작업자의 안전과 작업 편리성 향상을 위한 영상처리 및 기계학습 기반 수신호 인식 협동로봇 제어 교육 매체 개발

Development of Collaborative Robot Control Training Medium to Improve Worker Safety and Work Convenience Using Image Processing and Machine Learning-Based Hand Signal Recognition

협동로봇은 4차 산업혁명에서 제시하고 있는 생산시스템 중 하나로 작업자의 정교한 손기술과 로봇의 단순 반복작업 능력을 조합하여 효율성을 극대화할 수 있는 시스템이다. 또한, 작업자와 로봇 간의 작업공간 공유에서 발생하는 안전문제의 해결과 함께 효율적인 인터페이스 방법 개발에 대한 연구가 지속적으로 진행되고 있다. 본 연구에서는 이를 위하여 작업자의 편리성과 집중도를 강화하기 위해 작업자의 수신호를 인식하여 로봇을 제어하는 방법을 제시하였으며 안전공간의 개념을 도입하여 작업자의 안전을 확보하였다. 이를 구현하기 위하여 로봇제어, PLC, 영상처리, 기계학습, ROS 등 다양한 기술을 사용하였다. 또한 이를 교육매체로 활용하기 위하여 제시된 기술들의 역할과 인터페이스 방법을 정의하여 제시하였다. 학습자들은 소개된 여러 기술들을 연계하여 시스템을 구축하고 조정하는 일을 수행한다. 따라서 현장에서 필요한 기술의 필요성을 인식시키고 이에 대한 심화 학습을 유도할 수 있는 큰 장점이 있다. 또한 문제를 제시한 뒤 스스로 문제를 해결하는 방법을 모색하는 형태로 진행해 자기 주도적으로 학습할 수 있도록 유도할 수 있다. 이를 통해 4차 산업혁명의 주요 기술들을 학습하고 다양한 문제에 대한 해결 능력을 향상시킬 수 있다.

A collaborative robot(Cobot) is one of the production systems presented in the 4th industrial revolution and are systems that can maximize efficiency by combining the exquisite hand skills of workers and the ability of simple repetitive tasks of robots. Also, research on the development of an efficient interface method between the worker and the robot is continuously progressing along with the solution to the safety problem arising from the sharing of the workspace. In this study, a method for controlling the robot by recognizing the worker's hand signal was presented to enhance the convenience and concentration of the worker, and the safety of the worker was secured by introducing the concept of a safety zone. Various technologies such as robot control, PLC, image processing, machine learning, and ROS were used to implement this. In addition, the roles and interface methods of the proposed technologies were defined and presented for using educational media. Students can build and adjust the educational media system by linking the introduced various technologies. Therefore, there is an excellent advantage in recognizing the necessity of the technology required in the field and inducing in-depth learning about it. In addition, presenting a problem and then seeking a way to solve it on their own can lead to self-directed learning. Through this, students can learn key technologies of the 4th industrial revolution and improve their ability to solve various problems.