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이호수(Hosu Lee),표상훈(Sanghun Pyo),박상준(Sangjoon Park),윤정원(Jungwon Yoon) 제어로봇시스템학회 2017 제어·로봇·시스템학회 논문지 Vol.23 No.7
Locomotion interface with a virtual reality environment can enhance immersiveness of a user due to the increased proprioception and real energy consumption. An Omni-Directional Treadmill (ODT) is considered as one of these devices; it can facilitate human movements such as walking, running and turning. It can provide a two-dimensional locomotion interface function for interacting an avatar in the virtual environment and the user in the real environment. Existing Omni-directional treadmills are heavy, complex and exhibit low power transmission efficiency. Besides, their significant limitation is slow acceleration and deceleration; which makes them inadequate for applications such as gaming and training of soldiers in virtual environment. Therefore, this paper suggests a novel design of a Fast Omni-Directional Treadmill (F-ODT). The proposed system is simpler, lightweight and produces a high power transmission efficiency based on the suggested Omni-pulley mechanism. Dynamic analysis of the design is performed using simulation program ADAMS® to calculate the drive power, and the required drive motor are selected accordingly. Furthermore, prototype of the F-ODT system is developed according to the proposed design and the capability of the system to provide rapid acceleration is validated. The proposed F-ODT system will be used as a locomotion interface platform in various virtual reality environments such as training of soldiers, gaming, educational experiences and gait rehabilitation. Future task is integration of the F-ODT with a motion capture system and a display system for immersive virtual reality experience.
보행 보조용 차동 케이블 구동기 기반 능동형 무릎 보장구 설계
김호영(Hoyoung Kim),이호수(Hosu Lee),아믈 에이자드(Amre Eizad),윤정원(Jungwon Yoon) 한국HCI학회 2021 한국HCI학회 학술대회 Vol.2021 No.1
기존 하지 재활을 위해 개발된 로봇들은 환자들이 보행훈련을 하기에 비용이 높아 실제로 접근하기 어렵고, 계단 및 지면 보행훈련을 제공하는데 한계를 지닌다. 계단 및 지면 보행훈련이 가능한 능동형 무릎 보장구는 기존 개발된 여러 장치에서 무게 및 비용에서 여전히 한계점이 있다. 만성 뇌병변 환자가 실제 보행훈련시 무리가 없게 하기 위해서는 먼저 무게를 가볍게 만드는 것이 중요하고, 역구동성(Backdrivability)을 갖춤으로써 기구를 착용한 상태에서 구동부의 관성력에 의한 불편함을 느끼지 않는 것이 중요하다. 이를 위해 본 논문에서는 차동 케이블 구동기(Differential Cable Drive) 기반의 능동형 무릎 보장구를 제안한다. 제안하는 시스템은 차동 도르래 원리를 기반으로 높은 기어비를 낼 수 있는 동시에 높은 역구동성을 가질 수 있다. 또한, 초기 장력을 조절함에 따라 구동 토크의 크기를 증감시킬 수 있어 낮은 모터의 동력으로도 보행에서 필요한 토크를 낼 수 있다. 위와 같은 장점으로 인해, 시스템의 전체 무게를 줄일 수 있으며, 역구동성으로 인해 보행 보조에 있어서도 높은 효율을 낼 수 있다. 본 연구에서는 무릎 보장구의 최적 설계 이후 동적 해석을 진행하였으며, 3D 모델링을 통해 구동부 시제품을 제작하였다.
표상훈(Sanghun Pyo),이호수(Hosu Lee),박상준(Sangjoon Park),윤정원(Jungwon Yoon) 한국HCI학회 2018 한국HCI학회 학술대회 Vol.2018 No.1
몰입감 있는 가상현실(VR)과의 상호작용을 위하여, 인체를 구속하지 않으면서 보행 인터페이스가 가능한 여러가지 타입의 장치가 개발되고 있다. 전방향 트레드밀 (Omni-Directional Treadmill)은, 기존 1 차원 트레드밀과 달리, 2 차원 무한지면을 생성할 수 있으므로 사용자에게 지면과 같은 자유로운 보행 자유도를 허락할 수 있고 가상환경에 대한 몰입감을 증대할 수 있다. 그러나 기존에 개발된 2D 트레드밀은 시스템의 복잡하고 동력전달의 효율성이 낮으며 상대 운동하는 부분이 무겁기 때문에, 느린 보행속도의 인터페이스만 가능하다. 본 논문에서는 기존 2D 트레드밀 시스템의 문제점을 개선한 새로운 2D 트레드밀 시스템을 소개한다. 개발된 시스템의 증진된 속도 및 가속도 성능은 인간의 도약까지 안정적으로 인터페이스 할 수 있으므로, 사용자에게 더욱 몰입감 있는 VR 상호작용을 공급할 수 있다.