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[내연기관] 내연기관이미래

내연기관의 미래1. 서론내연기관이란 기관의 내부에서 화학적 에너지를 갖는 연료(Fuel)를 공기 중의 산소와 완전연소가 이뤄지도록 잘 혼합된 상태에서 압축을 한 다음 연소를 시킬 때 발생하는 열에너지를 직접 이용한 것으로 기관 내부에서 동력을 발생키 위한 열에너지를 직접 얻기 때문에 내연기관이라고 한다. 간단히 말해서 가솔린엔진과 디젤엔진이 내연기관이다. 이러한 내연기관이라는 개념은 17세기에도 존재했지만 그 실현을 위한 본격적인 모색이 시작된 것은 19세기 중반에 들어서이다. 프랑스의 르노와르(J.J. E'tienne Lenoir)는 1860년에 최초의 내연기관을 발명하였다. 그것은 가스와 공기의 혼합 기체가 전기 불꽃에 의해 점화되면 폭발하면서 동력을 내는 메커니즘을 가지고 있다. 그러나 르노와르엔진은 구조가 복잡하고 연료 소모가 많아서 상업적으로는 성공하지 못했다. 르노와르엔진 이야기를 들은 독일의 오토(Nikolaus A. Otto)는 상업적 가치가 있는 엔진을 탐색하기 시작하였다. 그는 흡입, 압축, 폭발, 배기의 4가지 행정으로 이루어진 오토 사이클이라는 개념을 정립하였고, 이에 입각한 내연기관을 개발하여 1867년 파리 박람회에 출품하였다. 그 후 1890년까지 내연기관의 제조를 독점한 오토 기관은 약 35,000대의 판매고를 올렸다. 그러나 르노와르엔진과 오토엔진은 모두 석탄가스를 원료로 사용하고 있다는 공통점을 가지고 있어서 수송용으로는 적합하지 않았다. 이러한 한계는 1883년에 다이믈러(Gottlieb W. Daimler)가 가솔린을 원료로 사용하는 내연기관을 개발함으로써 돌파되었다. 다이믈러의 엔진은 1885년에 각각 다이믈러의 오토바이와 벤츠(Karl Benz)의 자동차로 상업화되었다. 가솔린 엔진의 개발을 계기로 인류는 자동차와 석유에 의존하는 사회로 변모하기 시작하였다.2. 현재의 내연기관오늘날까지 이어져 온 자동차의 역사는 1886년에 제작되어 최초의 가솔린 자동차로 기록된 벤츠의 3윤차로부터 시작된다. 그 이후 지금까지 약 116년에 이르는 자동차의 역사는 가솔린이나 경유와 같은 석유계의 연료를 쓰는 내연기관을 동력으로 하는 자동차의 기술발전의 역사였다고 해도 틀리지 않을 것이다. 그렇기 때문에 현재의 대부분의 자동차들은 내연기관을 전제로 하여 이루어진 구조를 가지고 있다. 내연기관을 동력으로 쓸 때의 장점을 들면 우선 기관을 용도와 목적에 따라 다양한 크기와 성능으로 만들 수 있으며, 정비가 쉽고, 연료 또한 다루기가 비교적 쉬운, 이를테면 첨단의 기술이 많이 필요치 않은 친근한 존재라는 점을 우선 꼽을 수 있을 것이다. 그러나 한편으로는 내연기관의 사용에 따르는 부작용이나 오염의 심각성은 날이 갈수록 커지고 있음을 지적하지 않을 수 없다. 내연기관의 주된 연료로 사용되는 휘발유와 경유는 지하에서 채굴해 낸 탄화수소화합물(원유)을 정제해서 얻어지므로, 그 사용량이 증가하면 할수록 지구의 자원은 고갈되어 가며, 연소 후의 부산물로 인한 오염은 우리의 환경을 망가뜨리게 된다. 이에 따라 다른 대체에너지를 사용하는 저공해 자동차(Low Emission Vehicle)나 무공해 자동차(Zero Emission Vehicle)의 개발은 우리들 미래의 생존이 달려있는 자못 심각한 과제임에도 불구하고, 현재의 자동차들이 우리에게 안겨주는 당장의 편안함 때문인지 그다지 강조되고 있지는 않은 듯 하다.3. 내연기관의 발전방향사회가 고도로 발달하면서 그간 등한시 돼왔던 환경문제가 중요한 사안으로 받아들여지기 시작했다. 또한 내연기관의 환경오염문제 때문에 대처에너지의 개발이 시급한 문제로 다가왔다. 그것은 다름 아닌 연료전지(燃料電池-fuel cell)의 등장이었다. 본래 연료전지는 미국의 아폴로 우주선의 개발과 함께 고안된 기술로써, 수소와 산소를 결합시킬 때 나오는 물과 전력으로써 우주선의 전원공급과 우주선 승무원들의 식수문제를 해결하는 개념의 것이었다. 이것은 물에 전기를 가하면 산소와 수소로 분해되는 물의 전기분해 원리를 반대의 개념으로 활용한 것이었다. 일반적으로 휘발유를 비롯한 석유계 연료가 연소되는 현상이 공기 중의 산소와 결합에 의한 산화라는 관점에서, 수소가 산소와의 결합에 의해 물과 전기가 만들어지는 것 역시 산화, 즉 수소의 연소를 이용한 전지라는 의미에서 연료전지라는 이름이 붙게 된 것이다. 이 기술의 적용으로 지금까지 외부의 전력충전에 의지해 왔던 전기자동차의 전원이 축전지 대신에, 수소가 공급되는 것을 전제로 하는 한 무한한 전력을 만들어 낼 수 있는 연료전지로 대체될 수 있는 길이 열린 것이다. 그러나 상온에서 수소를 충전하거나 저장하기 위해서는 매우 높은 압력을 견딜 수 있는 구조가 요구되는 등 실용성에서의 문제가 있는 것 역시 사실이다. 하지만 안전하게 충전과 저장이 가능한 수소탱크나 금속 촉매 흡착방식의 개발과 아울러 메탄올이나 알코올 등의 물질들로부터 다양하게 수소를 추출할 수 있는 방법의 개발에 의해 수소의 직접충전이 필요 없게 되어 이제 연료전지 차량은 가장 실현 가능성이 높은 차세대의 자동차로 발전하고 있다. 이러한 연료전지의 사용은 단지 현재의 차량에서 동력만을 바꾸어 놓은 것에 그치지는 않는다. 이미 실용화를 위한 개발을 통해 나타난 최신의 연료전지 차량을 살펴보면 동력에서 뿐 아니라 차체의 구조와 디자인에서도 자동차 100년의 역사를 크게 뒤바꾸어 놓을 수 있는 모습이다. 최근 파리 모터쇼에 등장한 GM의 컨셉트카(concept car) 「하이-와이어(HY-WIRE)」는 여러 부분에서 미래에 우리가 만나게 될 자동차의 모습을 암시해 주고 있다. 하이-와이어라는 이름은 수소(hydrogen)를 연료로 쓰며, 전기배선으로(wire) 구동되고 제어되는 자동차를 의미한다. 하이-와이어의 차체 구조에서 가장 큰 특징은 차량의 기구요소들이 모두 실내의 바닥 아래에 집중되어 있는 점이다. 앞바퀴를 구동시키는 소형 모터와 변압기, 3개의 수소탱크, 그리고 제어용 컴퓨터로 이루어진 차체구조물은 28센티미터 두께의 바닥 판 안쪽에 모두 붙어있어서 마치 스케이트보드 같은 모양이다. 개념으로써, 이미 실용화되어 있으며 판매량도 상당하다. 대표적인 하이브리드의 유형은 전기 동력과 가솔린 엔진의 복합기관으로써, 주행조건에 따라 선택적으로 동력원을 쓸 수 있는 구조이다. 하이브리드 차량을 시판하고 있는 메이커는 현재 도요타와 혼다, GM 등이다. 이들 중 가장 성공적인 사례는 도요타의 하이브리드 승용차 프리우스(Prius)이다. 프리우스는 지난 1998년부터 시판을 시작하여 올해까지 10만대 이상을 판매하여 상용화에 성공한 첫 하이브리드 승용차가 되었다. 도요타는 승용차에 이어 미니 밴(mini van)의 차체를 가진 하이브리드 차량 프레비아(Previa)도 발매했다. 도요타의 하이브리드 방식의 특징을 살펴보면, 일반적인 조건의 도심지 주행에서는 전기 동력이 사용되고, 오르막길 주행과 같이 높은 출력이 필요한 경우에는 자동적으로 가솔린기관으로 전환되며, 가솔린기관의 작동 중에는 발전기를 돌려 축전지를 충전한다. 그러나 가솔린기관의 작동중일지라도 정차 중에는 시동이 자동으로 꺼지고, 운전자가 출발을 위해 다시 가속 페달을 밟으면 모터의 힘으로 출발하면서 엔진이 시동된다. 다시 주행조건이 변화하여 적은 힘으로 주행이 가능하게 되며 자동으로 전기 동력으로 전환되는 구조를 가지고 있어 가솔린의 실제연비는 1리터 당 30km 이상인 것으로 알려져 있다. 전원이 무엇이 되던 모터를 동력으로 쓰고 있는 전기자동차는 부드럽게 달리고 조용하다. 이것은 기계로써의 자동차에게는 커다란 장점이며, 발전된 모습이기도 하다.4. 국내의 하이브리드 자동차국내의 하이브리드 자동차 연구는 미국과 일본 등의 선진국보다 늦은 1990년대 중반부터 본격적으로 수행되었다. 과거 아시아 자동차는 1996년 G7프로젝트의 일환으로 서울대학교와 산학협동을 통한 자동화 수동 변속기를 적용한 마을버스용 병렬형 하이브리드 동력 전달계를 개발했으며 초박형 모터를 클러치 하우징에 내장해 동력 보조 개념으로 작동하는 병렬형 하이브리드 버스의 시제차를 개발, 서울대학교에서 시범운행하기도 했다. 기아자동차는 1999년부터 성균관대학교와 산학 협동으로 무단 변속기를 장착한 승용 병렬형 하이브리드 자동차용 동력 전달계에 관한 연구를 수행했다. 현대자동차도 1995년과 1999년 서울 모터쇼에 컨셉트카인 FGV1과 FGV2를 각각 발표했다. FGV 시리즈의 개발 경험을 기반으로 양산형 하이브리드 승용차에 대한 연구를 시작했으며 1999년에 아반떼 하이브리드, 2000년에 무단 변속기를 장착한 병렬형 하이브리드 승용차인 베르나 하이브리드와 디젤엔진을 장착한 직렬형 하이브리드 버스인 카운티 하이브리드를 각각 개발했다. 베르나 하이브리드는 아이들 스톱/고, 회생제동, 파워 어시스트 등의 하이브리드 기능을 모두 수행할 수 있으며 무단 변속기와 하이브리드 기능을 조합해 엔진이 항상 최적의 조건으로 운전될 수 있도록 제어된다. 카운티 하이브리드 버스는 디젤엔진이 발전기를 구동시키고, 그 전력으로 모터를 돌려 구동하는 직렬형 하이브리드 자동차이다. 카운티 하이브리드는 현대자동차의 싼타페 전기자동차와 더불어 월드컵 행사 지원차로 선정되어 환경 자동차에 대한 관심을 불러일으키기도 했다.

공학/기술| 2005.06.06| 5페이지| 1,000원| 조회(414)

연료전지, 하이브리드 자동차, 연료전지 차량, 무공해 자동차

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[진동] 철도의 소음 평가A좋아요

1. 서 론최근 들어 생활수준의 향상과 경제 규모의 확대에 따른 폭발적인 자동차의 증가는 한계에 이른 현재의 교통상황에 대한 새로운 대체수단을 요구하고 있다. 수송기관의 고속화가 곧 경쟁력 향상의 중요한 요소로 인식되고 있는 현 시점에서 대량 고속 운송수단으로 각광받고 있는 철도의 고속화에 대한 중요성은 새삼 강조할 필요가 없을 것이다. 철도의 진동 응답은 객차에서 궤도, 지반특성, 건물의 기초 및 건물의 형태에 이르는 매우 복잡한 메카니즘에 의하여 결정된다. 이러한 지하철 및 철도 진동을 예측하고 방지하기 위한 대책을 확보하기 위해서는 기계 역학적인 진동문제에서 지반 및 건물에 이르는 종합적인 진동의 측정/분석, 평가에서 동적(動的) 해석 및 실험 기술이 필요하다. 특히, 지하철은 건물과 인접하여 운행되거나 건설되기 때문에 신축 건물의 콘크리트의 양생문제에서부터 건물의 안전성 및 인간 생활의 환경 문제에 이르기까지 모든 진동문제를 포함하고 있는 것이 특징이다. 그리고 초기 설계 단계에서부터 진동문제를 고려하지 않을 경우, 복잡한 민원문제를 해결하기 위한 고비용의 투자 손실을 야기할 뿐만 아니라 지하철 및 철도의 운행 특성으로 인하여 대책 자체가 불가능한 경우가 국내에서도 여러 사례가 발생하고 있다.2. 철도소음과 소음원 구성２.1 철도 운행소음의 특성철도의 소음, 진동 문제는 신설 궤도와 차량을 설계할 경우, 안전성과 쾌적성을 위하여 반드시 고려해야할 설계 인자(因子)이다. 시속 300km 이상의 고속전철의 궤도에서부터 차량에 이르는 종합적인 진동문제는 안전적으로 운행하기 위한 결정적인 설계 인자이다. 승객의 안락한 여행뿐만 아니라 지하철 주변에서 발생할 수 있는 다양한 소음, 진동 문제를 사전에 예방한다는 차원에서 중요하다. 특히, 진동 문제는 직접적인 건물의 피해뿐만, 아니라 2차적인 소음 문제를 발생시키는 고체음(groundborne noise)의 원인이 되고 있기 때문에 초기 설계단계에서부터 이러한 현상에 대한 파악과 예측 및 방지 기술을 사전에 확보접 건물에 대한 민원을 최소화하고 경제적인 효과를 극대화할 수 있다. 객차에서의 저소음, 저진동을 위한 방진(防振) 및 내진(耐振) 설계는 객차의 안정성(stability)과 안락성 뿐만 아니라 궤도를 통한 진동 전파의 특성과도 밀접한 관계를 가지고 있기 때문에 진동원, 전달 경로 및 수진점에 대한 총체적인 진동 제어를 위한 절차서를 확보할 필요가 있다. 특히, 철도진동은 궤도와 구조물의 응답이 진동원에 영향을 주는(response feedback) 대표적인 역학적 불안정성 문제(mechanical instabilities problem)를 다루는 것이기 때문에 진동원과 구조의 상호 관계가 포함되는 해석 및 실험에 대한 절차서가 필요하다. 그리고 지하철에서 발생하는 진동문제는 건물기초에 직접 또는 근접한 지반을 매개체로 전달되기 때문에 건물, 정밀기계류, 인체 등에 영향을 미치는 정도가 심각한 상태이다. 진동 대책은 진동원의 특성, 진동예측 및 진동허용 규제치를 통해서 진동 저감량을 산정하고 이에 필요한 진동저감 대책을 마련하게 된다. 진동저감의 기본대책으로는 진동원 자체의 발생을 억제하는 방법(진동원 대책), 진동원의 발생을 제어하기 어려운 경우 수진점에서 진동유입을 차단하는 방법(수진점 대책), 전파경로에서 진동을 차단하는 방법(전파경로대책) 등으로 분류할 수 있다. 이러한 진동 문제의 해결방법 중 어떤 방법을 선택하느냐 하는 것은 진동원이나 수진점의 종류, 발생된 진동의 특성, 진동 규제치, 시공성, 경제성 등 여러 가지 요인에 대한 분석을 통해 가장 합리적인 저감방안을 강구해야 한다.그리고 가장 중요한 문제는 철도 진동은 공학적으로 고려할 수 있는 동적 문제를 모두 포함하고 있는 어려운 문제이기 때문에 진동예측 및 대책에 대한 전문적인 기술을 확보하고 공학적인 데이터 및 많은 경험과 실적을 가지고 있는 전문 업체에 기술적인 자문을 의뢰하는 것이 시간과 경제적인 손실을 방지하는 것이다. 철도 및 지하철 진동은 궤도, 지반과 구조물의 응답이 진동원에 영향을sponse feedback) 대표적인 역학적 불안정성 문제(mechanical instabilities problem)를 다루는 것이기 때문에 진동원과 구조의 상호 관계가 포함되는 절차서가 필요하다.철도에 인접한 구역에서 발생하는 진동의 전형적인 주파수는 100Hz 이하에서 나타나고 있다. 특히, Wheel/Track의 공진(resonance) 주파수와 관련된 40∼100Hz 사이에서 진동이 주된 발생 주파수이다. 이러한 진동 주파수의 특성은 전달 경로와 차량의 속도에 따라서 변화하지만, 궤도의 하부 지반에서는 급격하게 변화하지는 않는다. 역사(驛舍)나 지하철과 같이 건물 구조물을 통과 시 우뢰와 같은 20Hz 이하의 저주파 고체음이 문제가 되는 경우가 발생하기 때문에 진동과 소음 측정 및 평가에 유의 할 필요가 있다. 그리고 철도에 기인하는 진동 문제는 복잡한 경로와 다양한 특성의 매질을 통하여 전파하기 때문에 순수한 해석만을 이용하여 진동의 예측은 많은 노력과 시간이 요구되고 있다. 이 분야의 기본적인 진동 예측은 많은 경험적인 식과 데이터를 활용하는 Semi-Empirical Method가 대세를 이루고 있다. 철도에서 진동 문제는 기본적으로 소음과는 다르게 100Hz 이하의 저주파수 영역의 문제이다. 이 주파수 영역에서 나타나는 주된 진동원은 Sleeper passing frequency와 Wheel passing frequency로서 40∼80Hz에서 피크치를 나타낸다. 그리고 지반은 자유표면이라는 경계조건을 가지고 있기 때문에 Compressional waves, Shear waves, Rayleigh waves라는 체적파와 표면파의 형태로 에너지가 전달된다. 표면파는 일반적으로 진동원의 범위가 비교적 작은 경우에 지배적으로 나타나고 에너지에 비하여 높은 진동을 유발한다. 일반적으로 지반은 많은 불연속부(discontinuities)와 불균질(inhomogeneities)한 특성을 가지고 있기 때문에 이론적으로 지반 진동의 전파 특성을 예측하는 것가능하다. 특히, 지반 진동이 건물에 입사할 경우의 응답을 예측하는 문제는 대부분 경험적인 실험 데이터를 활용하는 실정이다. 이러한 실정은 지반 진동의 예측을 위해서는 신뢰성 있는 많은 실측 데이터의 확보와 이러한 데이터와 해석 기법 사이의 유기적인 관계를 구축하는 것이 필요하다.2.2 주요 소음원의 구성소음예측을 위하여 사용되는 시제차량은 ＜그림1＞에서 나타내는 바와 같이 양 끝에 ２대의 동력차와 ２대의 동력객차가 있으며 가운데 ３대의 객차로 구성되어 전체길이는 １３１가 된다. ７량의 시제차량에는 １０개의 대차가 있으며 이중６개는 동력대차이고 ４개는 부수대차이다. 동력대차는 ２개의 견인전동기와 ２개의 기어박스를 갖는다. 각 차량에는 바닥에 냉방장치와 여압장치를 갖는다.＜그림1＞ Formation of KHST7 and main noise source２.3 소음해석 모델 및 해석조건７량의 시제차량 중 실내 소음 해석을 위해 각 차종을 대표할 수 있도록 동력차（TP1), 동력객차（TM1）, 객차（TT2)를 해석대상으로 선정하였다. 소음해석은 덴마크의 ODS사에서 개발한 TRAINNOISE를 이용하여 수행하였으며 소음 해석을 위한 수치모델은 고속전철 차량개발과제의 ４차년도 연구성과를 활용하여 차량별로 차량의 길이방향과 단면 방향의 각 해석 영역별로 나뉘어 작성하였다.Type of carOpen landTunnelInternalExternalExternalPower car???Motorized car???Intermediate motorizedcar×??Trailer car???Train speed（）InternalExternal─300??500?? Prediction scenarios and conditions＜Table．1＞은 본 해석에서 고려된 해석조건 및 해석대상을 보여주고 있다. TRAINNOISE는 ODS사가 개발한 공기소음과 구조요인 소음원에 노출된 열차의 실내소음을 예측하는 소프트웨어이다. 여기에서는 차량을 길이방향과 원주방향으로 절단하여 각 절편(요하고 있는 창문, 측면 등에 관한 설계 정보를 입력하게 되어있고 각 요소는 모여져서 ３차원 모델을 구성하게 된다. 공기소음인 경우에는 각 소음원의 위치와 차량의 설계에 따라 각 요소의 바깥면의 음압이 계산되고 벽면을 거쳐서 실내소음으로 산출된다. 구조기인 소음의 경우도 마찬가지로 각 요소의 투과손실과 연결손실(coupling loss)를 기준으로 산출된다. 또한 각 요소에서의 방사소음은 진동레벨과 방사율에 의해서 계산되어진다． 총 소음원의 크기를 각 요소에서의 공기소음과 구조기인 소음의 합으로 결정되어진다. 이 소프트웨어에서는 각 소음원고 요소의 기여도를 추적할 수 있도록 구성되어 있어 소음전달 경로 및 소음원별로 기여도를 분석할 수 있도록 되어 있다.해석에 사용된 기본 데이터는 각 소음원의 음압레벨과 바닥, 벽면, 천정 등의 차음량, 차량의 설계 데이터 들이며 해석조건으로는 ３００, ３５０주행시 속도별로 개활지 및 터널주행조건을 적용하여 해석하였다. 국내에서 개발된 부품 및 서브시스템의 소음원 특성은 각 연구기관으로부터 제공되었고 구할 수 없는 부분적으로 미흡한 사항은 ODS사의 경험치를 이용하였다. 개발된 부품에 대한 구체적인 소음 특성이 실제와 차이가 있을 경우에는 예측된 소음치에 미치는 영향을 무시할 수 없을 것으로 판단되며, 이는 최종 시험 후 보완해야 할 것으로 본다.3. 시제차량 실내외 소음예측3.1 실내소음(1) 객차본 기술개발사업에서 개발된 차량의 소음기준은 차량속도 ３００에서 주어지고 있기 때문에 본 연구에서는 차량속도 ３００에 대한 소음치 예측에 중점을 두고 수행하였다. 뿐만 아니라 시제차량의 최고 운행속도가 ３５０인 점을 감안하여 차량속돌 ３５０인 경우의 소음도 예측하였다. ＜그림2＞은 객실 실내소음 예측결과를 보여주는 그림인데 객실을 길이방향으로 나누어 소음예측은 각 길이방향 부위별로 수행하여 각 부위별 예측 소음치를 기준치와 비교하여 보여주고 있다.１２３４５６Specified666666666666Total666767686971TBL525252

공학/기술| 2004.06.20| 17페이지| 1,000원| 조회(956)

실내소음, 소음, 실외소음, 개성방향

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지능형 홈 산업에서의 로봇1.서론과거 공장에서 사람의 접근이 통제된 지역에 설치되어 인간을 대신해서 복작한 작업이나 힘든 작업을 대신해주던 기존 산업용 로봇 시장의 성장이 포화상태에 이르고 성장성이 둔화됨에 따라 시장 중심의 새로운 개념에 기초하여 다수의 대중들이 일상생활속에서 손쉽게 활용할 수 있도록 로봇을 하나의 가전기기 혹은 개인용 상품으로 개발하기 위한 노력이 전 세계적으로 진행되고 있다. 즉, 전자상가 혹은 가전기기 판매점에서 제품을 구입하여 손쉽게 활용할 수 있는 가전제품으로서의 로봇을 개발하기 위한 노력이 전 세계적인 경쟁 속에서 진행되고 있다. 이러한 로봇들은 가정용 로봇, 청소용 로봇, 장난감 로봇, 엔터테인먼트 로봇, 퍼스널 로봇, 서비스 로봇 등 다양한 이름으로 소개되고 있으나 궁극적으로 사람들의 일상생활 속에서 애완동물과 같이 부족한 부분을 채워주거나 필요한 정보와 즐거움을 제공하고 혹은 사람이 하기 싫은 일들을 대신할 수 있는 기능을 갖춘 모습으로 우리들 앞에 나타날 것으로 기대된다. 그러나 다양한 로봇들이 널리 보급되기 위해서는 일상생활 속에서 사용자에게 도움을 줄 수 있는 생활지원 기능을 탑재한 로봇을 찾기 위한 노력이 절실하다. 그에 따라, 스마트 홈 시스템과 지능형 로봇을 연계한 서비스 제공을 위한 새로운 패러다임의 필요성이 대두되면서 스마트 홈 시스템을 활용하여 다양한 서비스를 제공하기 위한 실행자로서의 지능형 로봇에 대한 가능성이 제시되고 있다. 특히, 유무선 통신기술의 발달로 인해 센서 네트워크를 구축할 수 있는 인프라가 이동통신 및 인터넷의 고급과 함께 급속하게 확산되면서 통신기능을 탑재하고 독립적으로 운영될 수 있고 언제 어디서든지 서비스를 제공할 수 있는 지능형 유비쿼터스 로봇들이 출시되고, 외형적으로는 로봇의 모습을 잦추지 않고 있으나 지능을 갖추고 사람들에게 다양한 정보와 서비스를 제공할 수 있는 새로운 형태의 내장형 유비쿼터스 로봇(Embedded Ubiquitous Robot)들이 소개되면서 생활공간 속에 퍼져있봇의 모습을 갖고 있지 않으나 지능을 탑재하고 사람에게 다양한 서비스를 제공할 수 있는 내장형 유비쿼터스 로봇의 개념이 소개되고 있다. 즉, 가정의 가구들을 포함한 생활환경(소파, 냉장고의 손잡이, 욕조, 변기, 거울, 천정 등)속에 내장되어 사람과 환경에 대한 정보를 수집하고 이를 통신망을 통해 전달하거나, 사람을 인식하여 필요한 서비스를 제공할 수 있는 지능형 로봇 기술들이 개발되고 있다. 이는 ‘센서 네트워크 기반 내장형 로봇’의 개념으로 Ubiquitous Computing 분야에서 Sensor Agent를 활용한 Location Awareness 및 Context Awareness 개념의 확장으로 기존이 Software Agent와 Robotic Agent를 서로 연결하는 새로운 시도로 볼 수 있다. 이러한 내장형 유비쿼터스 로봇은 환경 속에 탑재되어 가정에서의 건강 모니터링 시스템, 전시장, 박물관 및 공공건물이 안내 시스템, 물류 시스템 등 사람이 의식하지 못하는 순간 자연스럽게 서비스를 제공하는 다양한 분야에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.2.2 엔터테인먼트 로봇엔터테인먼트 로봇은 오락용 로봇 및 집안에서 키우고 싶어 하는 강아지나 고양이를 대신할 수 있는 로봇들을 비롯하여 사람에게 즐거움을 제공할 수 있는 로봇을 의미한다. 실제 동물과 같이 최초로 전원을 공급받는 시점을 태어나는 시간으로 하여 서비스를 제공하는 양식을 스스로 학습하고 주인이 반응에 따라 약간씩 다를 성격을 갖도록 성장하는 모습을 보여줌으로써 사람들의 호기심과 감성을 자극한다. 대표적인 엔터테인먼트 로봇은 일본의 소니(Sony)사에서 개발한 “아이보(Aibo)”와 일본 옴론(Omron)사에서 개발한 “네코로(Necoro)"가 있다. 아이보 (왼쪽)와 네코로(오른쪽)‘아이보’는 네다리로 걸을 수 있으며 코 부분에 영상을 획득할 수 있는 CCD 영상소자를 탑재하고 영상처리 기능을 갖추고 있어 특정한 색깔을 갖는 물체를 따라갈 수 있다. 머리 위, 등 및 턱 부분에 사람의 접촉 여부서를 장착하고 있어 자신이 넘어져 있는지 제대로 서있는지를 판단할 수 있으며, 거리를 척정할 수 있는 적외선 센서를 장착하고 있어 이동 중에 앞에 위치한 장애물을 감지할 수 있다.“네코로”는 “아이보”와 달리 자유로운 이동이 불가능하지만 귀 뒷부분과 등 부분에 예민한 피부센서 어레이(Array)를 장착하고 있어 사람의 쓰다듬는 동작에 반응하여 실제 고양이와 비슷한 소리를 내면서 척추를 움직여주는 동작을 보여줌으로써 살아있는 듯한 느낌을 준다. 목과 귀를 움직일 수 있고 다리를 폈다 구부릴 수 있어 앉아있는 고양이와 많이 닮은 동작을 보여준다. 또한, 접촉이 없는 경우에는 고양이를 닮은 48가지의 자연스런 소리와 동작을 보여줌으로써 소유자에게 감성적인 자극을 준다. 소리 센서를 탑재하고 있어 자신의 이름을 인식할 수 있고 커다란 소음을 감지할 수 있으며, 시각 센서를 통해 주변의 갑작스런 운동을 인식한다. 소유자가 자주 접촉을 하고 보살펴 주면 더 부드럽고 자연스런 동작을 보여주는 반면, 접촉이 없거나 놀아주지 않으면 로봇은 주인을 무시하는 동작을 한다.2.3 지능형 서비스 로봇지능형 서비스 로봇이란 최근 국내외에서 많이 소개된 로봇으로 세 개의 바퀴를 사용하여 이동하면서 음성 인식 및 합성에 의한 무선 인터넷을 통한 정보 서비스, 빈집의 보안 및 감시 서비스, 무선 정보통신 기기를 통한 데이터 전송 및 실시간 제어 서비스, 간단한 진공청소, 교육 서비스 등을 제공하는 로봇을 말한다. 대표적인 로봇으로는 일본 NEC사의 “파페로(Papero)”, 미국 iRobot사의 “아이로봇(iRobot)”, 한국의 (주)우리기술의 “아이작(ISSAC)”, 삼성전자(주)의 “아이꼬마(iComar)”, 일본 TMSUK의 “TMSUK-04” 등이 있다. 모두 바퀴로 굴러가는 구조를 가지고 있는 반면 “아이로봇”은 특수한 구조를 가지고 있어 문턱과 같은 높이차이가 나는 지역을 통과할 수 있는 장점을 가지고 있다. 파페로“파페로”는 주행(Walking)모드 와 대화(Talking) 장하는 기능을 가지고 있다. 파페로의 동작모드“아이로봇”은 세 개 이상의 바퀴를 사용하여 굴러가면서 높이가 다른 문턱과 같은 장애물이 나타나면 높이를 조절해 가면서 이동할 수 있는 구조를 가지고 있다. 다양한 기능보다는 원격지에서 집안 여러 지점의 동영상을 로봇을 움직이면서 직접 볼 수 있는데 머리 부분에 카메라가 장착되어 있고, 집안에 설치된 개인용 컴퓨터와 무선통신을 통해 명령을 전달받고 데이터를 전송하다. 휴가 혹은 근무를 위해 집 밖에 있는 경우 아이, 노인 혹은 애완동물 등을 원격지에서 동영상을 통해 관찰할 수 있으며 보안 목적으로도 활용할 수 있다.“아이꼬마”역시 세 바퀴를 사용하여 이동하는 가정용 로봇으로 사람이 없을 때 침입자를 감시하여 알려주는 보안 기능, 외출 시 메시지를 남겨두어 전달해주거나 도착한 e-mail을 알려주는 메시지 전달 기능, 장착된 카메라에 포착된 영상을 전송해주는 기능을 내장하고 있다. 핸드폰 혹은 PDA를 통해 명령을 전달하여 동작을 제어할 수 있고 데이터를 전송할 수 있다.“TMSUK-04"는 가정에서의 서비스 역할을 강조하기 위해 치마를 입은 모습을 갖추고 있다. 역시 세 개의 바퀴로 굴러가는 구조의 로봇으로 두 팔과 손을 가지고 있어 작업을 할 수 있는 점이 앞서 소개된 로봇들과 구분된다. 그러나 자율적인 동작이나 기능보다는 원격제어(Tele-operation)에 의해 구동되기 때문에 원격지에서 원하는 작업이나 서비스를 시키고자 할 때 사용될 수 있다.2.4 진공청소 로봇앞서 소개된 로봇들이 복잡한 구조와 다양한 기능을 탑재한 로봇이라면 기존의 가전기기와 마찬가지로 한 가지 기능에 충실한 로봇을 만들기 위한 노력도 전 세계적으로 진행 중이다. 즉, 냉장고는 음식을 보관하기 위한 단일 기능을, 세탁기는 물빨래를 위한 전용 기능을 가지고 있는 것처럼, 자율적으로 주행하면서 진공청소를 담당해주는 청소용 로봇이 유럽을 필두로 그 모습들을 보이고 있다. 영국 다이슨(Dyson)사의 청소로봇 “DC06”, 스웨덴 Electro동속도를 빠르게 하여 청소의 효율을 고려한 동작제어 기능도 탑재하고 있다. 거리 센서를 장착하고 있어 주행 중에 테이블의 다리 혹은 의자의 다리 와 같은 장애물이 있는 경우 이를 피해 주행할 수 있다. Trilobite RoboClean“Trilobite”는 도너스와 같이 직경40㎝ 정도의 둥근 모양으로 정해진 경로를 따라 움직이지 않고 한 방향으로 주행하다 장애물을 만나면 임의의 다른 방향으로 진행하면서 청소하고 다시 장애물을 만나면 방향을 바꾸어 주행하면서 청소를 계속하는 방식으로 주행한다. 따라서 많은 센서를 필요하지 않아 가격이 “DC06”에 비해 매우 저렴한 청소기이다. 위의 두 청소로봇은 배터리 충전을 위해 충전소에 스스로 들어갈 수 있는 자율도킹(Docking) 기능을 가지고 있다.“RoboClean” 역시 “Trilobite”와 비슷한 방식으로 Random Pattern에 의해 주행하면서 청소하는 방식이나 다른 점은 아직 상품으로 출시되지 않았으며 배터리 충전을 수동으로 해야 한다.“Cye”는 청소전용의 로봇이 아니라 이동로봇 플랫폼에 기존의 충전용 충전기를 장착하여 사용하는 방식으로 구성되었다. 집안에 설치된 개인용 컴퓨터에서 경로를 계획하여 전송하면 그 경로를 따라 진공청소를 하는데 외부환경을 감지할 수 있는 센서가 없어 모터에 장착된 엔코더만을 사용하여 자기의 위치를 결정하기 때문에 오차가 많고, 청소기와 바닥의 마찰에 적응할 수 있는 제어기법이 필요하다. 국내에서도 대기업과 중소기업 등 여러 곳에서 개발을 진행 중인 것으로 알려져 있으나 아직 상품화되어 발표된 모델은 없다. 가정용 서비스 로봇인 “아이작”이 청소기능을 장착하고 있으나 청소전용의 로봇이 아니라 다른 복합적인 기능을 가지고 있어 청소로봇으로 개발되기 위해서는 시간이 필요할 것으로 보인다.2.5 인간형 서비스 로봇앞서 소개된 로봇들은 대부분 바퀴로 굴러다니면서 서비스를 제공하는 구조를 가지고 있어 이러한 로봇을 원활하게 사용하려면 집의 바닥을 높이차이가 거의 없도록 바꾸어야 다.

공학/기술| 2004.06.14| 9페이지| 1,000원| 조회(517)

로봇, 자동화, 지능형

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