초록 ▼

□ 연구개요
본 과제는 4차 산업 혁명의 핵심 키워드인 지능형 로봇(Intelligent Robots)의 보편화를 달성하기 위한 기초 원천기술 개발을 목표로 하고 있습니다. 즉, 로봇이 마치 지능을 가진 것처럼 안정적이고 강인하게 움직이기 위한 강인 및 최적 제어 알고리즘을 개발함과 더불어, 이를 다양한 환경에서 범용적으로 적용하기 위한 다목적 제어 알고리즘을 개발하고자 하였습니다. 이에 따라, 이번 연구 기간에는 로봇 매니퓰레이터 플랫폼을 이용한 다양한 실험을 통해 다목적 제어 알고리즘에 대한 유효성 및 실효성을 검증함으로써

□ 연구개요
본 과제는 4차 산업 혁명의 핵심 키워드인 지능형 로봇(Intelligent Robots)의 보편화를 달성하기 위한 기초 원천기술 개발을 목표로 하고 있습니다. 즉, 로봇이 마치 지능을 가진 것처럼 안정적이고 강인하게 움직이기 위한 강인 및 최적 제어 알고리즘을 개발함과 더불어, 이를 다양한 환경에서 범용적으로 적용하기 위한 다목적 제어 알고리즘을 개발하고자 하였습니다. 이에 따라, 이번 연구 기간에는 로봇 매니퓰레이터 플랫폼을 이용한 다양한 실험을 통해 다목적 제어 알고리즘에 대한 유효성 및 실효성을 검증함으로써 지능형 로봇의 보편화를 보다 앞당기고자 하였습니다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 과제가 목표했던 로봇 시스템에 가해지는 불확실 요소에 대한 대비는 정성적 /정량적 목표로 선정했던 것들에 대비하여 그 이상의 결과를 이루었습니다. 가장 먼저 로봇 시스템이 직면할 수 있는 다양한 외란 및 불확실성에 대한 분류와 체계화를 제어 공학적 관점에서 이루어냈습니다. 이는 norm을 활용한 수학적 지표를 성립함으로써 로봇 시스템의 성능과 안정성에 대한 정량적 해석이 가능하도록 하였습니다. 이러한 지표들을 만족할 수 있는 강인 안정 제어기를 슬라이딩 모드 제어기와 l₁강인 최적 제어기를 설계하였습니다. 이는 앞선 연구들에서 실험적인 방법들을 통해 설계되었던 PID 기반 로봇 매니퓰레이터 제어기에서 벗어나 높은 강인성과 안정성을 확보할 수 있는 새로운 제어기 형태를 제안했다는 점에서 우수한 연구 결과를 이룩했다고 할 수 있습니다. 최종적으로 동시 다발적인 불확실 요소들에 대하여 고려할 수 있도록 Lur’e type 시스템 개념을 활용하여 불확실 요소들을 하나의 비선형 성분으로 해석한 모델을 구성하였고, 이를 활용하여 안정성 해석을 수행하였습니다. 또한 monodromy 작용소를 기반하여 시스템의 안정성을 로봇 매니퓰레이터의 시스템과 불확실 요소에 대한 안정성 해석을 수행하였습니다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구 과제는 지능형 로봇의 보편화를 위해 가장 중요한 원천기술, 즉, 다목적 제어 알고리즘 개발을 목표로 하고 있습니다. 따라서, 본 연구가 성공할 경우 하나의 로봇 매니퓰레이터가 다양한 환경에서 다양한 목적으로 활용될 수 있을 것입니다. 또한, 본 연구에서 개발한 기술이 활용될 수 있는 가장 대표적인 예로는 인간-로봇 협업 시스템이 있을 수 있습니다. 즉, 로봇과 작업자가 일정거리 이상 격리된 상태에서 현장 시스템을 가동하던 예전의 모습들과는 다르게, 작업자와 로봇이 한공간에서 함께 현장 시스템을 가동하고 생산 라인을 제어하는 인간-로봇 협업 시스템에 있어서, 본 연구 결과는 예상치 못하게 발생하는 외란 및 시스템 오차와 같은 불확실한 요소에 대한 강인한 형태의 제어 알고리즘을 제안할 수 있습니다. 아울러, 인간-로봇 협업 시스템에 어떠한 문제가 발생하였을 시 보다 즉각적으로 판단을 쉽게 내릴 수 있는 체계적인 지표를 제시할 것입니다. 현재 이뤄지지 못한 수학 / 제어 공학적 관점에서의 로봇 시스템 해석은 실험적으로 이루어지고 있는 제어기 설계의 한계를 넘어 차세대 로봇의 안정성 확보에 높은 기여를 할 것입니다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• (1) ι∞ - induced norm을 이용한 불확실성이 수반되는 로봇 시스템 안정성 및 성능 평가 지표 개발 ... 5
• (2) 불확실성이 수반되는 로봇 시스템 안정성 및 성능 해석 조건 도출 및 3가지 induced norm을 이용한 안정성 및 성능 평가 지표 개발 ... 5
• (3) 슬라이딩 모드 기반 불확실한 요소들에 대한 로봇 시스템의 강인 안정화 제어기 설계 ... 5
• (4) 불확실한 요소들에 대한 이족보행 로봇 시스템의 ι₁강인 최적 제어기 설계 ... 6
• (5) Lur’e Type 해석 기반 동시 다발적 불확실한 요소의 고려가 가능한 로봇 시스템의 강인 안정화 제어 알고리즘 설계 ... 6
• (6) 계산 토크 방식을 활용한 모노드로미 작용소 기반 강인 최적 제어 알고리즘 설계 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 7
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 7
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 9
• 3) 목표 달성 수준 ... 9
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 9
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 10
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 10
• 6. 참고문헌 ... 10
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 16
• 끝페이지 ... 20