초록 ▼

1. 고속 mobile 및 manipulation 기술 개발
- 로봇손과 팔, 전방향 이동부로 구성되는 PSR(Public Service Robot) 1 플랫폼을 개발하여 실내환경에서 주행, 조작 시험.
- 자율주행, 조작을 위한 알고리즘과 다양한 센서 및 제어기 등을 통합하기 위한 제어구조를 정의하여 통합 시스템 구현.
- 분산형 제어기, passive compliant joint를 탑재한 PSR 2 플랫폼 시제작 완성.
- 안내형 도우미 로봇 시제작 완성.
2. 이동형 정보서비스로봇 개발

1. 고속 mobile 및 manipulation 기술 개발
- 로봇손과 팔, 전방향 이동부로 구성되는 PSR(Public Service Robot) 1 플랫폼을 개발하여 실내환경에서 주행, 조작 시험.
- 자율주행, 조작을 위한 알고리즘과 다양한 센서 및 제어기 등을 통합하기 위한 제어구조를 정의하여 통합 시스템 구현.
- 분산형 제어기, passive compliant joint를 탑재한 PSR 2 플랫폼 시제작 완성.
- 안내형 도우미 로봇 시제작 완성.
2. 이동형 정보서비스로봇 개발
- 가정에서 활용할 수 있는 이동형 정보서비스 로봇의 platform 개발
- Visual navigation을 수행할 수 있는 robot system 개발
- 인간과의 visual and voice interface가 가능한 시스템 개발
- Internet에 의한 robot system의 원격제어가 가능한 시스템 개발
3. 세척 및 도장을 위한 벽면이동로봇의 개발
4. 3차원 비젼에 의한 로봇 자동 프로그래밍 시스템 개발
5. 저가형 컬러 스테레오 시각 시스템 개발
6. 형상적응형 universal hand 개발
8개의 진공컵을 가지고 금형 교환 시에 미리 입력된 프로그램에 따라 다음 대상물의 크기와 형상에 맞도록 진공컵의 위치가 자동으로 조절되는 형상 적응이 가능한 이송용 유연 그립퍼 장치를 개발했다. 무게, 크기, 작업 영역 등의 현장의 제한조건을 만족하는 다양한 형상을 연구 제작하여 시험했으며 최종안을 제작 완료했고 실질작업공간에서의 성능도 시험했다.

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 mobie manipulator which carry out various indoor service robotic applications. The PSR

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 mobie manipulator which carry out various indoor service robotic applications. The PSR (Public Service Robot) platform is equipped wit a 3 fingered robotic hand, a 6 DOF robot manipulator, a holonomic omni-directioal 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 algorithim and behaviour coordination modules. The manipulation task of the PSR is based on the eye-in-hand visual information, Once the location of the target object of identified, visual servoing manipulation algorithm enables pick and place manipulation tasks. n order to efficient carry out successful system integratin, three schemes are developed : 1) Layered functionality diagram 2) Class diagram 3) PetriNet based configuration diagram. The developed algorithms, hardware and software components were successfully ntegrated and experimentally tested on the platform
1.2 Mobile information service robot
We expect that human will actively use intelligent robot system as one of electric home appliances and communicate with it in the feature. Therefore, in this research we are aiming at developing the mobile robot system that can communicate with human in home. We are to develop the intelligentt mobile robot system that can communicate with human in home, execute home-surveillance and be moved by remote control through internet. The main research topics are as follows:
(1) Developing mobile robot platform which is pertinent to the use in home.
- 200${\times}$400${\times}$200 mm, bi-directional wheel mechanism whic can overcome doorsill, 0.5 m/sec navigation speed and operating during 3 hours with bttery
(2) Developing compact mobile manipulator
- Compliance control and door opening technology
(3) Developing visual navigation technology with stereo camera
- Low-priced stereo camera system
- map-building ad localization algorithm
(4) Developing a simple task commnd system with voice communication and GUI
(5) Developing an internet-based remote control technology about robot system We developed:
(1) Developed two robot systems that an use in home
- We designed and developed 2 robot systems for home service. The size of robot sytems is within 300${\times}$400${\times}$300 mm, and its navigation speed is maximum 0.5 m/sec. Also, we developed a compact CAN-based motor controller.
(2) Developed a mobile manipulator
- It has the weight of 5 kg and passive compliance using joint torque sensor.
(3) Developed visual navigation technology with stereo camera
- Developed a CMOS stereo camera with IEEE-1394 interface
- By using stereo depth, we developed a hybrid map-representation and localization technology.
(4) Developed a simple task commans system with voice communication and GUI
- Voice location and recognition system
(5) Developed an internet-based remote control technology about robot system
- By using ActiveX and TCP/IP, we could control and monitor the robot system.
In this project, we developed the intelligent robot system that is pertinent to the use in home. On the basis of this practical research, we are to make an effort to commercialize this robot system with Yujin Robotics Inc., which are participating in this project.
1.3 Development of flexible type universal gripper
In automotive plant lines, automatic loader and unloader are used to feed workpiece to and from each press. Each attachment, which has many vacuum cups, is installed at the end of loader and unloader ad has to be replaced with another attachmentevery time the die s changed to press different part. Because each press has to produce many different parts, the total number of attachments are hugs and maintenance and storage of that are big problem and a serious bottleneck in improving productivily. In this research, a flexible gripper which can automatically adjust each vacuum cup position thereby replacing all attachments with one flexible gripper has been developed. A very nie system congorming field requirements like weight, mainmum height, strength, etc., has been developed through many improvements over initial design developed in last year. The system is under final machining and assembly and will be throughly tested.

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...2
• 보고서 초록...6
• 요약문...8
• SUMMARY...22
• CONTENTS...24
• 목차...31
• 제1장 연구개발과제의 개요...38
• 제2절 이동기능을 갖는 로봇 조작기술 개발...38
• 1. 고속 mobile 및 manipulator 기술 개발...38
• 1. 이동기술...39
• 가. 위치추정 기술...39
• 나. 운동제어 기술...39
• (1) 통합 운동 제어 시스템...39
• (2) path coverage를 위한 wall following 알고리즘 개발...40
• 2. 조작기술...40
• 가. 안전 조작...40
• 나. PSRl manipulator 개발...41
• 다. 로봇 손 개발...42
• 라. 핸드를 이용한 협조조작...43
• 3. 시스템기술...45
• 가. 제어구조 설계...45
• 나. 사용자 인터랙션...45
• 다. 안내로봇 시스템 개발...46
• 2. 이동형 정보서비스로봇 개발...46
• 3. 세척 및 도장을 위한 벽면 이동 로봇 개발...47
• 가. 기구 설계 측면에서의 연구 과제...47
• 나. 로봇 제어 측면에서의 해결과제...50
• 4. 3차원 비전에 의한 로봇 자동 프로그래밍 시스템 개발...51
• 5. 저가형 컬러 스테레오 시각 시스템 개발...52
• 6. 형상적응형 universal hand 개발...53
• 제2장 국내외 기술개발 현황...56
• 제2절 이동기능을 갖는 로봇 조작기술 개발...56
• 1. 고속 mobile 및 manipulator 기술 개발...56
• 1. 이동기술...56
• 가. 위치추정 기술...56
• 나. 운동제어 기술...57
• (1) 통합 운동 제어 시스템...57
• (2) path coverage를 위한 wall following 알고리즘 개발...59
• 2. 조작기술...59
• 가. 안전 조작...59
• 나. PSR1 manipulator 개발...62
• 다. 로봇 손 개발...66
• 라. 핸드를 이용한 협조조작...68
• 3. 시스템기술...69
• 가. 제어구조 설계...69
• 나. 사용자 인터랙션...71
• 다. 안내로봇 시스템 개발...73
• 2. 이동형 정보서비스로봇 개발...77
• 가. Robot 시스템 기술...77
• 나. Mobile navigation...79
• 다. Visual interface...79
• 라. 음원 방향검출 및 음성인식 시스템...81
• 마. Software architecture...83
• 바. internet 기반 원격제어 기술 개발 (위탁연구, 경희대)...83
• 사. Mobile manipulator system...84
• 3. 세척 및 도장을 위한 벽면 이동 로봇 개발...87
• 4. 3차원 비전에 의한 로봇 자동 프로그래밍 시스템 개발...92
• 5. 저가형 컬러 스테레오 시각 시스템 개발...92
• 6. 형상적응형 universal hand 개발...93
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과...94
• 제2절 이동기능을 갖는 로봇 조작기술 개발...94
• 1. 고속 mobile 및 manipulator 기술 개발...94
• 1. 이동기술...94
• 가. 위치추정 기술...94
• (1) 인공표식를 이용한 자가 위치 추정 기술...94
• (2) probabilistic localization method...95
• (3) 초음파 센서 인터페이스...110
• (4) Laser Range Finder...110
• (5) IR 센서...111
• 나. 운동제어 기술...112
• (1) 통합 운동 제어 시스템...112
• (2) path coverage를 위한 wall following 알고리즘 개발...119
• 2. 조작기술...132
• 가. 안전 조작...132
• (1) 안전 지수 및 방안...133
• (2) PSR 2 암의 설계...134
• (3) 안전 평가 및 자기유변 유체를 이용한 댐퍼의 진동감쇠 실험...149
• (4) 매니퓰레이터의 컴플라이언스 분석...151
• (5) PSR2 암의 실험 환경...152
• (6) 입력다듬기기법을 사용한 암의 진동제거...154
• 나. PSR1 manipulator 개발...158
• (1) PSR 1 매니퓰레이터의 제어 기술...158
• (2) 비전을 이용한 매니퓰레이터의 제어...169
• (3) 조작을 위한 대상물체 측정...173
• 다. 로봇 손 개발...180
• (1) 로봇 손의 프로토 타입과 사양...180
• (2) 로봇 손의 제어...181
• 라. 핸드를 이용한 협조조작...197
• (1) 문 열기 과제의 프로세스...197
• (2) Fingertip 힘 정보를 이용한 외력 추정...198
• (3) Parameter Estimation...201
• (4) Detection object shape...205
• (5) 실험...206
• 3. 시스템기술...212
• 가. 제어구조 설계...212
• (1) 개요...213
• (2) 제어 구조의 개괄적 설명...214
• (3) 제어 구조의 요소별 설명...228
• (4) 실험 결과...232
• (5) 결론...233
• 나. 사용자 인터랙션...233
• (1) 음성인식 및 합성 기술...235
• (2) Robot Knowledge Management System...236
• (3) 제스쳐...237
• (4) 웹기반 멀티미디어 기술...238
• 다. 안내로봇 시스템 개발...238
• (1) 연구동기...238
• (2) 연구내용 및 결과...238
• 2. 이동형 정보서비스로봇 개발...243
• 가. Robot 시스템 기술...243
• 나. Mobile navigation...249
• 다. Visual interface...268
• 라. 음원 방향검출 및 음성인식 시스템...278
• 마. 인터넷 기반 원격제어 기술...287
• 바. Software architecture...287
• 사. Mobile manipulator system...294
• 3. 세척 및 도장을 위한 벽면 이동 로봇 개발...310
• 가. 벽면 이동기구의 설계...310
• 나. 세척 로봇용 창틀 승월 시스템 개발...321
• 다. 세척기구의 개발...325
• 라. 페인팅 기구의 개발...328
• 마. 로봇 탑재형 제어기의 개발...330
• 바. 이동경로 추종 제어 알고리듬 개발...335
• 사. 로봇 경로 입력 및 모니터링 프로그램 개발...336
• 아. Vision system을 이용한 도장 프레임의 상대오차 측정 알고리듬 개발...338
• 4. 3차원 비전에 의한 로봇 자동 프로그래밍 시스템 개발...340
• 가. 개요...340
• 나. 시스템 구성...341
• 다. 실험...350
• 라. 결과...357
• 5. 저가형 컬러 스테레오 시각 시스템 개발...358
• 가. 시각시스템 사양 및 구성...358
• 나. 신호처리소자 TMS320C6701...361
• 다. 하드웨어 상세설계...391
• 6. 형상적응형 universal hand 개발...405
• 가. 수평 2방향 위치 조절 장치...405
• 나. 수직 방향 위치 조절 장치...406
• 다. 진공컵의 2방향 회전각도 조절 장치...408
• 라. CAN을 이용한 모터 및 공압 개폐용 solenoid 밸브 제어...410
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...412
• 제2절 이동기능을 갖는 로봇 조작기술 개발...412
• 1. 고속 mobile 및 manipulator 기술 개발...412
• 2. 이동형 정보서비스로봇 개발...414
• 3. 세척 및 도장을 위한 벽면 이동 로봇 개발...416
• 4. 3차원 비전에 의한 로봇 자동 프로그래밍 시스템 개발...417
• 5. 저가형 컬러 스테레오 시각 시스템 개발...418
• 6. 형상적응형 universal hand 개발...418
• 제5장 연구개발결과의 활용계회...420
• 제2절 이동기능을 갖는 로봇 조작기술 개발...420
• 1. 고속 mobile 및 manipulator 기술 개발...420
• 1. 이동기술...421
• 2. 조작기술...422
• 3. 시스템기술...424
• 2. 이동형 정보서비스로봇 개발...425
• 3. 세척 및 도장을 위한 벽면 이동 로봇 개발...427
• 4. 3차원 비전에 의한 로봇 자동 프로그래밍 시스템 개발...427
• 5. 저가형 컬러 스테레오 시각 시스템 개발...427
• 6. 형상적응형 universal hand 개발...428
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...430
• 제2절 이동기능을 갖는 로봇 조작기술 개발...430
• 1. 고속 mobile 및 manipulator 기술 개발...430
• 1. 이동기술...430
• 2. 조작기술...430
• 3. 시스템기술...436
• 2. 이동형 정보서비스로봇 개발...437
• 3. 세척 및 도장을 위한 벽면 이동 로봇 개발...441
• 4. 3차원 비전에 의한 로봇 자동 프로그래밍 시스템 개발...441
• 5. 저가형 컬러 스테레오 시각 시스템 개발...441
• 6. 형상적응형 universal hand 개발...441
• 제7장 참고문헌...442
• 제2절 이동기능을 갖는 로봇 조작기술 개발...442
• 1. 고속 mobile 및 manipulator 기술 개발...442
• 1. 이동기술...442
• 가. 위치추정 기술...442
• 나. 운동제어 기술...443
• (1) 통합 운동 제어 시스템...443
• (2) path coverage를 위한 wall following 알고리즘 개발...444
• 2. 조작기술...444
• 가. 안전 조작...444
• 나. PSR1 manipulator 개발...446
• 다. 로봇 손 개발...446
• 라. 핸드를 이용한 협조조작...448
• 3. 시스템기술...449
• 2. 이동형 정보서비스로봇 개발...450
• 3. 세척 및 도장을 위한 벽면 이동 로봇 개발...453
• 4. 3차원 비전에 의한 로봇 자동 프로그래밍 시스템 개발...454
• 5. 저가형 컬러 스테레오 시각 시스템 개발...454
• 6. 형상적응형 universal hand 개발...454
• 특정연구개발사업 연구결과 활용계획서...456
• [첨부1]...458
• [첨부2]...467
• 위탁과제...508