[논문]인간 팔의 형태학적.신경학적 분석 기법에 기반한 휴머노이드 로봇 팔 설계

최형윤; 배영철; 문용선

doi:10.5302/j.icros.2007.13.6.555

인간 팔의 형태학적.신경학적 분석 기법에 기반한 휴머노이드 로봇 팔 설계
The Design of Humanoid Robot Arm based on the Morphological and Neurological Analysis of Human Arm 원문보기

제어·자동화·시스템공학 논문지 = Journal of control, automation and systems engineering, v.13 no.6, 2007년, pp.555 - 559

최형윤 (순천금당고등학교) , 배영철 (전남대학교 전기전자통신컴퓨터공학부) , 문용선 (순천대학교 정보통신공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

There are few representative humanoid robots including Japanese ASIMO from Honda and HUBO from KAIST. We cannot consider ASIMO and HUBO the perfect humanoid robots, however. The basic principles when developing humanoid robot is to make them to work in a similar way as human's movement of arm. In this paper, we proposed method of designing humanoid robotic arms based on the morphological.eurological analysis of human's arm tor robot's arm to work in a similar way as human's ann, and we also implemented arm movement control system to humanoids robot by using SERCOS communication.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이에 본 논문에서는 사람의 움직임과 유사하게 동작하도록 하기 위한 인간 팔의 형태학적 . 신경학적 분석 기법을 기반으로 한 휴머노이드 로봇 팔의 설계 기법을 제시하고 SERCOS 통신을 이용하여 구현함으로서 그 타당성을 확인하였다.
신경학적 분석 기법을 기반으로 한 휴머노이드 로봇 팔의 설계 기법을 제시하고 SERCOS 통신을 이용하여 이를 구현함으로서 그 타당성을 검증하였으며 구현된 로봇 팔이 형태학적. 신경학적으로인간 팔과 유사하게 동작할 가능성을 열어 놓았다.
이에 본 논문에서는 사람의 움직임과 유사하게 동작하도록 하기 위한 인간 팔의 형태학적 . 신경학적 분석 기법을 기반으로 한 휴머노이드 로봇 팔의 설계 기법을 제시하고 SERCOS 통신을 이용하여 구현함으로서 그 타당성을 확인하였다.

가설 설정

1. The concept of Human-robot morphological mapping.

제안 방법

본 논문에서는 인간 운동계의 로봇 적용을 위한 좌표계로서 현재 로봇좌표 시스템으로 사용되는 피치(pitch), 롤(roll), 요우&aw) 좌표 시스템을 사용하며 이에 대한 결과는 표 2와 같다
본 논문에서는 휴머노이드 로봇 팔의 관절 자유도를 사람 팔의 7자유도 중 운동에 큰 관여를 하지 않는 손목과 관련된 2개의 자유도인 radial/ulnar와 flection/extension 운동을 제외한 5자유도를 가지도록 구성한다. 그리고 휴머노이드 로봇 팔의 제어네트워크 및 제어시스템의 구조는 기존의 휴머노이드 로봇 시스템의 문제점을 극복할 수 있는 새로운 방식의 구조인 모션제어 SERCOS 통신과 고정도 AC 서보모터를 이용한 로봇 팔 제어시스템으로 구성한다.
본 절에서는 2장의 로봇 팔의 분석과 팔의 형태학적 분석을 통하여 나타낸 휴머노이드 로봇 팔에 대한 요구 조건들을 기반으로 개발한 휴머노이드 로봇 팔에 대한 설계 모델을 개발한다μ2]. 표 4는 현재 개발된 국내외 휴머노이드 로봇 팔의 구조에 대한 분석과 인간 형태학적 구조에 대한 분석을 통하여 유도되는 휴머노이드 로봇 팔에 대한 기본요구 조건을 나타낸다.
하기 위한 인간 팔의 형태학적 . 신경학적 분석 기법을 기반으로 한 휴머노이드 로봇 팔의 설계 기법을 제시하고 SERCOS 통신을 이용하여 구현함으로서 그 타당성을 확인하였다.
위한 인간 팔의 형태학적 . 신경학적 분석 기법을 기반으로 한 휴머노이드 로봇 팔의 설계 기법을 제시하고 SERCOS 통신을 이용하여 이를 구현함으로서 그 타당성을 검증하였으며 구현된 로봇 팔이 형태학적. 신경학적으로인간 팔과 유사하게 동작할 가능성을 열어 놓았다.
휴머노이드 로봇 팔의 개발을 위하여, 본 논문에서는 먼저 인간 팔의 구조 및 동작과 유사한 로봇의 팔의 구현을 위한 인간 팔의 형태학적 구조에 대한 로봇의 매핑 개념을 적용하였다. 이를 위하여 그림 1에 인간 팔의 형태학적 구조에 대한 인간 로봇 매핑 개념도를 나타내었다.
휴머노이드 로봇 팔의 구현은 현재의 휴머노이드 로봇 문제점인 케이블 배선문제, 낮은 통신 속도 문제, 동기화기술문저〕, 제어성능 문제 등을 해결할 수 있는 시스템 구조인 SERCOS(SeriaI Real-time Communication System) 네트워크와 AC 서모 모터를 사용한 네트워크 기반 휴머노이드 로봇 제어시스템으로서 구성한다. SERCOS 통신은 국제 표준 모션제어 전용 프로토콜(protocol)로서 16Mbps의 고속의 데이터 처리가 가능하며 실시간고정도 운동제어 및 다축동기화 기능을 지원하여 기존 휴머노이드 로봇의 시스템적인 문제점을 해결한다.
휴머노이드 로봇의 전체 팔 길이는 표 6의 국내 표준 남녀의 팔 길이를 적용하여 구현을 하였다. 그리고 각 링크 별 길이는 인간과 동일한 관절 위치의 사용을 통한 기구적인 제약으로 인하여 약간의 차이를 가진다.

성능/효과

2장의 인간 형태학적 구조를 통하여 알 수 있듯이 인간 팔의 자유도는 모두 7자유도로 구성이 되어있다. 그러나 움직임 발생 시 자유도 사이에는 어느 정도 중첩이 발생함으로 휴머노이드 로봇 팔의 관절 자유도 설계 시에 인간의 모든 자유도를 동일하게 사용할 필요는 없다[8].

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