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장애물 회피 알고리즘을 이용한 반려견 케어 로봇디자인에 관한 연구
A Study on the Design of the Dog Care Robot Using Obstacle Protection Algorithm 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.18 no.12, 2018년, pp.140 - 149  

정용진 (청운대학교 융합기술경영학부)

초록
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최근 국민소득 증가와 더불어 인구감소로 인한 고령화, 1인 가구 증가와 같은 사회 현상이 관찰된다. 고령화 가구 및 1인 가구증가에 비례해 반려동물을 사육하는 가구도 증가하고 있는데 이들의 경우 대부분 외로움 극복과 가정 내 활력을 위해 반려동물을 활용한다. 반려 동물을 가족처럼 생각하는 사람들이 늘어나면서 국내 반려동물 시장의 규모도 동반 성장하고 있다. 고령화 가구 및 1인가구의 반려동물이 늘어나면서 생기는 문제는 홀로 남겨진 반려동물의 먹이급식, 운동관리 등과 같은 케어(Care)가 제대로 수행 되지 못하고 있다. 외부에서 원격으로 반려동물을 관찰하고 일정량의 먹이를 주기적으로 공급하며 운동유발을 통해 반려동물의 건강상태를 관리해주는 로봇에 대한 연구와 개발이 필요한 실정이다. 반려동물 중 반려견의 선택이 가장 높게 나타난다. 따라서 본 연구는 구동 방식에 대한 로봇연구와 기존의 반려동물 케어 시스템의 사례를 파악하고 장애물 회피 알고리즘을 이용한 반려견 케어 로봇에 대한 연구를 하였다. 3륜 중 2개의 바퀴에 모터를 장착하고 반려견의 간식 급여동작과 장애물 회피 알고리즘을 이용하기 위해 전면에 초음파 센서를 사용하였다. 후면에는 적외선 센서 4개를 장착하여 이동시 바닥과 물체의 감지가 가능하도록 시스템 구성 하였다. 그 결과 반려견이 로봇바퀴에 수납된 간식의 냄새를 탐지하여 로봇을 따라다니고 접근을 감지한 로봇이 회피구동 하며 반려견의 운동능력 향상시켰다. 그러나 본 연구는 반려견 케어로봇에 관한 연구로 다른 반려동물들의 특성이 반영되지 않았고, 지속적인 관찰 및 테스트를 통한 실증이 필요하여 후속 연구가 필요하다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Along with the recent increase in national income, social phenomena such as aging due to a decrease in population and an increase in single households are observed. There are also an increasing number of households raising pets in proportion to aging households and the increase in the number of sing...

주제어

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 또 이러한 구동 메카니즘을 구현하기 위한 알고리즘도 달라진다. 다양한 로봇 운영환경 중 서비스 로봇에 가장 많이 적용되는 바퀴구동 방식에 대한 종류를 알아보고자 한다.
  • 이러한 반려견이 늘어나면서 생기는 문제점으로 현대 직장인의 잦은 출장과 회식으로 반려견의 관리가 무분별 하게 되고 있는 실정이다. 따라서 본 연구는 외부에서 원격으로 반려견을 관찰하고 일정량의 먹이를 주기적으로 공급하여 반려견의 상태를 관리 로봇에 대한 개발을 하였다. 관리 로봇의 제어를 위해서는 반려견의 운동량에 따른 센서 제어 및 이동 방법에 대한 구현을 하였다.
  • 먼저 서비스 로봇의 구동 방식에 대한 연구를 통해 반려견 케어로봇에 가장 적합한 구동 방식을 결정한 후 국내와 해외의 반려견 로봇에 대한 제품을 분석하고 초음파 측정으로 반려견의 움직 이는 속도를 계산하여 애완견의 회피 구동에 대한 연구를 하고자한다. 본 연구는 반려동물 시장에서 최근 수요가 2배 이상 급증하고 있는 반려견 케어 로봇 시스템을 중심으로 기존의 반려견 모니터링 시스템이 가지고 있는 문제점을 도출하였으며, 반려견의 움직임을 초음파를 통해 거리 측정과 동작 감지를 하고 장애물 회피 알고리즘 요소를 적용하여 반려견의 운동 유발을 일으키도록 연구 하였다. 반려견의 걸음 거리 특성, 속도 등의 조사된 자료를 바탕으로 WebIoPi 기술을 접목하여 반려견의 움직임을 데이터화 하였으며, 회피 기동하기 위해 전면에 초음파 센서를 사용하고, 후면에는 적외선 센서를 장착하여 이동시 물체의 감지가 이루어지도록 하였다.
  • 본 연구는 우선 반려견 케어 제품들의 시장분석을 통해 반려견 케어 로봇의 디자인을 제시하였다. 반려견 케어를 위한 시스템 개발을 통해 기능을 구현하여 근거리 및 원격으로 로봇을 제어하고 반려견을 관리 가능하게 하였다.
  • 반려견은 야외의 넓은 활동 공간과 사육자와의 유대관계를 지속적으로 느낄 수 있는 환경이 조성될 때 신체적 발달과 정신적인 안정을 느껴 스트레스로 인한 이상행동을 보이지 않는다. 이러한 도시환경 안에서 사육되어지는 반려견을 연구대상으로 설정하여 도시환경 안에서 최대한 반려견의 신체 발달 및 사육자와의 유대감을 지속시킬 수 있는 방법을 연구하였다.
  • 케어로봇을 따라가다 불규칙적으로 흘러나오는 간식을 먹고 더 적극적으로 따라가는 행동을 취하였다. 이에 초기 연구의 목적으로 설정했던 반려견의 운동능력 향상 효과는 관찰결과 효과가 가능하 다는 결과를 도출하였다. 또 알고리즘의 문제는 없는 것으로 파악되었지만 테스트 장소에 있던 반려견 들의 크기가 다양하여 초기 프로그램 상 구동속도가 크기가 큰 반려견 들에겐 맞지 않아 쉽게 따라갈 수 있는 문제점이 발견되었다.
  • 또한 현대의 산업 구조와 아파트 중심의 생활 환경이 반려견의 집안 내부에서의 체류 시간을 길게 만들어 반려견의 특성인 운동 능력이 감소하여 체중증가로 인한 합병증의 원인이 되고 있다. 집안 내부의 다양한 주변 환경을 감지하고 자동으로 이동하면서 반려견을 유인하여 운동효과를 향상 시키는 로봇에 대한 연구를 그 목적으로 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
반려동물을 보유하는 가구가 증가하는 이유? 고령화와 1인 가구 급증에 따른 인구구조 변화, 소득 증가 등에 따라 반려동물을 보유하는 가구가 증가하고 있다. 반려동물을 가족처럼 생각하는 사람들이 늘어나 면서 ‘펫팸족(Pet+Family)’이라는 신조어도 등장하였다.
동작 감지 센서에 비해 초음파 센서의 장점? 또한, 동작 감지 센서는 주변 환경에 많은 영향을 받음으로써 신뢰할 수 있는 데이터를 얻기가 쉽지 않다. 이에 비해 초음파 센서의 경우에는 주변 환경에 대한 영향이 적으며 영상에 비해 저렴한 비용을 가지고도 높은 정확도의 데이터를 확보할 수 있다는 장점이 있다[3]. 외부환경에서 원격으로 반려견을 관찰하고 먹이 또는 물을 공급하여 반려견의 상태를 관리하는 로봇에 대한 연구와 개발이 필요한 실정이다.
반려동물 관련 시장규모의 증가 추세? 반려동물을 가족처럼 생각하는 사람들이 늘어나 면서 ‘펫팸족(Pet+Family)’이라는 신조어도 등장하였다. 국내 반려동물 관련 시장규모는 2012년 9,000억원에서 2015년에는 두 배 증가한 1조 8,000억원을 기록, 2020년에는 5조 8,000억원으로 예상된다. 최근 확대되는 반려동물시장 용품 중에는 고품질, 스마트화, 웰빙 등이 트렌드로 자리 잡고 있으며, 이에 맞춰 다양한 상품 및 서비스가 출시되고 있다[1].
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참고문헌 (5)

  1. 박지혜, "국내 펫코노미(Pet+Economy)시장의 현황과 시사점," KIET 산업경제분석, 제7월호, pp.47-55, 2017. 

  2. 서범석 "초음파 센서 거리데이터와 서보모터의 회전각을 이용한 물체추종로봇," 2012년 제2회 한국로봇공학회 하계종합 학술대회 논문집, 2012. 

  3. 한승봉, 이성구, 임재원, 김대영, 김종화, "초음파 센서를 이용한 이동로봇의 Map Building 알고리즘 및 주행 알고리즘에 관한 연구," 한국마린엔지니어링학회, 2006. 

  4. 김영미, 한국에서의 개의 행동 문제에 관한 연구 : 입원견의 분리 불안 증세에 대한 DAP효과 및 행동 문제와 관련한 사육 포기의 위해 요소, 건국대학교 수의학과 수의생리학 전공, 박사학위논문, 2009. 

  5. 정용진, "애완견 모니터링 로봇 디자인 연구," 한국콘텐츠학회논문지, Vol.17, No.8, pp.463-471, 2017. 

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