혁신적인 형상 및 접촉 감지 시스템으로 Continuum 로봇의 안전성 향상

일본 과학 기술 종합 연구소(일본 이시카와)

인간이 로봇에 닿으면 로봇은 충돌을 피하기 위해 동작을 변경합니다. (이미지 :JAIST의 Van Anh Ho)

자연에서는 유연한 촉수를 가진 문어나 코를 가진 코끼리와 같은 많은 유기체가 놀라운 민첩성을 나타냅니다. 이러한 자연 구조에서 영감을 받아 연구원들은 견고성과 안전성을 제공하는 매우 유연한 연속체 로봇을 개발하는 것을 목표로 하고 있습니다. 이상적으로 연속체 로봇은 대부분의 작업에 필요한 것보다 많은 자유도(DOF)와 관절 수를 특징으로 합니다. 이러한 특성을 통해 모양을 동적으로 조정하고 수정할 수 있어 장애물과 예상치 못한 상황을 피할 수 있습니다. 그러나 그들의 복잡한 움직임으로 인해 그들의 모양과 움직임을 특성화하기가 어렵습니다.

연속체 로봇의 운동학적 및 동적 문제에 대한 솔루션을 얻기 위한 기존 분석 기술은 복잡한 모델링에 의존하므로 계산 비용이 증가합니다. 또는 연속체 로봇에 내장된 유연한 센서를 사용하여 모양과 움직임을 추적할 수 있지만 이 방법에는 저해상도 센서가 많이 필요하므로 시스템이 복잡해집니다. 보다 유망한 솔루션은 연속체 로봇 끝에 단일 감지 모듈을 사용하는 것입니다. 그러나 이 방향에 대한 이전 연구는 대부분 로봇의 자세에 중점을 두었고 접촉 감지는 다루지 않았습니다.

이러한 격차를 해소하기 위해 일본 과학기술종합연구소(JAIST)의 Van Anh Ho 부교수가 이끄는 일본 연구진이 ConTac이라는 새로운 시스템을 개발했습니다. 이 시스템은 부드러운 피부를 가진 로봇 팔의 모양과 접촉을 추정할 수 있습니다.

호 박사는 “이 시스템의 궁극적인 목표는 연속체 로봇에 구현하는 것이지만 이번 연구에서는 검증을 위해 다관절 로봇팔과 부드러운 피부를 이용한 인식에 중점을 두었다”고 말했다. 팀에는 JAIST의 박사 과정 학생인 Tuan Tai Nguyen과 Quan Khanh Luu, 하노이 VNU-UET 대학의 Dinh Quang Nguyen 박사가 포함되었습니다.

ConTac 시스템은 연속체 로봇의 굽힘을 모방한 백본, 마커가 있는 부드러운 피부, 피부 변형을 관찰하는 카메라, 피부의 모양 및 접촉 감지 모델, 접촉 인식 제어 방식으로 구성됩니다. 이 시스템은 아무런 보정 없이 동일한 메커니즘과 형태를 가진 모든 ConTac 장치 또는 다른 로봇에 적용될 수 있습니다.

ConTac 장치는 백본과 부드러운 피부를 갖춘 조립된 연속체 에뮬레이션 로봇 팔입니다. 연구원들은 또한 지각 정보를 사용하여 로봇 팔의 움직임을 안내하는 이 시스템을 위한 어드미턴스 기반 컨트롤러를 개발했습니다. 또한 ConTac 장치는 비용 효율적이며 기존 재료로 제작할 수 있습니다.

이 혁신적인 시스템은 연질 연속체 피부의 형상 재구성 및 접촉 감지를 위해 두 가지 딥러닝 모델을 사용합니다. 이러한 모델은 완전히 시뮬레이션 이미지를 사용하여 훈련된 다음 미세 조정 없이 실제 로봇에 직접 적용되어 시간과 자원을 절약합니다. 시스템의 전송 가능성은 두 개의 서로 다른 ConTac 장치에서 테스트되었으며 추가 조정 없이 유사하게 작동했습니다.

Ho 박사는 이번 연구의 의의를 강조하며 "ConTac 시스템은 복잡한 조정이 필요 없이 다양한 로봇 시스템에 사용되는 것을 목표로 하고 있습니다. 우리 시스템이 장착된 유연한 로봇 팔은 로봇이 장애물이 많은 환경을 탐색하고 인간과 안전하게 상호 작용해야 하는 스마트 농업 및 의료 서비스에 이상적입니다. 주변을 감지하는 능력과 결합된 부드러움과 유연성이 식물 및 환자와 상호 작용하는 데 완벽합니다."라고 말했습니다.

이 프레임워크에 사용된 감지 및 제어 원리는 기존 로봇 시스템에 부착할 수 있는 새로운 촉각 센서로 이어질 수 있으며, 로봇의 원래 설계를 변경하지 않고도 안전한 인간-로봇 상호 작용을 위한 새로운 감지 및 제어 패러다임을 제공할 수 있습니다. 호 박사는 "모든 로봇과 기계가 촉각을 갖는 사회를 상상해 보세요. 이러한 변화는 산업과 일상생활에 혁명을 일으킬 것입니다."라고 말했습니다.

자세한 내용은 Van Anh Ho에게 문의하세요. 이 이메일 주소는 스팸봇으로부터 보호됩니다. 보려면 JavaScript를 활성화해야 합니다.; +81 761-51-1584.