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    학술대회 참관기 게시판 내용
    제목 AIM 2017(IEEE International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics) 참관기
    작성자 하창완
    작성일 2017-07-17 오전 10:14:15






    AIM (IEEE International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics) 국제학술대회는 1992년부터 시작하여 매년 열리는 국제학술대회이다. 본 학회에서는 기계와 전기·전자 분야를 아우르는 메커트로닉스 (Mechatronics) 분야를 다룬다. AIM 2017 학술대회는 지난해 캐나다 서부 앨버타에서 개최한 데 이어 올해에는 7월 3일부터 7일까지 독일 뮌헨에서 개최되었다. IEEE Robotics and Automation Society (RAS), IEEE Industrial Electronics Society (IES)의 후원을 받는 AIM 학회는 올해에도 예년과 마찬가지로 엄선된 약 300편의 연구결과가 발표되어 서로 아이디어를 공유하고 향후 연구 방향을 토론하는 귀중한 시간을 가졌다. 올해에도 어김없이 세계 각지의 산학연에서 메커트로닉스 관련 연구자 400여 명이 참석하여 뜨거운 호응 속에 진행되었다. 국가별 논문 발표를 보면 일본, 독일, 중국, 미국, 이탈리아, 한국, 싱가포르 순으로 메커트로닉스 분야에 많은 관심을 가지고 연구에 집중하는 것을 알 수 있었다. 특히, 메커트로닉스 분야에 관심이 많은 일본과 독일, 그리고 신흥 강자로 급부상한 중국의 저력이 돋보였다. 아래 표는 논문 저자를 기준으로 발표 논문 개수를 산출한 것이다. 일반적으로 논문 1편당 1인 이상의 저자가 포함되어 있으므로 아래 수치는 실제 발표된 논문 수보다 많게 보일 수 있다. 내년에는 뉴질랜드 오클랜드에서 7월에 AIM 국제학술대회가 개최될 예정이다.












    1) Takehito Kikuchi, Takaya Kumagae, Isao Abe, and Akio Inoue, “Particle sedimentation in magnetorheological fluid and its effect”, in proceeding of 2017 IEEE International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics, pp. 767~772, 2017.





    자기장을 걸어주면 물성(i.e., 점성)이 바뀌는 자기유변유체(Magnetorheological Fluid, MRF)는 능동진동 저감 (Active Vibration Control) 분야에서 큰 쟁점이 되고 있는 물질이다. 자기유변유체는 윤활유 속에 철 분말을 잘 썩어서 만들 물질로 자기장을 걸어주면 철 분말들이 자기장을 따라 정렬이 되면서 딱딱해진다. 자기유변유체 사용 시 가장 문제가 되는 것은 시간이 지남에 따라 중력에 의한 철 분말 침전 현상이 발생한다는 것이다. 아직 침전 현상에 대한 모델링과 그로 인한 물성 변화에 대한 연구가 미비했었는데 이번 학회에서 이런 연구가 소개되었다. 특히 주목할 점은 자연적 침전 현상을 관찰하기 위해서는 장기간의 관찰이 필요한데 원심분리기를 이용하여 이를 단시간에 근사적으로 예측할 방법을 Stroke’s law를 기반으로 제안하였다. 또한 침전에 따른 물성변화(i.e., Yield Stress)를 실험적으로 밝혔다. 본 논문은 자기유변유체 제조 시 시간에 따른 물성 변화를 예측하여 더 나은 물질을 만드는데 기여할 뿐만 아니라 자기유변유체를 사용하는 장치의 수명을 예측하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.


    2) Ajinkya Deshmukh, Laurent Petit, Muneeb Ullah Khan, Frederic Lamarque and Christine Prelle, “Development of a six positions digital electromagnetic actuator”, in proceeding of 2017 IEEE International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics, pp. 975~980, 2017.






    전자석과 영구자석, 그리고 육각 형태의 틀(Frame)을 이용하여 평면상에서 6방향으로 움직이는 새로운 형태의 디지털 구동기를 제안하였다. 본 연구는 전자석에 흐르는 전류 유무에 따라 영구자석의 위치가 여섯 군데로 움직일 수 있는 것이 특징이다. 본 논문에서는 제안한 디지털 구동기의 가동 특성을 모델링 하였으며, 전류 크기에 따른 반응속도를 실험적으로 검증하였다. 현재 위치에서 다른 위치까지 약 1mm 이동하는데 걸리는 시간이 10~20ms 정도로 반응속도가 매우 빠른 것이 특징이다. 또한, 구조가 단순하고 제어가 쉬워 다양한 분야에 응용할 수 있으리라 기대된다. 저자는 제안한 디지털 구동기를 격자 형태로 다수 배치하여 다양한 움직임을 구현하는 것과 해당 디지털 구동기를 응용하여 집게(gripper)를 만드는 것을 향후 연구계획으로 제안하였다. ON-OFF 단순 동작에 참신한 아이디어를 입혀 놀라운 결과를 만들어 냈다는 것에 큰 감명을 받았다.

    3) Erika Di Stefano, Carlo Alberto Avizzano, Massimo Bergamasco, Paolo Masini, Mauro Menci, Davide Russo, “Automatic inspection of railway carbon strips based on multi-modal visual information”, in proceeding of 2017 IEEE International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics, pp. 178~184, 2017.







    가선(架線)과 접촉하여 열차에 전기를 공급해 주는 집전장치가 팬터그래프(pantograph)이다. 판토그래프는 가선과 항상 접촉하면서 미끄러짐 현상(sliding movement)이 발생하기 때문에 마모가 쉽게 발생한다. 판토그래프의 마모 정도와 손상 상태를 확인하기 위해 현재는 사람이 직접 검사를 하는데 본 연구에서는 3D laser scanner와 2D high resolution camera를 이용하여 자동으로 판토그래프의 상태를 검사하는 장비를 개발하였다. 획득한 영상정보와 거리정보를 기반으로 주파수 분석(frequency response), 자기 상관관계 분석 (auto correlation analysis), 웨이브릿 변환(Wavelet transform) 등 다양한 이미지 분석기법들을 활용하여 판토그래프의 상태를 보다 정밀하게 예측하는 기법들을 개발하였다. 본 연구는 현장에서 꼭 필요로 하는 기술이기 때문에 발표를 듣는 청중들도 실용성 측면에서 높게 평가하였다.


    4) Chang-Wan Ha, Chang-Hyun Kim, and Jaewon Lim, “Development of high accuracy of magnetic levitation transport system for OLED evaporation process: design of magnetic levitation controller using cascade control consisting of current control (PI) and airgap control (PID)”, in proceeding of 2017 IEEE International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics, pp. 1334~1339, 2017.






    최근 디스플레이 시장이 급성장하고 있다. 다양한 디스플레이 패널 중 OLED (Organic Light Emitting Diode) 방식이 큰 인기를 끌고 있는데 그 이유는 OLED 디스플레이의 장점 때문이다. LCD, LED 디스플레이 방식보다 OLED는 얇고, 가볍고, 유연하게 만들 수 있으며, 시야각이 넓고 에너지 소모가 적은 장점이 있다. 하지만 LCD, LED에 비해 OLED 제조공정은 훨씬 어려우므로 기술적 장벽이 높다. 극복해야 할 기술 장벽 중 하나가 고 청정의 이송 장비를 개발하는 것이다. OLED 디스플레이 제조 시 유기물질을 증기 형태로 날려서 유리기판에 부치는 증착 공정(evaporation process)이 있는데 유기물질이 분진과 수분에 매우 취약하므로 고 청정 이송 장비가 절대적으로 필요하다. 그 대안 중 하나가 자기부상 이송 장비이다. 자기부상 이송 장비는 공중에 떠서 이동하기 때문에 분진발생이 없고 마찰력과 같은 비선형적인 외란이 적어 정밀제어가 용이하다. 한국기계연구원(KIMM)에서는 이런 산업체의 요구를 반영하여 2012년부터 해당 장비 개발에 착수하였다. 6년 동안 4종류의 prototype을 개발하였으며, 산업체가 요구하는 주요성능(i.e., 부상정밀도, 속도추종성, 반복정밀도, 등)을 상당 부분 충족하였다. 2017년 하반기에는 상용화를 위해 신뢰성 증진과 진공테스트를 추가로 연구할 예정이다. 본 발표는 현장에서 필요로 하는 실용적인 기술을 개발하고 있다는 점과 연구의 완성도 측면에서 청중들에게 많은 호평을 받았다.


    5) Minyoung Lee, Kyung-Soo Kim, Jungseok Cho, and Soohyun Kim, “Development of a vehicle body velocity sensor using modulated motion blur”, in proceeding of 2017 IEEE International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics, pp. 406~411, 2017.







    정밀한 차량 제어를 위해서는 차량과 노면의 상대속도를 측정하는 것이 매우 중요하다. 특히, 눈길이나 빗길 운전 시 바퀴와 노면 간의 슬립(slip)이 발생할 수 있는데, 차량과 노면의 상대속도를 알지 못하면 적절한 구동력 배분이 어려워 차량이 미끄러지게 된다. 현재 차량과 노면의 상대속도를 측정하기 위해 많은 시도가 있었으나 상용화에 이를 만큼의 경제적이고 신뢰성 있는 제품이 없는 것이 현실이었다. 가장 널리 사용되고 있는 방법은 4바퀴의 움직임을 측정한 후 차량 동역학을 기반으로 차량과 노면의 상대속도를 예측하는 것이다. 하지만 눈길이나 빗길 주행과 같이 바퀴와 노면 슬립이 발생할 경우, 차량과 노면의 상대속도를 찾는 것은 매우 어렵다. 다른 방법은 GPS를 이용하는 것인데 이 역시 측정 오차가 커서 실차 적용이 쉽지 않다. 본 논문에서는 카메라의 잔상효과를 이용하여 차량과 노면의 상대속도를 측정하는 방법이 새롭게 소개되었다. 카메라가 피사체를 응시하고 있을 때 (셔터가 열려있을 때) 피사체가 움직이면 이미지에 피사체의 움직임이 잔상으로 남게 된다. 지금까지의 대부분 연구는 이런 잔상효과를 없애는 쪽으로 연구가 진행되었는데 본 논문은 이런 잔상효과를 이용하여 피사체의 속도(차량과 노면의 상대속도)를 측정하는 방법을 새롭게 제안하였다. 카메라는 주위 밝기에 따라 셔터 속도를 조절하기 때문에 차량의 속도와 정상의 크기를 직접 비교하기는 어렵다. 그래서 본 논문에서는 차량과 노면의 상대속도와 잔상의 기울기의 상관관계를 분석하여 차량과 노면의 상대속도를 측정하였다. 제안한 방법의 효용성을 검증하기 위해 평상시 아스팔트, 우천시 아스팔트, 페인트칠이 되어 있는 아스팔트, 비포장도로 등 다양한 환경에서 실차 실험을 수행하였으며 가격 경쟁력과 상당한 신뢰성이 있다는 것을 입증하였다. 발표를 듣는 많은 청중 역시 참신한 아이디어에 찬사를 보냈으며 근접한 시일 내에 본 연구가 상용화가 되어 차량 제어에 큰 획을 긋길 한마음으로 기원했다.


    6) Seok Hwan Jeong, Kyung-Soo Kim, and Soohyun Kim, “Control of and experimentation on an active dual-mode twisted string actuation mechanism”, in proceeding of 2017 IEEE International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics, pp. 987~992, 2017.







    의수 (Prosthetic Hand) 개발에 있어 핵심이 되는 것이 구동 메커니즘이다. 의수 구동 메커니즘에 요구되는 사양으로는 가볍고, 빠르며, 힘이 세고, 적당한 유연성(compliance)과 정밀제어가 가능해야 한다는 것이다. 이를 구현하기 위해서는 모터뿐만 아니라 변속 시스템이 필요한데, 기존 기어 변속 방식은 소형화가 쉽지 않고 무거워 의수 적용에 적합하지 않다. KAIST MSC 연구팀에서는 줄 꼬임 메커니즘을 이용하여 의수 적용을 위한 획기적인 변속 시스템을 개발하고 있다. 줄 꼬임 변속 시스템에서는 줄이 꼬이는 직경에 따라 변속 비가 달라진다. 이 특징을 이용하여 speed mode (변속 비가 작아 빠르게 움직이는 모드)와 force mode (변속 비가 커 움직이는 속도는 느리지만 힘이 강한 모드)를 구현할 수 있는 새로운 메커니즘을 제안하였으며 이를 정밀하게 제어하는 방법을 소개하였다. 제안한 구동 시스템을 이용할 경우 기존 알려진 여러 의수에 비해 구동 시스템이 차지하는 무게와 공간을 획기적으로 줄일 수 있으며, 정교한 자세/힘 제어가 가능하다. 발표자의 화려한 발표 스킬과 다양한 실험동 영상에 청중들은 마치 바로 옆에서 실험하고 있는 듯 몰입해서 청취할 수 있었다. 본 연구는 작년 AIM에서 우수논문상(Best Student Paper Award)을 수여 받았으며 많은 사람의 관심을 받고 있다.



    AIM는 메카트로닉스 분야를 대표하는 국제학술대회 중 하나로 세계 저명한 산학연 관계자들이 모여 창의적인 아이디어를 공유하는 뜻 깊은 자리이다. 이번 AIM 2017 역시 많은 사람이 1년 동안 고민한 내용을 진솔하게 발표하였고 많은 청중의 의견을 수렴하며 서로 성장할 수 있는 뜻 깊은 자리였다. 내년 뉴질랜드 오클랜드에서 열리는 AIM 2018에서도 많은 대한민국 연구자들이 좋은 발표를 하여 대한민국의 위상과 열정을 보여주길 간절히 기원한다. 끝으로 본 학회에 참가할 수 있도록 허락해 주신 한국기계연구원과 자기부상연구실장님 이하 실원들께 감사의 말씀을 전한다.




     


     

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    전체댓글4

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    |2017.07.19
    현장에서 필요로 하는 실용적인 기술을 개발하고 있는 모습이 너무나 보기가 좋습니다. 연구로 끝나는 것이 아니라 실생활과 연결이 되는 그런 기술개발이 많이 이뤄지기를 희망합니다.
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    |2017.07.19
    예측하기 어려운 수치까지 해석하여 더 안전한 제어를 했으면 합니다.
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