"6조-안내봇이루멍"의 두 판 사이의 차이

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	===이론적 계산 및 시뮬레이션===		===이론적 계산 및 시뮬레이션===

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2023년 12월 19일 (화) 05:50 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 00000000..

영문 : 00000000..

과제 팀명

00000..

지도교수

황면중 교수님

개발기간

2023년 9월 ~ 2023년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 기계정보공학과 2018430035 이용재(팀장)

서울시립대학교 기계정보공학과 2018430012 김영민

서울시립대학교 기계정보공학과 2018430013 김영준

서울시립대학교 기계정보공학과 2019430011 박정현

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

실외에서 움직일 수 있는 사족보행 로봇과 음성 AI 서비스를 개발해 학교 투어 및 길 안내를 수행하는 로봇의 소프트웨어 시스템을 구현하고자 한다. 위 시스템 개발로 사용자의 편의성이 증가하고 학교 홍보효과가 증대될 것이라 기대된다. 학교 투어는 로봇이 정해진 경로를 이동하고 길 안내는 현재 위치부터 사용자가 설정한 목적지까지 계산된 경로를 이동한다. 그리고 이동 중에 로봇은 스스로 장애물 회피를 진행하고 음성 AI 기능을 탑재해 사용자와 질의응답을 하며 학교와 관련된 정보를 제공해준다.

개발 과제의 배경

현재 대형 건물과 박물관에서는 안내를 위한 로봇이 사용되고 있으나, 이들은 주로 바퀴형 로봇으로 제한된 실내 공간에서만 운용 가능하며, 사용자가 직접 검색해야 하는 정보 제한이 있다. 반면, 사족보행 로봇은 이러한 제약을 극복하고, 의료 및 물류 분야 등에서 이미 활용되고 있어 안내 로봇 분야에서도 큰 잠재력을 가지고 있다. 또한, 최근에는 OpenAI의 ChatGPT 같은 LLM을 이식한 챗봇이 주목받고 있으며, 이들 기술을 안내 로봇에 도입하면 공공장소나 상업시설에서 더 효율적인 안내 서비스가 가능해진다​​.

개발 과제의 목표 및 내용

이 프로젝트의 목표는 사족보행 로봇 GO1을 활용하여 학교 캠퍼스 투어 및 길 안내 서비스를 제공하는 것이다. 이 로봇은 음성인식 및 인공지능을 이용하여 사용자와 의사소통이 가능하도록 설계된다. 개발 내용으로는, Unitree사의 GO1 모델을 사용하여 기본 움직임과 장애물 회피 기능을 구현하고, 음성인식 및 자율주행을 위한 센서들을 부착한다. 필요한 경우 3D 프린터로 부품을 제작하며, 최종적으로 목표 기능을 탑재한 소프트웨어를 로봇에 이식해 특정 실험과 최종 시연을 진행할 예정이다​​.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

• 전 세계적인 기술현황

LLM (Large Language Model)

국내 기술:

Maum AI: 한국어 처리 가능한 큰 언어 모델 개발 및 확장 계획. Naver Clova: 신경망 기반 기계 번역 모델 개발로 국내 언어 모델 기술 성숙도 향상.

국외 기술:

모델 자체 훈련 데이터 생성: 구글 연구자들이 개발한 자가 훈련을 통한 언어 모델 개선. ChatGPT와 Bard: 사용자 기반 확장 및 비즈니스에 새로운 가능성 제시. GPT-4: OpenAI의 모델로 인간 수준의 성능 및 복잡한 추론 이해, 고급 코딩 능력 등을 보유. 글로벌 건강 및 개발 솔루션 개발: Bill & Melinda Gates 재단의 AI 기반 큰 언어 모델 활용 연구. 비교: 국내는 주로 기업 중심의 언어 모델 개발에 집중, 해외는 연구 및 개발, 개방형 커뮤니티 및 국제 협력을 통한 언어 모델 발전에 초점​​.

안내로봇(Navigation)

국내 기술:

KIST: 실내 및 실외 환경에서 로둣 안내 시스템 연구. LG CNS: 지하철 역 및 공공 시설에서 로봇 안내 서비스 제공. GNSS, AI 내비게이션, SLAM 기술: 실외 길안내 로봇 개발에 기여.

국외 기술:

Waymo: 자율 주행 차량을 통한 안전한 길 안내 서비스 제공. Savioke의 Relay 로봇: 호텔 및 병원에서 활용되는 물건 배달 로봇. Rovenso의 범용 로봇: 다양한 응용 분야에서 활용 가능한 로봇 개발. 비교: 국내 안내로봇은 주로 실내 환경에서 사용되며, 해외 안내로봇은 다양한 환경에서 자율 주행 능력에 초점을 맞춤. 양측 모두 GNSS, AI 내비게이션, SLAM 등 핵심 기술 사용하여 로봇의 실외 길안내 기능 개발에 힘쓰고 있음​​.

• 특허조사 및 특허 전략 분석

내용

• 기술 로드맵

하드웨어 (H/W) 설계

통신: 사용자와 로봇 간의 효율적인 커뮤니케이션을 위해 마이크와 블루투스 모듈이 포함된 목걸이 사용.

센서: 2D LiDAR 센서로 로봇이 주변 물체를 인식 및 회피.

제어 시스템: 컨트롤러 PC가 로봇의 뇌 역할을 하며, 모든 처리 작업을 총괄.

전력 공급: 배터리 시스템이 장기간의 동력을 보장.

위치 추적: RTK GPS 모듈을 이용한 정밀한 위치 추적 및 최적 경로 결정​​.

소프트웨어 (S/W) 설계

자율주행: 장애물 회피, 경로 최적화, 거리 유지 기능 포함. GPS와 내장된 지도 데이터를 활용해 최적 경로 계산. 음성 AI: 사용자와 자연스러운 대화를 가능하게 하는 음성 인터페이스 제공. STT(Speech-to-Text) 기술과 LLM(Large Language Model)을 활용하여 사용자 요구 분류 및 적절한 반응 생성. 연속적인 개선: 소프트웨어 설계는 프로젝트 진행 과정에서 지속적으로 검토 및 개선됨​​. 로봇 자율주행

Global Planner: Dijkstra’s algorithm을 활용한 그래프기반 경로 탐색. GPS좌표에 기반한 경유점들을 활용해 global path 생성. Local Planner: DWA 로컬 플래너를 사용하여 장애물 회피 및 경로 생성. 위치 추정: RTK-GPS와 IMU 센서를 활용하여 로봇의 정확한 위치 추정 및 회전값 파악​​.

시장상황에 대한 분석

• 경쟁제품 조사 비교

내용

• 마케팅 전략 제시

내용

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

사족보행 로봇의 이동능력 향상

사족보행 로봇의 기술적 발전은 로봇의 운용성, 보행 속도 및 하중 용량에 큰 영향을 미친다. 이러한 기술적 발전으로 인해 사족보행 로봇은 더 높은 운용성과 더 빠른 속도, 그리고 더 높은 하중 용량을 가질 수 있다 [a]. 특히, 센서 기술의 향상과 인공지능의 발전은 로봇이 더욱 정확하고 빠르게 환경을 인식하고 반응할 수 있게 만든다. 이는 로봇이 더 효율적으로 작동하고 더 다양한 작업을 수행할 수 있게 해, 실내외의 다양한 환경에서 움직일 수 있게 되어, 기존 바퀴형 로봇의 한계를 극복한다. 

음성 인식 및 자연어 처리 기술의 활용

음성 인식, 자연어 처리(NLP), 머신러닝 등의 기술이 발전함에 따라, 챗봇은 사용자의 질문을 더 정확하게 이해하고 더 적절한 답변을 제공할 수 있게 된다. 사용자의 선호도와 필요에 따라 맞춤형 서비스를 제공하는 등의 챗봇 기술의 발전이 예상된다. 또한, 더욱 진보된 데이터 분석과 머신 런닝 알고리즘의 도입은 챗봇이 더욱 개인화된 서비스를 제공하고 사용자의 만족도를 높일 수 있게 해줄 것이다. 따라서 사용자와의 효율적인 의사소통을 가능하게 하며, 원활한 질의응답 서비스를 제공한다. 

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

경제적 파급효과

학교 홍보 효과 증대는 본 프로젝트의 중요한 기대효과 중 하나다. 사족보행 로봇과 음성 인식 기술의 도입은 학교의 현대적이고 기술적인 이미지를 강화하는 데 큰 역할을 할 것으로 예상된다. 특히, 이러한 신기술은 학교의 혁신적인 면모를 대외적으로 알릴 수 있는 효과적인 수단이 될 것이다. 로봇이 학교 캠퍼스를 안내하며, 방문객과 학생들에게 유익한 정보를 제공함으로써, 학교는 기술적 진보와 사용자 중심의 서비스를 통해 좋은 인상을 심어줄 수 있다. 또한, 이 프로젝트는 학교의 연구 및 개발 역량을 강조하며, 기술 혁신을 추구하는 학교의 정신을 반영한다. 이는 미래의 학생들, 교직원, 그리고 협력 기관들에게 학교의 긍정적인 이미지를 전달하며, 학교의 명성을 높이는 데 기여할 것이다. 

사회적 파급효과

사회적 기대효과는 이 프로젝트의 중요한 부분으로, 편의성 제공과 안전한 길 안내는 전체 학생과 방문객 대상으로 큰 이점을 제공한다. 편의성 제공은 캠퍼스 안내와 정보 제공을 통해 학교 생활을 더욱 쉽고 편리하게 만들어 준다. 학생들과 방문객은 로봇을 통해 신속하고 정확한 정보를 얻을 수 있어, 학교의 다양한 시설과 서비스를 이용하는 데 도움이 된다. 또한, 안전한 길 안내는 장애물 인식 및 회피 기능을 통해 학생들과 방문객이 캠퍼스를 더 안전하게 이동할 수 있게 돕는다. 이러한 기능은 학교의 서비스 품질을 높이고, 학교 커뮤니티의 만족도를 증가시키는 데 기여할 것이다.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

<Figure 1>제품 요구사항

설계 사양

목적 계통도

<Figure 2>목적 계통도

<Figure 3> 설계 사양

개념설계안

가. 음성 시스템

1) 입출력 장치 구성방식

<Figure 2>입출력 장치 구성방식

2) 음성 인식 (Speech o Text)

<Figure 2>음성 인식

3) 음성 합성 (Text to Speech)

<Figure 2>음성합성

4) Large Language Model

<Figure 2>Large Language Model

나. 자율주행 시스템

1) 장애물 인식 센서

<Figure 2>장애물 인식 센서

2) 위치 인식 기술

<Figure 2>위치 인식 기술

3) 사족보행로봇

<Figure 2>사족보행로봇

4) 사용자와의 거리측정 방식

<Figure 2>사용자와의 거리측정 방식

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

관련사업비 내역서

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용