초록 ▼

서비스로봇 2단계사업은 1단계의 개념설정단계를 기반으로 서비스 로봇개발에 필요한 핵심기술을 완성하고 이를 바탕으로 시제품을 제작하는 단계이다.
서비스로봇 사업단은 2단계 사업이 원활히 수행되도록 세부과제의 총괄 관리와 추진관리를 주도하여 왔으며 국내외 기술현황을 바탕으로 서비스로봇 기술개발 방향을 조향하여 왔다.
이를 위하여 서비스로봇 사업단에서는 국내외 기술 현황을 조사보고서를 작성하였고 2단계에서 개발된 핵심기술들을 각 세부 연구팀간에 공유하기 위하여 서비스로봇 워크숍과 핵심기술 분야별 기술 연구를 위하여 기술별 Sp

서비스로봇 2단계사업은 1단계의 개념설정단계를 기반으로 서비스 로봇개발에 필요한 핵심기술을 완성하고 이를 바탕으로 시제품을 제작하는 단계이다.
서비스로봇 사업단은 2단계 사업이 원활히 수행되도록 세부과제의 총괄 관리와 추진관리를 주도하여 왔으며 국내외 기술현황을 바탕으로 서비스로봇 기술개발 방향을 조향하여 왔다.
이를 위하여 서비스로봇 사업단에서는 국내외 기술 현황을 조사보고서를 작성하였고 2단계에서 개발된 핵심기술들을 각 세부 연구팀간에 공유하기 위하여 서비스로봇 워크숍과 핵심기술 분야별 기술 연구를 위하여 기술별 Special Interest Croup(SIC)를 형성하여 기술을 촉진시키고 Special Interest Group 워크숍을 추진하여 기술별 연구결과를 연구팀간에 파급토록 하였으며 서비스 로봇 기술의 핵심인 Dependable Robot에 대한 IARP/IEEE-RAS의 국제 워크숍을 국내에 유치, 개최하므로써 핵심기술에 대한 국제 기술교류를 추진하였다.

Abstract ▼

1. Development of a robotic manipulation technology with the navigation capability
1.1 Development of the high speed navigation and manipulation technology
: The aim of this project is to develop an autonomous mobile manipulator which carry out various indoor service robotic applications. The

1. Development of a robotic manipulation technology with the navigation capability
1.1 Development of the high speed navigation and manipulation technology
: The aim of this project is to develop an autonomous mobile manipulator which carry out various indoor service robotic applications. The PSR (Public Service Robot) platform is equipped with a 3 fingered robotic hand, a 6 DOF robot manipulator, a holonomic omni-directional mobile robot, various sensors, and trailer systems. Major research scope are classified into three issues: 1) Autonomous navigation 2) Dexterous manipulation 3) System integration.
The PSR’s navigation strategy includes map building process using the grid map, real time path generator, robust map-matching localization algorithm and behaviour coordination modules. The manipulation task of the PSR is based on the eye-in-hand visual information.

목차 Contents

• 제 1 장 연구개발과제의 개요...64
• 제 1 절 서비스로봇 기술 개발 사업단...64
• 제 2 절 이동기능을갖는 로봇 조작기술 개발...64
• 1. 고속 mobile 및 manipulation 기술 개발...64
• 2. 이동형 정보서비스로봇 개발...65
• 3. 형상적응형 universal hand 개발...65
• 제 3 절 지능형 인간-로봇 상호 작용 기술 개발...68
• 0. 지능형 인간-로봇 상호 작용 기술의 개요...68
• 가. 연구 배경 및 필요성...68
• 나. 연구개발 목표 및 내용...69
• 다. 단계별 목표...69
• 라. 12가지 기본 정의 작업의 상호 관련성...69
• 1. 인간친화형 소프트 로봇팔의 구현...73
• 2. Visual Servoing과 생체신호를 이용한 로봇 팔 제어...74
• 가. 주위환경에 적응하며 인간 친화적인 Visual Servoing 기술...74
• 나. 로봇 팔 제어 알고리즘을 위한 생체 신호(EMG)분류 기술...74
• 3. 눈동자 추적에 의한 대상물체 지적(Eye-mouse 시스템) 및 인터페이스 기술 개발...75
• 4. Body Motion을 이용한 로봇 인터페이스 개발...76
• 5. Hand-held Master의 개발...77
• 제 4 절 수직 철골 용접 시스템 개발...79
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...82
• 제 1 절 서비스로봇 기술 개발 사업단...82
• 제 2 절 이동기능을 갖는 로봇 조작기술 개발...82
• 1. 고속 mobile 및 manipulation 기술 개발...82
• 1.1 이동기술...82
• 1.2 조작기술...85
• 1.3 시스템기술...89
• 2. 이동형 정보서비스로봇 개발...91
• 가. Robot 시스템 기술...91
• 나. Visual navigation...93
• 다. Visual interface...93
• 라. 음원 방향검출 및 음성인식 시스템...95
• 3. 형상적응형 universal hand 개발...96
• 제 3 절 지능형 인간-로봇 상호 작용 개발...97
• 0. 기존의 재활로봇 시스템과 KARES II 시스템의 목표 기능...97
• 1. 인간친화형 소프트 로봇팔의 구현...98
• 가. 기존의 장애인 보조 로봇들...98
• 나. 능동 컴플라이언스 제어기법: 관절토크 측정기법...100
• 2. Visual Servoing과 생체신호를 이용한 로봇 팔 제어...101
• 가. 주위환경에 적응하며 인간 친화적인 Visual Servoing 기술...101
• 나. 로봇 팔 제어 알고리즘을 위한 생체 신호(EMG) 분류 기술...102
• 3. 눈동자 추적에 의한 대상물체 지적(Eye-mouse 시스템) 및 인터페이스 기술 개발...103
• 4. Body Motion을 이용한 로봇 인터페이스 개발...104
• 가. 로봇 인터페이스의 개발...104
• 나. 로봇 인터페이스를 위한 지능형 알고리즘의 개발...106
• 5. Hand-held Master의 개발...107
• 제 4 절 수직 철골 용접 로봇 시스템 개발...112
• 1. 건설 토목용 로봇의 시장 전망...112
• 가. 건설 토목용 로봇의 개발현황...113
• 나. 국내건설업계 동향...113
• 다. 건설로봇개발 우선순위...115
• 2. 철골 구조물 시공법...115
• 가. 철골 빌딩공사의 개요...115
• 나. 철골 시공...116
• 3. 수직철골의 현장용접과 작업조건...119
• 4. 수직철골 용접로봇 개발사례...123
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...126
• 제 1 절 서비스로봇 기술 개발 사업단...126
• 제 2 절 이동기능을 갖는 로봇 조작기술 개발...149
• 1. 고속 mobile 및 manipulation 기술 개발...149
• 1.1 이동기술...149
• 가. 서비스로봇의 경로계획 및 운동제어 기술...149
• 나. localization...154
• 다. 주행시험결과...175
• 라. 트레일러 시스템 개발...191
• 마. 이동로봇의 calibration...198
• 1.2 조작기술...213
• 가. PSR 1 매니플레이터 개발...213
• 나. PSR 2 암 개발...219
• 다. PSR 1 매니플레이터의 제어 기술...230
• 라. 조작을 위한 대상물체 측정...246
• 마. 로봇손 개발...254
• 1.3 시스템기술...285
• 가. PSR 플랫폼 개발...285
• 나. PSR의 제어구조...294
• 2. 이동형 정보서비스로봇 개발...314
• 가. 기스템 기술...314
• 나. Visual navigation...320
• 다. Visual interface...336
• 라. 음원 방향검출 및 음성인식 시스템...346
• 마. internet 기반 원격제어 기술 개발...358
• 바. system architecture...359
• 3. 형상적응형 universal hand 개발...363
• 가. 수평 2방향 위치 조적 장치...364
• 나. 수직 방향 위치 조절 장치...365
• 다. 진공컵의 2방향 회전각도 조절 장치...367
• 라. CAN을 이용한 모터 및 공압 개폐용 solenoid 밸브 제어...369
• 제 3 절 지능형 인간-로봇 상호 작용 기술 개발...370
• 0. KARES II 시스템 통합 및 실제 장애인을 대상을로 한 임상 실험...370
• 가. KARES II 시스템 통합을 위한 하드웨어/소프트웨어 기반 제어 구조...370
• 나. KARES II 시스템 통합을 위한 통신 구조...378
• 다. KARES II 시스템의 Robotic System 및 User Interface 부분의 구현...384
• 라. KARES II 시스템을 이용한 장애인 대상 임상 실험...400
• 1. 인간친화형 소프트 로봇팔의 구현...402
• 가. 사용자의 안정성 개선을 위한 능동 컴플라이언스 제어...402
• (1) 컴플라이언스 제어 알고리즘...404
• (2) 기초 실험 결과...414
• (3) 장애인 대상 임상 실험...426
• 나. 사용자의 안정성을 고려한 로봇 팔의 개발...431
• (1) 소프트 로봇팔의 2차 시제품 제작...431
• (2) 사용자가 편하게 느끼는 시각적 디자인...468
• (3) Backdrivability 개선을 위한 관절 마찰력 감소...470
• (4) 안정성을 위한 접촉 센서 부착...471
• (5) 개선된 그립퍼(Gripper) 설계시 요구되는 조건 분석...490
• 다. 정의된 12가지 작업 수행...491
• (1) 작업(task)들의 하위 작업(sub task) 종류에 따른 분석...493
• (2) 장애인을 대상으로 한 작업 세부 내용 설문 조사...498
• (3) 1차 시제품의 제어 성능 개선...499
• (4) 작업 수행 실험...503
• (5) 장애인들의 작업에 대한 평가...509
• (6) 현재의 기술로 추가로 수행 가능한 작업 조사...510
• 2. Visual Servoing과 생체신호를 이용한 로봇 팔 제어...514
• 가. 주위환경에 적응하며 인간 친화적인 Visual Servoing 기술...514
• (1) Space Variant Vision과 Fuzzy Decision Maker을 이용한 인간친화적인 Intelligent Visual Servoing 구현...514
• (2) 상품성 있는 소형/경량의 스테레오 카메라 헤드 구현...523
• (3) '센서 융합' 및 '인간-로봇 공동작업'에 의한 주변상황 대처기능 구현 및 실험...537
• (4) 표정 인식을 통한 사용자 의도 파악 기술 향상...571
• (5) 임상 실험에 의해 얻어진 비주얼 서보d type Visual Servoing에 적합한 새로운 형태의 그리퍼개발...593
• 나. 로봇 팔 제어 알고리즘을 위한 생체 신호 (EMG) 분류 기술...617
• (1) 로봇 팔 제어를 위한 근전도 신호에 기반한 인간친화적인 6자유도616 분류 알고리즘 개발...617
• (2) 비례 제어를 위한 근전도 신호로부터 힘 정보 추출 알고리즘 개발...627
• (3) 무선 생체 신호 증폭기의 개발...633
• (4) 중증 척수 장애인을 위한 소형화된 휠체어 인터페이스의 개발...645
• (5) 임상 실험을 통한 근전도 휠체어 인터페이스에 대한 평가 및 성능 보완...652
• 3. 눈동자 추적에 의한 대상물체 지적(Eye-mouse 시스템) 및 인터페이스 기술 개발...654
• 가. 장착형 Eye-mouse 시스템...654
• (1) 전체 시스템 구조...654
• (2) 적외선과 자기센서의 안정성...657
• (3) 시선 방향 추적 알고리즘...659
• (4) 실험 결과...673
• 나. 비장착형 Eye-mouse 시스템...678
• (1) 비장착형 Eye-mouse 시스템의 시선추출 알고리즘...678
• (2) 눈 추적 기구부...689
• 다. Eye-mouse 시스템을 위한 인터페이스 기술 개발...693
• 라. 스테레오 비전을 이용한 3차원 위치 정보 추출 시스템...696
• (1) 개요...696
• (2) 대응점 추출을 위한 영상 비교...697
• (3) Epipolar 제한 조건을 이용한 검색 영역 축소...698
• (4) Depth 제한 조건을 이용한 검색 영역 축소...700
• (5) 실험 결과...701
• 마. 임상실험 결과...705
• 4. Body Motion을 이용한 로봇 인터페이스 개발...708
• 가. 로봇 인터페이스의 개발...708
• (1) 어깨 움직임 측정용 센서 2차 보완...708
• (2) 의복 형태 조종기의 2차 시작품 제작...710
• (3) 제작된 의복형태의 조종기를 이용한 Mobile robot 조종 실험...711
• (4) 조종 가능한 자유도 증가 방법 연구...712
• (5) Calibration 및 사상 함수 알고리즘 보완...712
• (6) 2차 시작품 완성 및 다른 장치와의 통합...716
• (7) 의복 형태 조종기의 개선...718
• (8) 머리를 이용한 입력장치...727
• (9) 1자유도 실험장치의 햅틱 제어 기법...737
• (10) 브레이크를 포함한 실험장치의 마찰 보상...738
• (11) 실제 대상물의 힘-속도 프로파일 측정 및 햅틱 모델링...739
• (12) 2자유도 경사진 벽에 대한 MR Brake의 힘 반향 적용 범위...743
• (13) 2자유도 무마찰 경사면을 구현할 수 있는 MR Brake에 대한 Motor의 힘 반향 적용 범위...746
• (14) 휠체어 장애인용 2자유도 수동형 조이스틱 설계 및 제작...747
• 나. 로봇 인터페이스를 위한 지능형 알고리즘의 개발...749
• (1) 자율주행...752
• (2) 퍼지알고리즘을 이용한 관리자 휠체어 모드결정 방법...758
• 다. 개발된 로봇 인터페이스 및 알고리즘 실험 및 결과...766
• (1) 실험 장치...766
• (2) 머리 및 어깨 입력장치를 이용한 임상실험...770
• (3) Smart wheelchair의 다양한 장애물 회피 실험...774
• 5. Hand-held Master의 개발...784
• 가. Hand-held Master의 시제품 개발...784
• (1) Hand-held Master의 개념...784
• (2) Hand-held Master 1차시제품...787
• (3) Hand-held Master 2차시제품...789
• (4) Hand-held Master 3차시제품...797
• (5) Hand-held Master 4차시제품...802
• (6) Hand-held Master 5차시제품...813
• (7) 가상 텔레로봇시스템...818
• 나. Master-Slave 제어알고리즘 개발...819
• 다. Hand-held Master 적용방안 도출...822
• 제 4 절 수직 철골 용접 로봇 시스템 개발...824
• 1. 수직철골 용접로봇 시스템의 개발목표...824
• 2. 개념 정립 및 기본 설계...826
• 3. 수직철골 용접 로봇 시스템의 H/W 설계 및 시제품 제작...829
• 가. 시스템 구성 및 주행 메커니즘 설계...829
• 나. 소형 용접 로봇 및 제어기 개발...840
• 다. 용접 기구부 설계...844
• 라. 용접로봇 장탈착을 의한 이동리프트 시스템...845
• 4. 수직철골 용접 로봇 시스템의 S/W 설계...847
• 가. 기능 구현 S/W 개발...847
• 나. 지지부의 Uncertainly가 존재할 때 용접로봇의 용접선 추종 제어법...859
• 다. 탄성지지를 갖는 다축 Robot의 외계피드백 제어...867
• 라. 장애물 회피 알고리즘 개발...879
• 5. 용접로봇 시스템의 용접 작업 구현...886
• 가. 레이저 센서를 이용한 로봇 자동 용접...886
• 나. 아크센서를 이용한 용접선 추적 기법...893
• 다. Multi-pass 용접 기능 구현...898
• 라. 용접 품질 시험...902
• 6. 연구 성과...906
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...908
• 제 1 절 서비스로봇 기술 개발 사업단...908
• 제 2 절 이동기능을 갖는 로봇 조작기술 개발...909
• 1. 고속 mobile 및 manipulation 기술 개발...909
• 2. 이동형 정보서비스로봇 개발...910
• 3. 형상적응형 universal hand 개발...911
• 제 3 절 지능형 인간-로봇 상호 작용 기술 개발...912
• 1. 인간친화형 소프트 로봇팔의 구현...912
• 2. Visual Servoing과 생체신호를 이용한 로봇 팔 제어...913
• 가. 주위환경에 적응하며 인간 친화적인 Visual Servoing 기술...913
• 나. 로봇 팔 제어 알고리즘을 위한 생체 신호(EMG) 분류 기술...915
• 3. 눈동자 추적에 의한 대상물체 지적(Eye-mouse 시스템) 및 인터페이스 기술 개발...916
• 4. Body Motion을 이용한 로봇 인터페이스 개발...918
• 5. Hand-held Master의 개발...919
• 제 4 절 수직 철골 용접 로봇 시스템 개발...920
• 1. 연구개발 목표 달성도...920
• 2. 대외 기여도...921
• 3. 파급 효과 및 향후 전망...922
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...924
• 제 1 절 서비스로봇 기술 개발 사업단...924
• 제 2 절 이동기능을 갖는 로봇 조작기술 개발...925
• 1. 고속 mobile 및 mainipulation 기술 개발...925
• 2. 이동형 정보서비스로봇 개발...927
• 3. 형상적응형 universal hand 개발...927
• 제 3 절 지능형 인간-로봇 상호 작용 기술 개발...928
• 1. 인간친화형 소프트 로봇팔의 구현...928
• 2. Visual Servoing과 생체신호를 이용한 로봇 팔 제어...929
• 가. 주위환경에 적응하며 인간 친화적인 Visual Servoing 기술...929
• 나. 로봇 팔 제어 알고리즘을 위한 생체 신호(EMG) 분류 기술...930
• 3. 눈동자 추적에 의한 대상물체 지적(Eye-mouse 시스템) 및 인터페이스 기술 개발...930
• 4. Body Motion을 이용한 로봇 인터페이스 개발...931
• 5. Hand-held Master의 개발...931
• 제 4 절 수직 철골 용접 로봇 시스템 개발...932
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학업단...936
• 제 2 절 이동기능을 갖는 로봇 조작기술 개발...936
• 1. 고속 mobile 및 mainipulation 기술 개발...936
• 제 3 절 지능형 인간-로봇 상호 작용 기술 개발...938
• 1. 인간친화형 소프트 로봇팔의 구현...938
• 2. Visual Servoing과 생체신호를 이용한 로봇 팔 제어...938
• 3. 눈동자 추적에 의한 대상물체 지적(Eye-mouse 시스템) 및 인터페이스 기술 개발...943
• 4. Body Motion을 이용한 로봇 인터페이스 개발...944
• 5. Hand-held Master의 개발...944
• 제 7 장 참고문헌...946
• 제 1 절 서비스로봇 기술 개발 사업단...946
• 제 2 절 이동기능을 갖는 로봇 조작기술 개발...946
• 1. 고속 mobile 및 mainipulation 기술 개발...946
• 2. 이동형 정보서비스로봇 개발...954
• 제 3 절 지능형 인간-로봇 상호 작용 기술 개발...957
• 1. 인간친화형 소프트 로봇팔의 구현...957
• 2. Visual Servoing과 생체신호를 이용한 로봇 팔 제어...958
• 3. 눈동자 추적에 의한 대상물체 지적(Eye-mouse 시스템) 및 인터페이스 기술 개발...961
• 4. Body Motion을 이용한 로봇 인터페이스 개발...964
• 5. Hand-held Master의 개발...966
• 제 4 절 수직 철골 용접 로봇 시스템 개발...967
• 연구결과 활용계획서...970
• 위탁과제...1064
• 1. 이동로봇을 위한 자동 지도작성 및 위치측정 알고리즘의 개발(고려대학교, 송재복)...1066
• 2. 이중 능동 유니버셜 관절을 이용한 로봇 손가락 메카니즘 개발(성균관대학교, 최혁렬)...1080
• 3. 서비스로봇 제어를 위한 시스템개발 및 그 기반 환경 구축(경희대학교, 이순걸)...1090
• 4. 비젼 시스템을 이용한 사람 인식 및 추적(서울대학교, 박종우)...1114
• 5. Stand alone type의 vision board를 이용한 Human Robot Interaction(한국과학기술원 전자전산학과, 김종환)...1128