2010. 1. 19 AI Robot 고 병권 조 광문 손 희라 류 재영 라 창현.

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1 AI Robot 고 병권 조 광문 손 희라 류 재영 라 창현

2 관 련 연 구 휴머노이드 로봇이란? 인간에 의해 이루어지는 모든 기능들을 수행 할 수 있는 인간형 로봇.
단순히 걸음을 걸을 수 있는 기능 뿐만 아니라 5감과 뛰어난 수준의 인공지능 갖춤. 인간의 행위를 모방할 수 있으며 서비스를 제공하기 위해서는 로봇 사이의, 또는 로봇과 인간, 네트워크를 포함한 환경 간의 다양한 인터렉션이 요구됨 (로봇-인간-환경 상호작용 기술 필요)

3 관 련 연 구 주요 기술

4 관 련 연 구 핵심 기술 Mobility : 로봇이 가정이나 실내에 적용되어 다양한 서비스 작업을 수행하기 위해서는 우수한 주행성능이 요구됨. 시각: 로봇이 물체나 주변환경에 대한 형상정보를 실시간으로 획득하여 정확하게 판단할 수 있는 수단을 제공. 인간은 상황판단의 대부분인 약70%를 시각정보에 의존하기 때문에 인식, 판단의 핵심기술에 해당함.

5 관 련 연 구 Manipulation : Manipulation모듈은 Arm과 Finger로 이루어지는데 본 기술은 아직까지는 기술의 성숙도가 필요한 분야임. 여러 부품 및 메커니즘이 필요하고 여러가지 신호선이 복합적으로 구성되므로 기술의 모듈화가 가장 중요. 촉각: 로봇의 팔과 관절에서 상호작용하는 힘 느낌과 또한 피부로 이루어진 촉감에 해당하는 기술로 로봇이 접촉하는 대상물체에 대해서 적절하게 반응을 할 수 있게 하는 핵심기반기술과 하드웨어를 포함함.

6 관 련 연 구 음성: 로봇이 명령어만을 인식하거나, 전후에 임의의 음성이 발성 되어도 명령어만을 추출하여 인식. 사람들이 서로 대화하는 것처럼 사람과 로봇, 로봇과 로봇간의 대화에 감정이 가미되고 간투사, 반복, 생략 등을 포함하는 자연스러운 대화음성을 현하는 기술이 필요함. 자율제어: 로봇이 공간상에 자기가 존재하는 위치 즉 2차원 좌표 값을 인식하는 기술, 로봇이 이동하는 경로를 계획하고 또한 그 경로를 따라서 이동하는 기술이 해당됨. 지능형이 되기 위해 반드시 필요한 기술이며 카메라, 초음파, 자이로, IR 같은 다양한 센서를 사용하고 이를 처리하는 기술이 수반됨

7 관 련 연 구 국가별 발전 방향 미국과 유럽 기능 위주 일본 청소,수술용 휴머노이드 인간의 동반자 VS

8 관 련 연 구 선발주자,혼다 1986년 로봇 연구 시작 2001년 두발보행 로봇 ‘아시모’ 발표
특징 1. 소형 경량화 키 : 120 cm 몸무게 : 43Kg 2. 팔의 동작 범위의 확대, 조작성의 향상 관절 : 26개 시속 : 3 km 3. 보행의 지능화. 뛸 수 있는 로봇. 배터리 수명 30분

9 관 련 연 구 KAIST 인간형 로봇 2004. 12월 “휴 보” 개발 1. 키 125㎝, 무게 55㎏이며 시속 1.25㎞.
월 “휴 보” 개발 1. 키 125㎝, 무게 55㎏이며 시속 1.25㎞. 2. 양손 열개의 손가락을 각각 움직여 가위,바위,보 할 수 있음. 3. 제한된 단어지만 사람의 말 알아들을 수 있음. 4. 달리거나 층계 오르내리지는 못함.

10 관 련 연 구 휴머노이드 로봇 일본 와세다 대학교 1973년 Wabot (사람의 모습을 갖춘 최초의 인간형 로봇)
음성을 통해 사람과 커뮤니케이션 카메라 사용, 목표물까지의 거리 측정 1985년 Wabot-2 일본 스꾸바 과학 박람회에서 오르간 연주 진행 중 WABIAN (Waseda Bipedal bumANoid) WABIAN-2 키 1.83m, 가슴넓이 70cm, 몸무게 127kg, 2개의 디지털 컬러 카메라, 27개의 엔코더, 3축 gyro, 2개의 6축 force/torque 센서 장착

11 관 련 연 구 일본 HONDA 1996년 P3 보행속도 2.0km/h (사람 2.7km/h) 운동 명령이 원격제어 방식에 의해 전달되어 미리 프로그램 된 방법에 따라 동작하기 때문에 외부환경에 대한 자율적 대처 능 력은 미흡 2000년 ASIMO (Advanced Step in Innovative Mobility) P3와 거의 동일한 기능 P3보다 작은 크기의 경량 모델로 유연한 보행 가능 키 1.2m 폭 0.45m, 몸무게 43kg, 1개의 모터로 구동되는 5개의 손가락을 가지고 0.5kg 정도의 물건을 한 손으로 들 수 있음 보행속도 1.6km/h (작은 키를 감안하면 빠른 편)

12 관 련 연 구 2005년 New ASIMO 미국 MIT 기 타 (Entertainment용 100cm 이하 소형 로봇)
키 1.3m, 폭 0.45m, 몸무게 45kg, 2개의 모터로 구동되는 5개의 손가락 보행속도 2.7km/h, 뛰는속도 6km/h 미국 MIT Hopping 로봇 뛰면서 이동을 할 수 있어 빠르게 일정 거리를 이동 안정성을 위해 항상 제자리를 뛰어야 하는 단점 보행 로봇보다 동적인 안정도가 높기 때문에 쉽게 제어 ※ “로봇은 걸음마를 배우기 전에 뛰는 것을 배우게 될 것” 기 타 (Entertainment용 100cm 이하 소형 로봇) SONY SDR-3X, SDR-4X, QRIO JST : PiNO 후지쯔 : HOAP-1 ※ 넘어져도 스스로 일어날 수 있는 능력, 목표물 추적 및 얼굴인식 / 음성인식

13 관 련 연 구 로봇 개발의 역사 컴퓨터 : 음성, 화상 등 입력기능을 가짐
로 봇 : 기계적 출력이 따르며 두뇌로서 컴퓨터를 입력기관으로 센서류를 융합하여 발전

14 관 련 연 구 최근 혼다기술연구소에서 1996년 세계 처음으로 휴 머노이드형 자율2족보행 로봇 P2 발표
ASIMO : P2후속기. 계단 오르내림과 방향전환 등 인간의 두발 보행을 거의 완벽 구현 하였으며 소형 경 량화됨. (음성, 몸동작 인식, 의지 표현 등 동시 2가지 이상 동작가능) 그러나 ASIMO 또한 이동형 로봇의 문제인 배터리 수명이 30분으로 제한되었다는 문제점 을 지님. <ASIMO의 사진>

15 관 련 연 구 생활지원로봇 개발 사례 생활지원로봇이란?
생활지원로봇은 식사, 교육, 엔터테인먼트 등을 목적으로 하는 것을 포함한 어떤 형태로든 생활을 지원하는 모든 것을 가리킨다. 최근 생활수준의 향상과 복지에 대한 사회적 요구가 커짐으로써 80년대 말부터 인간과 상호작용을 하면서 사용자가 요구하는 작업을 처리하는 여러 가지 생활지원로봇 개발이 활발히 진행되고 있다. 종래의 제조업용 로봇은 자동화공장의 여러 가지 구조화 되어진 환경 하에서 사전에 결정된 작업만 수행하는 것이었지만, 생활지원로봇은 활동 공간을 인간과 공유하고 인간에게 서비스를 제공하게 된다.

16 관 련 연 구 생활지원로봇 최근 동향 생활지원로봇의 연구개발은 실질적으로 1990년 말 소니의 애완용 로봇이 출시된 이후 2001년부터 일반 가정용 청소로봇의 판매가 개시되면서 활발해졌다. 이 분야에서 가장 높은 기술력을 보유한 일본에 비해선 상당한 기술력의 차이는 있지만 국내의 경우, KAIST에서는 과학재단 지원 ‘인간친화복지로봇 연구센터’를 중심으로 노약자/지체 장애자 로봇, 첨단의료용 로봇 등의 연구가 진행되고 있다. 연구소의 경우, KIST 지능로봇연구센터의 21세기 프론티어 ‘인간기능 생활지원 지능로봇 기술개발 사업단’과 중점국가연구사업 ‘서비스로봇 기술개발 사업단’, 지능제어/생체모방 연구팀에서 관련 분야 연구를 활발히 하고 있다.

17 관 련 연 구 일본의 로봇 연구개발의 현황 및 미래 로봇시장 규모
지능형 휴머노이드 로봇이나 생활지원로봇과 관련하여 가장 활발한 연구와 성과 를 나타내고 있는 일본의 경우, 어릴 적부터 애니메이션 등을 통해 로봇과 친숙해 있으며 국가적으로 지속적으로 대규모 연구지원을 해 오고 있다. 표 4는 일본의 로봇개발에 관한 주요 국가 프로젝트를 나타내는 것으로 예산규모 로만 보더라도 상당한 연구비를 로봇개발연구에 투자해오고 있음을 알 수 있다. <장래의 로봇시장규모 예측>

18 관 련 연 구 향후 사회전반에 필수적인 요소로서 자리잡을 로봇산업은 가장 높은 부가가치를 창출할 국가산업의 하나가 되리라 예상된다. 현재까지는 의료용 로봇, 조난 구조용/군사용/탐사용 로봇과 같이 중/대형 로봇들에 비해 일반 가정용 로봇의 경우 초보적인 응용 단계라 할 수 있다. 그러나 앞으로 산재한 전자/기계/정보 기술들을 일반 가정용 로봇의 요구 사양에 맞추어 접목시킨다면 앞으로 수년 안에 퍼스널 로봇이 현재의 자동차나 핸드폰과 같이 대중화될 것으로 예상되며 이는 다시 기타 로봇 관련 기술 개발을 촉진시킬 수 있으리라 생각된다. 로봇산업에 있어 원천기술을 확보하고 급변하는 미래 첨단기술분야에 대비하기 위해서는 국가적인 지속적이고 적극적인 지원과 관련 기업들의 육성 및 우수인력 양성이 집중적으로 이루어져야 할 것이다. 

19 정리 정돈 로봇 Scenario 구상에 앞서 일상에서 사람에게 필요한 로봇을 개발하는 데 초점을 두었다.
현재 가지고 있는 로봇은 동작에 제한이 있으며 배터리의 수명이 짧다 는 것을 고려해야 했다. 동작이 비교적 간단하고 인간의 생활에서 편리함을 제공해줄 수 있는 로봇을 생각해본 결과 집안을 돌아다니며 정리정돈 해 줄 수 있는 로봇 을 개발해 보았으면 좋겠다고 생각했다.

20 정리 정돈 로봇 정리 정돈 로봇의 특성 주부들에게 힘든 가사일 중 하나는 육아이다. 육아 중 아이들의 뒤처리 는 힘든 가사일을 더욱 힘들게 한다. 그러나 정리정돈 해주는 로봇으로 인해 가사일의 노고를 조금이나마 줄여줄 수 있다. 시중에는 청소로봇이 있지만 정리정돈 로봇은 청소로봇과는 다르게 큰 물건이나 쓰레기 등을 치울 수 있으며 로봇을 응용함에 따라 쓰레기를 주워서 버리거나 쓰레기가 아닌 물건은 버리지 않고 치울 수 있는 기능 을 수행할 수 있다.

21 정리 정돈 로봇 정리정돈 로봇 개발 예 장난감 블록을 블록통에 집어넣기 널브러진 블럭들은 여기로 발 견

22 정리 정돈 로봇 개발에 따른 문제점 로봇이 여러가지 물건을 종류별로 인식할 수 있게 만들어야 하는데 이 것이 불가능할 경우 로봇은 한가지 물건만 치울 수 있게 된다. 즉 쓰레 기 청소를 하거나 장난감을 치우게 하거나 한가지 행동만 하게 된다.

23 Taebot 태권도를 하는 로봇 태권도를 이용한 보디가드 수행
rutin 1 >> 기본적인 태권도 동작 (정권찌르기,발차기,태극18장(최대한 간소하게) rutin 2 >> 송판격파 (앞에놓인 송판을 격파) RGB영상처리를 이용하여 송판을 구별 rutin 3 >> 앞의 두 rutin을이용해 사람을 보호

24 Taebot 기대효과 로봇이 전통무술인 태권도를 함으로써 재미와 함께 구현을 통해 태권도를 더욱 세계에 알릴 수 있는 기회와
로봇이 할 수 있는 영역 확대 태권도 도복을 입힘으로써 좀더 humanoid 하고 친근한 모습 연출 Teabot 을 이용한 보디가드 역할 수행 (테러,공연,성범죄 예방)

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26 Blackjack 21 영화 “21” MIT 천재들이 모여서 속임수가 아닌 카드세기 방법으로 큰 돈을 버는 스토리
여러 팀원들이 게임을 하고 있고 “Big Gamer”는 어느 게임에 참여할 지 물색 팀원 중 한 명이 가능성 높은 곳을 수신호로 알려주면 그 곳에서 게임 딜러가 카드를 한 장씩 나눠주고, 뒤집는 카 드 모두를 놓치지 않고 계산한다. High card (10, J, Q, K, A)  -1 Low card (2, 3, 4, 5, 6)  +1 Middle card (7, 8, 9)  0

27 Blackjack 21 Blackjack 하는 Robot 2~3개 정도의 blackjack game table이 존재
영상 인식으로 카드를 읽어 들여 순간순간 계산하고 배팅해야 할 때를 알고 배팅하거 나 다른 재스쳐를 취함 읽었던 카드는 다시 나오지 않으므로 무시 새로운 카드가 인식되면 그 카드만 읽음 피부 색을 인식하게 하여 딜러의 손을 따라 로봇의 방향이 움직이도록 함

28 시각장애인 도우미 로봇 길 안내 책 읽어 주는 로봇(점자 책도 가능)

29 Break Time

30 시각장애인 도우미 로봇 모션 캡쳐 모션 캡쳐는 인물의 동작과 표정을 3D 데이터로 추출하여, 가상캐릭터의 표정과 동작을 보다 자연스럽게 만들어 내는 컴퓨터 그래픽 처리기술을 말합니다.

31 시각장애인 도우미 로봇 모션 캡쳐 장비 종류 기계적 방식 자기장 방식 광학적 방식

32 시각장애인 도우미 로봇 기계적 방식(Mechanical System)
움직임을 얻고자 하는 대상의 관절구조에 적합한 기계장비(저항, 가속도 센서, 자이로 센서 등을 이용)를 부착하여 움직임을 얻는 방식 장점 : 데이터의 손실이 없음/ 캡쳐 공간의 제약이 없음 단점 : 캡쳐 가능한 동작, 대상이 제한적임/ 관절의 자유도 제약이 있음 / 데이터 오차가 큼

33 시각장애인 도우미 로봇 자기장 방식(Magnetic System)
움직임을 얻고자 하는 대상의 관절에 자기장 발생 장치에 연결된 자기장 센서를 부착하여 움직임 얻는 방식 장점 : 데이터의 손실이 없음/ 관절의 자유도 제약이 없음 단점 : 캡쳐 가능한 동작이 제한적임/ 캡쳐 가능한 대상이 부분적으로 제한적임/ 캡쳐 가능한 동적 공간이 매우 제한적임/ 데이터의 오차가 큰 편임

34 시각장애인 도우미 로봇 광학적 방식(Optical System)
움직임을 얻고자 하는 대상의 적합한 위치에 적외선 반사 센서를 부착 하여 적외선 필터를 부착한 카메라를 이용하여 움직임을 얻는 방식 장점 : 데이터의 오차가 거의 없음/ 캡쳐 가능한 동작, 대상의 제한이 없음. 단점 : 데이터의 손실이 있음/ 캡쳐 가능한 공간이 카메라 성능과 수에 의해 제한적임/ 햇빛(적외선)에 대한 환경적 제약이 있음.

35 시각장애인 도우미 로봇 모션 캡쳐 방식별 비교 비교 항목 기계적 방식 자기장 방식 광학적 방식 캡쳐 대상 제한적 부분적 제한
무제한 동적 장애 요소 착용기구 와이어 없음 센서의 수 환경적 제한요소 제한 없음 자기장, 전기장, 금속 햇빛(적외선) 제품 단가 저가 중가 고가 데이터의 질 저품질 중품질 고품질

36 Break Time

37 진행현황 / 향후계획 환경설정 Daemon 소스코드 분석 시나리오 구상 (각 1개씩) >> 완료, 진행 관련연구
Kernel (Qplus – C++) >> 완료 Network (Robot Wireless LAN Setting) >> 완료 Cross Compiler >> 완료 Daemon 소스코드 분석 CamD >> 진행 MovingD >> 진행 SensorD >> 진행 시나리오 구상 (각 1개씩) >> 완료, 진행 관련연구 로봇 기본 개념과 상식 (국내 논문 참조) >> 완료, 진행 알고리즘 / 기타 (Vision, Path Planning, SLAM, A* 등)