• 대한전자공학회논문지SP
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• 제40권5호
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• pp.312-321
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• 2003

본 논문은 장애물을 인식하고 회피하면서 목적지까지 자율적으로 이동할 수 있는 로봇을 구현한 논문이다. 우리는 본 논문에서 영상처리보드의 구현이라는 하드웨어적인 부분과 자율 이동로봇을 위한 영상궤환 제어라는 소프트웨어의 두 가지 결과를 나타내었다. 첫 번째 부분에서, 영상처리를 수행하는 제어보드로부터 명령을 받는 로봇을 나타내었다. 우리는 오랫동안 CCD카메라를 탑재한 자율 이동로봇에 대하여 연구해왔다. 로봇의 구성은 DSP칩을 탑재한 영상보드와 스텝모터 그리고 CCD카메라로 구성된다. 시스템 구성은 이동로봇의 영상처리 보드에서 영상을 획득하고 영상처리 알고리즘을 수행하고 로봇의 이동경로를 계산한다. 이동로봇에 탑재된 CCD카메라에서 획득한 영상 정보는 매 샘플링 시간마다 캡쳐한다. 화면에서 장애물의 유무를 판별한 후 좌 혹은 우로 회전하여 장애물을 회피하고 이동한 거리를 Feedback하는 시스템을 구현하여 초기에 지정한 목표지점가지 로봇이 갈 수 있도록 간략한 경로를 계획하여 절대좌표를 추적해 나가는 알고리즘을 구현한다. 이러한 영상을 획득하고 알고리즘을 처리하는 영상처리 보드의 구성은 DSP (TMS320VC33), ADV611, SAA7111, ADV7176A, CPLD(EPM7256ATC144), SRAM 메모리로 구성되어 있다. 두 번째 부분에서는 장애물을 인식하고 회피하기 위하여 두 가지의 영상궤환 제어 알고리즘을 나타낸다. 첫 번째 알고리즘은 필터링, 경계검출 NOR변환, 경계치 설정 등의 영상 전처리 과정을 거친 영상을 분할하는 기법이다. 여기에서는 Labeling과 Segmentation을 통한 pixel의 밀도 계산이 도입된다. 두 번째 알고리즘은 위와 같이 전처리된 영상에 웨이브렛 변환을 이용하여 수직방향(y축 성분)으로 히스토그램 분포를 20 Pixel 간격으로 스캔한다. 파형 변화에 의하여 장애물이 있는 부분의 히스토그램 분포는 거의 변동이 없이 나타난다. 이러한 특성을 분석하여 장애물이 있는 곳을 찾아내고 이것을 회피하기 위한 알고리즘을 세웠다. 본 논문은 로봇에 장착된 한 개의 CCD 카메라를 이용하여 장애물을 회피하면서 초기에 설정해둔 목적지가지 도달하기 위한 알고리즘을 제안하였으며, 영상처리 보드를 설계 및 제작하였다. 영상처리 보드는 일반적인 보드보다 빠른 속도(30frame/sec)와 해상도를 지원하며 압축 알고리즘을 탑재하고 있어서 영상을 전송하는 데에 있어서도 탁월한 성능을 보인다.

• 감성과학
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• 제11권4호
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• pp.629-636
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• 2008

현재 진행되고 있는 대부분의 로봇 연구는 특정한 목적을 수행함에 있어서 기능적으로 안정적이고 원활한 움직임을 보이는 것과 더불어 사용자가 원하는 정보를 적절하게 전달하는 것에 초점을 맞춰 진행하고 있다. 본 논문에서는 로봇의 작업수행 상태가 아닌 외부로부터 입력 값이 없는 대기상태의 행동패턴을 제시하여 보다 자연스러운 인간-로봇 상호작용을 제시하고자 하였다. 로봇의 대기상태 행동패턴을 디자인함에 있어서 비디오 판독 방법을 선택하였고, 실제 서비스업에 종사하는 10명의 사람들을 비디오로 녹화하여 사람들과 상호작용이 없는 대기상태의 반복적인 행동패턴을 관찰하였다. 각각의 비디오 데이터로부터 총 21개의 반복적 행동을 기록하였고, 비슷한 항목들을 통합하여 최종적으로 11개의 행동패턴을 추출하였다. 추출된 패턴들 가운데 6개의 대표적인 행동들을 EEEX라는 로봇에 적합하도록 인코딩 작업을 하였고, 이것들이 사람들에게 올바르게 인식되는지를 확인하기 위하여 검증실험을 수행하였다. 사람들은 대부분의 로봇 행동패턴을 실험에서 의도한 바와 같이 인식하였으나 로봇의 하드웨어 특성상 몸과 팔의 움직임에서 약간의 혼동 요소가 있었다. 추후 실험을 통해 EEEX를 대형 마트의 입구에 실제로 배치하여 대기 중에 중립행동을 보일 때와 보이지 않을 때의 손님의 관심도 차이를 조사해보고자 한다.

• 재활복지공학회논문지
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• 제10권2호
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• pp.171-176
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• 2016

본 연구는 옴니휠을 이용한 1인승 탑승 로봇개발을 통해 장애인 및 비장애인 탑승자의 거동특성과 안정성을 고려한 사용자의 불편요소와 개선방안을 파악하여 총 6명의 사용성 평가를 실시하였다. 본 연구 결과를 보면 다음과 같다. 첫째, 대구대학교 신애5호관 기숙사에서 실험대상자들에게 옴니휠을 이용한 1인승 로봇을 사용하여 불편요소를 파악하는데 있는 승하차의 경우 비장애인이 만족도 4점보다 장애인이 만족도 1.6점으로 가장 큰 불편함을 느꼈다. 이는 휠체어 높이보다 제품의 시트높이가 10cm 더 높아 이동하기 어려웠던 것으로 분석된다. 둘째, 1인승 로봇의 주행와 안전을 위해 장착된 시트, 등받이, 암레스트, 풋레스트, 안전벨트 등 장애인과 비장애인 모다 3점 평균이하의 각각 2.33점과 2.62점의 만족도를 보였으나, 가변형설계 및 설계디자인의 경우 장애인과 비장애인 모두 3.5점의 평균 이상 만족도를 나타내었다. 셋째, 1인승 로봇의 가격의 경우 6~7백만원으로 상당히 비싸다는 의견이 많아 정부 보조금 지원이 가능하다면 전동휠체어 대용으로 구입하겠다는 의견을 나타내었다. 따라서 장애인 사용성 평가에서 나타난 불편사항과 개선방안을 토대로 추가적인 연구개발이 이루어져 교통약자들에게 스스로 탑승 및 이동하여 간단한 일상생활 하는데 있어 삶의 질을 높일 필요성이 있다.

• 방송공학회논문지
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• 제1권2호
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• pp.176-187
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• 1996

본고는 로보트 팔의 선단에 부착된 카메라에 의하여 촬영된 일련의 스테레오 영상을 이용하여 운동물체의 3차원 자세 (위치와 방향)를 정확히 추정하는 방법을 다룬다. 본고는 이미 발표된 바 있는 연구결과를 확장한 것으로서[1], 2차원 영상의 측정잡음 뿐만아니라[1], 또한 로보트 팔의 죠인트 각도의 랜덤잡음이 함께 존재할 경우 world 좌표계 (또는 로보트 기지좌표계)를 기준으로 한 운동물체의 3차원 자세의 추정에 중점을 둔다. 이를 위하여, 다음 사항에 근거하여 선형 Kalman 필터를 유도한다. (1) 2차원 영상의 측정잡음이 3차원 공간으로 전파되는 것을 분석함으로써, 이에 기인한 물체좌표계의 방향오차를 카메라 좌표계를 기준으로 하여 모델링한다; (2) 죠인트 각도 오차에 의한 로보트 선단좌표계의 방향오차를 (1)의 결과와 결합하여 extended Jacobian matrix를 유도한다; 그리고 (3) 본질적으로 비선형인 물체의 회전운동을 quaternion을 도입함으로써 선형화 한다. 운동 파라메터는 추정된 quaternion으로부터 반복 최소자승 방법을 이용하여 계산된다. 모의실험 결과, 추정오차가 상당히 감소되고, 실제의 운동 파라메터가 참 값으로 정확히 수렴함을 알 수 있다.

• Journal of Biosystems Engineering
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• 제38권2호
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• pp.138-148
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• 2013

Purpose: Determining an appropriate path is a top priority in order for a robot to maneuver in a dynamically efficient way especially in a pick-and-place task. In a non-standardized work environment, current robot arm executes its motion based on the kinematic displacements of joint variables, though resulting motion is not dynamically optimal. In this research we suggest analyzing and applying motion patterns of the human arm as an alternative to perform near optimum motion trajectory for arbitrary pick-and-place tasks. Methods: Since the motion of a human arm is very complicated and diverse, it was simplified into two links: one from the shoulder to the elbow, and the other from the elbow to the hand. Motion patterns were then divided into horizontal and vertical components and further analyzed using kinematic and dynamic methods. The kinematic analysis was performed based on the D-H parameters and the dynamic analysis was carried out to calculate various parameters such as velocity, acceleration, torque, and energy using the Newton-Euler equation of motion and Lagrange's equation. In an attempt to assess the efficacy of the analyzed human motion pattern it was compared to the virtual motion pattern created by the joint interpolation method. Results: To demonstrate the efficacy of the human arm motion mechanical and dynamical analyses were performed, followed by the comparison with the virtual robot motion path that was created by the joint interpolation method. Consequently, the human arm was observed to be in motion while the elbow was bent. In return this contributed to the increase of the manipulability and decrease of gravity and torque being exerted on the elbow. In addition, the energy required for the motion decreased. Such phenomenon was more apparent under vertical motion than horizontal motion patterns, and in shorter paths than in longer ones. Thus, one can minimize the abrasion of joints by lowering the stress applied to the bones, muscles, and joints. From the perspectives of energy and durability, the robot arm will be able to utilize its motor most effectively by adopting the motion pattern of human arm. Conclusions: By applying the motion pattern of human arm to the robot arm motion, increase in efficiency and durability is expected, which will eventually produce robots capable of moving in an energy-efficient manner.

• Journal of Electrical Engineering and Technology
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• 제1권2호
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• pp.200-210
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• 2006

This paper proposes the motion generation method in which the movement of the 3-links leg subsystem in constrained to slider-link and a singular posture can be easily avoided. This method is the realization of jumping control moving in a vertical direction, which mimics a cat's behavior. To consider the movement from the point of the constraint mechanical system, a robotics system for realizing the motion will change its configuration according to the position. The effectiveness of the proposed scheme is illustrated by simulation and experimental results.

• 한국CDE학회논문집
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• 제15권2호
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• pp.106-114
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• 2010

The swept volume, the region of a moving object, is applied in many fields such as valid paths for motions of tools, visualization in robot paths and interference tests for parts assembling or disjointing. The shape of a swept volume depends on an generators computed with normal vectors of an object and velocity vectors of a motion. Although free-from surfaces are widely used to represent geometric models in CAD, computing the generators for a free-form object is a formidable task. Previous approaches exploit the closed form expressions of generators but limited to planer or quadric faces. In this paper, we propose the algorithm to compute swept volumes generated by free-form objects in screw motions. For the algorithm a tracing method is applied to the computation of generators. It considers curvatures of surfaces of an object to increase the computational accuracy. We implemented our algorithm in the CATIA V.5 environment to test the validity of our algorithm and to generate examples.

• Journal of Welding and Joining
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• 제34권3호
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• pp.1-5
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• 2016

At present, FSW(friction stir welding) process is being considered as an actual way for production of various industrial products. However FSW process involves high temperature and load on the tool during welding. These are make a difference between FSW machine and general machine tools. From this reason, development of FSW machine needs very careful consideration on stiffness of machine structure, spindle and moving axis including machine control system. In this study authors investigate on the trends of technology development of FSW machine in order to share the information for more extension of FSW technology with related researchers and engineers.

• 제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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• 제어로봇시스템학회 1997년도 한국자동제어학술회의논문집; 한국전력공사 서울연수원; 17-18 Oct. 1997
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• pp.544-547
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• 1997

In this paper, we propose a dynamic localization method using a rotating sonar and a map. The proposed method is implemented by using extended Kalman filter. The state equation is based on the encoder propagation model and the encoder error model, and the measurement equation is a map-based measurement equation using a rotating sonar sensor. By utilizing sonar beam characteristics, map-based measurements are updated while AMR is moving continuously. By modeling and estimating systematic errors of a differential encoder, the position is successfully estimated even the interval of the map-based measurement. Monte-Carlo simulation shows that the proposed global position estimator has the performance of a few millimeter order in position error and of a few tenth degrees in heading error and of compensating systematic errors of the differential encoder well.

• 제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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• 제어로봇시스템학회 2004년도 ICCAS
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• pp.1402-1407
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• 2004

Moving a fragile object from an initial point to a goal location in minimum time without damage is pursued in this paper. In order to achieve the goal, first of all, the range of maximum acceleration and velocity are specified, which the manipulator can generate dynamically on the path that is planned a priori considering the geometrical constraints. Later, considering the impulsive force constraint of the object, the range of maximum acceleration and velocity are going to be obtained to keep the object safe while the manipulator is carrying it along the curved path. Finally, a time-optimal trajectory is planned within the maximum allowable range of the acceleration and velocity. This time optimal trajectory planning can be applied for real applications and is suitable for not only a continuous path but also a discrete path.