Robotics Laboratory
기계공학과 정완균
로보틱스 연구실은 기계공학을 기반으로 첨단 로봇 시스템의 설계, 제어, 응용에 관한 폭넓은 연구를 수행하고 있습니다. 본 연구실은 의료 로봇, 산업용 로봇, 수중 및 모바일 로봇 등 다양한 분야에서 세계적인 수준의 연구 성과를 창출하고 있으며, 이론적 연구와 실용적 응용을 동시에 추구합니다.
의료 로봇 분야에서는 각막 이식, 척추 수술, 미세유체 칩 기반 진단 등 정밀한 의료 시술을 지원하는 로봇 시스템과, 햅틱 증강현실을 활용한 의료 교육 및 시뮬레이션 기술을 개발하고 있습니다. 표면 근전도(sEMG) 신호를 이용한 인간-로봇 인터페이스, MEMS 센서 기반 생체 신호 측정, 인공지능 기반 신호 해석 등 다양한 융합 기술을 통해 의료 현장의 자동화와 안전성 향상에 기여하고 있습니다.
로봇 매니퓰레이션 및 제어 분야에서는 강인 제어, 비선형 H∞ 제어, PID 최적화, 외란 관측기 기반 제어 등 첨단 제어 이론을 실제 시스템에 적용하여, 고정밀·고속·고출력의 로봇 동작을 실현하고 있습니다. 유압 액추에이터, 하이드로-엘라스틱 및 일렉트로-하이드로스태틱 액추에이션 등 차세대 구동 기술을 개발하여, 산업 현장과 재난 환경에서의 고난이도 작업, 외골격 로봇 등 다양한 응용에 적용하고 있습니다.
수중 및 모바일 로봇 분야에서는 6자유도 AUV, PETASUS 등 자율 수중 로봇 시스템을 개발하고, 전자기파 감쇠 기반 거리 센서, RF 센서, 초음파 센서 등 다양한 센서 융합 기술을 통해 극한 환경에서의 정밀한 위치 인식과 자율 임무 수행을 실현하고 있습니다. SLAM, 경로 계획, 장애물 회피 등 자율 주행을 위한 핵심 알고리즘과, 센서 네트워크 연동 기술을 통해 산업, 해양, 국방 등 다양한 분야에서 실용적 로봇 시스템을 구현하고 있습니다.
이외에도, 마이크로로봇, 미세유체 제어, 바이오로봇, 인공지능 기반 신호처리 등 다양한 융합 연구를 통해, 미래 로봇 기술의 새로운 패러다임을 제시하고 있습니다. 본 연구실은 이론과 실험, 하드웨어와 소프트웨어, 기계와 생명공학의 경계를 넘나드는 혁신적 연구를 통해, 국내외 로봇공학 발전을 선도하고 있습니다.
의료 로봇 및 햅틱 증강현실(Haptic AR)
의료 로봇 분야는 정밀한 수술 및 진단을 지원하기 위한 첨단 기술의 융합을 목표로 합니다. 본 연구실은 미세유체 기반의 마이크로 로봇, 각막 이식 및 척추 수술을 위한 수술 로봇, 그리고 표면 근전도(sEMG) 신호를 활용한 인간-로봇 인터페이스 등 다양한 의료 응용 분야에서 혁신적인 시스템을 개발해왔습니다. 특히, 각막 봉합 로봇, 자동화된 척추 나사 삽입 경로 계획, MEMS 센서를 이용한 근전도 신호 측정 등은 임상 현장에서의 실질적 활용을 목표로 하고 있습니다.
햅틱 증강현실(Haptic AR)은 의료 교육 및 시뮬레이션에서 촉각 피드백을 제공함으로써, 수술의 현실감을 극대화하고 훈련 효과를 높이는 데 중점을 둡니다. 본 연구실은 햅틱 인터페이스와 증강현실 기술을 결합하여, 실제와 유사한 촉진 훈련 시스템 및 수술 시뮬레이터를 개발하고 있습니다. 이를 통해 의료진이 실제 환자에게 시술하기 전, 다양한 시나리오를 안전하게 연습할 수 있도록 지원합니다.
이러한 연구는 의료 로봇의 정밀 제어, 실시간 영상 처리, 인공지능 기반 신호 해석 등 다양한 첨단 기술과 융합되어, 미래 의료 환경에서의 자동화, 안전성, 효율성 향상에 크게 기여할 것으로 기대됩니다.
강인 제어 및 유압 액추에이터 기반 로봇 매니퓰레이션
본 연구실은 로봇 매니퓰레이터의 정밀하고 안정적인 동작을 위해 강인 제어(Robust Control) 이론과 실제 시스템 적용에 중점을 두고 있습니다. 비선형 H∞ 제어, PID 제어기의 최적화 및 성능 한계 분석, 외란 관측기(Disturbance Observer) 기반 제어 등 다양한 제어 이론을 연구하고, 이를 실제 로봇 시스템에 적용하여 실시간 제어 성능을 극대화합니다. 이러한 연구는 산업용 로봇, 정밀 위치 결정 시스템, 하드디스크 드라이브, DVD, XY 테이블 등 다양한 응용 분야에 활용되고 있습니다.
특히, 유압 액추에이터(Hydraulic Actuator) 기반의 로봇 제어는 고토크, 고출력, 고속 응답이 필요한 작업 환경에서 필수적인 기술입니다. 본 연구실은 하이드로-엘라스틱 액추에이션(HEA)과 일렉트로-하이드로스태틱 액추에이션(EHA) 등 차세대 유압 구동 기술을 개발하고, 이를 위한 토크 제어, 임피던스 제어, 백드라이버빌리티(backdrivability) 향상 등 다양한 제어 전략을 연구합니다. 또한, 유압 구동 시스템의 안정성과 에너지 효율성, 상호작용성 증진을 위한 서보 밸브, 센서, 피드백 알고리즘 개발에도 집중하고 있습니다.
이와 같은 연구는 산업 현장의 자동화, 재난 환경에서의 고난이도 작업, 외골격 로봇 등 다양한 분야에서 고성능 로봇 시스템의 구현을 가능하게 하며, 실제 산업 및 의료 현장에 적용되어 생산성과 안전성을 크게 높이고 있습니다.
수중 및 모바일 로봇의 위치 인식과 센서 융합
수중 및 모바일 로봇 분야는 극한 환경에서의 자율적인 임무 수행과 정밀한 위치 인식을 위한 핵심 기술 개발에 중점을 두고 있습니다. 본 연구실은 6자유도 AUV(Autonomous Underwater Vehicle) PETASUS와 같은 수중 로봇 시스템을 개발하고, 복잡한 동역학 해석과 효율적인 제어 기법을 적용하여 실제 환경에서의 안정적인 운용을 실현하고 있습니다. 또한, 수중 환경에서의 위치 인식 문제를 해결하기 위해 전자기파 감쇠 기반의 새로운 거리 센서, RF 센서, 초음파 센서 등 다양한 센서 융합 기술을 연구하고 있습니다.
이러한 연구는 수중 로봇의 내비게이션, 구조물 점검, 재난 대응 등 다양한 응용 분야에서 활용됩니다. 특히, 전자기파 신호 감쇠 특성을 이용한 위치 인식 기술은 기존의 음향 기반 시스템이 가지는 한계를 극복하며, 구조화된 환경이나 장애물이 많은 환경에서도 높은 신뢰도의 위치 추정이 가능합니다. 또한, 센서 네트워크와의 연동을 통해 대규모 수중 환경에서의 자율적 임무 수행 및 협업이 가능하도록 지원합니다.
모바일 로봇 분야에서는 SLAM(Simultaneous Localization and Mapping), 경로 계획, 장애물 회피 등 자율 주행을 위한 핵심 알고리즘 개발과, 초음파, 비전, IMU 등 다양한 센서 데이터를 융합하여 동적 환경에서도 강인한 위치 인식 및 지도 작성이 가능하도록 연구를 진행하고 있습니다. 이러한 기술은 산업, 해양, 국방 등 다양한 분야에서 자율 로봇 시스템의 실용화를 앞당기고 있습니다.
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Mobility analysis of spatial 4-and 5-link mechanisms of the RS class
Donyong Lee, Youngil Youm, Wankyun Chung
Mechanism and Machine Theory, 1996
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New resolution scheme of the forward kinematics of parallel manipulators using extra sensors
Kilryong Han, Wankyun Chung, Y Youm
Trans. ASME, J. Mech. Transm. Autom. Des., 1996
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Characteristics of optimal solutions in kinematic resolutions of redundancy
Jonghoon Park, Wan-Kyun Chung, Youngil Youm
IEEE transactions on robotics and automation, 1996
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0.1MM 정밀도의 위치 및 속도/가속도/접촉력 교시가 필수적인 고난도
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메타 소프트오간모듈 제작 기술 및 모듈 어셈블리 로봇 시스템 개발
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지능형 자율 방역로봇을 위한 작업설계 및 제어 알고리즘 개발