KR101656936B1 - Driving simulator system for ambulance and driver rehabilitation using the same - Google Patents

Abstract

본 발명은 앰블런스 시뮬레이터 구동을 위한 6축 액추에이터 제어를 위한 프로토콜에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 앰블런스 운전 시뮬레이터로서, 실제 차량의 운전 상황을 시뮬레이션하여 운전자에게 실제 주행에 필요한 각종 시나리오 상황을 부여하고, 교관의 통제에 의해 생성된 가상 환경 하에서 실제 구급차를 운전하는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있는 성능과 외형을 갖고 교관이 교관통제기를 통해 상황을 부여하면, 피교육생이 탑승한 시뮬레이터는 네트워크를 통하여 이 정보를 전송받아 각종 사고 예방 안전 교육 등을 직접적으로 체험할 수 있고 실 장비 훈련 시에 부여할 수 없는 다양한 환경 부여가 가능함으로써 부가적인 교육효과도 얻을 수 있는 앰블런스 시뮬레이터 구동을 위한 6축 액추에이터 제어를 위한 프로토콜에 관한 것이다.The present invention relates to a protocol for 6-axis actuator control for driving an ambulance simulator. More particularly, the present invention relates to an ambulance driving simulator, which simulates an actual driving situation of a vehicle to give a driver various scenarios necessary for actual driving and drives an actual ambulance under a virtual environment generated by the supervision of an instructor If the instructor has the performance and appearance to get the same effect and the instructor gives the situation through the instructor's controller, the simulator on which the student is aboard can receive this information through the network and directly experience various accident prevention and safety education. Axis actuator control for driving an ambulance simulator capable of providing various environments that can not be given during equipment training, thereby providing additional educational effects.

Description

앰블런스 시뮬레이터 구동을 위한 6축 액추에이터 제어를 위한 프로토콜{Driving simulator system for ambulance and driver rehabilitation using the same}[0001] The present invention relates to a six-axis actuator control method for driving an ambulance simulator,

본 발명은 앰블런스 시뮬레이터 구동을 위한 6축 액추에이터 제어를 위한 프로토콜에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 앰블런스 운전 시뮬레이터로서, 실제 차량의 운전 상황을 시뮬레이션하여 운전자에게 실제 주행에 필요한 각종 시나리오 상황을 부여하고, 교관의 통제에 의해 생성된 가상 환경 하에서 실제 구급차를 운전하는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있는 성능과 외형을 갖고 교관이 교관통제기를 통해 상황을 부여하면, 피교육생이 탑승한 시뮬레이터는 네트워크를 통하여 이 정보를 전송받아 각종 사고 예방 안전 교육 등을 직접적으로 체험할 수 있고 실 장비 훈련 시에 부여할 수 없는 다양한 환경 부여가 가능함으로써 부가적인 교육효과도 얻을 수 있는 앰블런스 시뮬레이터 구동을 위한 6축 액추에이터 제어를 위한 프로토콜에 관한 것이다.The present invention relates to a protocol for 6-axis actuator control for driving an ambulance simulator. More particularly, the present invention relates to an ambulance driving simulator, which simulates an actual driving situation of a vehicle to give a driver various scenarios necessary for actual driving and drives an actual ambulance under a virtual environment generated by the supervision of an instructor If the instructor has the performance and appearance to get the same effect and the instructor gives the situation through the instructor's controller, the simulator on which the student is aboard can receive this information through the network and directly experience various accident prevention and safety education. Axis actuator control for driving an ambulance simulator capable of providing various environments that can not be given during equipment training, thereby providing additional educational effects.

운전시뮬레이터 시스템은 실제 운전과 유사한 현실감 높은 주행 환경을 제공하고, 시간제약 및 기상여건에 관계없이 다양한 주행 환경에서의 훈련 체험이 가능하며, 실제 교통 환경에서는 재현하기 어려운 상황 시뮬레이션하기 위한 것이다. The driving simulator system provides a realistic driving environment similar to the actual driving, simulates a situation where it is possible to experience driving in various driving environments irrespective of time constraints and weather conditions, and difficult to reproduce in a real traffic environment.

이러한 운전 시뮬레이터 시스템은 시뮬레이터 운영 통제 기능 및 평가, 재현 기능을 제공해야하며, 피험자 시각적 몰입감을 최적화할 수 있는 운전 시야각 제공해야하면, 중앙 집중식 운영이 가능하고, 시뮬레이션 결과 데이터의 선별적 취득 기능을 제공하여야 한다. Such a driving simulator system should provide simulator operation control function, evaluation and reproduction function, and it should be possible to provide centralized operation and selective acquisition of simulation result data if driving visibility angle to optimize the visual immersion feeling of the subject is provided shall.

이러한 종래 운전시뮬레이터 시스템은 거의 군사용으로 제작되었다. 그러나, 최근 긴급상황, 사고에 대한 다양한 시나리오 상황에 부합되는 구급차, 앰블런스 운전에 대한 시뮬레이터 시스템이 요구되고 있는 실정이다. Such a conventional driving simulator system has been made almost for military use. Recently, however, there is a demand for a simulator system for an ambulance operation that meets various scenarios of emergency situations and accidents.

이러한 앰블런스 운전 시뮬레이터 시스템은, 구급차라는 긴급 차량의 특수성과 운전요원의 능력 향상을 위하여 첨단 항공기 조종 시뮬레이션과 같은 수준의 시뮬레이터 시스템 기술이 요구되며, 훈련 효과 극대화를 위한 사용자 중심의 편의성을 제공할 수 있어야 하며, 구급차와 같은 환경의 운전석 및 개선된 환자실이 제공되어야 하고, 실전적인 교육 훈련이 가능하도록 사용자 요구사항 100% 충족할 수 있고, 확장성 및 유연성이 고려되어야 한다. Such an ambulance driving simulator system requires simulator system technology at the same level as advanced aircraft control simulation in order to improve the specificity of the emergency vehicle such as an ambulance and the ability of the driving personnel, and to provide user-oriented convenience for maximizing the training effect , An ambulance-like driver's seat and an improved patient room should be provided, and 100% of the user's requirements must be met to enable practical education and training, and scalability and flexibility should be considered.

대한민국 등록 특허 제135290호Korean Patent No. 135290 대한민국 등록 특허 제1429404호Korean Patent No. 1429404

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 실제 차량의 운전 상황을 시뮬레이션하여 운전자에게 실제 주행에 필요한 각종 시나리오 상황을 부여하고, 교관의 통제에 의해 생성된 가상 환경 하에서 실제 구급차를 운전하는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있는 성능과 외형을 갖고 교관이 교관통제기를 통해 상황을 부여하면, 피교육생이 탑승한 시뮬레이터는 네트워크를 통하여 이 정보를 전송 받아 각종 사고 예방 안전 교육 등을 직접적으로 체험할 수 있고 실 장비 훈련 시에 부여할 수 없는 다양한 환경 부여가 가능함으로써 부가적인 교육효과도 얻을 수 있는 앰블런스 운전 시뮬레이터를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a vehicle control system If the instructor has the performance and appearance to achieve the same effect as driving the actual ambulance under the virtual environment created by the control, and the instructor grants the situation through the instructor control unit, the simulator on which the participant is on board receives this information through the network The present invention provides an ambulance driving simulator capable of directly experiencing various accident prevention and safety education, and also capable of giving various environments that can not be given at the time of actual equipment training so that additional educational effects can be obtained.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the precise form disclosed. It can be understood.

본 발명의 목적은, 운전 시뮬레이터 시스템에 있어서, 조향 반력장치, 영상 및 음향시스템, 운동플랫폼 및 실시간 차량 시뮬레이션 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 앰블런스 운전 시뮬레이터 시스템으로서 달성될 수 있다. The object of the present invention can be achieved as an ambulance driving simulator system comprising a steering reaction force device, a video and sound system, a motion platform and a real time vehicle simulation module in a driving simulator system.

또한, 그래픽 데이터 베이스를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. It may further comprise a graphic database.

그리고, 상기 운동플랫폼에는 다수의 액추에이터가 포함되는 것을 특징으로 할 수 있다. The motion platform may include a plurality of actuators.

또한, 상기 운동플랫폼의 구동을 제어하기 위한 운동플랫폼 제어모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The apparatus may further include a motion platform control module for controlling the motion of the motion platform.

그리고, 다양한 시나리오 상황을 재현시키는 교관통제기를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, it may further comprise an instructor controller for reproducing various scenarios.

또한, 상기 영상 및 음향 시스템는 3차원 그래픽 생성모듈을 포함하고, 상기 3차원 그래픽 생성모듈은, 차량 동력학 시뮬레이션 결과인 차량의 병진 운동과 회전운동의 상태 데이터로부터 시뮬레이션 영역 안에서의 차량의 위치와 운전자가 볼 수 있는 시각 및 시야를 결정하고, 이를 통해 그래픽 데이터베이스에서 결정된 시야 안에 위치해야 할 대상물의 이미지를 랜더링하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the image and sound system includes a three-dimensional graphic generation module. The three-dimensional graphic generation module generates a three-dimensional graphic based on the position of the vehicle in the simulation area and the position of the driver A viewable time and field of view are determined, and an image of an object to be positioned within a field of view determined in the graphic database is rendered.

그리고, 상기 3차원 그래픽 생성모듈은, 3차원 그래픽 영상 생성모듈은 실측 자료를 기반으로 생성된 오브젝트와 지형 정보를 바탕으로 영상을 생성하고, 그리고 실시간 차량 동력학 시뮬레이션 모듈로부터 받는 차량의 위치정보와 자세정보를 전달받아 움직임을 표현하는 것을 특징으로 할 수 있다. The three-dimensional graphic generation module generates an image based on the object and the terrain information generated based on the actual measurement data, and generates the three-dimensional graphic image using the position information and attitude And the motion is expressed by receiving the information.

또한, 상기 영상 및 음향시스템은, 시뮬레이터에 탑승한 운전자가 속한 가상 환경에 대한 영상 정보를 운전자의 시각으로 직접 전달해 주는 영상 시현 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The video and sound system may further include an image display device for directly transmitting image information on a virtual environment to a driver's seat on the simulator.

그리고, 상기 영상 및 음향시스템은, 실시간으로 3차원 공간음을 구현하여 타 주변 차량 및 차량 접근시 도플러 효과에 따른 음향의 고저를 표현하는 음향 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The image and sound system may further include a sound device for realizing three-dimensional spatial sound in real time and expressing the sound level of the sound depending on the Doppler effect when the vehicle is approaching another vehicle.

또한, 상기 그래픽 데이터 베이스는, 지형을 시뮬레이션하는 지형 데이터베이스, 각종 차량의 움직임을 표현하는 차량 데이터베이스, 각종 사물을 시뮬레이션하는 지물 데이터베이스 및 기타 사람이나 자전거 등의 Actor 데이터베이스를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the graphic database may include a terrain database for simulating the terrain, a vehicle database for expressing motion of various vehicles, an object database for simulating various objects, and an Actor database such as a person or a bicycle .

그리고, 상기 운동플랫폼은, 실시간 차량 동력학 시뮬레이션의 결과를 반영하여 운전자가 실제 차량을 운전하고 있다는 느낌을 받을 수 있도록 차량의 운동을 시뮬레이션하고 운동 시스템의 기구적 구조를 반영한 역기구학 해석 모듈 및 최적화된 운동을 만들어주기 위한 워시아웃 알고리즘을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The motion platform includes an inverse kinematic analysis module that simulates the motion of the vehicle and reflects the mechanical structure of the motion system so as to receive a feeling that the driver is operating the actual vehicle, reflecting the result of the real-time vehicle dynamics simulation, And a washout algorithm for generating motion.

또한, 상기 운동플랫폼 제어모듈은, 6자유도의 구동명령(Surge, Sway, Heave, Roll, Pitch, Yaw)으로 부터 각 액추에이터의 길이를 계산하는 모듈과 기구학 모듈을 통하여 계산된 각 액추에이터의 길이와 서보모터의 Encoder를 통하여 궤환(Feedback)된 실제 길이에 대하여 PID C제어를 수행하는 모션 제어모듈 CSC를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The motion platform control module includes a module for calculating the lengths of the actuators from the six degrees of freedom drive commands (Surge, Sway, Heave, Roll, Pitch, Yaw), the lengths of the actuators calculated through the kinematic module, And a motion control module CSC for performing PID C control on the actual length of the feedback through the encoder of the motor.

그리고, 상기 운동플랫폼 제어모듈은, 호스트 컴퓨터와 TCP/IP 통신을 수행하는 데이터 통신 모듈 CSC를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The movement platform control module may include a data communication module CSC for performing TCP / IP communication with the host computer.

또한, 상기 운동플랫폼 제어모듈은, Normal Operation시, 호스트로부터의 원격명령을 통하여 구동되나 시스템 정비시 구동장치의 독립적인 구동이 가능하도록 구동장치를 제어할 수 있는 GUI 환경을 제공하는 GUI 모듈 CSC를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the motion platform control module includes a GUI module CSC that provides a GUI environment that can be operated through a remote command from the host in normal operation but can control the drive device so that the drive device can be independently driven during system maintenance And the like.

그리고, 상기 실시간 차량 시뮬레이션 모듈은, 실시간 차량 시뮬레이션은 차량의 정지 상태에서부터 시동 및 가속, 조향이나 제동 등 운전자가 경험할 수 있는 모든 운전 조건을 실시간이 요구하는 시간적인 구속 조건을 만족하는 범위에서 정확히 시뮬레이션하는 것을 특징으로 할 수 있다. In the real-time vehicle simulation module, the real-time vehicle simulation can be accurately simulated in a range satisfying the temporal constraint conditions required for real-time, such as starting, acceleration, steering, braking, .

또한, 상기 교관 통제기는, 다양한 훈련 시나리오를 설정하여 훈련생들로 하여금 실제로 구급차량을 운전하는 것과 같이 훈련효과를 극대화하기 위하여 훈련의 진행 과정을 확인하고, 실시간으로 훈련 시나리오를 지정할 수 있도록 하며 일상적인 운전 교육뿐만 아니라 운전자의 운행의 준비, 계기판의 작동상태 및 작동 순서, 기본적인 차량 조작 및 결함, 비정상적인 상황에서의 고장 대처 능력 등을 모니터링하고 훈련 상태를 파악하기 위하여 USB 카메라를 설치하여 장착하여 상황 모니터에 디스플레이하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the instructor controller sets various training scenarios so that the trainees can confirm the progress of the training in order to maximize the training effect, such as driving the first-aid vehicle, specify the training scenarios in real time, In addition to driving education, it is equipped with a USB camera to monitor the preparation of the driver's operation, the operation status and operation sequence of the instrument panel, basic vehicle operation and defects, ability to cope with abnormal situations, On the display unit.

본 발명의 일실시예에 따르면, 실제 차량의 운전 상황을 시뮬레이션하여 운전자에게 실제 주행에 필요한 각종 시나리오 상황을 부여하고, 교관의 통제에 의해 생성된 가상 환경 하에서 실제 구급차를 운전하는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있는 성능과 외형을 갖고 교관이 교관통제기를 통해 상황을 부여하면, 피교육생이 탑승한 시뮬레이터는 네트워크를 통하여 이 정보를 전송 받아 각종 사고 예방 안전 교육 등을 직접적으로 체험할 수 있고 실 장비 훈련 시에 부여할 수 없는 다양한 환경 부여가 가능함으로써 부가적인 교육효과도 얻을 수 있는 효과를 갖는다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to simulate the driving situation of an actual vehicle to give a driver various scenarios necessary for actual driving, and to obtain the same effect as driving an actual ambulance under a virtual environment generated by the supervision of an instructor If the instructor has the capability and appearance, and the instructor gives the situation through the instructor's controller, the simulator on which the student is aboard can receive this information through the network and directly experience various accident prevention and safety education. It is possible to apply various environments that can not be given, and thus it is possible to obtain an additional educational effect.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It should be understood, however, that the effects obtained by the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned may be clearly understood by those skilled in the art to which the present invention belongs It will be possible.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 앰블런스 운전 시뮬레이터 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 데이터 전송 시스템의 구성도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 조향 반력 시스템의 구성도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 2차원 그래픽 영상장치의 특수효과를 나타낸 그래픽,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 각종 그래픽 데이터 베이스에 저장된 그래픽들의 예,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 운동플랫폼의 사시도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 운동 플랫폼 구동제어 로직,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 전기식 운동플랫폼의 사시도,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 액추에이터의 평면도,
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 구동제어 프로그램의 블록도,
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 운동감 생성모듈 CSC의 블록도,
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 모션 제어모듈 CSC의 블록도,
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 데이터 통신 모듈 CSC의 블록도,
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 GUI 모듈 CSC의 블록도,
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 차량 동력학 모델 프로그램과 시뮬레이션 프로그램,
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 교관통제기의 사시도,
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 데이터 녹화 및 재생 화면,
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 SimRoadMaker/Sim TrackMaker의 활용 예,
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 전술훈련용 시나리오 소프트웨어 활용 예를 도시한 것이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description, serve to further the understanding of the technical idea of the invention, It should not be construed as limited.
1 is a block diagram of an ambulance driving simulator system according to an embodiment of the present invention;
2 is a configuration diagram of a data transmission system according to an embodiment of the present invention;
3 is a configuration diagram of a steering reaction force system according to an embodiment of the present invention,
FIG. 4 is a diagram illustrating a special effect of a two-dimensional graphic imaging apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention,
5 illustrates an example of graphics stored in various graphic databases according to an embodiment of the present invention,
Figure 6 is a perspective view of a movement platform according to one embodiment of the present invention,
FIG. 7 illustrates motion platform drive control logic, in accordance with one embodiment of the present invention,
Figure 8 is a perspective view of an electrical exercise platform in accordance with an embodiment of the present invention;
9 is a plan view of an actuator according to an embodiment of the present invention,
10 is a block diagram of a drive control program according to an embodiment of the present invention;
11 is a block diagram of a motion sense generation module CSC according to an embodiment of the present invention,
12 is a block diagram of a motion control module CSC according to an embodiment of the present invention,
13 is a block diagram of a data communication module CSC according to an embodiment of the present invention.
14 is a block diagram of a GUI module CSC according to an embodiment of the present invention.
15 is a diagram showing a real-time vehicle dynamics model program and a simulation program according to an embodiment of the present invention,
16 is a perspective view of an instructor control unit according to an embodiment of the present invention,
17 is a flowchart illustrating a real-time data recording and playback screen according to an embodiment of the present invention,
18 is an example of utilization of a SimRoadMaker / Sim TrackMaker according to an embodiment of the present invention,
FIG. 19 illustrates an example of application of scenario software for tactical training according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
The same reference numerals are used for portions having similar functions and functions throughout the drawings. Throughout the specification, when a part is connected to another part, it includes not only a case where it is directly connected but also a case where the other part is indirectly connected with another part in between. In addition, the inclusion of an element does not exclude other elements, but may include other elements, unless specifically stated otherwise.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 앰블런스 시뮬레이터 구동을 위한 6축 액추에이터 제어를 위한 프로토콜의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 앰블런스 운전 시뮬레이터 시스템의 구성도를 도시한 것이다. 이러한 본 발명의 일실시예에 따른 앰블런스 시뮬레이터 구동을 위한 6축 액추에이터 제어를 위한 프로토콜에는, 캐빈 및 제어힘 로딩 시스템 기술, 영상 및 음향시스템, 그래픽 데이터베이스, 운동플랫폼, 액추에이터, 운동플랫폼 소프트 웨어, 실시간 차량 시뮬레이션 시스템, 교관통제기 및 모의 구급차 운행 시뮬레이션 및 도시 모델링 기술들이 포함된다. 이하에서는 각 기술에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.
Hereinafter, the configuration and function of a protocol for 6-axis actuator control for driving an ambulance simulator according to an embodiment of the present invention will be described. 1 is a block diagram of an ambulance driving simulator system according to an embodiment of the present invention. The protocol for 6-axis actuator control for driving the ambulance simulator according to an embodiment of the present invention includes a cabin and a control force loading system technology, an image and sound system, a graphic database, a motion platform, an actuator, Vehicle simulation systems, instructor controllers, simulated ambulance service simulations, and urban modeling techniques. Each technique will be described in more detail below.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 캐빈 및 제어힘로딩 시스템의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 데이터 전송 시스템의 구성도를 도시한 것이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 조향 반력 시스템의 구성도를 도시한 것이다. Hereinafter, the configuration and function of the cabin and the control force loading system according to an embodiment of the present invention will be described. 2 is a block diagram of a data transmission system according to an embodiment of the present invention. 3 is a block diagram of a steering reaction force system according to an embodiment of the present invention.

운전 시뮬레이터 시스템에서 캐빈은 운전자의 운전 조작이 이루어지는 공간이며 운전 시뮬레이터가 실제 차량의 주행 상황을 시뮬레이션한다는 점에서 캐빈은 실제 차량을 사용하는 것과 같은 현실감을 극대화할 수 있다. 따라서 본 발명의 일실시예에서는 구급차의 운전석의 실제 부품을 사용하게 되며, 실제 차량 운전에서 운전자가 작동할 수 있는 전장품은 실제와 동일하게 작동되며, 운전석을 포함한 캐빈 내부는 운전자에게 이질감이 없도록 구급 차량과 동일하게 구성된다. In the driving simulator system, the cabin is a space where the driver 's driving operation is performed, and the driving simulator simulates the actual driving situation of the vehicle, so that the cabin can maximize the realistic feeling of using the real vehicle. Therefore, in the embodiment of the present invention, the actual parts of the driver's seat of the ambulance are used, and the electric parts that the driver can operate in actual driving of the vehicle operate in the same manner as the actual driver. Inside the cabin including the driver's seat, And is configured the same as the vehicle.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 시뮬레이터 시스템의 외부는 영상 시현기에 의한 난반사 영향이 없도록 마감 처리된다. 운전자의 운전 입력을 검출하는 센서는 정확도에 있어 충분한 분해능을 갖도록 설계되며, 계기, 조향반력, 페달 답력 등은 실차와 유사하게 운전자에게 피드백되게 되며, 각종 데이터의 처리는 실시간 요건을 만족할 수 있어야 하며, 표준화된 데이터 전송 경로를 사용하여야 한다. 또한 실제 구급차 운전 및 각종 장치 조작에 필요한 컨트롤러의 조작 훈련이 가능하도록 실장품을 시뮬레이션하여 장착하며 이 장치의 조작 결과 역시 시뮬레이션에 반영되도록 구성된다. In addition, the exterior of the simulator system according to an embodiment of the present invention is closed so that there is no influence of irregular reflection due to the image viewer. The sensors that detect the driver's driving input are designed to have sufficient resolution in terms of accuracy, and the instrument, steering reaction force, pedal pressure, etc. are fed back to the driver in a similar manner to the actual vehicle, , A standardized data transmission path should be used. In addition, a mounting product is simulated and installed so as to enable the operation training of the controller necessary for actual ambulance operation and various device operation, and the operation result of the device is also reflected in the simulation.

본 발명의 실시예에 따른 조향 반력 장치는 시뮬레이터 및 가상현실 시스템의 필수적인 구성이며, 이러한 주향 반력 장치에서 전달하는 가상의 체험감이 전체 시뮬레이션 시스템의 현실감을 좌우하는 중요한 요소에 해당한다. 본 발명의 일실시예에서는 능동형 고성능 반력 장치가 적용된다.
The steering reaction force device according to the embodiment of the present invention is an essential component of the simulator and the virtual reality system. The sense of virtual experience transmitted from the reaction force feedback device is an important factor that determines the reality of the entire simulation system. In an embodiment of the present invention, an active high-performance reaction force device is applied.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 영상 및 음향 시스템의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 본 발명의 일실시예에 따른 영상 및 음향 시스템에는 3차원 그래픽 생성장치와, 영상시현장치와, 음향장치를 포함한다. Hereinafter, the structure and functions of an image and sound system according to an embodiment of the present invention will be described. The image and sound system according to an exemplary embodiment of the present invention includes a 3D graphic generation device, an image display device, and a sound device.

본 발명의 일실시예에 따른 3차원 그래픽 생성 장치(3D Graphic Generation Computer)는, 차량 동력학 시뮬레이션 결과인 차량의 병진 운동과 회전운동의 상태 데이터로부터 시뮬레이션 영역 안에서의 차량의 위치와 운전자가 볼 수 있는 시각 및 시야를 결정하고, 이를 통해 그래픽 데이터베이스에서 결정된 시야 안에 위치해야 할 대상물의 이미지를 랜더링하게 된다. The 3D graphic generation computer according to an embodiment of the present invention can calculate the position of the vehicle in the simulation region and the position of the vehicle in the simulation region based on the rotational motion data of the vehicle, Visual and visual field, thereby rendering an image of the object to be positioned within the determined field of view in the graphic database.

각종 시뮬레이터 및 가상현실 시스템에 적용하고 있는 3차원 그래픽 생성 장치는 그래픽 성능이 강화되어 있는 고성능 워크스테이션에 별도의 프로세서가 내장된 이미지 생성기를 이용하고 있는 추세이나 시스템 가격이 매우 비싼 고성능 그래픽 워크스테이션을 이용한 3차원 그래픽스는 사업화 측면에서 경쟁력이 없다.The 3D graphics generation device applied to various simulators and virtual reality systems is using a high performance graphic workstation with an embedded image processor with a separate processor and a high performance graphics workstation with a very high system price The 3D graphics used are not competitive in terms of commercialization.

PC의 3차원 그래픽 기능이 대단히 미약한 5~6년전부터 급속한 PC 기술의 발전을 예견하고, PC Base의 저가형 3차원 그래픽 가속기를 이용하면서도 고성능 그래픽 워크스테이션급의 고해상도 실시간 이미지를 생성하는 알고리즘 및 프로그램을 개발하여 각종 시뮬레이터에 적용하고 있으며, 이는 차량/비행기 시뮬레이터에의 적용 외에도 그 응용 범위의 확장이 기대되는 핵심 기술에 해당한다. Algorithm and program for predicting the rapid development of PC technology from 5 ~ 6 years ago, which is very weak 3-D graphics function of PC, and generating high-resolution real-time image of high-performance graphics workstation level while using low-priced 3-D graphics accelerator of PC Base Has been developed and applied to various simulators. It is applicable to vehicle / airplane simulators as well as core technologies that are expected to expand its application range.

시뮬레이터의 운용목적에 적합하도록 구축된 그래픽 데이터베이스는 운전자에게 시각이미지를 제공하기 위하여 실시간 렌더링 엔진을 필요로 하며 실시간 렌더링 엔진은 구축된 데이터베이스의 3차원 정보를 기초로 하여 시각적 실시간 조건을 만족하도록 1초당 30 프레임 이상의 화면 갱신률을 가지고 래스터라이즈하는 역할을 담당하게 된다. The graphical database constructed to suit the purpose of the simulator needs a real-time rendering engine to provide visual images to the driver. The real-time rendering engine is based on the three-dimensional information of the constructed database, Rasterize with a refresh rate of 30 frames or more.

실시간 시뮬레이션을 위한 렌더링 엔진은 충돌 감지 및 충돌 정보 등의 이벤트 데이터를 획득할 수 있도록 하여야 하며, 시각적인 현실감을 증가하기 위하여 특수효과의 구현 등을 지원할 수 있어야 하며 3차원 그래픽 영상 처리는 그래픽 가속 처리 기능을 기본으로 실시간 랜더링 엔진을 탑재하고 있어야 하며, OpenFlight 포맷을 사용한 그래픽 데이터베이스의 로딩이 가능하며 이미지의 연속성을 보장하기 위해 초당 30프레임 이상의 성능을 나타내며, 각 채널간의 동기화가 이루어지게 된다. The rendering engine for real-time simulation should be able to acquire event data such as collision detection and collision information. It should be able to support the implementation of special effects in order to increase the visual sense of reality. It has a real-time rendering engine based on the function. It can load graphic database using OpenFlight format. It shows performance of more than 30 frames per second to guarantee image continuity, and synchronization between channels is performed.

최적화된 알고리즘을 사용하여 Level of detail 구현이 가능하게 되며, 각종 특수 효과를 재현할 수 있고 3차원 그래픽 영상 생성모듈은 실측 자료를 기반으로 생성된 오브젝트와 지형 정보를 바탕으로 영상을 생성하고, 그리고 실시간 차량 동력학 시뮬레이션 모듈로부터 받는 차량의 위치정보와 자세정보를 전달받아 움직임을 표현하게 된다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 2차원 그래픽 영상장치의 특수효과를 나타낸 그래픽을 도시한 것이다. It is possible to realize level of detail by using optimized algorithm and it is possible to reproduce various special effects, and the 3D graphic image generation module generates an image based on the generated object and terrain information based on actual measurement data, The vehicle position information and attitude information received from the real-time vehicle dynamics simulation module are received to express the motion. FIG. 4 is a diagram illustrating a special effect of a two-dimensional graphic imaging apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 영상 시현 장치는 시뮬레이터에 탑승한 운전자가 속한 가상 환경에 대한 영상 정보를 운전자의 시각으로 직접 전달해 주는 시스템을 의미하며 운전자의 눈으로 전달되어지는 시계의 범위 (FOV : Field of View), 해상도, 밝기, 색의 대비 등은 시뮬레이터의 설계시에 결정되어지는 디스플레이의 특성 또는 사양에 의하여 제약되게 된다. In addition, the image viewing apparatus according to an embodiment of the present invention refers to a system that directly transfers image information about a virtual environment to a driver's view, which is mounted on a simulator, and includes a range of a clock transmitted to the driver's eyes Field of view (FOV), resolution, brightness, and contrast of colors are constrained by the characteristics or specifications of the display determined at the time of designing the simulator.

영상 시현 장치에서 현실감을 좌우하는 중요한 척도인 몰입감은 시계의 범위(FOV)에 의해 좌우되며, 운전 시뮬레이터의 특성상 교차로에서의 좌우 시계 확보 등을 위해 최소 좌우 시계 범위가 120도 이상은 확보되어야 하며 본 발명의 일실시예에서는 대형 LCD 모니터 3개를 사용하여 넓은 시계 범위를 제공하게 된다. The immersion sensation, which is an important measure that affects the sense of reality in the image viewing device, depends on the range of the watch (FOV). For the characteristics of the driving simulator, In one embodiment of the invention, three large LCD monitors are used to provide a wide viewing range.

본 발명의 일실시예에 따른 모니터 장착부는 탈착식 모듈 구조로 구성되며, 필요에 따라 LCD/DLP 프로젝터 및 대형 스크린 (Flat, Cylindrical, Spherical Screen) 등도 쉽게 적용할 수 있고, 전방 이미지에 좌우측 사이드 미러 영상 구현을 위해 Insec 이미지 기법이 적용될 수 있다. The monitor mounting portion according to an embodiment of the present invention is configured as a removable module structure and can easily apply an LCD / DLP projector and a flat, cylindrical, or spherical screen to the front image. The left and right side mirror images Insec image techniques can be applied for implementation.

본 발명의 일실시예에 따른 음향 장치는 시뮬레이터의 운용 측면에서 큰 영향을 미치는 청각 효과 구성품으로 실제 운전시의 외부 환경과 최대한 유사하게 구현하여 발생되는 음향과 주변 환경음을 실제감 있게 재생하여야 하며 운전자의 운전조작에 따른 시동음, 엔진음 등을 실시간으로 3차원 공간음을 구현하여 타 주변 차량 및 차량 접근시 도플러 효과에 따른 음향의 고저를 표현하게 된다. The acoustic device according to an embodiment of the present invention is a hearing effect component having a great influence on the operation of the simulator. And realizes 3D sound in real time based on the driver's driving operation and engine sound, thereby expressing the sound level of the sound due to the Doppler effect when approaching other vehicles and vehicles.

본 발명의 일실시예에 따른 음향 장치는 스키드, 경적, 사이렌 등과 같은 특수 효과음도 구현하게 된다. 이와 같이 실제와 동일한 효과를 주어 시뮬레이터 운용 시 발생할 수 있는 모든 가능한 상황을 실시간 3차원 음향으로 부여하여 보다 현실감 높은 가상환경을 운전자에게 제공하게 된다. The sound apparatus according to an embodiment of the present invention also realizes special effect sounds such as a skid, a horn, a siren, and the like. In this way, the same effect as the actual one is given, and all the possible situations that may occur when the simulator is operated are given as real-time three-dimensional sound, thereby providing a more realistic virtual environment to the driver.

다채널 스피커를 사용해 360도 입체 음향을 구현해 운전자에게 실제 상황과 동일한 음향 효과를 제공하여 실제감과 현장감을 느낄 수 있게 하고 실제 차량의 운용에 있어서도 엔진의 소음 등은 운전자에게 현재 장비의 상태를 판단하는 중요한 척도가 되며 기후등에 따른 외부 환경의 소리는 중요한 정보로서 운용 시 사용할 수 있으므로 시뮬레이터의 현실감있는 효과를 위해서는 단순한 사운드가 아닌 환경을 고려한 3차원 환경 사운드를 구현하게 된다. Using multi-channel speaker, 360 degree stereophonic sound is provided to give the driver the same sound effect as actual situation, so that the user can feel the actual feeling and presence feeling. In actual vehicle operation, the noise of the engine judges the current state of the equipment to the driver As an important measure, the sound of the external environment according to the climate can be used when operating as important information. Therefore, in order to realize the realistic effect of the simulator, a three-dimensional environment sound is realized in consideration of environment rather than simple sound.

3차원 사운드를 구현하기 위해서 많이 사용하는 기술은 Microsoft의 DirectSound, Creative Labs의 EAX(Environmental Audio extension), Aureal사의 A3D API 등이 있으며 3차원 음향 효과가 필요한 부분은 운전자를 중심으로 교행하는 주변차량의 소음이고 주변차량의 소음은 DirectSound를 이용하여 도플러 효과와 패닝 효과를 구현하여 움직이는 주변차량의 소음을 실제 상황과 완벽히 동일하게 재현하게 된다. Many of the technologies that are used to implement 3D sound include Microsoft's DirectSound, Creative Labs's EAX (Environmental Audio extension), Aureal's A3D API, and the part that requires 3D sound effects is the peripheral vehicle Noise and surrounding vehicle noise using DirectSound implements the Doppler effect and the panning effect, and reproduces the noise of the moving vehicle perfectly same as the actual situation.

또한, 음향의 소스 녹음은 실제 차량의 소음을 디지털로 녹음하여 MPEG Audio와 같은 음향압축 기술을 이용해 DB에 저장, 높은 음질과 저용량의 두 가지 조건을 모두 만족하게 구현하도록 하고 음향 재생에 있어서는 음성 압축/복원 코덱을 시뮬레이터에 내장하여 DB에 저장된 오디오 소스를 정확하게 재생하게 된다.
In addition, the source recording of the sound is performed by digitally recording the noise of the actual vehicle and storing it in the DB using an acoustic compression technique such as MPEG Audio to satisfy both the high sound quality and the low capacity. In the sound reproduction, / Restore codec is embedded in the simulator to reproduce the audio source stored in DB accurately.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 그래픽 데이터 베이스의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 각종 그래픽 데이터 베이스에 저장된 그래픽들의 예를 도시한 것이다. Hereinafter, the configuration and functions of the graphic database according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 illustrates an example of graphics stored in various graphic databases according to an embodiment of the present invention.

실시간 차량 시뮬레이션 기술을 운용하는데 있어서 도로를 포함하는 그래픽 데이터베이스는 운전자가 시뮬레이터에 몰입함에 있어서 운동학적으로 시각적인 면에 있어서 현실감의 척도를 판가름하는 중요한 요소이며 실제 도로의 설계에 있어서, 각국에서는 현지의 사정에 적합한 차량의 주행속도를 성문화하여 규정하고 있으며 국내의 경우 국토해양부가 발행하는 「도로 구조의 시설 및 기준에 관한 규칙」에 의거하여 모든 도로요소를 설계하고 시공하게 된다. In the operation of real-time vehicle simulation technology, the graphical database including the road is an important factor in judging the scale of the reality on the kinematically visual aspect when the driver immerses in the simulator. In the design of the actual road, In the case of Korea, all road elements are designed and constructed in accordance with the "Regulations on Facilities and Standards for Road Structures" issued by the Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs.

도로 설계규정을 반영한 지형 데이터베이스의 구축은 아직 착공되지 않은 도로 설계의 시뮬레이션이나 기타 토목구조의 설계를 검증하기 위한 수단 등으로 응용될 수 있으며, 운전자가 일상에서 접하는 도로와 유사한 형태의 지형데이터베이스를 개발하기 위하여 도로 설계요소를 반영하여야 한다. The construction of the terrain database reflecting the road design regulations can be applied to the simulation of the road design that has not been started yet, or the means for verifying the design of other civil structure. The terrain database similar to the road that the driver touches everyday is developed Road design elements should be reflected in order to do so.

본 발명의 일실시예에 따른 그래픽 데이터베이스는 크게 지형을 시뮬레이션하는 지형 데이터베이스, 각종 차량의 움직임을 표현하는 차량 데이터베이스, 건물이나 나무 등 각종 사물을 시뮬레이션하는 지물 데이터베이스 및 기타 사람이나 자전거 등의 Actor 데이터베이스를 포함한다.
The graphic database according to one embodiment of the present invention mainly includes a terrain database for simulating terrain, a vehicle database for expressing the movement of various vehicles, an object database for simulating various objects such as buildings and trees, and an Actor database .

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 운동플랫폼의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 운동플랫폼의 사시도를 도시한 것이다. 그리고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 운동 플랫폼 구동제어 로직을 도시한 것이다. 또한, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 전기식 운동플랫폼의 사시도를 도시한 것이다. Hereinafter, the structure and function of a motion platform according to an embodiment of the present invention will be described. 6 is a perspective view of a movement platform according to an embodiment of the present invention. And Figure 7 illustrates motion platform drive control logic in accordance with one embodiment of the present invention. 8 is a perspective view of an electric exercise platform in accordance with an embodiment of the present invention.

운동 플랫폼은 실시간 차량 동력학 시뮬레이션의 결과를 반영하여 운전자가 실제 차량을 운전하고 있다는 느낌을 받을 수 있도록 차량의 운동을 시뮬레이션하고 운동 시스템의 기구적 구조를 반영한 역기구학 해석 모듈이 포함되어야 하며, 최적화된 운동을 만들어주기 위한 워시아웃 알고리즘이 포함되어야 한다. The motion platform should include an inverse kinematic analysis module that simulates the motion of the vehicle and reflects the mechanical structure of the motion system to reflect the results of the real-time vehicle dynamics simulations so that the driver may feel that the vehicle is actually operating, The washout algorithm should be included to create the motion.

또한, 역기구학 해석 모듈과 워시아웃 알고리즘을 포함하는 운동 플랫폼을 구동하기 위한 실시간 제어 프로그램을 통해 구동상의 안전을 고려하여 다중의 안전장치가 포함되어야 한다. In addition, multiple safeguards should be included in consideration of safety of operation through a real-time control program for driving a motion platform including an inverse kinematic analysis module and a washout algorithm.

또한, 운동 플랫폼은 기계적 운동의 한계를 가지므로 운동 플랫폼의 운동이 운동 한계 내에서 운용되도록 실시간 차량 시뮬레이션에서 계산된 운동 명령 큐(Cues)를 운동 플랫폼의 운동 시뮬레이션 범위 내에서 변경해야하며 본 발명의 일실시예에 다른 역기구학은 제한된 운동 범위를 갖는 운동플랫폼을 이용하여 사용자가 느낄 수 있는 체감을 현실적으로 가장 잘 표현한 운동 플랫폼 구동 모듈을 이루기 위한 액추에이터의 정확한 구동 길이나 구동 모터의 구동각을 계산하게 된다. In addition, since the motion platform has a limitation of mechanical motion, it is necessary to change the motion command queue calculated in the real-time vehicle simulation within the motion simulation range of the motion platform so that the motion of the motion platform is operated within the motion limit, The other inverse kinematics in one embodiment calculates the correct drive length of the actuator or the drive angle of the drive motor to achieve a motion platform drive module that best realizes the feeling that a user can feel using a motion platform having a limited motion range do.

운동 플랫폼의 구동을 위한 운동 재현 알고리즘인 Washout Algorithm을 거친 모션 플랫폼의 CG의 좌표(xp, yp, zp)와 Euler 각(φ, θ, ψ)을 입력으로 하여 실제 모션플랫폼의 구동을 위한 액추에이터의 길이나 모터의 구동각을 결정하여 구동 알고리즘의 출력 전압 값으로 변환시키게 되고, 이는 운동 플랫폼의 기구설계 변수를 결정하는 기본이 된다. 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 운동 플랫폼 구동제어 로직을 도시한 것이다. (Xp, yp, zp) and Euler angles (φ, θ, ψ) of the motion platform through the Washout Algorithm, which is a motion reproduction algorithm for driving the motion platform. The driving angle of the road or the motor is determined and converted into the output voltage value of the driving algorithm, which is a basis for determining the mechanical design parameters of the motion platform. Figure 7 illustrates motion platform drive control logic in accordance with one embodiment of the present invention.

구급차와 같이 차량은 가감속시 생성되는 종방향 가속도감, 차선 변경 등에서 기인하는 횡방향 가속도감 및 범프나 노면 진동에 의해 생기는 상하 방향의 가속도감을 운전자가 느끼게 되고, 본 발명의 일실시예에 따른 앰블런스 운전 시뮬레이터 시스템은 실제 구급차를 운전하고 있다는 운동감을 생성하기 위하여 앞서 설명한 운동을 충실히 구현할 수 있도록 Roll, Pitch 운동을 생성할 수 있는 2축 전기식 운동 플랫폼을 개발하여 적용하였다. 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 전기식 운동플랫폼의 모습 및 운동 개념을 나타낸 것이다. The driver feels acceleration sensation in the vertical direction caused by bump or road surface vibration and a lateral accelerating feeling caused by lane change or the like and longitudinal accelerating feeling generated in the acceleration / deceleration of the vehicle as in an ambulance. The ambulance driving simulator system developed and applied a two axis electric exercise platform that can generate roll and pitch motions in order to faithfully implement the motion described above in order to generate the sense of motion that an actual ambulance is operating. FIG. 8 is a view showing a state of an electric exercise platform and an exercise concept according to an embodiment of the present invention.

또한, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 액추에이터의 평면도를 도시한 것이다. 모션플랫폼을 구성하는 핵심요소인 전기식 파워 실린더의 정격추력, 스트로크, 파워, 서보모터 용량을 고려하여 최적의 모션플랫폼 설계하여야 한다.
9 is a plan view of an actuator according to an embodiment of the present invention. The optimal motion platform should be designed considering the rated thrust, stroke, power, and servo motor capacity of the electric power cylinder, which is a key component of the motion platform.

이하에서는 본 발명의 일실시에에 따른 운동플랫폼 제어방법 및 소프트웨어에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 구동제어 프로그램의 블록도를 도시한 것이다. Hereinafter, a motion platform control method and software according to an embodiment of the present invention will be described. 10 is a block diagram of a drive control program according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일실시예에 따른 구동 제어 장치(프로그램)은 운동감 생성, 모션 제어, 데이터 통신, GUI로 구성된 4개의 CSC와 7개의 CSU로 구성된다. 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 운동감 생성모듈 CSC의 블록도를 도시한 것이다. 구동장치에서 모의할 전차 신호로는 승무원이 운용 상태를 민감하게 체험할 수 있는 전차의 각 방향 병진 가속도와 회전 각속도이다. 병진 가속도와 회전 각속도는 조종입력에 따른 현실적인 운동을 실시간으로 해석할 수 있는 운동역학 모델로부터 얻어지는 신호로서 Washout 알고리듬의 입력신호가 된다. A drive control device (program) according to an embodiment of the present invention is composed of four CSCs and seven CSUs, each of which is made up of motion sense generation, motion control, data communication, and GUI. 11 is a block diagram of a motion sense generation module CSC according to an embodiment of the present invention. The train signals to be simulated by the drive unit are the translational angular velocity and rotational angular velocity of the train in which the crew can experience the operation state sensitively. The translational acceleration and the rotational angular velocity are obtained from the kinematic model that can analyze the realistic motion according to the steering input in real time and become the input signal of the Washout algorithm.

입력신호의 성분 중 저주파 신호는 모션 플랫폼의 기구학적인 한계에 이르게 하여 더 이상 운동재현을 할 수 없게 되므로, 고주파 필터를 통해 인체 감각이 감지할 수 있는 고주파 영역만을 재현하게 된다. 또한, 고주파 필터링은 임의의 운동 이후, 다음 운동을 재현하기 위해 모션 플랫폼을 운동 원점으로 되돌리는 역할을 수행한다. Since the low frequency signal among the components of the input signal reaches the kinematic limit of the motion platform, the motion reproduction can no longer be performed. Therefore, only the high frequency region that can be sensed by the human body is reproduced through the high frequency filter. In addition, the high-frequency filtering serves to return the motion platform to the motion origin to reproduce the next motion after an arbitrary motion.

Washout 알고리듬에서 고주파 필터링과 함께 중요한 구현 요소로는 Tilt Coordination이다. 운용상황에서 발생하는 지속적인 전차의 가속도는 저주파 신호이므로 고주파 필터를 거치면 재현을 할 수가 없게 된다. 병진 가속도와 중력 벡터와의 차이인 비력(Specific force)을 이용하여 이러한 저주파 가속도를 재현한다. 즉, 고주파 필터링에 의해 유실된 저주파 가속도를 재현하기 위해 모션 플랫폼을 더 기울여주면 승무원은 비력에 의해 지속적인 가속도를 체감하게 된다. Tilt Coordination is an important factor in the washout algorithm along with high frequency filtering. Since the acceleration of the continuous tram occurring in the operating situation is a low-frequency signal, it can not be reproduced by passing through a high-frequency filter. This low frequency acceleration is reproduced by using a specific force which is a difference between the translation acceleration and the gravity vector. That is, if the motion platform is further inclined to reproduce the low-frequency acceleration lost by the high-frequency filtering, the crew will experience the continuous acceleration by the non-force.

또한, 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 모션 제어모듈 CSC의 블록도를 도시한 것이다. 6자유도의 구동명령(Surge, Sway, Heave, Roll, Pitch, Yaw)으로 부터 각 액추에이터의 길이를 계산하는 모듈과 기구학 모듈을 통하여 계산된 각 액추에이터의 길이와 서보모터의 Encoder를 통하여 궤환(Feedback)된 실제 길이에 대하여 PID Control을 수행한다. 액추에이터 제어 모듈을 통하여 계산된 결과를 전기적 신호(Pulse or Analog)로 출력하여 서보 드라이브에 전달하며, 구동장치 액추에이터에 설치된 엔코더, 리밋, 홈센서 등의 디지털 신호를 입력받아 액추에이터 제어 모듈로 귀환한다. 12 is a block diagram of a motion control module CSC according to an embodiment of the present invention. The module calculates the length of each actuator from the driving command of six degrees of freedom (Surge, Sway, Heave, Roll, Pitch, Yaw), and the feedback of the length of each actuator calculated through the kinematic module and the encoder of the servo motor. PID control is performed on the actual length. Outputs the calculated result through an actuator control module as an electric signal (Pulse or Analog), transfers it to the servo drive, receives digital signals such as an encoder, a limit, and a home sensor installed in the actuator of the actuator, and returns to the actuator control module.

도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 데이터 통신 모듈 CSC의 블록도를 도시한 것이다. 본 발명의 일실시예에 따른 데이터 통신 모듈 CSC는 호스트 컴퓨터와 TCP/IP 통신을 수행한다. 구동제어 시스템(프로그램)은 클라이언트측 모듈에 해당한다. 서버의 경우 소켓을 생성하고, 그 소켓에 IP주소와 포트를 설정한 후 클라이언트인 구동 컴퓨터의 연결 요청을 기다리며 대기 상태로 들어간다. 클라이언트가 연결을 시도하여 그 연결이 허용되면 새로운 소켓을 생성하여 클라이언트의 요청을 받아들인다. 서버와 클라이언트의 연결이 설정된 후 데이터 송수신이 이루어지고 송수신을 완료하면 소켓을 닫는다. 클라이언트의 경우 소켓을 생성하고 접속할 서버의 IP 주소와 포트번호를 지정하여 서버에 접속한다. 연결이 설정되면 서버와 데이터 송수신을 하고 송수신이 끝나면 소켓을 닫는 순서로 진행된다.13 shows a block diagram of a data communication module CSC according to an embodiment of the present invention. The data communication module CSC according to an embodiment of the present invention performs TCP / IP communication with a host computer. The drive control system (program) corresponds to the client side module. In the case of a server, it creates a socket, sets its IP address and port on the socket, and waits for a connection request from the client, which is a client, and enters a standby state. If the client tries to connect and the connection is allowed, a new socket is created to accept the client's request. After the connection between the server and the client is established, data transmission / reception is performed, and when the transmission / reception is completed, the socket is closed. For clients, connect to the server by creating a socket and specifying the IP address and port number of the server to connect to. When the connection is established, data is transmitted to and received from the server, and when the transmission and reception are completed, the socket is closed.

도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 GUI 모듈 CSC의 블록도를 도시한 것이다. Normal Operation시 GUI 모듈 구동장치는 호스트로부터의 원격명령을 통하여 구동되나 시스템 정비시 구동장치의 독립적인 구동이 가능하도록 구동장치를 제어할 수 있는 GUI 환경을 제공하게 된다.
Figure 14 shows a block diagram of a GUI module CSC according to an embodiment of the present invention. In the normal operation, the GUI module driving device is operated through remote command from the host, but it provides a GUI environment that can control the driving device so that the driving device can be independently driven during system maintenance.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 차량 시뮬레이션 시스템의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 차량 동력학 모델 프로그램과 시뮬레이션 프로그램을 도시한 것이다. Hereinafter, the configuration and functions of a real-time vehicle simulation system according to an embodiment of the present invention will be described. 15 shows a real time vehicle dynamics model program and a simulation program according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일실시예에 따른 운전 시뮬레이터를 위한 차량 모델은 실제 차량의 주행특성에 맞는 명령큐를 현실적으로 해석하여 운전자의 현실감을 생성하는 경로에 제공해야 한다는 점에서 일반적인 시뮬레이션과 구별되고 일정 차속에서의 차량 동특성 분석법과는 다른 시뮬레이션 기법을 필요로 하다.A vehicle model for a driving simulator according to an embodiment of the present invention is distinguished from a general simulation in that a command queue corresponding to a driving characteristic of an actual vehicle is realistically interpreted to provide a path for generating a sense of realism of a driver, It requires a different simulation technique than the vehicle dynamics analysis method.

실시간 차량 시뮬레이션은 차량의 정지 상태에서부터 시동 및 가속, 조향이나 제동 등 운전자가 경험할 수 있는 모든 운전 조건을 실시간이 요구하는 시간적인 구속 조건을 만족하는 범위에서 정확히 시뮬레이션하여야 하고 이러한 구속조건을 만족하기 위해서는 매 스탭의 계산량이 예측가능하여야 하고 변하지 말아야 하며, 다른 시스템과의 동기화가 이루어져야 한다. In real-time vehicle simulation, it is necessary to simulate precisely all the operating conditions experienced by the driver, such as starting and accelerating, steering or braking, from the stopping state of the vehicle, in a range satisfying the time constraint required in real time. The computation amount of each step must be predictable and unchanged, and synchronization with other systems should be made.

유압 및 전자시스템 등의 동특성도 고려해야 할 경우에는 이러한 시스템의 Stiffness 및 고주파수의 응답에 효과적으로 대처할 수 있는 수치적분 기법이 필요하게 된다. If dynamic characteristics such as hydraulic and electronic systems are to be considered, a numerical integration technique capable of effectively responding to the stiffness and high frequency response of such a system is required.

따라서 본 발명의 일실시예에 따른 시뮬레이터에서는 이러한 조건을 만족하기 위하여 고성능 Workstation급의 컴퓨터에서 처리하는 것이 일반적이며 PC Base에서 이러한 모든 조건을 만족하면서도 실시간으로 차량의 거동을 시뮬레이션하는 14 자유도의 차량 모델을 개발하고 조향, 가속 및 제동 등에 관련한 운전자 명령을 서브 모듈에서 처리해 필요한 명령큐를 실제 주행 환경과 유사하게 실시간으로 발생하도록 하는 기술을 가지고 있다. Therefore, in the simulator according to the embodiment of the present invention, it is common to process in a high-performance workstation class computer in order to satisfy these conditions. In the PC base, a vehicle model of 14 degrees of freedom And has a technique of processing driver commands related to steering, acceleration, and braking in a submodule so that necessary command queues are generated in real time similar to the actual driving environment.

본 발명의 일실시예에 따른 실시간 차량 시뮬레이션 시스템은, 복잡한 수식의 계산과 통신에 따른 지연을 최소화하여 전체 시스템이 적절히 동기화 되도록 하는 시스템 통합 기술을 포함하고 있다. 도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 차량 동력학 모델 프로그램과 시뮬레이션 프로그램을 도시한 것이다. The real-time vehicle simulation system according to an embodiment of the present invention includes a system integration technique that minimizes delays in calculation and communication of complex formulas so that the entire system is properly synchronized. 15 shows a real time vehicle dynamics model program and a simulation program according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일실시예에 따른 PC Base에서 이러한 모든 조건을 만족하면서도 실시간으로 차량의 거동을 시뮬레이션하는 14자유도의 차량 모델을 적용하며, 조향, 가속 및 제동 등에 관련한 운전자 명령을 서브 모듈에서 처리해 필요한 명령큐를 실제 주행 환경과 유사하게 실시간으로 발생하여야 하며 복잡한 수식의 계산과 통신에 따른 지연을 최소화하여 전체 시스템이 적절히 동기화 되도록 하는 시스템 통합 모듈을 포함하고 있다.
In the PC Base according to an embodiment of the present invention, a 14-DOF vehicle model that simulates the behavior of the vehicle in real time while satisfying all of these conditions is applied, and a driver command related to steering, acceleration, The system includes a system integration module that enables queues to be generated in real time similar to the actual driving environment, and to ensure that the entire system is properly synchronized by minimizing the delays associated with computation and communication of complex formulas.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 교관통제기의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 교관통제기의 사시도를 도시한 것이다. Hereinafter, the configuration and functions of the instructor control unit according to an embodiment of the present invention will be described. 16 is a perspective view of an instructor control unit according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일실시예에 따른 교관 통제기는 다양한 훈련 시나리오를 설정하여 훈련생들로 하여금 실제로 구급차량을 운전하는 것과 같이 훈련효과를 극대화하기 위하여 훈련의 진행 과정을 확인하고, 실시간으로 훈련 시나리오를 지정할 수 있도록 하며 일상적인 운전 교육뿐만 아니라 운전자의 운행의 준비, 계기판의 작동상태 및 작동 순서, 기본적인 차량 조작 및 결함, 비정상적인 상황에서의 고장 대처 능력 등을 모니터링하고 훈련 상태를 파악하기 위하여 USB 카메라를 설치하여 장착하여 상황 모니터에 디스플레이 되도록 한다. The instructor controller according to an embodiment of the present invention sets up various training scenarios and confirms the progress of the training in order to maximize the training effect as the trainee actually drives the ambulance vehicle and designates a training scenario in real time In addition to daily driving education, a USB camera is installed in order to monitor the operation status of the driver, the operation status and operation sequence of the instrument panel, basic vehicle operation and defects, ability to cope with faults in abnormal situations, And displays it on the status monitor.

모의 구급차 개발의 핵심은 실제 여러 도로교통 상황에서 운전자의 안전에 실질적으로 위협을 가하지 않으면서도 다양한 운전 상황을 재연해 볼 수 있도록 주행 시나리오의 다양성과 편집 등이 용이하도록 개발되어야 하는 것이며 본 발명의 일실시예에서는 지난 수년간 개발되어 국내외 여러 고성능 연구용 시뮬레이터에 적용된 실시간 시나리오 생성 및 편집 프로그램이 모의 구급차에 적용되게 된다. The core of the development of a mock ambulance is that it should be developed to facilitate diversity and editing of driving scenarios so that various driving situations can be reproduced without substantially threatening the safety of the driver in various road traffic situations. In the embodiment, a real-time scenario generation and editing program, which has been developed for several years and applied to various high-performance research simulators at home and abroad, is applied to a mock ambulance.

이러한 시나리오 생성 및 편집 프로그램은 손쉽게 여러 주행 상황의 변화가 가능하고, 뛰어난 호환성 및 확장성을 보유하고 있어 향후 지속적인 컨텐츠의 확장이 가능하다. 또한 교관에 의해 실시간으로 돌발 상황의 부여가 가능할 뿐만 아니라 모니터링과 평가가 용이하도록 구성되어 있다. 도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 데이터 녹화 및 재생 화면을 도시한 것이다. 도 17에 도시된 바와 같이, 시나리오 저작 도구 및 실시간 교통흐름 모니터링 프로그램을 나타내고 있다.These scenario creation and editing programs can easily change various driving situations, and have excellent compatibility and scalability, which makes it possible to continuously expand contents in the future. In addition, it is possible for the instructor not only to give an unexpected situation in real time but also to facilitate monitoring and evaluation. FIG. 17 illustrates a real-time data recording and playback screen according to an embodiment of the present invention. As shown in Fig. 17, a scenario authoring tool and a real-time traffic flow monitoring program are shown.

도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 SimRoadMaker/Sim TrackMaker의 활용 예를 도시한 것이다. 그리고, 도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 전술훈련용 시나리오 소프트웨어 활용 예를 도시한 것이다.
FIG. 18 illustrates an application example of a SimRoadMaker / Sim TrackMaker according to an embodiment of the present invention. FIG. 19 illustrates an example of application of scenario software for tactical training according to an embodiment of the present invention.

한편, 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.The present invention can also be embodied as computer-readable codes on a computer-readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of the computer-readable recording medium include a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, an optical data storage device, and the like, and may be implemented in the form of a carrier wave (for example, transmission over the Internet) . In addition, the computer-readable recording medium may be distributed over network-connected computer systems so that computer readable codes can be stored and executed in a distributed manner. In addition, functional programs, codes, and code segments for implementing the present invention can be easily inferred by programmers of the technical field to which the present invention belongs.

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.It should be noted that the above-described apparatus and method are not limited to the configurations and methods of the embodiments described above, but the embodiments may be modified so that all or some of the embodiments are selectively combined .

Claims (16)

운전 시뮬레이터 시스템에 있어서,
조향 반력장치, 영상 및 음향시스템, 다수의 액추에이터를 갖는 운동플랫폼, 상기 운동플랫폼의 구동을 제어하기 위한 운동플랫폼 제어모듈, 실시간 차량 시뮬레이션 모듈, 그래픽 데이터 베이스, 및 다양한 시나리오 상황을 재현시키는 교관통제기을 포함하고,
상기 영상 및 음향 시스템은,
차량 동력학 시뮬레이션 결과인 차량의 병진 운동과 회전운동의 상태 데이터로부터 시뮬레이션 영역 안에서의 차량의 위치와 운전자가 볼 수 있는 시각 및 시야를 결정하고, 이를 통해 그래픽 데이터베이스에서 결정된 시야 안에 위치해야 할 대상물의 이미지를 랜더링하고 실측 자료를 기반으로 생성된 오브젝트와 지형 정보를 바탕으로 영상을 생성하고 그리고 실시간 차량 동력학 시뮬레이션 모듈로부터 받는 차량의 위치정보와 자세정보를 전달받아 움직임을 표현하는 3차원 그래픽 생성모듈과, 시뮬레이터에 탑승한 운전자가 속한 가상 환경에 대한 영상 정보를 운전자의 시각으로 직접 전달해 주는 영상 시현 장치와, 실시간으로 3차원 공간음을 구현하여 타 주변 차량 및 차량 접근시 도플러 효과에 따른 음향의 고저를 표현하는 음향 장치를 포함하며,
상기 그래픽 데이터 베이스는,
지형을 시뮬레이션하는 지형 데이터베이스, 각종 차량의 움직임을 표현하는 차량 데이터베이스, 각종 사물을 시뮬레이션하는 지물 데이터베이스 및 기타 사람이나 자전거의 Actor 데이터베이스를 포함하고,
상기 운동플랫폼은,
실시간 차량 동력학 시뮬레이션의 결과를 반영하여 운전자가 실제 차량을 운전하고 있다는 느낌을 받을 수 있도록 차량의 운동을 시뮬레이션하고 운동 시스템의 기구적 구조를 반영한 역기구학 해석 모듈, 및 최적화된 운동을 만들어주기 위한 워시아웃 알고리즘을 포함하며,
상기 운동플랫폼 제어모듈은,
6자유도의 구동명령(Surge, Sway, Heave, Roll, Pitch, Yaw)으로 부터 각 액추에이터의 길이를 계산하는 모듈과 기구학 모듈을 통하여 계산된 각 액추에이터의 길이와 서보모터의 Encoder를 통하여 궤환(Feedback)된 실제 길이에 대하여 PID C제어를 수행하는 모션 제어모듈 CSC와, 호스트 컴퓨터와 TCP/IP 통신을 수행하는 데이터 통신 모듈 CSC와, Normal Operation시, 호스트로부터의 원격명령을 통하여 구동되나 시스템 정비시 구동장치의 독립적인 구동이 가능하도록 구동장치를 제어할 수 있는 GUI 환경을 제공하는 GUI 모듈 CSC를 포함하고,
상기 실시간 차량 시뮬레이션 모듈은,
실시간 차량 시뮬레이션은 차량의 정지 상태에서부터 시동 및 가속, 조향이나 제동과 같은 운전자가 경험할 수 있는 모든 운전 조건을 실시간이 요구하는 시간적인 구속 조건을 만족하는 범위에서 정확히 시뮬레이션하고,
상기 교관 통제기는,
다양한 훈련 시나리오를 설정하여 훈련생들로 하여금 실제로 구급차량을 운전하는 것과 같이 훈련효과를 극대화하기 위하여 훈련의 진행 과정을 확인하고, 실시간으로 훈련 시나리오를 지정할 수 있도록 하며 일상적인 운전 교육뿐만 아니라 운전자의 운행의 준비, 계기판의 작동상태 및 작동 순서, 기본적인 차량 조작 및 결함, 비정상적인 상황에서의 고장 대처 능력을 모니터링하고 훈련 상태를 파악하기 위하여 USB 카메라를 설치하여 장착하여 상황 모니터에 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 앰블런스 운전 시뮬레이터 시스템.In a driving simulator system,
A steering reaction force device, an image and sound system, a motion platform having a plurality of actuators, a motion platform control module for controlling the motion of the motion platform, a real time vehicle simulation module, a graphic database, and an instructor controller for reproducing various scenario situations and,
The video and sound system comprises:
The position of the vehicle in the simulation area and the viewable visual field and field of view of the driver are determined from the translational motion and rotational motion state data of the vehicle as a result of the vehicle dynamics simulation and thereby the image of the object to be positioned within the determined field of view in the graphic database A three-dimensional graphic generation module that generates an image based on the object and terrain information generated based on actual measurement data, receives the position information and attitude information of the vehicle received from the real-time vehicle dynamic simulation module, A visual display device for directly transmitting visual information about the virtual environment of the driver on the simulator to the driver's view and a 3D display device for realizing a 3D spatial sound in the vicinity of the vehicle, Expressing sound device And
The graphic data base includes:
A terrain database that simulates a terrain, a vehicle database that expresses the movement of various vehicles, an object database that simulates various objects, and an Actor database of people or bicycles,
Wherein the movement platform comprises:
The inverse kinematic analysis module, which simulates the motion of the vehicle and reflects the mechanical structure of the motion system so as to receive a feeling that the driver is actually driving the vehicle, reflecting the results of the real-time vehicle dynamics simulation, and a wash Out algorithm,
Wherein the motion platform control module comprises:
The module calculates the length of each actuator from the driving command of six degrees of freedom (Surge, Sway, Heave, Roll, Pitch, Yaw), and the feedback of the length of each actuator calculated through the kinematic module and the encoder of the servo motor. A data communication module CSC for performing TCP / IP communication with the host computer, and a data communication module CSC which is driven through a remote command from the host in normal operation, And a GUI module CSC for providing a GUI environment capable of controlling the driving device so that the device can be independently driven,
The real-time vehicle simulation module includes:
Real-time vehicle simulation simulates precisely all the operating conditions experienced by the driver, such as starting and accelerating, steering or braking, from the stationary state of the vehicle, in a range satisfying the time constraints required in real time,
The instructor-
By setting up various training scenarios, it is possible to confirm the progress of the training in order to maximize the effect of the training, such as the fact that the trainees actually operate the ambulance, and to specify the training scenarios in real time. A USB camera is installed and mounted on the status monitor to monitor the operation state and operation sequence of the instrument panel, the basic vehicle operation and defect, the ability to cope with the failure in abnormal situations, and to grasp the training state. Driving simulator system. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete

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