[공학] Emotion Express Robot based on the Embedded System

소개글

다른 로봇과의 차이점으로써 종전의 로봇은 인간과 로봇과의 관계가 종속적인 경우가 많았다. 사람이 일방적으로 로봇에게 명령을 하달하면 로봇은 단순히 그 명령에 따라 움직이는 방식이다. 하지만 우리는 사람과 로봇과의 친구관계가 성립할 수 있도록 초점을 두고 설계 및 개발하였다. 치우는 사람과 커뮤티케이션을 통해 감정을 표현하게 되며 사람에게 기쁨을 주는 역할을 하게 된다. 치우는 내부에 행동과 인식을 한쌍으로 한 여러 모듈을 가지고 있으며 이러한 모듈끼리의 링크구조를 가지고 있다. 모듈과 모듈과의 연결 관계를 통해 로봇은 여러 일관된 행동을 하게 된다.
기존의 로봇들은 감정을 표현할 때 단순히 LED나 LCD의 화면을 이용해서 감정을 표현한다.
치우 같은 경우 인체의 각 근육들을 응용하여 각각의 표정을 표현하고, 여러 가지 동적인 환경과 변화값들에 대해 적절한 행동을 할 수 있도록 설계 및 제작되었다. 그리고 LED나 LCD가 아닌 실제 인체해부학적인 모델을 적용함으로써 좀더 인간 친화적인 감정 표현이 되도록 하였다. 단순히 LED나 LCD가 아닌 실물(눈, 코, 입, 귀등)의 각 부위를 움직임으로써 인간공존형 로봇에 한발 다가갈수 있는 계기를 마련하였다.

목차

1. 과 제 명

2. 개발팀명

3. 개발인력

4. 과제개요
4.1 개발 동기
4.2 개발 목적
4.3 개발 기간
4.4 활 용

5. 개발효과
5.1 인간 - 로봇 인터페이스 기술 분야
5.2 주요 특징
5.3 기능 차별성
5.4 타 제품과의 성능비교
5.5 우수성

6. Architecture 설계
6.1 System Architecture
6.1.1 The Attention System
6.1.2 The Perceptual System
6.1.3 The Motivation System
6.1.4 The Behavior System
6.1.5 The Motor system
6.2 Emotive Facial Expressions
6.3 Visual attention
6.3.1 특정물체 추적(Object Tracking)
6.3.2 사람감지(Skin Tone)
6.3.3 차영상(Motion)
6.4 Emotions
6.5 Behavior System
6.5.1 Fatigue Drive
6.5.2 Social Drive
6.5.3 Sensor Drive
6.5.4 Stimulation Drive

7. System 구성
7.1 Hardware System
7.2 Engineering Design
7.3 H/W 인터페이스 구조
7.3.1 Processor Interface
7.3.1.1 Main Processor [Strong Arm SA1110]
7.3.1.2 Sub Processor [TMS320F240]
7.3.1.3 Sub Processor [ATmega128]
7.3.2 Sensor Interface
7.4 Vision System
7.4.1 Frame Grabber
7.4.2 SAA7111A Register Setting
7.4.3 영상처리
7.4.3.1 Image Processing
7.4.3.2 Windows Programming
7.5 Sensor System
7.5.1 Sensor System
7.5.2 초음파 센서(SRF04)
7.5.3 적외선 센서(EL - 7L, ST - 7L)
7.5.4 인체감지 센서(Inter Board - SENSOR1)
7.5.5 Windows Programming
7.6 Motor Control System
7.6.1 Motor Control System
7.6.2 Servo Motor의 제어
7.6.3 Windows Programming
7.6.4 로봇의 표정


8. Control System
8.1 적외선 리모콘을 이용한 로봇 제어
8.2 음성인식 모듈을 통한 로봇 제어

9. 전체 동작 순서도

10. 결론 및 향후 개선 방향
10.1 결론
10.2 향후 개선 방향

11. 참고문헌

본문내용

1. 개발 동기
인간형 로봇이 인간사회에 위화감 없이 융화되기 위해서는 마치 진짜 인간과 같이 보이는 리얼리티가 필요할 것으로 알려지고 있다. 리얼리티를 발휘하고자 구동장치를 구사해서 인간과 같은 표정을 만들어 내는 로봇 연구가 진행되고 있다.
"안색"이라고 하는 말이 있는 것처럼 인간은 미묘한 표정 변화에 민감하고, 거기에서 인간다움을 느낀다. 표정의 재현은 로봇에 리얼리티를 갖게 하는 데에 있어서 극히 중요하지만, 가장 어려운 테마라고 할 수 있다. 따라서 본 프로젝트에서는 인간과 대화할 수 있는 인간친화적인 로봇을 만들고자 한다.


2. 개발 목적
- 인간과의 자연스럽고 직각적인 쌍방향 교류
- 사회에 적응하기 위한 학습
- 인간공존형 로봇 제작
- 향후 엔터테인먼트 로봇 개발에도 많은 실험적 자료를 제공할 수 있음

3. 주요 특징
본 로봇(이하 치우)는 얼굴형 로봇으로, 로봇과 인간이 상호 작용(Interaction)을 통해 로봇의 감정과 상태를 얼굴 표정으로 알려 주는 인공지능형 로봇이다.

- 1조의 초음파 센서, 6조의 적외선 센서, 인체감지 센서를 통한 지각시스템 구축
- 적외선 리모콘을 이용한 편리한 조정 인터페이스
- 음성인식 모듈이 탑재되어 있어 터치 스크린이나 문자의 인식이 없이도 로봇 사용자의 음성을 인식해 기본 감정 표현
- 물체추적, 사람감지, 움직임 감지 기능의 시각 기술
- 인체해부학적으로 얼굴의 각 근육들의 움직임을 응용하여 로봇에 장착되어 있는 18개의 서보모터를 제어하며 좀더 인간다운 표정을 표현하도록 설계

참고 자료

[1] 윤지녕, 마이크로 로봇 바이블, 성안당, 2000
[2] 김종환, 로봇 축구 시스템, 대영사, 2000
[3] Randy Crane, 영상처리 이론과 실제, 홍릉과학출판사, 1997
[4] 이상엽 ,"Visual C++ programming Bible", 영진출판사, 1999
[5] 김종환 ,"로봇 축구 시스템", 대영사, 2000
[6] 강동중, 하종은, "Visual C++을 이용한 디지털 영상처리", 사이텍미디어, 2003
[7] 김용성, "Visual C++ 완벽가이드", 영진출판사, 2001
[8] 김상형, "Windows API 정복", 가남사, 2001
[9] SAA7111A Enhanced Video Input Processor, PHILIPS, 1997
[10] 정재륜, "TMS320F240 DSP의 기초와 응용", 성안당, 2001
[11] 김도윤, "예제로 배우는 제어용 DSP, 성안당", 2003
[12] 신대섭, 정상봉, "초보자가 만드는 로보트", 1999
[13] TMS320F/C240 DSP Controllers Reference Guide, Texas Instruments, 1999
[14]http://www.ai.mit.edu/projects/humanoid-robotics-group/kismet/kismet.html
[15]http://micromecha.skku.ac.kr/research/project/face
robot.htm
[16]http://cavr.korea.ac.kr/