인간 생활의 편의를 위해 지능형 서비스 로봇에 대한 필요성이 증가하고 있지만, 인간과 로봇이 상호간에 소통할 수 있는 인터페이스나 애플리케이션 등의 개발은 미흡한 상태이다. 이러한 문제점을 극복하고 지능형 서비스 로봇의 대중화를 위하여 사용자 중심의 애플리케이션을 제안한다. 사용자 애플리케이션은 각 시스템들의 정보를 분석하여 제어하는 부분을 담당하고, 사용자의 명령을 블루투스 통신을 통해 로봇에게 전달하며, 로봇의 위치데이터 및 영상정보를 사용자에게 보여준다. 제안 시스템을 통해 로봇에 대한 전문지식이 없는 사용자도 로봇을 쉽게 제어할 수 있으며, 관리자는 원격지에서도 제어 및 모니터링이 가능하여 시스템 관리의 편의성을 제공한다.
최근 로봇 개발의 현황을 살펴보면 인간과 로봇이 공존하면서 인간이 로봇으로부터 서비스를 받을 수 있는 로봇의 개발이 지속적으로 증가하는 추세다. 그 중에서도 특히 관심을 끌고 있는 것은 복지 로봇에 관한 연구이다. 현재 가장 일반화되어 있는 복지 로봇은 시각 장애인의 주행을 도와주는 안내 로봇이며 장애물을 인식하여 안전한 경로를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 논문에서는 장애물 충돌회피의 기능뿐만 다양한 센서를 장착하여 환경 정보를 파악하여 사용자에게 가장 안전한 이동방향과 이동 속도를 제시한다. 또한 지도 정보를 이용하여 사용자에게 가장 친숙하고 안전한 주행 경로를 선택하는 안내 로봇을 제시한다.
'유비쿼터스'라는 신조어를 통해 우리의 현재 IT 분야에 큰 영향을 주고 있으며, 이 개념과 맞물려 우리 일상생활에도 많은 변화가 일어나고 있다. 현재 인터넷은 우리 생활치 일부가 되었고 다음은 로봇의 시대가 될 것이라 생각된다. 많은 국가와 연구실에 로봇에 관한 많은 연구를 하고 있으며 성과를 거두고 있다. 본 논문에서는 지능을 지니고 휴대가 간편한 휴대용기기를 이용하여 가정에서 여러 가지 기능을 수행하는 서비스 로봇을 제어하고자 한다 유비쿼터스 개념과 같이 언제 어디서든지 연결이 가능하도록 무선랜 통신을 사용하여 휴대용 기기와 가정용 서비스 로봇은 정보를 상호 교환 할 수 있다. 지능형 휴대용 기기는 가정용 서비스 로봇이 가정에서 여러 가지 임무를 수행할 수 있도록 소프트 컴퓨팅 기법을 사용한 알고리즘을 이용한다. 또 한 로봇은 환경을 파악할 수 있도록 다종의 센서를 부착하고 있으며 이를 통해 환경에 맞는 임무를 수행 할 수 있도록 정보를 수집한다. 본 논문은 지능형 휴대용 기기를 이용하여 인간 친화적인 가정용 서비스 로봇이 될 수 일도록 기능을 제어하는 것이다.
근래에 무인 자동화기술의 발달과 마이크로프로세서 기술의 혁신적인 성장에 힘입어 일반산업현장에서 사용되고 있는 로봇은 복잡하고 다양한 작업이 요구되는 비제조업분야로 그 적용분야가 확장되고 있다. 그 대표적인 분야를 들자면 방사능 지역과 같은 위험한 환경에서의 작업, 우주공간이나 심해에서의 작업, 활선 작업과 같이 사람이 접근하기 어려운 곳에서 인간을 대신하는 작업 등이 있다. 이와 같이 사람이 접근하기 어려운 지역에서 인간을 대신하여 작업을 수행할 수 있는 원격작업 로봇시스템을 개발하였다. 개발된 로봇은 6 자유도를 갖는 수평다관절 유압구동형 조작기로써 로봇의 운반 및 설치가 용이하도록 제 1 링크의 분리가 가능하도록 설계하였다. 로봇의 제어기는 전체 제어기를 통괄하는 1 개의 마스터 CPU 및 3 개의 제어보드로 구성되며 이들은 VME 버스를 이용하여 데이터를 전송한다. 로봇의 관리제어시스템은 그래픽워크스테이션을 이용하여 구성하였으며 로봇의 작업상황을 실시간으로 애니메이션하여 작업자에게 원격현장감을 제공하고 작업효율의 향상시켰다.
논문에서는 인간과의 안전한 접촉이 가능한 내부형 연속체로봇에 대한 설계개념과 로봇 말단장치의 운동특성실험을 제시한다. 인간의 근육과 유사한 상극구동방식으로 작동하는 공압인공근육을 연속체로봇의 백본 및 구동장치로 사용하기 때문에, 외부환경과의 부드러운 접촉과 강한 접촉을 선택적으로 제어할 수 있는 로봇 관절에서의 가변강성이 가능하다. 그러나 내부형 연속체로봇은 백본소재의 굽힘운동을 예측하기 어렵기 때문에 로봇 말단장치에서의 자세를 추정하기 어렵다. 이를 해결하기 위해 3 축 가속도계와 3 축 자이로스코프를 이용한 칼만필터 방법을 제안하고 개발된 내부형 연속체 로봇의 자세추정에 적용하여 실제 실험을 통해서 제안된 방법의 효율성을 검증하였다.
알려지지 않은 실내에서 인간형 로봇의 이동경로 생성을 위해서는 주변 장애물의 형태를 정확히 인식하여 이에 적합한 로봇 움직임을 만들어야 한다. 이 때, 인식된 장애물의 형태에 따라 로봇이 접촉없이 통과할 수 있고, 발과 접촉하여 통과할 수도 있으며, 회피할 수도 있다. 이를 위해 장애물이 어떤 형태를 갖고 있는지를 분류하여 로봇의 이동경로를 생성할 때 활용 가능한 장애물 인식 및 분류 방법을 제안한다. 특히 장애물 형태를 정확히 인식하기 위한 기존 알고리즘은 많은 계산량으로 실시간 활용에 어려움이 있으며, 불필요한 장애물도 함께 추출하기 때문에 연산자원의 낭비가 불가피하다. 본 연구에서는 장애물 인식의 계산량을 줄이기 위해 장애물의 영역을 분류한 후 정확한 형상이 필요한 장애물에 한해 크기 및 형태를 추출하도록 알고리즘의 적용 범위를 제한하여 계산량을 줄이는 방법을 제안한다.
본 논문에서는 키 42cm, 몸무게 1.5kg으로 총 16 자유도를 가진 소형 인간형 로봇의 개발에 관하여 소개한다. 인간형 로봇은 많은 자유도를 가지기 때문에 개발을 쉽게 하기 위하여 제어가 간단한 RC 서보 모터를 구동기로 사용한다. 개발된 로봇은 또한 머리에 소형 디지털 카메라를 장착하고 있어서 주변의 환경에 대한 영상 데이터를 원격지에 있는 호스트 컴퓨터에 무선 모뎀을 통하여 전송할 수 있다. 개발된 로봇은 직진 보행, 회전 보행 등의 평지 보행뿐만 아니라 계단 보행도 수행할 수 있다. 로봇의 움직임을 생성하고 사전에 모의 실험해 볼 수 있는 그래픽 시뮬레이션프로그램과 경로 생성 프로그램은 호스트 컴퓨터에서 구동된다. 실험을 통하여 개발된 로봇이 계단 보행을 수행할 수 있음을 보인다.
군사용 로봇은 국방 IT 융합의 대표적인 적용 사례로 인간을 대신하거나 보조하며, 군사작전을 수행하는 지능형 로봇이다. 특히 테러와의 전쟁 속에 비정규전으로 많은 희생자들이 발생하면서 전쟁에 대한 비난여론이 확산되자 사람 대신 전쟁을 치루는 로봇은 당당한 주역으로 부상하고 있다. 군대는 로봇에 점점 의존하고 있고, 육상.해상.공중을 가리지 않고 로봇의 활용도는 커지고 있으며, 로봇을 도입하는 군대가 전투력에서 우위를 점하고 있다. 현재 군사용 로봇은 미국, 유럽, 러시아, 중국, 이스라엘, 한국 등을 중심으로 활발히 개발되고 있다.
본 고에서 다루고자 하는 지능형 로봇 공간(intelligent robotic space)은 이동성(mobility), 조작성(manipulability)으로 대표되는 로봇의 독특한 기능을 분산센싱, 분산처리환경을 구축하여 고기능화함으로써 자연스러운 이동, 조작기능의 구현이 가능한 공간으로 정의할 수 있다. 이는 개념적으로 가상 공간(virtual space), 추론 공간(semantic space), 물리 공간(physical space)으로 구성된다. 가상 공간은 로봇-센서간 융합을 통한 환경지도 작성 및 표현을 위한 플랫폼 기술이고 추론 공간은 로봇 및 로봇과 연동된 사람이나 사물의 상태 해석을 위한 객체 모델 기술이다. 물리 공간은 지능형이동성과 로봇 조작 능력의 향상을 위한 지능형 하드웨어 공간이다. 본 고에서는 물리공간에서 가장 핵심적인 이슈인 실내 측위기술에 대해서 알아본다. 측위기술은 사람이나 사물의 위치를 정밀하게 결정하여 로봇이 인간과 공존할 수 있도록 안정적이고 신뢰성 있는 측위 정보를 제공하는 것을 목적으로 한다. 지능형 로봇을 위한 측위기술은 크게 무선 센서네트워크 기반의 광역(coarse) 위치 결정과 RFID 및 로봇 비전(vision)을 기반으로 하는 정밀(fine) 위치 결정으로 나뉘어진다. 본 고에서는 Wi-Fi, ZigBee, UWB를 이용하는 무선 센서네트워크 기반의 실내 위치 측정에 관한 연구 개발 동향을 분석하고 각각의 기술이 가지는 장단점을 비교한다.
지능형 로봇은 인간 생활 환경에서 작동하고 일반 소비자를 대상으로 한다는 점에서 기존의 산업용 로봇과는 다른 내부 구조를 가져야 한다. 또한 표준화된 개방 구조를 갖추어 로봇 전용의 부품 산업이 활성화 될 수 있도록 하여 결과적으로 로봇의 단가를 낮출 수 있어야 한다. 본 고에서는 공장자동화와 자동차 분야에서 먼저 도입되고 있는 버스 형태의 제어 통신망이 지능형 로봇 분야에서 어떤 이점을 제공하는지에 대해 살펴보고, 최근의 2족 보행로봇에 성공적으로 적용되고 있는 대표적인 실시간 제어 통신망의 하나인 CAN에 대해 분석하고 CAN에 기반한 상위레벨 프로토콜을 소개한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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