문제 정의

• 따라서 본 연구에서는 연성 복합 소재와 지능형 재료의 조합을 통해 가볍고 간결한 구조만으로 연성 메커니즘을 구현하여 구동의 효율성을 높이고 환경 적응력을 극대화할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.
• ⁷ 개발한 운영체제는 유럽의 차량용 RTOS 표준인 OSEK 표준 ⁸ 에 기반을 두고 있기 때문에 기존 자동차 산업에서 겪었던 다양한 설계, 디자인 문제들을 쉽게 극복할 수 있다. 반면, 자동차와는 다르게 군집 로봇은 하드웨어에 제약이 극심한 로봇들로 구성되기 때문에 소프트웨어, 구체적으로는 운영체제 및 응용, 의 자원 사용량을 줄일 수 있는 연구를 진행하였다. 구체적으로, 본 연구에서는 메모리 사용량을 감소시킬 수 있는 본 논문에서는 이러한 다중전개형 협업로봇 시스템 구현을 위한 요소 기술에 대한 연구들을 소개하고자 한다. 본 연구에서는 기존 연구의 한계를 기계적 메커니즘 단계에서부터 해결 가능한 적응형 메커니즘을 설계하고자 한다. 적응형 메커니즘이란 메커니즘이 고정된 것이 아니라 다양한 환경에 적용 가능하도록 메커니즘 자체가 유연하게 변경 가능한 메커니즘을 말한다.
• 후)제어하는 데">제어하는데 필요한 MCU 나 메모리는 대표적인 하드웨어적인 제약들이다. 본 연구에서는 이러한 제약된 하드웨어 상에서 로봇을 제어하기 위한 경량화된 운영체제를 개발하였다. ⁷ 개발한 운영체제는 유럽의 차량용 RTOS 표준인 OSEK 표준 ⁸ 에 기반을 두고 있기 때문에 기존 자동차 산업에서 겪었던 다양한 설계, 디자인 문제들을 쉽게 극복할 수 있다.
• 본 연구에서는 재난 상황이나 다양한 환경에서 주행하는 기존 로봇들의 한계를 극복할 수 있는 방안으로 멀티 스케일 다중 전개형 협업로봇 시스템을 제안하였다. 제안된 멀티 스케일 본 연구에서는 적응형 메커니즘의 해답을 생물에서 찾아 생체를 모사하여 연구하는 생체모사 연구를 수행하고, 그 연구의 예로 그리퍼(gripper) 에 대하여 소개하고자 한다.
• 후)병목 현상이">병목현상이 발생하여 전체적인 통신 속도가 떨어지고 데이터를 담고 있는 일부 패킷이 유실되는 등의 문제점이 발생한다. 이를 해결하기 위해, 본 연구에서는 master 로봇에 탑재하기 위한 새로운 패킷 스케줄링 기법을 개발하였다.

  제안 방법

  • 후)10 제안하는">¹⁰ 제안하는 기법은 ACK 의 지연을 감소시키기 위해 ACK 에 대한 패킷을 우선적으로 처리하며 이를 위한 큐의 크기를 통신 혼잡도에 따라 동적으로 제어한다. 만약 통신상황이 혼잡하다면, 제안하는 기법은 ACK 패킷을 임의로 송·수신하지 않는다.
  • 후)2차원">2차원 패턴 설계와 복합재료 레이저 가공 기술, circuit embedding 생산기술을 통해 대량 생산 가능한 멀티 스케일 통합 생산 기술을 개발하였다. 마지막으로 군집 운영체제 기술 및 후)2차원">2차원 패턴 설계와 유리섬유 복합재료, 폴리이미드 필름의 레이저 가공을 통해 로봇 구조를 만들었다. 기존의 핀, 후)의자원">의 자원 사용량을 줄일 수 있는 연구를 진행하였다. 구체적으로, 본 연구에서는 메모리 사용량을 감소시킬 수 있는 두가지 메커니즘을 제안하였다. ">만들었다. 기존의 핀, 링크 관절 및 기어 기반의 동력 전달 부분을 모두 필름 형태의 2차원 패턴으로 설계를 하여 가볍고 간단한 구조의 로봇을 생산 가능 하게 하였다. 또한 소형 로봇의 군집 유지를 위해서는 로봇간의 상대적 위치정보가 필요한데 이를 얻기 위하여 본 연구에서는 범용 센서라고 할 수 있는 카메라를 선택하였고, 이를 통해 얻어지는 이미지 좌표값을 이용하여 군집로봇의 대형을 제어한다.
  • 실험을 통하여 본 그리퍼는 소형 그리핑 모듈로써 다양한 표면에 대하여 그 성능을 입증하였다. 따라서 본 연구에서 제안한 멀티 스케일 적응형 메커니즘이란 메커니즘이 고정된 것이 아니라 다양한 환경에 적용 가능하도록 메커니즘 자체가 유연하게 변경 가능한 메커니즘을 말한다. 이 메커니즘은 환경에 대한 유연성이 강점으로 강성이 강한 부품만을 사용한 기존의 방식을 그대로 사용하는 것이 불가능하기 때문에 새로운 설계 방법을 필요로 한다.
  • 이러한 애벌레의 그립 메커니즘을 부족 구동방식(under-actuation)과 수동 연성 메커니즘(passive compliance)을 통해 Figure 2 에 나타난 것과 같은 그리퍼를 디자인하였다.
  • 이러한 연성 복합 소재 및 지능형 재료를 통해 Figure 5 에 보이는 것과 같은 IPMC 구동기를 제작하였다. 이 IPMC 구동기는 기존의 모터 기반 로봇과는 다르게 구조물 자체가 변형되는 것으로, 간단한 구조지만 후)망혼잡을">망 혼잡을 야기시킨다. 이를 해결하기 위해, 본 연구에서는 대용량 데이터 분산처리에 효과적 해결책을 제공하는 Google 의 MapReduce 프레임워크¹¹를 군집 로봇 분야에 적용할 수 있도록 수정하였다. Figure 제안된 멀티 스케일 다중 전개형 협업 로봇 시스템을 위한 요소 기술로 적응형 메커 니즘 설계, 연성 복합 재료 및 지능 재료 연구, 멀티 스케일 생산 기술, 개선된 제어&군집 기술을 소개하였다.
  • 제작된 그리퍼를 통해 다양한 표면에 대해 그리핑 테스트를 진행하였다. Figure 3(a)는 140 mg 의 그리퍼가 약 3 g 의 무게를 거친 표면의 나무와 돌에서 지탱하며 잡고 있는 것을 보여준다.

  대상 데이터

  • 또한, 소형 로봇과 협업을 이루는 무인 비행 로봇으로는 자유로운 모션과 상대적으로 쉬운 제어특성을 가진 쿼드로터 타입의 무인비행로봇(Quadrotor type UAV)을 사용한다. 쿼드로터는 Under-actuated

    이론/모형

    • 이러한 문제 해결을 위해 본 연구에서는 멀티 스케일 다중전개형 협업로봇 시스템(Multi-scale mass-deployable cooperative robot system)이란 개념을 제시한다. 다양한 크기의 많은 로봇들은 다양한 환경에서 계층적 협업을 통해 장애물 극복 능력을

      성능/효과

      • 후)전송시">전송 시 보다 적은 전송량을 송신할 수 있다. 결과적으로, 제안하는 프레임워크는 이를 적용하지 않았을 경우와 비교하였을 때 무려 31.46%의 데이터 전송만으로 동일한 작업을 수행할 수 있음을 검증하였다.
      • 후)감지 후">감지 후 처리하여 로컬 행위를 결정하게 되며 Reduce 로봇은 Map 로봇으로부터 로컬 행위에 대한 정보를 수신 및 처리하여 글로벌 행위를 결정한다. 다수의 Map 로봇이 동시다발적으로 데이터를 송신할 시 발생하는 망 혼잡을 고려하여 제안하는 프레임워크에서는 Map 로봇에 Aggregator 모듈을 두어 주변의 다른 로봇과 중복되는 데이터를 처리했을 시, 이를 취합하여 Reduce 로봇에서 전송 시 보다 적은 전송량을 송신할 수 있다. 결과적으로, 제안하는 프레임워크는 이를 적용하지 않았을 경우와 비교하였을 때 무려 31.
      • 후)생산가능">생산 가능 하게 하였다. 또한 전자 회로와 로봇의 몸체를 동시에 하나로 만들어 소형 로봇의 부피를 더욱 줄일 수 있었다. 이를 통해 별도의 조립 공정이 필요하지 않게 됨으로써 소형 로봇의 후)생산기술을">생산 기술을 개발하였다. 마지막으로 군집 운영체제 기술 및 군집 통신 기술의 개선을 통해 같은 기능을 수행하더라도 메모리나 데이터의 효율을 높인 것을 확인하였다.
      • 후)가장 어려운">가장 어려운 일 중 하나는 네트워크의 성능을 최적화하거나 성능상의 특이 현상을 극복하는 일이다. 본 연구에서 개발하는 멀티 스케일 다중전개형 협업로봇 시스템은 확장성과 효율성을 만족하기 위해 필연적으로 master-slave 형태의 계층적 통신 구조를 유지한다. 하지만 불행히도 이러한 계층적 후)생체모사">생체모사 기술을 이용한 그리퍼의 적응형 메커니즘 설계를 수행하여 작은 구조로 다양한 표면에서 구조 대비 높은 하중을 지지하는 것을 확인하였다. 후)레디큐”는">레디 큐”는 응용의 특성에 맞는 서비스만을 제공하여 불필요한 자원의 낭비를 막는 최적화된 자료구조이다. 실험 결과, 제안하는 두 방법들을 로봇에 적용하면 기존 OSEK 기반 운영체제와 비교해서 오직 36%의 메모리만이 요구됨을 확인하였다.
      • 후)연성복합">연성 복합 재료 및 지능형 재료를 통한 2축 IPMC 구동기를 제작하여 간단한 구조로 2축을 움직이는 것을 확인하였다. 이를 멀티 스케일 다중 전개형 협업 로봇 시스템의 대형 로봇에 탑재되는 Linux 기반 단말에 적용시킨 결과 최대 송·수신 대역폭의 95.2%와 93.8%를 달성함을 보여 성능 간섭이 극히 작음을 보였다.
      • 후)전자회로와">전자 회로와 로봇의 몸체를 동시에 하나로 만들어 소형 로봇의 부피를 더욱 줄일 수 있었다. 이를 통해 별도의 조립 공정이 필요하지 않게 됨으로써 소형 로봇의 생산 시간을 줄이고 대량 생산할 수 있는 가능성을 보였다.

      후속연구

      • 각종 신소재와 스마트 재료를 사용한 신개념의 요소 부품 및 통합적으로 설계되는 멀티 스케일 다중전개형 협업 로봇을 제작하기 위해서는 신개념의 생산 기술들에 대한 기반 연구를 수행할 필요가 있다. 기존 생산 공정은 부품 제작을 위주로 하고 있으며, Figure 실험을 통하여 본 그리퍼는 소형 그리핑 모듈로써 다양한 표면에 대하여 그 성능을 입증하였다. 따라서 본 연구에서 제안한 멀티 스케일 다중 전개형 협업로봇 중 소형 로봇에 장착되어 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
      • 후)본구동기는">본 구동기는 본 연구에서 제안한 멀티 스케일 다중 전개형 협업로봇 중 중형 및 소형 로봇에 적용되어 다양한 지형을 극복하는데 이용될 것으로 기대된다.
      • 이후 연구에서 본 연구에서 제안한 요소 기술을 응용하고 적용하여 실제 멀티 스케일 다중 전개형 협업로봇의 설계 및 시스템을 구축하는 것이 가능할 것이다.