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유연관절을 지닌 여유자유도 휴머노이드 시스템의 전신 동역학 제어 기법의 개발
이진오(Jinoh Lee)(Istituto Italiano di Tecnologia) / jinoh.leeiit.it /
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1. 본인의 연구에 대해서 소개를 부탁 드립니다.

현재 연구하고 있는 분야는 "여유자유도를 가진 휴머노이드 시스템의 동역학 제어 방법"입니다. 기존의 연구와 차별점은 다루고 있는 시스템이 여유자유도를 가진 것과 동시에, 유연한 관절을 지녔다는 것입니다. 최근의 로봇 분야의 발전은 이제 로봇이 안전 철망 내에서 사람과 분리되어 작업하던 산업 현장을 떠나서, 사람과 함께 공존하고 협력하는 방향으로 나아가고 있습니다. 유연 관절 로봇은 사람과 로봇이 보다 안전하고 친밀할 수 있기 위한 한가지 솔루션으로서, 관절의 유연성(컴플라이언스)을 이용하여 로봇이 사람 혹은 환경과 접촉했을 때 기존의 강성 높은 로봇이 야기할 수 있는 충격을 줄여서 사람, 환경, 로봇 모두에 안전성을 부여할 수 있습니다.

이러한 유연관절 로봇에 관한 필요성의 인식과 그에 대한 연구는 로보틱스 연구가 활발해 지기 시작한 1990년대 이후로 꾸준히 있어왔지만, 하드웨어적으로 다자유도를 구현하기 힘들었고 또한 자유도가 많아질수록 제어난이도가 비약적으로 높아지기 때문에 이를 휴머노이드에 적용한 연구는 거의 없었습니다. 제가 속해있는 연구실에서는 직접개발한 작으면서도 큰 힘을 낼 수 있는 소형 직렬유연구동기(Series-elastic actuator)를 적용하여, 세계 최초로 유연관절을 가진 23자유도 Full body COMpliant huMANoid인 COMAN을 개발하였습니다.

제가 하는 연구는 이러한 유연관절을 지닌 여유자유도 휴머노이드 시스템의 전신 제어 성능을 향상시키고 다양하고 진보된 매니퓰레이션 기술을 개발하는 것입니다. 유연관절 로봇은 로봇-인간 상호간의 안전성을 외에도, 에너지를 저장했다가 폭발적인 힘을 내거나 (로봇의 점프 혹은 해머링 등의 작업), 시스템의 공진을 이용해 에너지 효율을 높인 Periodic motion을 만드는 등 다양한 가능성을 가지고 있기 때문에 미래의 어플리케이션을 위한 관심과 연구의 필요성이 점차 높아지고 있습니다.

그 예로 이러한 기술은 최근 2015년 다르파(DARPA)에서 주관한 로보틱스챌린지 결승에 참가한 로봇 WALK-MAN에도 적용이 되었습니다. WALK-MAN은 키 185, 무게 110Kg, 31자유도의 휴머노이드입니다. 저는 다르파 WALK-MAN 매니퓰레이션 팀의 리더로서 유연관절 하드웨어 및 제어기술, 로봇 상반신과 양 손을 이용한 다양한 매니퓰레이션 기술등을 개발하였습니다. 다르파 챌린지에서는 WALK-MAN 로봇의 개발이 완성되지 못한 상태에서 출전을 했기 때문에 그 성능을 제대로 보이지 못했지만, WALK-MAN은 앞으로의 큰 가능성을 지닌 휴머노이드입니다. 핵심 기술을 개발에 동참하고 다르파 챌린지에 참가했던 것에 자부심을 느끼고 있습니다.


(WALK-MAN 홍보 영상: https://youtu.be/kZzwVwzAWME )


1-1.    본인의 최근 or 대표 논문 서지정보 게재



•   Jinoh Lee, Houman Dallali, Maolin Jin, Darwin G. Caldwell, Nikos Tsagarakis' "Robust and Adaptive Whole-body Controller for Humanoids with Multiple Tasks under Uncertain Disturbances," 2016 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA 2016), Stockholm, Sweden, May 16-21, 2016 (Accepted)

•   Jinoh Lee, Pyung Hun Chang, Rodrigo S. Jamisola Jr., “Relative Impedance Control for Dual-Arm Robots Performing Asymmetric Bimanual Tasks,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.61, No.  7, pp.  3786-3796, July 2014 (http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=6523093)

•   Jinoh Lee, Pyung-Hun Chang, “Redundancy Resolution for Dual-Arm Robots Inspired by Human Asymmetric Bimanual Action: Formulation and Experiments,” 2015 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA 2015), pp.6058-6065, Seattle, USA, May 26-30, 2015 (http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=7140049)

•   Jinoh Lee, Arash Ajoudani, Enrico Mingo, Alessio Rocchi, Alessandro Settimi, Mirko Ferrati, AntonioBicchi, Nikolaos Tsagarakis, Darwin G. Caldwell, “Upper-body Impedance Control with Variable Stiffness for a Door Opening Task,,” 2014 IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots (Humanoids 2014),pp.713-719, Madrid, Spain, November 18-20, 2014 ( http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=7041441 )

논문 링크

https://scholar.google.it/citations?hl=en&user=FJkKPJ4AAAAJ&view_op=list_works&sortby=pubdate



2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소, 지도교수에 대해 소개 부탁 드립니다.

• 석사~박사(2003.3 ~2012.8)

KAIST 로봇 제어 연구실, 장평훈 교수님. (장평훈 교수님은 현재 대구경북과학 기술원의 대학원장 및 부총장직을 역임하고 있습니다.)

• Junior~Senior Postdoctoral Researcher (2012.9~현재)

현재 소속은 Istituto Italiano di Tecnologia(IIT, 이탈리아 공학연구소), Advanced Robotics Department의 Humanoid & Human-Centered Mechatronics Laboratory. 연구실 디렉터는 Dr. Nikolaos Tsagarakis이고 부서 디렉터는 Prof. Dr. Darwin Caldwell 입니다.


IIT는 2005년에 설립된 이탈리아 정부 산하의 연구기관으로서, 제가 속한 Advanced Robotics 부서는 제노바(Genova)의 중앙 연구 본부에 위치하고 있는데, IIT는 이를 포함해 이탈리아 전국에 10개 그리고 미국 MIT와 Harvard에 2개의 연구소를 보유하고 있습니다. 로보틱스(Robotics), 뉴로사이언스(Neuroscience), 약학 개발 및 진단 (Drug Discovery Development and Diagnostics), 포터블 에너지(Portable energy), 환경 보건 및 안전(Environment Health and Safety, Smart Materials), 컴퓨테이션(Computation)의 7가지의 연구분야에 1400명 이상의 연구 스태프(50 Principal Investigator, 150 researchers, 400 post-doctoral, 500 PhD students)가 활발히 활동하고 있으며,  1억1000만유로(약1430억원, 2015년 말 기준) 규모의 자본을 운영하고 있습니다.


(IIT 홍보 영상: https://www.youtube.com/watch?v=nieE2xJU2Yk#action=share)



제가 속한 Advanced Robotics 부서는 Darwin Caldwell 교수의 지휘하에 Humanoids & Human-centred Mechatronics, Actuation and Power Systems, Haptic and Interaction Technologies, Learning and interaction, Dynamic Legged Systems, Biomedical Robotics, Virtual Reality, Continuum Robotics 등을 주제로 8개의 연구실이 운영 중이며 30여개 이상의 프로젝트를 수행하고 있습니다. 저는 Nikos Tsagarakis 박사가 담당하는 Humanoids & Human-centred Mechatronics 연구실에서 속해 있습니다. 본 연구실은 최초의 다자유도 유연관절 로봇인 COMAN과 다양한 인지,학습 능력을 지닌 iCub, 최근 다르파 로보틱스 챌린지(DRC)에 참가한 WALK-MAN 등의 휴머노이드들을 직접 개발하였습니다. 이들 휴머노이드 로봇은 IEEE Spectrum에 수차례 소개된 바 있습니다. 또한 최초로 유연관절과 능동 댐퍼를 결합한 구동기를 개발 적용한 CompAct arm, 유압식 4족 보행 로봇 HyQ, 이외에도 다양한 종류의 직렬 연성 구동기(Serial elastic actuator)와 강성 변화 구동기(Variable stiffness actuator)를 보유하고 있습니다.


3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

위에서 소개한 바처럼 저희 연구소(IIT)는 이탈리아에서 가장 큰 국가 연구소이고, 제가 속한 로보틱스 부서의 연구실은 다수의 로봇을 직접 개발하여 보유하고 있어 유럽 내에서는 손에 꼽히는 연구실입니다. 우선 이런 연구기관에 속해 연구를 하고 있다는 것에 자부심을 느끼고, 특히 최근 DARPA 로보틱스 챌린지 이후에 휴머노이드에 대한 관심이 더욱 높아지고 있어 휴머노이드 연구자로서 보람을 느낍니다.


4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학 준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?

로봇 분야 특히 휴머노이드 분야는 기계공학, 전기전자공학, 컴퓨터 공학 등이 총집약된 학문입니다. 그렇기에 다양한 연구 경험과 새로운 것에 대한 탐험 정신이 절실한 분야이기도 합니다. 본인이 특별히 관심이 가는 기술들(예를 들면 로봇의 비전 (vision), 혹은 로봇의 학습, 지능 등)에 깊은 지식을 쌓는 것과 동시에 다른 분야들에 대한 넓은 시야를 가지고 지식을 넓혀가는 것을 권합니다.


5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

저는 지금 연구하고 있는 휴머노이드 연구를 좀 더 확장 시켜서, 로봇이 불확실한 환경에서 보다 다이나믹하면서도 안전하게 동작할 수 있는 전신 제어 방법에 대한 연구를 해나갈 예정입니다. 로봇과 함께 작업 공간을 공유하는 사람 뿐 아니라, 로봇 자체에도 안전성을 부여할 수 있는 하드웨어 및 제어 기술들에 대한 것이 그 핵심이 될 것 입니다.


6. 본인이 영향을 받은 다른 연구자나 논문이 있다면?

영향을 받은 연구자 Prof. Oussama Khatib (스탠포드 대학)와  Luis Sentis (텍사스 대학)입니다.  
영향을 받은 논문은  Sentis, Luis, Jaeheung Park, and Oussama Khatib. "Compliant control of multicontact and center-of-mass behaviors in humanoid robots." Robotics, IEEE Transactions on 26, no. 3 (2010): 483-501.입니다.



 

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|2017.02.28
대단하네요 ^^\; 저는 방산분야에서 일하다보니 상당히 보수적 관점에서 연구개발하고 있는데 클라우스 슈밥의 제 4차 산업혁명 책에서 소개 된것 처럼 이야기 한 것 처럼 물리학을 기본으로한 제어가 중요한 시대이네요

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|2016.12.15
해보지 않으면 얼마나 힘이 드는지, 끝나지 않으면 절대로 존재를 알 수 없는 학문이 아닌가 싶습니다. 인간공학이 언제나 base라는 점을 다시 한번 일깨워주는 연구입니다...^^

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|2016.12.14
멋있습니다. 관심 분야라 더욱 흥미롭게 읽었네요.

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|2016.05.02
관심가져 주신 여러 분들께 감사드립니다. 해외에 있지만 한국의 연구 발전에 관심을 가지고 꾸준히 노력하겠습니다. 지금 기사를 다시 읽어보니, 2013년도 연구재단의 ""학문후속세대 양성사업""을 Acknowledge를 하지 못했다는 걸 발견했습니다. 위의 연구는 EU-SAPHARI 프로젝트 외에도, 연구재단(NRF)의 학문후속세대 ""박사 후 국외연수"" 프로그램을 통한 1년간의 지원이 큰 도움이 되었음을 늦게나마 덧붙입니다.

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|2016.10.18
연구재단 사업이 도움이 되었군요. 좋은 제보 감사합니다.

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|2016.02.03
아주 먼 이국땅에서 열심히 일하시는 모습이 너무 보기 좋습니다. 휴머노이드의 점진적인 발전을 기대 해보겠습니다.

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|2016.01.22
여유자유도와 관절의 유연성.. 산업용 매니퓰레이터에 적용이 많이 되고 있는 거 같습니다. 휴머노이드도 인간과 친밀한 관계가 되기 위해서 필요한 요건 중 하나 인 거 같네요.. 한국인 연구자가 IIT에 있다는 것도 좋은 의미가 있다고 생각합니다. 인간을 위한 연구에 많은 발전이 있으시길..

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|2016.01.14
Darwin Caldwell 교수는 지난 IROS 분석에서 중심연구자중 한명으로 나온걸 기억합니다. IIT에서매우 많은 로봇연구가진행되고 있는상황인데 이진오님 같은 한국인 연구자들이 매우 중요한 역할을 하고 있네요. 맨 마지막 사진으로 봐서는 동양인은 그리 많지 않아 보입니다.

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|2016.01.19
이동희 교수님에 이어 최신 자료군요! 워크맨 코맨 같은 유선형 디자인의 휴머노이드들을 개인적으로 선호합니다! 팀장님 페이스북 몰래 구경왔다가 좋은 자료 보고 갑니다!^^

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|2016.01.21
반갑습니다. 정대상 기자님.... 외국의 로봇들은 외형을 아주 이쁘게 만드는 경향이 있는 반면 한국은 기술적인 부분에 더 치중을 하는 양상이 보이긴 하네요.. 이것도 질문에 넣어봐야 할거 같네요..
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