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홈 서비스 로봇을 위한 전용 머니퓰레이터의 구현에 관한 연구
A Study on Implementation of Special-Purpose Manipulator for Home Service Robot 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.12 no.11, 2011년, pp.5219 - 5226  

김승우 (순천향대학교 전자정보공학과) ,  김하이준 (순천향대학교 전자정보공학과)

초록
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본 논문에서는 홈서비스 로봇인 맥봇 II(McBot II)의 빌트인(Built-in) 로봇 팔과 핸드를 설계한다. 이 빌트인 타입의 로봇 머니퓰레이터는 각각 3 DOF(Degree-of-Freedoms)의 로봇팔과 3 DOF의 로봇핸드로 구성되어 진다. 제한된 공간에서 인간과 함께 생활하는 홈서비스 로봇에 탑재되는 머니퓰레이터는 최소의 로봇 크기와 최대의 작업 공간이라는 상반된 설계 스펙이 요구되어 진다. 즉, 최소의 질량과 팔 길이에도 불구하고 효율적 작업을 위한 공간 확보가 필요한 것이다. 본 논문에서는 이와 같은 상반된 문제를 해결하기 위하여 수직 방향으로 움직이는 로봇 허리 구조와 수평방향의 전후방으로 이동할 수 있는 어깨 관절을 이용한 태스크 기반의 설계 방법을 제안한다. 또한, 양손 협업시스템인 로봇 핸드도 4절 링크 핑거를 이용한 작업 기반 설계를 시도한다. 끝으로 본 논문에서는 구현된 빌트인 머니퓰레이터의 실제 동작 실험을 통하여 그 성능을 확인한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A specialized anthropomorphic robot manipulator which can be attached to the housemaid robot McBot II, is developed In this paper. This built-in type manipulator consists of both arms with 3 DOF (Degree of Freedom) each and both hands with 3 DOF each. The robotic arm is optimally designed to satisfy...

주제어

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

문제 정의

  • 하지만 정리정돈 작업을 하는데 있어 인간 팔의 자유도는 불필요한 여유 자유도를 가지고 있다고 판단되어 팔 동작 중 정리정돈 작업에 필요하다고 판단되어 지는 동작을 선정하고 최적화를 위해 로봇 팔의 불필요한 자유도는 제거를 하였다. 그로 인하여 발생하는 다양한 문제점들을 해결하기 위하여 본 논문에서는 정리정돈 작업 시 전후진이 가능한 어깨 조인트 구조와 두 가지 아이디어를 포함한 핸드를 구현한다. 또한 정리정돈 작업을 직접 수행하는 로봇 팔의 작업 대상을 조사하여 쓰레기, 병, 컵, 신문, 옷가지, 책등 실제 가정환경에서 사용되어지는 물체들을 고려하여 파지방법을 고안하였다.
  • 본 논문에서는 홈서비스 로봇 맥봇II 시스템의 정리정돈 태스크 수행을 목적으로 하여 전용 머니퓰레이터의 설계 및 구현을 하였다. 로봇 팔의 자유도를 최소화하는 과정에서 발생하는 여러 문제점들을 극복하기 위해 작업 대상의 크기 및 무게 등을 고려하여 평행사변형 링크 관절을 이용한 작업공간 확보형 어깨 관절 구조를 제안하였다.
  • 어깨파트의 작업공간에 개념에 의거하여 로봇 팔 파트의 불필요한 팔을 벌리는데 이용되어지는 자유도들을 제거하여 어깨를 제외한 로봇 팔 파트가 주어진 작업 공간 안에서의 정리정돈 작업을 효율적으로 할 수 있으면서 기구학적 자유도를 최소화하는데 목적을 두었다.
  • 하지만 아무리 다양한 목적의 범용머니퓰레이터라고 할지라도 특정 응용 영역에서는 한계가 있을 수밖에 없기 때문에 본 논문에서는 정리정돈 로봇의 태스크 수행을 위하여 필요로 하는 작업영역, 자유도, 속도, 정밀도 등의 요구사항을 만족시키도록 작업지향설계를 통하여 가장 적절한 전용(specific-purpose) 머니퓰레이터를 설계한다. 이로서 가정에서 정리정돈 작업을 위한 로봇 머니퓰레이터에 이용되어지는 적절한 구동기의 수와 무게의 최적화를 이루는데 목적이 있다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
맥봇II는 가정에서 어떤 모델로 하여 설계되어졌나요? 맥봇II는 가정에서 인간이 어깨, 팔, 손을 이용하여 정리 정돈 작업을 수행하는 메커니즘을 모델로 하여 설계되어 진다. 하지만 정리정돈 작업을 하는데 있어 인간 팔의 자유도는 불필요한 여유 자유도를 가지고 있다고 판단되어 팔 동작 중 정리정돈 작업에 필요하다고 판단되어 지는 동작을 선정하고 최적화를 위해 로봇 팔의 불필요한 자유도는 제거를 하였다.
홈서비스 로봇은 로봇의 외형 및 기구학적 설계의 최적화가 왜 필요한가요? 홈서비스 로봇은 인간과 같은 공간에서 함께 생활하기 때문에 정밀한 로봇제어 못지않게 로봇의 외형 및 기구 학적 설계의 최적화가 필요하다.[4,5] 맥봇II는 가정에서 정리정돈을 수행하는 서비스 로봇이므로 더욱 로봇의 최적화 설계가 강조되고 있다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (12)

  1. K. Harada et al., "Dynamics and Balance of a Humanoid Robot during Manipulation Tasks," IEEE Trans. on Robotics, vol. 22, no. 3, 2006, pp. 568-575 

  2. Sang-ik Ahn, Yonghwan Oh, and SangJoo Kwon, "Design of a Humanoid Robot Hand by Mimicking Human Hand''s Motion and Appearance" Journal of Institute of Control, Robotics and Systems Vol. 14, No. 1, January 2008 

  3. T. Asfour, R. Dillmann et al., "ARMAR-III: An Integrated Humanoid Plattfrom for Sensory-Motor Control," Prof. of IEEE-RAS Int. Conf. on Humanoid Robots (Humanoids 2006), Genoa, Italy, December 2006 

  4. Hyun-Koo Cha, Seungwoo Kim. "A Study on Implementation of Ubiquitous Home Mess- Cleanup Robot" Journal of Control, Automation, and Systems Engineering, Vol. 11, No 12, pp 1011-1019, 2005. 

  5. John J.Craig, "Introduction to Robotics : Mechanics and control, 3rd Edition", PEARSON, 2005 

  6. Ch. Ott, O. Eiberger, W. Friedl, B. Bauml, U. Hillenbrand, Ch. Borst, A. Albu-Schaffer, B. Brunner, H. Hirschmuller, S. Kielhofer, R. Konietschke, M. Suppa, T. Wimbock, F. Zacharias, and G. Hirzinger, "A Humanoid Two-Arm System for Dexterous Manipulation" 

  7. Gahara, Y., Kawato, Y., Takemura, K. andMaeno, T., 2003, "A Wire-Driven Miniature Five Fingered Robot Hand using Elastic Elements as Joints," Proceedings of the 2003 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, pp. 2672-2677. 

  8. Hirzinger, G., Butterfass, J., Fischer, M. and Grebenstein, M., 2000, "A Mechatronics Approach to the Desing of Light-Weight Arms and Multifingered Hands," Proceedings of the 2000 IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 46-54. 

  9. Yamano, I., Takemura, K. and Maeno, T., 2003, "Development of a Robot Finger for Five-fingered Hand using Ultrasonic Motors," IROS'03., Proceedings of the 2003 IEEE/RSJ International Conference in Robotics and Automaiton, Vol. 23, No. 4, pp. 2648-2563. 

  10. Wilkinson, D. D., Weghe, M. V. and Matsuoka, Y., 2003, "An Extensor Mechanism for an Anatomical Robotic Hand," Proceedings of the 2003 IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 238-243. 

  11. Kawasaki, H., Komatsu T. and Uchiyama K., 2002, "Dexterous Anthropomorphic Robot Hand With Distributed Tactile Sensor: Gifu Hand II," IEEE/ASME Transactons on Mechatronics, Vol. 7, No. 3, pp. 296-303. 

  12. J. Sturm, C. Plagemann, and W. Burgard, ""Body schema learning for robotic manipulators from visual self-perception,"" Journal of Physiology-Paris, vol. 103, no. 3-5, pp. 220 - 231, 2009, neurorobotics. 

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