스마트폰을 이용한 산업용 로봇의 사용자 친화적 및 직관적인 교시 기법 설계

표상훈(Sanghun Pyo),윤정원(Jungwon Yoon) 한국HCI학회 2013 한국HCI학회 학술대회 Vol.2013 No.1

기존의 산업용 로봇의 교시(teaching)는 티칭 펜던트에 의하여 이루어지고 있으나 효율적인 교시작업을 위해선 로봇 끝단 조종의 직관성과 사용자 친화적인 인터페이스가 요구되며, 장소의 제약으로부터 독립적인 교시를 위해선 원격조종이 가능하면서 기동성도 확보된 장치가 필요하다. 이를 위하여 현재 보급이 활발히 진행되고 있는 스마트폰을 이용한 산업용 로봇의 직관적인 교시 기법을 제시하고자 한다. 본 논문에서 제시하는 방법의 기본 아이디어는 스마트 폰의 기울기 정보를 universal 조인트를 기저(base)로 가지는 조종 장치로 가정하여 로봇의 끝단과 스마트 폰의 기울기 정보를 매칭 하는 방법을 사용한다. 이어서 전용 어플리케이션을 통하여 스마트 폰의 orientation 정보에 따라 로봇 끝단의 translation과 orientation을 직관적으로 교시할 수 있는 기법을 제시하고, 제시된 로봇 티칭 시스템이 적용된 가상환경을 통한 사용자 평가를 실시하여 제시된 방법이 기존의 티칭 펜던트만 이용한 교시작업에 비해 시간적인 효율성이 개선됨을 보이고자 한다. Industrial robot control widely utilizes conventional teaching pendant for task manipulations. The conventional teaching pendants lack features like smart control, robust design and visualizations and there is an urge to equip them with modern mobility and user friendly features. A pendant device that is capable of conventional features as well as tele-operations and mobility from remote locations. In this regard, this research proposes smart phone based intuitive teaching pendant. Since smart phone is capable of motion sensors, therefore, its sensory information is utilized to control the robot. Smartphone orientation information based on universal joint is utilized for the robot end effector translations and orientations. Furthermore, a user study is performed to compare the proposed smart teaching pendant with conventional approach in a given scenario.

뇌졸중 환자의 보행 재활에 동기를 부여와 보행 안정성의 확보가 동시에 고려된 하지 보장구의 개발 : 보행 안정성만을 제공함으로써 환자의 보행훈련 및 보행동작의 의지를 고취할 수 있는 로봇의 기구 설계와 제어방법

표상훈(Sanghun Pyo),윤정원(Jungwon Yoon) 한국HCI학회 2012 한국HCI학회 학술대회 Vol.2012 No.1

고전적 보장구인 RGO(Reciprocating Gait Orthosis)는 옷을 입는 것처럼 착용이 가능한 보장구로써 반신불수(hemiplegia) 환자의 보행 능력 보조을 위한 통상적 보조 장치로 쓰여지고 있다. 하지만 RGO 를 통한 인체의 단순한 구속은 환자에게 또 다른 신체적 문제를 야기 할 수 있는 단점이 있다. 그리고 다른 로봇의 경우 환자가 로봇장치에 정상적인 물리적 신호를 제공하기 어려운 상황이므로 제어가 쉽지 않은 단점이 있으며 일정한 패턴을 발생으로 환자의 하지를 운동시키는 방법은 환자 스스로의 의지가 들어간 상태가 아니므로 진정한 재활을 효과를 얻기가 힘들다는 단점이 있다. 본 논문에서는 환자가 RGO 와 호환이 가능하고 착용성 및 이동성이 보장 되면서 환자의 의지를 최대한 이끌어냄과 동시에 자세 안정성 및 보행안정성을 동시에 보장할 수 있는 5 절 링크장치를 이용한 하지 보장구를 개발하고자 한다. 이들 5 절 링크장치는 상황에 따라 각각 4 절 링크장치 및 6 절 링크장치로 변환되는 특징을 가지게 되는데 이러한 기구학적 특징으로 인해 환자의 의도를 파악하는 과정 없이 안정성 보조와 보행보조를 동시에 수행 할 수 있고 환자의 의지를 자극하여 훈련 효과를 높일 수 있는 특징을 가진다. Recently, Reciprocating Gait Orthoses (RGO) are commonly used to support hemiplegia patient's gait and posture. However, such devices can cause asymmetry during gait as a result of the irregular and sudden impulsive compulsion support. In case of existing rehabilitation robots it's difficult for patients to generate normal signal to the robot sensors. Therefore, it's not easy for robot to support the wearer properly. Moreover, in pattern generator a supportive method of gait is also found to be difficult to get effective result of rehabilitation because the patient doesn't stimulate the motivation by oneself. In this paper, we proposed the 5 linkage mechanism robot which is compatible with RGO. This robot is capable of transforming between 1DOF to 2 DOF providing flexibility, control stability support, and gait assistance. Furthermore, robot at the same time without grasping the patient's intention it has the feature which can heighten the intensity rehabilitation training effect by stimulating the patient's motivation utilizing 5 linkage mechanisms.

회전기 및 착지기 분리 구동을 가능케 하는 새로운 무릎 보장구의 기구부 설계

표상훈(SangHun Pyo),김갑순(Gab-Soon Kim),윤정원(JungWon Yoon) 제어로봇시스템학회 2011 제어·로봇·시스템학회 논문지 Vol.17 No.8

Nowadays many neurological diseases such as stroke and Parkinson diseases are continually increasing. Orthotic devices as well as exoskeletons have been widely developed for supporting movement assistance and therapy of patients. Robotic knee orthosis can compensate stiff-knee gait of the paralyzed limb and can provide patients consistent assistance at wearable environments. With keeping a robotic orthosis wearable, however, it is not easy to develop a compact and safe actuator with fast rotation and high torque for consistent supports of patients during walking. In this paper, we propose a novel kinematic model for a robotic knee orthosis to drive a knee joint with independent actuation during swing and stance phases, which can allow an actuator with fast rotation to control swing motions and an actuator with high torque to control stance motions, respectively. The suggested kinematic model is composed of a hamstring device with a slide-crank mechanism, a quadriceps device with five-bar/six-bar links, and a patella device for knee covering. The quadriceps device operates in five-bar links with 2-dof motions during swing phase and is changed to six-bar links during stance phase by the contact motion to the patella device. The hamstring device operates in a slider-crank mechanism for entire gait cycle. The kinematics and velocity/force relations are analyzed for the quadriceps and hamstring devices. Finally, the adequate actuators for the suggested kinematic model are designed based on normal gait requirements. The suggested kinematic model will allow a robotic knee orthosis to use compact and light actuators with full support during walking.

GERAN에서의 향상된 셀 재탐색에 관한 연구

표상훈 ( Sanghun Pyo ),함형민 ( Hyoungmin Ham ),송주석 ( Jooseok Song ) 한국정보처리학회 2009 한국정보처리학회 학술대회논문집 Vol.16 No.1

본 연구에서는 GERAN (GSM EDGE Radio Access Network) 망에서 다양한 무선환경에 따른 셀 재탐색을 연구하였으며, 시계열분석을 통하여 재탐색 이후의 RSS (Received Signal Strength)를 예측하여 개선된 재탐색 알고리즘을 연구하였다. Field 데이터를 통해 제안된 알고리즘을 분석하였으며, 이를 통하여 다양한 조건에 적합한 기법을 제안코저 한다.

고속 및 고가속 성능의 전방향 트레드밀 시스템 개발

표상훈(Sanghun Pyo),이호수(Hosu Lee),박상준(Sangjoon Park),윤정원(Jungwon Yoon) 한국HCI학회 2018 한국HCI학회 학술대회 Vol.2018 No.1

몰입감 있는 가상현실(VR)과의 상호작용을 위하여, 인체를 구속하지 않으면서 보행 인터페이스가 가능한 여러가지 타입의 장치가 개발되고 있다. 전방향 트레드밀 (Omni-Directional Treadmill)은, 기존 1 차원 트레드밀과 달리, 2 차원 무한지면을 생성할 수 있으므로 사용자에게 지면과 같은 자유로운 보행 자유도를 허락할 수 있고 가상환경에 대한 몰입감을 증대할 수 있다. 그러나 기존에 개발된 2D 트레드밀은 시스템의 복잡하고 동력전달의 효율성이 낮으며 상대 운동하는 부분이 무겁기 때문에, 느린 보행속도의 인터페이스만 가능하다. 본 논문에서는 기존 2D 트레드밀 시스템의 문제점을 개선한 새로운 2D 트레드밀 시스템을 소개한다. 개발된 시스템의 증진된 속도 및 가속도 성능은 인간의 도약까지 안정적으로 인터페이스 할 수 있으므로, 사용자에게 더욱 몰입감 있는 VR 상호작용을 공급할 수 있다.

유전자 알고리즘을 이용한 새로운 무릎 보장구의 최적 설계

표상훈(SangHun Pyo),윤정원(JungWon Yoon) 제어로봇시스템학회 2011 제어·로봇·시스템학회 논문지 Vol.17 No.10

The objective of this paper is to optimize the design parameters of a novel mechanism for a robotic knee orthosis. The feature of the proposed knee othosis is to drive a knee joint with independent actuation during swing and stance phases, which can allow an actuator with fast rotation to control swing motions and an actuator with high torque to control stance motions, respectively. The quadriceps device operates in five-bar links with 2-DOF motions during swing phase and is changed to six-bar links during stance phase by the contact motion to the patella device. The hamstring device operates in a slider-crank mechanism for entire gait cycle. The suggested kinematic model will allow a robotic knee orthosis to use compact and light actuators with full support during walking. However, the proposed orthosis must use additional linkages than a simple four-bar mechanism. To maximize the benefit of reducing the actuators power by using the developed kinematic design, it is necessary to minimize total weight of the device, while keeping necessary actuator performances of torques and angular velocities for support. In this paper, we use a SGA (Simple Genetic Algorithm) to minimize sum of total link lengths and motor power by reducing the weight of the novel knee orthosis. To find feasible parameters, kinematic constraints of the hamstring and quadriceps mechanisms have been applied to the algorithm. The proposed optimization scheme could reduce sum of total link lengths to half of the initial value. The proposed optimization scheme can be applied to reduce total weight of general multi-linkages while keeping necessary actuator specifications.

정기구학을 기반 하는 복제모형 굴삭기 조종 장치 설계

송지연(Jiyeon Song),표상훈(Sanghun Pyo),윤정원(Jungwon Yoon) 한국HCI학회 2013 한국HCI학회 학술대회 Vol.2013 No.1

굴삭기의 경우 작업의 범용성(汎用性)이 뛰어난 중장비로써 여러 작업 상황에서도 유연하게 쓰일 수 있는 장비이다. 그러나 기존의 굴삭기 조종은 건설현장에서조차 고급 기술에 속하는 기술이며, 많은 굴삭기 사용에 많은 수요에도 불구하고 굴삭기의 미려한 조작 기술을 습득하는 것은 쉽지 않다. 그러므로 특별한 기술적 훈련 없이 누구나 쉽게 조작할 수 있는 조종법 설계를 위하여 replica interface를 이용한 조종 장치에 대해 소개한다. 이를 위하여 본 논문에서는 굴삭기의 로봇공학적인 고찰과 각 구동부의 기구학적 특성을 고찰하고, 굴삭기와 기하학적, 기구학적 상사(相似)를 가지는 replica 조종 장치를 통해 굴삭기의 직관적이고 효율적인 조종이 가능함을 보인다. 또한 replica 조종 장치를 이용한 굴삭기의 조종법이 조종에 필요한 자유도를 줄이고 사용자의 의도를 확실히 전달할 수 있음을 사용자 평가를 통하여 증명하고자 한다. 끝으로, 제시된 조종법의 잠재적인 문제점과 실제 굴삭기 유압시스템에 적용되기 위한 조건에 대한 고찰을 제시한다. The excavator can be used in various situations at the construction areas so it is better to have an adaptive excavator working in different scenarios. But the adaptive excavator operation needs very high skill level to operate and that is not feasible. Therefore, we introduce new replica interface device to synthesize new operation method for easy control, without the need of special operation training of the excavator. To accomplish this purpose, we consider features of excavator in terms of robotics and each joint kinematic characteristics, and we show that it is possible to operate excavator more intuitively and efficiently through the replica interface device which has kinematics and geometrical similarity with the real excavator. In addition, we will verify that by using the replica interface device the degree of freedom for excavator is reduced, also the user"s intented instructions for the excavator are transferred without any loss. At the last, we suggest potential problems of the proposed method and the conditions required for applying this idea to real excavator system.

옴니 풀리 기반 전방향 트레드밀 개발

이호수(Hosu Lee),표상훈(Sanghun Pyo),박상준(Sangjoon Park),윤정원(Jungwon Yoon) 제어로봇시스템학회 2017 제어·로봇·시스템학회 논문지 Vol.23 No.7

Locomotion interface with a virtual reality environment can enhance immersiveness of a user due to the increased proprioception and real energy consumption. An Omni-Directional Treadmill (ODT) is considered as one of these devices; it can facilitate human movements such as walking, running and turning. It can provide a two-dimensional locomotion interface function for interacting an avatar in the virtual environment and the user in the real environment. Existing Omni-directional treadmills are heavy, complex and exhibit low power transmission efficiency. Besides, their significant limitation is slow acceleration and deceleration; which makes them inadequate for applications such as gaming and training of soldiers in virtual environment. Therefore, this paper suggests a novel design of a Fast Omni-Directional Treadmill (F-ODT). The proposed system is simpler, lightweight and produces a high power transmission efficiency based on the suggested Omni-pulley mechanism. Dynamic analysis of the design is performed using simulation program ADAMS® to calculate the drive power, and the required drive motor are selected accordingly. Furthermore, prototype of the F-ODT system is developed according to the proposed design and the capability of the system to provide rapid acceleration is validated. The proposed F-ODT system will be used as a locomotion interface platform in various virtual reality environments such as training of soldiers, gaming, educational experiences and gait rehabilitation. Future task is integration of the F-ODT with a motion capture system and a display system for immersive virtual reality experience.

Design of a 4 DOF Trunk Rehabilitation Robot

Amre Eizad(에이자드 아믈),Sanghun Pyo(표상훈),M. Raheel Afzal(무하마드라힐 아파잘),Sung-ki Lyu(류성기),Jungwon Yoon(윤정원) 한국기계가공학회 2019 한국기계가공학회 춘추계학술대회 논문집 Vol.2019 No.4

Study on the Design and Analysis of a 4-DOF Robot for Trunk Rehabilitation

Amre Eizad(에이자드 아믈),Sanghun Pyo(표상훈),Geonhyup Lee(이건협),Sung-Ki Lyu(류성기),Jungwon Yoon(윤정원) 한국기계가공학회 2020 한국기계가공학회지 Vol.19 No.7

This paper presents the development of a robotic system for rehabilitation of the trunk’s ability to maintain postural control under different balance conditions. The system, developed with extensive input from rehabilitation and biomedical engineering experts, consists of a seat mounted on a robotic mechanism capable of moving it with four degrees of freedom (3 rotational and 1 translational). The seat surface has built in instrumentation to gauge the movements of the user’s center of pressure (COP) and it can be moved either to track the movements of the COP or according to operator given commands. The system allows two types of leg support. A ground mounted footrest allows participation of legs in postural control while a seat connected footrest constrains the leg movement and limits their involvement in postural control. The design evolution over several prototypes is presented and computer aided structural analysis is used to determine the feasibility of the designed components. The system is pilot tested by a stroke patient and is determined to have potential for use as a trunk rehabilitation tool. Future works involve more detailed studies to evaluate the effects of using this system and to determine its efficacy as a rehabilitation tool.