8조-최박사공노임

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 00000000..

영문 : 00000000..

과제 팀명

00000..

지도교수

000 교수님

개발기간

2022년 9월 ~ 2022년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 기계정보공학과 20XXXXX0** 김**(팀장)

서울시립대학교 기계정보공학과 20XXXXX0** 정**

서울시립대학교 기계정보공학과 20XXXXX0** 조**

서울시립대학교 기계정보공학과 20XXXXX0** 이**

서울시립대학교 기계정보공학과 20XXXXX0** 남**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

전 세계적으로 로봇 시장의 규모가 커지고 있는 가운데, 모바일 매니퓰레이터(Mobile Manipulator)를 이용하여 문을 여는 작업은 연구 및 개발이 필요한 기술이다. 본 개발 과제에서는 모바일 매니퓰레이터를 이용하여 로봇이 스스로 밀거나 당겨 문을 여는 동작을 구현하려 한다. 이때 일자형 및 원형 손잡이를 파지할 수 있는 그리퍼를 설계하고 제작할 것이다. 카메라를 통해 손잡이를 인식한 뒤 매니퓰레이터로 손잡이를 회전시켜 문을 열고, 3D Lidar를 통해 주변 환경을 인지한 뒤 모바일 로봇이 충돌 없이 문을 통과한다. 이러한 기술은 배달 로봇과 같은 서비스 로봇, 혹은 로봇 팔을 포함한 지능형 휠체어 등과 같은 다양한 분야에 활용될 수 있으며 기존 연구에 대한 문제점을 개선함으로써 경쟁력 또한 확보할 수 있다.

개발 과제의 배경

1. 개발 배경

동기 및 필요성

문을 연다는 행위는 최근까지도 온전히 사람만 할 수 있는 행위로 구분되어 왔다. 그렇지만 기술의 발전으로 모바일 로봇과 로봇 팔이 합쳐진 매니퓰레이터를 이용해 문을 여는 작업을 국내외 연구팀들이 진행중에 있다. 매니퓰레이터를 이용하여 문을 여는 작업은 미래의 다양한 상황에서 사용될 수 있는 기술이므로 연구 및 구현이 필요하다. 첫째, 재난 및 소방 상황 같은 상황에서 사람이 건물 내부로 직접 들어가는 탐색이 힘든 경우 모바일 로봇을 통해 대신 탐사가 이뤄질 수 있다. 생존자 구조 및 임무수행을 위해서 로봇이 문을 여는 작업이 필수적이다. 두번째, 장애인들을 위한 서비스가 가능하다. 거동이 불편한 분들이 휠체어를 타고 문을 여는 상황이나, 문의 위치를 정확히 찾기 힘든 시각장애인 분들을 위해 모바일 로봇이 안내를 하면서 문을 열 수 있다. 세번째, 편의를 위한 서비스로 사용될 수 있다. 기존 모바일 배달로봇의 경우 자동문이 아닌 이상 지나가기 힘들다. 문을 열고 지나갈 수 있다면 건물의 형태 및 구조에 국한되지 않고 모바일 로봇의 실내 배달 서비스가 이뤄질 수 있다. 그렇지만 문을 여는 작업은 자율 주행, 인식, 경로계획, 제어를 모두 동반하기 때문에 문제의 범위가 복잡하고 어렵다. 이에 기존 연구를 기반으로 문제해결을 해 나갈 필요가 있다.

기존 연구 사례 및 개선 방향

사이언스지에 게재된 로봇 히타치(Hitachi)는 인공지능 기계학습을 통해 96% 이상 문을 여는데 성공했다. 이는 카메라를 통해 문에 접근하는 과정과 문을 통과하는 과정 두가지 단계로 모듈화 되어 구현되었다. 문을 여는 것은 반복되는 단순한 작업(task)처럼 보이지만 Hard-coding으로는 구현하기 힘든 어려운 작업이다. 히타치는 총 5개의 문과 5개의 일자형 문고리에 대해 학습하여 높은 성능을 보여주었다. 그렇지만 기존 사례에서는 여전히 개선할 부분들이 존재한다. 첫째로, 일자형 문고리만 고려한 점. 둘째로 로봇이 문을 지나갈 때 로봇과 문이 부딪히는 상황이 고려되지 않았던 점. 마지막으로, 문을 당겨 여는 작업에서 양손을 사용하여 진행한 점들이 기존 사례의 한계점이다. 본 개발 과제를 통해 로봇에 문을 여는 동작을 수행함에 있어 기존 연구의 이러한 문제점들을 개선하고자 한다. 첫째로, 일자형 문고리 이외에도 원형 문고리에 대해 개발을 진행함으로써 기존 사례를 개선하려 한다. 둘째로, 라이다(LiDAR)로 위치추정을 함으로써 로봇이 문을 통과할 경우 문과의 충돌이 일어나지 않도록 한다. 셋째로, 하나의 매니퓰레이터만을 이용하여 작업을 수행하려 한다.

2. 기대 효과

본 개발 과제에서는 당겨서 여는 문과 밀어서 여는 문, 그리고 일자형 문고리 이외에도 원형 문고리에 대해 개발을 진행함으로써 기존 연구와 비교하여 보다 다양한 사례에 대해 대처할 수 있을 것이다. 로봇이 문을 지나갈 때의 주변 물리적 환경을 고려하여 로봇이 충돌 없이 안정적으로 통과할 수 있도록 한다. 나아가 매니퓰레이터 하나만을 이용하여 문을 여는 작업을 수행함으로써 양손을 사용하는 기존 로봇보다 경제성 및 효율성 또한 높일 수 있다.

로봇이 사람처럼 문을 여는 동작을 성공적으로 수행함으로써 앞서 언급한 재난 상황을 위한 탐사로봇, 장애인을 위한 서비스 로봇, 모바일 배달 로봇 등과 같은 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

개발 과제의 목표 및 내용

내용

구성원 및 추진체계

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설계

설계사양

제품의 요구사항

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설계 사양

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개념설계안

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이론적 계산 및 시뮬레이션

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상세설계 내용

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결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

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포스터

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완료작품의 평가

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향후계획

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특허 출원 내용

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