광섬유 힘 센서가 내장된 로봇 원격 및 무인 조작을 위한 모듈화 로봇 스킨

학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 공과대학 기계공학부, 2021.8. 박용래.Robots have been used to replace human workers for dangerous and difficult tasks that require human-like dexterity. To perform sophisticated tasks, force and tactile sensing is one of the key requirements to achieve dexterous manipulation. Robots equipped with sensitive skin that can play a role of mechanoreception in animals will be able to perform tasks with high levels of dexterity. In this research, we propose modularized robotic skin that is capable of not only localizing external contacts but also estimating the magnitudes of the contact forces. In order to acquire three pieces of key information on a contact, such as contact locations in horizontal and vertical directions and the magnitude of the force, each skin module requires three degrees of freedom in sensing. In the proposed skin, force sensing is achieved by a custom-designed triangular beam structure. A force applied to the outer surface of the skin module is transmitted to the beam structure underneath, and bending of the beam is detected by fiber optic strain sensors, called fiber Bragg gratings. The proposed skin shows resolutions of 1.45 N for force estimation and 1.85 mm and 1.91 mm for contact localization in horizontal and vertical directions, respectively. We also demonstrate applications of the proposed skin for remote and autonomous operations of commercial robotic arms equipped with an array of the skin modules.로봇은 인간과 같은 높은 조작성이 필요한 어려운 작업 환경이나 위험한 환경에서 인간을 대체할 수 있도록 연구되고 있다. 이를 위해 동물의 기계적 감응(mechanoreception) 역할과 같은 기능을 수행하면서 로봇에 부착될 수 있는 스킨을 연구하고 있고, 민감한 로봇 스킨이 부착된 로봇은 높은 수준의 조작성을 가지고 주어진 작업을 성공할 수 있다. 다시 말해 로봇의 힘 센싱과 촉각 센싱 기능은 정교한 로봇 조작의 핵심 요소들 중 하나로 로봇의 세밀한 작업들을 수행하기 필요로 하다. 따라서 우리는 이 연구에서 외부 접촉의 위치뿐만 아니라 외력의 크기도 추정할 수 있는 모듈화된 로봇 스킨을 제안한다. 접촉 힘의 크기, 접촉의 수직 및 수평 위치 등 접촉에 대한 3가지 정보를 얻기 위해서 각 스킨 모듈은 3 자유도를 가지도록 설계하였다. 제안한 스킨에서 힘 센싱은 새롭게 설계한 삼각형 형태의 빔 구조의 변형을 통해서 측정한다. 구체적으로 스킨 모듈의 외피에 가해진 힘은 빔 구조로 전달되고, 이로 인해 발생하는 빔 구조의 변형은 “fiber Bragg gratings” 이라고 불리는 광섬유 스트레인 센서들에 의해서 측정된다. 제안한 스킨은 1.45 N의 힘 추정 해상도를 가지고, 수평 및 수직 위치 추정은 각각 1.85 mm와 1.91 mm의 해상도를 가진다. 우리는 상용화된 로봇팔에 여러 개의 스킨 모듈을 배열 및 부착하여 로봇의 원격 조작 및 무인 조작을 실행하였고, 스킨의 활용성을 검증하였다.1. Introduction 1 2. Design 7 2.1. Skin Module . 2.2. Skin Array . 3. Modeling 12 3.1. FBG Sensing Principle and Temperature Compensation 25 3.2. Estimation of Beam Force and Deflection . 3.3. Estimation of Spring Force . 3.4. Estimation of Contact Locations and Force . 4. Experiments 25 4.1. Experimental Setup . 4.2. Initialization . 4.3. Parameter Optimization . 4.4. Result . 5. Application 32 5.1. Remote Robot Manipulation . 5.2. Autonomous Robot Control . 6. Discussion 46 7. Conclusion 48 8. Appendix 49 8.1. Beam Deflection . Bibliography 52 Abstract in Korean 60석

A Study on Economic Devices for A Container-Fleet by Fluctuation of Fuel Oil Price

연료유 비용은 컨테이너 해운선사에 있어서 상당한 비중을 차지한다. 2001년 톤 당 연료유 가격이 110$대 이던 것이 2008년 3분기에는 700$ 대로 치솟아 해운 선사의 연료비를 큰 폭으로 증가해 왔다. 컨테이너 해운에서 단기간에 계속적으로 증가하는 연료유 가격의 일부만이 운임에 대한 할증료(BAF)를 통해서 보완되고 있으므로 이익에는 상당한 부정적인 영향을 주게 된다. 본 연구의 앞 장에서 보았듯이, 해운선사들은 연료유 소비에 대하여 보다 계획적인 관리가 필요하다. 해운선사들은 보다 낮은 품질의 연료를 이용하여, 연료 효율이 높은 선박을 설계, 구매 방법 및 구매 지역 에 따른 구매비용 절감, 그리고 그들의 정기선 서비스를 선박의 속력, 선박의 크기 및 항로당 기항 항구수, 투입 선박의 수 등을 조정함으로써 연료유 소비를 보다 엄격하게 통제할 수 있다. 본 연구는 구주항로에서의 정기선 서비스의 계획에 관한 연료비 증가의 영향의 분석을 선박 추가 투입(선박 수 조정) 요소에 초점을 맞추었다. 2005년2월과 2007년 12월 사이에 구주항로의 왕복서비스의 항로수가 증가하였다. 그러나 운송인들은 보다 적은 기항지의 숫자에 더 중점을 둔다는 것이 증명되었다. 다른 한편으로는, 서비스 당 평균 선박의 수가 증가하였고, 항로의 평균 선박 크기의 상당한 증가를 함께 수반 하였다. 이는, 기존의 해운회사들은 막대한 선박 보유비용을 줄이기 위하여 보다 빠른 선속의 선박을 투입하여 가장 적은수의 선박으로 서비스하는 항로를 계획 운영 하였다. 선속 증가를 통한 항내 혼잡 및 기상 악화로 인하여 발생되는 지연을 만회하여 왔다. 그러나 2005년 이후의 연료유 가격의 급격한 상승은, 선박 보유 및 유지비용이 발생하더라도 선박을 추가 투입하여 선박의 속력을 감소하여 연료 소모량을 줄이는 보다 적극적인 연료비 절감 방안으로 대응해 왔음을 알 수 있다. 이것은 투입 선박 수를 증가하여 최대속력이 아닌 경제속력으로 항해하여 연료 소비량을 최대한 줄여 연료비 비중을 줄이고자 함이다. 실제로 대다수의 해운선사들이 유가가 급등하기 시작한 2004년부터 2007년까지 선박을 추가 투입함으로 인한 부가적인 경제성 확보가 가능하였음에도 불구하고 이러한 의사결정을 내리지 못하고 있다. 이는 높은 연료유 비용에 대한 대처가 상당히 늦다는 것을 보여준다. 물론 정기선 서비스의 조정이 뒤쳐지는 것은 해운업의 특성인 경직성, 운송기간 문제, 스케줄 신뢰성 문제 및 추가 선박 확보와 관련하여 증가하는 비용문제 등으로 의사 결정이 지연 될 수 있다. 지금까지, 연료소비량과 정기선 서비스 계획 사이의 관계는 선박 관리자, 서비스 기획자 및 정기선 서비스 운영자들에게는 주요한 관심사였으나 학문적인 관심을 많이 끌지는 못하였다. 본 연구에서는 해운선사들의 선박연료유 부담을 줄여주기 위해서 선박 추가투입으로 연료유를 절감할 수 있는 지에 관한 경제성 분석을 실시하였다. 본 연구의 학문적 및 실무적 시사점은 다음과 같다. 첫째, H선사의 AEX항로 서비스에 있어서 2007년 1년간 8척 운항 시의 실제 발생비용 구조와 2008년 감속운항을 위한 9척 운항 시의 실제 발생 비용을 기준으로 비용차액을 도출하였다. 이를 토대로 유가의 변동 단계와 선박소유 및 유지비용 변동단계에 따른 운영비용에 있어서의 손익분석 모델을 제시하였다. 둘째, 과 에서 볼 수 있듯이 2008년 7월 연료유 가격이 부산 기준으로 766 US$를 정점으로 하락하기 시작하여 불과 4개월 만에 246 US$까지 하락 했으나, 국제 경기 회복기대로 인하여 다시 상승하여 최근(2009년 6월) 400US$를 넘어서고 있다. 이러한 급변하는 경제 상황과 급격한 연료유 가격 변동의 시대에 선대편성 계획 시 H 선사의 선박추가 투입의 경제성 사례 분석이 보다 빠른 의사 결정의 토대가 될 수 있을 것이다.it consumes 230 tons of fuel per day. For container shipping company, fuel oil prise is a considerable expense. In the last 3 years, fuel oil prises have risen considerably. The increasing fuel oil price in container shipping, in the short term, is only partially compensated through surcharges and will therefore affect earnings negatively. This paper deals with the impact of increasing fuel oil price and capital costs for vessels on the number of vessels on the Asia-Europe trade. Following statements are the detail methods that are used in this research. First, through the documents and precedence research, the present situation about operation cost and global fossil fuel price fluctuation can be researched. Second, through the precedence research, the type of reduced operation cost of a fleet of container ships can be researched. Third, in the situation that fuel cost is raised, through the example of H Company’s reaction that analyzed the types of reduction of operation cost of a container fleet As per result of 'H' carrier's operation in 2008, there were no cost difference between 8 and 9 vessels operation in case the fuel oil price is USD 169/tons while adopt USD 31,818 as fixed cost. We can expect that the fuel oil price will not be decreased under USD 200$/Ton on the basis of current high oil price phenomenon. In conclusion, if the fuel oil price is over USD 200 $/ton, 9 vessels operation is more economic than 8 vessel operation even if the fixed cost is over USD 35,000. Fuel price that was increased to 766 USD in 2008 July was decreased to 246 USD in 2008 November, but it is increased by expectation of global economic recovery and it reaches 415 USD which is over 400 USD recently (2009 June). Under the situation that is rapid fuel price alternation and a sudden change in economy status. This research can be helpful to make quick decision.According to the weak achievement of Container Company’s, they are trying to have better service and modified company structure. Major merchant companies have been losing their profit because of World economic crisis with falling fares, increased fuel and inland transport cost. Fuel oil cost have doubled in short period by the skyrocket of international crude oil cost, and all merchant company have been suffering problems with their profit. Merchant companies have been striving to make better situation but negative effects which are related to fuel cost are inevitable. As a result of the statistic, the fuel oil cost take 10~20% in the total operation cost so, Merchant company have been pressured by the fuel cost (if the fuel cost is increase 1 USD per ton, companys get pressure 10 million dollar.). The amount which fuel cost take in operation cost is increasing rapidly, follow the increased fuel cost. There is an opinion that if Dubai standard oil rate rocket up to 170 dollar, the ratio of the fuel cost takes in operation cost is going to rise up to 24.1%. Especially container merchant companies which need faster operation speed compared with bulk ships have much more serious problem with profit because of serious pressure on the fuel cost. 70,000 DWT grade bulk ships which operate 13 knots speed consume 36 tons of fuel oil per day but 8,000TEU grade container ship with average speed 22 knots제1장 서론 = 1 제1절 연구의 배경 및 목적 = 1 제2절 연구의 방법 및 구성 = 4 제2장 컨테이너선대 운영비용에 관한 고찰 = 5 제1절 컨테이너선대 운영비용의 종류 = 5 제2절 컨테이너선대 운영비용 중 연료비 변화 추이 = 17 제3절 선박연료유 가격상승이 컨테이너선사에 미치는 영향 = 25 제4절 선행연구 = 30 제3장 컨테이너 선대 연료유 절감 유형 = 38 제1절 운항외적 관리를 통한 연료소모량 절감 방안 = 38 제2절 운항관리를 통한 연료소모량 절감 방안 = 42 제4장 선박 추가투입을 통한 연료비 절감에 관한 경제성 분석 = 51 제1절 사례 분석 대상항로 개요 = 51 제2절 ‘H'선사의 AEX 항로의 사례 분석 = 62 제5장 연구의 요약 및 시사점 = 76 제1절 연구의 요약 및 시사점 = 76 제2절 연구의 한계 및 향후과제 = 78 참고문헌 = 7

A latent variable model learning method using Bayesian network

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Semi-Markov process를 이용한 노인장기요양보험의 적정유효기간 산정모형

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로지스틱회귀나무를 이용한 이질적 데이터의 분류분석

DoctorAs the use of data increases in various fields due to the advances of related technologies, data mining that finds valuable information from data is increasingly important. Classification is one of the most common data mining tasks. This thesis focuses on solving two main challenges for a classifier learning. The first challenge is ‘heterogeneity in data’. In real-world classification problems, it is not unusual to encounter data that include mixed types of variables, and the majority of existing classifiers have difficulty in dealing with both categorical and numerical variables simultaneously. Also, heterogeneous class-separating patterns emerge if the data are generated from multiple sources, or the variables have a complex structure of interactions. Second, ‘a trade-off between accuracy and interpretability’ is another challenge. In general, the best classification accuracy is achieved by “black-box models” that are not interpretable; however, the model interpretability is often the key to success in research areas that require comprehensive human understanding. Logistic regression trees can provide a solution to the two problems. A logistic regression tree is a hybrid approach that combines a decision tree and logistic regression. This approach recursively partitions the input space of data and learns logistic regression models at the leaf nodes. The tree structure can not only treat categorical variables in a natural way using them for splits, but also allows the stratified models to be optimized for the subpopulations that have heterogeneous class-separating patterns. Moreover, the final model that consists of a set of logistic regression models is intuitively interpretable. This research proposes a novel method that constructs logistic regression trees for classification of heterogeneous data. The proposed method consists of two key algorithms. First, a boosting algorithm that efficiently learns sparse logistic regression models in an incremental manner is proposed. An extended version of least angle regression is employed to the LogitBoost algorithm for variable selection. Second, a split selection algorithm for the logistic regression tree is proposed. It uses a split evaluation measure that looks ahead to the classification accuracy of child models without model fitting. Thus, an intermediate node can efficiently compare candidate splits and select the best one without exhaustive search. Experimental results on simulated and real datasets demonstrate the usefulness of the proposed methods. Therefore, this research provides a computationally efficient, accurate and intuitively interpretable classifier for heterogeneous data. The proposed method is helpful for users to make the best possible use of the data that are encountered in a variety of research areas and industries

제2회 충남미래전략연구포럼'인포그래픽 활용방안 모색을 위한 워크숍'(이수동)

O 목 적 - 충남도의 미래 성장동력을 선제적으로 대응하고 중장기 미래발전 및 발전전략 수립을 위한 논의의 장 마련 - 다양한 정보를 함축적으로 표현할 수 있는 유용한 툴인 인포그래픽에 대해 알아보고 충남도 및 충남발전연구원 연구성과의 효율적인 공유를 도모하기 위한 활용방안 모색 O 내 용 - 발표) 인포그래픽의 이해와 활용전략_이수동(인포그래픽협회 회장) O 토론자 정메리(충청남도 홍보협력관실 온라인팀장), 김현수(충청남도 홍보협력관 주무관), 이용(대전일보 국장), 이충훈(충남발전연구원 선임연구위원), 윤정미(충남발전연구원 책임연구원) - 이후 생략 1. 연구포럼 개요 2. 연구포럼 목적 3. 발표 주제 4. 행사 순

베이지안네트워크를 이용한 구조방정식모형 학습 기법

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An improved feature selection for classification based on the effective range minimizing redundancy among features

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부분최소자승 회귀분석을 이용한 변수간 인과관계탐색 알고리즘

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