IRS
전기공학과 이범주
IRS 연구실은 전기공학과를 기반으로 첨단 로봇공학, 특히 휴머노이드 로봇과 매니퓰레이터, 로봇 핸드, 외골격형 근력지원 로봇 등 다양한 로봇 시스템의 개발 및 제어 기술을 선도적으로 연구하고 있습니다. 본 연구실은 기구부 설계, 임베디드 시스템, 동역학 시뮬레이션, 제어 알고리즘 등 로봇의 하드웨어와 소프트웨어를 아우르는 통합적 연구를 수행하고 있습니다.
특히, 휴머노이드 로봇 분야에서는 3D-CAD 기반의 메커니즘 설계, DC 모터 및 센서 융합 제어, 동적 보행 및 전신 모션 생성, 최적화 기반의 제어 알고리즘 등 다양한 첨단 기술을 개발하고 있습니다. 매니퓰레이터 및 로봇 핸드 분야에서는 다자유도 구조, 힘/위치 센서 융합, 케이블 드라이브 메커니즘 등 인간의 손과 팔을 모사하는 정밀한 로봇 시스템을 구현하고 있습니다.
또한, 감속기, 토크 센서, 엔코더, SBC 인터페이스 보드 등 다양한 하드웨어 플랫폼과 임베디드 시스템을 자체적으로 개발하여, 로봇의 성능과 신뢰성을 극대화하고 있습니다. PyBullet, MATLAB 등 시뮬레이션 도구를 활용한 동역학 해석과 FSM, 최적 제어, 실시간 피드백 제어 등 다양한 제어 알고리즘 연구를 통해 실제 환경에서의 로봇 동작을 정밀하게 구현하고 있습니다.
이러한 연구 성과는 국내외 유수 학술지 및 학회에서 다수의 논문 발표와 특허 등록으로 이어지고 있으며, 산업체와의 협력 프로젝트, 정부 연구과제 등 다양한 산학연 협력을 통해 실질적인 기술 이전과 응용이 이루어지고 있습니다. IRS 연구실은 앞으로도 인공지능, 센서 융합, 인간-로봇 상호작용 등 미래 로봇공학의 핵심 분야를 선도하며, 차세대 지능형 로봇 시스템 개발에 앞장설 것입니다.
연구실의 목표는 단순한 로봇 개발을 넘어, 인간과 로봇이 조화롭게 공존할 수 있는 지능형 시스템을 구현하는 데 있습니다. 이를 위해 하드웨어와 소프트웨어, 이론과 실험, 기초와 응용을 아우르는 융합적 연구를 지속적으로 추진하고 있습니다.
Humanoid Robots
Dynamic Simulation
Humanoid Robot
휴머노이드 로봇 시스템 개발 및 제어
휴머노이드 로봇은 인간과 유사한 형태와 동작을 구현하는 첨단 로봇 기술의 집약체입니다. 본 연구실에서는 휴머노이드 로봇의 기구 설계, 제어 아키텍처, 모션 플래닝 등 전반적인 시스템 개발을 중점적으로 연구하고 있습니다. 3D-CAD 도구를 활용한 메커니즘 설계, Cortex-M4 및 DSP 28x 기반의 DC 모터 제어, 그리고 임베디드 시스템 개발을 통해 하드웨어와 소프트웨어의 통합적 발전을 도모하고 있습니다.
휴머노이드 로봇의 보행 및 동작 제어는 매우 복잡한 동역학적 문제를 포함하고 있습니다. 연구실에서는 동적 보행 제어, 3차원 동적 시뮬레이션, SNOPT와 DDP와 같은 최적화 기법을 활용한 최적 제어, 그리고 MWPG(변형 가능한 보행 패턴 생성) 알고리즘을 개발하여 실제 환경에서의 안정적이고 유연한 움직임을 구현하고 있습니다. 또한, 전신 모션 생성, 관절 및 구조물의 변위 추정, 매니퓰레이터 오정렬 추정 등 다양한 추정 알고리즘을 통해 로봇의 정밀성과 신뢰성을 높이고 있습니다.
이러한 연구는 실제 로봇 플랫폼에 적용되어 다양한 실험과 검증을 거치고 있으며, 국제 저널 및 학회에서 그 우수성을 인정받고 있습니다. 향후에는 인간-로봇 상호작용, 인공지능 기반의 자율 제어, 산업 및 서비스 분야로의 응용 확대 등 더욱 폭넓은 연구로 발전할 전망입니다.
매니퓰레이터 및 로봇 핸드 기술
매니퓰레이터는 인간의 팔과 유사한 동작을 제공하는 로봇 팔로, 다양한 산업 및 연구 분야에서 핵심적인 역할을 담당합니다. 본 연구실에서는 다자유도 매니퓰레이터의 기구부 설계, 동역학 해석, 제어 알고리즘 개발, 그리고 실제 작업 수행을 위한 시뮬레이션 및 실험을 폭넓게 수행하고 있습니다. Kinova Gen3와 같은 상용 매니퓰레이터뿐만 아니라 자체 개발한 로봇 핸드, 감속기, 토크 센서 등 다양한 하드웨어 플랫폼을 보유하고 있습니다.
매니퓰레이터의 정밀한 제어를 위해 PyBullet 및 MATLAB 기반의 동역학 시뮬레이션을 활용하여 다양한 작업 환경에서의 성능을 분석하고, FSM(유한상태기계) 기반의 모션 플래닝, 실시간 제어 알고리즘, 힘/위치 센서 융합 제어 등 첨단 기술을 적용하고 있습니다. 또한, 로봇 핸드의 경우 케이블 드라이브 메커니즘, 3축 힘 센서 내장, 다자유도 구조 등 인간의 손과 유사한 동작을 구현하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있습니다.
이러한 매니퓰레이터 및 로봇 핸드 기술은 제조, 의료, 서비스 로봇 등 다양한 분야에서 활용될 수 있으며, 실제 산업 현장에 적용 가능한 신뢰성과 내구성을 확보하는 데 중점을 두고 있습니다. 앞으로도 인공지능, 센서 융합, 인간-로봇 협업 등과 연계하여 더욱 진보된 로봇 팔 및 핸드 시스템 개발을 목표로 연구를 지속할 예정입니다.
로봇 하드웨어 플랫폼 및 임베디드 시스템 개발
로봇의 성능과 신뢰성을 결정짓는 핵심 요소 중 하나는 하드웨어 플랫폼과 임베디드 시스템입니다. 본 연구실은 휴머노이드, 매니퓰레이터, 외골격형 근력지원 로봇 등 다양한 로봇의 기구부와 임베디드 시스템을 자체적으로 설계 및 개발하고 있습니다. 감속기, 토크 센서, 엔코더, SBC 인터페이스 보드, 서보 제어기 등 다양한 하드웨어 모듈을 직접 제작하여 로봇의 정밀 제어와 실시간 데이터 처리를 가능하게 합니다.
임베디드 시스템 개발에서는 ARM Cortex 시리즈 MCU, RS-485 및 SPI 통신, BLE 기반 데이터 송수신, 고해상도 ADC 및 엔코더 등 최신 전자공학 기술을 적극적으로 도입하고 있습니다. 이를 통해 로봇의 각종 센서 데이터 수집, 모터 제어, 실시간 피드백 제어 등 복잡한 작업을 안정적으로 수행할 수 있습니다. 또한, 하드웨어와 소프트웨어의 통합 설계 및 최적화를 통해 시스템의 효율성과 확장성을 극대화하고 있습니다.
이러한 하드웨어 및 임베디드 시스템 기술은 로봇의 다양한 응용 분야에서 요구되는 고성능, 고신뢰성, 실시간성 등 까다로운 조건을 만족시키는 데 필수적입니다. 앞으로도 신소재, 초소형화, 저전력 설계 등 첨단 기술을 접목하여 차세대 로봇 하드웨어 플랫폼 개발에 앞장설 계획입니다.
1
Real-time Feasible Footstep Planning for Bipedal Robots in Three-Dimensional Environments Using Particle Swarm Optimization.
Y.-D. Hong, B. Lee
IEEE/ASME Trans. on Mechatronics, 2019
2
Stability Control and Turning Algorithm of an Alpine Skiing Robot.
S.-H. Kim, B. Lee, Y.-D. Hong
Sensors, 2019
3
Logarithmic Strain Model for Nonlinear Load Cell.
Y.-D. Hong, B. Lee
Sensors, 2019
2
컴퍼운드 유성기어 기반 센서 내장형 고강성 고감속 초박형 로봇용 Kilateral Drive 감속기 개발