원자력시설에서 점검 및 보수작업을 위하여 이동로보트 KAEROT을 개발하였다. 이동로보트의 주행장치는 소차륜들이 부착된 유성차륜의 형태로 구성되어 높은 안정성을 유지하며 계단을 포함한 많은 장애물의 승하강이 가능하도록 설계하였다 본 논문에서는 로보트의 원격조작을 용이하게 하기 위하여 이동로보트의 기구학적 해석을 통하여 역기구학 해를 구하였고, 자동 계단승월 알고리즘을 제안하였다. 제안된 알고리즘은 이동경로를 결정한 후 제안된 기준경로를 추종할 수 있도록 각 차륜의 각속도를 구하는 것이다. 제작 오차가 있는 실험실내 계단에 대하여 시뮬레이션 및 실험을 수행하였다. 제안된 알고리즘은 로보트 몸체의 경사각도를 낮게 유지시킬 수 있었고, 주행중 안정성을 높혀주었다.
본 논문에서는 유동적인 두 바퀴간격을 갖는 이동로보트의 주행 효율 및 회전특성을 정의하고, 그에 따라 이동로보트의 바퀴의 반경이 정해져 있는 상황 속에서 두 바퀴의 간격을 동적으로 변화시켜, 원하는 주행 효율과 회전특성을 얻을 수 있음을 제안하여 보여준다. 기존의 이동 로보트의 두 바퀴의 간격이 고정되어 있으면, 그 회전 및 주행특성이 고정되어지며 이로 인하여 순간적인 장애물을 회피할 수 없다. 본 연구에서는 시뮬레이션을 통하여, 기존의 고정된 바퀴간격을 탈피하여 두 바퀴의 거리를 동적으로 변화시켜 높은 회전 특성을 순간적으로 얻을 수 있고, 또한 안정된 가운데 높은 주행특성을 가질 수 있음을 보였다. 본 연구에서 정의된 주행특성(mobility) 및 회전특성(rotatability)은 이동로보트의 설계에 적용되어 도로의 설계조건 및 로보트의 상태가 정해진 상황에서 이동로보트의 최적 설계를 위한 이론적 근거를 제공할 것이다. 실험적 데이터를 사용하여 정의된 주행 및 회전특성의 타당성을 보여 준다.
본 연구에서는 이동 로보트의 구동모터들의 회전수를 측정하는 두 개의 엔코 더와 로보트의 회전각 속도를 측정하는 자이로센서를 결합하여 주행중인 로보트의 자 세를 정확하게 추정할 수 있는 복수센서 시스템의 신호처리회로 및 알고리즘을 개발하 고 자이로센서의 측정방정식을 모델링하기 위하여 성능시험을 수행하였다. 그리고 확률이론을 유도된 측정방정식에 적용하여 본 복수센서 시스템의 출력 신호들을 효율 적으로 융합할 수 있는 센서데이터 융합알고리즘을 개발하여 사용된 측정센서들에 내 재하는 측정오차의 영향을 최소로 줄이고자 하였다. 제안된 융합알고리즘의 타당성 을 검증하기 위하여 주행실험을 수행하여 이동 로보트의 실제자세와 본 융합알고리즘 의 결과를 비교하였다.
최근 몇년사이에 산업 전분야에서 로보트의 이용이 증가하고 있는데, 로보트 시스템의 주요목적은 작업영역내에서 작업물을 빠르고 정확하게 다른 장소로 이동시키는 것이다. 이러한 로보트의 이용에 있어서의 어려움 중 하나는 로보트가 목표점으로 움직이는 동안에 작업장내에 있는 장애물, 즉 각종 공구, 시설등의 물체와의 충돌을 피할 수 있도록 프로그램 되어야 하며, 이를 위해서 많은 시간이 소요된다는 것이다. 본 연구에서는 SOM 네트워크를 이용하여 장애물이 존재하는 작업 공간에서 로보트가 장애물과 충돌없이 움직일 수 있는 경로를 구하기 위한 SOM의 응용방안을 소개한다. 본 연구에서는 SOM의 최적 size, 학습계수 요인을 고려하여 2관절 로보트의 충돌회피 경로 발견을 위한 시뮬레이션을 수행하였다.
본 논문에서는 이동 로보트의 자율 주행을 위해 퍼지 제어에 기초한 적응 퍼지 제어기 설계 기법을 제안하였다. 제안한 방법에서는 첫째, 퍼지 추론 과정에서 불필요한 규칙으로 인하여 데이터 처리 시간이 증가된 다는 단점을 이동 로보트의 현재 상태에 적합한 퍼지 추론 규칙과 소속함수를 생성함으로써 향상시켰다. 이 과정은 데이터 쌍을 이용한 클러스터링 방법을 통하여 구현되며, 이동 로보트는 보다 적은 퍼지 추론 규칙을 가지고 빠른 데이터 처리 속도로 주행 가능해 진다. 둘째, 기존의 퍼지 제어기가 입·출력 변수의 고정된 소속 함수로 인하여 느린 수렴성을 갖는 단점을 클러스터링 과정에서 생성된 소속함수를 스케일링함으로써 향상시켰다. 한편 본 논문에서 제안한 제어 방법의 성능 평가를 위해 퍼지 제어를 사용한 기존의 제어 방법과 컴퓨터 모의 실험 및 실제 이동 로보트 주행 실험을 통해 비교 및 고찰하였다.
본 연구에서는 로보트에 현재위치와 목적지가 주어지면 로보트가 가지고 있는 세계지도(world map)로부터 경로를 탐색하여 경로의 주위 환경 정보를 가진 경로지도(route map)을 생성하고 이를 해석하여 주행을 하도록 한다. 그리고, 인간은 매우 복잡한 상황을 간단하게 이행하는 능력을 갖고 있으나, 그 상황을 감지하는데 필요한 정보들은 불확실성과 모호성을 내포하고 있으며, 인간의 주관적 판단에 의한 것과 불완전 계측에 의한 것들을 처리하기 위해 퍼지 이론을 이용한 추론 및 주행 알고리즘을 제안한다.
본 논문은 이동 로보트가 실제 환경속에서 주행할 수 있도록 하기 위한 간단한 structured light 센서의 개발과 이용에 관한 연구로써, 이동로보트에 이 센서를 부착하였을 경우 그 적용범위는 첫째, 복잡한 3차원 물체들 속에서의 실시간 주행경로 주변 물체의 모델링과 인식을 위한 것으로 나뉠 수 있다. 개발된 센서가 갖추고 있는 데이타 습득 속도와 정확도는 실용화 하기에 충분하며, 여러 다양한 상황속에서의 실험을 통하여 이를 확인하였다.
보행로보트에 있어서 다리의 기구적 특성은 안정도, 에너지 효율 및 걷는 영역 등에 영향을 준다. 보행로보트 중에서 안정도 여유가 비교적 큰 사각보행로보트는 보폭이 크다. 그리고 수직운동과 수평운동이 서로 분리되어 있는 팬토그래프 구조의 다리를 갖는 보행로보트는 기구적인 복잡성으로 인하여 움직임을 예상하기가 어렵게 된다. 따라서, 보행로보트의 3차원적인 이동을 해석하기 위하여 그래픽스를 이용한 방법이 중요하게 쓰일 수 있다. 본 논문에서는 서로 다른 조인트 구동방식을 갖는 세 개의 사각보행로보트를 모델링하고, 각각에 대하여 몸의 중심으로 표시된 경로로써 작업지시를 하여 걷는 모습을 애니메이션 함으로써 그 기구적인 특성을 해석할 수 있게 하였다. 그리고 회전걸음이나 옆걸음을 위하여 다리 제어를 하였고, 조인트의 이동에 대한 정보를 위하여 Sun-3 시스템에서의 윈도우를 이용하였다.
다각 보행로보트 혹은 이동로보트에 있어서 관리제어, 특히 자율경로계획 문제의 해결은 잘 정돈된 환경이라 할지라도 아직은 명실상부한 기준(de facto standard)이 없는 실정이며 더 나아가, 자연환경같이 험난하고 잘 묘사될 수 없는 경우의 연구는 거의 시작 단계에 있는 실정이다. 이러한 문제의 해결을 위해서는 더욱 더 빠른 계산능력과 강력한 새로운 센서 및 잘 정돈되지 않은 환경을 효율적, 효과적으로 묘사할 수 있는 새로운 방법들의 출현이 필연적이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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