초록 ▼

1. 단계최종목표
- 사용자 및 로봇의 사용 안전성을 보장하기 위한 Safe Joint Mechanism을 개발하고 그 Joint Mechanism을 장착한 Safe & Speedy Manipulator 개발
- 근접 거리 측정 및 표면 접촉력 측정이 가능한 센서의 장착 및 장착된 센서와 Safe Joint Mechanism을 기반으로 Safe Manipulation 구현을 위한 제어 Safe Strategy 도출
- 팔의 위치 등의 불확실성이 존재하는 환경에서 다중 센서 정보를 활용하여 성공률 90% 수준의 반족

1. 단계최종목표
- 사용자 및 로봇의 사용 안전성을 보장하기 위한 Safe Joint Mechanism을 개발하고 그 Joint Mechanism을 장착한 Safe & Speedy Manipulator 개발
- 근접 거리 측정 및 표면 접촉력 측정이 가능한 센서의 장착 및 장착된 센서와 Safe Joint Mechanism을 기반으로 Safe Manipulation 구현을 위한 제어 Safe Strategy 도출
- 팔의 위치 등의 불확실성이 존재하는 환경에서 다중 센서 정보를 활용하여 성공률 90% 수준의 반족 작업이 가능한 컵 놓기, 문 열기 등의 조작 작업 기능 구현
- 인간 공존 환경에서 신뢰성 있게 사용가능한 Manipulation 조작 작업의 Auto-Gain Tuning을 위하여, 교시 학습을 기반으로 접촉 작업에 적용 가능한 학습 알고리즘 기법 개발
2. 개발내용 및 결과
- Parallel Mechanism을 기본으로한 400w급 가변 강성 조인트 Moduel 개발
- 실용적, 저가형의 고정 항복 토크값을 가진 Safe Joint Mechanism 개발(Spring-Clutch)
- Safe-Joint Mechanism을 장착한 7축 Manipulator 개발
- 거리 측정 및 표면 접촉력 측정이 가능한 인공피부 센서와의 통합작업 및 활용 가능성 타진
- Safe-Joint Mechanism과 거리측정 센서를 장착한 Manipulator에 사용 가능한 Safe Strategy 수립 및 신뢰성 검증
- 접촉 작업을 위한 순응 제어 (compliance control) 기술 개발
- 다중 해상도 맵을 이용하고 스케일링 시리즈 파티클 필터 알고리즘에 기반하여 이동 조작에 필요한 상태 추정 문제를 해결할 수 있는 UFMM (Unified Framework fort Mobile Manipulation) 개발 및 문 열기 기술에 적용
- 힘-모멘트 센서 정보와 비전 센서 정보를 결합하여 안전하고 신뢰성 높은 물체 조작 기술 개발 및 컵 놓기 기술에 적용
- 파지 물체에 대한 중력 보상 알고리즘 개발 개발
3. 기대효과(기술적 및 경제적 효과)
$\cdot$ 개발된 가변 강성 유닛은 인간과 공존해야 하는 서비스 로봇에 필수적으로 필요한 부품으로서 서비스 로봇 시장의 활성화와 함께 상품화 되어 다양한 용도로 응용될 가능성이 높다.
$\cdot$ 저가형 및 실용성을 기본 목표로 해서 개발된 Spring-Clutch의 경우 현재 참여 기업등에서 상용화에 높은 관심을 가지고 있으며 초기 서비스 로봇 시장의 활성화에 기여 및 다양한 시장성을 가지고 있다.
$\cdot$ 본 과제에서 개발된 로봇 Arm에 적용된 설계 기술은 향후 서비스 로봇에 장착될 로봇 Arm의 표준 모델로 사용될 것을 목표로 개발 되었기에 향후 다양한 서비스 로봇 Mechanism개발의 기반으로 활용되어 다양한 응용 분야로 확장 될 가능성이 높다.
$\cdot$ 접촉 작업을 위한 compliance 제어 기술은 로봇 팔을 갖고 있는 서비스 로봇이 기본적으로 갖추고 있어야 할 요소 기술이므로 서비스 로봇을 이용한 시장의 창출 및 확대에 필수적이다.
$\cdot$ 힘 정보와 비전 정보를 융합하여 조작 작업의 강인성과 신뢰도를 높이는 기술은 향후 서비스 로봇뿐만 아니라 산업용 로봇의 조작 기술 개발에 기본 요소 기술로 적용될 수 있다.
$\cdot$ 파지 물체에 대한 중력 보상 알고리즘은 무거운 물체를 다루는 로봇 팔의 순응 조작 기술을 개발하기 위하여 반드시 갖추고 있어야 하므로, 로봇 팔을 이용하는 응용 조작 기술 개발에 기여할 수 있다.
$\cdot$ 학습을 통하여 순응 제어 이득을 자동으로 설정하고 조절하는 기능은 향후 서비스 로봇이 일반 가정 환경에 보급될 때 다양한 환경에 쉽게 적응하기 위하여 필수적인 기술이므로 가정용 로봇 시장 창출에 기여할 수 있다.
$\cdot$ 현재의 시장형성 단계에 있는 가정용 서비스 로봇의 시장을 목표로 보다 다양하고 지능적인 매니퓰레이션 기능의 개발을 통한 세계시장 선점의 기회를 잡을 수 있음
4. 적용분야
기술 진보에 의해 단순히 인간 팔/손의 종합적 운동기능의 재현을 통한 서비스 로봇의 개발에 기여할 뿐 아니라, 개발된 여러 가지 진보적 기법을 여러 가지 특화된 기능을 갖는 매니퓰레이터의 개발에 사용함으로써 건설 자동화, 원자력 플랜트의 보수, 의료/복지/해양개발/우주산업 등 새로운 분야의 로봇 도입에 현저히 공헌할 것으로 예상된다.

목차 Contents

• 제 1 장 연구 개발 과제의 개요 ... 8
• 제 1 절 연구 개요 ... 8
• 제 2 절 연구 개발의 필요성 ... 9
• 제 3 절 기존 연구 실적 ... 10
• 제 4 절 연구 개발의 최종 목표 ... 13
• 제 2 장 연구 개발 수행 내용 ... 16
• 제 1 절 가변 강성 유닛과 저가형 고정 항복 기능의 Safe Joint Mechanism 개발 및 이와 같은 Safe Joint Mechanism을 장착한 Manipulator 개발 ... 16
• 제 2 절 다중 센서 정보를 이용하여 신뢰성을 갖는 물체 조작 시술 개발 ... 47
• 제 3 절 자율 / 교시 학습을 통한 로봇 조작 ... 61
• 제 3 장 연구 결과 정리 ... 88
• 제 1 절 주요 연구 성과 ... 88
• 제 2 절 목표 달성도 ... 95