each of the third joints 36 to the upper body 70, and the upper guide 40 to the center of the lower surface of the upper body 70
  • It may be configured to include a connecting member (63).
  • FIG. 4 is a block diagram of a control method of a load compensation motion platform according to an embodiment of the present invention.
  • the control method for the motion platform to which the load compensation mechanism is applied is largely divided into the controller 40 for motion and the controller 50 for load compensation, and the final control output is the sum of the values output from these controllers 40 and 50. Is determined by.
  • the controller 40 for motion is similar to that of a typical motion platform.
  • the controller 50 for load compensation includes a total of three detailed control elements for the weight measurement of the experienced person, weight distribution for each joint of the driving part according to the posture, and load compensation force by the spring.
  • the load compensation controller 40 calculates the final output based on the applied force minus the load compensation force by the load compensation unit 30 to the weight of the upper body 70 and the experienced person 1 Is done.
  • the load compensating controller 40 obtains the weight distribution ratio for each joint according to the posture, and each third joint unit 26 based on the input information of acceleration for motion included in the force and weight distribution ratio and the simulator feedback information ).
  • the load compensation controller 40 is based on the force acting on each third joint part 26 and the angles of the first link member 23 and the second link member 25 to each drive part 21.
  • the output torque to be output is calculated.
  • the control method of the motion platform to which the load compensation mechanism according to the embodiment of the present invention is applied is to first measure the weight of the experienced person. And the weight distribution ratio for each joint is calculated based on the motion platform posture information. In addition, the operating force is calculated by subtracting the load compensation force by the load compensation unit 30 from the weight of the upper body 70 and the experienced person 1. Then, based on the applied force and the weight distribution ratio for each joint, the force acting on each third joint 26 is calculated to derive the final output for each drive 21.
  • the weighing method is measured by the following procedure.
  • Figure 5a is a schematic diagram showing the side of the load compensation motion platform when only the load by the weight of the upper body according to an embodiment of the present invention.
  • the upper body 70 should be horizontal with the lower body 10, and the method of calculating the height of the upper body 70 receives the angle or position information of the current driving unit 221 measured from the encoder, and the motion platform ( 100) Calculate the height through the kinematics equation.
  • Figure 5b shows a schematic view of the upper body down to the lowest height in Figure 5a.
  • the control of the driving unit 21 is released. Finally, the height reached to the equilibrium point is calculated by the spring 31 for load compensation in the state where the load of the upper body 70 and the experienced person 1 is applied.
  • the force generated by the spring 31 is equal to the product of the spring displacement and the spring constant. According to the equation for the spring force, the weight of the experienced person can be measured as the product of the height difference of the upper body 70 before and after boarding of the experienced person 1 and the spring constant.
  • FIG. 6A is a schematic diagram showing a plane of a load compensation motion platform in a state where the center of gravity is deviated from the center according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6b is a schematic diagram showing a partial side of the load compensation motion platform in a state where the center of gravity is shifted from the center according to an embodiment of the present invention.
  • the weight distribution ratio applied to the end of each joint is calculated according to the posture of the upper body 70 and the weight of each weight is applied to each third joint 26 to calculate the weight. Is reflected in the load compensation.
  • the force acting on each third joint 26 is calculated based on the action force (experience weight + upper body weight-load compensation force), weight distribution ratio, and acceleration input information for motion included in the simulator feedback information. And calculate the output torque to be output to each driving part 26 based on the force acting on each third joint part 26 and the angle of the first link member 23 and the second link member 25. do.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Educational Technology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)

Abstract

본 발명은 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 부하와 하중을 지지하며 정지상태를 유지하는 하부체; 상기 하부체와 이격되어 위치되며, 모션이 출력되는 상부체; 상기 상부체와 상기 하부체 사이에 구비되어, 상기 상부체에 모션을 출력하는 복수의 구동유닛; 상기 상부체와 상기 하부체 사이에 구비되어, 상기 상부체의 하강동작시와 상승동작시 하중을 보상하는 하중보상유닛; 및 시뮬레이터 피드백 정보를 기반으로 상기 구동유닛 각각에 대한 최종출력을 제어하는 모션 제어기와 하중보상 제어기;를 포함하는에 관한 것이다.

Description

하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼 및 그 제어방법
본 발명은 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼 및 그 제어방법에 관한 것이다.
모션 플랫폼은 가상현실 콘텐츠와 연계하여 각종 상황에 따른 특정 대상물의 움직임을 모방한 적절한 동작을 수행함으로서 체험자로 하여금 가상의 공간에서도 실감을 느낄 수 있게 하는 플랫폼이다. 이 플랫폼은 영화, 오락, 조종훈련 및 특수장비 전문가 양성 등 다양한 목적으로 활용되고 있다.
실제와 유사하게 구현된 가상의 공간과 체험자가 체험하고자 하는 상황을 연출해주는 시뮬레이터가 있다고 하면, 모션 플랫폼은 이 시뮬레이터에서 체험 상황에 대한 정보를 받아 현실에서 실시간으로 해당되는 모션을 출력함으로서 체험자로 하여금 실제와 유사한 느낌을 받아 실감적인 체험을 하도록 돕는 역할을 한다. 이때 모션 플랫폼의 설계된 메커니즘과 적용된 구동부의 성능에 따라 모션 출력 성능이 달라진다.
모션 플랫폼은 일반적으로 모든 부하와 하중을 지지하고 정지 상태를 유지하는 하부체와 모션 출력이 일어나는 상부체 사이에 구동부를 병렬로 배치하는 메커니즘을 적용한다. 적용하는 구동부와 관절 방식에 따라 상부체에서 출력할 수 있는 자유도(degrees of freedom, DOF)와 모션 출력 사양이 결정된다. 여기에 하중의 무게의 일부를 구동부의 출력과는 별도로 보상해줄 수 있는 메커니즘을 적용함으로서 기존보다 낮은 출력의 구동부를 적용하여도 목표하는 출력사양을 만족할 수 있게 된다. 또한 하강 동작 이후 하중 보상에 의해 축적된 스프링은 상승 동작 전환 시 신속한 모션 변화를 하는데 큰 도움을 줄 수 있기 때문에 기존보다 더 동적인 모션을 표현할 수 있다.
모션 플랫폼의 메커니즘은 하드웨어적인 기구 구조를 말하는데 기구적인 하중보상 구조를 추가로 적용하는 방법 등으로 본래의 출력 성능을 더 높일 수 있다. 하지만 단순히 이를 적용한 것만으로 모션 플랫폼을 구동할 경우 직접적인 성능은 높일 수 있지만, 좀 더 정교한 모션을 출력할 수 없다. 오히려 하중 보상의 힘이 시뮬레이터의 의도와는 다른 방향으로 작용할 경우 어색한 모션이 출력될 수 있는 문제를 가지게 된다. 이를 해결하기 위해 구동부에 기본 장착하여 제어기에 활용하는 엔코더 센서와는 별도로 전류나 토크센서를 구동부에 추가하는 방법이 있는데 이는 제작비용 상승의 원인이 된다.
일반적인 모션 플랫폼의 제어 방법은 플랫폼에 대한 기구학, 역기구학을 설계하고 모션과 각 구동부 출력과의 관계식을 설계한 후 회전 엔코더를 적용하거나, 선형 선형변위센서 등의 위치센서를 적용하여 폐루프 제어하는 방법이 있다. 다만, 하중 보상 메커니즘이 적용된 모션 플랫폼에 대한 제어기는 전용으로 개발된 사례는 드물다.
하중 보상 메커니즘이 적용된 모션 플랫폼에 대하여 일반적인 제어기를 적용할 경우 모션 성능이 직접적으로 높아진 상태로 출력할 수 있지만, 좀 더 정교한 모션을 출력하기 어려워진다. 오히려 하중 보상의 힘이 시뮬레이터의 의도와는 다른 방향으로 작용할 경우 제어기에서 이를 반영하지 못하면 어색한 모션을 출력하는 문제를 가지게 된다. 추가적으로 체험자의 무게를 하중 보상 제어에 반영하지 않으면 체험자의 무게에 영향을 받아 체험자마다 각기 다른 모션을 출력 정도가 다르게 된다는 문제를 가지게 된다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 별도의 센서 추가 없이 하중 보상 스프링 메커니즘이 적용된 모션 플랫폼에 대하여 체험자의 하중 측정 및 모션에 대한 제어 방법을 제공하고, 이 제어방법을 하중 보상 메커니즘이 적용된 모션 플랫폼에 적용하면 시뮬레이터의 상황과 보다 유사하고 정교한 모션 출력이 가능한, 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 하중 보상 메커니즘이 적용된 모션 플랫폼에 대하여 체험자의 무게와 하중 보상 메커니즘을 같이 보상한 제어 방법을 제안하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 스프링 기반의 하중 보상 모션 플랫폼에 별도의 센서나 장치의 추가가 필요 없이 적용 가능하고, 체험자의 무게에 따른 모션 차이가 최소화 될 수 있으며, 동일한 모션 플랫폼 대비 기계적으로 높아진 출력 사양을 가진 상태로 더 정교하고 실감적인 제어가 가능한, 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제1목적은, 모션 플랫폼에 있어서, 부하와 하중을 지지하며 정지상태를 유지하는 하부체; 상기 하부체와 이격되어 위치되며, 모션이 출력되는 상부체; 상기 상부체와 상기 하부체 사이에 구비되어, 상기 상부체에 모션을 출력하는 복수의 구동유닛; 상기 상부체와 상기 하부체 사이에 구비되어, 상기 상부체의 하강동작시와 상승동작시 하중을 보상하는 하중보상유닛; 및 시뮬레이터 피드백 정보를 기반으로 상기 구동유닛 각각에 대한 최종출력을 제어하는 모션 제어기와 하중보상 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼으로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 하중보상 제어기는, 상부체와 체험자의 무게에 상기 하중보상유닛에 의한 하중보상힘을 뺀 작용힘을 기반으로 최종출력을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 하중보상유닛은, 상기 상부체와 상기 하부체의 중앙부에 위치된 스프링이고, 상기 구동유닛은, 일측 끝단이 상기 하부체 상면 일측에 구비된 제1관절부와 연결되는 제1링크부재와, 일측 끝단이 상기 제1링크부재 타측끝단과 제2관절부에 의해 연결되는 제2링크부재와, 상기 제1링크부재를 상기 제1관절부를 기준으로 회전구동시키는 구동부를 포함하고, 상기 제2링크부재의 타측끝단은 상기 상부체 하면 일측에 제3관절부에 의해 결합되는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 복수의 상기 구동유닛은 상기 상부체와 상기 하부체 사이 외주부에 원주방향으로 서로 균일간격 이격되어 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 하중보상 제어기는 자세에 따른 각 관절 별 무게 배분비를 구하고, 상기 작용힘과 상기 무게 배분비와 상기 시뮬레이터 피드백 정보에 포함된 모션에 대한 가속도 입력정보를 기반으로 각각의 제3관절부에 작용하는 힘을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 하중보상 제어기는, 각각의 상기 제3관절부에 작용하는 힘과, 상기 제1링크부재와 상기 제2링크부재의 각도를 기반으로 각각의 구동부에 출력해야할 출력토크를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은 앞서 언급한 제1목적에 따른 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼의 제어방법에 있어서, 체험자의 무게를 측정하는 단계; 모션 플랫폼 자세정보를 기반으로 자세에 따른 관절별 무게 배분비를 산출하는 단계; 상부체와 체험자의 무게에 상기 하중보상유닛에 의한 하중보상힘을 뺀 작용힘을 산출하는 단계; 및 상기 작용힘과 상기 관절별 무게 배분비를 기반으로 각 관절에 작용하는 힘을 산출하여 각 구동유닛에 대한 최종출력을 도출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼의 제어방법으로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 무게를 측정하는 단계는, 상부체 무게에 의한 부하만 존재하는 상태에서 스프링 평형지점에 도달한 높이를 계산하는 제1단계; 체험자가 상기 상부체에 탑승하는 제2단계; 상기 상부체와 상기 체험자의 무게에 의한 부하만 존재하는 상태에서 스프링 평형지점에 도달한 높이를 계산하는 제3단계; 상기 제1단계에서의 높이와 상기 제3단계에서의 높이 차와 스프링 상수를 기반으로 체험자의 무게를 산출하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 높이의 계산은 구동부에 구비된 엔코더에서 측정한 각도와 위치정보를 기반으로 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 최종출력을 도출하는 단계는, 상기 작용힘과 상기 무게 배분비와 상기 시뮬레이터 피드백 정보에 포함된 모션에 대한 가속도 입력정보를 기반으로 각각의 제3관절부에 작용하는 힘을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 각각의 상기 제3관절부에 작용하는 힘과, 제1링크부재와 제2링크부재의 각도를 기반으로 각각의 구동부에 출력해야할 출력토크를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼 및 그 제어방법에 따르면, 별도의 센서 추가 없이 하중 보상 스프링 메커니즘이 적용된 모션 플랫폼에 대하여 체험자의 하중 측정 및 모션에 대한 제어 방법을 제공하고, 이 제어방법을 하중 보상 메커니즘이 적용된 모션 플랫폼에 적용하면 시뮬레이터의 상황과 보다 유사하고 정교한 모션 출력이 가능한 효과를 갖는다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼 및 그 제어방법에 따르면, 하중 보상 메커니즘이 적용된 모션 플랫폼에 대하여 체험자의 무게와 하중 보상 메커니즘을 같이 보상한 제어방법을 제공할 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼 및 그 제어방법에 따르면, 스프링 기반의 하중 보상 모션 플랫폼에 별도의 센서나 장치의 추가가 필요 없이 적용 가능하고, 체험자의 무게에 따른 모션 차이가 최소화 될 수 있으며, 동일한 모션 플랫폼 대비 기계적으로 높아진 출력 사양을 가진 상태로 더 정교하고 실감적인 제어가 가능한 효과를 갖는다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼의 정면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼의 부분 정면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 상부체가 제외된 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼의 평면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하중보상 모션 플랫폼의 제어방법 블록 다이어그램,
도 5a는 본 발명의 실시예에 따라 상부체 무게에 의한 부하만 존재하는 경우 하중보상 모션 플랫폼의 측면을 나타낸 모식도,
도 5b는 도 5a에서 최저높이까지 상부체를 내린 상태의 모식도,
도 5c는 상부체와 체험자의 무게에 의한 부하만 존재하는 경우 하중보상 모션 플랫폼의 측면을 나타낸 모식도,
도 6a는 본 발명의 실시예에 따라 무게중심이 중심에서 어긋난 상태에서의 하중보상 모션 플랫폼의 평면을 나타낸 모식도,
도 6b는 본 발명의 실시예에 따라 무게중심이 중심에서 어긋난 상태에서의 하중보상 모션 플랫폼의 부분 측면을 나타낸 모식도를 도시한 것이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼(100)의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른, 하중보상유닛(30)을 적용하여 낮은 사양의 구동유닛으로도 높은 모션 출력을 낼 수 있고, 경제성과 공간 효율성까지 만족할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른, 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼(100)에 따르면, 하중의 무게의 일부를 구동유닛의 출력과는 별도로 보상해줄 수 있는 메커니즘이 적용하여, 기존보다 낮은 출력의 구동유닛을 적용하여도 목표하는 출력사양을 만족할 수 있고, 또한 하강 동작 이후 하중 보상에 의해 축적된 하중보상유닛(30)은 상승 동작 전환 시 신속한 모션 변화를 하는데 큰 도움을 줄 수 있기 때문에 기존보다 더 동적인 모션을 표현할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼(100)에 따르면, 모션 플랫폼(100)의 상부체(70)와 하부체(10) 사이에 하중보상유닛(30)을 두어 하중의 무게 일부를 보상할 수 있고, 하중보상유닛(30)은 단순한 구조이기 때문에 적은 비용으로 대부분의 모션 플랫폼에 적용할 수 있고, 구동유닛의 필요 출력 사양이 낮아져서 제작에 필요한 부품 단가를 줄일 수 있고, 작아진 구동유닛의 출력으로 소비전력이 낮출 수 있으며, 기존의 모션 플랫폼에도 쉽게 적용할 수 있고 더 높은 모션 출력을 낼 수 있고, 모션 플랫폼이 기존보다 더 안정적이고 동적인 모션을 표현할 수 있다.
이러한 본 발명의 핵심적 기술적 특징을 갖는 하중보상유닛(30)은 기존 모션 플랫폼의 대부분의 형태에 적용가능하다.
다만, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서는 3축의 회전 모터구동부(21) 기반의 모션 플랫폼 형태에 하중보상 메커니즘을 적용한 것을 실시예로 하여 설명하도록 한다.
먼저, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼(100)의 정면도를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼(100)은, 전체적으로 상부체(70), 하부체(10), 복수의 구동유닛(20), 하중보상유닛(30), 연결유닛 등을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다.
하부체(10)는 부하와 하중을 지지하며 정지상태를 유지하도록 구성된다. 또한, 상부체(70)는 하부체(10)와 상부측으로 이격되어 위치되며, 복수의 구동유닛(20)에 의해 모션이 출력되게 된다.
그리고 구동유닛(20)은 상부체(70)와 하부체(10) 사이에 구비되어, 상부체(70)에 모션을 출력하도록 구성된다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼(100)의 부분 정면도를 도시한 것이다. 그리고 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 상부체(70)가 제외된 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼(100)의 평면도를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 구동유닛(20) 각각은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 일측 끝단이 하부체(10) 상면 일측에 구비되며 회전관절로 구성되는 제1관절부(22)와 연결되는 제1링크부재(23)와, 일측 끝단이 제1링크부재(23) 타측끝단과 회전관절로 구성되는 제2관절부(24)에 의해 연결되는 제2링크부재(25)와, 제1링크부재(23)를 제1관절부(22)를 기준으로 회전구동시키는 구동부(21)를 포함하여 구성된다. 또한, 제2링크부재(25)의 타측끝단은 상부체(70) 하면 일측에 구면관절로 구성되는 제3관절부(36)에 의해 결합되게 된다.
또한, 복수의 구동유닛(20)은 도 3에 도시된 바와 같이, 상부체(70)와 하부체(10) 사이 외주부에 원주방향으로 서로 균일간격 이격되어 3개가 배치된 형태로 구성될 수 있음을 알 수 있다.
따라서 상부체(70)와 하부체(10) 사이에 병렬로 연결된 구동부(21)와 링크 연결구조는 하부체(10)-구동부(21)-제1관절부(22)-제2관절부(24)-제3관절부(36)-상부체(70) 구조이다. 이러한 형태로 설계하면 상부체(70)의 롤(roll), 피치(pitch), 중력추(z축) 방향의 3축 모션이 가능한 모션 플랫폼(100)을 설계할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 하중보상유닛(30)은, 상부체(70)와 하부체(10)의 사이 중앙부에 위치된 스프링(31)으로 구성될 수 있다.
이때 스프링(31)은 체험자의 포괄적 범위의 무게에 대하여 상부체(70)가 최대 또는 최저 높이까지 위치하지 않으면서 가용한 높이 이내에서 지탱할 수 있는 정도의 스프링 상수를 가져야 한다. 이로서 상부체(70)는 롤, 피치, 중력 축 방향으로 3축 모션을 할 수 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 모션 플랫폼(100)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 연결유닛(60)을 포함하여 구성된다. 이러한 연결유닛(60)은 제3관절부(36) 각각을 상부체(70)에 결합시키는 복수의 구동유닛 연결단(62)과, 상부 가이드(40)를 상부체(70) 하단면 중앙에 결합시키는 스프링 연결단(61)과, 스프링 연결단(61)의 외면을 감싸도록 결합되는 링형 연결부재(64)와, 구동유닛 연결단(62) 각각을 링형 연결부재(64)에 연결시키는 복수의 연결부재(63)를 포함하여 구성될 수 있다.
이하에서는 앞서 언급한 하중 보상 메커니즘이 적용된 모션 플랫폼의 제어방법에 대해 설명하도록 한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하중보상 모션 플랫폼의 제어방법 블록 다이어그램을 도시한 것이다.
하중 보상 메커니즘이 적용된 모션 플랫폼을 위한 제어 방법은 크게 모션에 대한 제어기(40)와 하중 보상에 대한 제어기(50) 부분으로 나눠지며 최종 제어 출력은 이들 제어기(40, 50)에서 출력된 값의 합으로 결정된다. 모션에 대한 제어기(40)는 일반적인 모션 플랫폼의 제어기와 유사하다. 하중 보상에 대한 제어기(50)는 체험자의 무게 측정, 자세에 따른 구동부 관절별 무게 배분 그리고 스프링에 의한 하중 보상 힘에 대하여 총 세 가지의 세부 제어요소를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 하중보상 제어기(40)는, 상부체(70)와 체험자(1)의 무게에 하중보상유닛(30)에 의한 하중보상힘을 뺀 작용힘을 기반으로 최종출력을 산출하게 된다.
즉, 하중보상 제어기(40)는 자세에 따른 각 관절 별 무게 배분비를 구하고, 작용힘과 무게 배분비와 시뮬레이터 피드백 정보에 포함된 모션에 대한 가속도 입력정보를 기반으로 각각의 제3관절부(26)에 작용하는 힘을 산출하게 된다.
그리고 하중보상 제어기(40)는, 각각의 제3관절부(26)에 작용하는 힘과, 제1링크부재(23)와 제2링크부재(25)의 각도를 기반으로 각각의 구동부(21)에 출력해야할 출력토크를 산출하게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼의 제어방법은 먼저 체험자의 무게를 측정하게 된다. 그리고 모션 플랫폼 자세정보를 기반으로 자세에 따른 관절별 무게 배분비를 산출하게 된다. 그리고 상부체(70)와 체험자(1)의 무게에 하중보상유닛(30)에 의한 하중보상힘을 뺀 작용힘을 산출하게 된다. 그리고 작용힘과 관절별 무게 배분비를 기반으로 각 제3관절부(26)에 작용하는 힘을 산출하여 각 구동부(21)에 대한 최종출력을 도출하게 된다.
체험자(1)의 무게 측정을 위해서 구동부(21) 위치 센서에 해당하는 엔코더 이외에 추가되는 센서는 없다. 무게 측정 방법은 다음과 같은 절차로서 측정한다.
먼저 체험자(1)가 탑승하지 않고 상부체(70) 무게에 의한 부하만 존재하는 상태에서 하중 보상을 위한 스프링(31)에 의해 평형지점에 도달한 상부체(70)의 높이를 계산한다. 도 5a는 본 발명의 실시예에 따라 상부체 무게에 의한 부하만 존재하는 경우 하중보상 모션 플랫폼의 측면을 나타낸 모식도를 도시한 것이다.
이때 상부체(70)는 하부체(10)와 수평을 유지해야 하며, 상부체(70)의 높이를 계산하는 방법은 엔코더로부터 측정된 현재 구동부(221)의 각도나 위치 정보를 받아 모션 플랫폼(100)에 해당하는 기구학 식을 통하여 높이를 계산한다.
다음으로 구동부(21)의 단순 높이 제어를 통해 상부체(70)를 최대한 내려서 체험자(1)가 원활히 탑승할 수 있도록 한다. 도 5b는 도 5a에서 최저높이까지 상부체를 내린 상태의 모식도를 도시한 것이다.
체험자(1)가 탑승하고 나면 구동부(21)의 제어를 푼다. 마지막으로 상부체(70)와 체험자(1)의 부하가 작용하는 상태에서 하중 보상을 위한 스프링(31)에 의해 평형지점에 도달한 높이를 계산한다.
스프링(31)에서 발생하는 힘은 스프링 변위와 스프링 상수의 곱과 같다. 이 스프링 힘에 대한 식에 따라 체험자(1)의 탑승 전후의 상부체(70) 높이 차와 스프링 상수의 곱으로서 체험자의 무게를 측정할 수 있다.
또한, 자세에 따른 구동부 관절별 무게는 상부체(70)의 자세에 따라 상부체(70) 무게중심이 하부체(10)의 중심위에 있지 않고 어긋나게 되는데 이때 각 구동부(21)의 관절 끝단인 제3관절부(26)에 작용하는 무게는 일치하지 않고 서로 다르게 작용한다. 도 6a는 본 발명의 실시예에 따라 무게중심이 중심에서 어긋난 상태에서의 하중보상 모션 플랫폼의 평면을 나타낸 모식도를 도시한 것이다. 그리고 도 6b는 본 발명의 실시예에 따라 무게중심이 중심에서 어긋난 상태에서의 하중보상 모션 플랫폼의 부분 측면을 나타낸 모식도를 도시한 것이다.
이를 보상하고자 상부체(70) 자세에 따라 각 관절 끝단(제3관절부(26))에 작용하는 무게 배분 비를 적용하고 각각의 무게를 계산하여 각 제3관절부(26)에 작용하는 무게의 값을 하중 보상에 반영하도록 한다.
각 제3관절부(26)에는 상부체(70)와 체험자(1)의 무게에 의한 배분된 힘 외에도 스프링에 의한 하중 보상 힘이 작용한다. 이 힘은 상부체(70)와 하부체(10) 중심 사이에 작용하기 때문에 상부체(70)의 자세가 변하여도 모든 관절에 거의 동일하게 작용한다.
무게에 의한 힘(상부체+체험자무게)과 스프링 보상에 대한 힘이 작용하는 방향이 서로 다르기 때문에 이 힘의 차(작용힘)를 계산함으로서 각 제3관절부(26)의 끝에 작용하는 총 힘을 구할 수 있다. 이 힘과 무게 배분비와 시뮬레이터 피드백 정보에 포함된 모션에 대한 가속도입력정보를 토대로 하중 보상을 위해 각 구동부에서 출력해야하는 제어 출력 값을 도출한다.
즉, 작용힘(체험자무게+상부체무게-하중보상힘)과 무게 배분비와 시뮬레이터 피드백 정보에 포함된 모션에 대한 가속도 입력정보를 기반으로 각각의 제3관절부(26)에 작용하는 힘을 산출하며, 각각의 제3관절부(26)에 작용하는 힘과, 제1링크부재(23)와 제2링크부재(25)의 각도를 기반으로 각각의 구동부(26)에 출력해야할 출력토크를 산출하게 된다.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (11)

  1. 모션 플랫폼에 있어서,
    부하와 하중을 지지하며 정지상태를 유지하는 하부체;
    상기 하부체와 이격되어 위치되며, 모션이 출력되는 상부체;
    상기 상부체와 상기 하부체 사이에 구비되어, 상기 상부체에 모션을 출력하는 복수의 구동유닛;
    상기 상부체와 상기 하부체 사이에 구비되어, 상기 상부체의 하강동작시와 상승동작시 하중을 보상하는 하중보상유닛; 및
    시뮬레이터 피드백 정보를 기반으로 상기 구동유닛 각각에 대한 최종출력을 제어하는 모션 제어기와 하중보상 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 하중보상 제어기는, 상부체와 체험자의 무게에 상기 하중보상유닛에 의한 하중보상힘을 뺀 작용힘을 기반으로 최종출력을 산출하는 것을 특징으로 하는 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 하중보상유닛은, 상기 상부체와 상기 하부체의 중앙부에 위치된 스프링이고,
    상기 구동유닛은, 일측 끝단이 상기 하부체 상면 일측에 구비된 제1관절부와 연결되는 제1링크부재와, 일측 끝단이 상기 제1링크부재 타측끝단과 제2관절부에 의해 연결되는 제2링크부재와, 상기 제1링크부재를 상기 제1관절부를 기준으로 회전구동시키는 구동부를 포함고, 상기 제2링크부재의 타측끝단은 상기 상부체 하면 일측에 제3관절부에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼.
  4. 제 3항에 있어서,
    복수의 상기 구동유닛은 상기 상부체와 상기 하부체 사이 외주부에 원주방향으로 서로 균일간격 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 하중보상 제어기는 자세에 따른 각 관절 별 무게 배분비를 구하고, 상기 작용힘과 상기 무게 배분비와 상기 시뮬레이터 피드백 정보에 포함된 모션에 대한 가속도 입력정보를 기반으로 각각의 제3관절부에 작용하는 힘을 산출하는 것을 특징으로 하는 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 하중보상 제어기는, 각각의 상기 제3관절부에 작용하는 힘과, 상기 제1링크부재와 상기 제2링크부재의 각도를 기반으로 각각의 구동부에 출력해야할 출력토크를 산출하는 것을 특징으로 하는 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼.
  7. 제 1항 내지 제 6항에 따른 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼의 제어방법에 있어서,
    체험자의 무게를 측정하는 단계;
    모션 플랫폼 자세정보를 기반으로 자세에 따른 관절별 무게 배분비를 산출하는 단계;
    상부체와 체험자의 무게에 상기 하중보상유닛에 의한 하중보상힘을 뺀 작용힘을 산출하는 단계; 및
    상기 작용힘과 상기 관절별 무게 배분비를 기반으로 각 관절에 작용하는 힘을 산출하여 각 구동유닛에 대한 최종출력을 도출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼의 제어방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 무게를 측정하는 단계는,
    상부체 무게에 의한 부하만 존재하는 상태에서 스프링 평형지점에 도달한 높이를 계산하는 제1단계;
    체험자가 상기 상부체에 탑승하는 제2단계;
    상기 상부체와 상기 체험자의 무게에 의한 부하만 존재하는 상태에서 스프링 평형지점에 도달한 높이를 계산하는 제3단계;
    상기 제1단계에서의 높이와 상기 제3단계에서의 높이 차와 스프링 상수를 기반으로 체험자의 무게를 산출하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼의 제어방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 높이의 계산은 구동부에 구비된 엔코더에서 측정한 각도와 위치정보를 기반으로 하는 것을 특징으로 하는 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼의 제어방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 최종출력을 도출하는 단계는,
    상기 작용힘과 상기 무게 배분비와 상기 시뮬레이터 피드백 정보에 포함된 모션에 대한 가속도 입력정보를 기반으로 각각의 제3관절부에 작용하는 힘을 산출하는 것을 특징으로 하는 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼의 제어방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 각각의 상기 제3관절부에 작용하는 힘과, 제1링크부재와 제2링크부재의 각도를 기반으로 각각의 구동부에 출력해야할 출력토크를 산출하는 것을 특징으로 하는 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼의 제어방법.
PCT/KR2018/015550 2018-12-05 2018-12-07 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼 및 그 제어방법 WO2020116698A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180155518A KR102216732B1 (ko) 2018-12-05 2018-12-05 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼의 제어방법
KR10-2018-0155518 2018-12-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020116698A1 true WO2020116698A1 (ko) 2020-06-11

Family

ID=70974288

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2018/015550 WO2020116698A1 (ko) 2018-12-05 2018-12-07 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼 및 그 제어방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102216732B1 (ko)
WO (1) WO2020116698A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2024025543A (ja) * 2022-08-12 2024-02-26 株式会社鷺宮製作所 補助支持装置およびこれを備える試験装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0584362A (ja) * 1991-09-30 1993-04-06 Kayaba Ind Co Ltd 疑似体験装置の動揺機構
KR101035079B1 (ko) * 2010-11-05 2011-05-19 김상호 탑승부의 자체 회전 및 전후진이 가능한 시뮬레이터
KR20160022174A (ko) * 2014-08-19 2016-02-29 (주)트윈테크 하중 분산 지지체를 구비한 다자유도 시뮬레이터
JP2016533534A (ja) * 2013-09-26 2016-10-27 セキリブレ プロプライエタリー リミテッド モーションプラットフォーム
KR20170127870A (ko) * 2016-05-13 2017-11-22 (주)이노시뮬레이션 모션 시뮬레이터의 중력보상장치

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2996121B2 (ja) * 1994-02-15 1999-12-27 三菱電機株式会社 駆動機構及び駆動機構製造方法
KR101544383B1 (ko) 2012-12-31 2015-08-13 한국기계연구원 안내 전자석 변환 스위치부를 갖는 자기부상 시스템 및 이의 정지 방법
KR101531656B1 (ko) 2013-10-16 2015-06-25 한국전기연구원 자기 부상 이송 장치
KR101630783B1 (ko) 2013-12-11 2016-06-15 한국기계연구원 안내 기능을 갖는 추진 전자석을 포함하는 자기부상 시스템
KR101672899B1 (ko) 2015-02-25 2016-11-04 한국기계연구원 대차 프레임을 개선한 자기부상 열차

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0584362A (ja) * 1991-09-30 1993-04-06 Kayaba Ind Co Ltd 疑似体験装置の動揺機構
KR101035079B1 (ko) * 2010-11-05 2011-05-19 김상호 탑승부의 자체 회전 및 전후진이 가능한 시뮬레이터
JP2016533534A (ja) * 2013-09-26 2016-10-27 セキリブレ プロプライエタリー リミテッド モーションプラットフォーム
KR20160022174A (ko) * 2014-08-19 2016-02-29 (주)트윈테크 하중 분산 지지체를 구비한 다자유도 시뮬레이터
KR20170127870A (ko) * 2016-05-13 2017-11-22 (주)이노시뮬레이션 모션 시뮬레이터의 중력보상장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR102216732B1 (ko) 2021-02-16
KR20200068481A (ko) 2020-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8704855B1 (en) Force measurement system having a displaceable force measurement assembly
US8152699B1 (en) Apparatus and method for reduced-gravity simulation
JP5975735B2 (ja) ロボット及びその制御方法
Frisoli et al. A fingertip haptic display for improving curvature discrimination
WO2018105866A1 (ko) 자유낙하 훈련 장치 및 이를 이용한 훈련 방법
WO2016153147A1 (ko) 3차원 미소 중력 케이블 구동 장치
CN101397114B (zh) 一种正交式水平自动调节吊具及方法
WO2018052226A1 (ko) 의료용 스탠드
KR100354343B1 (ko) 운동모사장치
WO2015174670A1 (ko) 손 외골격 구조를 위한 힘 제어 구동기 모듈 및 이를 이용한 손 외골격 시스템
WO2020116698A1 (ko) 하중보상 메커니즘을 적용한 모션 플랫폼 및 그 제어방법
WO2021002663A1 (ko) 보행 자동화 로봇 시스템
WO2020190115A1 (ko) 직각 관통형 엘리베이터
CN110175409A (zh) 重力反馈补偿方法
CA3158623A1 (en) Electromechanical physical resistance device
WO2016200169A1 (ko) 장애물 검지장치 및 이를 이용한 검지방법
KR100396127B1 (ko) 병렬기구 구조 3자유도 운동 시스템 장치
WO2018186694A1 (ko) 가상 체험용 시뮬레이션 의자
KR20010028461A (ko) 장착형 반직접 구동방식의 역감제시 기구
KR102077737B1 (ko) 다중 힘 생성이 가능한 3자유도 균형 훈련 시스템
WO2016032165A1 (ko) 트위스트 운동장치
WO2020091108A1 (ko) 하중보상 메커니즘을 적용한 모션플랫폼
CN108837429B (zh) 一种人体测量及训练用随动悬吊式低重力模拟装置
US20170036348A1 (en) Haptic system and operating method
JP3190026B1 (ja) 人間型ロボット体感提示装置およびマスタスレーブ制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18942490

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18942490

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1