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제안 방법
- 각 클라이언트에서는 서버와의 채팅을 통해 진행 상태를 확인할 수도 있으며, 클라이언트 간의 채팅은 집중도를 높이기 위해 방지해 놓았다. 클라이언트들의 동시 제어로 인한 로봇 제어 명령의 혼선을 방지하기 위해 제어 권한을 두어 제어권한을 허용 받지 못한 클라이언트에서는 로봇의 구동 영상 및 데이터 확인과 서버와의 채팅만이 가능하며, 제어 권한을 허용 받은 클라이언트에서는 서버에서 가능한 모든 기능을 수행할 수 있으며, 각 클라이언트에서 팬-틸트 기법을 이용해 카메라의 각도를 조절하여 원하는 각도에서 로봇 제어 영상을 실시간으로 확인할 수 있다.
- 네트워크 환경은 TCP/IP 이더넷[7]을 이용하여 구축하였으며, WinAPI 기반의 논 블록킹(Nonblocking) 방식의 Winsock2 라이브러리를 이용해 소켓을 구성하여 다중 네트워크가 가능하도록 구현하였다. 서버에서는 접속된 클라이언트의 IP와 ID를 전송받아 클라이언트들에서 서버에 접근할 때 접속 시간의 순서대로 리스트를 관리할 수 있으며, 리스트에 따라 순차적으로 클라이언트들에게 제어 권한을 허용하거나 거부할 수 있다.
- 영상 처리[8]는 윈도우즈 환경에서 개인용 컴퓨터의 카메라(Personal Computer Camera : PC Cam)의영상 파일을 압축하여 전송하도록 하였다. 동영상은 VFW(Video For Window) 기법을 이용하였으며, 데이터 크기를 고려해 24비트 RGB 160x120의 크기로 PC 캠 영상을 추출하였으며, 데이터 전송의 안정화를 위해 추출한 영상 데이터를 엠제이펙 코덱(M-JPEG Codec)을 이용해 인코딩 후 4Kb 이하로 압축하여 1msec마다 클라이언트로 전송하여 영상의 끊김을 최소화하도록 하였다. 클라이언트에서는 수신 받은 영상 데이터 값을 다시 엠제이펙 코덱을 이용해 디코딩하여 컴퓨터 화면에 표시해 영상을 확인할 수 있도록 하였다.
- 제안된 시스템의 효용성을 보이기 위해 서버 PC와 5대의 클라이언트에서 객체 선택, 역기구학, 정기구학, 경로 계획, 모션 제어 등을 통해 로봇 제어 실험을 하였으며, 다중 네트워크를 통하여 로봇 끝점을 시작점에서 경유 점을 거쳐 최종점까지 직선경로로 이동하는 작업을 수행하였다. 로봇 끝점의 위치와 방향을 서버에서의 오프라인 시뮬레이션에서의 가상 로봇과 실제 로봇의 구동 데이터를 비교하였고, 실제 로봇을 구동시킬 때 각 클라이언트에서 구동 데이터를 비교하였다. 서버에서는 네트워크로 접속한 5대의 클라이언트의 접속 순서에 따른 각 IP 주소 리스트가 나열되며, 가장 접속 순서가 빠른 클라이언트 1이 서버로부터 제어 권한을 받아 로봇 제어를 수행하는 것을 알 수 있다.
- 클라이언트에서는 서버로의 접속이 이루어질 때 한 번의 접속에 하나의 포트를 할당받게 되는데, 로봇의 구동 데이터, 영상 데이터, 채팅 데이터의 충돌을 회피하고자 총 3번의 접속이 이루어지게 하여 3개의 포트를 할당받는다. 로봇의 구동 데이터, 영상 데이터, 채팅 데이터를 각각의 포트에 순차적으로 두고, n이 클라이언트를 나타낼 때, 서버에서는 로봇의 구동 데이터는 전송 시 (3n+1), 영상데이터는 (3n+2), 채팅데이터는 (3n+3)번째의 포트에 전송하도록 하여 각 클라이언트에 실시간으로 안정적으로 데이터를 전송할 수 있도록 하였다. 영상 처리[8]는 윈도우즈 환경에서 개인용 컴퓨터의 카메라(Personal Computer Camera : PC Cam)의영상 파일을 압축하여 전송하도록 하였다.
- 컴퓨터 화면상에 제시된 로봇과 지면, 좌표축, 로봇의 링크 등 3차원 모델링을 위해 OpenGL에서 사용하는 API 함수를 이용하여 로봇을 표현하고 로봇공학 이론에 의해 계산된 값을 적용하였다. 로봇의 링크 길이 및 위치 등 기구학적인 모양은 실제 로봇과 같으며, 로봇 형상의 상하좌우, 회전이 가능하도록 하여 사용자가 로봇의 위치를 다양한 시점에서 파악할 수 있도록 하였다.[4]
- 제시된 로봇 시뮬레이터에서 메뉴 구성과 사용자 편의성을 보완하여 [6]에서는 사용자가 로봇 제어를 위한 좌표를 정확히 모르더라도 Visual C++와 OpenGL로 표현된 로봇의 GUI에서 객체 선택을 통해 좌표를 마우스로 클릭하여 로봇 제어에 이용함으로써 사용자 편의성을 높였다. 본 논문에서는 6축 수직 다관절 산업용/교육용로봇인 삼성 로봇에 대해 온라인/오프라인 로봇 시뮬레이터와 DSP 기반 로봇 제어시스템이 구축되었고, 다중 네트워크를 구현하여 3차원 로봇 시뮬레이션과 다중 네트워크를 통한 로봇 제어 시스템을 구현하였다. 또한, 실시간 영상 전송 및 팬-틸트 카메라 제어를 통해 원하는 각도에서 로봇의 구동 영상을 볼 수 있다.
- 본 논문에서 이용하는 로봇은 그림 5에 보인 삼성 FARA 로봇으로 6 자유도를 가지는 수직 다관절 로봇이다. 이 로봇에 대한 기구학적 해석, 자코비언, 경로 계획, DSP 모션 보드 기반 로봇제어 시스템을 구현하였다.
- 아울러 다수의 사용자를 위한 다중 네트워크 기반 로봇 제어 시스템과 로봇 그래픽 시뮬레이터의 분리 동작과 동시 운용을 각 사용자가 선택하여 할 수 있도록 하는 것이 더 효율적인 시스템을 위해 요구된다. 이러한 필요성에 의해 본 논문에서는 다관절 로봇에 대해 다중 네트워크를 이용하여 여러 대의 작업공정에서 오프라인 시뮬레이션과 온라인 로봇 제어를 동시에 수행할 수 있는 로봇 제어 시스템을 구현하였다. 로봇 제어 시스템은 디지털 신호처리기 기반의 모션 보드를 통한 관절 제어, 역기구학, 정기구학, 경로 계획 등을 구현하였고, 간결한 구성과 네트워크의 지연이 대체로 많이 크지 않으므로 계획한 경로를 만족스럽게 잘 따라가는 실험 결과를 얻을 수 있었다.
- 로봇의 작업 공간 내 특정 위치로의 구동 시 해당 좌표에서 로봇 끝점의 위치와 방향을 알아야만 원하는 자세로 이동시킬 수 있기에 임의의 좌표로 이동을 위해서는 위치와 방향 값을 사용자가 숙지하고 있어야 하는 불편함이 있다. 이를 해소하기 위하여 본 시뮬레이터에서는 작업 공간 내에서 물체를 잡기 위한 장소의 위치와 방향을 미리 물체에 저장을 하여 놓고, 객체 선택을 이용하여 사용자가 물체를 선택하였을 때, 자동으로 위치와 방향이 입력되어 로봇이 구동할 수 있도록 하였다. 로봇 시뮬레이터에서 객체 선택 메뉴를 선택하게 되면 그림 3와 같이 3차원 공간의 화면이 (X,Y) 좌표로 변환되어 Z좌표에서의 선택을 기다리게 된다.
- 또한, 실시간 영상 전송 및 팬-틸트 카메라 제어를 통해 원하는 각도에서 로봇의 구동 영상을 볼 수 있다. 제시된 다중 네트워크 기반 로봇시뮬레이터와 제어 시스템에 대한 유효성을 보이기 위해 서버와 네트워크를 통한 6축 다관절 로봇에 대해 로봇 제어 실험이 수행되었다.
- 제안된 로봇 시뮬레이터와 로봇 제어 시스템은 다중 네트워크로 실제 로봇 제어와 오프라인으로 3차원 로봇 시뮬레이션을 수행하여 제어 상황을 영상과 데이터를 통해 제어하는 동안 바로 결과를 비교 분석할 수 있도록 하였다.
- 제안된 시스템의 효용성을 보이기 위해 서버 PC와 5대의 클라이언트에서 객체 선택, 역기구학, 정기구학, 경로 계획, 모션 제어 등을 통해 로봇 제어 실험을 하였으며, 다중 네트워크를 통하여 로봇 끝점을 시작점에서 경유 점을 거쳐 최종점까지 직선경로로 이동하는 작업을 수행하였다. 로봇 끝점의 위치와 방향을 서버에서의 오프라인 시뮬레이션에서의 가상 로봇과 실제 로봇의 구동 데이터를 비교하였고, 실제 로봇을 구동시킬 때 각 클라이언트에서 구동 데이터를 비교하였다.
- 컴퓨터 화면상에 제시된 로봇과 지면, 좌표축, 로봇의 링크 등 3차원 모델링을 위해 OpenGL에서 사용하는 API 함수를 이용하여 로봇을 표현하고 로봇공학 이론에 의해 계산된 값을 적용하였다. 로봇의 링크 길이 및 위치 등 기구학적인 모양은 실제 로봇과 같으며, 로봇 형상의 상하좌우, 회전이 가능하도록 하여 사용자가 로봇의 위치를 다양한 시점에서 파악할 수 있도록 하였다.
- 동영상은 VFW(Video For Window) 기법을 이용하였으며, 데이터 크기를 고려해 24비트 RGB 160x120의 크기로 PC 캠 영상을 추출하였으며, 데이터 전송의 안정화를 위해 추출한 영상 데이터를 엠제이펙 코덱(M-JPEG Codec)을 이용해 인코딩 후 4Kb 이하로 압축하여 1msec마다 클라이언트로 전송하여 영상의 끊김을 최소화하도록 하였다. 클라이언트에서는 수신 받은 영상 데이터 값을 다시 엠제이펙 코덱을 이용해 디코딩하여 컴퓨터 화면에 표시해 영상을 확인할 수 있도록 하였다. 제어 권한을 받은 1대의 클라이언트가 제어한 로봇이 제대로 동작하는 지를 접속한 모든 클라이언트가 로봇 구동 영상의 끊김 현상이 거의 없이 컴퓨터 화면에 보면서 시뮬레이터의 가상 로봇의 동작과 비교할 수 있다.
대상 데이터
- DSP 기반 제어는 로봇 모션 제어에서 많이 쓰이는 방법으로서[9]-[10], 본 로봇 제어 시스템에서도 채택하였다. 로봇 제어 시스템은 6축 제어를 위해 상위제어기로 PID 이득조정이 가능한 저가의 범용 4축 PCI-F453 DSP 모션보드 2개를 이용한다[6,7].
- 본 논문에서 이용하는 로봇은 그림 5에 보인 삼성 FARA 로봇으로 6 자유도를 가지는 수직 다관절 로봇이다. 이 로봇에 대한 기구학적 해석, 자코비언, 경로 계획, DSP 모션 보드 기반 로봇제어 시스템을 구현하였다.
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