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      • 가상현실 기반 다양한 주행형 농업기계 모의 운전 시스템 개발

        노재승 ( Jae Seung Noh ),김유용 ( Yu Yong Kim ),유석철 ( Seokcheol Yu ),유영지 ( Yeong Ji Yu ),이정민 ( Jeong-min Lee ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.1

        행정안전부 조사(2020년 재난연감, 2021)에 따르면 농업인구 고령화와 농기계 보유 대수 증가로 농기계 안전사고는 연평균 1,269건이 발생하여 78명이 사망하고 745명이 부상하였다. 대부분의 농기계 안전사고는 트랙터, 경운기, 콤바인 등 주행형 농업기계에서 발생하는데 운전자의 부주의, 안전 수칙 불이행 등 인적요인에 의한 사고였다. 사고 예방을 위해 농업인의 주의와 농업기계 안전 사용에 대한 교육이 요구되며, 농업기계 교육은 실제 농업기계에 탑승하여 체험하는 교육이 효과적이다. 사고 예방을 위해 주행 및 작업조건을 교육할 수 있는 전용방식의 트랙터와 경운기의 안전 운전 교육 시뮬레이터가 국내에서 개발되었으나 비용이 고가이고 단일 기종에만 사용 가능하며 시스템이 복잡하여 이를 개선하고자 하나의 기기로 다양한 주행형 농업기계(트랙터, 콤바인, 경운기 등)를 교육하는 시스템을 개발하기 위해 수행되었다. 시뮬레이터가 다양한 주행형 농업 기계에 활용될 수 있도록 페달과 조향 장치를 제외한 조작 장치는 기종에 따라 가상 조작 장치를 조작하도록 개발되었다. 조향 장치는 경운기와 관리기의 경우 실제 부품을 이용하였고 트랙터, 콤바인 및 동력운반차의 조향 장치와 페달은 게임 핸들과 페달을 이용하여 제작하였다. 기종에 따라 운전자로부터 핸들의 높이, 거리, 방향을 LM 가이드를 이용해 쉽게 변경할 수 있도록 하였다. 가상핸들과 가상 조작 장치는 3D MAX를 이용하여 3D 모델링하고 동작 추적 센서를 사용하여 손의 위치 및 손가락 구부림을 감지하였다. 가상 조향 장치는 운전자가 볼 수 있도록 실제 조향 장치의 움직임에 따라 조향되도록 하였으며 레버 등 조작 장치는 검지와 약지의 구부림 설정값과 조작 장치와 거리, 장치와 접촉 여부를 손 윤곽선 색(녹색, 적색)으로 구분하도록 하였다. 손과 조작 장치를 충돌체로 설정하여 레버와 손의 충돌이 검출되면 사용자가 레버를 잡은 것으로 판단하여 손 윤곽선은 녹색으로 변환되었고 녹색으로 변화된 상태에서 손을 움직이면 가상 조작 장치가 따라서 움직이도록 구현되었으며 조작량에 따라 가상 농기계가 동력학에 의해 움직이도록 구현되었다. 개발된 시스템은 한 대의 모의 운전 시스템으로 트랙터, 경운기, 콤바인, 동력운반차, 관리기 등 다양한 주행형 농업기계의 안전교육이 가능할 것으로 판단된다.

      • 경운기 시뮬레이터용 손가락 움직임 검출 센서 연구

        노재승 ( Jae Seung Noh ),오정주 ( Jungjoo Oh ),유석철 ( Seokcheol Yu ),유영지 ( Yeong Ji Yu ),김경란 ( Kyung Ran Kim ),김유용 ( Yu Yong Kim ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2

        경운기는 1960년대 이후 도입되어 가장 오랫동안 사용되고 왔고, 2017년 현재 56만 7천대로 주요 기종(트랙터,콤바인,이앙기) 중 가장 많이 보급된 기종이다(농업기계 보유현황, 2017). 경운기 사고는 농업기계농작업 사고의 50%, 교통사고의 34.6%를 차지하고 있다(농업기계 관련 농업인손상실태, 2017). 농작업 사고의 64.3%는 운전자 부주의 및 운전미숙, 교통사고의 대부분은 운전자 부주의 및 교통법규위반 등 대부분 인적요인에 의해 발생하고 있다(재난연감, 2017). 경운기 안전교육을 위하여 가상현실을 이용한 시뮬레이터가 개발되었다. 개발된 시뮬레이터는 손 및 손가락의 동작을 인식하기 위해 3D 적외선 카메라를 이용하였으나 카메라의 인식범위를 벗어나면 위치 및 움직임을 추적하지 못하는 문제가 있었으며, 주클러치 레버 등을 손가락으로 인식하는 오류도 발생되었다. 이 문제를 해결하기 위해 트래커(Tracker)를 이용한 동작추적 센서를 이용하였다. 트래커를 이용한 동작추적 센서는 대부분 손의 절대 방위를 표현하기 위해 지자기 센서가 포함된 IMU(Inertial Measurment Unit) 센서를 사용하고 있다. IMU 센서가 내장된 동작추적 센서를 사용하는 경우 철과 같은 금속이 있는 영역의 근방에 손이 위치할 경우, 금속에 의한 자기장의 영향으로 인식된 손의 디지털 형상이 왜곡되는 문제가 발생하였다. 본 연구는 위의 문제점들을 해결하기 위해 손의 절대 방위를 표현하기 위한 지자기 센서를 이용하지 않더라도 손의 위치 및 움직임을 정확히 추적하고, 손가락의 동작을 4가지 움직임으로 표현함으로써 가상현실 기반 주행형 농업기계의 안전교육에 최적화시킨 센서를 개발하기 위해 수행되었다. 손 동작 추적 센서는 직물(Fabric) 재질의 장갑, 트래커, 트래커를 장갑에 고정부, 장갑의 검지 및 중지에 배치되어 손가락의 움직임을 감지하는 구부림 센서(Flex sensor) 및 구부림 센서의 값을 측정하는 마이크로 컨트롤러, 데이터를 무선 전송 및 수신하는 통신 모듈로 구성되었다. 수신된 손가락 데이터를 0과 1사이로 캘리브레이션 및 손의 위치를 보정하는 알고리즘이 개발되었다. 개발된 시스템은 경운기 시뮬레이터의 교육 및 체감형 장비로 사용될 수 있을 것으로 판단된다. 또한 향후 가상현실 기반의 제품에 다양하게 사용할 수 있을 것으로 판단된다.

      • 온실 내 온 · 습도 센서 특성 분석

        노재승 ( Jae Seung Noh ),김유용 ( Yu Yong Kim ),권진경 ( Jinkyoung Kwon ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2

        농업생산시설인 온실, 축사 등에서 공기유동 해석 및 제어는 온도, 습도, 풍속 등 다양한 요인이 서로 연관되어 있다. 그러므로 온실 환경을 측정하여 효율적으로 관리하기 위해서는 안정적으로 신뢰성 있는 온·습도 측정이 필요하다. 본 연구는 온실이나 축사 내의 공기유동 측정을 위해 상용의 반도체 타입 디지털 온·습도 센서 모듈(AM 2315, AOSONG, China)을 이용하여 3차원 공기유동 계측시스템을 개발하기 위해 수행되었다. 온·습도 센서 모듈은 온도와 습도가 높은 온실 내에서 장시간 측정하는 경우 센서 모듈을 보호하기 위해 슬립모드로 전환하여 데이터를 측정하여 업데이트하지 않고 동일한 데이터를 계속해서 출력하였다. 이러한 문제를 해결하기 기판용 정전용량 온·습도 센서(HT01D)를 보드에 설치하여 개발하였다. 개발된 시스템의 온도와 습도 데이터는 내부에 설치된 전압 변환 부품 소자의 발열로 인하여 상용의 온·습도 센서데이터와 다르게 측정되었다. 발열에 따른 영향을 분석하기 위해 보드로부터 센서 연결선의 길이를 5, 10, 15 cm로 달리하여 온· 습도를 측정하였다. 실험결과 보드로부터 센서까지의 연결 선 길이가 15 cm 이상일 때 실온과의 차이가 적었으며, 다른 연결선 길이와 온도 -2~-0.5 도, 습도 -1.9~4.5% 차이가 나타났다. 또한 외부 환경으로부터 센서를 보호하도록 AM 2315와 같이 케이스 내에 설치하고, 온실의 결로현상에 대비하여 센서의 방향을 지면으로 향하게 하는 것이 데이터의 신뢰도를 높일 수 있었다. 위와 같이 개발된 공기유동 측정 시스템을 온실 내세서 장시간 시험한 결과 슬립현상이 발생하지 않고 데이터를 측정하였으므로 위의 온·습도 측정 방식은 온실 내에서 공기유동 측정을 위해 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

      • 경운기 시뮬레이터의 조향 제어장치 연구

        노재승 ( Jae Seung Noh ),김유용 ( Yu Yong Kim ),신승엽 ( Seung Yeob Shin ),이정민 ( Jeong Min Lee ),황성준 ( Sung Jun Hwang ),김병인 ( Byoung In Kim ),홍순중 ( Sun Jung Hong ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2

        대부분의 차량 시뮬레이터는 지형 및 교통신호 등을 제공하는 가상환경, 핸들 등 모의 운전조작 장치, 동역학 모델, 조작 신호 획득 및 처리장치, 영상출력장치, 모션 플랫폼 등으로 구성하여 시뮬레이션을 전달해준다. 운전자가 주행할 때 자동차, 트랙터 등의 조향핸들을 한쪽 방향(오른쪽 또는 왼쪽)으로 돌리면 속도 등에 비례하여 일정한 반력으로 핸들은 중앙에 자동 정렬되는 반면 경운기는 조향클러치 조작이나 핸들을 힘으로 돌려 조향하는 특성을 가지고 있다. 경운기의 조향클러치를 조작하면 조작되는 쪽의 바퀴는 동력전달이 끊어져 평지나 오르막에서는 속도가 줄어들고 내리막에서는 트레일러 중량에 따라 속도가 증가하여 경운기 바퀴 회전속도가 낮은 쪽 방향으로 경운기는 회전한다. 따라서 본 연구는 경운기 시뮬레이터의 조향제어장치를 조작 시 핸들 조향각이 좌우 바퀴의 회전속도와 주행속도에 따라 회전하게 하고 트레일러가 회전하는 것처럼 보이도록 본체를 회전시키는 제어장치를 개발하기 위해 수행되었다. 경운기 시뮬레이터의 조향제어장치는 조향핸들의 동작을 감지하는 센서 및 움직임을 전달하는 모터로 구성하였다. 경운기 조향의 운동감을 높이기 위해 서보모터-전자식클러치-감속기-구동축 풀리-텐션 풀리-피동축 풀리 슬립링으로 설계하였다. 전자식 클러치는 PWM(pulse width modulation)제어를 통해 조향 토크를 제어하며, 서보모터는 PID(proportional integral differential) 위치제어를 통해 조향 핸들의 방향을 제어하도록 하였다. 주행속도가 증가되면 파우더 클러치의 토크를 감소시키고 좌우 앞바퀴 속도차가 크면 토크를 증가시켰다. 핸들의 위치는 절대각 엔코더(epm50s8,Autonics)로부터 페루프(closed loop) 컨트롤을 통해 피드백 하였으며 시뮬레이션에서 발생되는 핸들의 위치와 트레일러와 본체가 이루는 각에 의해 제어하였다. 클러치를 잡으면 앞바퀴의 속도 차에 따라 좌측바퀴와 우측바퀴의 속도차가 설정 범위(dead band)이내에서 다르면 조향하지 않고 좌측바퀴 속도가 우측바퀴속도보다 빠르면 우측으로, 우측바퀴 속도가 좌측바퀴 속도보다 빠르면 좌측으로 조향시키는 알고리즘을 적용하였다. 시뮬레이터는 비용과 공간제약으로 인해 실제와 같이 트레일러를 회전시키기 어려워 조향핸들만 회전시키도록 하였다. 따라서 조향클러치를 잡지 않으면 경운기 시뮬레이터의 트레일러로부터 본체의 핸들이 이루는 각이 되도록 조향핸들을 역 방향으로 제어하도록 하였다. 개발된 제어장치는 내리막길에서 조향클러치를 조작하는 방향과 반대로 회전하였으며 운전자의 힘 보다 더 큰 힘으로 회전하였으며, 조향토크가 조작하는 힘보다 적으면 힘으로 핸들을 돌릴 수 있으므로 안전교육 및 사고 체험에 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

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