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In this paper, we investigated 2-DOF haptic device and the method of virtual environment modeling for virtual reality. We designed an modified five bar link system to improve the performance. The haptic control system is composed of calculating kinematics and statics, controlling actuator, and descr...

In this paper, we investigated 2-DOF haptic device and the method of virtual environment modeling for virtual reality. We designed an modified five bar link system to improve the performance. The haptic control system is composed of calculating kinematics and statics, controlling actuator, and describing the virtual environment. Using this system, we realized the virtual spring model and the freely falling ball model.

In this paper, we investigated 2-DOF haptic device and the method of virtual environment modeling for virtual reality. We designed an modified five bar link system to improve the performance. The haptic control system is composed of calculating kinematics and statics, controlling actuator, and describing the virtual environment. Using this system, we realized the virtual spring model and the freely falling ball model.

AI 본문요약

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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 본 연구에서는 2자유도 햅틱디바이스를 설계하여 가상환경에서 작용하는 힘을 사용자에걔 전달할 수 있는 시스템을 구현하였다.

가설 설정

• 그리고 위 벽과의 충몰시에는 손실이 없는 완전탄성충돌로 가정하여 식(15)올 적용하였다.

제안 방법

• 가상&경 모텔링에서는 햽틱디바이스의 끝단과 가상물체 사이의 거리를 이용하여 스프링효과와 자유 낙하 하는 볼 모델을 구현하였다. 이를 응용하여 물체의 질감 등의 다양한 촉감을 느끼는 방법에 대한 연구가 필요하겠다.
• 가상의 공간에서 자유 낙하하는 볼을 고무벨트를 이용하여 운동방향을 변화시키며 볼이 벨트에 닿을 때 작용하는 힘을 사용자가 느낄 수 있게 하는 모델을 구현하였다. 그림7과 같이 볼이 가상의 환경에서 자유낙하하며, 아래쪽예 햏턱디바이스와 연결된 고무벨트가 있어서 햅틱 디바이스의 조작에 외해 벨트가 아래위로 움직이며 자유낙하 하는 공의 운동방향을 변화시킨다.
• 가상의 환경에 존재하는 스프링을 사용자가 실제로 스프링을 조작하는 것처럼 느끼게 하는 가상환경을 모델링하였다. 그림 6과 같이 햅틱 디바이스의 끝단에 수평방항과 수직방향으로 각각 가상의 스프링이 연결되어 있어서 햅틱 디바이스를 조작하면 화면상의 스프링이 실제로 존재하는 것처럼 느껴지게 된다.
• 그리고 가상일의 원리를 적용하여 구동축에 작용하는 모터의 입력토크와 끝단에 작용하는 힘의 관계를 다음과 같이 구할 수 였다.
• 본 연구에서는 개선된 형태의 5절링크 구조의 2자 유도 햅틱디바이스틀 설계하여 가상환경의 힘율 사용자에게 전달하는 모델링 기법을 적용하였다.
• 본 연구에서는 자유공간(freo space)에서의 자유로운 핸들의 이동성을 확보하기 위하여 미쯔비시사의 서보 모터(정격출력 :750W)를 다이 렉트 구동하였으며 , 상위제어기로서는 2축 모터운전이 가능한 서보제어기 (Mini- PMAC, DeltaTau사)를 사용하였다. 제어시스템의 구성도는 그림 3과 같다.
• 설계된 햅틱 디바이스에서 구동축의 각도 θ1, θ2 가주어 졌을 때의 끝단의 위치 x = (x, y)를 계산하기 위한 정기구학 해석을 수행하였다.
• 이 시스템의 구현을 위해서 우선 스프링이 늘어나지 않은 상태에서의 끝단의 위치를 초기위치로 준 후 끝단과 스프링 고정점과의 거리를 계속적으로 계산한다. 이것으로부터 끝단이 초기위치에서 이동한 거러와 스프링 상수의 곱으로 스프링에 의한 힘을 계산한다.
• 햄틱제어방법을 이용하여 가상의 공간에서 작용하는 힘을 사용자에게 전달할 수 있는 가상환경을 모넬링하였다.

대상 데이터

• 사용된 서보 모터는 3, 000rpm의 정격속도, 2.4Nm 의 정격토크를 가지며, 출력되는 엔코더는 1, 000[펄스/ 회전〕의 사양을 가진다. 이를 상위제어기에서는 4체배하여 ISA버스를 통하여 햅틱 구동 프로그램에 보낸다.

후속연구

• 그리고 본 연구에서 제작된 2자유도 햅틱 디바이스를 응용하여 보다 높은 자유도를 갖는 햅틱디바이스를 구현할 수 있을 것이다.
• 적용되는데. 극한 작업 또는 해저에서의 원격작업시 작업현장에서 슬레이브 로봇에 가해지는 환경요인들을 작업자가 촉감으로 느끼면서 조작한다면 현실감이 높아져서 보다 효율적인 조작이 가능할 것이다.[1〕
• 모델을 구현하였다. 이를 응용하여 물체의 질감 등의 다양한 촉감을 느끼는 방법에 대한 연구가 필요하겠다.

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