기울기 정보를 이용한 4족 보행 로봇의 걸음새 생성 방법

정학상 경기대학교 일반대학원 2010 국내석사

본 논문에서는 4족 보행 로봇 몸체의 스웨이(sway)를 이용하여 4족 보행 로봇 몸체의 흔들림을 최소로 하는 걸음새 생성 방법을 제안하였다. 또한 제안한 방법의 적용을 위해 4족 보행 로봇을 설계 및 제작하였으며, 제작된 4족 보행 로봇은 일반적인 4족 보행 로봇과 달리 발바닥의 디딤 면적이 작은 구조를 가지므로 보행 시 디딤 면적을 최소화로 사용하는 장점을 갖는다. 본 논문에서 제안한 방법에서는, xz-축 스웨이를 이용함으로써 몸체의 흔들림을 줄이며 안정도 여유를 최대로 하는 효율적인 몸체 이동궤적을 생성하였다. 또한 보행 도중 z-축 스웨이로 인한 몸체의 충격을 줄이기 위해 푸리에 급수(Fourier series)를 이용하여 충격을 줄일 수 있는 유연한 다리 이동 궤적을 생성하였다. 안정도 해석은 움직이는 다리 높이 변화량에 따른 4족 보행 로봇 몸체 기울기 정보의 상관 관계를 이용하여 새로운 안정도 해석 방법을 제안하였고, 제안한 안정도 해석 방법을 이용하여 생성된 걸음새의 안정도를 판별하였다. 한편, 본 논문에서 제안한 알고리듬의 실제 적용 가능성 및 효용성을 검증하기 위해, 모의 실험 및 4족 보행 로봇의 실제 보행 실험을 수행하였으며, 제안한 방법의 보행 성능을 기존 방법인 무게 중심(Center of Mass: CoM)을 이용한 방법 및 세로 안정 여유(Longitudinal Stability Margin: LSM)를 이용한 방법과 각기 비교 분석하였다. 모의 실험 결과로부터, 본 논문에서 제안한 방법이 CoM이나 LSM을 이용한 방법들에 비해 4족 보행 로봇의 몸체 움직임을 최소화 함을 확인 할 수 있었다. 또한 실제 로봇 보행 실험 결과로부터, 세 가지 보행 방법들 모두 모의 실험의 결과와 같이 궤적을 자연스럽게 추종하며 안정하게 보행 함과 제안한 방법이 4족 보행 로봇의 걸음새 동작 시 xz-축 스웨이를 통해 기존 방법들보다 몸체의 흔들림을 줄일 수 있음을 확인 할 수 있었다. 또한 본 논문에서 제안한 방법이 에너지 소비의 효용성을 검증하기 위해 4족 보행 로봇 몸체의 기울기 변화량과 4족 보행 로봇의 전류 소비량을 측정하였으며, 측정 결과로부터, 보행 시 전체 모터에 부가되는 부하량을 감소시킴으로써 모터의 전류 소비량을 줄일 수 있음을 확인할 수 있었다. 결론적으로, 본 논문에서 제안한 xz-스웨이를 통한 걸음새 방법은 몸체의 흔들림을 줄여 안정한 보행이 가능하도록 하였고, 보행 궤적의 간소화로 보행 시간 또한 줄일 수 있었다. 효율적인 CoM의 이동으로 4족 보행 로봇의 관절에 걸리는 부하를 감소시킴으로써 저전력 보행을 구현 하였다.

원자로의 포스트텐셔닝 텐던 덕트 내부 검측을 위한 스크류형 추진 로봇 연구

김동선 서울과학기술대학교 2022 국내석사

본 연구에서는 원자로 격납 구조물에 사용된 포스트텐셔닝 텐던 덕트에 삽입하여 덕트 내부를 직접 검측할 수 있는 스크류 추진형 로봇을 개발하고자 하였다. 원자로 격납 구조물에 사용된 텐던 덕트 내부에 채워진 그리스가 누유되어 공극이 발생하면, 덕트 내부의 강연선은 이물질에 의해 쉽게 부식되고 심한 경우 강연선의 파단까지 발생할 수 있다. 이를 예방하고자 정기적인 검사를 실시하고 있지만, 현재 사용중인 검사 방법은 강연선의 추출이 필수적이다. 텐던 덕트 내부에 삽입할 수 있는 로봇을 이용하면 강연선의 추출 없이 덕트 내부 검사가 가능하며, 직접적인 검측을 통하여 높은 정확도를 확보할 수 있다. 하지만 텐던 덕트 내부를 이동하며 검측하기 위해선, 덕트에 채워진 그리스를 관통하며 이동할 수 있는 구조가 필수적이다. 기존 배관 로봇의 경우 그리스를 파낼 수 있는 구조가 없거나, 덕트를 손상시킬 가능성이 존재한다. 본 연구에서는 로봇의 스크류 디자인을 텐던 덕트 내부에서 움직일 수 있도록 최적화 하였다. 스크류의 개수를 다양하게 바꿔가며 그리스를 효과적으로 파낼 수 있는 디자인을 선정하였고, 최종적으로 2-Screw 디자인을 로봇에 적용하여 제작하였다. 실험을 통해 로봇이 그리스와 15 봉 42개로 채워진 내경 150 덕트에서 이동할 수 있는 것을 확인하였다. 또한 공극 검측을 위해 사용되는 평평한 형태의 초음파 센서가 로봇의 가장 앞에 위치함으로써 발생하는 그리스의 단면 저항을 줄이고자 스크류 구조 변화 메커니즘을 제안하였다. 구조 변화 메커니즘을 통해 로봇 추진 시에는 스크류가 그리스의 단면 저항을 최소화할 수 있는 날카로운 형태를 유지하고, 그리스 공극 검측 시에는 스크류가 절개되며 초음파 센서 모듈을 전개시켜 로봇의 가장 앞부분에 위치시킬 수 있다. 메커니즘을 작동시키는 액추에이터는 소형 Magnetic Clutch System을 적용하여 최소화하였고, 결과적으로 각 스크류에 액추에이터 하나만을 사용하여 로봇을 구동시킬 수 있게 하였다. 추후 로봇의 크기를 더욱 소형화하여 Milli-Scale Screw-Propelled Robot으로 소형 배관과 같이 협소한 공간에서 탐사 로봇으로 사용할 수 있고, 다양한 재질을 적용하여 해저나 우주 등 여러 극한 환경에서 응용할 수 있다. This study attempted to develop a screw propulsion robot that can be inserted into the post-tension tendon duct used in the reactor containment structure to directly detect the inside of the duct. When grease filled in the tendon duct used in the reactor containment structure leaks and voids occur, the strands inside the duct can easily corrode by foreign substances and, in severe cases, breakage. Regular tests are being conducted to prevent this, but the currently used examination method requires extraction of the strands. By using a robot that can be inserted into the tendon duct, it is possible to inspect the inside of the duct without extraction of the strands, and high accuracy can be secured through direct inspection. However, in order to move and inspect the inside of the tendon duct, a structure that can move through the grease filled in the duct is essential. In the case of existing pipe robots, there is no structure capable of digging out grease or there is a possibility of damaging the duct. In this study, the screw design of the robot was optimized to move inside the tendon duct. A design that can effectively dig out grease by varying the number of screws was selected, and finally, 2-Screw design was applied to robots to manufacture. Through the experiment, it was verified that the robot can move from duct filled with grease and 42 strands. In addition, a screw structure change mechanism was proposed to reduce the cross-sectional resistance of Grease caused by the position of a flat ultrasonic sensor used for void detection at the front of the robot. When propulsion of a robot through the structural change mechanism, the screw could maintain a sharp shape to minimize the cross-sectional resistance of Grease, and when detecting Grease void, the screw is cut, and the ultrasonic sensor module could be deployed to be placed at the front of the robot. Actuators operating the mechanism were minimized by applying a small magnetic clutch system and consequently allowed the robot to be driven with one actuator per screw. In the future, by further miniaturizing the size of the robot, it can be used as a probe robot in a narrow space such as a small pipe with Milli-Scale Screw-Proved Robot, and can be applied in various extreme environments such as the sea floor and space by applying various materials.

로봇수술 수요 예측모형에 관한 연구

김진환 고려대학교 기술경영전문대학원 2018 국내석사

최근 로봇수술은 암수술 분야에서 크게 각광받고 있다. 로봇수술은 의료진이 수술용 로봇을 사용하여 진행하는 복강경 수술의 일종이다. 2005년 연세대학교 세브란스병원에서 첫 수술이 이뤄진 이래 가동대수와 수술건수 측면에서 매년 큰 폭의 성장을 보여 2016년에는 67대의 수술기기가 13,600여 건의 수술을 진행했다. 현재 미국 인튜이티브 사의 다빈치(Da VinCi)가 국내 로봇수술기기 시장을 독점하고 있으나 시장이 확대됨에 따라 국내외 의료기기 업체들이 잇따라 신제품을 출시할 것으로 보인다. 시장이 급속도로 커지고 로봇수술이 많은 이들의 관심대상으로 부각되면서 현재 비급여인 로봇수술에 대한 많은 연구와 토론이 이루어지고 있다. 한국보건산업연구원은 “로봇수술의 안전성과 유효성 분석”이라는 연구결과를 발표했고 건강보험심사평가원은 로봇수술 급여화 검토를 위한 공개 토론회를 개최하기도 했다. 본 논문은 이러한 상황에서 로봇수술의 향후 수요를 다양한 통계적 기법으로 예측하는 것이 중요하다고 판단했다. 이에 따라 본 논문에서는 단순선형회귀분석, BASS확산모형, GOMPERTZ모형 등 3가지 모형을 사용하여 2005년부터 2025년까지의 가동대수, 전체 수술건수, 주요 과별 수술건수를 예측했다. 아울러 2016년도까지의 실제 데이터와 비교하여 각 모형의 예측력을 평가했다. 마지막으로 전체 암수술 시장에서 로봇수술의 예상 점유율을 파악했다. 서로 다른 특성을 가진 모형의 사용이 필요하다고 판단했다. 분석결과는 모형에 따라 달랐다. 가동대수와 전체 수술건수 부문에서 회귀분석은 매년 지속적 성장을 예상한 반면 BASS확산모형은 2022년, GOMPERTZ모형은 2016년에 성장의 정점을 찍을 것으로 예측했다. 과별 수술건수 부문에서는 BASS확산모형이 비뇨기과의 성장을, GOMPERTZ모형이 산부인과의 성장을 각각 예측했다. 아울러 두 모형은 외과 분야에서의 쇠퇴를 예측했다. 모형별 예측력에서는 선형회귀분석이 전반적으로 가장 나은 것으로 평가되었다. 가동대수와 전체 수술건수 예측에서 실제 데이터 값과 가장 적은 오차를 보여주었다. 이어서 GOMPERTZ모형과 BASS확산모형이 그 뒤를 이었다. 과별 예측력 분석에서는 GOMPERTZ모형이 외과와 산부인과 분야에서 회귀분석보다 나은 결과치를 나타내기도 했다. 2017년 이후 예측치를 바탕으로 시장점유율을 추정해본 결과 로봇수술은 비관혈적 수술의 10.8~44.5%를 점유할 것으로 예측되었으며 평균값은 23~28% 가량이었다. 관혈적 수술까지 모두 고려하면 3.6~14.8%를 점유할 것으로 예측되었고 평균적으로 7.6~9.3%를 로봇이 담당할 것으로 예측되었다. 아울러 수술기기 1대당 180~200대의 수술을 시행할 것으로 기대되었다. 본 연구의 한계 및 향후 연구방향으로 3가지를 지목했다. 첫째 다빈치 수술로봇의 다양성을 반영할 수 없었다는 점, 둘째 오차 요인을 분석하지 못한 점, 셋째 BASS확산모형에서 혁신계수와 시장최대치 N값이 음수가 나오는 현상 등이었다. 이 부분은 향후 추가 연구를 통해 보완되어야 할 부분이다. 본 연구에서 제시된 결과들은 향후 로봇수술의 급여화를 결정하는데 있어서 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대하며, 수술로봇을 국내에 출시하고자 하는 많은 기업의 의사결정에도 도움이 될 수 있으리라 생각한다. 앞으로 향후 공개되는 실제 데이터를 추가 반영하고, 해외의 데이터를 국내와 비교해 분석하면 보다 풍부한 연구가 될 수 있으리라 판단한다.

노인과 컴패니언 로봇의 대화 인터랙션을 지원을 위한 로봇의 적극적인 듣기 피드백 연구

이슬비 고려대학교 대학원 2018 국내석사

초고령 사회에 진입하면서 노년층의 삶의 지원과 질 향상을 위한 대안으로 로봇이 있다. 특히, 새로운 실버세대는 독립적인 생활에 대한 욕구가 크기 때문에 신체적 정서적으로 자립적인 생활을 지원해주는 컴패니언 로봇의 상용화 가능성이 높아지고 있다. 컴패니언 로봇은 음성 기반 인터랙션을 통해 태스크를 수행할 수 있기 때문에 기기 조작 학습이 어려운 노인도 쉽게 사용할 수 있으며, 자연스러운 대화를 통해 심리적, 정서적 효과도 얻을 수 있다. 하지만 노인은 호흡, 음성, 조음, 청각의 노화로 의사소통 문제를 겪기 때문에 인간 커뮤니케이션과 기계와의 음성 인터랙션에서 잦은 실패를 경험하며 대화 자체를 포기하기도 한다. 또한, 기존의 음성 인터페이스 기반 로봇은 인간의 대화에서 필수적으로 동반되는 비언어적 피드백이 부족하기 때문에 커뮤니케이션이 어렵다. 따라서, 노인의 의사소통 특성을 고려한 컴패니언 로봇의 멀티모달 대화 인터랙션 설계가 필요하며 대화 정보 효율성뿐만 아니라 노인의 대화 참여를 지속하고 지원할 수 있는 방식을 고려해야 한다. 상담심리학 등 여러 분야에서는 이를 위한 방법으로 적극적 듣기라는 대화 스킬이 있다. Gordon에 의해 개발된 적극적 듣기는 발표자의 말을 바꿔 말하고, 적절한 때에 질문하고, 높은 수준의 비언어 참여를 유지하는 것을 포함하며 초기 상호작용의 중요한 의사소통 기술로 여겨진다. 따라서, 본 연구에서는 노인-컴패니언 로봇 대화 인터랙션에서 적극적인 듣기를 적용한 로봇의 비언어적 피드백을 연구하고자 한다. 이를 위해, 적극적인 듣기 비언어적 피드백 분석과 노인 사용자 조사를 시행했다. 적극적인 듣기 분석을 위해, 기존 인간, 기계의 비언어적 커뮤니케이션 연구와 적극적인 듣기 연구 사례를 분석하고 적극적 듣기 스킬의 4가지 범주를 도출하였다. 개발된 로봇 및 스마트 기기 16개의 적극적인 듣기 피드백을 분석하고 로봇 적극적인 듣기 비언어적 피드백 유형을 도출했다. 노인 사용자 조사는 65세 이상 노인을 대상으로 FGI를 실시하여 일상생활 니즈를 분석하고 노인 대화 행태를 관찰하였다. 또한, 시리와의 인터랙션을 관찰하여 노인 음성 기반 시스템과의 인터랙션 행태 분석 및 인터랙션 가이드를 도출했다. FGI에서 분석된 라이프 스타일을 기반으로 사용자 유형화를 진행하였으며, 주도적으로 목표를 세우고 성취하는 삶을 추구하는 A 사용자 유형을 적극적 듣기 피드백 프로토타입 대상으로 선정하였다. 적극적 듣기 프로토타입을 위해, 인터뷰 내용 기반의 사용자 A의 저니맵을 분석하여 컴패니언 로봇 인터랙션 스타일을 선정하고, 건강 데일리 목표 설정 시나리오 중 로봇 건강 상담 대화 플로우를 구체화하였다. 로봇 적극적 듣기 피드백은 컴패니언 로봇이 가진 기계 및 인간의 인터랙션 특성을 고려하여 새로운 인터랙션 특성을 내포한 듣기 피드백 범위를 적극적 듣기 피드백, 베이직 피드백, 인터랙션 스킬로 구성하였다. 로봇 인터랙션 모듈은 에크만의 얼굴 움직임 부호화 시스템을 고려하여 추상화된 형태의 유사그래픽 유형으로 시각화하였다. 적극적 듣기 피드백의 격려(끄덕임, 집중의 표현, 미소, 아, 음 등 단음절), 공감(공포, 분노, 행복, 혐오, 슬픔, 놀람), 베이직 피드백(눈 깜박임, 안 구 단속 운동, 생각 시 눈동자 움직임), 인터랙션 스킬(텍스트 인터랙션, 이미지 활용)을 디자인하였으며, 로봇 적극적 듣기 비언어적 피드백 요소인 유사그래픽, 메타포, 조명을 적용하였다. 각 디자인 요소는 로봇 건강 상담 대화 플로우로 프로토타이핑하였다. 적극적인 듣기의 피드백은 노인 대상 인터랙션 실험을 통해, 사용자의 대화 참여도와 로봇 인상, 로봇 수용도를 검증하였다. 본 연구를 통해 노인을 위한 컴패니언 로봇 인터랙션 디자인을 위한 노인 일상생활 니즈와 의사소통 특성을 분석하였으며, 인간과 기계의 특성을 고려하여 인간의 커뮤니케이션 스킬인 적극적 듣기를 적용하여 세가지 타입의 컴패니언 로봇 인터랙션으로 도출하고 검증하였다는 점에 의의가 있다.

윤곽 추종을 통한 이동로봇의 장애물 회피

최재영 한밭大學校 産業大學院 2004 국내석사

청소용 로봇이 가정에서 실용화되기 위한 필수적 선행 연구 중의 하나는 장애물 회피에 관한 분야이다. 따라서 본 연구에서는 장애물 회피의 한 범주에 속하는 윤곽 추종 알고리즘 개발에 관한 연구를 수행하였고, 여기에서 사용된 청소용 로봇은 가정에서 사용되고 있는 진공청소기와 같은 구조를 갖는 흡입구를 청소용 로봇의 외부에 설치하여 구석이나 모서리에 대한 청소가 가능하도록 설계 하였으며, 정지상태에서 어느 방향으로나 이동 가능한 동기식 구동 바퀴를 사용하여 움직임이 자유롭고, 이러한 접근 용이성 때문에 흡입구가 장애물에 근접하여 청소를 가능토록해주는 장애물 윤곽 추종 방법이 가능하였다. 장애물 윤곽 추종 알고리즘 설계시에 기존의 벽면 추종 방법과 초음파 센서의 배치를 본 연구에 맞게 변경하였으며, 원기둥과 같이 하나의 면으로 이뤄지거나 모서리를 갖는 8각 기둥, 4각 기둥에 대한 장애물의 윤곽을 추종할 수 있도록 하였다. 본 연구에서 제안한 장애물 윤곽 추종 알고리즘의 효용성을 검증하기 위해 실제 로봇을 구동하여 위에서 언급한 바와 같이 원기둥, 8각 기둥, 4각 기둥에 대해 각각 실험을 실시해 봄으로써 이론적으로 도출한 결과가 실험 결과와 상당히 일치함을 입증하였다. In order that the cleaning robot is popularly utilized in room cleaning the study on the obstacle avoidance should be carried out preliminarily. In this paper the contour following algorithm which is one part of the obstacle avoidance is developed. The considered robot here is similar to the ordinary vacuum cleaner used at home. It is able to roll freely and to move omni-directionally because it has the synchro-driving wheel mechanism. The advantage of the easy access to the target enables the development of the contour following algorithm. The contour following algorithm is suggested by modifying the previous research for the wall following method and the arrangement of the sonar sensor. To show that the robot can follow the contour effectively the contours used for experiment are the cylinder, the octagonal prism, and the square prism, respectively. Through the experiments it is concluded that the experiment at results don't show much discrepancy with the theoretical results, which is acceptable.

컬러 좌표계 변환을 이용한 이동로봇의 시각서보제어기의 설계

노창균 연세대학교 대학원 2000 국내석사

본 논문에서는 하나의 컬러 CCD 카메라를 사용하여, 색으로 구별이 가능한 인공 이정표를 로봇의 작업공간에 배치하고 이를 컬러 좌표계 변환법을 통하여 빠르게 위치를 추정함으로써 실시간 시각 서보 제어기를 구성할 수 있음을 보인다. 이동로봇의 제어에서 로봇의 현재 위치를 파악하는 것은 이동로봇의 큰 연구테마중 한 분야이다. 기본적으로 로봇의 위치를 파악하는 방법은 바퀴에 물려있는 엔코더를 통한 간접적인 방법이다. 그러나 실제 바퀴와 바닥 면에는 미끄러짐이 발생하고 엔코더에는 오차가 포함될 수 있다. 이로 인해 실제 로봇의 위치와 엔코더로 측정된 위치와는 오차가 발생하게 되고, 이 오차는 주행거리가 길어짐에 따라 누적되는 특성을 가진다. 특히 위치 오차보다는 방향 오차가 더 큰 요인으로 작용하게 되는데, 이 두 오차를 보정 하는 방법으로 로봇의 작업 공간에 이정표를 두어 이를 기준으로 로봇의 현재 위치를 파악함으로써 오차를 줄일 수 있다. 본 논문에서는 〈L, a ,b〉 컬러 좌표계 변환을 통한 빠른 이정표 추출기법을 도입하고, 이동로봇과 카메라, 이정표와의 기하학적 관계를 적용하여 로봇의 현 상태를 추정하며 이를 시각서보제어기에 응용하였다. 기존 환경과의 시각 피드백을 통한 위치 추정을 시도한 이동로봇에서는 많은 처리 시간을 필요로 하는 시각 전처리 과정과, 이정표 추출 알고리즘으로 인하여 보고 움직이는 (Look and Move) 방식으로 동작을 시켜야만 했었다. 제안한 인공 이정표의 사용과 컬러 좌표계 변환법을 통한 빠른 전처리 과정으로 효율적인 시각 서보 시스템을 구성할 수 있었다. In this paper, using single colored CCD camera, color coordinate system transformation based visual servo controller has been considered. The cognitions of position and azimuth are one of the important theme of mobile robot studies. The basic method to know position and azimuth is from encoder information attached with robot's wheels. A mobile robot can always have a position error and an azimuth error resulted from wheel slippage and odometric sensor errors etc.. Even more, the errors have accumulative properties. So with only encoder informations, a mobile robot may fail to navigate even straight line path. Therefore feedback from environments is important. To the systems that work in difficult to standardize, this environment feedback information is useful to overcome errors. In this paper, by using artificial colored land marks and <L, a, b> color model faster land mark extraction can be achieved. And the robot states such as global position and the orientation can be estimated by only two land marks positions in image coordinate system. Finally, the adoption of visual information in path tracking problem makes visual servo control. To the previous robots which are tried visual feedback with environments, the processing time is too long because of complex pre-processings for visual process and algorithm for extracting land marks. So the visual process and the navigation process are separated and the mobile robots are operated in "Look and Move" type. By using suggested colored land marks and color coordinate system transformations, a fast land mark extraction is achieved and an efficient visual servo system can be constructed.

시간적 제약이 존재할 때 최대한의 영역을 실시간으로 커버링하는 실용적 청소로봇 알고리즘의 구현

나대영 건국대학교 대학원 2009 국내석사

청소로봇은 우리 생활에서 가장 밀접한 로봇 중 하나이다. 하지만 초기 청소로봇의 청소알고리즘은 사용자의 상황이나 청소환경을 고려하여 청소를 하는 것이 아니라 단순히 장애물을 만나면 피하고 랜덤하게 움직이는 정도의 알고리즘을 가지고 있었다. 이러한 문제점으로 인해 청소로봇은 청소하는 데에 많은 시간이 걸렸고 청소되지 않은 영역도 존재하였다. 그러나 최근의 연구에서는 이러한 문제점을 극복하기 위해 많은 노력이 있어왔고 그에 대한 결과로 효율적인 청소알고리즘이 적용된 청소로봇이 판매가 되고 있다. 그런데 기존의 연구들은 청소하는 동안 로봇이 사용할 수 있는 시간적자원이 충분하다는 가정에서 연구되었다. 그렇지만 청소하는데 있어서 만약 배터리의 사용시간과 같이 시간적 제약이 존재한다면 지금의 해답과는 다를 것이다. 그래서 이와 같이 청소로봇이 청소하는데 청소시간의 제약이 있을 경우 효율적으로 청소할 수 있는 알고리즘인 DmaxCoverage 알고리즘이 제안되었다. 하지만 DmaxCoverage 알고리즘은 map이 없이는 동작 할 수가 없었다. 그래서 DmaxCoverage 알고리즘에서는 로봇이 map을 획득 가능하도록 하기 위해 SLAM과 통합이 필요하였다. 그리고 DmaxCoverage 알고리즘의 성능을 평가하기 위한 실험측정과 데이터가 부족하였다. 또한 실제 로봇에게 적용하기 위해서는 반드시 알고리즘을 구현이 필요하였다. 그래서 본 논문 에서는 DmaxCoverage 알고리즘을 로봇 시뮬레이터에서 구현하고 SLAM을 통하여 map을 획득하고, 실험을 하여 성능을 평가하도록 하였다. 그리고 SLAM과 Coverage 알고리즘을 통합함으로써 얻어질 수 있는 이점을 보여 DmaxCoverage 알고리즘의 우수성에 대하여 알아보고자 한다.

물고기 로봇의 동적 특성 및 파라미터 최적화에 관한 연구

김형석 울산대학교 2009 국내박사

Recently, the technologies of mobile robots have been growing rapidly in the fields such as cleaning robot, explosive ordnance disposal robot, patrol robot, and etc. However, the researches about the autonomous underwater robots have not been done so much, and they still remain at the low level of technology. This paper describes a model of 3-joint (4 links) fish robot type. Then we calculate the dynamic motion equation of this fish robot and use Singular Value Decomposition (SVD) method to reduce the divergence of fish robot’s motion when it operates in the underwater environment. And also, we analysis response characteristic of fish robot according to the parameters of input torque function and compare characteristic of fish robot with 3 joint and fish robot with 2 joint. Next, fish robot’s maximum velocity is optimized by using the combination of Hill Climbing Algorithm (HCA) and Genetic Algorithm (GA). HCA is used to generate the good initial population for GA and then use GA is used to find the optimal parameters set that give maximum propulsion power in order to make fish robot swim at the fastest velocity. Also fish robot is developed with 1.2m length, 0.18m width, 0.18 height and the result of simulation is demonstrated by experiments with developed fish robot.

광학부품 생산공정 자동화를 위한 지능형 로봇 비젼 시스템 설계

정동연 慶南大學校 2004 국내박사

Nowadays, optical devices are widely used in many applications, such as digital cameras, digital camcorders and display phones. They become more important and essential parts of the electrical applications. For super-precision optical lens, which is the core part in such applications, more works are needed to improve in its quality in terms of precision, and an effective way to produce in small quantity for many different models. In order to achieve this, a development of highly intelligent industrial robots and their applications technology are needs essentially for the automatic-intelligent production process. This paper presents our works on design of intelligent robot vision system for the automation of production process of optical parts. The research can be subdivided as followings: First, the design of the intelligent robot control system was carried out for the processes, such as a supply of the optical lens, precision delivery and insertion, loading and unloading. The dynamic modeling of the robot manipulator has been analyzed and examined to control the robot's position and velocity. The design method of the industrial robot controller has been improved, in which the existing method is resulting a significant loss in performance in the real production situations where the load variation and interference are large. Moreover, it has been designed to control consistently and precisely even if an unknown load causes variation in dynamics characteristic of robot model, uncertainties in inertia and link parameter introduced by modeling error, or when there may be a delay caused by lag of computational time in operation. To achieve the desired performance of control system, a neural network control, self-organizing fuzzy control, and adaptive control methods of robot manipulator have been developed. It was to be worked with any combinations of the methods. The computer simulations and performance tests of the system were conducted to confirm the reliability and efficiency of the intelligent robot control system. Second, an open-loop robot controller that has an easy expansion structure, and it also can be adapted with other various systems. Real time joint controller with a quick digital signal processor as having parallel processing structure has been also designed. In addition, intelligent robot hand-eye which can control contact force of robot manipulator has been designed to serve lenses correctly without any scratches to the lens pallet Third, developed pattern recognition technology and vision technology for optical lens inspection, and including external form state of lens for the performance testing, developed so that can be good, achieve badness finding. And, establish to existing image data because inputting surface badness degree of scratch's standard specification condition directly, and error designed to distinguish from product more than schedule error to badness product by normalcy product within schedule extent after calculate the error comparing actuality measurement image data and standard image data mutually. Finally, design of main board of integrated controller, composition of servo interface circuit, composition of interface between host computer and controller, communication of integrated system, and off-line programming software have been designed construct integrated system for automation of production process of optical parts. The minimum unit measured by the designed integration system is 1 pixel, which means 3.7㎛×3.7㎛(0.1369×10-4mm2). The accuracy has been proved by the performance test measuring up to 10-4mm. 오늘날 광학부품은 디지털 카메라, 디지털 캠코더, Web 카메라, 화상 전화기, 카메라 폰, 그리고 안경산업 등에 이르기까지 매우 광범위하게 사용되고 있으며, 전자제품 및 관련 제반산업에서 매우 필수적이고 중요한 핵심요소로 부각되고 있다. 이중 핵심 부품인 초정밀 광학 렌즈는 고품질화, 고정밀화, 다품종 소량화 등이 절실히 요구되고 있고, 이를 충족시키기 위해서는 생산공정의 자동화.지능화를 위한 고기능의 지능형 산업용 로봇 및 응용 기술의 개발이 절실히 요구되고 있다. 이를 위하여 본 논문에서는 광학부품 생산공정 자동화를 위한 지능형 로봇 비젼 시스템 설계에 관한 연구를 다음과 같이 수행하였다. 첫째, 광학 렌즈의 공급, 정밀이송 및 삽입, 로딩/언로딩 등의 작업을 수행하기 위하여 지능형 로봇 제어시스템을 설계하였다. 이를 수행하기 위하여, 로봇의 위치 및 속도 제어를 위해 로봇 매니퓰레이터의 동적 모델링을 해석하였다. 그리고, 부하변동이 심하고 많은 외란이 존재하는 실제의 공정에서 두드러진 성능의 저하를 초래하는 기존의 산업용 로봇 제어기 설계방법을 개선하였다. 또한, 미지의 부하변동으로 인한 로봇 모델의 역학적 특성 변화, 모델링 오차에 기인하는 관성상수 및 링크상수 등의 파라미터 불확실성, 제어기 실현 시 수반되는 계산 시간의 지연 등이 존재하는 경우에도 견실하고 정확한 제어 성능이 유지될 수 있도록 설계하였다. 이를 위해, 로봇 매니퓰레이터의 신경회로망 제어기법, 자기구성 퍼지 제어기법, 적응 제어기법을 제안하고 각각의 기법들을 혼용하여 사용할 수 있도록 하였다. 그리고, 지능형 로봇 제어시스템의 효율성을 입증하고 신뢰성의 검증을 위해 시뮬레이션 및 성능 시험을 수행하였다. 둘째, 특정 시스템을 위한 제어기가 아닌 여러 시스템에 적용이 가능하고 확장이 용이한 구조를 갖는 개방형 로봇 제어기를 설계하였다. 병렬처리 구조로서 그 처리 속도가 빠른 디지털 시그널 프로세서를 사용하여 실시간 관절 제어기를 설계하였다. 또한, 공급 렌즈 팔레트에 렌즈를 정확하고 흠집 없이 공급할 수 있도록 로봇 매니퓰레이터의 접촉 힘 제어가 가능한 지능형 로봇 Hand-Eye를 설계하였다. 셋째, 가공된 광학부품이 로봇에 의해 광학부품 검사공정으로 이송되면 정밀검사를 수행하는데, 이를 위해 광학부품 자동검사 계측을 위한 비젼 시스템을 설계하였다. 형상인식 기술 및 광학부품 검사용 비젼 기술을 개발하여 렌즈의 가공 정밀도 및 외형상태를 비롯하여, 양.불량 판정을 수행할 수 있도록 하였다. 그리고, 렌즈를 검사하기 위하여 렌즈 표면 Scratch 검사용 비젼 기술과 렌즈 가공 정밀도 측정 검사용 비젼 기술로 나누어 설계하였다. 표면 불량 Scratch 정도의 기준사양 조건을 직접 입력하여 기준 영상 데이터로 설정하여 놓고, 실제 측정 영상 데이터와 기준 영상 데이터를 상호 비교하여 그 오차를 계산한 후 일정 범위 이내의 오차는 정상제품으로 일정 오차 이상의 제품을 불량제품으로 판별하도록 설계하였다. 마지막으로, 광학부품 제조공정의 실시간 자동화 실현을 위한 통합시스템을 구축하기 위하여 통합제어기의 메인보드 설계, 서보인터페이스 회로 구성, 호스트 컴퓨터와 제어기간의 인터페이스 구성, 통합 제어기 통신 및 오프라인 프로그래밍 소프트웨어를 설계하였다. 설계된 통합 시스템은 최소 1 Pixel 단위까지 측정이 가능한데 1 Pixel은 3.7㎛×3.7㎛(0.1369×10-4mm2)로서 그 정밀도는 10-4mm까지 정밀하게 측정이 가능함을 실험에 의한 성능 검증을 통하여 신뢰성을 입증하였다.

로봇용 소프트웨어 컴포넌트의 인터페이스 테스트 방법

최형섭 강원대학교 대학원 2010 국내석사

최근 전자 및 컴퓨터의 발전과 기계기술의 발전으로 인해 이 두 기술을 결합한 로봇 산업이 눈부시게 발전하고 있다. 로봇산업은 70년대의 산업용 로봇으로 시작되어 오늘날에는 인간의 생활의 편리함을 충족시켜주는 지능형 로봇으로 발전되어 왔다. 최근의 로봇 산업은 있어서 산업용 로봇의 개발보다 지능형 서비스 로봇으로 통칭되는 비 산업용 로봇에 대하 수요와 시장이 점차 커지고 있다. 아직은 산업용 로봇의 시장규모가 크지만 서비스 로봇의 시장규모는 기하급수적으로 늘어날 전망이다. 이러한 로봇의 발전에 있어서 로봇을 효과적으로 제어할 수 있는 소프트웨어의 발전이 필수요소라 할 수 있다. 서비스 로봇의 주된 역할은 인간의 생활을 편리하게 하는 것이라 할 수 있다. 특히 가정에서의 사용이 많을 것으로 예상할 수 있는데 이러한 로봇들은 사람과 함께 있는 공간에서 동작하는 경우가 많을 것이다. 이러한 로봇의 작동에 결함이 생기게 되면 사람에게 상해를 입힐 수 도 있다. 이런 특징이 있는 로봇의 안정성과 동작의 정확성이 매우 높아야 한다. 따라서 로봇 소프트웨어 개발과정에 있어서 동작의 신뢰성을 높일 수 있는 테스트 과정이 매우 중요하다고 할 수 있다.본 논문에서는 로봇 소프트웨어 컴포넌트의 테스트를 위한 기반 기술들과 로봇 소프트웨어 컴포넌트에 적합한 테스트 종류들을 연구하고 이를 직접 시험함으로서 논문에서 주장하는 방법이 테스트에 적합함을 보인다. 논문에서 로봇 소프트웨어의 테스트에 사용되는 인터페이스 테스트에서 직교 배열방법을 이용하여 테스트 케이스를 줄일 수 있는 방법 직교배열에서의 교호강도 수를 파악할 수 있는 알고리즘을 제시하고 로봇 소프트웨어의 테스트에서 하드웨어의 동작을 대신할 수 있는 가상 API를 이용한 테스트에 대한 연구를 보여 준다.