현재 산업용 로봇 팔의 경로 계획을 생성할 때, 로봇 팔 경로 계획은 로봇 엔지니어가 수동으로 로봇을 제어하며 최적 경로 계획을 탐색한다. 미래에 고객의 다양한 요구에 따라 공정을 유연하게 변경하는 대량 맞춤 시대에는 기존의 경로 계획 수립 방식은 부적합하다. 심층강화학습 프레임워크는 가상 환경에서 로봇 팔 경로 계획 수립을 학습해 새로운 공정으로 변경될 때, 최적 경로 계획을 자동으로 수립해 로봇 팔에 전달하여 빠르고 유연한 공정 변경을 지원한다. 본 논문에서는 심층강화학습 에이전트를 위한 학습 환경 구축과 인공지능 모델과 학습 환경의 연동을 중심으로, 로봇 팔 경로 계획 수립을 위한 심층강화학습 프레임워크 구조를 설계한다.
기존의 교육용 소형 다관절로봇은 펌웨어를 이용하여 개발해왔다. 이런 시스템일 경우 단순동작만 수행할 수 있기 때문에 교육용으로 활용가치가 떨어진다. 그러나 교육용 소형 다관절로봇에 RTOS를 적용하면 다양한 동작의 수행이 가능하다. RTOS를 적용하면 시스템의 효율이 높아지지만 SW 복잡도가 높아져 교육용으로 사용하기 어려운 문제가 있다. 이런 문제를 해결하기 위해서 본 논문에서는 디자인 패턴과 리팩토링을 적용한다. 디자인 패턴과 리팩토링을 적용하여 RTOS를 설계하면 이미 알려진 패턴의 개념이 사용되기 때문에 RTOS의 전문 개발자가 아니어도 이해하기 쉬어진다. 뿐만 아니라 설계가 문서화되기 때문에 기존의 RTOS를 이용하여 새로운 시스템에 알맞은 RTOS로 변경이 용이해 진다. 그래서 본 논문에서는 디자인패턴을 사용하여 RTOS를 설계하고 RTOS 코드에 리팩토링을 적용하였다.
본 논문에서는 정보영재교육을 위한 문제해결력 증진과 논리적 사고력 신장을 위해 프로그래밍의 개념을 효과적으로 이해시키는 도구로써 교육용 로봇의 이용을 제안하였다. 그리고 개정된 정보통신기술교육 운영지침에 맞추어 초등학교 교육현장에서 교사들이 프로그래밍 교육을 실시할 수 있도록 교육방법의 개선에 기여하고자한 학기 10주 동안의 과정으로 교육모형을 설계하여 제시함으로써 로봇을 이용한 프로그래밍 교육을 통하여 초등학생의 논리적 사고력을 신장시키고자 하였다.
수학은 기초학문으로서 합리성과 창의성을 기르는 중요한 과목이다. 하지만 학생들에게는 어렵고 두려운 과목으로 되어가는 게 현실이다. 한편 STEM은 학문 간의 벽을 허물고 서로 융합하여 과학, 수학, 공학, 기술 등의 과목에 흥미도를 높이기 위한 대안적 교육이다. STEM교육의 도구로 로봇이 효과적인 것으로 연구되어 있다. 따라서 STEM 기반의 로봇교육을 하여 수학에 대한 흥미도를 높이고자 수학학습프로그램을 개발하였다.
본 연구에서는 로봇 교육의 지속 발전성을 제고하고 지원할 목적으로 로봇 소양 교육과정을 구성해서 제안해 보았다. 이를 위해서 로봇 소양 교육을 기존의 문해력에 관한 내용을 참고하여 정의했으며, 아울러 로봇 소양의 요소들도 모두 다섯 가지로 나누어 제시했다. 여기서 제시한 로봇 소양 교육의 영역은 로봇의 기초 영역과 로봇 공학의 세 가지 요소를 바탕으로 한 로봇과 함께하는 측정, 관찰, 로봇으로 만드는 운동과 표현, 나만의 로봇 설계 그리고 종합적 활동 영역으로 제시하였다. 한편, 로봇 소양 교육과정 개발 단계는 Tyler(1949)의 고전적인 교육과정 개발모형을 적용하여 로봇 소양 교육과정 구성의 타당성과 신뢰성을 확보하고자 했으며 이를 바탕으로 기존 초, 중학교의 수학, 과학교과 교육과정을 분석하고 로봇 소양 교육과정을 제안하였다.
가정용 로봇은 정보제공, 교육, 오락 등의 다양한 분야에 대해 서비스가 가능한 로봇이 등장하고 있다. 특히 가정에서의 가사 노동력을 절감할 수 있는데 도움이 되는 로봇이 청소로봇이다. 대부분의 가정이 청소에 많은 시간을 할애하고 있으며 청소로봇은 이러한 측면에서 노동력의 절감 및 윤택한 삶을 누리는데 일조를 할 수 있을 것이다. 따라서 수 십년 전부터 가정용 청소기가 판매되면서 자동으로 청소하는 것에 관심을 두어 왔으나 로봇기술이나 주변 부품기술이 발전하지 못하여 로봇의 개발이 어려웠었다. 최근 실생활에 적용되는 청소로봇이 시중에 판매되면서 청소로봇은 가정용 로봇 중에서도 많은 관심을 가지게 되었다. 가정용 청소로봇은 단순기능을 갖는 장난감 형태의 로봇에서 수백만원대의 청소로봇까지 개발되고 있다. 그림 1은 다양한 청소로봇을 성능 대 가격측면에서 포지셔닝한 것이다. (중략)
세계 최정상의 IT기술과 산업용 로봇 시장을 바탕으로 지능형 로봇 기술(RT: Robot Technology)을 확보하기 위하여 국가적 노력이 경주되고 있고 이러한 지식 과학 기술 확보를 위해서는 무엇보다도 과학적 인재 양성이 시급하다. 이에 초등학생의 과학에 대한 동기 유발과 창의력 신장에 적합한 로봇 프로그래밍이 각광을 받고 있다. 하지만, 국가적으로 중등 대학교육에서는 과학 인재 양성을 위해 많은 노력을 기울이고 활성화 되어 있으나 초등학교에서는 교육 환경의 미비로 그 한계를 보이고 있다. 따라서, 본 연구는 초등학교에서의 로봇 프로젝트 학습을 구안하여 초등학생의 창의력을 신장하기 위한 로봇 프로그램 활용 교육에 대하여 연구하여 보았다. 이러한 연구를 통한 실험, 공작 중심의 로봇 탐구교육은 학생들의 컴퓨터 과학에 대한 흥미와 선호도를 높이며, 탐구 활동을 통해 논리적 사고력과 창의력을 함양하는데 많은 도움이 될 것이다.
로봇 교육이 갖는 교육적 효과에 대한 인식의 확산에 따라 교육용 로봇을 이용한 교육을 실시하는 곳이 점진적으로 증가하고 있다. 그러나 현재 실시되고 있는 대다수의 교육현장은 일반 학생들에게 초점이 맞추어져 있다. 따라서 본 연구는 장애 학생들에게도 로봇활용 교육의 장점을 살려서 교육이 이뤄지기를 기대할 수 있도록 그들을 가르칠 예비 특수교사들을 위한 로봇활용교육 프로그램을 개발하였다. 본 논문을 통하여 로봇활용교육이 특수교육에서 필요한 분야라는 결과를 도출하였고, 이를 위한 제언을 통하여 특수교육현장 에서 로봇활용교육을 할 수 있도록 강조하였다.
최근 교육용 로봇 하드웨어 발달로 연산 처리 속도 및 확장성이 매우 좋아졌다. 이에 따라 로봇 하드웨어에 MBL용 온도 센서나 자이로 센서도 호환되어 데이터 로깅이 가능해졌다. 데이터 로깅이 가능한 교육용 로봇으로 학생들은 과학적인 탐구 예측, 수집, 데이터 분석이 가능한 실험을 할 수 있게 된 것이다. 이에 본 연구에서는 학급 SNS와 스마트폰을 활용한 'Smart r-Learning'에 데이터로깅이 가능한 교육용 로봇을 도입하여 과학 프로젝트 수업을 개발하고 적용했다. 데이터 로깅 활용 Smart r-Learning 프로젝트 수업을 초등학교 5학년 학생들에게 적용한 결과 논리적 사고력 6개 영역 중 4개 영역이 유의미하게 향상된 것으로 나타났다.
유아 및 저학년용 교육도구는 기술의 발달로 ICT기반의 디지털 기술이 융합되면서 스마트화 되고 있고 스마트 교육도구의 디지털 상호작용 기능은 학생들에게 보다 높은 몰입감과 재미를 선사해, 기존의 교육도구와는 전혀 다른 놀이형 도구로서 학습이 가능하다. 스마트 교육도구 구현에 활용되는 기술은 로봇공학, 컴퓨터공학, 프로그래밍 등 공학과 수학적 바탕으로 하는 학문에서 비롯되어, 그 자체로 교육 분야에 접목 될 수 있다. 본 논문에서는 현장교육에 활용되는 교육용 도구 로봇의 특성을 고려한 연구 개발 및 교육 현장에 최적화된 피지컬 컴퓨팅 기반의 제품을 설계 및 구현하여 로봇 시스템의 기반이 되는 센싱 정보처리와 소프트웨어 설계 및 프로그래밍 실습 교육을 위한 피지컬 교육이 가능하도록 개발하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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