결합 가능한 복합 바퀴-다리 이동형 로봇에 관한 연구

이보훈(Bo-Hoon Lee),이창석(Chang-Seok Lee),김용태(Yong-Tae Kim) 한국지능시스템학회 2011 한국지능시스템학회논문지 Vol.21 No.6

로봇의 이동성 향상을 위해 다양한 환경에 적응할 수 있는 로봇의 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다. 본 논문에서는 휠(wheel)과 다리(Leg)기반 변형이 가능하고, 로봇간 상호 결합이 가능한 복합 이동형 로봇을 제안하였다. 복합 이동형 로봇은 로봇간 결합을 위해 페그 모듈과 컵 모듈을 로봇의 전면과 후면에 각각 장착하고, 주행과 보행이 가능하도록 구현하였다. 다양한 지형에서 이동성을 향상을 위해 임베디드 영상기반 결합 및 분리 알고리즘을 제안하였으며, 로봇간 결합을 통해 끊어진 도로와 비평탄 지형에서의 결합 이동 방법을 제안하였다. 제안한 방법은 로봇의 전면과 밑면에 장착된 PSD 센서를 이용하여 지형을 인식하고, 지형에 맞은 극복 알고리즘을 통해 로봇간 협력을 통해 이동성을 향상시킨다. 제안한 방법들은 임베디드시스템 기반의 복합 주행 이동형 로봇을 실제 제작하여 실험 통해 성능을 검증하였다. There are many researches to develop robots that improve its mobility to adapt in various uneven environments. In the paper, a hybrid mobile robot that can dock with the other robot and transforms between wheeled robot and legged robot is proposed. The hybrid mobile robot platform has docking device with a peg and a cup module. In addition, the robot is possible to walk and drive according to condition of the road. A navigation algorithm of the hybrid mobile robot is proposed to improve the mobility of robots using docking algorithm based on image processing on the broken road and uneven terrain. The proposed method recognizes road condition through PSD sensor attached in front and bottom of the robot and selects an appropriate navigation method according to terrain surface. The proposed docking and navigation methods are verified through experiments using hybrid mobile robots.

다중 카메라와 절대 공간 좌표를 활용한 이동 로봇의 강인한 실내 위치 인식 시스템 연구

모세현(Se Hyun Mo),전영필(Young Pil Jeon),박종호(Jong Ho Park),정길도(Kil To Chong) 대한기계학회 2017 大韓機械學會論文集A Vol.41 No.7

ICT 기술의 발달로 로봇의 실내 활용이 증가하고 있다. 현재 이용되거나 향후 이용 범위가 증가할 수 있는 운반, 청소, 안내 로봇 등의 연구가 고도화 될 것이다. 실내 공간에서 이동 로봇 활용을 원활히 하기 위해 자기 위치 인식 문제는 가장 먼저 해결되어야 하는 중요한 연구이다. 추가적으로 이동 로봇의 위치가 인위적으로 이동되거나 예기치 못한 충돌로 인해 기존의 경로에서 이탈하였을 경우 등에서도 이동 로봇이 이런 상황을 인지하고 판단하여 목적지로 정확히 이동할 수 있는 강인한 시스템이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 이동 로봇의 자기 위치 관련 여러 문제들을 해결하고자 실내에 설치되어 있는 다수의 CCTV 등 외부 영상 및 이를 절대 공간 좌표 변환한 정보와 더불어 이동 로봇의 엔코더 정보 등을 융합하여 강인한 위치 인식 시스템을 구현하였다. 추가로 이동 로봇 시스템에 경로 주행 알고리즘인 벡터 필드 히스토그램 기법을 적용하였고 실제 실험 수행 후 연구 결과를 확인하였다. With the development of ICT technology, the indoor utilization of robots is increasing. Research on transportation, cleaning, guidance robots, etc., that can be used now or increase the scope of future use will be advanced. To facilitate the use of mobile robots in indoor spaces, the problem of self-location recognition is an important research area to be addressed. If an unexpected collision occurs during the motion of a mobile robot, the position of the mobile robot deviates from the initially planned navigation path. In this case, the mobile robot needs a robust controller that enables the mobile robot to accurately navigate toward the goal. This research tries to address the issues related to self-location of the mobile robot. A robust position recognition system was implemented; the system estimates the position of the mobile robot using a combination of encoder information of the mobile robot and the absolute space coordinate transformation information obtained from external video sources such as a large number of CCTVs installed in the room. Furthermore, vector field histogram method of the pass traveling algorithm of the mobile robot system was applied, and the results of the research were confirmed after conducting experiments.

허브형 구동모듈 기반의 가변접지 기능을 갖는 전방향 이동로봇

김효중(Hyo-Joong Kim),조창노(Chang-Nho Cho),김휘수(Hwi-Su Kim),송재복(Jae-Bok Song) 대한기계학회 2012 大韓機械學會論文集A Vol.36 No.3

최근에 들어 서비스 로봇의 효율성 향상을 위한 이동로봇에 대한 연구가 활발하다. 이동로봇은 서비스 로봇의 이동성을 향상시킴으로써, 다양한 공간에서 작업을 할 수 있도록 한다. 그러나 기존의 서비스 로봇은 높은 무게중심으로 인하여 작업 중 전복의 가능성이 높다. 또한, 이동로봇에 사용되는 바퀴는 작고 가벼우며, 환경에 따라 바퀴의 종류를 바꿔야 하므로 기존의 허브형 모터는 한계가 있다. 이를 해결하기 위하여 본 연구에서는 이동로봇에 적합한 허브형 구동모듈과 가변접지면 메커니즘을 개발하였으며, 전방향 이동로봇에 적용하였다. 이를 통해 이동성 및 안정성을 향상과 다양한 작업공간에서의 효율성 향상시켰다. 또한 다양한 시험을 통하여 제안한 메커니즘의 성능을 검증하였다. In recent years, an increased amount of research has been carried out on mobile robots to improve the performance of service robots. Mobile robots maximize the mobility of service robots, thus allowing them to work in different areas. However, conventional service robots have their center of mass placed high above the ground, which may cause them to fall when moving at high speed. Furthermore, hub-type actuators, which are often used for mobile robots, are large and expensive. In this study, we propose a mobile robot with a hub-type actuator unit and a variable footprint mechanism. The proposed variable footprint mechanism greatly improves the stability and mobility of the robot, allowing it to move freely in a narrow space and carry out various tasks. The performance of the proposed robot is verified experimentally.

개체 엔트로피와 이동 특별 네트워크를 이용한 이동 로봇의 그룹핑 알고리즘

김상철(Sang-Chul Kim),이지원(Ji-Won Lee),신기현(Kee-Hyun Shin) 대한기계학회 2006 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2006 No.6

This paper proposes a novel grouping algorithm for mobile robots to perform a specific work. The concepts of mobile ad hoc network and entropy are adapted to analyze the grouping of mobile robots. The performance metrics such as the number of message in order to make a robot group and the average number of robots in a logical robot group are newly derived. A logical robot group is created based on the exchange of request and reply messages in a robot group that depends on a transmission range. When a robot tries to a specific work in a robot group, it broadcasts a request message with a certain level of entropy threshold. After receiving the request message, each robot in a robot group checks the threshold value with its threshold value whether the requested value is greater than its value. If it is, the robot responses by sending a reply message to the requested robot, otherwise the robot discards the request message. Whenever, a robot in a robot group sends a reply message, it will become one of member of logical robot group. The proposed algorithm has been verified based on the computer-based simulation.

허리 구조를 갖는 복합 바퀴-다리 이동형 로봇의 설계

최대규(Dae-Gyu Choi),정동혁(Dong-Hyuk Jeong),김용태(Yong-Tae Kim) 한국지능시스템학회 2014 한국지능시스템학회논문지 Vol.24 No.3

본 논문에서는 허리 구조를 갖는 복합 바퀴-다리 이동형 로봇의 설계 방법을 제안한다. 제안된 복합 이동형 로봇은 비평탄 및 평탄 지형에서의 효과적인 이동을 위하여 로봇의 다리에 바퀴가 결합된 복합 바퀴-다리 구조와 로봇 주행 중 보행 자세로의 안정적인 전환과 비평탄 지형에서 기구적인 제한의 개선을 위하여 허리 관절을 갖는 구조로 설계하였다. 또한 다양한 지형을 인지하기 위하여 LRF센서, PSD센서, CCD 카메라를 사용하였다. 제안한 로봇 시스템의 검증을 위해 지형별 주행과 보행 자세를 선택할 수 있는 운동 계획 기법을 제안하였다. 실제 복합 바퀴-다리 이동형 로봇을 설계 및 제작하고, 제안된 운동계획을 사용한 실험을 통해 지형에 따른 효율적인 이동 성능을 검증하였다. In this paper, we design a hybrid wheeled and legged mobile robot with a waist joint. The proposed hybrid mobile robot is designed to have a hybrid structure with leg and wheel for the efficient movement in flat and uneven surfaces. The proposed robot have a waist joint that is used to stably transform from wheeled driving to legged walking of the robot and to overcome non-flat surface. In order to recognize various environments we use LRF sensor, PSD sensor, CCD camera. Also, a motion planning method for hybrid mobile robot with a waist joint is proposed to select wheeled driving motion and legged walking motion of the robot based the environment types. We verify the efficient mobility of the developed hybrid mobile robot through navigation experiments using the proposed motion planning method in various environments.

선박 갑판에서 이미지 기반 이동로봇 주행에 관한 연구

김선덕,박경민,왕승열 해양환경안전학회 2022 해양환경안전학회지 Vol.28 No.7

Ships tend to be larger to increase the efficiency of cargo transportation. Larger ships lead to increased travel time for ship workers, increased work intensity, and reduced work efficiency. Problems such as increased work intensity are reducing the influx of young people into labor, along with the phenomenon of avoidance of high intensity labor by the younger generation. In addition, the rapid aging of the population and decrease in the young labor force aggravate the labor shortage problem in the maritime industry. To overcome this, the maritime industry has recently introduced technologies such as an intelligent production design platform and a smart production operation management system, and a smart autonomous logistics system in one of these technologies. The smart autonomous logistics system is a technology that delivers various goods using intelligent mobile robots, and enables the robot to drive itself by using sensors such as lidar and camera. Therefore, in this paper, it was checked whether the mobile robot could autonomously drive to the stop sign by detecting the passage way of the ship deck. The autonomous driving was performed by detecting the passage way of the ship deck through the camera mounted on the mobile robot based on the data learned through Nvidia’s End-to-end learning. The mobile robot was stopped by checking the stop sign using SSD MobileNetV2. The experiment was repeated five times in which the mobile robot autonomously drives to the stop sign without deviation from the ship deck passage way at a distance of about 70m. As a result of the experiment, it was confirmed that the mobile robot was driven without deviation from passage way. If the smart autonomous logistics system to which this result is applied is used in the marine industry, it is thought that the stability, reduction of labor force, and work efficiency will be improved when workers work. 선박은 화물 운송의 효율을 증대시키기 위해 대형화되는 추세이다. 선박 대형화는 선박 작업자의 이동시간 증가, 업무 강도 증가 및 작업 효율 저하 등으로 이어진다. 작업 업무 강도 증가 등의 문제는 젊은 세대의 고강도 노동 기피 현상과 맞물러 젊은 세대의 노동력 유입을 감소시키고 있다. 또한 급속한 인구 노령화도 젊은 세대의 노동력 유입 감소와 복합적으로 작용하면서 해양산업 분야의 인력 부족 문제는 극심해지는 추세이다. 해양산업 분야는 인력 부족 문제를 극복하기 위해 지능형 생산설계 플랫폼, 스마트 생산 운영관리 시스템 등의 기술을 도입하고 있으며, 스마트 자율물류 시스템도 이러한 기술 중의 하나이다. 스마트 자율물류 시스템은 각종 물품들을 지능형 이동로봇을 활용하여 전달하는 기술로서 라이다, 카메라 등의 센서를 활용해 로봇 스스로 주행이 가능하도록 하는 것이다. 이에 본 논문에서는 이동로봇이 선박 갑판의 통행로를 감지하여 stop sign이 있는 곳까지 자율적으로 주행할 수 있는지를 확인하였다. 자율주행은 Nvidia의 End-to-end learning을 통해 학습한 데이터를 기반으로, 이동로봇에 장착된 카메라를 통해 선박 갑판의 통행로를 감지하여 수행하였다. 이동로봇의 정지는 SSD MobileNetV2를 이용하여 stop sign을 확인하여 수행하였다. 실험은 약 70m 거리의 선박 갑판 통행로를 이동로봇이 이탈 없이 주행 후 stop sign을 확인하여 정지하는지를 5회 반복 실험하였으며, 실험 결과 경로이탈 없이 주행하는 결과를 얻을 수 있었다. 이 결과를 적용한 스마트 자율물류 시스템이 산업현장에 적용된다면 작업자가 작업 시 안정성, 노동력 감소, 작업 효율이 향상될 것으로 사료된다.

2륜 이동로봇의 합리적인 하드웨어 설계 노하우 : 세그웨이를 중심으로

조정우(Joh Jung-Woo),박귀태(Park Gwi-Tae) 대한전기학회 2009 정보 및 제어 심포지엄 논문집 Vol.2009 No.5

In this paper, we discuss how to design 2-wheeled mobile robot hardwares as reasonable and practical as possible. A segway type mobile robot consists of 2 wheels only, placed in parallel rather than horizon. 2-wheeled mobile robots make you overcome high cost and time consuming maintenance procedures of the robot by reducing the number of robot hard wares. The most challenging thing in a 2-wheeled mobile robot that has many more valid virtues than the traditional mobile robots is to make it balance itself whenever it stands still or goes forward. But balancing itself is not an easy matter and there are many researches and experiments on this issue. When researchers test theories on 2-wheeled mobile robots to improve its self balancing performance, they should consider how to design hard wares of that mobile robot. No matter how great those new theories are, if a testbed for those theories is not suitable, performance output would be poor and meaningless. In this point of view, to design a proper 2-wheeled mobile robot as a testbed is a very important issue with development of new theories. So we define 4 guide lines to design segway type mobile robots reasonably; about motor, battery, and MCU selection and shock-proof design with robust motor setting.

SURF와 Particle filter를 이용한 이동 로봇의 위치 추정

문현수(Hyun Su Mun),주영훈(Young Hoon Joo) 한국지능시스템학회 2010 한국지능시스템학회논문지 Vol.20 No.4

본 논문에서는 SURF와 Particle filter를 이용한 이동로봇의 위치 추정 방법을 제안한다. 제안한 방법은 다음과 같다: 먼저, 이동 로봇의 위치를 찾기 위해 SURF 알고리증을 이용하여 카메라로부터 획득한 영상을 분석한다. 두 번째, 획득한 영상으로부터 이동로봇의 상대적인 위치를 알기 위해 이동로봇에 설치되어 있는 초음파 센서를 이용하여 주변 환경과의 거리를 측정한다. 그리고 측정된 센서 값들을 기반으로 하여 이동 로봇의 위치를 추정하는데 있어서 오차를 줄이고자 위치 추정에 많이 사용되는 Particle filter를 이용하여 이동 로봇의 위치를 추정한다. 마지막으로, 본 논문에서 제안한 방법은 실험을 통해 그 응용 가능성을 증명한다. In this paper, we propose the localization method of mobile robot using SURF(Speeded-Up Robust Features) and Particle filter. The proposed method is as follows: First, we seek the Landmark from the obtained image using SURF in order to find the first rigorous position of mobile robot. Second, we obtain the distance from obstacles using ultrasonic sensors in order to create the relative position of mobile robot. And then, we estimate the localization of mobile robot using Particle filter about movement of mobile robot. Finally, we show the feasibility of the proposed method through some experiments.

마커와 카메라를 이용한 스키드 구동 이동 로봇의 회전 운동 분석

하종은 한국전자통신학회 2016 한국전자통신학회 논문지 Vol.11 No.2

This paper deals with analysis of the characteristics of mobile robot’s motion by automatic detection of markers on a robot using a camera. Analysis of motion behaviors according to parameters is important in developing control algorithm for robot operation or autonomous navigation. For this purpose, we use four chessboard patterns on the robot. Their location on the robot is adjusted to be on single plane. Homography is used to compute the actual amount of movement of the robot. Presented method is tested using P3-AT robot and it gives reliable results. 본 논문에서는 이동 로봇에 마커를 부착하여 이를 카메라를 통해 자동으로 추출하여 이동 로봇의 운동 특성을 분석하는 방법에 대해 다루도록 한다. 이동 로봇의 구동을 위한 제어 알고리듬의 개발이나 자율 이동 관련 알고리듬 개발시 인자값에 따른 운동 특성 분석은 중요한 부분이다. 이의 분석을 위해 본 논문에서는 네 개의 체스보드 형태의 마커를 이동 로봇에 부착하여 사용하도록 한다. 이들 네 개의 마커들은 동일 평면에 존재하도록 배치하도록 한다. 평면 호모그라피를 이용하여 로봇의 실제 이동량을 계산하도록 한다. 제시된 방법은 P3-AT 로봇을 이용하여 실험을 수행하였으며 안정적인 운동 분석이 가능하였다.

로봇의 활용을 제한하는 규제에 관한 연구 - 산업용 로봇과 지능형 로봇에 관한 규제를 중심으로 -

박철우(Chul-woo Park) 서울대학교 공익산업법센터 2024 경제규제와 법 Vol.17 No.3

인공지능(AI) 등 과학기술의 발전으로 인하여 로봇은 더욱 발전하게 될 것이고, 이러한 로봇으로 인하여 인류는 지금까지 경험하지 못한 변화에 직면할 수 있다. 이와 관련하여 변화를 거부하면서 로봇의 출현을 막기만 할 수는 없고, 변화에 적절히 대응할 수 있도록 규제법적 측면에서의 노력이 필요하다. 이에 로봇의 활용을 과도하게 제한하고 있는 주요 규제에 대하여 살펴보고, 개선방안을 찾을 필요가 있다. 로봇의 개념은 “인간과 유사한 형태 등으로 특정한 사용 목적을 위하여 주요 행위를 자동적으로 할 수 있는 기계 장치”로 넓게 정의할 수 있다. 이와 관련하여 인공지능(AI) 기술의 결합을 필수적인 것으로 보기도 하나, 기존의 로봇에 대한 사회적 인식 등을 고려할 때 시기상조로 판단된다. 위와 같이 광의로 보면 로봇은 다양한 기준에 따라 분류될 수 있는데, 규제법적 측면에서는 산업안전보건법의 위임을 받은 산업안전보건기준에 관한 규칙에서 정하는 산업용 로봇과 지능형로봇법에 따른 지능형 로봇을 다른 로봇과 분류할 필요가 있다. 이와 관련하여 로봇의 이용주체에 따라 산업용 로봇과 개인용 로봇 등으로 분류할 수 있고, 자동적 기능의 처리방식에 따라 지능형 로봇과 명령실행형 로봇 등으로 분류할 수 있다. 산업용 로봇은 산업현장에서 사용되는 모든 로봇이다. 산업안전보건법 및 관계법령은 모든 산업용 로봇을 활용하기 위해서는 원칙적으로 울타리를 설치하여 근로자와 공간을 분리하도록 규정하고 있다. 이에 산업현장에서 이동형 로봇을 활용하기 위해서는 모든 경로에 울타리를 설치하여야 하여 사실상 활용이 어렵고, 착용형 로봇은 활용 자체가 불가능하다. 협동로봇도 원칙적으로 활용이 불가능하다. 모든 산업용 로봇에 원칙적으로 울타리를 설치하도록 하는 규제를 개선할 필요가 있다. 또한 정부는 공간이 분리되어 작동하는 로봇에 대하여 자동판매기로 해석하기도 하는데, 자동판매기의 운영과 관련하여 중소기업을 보호하기 위한 규제가 존재한다. 자동판매기가 로봇의 특별한 형태로 인정된다면, 로봇의 다양한 활용을 위하여 대기업의 참여를 막는 해당 규제는 개선될 필요가 있다. 지능형 로봇이 외부환경을 스스로 인식하여 처리하는 과정에서 개인정보가 수집·이용될 수 있다. 이 경우와 관련하여 개인정보보호법은 원칙적으로 정보주체의 사전동의가 필요한 것으로 규정하고 있다. 예외적으로 법률에 특별한 규정이 있거나 법령상 의무를 준수하기 위하여 불가피한 경우에는 정보주체의 사전동의가 없더라도 개인정보를 수집·이용이 가능할 수 있다. 불특정 다수의 개인정보를 수집하는 과정에서 모든 정보주체의 사전동의를 받는 것은 불가능하므로, 법률에 특별한 규정을 두거나 법령상 의무를 부여하여 지능형 로봇이 활용될 수 있도록 할 필요가 있다. 또한 자율주행기능을 가진 지능형 로봇의 경우에는 적법하게 주행할 수 있는 공간이 필요한데, 도로교통법에 따르면 로봇은 차에 해당하여 보도를 주행할 수 없고, 원칙적으로 운전자에게 부여된 의무를 준수하기 어려워 차도를 주행하기도 어렵다. 그 밖에 도시공원 및 녹지 등에 관한 법률 및 관계법령에 따라 원칙적으로 도시공원의 출입이 제한되기도 한다. 이와 관련한 규제의 개선도 필요하다. 다만 각 규제들이 다수의 소관부처와 연관되어 있어 특정 소관부처가 독자적으로 이를 개선하기에는 한계가 있다. 각 법령의 소관부처들이 함께 법령을 정비하여야 할 것으로 보인다. Due to the development of technology such as artificial intelligence (AI), robots will be developed, and due to these robots, mankind can face changes that have not been experienced. It would not possible to reject the changes and to prevent the appearance of robots, thus the efforts in the aspect of regulation and law are needed to appropriately respond to the changes. The concept of a robot can be defined as “a mechanical device that can automatically perform major actions for a specific purpose of use in a form similar to a human.” From the regulatory aspect, there are industrial robots prescribed in the rules on occupational safety and health standards delegated by the Industrial Safety and Health Act. In addition, there are also intelligent robots according to the Intelligent Robot Act. Robots can be classified into industrial robots and personal robots according to the subject of use, and can be classified into intelligent robots and command execution robots according to the processing method of automatic functions. Industrial robots are all robots used in industrial fields. The Occupational Safety and Health Act and related laws stipulate that, in principle, a fence should be installed to separate workers and spaces in order to utilize all industrial robots. Therefore, in order to utilize a mobile robot in an industrial field, it is difficult to utilize it in practice because it is necessary to install a fence on all paths, thus it is impossible to utilize a wearable robot itself. Cooperative robots are also impossible to use. It is necessary to revise the regulation that requires the installation of a fence in principle for all industrial robots. Intelligent robots can collect and use personal information in the process of recognizing and processing the external environment, but to do this, prior consents are need from the Personal Information Protection Act. Exceptionally, if there are special provisions in the law or it is unavoidable to comply with legal obligations, personal information may be collected and used without the prior consent from the information subject. Since it is impossible to obtain prior consent from all information subjects, it is necessary to make intelligent robots available by placing special provisions in the law or imposing legal obligations. In addition, in the case of intelligent robots with self-driving functions, they need a space where they can legally drive. According to the Road Traffic Act, robots cannot drive on sidewalks as they are cars. Thus, it is difficult to drive on roads because it is impossible to comply with the duties assigned to drivers. Regulations in this regard also need to be improved.