2족 보행로봇의 제어 설계 및 제작 방안

조설,박래웅 대한공업교육학회 2009 대한공업교육학회지 Vol.34 No.2

The objective of the paper is to design and produce a walking robot such as humanoid robot under the given design requirements and constraints. An approach to design and produce walking robot with 2 legs was suggested. It is walking robot of 5 joints which have both of ankles, both of knee joint, and pelvis. It has 5 degrees of freedom and moves by only rotations. We review the key points before the design of the walking robot. The walking robot is consisted of 2 portions : motor and frame, control board. Final goal is to walk stably and if it detects and cognizes a special object, the walking robot avoids it and moves in other direction. The walking robot was made according to design procedures and tested by proposed algorithms. The running test was successful under given 4 modes. The findings of this research could think kinds of technologies concurrently and approach synthetically through process of design and production. 이 논문은 주어진 설계 조건과 제한 조건하에서 2족 보행로봇을 설계하고 제작하 는 과정을 제시하며, GCSE의 상호작용 설계과정 모형에 근거하였다. 2족 보행 로봇은 보행하는데 총 5개의 관절을 사용하여 이동한다. 양쪽 발목, 양쪽 무릎 관절에 각각 하나씩의 자유도를 갖고 골반 부분에 한 개의 자유도를 갖는 구조이며, 제작된 로봇은 회전운동만으로 움직이는 5자유도를 갖는 2족 보행로봇이다. 보행 로봇은 구동을 제어하는 마이크로컨트롤러 보드와 직접 구동을 수행하는 모터로 구성된다. 제작된 로봇은 두발로 걷는 로봇인 만큼 안정적인 보행 동작의 시현과 주변 물체를 탐색하고 인식하여 특정한 동작을 수행하는 것을 최종 목표로 하였다. 제작된 보행 로봇을 주어진 4가지 모드에 따라 구동하였는데, 성공적으로 동작하였다. 설계 및 제작과정을 통하여 여러 기술을 통합적으로 생각하고 종합적으로 접근 하는 방법을 배울 수 있었다.

착용형 허리근력증강 로봇디자인에 있어서 인체공학적 치수 적용에 관한 연구

박선민,홍성수 한국인더스트리얼디자인학회 2018 산업디자인학연구 Vol.12 No.1

The wearable robot is directly applied to human body for operating is still developed and study focus on the technology and functionality which cause many accidents and anxiety to wearers while the development of ergonomic in other areas is actively applied already. Therefore, a wearable robot that supports the center of the human body to use in a variety of industries and rehabilitation, focus on the ‘Back-Muscular Strengthen Robot' has been studied. In this study, measuring the dimensions of the measured variables by using the ‘variable dimensioning apparatus' which designed and developed for this experiment, and found out the point when the wearer felt a sense of stability, comfort and unity, also can measure the dimension of the robot design through whether matching configured JIP:Joint Index Point and AIP:Actuator Index Point. Based on the data, the correlation between body and robot dimension are analyzed by using the significant correlations of each measured variable classified. The main key point of this study is to present Back muscular strengthen robot design guidelines which is easy applying human body dimensions into the guideline to find the suitable dimensions of robot design measurements. 로봇은 현재 급속도로 성장하여 다양한 기술과 여러 종류의 로봇들이 응용되어 연구 및 개발되고 있다. 하지만 이미 다른 분야에서는 활발히 적용되고 있는 인체공학적 디자인 개발이 인간과 로봇이 직접적으로 결합되어 운용되는 ‘허리근력증강 로봇’에서는 기술과 기능에 치중되어 있다. 특히, 웨어러블 로봇에 대한 인체공학적인 설계요소가 적절히 적용되지 않아 많은 사고를 유발하고 있으며, 착용자에게 불안감을 안겨주고 있는 실정이다. 따라서 웨어러블 로봇 중 현대산업환경에 가장 많이 적용 되고 있으며, 최근 의료공학 분야에서도 각광 받는 분야의 하나로 미국, 일본 등 로봇 선진국의 치열한 경쟁을 주도하고 있는 ‘허리근력증강 로봇’을 중심으로 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 인체치수와 실험을 위해 제작된 가변형 치수 측정기를 통해서 측정변수에 대한 치수를 측정하였으며, 설정된 인체기준점(JIP:Joint Index Point)과 로봇기준점(AIP:Actuator Index Point)의 일치여부를 통해 착용자가 안정감과 일체감, 편안함을 느끼는 부분의 기준점 오차 허용범위값을 얻을 수 있었으며, 이 값이 크게 벗어나지 않는 범위에서의 로봇 설계치수를 측정할 수 있었다. 이를 바탕으로 인체치수와 로봇설계치수의 상관관계를 통한 상관성을 분석하고, 유의성을 보인 측정변수별로 분류를 하여 가이드라인을 제시하였다. 본 연구의 주요 핵심사항은 착용형 허리근력증강 로봇 개발에 있어서 다양한 치수의 사용자가 최적의 로봇설계 치수값을 찾아 가이드라인에 쉽게 대입하여 설계 치수를 찾는데 있다.

모듈설계개념을 적용한 양팔형 서비스 로봇 개발

김지호,구본학,한제협,김용환,김성수 대한기계학회 2024 大韓機械學會論文集A Vol.48 No.2

In modern society, the importance of service robots playing various roles in house and commercial environments is increasing owing to the current advancements in robotics technology and rising labor costs. However, existing service robots are difficult to flexibly modify or incorporate hardware and functionality upgrades with respect to various working environments, resulting in technical and cost-related problems that require certain expertise. In this study, we propose a modular design of a two-armed service robot to overcome the limitations of existing service robots. Accordingly, the upper and lower parts of the two-armed service robot were divided into modules, and independent driving and integrated system interfaces were implemented to maximize the flexibility and scalability of the robot system. The effectiveness of modular design was verified by fabricating a prototype of an actual robot implementing the proposed methodology. This study emphasizes the importance of modular design in the field of service robots and is expected to contribute to improving the development and operation characteristics of multi-functional service robots. 현대 사회에서는 로봇 기술의 확산과 인건비 상승으로 인해 가정 및 상업 환경에서 다양한 역할을 수행하는 서비스 로봇의 중요성이 증대되고 있다. 그러나 기존 서비스 로봇은 다양한 작업 환경에서 하드웨어 및 기능을 유연하게 수정하거나 업그레이드하기 어려워 전문성을 요구하는 기술적, 비용적 문제가 발생한다. 본 논문에서는 기존 서비스 로봇의 한계를 극복하기 위해 양팔형 서비스 로봇의 모듈형 설계를 제안하고자 한다. 양팔형 서비스 로봇의 상·하부를 모듈로 구분하고 독립 구동 및 통합 시스템 인터페이스를 구현하여 로봇 시스템의 유연성과 확장성을 극대화하였다. 이러한 방법이 적용된 실제 로봇의 프로토타입을 제작하여 모듈화를 검증하였다. 본 연구는 서비스 로봇 분야에서 모듈 설계의 중요성을 강조하며, 다기능 서비스 로봇의 개발 및 운용 방법을 개선하는 데 기여할 것으로 기대된다.

2 축 병렬로봇의 작동강성 최적설계

이재욱(Jae-Wook Lee),장진석(Jin-Seok Jang),이상곤(Sang-Kon Lee),정명식(Myeong-Sik Jeong),조용재(Yong-Jae Cho),김건우(Kun-Woo Kim),유완석(Wan-Suk Yoo) 대한기계학회 2015 大韓機械學會論文集A Vol.39 No.6

본 논문에서는 고 중량물을 빠르게 이송시키며 ‘Pick & Place’ 작업을 수행하는 병렬로봇의 작동 강성 최적설계에 대한 연구를 수행하였다. 20~30kg 의 고 중량물을 사용하여 특정 작업을 빠르게 수행하기 위해서는 빠른 응답속도를 위한 관성 기구부 경량 설계와 동시에 동작의 정밀도를 위한 고 강성설계가 필요하다. 하지만 요구조건인 관성 기구부 경량 설계와 고강성 설계는 상호 배타적인 관계이므로 본 연구에서는 다물체동역학 해석을 통해서 병렬로봇의 동적 거동을 분석함으로써 로봇의 작동 중에 작용하는 하중상태를 분석하였고, 상호 배타적인 두 성능을 동시에 만족시키기 위해 관성 기구부 위상 최적 설계를 수행하였다. 그리고 위상 최적설계 결과를 병렬로봇에 적용하여 그 신뢰성을 검증하였다. In this paper, the operating stiffness of a parallel robot used to handle heavy packages is optimized. Because the studied model, called a “pick and place robot,” is applied for packaging logistics, it is important for the robot to be lightweight so that it may respond rapidly and have high stiffness to allow sufficient operating precision. However, these two requirements of low weight and high stiffness are mutually exclusive. Thus, the dynamic characteristics of the robot are analyzed through multibody dynamics analysis, and topology optimization is conducted to achieve this exclusive performance. Lastly, the reliability of the topology optimization is verified by applying the optimized design to the parallel robot.

모듈설계개념을 적용한 양팔형 서비스 로봇 개발

김지호(Ji-Ho Kim),구본학(Bon Hak Koo),한제협(Je Hyeop Han),김용환(Yong Hwan Kim),김성수(Sung-Soo Kim) 대한기계학회 2023 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2023 No.11

In modern society, due to the spread of robot technology and rising labor costs, the importance of service robots that play various roles in home and commercial environments is increasing. However, existing service robots are difficult to flexibly modify or upgrade hardware and functions in various working environments, resulting in technical and cost problems that require expertise. In this paper, we propose a modular design of two-armed service robot to overcome the limitations of existing service robots. The upper and lower parts of the twoarmed service robot was divided into modules, and independent driving and integrated system interfaces were implemented to maximize the flexibility and scalability of the robot system. Modular design was verified by fabricating a prototype of an actual robot to which this method was applied. This study emphasizes the importance and advantages of modular design in the field of service robots and is expected to contribute to improving the development and operation method of multi-functional service robots.

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.

다품종 소량생산 중소기업을 위한 지능형 모바일 생산관리 로봇 매니퓰레이터 개발

박인규(In-Gyu Park),박종현(Jong-Hyun Park) 대한기계학회 2019 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2019 No.11

Recently, SMEs are actively applying to the fields of logistics processing and equipment management using mobil robot systems. In terms of robot technology, the mobile robot platform has been researched and developed for each business site, but most of the robot manipulators for mobile platforms use co-robots. In this respect, it is right to apply co-robots. However, economically and functionally, there is a need for the application of robot platforms that perform simple directed tasks. In this paper, we describe the process of designing and manufacturing a robot manipulator for mobile platform with structural features and operational performance similar to that of co-robot.

기동형 경계로봇 안정화 시스템의 실험적 검증

김성수(Sung Soo Kim),이동염(Dong Youm Lee),권정주(Jeong Joo Kwon),박성호(Sung Ho Park) 대한기계학회 2010 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2010 No.6

기동형 경계 로봇은 공항이나 항구 등의 공공 지역을 보호하기 위한 기동형 차량 시스템에 고정되어 있는 경계 로봇을 말한다. 이러한 기동형 경계 로봇은 사격 시스템, 카메라 시스템, 임베디드 시스템 그리고 AHRS 센서로 구성되어 있다. 이는 각과 방위각을 위한 2 축 제어가 가능하다. 안정화된 영상과 사격을 위해 이 시스템은 차량의 모션으로부터 오는 외란에 대한 보상 값을 통해 안정화가 되어야 한다. 본 논문에서는 ADAMS 와 Matlab Simulink 를 이용해서 기동형 경계로봇의 가상 모델을 만들고 위에서 요구되는 안정화 알고리즘을 테스트 하였다. 또한 기동형 경계 로봇의 실험적 검증은 기동 시스템의 모션을 생성하는 모션 시뮬레이터를 통해 수행하였다. A mobile surveillance robot is defined as a surveillance robot system mounted on mobile platform to protect public areas such as airport or harbor from invaders. The mobile surveillance robot which is mounted on a mobile robot consists of a gun module, camera system module, embedded control system and AHRS(attitude and heading reference system). It has two axis control systems for elevation and azimuth. In order to obtain the stable image and targeting, this system requires a stabilizer to compensate disturbance from vehicle motion. In this research, virtual model of the mobile surveillance robot has been created and ADAMS/Matlab simulations have been also carried out to test stabilization algorithm. Experimental verification of the mobile surveillance robot has been carried out with motion simulator that generated mobile platform motion.

인공위성 로봇팔 탑재체의 열 제어 설계 및 해석 개발 동향

Han-Seop Shin,Hae-Dong Kim 한국우주과학회 2024 우주기술과 응용 Vol.4 No.1

뉴스페이스(New Space) 시대에 이르러 궤도상 서비싱(OOS, on orbit servicing) 임무를 수행하기 위한 인공위성들이 개발되고 있다. 궤도상 서비싱을 위한 다양한 임무는 고장수리, 재급유, 견인, 구성품 교체, 우주 상 건설 등의 여러 임무가 있으며, 이를 수행하기 위해 로봇팔 탑재체가 탑재되어야 한다. 로봇팔 탑재체는 기존 인공위성의 탑재체와 달리 고정된 상태로 움직이지 않는 것이 아니라 임무 수행을 위해 지속적으로 움직여야 하는 탑재체라는 특징이 있으며, 또한 인공위성의 구조체 내부에 존재하는 것이 아닌 우주공간에 직접적으로 노출된 상태로 임무 수행을 해야 한다는 특징이 있다. 이러한 탑재체의 특징으로 인해극한의 우주 열환경에서 이상 없이 운용될 수 있는 열 설계 및 해석은 필수적이나, 로봇팔 열 설계 및 해석에 대한 논문은 그리 많지 않은 실정이다. 본 논문에서는 현재까지 개발된 로봇팔 탑재체에 대한 열 설계, 해석에 대한 사례들을 소개 및 정리하였으며, 마지막에는 앞으로 개발할 로봇팔 탑재체의 열 설계 및 해석에 대한 방향을 제시해 보고자 한다. In the New space era, satellites are being developed to perform on-orbit service (OOS) missions. Various missions for orbital service include failure repair, refueling, towing, component replacement, and space construction, and in order to do so, a robot arm payload must be mounted. Unlike conventional satellite payloads, the robot arm payload is not move in a fixed state, but is a payload that must move continuously to perform the mission. It is also characterized by the need to perform the mission while being directly exposed to outer space, rather than existing inside the structure of the satellite. Due to the characteristics of these payloads, thermal design and interpretation that can be operated smoothly in an extreme space thermal environment is essential, but there are not many papers on thermal design and interpretation of the robot arm. This paper introduces and summarizes cases of thermal design and interpretation of robot arm payloads developed so far, and finally, it intends to suggest directions for thermal design and interpretation of robot arm payloads to be developed in the future.

동역학 모델을 활용한 서비스용 지능형 로봇의 현가시스템 설계 최적화

최성훈(Seonghoon Choi),박태원(Taewon Park),이수호(Sooho Lee),정성필(Sungpil Jung) 대한기계학회 2008 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2008 No.11

Recently, the intelligent service robot is applied for the purpose of guiding the building or providing information to the visitors of the public institution. The intelligent robot which is on development has a sensor to recognize its location at the bottom of it. Four wheels which are arranged in the form of a lozenge support the weight of the components and structures of the robot. The operating environment of this robot is restricted at the uneven place because the driving part and internal structure is designed in one united body. The impact from the ground is transferred to the internal equipments and structures of the robot. This continuous impact can cause the unusual state of the precise components and weaken the connection between each structural part. In this paper, a suspension system which can be applied to the intelligent robot is designed. The dynamic model of the robot is created, and the driving characteristics of the actual robot and the robot with suspension are compared. The road condition which the robot can operate is expanded by the application of the suspension system. Additionally, the suspension system is optimized to reduce the impact to the robot components.