[논문]소형 인간형 로봇의 골프하기

김종우; 차철; 조동권; 성영휘

소형 인간형 로봇의 골프하기
A Small Humanoid Robot that can Play Golf 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.56 no.2, 2007년, pp.374 - 382

김종우 , 차철 (i3system(주)) , 조동권 (KT 미래기술연구소) , 성영휘 (금오공과대학교 전자공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Robot mobility and intelligence become more important for robots to be used in various fields other than automation. The main purpose of providing mobility to a robot is to extend the robot's manipulability. In this paper, we introduce a small humanoid robot that can autonomously play golf as an example of incorporating robot intelligence, mobility, and manipulability. The robot has 12 degrees of freedom for legs and has various basic walking patterns. It can move to a desired position and change orientation by combining the basic waking patterns. The robot has a color CCD camera and can extract coordinates of the objects in the environments. The small humanoid robot has 8 degrees of freedom for arms and can play golf autonomously with two kinds of dexterous swing motions. Kinematic analysis of the robot arms, vision data processing for the recognition of the environments, algorithm for playing robotic golf have been performed or proposed. The experimental results show that the robot can play golf autonomously.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 보행과 머니퓰레이션이 가능하며 지능을 갖춘 지능형 인간형 로봇의 예로서 구현된 골프하는 로봇에 관하여 기술한다. 기존의 연구로, Watanabe는 3차원 자이로센서를 사용하여 인간의 골프 스윙 동작을 측정하여 골프 폼을 평가하는 방법을 연구하였으나, 이를 로봇에 적용하는 시도는 하지 않았다[10].

가설 설정

퍼팅을 하는 과정을 보이고 있다. 퍼팅에서 클럽으로 공의 중심을 칠 수 있는 위치는 3 = 12, g=-3)으로설정하여 놓았다. 그림 (c)와 그림 (d)에서는 이동해야 할 목표 위치를 계산하기 위하여 영상 처리와 경로 계획을 한 후, 목표 위치에 접근하는 과정을 보이고 있다.

제안 방법

이용하여 골프를 수행하였다. 골프수행에 필요한 적절한 위치로의 이동 및 방향 전환을 수행하도록 하기위하여 다양한 기본 보행 패턴들을 구현하고 이를 조합하여 보행을 수행하도록 하였다. 하나의 칼라 CCD 카메라를 사용하여 카메라 캘리브레이션을 통한 3차원 위치정보의 획득을 하고, 변화하는 환경을 감지한 후, 이를 지능적으로 이용하여 골프를 수행할 수 있는 골프 알고리듬을 제안하고 실험을 통하여 검증하였다.
본 연구에서는 목의 2 자유도를 이용하여 8개의 시야를 미리 설정하여 놓았다. 또한 8개의 시야에 대하여 각각 카메라 켈리브레이션 작업을 수행하였고, 각 시야 내에서 공과 홀이 모두 z = 0인 바닥면에 있다고 가정함으로써, 로봇에 부착된 한 개의 칼라 CCD 카메라를 사용하여 3차원 위치 정보를 얻을 수 있다. 그림 9는 미리 설정해 놓은 8개의 로봇의 시야를 나타낸다.
하나의 칼라 CCD 카메라를 사용하여 카메라 캘리브레이션을 통한 3차원 위치정보의 획득을 하고, 변화하는 환경을 감지한 후, 이를 지능적으로 이용하여 골프를 수행할 수 있는 골프 알고리듬을 제안하고 실험을 통하여 검증하였다. 또한 골프에서 필요한 두 가지 종류의 스윙 동작을 위해 기구학적 해석을 통하여 로봇 팔과 골프채를 사용하여 스윙 동작을 수행할 수 있는 알고리듬도 제안하고 구현하였다. 실험을 통하여 제한된 환경내에서 로봇이 자율적인 골프 수행을 성공적으로 할 수 있음을 보였다.
스윙(swing)동작이 필요하다. 로봇은 이러한 어드레싱과 스윙 동작을 수행할 수 있도록 팔부에 그림 1에서와 같이 4 개의 관절을 갖도록 설계되었다. 그림 4는 로봇이 공에 접근하여 어드레싱 자세를 취했을 때를 보여준다.
Jouaneh 등은ar, g, z방향의 이동과 롤이 가능한 직교좌표형 로봇 팔을 이용하여 초보적인 미니 골프를 하는 시스템을 구현하였다[91 본 논문에서 구현된 로봇은 소형의 인간형 로봇으로서, 하나의 칼라 카메라를 사용하여 주변 환경을 감지한 후, 2족 보행과 두 손을 사용하여 골프를 자율적으로 수행할 '수 있다. 로봇이 골프를 수행할 수 있도록 하기 위하여 로봇 팔의 설계, 기구학적 분석 및 경로 계획 방법, 골프 알고리듬 등을 제안하고, 실제 실험을 수행하여 검증한다.
원하는 위치까지 이동한 이후에 로봇의 방향을 수정하기 위한 회전이동을 하게 된다. 로봇이 원하는 위치까지 이동하기 위한 방법에는 다양한 경로가, 있는데, 본 연구에서는 최단거리로 이동하는 경로를 선택한다.
본 논문에서는 골프 공의 위치는 변화하지만, 바닥 면은 평탄한 환경에서의 골프를 다루었다. 로봇에 보다 높은 지능을 부여하기 위해서는 평탄하지 못한 바닥 또는 해저드와 같이 지형 지물의 변화가 있는 곳, 또는 장애물이 존재하는 곳 등과 같이 보다 복잡한 환경에서도 다리를 사용한 보행과 지능형 센서 처리, 팔을 사용한 머니퓰레이션 등이 가능할 수 있는 알고리듬의 개발이 필요하다.
본 논문에서는 드라이브 샷(drive shot)과 퍼팅 (putting)의두 가지 종류의 스윙 동작을 구현한다. 드라이브 샷은 골프채가 공을 쳐 올리는 궤적을 가지며, 퍼팅은 골프채의 방향 (orientation)을 일정하게 유지하면서 공을 미는 궤적을 가지도록 설정하였다.
이러한 다양한 상황에서 대상물들을 찾기 위해서는 로봇이 다양한 시야를 가지고 있어야 한다. 본 연구에서는 목의 2 자유도를 이용하여 8개의 시야를 미리 설정하여 놓았다. 또한 8개의 시야에 대하여 각각 카메라 켈리브레이션 작업을 수행하였고, 각 시야 내에서 공과 홀이 모두 z = 0인 바닥면에 있다고 가정함으로써, 로봇에 부착된 한 개의 칼라 CCD 카메라를 사용하여 3차원 위치 정보를 얻을 수 있다.
앞장에서 제안한 알고리듬에 따라 인간형 로봇의 자율적인 골프하기를 실험하였다. 경기장은 가로 201cm, 세로 122cm로 경기장의 한쪽에는 골프 홀의 역할을 하는 지름 12.
이동 시에 발생하는 오차를 줄이며 정확한 퍼팅지점에 도달하기 위해 수회 영상 처리를 하게 되며 그 결과에 따라 각도와 위치를 수정한다. 이 과정은 로봇이 공에 충분히 접근하였으므로 1, 2차에 비해 작은 거리와 방향 수정을 하게 된다.
골프수행에 필요한 적절한 위치로의 이동 및 방향 전환을 수행하도록 하기위하여 다양한 기본 보행 패턴들을 구현하고 이를 조합하여 보행을 수행하도록 하였다. 하나의 칼라 CCD 카메라를 사용하여 카메라 캘리브레이션을 통한 3차원 위치정보의 획득을 하고, 변화하는 환경을 감지한 후, 이를 지능적으로 이용하여 골프를 수행할 수 있는 골프 알고리듬을 제안하고 실험을 통하여 검증하였다. 또한 골프에서 필요한 두 가지 종류의 스윙 동작을 위해 기구학적 해석을 통하여 로봇 팔과 골프채를 사용하여 스윙 동작을 수행할 수 있는 알고리듬도 제안하고 구현하였다.

대상 데이터

2cm의 원기둥의 형태를 가진다. 공은 지름 40mm의 오렌지 색을 사용하였다.
로봇은 신장이 45Cm, 중량이 3, 500g 이며, 한 다리에 6 자유도와 한 팔에 4 자유도, 그리고 목에 2 자유도를 가져서 총 22 자유도를 가지는 소형의 인간형 로봇이다. 머리 부분에는 주위 환경 인식을 위한 아날로그 칼라 CCD 카메라 하나와 무선 송신기가 장착되어 있어 영상 정보를 원격지의 호스트 PC에 전송한다.
본 논문에서는 총 22 자유도를 가지는 소형 인간형 로봇을 이용하여 골프를 수행하였다. 골프수행에 필요한 적절한 위치로의 이동 및 방향 전환을 수행하도록 하기위하여 다양한 기본 보행 패턴들을 구현하고 이를 조합하여 보행을 수행하도록 하였다.

성능/효과

또한 골프에서 필요한 두 가지 종류의 스윙 동작을 위해 기구학적 해석을 통하여 로봇 팔과 골프채를 사용하여 스윙 동작을 수행할 수 있는 알고리듬도 제안하고 구현하였다. 실험을 통하여 제한된 환경내에서 로봇이 자율적인 골프 수행을 성공적으로 할 수 있음을 보였다.

후속연구

환경에서의 골프를 다루었다. 로봇에 보다 높은 지능을 부여하기 위해서는 평탄하지 못한 바닥 또는 해저드와 같이 지형 지물의 변화가 있는 곳, 또는 장애물이 존재하는 곳 등과 같이 보다 복잡한 환경에서도 다리를 사용한 보행과 지능형 센서 처리, 팔을 사용한 머니퓰레이션 등이 가능할 수 있는 알고리듬의 개발이 필요하다.

참고문헌 (11)

Fumio Kanehiro, et al, 'Development of a two-armed bipedal robot that can walk and carry objects,' Proc. of IROS' 96, pp. 23-28, 1996
Kazuo Hirai, et al, 'The development of Honda humanoid robot,' Proc. of Int. Conf. on Robotics and Automation, pp. 1321-1326, 1998
이종원,' 휴먼로봇 시스템 개발 사례' , Proc. of KIEE. Vol. 47, No. 10, pp. 18-22, 1998
노경곤, 공정식, 김진걸, ; 이족보행로봇의 궤적 추종 오차 감소를 위한 걸음새 분석 ' ,제어자동화시스템공학논문지 제 8권, 제10호, pp. 890-897, 2002

원문보기 상세보기
long Hyeon Park, Hyun Chul Cho, 'An on-line trajectory modifier for the base link of biped robots to enhance locomotion stability,' Proc. of Int. Conf. On Robotics and Automation, pp. 3353-3358, 2000
성영휘, 이수영, ' 소형 휴머노이드 로봇 시스템 개발,' 제어,자동화,시스템 공학논문지 제 7권, 제 5호, pp.420-426, 5, 2001

원문보기 상세보기
T. Asfour, R. Dillman, 'Human-like motion of a humanoid robot arm based on a closed-form solution of the inverse kinematics problemr', IROS2003 pp.1407-1412, October, 2003
T. Asfour, R. Dillman, 'Human-like motion of a humanoid robot arm based on a closed-form solution of the inverse kinematics problemr', IROS2003 pp.1407-1412, October, 2003
M. louaneh and P. Carnevale, 'The development of an autonomous robotic system for playing mini-golf,' IEEE Robotics & Automation Magazine, pp.56-60, 2003
K. Watanabe and M. Hokari, 'Kinematical analysis and measurement of sports form,' IEEE Trans. on systems, man, and cybernetics, pp.549-557, 2006
Seon-Ho Lim, Jeong-San Cho, Young Whee Sung, and Soo-Yeong Yi, ' A miniature humanoid robot that can play soccer,' ICCAS2003, pp.628-632, October, 2003

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증