[논문]자율이동 청소로봇 성능지표 개발에 관한 연구

유재창; 박광호; 이순걸; 임성수

문제 정의

본 논문은 지능형 서비스로봇의 성능평가 표준화를 향한 첫 번째 표준화 대상 제품으로 서비스로봇 시장의파일롯 제품이라 할 수 있는 가정용 건식 청소 로봇에 대한 성능평가 표준화에 대한 연구결과를 보고한다. 청소로봇은 최근 그 대중적 인지도 및 수요의 상승과 함께 매우 다양한 제품들이 시장에 소개되기 시작하면서, 그 성능에 대한 소비자들의 적지 않은 불만 역시 점차 표출되기 시작하고 있다.
본 논문은 지능형 서비스로봇의 성능평가 표준화를 향한 첫 번째 표준화 대상 제품으로 서비스로봇 시장의파일롯 제품이라 할 수 있는 가정용 건식 청소 로봇에 대한 성능평가의 표준화를 위해 청소로봇 고유의 다양한 성능을 평가하기 위한 성능지표와 함께 평가 기준을 개발하여 제시하였고, 제시된 평가기준에 따라 두 가지 상용 청소로봇에 대한 성능평가를 수행하였다.
본 연구에서는 보다 조속한 시기에 청소 로봇의 성능평가에 대한 국가 표준을 제정하기 위한 연구를 위해 최적의 청소로봇 평가를 위한 평가항목 및 평가지수를 개발하였다. 특히 청소로봇 고유의 기능에 대한 적절한 평가를 위해 청소로봇 성능평가 시험장을설겨】, 제작하여 청소로봇을 평가 하였다.
청소로봇의 자율이동성능을 평가하기 위해서 가상의 청소대상영역을 구성하고 그 영역 내에서 청소로봇이 얼마나 빨리 대상영역의 이동해가며 청소영역을 넓혀나가는 지를 평가하고자 한다.

가설 설정

4) 의사 전달 및 정보교류의 능률화를 위해서 꼭 필요한 일이다.

제안 방법

또한 장애물이 있는 곳과 없는 곳에서 로봇 자체적으로 속도를 가. 감속하여 빠르게 이동하며 청소하는 기능을 갖고 있으며, 3 가지의 청소 방식(Nomal, Quick, Random) 을 보유하여 청소 시 적절한 모드변경을 통하여 효율적인 청소를 하도록 제작되었다. 저가형 청소로봇 日 은 접촉식 센서를 이용하여 장애물과 접촉 후 장애물을 회피를 하는 방식을 사용하며, random 청소방식을 채택하고 있다.
두 번째, 청소로봇의 자율이동성능의 평가는 복잡한 비정형 환경에서 청소로봇의 이동 효율성을 평가하는 것으로서, 본 연구에서는 성능평가 시험장을 구성하였다. 평가시험장은 한국의 평균적 주거환경인 32 평 형 아파트의 거실(약 8 평, 5mx5m) 을 기준으로 크기 및 환경 특성을 구성하였다 (Fig.
고가형 청소로봇 T 는 180 개의 적외선 센서를 이용하여 장애물을 인식하고 회피하며, 청소대상 영역에 대한 맵핑 기능을 갖고 있다. 또한 장애물이 있는 곳과 없는 곳에서 로봇 자체적으로 속도를 가. 감속하여 빠르게 이동하며 청소하는 기능을 갖고 있으며, 3 가지의 청소 방식(Nomal, Quick, Random) 을 보유하여 청소 시 적절한 모드변경을 통하여 효율적인 청소를 하도록 제작되었다.
1) 또는 비젼센서를 이용하여 측정한다. 로봇의 몸체에 리플렉터를 설치한 후 LTS 를이용하여 로봇의 좌표를 측정하고 기록한 후 변위를 살펴봄으로써 로봇의 직진성을 평가할 수 있다.
성능지표의 유효성을 검증하기 위하여 시중에 판매되고 있는 두 가지 청소로봇 (본 논문에서는 편의상 로봇 T, 로봇 R 로 지칭)에 대하여, 성능평가 기준에 따른 성능평가시험을 시행하였다. 고가형 청소로봇 T 는 180 개의 적외선 센서를 이용하여 장애물을 인식하고 회피하며, 청소대상 영역에 대한 맵핑 기능을 갖고 있다.
소음도 평가는 로봇이 청소 중에 일으키는 소음에 대해 평가하였다. 평가방법은 로봇이 일으키는 소음을 측정하여 기존의 가정용 전자제품에 적용되어온 실내소음의 규격과 비교하여 규격을 만족하는가 여부로 소음도를 평가하고자 한다.
자율이동성능은 주어진 청소 대상영역에서 빠른 시간 내에 가능한 한 더 많은 영역을 지나갈 수 있는 능력을 나타내며, 청소성능은 로봇의 청소능력 즉 오물 수집능력을 나타낸다. 이 두 가지 주요 평가 항목에 더하여 청소 로봇이 인간공존 생활환경에서 사용되는 제품인 점을 고려하여 소음성능 평가항목도 함께 고려하였다.
이동성능 평가에서는 세부적으로 직진 주행성능과 자율이동성능을 평가하였다. 첫 번째직진주행성능 평가는 로봇이 이동할 때 직선으로 주행이 가능한지 여부와 그 직진도를 평가한다.
정의될 수 있다. 이렇게 정의된 청소 로봇의 고유기 능은 성능평가의 관점에서 자율이동성능과 청소성능이라는 두 가지로 나누어 고려하였다. 자율이동성능은 주어진 청소 대상영역에서 빠른 시간 내에 가능한 한 더 많은 영역을 지나갈 수 있는 능력을 나타내며, 청소성능은 로봇의 청소능력 즉 오물 수집능력을 나타낸다.
자율이동성능은 5mX5m 의 시험장에서의 이동성을 측정하여야 하는데, 시판 중인 ETS 의 경우 측정영역의 한계로 인하여 전 영역을 측정할 수 없어서, 본연구에서는 대신 3mx3m 의 장애물이 없는 시험장에서 측정하였다. 현재 복수개의 ITS 와 비젼시스템 간의 동기화된 즉정시스템을 구축하여 앞서 제시된 5mX5m 시험 영역에 대한 평가 작업을 위한 연구가 진행 중이다.
자율이동성능을 평가하였다. 첫 번째직진주행성능 평가는 로봇이 이동할 때 직선으로 주행이 가능한지 여부와 그 직진도를 평가한다. 정밀한 직진주행이 가능하다면 사용자가 지정하는 청소대상 위치로 로봇이 보다 신속하게 이루어질 수 있고, 로봇의 움직임에 보다 지능적인 이동알고리즘을 구현하기 유용하기 때문에 성능평가항목으로 포함하였다.
청소로봇과 기존 가정용 청소기의 가장 큰 차이점은 자율이동성이며 이러한 특징적 차이점을 보다 잘 평가할 수 있도록 하기 위해 자율이동성능을 청소성능과 분리하여 측정할 수 있도록 평가항목을 구성하였다. 청소로봇의 자율이동성능을 평가하기 위해서 가상의 청소대상영역을 구성하고 그 영역 내에서 청소로봇이 얼마나 빨리 대상영역의 이동해가며 청소영역을 넓혀나가는 지를 평가하고자 한다.
청소성능 평가는 청소로봇의 흡입 능력을 평가하기 위하여 필요한 중요 항목으로 일정한 청소 면적의 시험장에서 일정한 시간 동안 흡입한 시료의 양을 측정하였다. 이 평가는 청소성능과 자율이동성능의 상호 상승효과 또는 간섭 효과를 가능한 최소화하고, 흡입량에 대한 공정한 비교를 위하여 시험장 내에 장애물을 설치하지 않았다.
개발하였다. 특히 청소로봇 고유의 기능에 대한 적절한 평가를 위해 청소로봇 성능평가 시험장을설겨】, 제작하여 청소로봇을 평가 하였다.
평가하였다. 평가방법은 로봇이 일으키는 소음을 측정하여 기존의 가정용 전자제품에 적용되어온 실내소음의 규격과 비교하여 규격을 만족하는가 여부로 소음도를 평가하고자 한다.

이론/모형

정밀한 직진주행이 가능하다면 사용자가 지정하는 청소대상 위치로 로봇이 보다 신속하게 이루어질 수 있고, 로봇의 움직임에 보다 지능적인 이동알고리즘을 구현하기 유용하기 때문에 성능평가항목으로 포함하였다. 직진주행의 평가 방법은 청소 로봇의 직진주행 모드(또는 매뉴얼 모드)에서의 직진주행 경로를 LTS (laser tracker system, Fig. 1) 또는 비젼센서를 이용하여 측정한다. 로봇의 몸체에 리플렉터를 설치한 후 LTS 를이용하여 로봇의 좌표를 측정하고 기록한 후 변위를 살펴봄으로써 로봇의 직진성을 평가할 수 있다.

성능/효과

청소로봇 T 의 청소성능 평가.결과는 바닥에 뿌려진 250g 의 시료 중 228g 를 흡입하여 91.2% 효율로 굉장히 높은 청소 효율을 보여주었다. 청소로 봇 日의 청소성능 측정 결과, 배포된 250g 의 시료 중에서 146g 를 흡입하여 58.
두 청소로봇 T 와 R 의 청소작업 모드에서의 소음을 앞서 제시한 평가기준에 의해 측정한 결과 각각 74dB 와 70dB 로 나타났다. 이러한 측정 결과는 앞서 제시한 국내외 실내소음 규격에 상당히 미달하는 것으로서, 청소로봇의 흡입성능향상에 따른 고출력 모터의 사용에 따른 소음도 증가라는 문제를 해결하기 위한 제품개발의 어려움을 보여준다.
5 의 (f)에 나타내었다. 이러한 丁 의 이동성능은 Fig. 6 청소면적 비율 향상 수치를 보면 알 수 있듯이 최종적으로 96%의 청소영역 비율을 보였다. 청소로봇 R 접촉식 센서를 이용하여 장애물과 접촉 후 장애물을 회피를 하는 방식이지만 장애물과의 접촉은 굉장히 작은 충격을 주어 안전성에서 크게 문제 되지 않았다.
2% 효율로 굉장히 높은 청소 효율을 보여주었다. 청소로 봇 日의 청소성능 측정 결과, 배포된 250g 의 시료 중에서 146g 를 흡입하여 58.4%의 낮은 효율을 나타내었다. 청소로봇 T 와 비교하여 대등한 청소영역 비율을 보인 평가결과에 비하면, 청소로봇 R 의 이렇게 낮은 청소성능은 의외로 받아들여 지는데, 이는 청소로봇 R 이 탑재하고 청소함의 작은 크기로 인한 것으로서, 청소함이 채워져 감에 따라 흡입효율이 현격히 줄어드는 경향을 보인다.

후속연구

본 논문에서 제안하는 여러가지 평가 항목들은 차후에 진행될 다른 용도의 자율이동형 서비스로봇의 평가지표 개발 시에도 일부 또는 전체가 준용될 수 있을 것으로 기대한다.
지능형 로봇 산업은 기계, 전기 등의 기반기술과, 센서 , 제어 , 시스템 통합 등의 요소 기술, 통신, 인공지능, 인간卜로봇 인터페이스(HRI) 등 최신의 기술이 상호 결합된 첨단 기술의 결정체이다. 이러한 지능형 로봇은 향후 노령화 등으로 인해 나타나는 노동인구 감소와 노인 복지 문제 등의 사회 문제를 해결하고(첨단용 로봇, 의료 지원용 로봇 등, '03 년 65 세 이상 인구 7.3% -> '20 년 14%로 증가예상), 사회공익, 안전 우주, 국방 등 특수 분아(재난구조 로봇, 국방로봇 등)에서 고부가가치 창줄에 선도적 역할을 수행하게 될 것이다. 일본의 미쓰비시 연구소는 로봇 산업 예측 자료에서 로봇 시장이 2020 년에는 그 규모가 IT 와 BT 시장에 버금가는 1 조 4000 억 달러에 이르러, 1 가구 1 로봇 시대를 맞이하게 될 것으로 예측하고 있다.
와 70dB 로 나타났다. 이러한 측정 결과는 앞서 제시한 국내외 실내소음 규격에 상당히 미달하는 것으로서, 청소로봇의 흡입성능향상에 따른 고출력 모터의 사용에 따른 소음도 증가라는 문제를 해결하기 위한 제품개발의 어려움을 보여준다.

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