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핵심기술
이동/조작/HRI/통신성능 등 서비스로봇 성능평가 및 표준화 기술

최종목표
실내 경비 및 안내로봇, 실외 탑승형 로봇 등에 적용될 수 있는 이동/조작/작업, HRI, 통신, SW, 충돌인식/회피 등의 요소기술에 대한 성능지표 및 정확도, 견고함(robustness)을 평가하기 위한 정량적이고 재연 가능한 시험기법(Test Methods)과 서비스 로봇의 성능평가기술, 표준화 기술 개발

개발내용 및 결과
〇 정형/비정형 실내외 환경인식 기반 위치인식, 지도작성, 주행경로 성능평가기술<

핵심기술
이동/조작/HRI/통신성능 등 서비스로봇 성능평가 및 표준화 기술

최종목표
실내 경비 및 안내로봇, 실외 탑승형 로봇 등에 적용될 수 있는 이동/조작/작업, HRI, 통신, SW, 충돌인식/회피 등의 요소기술에 대한 성능지표 및 정확도, 견고함(robustness)을 평가하기 위한 정량적이고 재연 가능한 시험기법(Test Methods)과 서비스 로봇의 성능평가기술, 표준화 기술 개발

개발내용 및 결과
〇 정형/비정형 실내외 환경인식 기반 위치인식, 지도작성, 주행경로 성능평가기술
- 실내 정형 환경에서의 주행 성능 평가 기술
. 교육도우미로봇 대상의 실내 정형 환경 기반 주행 성능 평가기법 및 성능 지표를 개발하고, 테스트베드 구축과 시험 검증을 통한 객관적 시험 표준 개발(KOROS 1037-2:2014)

- 실외 정형 환경 주행 성능평가 기술
. 건물 주변과 캠퍼스의 도로와 같은 정형 환경에서 운용되는 경비로봇 또는 개인 탑승형 로봇을 대상으로 실외 주행 환경을 분석하고 성능평가 기법과 지표, 측정 시스템을 개발하고 시험 검증을 통해 시험 표준 개발(KOROS 1120:2017)

- 실외 비정형 환경에서의 주행 성능 평가 기술
. 농업로봇을 대상으로 비정형 과수원 환경에서 주행에 미치는 영향 변수(지형/지물)를 조사하고 위치인식 성능에 영향을 주는 노면 특성(roll/pitch) 분석

- ISO TC299 Robotics 표준 기고 및 대웅
o HRI 성능평가 및 표준화
- 재현성 확보를 위한 디스플레이 장치 기반 얼굴인식 성능 평가 기술 개발 및 평가용 얼굴 DB 구축
. 정적 얼굴 DB : 16,800장(60명x7포즈x10조명x2표정x2조도)
. 동적 얼굴 DB : 2,600video(평가 및 검증용)
. 디스플레이 장치 기반 얼굴인식 성능평가기법 : 국제특허 등록, 국내특허, KS표준, KOROS 표준

- 멀티모달 사용자 인식 성능평가 데이터셋 및 테스트베드 구축
. 멀티모달 데이터셋 : 9,900종(9조명x50단어x22명)
. 멀티모달 사용자인식 성능평가 방법 표준화(KOROS)

- 휴먼 제스처 인식 성능평가기술
. 휴먼제스처 데이터셋 : 76, 950종(30명x3카메라x3장소x19제스처x조건5종)
. 제스처 인식 성능평가 방법 개발 및 표준화(KOROS)

- 휴먼 추적 및 행동 인식 성능평가 기술
. 휴먼행동 데이터셋 : 456 video clip
. 행동인식과 행동 검출을 분리하는 성능평가 방법 및 표준화

o 로봇환경에서의 통신성능평가 기술 및 표준화
- 로봇 이동에 따른 통신 안정성 평가 기술
. 무선랜 기반 비실시간형 통신 안정성 평가를 위한 채널 모델 및 평가 시스템 개발(KS표준, KOROS)
. 멀티 통신 환경(multi-RAT:이동통신망+무선랜)에서의 통신 안정성 평가를 위한 채널모델 및 평가 시스템 개발 (KS표준, KOROS)

- 단일홉/다중 홉 이종 네트워크 기반 원격제어 로봇에 대한 통신 성능평가기술
. 외부의 간섭 및 왜곡에 독립적인, 에뮬레이션 기반 이기종 네트워크(유선망/Cellular/Wi-Fi) 통신 성능 테스트베드를 구축

- 소규모/대규모 협업 네트워크 로봇의 통신 성능 평가 기술
. ad-hoc 네트워크 기반 협업 로봇의 통신 안정성, 통신 단절 및 복구 성능 평가 방법과 패킷측정 및 모니터링 SW 개발

o SW신뢰성 검증기술
- 로봇 SW 상호운용성 평가 척도(성숙도 모델) 및 평가 프로 세스개발
- 상호의존성 평가를 위한 모듈 의존성 검증 도구 개발 (window/Linux)
- 로봇 SW 컴포넌트 상호운용성 평가 시스템 개발

. 공통/주행/HRI/조작 컴포넌트 대상 상호운용성 평가를 위한 테스트케이스 모델 및 시험 시스템 개발
- C/C++ 언어 기반 로봇 SW 코딩 규칙 개발 및 표준화 (KOROS 2건)

o 서비스로봇 이동 및 움직임 정밀도·정확도 평가기술 개발
- 경사면 주행시험장 구축
- 이동형 서비스로봇 경사주행 패턴 분석
- 서비스로봇 이동/정밀도 움직임 환경 및 패턴 분석
- 바퀴형-서비스로봇 경사면 주행 성능측방법 표준화(KOROS 제정)
- ‘바퀴형 로봇의 이동’ 성능 표준화(KS표준 제정 1건)
- 서비스로봇 이동/정밀도 평가방법 표준화(KOROS 1건)
- 서비스로봇의 KS인증 시행을 위한 ‘바퀴형 이동 로봇’ 표준화 (KS표준 1건, 예고고시 시행중 연내 KS인증 추진 예정)

o 이동형 서비스로봇의 소음 및 전자파 평가기술 개발
- 이동형 서비스로봇 소음 측정방법 개발 기초 연구
. 무부하 롤러를 사용한 서비스로봇 음향 파워레벨 조사
. 이동형 서비스로봇 소음측정 환경 조건 도출(반무향실)
. 이동형 서비스로봇 소음 측정방법 표준화(KOROS 1건)
. 이동형 서비스로봇 소음 측정환경 구축 완료

- 서비스로봇 전자파적합성(EMC) 평가기술 개발
. 이동 로봇의 동작 모드별 전자파 방해 특성 분석 및 측정 조건 정립
. 이동 로봇의 전자파적합성(EMC) 평가 기술 개발
* 이동 로봇의 사용 환경에 따른 전자파장해(EMI) 측정방법 및 한계값 도출
* 이동 로봇의 전자파내성(EMS) 시험방법 및 기준 레벨 제시

. 이동 서비스로봇의 전자파적합성(EMC) 평가 체계 구축 및 표준 개발
* 이동 서비스로봇의 사용 환경에 따른 전자파장해(EMI) 측정 방법 및 한계값 도출
* 이동 서비스로봇의 전자파내성(EMS) 시험방법 및 기준레벨 제시
* 이동 서비스로봇의 전자파적합성(EMC) 단체표준(안) 개발
* 이동 서비스로봇의 전자파적합성(EMC) 국제표준 제안

o 물체인식 및 조작성능 신뢰성 평가기술 개발
- 실내 조작대상물 인식 성능평가 기술기반 구축
. 조작성능 테스트용 Manipulator 플랫폼 설계
. 조작성능 테스트용 Manipulator 손 설계
. 실내 작업환경 조작성능 평가방법 표준화(KOROS 제정)
- 실외 환경 및 조작 대상물에 대한 표준화 규격 개발
- 정형/비정형 조작 대상물 인식 성능평가 환경과 방법에 관한 국제 표준안 개발
. 조작 대상물 인식 및 조작 성능 Testbed를 이용한 성능평가 절차 개발 표준화(KS표준 1건 예고고시)
. ISO18646-3 Performance criteria and related test methods for service robot - Part 3: Manipulation 표준안을 개발하여 NP 추진(국제표준 NP 1건)
. 로봇 손가락의 힘과 민감도, 서비스로봇의 물체조작 및 이송에 관한 성능시험 가이드라인 개발(조작성능평가시스템 성능시험 장비 구축 적용)

o 정적/동적 장애물인식 및 회피 신뢰성 평가기술 개발
- 실내 이동로봇 플랫폼의 장애물 회피 평가방법 표준 개발
. KOROS 1099:2013 (실내 이동로봇의 데이터베이스 기반 장애물 인식 성능평가방법)
. KOROS 1059:2014 (실내 이동로봇 플랫폼의 장애물 회피 평가방법)
. KS 실내 이동로봇의 데이터베이스 기반 장애물 인식 성능평가 방법 예고고시 중
. ISO 국제표준에 개발된 장애물 회피 방식 기고 ISO/CD 18646-2, Robotics - Performance criteria and related test methods for service robots - Part 2: Navigation
- 실외 이동 로봇의 장애물 회피 성능평가 방법 표준 개발
. KOROS 1117:2016 (실외 이동 로봇의 데이터베이스 기반 장애물 인식 성능평가 방법)
. KOROS 1067-3:2016 (실외 이동 로봇의 장애물 회피 성능평가방법)
. KOROS 2017-02(이동형 서비스로봇 실외 비정형 장애물 회피 알고리즘에 대한 성능평가) 표준화과제 채텍

기술개발 배경
o 교육용로봇, 안내/경비 로봇, 에듀테인먼트 로봇, 라이프케어 로봇 등 서비스 로봇에 적용되는 음성인식 및 얼굴인식, 행동 및 상황 인지, 위치인식 및 주행기술, 실시간 통신 및 원격제어, 임베디드 SW, 인체 충돌 안전 등 서비스 로봇의 성능지표 및 정확도, 견고함(robustness)을 평가하기 위한 정량적이고 재연 가능한 시험기법(Test Methods) 등 서비스 로봇의 성능평가 기술과 표준화 기술 개발 필요

o 서비스 로봇은 대표적 융복합 기술분야로 세부기술이 매우 다양하여, 시스템 통합 및 시험평가 기술이 로봇의 안전성 및 신뢰성 확보를 위해 새로운 기술 분야로 대두되고 있음. 표준을 위한 시스템 통합 기술의 연구 개발과 함께 각 세부 기능에 대한 단계적 평가와 수치화에 따른 로봇의 성능 평가, 또는 인간로봇 인터랙션 지수의 표준기준 정립을 통한 로봇의 인간 공존 환경에 대한 능력을 계수화 하여 적용하는 실질적인 품질인증 체계 확립 필요

o ISO TC299에서는 산업용 로봇 및 서비스 로봇의 성능 및 안전에 대한 표준 작업을 추진하고 있으며, IEC에서는 청소로봇 성능평가에 대한 표준을 제정함. 특히 일본, 중국, 유럽 각국이 국제표준 제안을 준비 중인 서비스 로봇의 위치인식과 경로계획, 장애물 회피, 조작, HRI, 통신, SW 등 성능 및 안전에 대한 평가기술의 표준 개발을 통하여 국제 표준 선점을 주도하고 국내 KS인증 기준으로의 활용을 확대하여 국내 로봇기업의 기술 경쟁력 확보가 요구됨

핵심개발 기술의 의의
- 본 과제에서는 이동형 서비스로봇의 성능을 평가할 수 있는 표준화 기술을 개발하며, 이런한 기술들은 국내 로봇기업 개발 제품의 성능수준을 판단할 수 있는 표준화된 기술로 활용될 가능성이 높음

- 로봇제품 KS인증 기준에 반영되어 시장에 고품질의 로봇제품이 보급될 수 있는 역할 수행이 가능함
- 기존에 없는 표준화된 기술을 개발하는 것으로 국제표준 선도가 가능하며, 다양한 로봇제품에 적용이 가능한 기술로 그 활용가치가 매우 높음

- 새로운 표준화 기술개발의 경우 시나리오 기반의 다양한 유효성 및 재현성 검증이 필요한 사항으로 국제적으로 직접 참여할 수 있는 국가는 한정적임

- 미국, 일본, 독일 등 로봇개발 선진국의 경우 로봇성능·안전에 대한 국제표준 선점을 위해 적극적으로 대웅을 하고 있으며, 국내 표준화 기술의 국제표준 반영을 통해 국내 주도의 국제표준 선점 가능

- 표준화 기술개발은 누구나 사용할 수 있는 표준화된 문서로 시장에 바로 공급·활용이 가능한 효율성이 높은 기술임

적용 분야
o 이동/조작/HRI/통신성능 등의 기능이 탑재된 서비스로봇
- 위치인식, 주행성능, 장애물 회피성능 등이 적용된 안내/경비 로봇에 적용
- 사용자의 얼굴 등을 통해 대상을 인식하고 사물을 인식하여 다양한 행동을 제공할 수 있는 교육용 로봇 등에 적용
- 실내외에서 로봇의 자기 위치인식 및 경로계획으로 자율이동을 할 수 있는 홈서비스 로봇에 적용
- 통신기능을 활용하여 다중로봇 운용시스템을 운용하는 물류 로봇에 적용
- 비정형 환경에서 자기 위치 추정을 통해 작업을 하는 농업용 로봇에 적용
- 사물을 인식하고 manipulator를 통해 잡아서 제품의 조립이나 물건의 전달 등이 가능한 산업용/가정용 로봇에 적용

(출처 : 최종보고서 초록 7p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 25
• 목차 ... 48
• 제 1 장 서론 ... 49
• 제 1 절 과제의 개요 ... 49
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 51
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 51
• 제 2 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 55
• 제 3 절 수행 결과의 보안등급 ... 72
• 제 4 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리현황 ... 73
• 제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 75
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 75
• 1. 연구개발 추진 일정 ... 75
• 2. 연구개발 추진 실적 (기술개발 결과의 유형 및 무형 성과 전체를 기재) ... 80
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 154
• 가. 기술개발 추진 방법·전략 ... 154
• 나. 주요 기술개발 성과 ... 155
• 다. 기술개발 추진 체계 ... 158
• 라. 기술개발팀 편성도 ... 160
• 제 3 절 고용 창출 효과 ... 160
• 제 4 절 자체보안관리진단표 ... 161
• 부록. 세부 연구 개발 내용 ... 166
• 끝페이지 ... 277