초록 ▼

□ 연구목표
본 연구의 최종 목표는 실제 사람과 흡사한, 다자유도 움직임 및 가상/원격의 물체와 다중접촉을 구현하고, 이를 통해 발생한 다양한 역감을 사용자에게 실감나게 전달하게 해주는 역감생성 및 원격제어 기반이론을 정립하는 것이다. 이러한 목표를 위하여, 본 연구의 2차년도에서는 1차년도의 결과를 확장하여, 다자유도 다중접촉의 실시간 햅틱 렌더링 및 data-driven 렌더링 기법의 통합을 연구하며, 이에 기반을 둔 역감생성기법을 연구한다. 이를 위해, 간소화된 가상물체의 실시간 렌더링 및 이의 세부사항의 data-dri

□ 연구목표
본 연구의 최종 목표는 실제 사람과 흡사한, 다자유도 움직임 및 가상/원격의 물체와 다중접촉을 구현하고, 이를 통해 발생한 다양한 역감을 사용자에게 실감나게 전달하게 해주는 역감생성 및 원격제어 기반이론을 정립하는 것이다. 이러한 목표를 위하여, 본 연구의 2차년도에서는 1차년도의 결과를 확장하여, 다자유도 다중접촉의 실시간 햅틱 렌더링 및 data-driven 렌더링 기법의 통합을 연구하며, 이에 기반을 둔 역감생성기법을 연구한다. 이를 위해, 간소화된 가상물체의 실시간 렌더링 및 이의 세부사항의 data-driven 햅틱 기법의 적용을 다룬다. 또한, 다양한 물성치(탄성)를 갖는 가상물체의 역감을 통한 가상물체 구별 등에 대해 연구하며, 이와 동시에 사용자와 슬레이브의 투명성을 위한 고성능 다자유도/다중접촉 원격제어기법 또한 개발한다.

□ 연구내용
1. 다자유도 virtual proxy와 다중접촉시의 역감생성 알고리즘 개발: 다자유도 동역학을 가지는 virtual proxy와 elastic한 가상물체 사이의 다중 접촉 햅틱 인터랙션을 고려한다. 이를 위하여 접촉을 어떻게 수동성 (즉 안정성)을 보장하면서 렌더링 할 수 있는가 하는 문제를 다룬다. 이를 위하여: 1) NPMI를 이용하여 다자유도 virtual proxy와 가상물체간의 접촉의 수동성을 보장하기 위해 workspace와 configuration space간의 perceptually consistent하게 mapping하는 이론 정립; 2) perceptually consistent하지만 수동성을 보장하지 않는 햅틱렌더링에서의 energy leak의 수동화기법 개발; 그리고 3) 접촉재현 시 순간적인 접촉력 증가로 인한 시스템의 非수동성을 방지하기 위한 time splitting algorithm의 다중접촉에의 확장 등을 연구 할 계획이다.
2. NPMI 햅틱 렌더링 기법의 다자유도/다중접촉을 위한 implementation 연구: 본 연구에서 향후 구현할 virtual proxy의 차원은 사람의 움직임과 비슷한 다차원이어야 하며, 이를 위하여 현재 구현되고 있는 저차원 NPMI의 implementation 방식의 개선이 필요하다. 이를 위하여: 1) NPMI을 풀기 위한 어떠한 고차원행렬의 inversion 루틴을 그 matrix의 특별한 구조를 이용하여 빠르게 푸는 방법; 그리고 2) NPMI의 수동성을 이용하여, (약간의) damping과 함께 artificial delay를 부가하여 수동성을 유지하면서도 푸는 속도를 비약적으로 증가시키는 방법 등을 연구한다.
3. master device 동역학을 알 때 transparent한 역감생성 및 위치제어 기법 개발: 위에서 얻어진 다중접촉의 역감 및 slave의 위치정보를 transparent하게 사용자에게 전달하기 위하여 1단계에서 사용된 passive decomposition기반 기법을 확장/적용한다. 이를 위하여 본 2차년도에서는 master의 동역학을 모른다고 할 때, master와 slave robot간, 또는 virtual proxy간의, transparent한 interfacing기법 및 성능향상을 위한 접촉힘 feedforward action으로 인한 추가적 energy leak을 수동적으로 극복하는 방법에 대하여 연구한다.

□ 기대효과
이 연구를 통하여 얻어지는 결과들은, 현재로써는 제대로 구현 되고 있지 못하는, 다자유도/다중접촉 햅틱 인터랙션 및 더 나아가, 사람과 흡사한 복잡한 움직임을 같는 햅틱 디바이스를 이용한 (예: 휴마노이드) 가상 공간 (또는 원격 제어)에서의 실감나는 햅틱 교류를 위한 이론적 토대를 세울 것으로 예상된다. 따라서, 많은 응용 분야, 특히 실감나는 햅틱 인터랙션이 중요한 가상 현실의 구현 (예: 가상 수술 교육, 가상 조립), 의료나 국방, 제조업에서의 원격 제어 응용 (예: 원격 진료, 원격 지뢰 제거, 원격 조립), 또는 네트워크 게임 등 IT 콘텐트 산업 등에 활용 될 수 있으리라 예상된다.

(출처 : 한글요약문 2p)

Abstract ▼

□ Purpose
The main goal of this project is to lay foundations for haptic rendering and teleoperation, which, similar to human interaction, possesses multi-DOF/multi-contact. For this, during the second year of this project, we apply/extend the results from the first year, which was developed base

□ Purpose
The main goal of this project is to lay foundations for haptic rendering and teleoperation, which, similar to human interaction, possesses multi-DOF/multi-contact. For this, during the second year of this project, we apply/extend the results from the first year, which was developed based on data-driven haptic rendering; and rintegrate the result with real-time haptic rendering technique. For this, our research aim to use the real-time haptic rendering for simplified virtual model and data-driven haptic rendering for localized virtual model. Also, we will demonstrate the results for distinguish virtual objects which have variable material properties (elasticity). We will also develop control framework for teleoperation with multi-DOF and multi-contact.

□ Contents
1. NPMI-based haptic rendering of virtual proxy with multi-DOF/multi-contact: We will consider planar multi-DOF virtual proxy with multi-point cntact with elastic deformable virtual objects, and investigate how to haptically-fast render this VP with passivity ensured. For this: we will develop: 1) NPMI-based passive and perceptually-consistent multi-contact rendering framework using VP’s configuration space; 2) framework to passify energ-leak assocuated with perceptually-consistent, yet, non-passive multi-contact rendering; and 3) extension of time-splitting algorithm to multi-contact scenario to enhance passivity of contact generation.
2. Fast implementation of NPMI for virtual proxy with multi-DOF/multi-contact: The final goal of this project is to realize human-like haptic interaction, which requires a large-DOF, necessitating to improve the current NPMI implementation for low-DOF virtual proxy. For this, we will investigate: 1) how to quickly solve inversion of a certain matrix for NPMI implementation while utilizing its sparse structure; and 2) how to utilize artificial delay to speed up the NPMI implementation, while passifying energy-leak associated with this process.
3. Transparent interfecing schemes for haptics and teleoperation: We will extend the passive-decomposition based approaches, which we developed in the last project, to transparently convey contact force and location information. We willl particularly consider the case where we don’t know the master device. We will also study how to passivly achieve feedforward action of contact force while enforcing passivity to improve system performance.

□ Expected Contribution
The results, to be obtained from this project, will lay a theoretical foundation for multi-DOF/multi-contact haptic interaction with complex motion, which is necessary for achieving real-world like haptic interaction, yet, has not been fully achieved due to the lack of supporting control/rendering theories. The results of this project will also be useful for the haptic interaction (and teleoperation) control with even more human-like complicated/nonlinear master haptic devices (e.g., humanoid VP). Many application areas, which require realistic haptic interaction, are also expected to be impacted by the results of this project: virtual surgical training, virtual/remote assembly, remote demining, haptically-enabled networked games, to name just few.

(출처 : SUMMARY 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 한 글 요 약 문 ... 2
• SUMMARY ... 3
• 보 안 성 검 토 ... 4
• 연 구 분 야 ... 4
• Ⅰ. 실적 ... 5
• 1. 연구개발 목표 및 평가의 착안점 ... 5
• 2. 연구범위 및 연구수행 방법 ... 6
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 7
• 4. 연구개발목표의 달성도 및 자체평가 ... 21
• 5. 구매금액이 3천만원 이상인 기자재 구매현황 ... 22
• 6. 연구비 집행실적 ... 22
• 7. 연구수행에 따른 문제점 및 개선방향 ... 22
• 8. 중요 연구변경 사항 ... 22
• 9. 기타 건의사항 ... 22
• Ⅱ. 계획 ... 23
• 1. 연구개발의 필요성 ... 23
• 2. 연구개발의 목표 및 내용 ... 25
• 3. 연구개발의 추진전략·방법 및 추진체계 ... 27
• 4. 연구개발결과의 활용방안 및 기대성과 ... 29
• 5. 위탁연구책임자 ... 30
• 6. 연구비 소요명세서 ... 34
• 7. 연구과제의 기술적 위험요소 분석 및 안전관리 대책 ... 39
• 8. 참고문헌 ... 40
• 12. 수정·보완 사항 일람표 ... 40
• 끝페이지 ... 40