Virtual Simulation (Reality) 안전방재 로봇 분야에 적용 가능한 가상 (Robot/Human) 시뮬레이션 기술 소개 2011년 12월 1일 ` 소속 : 솔리드이엔지 / DM 사업부 이름 : 김동환 부장 Tel : 010-4722-0115 E-Mail : dhkim@solideng.co.kr
목 차 1 가상 시뮬레이션? - 5분 2 Robot Simulation 소개 - 10분 3 Human Simulation 소개 - 10분 4 HAPTIC System 소개 - 5분 5 시뮬레이션의 확장 ; 가상현실 (VR) - 5분 6 Q & A - 5분 2
가상 시뮬레이션 (Virtual Simulation) 3
시뮬레이션 (Simulation) 이란? 시뮬레이션(simulation)은 실제로 실행하기 어려운 실험을 간단히 행하는 모의실험을 뜻한다. 특히 컴퓨터를 이용하여 모의실험을 할 때는 컴퓨터 시뮬레이션이라고 한다. 인류 생활을 보다 안전하고 쾌적하게 개선하기 위해서는 건물을 짓거나 물건을 만들어서 실험을 해 보아야만 한다. 이러한 실험을 통해서 사람들의 건강과 안전에 아무런 위험이 없는가, 고쳐야 할 점은 무엇인가 등을 알아내야 한다. 그러나 실제로 이렇게 하기는 어려우므로 이러한 어려움을 극복하고 우리가 원하는 결과를 얻기 위해 개발된 방법 가운데 하나가 바로 시뮬레이션이다. 모의 실험은 컴퓨터에 실제의 환경과 거의 같은 상황을 연출하는 프로그램을 기억시켜 놓고 자료를 주어 실행시키는 것으로 실제 실험과 같은 결과를 얻어낼 수 있다. 모의 실험은 여러 가지 조건이 주어질 수 있고 그 결과를 쉽게 얻을 수 있어 적은 비용과 짧은 시간 안에 큰 효과를 볼 수 있다. 4
Simulation Real vs. Virtual 5
Simulation 6
로봇 시뮬레이션 (Robot Simulation) 7
산업용 로봇 8
소방 방재 로봇 9
안전 방재 로봇 (원자력 산업 로봇) 10
의료 로봇 11
DELMIA V5 Robotics의 주요 기능 로봇 동작의 시뮬레이션과 OLP(오프라인 프로그래밍)에 대한 Solution CATIA V5와 같은 모델링 & Multi CAD 기능 풍부한 Robot Library Robot Development 간단한 Robot Jog 및 Teach 기능 자동 충돌 방지기능 GUN Auto Search Manual GUN Simulation Robot Workcell Sequence 관리 Robot Offline Programming 12
Robot Simulation 단계별 적용 STEP 0. ROBOT SIMULATION (공법지원) STEP 1. ROBOT SIMULATION (공법검토) STEP 2. 동작 검토 및 OLP DOWNLOAD STEP 3. CALIBRATION 13
휴먼 시뮬레이션 (Human Simulation) 14
Human Simulation 휴먼 시뮬레이션이란? 1. 작업자의 작업자세 및 동작 분석을 통해 2. 작업자의 근곤격계 질병을 예방하고, 3. 컴퓨터 환경에서 사람의 작업을 미리 시뮬레이션 하여, 4. 사전에 발생 가능한 문제점을 미리예측하고 해결하여, 5. 최적의 프로세스를 구축하는 것 15
Human Simulation Process 목표 단위 공정 결정 및 분석 대상으로 하는 차종의 단위 공정 중 분석을 요하는 공정 결정 단위 공정의 사전 분석 현장 데이터 수집 및 분석 현장 작업의 단위 공정 동영상 단위 작업 Posture 를 위한 사진 조공서 Layout Modeling & Human Modeling Strategy Workcell 구성(CATProduct) Comfort library Reporting 단위 작업의 Posture & Activity 분석을 통한 적정 자세 선정 작업성 개선안 제시 Human Modeling Analysis & Simulation 단위 작업 중 Critical 자세 선정 RULA 에 의한 Posture 피로도 분석 적정자세 분석 Human Modeling Human Teaching Posture Catalog 구성 16
Human Simulation 기술 1 도달성 분석 Human Model 생성 ; 한국인 체형에 맞는 모델 시야 분석 17
Human Simulation 기술 2 자세 분석 Ergonomics ; RULA / NIOSH / Lift Lower / Pull-Push / Carry 분석 등 동작 분석 Package Layout 분석 18
Human Simulation 적용 (설계 검토) - 비행기 조종석 설계 - 승용차 패키지 레이아웃 설계 - 휴먼을 고려한 설계 검증 운전석과 보조석, 승객석등을 편의성, 시야 등을 고려하여 최적 설계 19
Human Simulation 적용 (공간 검토) - Lay Out 3차원 모델링 검토 - 작업 공간 및 설비 공간 검토 <H 중공업 사관식당> 20
Human Simulation 적용 (자세 검토) 148개의 자유도 - 104개의 인체측정 변수적용 - 기본 자세 편집 - 작업가능성 검토 - 작업공간 검토 21
Human Simulation 적용 (자세 검토) - 가상시작 - 작업자 시뮬레이션 - 작업가능성 검토 일본 아사히 신문 2000. 4. 24 22
Human Simulation 적용 (인간공학 분석) - RULA 분석 - Lift Lower 분석 - Pull-Push, Push, Carry 분석 - 근골격계 질환 예방 NIOSH 1991 Snook s Table Flexion-Extension -60 ~ -40 나쁨 -40 ~ -20 좋지 않음 -20 ~ 0 괜찮음 0 ~ 45 최적 45 ~ 90 괜찮음 90 ~ 130 좋지 않음 130 ~ 170 나쁨 23
Human Simulation 적용 (인간공학 분석) - 근골격계 질환 예방 - 작업자의 자세 분석 - 작업환경 개선 공정개선 차체 100mm 상승 작업자 자세 불량 작업자 자세 양호 24
Haptic System 소개 25
햅틱 (Haptic) 촉감은? 인간은 오감을 통하여 외부환경의 정보를 받아들입니다. 정확한 물체의 인식을 위해, 눈으로 보고, 소리를 듣고 두드리거나 만집니다. 인간과 외부환경의 상호작용 중 많은 부분이 물체를 조작, 변형 하는 것 이며 자연스럽게 물체를 조작, 변형 시키기 위해서는 촉감의 처리가 필요 합니다. 또한, 오감 중 촉감만이 유일하게 외부환경의 정보를 받거나 줄 수 있는 양 방향성 정보전달 방법입니다 양 방향성의 정보획득 및 처리: 촉감 필수적으로 필요 - 변화를 인식하며, 변화를 시킬 수 있는 양 방향성의 작용 - 물체에 대한 가장 정확한 인식은 물체를 만지면서 보는 것 직관적 (Intuitive) 정교하고 효율적인 조작 손쉽고 빠른 Human-Machine 인터페이스 가상 환경 생성 장치 ( S/W & H/W ) 손 관련 머리 관련 디스플레이 장치 머리, 손 위치추적 또는 입력 장치 3D 오디오 장치 ( Synthesizer & Localizer ) 촉감 장치 냄새 발생 장치 미각 (?) 가상 현실 몰입 대상 ( 인 간 ) 26
햅틱 (Haptic) 햅틱(Haptic) 이란? 만지다 라는 그리스어인 Haptesthai 에서 유래 된 Sense of touch로, 피부에 적용된 힘인 촉각(Tactile)과 관절과 근육에 적용된 힘(Kinesthesia)으로 구성되며, 사람이 피부나 몸으로 느낄 수 있는 힘의 총칭 햅틱 인터페이스(Haptic Interface) - 햅틱 디바이스, 가상환경, 컨트롤러 등으로 구성 되며, 힘의 입출력을 위한 물리적 장치인 햅틱 디바이스 (또는 디스플레이)를 이용하여, 가상 환경에서 햅틱 렌더링 되여 있는 가상의 사물에 대해 사용자가 실제 존재하는 물체를 처리하는 것처럼, 만들거나 조작 또는 변형 할 수 있게 해주는 것 햅틱 렌더링 (Haptic Rendering) - 햅틱 기술이 적용된 환경에서 가상 사물이 실제 존재하는 것처럼 느낄 수 있도록, 사람이 느끼는 촉감의 메커니즘에 대한 신경 과학 및 심리학적인 측면과 가상의 사물에 대한 물리적 특성 등을 고려하여, 햅틱 디바이스로 가상의 사물과 상호작용 하는 동안 사실적으로 느낄 수 있는 촉감을 발생하는 과정 * 충돌 검출(Collision Detection) * 동역학(Dynamics), 물리적 제약(Physical Constraints) * 형상 모델링(Shape Modeling), 형상 표현(Shape Representation) * 질감표현(Haptic Texture) * 마찰력(Friction), 딱딱함(Stiffness).. 27
사례 - 의료 LRP/ISIR Remote operation with force-feedback of a surgical robot attached to the patient 반발력기반 외과수술용로봇 원격 작동 APPROCHE Robot-assisted rehabilitation 로봇활용 재활프로그램 Didhaptic Haptic training for oral implantology 임플란트수술 트레이닝시스템 28
시스템 응용 주요사례 신형헬기개발 - 시콜스키 신차개발 - PSA 신형항공기개발 - 다쏘항공 가상유지보수 - CEA 29
시스템 적용 사례 30
시뮬레이션의 확장 가상현실(VR) 31
3dvia Business Area 3. Consumers Experience Share 2. Collaborators Imagine 1. Creators 32
The PLM innovation spiral Customers as co-innovators Automotive Aerospace People /Consumers Shipbuilding Industrial Equipement High Tech Consumer Goods PLM collaboration Consumer Packaged Goods Life Sciences Architecture & Construction Energy Services 33
Multi Source Multi Use Multi Source Multi Library Multi Platform Multi Use 3D Max Maya Lightwave Web base Marketing Softimage CATIA Programming Integrate Revit Autocad Civil3D Microstation Virtools CADpack2 Immersive VR Standalone, Muitiuse 34
Flexible Deployment Immersive environment Multi-users Standalone Intranet Internet Multiple platforms 35
Large Visualization Environments 36
Universal Device Support Data gloves Tracker "Wands" (tracker + Joy) Haptic Arm Keyboard Mouse SpaceMouse Joystick < Multi Use Publish > Web 3D H-R Printing Movie VR Device Multi-Channel Stereoscopy 3 Dassault SystèmesD 37
모션 캡춰 Page 38 38
Construction Process Visualization Beijing Olympic Stadium 39
인테리어 배치 40
Q & A 41
솔리드이엔지 DM 사업부 부장 김동환 010-4722-0115 dhkim@solideng.co.kr