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등록자	운영자	날짜	2015-02-24
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제 목 : 로봇트센스 원리와 종류 및 특성
로봇트센스 원리와 종류 및 특성 1. 개요 로봇트센스의 출발은 메카트로닉스 즉, Mechenism과 Electronics의 조합어로써 대규모 직접회로 혹은 마이크로프로세스를 기계장치와 전자장치에 연계시켜 스스로 일을 할 수 있도록 하는 장치를 말한다. 여기에 필요한 구성 요소인 로봇트센스는 고기능의 메카트로닉스를 구현시키는 결정적인 요소라고 볼 수 있으며, 오늘날 사물인트넷등과도 연계시켜 복잡한 제어를 할 수 있는 입력 요소로써의 기능이 바로 로봇트센스라고 볼 수 있다. 따라서, 로봇트센스 개발의 최종적인 목표는 만화 영화에서 등장하는 로봇태권브이를 예를 들수 있으며 사물을 감지하고 스스로 제어하여 인간지능을 대신할 수 있는 기계장치를 구현하는 것이 센스 개발의 목표라고 할 수 있다. 2. 센스(sense)의 용어와 필요성 센스의 대표적인 요소는 인지와 분별이라 할 수 있으며, 인간의 5감에도 포함되는 인지와 분별은 사물을 인지하고 판단할 수 있는 요소를 말한다. 적외선이나, 초음파 또는 전자파(전기장파와 자기장파)를 매체로 하여 회절하는 시간을 산출하여 거리와 물체의 종류를 판단할 수 있듯이 물체를 감지하는 방법에는 다양한 도구를 사용할 수 있다. 예를 들어 RFID(Radio Frequency Identification)는 기존의 바코드를 대체하여 전자칩에 내장된 정보를 원거리에서 출력할 수 있으며, GPS(Global Positioning System)는 인공위성을 이용하여 물체의 실시간 위치정보를 제공 받을 수가 있다. 따라서, 기존에 상용화되어 있는 이러한 기술들을 이제는 로봇트의 센스로 응용할 수 있는 방안과, 보다 감도가 우수한 센스 기술을 개발하는 것 또한 향후 센스기술 연구 개발 과제라고 볼 수 있다. 1) 인간의 5감 기능(눈-시각, 귀-청각, 피부-촉각, 혀-미각, 코-후각)을 센스(Sense)라고 한다. 즉, 사물 또는 물체로부터 느끼는 시각, 청각, 촉감, 미각, 후각을 표현하며, 해당 물체의 특성을 나타내는 표현의 수단을 센스(Sense)라고 하는데, 이때의 수단으로 사용되는 시각(광센스), 청각(음향센스), 촉각(진동, 온도, 압력센스), 미각(산화물, 반도체, 입자센스), 후각(바이오케미칼) 등이 여기에 해당된다. 2) 센스(sense)의 필요성 메카트로닉스에서 제어의 필요성 즉, 제어의 입력요소로써 사물의 위치, 속도, 상태를 검출하여 엑추레이타의 동작의 정도를 나타내는 입력 신호의 수단으로 필요하다. 3. 센스의 요구 항목과 구성 요소 1) 센스의 요구 특성 센스의 요구 특성은 크게 입력, 출력, 응답, 감도, 보상 등으로 나눌 수 있으며, 이외에도 온도와 주변 환경에 따른 조건에 적응성이 필요하다. 즉, 신뢰성, 안정성, 내환경성, 수명 등도 센스가 갖추어야 할 기능으로써 중요한 추가 요구 조건이다. 2) 제어계의 센스 구성 제어대상-->센스(sense)-->신호처리-->마이크로프로세스-->인터페이스-->엑추레이타-->제어대상 4. 센스가 처리할 요구 입력 정보 가. 기계적 물리량 (길이, 두께, 변위, 위치, 속도, 가속도, 압력, 각속도, 질량, 힘, 중량, 모멘트, 진동, 음향, 방사선, 습도 등) 나, 전기적 물리량 (전류, 전압, 전위, 전력, 전하, 임피던스, 저항 등) 다. 온도 (온도, 비열, 열량) 라. 광 (조도, 광도, 색, 자외선, 적외선) 마. 화학적 성질( 순도, 농도, PH, 입도, 밀도, 비중) 바. 생체학적 물성치(심전도, 혈압, 뇌파, 체온, 산소농도) 5. 센스의 분류 1) 구성 요소에 의한 분류(기본센스, 조립센스, 응용센스) 2) 검출신호에 의한 분류(아날로그, 디지털, 주파수형) 3) 감지 기능에 의한 분류(공간량, 역학량, 열역학적, 전자기, 공학, 화학, 시각, 촉각) 4) 변환 방법에 의한 분류(열역학적, 전기적, 자기적, 광학적, 미생물적) 5) 감지 수단(열전대, 홀소자, 광센스, 고분자센스, 스트레인게이지, 엠코드, 압전소자, 로드셀, 토숀바) 6. 센스의 응용 일반적으로 전자파라고하면 전기장파와 자기장파를 합성한 것을 전자파라고 하는데 이와 같이 파동의 성격을 가지는 물질은 태양에서 나오는 자외선, 적외선, 가시광선, 방사선 이외에도 초음파 등이 모두 전자파에 해당된다. 오늘날 이러한 전자파를 이용하여 버스요금카드나, 고속도로톨게이트(하이패스) 요금 단말기 같은 원리가 전파를 발생시켜 전류를 발생시키고 이러한 전류를 다시 주파수로 변조하여 서브의 중앙처리 장치에서 연산하여 전자 상거래를 수행하듯이 일종의 거래(Transaction)를 하는 것이다. 이와 같이 로봇센스 또한 사물을 인지하여 이러한 정보를 마이크로프로세스에서 연산처리하여 제어를 통하여 기계작동 장치인 엑추레이타를 작동시키는 역할을 하게 되는데 이러한 센스 기능이 갖추어야 되는 요구 사항은 응답성, 정확성, 감도, 이중 작동방지 등이 요구된다. 오늘날 센스 기술과 인트넷의 융합 발전되어 스마트센스 기술 개발이 진행되고 있으며, 현재 상용화 단계에 접어든 사물인트넷이 그 한 예라고 볼 수 있다. 1) 전기장과 자기장파를 이용한 버스요금 단말기 버스 요금카드의 원리와 같이 코일에 그 세기가 변하는 교류 전류를 흐르게 하면 주변에는 자기장이 발생하고, 여기에 또 다른 코일을 근접시키면 전류가 발생하는데 이것이 파라데이 전자유도 법칙이다. 즉, 버스 단말기에서 발생하는 자기장에 버스카드의 IC칩을 근접시키면 전류를 발생시켜 IC칩의 정보를 읽게하고 이 정보를 중앙 서브에 송출시켜 요금을 적산하는 방식이다. 2) 초음파, 적외선을 이용하는 진공 청소기 가정에서 사용하는 로봇청소기는 중기능 성능에서는 초음파, 적외선 센서를 장착하고 있으며, 장착센서를 통해 장애물을 감지하고 장애물에 대한 거리를 판별한다. 또한, 고기능형은 공간인식을 위한 센서와 카메라 등이 추가로 장착되어 있는 형태로, 로봇이 자체 판단능력에 따라 주행 도중 자신의 위치를 정확하게 보정하는 것이 특징이다. 또한 자기 이동에 대한 공간 지도를 작성하여 청소경로를 설정하는 내비게이션 방식을 사용하고 있다. 3) 자동차 로봇센스 기술 자동차 충돌 시험에 사용하는 더미(crash test dummy)는 외부에 고무, 내부는 인체의 갈비뼈와 같은 탄성력을 가진 금속 구조물로 돼 있다. 가속도계와 충돌 시 받는 하중을 측정하는 로드셀(load cell), 변위계(Transition) 등의 센서가 내부에 장착돼 충돌하는 찰나의 순간에 수만 개의 데이터를 전달해준다. 이들 센서의 부착은 머리와 목, 가슴, 복부, 골반, 정강이 등이며 복부에 있는 센서로는 임신부가 받는 가상의 충격 데이터를 확인할 수 있다. 이러한 더미(Dummy)가 로봇기술의 초기 사례라면 현재의 로봇기술은 운전자의 편의와 안전에 집중되고 있다. 예를 들면 추돌 예방이나 주행지원 용도의 센서로 레이더를 활용하는 추돌방지시스템은 지능화를 위한 컨트롤 기능인 전자제어장치, ECU(Electric Control Unit)가 핵심 역할을 맡아 브레이크와 엔진 등을 통제한다. *출처 : www.pes21.com

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