휠체어형 서비스로봇의 ROS 기반 시뮬레이터 개발

당반치엔(Chien Van Dang),백수진(Sujin Baek),김아현(Ahyeon Kim),최영림(Younglim Choi),임정학(Jeong-Hak Lim),김종욱(Jong-Wook Kim) 한국지능시스템학회 2020 한국지능시스템학회논문지 Vol.30 No.3

본 논문은 로봇용 오픈소스 소프트웨어 프레임워크인 ROS(Robot Operating System)를 이용해 고령자, 장애인 등 신체 약자의 생활보조용 가변형 휠체어 타입 로봇의 모델을 3차원 시뮬레이터인 Gazebo 환경에서 구축하고 이와 관련된 시뮬레이션을 수행한 것을 소개한다. 본 논문의 휠체어로봇은 조이스틱(PC 상에서 원격조종 시 키보드)을 통하여 사용자가 원하는 속도와 장소로 이송할 수 있다. 그리고 휠체어의 등받이와 다리받침대는 사용자가 가장 선호하는 자세로 수동으로 제어하거나 강화학습으로 자동 조정할 수 있다. 또한 휠체어로봇의 자율주행과 생활 편의성을 위해 ROS 기반 원격제어, 내비게이션, SLAM 패키지를 연결하였으며, Gazebo 시뮬레이터 상에서 동작 성능을 검증한다. This paper presents building and running a model of a transformable wheelchair-type robot for living support of the physically weak, such as the elderly and the disabled, in Gazebo environment using Robot Operating System (ROS), an open source software framework for robots. The wheelchair robot can be controlled at any speed and to any location by the user via a joystick or keyboard for remote control on PC. In addition, the wheelchair’s back and leg supports can also be controlled manually or automatically with reinforcement learning in their most comfortable position. For self driving and living convenience of the robot, remote control, navigation, and SLAM (simultaneous localization and mapping) packages based on ROS are integrated, and operational performance is verified on the Gazebo simulator.

ROS 기반의 실내자율 주행 로봇의 자기위치 인식 및 딥러닝에 의한 제어 시스템

박동규(Dong Gyu Park),김규리(Kyu Ree Kim),장진우(Jin Woo Jang),김동환(Dong Hwan Kim) 대한기계학회 2021 大韓機械學會論文集A Vol.45 No.12

본 연구는 물류 센터 무인화를 위해 상자를 지역, 회사에 따라 분류하고 장애물을 실시간으로 회피하며 목표지점까지 운송하는 로봇 시스템을 개발하는 것을 목표로 하고 있다. 전체 제어 시스템은 ROS(robot operating system)로 구성하였으며, 모터 제어 및 기타 센서 처리를 위해 하부제어기로 OpenCR을 추가하였다. 또한 IMU 센서와 encoder를 결합한 odometry를 기반으로 AMCL(adaptive Monte Carlo localization) 알고리즘을 사용하여 로봇 위치를 추정 및 보정하였다. 또한 이를 LiDAR와 결합하여 맵핑 및 주행(navigation)을 진행하였다. 상자 분류는 YOLO를 통해 진행하였다. 그 결과 상자 분류를 통해 스스로 목표지점을 설정하고 라이더로 장애물을 인식하여 실시간으로 회피하는 자율주행 로봇을 구현하였다. In this study, an indoor self-driving automated guided vehicle that recognizes objects in a logistics center and transports them to their destinations is introduced. The robot must be aware of its location while it moves and must be able to recognize its surroundings in real time to operate in the self-driving mode. The control system is composed of a robot operating system (ROS) with OpenCR used as a lower controller for motor control and other sensor processing. The robot position is estimated by combining the adaptive Monte Carlo localization algorithm (AMCL) with odometry using an inertial measurement unit sensor and an encoder, and mapping and navigation are performed by combining it with LiDAR. In addition, box classification is conducted through you-only-look-once (YOLO) object detection. Consequently, we implement a self-driving robot that sets its own target point through box classification and avoids obstacles in real time by recognizing obstacles with LiDAR.

실시간 운영체제에서 관절 공간 궤적 생성

양길진(Gil-Jin Yang),최병욱(Byoung-Wook Choi) 한국지능시스템학회 2014 한국지능시스템학회논문지 Vol.24 No.1

본 논문은 두 바퀴 이동로봇의 주행에 있어서 주어진 경로를 물리적 제한을 만족하면서 주행하는 관절 공간 궤적 생성방법을 실시간 운영체제를 이용하여 구현함으로써 실시간 제어 방법에 대하여 연구하였다. 경로계획에서 이동로봇의 방향을 고려하기 위하여 베지어곡선을 이용하였으며, 컨볼루션 연산자를 이용하여 로봇의 두 바퀴의 속도의 제한을 만족시켰다. 관절 공간의 궤적 생성과 생성된 궤적에 대한 속도명령, 그리고 엔코더 값 감시 등 실시간 태스크를 주기적 태스크로 구현하였으며 동기화를 위하여 실시간 메커니즘인 이벤트 플래그를 이용하여 구현하였다. 실제 로봇에 실시간 태스크를 구현하여 속도명령의 실시간성과 이에 따른 이동로봇의 주행실험 결과를 이용하여 궤적 추종 성능을 비실시간 시스템과 분석하였다. 결과를 통하여 실시간 성을 요구하는 제어시스템에서 실시간 다중 태스크 시스템의 유용성을 검증하였다. This paper presents an implementation of a smooth path planning method considering physical limits on a real time operating system for a two-wheel mobile robot. A Bezier curve is utilized to make a smooth path considering a robot"s position and direction angle through the defined path. A convolution operator is used to generate the center velocity trajectory to travel the distance of the planned path while satisfying the physical limits. The joint space velocity is computed to drive the two-wheel mobile robot from the center velocity. Trajectory planning, velocity command according to the planned trajectory, and monitoring of encoder data are implemented with a multi-tasking system. And the synchronization of tasks is performed with a real-time mechanism of Event Flag. A real time system with multi-tasks is implemented and the result is compared with a non-real-time system in terms of path tracking to the designed path. The result shows the usefulness of a real-time multi-tasking system to the control system which requires real-time features.

Passive Dynamic Walking 기반 이족보행로봇 개발 및 자세안정화

이춘길,오연택 한국기계기술학회 2017 한국기계기술학회지 Vol.19 No.1

Walking method based zero moment position algorithms that can guarantee the stability of the biped walking robot while walking, but it moves the legs for the stability of the walking in a way that is not related to energy conservation. Walking method using ZMP can cause low battery efficiency and load on leg joints. The walking method using the passive walking, which is a natural and efficient method of walking, can reduce the load on the joints of the robot by using the method without using the inertia that occurs when walking and reduced control elements and efficient use of battery. In this paper, a biped robot with an actuator based on the principle of passive dynamic walker mechanism is applied to a passive walking algorithm. In order to solve the problem of stabilization of the posture during walking, the posture was stabilized by using the swing motion of the arm. and the walking movement of the robot was observed using the AHRS sensor applied to the robot .It was confirmed that the posture can be stabilized based on measured values using AHRS.

HNS 광역 탐지 및 모니터링을 위한 부유식 무인이동체 시스템의 실험적 성능 검증

박진욱,김진식,김진환,김용명,이문진 해양환경안전학회 2022 해양환경안전학회지 Vol.28 No.-

In this study, we address the development of a floating platform system based on a unmanned surface vessel for wide-area sensing and monitoring of hazardous and noxious substances (HNSs). For long endurance, a movable floating platform with no mooring lines was used and modified for HNS sensing and monitoring. The floating platform was equipped with various sensors such as optical and thermal imaging cameras, marine radar, and sensors for detecting HNSs in water and air. Additionally, for experiment validation in real outdoor environments, a portable gas-exposure system (PGS) was built and installed on the monitoring system. The software for carrying out the mission was integrated with the Robot Operating System (ROS) framework. The practical feasibility of the developed system was verified through experimental tests conducted in inland water and real-sea environments. 본 논문에서는 해상 위험유해물질(Hazardous Noxious Substances, HNS) 사고의 효과적인 대응을 위해 개발된 부유식 무인이동체 기반 광역탐지 및 모니터링 시스템의 운용 시나리오 설계와 실험 검증 내용을 보인다. 광역탐지 및 모니터링 시스템은 장시간 운용이 가능하되 제한적 이동이 가능한 무계류형 부이 형태를 갖는 부유식 무인이동체 플랫폼을 기반으로 개발되었으며 임무 수행에 필요한 열화상 카메라, 레이더, 부유 및 대기 HNS의 탐지를 위한 센서가 탑재되었다. 실험 검증 과정에서는 탐지 센서 성능을 야외 환경에서 실험적으로 검증하기 위해 이동식 가스 유출 시스템(Portable Gas-exposure System, PGS)을 추가로 설치하였다. 무인 시스템의 원격 및 자율 운용을 위해 전체 운용 소프트웨어는 로봇운영체제(Robot Operating System, ROS) 프레임워크를 기반으로 통합되었다. 내수면 및 실해역에서의 실험을 통해 개발된 시스템의 운용 및 활용 가능성을 실험적으로 검증하였다.

협동로봇과 AI 기술을 활용한 바리스타 로봇 연구

권도형(Do Hyeong Kwon),하태명(Tae Myeong Ha),이재성(Jae Seong Lee),정윤상(Yun Sang Jeong),김영건(Yeong Geon Kim),김현각(Hyeon Gak Kim),송승준(Seung Jun Song),오대길(Dae Gil O),이건우(Geonu Lee),정재원(Jae Won Jeong),박승운(Seungwoon 유공압건설기계학회 2024 드라이브·컨트롤 Vol.21 No.3

Collaborative robots, designed for direct interaction with humans have limited adaptability to environmental changes. This study addresses this limitation by implementing a barista robot system using AI technology. To overcome limitations of traditional collaborative robots, a model that applies a real-time object detection algorithm to a 6-degree-of-freedom robot arm to recognize and control the position of random cups is proposed. A coffee ordering application is developed, allowing users to place orders through the app, which the robot arm then automatically prepares. The system is connected to ROS via TCP/IP socket communication, performing various tasks through state transitions and gripper control. Experimental results confirmed that the barista robot could autonomously handle processes of ordering, preparing, and serving coffee.

로봇운영체제 기반의 가상 라이다 드라이버 구현 및 평가

황인호(Inho Hwang),김강희(Kanghee Kim) 한국정보과학회 2017 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.23 No.10

본 논문에서는 자율주행차량에서 사용되는 고가의 다채널 라이다(LiDAR) 센서를 다수의 저가 소채널 라이다들로 대체하여 사용하는 경우에 다수의 라이다들을 하나의 라이다로 가상화하는 드라이버를 제안한다. 이를 통해 로봇 분야에서 하나의 물리 라이다를 가정하여 개발된 SLAM(Simultaneous Localization And Mapping) 알고리즘들은 수정 없이 사용될 수 있다. 본 논문은 제안하는 드라이버를 로봇운영체제 ROS(Robot Operating System) 상에서 구현하고 SLAM 알고리즘과 함께 평가하였다. 평가 결과, 제안한 드라이버는 3차원 점지도의 점밀도를 제어하는 필터와 함께 기존 알고리즘의 수정 없이 사용될 수 있음을 확인하였다. In this paper, we propose a LiDAR driver that virtualizes multiple inexpensive LiDARs (Light Detection and Ranging) with a smaller number of scan channels on an autonomous vehicle to replace a single expensive LiDAR with a larger number of scan channels. As a result, existing SLAM (Simultaneous Localization And Mapping) algorithms can be used with no modifications developed assuming a single LiDAR. In the paper, the proposed driver was implemented on the Robot Operating System and was evaluated with an existing SLAM algorithm. The results show that the proposed driver, combined with a filter to control the density of points in a 3D map, is compatible with the existing algorithm.

로봇운영체제를 이용한 보트의 자율운항 알고리즘 개발

조현재(Hyun-Jae Jo),김정현(Jung-Hyeon Kim),김수림(Su-Rim Kim),우주현(Ju-Hyun Woo),박종용(Jong-Yong Park) 대한조선학회 2021 大韓造船學會 論文集 Vol.58 No.2

실내 자율이동로봇을 위한 ROS 기반 환경인지 및 판단 시스템 개발

장지혜(Jihye Jang),이영준(Yeong-Jun Lee),허지원(Ji-Won Heo),황환철(Hwan-Cheol Hwang),김종하(Jongha Kim),오태경(Taegyeong Oh),김덕환(Deok-Hwan Kim) 한국자동차공학회 2022 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2022 No.11

ROS기반 선체 외판 곡가공 로봇 자동화에 관한 연구

이상익(S. I. Lee),박성진(S. J. Park),공형열(H. Y. Kong),공경열(K. L. Kong) 한국소성가공학회 2019 한국소성가공학회 학술대회 논문집 Vol.2019 No.5