[논문]산업용 양팔로봇을 이용한 공연 예술 구현 사례

최태용; 도현민; 박동일; 박찬훈; 경진호; 김두형

doi:10.7746/jkros.2016.11.4.293

산업용 양팔로봇을 이용한 공연 예술 구현 사례
Examples of Art Performing with Industrial Dual-arm Robots 원문보기

로봇학회논문지 = The journal of Korea Robotics Society, v.11 no.4, 2016년, pp.293 - 299

최태용 (Department of Robotics and Mechatronics, Korea Institute of Machinery and Materials) , 도현민 (Department of Robotics and Mechatronics, Korea Institute of Machinery and Materials) , 박동일 (Department of Robotics and Mechatronics, Korea Institute of Machinery and Materials) , 박찬훈 (Department of Robotics and Mechatronics, Korea Institute of Machinery and Materials) , 경진호 (Department of Robotics and Mechatronics, Korea Institute of Machinery and Materials) , 김두형 (Department of Robotics and Mechatronics, Korea Institute of Machinery and Materials)

Abstract ▼ AI-Helper

In this article art performing applications of industrial dual-arm robots are introduced. It was real collaboration among robot researchers and artist. Artist designed the performance to use dual-arm robot. Robot researchers collaborated with artist by providing robotic constraints and configuring robot motion. Two art performances were configured with two industrial dual-arm robots. In both performance robots carry objects to be used as moving screens. Both performances rely on the high power and high precision of robots. In addition human-like appearance make those performances be familiar to public.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

본 고에서는 산업용 양팔로봇을 이용한 공연 예술 작품 두 편을 소개하였다. 산업용 양팔로봇을 이용함으로서 기존의 서비스 로봇을 이용한 단순 재미 위주의 공연을 뛰어넘는 예술 작품을 구현하였다.
본 논문에서는 산업용 양팔로봇을 활용한 두 가지의 공연예술을 보여주고자 한다. 로봇의 정밀성을 활용한 모션그래픽과 프로젝션 맵핑을 통해서 흥미로운 시각적 경험을 제공 하는 공연 예술을 만들었다.
무게에 대해서는 로봇이 감당할 수 있는지는 이론적으로 동역학 시뮬레이션을 하면 알 수 있지만, 동역학 변수 자체가 오차가 많기 때문에, 기구학과는 달리 실제로는 잘 쓰이지 않는다. 본 연구팀은 공연 구현 시 실제 로봇에 무게 추를 장착하여 목표 속도 이상으로 움직임이 가능한지, 또 가반하중에 따른 위치오차가 없는지를 검증하였다. 두 가지 작품을 구성함에 있어서 가반하중의 절반이하의 무게는 전혀 성능저하를 나타내지 않았다.
가상현실 속 물체가 움직이면 그에 맞춰 로봇이 모니터를 움직이는 식이다. 이러한 기술적 확장을 통해 현실과 가상이 겹쳐지며 경계가 모호해지는 지점에서 나타나는 감성을 드러내려 했다.

제안 방법

PC기반 실시간 제어 시스템에는 물리적인 통신 계층 외에도 제어를 위해 별도로 개발한 실시간 기구학 및 동역학 알고리즘도 탑재하였다. 보통의 산업용 로봇이 6자유도에 그치는 것과 달리, 개발한 양팔로봇은 각 팔 7자유도와 허리에 2~3자유도를 포함한 16~17자유도를 가지고 있기 때문에, 연산이 많고 여유 자유도를 고려한 역기구학을 풀어야 한다.
6과 같이 trial & error 과정으로 좌표계를 일치시켰다. 구체적으로는 로봇 끝단에 장착한 실제 큐브의 모서리와 영상에서 투사하는 큐브의 모서리를 일치시킴으로서 좌표계 보정을 수행하였다.
두 번째 작품에서는 시점을 추적하는 증강현실구현 등의 기술을 시도하였다. 가상현실 속 물체가 움직이면 그에 맞춰 로봇이 모니터를 움직이는 식이다.
본 논문에서는 산업용 양팔로봇을 활용한 두 가지의 공연예술을 보여주고자 한다. 로봇의 정밀성을 활용한 모션그래픽과 프로젝션 맵핑을 통해서 흥미로운 시각적 경험을 제공 하는 공연 예술을 만들었다. 구현된 공연 예술은 과학과 예술의 만남을 주제로 2014년부터 매년 개최되고 있는^[9]의‘아티언스 대전’에서 대중에게 전시되어 좋은 호응을 받았다.
산업용 양팔로봇을 이용한 공연 예술을 만들기 위해서, 양팔로봇이 두 손에 큐브를 부착한 상태에서 움직일 때 큐브에 영상을 투사 하도록 하였다. 영상은 가상의 사람이 큐브로 이루어진 세상에서 걸어 다니고, 문을 열고 나오고, 그 속에서 사는 모습을 담고 있다.
본 고에서는 산업용 양팔로봇을 이용한 공연 예술 작품 두 편을 소개하였다. 산업용 양팔로봇을 이용함으로서 기존의 서비스 로봇을 이용한 단순 재미 위주의 공연을 뛰어넘는 예술 작품을 구현하였다. 산업용 로봇의 고정밀성과 힘을 이용하여 다양한 예살과의 접목이 가능할 것으로 기대 된다.
001초이내에 각 관절의 위치 값을 읽고, 목표 cartesian space에서 보간을 수행하고, 여유 자유도에 대한 역기구학 연산을 하고, 목표 관절 값을 추종하기 위한 전류 값을 만들어 내야 한다. 실험적으로 개발한 PC기반 제어기의 실시간 성을 확인하였다. 전축에 대한 여유 자유도를 고려한 역기구학 연산 및 EtherCAT를 통한 구동모듈과의 입․ 출력 통신, torque기반 관절 제어기 등을 구동하였다.
양팔로봇의 두 손에 모니터를 부착하여 움직일 때 배경과 동기화하는 영상을 모니터를 통해서 출력하였다. 앞선 공연 예술 Case 1의 외부의 프로젝터를 이용하여 3차원 공간에 투사하는 방식과는 달리, 모니터를 통해서 선명한 영상을 출력하는 방식이기 때문에 좌표계 일치는 필요하지 않았다.
실험적으로 개발한 PC기반 제어기의 실시간 성을 확인하였다. 전축에 대한 여유 자유도를 고려한 역기구학 연산 및 EtherCAT를 통한 구동모듈과의 입․ 출력 통신, torque기반 관절 제어기 등을 구동하였다. 이 때 Fig.
두 번째 공연은 17 inch LCD 모니터를 양손에 부착한 후 움직이기 때문에 특히 공간 제약이 많다. 충돌과 공간 제약을 확인하기 위해서 Fig. 5처럼 LCD모니터와 동일 크기의 부착물을 장착하고 시뮬레이션을 수행하였다.

대상 데이터

다만, windows 는 선점형 OS가 아니기 때문에 기본적으로는 실시간 OS의 특성을 가지고 있지 않다. Windows가 실시간성을 가지도록 하기 위해서 본 개발에서는 상용소프트웨어인^[11]의 intervalzero의 RTX를 사용 하였다. EtherCAT통신을 위한 물리계층은^[12]의 상용소프트웨어인 Koenig사의 KPA를 사용하였다.
두 번째 공연 예술에 사용된 양팔로봇은 AMIRO-M과 달리 모바일 기능이 없는 고정형 양팔로봇 AMIRO-1이다^[10]. Fig.

이론/모형

Windows가 실시간성을 가지도록 하기 위해서 본 개발에서는 상용소프트웨어인^[11]의 intervalzero의 RTX를 사용 하였다. EtherCAT통신을 위한 물리계층은^[12]의 상용소프트웨어인 Koenig사의 KPA를 사용하였다.
본 개발에서 사용한 EtherCAT또한 실시간 통신프로토콜이기 때문에 실시간 OS에서 그 성능이 나타난다. 본 개발에서는 실시간 제어 시스템은 microsoft windows 기반으로 구현하였다. 일반적으로 가격적인 문제 때문에 linux에 실시간 Patch를 해서 사용하는 것을 선호하고, 경우에 따라서는 OS 없이 구현하는 경우도 많다.

성능/효과

전축에 대한 여유 자유도를 고려한 역기구학 연산 및 EtherCAT를 통한 구동모듈과의 입․ 출력 통신, torque기반 관절 제어기 등을 구동하였다. 이 때 Fig. 4와 같이 0.001초의 제어시간 내에서 모든 동작이 끝나는 것을 확인할 수 있었고, 최대 jitter도 1% 이내임을 확인 할 수 있었다.

후속연구

산업용 양팔로봇을 이용함으로서 기존의 서비스 로봇을 이용한 단순 재미 위주의 공연을 뛰어넘는 예술 작품을 구현하였다. 산업용 로봇의 고정밀성과 힘을 이용하여 다양한 예살과의 접목이 가능할 것으로 기대 된다. 또한 산업용 양팔로봇은 일반 산업용 매니퓰레이터와 달리 외양도 사람과 유사해서 대중을 대상으로 하는 예술 공연에도 적합하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	산업용 로봇의 특징은 무엇인가?	로봇이 가장 많이 쓰이는 분야는 제조분야이다. 산업용 로봇은 SCARA혹은 Serial 등의 다양한 형태로 한 팔 형태로 개발되어, 다양한 제조분야에서 사용되고 있고, 제조사 또한 많다. 특히 무거운 무게를 견뎌야 하는 자동차 제조라인에 많이 적용되어, 용접, Pick & Place, 부하지지 등을 수행한다.
	산업용 로봇이 실시간 제어시스템 기반에서 동작되어야 하는 이유는 무엇인가?	산업용 로봇은 그 정밀성과 속도 때문에 실시간 제어시스템 기반에서 동작해야 한다. 본 개발에서 사용한 EtherCAT또한 실시간 통신프로토콜이기 때문에 실시간 OS에서 그 성능이 나타난다.
	공연에서 무게에 대한 제한은 어떠한가?	무게의 경우도 마찬가지다. 일반적으로 로봇의 가반하중은 제한이 있으며, 특히 사용한 양팔로봇의 경우 인간과 유사한 외관과 크기를 유지하기 위해서 가반하중이 5 kg 내외로 제한된다. 상대적으로 유사크기의 양팔로봇의 가반하중이 2 kg이하인 것을 고려하면 월등이 뛰어난 성능이다.

참고문헌 (12)

S.-S. Yun, H. Kim, J. Choi, and S.-K. Park, "A Robotic System with Behavioral Intervention facilitating Eye Contact and Facial Emotion Recognition of Children with Autism Spectrum Disorders," Journal of Korea Robotics Society, vol.10, no.2, pp.61-69, 2015.

원문보기 상세보기
E. Kim, P. Park, and O. Kwon, "A Method to Resolve the Cold Start Problem and Mesa Effect Using Humanoid Robots in E-Learning," Journal of Korea Robotics Society, vol.10, no.2, pp.90-95, 2015.

원문보기 상세보기
Dance robot, http://www.sciencecenter.or.kr/menu.es? mid a10303020000
Robotworld, www.robotworld.or.kr.
robotthespian, http://www.robothespian.co.kr.
Y. Matsumoto, M. Yoshikawa, Y. Wakita, M. Sumitani, M. Miyao, and H. Ishiguro, "Impression of Android for Communication Support in Hospitals and Elderly Facilities," Field and Service Robotics, pp.159-173, 2014, Springer.
D. Choi, D.-W. Lee, D. Lee, H. Ahn, and H. Lee, "Desing of an android robot head for stage performances," Artificial Life and Robotics, vol.16, pp.315-317, 2011.

상세보기
S. Lemaignan, M. Gharbi, J. Mainprice, M. Herrb, and R. Alami, "A Threatre Performance for a Human and a Robot," International Conference on Human-Robot Interaction, Boston, USA, 2012, pp.427.
2015 Artience festival, http://blog.naver.com/artiencelab.
T. Choi, H. Do, C. Park, D. Park, and J. Kyung, "Development of small-sized industrial dual-arm robot with convenient interface," International Journal of Engineering and Innovative Technology, vol.3, no.2, pp.1-6, 2013.
IntervalZero(IntervalZero RTOS Platform), http://www.intervalzero.com.
Koenig(KPA EtherCAT Master), http://koenig-pa.de/products/kpa-ethercat-master.

저자의 다른 논문 :

LOADING...

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증