• 융복합기술연구소 논문집
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• 제6권2호
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• pp.15-20
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• 2016

This paper presents the effects of a virtual mass on the stability boundary of a virtual spring in the haptic system. A haptic system consists of a haptic device, a sampler, a virtual rigid body and zero-order-hold. The virtual rigid body is modeled as a virtual spring and a virtual mass. According to the virtual mass and the sampling time, the stability boundary of the virtual spring is analyzed through the simulation. As the virtual mass increases, the value of the virtual spring to guarantee the stability gradually increases and then decreases after reaching the maximum value. These simulation results show that the addition of the virtual mass enables to expand the stability boundary of the virtual spring.

• 융복합기술연구소 논문집
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• 제10권1호
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• pp.41-45
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• 2020

This paper presents the effects of a virtual mass on the stability boundary of a virtual spring in the haptic system with first-order-hold. The virtual rigid body is modeled as a virtual spring and a virtual mass. When first-order-hold is applied, we analyze the stability boundary of the virtual spring through the simulation according to the virtual mass and the sampling time. As the virtual mass increases, the stability boundary of the virtual spring gradually increases and then decreases after reaching the maximum value. The results are compared with the stability boundary in the haptic system with zero-order-hold. When a virtual mass is small, the stability boundary of a virtual spring in the system with first-order-hold is larger than that in the system with zero-order-hold.

• 융복합기술연구소 논문집
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• 제3권2호
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• pp.23-29
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• 2013

When a human operator interacts with a virtual wall that is modeled as a virtual spring model, the lager the stiffness of the virtual spring is, the more realistic the operator feels that the virtual wall is. In the previous studies, it is shown that the maximum available stiffness of a virtual spring to guarantee the stability can be increased when the first-order-hold method is applied, however the effects of a human impedance on the stability are not considered. This paper presents the effects of a human impedance on stability of haptic system with a virtual spring and a first-order-hold (FOH) method. The human impedance model is modeled as a linear second-order system model. The relations between the maximum available stiffness of a virtual spring and the human impedance such as a mass, a damping and a stiffness are analyzed through the MATLAB simulation. It is shown that the maximum available stiffness is proportional to the square root of the human mass or damping respectively.

• 융복합기술연구소 논문집
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• 제7권2호
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• pp.25-30
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• 2017

This paper presents the effects of a virtual mass with a low-pass filter on the stability boundary of a virtual spring in the haptic system. In general, a haptic system consists of a haptic device, a sampler, a virtual impedance model and zero-order-hold. The virtual impedance is modeled as a virtual spring and a virtual mass. However the high-frequency noise due to the sampling time and the quantization error of sampled data may be generated when an acceleration is measured to compute the inertia force of the virtual mass. So a low-pass filter is needed to prevent the unstable behavior due to the high-frequency noise. A finite impulse response (FIR) filter is added to the measurement process of the acceleration and the effects on the haptic stability are simulated. According to the virtual mass with the FIR filter and the sampling time, the stability boundary of the virtual spring is analyzed through the simulation. The maximum available stiffness to guarantee the stable behavior is reduced, but simulation results still show that the stability boundary of the haptic system with the virtual mass is larger than that of the haptic system without the virtual mass.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제14권11호
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• pp.5338-5343
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• 2013

햅틱 시스템에서 가상 벽의 스프링상수 (Kw)가 크면 클수록 사용자는 실제 벽처럼 느끼지만 햅틱 시스템은 그만큼 불안정해진다. 그래서 시스템의 안정성을 유지하면서 가상 벽에 대한 사용자 몰입감을 향상시키기 위해서 일차 홀드 방식을 이용한 방법을 제시하고자 한다. 특히 가상 벽 (virtual wall)로 구성된 가상 환경과 상호 작용할 때 일차홀드 (FOH) 방식을 이용하는 경우 햅틱 장치의 물성치인 질량 (Md)과 댐핑 상수 (Bd)가 시스템의 안정성에 미치는 영향을 분석한다. 시뮬레이션을 통해 시스템의 안정성을 유지하는 가상 벽의 스프링 상수 (Kw)가 햅틱 장치의 질량 (Md)과 댐핑 상수 (Bd)의 제곱근에 비례한다는 것을 보이고, 이를 통해 기존의 영차홀드 (ZOH) 방식보다 큰 가상 스프링의 구현이 가능함을 보인다. 따라서 사용자의 몰입감 높은 햅틱 시스템 구현이 가능함을 보인다. 그리고 시뮬레이션 결과분석을 통해 시스템 안정성을 보장하는 가상 스프링 상수 (Kw)의 범위를 샘플링 주기 (T), 햅틱 장치의 질량 (Md), 댐핑 상수 (Bd)의 관계로 유도한 결과가 $K_w{\leq}{1.611M_d}^{0.50}{B_d}^{0.50}T^{-1.51}$ 임을 보인다. 이 때 시뮬레이션 결과와의 상대 오차가 평균 0.53%로 매우 작다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권2호
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• pp.649-654
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• 2019

가상 환경과의 안정적인 상호작용은 사용자의 안전을 위해서 뿐만 아니라 사용자의 몰입감 향상을 위해서도 반드시 필요하다. 특히 현실감 높은 가상 강체 모델을 구현하기 위해서는 가상 강체 모델인 가상 스프링 상수를 가능한 크게 설계해야 한다. 그러나 가상 스프링 상수를 크게 하면 시스템이 불안정해지므로, 가상 스프링 상수의 크기에는 제한이 있다. 단일샘플링 주기를 이용하는 기존 방법보다 가상 스프링의 안정성 영역을 크게 하기 위해서 제안된 방법이 고주파 영차홀드를 포함한 햅틱 시스템 모델이다. 본 논문에서는 고주파 영차홀드의 샘플링 주기, 햅틱 장치의 물리적 댐퍼 크기와 안정적인 가상 스프링 최댓값과의 관계를 시뮬레이션을 통해 분석한다. 물리적 댐퍼 크기가 커질수록, 고주파 영차홀드의 샘플링 주기가 짧아질수록 가상 스프링의 안정성 영역은 커진다. 그리고 제시된 방법에서 비율 N이 40보다 커지면 물리적 댐퍼크기에 따라 안정성 영역을 기존 방법보다 약 3배~8배 더 크게 만들 수 있다. 따라서 본 방법이 가상환경 속 사용자의 현실감 향상에 도움이 될 것이다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권6호
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• pp.396-401
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• 2019

가상환경 속 가상 강체는 가상 스프링과 가상 댐퍼의 병렬구조로 모델링되며 가상 강체의 현실감을 증강시키기 위해서는 가상 모델로부터의 반력을 안정적으로 최대한 크게 제시해야 한다. 따라서 햅틱 인터페이스의 안정성을 유지시킬 수 있는 가상 스프링과 가상 댐퍼의 영역을 분석하여 가상 강체모델을 선정하는 것이 중요하다. 기존에는 영차홀드를 이용하는 시스템에 대해 안정성 영역이 분석되었으나, 본 논문에서는 일차홀드 방식과 가상 댐퍼를 이용하는 햅틱 시스템에 대한 안정성 영역을 분석한다. 안정적인 가상 댐퍼 영역의 경계값은 샘플링 주기와 반비례 관계를 가지며, 안정적인 가상 스프링 영역의 최대값은 샘플링 주기의 제곱에 반비례 관계를 갖는다. 그리고 그 최대값은 일차홀드 방식을 이용하여 기존의 영차홀드의 경우보다 약 110% 향상시킬 수 있다. 가상 댐퍼의 크기가, 일차홀드 방식에서의 안정적인 가상댐퍼 경계값의 약 50% 보다 작다면, 일차홀드를 이용함으로써 기존의 영차홀드의 경우보다 안정적인 가상 스프링의 영역을 수 배 더 크게 할 수 있다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2001년도 춘계학술대회논문집A
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• pp.740-745
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• 2001

The plastic deformation behavior of formed CICC fur the superconducting Tokamac fusion device was examined and appropriate manufacturing information was provided. A relation between travel of the bending roller and spring back displacement was obtained via virtual manufacturing. The radius of CICC after forming was expressed as a function of the bend-roll travel. The maximum von Mises stress after spring back was also monitored fur the SAGBO prediction. Next, the variation of the CICC cross-sectional area was examined during the first turn and during conduit bending with the largest curvature. Finally, the coil radius was measured and compared with the data generated from the virtual manufacturing. The measured data showed similar pattern as predicted one. Using the mapping function found to match with the real data, the data from the virtual manufacturing may facilitate accurate manufacturing.

• Tribology and Lubricants
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• 제37권2호
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• pp.77-80
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• 2021

In this study, we investigated the effect of the spring constant on frictional behavior at a nanoscale through molecular dynamics simulation. A small cube-shaped tip was modeled and placed on a flat substrate. We did not apply the normal force to the tip but applied adhesive force between the tip and the substrate. The tip was horizontally pulled by a virtual spring to generate relative motion against the substrate. The controlled spring constant of the virtual spring ranged from 0.3 to 70 N/m to reveal its effect on frictional behavior. During the sliding simulation, we monitored the frictional force and the position of the tip. As the spring constant decreased from 70 to 0.3 N/m, the frictional force increased from 0.1 to 0.25 nN. A logarithmic relationship between the frictional force and spring constant was established. The stick-slip instability and potential energy slope increased with a decreasing spring constant. Based on the results, an increase in the spring constant reduces the probability of trapping in the local minima on the potential energy surface. Thus, the energy loss of escaping the potential well is minimized as the spring constant increases.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제5권1호
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• pp.105-114
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• 1999

By using the conceptual impedance and the elasticity of a serial chain of spring-damper system, a real-time collision-free trajectory generation algorithm is proposed. The reference points on a trajectory connected by the spring-damper system have a mechanism for self-Position adjustment to avoid a collision by the impedance, and the local adjustment of each reference point is propagated through the elasticity to a real robot at the end of the spring-damper system. As a result, the overall trajectory consisting of the reference points becomes free of collision with environmental obstacles and efficient having the shortest distance as possible. In this process, the reference points connected by the spring-damper system take role of virtual robot as global guidance for a real robot, and a cooperative optimization is carried out by the system of virtual robots. A control algorithm is proposed to implement the impedance for a car-like mobile robot.