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KR20210069246A - Method for weight and position of 6-dof motion platform - Google Patents

Method for weight and position of 6-dof motion platform Download PDF

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KR20210069246A
KR20210069246A KR1020190158787A KR20190158787A KR20210069246A KR 20210069246 A KR20210069246 A KR 20210069246A KR 1020190158787 A KR1020190158787 A KR 1020190158787A KR 20190158787 A KR20190158787 A KR 20190158787A KR 20210069246 A KR20210069246 A KR 20210069246A
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KR
South Korea
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load
mounting pad
driving
weight
servomotor
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KR1020190158787A
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Korean (ko)
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김덕녕
박현진
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한국도로공사
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Abstract

The present invention relates to a method for estimating the load weight and position of a 6-DOF motion platform that enables the subsequent process of the motion simulator to be executed by estimating the position and weight of the center of gravity of the motion platform that mechanically operates the motion simulator. The method comprises: a first step in which in a motion platform in which the mounting pad on which the boarding box is seated is supported by six linear actuators and operated, there is no driving load other than the basic load of the mounting pad, and the weight of the basic load is located at the origin in the basic posture of the mounting pad, the servomotor torque sensor senses and collects the basic torque of the servomotor for each linear actuator; a second step in which the servomotor controller controls the servomotor to set the mounting pad to the basic posture in a state where the weight of the driving load is present on the mounting pad, and the servomotor torque sensor senses and collects the driving torque for each linear actuator; a third step in which the load recognition module applies the driving torque to a Jacobian algorithm, calculates the sum of the Z-direction loads applied to the mounting pad, and checks the driving load weight; and a fourth step in which the position recognition module calculates and confirms the driving load position by applying the driving torque to the Jacobian algorithm.

Description

6자유도 모션플랫폼의 부하무게 및 위치 추정방법{METHOD FOR WEIGHT AND POSITION OF 6-DOF MOTION PLATFORM}Method of estimating load weight and position of 6-DOF motion platform {METHOD FOR WEIGHT AND POSITION OF 6-DOF MOTION PLATFORM}

본 발명은 모션 시뮬레이터를 기계적으로 동작시키는 모션플랫폼의 무게중심 위치와 무게를 추정해서 모션 시뮬레이터의 후속 프로세스가 실행되도록 하는 6자유도 모션플랫폼의 부하무게 및 위치 추정방법 에 관한 것이다.The present invention relates to a method for estimating the load weight and position of a 6-DOF motion platform that enables the subsequent process of the motion simulator to be executed by estimating the position and weight of the center of gravity of the motion platform that mechanically operates the motion simulator.

일반적으로 모션 시뮬레이터는 컴퓨터에 의해 제어되는 가상 환경에 맞도록 동적 변화를 재현함으로써 사용자에게 가상 현실의 움직임을 현실처럼 느낄 수 있도록 하는 장치로서, 비행 시뮬레이션이나 운전 시뮬레이션 등을 구현할 수 있을 뿐만 아니라 최근에는 3차원을 체감할 수 있도록 게임용이나 극장용 시뮬레이터 등으로 널리 활용되고 있다.In general, a motion simulator is a device that allows a user to feel the movement of virtual reality as if it were real by reproducing dynamic changes to fit a virtual environment controlled by a computer. It is widely used as a simulator for games or theaters so that you can experience 3D.

종래 모션 시뮬레이터는 사용자의 신체적 움직임을 유발해서 현실감을 높이는 4G 체계로 구축되었으며, 일반적으로 사용자가 탑승하는 탑승함을 6개의 리니어 액추에이터(Linear Actuator)로 구성된 모션플랫폼이 지지하도록 했다.Conventional motion simulators are constructed with a 4G system that increases the sense of reality by inducing physical movement of the user, and a motion platform composed of six linear actuators supports the boarding box where the user normally rides.

그런데 탑승함에 탑승한 사용자의 체중과 배치 위치 등에 따라 모션플랫폼이 받는 무게중심은 달라질 수밖에 없었고, 이는 곧 액추에이터의 동작에 작용해서 탑승함의 움직임에 영향을 주었다. 물론 액추에이터 동작의 변화는사용자에 따라 4G 체감을 다르게 하는 요인이 되었고, 이는 곧 사용자가 객관적으로 받는 현장감에 차이를 일으키므로, 모션 시뮬레이터 기술 분야에서 시급히 개선되어야 할 과제였다.However, the center of gravity received by the motion platform was inevitably changed depending on the weight and placement position of the user on board, and this inevitably affected the motion of the actuator and affected the movement of the board. Of course, the change in actuator operation became a factor that made the 4G experience different depending on the user, and this caused a difference in the sense of presence that the user objectively received, so it was an urgent task to be improved in the field of motion simulator technology.

이러한 문제를 해소하기 위해서 종래에는 시뮬레이션 보드에 탑승한 사용자의 무게 중심 이동 및 트위스팅을 감지하는 하체 모션 감지 보드가 제안되었다. In order to solve this problem, a lower body motion detection board has been proposed for detecting the movement and twisting of the center of gravity of a user riding on a simulation board.

하지만 종래 하체 모션 감지 보드는, 연결축 간의 거리 측정과 모션 플레이트 간의 비틀림 정도를 각각 감지하는 별도의 센서 장비가 요구되므로, 시뮬레이션 보드의 무게 중심을 감지하기 위한 추가 장비 구성이 불가피했고, 추가 장비와의 연동을 위한 알고리즘 개발 역시 이루어져야 하는 불리함이 있었다.However, since the conventional lower body motion detection board requires separate sensor equipment to measure the distance between the connecting axes and detect the degree of torsion between the motion plates, it is inevitable to configure additional equipment to detect the center of gravity of the simulation board, and additional equipment and There was a disadvantage that the development of an algorithm for interworking of

선행기술문헌 1. 특허등록번호 제10-1941465호(2019.04.12 공고)Prior Art Document 1. Patent Registration No. 10-1941465 (Announcement on April 12, 2019)

이에 본 발명은 상기의 문제를 해소하기 위한 것으로, 모션플랫폼의 상부 부하 및 무게중심 위치를 별도의 센서 없이 측정해서 부하 위치의 적합성을 판단하고 통지하는 6자유도 모션플랫폼의 부하무게 및 위치 추정방법 의 제공을 해결하고자 하는 과제로 한다.Accordingly, the present invention is to solve the above problem, the load weight and position estimation method of a 6-DOF motion platform that measures the upper load and the center of gravity position of the motion platform without a separate sensor to determine and notify the suitability of the load position of the problem to be solved.

상기의 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,In order to achieve the above object, the present invention

탑승함이 안착되는 마운팅패드가 6개의 리니어 액추에이터에 의해 지지되어 동작하는 모션플랫폼에서, 상기 마운팅패드의 기본부하 외에 구동부하는 부재하고, 상기 기본부하의 무게가 마운팅패드의 기본자세에서 원점에 위치한 경우, 서보모터 토크센서가 상기 리니어 액추에이터별 서보모터의 기본토크를 센싱해 수집하는 제1단계;In a motion platform in which the mounting pad on which the boarding box is seated is supported and operated by six linear actuators, there is no driving load other than the basic load of the mounting pad, and the weight of the basic load is located at the origin in the basic posture of the mounting pad , a first step of the servomotor torque sensor sensing and collecting the basic torque of the servomotor for each linear actuator;

상기 마운팅패드 상에 구동부하 무게가 존재하는 상태에서 서보모터 컨트롤러가 서보모터를 제어하여 마운팅패드를 기본자세로 세팅하고, 상기 서보모터 토크센서가 리니어 액추에이터별 구동토크를 센싱해 수집하는 제2단계;A second step in which the servomotor controller controls the servomotor to set the mounting pad to the basic posture in a state where the driving load weight is present on the mounting pad, and the servomotor torque sensor senses and collects the driving torque for each linear actuator ;

부하인식모듈이 상기 구동토크를 자코비안(Jacobian) 알고리즘에 적용해서, 상기 마운팅패드에 가해지는 Z 방향 부하의 총합을 연산하고 구동부하 무게를 확인하는 제3단계; 및a third step in which the load recognition module applies the driving torque to a Jacobian algorithm, calculates the sum of the Z-direction loads applied to the mounting pad, and checks the driving load weight; and

위치인식모듈이 상기 구동토크를 자코비안 알고리즘에 적용해서 구동부하 위치를 연산하고 확인하는 제4단계;a fourth step in which the position recognition module calculates and confirms the driving load position by applying the driving torque to the Jacobian algorithm;

를 포함하는 6자유도 모션플랫폼의 부하무게 및 위치 추정방법이다.It is a method of estimating the load weight and position of a 6-DOF motion platform including

상기의 본 발명은, 무게추정 알고리즘을 통해 모션플랫폼의 상부 부하 및 무게중심 위치를 별도의 센서 없이도 측정해서 부하 위치의 적합성을 판단하고, 상부 부하 및 무게중심 위치가 허용 범위를 벗어나면 알람 등을 통해 탑승자 또는 관리자 등의 사용자에게 통지하므로, 부가 장비 없이도 모션플랫폼의 안정된 동작이 가능하고, 모션 시뮬레이터의 현실감 있는 가상 체험 기능을 실현시키는 효과가 있다.According to the present invention, the suitability of the load position is determined by measuring the position of the upper load and the center of gravity of the motion platform without a separate sensor through the weight estimation algorithm, and when the position of the upper load and the center of gravity is outside the allowable range, an alarm, etc. Since it notifies users such as passengers or managers through the system, stable operation of the motion platform is possible without additional equipment, and there is an effect of realizing the realistic virtual experience function of the motion simulator.

도 1은 본 발명에 따른 부하무게 및 위치 추정방법이 적용되는 모션플랫폼의 일실시 예를 보인 이미지이고,
도 2는 본 발명에 따른 부하무게 및 위치 추정방법의 프로세스를 실행하는 부하감지시스템의 일실시 예를 도시한 블록도이고,
도 3은 본 발명에 따른 부하무게 및 위치 추정방법이 적용되는 모션플랫폼의 각 구성을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 부하무게 및 위치 추정방법의 프로세스를 순차 도시한 플로차트이고,
도 5는 본 발명에 따른 부하무게 및 위치 추정방법에 적용되는 자코비안 행렬의 모습을 보인 수학식이고,
도 6은 본 발명의 자코비안 행렬 구축을 위한 모션플랫폼의 기본 좌표 구조를 보인 이미지이고, 도 7은 상기 모션플랫폼의 마운팅패드에 가해지는 기본부하와 리니어 액추에이터의 힘 간의 관계를 도시한 역학 그래프이고,
도 8은 상기 모션플랫폼의 마운팅패드에 X 방향으로 편중해 가해지는 구동부하와 리니어 액추에이터의 힘 간의 관계를 도시한 역학 그래프이고,
도 9은 상기 모션플랫폼의 마운팅패드에 Y 방향으로 편중해 가해지는 구동부하와 리니어 액추에이터의 힘 간의 관계를 도시한 역학 그래프이다.
1 is an image showing an embodiment of a motion platform to which a load weight and position estimation method according to the present invention is applied;
2 is a block diagram showing an embodiment of a load sensing system for executing the process of the load weight and position estimation method according to the present invention;
3 is a diagram schematically showing each configuration of a motion platform to which the load weight and position estimation method according to the present invention is applied;
4 is a flowchart sequentially showing the process of the load weight and position estimation method according to the present invention;
5 is an equation showing the appearance of the Jacobian matrix applied to the load weight and position estimation method according to the present invention,
6 is an image showing the basic coordinate structure of the motion platform for constructing the Jacobian matrix of the present invention, and FIG. 7 is a dynamic graph showing the relationship between the basic load applied to the mounting pad of the motion platform and the force of the linear actuator. ,
8 is a dynamic graph showing the relationship between the driving load applied to the mounting pad of the motion platform with a bias in the X direction and the force of the linear actuator;
9 is a dynamics graph showing the relationship between the driving load applied to the mounting pad of the motion platform with a bias in the Y direction and the force of the linear actuator.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.The features and effects of the present invention described above will become apparent through the following detailed description in relation to the accompanying drawings, and accordingly, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement the technical idea of the present invention. There will be. Since the present invention can have various changes and can have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention.

이하, 본 발명을 구체적인 내용이 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 부하무게 및 위치 추정방법이 적용되는 모션플랫폼의 일실시 예를 보인 이미지이고, 도 2는 본 발명에 따른 부하무게 및 위치 추정방법의 프로세스를 실행하는 부하감지 시스템의 일실시 예를 도시한 블록도이고, 도 3은 본 발명에 따른 부하무게 및 위치 추정방법이 적용되는 모션플랫폼의 각 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is an image showing an embodiment of a motion platform to which the load weight and position estimation method according to the present invention is applied, and FIG. 2 is a load sensing system executing the process of the load weight and position estimation method according to the present invention It is a block diagram showing an embodiment, and FIG. 3 is a diagram schematically showing each configuration of a motion platform to which the load weight and position estimation method according to the present invention is applied.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시의 부하무게 및 위치 추정방법을 프로세싱하는 부하감지 시스템(100)은 모션플랫폼의 리니어 액추에이터(200, 200', 200"; 이하 '200')를 구동시키는 서보모터(110)와, 서보모터(110)의 동작을 제어하며 모션플랫폼의 기본자세 데이터와 기본부하 데이터 및 원점 위치데이터를 관리하는 서보모터 컨트롤러(120)와, 상기 모션플랫폼 동작을 위한 서보모터(110)의 동력인 토크를 센싱하는 서보모터 토크센서(130)와, 서보모터(110)별 토크를 자코비안(Jacobian) 알고리즘에 적용해서 마운팅패드(400)에 가해지는 기본부하 및 구동부하를 연산해 확인하는 부하인식모듈(140)과, 서보모터(110)별 토크를 자코비안(Jacobian) 알고리즘에 적용해서 마운팅패드(400)에 가해지는 기본부하 및 구동부하의 위치를 연산해 확인하는 위치인식모듈(150)을 포함한다.1 to 3, the load sensing system 100 for processing the load weight and position estimation method of the present embodiment is to drive the linear actuators 200, 200', 200" of the motion platform (hereinafter '200') The servomotor 110, the servomotor controller 120 that controls the operation of the servomotor 110 and manages the basic posture data, basic load data, and origin position data of the motion platform, and the servomotor for the motion platform operation The servo motor torque sensor 130 for sensing the torque, which is the power of 110, and the torque for each servo motor 110 are applied to the Jacobian algorithm to determine the basic load and driving load applied to the mounting pad 400 Position to calculate and check the position of the basic load and driving load applied to the mounting pad 400 by applying the load recognition module 140 to calculate and check the torque for each servo motor 110 and the Jacobian algorithm and a recognition module 150 .

또한 본 실시의 부하감지 시스템(100)은 구동부하의 위치가 기준범위를 초과하면 경고서비스를 실행하고, 서보모터 컨트롤러(120)가 서보모터(110)의 동작을 정지시키도록 하는 알람모듈(160)을 더 포함한다.In addition, the load sensing system 100 of this embodiment executes a warning service when the position of the driving load exceeds the reference range, and an alarm module 160 for the servo motor controller 120 to stop the operation of the servo motor 110 . ) is further included.

Stewart 타입의 상기 모션플랫폼은, 베이스 프레임(300)과, 베이스 프레임(300) 상에 회동 가능하게 설치되는 6개의 리니어 액추에이터(200)와, 리니어 액추에이터(200)에 지지되며 상부에 탑승함(C)을 거치하는 마운팅패드(400)로 구성된다. 따라서 6개 리니어 액추에이터(200)의 동작을 따라 마운팅패드(400)가 상하좌우로 움직이고, 마운팅패드(400)의 움직임을 따라 탑승함(C) 역시 상하좌우로 움직인다. 모션플랫폼의 제원에 따라 리니어 액추에이터(200)의 길이와 장착 위치 및 장착 각도가 결정된다.The motion platform of the Stewart type is supported by a base frame 300, six linear actuators 200 rotatably installed on the base frame 300, and the linear actuator 200 and boarded on the upper part (C) ) is composed of a mounting pad 400 on which it is mounted. Accordingly, the mounting pad 400 moves up, down, left and right according to the operation of the six linear actuators 200 , and the boarding (C) also moves up, down, left and right according to the movement of the mounting pad 400 . The length and mounting position and mounting angle of the linear actuator 200 are determined according to the specifications of the motion platform.

리니어 액추에이터(200)는 서보모터(110)의 회전 방향과 회전수 등에 따라 인장 또는 압축하는 실린더 타입의 공지 장치이다. 참고로, 리니어 액추에이터(200)의 본체(210)에 탑재된 서보모터(110)의 회전방향에 따라 랙(220)이 본체(210)로부터 인입출하므로, 서보모터(110)의 토크가 곧 리니어 액추에이터(200)가 받는 부하이다.The linear actuator 200 is a known cylinder-type device that tensions or compresses according to the rotation direction and number of rotations of the servomotor 110 . For reference, since the rack 220 is drawn in and out from the main body 210 according to the rotation direction of the servo motor 110 mounted on the main body 210 of the linear actuator 200, the torque of the servo motor 110 is linear. It is a load received by the actuator 200 .

한편, 탑승함(C)은 조작에 따라 탑승함(C)이 움직이도록 세팅된 제어신호를 생성해 발신하는 조작기판과, 상기 제어신호에 따라 디스플레이되는 시뮬레이션 이미지를 출력시키는 스크린을 갖춘 공간이다. 그런데, 탑승함(C)에 탑승한 사용자(이하 '탑승자')의 체중은 상기 모션플랫폼에 가하는 부하가 되고, 상기 부하는 모션플랫폼의 리니어 액추에이터에 물리적 영향을 준다. 그런데 편중된 부하는 특정 리니어 액추에이터의 동작에 무리를 주어서 설정치와는 다른 움직임을 유도하고, 이는 곧 스크린에 출력되는 시뮬레이션 이미지와는 다른 행태를 이루었다.On the other hand, the boarding box (C) is a space equipped with an operation board that generates and transmits a control signal set to move the boarding box (C) according to the manipulation, and a screen that outputs a simulated image displayed according to the control signal. However, the weight of the user (hereinafter, 'occupant') riding in the boarding box C becomes a load applied to the motion platform, and the load has a physical effect on the linear actuator of the motion platform. However, the unbalanced load puts a strain on the operation of a specific linear actuator and induces a movement different from the set value, which is a behavior different from the simulated image displayed on the screen.

물론 이러한 행태는 탑승자가 느끼는 4G 시뮬레이션의 현실감을 약화시키는 요인이 되므로, 다음의 방법을 통해 문제를 해소하였다.Of course, this behavior is a factor that weakens the reality of the 4G simulation felt by the passengers, so the problem was solved through the following method.

도 4는 본 발명에 따른 부하무게 및 위치 추정방법의 프로세스를 순차 도시한 플로차트이고, 도 5는 본 발명에 따른 부하무게 및 위치 추정방법에 적용되는 자코비안 행렬의 모습을 보인 수학식이고, 6은 본 발명의 자코비안 행렬 구축을 위한 모션플랫폼의 기본 좌표 구조를 보인 이미지이고, 도 7은 상기 모션플랫폼의 마운팅패드에 가해지는 기본부하와 리니어 액추에이터의 힘 간의 관계를 도시한 역학 그래프이고, 도 8은 상기 모션플랫폼의 마운팅패드에 X 방향으로 편중해 가해지는 구동부하와 리니어 액추에이터의 힘 간의 관계를 도시한 역학 그래프이고, 도 9는 상기 모션플랫폼의 마운팅패드에 Y 방향으로 편중해 가해지는 구동부하와 리니어 액추에이터의 힘 간의 관계를 도시한 역학 그래프이다.4 is a flowchart sequentially illustrating the process of the load weight and position estimation method according to the present invention, and FIG. 5 is an equation showing the appearance of the Jacobian matrix applied to the load weight and position estimation method according to the present invention, 6 is an image showing the basic coordinate structure of the motion platform for building the Jacobian matrix of the present invention, and FIG. 7 is a dynamic graph showing the relationship between the basic load applied to the mounting pad of the motion platform and the force of the linear actuator, and FIG. 8 is a dynamic graph showing the relationship between a driving load applied with a bias in the X direction to the mounting pad of the motion platform and the force of a linear actuator, and FIG. 9 is a driving applied with a bias in the Y direction to the mounting pad of the motion platform. It is a dynamic graph showing the relationship between the load and the force of the linear actuator.

도 1 내지 도 9를 참조한다. Reference is made to FIGS. 1 to 9 .

S11; 기본토크 및 기본부하 수집 단계S11; Basic torque and basic load collection stage

마운팅패드(400)의 기본부하 외에 구동부하는 부재하고, 상기 기본부하의 무게가 마운팅패드(400)의 기본자세에서 원점에 위치한 경우, 서보모터 토크센서(130)가 리니어 액추에이터(200)별 서보모터(110)의 기본토크를 센싱해 수집한다.When there is no driving load other than the basic load of the mounting pad 400 , and the weight of the basic load is located at the origin in the basic posture of the mounting pad 400 , the servomotor torque sensor 130 is a servomotor for each linear actuator 200 . The basic torque of (110) is sensed and collected.

여기서 상기 기본부하는 탑승자 등의 추가 부하 없이 마운팅패드(400)와 탑승함(C)만으로 이루어진 중량이고, 상기 기본자세는 리니어 액추에이터(200) 각각이 탑승함(C)이 안착된 기본부하 상태의 마운팅패드(400)를 균일하게 부담하며 지지하는 자세이다. 또한 상기 원점은 기본부하 및 기본자세의 무게중심이다.Here, the basic load is a weight consisting of only the mounting pad 400 and the boarding box (C) without additional load such as the occupant, and the basic posture is the basic load state in which each of the linear actuators 200 is seated. It is a posture to uniformly load and support the mounting pad 400 . In addition, the origin is the center of gravity of the basic load and basic posture.

따라서 기본부하와 기본자세와 원점 위치를 기준으로 리니어 액추에이터(200)의 안정화 여부를 판단한다.Therefore, it is determined whether the linear actuator 200 is stabilized based on the basic load, the basic posture, and the origin position.

참고로, 상기 모션플랫폼을 수식으로 구성한 것을 동역학 모델이라 하며, 리니어 액추에이터(200)의 장착 위치 및 장착 각도는 액추에이터의 동역학 모델 중 도 5의 자코비안(Jacobian) 알고리즘으로 표현한다. 여기서 구동토크에 의한 힘이 자코비안 알고리즘에 의하여 상판에 작용되고, 구동부하를 지탱하거나 움직이게 한다.For reference, a dynamic model that constitutes the motion platform as a formula is called a dynamic model, and the mounting position and mounting angle of the linear actuator 200 are expressed by the Jacobian algorithm of FIG. 5 among the dynamics models of the actuator. Here, the force by the driving torque is applied to the top plate by the Jacobian algorithm, and it supports or moves the driving load.

상기 기본자세 및 원점 상태의 기본부하에서 리니어 액추에이터(200)의 기본토크는 [수학식 1]의 관계식을 이루고, 동역학적 관계는 도 7과 같다. The basic torque of the linear actuator 200 at the basic load of the basic posture and origin state constitutes the relational expression of [Equation 1], and the dynamic relation is as shown in FIG. 7 .

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

6자 유도 모션플랫폼은 이를 구성하는 마운팅패드(400)와 베이스 프레임(300) 그리고 액추에이터(200) 간의 지오매트리(Geometry)(도 6 참조)에 의해 6개 액추에이터(200)의 방향 벡터가 결정된다. 결국, 액추에이터(200)의 양단이 연결되는 마운팅패드(400)와 베이스 프레임(300) 각각의 6개 지점의 벡터 좌표는 'Skew Symmetric Matrix'와 'Rotational Matrix' 알고리즘에 의해 확인된다. The direction vector of the six actuators 200 is determined by the geometry (refer to FIG. 6) between the mounting pad 400, the base frame 300, and the actuator 200 constituting the six-way induction motion platform. do. As a result, the vector coordinates of each of the six points of the mounting pad 400 and the base frame 300 to which both ends of the actuator 200 are connected are confirmed by the 'Skew Symmetric Matrix' and 'Rotational Matrix' algorithms.

S12; 리니어 액추에이터의 구동토크 수집 단계S12; Linear actuator driving torque collection stage

마운팅패드(400) 상에 구동부하 무게가 존재하는 상태에서 서보모터 컨트롤러(120)가 서보모터(110)를 제어하여 마운팅패드(400)를 기본자세로 세팅하고, 서보모터(110) 토크센서가 리니어 액추에이터(200)별 구동토크를 센싱해 수집한다.In a state where the driving load weight exists on the mounting pad 400, the servo motor controller 120 controls the servo motor 110 to set the mounting pad 400 to the basic posture, and the servo motor 110 torque sensor The driving torque for each linear actuator 200 is sensed and collected.

이를 좀 더 설명하면, 탑승자의 탑승으로 기본부하에 구동부하가 추가되면, 모션플랫폼의 안정된 동작과 최적화된 시뮬레이션 환경을 실현하도록 상기 구동부하가 원점을 기준으로 기준범위 이내인지 여부를 판단한다. 이를 위해 마운팅패드(400)가 기본자세를 유지하는 상태에서 리니어 액추에이터(200)가 부담하는 힘을 체크한다. 여기서 상기 힘은 서보모터(110)의 구동토크이고, 상기 구동토크는 서보모터 토크센서(130)가 센싱한다.More specifically, when a driving load is added to the basic load due to the passenger's boarding, it is determined whether the driving load is within a reference range based on the origin to realize a stable operation of the motion platform and an optimized simulation environment. To this end, in a state in which the mounting pad 400 maintains the basic posture, the force borne by the linear actuator 200 is checked. Here, the force is a driving torque of the servo motor 110 , and the driving torque is sensed by the servo motor torque sensor 130 .

S13; 구동부하 무게 확인 단계S13; Checking the driving load weight

부하인식모듈(140)이 상기 구동토크를 도 5의 자코비안(Jacobian) 알고리즘에 적용해서, 마운팅패드(400)에 가해지는 Z 방향 부하의 총합을 연산하고 구동부하 무게를 확인한다.The load recognition module 140 applies the driving torque to the Jacobian algorithm of FIG. 5 , calculates the sum of the Z-direction loads applied to the mounting pad 400 , and checks the driving load weight.

본 단계를 좀 더 구체적으로 설명하면, 부하인식모듈(140)은 서보모터 토크센서(130)가 센싱한 리니어 액추에이터(200)별 구동토크를 서보모터 컨트롤러(120)를 통해 수신한다. 상기 구동부하의 원점 여부와는 상관없이 Z 방향의 부하 총합은 [수학식 1]을 기반으로 연산하고, 이를 통해 구동부하의 무게를 확인한다.To describe this step in more detail, the load recognition module 140 receives the driving torque for each linear actuator 200 sensed by the servomotor torque sensor 130 through the servomotor controller 120 . Regardless of the origin of the driving load, the total load in the Z direction is calculated based on [Equation 1], and the weight of the driving load is checked through this.

S14; 구동부하 위치 확인 단계S14; Checking the position of the driving load

위치인식모듈(150)이 상기 구동토크를 자코비안 알고리즘에 적용해서 구동부하 위치를 연산하고 확인한다.The position recognition module 150 calculates and confirms the driving load position by applying the driving torque to the Jacobian algorithm.

도 8과 같이 구동부하가 X 방향으로 편중된 경우, 상기 구동부하의 X 방향 편중 위치를 자코비안 알고리즘에 따라 [수학식 2]를 통해 연산할 수 있다. 본 실시 예에서는 X 방향 편중 위치가 원점을 기준으로

Figure pat00003
만큼 편중한다.When the driving load is biased in the X direction as shown in FIG. 8, the location of the bias in the X direction of the driving load can be calculated through [Equation 2] according to the Jacobian algorithm. In this embodiment, the X-direction biased position is based on the origin.
Figure pat00003
as biased as

Figure pat00004
Figure pat00004

Figure pat00005
Figure pat00005

또한 도 9과 같이 상기 구동부하의 Y 방향 편중 위치는 [수학식 3]을 통해 연산할 수 있다. 본 실시 예에서는 Y 방향 편중 위치가 원점을 기준으로

Figure pat00006
만큼 편중한다.Also, as shown in FIG. 9, the Y-direction biased position of the driving load can be calculated through [Equation 3]. In this embodiment, the Y-direction biased position is based on the origin.
Figure pat00006
as biased as

Figure pat00007
Figure pat00007

Figure pat00008
Figure pat00008

결국 위치인식모듈(50)은 x,v 2차원의 마운팅패드(400)에서 구동부하의 편중 위치를 원점을 기준으로 연산하고, 탑승함(c)의 동작 안정성 여부를 판단하기 위한 구동부하 위치 정보를 수집한다.In the end, the position recognition module 50 calculates the biased position of the driving load in the x,v two-dimensional mounting pad 400 based on the origin, and the driving load position information for determining whether the operation stability of the boarding box (c) is to collect

S15; 기준범위 초과 확인 단계S15; Step to check that the standard range is exceeded

알람모듈(160)은, 상기 구동부하의 위치가 기준범위를 초과하면 경고서비스를 실행하고, 서보모터 컨트롤러(120)가 서보모터(110)의 동작을 정지시키도록 제어한다.The alarm module 160 executes a warning service when the position of the driving load exceeds a reference range, and controls the servomotor controller 120 to stop the operation of the servomotor 110 .

상기 경고서비스는 경고방송, 모션플랫폼의 강제 정지, 탑승자의 위치 변경 안내 등일 수 있다.The warning service may be a warning broadcast, a forced stop of the motion platform, a change of location of the passenger, and the like.

상기 기준범위는 원점으로부터의 거리에 따라 등급화할 수 있고, 등급화된 위험도에 따라 후속 경고서비스를 차별화할 수 있다.The reference range may be graded according to the distance from the origin, and the subsequent warning service may be differentiated according to the graded risk level.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조해 설명했지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.In the detailed description of the present invention described above, although it has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art or those having ordinary knowledge in the art will have the spirit of the present invention described in the claims to be described later. And it will be understood that various modifications and variations of the present invention can be made without departing from the technical scope.

100; 부하감지 시스템 110; 서보모터
120; 서보모터 컨트롤러 130; 서보모터 토크센서
140; 부하인식모듈 150; 위치인식모듈 160; 알람모듈
200, 200', 200"; 리니어 액추에이터 210; 본체
220; 랙 300; 베이스 프레임 400; 마운팅패드
c; 탑승함
100; load sensing system 110; servo motor
120; servo motor controller 130; Servo motor torque sensor
140; load recognition module 150; location recognition module 160; alarm module
200, 200', 200"; linear actuator 210; body
220; rack 300; base frame 400; mounting pad
c; boarding

Claims (2)

탑승함이 안착되는 마운팅패드가 6개의 리니어 액추에이터에 의해 지지되어 동작하는 모션플랫폼에서, 상기 마운팅패드의 기본부하 외에 구동부하는 부재하고, 상기 기본부하의 무게가 마운팅패드의 기본자세에서 원점에 위치한 경우, 서보모터 토크센서가 상기 리니어 액추에이터별 서보모터의 기본토크를 센싱해 수집하는 제1단계;
상기 마운팅패드 상에 구동부하 무게가 존재하는 상태에서 서보모터 컨트롤러가 서보모터를 제어하여 마운팅패드를 기본자세로 세팅하고, 상기 서보모터 토크센서가 리니어 액추에이터별 구동토크를 센싱해 수집하는 제2단계;
부하인식모듈이 상기 구동토크를 자코비안(Jacobian) 알고리즘에 적용해서, 상기 마운팅패드에 가해지는 Z 방향 부하의 총합을 연산하고 구동부하 무게를 확인하는 제3단계; 및
위치인식모듈이 상기 구동토크를 자코비안 알고리즘에 적용해서 구동부하 위치를 연산하고 확인하는 제4단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 6자유도 모션플랫폼의 부하무게 및 위치 추정방법.
In a motion platform in which the mounting pad on which the boarding box is seated is supported and operated by six linear actuators, there is no driving load other than the basic load of the mounting pad, and the weight of the basic load is located at the origin in the basic posture of the mounting pad , a first step of the servomotor torque sensor sensing and collecting the basic torque of the servomotor for each linear actuator;
A second step in which the servomotor controller controls the servomotor to set the mounting pad to the basic posture in a state where the driving load weight is present on the mounting pad, and the servomotor torque sensor senses and collects the driving torque for each linear actuator ;
a third step in which the load recognition module applies the driving torque to a Jacobian algorithm, calculates the sum of the Z-direction loads applied to the mounting pad, and checks the driving load weight; and
a fourth step in which the position recognition module calculates and confirms the driving load position by applying the driving torque to the Jacobian algorithm;
Load weight and position estimation method of a 6-DOF motion platform comprising a.
제 1 항에 있어서,
상기 제4단계 이후, 상기 구동부하 위치의 기준범위 초과를 알람모듈이 확인하면 경고서비스를 실행하고, 상기 서보모터 컨트롤러는 서보모터를 정지시키는 제5단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 6자유도 모션플랫폼의 부하무게 및 위치 추정방법.
The method of claim 1,
After the fourth step, if the alarm module confirms that the reference range of the driving load position is exceeded, a warning service is executed, and the servo motor controller stops the servo motor. Method of estimating load weight and position of the motion platform.
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