[논문]휴머노이드 로봇의 스프린트 경기 전략

길우람; 유영재

doi:10.5391/jkiis.2016.26.5.390

휴머노이드 로봇의 스프린트 경기 전략
Strategy for Sprint Race of Humanoid Robot 원문보기

한국지능시스템학회 논문지 = Journal of Korean institute of intelligent systems, v.26 no.5, 2016년, pp.390 - 395

길우람 (목포대학교 제어로봇공학과) , 유영재 (목포대학교 제어로봇공학과)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 인간의 스프린트 경기와 휴머노이드 로봇의 스프린트 경기를 비교하고 FIRA가 주관한 휴머노이드 로봇의 대표적인 스포츠 경기인 HuroCup에 대해서 소개한다. 또한 이 대회의 경기 규정을 알아보고 휴머노이드 로봇이 스프린트 경기를 수행하는데 사용할 수 있는 경기 전략을 제시한다. 본 논문을 위해 스프린트 경기 규정에 맞는 휴머노이드 로봇을 설계 및 개발하고, 제작한 휴머노이드 로봇에 스프린트 경기 전략 알고리즘을 적용하여 로봇의 성능을 시험한다. 마지막으로, 실제 경기 사례를 통해 제작된 휴머노이드 로봇이 스프린트 경기에 적합하게 수행함을 검증한다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, a sprint race of human and that of humanoid robot are compared. Sprint race is one of the most popular sports games of human. HuroCup organized by FIRA is the most representative sports event of humanoid robots. The rules of the sprint race in HuroCup are explained and the strategy for the sprint race that humanoid robots can play is proposed. A child-sized humanoid robot is designed and developed so that it can play to follow the rules of the sprint race. The algorithm of the game strategy is applied to the robot, and the robot's performance is tested. Eventually, in HuroCup, it is verified that the developed humanoid robot is suitable to perform the sprint race.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 FIRA가 주관하는 HuroCup의 스프린트 경기를 소개하였다. 또한 스프린트 경기 규정인 경기장 규정, 득점 방법, 스프린트 참가 로봇의 제한 사양에 대해 소개하였다.
본 논문에서는 스프린트 경기를 위해 스프린트 경기 규정에 적합한 휴머노이드 로봇을 설계 및 개발 하였다.
본 논문은 FIRA가 주관하는 HuroCup의 스프린트 경기를 소개하고, 휴머노이드 로봇의 스프린트 경기를 위한 전략을 제안하며, 경기 목적에 충족하는 휴머노이드 로봇을 설계 및 제작하여 스프린트 경기 전략을 적용 실험한 스프린트 경기 사례를 소개하고자 한다.
앞에서 이야기한 휴머노이드 로봇의 개발은 인간의 형태와 능력을 모방하여 개발되고 인간과 공생하며 상호 활동하는 것이 목표이다. 휴머노이드 로봇이 인간과 유사한 형태와 행동을 모방하는 것은 인간과 로봇이 협력 시 상호간의 행동을 충분히 예측하여 불필요한 혼란을 방지하고 보다 안전한 교류를 할 수 있게 한다.

제안 방법

제시한 경기 전략을 적용할 휴머노이드 로봇을 설계 제작하였으며 스프린트 경기에 참가하였다. 개발된 휴머노이드 로봇에 스프린트 경기 전략을 적용하여, 타깃 마커 인식 실험과 보행 실험을 진행하였다. 휴머노이드 로봇이 타깃 마커를 인식하여 전진 후진 보행하고 방향 전환 보행하는 것을 확인하였다.
본 논문에서는 FIRA가 주관하는 HuroCup의 스프린트 경기를 소개하였다. 또한 스프린트 경기 규정인 경기장 규정, 득점 방법, 스프린트 참가 로봇의 제한 사양에 대해 소개하였다. 소개한 경기 규정에 맞는 스프린트 경기 전략을 제시하였다.
또한 스프린트 경기 규정인 경기장 규정, 득점 방법, 스프린트 참가 로봇의 제한 사양에 대해 소개하였다. 소개한 경기 규정에 맞는 스프린트 경기 전략을 제시하였다. 제시한 경기 전략을 적용할 휴머노이드 로봇을 설계 제작하였으며 스프린트 경기에 참가하였다.
스프린트 경기를 위한 알고리즘을 적용한 휴머노이드 로봇은 컴퓨터 비전을 이용하여 타깃 마커를 인식하고, 전진, 후진 보행전략에 따라 자신의 위치에서 타깃 마커까지 이동 경로를 따라 전진 보행하여 이동하고, 타깃 마커로부터 멀어지는 이동경로를 따라 후진 보행하여 경기를 수행하였다.
USB 카메라를 통해 영상을 획득하여 전처리(Preprocessing) 과정에서 사용 목적에 맞게 영상을 처리하여 보다 개선된 영상을 만들어주는데, 잡음을 제거하거나 초점이 흐린 영상을 개선하는 등의 과정을 거친다. 이후 특징 추출(Feature Extraction) 단계에서 영상의 원, 코너, 텍스쳐 등의 특징을 추출한 영상을 분석하고 해석하여 고급묘사(High-level Description)을 출력한 고급 비전(High-level Vision)을 획득한다.
소개한 경기 규정에 맞는 스프린트 경기 전략을 제시하였다. 제시한 경기 전략을 적용할 휴머노이드 로봇을 설계 제작하였으며 스프린트 경기에 참가하였다. 개발된 휴머노이드 로봇에 스프린트 경기 전략을 적용하여, 타깃 마커 인식 실험과 보행 실험을 진행하였다.
전진 보행은 타깃 마커와 가까워질 때 까지 계속된다. 타깃 마커와 휴머노이드 로봇이 근거리일 때, 도착선을 넘었는지 확인한다. 이때, 도착선을 넘지 못할 경우 휴머노이드 로봇은 타깃 마커를 다시 찾아 전진 보행하여 도착선을 넘었는지 확인한다.
휴머노이드 로봇이 타깃 마커를 인식하기 위해 장착된 USB 카메라를 통해 영상을 획득하여 전처리 과정에서 잡음을 제거하고, 미리 지정한 타깃 마커의 색을 인식하도록 한다.

대상 데이터

개발된 휴머노이드 로봇 ‘CHARLES(Cognitive Humanoid Autonomous Robot with Learning and Evolutionary System)’은 경량화 설계 목표에 따라 개발되었다. 키 110cm, 무게 8.16kg으로 총 자유도 25개로 이루어진 휴머노이드 로봇이다. 카메라로 머리부분에 USB camera를 장착하였다[10].

성능/효과

표 3은 개발 된 1m급 휴머노이드 로봇의 상세 사양이다. 개발 된 휴머노이드 로봇은 크기에 비해 가볍게 개발되어 제어가 용이하고 로봇의 전복 사고에도 충격과 손상도가 적다.
휴머노이드 로봇이 타깃 마커를 인식하여 전진 후진 보행하고 방향 전환 보행하는 것을 확인하였다. 또한 HuroCup의 스프린트 경기에 참가하여 스프린트 경기 전략을 적용한 휴머노이드 로봇이 스프린트 경기를 원활하게 수행함을 확인하였다.
개발된 휴머노이드 로봇에 스프린트 경기 전략을 적용하여, 타깃 마커 인식 실험과 보행 실험을 진행하였다. 휴머노이드 로봇이 타깃 마커를 인식하여 전진 후진 보행하고 방향 전환 보행하는 것을 확인하였다. 또한 HuroCup의 스프린트 경기에 참가하여 스프린트 경기 전략을 적용한 휴머노이드 로봇이 스프린트 경기를 원활하게 수행함을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	휴머노이드 로봇과 인간의 상호 작용에 있어 어떻게 즐거움을 주는가?	휴머노이드 로봇이 인간과 유사한 형태와 행동을 모방하는 것은 인간과 로봇이 협력 시 상호간의 행동을 충분히 예측하여 불필요한 혼란을 방지하고 보다 안전한 교류를 할 수 있게 한다. 또한, 인간과 로봇의 상호 작용에 있어서, 특히 공공장소에서 사람들에게 안내하며 설명 하는 것과 같이 인간의 동작을 모방하여 재연해 즐거움을 주는 경우도 있다. 또한, 휴머노이드 로봇은 인간과 공생, 공존하며 상호 활동하기 위해 인간과 유사한 보행을 하는 것이 필요하다[4-6].
	휴머노이드 로봇의 개발 목표는 무엇인가?	휴머노이드 로봇의 연구는 1970년대부터 시작되어, 현재까지 계속되고 있다. 휴머노이드 로봇은 인간의 형태와 능력을 모방하는 것을 목표로 개발되고 있다[1-4]. 하지만, 휴머노이드 로봇의 설계가 복잡하고, 각 관절에 사용되는 구동기의 기술이 사람의 관절을 모방하거나 표현하기에는 어려움이 있다.
	휴머노이드 로봇이 인간을 모방하는데 어떤 어려움이 있는가?	휴머노이드 로봇은 인간의 형태와 능력을 모방하는 것을 목표로 개발되고 있다[1-4]. 하지만, 휴머노이드 로봇의 설계가 복잡하고, 각 관절에 사용되는 구동기의 기술이 사람의 관절을 모방하거나 표현하기에는 어려움이 있다. 따라서 휴머노이드 로봇에 대한 연구 및 개발은 계속 되었지만 휴머노이드 로봇이 갖추어야 할 완벽한 수준에는 미치지 못한다.

참고문헌 (10)

Ki-Nam Lee and Young-Jae Ryoo, "Walking Pattern Tuning System Based on ZMP for Humanoid Robot," International Journal of Humanoid Robotics, vol. 11, no. 4, pp.1442001-1-1442001-10, Dec. 2014.

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Ki-Nam Lee, and Yonug-Jae Ryoo, "Design and Walking of Child-typed Humanoid Robot," Journal of Korean Institute of Intelligent Systems, vol. 25, no. 3, pp. 248-253, Jun. 2015.

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JaeHum Yun, Dang Van Chien, Tran Trung Tin, Jong-Wook Kim, "Posture Optimization for a Humanoid Robot using Particle Swarm Optimization", Journal of Korean Institute of Intelligent Systems, vol.24, no.4, pp.450-456, Aug 2014.

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Jaemin Lee, Kisung Seo, "Generation of Walking Trajectory of Humanoid Robot using CPG", Journal of Korean Institute of Intelligent Systems, vol.23, no.4, pp. 360-365, Aug 2013.

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Ki-Nam Lee, Young-Jae Ryoo, "Marathon Game and Strategy of Humanoid Robot", Journal of Korean Institute of Intelligent Systems,, vol.26, no.1, pp.64-69, Feb. 2016.

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Ki-Nam Lee, Jang-Hyun Park, Young-Jae Ryoo, "Development of Child-Sized Humanoid Robot", Journal of Korean Institute of Intelligent Systems, vol.23, no. 1, pp.24-28, Feb. 2013.

원문보기 상세보기
Jacky Baltes, Kuo-Yang Tu, and Sock-Lip Lim, "HuroCup Laws of the Game Sprint," HuroCup Laws of the Game, Version 12.0.3, 2014.
Jeong-Tae Lee, and Ik-Sou Jeong, "A Kinetics Analysis of Starting Block Type of Sprinter," The Korea Journal of Sports Science, vol. 21, no. 2, pp. 1329-1343, Mar. 2012.
Jacky Baltes, Kuo-Yang Tu, and Sock-Lip Lim, "HuroCup Laws of the Game General Laws," HuroCup Laws of the Game, Version 12.0.3, 2014.
Dae-Young Lim, Hyun-Jin Kwak and Young-Jae Ryoo, "Motion Editing Tool to Create Dancing Motions of Humanoid Robot", International Journal of Humanoid Robotics, vol. 11, no. 4, pp.1442002-1-1442002-10, Dec. 2014.

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