미래에는 일상생활에서 우리 삶을 편의를 위한 로봇이나 드론들이 증가할 것이다. 그리고 이것을 제어하기 위한 방법으로 현재 리모컨이나 사람의 음성에 의한 방법이 가장 보편적으로 사용되고 있다. 하지만 리모컨은 사람이 찾아서 일일이 조작해야하며 음성의 경우에는 주변 노이즈를 무시할 수 없다. 그래서 본 논문에서는 팔의 자세정보만으로 무선으로 간편하게 주변 드론이나 로봇들을 제어 할 수 있다는 전제하에 실시간으로 정확하게 팔의 자세정보를 획득하기 위한 경제적인 자세정보 획득방법에 대하여 연구하였다. 이를 위해서 확장 칼만필터를 이용하여 팔의 자세정보에 대한 노이즈를 제거하였으며 팔의 움직임을 감지하기 위하여 저가의 MEMS 타입의 센서를 적용하여 장치의 경제성을 확보하였으며 팔의 착용성을 증대시키기 위하여 FPGA를 활용하여 최대한 칩 하나에 모든 기능을 집적화시켜 소형 경량의 자세정보 획득장치를 개발하였다. 그 결과 1 ms의 실시간성을 확보하였고 확장칼만필터를 적용하여 노이즈가 제거된 정확한 팔의 자세정보를 획득하고 실시간으로 팔의 자세정보를 전시하였다. 이를 통해서 팔의 실시간 자세정보를 이용하여 명령을 생성할 수 있는 기초가 마련되었다.
최근 다양한 환경에서 지능형 로봇의 안정된 이동과 작업계획에 대한 연구가 이루어지고 있다. 본 논문에서는 상하 결합가능한 구조의 4족 로봇의 설계 및 작업 계획방법을 제안한다. 제안하는 4족 로봇은 리니어 모터를 이용하여 다리 길이를 조절하고, 팔각뿔 형태의 도킹모듈을 이용하여 상하 결합과 분리가 가능하도록 설계하였다. 또한 로봇이 다양한 환경에서 안정된 이동과 정보 수집을 위하여 지자기 센서, PSD 센서, LRF 센서와 카메라를 사용하였다. 리니어 모터를 이용한 장애물 회피 동작방법과 상하 결합 동작방법을 제안하고 구현하였다. 로봇은 다리 길이를 조절하여 장애물을 극복하고, 두 대의 로봇이 상하 결합을 통하여 협력 작업방법을 제안하였다. 두 대의 4족 로봇이 상하 결합을 통하여 4족과 6족 보행을 하고, 상부 결합 로봇의 4개의 다리를 4개의 팔 또는 2개의 팔로 사용할 수 있으며, 결합된 로봇을 이용하여 물건 옮기기 작업을 구현하고, 각 동작들을 실제 실험으로 기능을 검증하였다.
로봇의 발전 동향을 살펴보면, 기존의 위치 기반제어를 통하여 단순반복 재생 하는 로봇에서 인간과 로봇이 협력할 수 있는 로봇으로 그리고 궁극적으로는 독자적인 작업지능을 갖고서 독립적으로 운용되거나 인간과 공존할 수 있는 로봇으로 개발되어 나아갈 것으로 예상된다. 다만 현재까지의 로봇 기술로는 로봇 독자적으로 완전한 작업지능을 구현하기가 힘들기 때문에 그 중간 단계로써 사람과의 협력 작업을 구현하고 하는 것이다. 이처럼 인간-로봇 협업 기술은 인간의 지능과 로봇의 성능을 결합하여 고도의 작업을 구현할 수 있는 기술로써 로봇의 사용법을 모르는 현장 작업자도 로봇의 말단부를 잡고 손쉽게 로봇에 명령을 지시할 수 있다. 따라서 로봇의 응용 범위가 매우 다양해지고, 특히 로봇 전문인력이 없고 다품종 변량 생산을 주로 하는 중소기업에서의 로봇 활용을 촉진시켜 작업 환경 개선과 생산성 향상이 가능해진다. 또한 제조업용 로봇 분야에서 뿐만 아니라 범용성이 강한 기술로 개인서비스 로봇에서부터 국방, 건설, 의료 등 전문 서비스 로봇에 이르기 까지 폭넓게 적용될 수 있다. 이러한 인간-로봇 협업을 위해 필요한 기술들로는 경량형 로봇팔 기술, 인간-로봇 협조 제어 기술, 인간-로봇 안전 기술, 작업자 편이를 위한 인터페이스 기술 등이 포함되며 향후 기술의 발전에 따라 그 파급효과가 극대화될 것으로 기대된다.
A study has been carried out on the implementation of IMCA (Linear Moving Voice Coil Actuator) to a flexible robot arm modelled as cantilever beam. Control performances are evaluated by computer simulation and theoretical analysis is validated by experiments. From this study, it is proved that the LMVCA can be applied easily to the control system and suppress vibration effectively.
In this paper, time optimal positioning control of the robotic manipulator is discussed. The equations for dynamic model of the robotic manipulator are nonolinear, and each link is highly coupled. A feedback linearizing and decoupling transformation makes the dynamic model linearized and decoupled, and optimal control input for the linear and decoupled system is derived.
This paper deals with the design method for a small waterproof 4-axis robot arm. An extensive analysis was performed on the torque applied to the robot joint as a result of the payload, as well as the design of the joint actuator capacity. In addition, a study was undertaken on the design of a waterproof joint actuator that works at depths greater than 10 m and the wiring design for a small waterproof connector to avoid obstructing the robot motion. Finally, a finite element method simulation was carried out to analyze the strength of the designed robot arm link, and its stability was verified through a simulation test.
본 논문에서는 일상생활에서 사람과 교감하며 돌봄 인력의 공백을 완화할 수 있는 인간 공존형 반려 로봇을 연구하였다. 음성인식 모듈과 서보모터, 아두이노 보드를 기반으로 음성인식을 이용한 로봇팔 제어기능, RC카를 활용한 위치 이동 기능, 음성인식 기능을 활용하여 도트 매트릭스를 이용한 반려 로봇의 감정표현 기능을 탑재한 반려 로봇을 실험, 제작하였다. 실험 결과로 거리에 따른 음성인식 실험 결과 5~30cm의 거리에서 최적의 인식률을 보였고 성별에 따른 음성인식 실험 결과에서는 남성의 인식률이 더 높은 것을 확인할 수 있었으며 성조에 따른 음성인식 실험 결과 첫 번째 성조인 단조로운 톤에서 높은 인식률을 보였다. 이러한 동작 실험에 대한 평가 결과를 통해 반려 로봇을 만들 수 있음을 확인할 수 있었다.
최근 일본에서 발표된 혼다의 ASIMO, 소니의 AIBO, SDR-3X, SDR-4X 등의 로봇에 힘입어 전 세계적으로 퍼스널 로봇의 연구개발이 활성화되고 있으며, 국내에서도 소규모 벤처 로봇 업체를 중심으로 이전의 산업용 로봇으로부터 퍼스널 로봇으로 개발방향을 선회하고 있는 실정이다. 이미 인터넷이나 신문매체를 통하여 접할 수 있는 구미의 실용적인 서비스 로봇기술과 함께, 마치 정말로 살아서 움직이는 듯한 동작을 표현하는 일본의 로봇기술은 개발하는 사람으로서도 절로 감탄을 자아내게 만든다. 이러한 로봇 및 제어기술에 대한 국내의 로봇 벤처기업의 반응은 이를 구현할 수 있는 일본의 산업인프라가 부럽다는 것이다. 즉 모터, 센서, 전지 등의 핵심부품만 받쳐준다면 해볼 만 하다는 것이다. 여기에는 여러 가지 메커니즘 및 핵심부품이 있으나 이 글에서는 산업자원부의 자금으로 수행하고 있는 퍼스널 로봇용 기반기술 과제를 중심으로 메커니즘 부분에는 모듈형 로봇 팔과 이동 메커니즘, 그리고 핵심부품부분에는 구동부품과 스테레오 시각센서에 관하여 소개하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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