로봇 공학의 기본 원리 : 센서,제어 시스템, 행동 시스템

요즘에는 로봇이 서빙하는 장면을 흔히 볼 수 있습니다. 로봇은 빈 접시를 나르고, 새 접시를 가져오고, 매뉴얼에 따라 커피를 내리기도 합니다. 로봇은 이제 우리 일상에서 친숙한 존재가 되었습니다. 이처럼 로봇 공학은 현대 기술의 중요한 분야 중 하나로, 작업을 자동화하고 생산성을 향상하는 데 기여하고 있습니다. 오늘은 로봇 공학의 기본 원리인 센서, 제어 시스템, 행동 시스템에 대해 알아보고자 합니다.

로봇 공학의 원리

1. 센서

로봇은 지형을 효과적으로 이해하고 상호 작용하기 위해 다양한 센서에 의존합니다. 이러한 센서는 로봇의 동작을 안내하는 중요한 정보를 제공합니다. 몇 가지 핵심적인 센서 유형을 살펴보겠습니다.

• 거리 및 방향 센서 : 이 센서는 로봇과 가까운 거리에 있는 물체 사이의 거리와 방향을 측정합니다. 예를 들어 적외선 거리 센서는 물체와의 거리를 측정하여 로봇이 장애물을 피하거나 최적의 경로를 찾을 수 있도록 도와줍니다. 그리고 방향 센서는 로봇의 노출을 추적하여 로봇이 목표물을 향해 정밀하게 움직이거나 방향 변경을 제어할 수 있도록 도와줍니다.
• 광학 센서 : 광학 센서는 빛의 반사 또는 투과를 감지하여 지형을 해석합니다. 로봇이 색상, 모양, 패턴을 인식할 수 있도록 하여 물체를 인식하고 브래킷을 구성하는 데 도움을 줍니다.
• 터치 센서 : 로봇의 전면에 장착된 터치 센서는 물체와의 물리적 접촉을 감지합니다. 접촉 시 전기 신호를 발생시켜 로봇이 관계를 파악하고 적절히 대응할 수 있도록 합니다.
• 온도 및 습도 센서 : 이 센서는 지형의 온도와 습도를 감지합니다. 화재를 감지하거나 식물 성장을 감지하는 것처럼 로봇이 환경 변화에 대응할 수 있도록 도와줍니다.
• 사운드 센서 : 소리 센서는 주변의 소리를 분석하여 로봇이 청각 신호를 포착할 수 있게 해 줍니다. 음성 인식 기술을 사용하여 음성 명령을 실행하고 환경 조건을 파악하는 데 중추적인 역할을 합니다.
• 가스 센서 : 가스 센서는 지형에서 가스 잔치의 주의를 측정합니다. 특히 인공 또는 환경 모니터링 작업에서 위험한 잔치를 감지하고 위험한 환경에서 안전하게 작동하는 데 중추적인 역할을 합니다.

2. 제어 시스템

제어 시스템은 로봇 개체 기능을 조율하고 지시하는 데 중추적인 역할을 합니다. 일반적으로 제어 시스템은 감각 입력을 수집하고, 이러한 데이터 포인트를 처리하며, 결과 정보를 기반으로 로봇의 동작을 결정합니다. 제어 시스템의 프로세스 구조는 다음과 같습니다:

• 센서 데이터 수집 : 초기 단계에서 제어 시스템은 로봇의 주변 환경을 감지하는 센서로부터 데이터를 수집합니다. 이 데이터에는 일반적으로 물체의 공간적 위치, 근접성, 색상 패턴, 열 판독값 등과 같은 세부 정보가 포함됩니다.
• 데이터 처리 : 수집된 센서 데이터는 후속 처리를 위해 컴퓨터 시스템으로 전달됩니다. 이 단계에서는 데이터를 선별, 변환, 면밀히 검토하여 로봇의 상태와 주변 환경에 대한 실행 가능한 지능 정보를 추출합니다.
• 제어 알고리즘 활성화 : 데이터 처리 후 제어 알고리즘이 작동하도록 설정됩니다. 이러한 알고리즘은 로봇이 수행하도록 예정된 작업을 정의하고 각 해당 작업에 대한 지침을 생성합니다. 제어 알고리즘의 선택은 로봇의 성격과 작업 포트폴리오에 따라 달라질 수 있습니다.
• 동작 명령 전송 : 고안된 명령은 로봇의 작동 메커니즘으로 전송됩니다. 이 단계에서는 로봇이 모터 및 액추에이터와 같은 구성 요소를 제어하여 이동 및 작업 수행을 가능하게 합니다.

이러한 제어 시스템의 구조는 로봇이 주변 환경을 인식하고 적절하게 대응하는 데 도움이 됩니다. 또한 인공 지능과 머신 러닝 기술의 발전으로 제어 시스템은 점점 더 독해 능력이 향상되고 자율적으로 진화하고 있습니다.

3. 행동 시스템

행동 시스템은 제어 프레임 내에서 중추적인 역할을 하며 특정 작업의 실행을 결정합니다. 로봇의 모터와 액추에이터의 작동을 감독하여 이동과 작업 완료에 필요한 에너지를 공급합니다. 주요 기능은 다음과 같습니다.

• 모터 제어 : 이 시스템은 로봇의 모터를 관리하며 다양한 모터 유형과 작업에 맞는 다채로운 제어 스타일을 사용합니다. 예를 들어 서보 모터는 정확한 위치 결정을 보장하고 스텝 모터는 점진적인 움직임을 제어합니다.
• 액추에이터 제어 : 액추에이터는 로봇의 요소 내에서 부품의 움직임이나 또는 작동을 구동합니다. 행동 시스템은 이러한 액추에이터를 제어하여 로봇이 필요한 동작을 수행할 수 있도록 합니다. 예를 들어 로봇 팔의 액추에이터는 리프팅 또는 회전 동작에 힘을 가할 수 있습니다.
• 동작 계획 및 실행 : 행동 시스템은 제어 시스템의 지시에 따라 행동을 계획하고 실행합니다. 이러한 행동의 복잡성은 로봇에 할당된 작업에 해당합니다. 예를 들어 경로 계획 알고리즘은 지형에서 한 지점에서 다른 지점까지 로봇의 경로를 결정합니다.
• 상호 작용 및 반응 : 행동 시스템은 주변과의 관계를 처리하고 외부 자극에 즉각적으로 반응합니다. 이 기능을 통해 로봇은 예기치 않은 상황에 적응하고 작업을 성공적으로 완료할 수 있습니다.