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신옥식(Okshik Shin),허세종(Sejong Heo),박찬국(Chan Gook Park) 한국항공우주학회 2010 韓國航空宇宙學會誌 Vol.38 No.7
본 논문에서는 스테레오 카메라 시스템을 이용하여 헬멧의 자세 및 위치를 추정하는 알고리즘을 제안한다. 본 논문에서 구축한 시스템은 두 대의 CCD카메라와 헬멧 그리고 적외선 LED, 영상편집 보드로 구성된다. 이 중 15개의 적외선 LED는 헬멧에 서로 다른 길이로 삼각형 패턴으로 고정되어, 헬멧의 자세 및 위치를 결정하기 위한 특징점이 된다. 본 논문에서 제안한 알고리즘은 특징점 추출, 투영 재구성, 모델 인덱싱 과정으로 구성되며, 단위 쿼터니언(UQ, Unit Quaternion)을 이용하여 자세 및 위치를 추정한다. UQ를 이용하여 회전행렬를 구하면, 회전 행렬이 유니터리 행렬(Unitary Matrix)이 되는 것을 보장할 수 있다. 제안된 알고리즘은 시뮬레이션과 실제 실험 데이터를 이용하여 그 성능을 검증하였다. In this paper, it is proposed that an attitude and position estimation algorithm based on a stereo camera system for a helmet tracker. Stereo camera system consists of two CCD camera, a helmet, infrared LEDs and a frame grabber. Fifteen infrared LEDs are feature points which are used to determine the attitude and position of the helmet. These features are arranged in triangle pattern with different distance on the helmet. Vision-based the attitude and position algorithm consists of feature segmentation, projective reconstruction, model indexing and attitude estimation. In this paper, the attitude estimation algorithm using UQ (Unit Quaternion) is proposed. The UQ guarantee that the rotation matrix is a unitary matrix. The performance of presented algorithm is verified by simulation and experiment.
천정부착 랜드마크와 광류를 이용한 단일 카메라/관성 센서 융합 기반의 인공위성 지상시험장치의 위치 및 자세 추정
신옥식(Okshik Shin),박찬국(Chan Gook Park) 제어로봇시스템학회 2012 제어·로봇·시스템학회 논문지 Vol.18 No.1
In this paper, the pose estimation method for the satellite GTB (Ground Test Bed) using vision/MEMS IMU (Inertial Measurement Unit) integrated system is presented. The GTB for verifying a satellite system on the ground is similar to the mobile robot having thrusters and a reaction wheel as actuators and floating on the floor by compressed air. The EKF (Extended Kalman Filter) is also used for fusion of MEMS IMU and vision system that consists of a single camera and infrared LEDs that is ceiling landmarks. The fusion filter generally utilizes the position of feature points from the image as measurement. However, this method can cause position error due to the bias of MEMS IMU when the camera image is not obtained if the bias is not properly estimated through the filter. Therefore, it is proposed that the fusion method which uses the position of feature points and the velocity of the camera determined from optical flow of feature points. It is verified by experiments that the performance of the proposed method is robust to the bias of IMU compared to the method that uses only the position of feature points.
실차 테스트를 통한 농용 트랙터의 운용 조건에 대한 변속 제어 보상 알고리즘 개발
김용래 ( Yongrae Kim ),박희람 ( Heeram Park ),신옥식 ( Okshik Shin ),유지훈 ( Jihun Yu ),정년기 ( Nyunki Chung ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2
농용 트랙터는 다양한 농작업에 활용되며, 이에 따라 잦은 변속과 방향 전환이 필요하다. 이러한 사용자 편의에 따라 선호하는 변속기의 경향도 점차 변화 중이다. 이전까지 주로 기계식 변속기가 적용된 트랙터가 일반적으로 사용되었다면, 현재는 클러치로 주행 방향을 결정짓는 반자동 변속기의 활용도가 높아졌다. 특히 클러치를 통한 변속 시 셔틀 레버로 사용자 임의로 전진 및 후진 주행을 자유롭게 할 수 있으며, 이를 통한 작업의 효율 개선도 기대된다. 하지만 이와 같은 작업이 원활하게 되기 위해서는 운용 조건과 적절한 클러치 제어가 필수적이다. 이러한 부분이 미비할 시 변속 충격 및 반응성 낮음 등 이상 거동이 발생될 수 있으며, 이는 작업 효율 하락으로 이어진다. 본 연구에서는 클러치로 변속이 가능한 트랙터에서 운용 조건에 따라 비례제어밸브와 클러치의 제어 특성 연구를 실차 테스트 기반으로 수행하였다. 클러치 제어에 따른 차량 거동을 단품이 아닌 실차 조건에서 수행하였으며, 운용 조건에 따라 동일한 제어 시 차량 거동 특성에 미치는 영향을 분석하였다.
제어 압력에 따른 농용 트랙터 변속기 싱크로 작동 메커니즘에 관한 연구
엄태호 ( Taeho Eom ),안형종 ( Hyoung-jong Ahn ),신옥식 ( Okshik Shin ),최찬호 ( Chanho Choi ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.2
세계적으로 강화되고 있는 환경 규제로 인해 미래 친환경 차량 개발이 화두가 되고 있다. 이에 따라 효율에 대한 관심이 크게 증가하였으며, 농용 트랙터도 DCT와 같이 고효율 변속기가 적용되고 있다. 특히 국내 농용 트랙터 시장은 대형 트랙터에 대한 수요가 증가하고 있으며, 연비 및 효율에 대해 민감하게 반응하고 있다. 농용 트랙터의 변속기는 다양한 작업에 대응하기 위해 넓은 범위의 변속 단수를 가지고 있으며, 작업 특성상 잦은 변속이 필요하다. 변속 편의성 향상을 위해 싱크로나이저를 적용한 동기물림식 적용이 확대되고 있으며, 전자 유압시스템의 적용을 통해 자동 변속 기능을 구현할 수 있다. 싱크로의 작동 메커니즘에 대한 정확한 분석을 통해 최적의 변속 방법을 적용하여 농용 트랙터의 효율을 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 농용 트랙터 변속기의 변속 시스템 중 유압시스템의 밸브 제어 압력에 따른 싱크로 작동 메커니즘 확인을 위해 시험을 진행하였으며 결과를 분석하였다. 싱크로 체결을 위한 제어 압력의 램프 시간 및 압력, 싱크로나이저의 상대 회전속도에 따라 싱크로 체결력 및 체결 시간 등을 확인하였다.
Hardware-in-the-loop 시뮬레이션 기반 제어기 검증을 위한 트랙터 plant 모델 개발
한규하 ( Gyuha Han ),안다빈 ( Da-vin Ahn ),이진웅 ( Jinwoong Lee ),박진감 ( Jinkam Park ),신옥식 ( Okshik Shin ),박영준 ( Young-jun Park ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.1
제어기 알고리즘을 실제 트랙터에서 검증을 진행할 경우, 기능 안전 로직의 신뢰성에 따라 비용이 커지는 제한점이 있다. 그러므로 이번 연구에서는 hardware-in-the-loop 시뮬레이션(HILS) 기반 제어기 검증을 위하여 트랙터를 구성하는 전체 요소 중 제어기 외의 부분을 MATLAB/Simulink를 기반해 트랙터 plant 모델을 개발하였다. 개발된 트랙터 plant 모델은 입출력 프로세싱, HCU, 엔진, 변속기, 차량 모델의 크게 5가지 부분으로 이루어져 있다. 입출력 프로세싱은 제어기와 plant 모델이 주고받는 데이터의 종류에 따라 dSPACE 사의 ConfigurationDesk 6.7 프로그램을 통해 HILS의 realtime 구동이 가능하게끔 개발되었다. HCU는 모델링에 사용한 트랙터 비례제어밸브의 전류-압력 특성과 싱크로나이저의 전류 신호별 액추에이터의 거동을 반영하도록 개발되었다. 엔진은 토크맵에 따라 속도제어와 거버너를 통한 idle 제어가 가능하도록 개발되었다. 변속기는 전후진 클러치, 주변속 8단으로 구성된 듀얼 클러치 변속(DCT) 시스템과 함께 부변속 4단, PTO 3단으로 구성하였다. 차량 모델은 차량 무게, 타이어 제원 등의 실차 데이터를 사용하여 동역학 모델로 구성하였다. 개발된 트랙터 plant 모델은 test harness 기반 검증을 수행하였으며, 요구된 모델 성능을 만족함을 확인하였다.