부산과 경남의 경우 해안가뿐 만 아니라 습지 지역과 지역을 통과하는 낙동강의 넓은 남해안 벨트 등 다양한 형태의 환경으로 둘러싸여있다. 이러한 다양한 형태의 부정형 지역에서 활동할 수 있는 로봇의 이동 플랫폼이 요구되고 있다. 하지만 이러한 지형에 바퀴가 달린 감시로봇을 사용한다면 모래나 습지표면에 바퀴가 빠져 움직일 수 없다. 또한, 관절 로봇은 속도가 느리고 몸체가 움직일 때마다 기울어져 넘어질 수 있다. 따라서 본 연구에서는 모래 위, 습지에서 효과적으로 보행할 수 있는 메커니즘을 개발하는 것이다. 개발한 생물체 로봇에 카메라, 적외선 센서 등을 장착하고, 이 센서들을 이용하여 소프트 컴퓨팅알고리즘을 이용하여 주위 환경에 반응하도록 한다. 또한 블루투스 통신 모듈을 장착하여 외부와 통신하며 외부의 명령에 순응하는 행동을 할 수 있게 한다. 본 연구의 최종 목표는 습지, 모래, 물 위에서 가장 적합하게 작동할 수 있는 생물체를 로봇으로 구현하고, 게 로봇에 부착된 카메라 정보를 통해 필요부분을 감시할 수 있으며, 컴퓨터에 전송된 화면을 보고 사용자가 로봇을 제어 할 수 있는 지능형 로봇을 제작하는 것이다.
부산과 경남의 경우 해안가뿐 만 아니라 습지 지역과 지역을 통과하는 낙동강의 넓은 남해안 벨트 등 다양한 형태의 환경으로 둘러싸여있다. 이러한 다양한 형태의 부정형 지역에서 활동할 수 있는 로봇의 이동 플랫폼이 요구되고 있다. 하지만 이러한 지형에 바퀴가 달린 감시로봇을 사용한다면 모래나 습지표면에 바퀴가 빠져 움직일 수 없다. 또한, 관절 로봇은 속도가 느리고 몸체가 움직일 때마다 기울어져 넘어질 수 있다. 따라서 본 연구에서는 모래 위, 습지에서 효과적으로 보행할 수 있는 메커니즘을 개발하는 것이다. 개발한 생물체 로봇에 카메라, 적외선 센서 등을 장착하고, 이 센서들을 이용하여 소프트 컴퓨팅 알고리즘을 이용하여 주위 환경에 반응하도록 한다. 또한 블루투스 통신 모듈을 장착하여 외부와 통신하며 외부의 명령에 순응하는 행동을 할 수 있게 한다. 본 연구의 최종 목표는 습지, 모래, 물 위에서 가장 적합하게 작동할 수 있는 생물체를 로봇으로 구현하고, 게 로봇에 부착된 카메라 정보를 통해 필요부분을 감시할 수 있으며, 컴퓨터에 전송된 화면을 보고 사용자가 로봇을 제어 할 수 있는 지능형 로봇을 제작하는 것이다.
In this paper, the mechanism that can walk efficiently in wet land or sand area is proposed. A vision camera is attached to the mechanism, which makes a kind of biologically inspired robot for coast guard. This visionary information enables the biologically inspired robot to react in peripheral envi...
In this paper, the mechanism that can walk efficiently in wet land or sand area is proposed. A vision camera is attached to the mechanism, which makes a kind of biologically inspired robot for coast guard. This visionary information enables the biologically inspired robot to react in peripheral environment by a soft-computing algorithm. In addition, the biologically inspired robot can achieve the mission appointed by a programmer connecting with outside, based on RF and Blue-tooth communication module. Therefore, the purpose of this research is the implementation of the biologically inspired robot that can operate most adaptively in sand and wet surface based on Theo Jansen mechanism.
In this paper, the mechanism that can walk efficiently in wet land or sand area is proposed. A vision camera is attached to the mechanism, which makes a kind of biologically inspired robot for coast guard. This visionary information enables the biologically inspired robot to react in peripheral environment by a soft-computing algorithm. In addition, the biologically inspired robot can achieve the mission appointed by a programmer connecting with outside, based on RF and Blue-tooth communication module. Therefore, the purpose of this research is the implementation of the biologically inspired robot that can operate most adaptively in sand and wet surface based on Theo Jansen mechanism.
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문제 정의
일반적인 관절 로봇은 속도가 느리고몸체가 움직일 때마다 기울어져 넘어질 수 있다. 따라서 본연구를 통해 테오얀센[8] 기반의 게 모양 형태의 생물체 로봇을 제작하였다. 습지와 해안가 모래위에서 게 로봇에 부착된 카메라 정보를 통해 필요부분을 감시할 수 있으며, 컴퓨터에 전송된 화면을 보고 사용자가 로봇을 필요한 위치로옮기며 임무를 수행할 수 있다.
이러한 몸체가 자신의 몸체를 안정적으로 유지하고, 모래, 갯벌 환경에 몸체가 빠지지 않으려면 테오얀센 기반의 구조 형체가 가장 이상적이다. 따라서, 1차 연구 목적은 위와 같은 모든 조건들을 만족시키는 몸체 구동부를 만드는 것이다. 2차 연구 목적은 장착된 센서들을 이용하여 주변 환경을 파악하고 센서 정보의 융합을 통하여 적합한 행동을 선택하고 이를 실제행동으로 옮기는 것이다.
따라서, 본 연구에서는 테오얀센 기구를 해안가 모래, 습지 등의 지면환경에 이동 가능하도록 움직이는 동체로 수정하여 몸체 구동부로 이용하려고 한다. 기존의 테오얀센 기구는 조명, 광원효과를 외부에 주어서 디자인 예술에서 소개된 적이 있다.
모터 구동으로 몸체를 이동시키며, 모터의 동작과 각종 센서의 반응을 마이컴으로 제어하여 실제 생물체 행동을 구현하였다. 따라서, 주어진 해안가모래, 갯벌의 지면에서 가장 효율적으로 적응할 수 있는 생물체 로봇을 설계 및 제작하였다. 또한, 블루투스 통신 모듈을 장착하여 외부와 통신하며 사용자가 원하는 동작을 직접내릴 수 있도록 제작하였다.
본 연구는 해안가모래, 갯벌의 지면에서 보행하는 생물체형태를 모방하기 위하여, 게 걸음과 유사한 움직임을 갖는몸체 구동부를 설계하였다. 모터 구동으로 몸체를 이동시키며, 모터의 동작과 각종 센서의 반응을 마이컴으로 제어하여 실제 생물체 행동을 구현하였다.
본 연구에서는 해안가 모래, 갯벌의 지면에서 보행하는게(Crab)의 이동형태에서 아이디어를 얻어서 지능로봇의이동 플랫폼을 개발하였다. 기존에 게걸음을 모방한 로봇의경우 보행에 사용된 관절은 4∼6개 정도로 일반적인 로봇매니퓰레이터 형태를 지니고 있으며, 각 관절을 제어하는데많은 부담이 되었다.
즉, 로봇 연구자들이 생물학의 원리와 지식을 연구하면 더 진보한 로봇을 창조할 수있다는 것이다. 실제 동물의 모습 혹은 행동 특성을 도구로로봇의 하드웨어와 소프트웨어설계에 이용하는 것이 생물학과 로봇의 관계에 대한 공통성과 양쪽의 학문 발전에 커다란 도움을 줄 수 있다는 것이 그 해답이다.
제안 방법
따라서 본 연구에서는 다관절생물체 모방 로봇을 대상으로 하여 로봇의 운동 및 행동 특성을 이해하며, 이들의 구조적인 특성 및 기능을 도입함으로써 새로운 동적 기능을 창출하고 환경변화에 적응해가는 생물체 운동 메커니즘을 구현한다.
2차 연구 목적은 장착된 센서들을 이용하여 주변 환경을 파악하고 센서 정보의 융합을 통하여 적합한 행동을 선택하고 이를 실제행동으로 옮기는 것이다. 또한 대상 로봇을 근거리 혹은 원거리에서 로봇에 장착된 카메라로 외부 환경을 보면서 사용자가 직접 조작할 수 있도록 블루투스 통신을 이용한 리모트 컨트롤 제어 형태의 비자율(Non-autonomous)형 로봇을구현하였다.
따라서, 주어진 해안가모래, 갯벌의 지면에서 가장 효율적으로 적응할 수 있는 생물체 로봇을 설계 및 제작하였다. 또한, 블루투스 통신 모듈을 장착하여 외부와 통신하며 사용자가 원하는 동작을 직접내릴 수 있도록 제작하였다. 사람이 시각, 청각, 후각, 미각,촉각의 다섯 가지 감각을 이용하여 주변 환경을 인지하며행동하듯 로봇도 독립적인 센서를 장착하고 있어야 하고,이 센서를 통해 얻은 정보를 자신이 가진 정보에 비추어 판단할 수 있어야 하며, 그 판단을 실제 행동으로 옮길 수 있어야 한다.
본 연구는 해안가모래, 갯벌의 지면에서 보행하는 생물체형태를 모방하기 위하여, 게 걸음과 유사한 움직임을 갖는몸체 구동부를 설계하였다. 모터 구동으로 몸체를 이동시키며, 모터의 동작과 각종 센서의 반응을 마이컴으로 제어하여 실제 생물체 행동을 구현하였다. 따라서, 주어진 해안가모래, 갯벌의 지면에서 가장 효율적으로 적응할 수 있는 생물체 로봇을 설계 및 제작하였다.
게 로봇의 무게 비율에 모터의 토크로 움직일 수 있게 적당한 감속비를 선택하였다. 모터 구동을 위해 안정적인 구동전류와 제어를 위해 모터 드라이버를사용하였고, 영상 정보를 얻기 위해 소형 무선 카메라를 장착 하였다.
기존에 게걸음을 모방한 로봇의경우 보행에 사용된 관절은 4∼6개 정도로 일반적인 로봇매니퓰레이터 형태를 지니고 있으며, 각 관절을 제어하는데많은 부담이 되었다. 본 연구에서는 최종 목표인 지능로봇의 신속한 이동을 위해서 외형적으로는 게(Crab) 관절을 갖추고 있지만, 구동 측면에서는 거의 바퀴 형태를 갖는 테오얀센 메커니즘을 채용하였다. 본 메커니즘의 경우 단순히회전 구동력만을 사용하여 매우 자연스러운 보행을 달성할수 있으며, 독립된 2개의 메커니즘을 이용하여 전후좌우 이동 등 이동방향 전환이 매우 용이한 특징을 갖고 있다.
하지만, 테오얀센 기구학을 기반으로 비전과 센서를 부착하고 움직이는 공학적 로봇은 기존에 연구되지 않았다. 본 연구에서의 이동부는 테오얀센 기구를 근간으로 하며 모래 및 습지에서 보행할 수 있도록 새롭게 설계하여 제작하였다.
연구의 핵심은 테오얀센 구조로 하드웨어(H/W) 구성에맞게 기구부를 설계, 제작한 후, 비전에 의한 감시, 특정 센서에 의한 계측, 사용자가 지정한 목적지로의 이동 등의 행동을 할 수 있는 생물체 모방 게 로봇을 제작하는 것이다.
대상 데이터
생물체 로봇의 내부는 중앙처리부, 필요한 정보를 계측하기 위한 센서부, 블루투스 모듈과 같은 통신부, 전원공급기로 구성되어있다. 생물체 로봇은 장애물을 회피하기 위해서초음파 센서를 사용하였으며, 초음파 센서는 장애물 회피알고리즘을 기반으로 자율적으로 장애물을 회피하게 된다.
실험에서 제작한 게 로봇은 블루투스통신을 이용하여 원거리에서 무선으로 제어하는 비자율형 로봇이다. 원거리에서 제어할 수 있는 기기로는 블루투스모듈이 내장 되있는소형 노트북의 하나인 넷 북(Netbook)을 사용하고 있다.
성능/효과
본 메커니즘의 경우 단순히회전 구동력만을 사용하여 매우 자연스러운 보행을 달성할수 있으며, 독립된 2개의 메커니즘을 이용하여 전후좌우 이동 등 이동방향 전환이 매우 용이한 특징을 갖고 있다. 뿐만 아니라 본 메커니즘은 세부적으로는 다각(Multi-leg)형태의 보행 기능을 갖고 있어서 모래 바닥 같은 부정형(Irregular topography) 지역을 수월하게 이동할 수 있으며,외형적으로는 거의 바퀴 주행과 매우 유사하여 효율적인 이동 성능을 달성할 수 있다.
후속연구
사람이 시각, 청각, 후각, 미각,촉각의 다섯 가지 감각을 이용하여 주변 환경을 인지하며행동하듯 로봇도 독립적인 센서를 장착하고 있어야 하고,이 센서를 통해 얻은 정보를 자신이 가진 정보에 비추어 판단할 수 있어야 하며, 그 판단을 실제 행동으로 옮길 수 있어야 한다. 따라서, 향후 생물체 로봇에 적외선 센서, 초음파 센서, 소리 센서 등을 장착하고, 이 센서들을 소프트 컴퓨팅 알고리즘을 이용하여 주위 환경에 반응하도록 생물체로봇에 시각, 청각 감각을 주는 것이 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
생물체 로봇의 내부 구성은?
생물체 로봇의 내부는 중앙처리부, 필요한 정보를 계측하기 위한 센서부, 블루투스 모듈과 같은 통신부, 전원공급기로 구성되어있다. 생물체 로봇은 장애물을 회피하기 위해서초음파 센서를 사용하였으며, 초음파 센서는 장애물 회피알고리즘을 기반으로 자율적으로 장애물을 회피하게 된다.
넷북은 무엇인가?
원거리에서 제어할 수 있는 기기로는 블루투스모듈이 내장 되있는소형 노트북의 하나인 넷 북(Netbook)을 사용하고 있다. 넷북은 간단한 인터넷 사용이 주목적으로 채팅과 문서 작업및 E-mail을 보내기 위한 소형 노트북이다. 넷 북 이외에일반 노트북 혹은 Windows 기반의 스마트폰인 삼성 옴니아 시리즈의 휴대폰으로도 제어가 가능하다.
새로운 해안 감시용 보행 로봇을 위한 연구 목적은?
이러한 몸체가 자신의 몸체를 안정적으로 유지하고, 모래, 갯벌 환경에 몸체가 빠지지 않으려면 테오얀센 기반의 구조 형체가 가장 이상적이다. 따라서, 1차 연구 목적은 위와 같은 모든 조건들을 만족시키는 몸체 구동부를 만드는 것이다. 2차 연구 목적은 장착된 센서들을 이용하여 주변 환경을 파악하고 센서 정보의 융합을 통하여 적합한 행동을 선택하고 이를 실제행동으로 옮기는 것이다. 또한 대상 로봇을 근거리 혹은 원거리에서 로봇에 장착된 카메라로 외부 환경을 보면서 사용자가 직접 조작할 수 있도록 블루투스 통신을 이용한 리모트 컨트롤 제어 형태의 비자율(Non-autonomous)형 로봇을구현하였다.
참고문헌 (9)
J. Ayers & J. Witting, Biomimetic approaches to the control of underwater walking machines. Philosophical Transactions of the Royal Society A-Mathematical Physical and Engineering Sciences 365, pp. 273-295, 2007.
R. D. Beer, R.D. Quinn, H.J. Chiel & R. Ritzmann, Biologically inspired approaches to robotics. Communications of the ACM 40, pp. 31-38, 1997.
R. E. Ritzmann, R. D. Quinn, J. T. Watson, & S. N. Zill, Insect walking and biorobotics: a relationship with mutual benefits. Bioscience 50, pp. 23-33, 2000.
J. G. Cham, J. K. Karpick & M. R. Cutkosky, Stride period adaptation of a biomimetic running hexapod. International Journal of Robotics Research 23, pp. 141-153, 2004.
R. Dillmann, J. Albiez, B. Gassmann, T. Kerscher & M. Zoellner, Biologically inspired walking machines: design, control and perception. Philosophical Transactions of the Royal Society A-Mathematical Physical and Engineering Sciences 365, pp. 133-151, 2007.
J. Ayers & J. Witting, Biomimetic approaches to the control of underwater walking machines. Philosophical Transactions of the Royal Society A-Mathematical Physical and Engineering Sciences 365, pp. 273-295, 2007.
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