• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2007년도 심포지엄 논문집 정보 및 제어부문
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• pp.152-154
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• 2007

Anew discretization method for the input-driven nonlinear continuous-time system with time delay is proposed. It is based on the combination of Taylor series expansion and first-order hold assumption. The mathematical structure of the new discretization scheme is explored. The performance of the proposed discretization procedure is evaluated by case studies. The results demonstrate that the proposed discretization scheme can assure the system requirements even though under a large sampling period. A comparison between first order hold and zero-order hold is simulated also.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제20권4호
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• pp.389-394
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• 2014

This paper presents the effect of a reflective force computed from a first-order-hold method on the stability of a haptic system. A haptic system is composed of a haptic device with a mass and a damper, a virtual spring, a sampler and a sample-and-hold. The boundary condition of the maximum virtual stiffness is analytically derived by using the Routh-Hurwitz criterion and the condition shows that the maximum virtual stiffness is proportional to the square root of the mass and the damper of a haptic device and also is inversely proportional to the sampling time to the power of three over two. The effectiveness of the derived condition is evaluated by the simulation. When the reflective forces are computed by using the first-order-hold method, the maximum available stiffness to guarantee the stability is increased several hundred times as large as when the zero-order-hold method is applied.

• 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.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권1호
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• pp.12-17
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• 2018

가상환경에 대한 현실감을 증강시키기 위해서는 햅틱 시스템의 안정성을 유지하면서 가상환경 모델의 강성을 최대한 크게 할 수 있는 방법이 필요하다. 이에 기존 연구에서 영차홀드 대신 일차홀드를 적용하는 방법이 제시되었고, 영차홀드를 이용할 때보다 가상 스프링의 안정성 영역을 더 크게 확보할 수 있음을 시뮬레이션을 통해 제시했다. 그렇지만 실제로 시스템을 구현하는 측면에서 보면, 영차홀드가 일반적이고 손쉬운 방법이다. 이에 본 논문에서는 영차홀드를 사용하지만, 일차홀드와 동등한 안정성 영역을 확보하기 위한 방법으로 외삽법과 고주파 영차홀드 출력 방법을 제안한다. 제안된 방법에 대한 시뮬레이션을 통해 고주파 영차홀드의 샘플링 주기가 작아질수록 가상 스프링의 안정성 영역이 일차홀드를 적용한 경우와 거의 같아짐을 보였고, 기존 연구에서 제시된 영차홀드만을 적용한 경우보다는 수 배에서 수십 배 안정성 영역이 더 커질수 있음을 보였다. 따라서 제안된 방법을 통해 가상 환경 속 강체에 대한 현실감을 증강시킬 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권1호
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• pp.572-578
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• 2017

사용자가 원격으로 가상환경에 접속하여 가상물체를 조작할 때 현실감을 증강시키기 위해서 햅틱 시스템이 사용된다. 그러나 원격 시스템 환경에는 통신시간지연이 발생하며, 발생된 통신시간지연은 햅틱 시스템을 불안정하게 만들 수 있다. 본 논문에서는 종래의 샘플-홀드 방식인 영차홀드 (ZOH; Zero-Order-Hold)가 아닌 일차홀드 (FOH; First-Order-Hold)를 포함하는 햅틱 시스템에서 시뮬레이션을 통해 통신시간지연과 햅틱 장치의 물성치 변화에 따른 가상 스프링상수의 안정성 영역을 분석하고 이를 통해 안정적인 햅틱 시스템을 구현하고자 한다. 통신시간지연이 없으면 일차홀드 (FOH) 방식이 영차홀드(ZOH) 방식보다 가상 스프링상수의 안정성 영역을 증가시킬 수 있었다. 그러나 통신시간지연이 증가하면, 샘플-홀드 방식보다 통신시간지연이 시스템 안정성에 더 큰 영향을 끼치므로, 샘플-홀드 방식에 따른 가상 스프링상수의 안정성 영역 크기에는 차이가 없어진다. 또한 통신시간지연과 일차홀드 방식이 포함되면 가상 스프링상수의 안정성 영역은 통신시간지연 크기에 반비례하고, 햅틱 장치의 댐핑상수 ($B_d$)에 정비례하여 증가하지만, 햅틱 장치의 질량 ($M_d$)에는 영향받지 않음을 알 수 있었다.

• 융복합기술연구소 논문집
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• 제4권2호
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• pp.17-21
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• 2014

This paper presents the effects of the time delay on the stability of the haptic system that includes a virtual wall and a first-order-hold method. The model of a haptic system includes a haptic device model with a mass and a damper, a virtual wall model, a first-order-hold model and a time delay model. In this paper, the time delay is considered as the computational time delay that is assumed to be as much as the sampling time. As the time delay increases, the maximal available stiffness of a virtual wall model is reduced reversely. The relation among the time delay and the maximum available stiffness, the mass and the damper of the haptic device are analyzed using the MATLAB simulation.

• 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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• 제5권2호
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• pp.37-42
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• 2015

This paper presents the effects of the computational time-varying delay on the stability of the haptic system that includes a virtual wall and a first-order-hold method. The model of a haptic system includes a haptic device model with a mass and a damper, a virtual wall model, a first-order-hold model and a computational time-varying delay model. In this paper, the maximum of the computational time-varying delay is assumed to be as much as the sampling time. Using the simulation, it is analyzed how the sample-hold methods and the computational time-varying delay affect the maximum available stiffness. As the maximum of computational time-varying delay increases, the maximal available stiffness of a virtual wall model is reduced.

• 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.

• 융복합기술연구소 논문집
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• 제2권2호
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• pp.35-39
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• 2012

This paper presents the effect of data-hold methods on stability of haptic system with a virtual wall. When a human operator interacts with virtual wall, the lager the stiffness of the virtual wall is, the more realistic the operator feels that the virtual wall is. However, if the stiffness of the virtual wall becomes extremely large, the system may be unstable. When a virtual wall is designed, it is necessary to analyze the maximum available stiffness to guarantee a stable haptic interaction. The simulation model in this paper is developed based on the haptic device model, sampler, a virtual wall model, and data hold methods to compute the maximum stiffness for stability. The effectiveness of the simulation is evaluated through comparing the results of previous studies with the results of this simulation. In addition, the effects of two data hold methods, that is, zero-order hold (ZOH) and first-order hold (FOH) on the stability are analyzed and the values of the maximum available stiffness are compared through the simulation.