초록 ▼

1. 단계최종목표
$\cdot$ 3D animation character와 비슷한 수준의 자연스런 표정구현과 눈맞춤, 시선추종 및 립싱크가 가능한, 노인에게 친근감을 주는 마스코트형 얼굴로봇 개발
2. 개발내용 및 결과
$\cdot$ 얼굴 로봇 2차 플랫폼 개발(목표 달성률(100%)
- 입술에 대한 의료용 연질 실리콘 재질(경고10) 사용 및 개선된 형상 설계 적용으로 인한 립싱크 성능 개선(한글모음 7가지/표정입모양5가지 표현 가능)
- 웹캠 및 오픈 소스를 이용

1. 단계최종목표
$\cdot$ 3D animation character와 비슷한 수준의 자연스런 표정구현과 눈맞춤, 시선추종 및 립싱크가 가능한, 노인에게 친근감을 주는 마스코트형 얼굴로봇 개발
2. 개발내용 및 결과
$\cdot$ 얼굴 로봇 2차 플랫폼 개발(목표 달성률(100%)
- 입술에 대한 의료용 연질 실리콘 재질(경고10) 사용 및 개선된 형상 설계 적용으로 인한 립싱크 성능 개선(한글모음 7가지/표정입모양5가지 표현 가능)
- 웹캠 및 오픈 소스를 이용한 색상/패턴 인식 동시 기반의 얼굴 추적 비전 모듈 삽입
$\cdot$ 얼굴 로봇 3차 플랫폼 개발(목표 달성률(100%)
- 표정을 통한 감정 해독방법의 역적용을 통한 정형화 된 얼굴 로봇 설계 방법론 확립 및 감정표현 최적화 H/W 설계 제작
- 인간의 얼굴 구동 요소와 동일/유사한 수준의 동작 범위 및 속도 구현
- 구동부의 모듈화를 통한 구동 안정성 및 신뢰성 확보와 구동부의 경량화 및 간소화 구현
$\cdot$ 감정 표현을 위한 실시간 자동 표정 생성 프로세스 구현
- 외부 자극에 따라 로봇의 감정과 성격을 형성하고, 그에 따라 실시간으로 다양한 표정 및 제스처 생성
- No-Task상황에서 외부 환경변화에 지속적으로 반응하여 대응하는 Reactive Behavior 구현을 위한 DB 구축
- 감정 표현의 다양화를 위해 제스처, 립싱크를 이용한 표정 구현
$\cdot$ 인간과의 눈 맞춤 및 시선 추종 제어기술 개발
- 시선 추종 제어 알고리즘 개발(각속도/속도 피드백)및 실험적 검증 통한 시선 안정화 알고리즘 개발 (시선 안정화 성능: $120^{\circ}/sec$, 1Hz의 안구 회전각 외란에 대하여 시선 각 속도는 ${\pm}2^{\circ}/sec$ 이내, 최대 회전속도 $1800^{\circ}/sec$ 이상)
3. 기대효과(기술적 및 경제적 효과)
$\cdot$ 다양한 얼굴 표정이 가능한 얼굴 로봇의 친근하고 똑똑한 이미지 창출로 로봇시장에서 고부가가치화 창출
$\cdot$ 다양하고 실시간적인 표정을 로봇이 자동으로 생성하여 서비스 로봇에 대한 친근감 및 다양성을 높임으로써, 향후 서비스 로봇 시장에서의 시장 경쟁력 확보가 가능하며, 서비스 로봇시장에서 그 효과가 지대할 것으로 예상됨.
$\cdot$ 구기 운동을 하거나 이동 중 pick & place를 하는 기능뿐 만 아니라 뛰면서 영상을 획득하는 것도 가능해짐으로써 안정된 영상 획득을 필요로 하는 이동형 방송매체 등에서도 활용 가능.
4. 적용분야
$\cdot$ 노인 생활지원 로봇 이외에도 각종 안내, 의료, 복지 로봇에 활용.
$\cdot$ 3D 아바타를 통한 감정 표현 및 립싱크 구현 기술은 다가오는 유비쿼터스 시대에 S/W robot 또는 유비쿼터스 에이전트로서 IT 분야에서 활용.
$\cdot$ 시선 추종 제어 기술 활용을 통한 원격 화상 회의용 추적 카메라 모듈 활용.

목차 Contents

• 제 1 장 서론 ... 8
• 제 1 절 연구개발의 필요성 ... 8
• 1. 기술적 측면 ... 8
• 2. 경제.산업적 측면 ... 8
• 3. 사회.문화적 측면 ... 9
• 제 2 절 기존 연구 사례 및 현황 ... 10
• 1. 로봇 얼굴 감정 표현 관련 분야 ... 10
• 2. 얼굴 표정 모델링 및 애니메이션 분야 ... 22
• 3. 소형 엑추에이터 분야 ... 24
• 4. 립싱크 분야 ... 27
• 5. 안구 구동 및 시선제어, 시선 안정화 분야 ... 28
• 6. 현기술상태의 취약성 ... 28
• 7. 앞으로의 전망 ... 29
• 제 3 절 연구목표 및 연차별 추진전략 ... 30
• 1. 최종목표 ... 30
• 2. 2단계 세부 목표 ... 30
• 3. 2단계 연차별 연구개발 목표 ... 30
• 4. 연차별 추진전략 ... 31
• 제 2 장 기술개발 내용 및 방법 ... 36
• 제 1 절 1차년도 기술개발 내용 및 방법 ... 36
• 1. 로봇 얼굴 감정 표현 및 하드웨어 분야 ... 36
• 2. 다자유도 소형 엑츄에이터 분야 ... 42
• 3. 시선 추종 및 눈맞춤 분야 ... 45
• 4. 인간과 상호 작용이 가능한 3D 아바타 분야 ... 48
• 제 2 절 2차년도 기술개발 내용 및 방법 ... 51
• 1. 로봇 얼굴 감정 표현 및 하드웨어 분야 ... 51
• 2. 로봇 감정 및 표현 자동생성 분야 ... 60
• 3. 시선추종 및 눈맞춤 분야 ... 65
• 4. 인간과 상호작용이 가능한 3D아바타 분야 ... 68
• 제 3 절 3차년도 기술개발 내용 및 방법 ... 70
• 1. 로봇 얼굴 감정 표현 및 하드웨어 분야 ... 70
• 2. 로봇 감정 및 표현 자동생성 분야 ... 76
• 3. 시선추종 및 눈맞춤 분야 ... 86
• 제 3 장 결과 및 향후계획 ... 88
• 제 1 절 연구개발 결과 ... 88
• 1. 2단계 연차별 연구개발 목표 및 달성내용 ... 88
• 2. 연구성과 ... 90
• 제 2 절 연구개발 성과물 ... 94
• 1. 논문발표 ... 94
• 2. 산업재산권 ... 95
• 3. 전시회 참가 ... 95
• 4. 연구개발성과의 실용화 전망 ... 96
• 5. 연구개발을 통하여 파생된 성과 ... 97
• 제 3 절 향후 계획 ... 99
• 1. 향후 연구개발의 최종목표 ... 99
• 2. 향후 연구 내용 ... 99
• 참고 문헌 ... 100