(1세부 : 집안정리를 위한 고부하 작업 로봇손 기술 개발) 최종목표 o 13자유도 4지 형태를 갖는 인간손 크기의 인간형 로봇손에 적용하는 등속조인트 관절 메카니즘 및 로봇손 구조 개발 - 인간 손과 같은 다양한 자유도를 갖도록 하기 위하여 1지당 3자유도 또는 4자유도의 손가락 관절 갖는 등속 조인트 기구 메카니즘 개발 * 인간 손의 250mm 크기의 로봇손의 개발
개발내용 및 결과 o 소형 구조의 에너지 절감형 로봇손 관절용 등속조인트 기구 메카니즘 개선 - 손 길이 250 mm 크
(1세부 : 집안정리를 위한 고부하 작업 로봇손 기술 개발) 최종목표 o 13자유도 4지 형태를 갖는 인간손 크기의 인간형 로봇손에 적용하는 등속조인트 관절 메카니즘 및 로봇손 구조 개발 - 인간 손과 같은 다양한 자유도를 갖도록 하기 위하여 1지당 3자유도 또는 4자유도의 손가락 관절 갖는 등속 조인트 기구 메카니즘 개발 * 인간 손의 250mm 크기의 로봇손의 개발
개발내용 및 결과 o 소형 구조의 에너지 절감형 로봇손 관절용 등속조인트 기구 메카니즘 개선 - 손 길이 250 mm 크기에 맞는 관절 구조 => 손길이 : 249mm o 로봇손의 경량화/소형화 구조 설계 개선 - 한 개당 3또는 4 자유도를 총 13자유도를 갖는 로봇 손가락 구조 개선 - 무게 2.0 kg 이하의 4 지형 로봇손 구조 개선 - 손가락 최대 Normalforce 가 25N 이상인 로봇손 => 13자유도 4지, 무게 1.83kg, 30N o 로봇손 신뢰성 검증(Rotational 3D Exciter 시험) o 로봇손의 작용력 측정이 가능한 시스템 개발 o 로봇손 모션 측정용 비젼 알고리즘 검증 및 수정 설계 o 로봇손 동작 분석 시험 및 신뢰성 평가 - normalized contact force의 그래프를 비교하여보면 위의 해석 결과와 일치함 o 로봇손 동작시 필요한 최적 센서 조합 분석 알고리즘 개발 RecurDyn V8R1 / 엄지 토크 입력 o 드라이버보드 및 엔코더보드 개선 o 조인트 토크센서가 연동되는 드라이버 개발 o Motor와 Driver S/W의 Matching - 3종의 모터 드라이버 보드에 Joint Torque Sensor의 정보를 보내주는 형태로 CAN Protocol을 추가함. o 모터 드라이버 H/W와 S/W의 최적화
기술개발 배경 o 실버 사회의 도래가 전망됨에 따른 인간 삶의 질 향상을 위해 가사 보조, 청소, 조리 등의 작업이 가능한 가사 도우미로서의 로봇에 대한 연구 가 필요함 o 기존 정보 도우미로서의 로봇이 가지고 있던 작업성에 대한 한계를 극복하기 위해서는 집안 정리를 위한 고부하 작업 로봇손의 기술 개발이 필요함 o 지난 수십 년 동안 정교한 로봇손에 대한 많은 연구가 수행되어 왔으나, 인간형 로봇손을 구성하는데 있어 많은 수의 자유도는 손의 구조를 복잡하게 만들고, 제한된 공간에서 구동기와 동력전달 장치를 배치하는 어려움이 있었음 o 고부하 가사 작업에 필요한 최소한의 자유도만을 갖으며, 안정적 파지가 가능하고, 플러그 인에 의한 동작이 가능한 로봇손에 대한 연구 개발이 필요함
핵심개발 기술의 의의 o 작고 가벼운 로봇손 개발에 필요한 관절 기구의 신규 개발 o 과소 구동형 로봇 손가락 구조의 신규 개발 o 초소형 모터 제어기의 신규 개발 o 관절 기구 시험기의 신규 개발 o 순수 국내 기술로 개발 o 상업화를 고려한 경제적인 로봇손 개발
적용 분야 o 가사용 로봇 - 주전자 물따르기, 유모차 밀기 등의 가사 보조, 청소, 조리 등과 같은 가사 작업 지원용 가사 로봇의 작업성 향상 o 산업용 Application - Insert Molding 용 로봇손 : Insert Feeding 용 - 소형, 박편 부품의 사출용 로봇손 : Feeding 및 취출 작업
(2세부 : 정교한 동적 파지를 위한 인간형 로봇손 기술 개발) 최종목표 o 본 기술개발 사업을 통하여 인간손 크기 및 기능을 갖는 “센서가 내장된 인간형 로봇손”을 개발하고 이를 통하여 “동적 파지가 가능한 가사용 로봇손 기술 개발”을 수행하는 것을 최종 목표로 함 o 가사작업 지원을 위한 인간형 로봇손을 개발하기 위해서 인간의 손과 유사한 크기와 기능을 갖도록 고기능 로봇손 메커니즘의 개발, 로봇 손가락 내장형 관절 구동 모듈 (Joint-torque sensor, 감속기, 모터, 위치센서, 구동 Driver 및 Controller로 구성된 구동 모듈) 개발, 그리고 동적 파지를 위하여 로봇손에 적용 가능한 Tactile sensor 및 Force/Torque sensor 개발 및 이들 센서가 내장된 손가락 팁 모듈 개발, 인간형 로봇손 내부에 장착 가능한 소형 임베디드 제어기 및 제어기와의 연동을 위한 시뮬레이션 툴 개발, 센서 기반 로봇손 Fine motion control 알고리즘 개발을 수행하고 개발된 요소기술들의 시스템 통합을 통하여 Plug-in이 가능한 모듈형 고기능 인간형 로봇손 플랫폼을 구축함
개발내용 및 결과 o 센서 기반의 동적 파지가 가능한 인간형 로봇손 개발 o 인간형 로봇손 내장형 소형/고출력 로봇 손가락 구동모듈 개발 o 인간형 로봇손의 다축 손가락 제어기 개발 o 로봇손 임베디드 제어기(Embedded board) 및 로봇 손가락 팁(Finger-tip) 내장형 소형 F/T sensor 모듈 개발
기술개발 배경 o 개인서비스용 로봇은 개인의 건강, 교육, 가사, 안정, 정보제공 등의 서비스와 밀접한 관련이 있는 로봇을 생산하는 산업으로 가족구조의 핵가족화와 고령화 현상으로 인한 간호, 간병 서비스의 필요와 가족의 일원으로서의 가정용 로봇의 욕구, 시간적 여유와 고독에 따른 감성을 소유한 대상자의 필요에 따른 로봇 개발의 욕구 및 풍요와 여유에 대한 욕구의 보완으로 가사보조, 청소, 조리로봇의 필요성이 증대됨 o 정교한 동적파지가 가능한 인간형 로봇손 기술개발을 통하여 로봇손의 조작 핵심기술의 상용화 수준 개발이 이루어질 수 있으며 더 나아가 가사지원 서비스로봇의 초기시장을 창출/선점함과 동시에 장기적으로 원천기술 확보가 가능함. 또한 개인서비스용 로봇의 가사작업 범위가 넓어짐으로 인해 향후 인간 생활수준 향상에 큰 영향을 끼칠 것으로 기대되며, 확대되는 로봇의 시장 및 로봇이 사회 인프라로서의 자리를 굳혀가는 상황에서, 로봇에 대한 전반적인 연구와 조작 및 제어기술을 습득할 수 있는 로봇 분야의 전략적 기술로서 다양한 분야의 전문기술을 파생시킬 수 있음
핵심개발 기술의 의의 o 인간형 로봇손 메커니즘 및 Grasping Algorithm연구 o Tactile Sensor 원천기술 확보 o Actuator 일체형 관절 구동 모듈 개발 o 소형 6축 F/T sensor 개발 o 소형 임베디드 제어기 개발을 통한 정교한 동적 파지를 위한 인간형 로봇손 기반 기술 확보
적용 분야 o 가사지원 로봇, 개인 서비스 로봇, 노인지원 로봇, 엔터테인먼트 로봇 지능형 의수, 의료용 보조 로봇 등
(3세부 : 가사작업을 위한 로봇손-팔 연동 파지-조작 제어 기술 개발) 최종목표 o 고기능 인간형 로봇 손을 사용하여 기하학적/물리적 정보가 주어진 물체를 안정적으로 파지-조작하고, 파지한 대상물체를 조작하여 작업할 수 있는 로봇 팔과 손의 협조기술 개발
개발내용 및 결과 o 작업 목표 지향적 알고리즘을 이용한 로봇 팔의 동작 제어와 여유자유도 및 토크 명령을 사용한 관절 순응 기능 확보 o Opposition원리를 응용한 로봇 손에 대한 움켜쥐기 및 2지에 의한 집기 제어 알고리즘 개발 o 인간의 파지행위 분석을 위한 파지 정보 측정 시스템(GDAS)의 개발 o 2지/3지 집기 및 움켜쥐기에 의한 구형, 원통형, 육면체의 3종 물체의 파지 제어 기술 확보 o 로봇 손-팔 통합 시스템의 Reaching 동작을 위한 단일 제어 알고리즘 개발 o 파지계획 추론 학습을 위한 인간의 파지행위 데이터베이스 및 파지계획 SW 라이브러리 o 테스트베드 구축을 위한 전류제어기반 다축모션제어기 보드 및 제어 알고리즘 개발 o 컴플라이언스/힘 제어 기반 파지 제어 기술 개발(파지력 추종 제어) o 파지 전략 추론 엔진과 연동된 다양한 파지 제어 기술 o 3차원 공간에서의 물체의 6-DOF 자세 추정 기술 개발 o 양산을 고려한 로봇 손의 기능, 성능 및 신뢰성 검증 o 상용화를 위한 인간형 로봇 손의 요소 부품/기술에 대한 기능 검증 및 개선 o 다지를 이용해 물체를 파지할 때에 파지력 간의 균형을 유지하면서 물체의 상호작용 힘을 별도로 제어할 수 있는 force decomposition 알고리즘 개발 및 구현 o F/T 센서를 이용한 파지 물체의 중량 추정 및 그에 따른 파지력의 적응형 제어의 실험적 구현 o 작업 수행을 위한 대상 물체 자세 추정 알고리즘 및 파지 전략 추론 SW 통합 물체 자세 추정 및 파지 추론 통합 SW o 유연물체 및 로봇 손가락의 상호작용 정보를 활용한 물체의 물리적 정보 추정 기술 개발 o 로봇 손가락의 상대 위치 정보를 이용한 통합된 물체 파지 및 조작 알고리즘 개발 (Groped grasping) o ATM 응용 시나리오를 위한 동작 분석 및 메커니즘 설계 o 로봇 손 이동 및 자세 제어를 위한 7자유도 로봇 팔 테스트베드 수정 보완 o 로봇 손의 파지-조작 알고리즘의 모듈화 및 안정화 o 파지한 물체와 외부 환경과의 접촉력 제어 : 정상상태에서 힘오차 ±0.5N 이내의 결과를 얻음 -로봇 손을 이용한 파지력과 접촉력 제어 실험 o 탐색을 통해 책상 위에 놓인 물체의 중량 파악 및 파지에 의한 집어 들기를 수행하여 정량적 목표 40% 성공 o 로봇 손-팔 연동에 의한 작업수행 기술 개발: 비전을 통해 분무기와 스펀지를 구분하고, 이를 이용한 cleaning 작업 수행 o 가사 지원 시나리오 기반 파지 및 작업을 위한 대상물체의 Primitive종류를 개발 목표치인 5개보다 많은 6개로 하여 인식/추론/제어 기술 개발 o 고기능 로봇 손을 위한 인식/추론/추정 알고리즘의 모듈화 o ATM 카드, 현금, 영수증 수취 및 key board 터치 조작은 목표치인 80%와 같거나 상회하는 결과를 얻음
기술개발 배경 o 가사 작업을 원활히 수행하기 위해서 손과 팔의 특성을 함께 고려하여 작업을 위해 필수적인 로봇 손-팔 연동에 의한 협조/협력 제어, 작업 계획 및 파지 제어에 대한 기술 개발이 요구됨 o 지능형 서비스 로봇을 활용한 새로운 응용 서비스 분야(예를 들면 가사보조, 심부름, 의료보조 서비스 등)를 개척하기 위해서 양팔과 손을 사용하여 작업할 수 있는 능력의 요구
핵심개발 기술의 의의 o 로봇 손-팔 통합 시스템에 대해 단일화된 협조 제어 알고리즘을 개발함으로써 점차 필요성이 증가 되고 있는 작업할 수 있는 서비스 로봇의 핵심 기술 o 정보 제공 서비스 로봇에 팔과 손을 사용하는 작업 기술 개발을 통해 새로운 서비스를 창출함으로써‘작업할 수 있는 지능형 서비스 로봇’으로의 발전을 통한 로봇의 신규시장 개척을 위한 기반기술 o 로봇의 파지 지능을 향상시키기 위하여 인간의 파지행위 연구에 기초한 추론 모델을 도출하고 이를 로봇에 구현하고자 하는 새로운 시도
적용 분야 o 작업형 서비스 로봇(가사도우미 로봇, 안내서비스 로봇 등) o 지능형 의수 시스템 o 이동로봇의 순응제어 o 안내서비스 로봇의 로봇 손-팔, 모바일 플랫폼의 모터 구동 o ATM기기 내 매체이송
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