초록 ▼

3. 연구개발의 내용 및 범위
특수분장 기술과 관절의 유연한 동작을 보여주는 애니매트로닉스 모형의 제작을 통한 애니매트로닉스 모형 제작기술 및 표준화기술 확보
○ 애니매트로닉스 모형에 맞는 관절 유형별/부분별 부품 표준화 기술 개발 .
○ 애니매트로닉스 모형에 따른 동작 및 모터 제어기술 개발.
○ 유연한 동작 처리를 위한 애니매트로닉스 모션 제어기술 개발.
○ 유형별 애니매트로닉스 기반 실물 모형 제작.
○ 특수분장 기법을 활용하여 보다 자연스럽고 실제에 가까운 Life Like 형태의 애니매트릭스

3. 연구개발의 내용 및 범위
특수분장 기술과 관절의 유연한 동작을 보여주는 애니매트로닉스 모형의 제작을 통한 애니매트로닉스 모형 제작기술 및 표준화기술 확보
○ 애니매트로닉스 모형에 맞는 관절 유형별/부분별 부품 표준화 기술 개발 .
○ 애니매트로닉스 모형에 따른 동작 및 모터 제어기술 개발.
○ 유연한 동작 처리를 위한 애니매트로닉스 모션 제어기술 개발.
○ 유형별 애니매트로닉스 기반 실물 모형 제작.
○ 특수분장 기법을 활용하여 보다 자연스럽고 실제에 가까운 Life Like 형태의 애니매트릭스 모형들을 만들어냄.
○ 기존의 폐쇄적인 작업 방식에서 벗어나 기본적인 데이터를 구축하고 방법을 체계화하여 기술을 활성화하고 보급함.
가. 기술개발 내용
(1) 애니매트로닉스 모형에 맞는 관절 유형별/부분별 부품 표준화 기술 개발.
- 애니매트로닉스의 모형 종류에 따라 각기 다른 형태의 부품들이 필요하므로 다양한 종류 및 특성을 갖는 관절에 적용 가능한 부품 표준화 기술
(2) 애니매트로닉스 모형에 따른 동작 및 모터 제어기술 개발.
- 애니매트로닉스 모형 관절 및 근육의 움직임을 자연스럽게 구현하는 기술로 관절과 근육의 움직임을 표현하는 다수의 엑츄에이터의 유연한 복합 제어기술
- 모형의 사실적 동작표현을 위한 움직임, 이동, 원격 무선 제어기술
- 다수 개의 애니매트로닉스 모형을 동시에 제어하는 동시성 제어기술
(3) 유연한 동작 처리를 위한 애니매트로닉스 모션 제어기술 개발.
- 애니매트로닉스 모형이 실제의 움직임처럼 유연한 움직임을 갖기 위한 다축 동시 제어기술
- 부드럽고 매끈한 움직임을 위한 보간 제어기술
(4) 유형별 애니매트로닉스 기반 실물 모형 제작.
나. 세부 기술개발 내용
(1) 모형에 맞는 관절 유형별/부분별 부품 표준화연구
○ 이 분야에 대한 연구의 근본적인 목표는 애니매트로닉스 모형 제작시에 부품 표준화로 시스템화된 제작 절차를 적용하여 대량생산을 통한 단가 절감에 있다.
○ 기계동작을 유연하게 실현하기 위해서는 반드시 그 구동원의 핵심인 엑추에이터인 모터제어 기술을 필요로 한다. 모터 제어기술은 모터의 활용기술과 그 모터를 이용한 구동제어 기술로 나뉜다. 애니매트로닉스 기법에서 사용되는 섬세하고 유연하며, 동작자유도가 높은 운동을 실현하기 위해서는 소형모터의 기술이 필요불가결하다. 소형모터는 최근 OA, FA, 정보기기의 고속성장에 힘입어 응용제품의 고품질화, 소형 경량화 및 소비에너지 저감화에 대응하는 기술이 절실히 요구되고 있다.
○ 일반적으로 우리 주변에서 사용되는 전기˙전자기기의 주요 구동원은 모터가 차지하고 있으며, 응용기기의 소형˙정밀화에 따라 그 기능적 위상은 더욱 높아지고 있다. 기계장치와 운동의 유연성의 면에서 볼 때 모터기술은 그 기계나 동작을 표현하는 장치의 심장이라고 해도 과언이 아니다.
○ 또한 애니매트로닉스의 동작을 실현하기 위해서는 모형을 이루는 컨트롤용 서보모터의 개발이 요구된다.
○ 국내외 대표적인 관절에 사용되는 모터에 대한 조사를 통해, 이를 애니매트로닉스 모형에 따라 크기별 부분별로 적용되는 모터의 크기, 토크 및 출력 등에 관한 관절 특성 파라메타를 통해 부품 표준화를 추진한다.
(2) 애니매트로닉스 모형의 모터 및 동작제어
○ 동작 및 모터제어 기술에 대한 목표 사양
(3) 모형의 유연한 모션제어 기법
로봇의 이족보행 제어와 같이 대형의 복잡한 시스템들을 실시간으로 운용 및 관리하는데 있어서 선결하여야 할 가장 중요한 과제 중의 하나는 막대한 양의 제어 및 계측 관련 데이터들을 적시에 수집하여 가공한 후 이를 적시, 적소에 분배해줄 수 있는 데이터 처리 기술을 구축하는 것이다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로 배선의 감소, 유지, 보수, 진단의 용이성 그리고 신속한 공정이라는 장점을 이용하여 대형의 복잡한 시스템을 여러 개의 분산된 부 시스템으로 모듈화하고, 각각의 부 시스템들의 제어기능을 동시에 수행하는 컴퓨터들을 통신망으로 연결하는 컴퓨터통신망의 사용이 확산되고 있다. 다음 그림2-8은 통신망을 이용한 동기화 동작제어 시스템의 개략도 이다.
위의 그림3과 같이 동작제어 시스템은 인터페이스에 의한 서보 제어기, 모터, 동작제어기, 그리고 제어를 위한 통신망으로 구성된다. 이 제어 통신망 제어 시스템은 동작 제어기가 각 축 별로 위치한 서보 제어기에 데이터를 고속으로 전달해주는 체제로 구성되어 있어서 많은 양의 수치계산을 할 수 있도록 설계되었다. 축 조정용 서보 제어기는 각각의 모터를 컴퓨터에 의해 정교하게 제어할 수 있어서 동작 제어기는 아주 쉽게 복잡한 움직임을 생성할 수 있으며 수정 또한 쉽게 할 수 있다. 그래서 통신망에 연결된 여러 축에 동시에 제어 신호와 피드백 정보를 고속으로 전송하기 위해 통신 주기가 1ms이하가 되어야 하며, 동기화 또한 1μs내에서 이루어져야 한다. 그래서 높은 효율의 동작 제어를 위해 통신망의 대역폭을 어떻게 각서보 제어기에 할당하는 가 이것이 문제로 대두되고 있다.
최근에 통신망기반의 동기화 동작제어에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. Master-slave의 접근, 크로스 커플링 방법, 동기화를 위한 퍼지로직 커플링제어, 뉴로 제어기, 필드버스 기반 동기화 동작제어, 이더넷을 이용한 분산제어, 그리고 캔버스 기반의 동작제어가 있다.
컴퓨터는 토오크 와 gear reduction ratios등 파라미터들을 계산하여 기준 궤적을 산출하여 동시에 각서보 제어기들로 제어 통신망의 버스를 통해 보내지며 아울러 서보 제어기로부터 센서로부터 위의 파라미터 정보를 받아들인다. 컴퓨터는 동작을 빠르고, 정확하며, 유연한 동작을 위해 궤적 오차를 최소화하고 연속된 운동 명령을 부드럽게 하기위해 보간법과 유사한 퍼지 제어 알고리즘을 이용, 새로운 궤적을전송하는 방식으로 각 축의 동작을 동시에 제어한다.
(4) 특수분장 기술 분야
○ 특수분장 제작 기술
- 플라스틱, 우레탄 류의 기계적인 뼈대의 소재개발 등 소재 발굴이 필요함. 뼈대의 구동은 스킨의 움직임으로 연결된다. 이에 뼈대의 소재는 가벼우면서 견고한 소재가 되어야 구동의 원동력인 모터의 선택에 있어 경제성을 갖는다. 또한 스킨의 소재별 탄성과 모터 재원간의 테스트를 거쳐 DATA 구체화를 통해 모터 선택의 경제성을 갖는다.
○ 특수분장 재료 선택 및 표면 표현 기술
- 현재 특수분장 재료는 Foam Latex를 주로 사용하고 있으며, 현실적으로 미국에서 제작되는 애니매트로닉스의 스킨의 대부분이 이것이다. 이는 재질의 특성상 근육움직임과 여러 동작들을 표현할 수 있다. 특수 분장의 기술과 표현방법들이 다양함에 따라, 재료 또한 많은 개발과 테스트가 필요하다. 새로운 실리콘 젤이나 틴베이스 실리콘류의 제품을 시작하는 시점이며, 폴리우레탄 계열의 스킨류도 사용이 가능하며, 보다 정교한 작업을 위해, 색상 개발 및 채색염료의 다양화도 요구되고 있다.
○ 하드웨어 모형(기계적인 뼈대)과 특수분장 표피(스킨)의 결합 기술
- 제작된 하드웨어 모형의 입히는 특수분장 표피는 모형의 움직임과 자연스럽게 부합되어 좀 더 사실적으로 표현되어야 하는데, 이를 위해서는 모형이 가지는 움직임에 따른 피부근육의 유사한 방향성과 크기를 가져야하며, 스킨이 가지는 투명도 만들어 내야한다. 움직임의 방향성과 크기는 사용되어지는 재질의 두께와 탄성을 이용할 수 있으며, 스킨의 투명도는 재질 자체의 투명도에 채색 염료 및 각종 화이버를 첨가하여 만들어낼 수 있다. 마지막으로 스킨위에 헤어나 점, 특이색상 등을 디테일 하게 작업하여 마무리 한다. 스킨과 기계적인 뼈대와의 결합 기술의 연구가 필요하며 이를 데이터화해야 한다. 실제 움직임은 다양한 형태와 방향을 갖기 때문에 이에 단순 회전 운동만으로는 표현이 제한적이다. 그러므로 모터와 스킨과의 결합에 있어 운동변환 기계요소설계가 필요함은 물론 스킨과 기계요소들과의 결합 방법에 대해서도 설계가 필요하다. 이는 기계적/운동학적인 부분과 특수분장 스킨분야에 대한 상호 원활한 커뮤니케이션을 통해서 가능하다.

Abstract ▼

The request is augmented and is fantastic and, realistic high quality anger of expression in reflex medium industry, and development of field of special effect of CG, 3D, and animetronics etc. is essential necessarily to correspond in quality good foreign reflex water.
Specially, animetronics is

The request is augmented and is fantastic and, realistic high quality anger of expression in reflex medium industry, and development of field of special effect of CG, 3D, and animetronics etc. is essential necessarily to correspond in quality good foreign reflex water.
Specially, animetronics is field of special procurements techniques that expression is possible that take advantage of electrical technology and taking a serious view truth subtraction that actual contact is possible and because expression of various motion is possible, there is the necessity in education and so on that do reflex water, future exhibit and experience learning by purpose the future, and systematic technology construction through Research and Development weighs.

목차 Contents

• 표 지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• SUMMARY ... 22
• CONTENTS ... 25
• 목 차 ... 27
• I. 서 론 ... 31
• 1. 기술 개발과제의 중요성 ... 31
• 2. 기술 개발과제 수행의 제약요인 ... 39
• 3. 국내·외 기술 현황 ... 39
• 1) 세계 기술 현황 ... 39
• 2) 국내 기술 현황 ... 44
• 3) 국내·외 표준화 현황 ... 48
• 4) 동일, 유사내용에 대하여 국내·외 관련자들의 수행내용 ... 49
• 5) 동일, 유사내용과 관련하여 제안자가 이미 수행한 사업 또는 연구개발과제 ... 49
• 4. 핵심 요소 및 접근 방법 ... 52
• 1) 애니매트로닉스 핵심요소 ... 52
• 2) 접근방법 ... 52
• 5. 혁신성과 독창성 ... 53
• II. 기술개발 목표 및 수행 ... 56
• 1. 기술개발 목표 ... 56
• 2. 기술개발 내용 ... 56
• 1) 기술개발 내용 ... 56
• 2) 세부 기술개발 내용 ... 58
• 3. 기술개발 수행 ... 68
• 1) 과제수행순서 ... 68
• 2) 과제수행 단계 ... 70
• III. 애니매트로닉스 모형에 맞는 관절유형별/부분별 부품 표준화 ... 71
• 1. 관절 부품의 분류 방법 ... 71
• 2. 모터 부품의 분류 및 사양 ... 75
• 3. 애니메트로닉스 모형별 부품 표준화 ... 81
• IV. 애니매트로닉스 제작공정 메이킹필름 제작 및 DB 구축 ... 83
• 1. 개 요 ... 83
• 2. 시스템 구성도 ... 84
• 3. 데이터베이스 구조 ... 84
• 1) 테이블 관계도 ... 84
• 2) 테이블 설계서 ... 85
• 4. 응용프로그램 설명서 ... 87
• 1) 기본 환경 ... 87
• 2) UI 설명 ... 87
• 3) 프로그램 설명서 ... 97
• 5. DB 구축의 활용 ... 97
• V. 애니매트로닉스 모션 제어기술 ... 98
• 1. 제어 기술의 개요 ... 98
• 2. 시스템의 설계 ... 99
• 1) 로봇 손 모델의 구조와 사용된 액추에이터 ... 99
• 2) 제어기의 구성 ... 102
• 3. 제어기의 통신방식 ... 103
• 1) RS-232C 통신 ... 103
• 2) CAN 통신 ... 108
• 4. 하드웨어의 구성 ... 114
• 1) 개발 키트 회로 ... 114
• 2) 모터 제어 시험 회로 ... 115
• 3) PCB 기판으로 제작된 실제 회로 ... 116
• 5. 소프웨어의 구성 ... 121
• 1) 모션 제어기(PC부) ... 121
• 2) 모터 구동제어 알고리즘 ... 122
• 3) 모터 제어 알고리즘의 실험 ... 130
• 6. 회로도 및 설계도 ... 134
• VI. 사실적인 애니매트로닉스 모형의 제작과 제어 메카니즘의 개발 ... 140
• 1. 사실적인 애니매트로닉스 모형 개발을 위한 구조 및 생태 분석 ... 140
• 1) 인체의 구조 분석 ... 140
• 2) 동물의 생태 분석 ... 141
• 2. 제어 매카니즘의 설계 및 제작 ... 147
• 1) 설계 방법 ... 147
• 2) 모델의 외피와 내피 제작 ... 147
• 3. 특수 분장 기법을 이용한 극 사실 모형 외피 제작기술 개발 ... 148
• 1) 사람 얼굴의 제작 ... 148
• 2) 아기의 제작 ... 153
• 3) 손의 제작 ... 156
• 4) 뱀의 제작 ... 160
• 5) 쥐의 제작 ... 164
• 6) 팬더의 제작 ... 167
• 7) 외피 제작 작업 사진 ... 170
• 4. 모형의 메카니즘 제작 및 동작 제어 ... 176
• 1) 사람 얼굴의 제작 ... 176
• 2) 사람 손의 제작 ... 181
• 3) 아기의 제작 ... 184
• VII. 결 론 ... 186
• 1. 기술 개발의 기대효과 ... 186
• 2. 활용방안 ... 188
• 3. 결과물의 이용 사례 ... 188
• 4. 본 과제의 결론 ... 189