로봇공학 (Robotics) -...

2008 Fall Semester, Robotics (School of AME, HAU) by sjkwon1

Instructor: 권 상 주

한국항공대학교 항공우주 및 기계공학부

(E-mail) [email protected]

(Homepage) http://mercury.kau.ac.kr/sjkwon

로봇공학 (Robotics)로봇공학 (Robotics)


과목 개요

로봇공학 과목의 목적:

• 다관절형 로봇 매니퓰레이터에 대한 로봇기구학 해석 및 동역학 모델

링 방법을 학습한다.

• 로봇 제어를 위해서 요구되는 경로계획, 피드백 제어기 구성 및 로봇

운동 시뮬레이션 방법을 학습한다.

• 또한 로봇 제작에 사용되는 센서와 구동기 및 비전시스템 등에 대하여

소개한다.

• 본 과목을 통하여 향후 로봇공학 또는 제어 및 메카트로닉스 분야에서

활약하고자 하는 학생들에게 필수 기본지식과 연구 동기를 제공한다.

• 로봇 시뮬레이션을 위해서는 Matlab 또는 MFC를 활용한다 .

과제 계획

1. 특정 Robot Arm의 기구학 솔류션 구하기

2. 주어진 궤적을 추종하는 로봇제어 시뮬레이션 프로그래밍


강의계획서


강의계획서


유의사항

자기관리

• 출석을 철저히 합시다.결석일수가 총 수업일수의 1/4 이상일 경우 학점 부과 안됨.

결석일수가 총 수업일수의 1/5 이상일 경우 B학점 이하를 부과함.

• 지각하지 맙시다. (2회 지각 = 1회 결석)

다음 수업 내용 예습 권장

• 강의자료 미리 보기

• 시간이 없을 때는 제목과 그림이라도 보고 온다.

강의자료는 매주 홈페이지에 Upload

6

로봇기술 현황 및 발전 전망로봇기술로봇기술 현황현황 및및 발전발전 전망전망

Instructor: 권 상 주

한국항공대학교 항공우주 및 기계공학부

(E-mail) [email protected]

(Homepage) http://mercury.hangkong.ac.kr/sjkwon

Introduction

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로봇의로봇의 역사와역사와 정의정의

역사

Robot의 어원 – 체코의 카렐 챠베크의 희극소설에서 사용한

체코어 Robota에서 유래, 1920

최초의 산업용 로봇 – Unimation사의 Unimate, 1960

최초의 Humanoid - ASIMO (Advanced Step in Innovative

Mobility), 2000

정의

움직이는 모든 것

Motion and/or force with intelligence

인간과 작업/환경을 연결하는 Mechatronic Interface

– Webster says: “An automatic device that performs functions normally ascribed to humans or a machine in the form of a human.”

8

로봇의로봇의 분류분류

여가생활용 로봇

의료용 로봇

가정용 로봇비산업용 로봇

기타 서비스 로봇

교통, 통신

도, 소매업

전기, 가스, 상수도

광업, 건설업

서비스 로봇

농림, 산림 수산업비제조분야

단조, 주조, 용접, 이송, 조립, 검사

제조분야산업용 로봇

(자료: International Foundation of Robotics 기준)

9

10

로봇기술의로봇기술의 중요성중요성

Robot Technology (RT)IT, BT, NT, ST 각 분야의 생산기술 제공

IT, BT, NT, ST 상호 간의 Interface 및 Human과의 Interface환경을 제공

BT

IT NT

ST

생산 기술인간-기계 인터페이스 기술

Robot Technology

(RT)

11

향후 20년간 로봇산업이 폭발적으로 성장할 것으로 예상

12

((자동차산업의자동차산업의 로봇로봇 기반기반 자동화자동화))

Arc Welding

Process Deburring/Grinding/Cutting

Sealing

Spot Welding

산업용산업용 로봇로봇 개발개발 동향동향

13

산업용산업용 로봇로봇 기반기반 자동화자동화 동향동향

Jig/Fixture 기반 비유연 라인

스폿/아크 용접 기반 조립

적정 생산 효율

정형화된 공정

각종 제어장치의 분산화

Jig/Fixture 기반 비유연 라인

스폿/아크 용접 기반 조립

적정 생산 효율

정형화된 공정

각종 제어장치의 분산화

Jigless기반 유연 라인

서보제어 기반 스폿 용접 고도

화, 다중 Tool 기반 복합 작업

화, 아크용접의 고기능화, 레이

저 용접 기반 신공법 도입

투자 극대화를 위한 Tact time 단축

센서 기반 지능화

로봇 제어기로의 통합화 및 네

트워크화

Jigless기반 유연 라인

서보제어 기반 스폿 용접 고도

화, 다중 Tool 기반 복합 작업

화, 아크용접의 고기능화, 레이

저 용접 기반 신공법 도입

투자 극대화를 위한 Tact time 단축

센서 기반 지능화

로봇 제어기로의 통합화 및 네

트워크화

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● 레이저 용접 예상 적용

로봇 기반 3차원 레이저 용접

● TB 적용

- FRT S/MBR INR

- S/OTR REINF

- SIDE INNER

● TB 적용

- FRT S/MBR INR

- S/OTR REINF

- SIDE INNER

● TB 적용

- FRT S/MBR RR LWR

- DASH PNL

● TB 적용

- FRT S/MBR RR LWR

- DASH PNL

● Non-Linear TB 적용

- S/ABS HOUS’G

- CTR FLR

● Non-Linear TB 적용

- S/ABS HOUS’G

- CTR FLR

● LASER 용접

- FLR/ SIDE/ ROOF

● LASER 용접

- FLR/ SIDE/ ROOF

차체 용접 70%

레이저 대체

차체 용접 70%

레이저 대체

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로봇산업의 패러다임 변화로봇산업의로봇산업의 패러다임패러다임 변화변화

산업용 로봇(제조업 용)

차세대 로봇

1980(1세대) 1990(2세대) 2000(3세대)

21세기는 인간 공존형 (차세대)로봇의 시대

비제조업용 로봇(건설, 의료/복지,

농업, 원자력, 전기가스 등.)

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지능형지능형 로봇의로봇의 핵심기술핵심기술

Cognition (Intelligence)• IT(정보), BT(지능, 감성)• 인지, 적응, 학습, 진화

• Communication

• 오감:시각,청각,촉각,미각,후각

• 위치, 속도, 힘 측정• Localization

Manipulation (Motion)

• Actuators, Control• Mobility, Navigation

IS Robotics(미국)의iRobot

Perception (Sensing)

인간사회 공존 능력

• Interaction• Safety

인간사회 공존 능력

• Interaction• Safety

17

Minerva Minerva 로봇의로봇의 예예 ((미국미국 CMU)CMU)

18

19

지능형지능형 로봇의로봇의 적용적용 분야분야

공장교통/건설

화재/방재

국방

농수산

Life line 유지보수

방범/경비

가정용

교육오락 인터넷 검색

정보서비스로봇

유비쿼터스로봇

노약자보조

의료/복지

생활지원(과기부)

첨단제조업(산자부)

극한작업필드

(산자부)

가정용(산자부)

정보서비스(정통부)

지능형 로봇글로벌

이니셔티브

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확대되는확대되는 로봇로봇 응용응용 분야분야

환경/작업 적합형독립적인 군(群)로봇세계,축구 로봇

Robot World

인간형/Wearables환경/작업 적합형

재활복지용, 에일리언 IISegway(1인용 Vehicle)

Man Amplifier로봇과 인간의

협력 (Robots with Human)

2환경/작업 적합형소저너Teleoperation

6백만불의 사나이

로보캅

오락, 교육, Media, 스포츠등등

Humanoid, Android, 마네킹

농업, 어업, 군사

가정, 병원, 경비, 소방 …

Arm, AGV, Gripper

응용분야와 예

인간의 일부분

동물형, 환경/작업적합형

환경/작업 적합형




발전 뱡향

Personal Use

Cyborg【cybernetic+organism】

로봇과 인간의

결합 (Robots in Human)

3

인간형

필드

서비스

산업용

로봇 자체(Robots for

Human)1

소분야대분야

21

확대되는확대되는 로봇로봇 기술기술

RT(산업용로봇)

BT

RT(차세대로봇)- 첨단 산업용 로봇- 퍼스널, 서비스, 필드

학제적 결합

업제적 결합

IT

가전, 항공, 조선,농업, 어업, 군사,의료, …

변화의 배경(1) 산업구조의 변화

- 다품종 소량- Micro/Nano

(2) 사회구조의 변화- 노령화/개인화/고립화- Network화/정보화

(3) 적용범위의 폭발적 증대- 서비스, 필드 등

(4) 기술의 발달- RT, IT, BT, 부품, 재료,

가전, Mechatronics

Mechatronics

BeforeAfter

22

23

로봇산업의로봇산업의 특징특징 및및 발전발전 방향방향

작업/환경으로부터 인간을 보호 인간공존 환경으로 진출

직립, 지능, 감성을 통해 인간화 가속

새로운 시장 (Personal Aid - Entertainment, Sports 등)으로 진출

인간을 지향

IT 발전으로 빠르게 성장할 것임 – IT 발전의 가장 큰 열매 중에 하나.

제어기의 보편화 (PC Based, Microprocessor based)

S/W와 주변장치의 급속한 발전

컴퓨터 기술이중요

Manufacturing: Cell Line Factory Minifactory /One-Cell FactoryAutomation: Fixed Programmable Flexible Human in a system로봇에 대한 인식 전환: 범용 전용

새로운 제품: Micro/Nano/Bio 기존기술의 한계 New actuator & Mechanism

새로운 환경: Clean, Vacuum, High Temp, Rugged, Unstructured …

System &

Solution 기술

(생산기술 역할)

응용 확대: 모든 곳에서 적용 가능, 인간과 결합/협력 확대

기술 확대: 학제적 업제적 결합

시장 확대: 양적 폭발에 대한 준비를 하고 있는 중임

종합 기술

발전 방향특 징

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인간을인간을 목표로목표로 발전하는발전하는 로봇로봇 기술기술

2020201020001990198019701960

새로운 로봇의 탄생과 성장전환기산업용 로봇의 탄생과 성장

극한작업로봇, 농업,건설,군사

빌딩, 병원, 사회시설의유지/보수.

오락용

경비용

청소용

교육용

로봇 적용분야의 폭발적

확대

PUMA

DDARM

SCARA

FANUC

Kawasaki

Yaskawa

Nachi

Unimation

필드 로봇의 성장/확

산

로봇산업~

자동차산업

서비스 로봇의 성장/확

산

로봇수~

자동차수

퍼스널 로봇의 성장/확

산

IT/BT와 접목 중요

산업용 로봇의 성숙기

로봇시스템의지능화

퍼스널 로봇의 탄생

현대적 산업용 로봇의

탄생과 확산

한국에서 투자 시작

전기Motor 이용한 로봇

산업용 로봇의 탄생

(유압)

일본에서 투자 시작

21C 로봇은 인간의 삶을 바꾸어 놓을 것이다. - 2000년 미래학회

참고문헌: 25회 21C 경제 포럼, 2000년 미래학회 보고서, 독일 지멘스 로크매너 연구소 보고서, 2000년 IFR UN/ECE 보고서

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로봇의로봇의 발전발전 전망전망

2040203020202010200019901980

BIO, 생체와의 결합

새로운 지능의 확산,

전개

새로운 지능의 혁명

군사용, 사회서비스용

등의

다양한 분야로 확산

로봇의 사회화

지능형 로봇

가정용

첨단제조

극한작업

농업용로봇

건설용로봇등의 다양한분야로 확산

1차산업으로 확대

2차산업에서 확산

산업용로봇중심

제조업중심

Integration with

Biology

New Intelligenc

e

Spread-out

New Intelligence Revolution

Digital Diffusion

Digital Fusion

Inter-industry

업제적 결합

Inter-discipline

학제적 결합

로봇은 기술 집중과 응용 확산을 반복하면서 발전하고 있다.

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세계로봇선언문세계로봇선언문 발표발표

(후쿠오카 =연합뉴스) 미래의 로봇기술 개발과 로봇이 인간에게 많은 기여를 할

것이라는 데 확신을 가진 가운데, 세계로봇선언문이 2004년 2월25일 일본

후쿠오카에서 발표됐다.

I. 차세대 로봇에 대한 기대

1. 차세대 로봇은 인간과 공존하는 파트너가 될 것이다

2. 차세대 로봇은 육체적 및 정신적으로 인간에 도움을 줄 것이다

3. 차세대 로봇은 안전하고 평화로운 사회를 실현하는 데 기여할 것이다

II. 차세대 로봇기술을 통한 새로운 시장의 창설을 위해

1. 로봇개발과 시험을 위한 특별지구의 효과적인 사용을 통한 기술적 문제

들의 해결

2. 표준제정과 환경 업그레이드를 통한 일반대중의 로봇 수용 촉진

3. 공공기관들의 로봇 도입 촉진을 통한 로봇 채택의 장려

4. 로봇과 관련된 신기술의 확산

5. 소규모 기업들의 로봇기술개발 촉진과 로봇산업 진출.

자료제공: International Robot Fair 2004 Organizing Office

27

한국한국 로봇산업로봇산업 현황현황

시장 규모시장 규모 사용 대수사용 대수 로봇 밀도로봇 밀도

1위1위

2위2위

3위3위

4위4위

5위5위

일본 ( 2,366)일본 ( 2,366)

미국 ( 1,210 )미국 ( 1,210 )

독일 ( 539 )독일 ( 539 )

한국 ( 89 )한국 ( 89 )

일본 (402,212)일본 (402,212)

미국 ( 92,860 )미국 ( 92,860 )

독일 (81,203 )독일 (81,203 )

한국 ( 33,656 )한국 ( 33,656 )

이탈리아( 34,991)이탈리아( 34,991)

일본 ( 280 )일본 ( 280 )

한국 ( 116 )한국 ( 116 )

독일 ( 102)독일 ( 102)

스웨덴 (69)스웨덴 (69)

이탈리아 ( 67 )이탈리아 ( 67 )

자료: IFR UN-ECE, World Robotics 2000

주 : 1999년 상황, 로봇 밀도는 산업인구 10000명당 로봇 수

한국의 이탈리아보다 큰 시장이나 IMF 위기 때문에 일시적으로 시장규모가 낮아짐

구분구분

(단위 : 백만 달러 , 대 )

이탈리아 ( 318 )이탈리아 ( 318 )

프랑스 ( 183 )프랑스 ( 183 )

6위6위 프랑스(18,163)프랑스(18,163) 핀란드 (51 )핀란드 (51 )

산업용 로봇에 있어서 한국은 로봇 강국

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한국한국 로봇산업로봇산업 현황현황 -- 산업용산업용 로봇로봇(2002(2002년년))

40

20

40

비 율

(금액)

수평다관절, 수직다관절

SCARA, Cartesian

대형직교, Gantry

AGV, 대형 직교

소형 다관절, 직교좌표

Cylidrical coordinate 소형

Cylidrical coordinate 대형

진공환경

대형수직다관절

소형수직다관절

중대형수직다관절(방폭)

로 봇

Palletizing

전자조립

사출기용

운송

교육용

핸들링과물류

(30,000)

Wafer

LCD

Vacuum

반도체

(8,000)

Spot Welding

Arc Welding

Painting

자동차

(16,000)

작 업산업

(추정대수)

*** 여기서 시스템 시장과 특수 로봇 시장은 포함되지 않음

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한국한국 로봇로봇 산업의산업의 변화변화

1998년 이후1998 이전

전문화 되고 다양화된 로봇

전문 기업들이 많이 탄생하고

있음

학교와 대기업의 편중된

기술이 확산되고 있음

다양한 로봇 시장이

발생하고 있음

대기업중심 (7대 Makers)

생산기술을 필요로 하는

대기업 자체시장의 한계

국가 제조 경쟁력의 핵심을

담당함

업체

다양한 고객을 상대로 Solution과 Product 제공

자동차/기계 산업과 반도체/전자조립 산업 중심시장

로봇 전문 기업 중심

다양화 되는 로봇

대기업 중심

산업용 로봇특징

※ 현재 더 복합화되는 기술에 비해 더 낮아지는 개발력 때문에 로봇 개발의성공 가능성이 더 취약해지고 있다.

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결결 론론

로봇 관련 산업 범위를 광범위 하게 설정하고

시장 창출보다는 시장 진입을 위한 노력이 필요

로봇 관련 산업 범위를 광범위 하게 설정하고

시장 창출보다는 시장 진입을 위한 노력이 필요

※ 로봇은 21C 인간의 삶을 바꾸어 놓을 것이다.(2000년 미래학회)

– 인간을 능가하는 새로운 종의 탄생, CNN

– 21C 10대 유망 기술, MIT

– 21C 선도 기술, 25회 21C 경제 포럼

※ 로봇은 21C 인간의 삶을 바꾸어 놓을 것이다.(2000년 미래학회)

– 인간을 능가하는 새로운 종의 탄생, CNN

– 21C 10대 유망 기술, MIT

– 21C 선도 기술, 25회 21C 경제 포럼

※ 한국을 “로봇산업의 Testbed”로 만들기 위해

로봇기술, 사업, 그리고 산업에 대한 올바른 이해가 중요하다.

※ 한국을 “로봇산업의 Testbed”로 만들기 위해

로봇기술, 사업, 그리고 산업에 대한 올바른 이해가 중요하다.

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국내외 지능형로봇 개발 현황국내외 지능형로봇 개발 현황

32

인간친화형인간친화형 로봇로봇 개발개발 현황현황

Robodex 2003 (일본 요코하마)에 출품된 다양한 인간 친화형 로봇들

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인간형 로봇(일본 AIST 개발)이 굴삭기를 조종하고있는 모습

AIST Humanoid Robot이

사람의 작업을 돕고 있다

인간형인간형 로봇로봇 (Humanoid) (Humanoid)

34

혼다혼다 ASIMO ASIMO - 1982년부터 개발 시작

- 힙(3DOF),무릎, 발목(2DOF), - 어깨(3DOF), 팔꿈치, 손목(3DOF)- DC 모터와 하모닉 드라이브로 구동

- 6축 힘센서와, 4대 CCD 카메라 장착

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혼다혼다 ASIMO ASIMO

손으로 지시하는 방향으로 아시모가 걸어가는 모습

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ASIMO ASIMO 취직취직 ((신문기사신문기사))

두 다리로 걷는 인간형 로봇 '아시모(ASIMO)' 가 13일 도쿄(東京)의 일본과학미래관에 '해설원'으로 정식 취직했다.

이날 모리 마모루(毛利衛·우주비행사)관장은 "입사식을열어 상근직원으로 채용한다. 특별근무수당으로 전기를준다"는 내용의 사령장을 아시모에게 전달하고 악수를 나눴다. 급료(파견료)는 연봉 2000만엔으로 간부급. 아시모를 개발한 혼다에게 지급한다.

아시모의 업무는 3층 로봇관 앞에서의 해설. 미리 입력된프로그램에 따라 합성언어로 설명하거나 질문에 응답한다. 아시모는 사령장을 받고 미래관의 로고가 들어간 조끼를 입은 뒤 합성언어로 "하루빨리 제몫을 할 수 있도록노력하겠습니다"라고 말했다.

아시모는 당분간 '인간 해설원'과 함께 근무한다. 해설원들은 아시모의 '근무태도'를 보아가며 내장된 응답프로그램의 정확도를 높이는 작업을 하게 된다. 미래관측은 "4월이면 혼자서도 너끈히 관람객을 응대할 수 있을 것"이라고 말했다.

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인간형인간형 로봇로봇 (Humanoid) (Humanoid)

ARMHead & Vision

Hand

MIT COG- Mobility 기능 보다는 5 감각 기능 구현에 중점- 4개의 카메라 장착-사람 인식, 시선 집중 기능

38

인간형인간형 로봇로봇(Humanoid) (Humanoid)

사람과 미쯔비시 Wakamaru 인간형 로봇이

서로 대화하고 있는 모습

39

인간형인간형 로봇로봇(Humanoid) (Humanoid)

SONY SDR

- 24 관절로 구성

- 걷기, 방향 바꾸기, 한다리로 서있기, 공차기,

춤추기 등의 기본적인 움직임 수행

- CCD 카메라, 마이크로폰, 자세센서,

발밑에 터치센서 장착

- 걷는 속도: 분당 15m

- 중량: 배터리 포함 5kg

40

인간형인간형(Humanoid) (Humanoid) 로봇로봇

PINO- Open PINO Platform http://www.symbio.jst.go.jp/PINO

41

애완견 로봇 아이보 (SONY)

머리, 몸통, 네다리, 꼬리 모듈로 구성

기쁨, 슬픔, 성남, 놀람, 두려움, 싫어함의 6가지 감정 표현

넘어져도 스스로 일어날 수 있음

오락용오락용 로봇로봇 (Entertainment Robot)(Entertainment Robot)

42


Bugsy (미국 Angelus)

- 기쁨, 슬픔, 노래하기 등의 감정표현

애완용 로봇 Agent(일본)

– 완전자립 4족 보행

– 머리 터치센서 1개,

– CMOS sensor 1개,

– 다리 압력 센서 4개

43


Zenersys(한국)

비전을 이용한 물체추적, 숫자와 그림 인

식, 음성인식 기능

CATRI(한국) : 2000년 한국지능로봇

경진대회 대상 작품

- 산책 또는 조깅을 할 때 주인을 따라가

는 애완견을 모사한 애완용 로봇

- RF신호에 의해 동기화된 초음파센서를

사용하여 주인을 감지

유진로보틱스(한국)

44

가정용가정용 서비스서비스 로봇로봇

ISSAC (우리기술)- 비전 카메라,

초음파 센서 장착- 음성인식 기능- 진공청소기 기능

ICOMAR (삼성전자)- 청각기능(Microphone)- 시각기능 (Image 센서)- 발성기능(Speaker)- 촉각 기능(초음파센서, 적외선

센서, 범퍼센서

- 무선인터넷 통신(가전제품제어)

45

가정용가정용 서비스서비스 로봇로봇

집안 청소, 커피 심부름, 아이들과 놀기 등의 역할 수행

46

안내용안내용 서비스서비스 로봇로봇

Public Guide Robot

Guide robot (우리기술)- 카메라, 초음파센서, PSD 센서 등을 장착, 수백개 단

어 인식 기능- 맹인이나 노약자 안내용 로봇으로 활용 가능

47

경비용경비용 서비스서비스 로봇로봇

경비용 로봇 CyberGuard SR3: (미국Cybermotion사)

–원격조종 + 자율이동 기능

–가격: $140,000

–1996년부터 시판

–빌딩 경비 및 보안 로봇

–디지털지도 정보 이용 자동 항법

–전용 엘리베이터 제어 층간 이동

–가스누출 감지, 화재 감지

–영상/소리 정보 전달

48

극한작업용극한작업용 로봇로봇극지 탐사 로봇(CMU)

화성 탐사 로봇 소저너 (NASA/JPL)

원전 투입 로봇 Pioneer(체르노빌 지역 탐사)

49

생체모방형생체모방형((BiomimeticBiomimetic) ) 로봇로봇

• 미쓰비시 물고기(도미) 로봇

50

감정표현감정표현 로봇로봇

도쿄과학대학:- 40가지 이상의 얼굴 표정을 나타냄.- 24개의 유압피스톤을 근육처럼

움직여 얼굴 표정을 연출

KISMET:인간과의 상호작용을 위해서 고안된 자율 로봇

51

가정용가정용 로봇로봇 보급보급 전망전망

World Robotics 1999 보고서

– 2015년 안에 가정용 로봇은 현재의 PC만큼 보급 예상

– 시장 확대의 문제점

• 기능에 비해 고가의 가격임

• 원하는 기능을 구현하지 못함

– 현 상황(~1998)

• 2,000대의 진공청소/잔디깎이 로봇 보급

• 2002년까지 450,000대 보급 예상

– 시장 확대 양상

• 핸드폰, 인터넷과 같이 Quantum jump 예상

• 디지털 마인드의 확산 관건

52

가정용가정용 로봇이로봇이 가져야가져야 할할 기능기능

Media – 가정내 각종 가전 기기들을 연결해주는 네트웍의 중심

– Robot+TV+Internet+Phone+Etc.Service– 청소, 설거지, 정리등의 가사노동 수행

– 화재탐지, 가스 경보, 경비/보안등의 방범/방재 업무 수행

– 육아, 노인보조, 환자 보호, 장애인 보조업무 수행

– 교육용 로봇

Personal– 애완용 로봇

– 비서기능 수행

– 감정을 지닌 company 로봇

53

국내국내 차세대차세대 로봇로봇 개발개발 계획계획

((차세대차세대 성장동력성장동력 사업으로사업으로 추진추진 중중))

1. 1. 첨단 제조업용 로봇

2. 2. 가정용가정용 ((청소청소 및및 경비경비) ) 로봇로봇

3. 3. 재난극복재난극복 로봇로봇

4. 4. ……. .

5. 5. ……..

54

첨단 제조업용 로봇Jigless 유연(Flexible) 용접 시스템 개념도

55

청소용청소용 로봇로봇 개발개발 현황현황

청소용 로봇 종류

가격특징제조사로봇

4,50만원대

(시판중)

美 MIT 인공지능 연구팀 출신의 과학자들이 설립한iRobot社에서 개발

마루 카펫 타일 리놀륨 등 바닥 상태에 따라 최적의 청소를 할 수 있도록 자가조절 기능을 갖추고 있다.

아이로봇

(미국)

룸바

400만원대(검토중)

바둑판 위를 움직이듯 이동하면서 먼지나 작은 쓰레기를 진공청소기로 빨아들이며 청소

2대 카메라와 30개 센서가 달려 있어 자기 위치를 정확하게 인식한 뒤 가로 세로 방향을 오가면서 청소

한울로보틱스

오토로

249만원

(예약판매중)

외출시 정해진 시간에 청소할 수 있도록 하는 ‘예약청소기능’, ‘충돌·추락 방지 기능’ 등이 채택

로봇 전면과 측면에 설치된 총 14개 초음파 센서가 전면에 놓인 장애물 피하며 작동

LG 전자

로보킹

228만원

(시판중)

최초의 청소용 로봇

제품에 내장된 센서가 방 크기를 측정해 청소시간을계산한 후 스스로 청소하며 가구·벽 등의 장애물은 알아서 피해간다.

일렉트로룩스

(유럽가전회사)

트릴로바이트

(이외에도 국내 삼성전자 및 벤처기업에서 청소용 로봇 출시를 준비하는 상태임)

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핵심기능핵심기능 ((청소용청소용 로봇로봇))

Navigation (Motion)Navigation (Motion)• 청소 경로 계획• 위치 보정

Cognition (Intelligence)Cognition (Intelligence)• 청소 공간 인식• 위치 인식

Perception (Sensing)Perception (Sensing)• 장애물 감지/회피• 위험상황 감지/회피

Sweeping (Cleaning) Sweeping (Cleaning) •먼지 흡입•바닥 쓸기

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핵심기술요소핵심기술요소 ((청소용청소용 로봇로봇))

이동- Wheel Mechanism- Suspension

장애물 회피 기술- Range 센서- Bearing 센서- Tactile 센서

Navigation 기술- 환경정보- 청소 경로 계획- Sweeping Algorithm

전원- 자동 충전- 고속 충전- 절전 설계

청소기술- 흡입 Fan Motor 설계- 유로 설계- 먼지 필터 / 배기 필터- Agitator 설계

58

경비용경비용 로봇로봇 현황현황

경비로봇의 정의경비 시스템과 연동 또는 독립적으로 제한적인 지역의 감시/ 보

안 임무를 담당하고 재산과 인명을 보호하여 인간에게 안심 서비

스를 제공하는 로봇.

경비로봇의 분류

- 철조망 감시- 위험 지역 순찰

- 무인경비 지원 서비스- 원격 조종 이동 서비스

-가옥내 침입자 감지-화재/가스 누출 감지

서비스

-청소 기능 부가적으로 지원가정용

-시스템 경비와 연동하여 감지부로 이동-층간 이동 가능

빌딩용

-군사용-외곽 순찰용-위험지역 순찰용

외곽용

성 능종 류

59

핵심기능핵심기능

Manipulation (Motion)Manipulation (Motion)• 고속 순회 기능

Cognition (Intelligence)Cognition (Intelligence)• 침입자 인식• 순찰 경로 계획• 센서 통합

Perception (Sensing)Perception (Sensing)• 주야간 이동중 침입자 감지• 화재 가스누출 감지

Network (Communication)Network (Communication)•침입자 영상 전송•보안 시스템 발보 내용 송수신

Self Self DefenceDefence (Warning) (Warning) •무력화 대응•침입자 위협기능 (음성/사이렌)

60

Network 방법- 무선 LAN- Blue tooth- CDMA

이동- 바퀴- 고속 주행 80cm/s

Image 처리 기술- 침입감지 (영상 센서 + 열센서)- 화상인식 (얼굴 등)- 화상 tracking (정지 및 이동중) - 목표인물 추적 (1명)- 목표인물 확인 추적 (다수중)

장애물 회피 기술- 초음파- 인체감지용 열센서- 적외선 센서- Laser scanner- 초음파 센서 사용

Navigation 기술- RF센서 (바닥) 사용- mapping 사용- 실내 GPS 사용

전원- 리튬 이온 battery- 자동 충전- 안전 설계- 고속 충전 기술

응용기술- 경비 (침입자 감지)- 보안 (화재 가스누출 감지)- 안내- 업무지원기능 (도우미)

경비로봇의경비로봇의 핵심요소핵심요소

61

이동이동 로봇의로봇의 핵심핵심 문제문제

1. 자기 위치 인식 (Localization)

– 로봇 내부센서 이용 방법 (Odometer, INS, Gyro)

– 외부 표식 및 센서 이용 방법 (Land mark, GPS)

2. 외부 환경 인식 (Environment Recognition)

– 초음파센서, 카메라, 레이저 파인더, 적외선 센서

3. 자율 주행 (Navigation)

– 외부 물체와의 간섭 회피 경로로 로봇 이동

4. 작업기능 구현 (Object Handling)

62

문제점문제점 및및 해결방법해결방법

기존 접근 방법의 문제점

1. 로봇의 신뢰성을 보장할 수 없음.

2. 가정에 적용 가능한 신뢰성 있는 시스템 구현

엄청난 고가의 로봇이 요구됨.

3. 자기위치 인식 및 환경인식 센서 기술의 한계

해결 방법들

1. 기존 방법들의 신뢰성 향상 및 Cost Down

2. 센서, 구동기 기술의 일대 혁신

3. 실용적 대안

센서화된 환경과 저가형 로봇의 결합

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스마트스마트 로봇로봇 환경환경 개념도개념도

스마트 로봇환경컴퓨팅

외부 네트워크

위치 검출 센서위치 계산 모듈 컴퓨터

로봇

사람

가구

책상

벽 문

컵

Active 카메라

로봇 센서 네트워크

Marker

휴먼인터페이스

태그 정보 인터페이스

이동로봇, 환경센서, 홈 오토메이션 시스템, 외부 IT 인프라, 인간사이의 유기적 인터페이스

Unknown EnvironmentKnown Environment

전자태그

전자태그

64

Sensorized Environment 연구(일본 JAIST, AIST)

65

스마트스마트 로봇로봇 환경환경 개념개념

66

재난극복재난극복 로봇로봇 개발개발 현황현황 ((국내국내))

–– 한국원자력연구소한국원자력연구소

•• 원자로원자로 시설시설 점검점검 및및 보수보수 작업용작업용 위험작업위험작업 이동로봇이동로봇 다수다수 개발개발

–– 한울로보틱스한울로보틱스

<협소구역 보수용 이동 로봇> <감시 점검 로봇><경량 보수작업용 이동로봇>“KAEROT”

<다기능 이동형 로봇> “KAEROT/M1”

<<군사용군사용 화생방화생방 로봇로봇>> <<트랙형트랙형 이동장치이동장치>>

67

–– 한국과학기술원한국과학기술원

•• 인간친화인간친화 복지복지 로봇로봇 시스템시스템 연구센터연구센터 (ERC)(ERC)

–– KISTKIST

•• 민군민군 겸용겸용 기술기술 과제과제

<ROBHAZ-고기능형> <ROBHAZ-돌파형>

<열상카메라를 이용한 화점탐지> <화재진압 로봇>

재난극복재난극복 로봇로봇 개발개발 현황현황 ((국내국내))

68

비행비행 로봇로봇(Hovering Robot)(Hovering Robot)의의 개념개념

생체 모방 flapping로봇(엔터몹터)

69

–– Rainbow 5 (1986)Rainbow 5 (1986)

•• 개발처개발처 : : 토쿄토쿄 소방국소방국

•• 용도용도 : : 대형대형 화재화재 진압진압

•• 특징특징

–– 44개의개의 무선무선 영상영상 카메라카메라

–– 원격원격 조종조종

–– 물물//거품거품 분사분사

국외국외 연구기관연구기관//업체업체 개발개발 현황현황 ––일본일본--

70

–– EnryuEnryu TT--5252

•• 용도용도 : : 재해용재해용 인간형인간형 로봇로봇

•• 특징특징

–– 높이높이 3.45m /3.45m /무게무게 5ton5ton

–– 11인인 탑승탑승 가능가능 / / 원격조종원격조종

–– 6m6m팔팔 22개개 (8(8관절관절))

–– 디젤엔진디젤엔진

•• 몇몇 년년 이내이내 현장현장 투입투입 가능가능

국외국외 연구기관연구기관//업체업체 개발개발 동향동향 ––일본일본--

71

<<RoboCueRoboCue>>

<Fire <Fire SerarchSerarch>>

<<RobofighterRobofighter>>

<Jet Fighter><Jet Fighter>

–– 구조구조 및및 화재진압화재진압 로봇로봇

국외국외 연구기관연구기관//업체업체 개발개발 동향동향 ––일본일본--

72

–– PackBotPackBot

••개발개발: : iRobotiRobot Corporation Corporation

••특징특징

––운용자운용자 통제통제 최소화최소화 자율자율 주행주행

––카메라카메라, , 집게집게 등등 다양한다양한 키트키트 장착장착

––동굴동굴//벙커벙커//붕괴지역붕괴지역 등등 위험한위험한 협소지역협소지역화생방화생방 오염지역오염지역 조사조사 및및 정찰정찰 임무임무 수행수행

EOD 버전

WTC 현장 탐사 관제 화면 WTC 붕괴현장 투입 로봇차량

국외국외 연구기관연구기관//업체업체 개발개발 동향동향 --미국미국

73

EOD 버전

–– TelerobTelerob MV 4MV 4

•• 용도용도 : : 화재화재 진압진압

국외국외 연구기관연구기관//업체업체 개발개발 동향동향 ––독일독일--

74

– Fire Tank• 개발 : NEW IMPULSE TECHNOLOGIES- Kiev• 용도 : 임야 화재 진압

국외국외 연구기관연구기관//업체업체 개발개발 동향동향 ––러시아러시아--

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기타기타: : 의료용의료용 로봇로봇다빈치-수술 로봇(Surgical Robot) 시스템

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기타기타: Micro/: Micro/NanoNano/Bio /Bio 응용응용 RobotRobot

Nanomanipulation system with SEM

Micro grippersZyvex Nanomanipulator IBM Millipede

Micromanipulator (Klocke)

MiNIMAN

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