KYSR 3rd Seminar 경희대학교 이순걸 교수

Kyung Hee University Intelligent Robotics & Mechatronic Systems Lab.
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지능로봇 기술의 이해
이 순 걸
경희대학교 지능로봇메카트로닉스 실험실

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Outline
1. Introduction (w.r.t. technology)
2. Mechanism: Locomotion
3. Mechanism: Manipulation
4. Path Planning and navigation
5. Robot Vision / Artificial Intelligence
6. New Approach for Developing
7. Recent Researches of IRMS@KHU

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IntroductionI

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전통적 로봇 지능형로봇
•사회적 Needs 변화
•기술혁신 (Aibo, Asimo)
역할
기능
목표
노동대체
생산성 향상
반복작업
대인지원
삶의 질 향상
자율기능

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 지능형로봇은 기능분산, 가상공간 내 동작을 포함
 예) 네트워크 기반 서비스 로봇,
소프트웨어로봇, 에이전트
외부환경을 인식(Perception)하고
스스로 상황을 판단(Cognition)하여
자율적으로
동작(Mobility & Manipulation)하는 로봇

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자동
차
교통/건설
화재/방재
국방
농수산
Life line
유지보수
방범/경비
교
육
제조업용전문서비스용
개인서비스용
지능형로봇
적용분야
오락,게임
공공안내
의료 복지
전자
바이오
가정
네트워크기반
노약자보조
정보

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• HMI 기술
• 모션 제어기술
• 정밀 메커니즘 기술
• 자율항법기술
• HMI 기술
• 모션 제어기술
• 정밀 메커니즘 기술
• 자율항법기술
• Locomotion 기술
• 초소형 센서/모터 기술
• 인공지능 기술
• 나노 기술
• Locomotion 기술
• 초소형 센서/모터 기술
• 인공지능 기술
• 나노 기술
제
품
기
술
• 학습기능
• 비전/음성인식기술
• Web/통신 기술
• SI 기술
• 학습기능
• 비전/음성인식기술
• Web/통신 기술
• SI 기술
구 분
• Pet 로봇, AIBO – Sony(일본) ,
1998년 개발, 1999년 판매 개시
• 가정용 로봇, R100 – NEC(일본),
개발 중, 시제품
• 청소 로봇 – Dyson(영국),
2000년 개발, 시제품 완성
• 청소 로봇, Cye – Probotics(미국),
2000년 개발, 판매중
• 미디어 로봇 iRobot-LE
– IS Robotics(미국)
2000년 개발, 시제품
• 수술용 로봇 - Computer Motion(미국),
• 병원용 AGV – Helpmate(미국),
• 상용 경비로봇 - Cybermotion(미국)
• 자동 주유 로봇 – ISE(캐나다),
• 중형 청소 로봇 – Robosoft(프랑스),
• 잔디깎기 로봇 – Cybernetics(프랑스),
• 지뢰제거용 로봇 – DARPA(미국)
• 무인 정찰기 – AI Security(영국)
• 무인 탱크 – RWI (미국)
• 벽면이동 로봇 – Nishi Lab(일본)
1998년 개발, Tokyo공대 연구소
• 건설용 로봇 – Yamazaki(일본)
• 우주/심해 로봇 – JPL(미국)
Personal 로봇 Service 로봇 Field 로봇
지능형 로봇 제품/기술 현황

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Main Technology
Kind of fusion of all science (Compound Body)
ITNTBT
Base
Tech. Etc
Maniplation control
 Hybrid force/pos. control
 Hand
 Manipulation
Environ. Cog.
 3D shape cog.
 real-time env. cog
Auto. Navi.
 bipedal walking
 Field hi-speed/multi-leg
 Path plan/Obs. avoid.
Position estim.
 Map building
 Pos. estimation
 SLAM
Sensor/Actuator
 Artificial eye
 Touch sensor for arti. skin
 Actuator as arti. Muscle
Platform & SI
 S/W platform
 H/W platform
 System Integration
I. Robot
6 major tech.
I. Robot
6 major tech.

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Major Tech. of I. Robot

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Classification of I Robot
Personal service Professional service Manufacturing
Human life support/Service/
Entertain/Education
Work in extreme env./
Run in field
Used as a part of production
system in industry

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1 단계 ( 2000 – 2005 )1 단계 ( 2000 – 2005 ) 2 단계 ( 2006 – 2010 )2 단계 ( 2006 – 2010 ) 3 단계 ( 2011 – 2020 )3 단계 ( 2011 – 2020 )
제
품
기
술
원격제어기술
감성기술 나노 기술
직립보행기술 인공지능기술
비전 기술 음성인식기술
고효율 밧데리
HMI 기술
인조피부
통신 기술
인공 근육
Pet 로봇
경비 로봇
Health Care
로봇
Home Service
로봇
미디어 로봇
농업용 로봇 군사용 로봇
Humanoid
로봇
청소 로봇
건설용 로봇
교육 로봇
구 분
Field 로봇Field 로봇Service 로봇Service 로봇Personal 로봇Personal 로봇
Locomotion기술
SI기술 정밀메커니즘
모션제어 기술
주 : : Personal 로봇 : Service 로봇 : Field 로봇
지능형 로봇 제품/기술 전망

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Mechanism: LocomotionII

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Comparison between Wheel (Track) & Leg
 Wheeled platform : used in artificial structured and very
restricted natural environment
 Legged platform : used in artificial and most natural
environment
Artificial NaturalModify environment

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Wheeled Robot
Omni-directional Drive with 4
wheels
Mars Exploration Rover 2003
4 Wheel Robot
Honda UNI-CUB Personal
Mobility Device

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High Mobility Tracked Robot
high mobility tracked rescue robot

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Legged Robot
Centaur in 1996
Hopper in 1995
Asimo in 2011

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BigDog, LittleDog - Boston Dynamics

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Mechanism: ManipulationIII

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Justin Arm and DLR Hand
 Size: human hand; Weight: 1.8kg; DOF: 3/finger; Max load: 11N per finger;
 Each finger has 4 joints, 3 motors, and 25 sensors.

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For Manipulation with Human
Modular based behavior control
Visual manipulation for grasping
Collision detection for safe
manipulation

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Path Planning and NavigationIV

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Basic Architecture
Perception Motion Control
CognitionLocalization
Real World
Environment
Perceptionto
Action
Obstacle
Avoidance
Position
Feedback
Path
Environment
Model
Local Map
Local Map
Position
Position
Local Map
Where am I going? How do I get there? ?

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Navigation Based on Sensor
Visual SLAM for a cleaning robot
Aerial Navigation in indoor
environment

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Outdoor Autonomous Naviagation
Vehicle detection using LiDAR
Autonomous
navigation

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Robot Vision / A.I.V

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Visual Tracking
Visual tracking of face and hand
Visual tracking with Kinect

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Adaptive Human-Motion Tracking
Visual reinforced learning
Visual learning by imitation

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Virtual Protopying

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Researches of IRMS@KHUVI

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4족보행 로봇
{W}
{B}
Leg 1
Leg 3
Leg 2 Leg 4
qi
Pi
ai
R
Ti
F
fi
68030 Board
DSP#4
DSP#3
DSP#1
Command
Sensor Signal
AMP
VME Bus
DSP#2
B
Z B
Y
W
Z
W
X
θ0
θ1
θ2
l1
l2
Force
Margin
Position
Controller
Planned
Trajectory
Model
Robot
Joint torque
calculation
Saturation on
working volume
Configurat
ion control
Joint torque
calculation
Rref
fm
fr
δR
ΔM
+
+
+
+ -
+
ΔR
B
X
B
Y
θ0
Center position
without tilting
Amount
of tilting
hd
Tilting

irms.khu.ac.kr4족보행 로봇
(a) on positive slope (b) entering inflection point
(c) over inflection point (d) on negative slope
Slope walking Simulation & video clips of Centaur
(c) over inflection point
(b) entering inflection point(a) on positive slope
(d) on negative slope

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 Prototype schematic diagram to represent the pitching motion
y2
y1
M
1
M
2
F(t)
b
1
K
2
K
1
b2
Lab-level prototype fabrication and simulation
굴삭기 붐 진동 제어 시스템

irms.khu.ac.kr굴삭기 붐 진동 제어 시스템
No control movement
Controlled movement

irms.khu.ac.kr3D 크레인
Three inputs: hosting force ul, trolley mo
ving force ut, bridge moving force ub
Five outputs: trolley motion x, bridge mot
ion z, cable length l, and two payload sw
ings θ and ϕ
general Lagrange’s formula,

irms.khu.ac.kr3D 크레인

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Intelligent Learning Control of a Manipulator
Before learning
After learning

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Mannequin Robot
Kinetic device
for 3D Data
acquisition
MotionControll
er
for i-mate
운영자
Smart Phone
Zigbee Remocon
Wireless
Network
- WIFI ,
Zigbee
i-Mate platformOperator

irms.khu.ac.kr지능형 휠체어
38
단순 주행
Seat 자세 조정
스마트 주행
IT기기 활용 및
편의성
스마트 모빌리티
제어시스템
< 기존 제품의 기능 > < 추가 부여 기능 >
예방 안전
개요
Gyro센서
Angle센서
전/후방 경사
운행 표시
경 적
전 조 등
후 진 등
방 향 등
MOTOR
DRIVER
EMBRAKE
JOY STIC
PATTERN 인식
안전성 제어
ALGORITHM
Parameter
Tuning
고장 진단 Bluetooth
스마트폰 연동Audio
도난 방지
NFC/RFID
DISPLAY
음성주행정보
고장코드
주행 조건
기타 명령
MMI
(Joystick Module)
납축전지충전기
리 튬 & BMS충전기
GYRO 센서
M-L
M-R
주
행
로
ENCODER
ENCODER
구동
PARRTRN 인식 : JOY STICK 이외의 주행 조정 방법.
위
치
센
서
GYRO : 주행로 상태인식.
ENCODER : 주행 명령 인식, 장애물 인식.
바퀴
WR
WL
LOCKING 신호
AUTO Light
Sensor시트자세
수평제어
탑승인지
구동제어
탑승인지 신호
구동
BMS SOC정보
Rehab시스템
actuator
Limit 신호

irms.khu.ac.kr지능형 휠체어

irms.khu.ac.kr볼 세그웨이
y
x
z y
x
P1
P2
P3
ψ1
.
ψ3
.
uw1
uw2
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P1
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α
π
3
π
3

irms.khu.ac.kr볼 세그웨이

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Q&A
Thank you for your attention.
Soon-Geul Lee
sglee@khu.ac.kr
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