※ 캡스톤 연구 프로젝트




Smart EMG sensor (2013)



Smart EMG 센서는 사람이 근육을 움직이려할때 발생하는 근전도 신호를 이용하여 원격으로 여러가지 장치를 조종할 수 있도록 설계한 특별한 조정장치입니다.

Smart EMG센서는 2개의 EMG 모듈과 가속도계, 자이로스코프를 사용하여 기본 데이터를 측정하고, 이를 신호처리 기술을 사용하여 사용자의 의도로 바꾸어주는 작업을 DSP로 수행합니다. 변환된 조종명령코드는 최종적으로 무선 장치를 통하여 제어하고자하는 장치에 전달됩니다.


Smart EMG Controller


Flying Fish (2012)



Flying fish는 전시회장이나 넓은 실내공간에서 자유롭게 조종할 수 있는 로봇 풍선입니다. 본 로봇은 헬륨가스가 채워진 본체와 3개의 서보모터와 모터 제어기, 통신 모듈, 카메라, 배터리등으로 구성되어, 스마트폰으로 제어 가능하도록 구성하였습니다. 제어 프로그램은 안드로이드 스마트폰 앱으로 제작하여 간편하게 조정할 수 있습니다. 양쪽의 날개 지느러미를 이용하여 높낮이를 제어하며, 뒷쪽의 꼬리 지느러미를 이용하여 전진 및 회전을 구현합니다.

Flying fish의 하단부에는 카메라가 부착되어 원격으로 스마트폰으로 영상을 전송하도록 하였습니다. 또한 영상의 전송을 주변의 노트북을 통해서 전송받으므로 노트북에서 특화된 영상처리기술을 이용하여 재미있는 기능을 구현할 수 있습니다. 예를들면 빨간 모자를 착용한 사람을 쫓아간다든지, 특정 색깔로 칠해진 트랙을 상공을 선회한다든지 하는 기능이 가능합니다. 옆면은 되도록 크게 만들어서 광고용으로 사용할 수 있도록 하였습니다.


Flying Fish


Auto Runner (2012)



Auto runner는 사용자가 간편하게 신발에 장착하여 타고다닐 수 있는 신개념 탈 것입니다. 모터가 구동하는 힘으로 편안하게 이동할 수 있으며, 간편하게 발목을 사용하여 방향 전환이 가능합니다. 가볍고 안전한 리튬 폴리머 충전지를 사용하였으며, 한번 충전후 대략 50분 정도 사용가능합니다.

전진, 스톱 및 속도 조정 버튼은 안드로이드 스마트폰을 활용하여 앱으로 조정할 수 있도록 설계하였습니다. 스마트폰과 모터제어기와의 통신은 블루투스를 이용하여 구현하였고, 안전을 위하여 간단한 조정 구성과 비상정지 버튼을 구비하였습니다.


Auto Runner


Inverted Pendulum using twisted Gyro: Mike (2010)



일반적인 Inverted Pendulum 과는 달리 Mike는 정속 구동하는 자이로를 정속회전축과 직각방향으로 입체적으로 회전시켜 발생하는 모멘텀을 사용하여 펜들럼을 제어합니다. 이러한 방식의 역진자제어는 본 연구에서 처음 시도되는 것으로, 많은 응용분야를 가지고 있습니다.

일반 회전 반발력을 이용한 휠(e.g. murata boy)과는 달리 이러한 방식의 제어에서는 발생하는 토크가 매우 크며, 상대적으로 토크를 오래 지속할 수 큰 장점이 있습니다. 또한 액츄에이터 전체를 상당히 작은 박스안에 모듈화 시켜 Enclosing 할 수 있으며, 장착이 매우 간단합니다. 관련논문이 정밀공학회지 2011년 10월호에 게재되었습니다.


Inverted Pendulum using twisted Gyro


Interactive Robot: Casper (2010)



Casper는 인간의 눈에 해당되는 카메라와 2개의 스테레오 마이크를 내장하고 있으며, 사람과의 기본적인 커뮤니케이션이 가능한 감성로봇입니다. Casper는 음악이 나오면 이를 마이크로폰을 사용하여 인지하고, 신호처리기술인 FFT를 사용하여 이를 음악인지 아닌지를 판별하고, 연주되는 음악의 비트를 계산 및 예측하여 이에 맞추어 춤을 춥니다. 또한 비젼 신호처리 기술을 응용하여 전방에 있는 사람을 인지하고 눈을 맞추는 기능도 탑재되어 있습니다. 한국적인 놀이인 '참참참'을 할 수 있으며, 보안 모드로 사용할 때는 비전기술이 움직이는 물체를 식별하여 트랙킹하며 영상을 전송할 수 있습니다.

interactive Robot Casper

댄스 시연 동영상


얼굴인식기술 및 눈 맞추기


참참참 놀이기능


움직이는 물체를 추종하여 영상을 전송하는 보안기능


Casper는 Hideki Kozima 의 Keepon 이라는 로봇에 영감을 받아 제작되었으며, 기본적으로 동일한 기능을 내장하고 있습니다. 또한 Casper는 Keepon의 기능에 추가로 한국적인 놀이 (참참참 등)와 보안기능을 탑재하고 있습니다.


로보캐디(Robo-Caddie, 2009)


로보캐디는 자이로스코프와 가속도계를 사용한 IMU와 DSP 모션 제어기를 사용하여, 자체적으로 균형을 잡고 회전 및 이동가능한 골프백 수송용 로봇입니다. 로보캐디는 비전을 사용하여 전자동으로 지정된 골퍼를 추종할 수 있으며, 만약 환경적인 요인으로 전자동 모드가 사용하기 불편하다면, 손잡이를 이용한 반자동 모드로도 활용이 가능합니다.

로보캐디의 반자동 모드에서는 사용자가 매우 손쉽게 카트를 제어할 수 있으며, 손잡이를 슬쩍 당기고 미는 것만으로 무거운 화물을 손쉽게 수송할 수 있습니다. 특히 언덕길등을 이동할 때 사람의 동력을 전혀 사용하지 않으므로 매우 편리하며, 안정적입니다. 이러한 방식의 자동 카트는 매우 협소한 장소에서도 제자리 회전이 가능하며, 매우 안정적인 동작을 보여줍니다. 로보캐디는 공항카트, 대형쇼핑몰, 우유배달, 공사장의벽돌수송등 다양한 용도로 활용이 가능합니다.


Robo-Caddie for Golfer


로보캐디는 SBS 아이디어 하우머치 112회 (2010.11.4일자 방송)그림자 로봇이란 이름으로 방영되었으며, (주)사이보그랩에 낙찰되었습니다. 사이보그랩의 무궁한 발전을 기원합니다.


team 휘페리온
(지능형 SOC 로봇워 2008, Battle Tank Competition, 우승, 국무총리상수상)




SOC란 System On Chip 의 약자로, 하나의 기능단위 시스템을 한개의 칩으로 압축하여, 경박단소, 에너지 절감, 원가절감등을 실현하는 기술입니다. KAIST가 주관하는 지능형 SOC 경진대회는 차세대 성장동역인 SOC 산업의 발전을 위하여 매년 로보월드라는 전시회에서 개최하고 있으며, 2008년도에도 코엑스에서 10월 16일부터 3일간 진행이 되었습니다.

SOC Tank 대회는 영상처리엔진을 탑재한 자율 탱크 로봇의 경진대회로, 4*4미터의 경기장안에 청팀 2대 홍팀 2대의 탱크 4대가 서로 전투를 하는 게임입니다. 게임도중에 전혀 사람의 통제를 받지 않으며, 자동으로 비전을 사용하여 적군을 찾아내고, 레이져포를 사용하여 상대를 제압합니다. 2대간의 무선통신, 화상처리, 모션제어, 센서 처리등의 일을 각각 1개의 DSP와 FPGA로 처리하여 자율적으로 주행합니다. 휘페리온팀은 2008년 지능형 SOC Tank 대회에 처녀 출전하여 1위 국무총리대상이라는 쾌거를 달성하였습니다.


2008 지능형 SOC Tank 최종 결승전: 휘페리온 vs 울티밋

team 울티밋
(지능형 SOC 로봇워 2008, Battle Tank Competition, 준우승, 지식경제부 장관상수상)


지능형 SOC Tank 대회는 컬러 카메라의 색깔 정보를 사용하여 피아를 구분하고, 적군의 이동을 예측하여, 레이져포를 발사하며, 각 탱크에 부착되어 있는 센서가 이를 감지하여 맞으면 에너지 게이지가 하나씩 줄게 되며, 정해진 시간안에 적의 게이지를 많이 떨어뜨리는 팀이 승리하게 됩니다.

FPGA와 DSP 1개 씩만을 이용하여, Verilog 나 VHDL 그리고 DSP용 C 언어를 사용하여 처리합니다. 기술적으로 영상처리, 모션제어, 센서 처리가 완벽하게 연동되어 동작되어야 하며, 경기장내에 엄폐물이 존재하고 2:2 게임이므로 전략 또한 매우 중요합니다. 저희 서울산업대 SENS LAB.은 2008년 2개팀을 처녀 출전시켜서 우승, 준우승의 쾌거를 이룩하였습니다.


경계보안시스템(Zigbee Intruder detector, 2008)


본 연구 과제는 저전력 근접 무선 통신인 Zigbee를 사용하여 침입자 감지 보안 시스템을 구현한 것입니다. 철책에 부착된 Zigbee Mote는 가속도계와 모션감지 센서(PIR)가 장착되어 있어서 사람의 움직임이나 철책의 진동이 감지되면, 자동으로 지그비 통신을 사용하여 본부 및 Moving Node에 침입구역의 정보를 송신합니다. Moving Node는 경계병이 소유하도록 되어 있으며, 경계병이 철책주위를 이동하더라도 자동으로 시스템과 연락이 끊이지 않도록 리라우팅 기능을 내장하고 있어서, 침입자가 발생하면 우선적으로 가장 가까운 Moving Node(경계병)에게 연락이 갑니다. 본부에서는 실시간으로 현재 Moving Node(경계병)의 위치와 침입자의 위치를 파악할 수 있어서, 빠르고 적절한 대응이 가능합니다.

본 보안 시스템을 사용하면 넓은 구역을 최소한의 인원으로 감시할 수 있으며, 설치 또한 가장 빠르고 효율적으로 할 수 있도록 설계하였습니다. 본 연구에서는 경계보안 시스템에 적절한 특수한 프로토콜을 설계하여 장착하였으며, Mote 역시 본 과제의 용도에 맞도록 SENS 실험실에서 설계 및 제작하여 사용하였습니다.



화가로봇(Pictro, 2007)

Pictro는 영상 처리를 이용하여 캡처한 화면을, 붓을 이용하여 그림을 그려주는 화가로봇입니다. 일반 프린터를 이용한 방식이 아니고 붓을 사용하여 그림을 그리기 때문에 훨씬 더 운치있으며, Z축의 모터를 사용하여 붓의 누름을 조절함으로써 사람의 화구 동작을 흉내낼 수 있습니다. 붓을 사용하므로 캡쳐된 화면을 단순화하고 세선화 및 벡터화하는 고난이도의 영상처리 기술이 필요합니다.

화면은 일반 디지털 카메라로 캡춰하여 USB로 PC로 전송하여 처리합니다. 본 작품은 2007년 대한민국 기술대전 전시회에서 전시기간중 큰 인기를 끌었으며, 완성도가 매우 높은 작품입니다.


균형로봇(T-bot, 2007)


균형로봇은 MEMS 가속도 센서와 자이로스코프(각속도센서)를 이용하여 오똑이처럼 스스로 균형을 잡고 움직이는 로봇입니다. T-Bot은 초기위치에서 스스로 일어나고, 전후진을 자유자재로 구현할 수 있는 요긴한 로봇입니다. 최근에 상용화된 세그웨이등과 유사한 원리로 구동되며, 높이는 약 30cm 정도, 그리고 2개의 바퀴를 이용하여 구동합니다. 엔코더, DC 모터 및 DSP 2406을 이용하여 제작하였습니다.

기술적으로 가장 어려운 부분은 가속도 센서와 자이로스코프를 이용하여 현재의 로봇의 기울기를 정확히 알아내는 알고리듬 및 자세 제어 알고리듬입니다. T-Bot은 스스로 움직이기 때문에 항상 자체 진동과 중력가속도의 영향을 받으므로, 이러한 동적 상황에서 기울기 정보를 좋은 품질로 얻어내려면 디지털 필터링기술을 사용해야 합니다.


호버링 헬리콥터(Hoverer, 2007)


본 과제는 가속도계와 자이로센서를 활용하여, 2개의 로터로 구동되는 소형 헬기를 공중에 거의 정지한 상태로 위치 제어하는 (호버링) 기능을 개발하는 것으로, 헬기에서 많이 사용하는 공중 정지자세제어에 대한 연구입니다. 본 과제에서 사용된 타입의 헬기는 2개의 로터가 상호 반대방향으로 회전함으로써 모먼텀 상쇄를 시키는데, 이를 차동제어하여 요잉각을 제어하며, 로터에 부착된 롤과 피치 조정 서보를 사용하여 공중에서 제자리 부양하는 기능을 가진 헬기를 개발하였습니다.

Hoverer의 밑면에는 초음파 센서를 장착하여 일정 높이로 높이제어 까지 되도록 설계하였고, 센서로는 MEMS가속도계 및 진동 자이로 스코프를 사용하여 디지털 필터 처리하여 제어에 사용하였습니다. 헬기의 다이나믹스는 입력딜레이 및 비선형성이 많아서 경험적인 방법과 분석적인 방법을 동시에 사용하여 작품을 제작하였습니다.


청소로봇 Clearbot(Clearbot, 2005)


청소로봇은 가정용으로 가정 먼저, 많이 보급되어 로봇의 대중화에 크게 앞장서고 있습니다. 청소로봇은 초음파 센서와 자기 위치를 파악할 수 있는 적외선 센서등을 장착하여, 정해진 방법으로 원하는 시간에 청소를 수행하며, 청소가 끝나면 자동으로 도킹 스테이션으로 돌아가 재충전을 수행합니다.

여기서 가장 어려운 기술은 도킹스테이션을 스스로 찾아 들어가는 것인데, Clearbot는 Dead recognition 알고리듬과 적외선 센서를 사용하여 수행합니다. 청소하는 모드(알고리듬)은 여러 가지를 응용할 수 있는데, 랜덤과 지그재그 패스, Map 모드 등 여러가지로 선택하여 사용할 수 있습니다.


컬러 회전 전광판 (Color E-sign, 2005)


본 과제는 눈의 잔상 효과를 이용하여 일렬로 부착된 LED 어레이를 회전하면서 허공에 문자 및 그림이 표시되도록 해 주는 장치입니다. 이러한 원리를 이용한 제품은 시중에 이미 출시가 되어 있으나, 본 작품의 차이점은 RGB 세개의 LED열을 사용하여 컬러를 표현 가능하게 했다는 것이 있습니다.

단순히 RGB가 별도의 공간에 색을 도시하는 것이 아니라, LED 3열이 물리적으로 같은 구간을 공유하면서 RGB의 값의 분포에 따라 다양한 색깔을 구현할 수 있으며, 이는 세계 최초의 컬러 표현이 가능한 회전 전광판입니다. 이는 회전의 정밀한 속도제어 및 LED 발광 타이밍을 고도로 정밀하게 조정해야지만 가능한 기술입니다.



2008, SNUT, SENS Lab.