기존의 스포츠 시뮬레이터 제품들은 모션 플랫폼의 운동과 간단한 시각적 콘텐츠를 이용한 실감 표현에 집중되어 있고 놀이위주의 적용에 국한되어 있어, 사용자가 체감할 수 있는 오감 자극효과가 낮아 고실감 적용에는 부족하며, 전문 콘텐츠 부재로 인해 교육용 스포츠 시뮬레이터로서의 적용은 아직 어렵다. 본 연구에서는 다종목 교환이 가능한 다축 공통 플랫폼과 교환식 스포츠 모듈로 분리하여 공통 플랫폼의 운동 자유도를 4자유도(Surge, Sway, Heave, Yaw) 운동을 할 수 있도록 스포츠 플랫폼을 설계하였다. 이 플랫폼은 안정성을 보장하고 간섭을 최소화하는 데 목적이 있다. 이 플랫폼에 탑재되는 교환식 스포츠 모듈의 운동 자유도는 2자유도(Roll, Pitch)로 승마, 요트와 같은 다양한 운동이 적용이 가능하고, 독립적인 회전 2자유도의 체감형 시뮬레이터의 구현이 가능하도록 하였다.
기존의 스포츠 시뮬레이터 제품들은 모션 플랫폼의 운동과 간단한 시각적 콘텐츠를 이용한 실감 표현에 집중되어 있고 놀이위주의 적용에 국한되어 있어, 사용자가 체감할 수 있는 오감 자극효과가 낮아 고실감 적용에는 부족하며, 전문 콘텐츠 부재로 인해 교육용 스포츠 시뮬레이터로서의 적용은 아직 어렵다. 본 연구에서는 다종목 교환이 가능한 다축 공통 플랫폼과 교환식 스포츠 모듈로 분리하여 공통 플랫폼의 운동 자유도를 4자유도(Surge, Sway, Heave, Yaw) 운동을 할 수 있도록 스포츠 플랫폼을 설계하였다. 이 플랫폼은 안정성을 보장하고 간섭을 최소화하는 데 목적이 있다. 이 플랫폼에 탑재되는 교환식 스포츠 모듈의 운동 자유도는 2자유도(Roll, Pitch)로 승마, 요트와 같은 다양한 운동이 적용이 가능하고, 독립적인 회전 2자유도의 체감형 시뮬레이터의 구현이 가능하도록 하였다.
Existing sports simulators on the market focus on the motion of platform or reality expression using basic visual contents, and are limited to entertainment products. Therefore, the stimulus on 5 senses is not good enough to be applied on high virtual reality. Moreover, there are not enough professi...
Existing sports simulators on the market focus on the motion of platform or reality expression using basic visual contents, and are limited to entertainment products. Therefore, the stimulus on 5 senses is not good enough to be applied on high virtual reality. Moreover, there are not enough professional contents to be applied to an educational sports simulator. In this paper, we developed a sport platform by separating the multi axis based common platform module and the sports application module. We designed the common platform which has 4 degrees of freedom such as surge, sway, heave and yaw motion. This platform has the purpose of stabilizing motion and minimizing interference. The changeable sport module which is attached to the common module has 2 degrees of freedom such as roll and pitch, so that it can be applied to the various fields of 2 degrees of freedom virtual reality sports such as horse riding and yacht.
Existing sports simulators on the market focus on the motion of platform or reality expression using basic visual contents, and are limited to entertainment products. Therefore, the stimulus on 5 senses is not good enough to be applied on high virtual reality. Moreover, there are not enough professional contents to be applied to an educational sports simulator. In this paper, we developed a sport platform by separating the multi axis based common platform module and the sports application module. We designed the common platform which has 4 degrees of freedom such as surge, sway, heave and yaw motion. This platform has the purpose of stabilizing motion and minimizing interference. The changeable sport module which is attached to the common module has 2 degrees of freedom such as roll and pitch, so that it can be applied to the various fields of 2 degrees of freedom virtual reality sports such as horse riding and yacht.
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문제 정의
이 플랫폼은 안정성을 보장하고 간섭을 최소화하는데 목적이 있다. 이 플랫폼에 탑재되는 교환식 스포츠 모듈의 운동 자유도는 2자유도(Roll, Pitch)로 승마, 요트와 같은 다양한 운동이 적용이 가능하고, 독립적인 회전 2자유도의 체감형 시뮬레이터의 구현이 가능하도록 하였다.
제안 방법
디스플레이 콘텐츠 부분은 사용자의 가상환경의 몰입을 위하여, 곡면 스크린으로 제공되며, 실감몰입을 위하여, 실사급 실시간 3D 콘텐츠로 제작됨. 또한 오감 및 현장감을 위한 각종 환경 데이터를 기구부와 실시간 통신하여 사용자로 하여금 디스플레이 된 환경과 일체될 수 있도록 구현하였다.
본 연구에서는 다종목 교환이 가능한 다축 공통 플랫 폼과 교환식 스포츠 모듈로 분리하여 공통 플랫폼의 운동 자유도를 4자유도(Surge, Sway, Heave, Yaw) 운동을 할 수 있도록 스포츠 플랫폼을 설계하였다. 그림 7은 교환식 스포츠 모듈의 개념도를 보여주며 그림 8은 개발된 말로봇의 외형도를 보여준다.
스포츠 시뮬레이터 하드웨어 플랫폼은 다축 공통플랫폼과 종목별 스포츠 모듈(운동모듈+실감형모듈)로 구성되며, 다종목 지원을 위해 기구부간의 착탈방식을 간소화 하여 다른 종목으로 변경이 용이하도록 개발하였다.
승마와 요트 사용자 모션 메커니즘을 분석하고, 인체모션 학습용 국가대표급 승마/요트 전문 DB를 구축하여 관절각 오차 1도 이내, 시간지연 10ms이내 오차범위 내에서 모션을 추정할 수 있도록 사용자 맞춤형 전문코칭 프로그램 및 모션 분석/평가 시스템을 구축하고자 한다.
시뮬레이터의 동작생성 및 제어 알고리즘 개발을 위해 동역학 기반의 시뮬레이션 환경을 구축하여, 다양한 스포츠 모듈의 모션 생성과 사용자/콘텐츠 연동을 위한 실시간 모션제어 알고리즘을 구현하고 다종목확장을 위한 제어 SW를 모듈화 하여 개발하였다.
실감형 시뮬레이터의 핵심 기술인 정밀 구동 메커니즘 및 지능제어 기술을 바탕으로 사용자의 즐거움 및 건강증진을 위해 필요한 모션 생성을 위한 정밀 메커니즘 및 제어 기술을 적용한다.
이 플랫폼은 안정성을 보장하고 간섭을 최소화하는데 목적이 있다. 이 플랫폼에 탑재되는 교환식 스포츠 모듈의 운동 자유도는 2자유도(Roll, Pitch)로 승마, 요트와 같은 다양한 운동이 적용이 가능하고, 독립적인 회전 2자유도의 체감형 시뮬레이터의 구현이 가능하도록 하였다. 4개의 선형 엑츄에이터는 4자유도 하부 공통 플랫폼을 구현하는 데 사용된다.
대상 데이터
모션 시뮬레이터는 리니어 모터 및 감속기로 구성된 구동부, 인공지능제어, 센서 융합 기술 및 모션 해석 기술, 가상현실 화상처리 VR기술등 혁신적인 기계.
후속연구
개발된 스포츠 시뮬레이터는 고정밀 메커니즘 기술, 정밀 제어 기술, 가상현실 구현 기술, 센싱 및 인터페이스 기술 등의 고부가가치 기술을 융복합하여 타 산업으로의 기술 확산과 관련 기술들의 전반적인 발전이 기대된다. 제품의 모듈화로 인하여 다양한 스포츠의 시뮬레이션이 가능하며 스포츠 시뮬레이션 신종 산업을 탄생시켜 국내의 스포츠 산업의 견인차 역할을 할 것으로 예상된다.
또한 스포츠 시뮬레이터에 적용되는 가상현실 하드웨어 기술은 외국에 경쟁력이 떨어져 입출력 장비인 데이터글로브, 모션 캡쳐 장비, 햅틱 인터페이스 장비 등을 대부분 수입에 의존하며 최근에는 저가형 입출력 장치들이 소개되고 있으나 몰입감이 높은 고급 장비들은 아직까지 수천~수만 달러에 달하므로 본 연구를 통한 개발을 통하여 이런 장비의 국산화가 이뤄질 것으로 전망된다.
개발된 스포츠 시뮬레이터는 고정밀 메커니즘 기술, 정밀 제어 기술, 가상현실 구현 기술, 센싱 및 인터페이스 기술 등의 고부가가치 기술을 융복합하여 타 산업으로의 기술 확산과 관련 기술들의 전반적인 발전이 기대된다. 제품의 모듈화로 인하여 다양한 스포츠의 시뮬레이션이 가능하며 스포츠 시뮬레이션 신종 산업을 탄생시켜 국내의 스포츠 산업의 견인차 역할을 할 것으로 예상된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
1세대 스포츠 시뮬레이터는 무엇인가?
1세대 스포츠 시뮬레이터는 실감을 고려하지 않은 단순 근육강화훈련용 스포츠 시뮬레이터이고 2세대는 사용자의 모션 피드백을 고려하지 않은 저실감형, 저자유도 스포츠 시뮬레이터이며 3세대는 범용 다축 모션 플랫폼과 교환식 스포츠 모듈을 이용한 오감 융합형 실제 체험 스포츠 시뮬레이터이다. 그림 2는 세대별 스포츠 시뮬레이터의 진화를 보여준다.
네덜란드 크루덴사에서 개발한 스포츠 시뮬레이터는 무엇인가?
국외에서 네덜란드의 크루덴(Cruden)사에서는 그림 3과 같이 모터스포츠용 F1 시뮬레이터인 Hexatech 개발하였으며, 3개의 42인치 LCD 대형화면과 F1 차체 플랫폼을 병렬형 스튜어트 플랫폼을 이용하여 6자유도를 구현하였고, 스티 어링(Steering) 피드백 시스템이 적용되어 있다.
기존의 스포츠 시뮬레이터 제품의 한계점은 무엇인가?
기존의 스포츠 시뮬레이터 제품들은 모션 플랫폼의 운동과 간단한 시각적 콘텐츠를 이용한 실감 표현에 집중되어 있고 놀이위주의 적용에 국한되어 있어, 사용자가 체감할 수 있는 오감 자극효과가 낮아 고실감 적용에는 부족하며, 전문 콘텐츠 부재로 인해 교육용 스포츠 시뮬레이터로서의 적용은 아직 어렵다. 본 연구에서는 다종목 교환이 가능한 다축 공통 플랫폼과 교환식 스포츠 모듈로 분리하여 공통 플랫폼의 운동 자유도를 4자유도(Surge, Sway, Heave, Yaw) 운동을 할 수 있도록 스포츠 플랫폼을 설계하였다.
참고문헌 (10)
http://www.simuline.com/
http://www.sunaerosys.com/
http://www.cruden.com/
http://www.sponino.de/
http://www.racewood.com/
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Yeong-Hyeon Byeon ; Keun-Chang Kwak. "Analysis of domestic and international development trend for horse riding simulator", International Conference on Control, Automation and Systems, pp 1258 - 1260, 2013
D. Stewart, "A Platform with six degrees of freedom, "Mechanical Engineers, pp 371-386, 1965.
W. S. Lee, Y. D. Lee and C. W. Moon, "Development of a Horse Robot for Indoor Leisure Robots", Journal of The Institute of Internet, Broadcasting and Communication, Vol. 14., No. 5., pp. 161-166, 2014
J.J Craig, Introduction to Robotics, Addison-Wesley, 1989
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