초록 ▼

본 발명은 가상현실 기반의 햅틱 시스템에 관한 것으로서, 특히 3차원 햅틱 장치 및 3차원 영상 디스플레이 장치를 컴퓨터로 통합 제어함으로써 사용자에게 가상공간 상의 물체를 치거나 맞출 때 손잡이를 통해 물리적 반작용에 의하거나 기 프로그램된 충격을 느낄 수 있게 해주고 사용자의 반응에 따라 가상물체가 일정한 규칙에 따라 튕겨나가거나 터지는 등의 특정 운동이나 게임 시나리오에 따른 물리적 시뮬레이션을 제공할 수 있는 햅틱 시스템 기술에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 가상현실 체험에 있어 사용자의 시각에만 의존하는 것이 아니라 물

본 발명은 가상현실 기반의 햅틱 시스템에 관한 것으로서, 특히 3차원 햅틱 장치 및 3차원 영상 디스플레이 장치를 컴퓨터로 통합 제어함으로써 사용자에게 가상공간 상의 물체를 치거나 맞출 때 손잡이를 통해 물리적 반작용에 의하거나 기 프로그램된 충격을 느낄 수 있게 해주고 사용자의 반응에 따라 가상물체가 일정한 규칙에 따라 튕겨나가거나 터지는 등의 특정 운동이나 게임 시나리오에 따른 물리적 시뮬레이션을 제공할 수 있는 햅틱 시스템 기술에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 가상현실 체험에 있어 사용자의 시각에만 의존하는 것이 아니라 물리적 충격의 강약을 느낌으로써 사용자가 가상 프로그램 상의 물체를 보다 정밀하게 제어할 수 있으므로 보다 현실감 있는 가상체험 도구를 제공하는 효과가 있다. 또한, 이처럼 촉각을 통해 피드백되는 가상체험을 제공하므로 환자가 부상 치료 후 재활 훈련시 순발력 향상 등을 위한 운동 재활 훈련 도구로 사용할 수 있으며 환자에 맞게 가상 프로그램 상의 물체의 속도 및 물체의 충격량, 무게감 등을 조절할 수 있는 효과가 있다.

대표청구항 ▼

회전 관절로 연결된 2개의 로봇암 중 일단부는 고정점을 기준으로 수평 축과 수직 축으로 회전 가능하고, 타단부는 손잡이와 연결되며, 상기 손잡이의 운동에 의해 변경된 상기 로봇암의 3차원 회전 각도를 감지하여 출력하며, 제어 신호에 따라 모터를 구동하여 상기 로봇암의 수평 축 및 수직 축 회전 동력을 인가함으로써 상기 손잡이까지 힘을 전달하는 햅틱 기구부;상기 햅틱 기구부로부터 상기 로봇암의 3차원 회전 각도를 입력받아 상기 손잡이의 위치를 산출하고, 상기 손잡이에 대응되는 물체 및 하나 이상의 가상물체가 포함된 가상공간 입체영상

회전 관절로 연결된 2개의 로봇암 중 일단부는 고정점을 기준으로 수평 축과 수직 축으로 회전 가능하고, 타단부는 손잡이와 연결되며, 상기 손잡이의 운동에 의해 변경된 상기 로봇암의 3차원 회전 각도를 감지하여 출력하며, 제어 신호에 따라 모터를 구동하여 상기 로봇암의 수평 축 및 수직 축 회전 동력을 인가함으로써 상기 손잡이까지 힘을 전달하는 햅틱 기구부;상기 햅틱 기구부로부터 상기 로봇암의 3차원 회전 각도를 입력받아 상기 손잡이의 위치를 산출하고, 상기 손잡이에 대응되는 물체 및 하나 이상의 가상물체가 포함된 가상공간 입체영상 정보를 생성하여 출력하고, 상기 가상물체와 상기 손잡이에 대응되는 물체 간의 충돌 여부를 체크하여 충돌시 제어 신호를 출력하여 상기 모터를 구동하는 제어 장치부; 및상기 제어 장치부로부터 가상공간 입체영상 정보를 입력받아 입체영상을 표시하는 입체영상 표시 장치부;를 포함하여 구성되는 햅틱 시스템.제 1 항에 있어서,상기 햅틱 기구부는,테이블;상기 테이블 상단에 고정된 수직 축을 중심으로 회전 가능한 밑판;상기 밑판의 수직 축 회전 각도를 감지하는 제 1 인코더;상기 밑판에 고정된 수평 축을 중심으로 회전 가능한 2개의 회전 디스크;상기 회전 디스크 중 하나의 수평 축 회전 각도를 감지하는 제 2 인코더;상기 회전 디스크 중 다른 하나의 수평 축 회전 각도를 감지하는 제 3 인코더;상기 회전 디스크 중 하나에 고정되어 상기 회전 디스크의 회전 각도에 따라 움직이는 제 1 로봇암;상기 제 1 로봇암의 말단에 일방향 회전 관절로 연결된 제 2 로봇암;상기 제 2 로봇암과 일방향 회전 관절로 연결되며 상기 회전 디스크 중 다른 하나에 연결되어 상기 회전 디스크의 회전 각도에 따라 상기 제 1 로봇암에 평행하게 움직여서 상기 제 1 로봇암과 상기 제 2 로봇암의 각도를 조절하는 보조 로봇암; 및상기 제 2 로봇암에 3 자유도 회전 관절로 연결된 손잡이;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 햅틱 시스템.제 2 항에 있어서,상기 햅틱 기구부는 상기 제 1 로봇암과 상기 회전 디스크가 고정된 위치에 상기 제 1 로봇암의 반대 길이 방향으로 소정 길이 연장되어 형성된 균형암을 더 포함하여 구성되는 햅틱 시스템.제 3 항에 있어서,상기 햅틱 기구부는 상기 제 2 로봇암과 상기 손잡이 사이의 연결부에 설치되어 상기 제 2 로봇암에 대한 상기 손잡이의 상대적인 3차원 회전 각도를 측정하는 센서 인코더를 더 포함하여 구성되는 햅틱 시스템.제 4 항에 있어서,상기 햅틱 기구부는,상기 테이블에 고정되어 상기 제어 장치부로부터 제어 신호를 받아 상기 밑판을 와이어 동력에 의해 회전시키는 제 1 모터;상기 밑판에 고정되어 상기 제어 장치부로부터 제어 신호를 받아 상기 회전 디스크 중 하나를 와이어 동력에 의해 회전시키는 제 2 모터; 및상기 밑판에 고정되어 상기 제어 장치부로부터 제어 신호를 받아 상기 회전 디스크 중 다른 하나를 와이어 동력에 의해 회전시키는 제 3 모터;를 더 포함하여 구성되는 햅틱 시스템.제 5 항에 있어서,상기 제어 장치부는,상기 제 1 인코더로부터 상기 밑판의 수직 축 회전 각도를 입력받고, 상기 제 2 인코더와 상기 제 3 인코더로부터 상기 2개의 회전 디스크의 수평 축 회전 각도를 입력받고, 상기 센서 인코더로부터 상기 제 2 로봇암과 상기 손잡이 사이의 연결부의 3차원 회전 각도를 입력받아 상기 손잡이의 위치 및 방향을 산출하는 위치 산출기;상기 손잡이의 위치에 대응되는 물체와 기 설정된 시나리오에 의해 생성된 하나 이상의 가상물체로 구성된 가상공간 입체영상 정보를 실시간 생성하여 출력하는 입체영상 정보 생성기;상기 위치 산출기의 출력값과 기설정된 물리 모델에 의해 상기 제 1 모터, 제 2 모터 및 제 3 모터의 출력값을 계산하는 햅틱 랜더링기; 및상기 계산된 모터 출력값을 기설정된 크기로 증폭하여 상기 제 1 모터, 상기 제 2 모터 및 제 3 모터로 각각 인가하는 모터 제어기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 햅틱 시스템.제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 햅틱 기구부는,상기 제 2 로봇암과 상기 손잡이 사이를 연결하는 3 자유도 회전 관절 중 어느 하나의 회전 축에 설치되어 상기 제어 장치부로부터 제어 신호를 받아 상기 손잡이를 상기 회전 축 방향으로 회전시키는 하나 이상의 모터를 더 포함하여 구성되는 햅틱 시스템.