서비스 환경에서의 물리적 상호작용을 위한 스프링 보조바퀴 기반의 이동 로봇 플랫폼

Abstract

현재 개발되고 있는 많은 수의 서비스 로봇들은 이동성 확보를 위하여 이동 로봇 플랫폼을 기반으로 하고 있다. 불확실한 서비스 환경에서의 이동 로봇 플랫폼에는 수많은 이슈들이 존재한다. 물리적 인간-로봇 상호작용을 통한 안전성 개선 및 조작성 확보 관련 문제가 그들 중 하나이다. 서비스 공간에서 로봇이 동작할 시에는 항상 사람과의 충돌이 발생할 가능성이 있다. 로봇에게 외력에 대한 순응성을 주게 되면 사람이 로봇과의 강한 충돌을 예방하거나 물리적 상호작용중의 접촉을 보다 안전하게 만들 수 있게 해준다. 또 서비스 공간에는 로봇을 상황에 따라 임의로 조작하기 원하는 고객이 있을 수 있기 때문에 누구나 접근이 가능한 직관적 조작 인터페이스가 필요하다. 이 논문에서는 모바일 플랫폼에서의 물리적 상호작용을 기반한 안전과 인터페이스 관련 문제를 다룰 것이다. 이동 로봇에 스프링 보조바퀴를 장착하게 될 경우 단단한 보조바퀴와는 달리 기울기 방향의 자유도를 통해 로봇플랫폼에 외력에 대한 순응성이 생긴다. 게다가 이와 같은 형태의 이동 로봇 플랫폼은 기울기 정보를 토대로 제어를 할 경우 역진자 플랫폼의 자세제어와 유사한 방식으로 일시적인 순응 동작을 취하게 된다. 제안된 이동 로봇 플랫폼의 기울기 정보는 외력을 측정하는데 사용될 수 있다. 하지만 로봇의 기울기는 로봇이 스스로 가속할 때도 변화가 일어난다. 그러므로 기울기 정보를 통해 외력을 측정하고자 한다면 기울기 변화가 외력에 의한 것인지 가속에 의한 것인지 구분 할 수 있어야 한다. 로봇의 동작과 외력간의 관계를 알아내기 위해 자율 주행 상태에서의 센서데이터를 기반으로 한 알고리즘이 제안되었다. 이 알고리즘을 통해 측정된 외력은 주행 중에 발생하는 오차와 충분히 구분 가능한 측정치를 보여주었으며 이렇게 측정된 외력 정보를 이용하여 속도제어기 기반의 임피던스 제어기가 설계되었다. 실험결과에서 로봇이 주어진 경로를 추종하고 있는 도중에도 불구하고 사람의 외력에 의해 제어되는 것을 확인하였다. 따라서 제안된 알고리즘을 통하여 사람이 밀고 당기는 행위를 통하여 정지해 있는 로봇을 이동시키거나 주행중인 속도를 변화시키는 것을 허락하는 것을 확인하였다.