Puppet Control System Optimized in the Number of Motors and the Size

(a) 인형극 제어 사진 (b) 인형극의 구조 그림 1. 줄 인형 시스템의 구조.

구동기 수와 크기에서 최적화된 줄 인형 제어 시스템

Puppet Control System Optimized in the Number of Motors and the Size

김 병 열¹, 한 영 준², 한 헌 수²

Kim Byeong-Yeol¹, Han Young-Jun², Hahn Hun-Soo²

Abstract This paper proposes a new string controller for puppet which is optimized in terms of the number of motors and its size. To optimize the number of motors needed for generating the essential motions of puppet, the motion of bending a leg is implemented by one string and the walking motion by two legs is implemented by one motor. To minimize the space needed for the controller when generating the essential motions of puppet, cylindrical and articulated joints are used in the controller.

The proposed controller is actually implemented to perform various puppet shows and it has been proved that the size of the controller is small enough for two puppets to stand close to shake hands and it is fast enough to simulate fast dance motions.

Keywords: Puppet robot, Puppet controller

1. 서 론¹⁾

줄 인형극에 있어서 줄 인형 제어는 전문적인 기술을 필 요로 한다. 복합적이면서 정교한 제어를 필요로 하기 때문 이다. 최근 로봇의 발전으로 이를 대체할만한 로봇에 대한 연구가 이어져 오고 있다. 문제는 로봇이 인형극 로봇 제 어를 할 경우에는 정밀한 제어나 복합적인 제어에는 용이 하지만 제어기 자체의 크기나 성능에서 보완이 필요하다. 사람이 구현하는 동작들을 표현 하는데 있어서 구동기의 수나 줄의 수를 최적화 해야 인형극 공연 시에 생기는 문 제점들(크기, 속도) 을 해결 할 수 있다. 기존 줄 인형의 구 조는 크게 아래 그림 1에서와 같이 줄 인형, 줄, 제어부의 세 가지로 구분된다.

줄 인형은 사람의 인체를 모사하여 만든다. 특수한 목적 을 위하여 그 비례를 무시하고 제작하는 경우도 있지만 대 부분 인체의 각 부위 크기 비와 관절의 자유 도를 고려하

Received : Jul. 21. 2010; Reviewed : Sep. 08. 2010; Accepted : Oct. 25. 2010

※ “본 연구는 지식경제부 및 정보통신산업진흥원의 대학 IT연구센터 지 원사업의 연구결과로 수행되었음” (NIPA-2010-(C1090-1021-0010))

※ “본 논문은 2010년 정부 교육과학기술부(한국학술진흥재단)의 2단계 BK21사업의 재원으로 지원을 받아 수행된 연구임.”

1 숭실대 대학원 전자공학과

2 숭실대학교 정보통신전자공학부

여 줄 인형을 제작한다. 제어 하는데 있어서 이 부분은 줄 또는 제어기와 관계가 깊다. 따라서 이 부분은 먼저 고려 하고 인형의 특성에 맞는 제어기를 설계하게 된다^[1].

줄의 수에 있어서는 기존의 줄 인형은 크게 서양과 동양 (중국)으로 나눌 수 있다. 서양의 줄 인형은 간단한 구조로 보통 8~12개의 줄로 구성되어 있다. 하지만 중국의 줄 인 형은 줄의 수가 16~24개로서 매우 복잡한 구조로 되어 있 어 심지어 두 사람의 인형 조작자가 한 인형을 조작하기도 한다. 인형극에 따라서 적은 수의 동작만을 수행하는 인형 은 줄 수를 줄여 제작하기도 한다. 이렇게 될 경우 줄을 매 는 위치가 중요해 진다^[2].

Joints no. of Strings Joint type (number)

Head 2 Ball (1)

Neck 0 Ball (1)

Shoulder 1 × 2 Ball (1) × 2

Elbow 1 × 2 Folding (1) × 2

Hand 1 × 2 Restricted ball (1) × 2

Torso 1 Ball (1) × 2

Coxa 0 Ball (1) × 2

Knee 0 Folding (1) × 2

Foot 1 Restricted ball (1) × 2

표 1. 줄 인형의 자유도.

구동기의 수에 있어서는 수직방향 운동에 있어서는 줄 의 영향을 받지만 수평방향 운동에 있어서는 추가적인 인 형 제어 자유 도에 따른다. 기존에 연구에 따르면 필요로 하는 인형의 자유 도에 따라서 줄의 수나 구동기의 수를 결정짓는다. 인형의 무게나 크기 또한 영향을 주며 인형의 관절의 수나 관절의 형태가 중요한 역할을 하게 된다^[3].

본 논문에서는 줄 인형극에서 사용하는 줄 인형의 기본 적인 동작을 자연스럽게 표현할 수 있는 최소한의 줄의 수 를 동작분석을 통해 얻어내고 이를 최소개의 모터를 이용 하여 구현할 수 있도록 ROD의 작동 방법을 분석하였다.

또한 제어기의 크기를 최소화하기 위해 줄의 구동은 회전 방식과 풀리 방식을 제안하였으며 인형의 상하운동을 제어 기의 크기가 바뀌지 않도록 설계하는 방법을 구현하였다.

본 논문은 다음과 같이 구성되었다. 2장에서는 본 논문 에 다루는 줄 인형극 제어 시스템의 각 부분에 따른 제어 범위 대해서 설명한다. 3장에서는 제어 범위에 따른 설계방 식에 대하여 설명한다. 4장에서는 제안된 시스템의 성능을 평가하기 위한 실험을 설명하며 5장으로 결론을 맺는다.

2. 기존의 줄 인형 제어

2.1 인형극 시스템과 줄의 개수

기존 줄 인형의 구조는 크게 줄 인형, 줄, 제어 부로 구 성된다. 줄 인형의 각 제어 관절을 조절하기 위한 줄은 다 음과 같다. 인형을 지지하기 위한 어깨 줄(Shoulder strings), 머리의 동작을 조절하기 위한 머리 줄 (Head strings), 팔의 운동을 조절하기 위한 팔 줄 (Arm strings), 다리의 운동을 조절하기 위한 다리 줄 (Leg strings) 이 있 다^[4]. 동작 제어기의 복잡성을 줄이기 위하여 줄의 수를 일 정 정도 제한해야 한다. 이를 위하여 일반적으로 사용되는 줄 인형의 기본 줄 구성을 표 1에 나타내었다.

2.2 기존의 줄 인형 제어 방식

줄 인형 제어기는 크게 수직 형과 수평 형으로 나눌 수 있으며 줄의 수가 거의 동일하기 때문에 비슷한 구조를 가 지고 있다. 동양의 줄 인형 제어기는 형태는 매우 간단하 나 제어기의 형태가 아니라 조작하는 사람의 수 동작에 의 존해 제어된다. 아래 그림과 같이 기존에는 막대형태의 제 어기를 기울여서 줄의 길이를 조절하였다. 사람 손에 익숙 한 방식으로 여러 막대를 연결하여 각 막대의 양 끝에 줄 을 연결하는 방식이다. 기타 제어가 어려운 점은 직접 줄

을 당기기도 하였다. 이 방식의 문제점은 충분한 반경을 얻기 위해 제어기가 커져서 많은 기술이 필요하고 줄 길이 조절에 한계가 있어서 움직임이 커진다. 이와 유사한 방식 으로는 그림 2와 같은 디스크 방식이 있다. 회전 축을 중심 으로 줄을 감는 방식으로 막대와 유사한 점이 있는 반면 줄 길이 조절이나 크기 면에서 이점이 있다.

(a) 기존의 Rod 제어 방식 (b) 유사방식(Disk방식) 그림 2. 기존의 줄 인형 로봇 시스템.

2.3 최소 줄 수에 따른 인형동작

본 시스템에서 이용하는 인형의 경우 위와 같이 전체 자 유 도를 분석해 볼 수 있다. 그러나 줄의 개수에는 한계가 있으므로 소형화를 위해 아래와 같이 인형의 동작 범위 중 최대 범위를 우선적으로 선택하여 10개정도의 줄로 제어 하는 저 구동(under-actuated)시스템을 이용할 것이다. 전체 자유 도는 표 2와 같이 강체의 수와 관절의 수와 자유 도 에 의해 표현될 수 있다.

인형극의 표현에 있어서 가장 많은 표현을 가능하게 하 는 부분이 팔이다. 따라서 다른 부분 보다 좀 더 자세한 표 현을 필요로 한다. 제어 범위도 크고 그만큼 속도도 많이 필요로 한다. 제어 점은 발과 같이 하나 이지만 두 축으로

강체의 수 관절의 수 관절의 자유도 전체 자유도

n j f  _{  }^{ }

12 10 3 42

표 2. 전체 자유도.

(a) 팔 위치 중간 점

(b) 팔 위치 좌우 점 그림 3. 수평 이동.

(a) 팔 위치 최저점

(b) 팔 위치 최고점 그림 4. 수직이동

(a) 다리 위치 최저점

(b) 다리 위치 최고점 그림 5. 줄 인형 걸음

제어를 하게 된다. 팔의 좌우 제어는 일반적인 제어 범위 로 범위가 작고 줄의 길이조절이 아니라 줄의 위치 조절로 서 제어기를 움직여 제어 하게 된다.

팔의 경우는 상하 운동의 경우는 가장 큰 제어 범위를 갖는 부분이다. 앉고 일어서는 동작에서 나는 변위에 팔을 드는 동작에서 생기는 변위까지 더해져서 줄의 변화 량이 크다. 그래서 기존의 Rod 제어 방식에서는 제어기의 움직 임이 불안하다. 안정된 방식으로 큰 범위의 줄 길이 조절 이 필요하다.

마지막으로 다리의 위치 제어는 상대적으로 가장 표현 력이 떨어지는 부분이다. 주 동작인 걷는 동작에 초점을 맞추어 양쪽 발을 대칭되는 상하제어로서 하나의 모터로 효율적인 제어를 할 수 있다.

3. 줄 인형 제어기 설계

3.1 각 부분의 제어방식 결정

전체 자유 도에서 각 관절의 자유도 및 관절의 수와 중 요성을 기준으로 위와 같이 줄의 위치와 수를 결정할 수 있다. 그리고 이들에 대한 제어 방식을 아래와 같은 형태 학적 도표(morphology chart)를 작성하여 가능한 동작 제 어기 대안을 볼 수 있다.

크게 다리와 팔과 머리 허리로 나누어 볼 수 있다. 그리 고 각 제어 부위에 따라 자유 도에 따른 제어방식의 경우 가 표 3과 같다. 제어 파트를 위와 같이 나누고 나서 움직 임의 범위에 따라 제어 방식을 결정한 것이다.

표 3. 줄 인형 로봇 방법의 선택.

3.2 제어 범위 설정

줄 인형 제어기를 설계하기 위해서 우선적으로 줄 인형 의 제어 범위를 결정 하였다. 인형이 할 수 있는 다양한 동 작에 문제 되지 않는 범위에서 제어 점을 선택해야 한다.

이때 가장 많은 영향을 주는 부분이 관절 부 이다^[5]. 사람 의 관절과 유사하게 설정되어 있는 인형에는 아래와 같은 관절이 있다. 예를 들면 팔과 같은 경우는 몸통에서 연결 된 관절이 2개임에 반해 다리의 경우는 관절 수가 많아 하

(a) Pulley 설계부분 (b) Pulley 개념도 그림 7. 도르래 구조

(a)팔 제어 부 최저 변위

(b)팔 제어 부 최고 변위 그림 8. 팔 제어기

나의 제어기로 제어 하는데 문제가 생긴다. 줄을 그림 6과 같이 연결 함으로서 해결 할 수 있다. 통과하는 점이 관절 이 꺽이지 않게 도와준다.

(a) 관절과 줄 연결 (b) 다리 줄 연결 그림 6. 줄과 줄 인형

3.3 제어 범위에 따른 설계 (풀리 방식)

본 논문에서는 줄 제어에 있어서 도르래 방식(pulley)을 이용한다. 줄 제어 길이 대비 한정된 제어 각과 함께 제어 속도적인 면과 전체 크기를 줄이는데 효과적이기 때문이 다. 아래 그림 8의 (b)를 볼 때 첫 번째 설계방식을 개념도 에서 보는 바와 같이 풀어서 볼 수 있다. 아래 구조는 고정 도르래를 이용하고 있다. 일반적으로 힘의 이득을 보는 움 직도르래와는 달리 각 도르래가 제어기에 붙어 있는 형태 로서 힘의 방향만 바꾸어 주는 형태이다^[6].

×  (1)

  

(2)

도르래의 상단과 하단에는 고정도르래가 위치하여 줄의 방향을 바꾸어 준다. 4배속제어로 설계된 본 시스템의 경 우 아래 그림과 같이 장력 T(F)가 줄에 걸려 있다. 이러한 상황에서 상단과 하단의 거리(s)를 크게 할 때 전체에 걸리 는 일(W)의 양이 커진다. 전체 일의 양이 커짐으로 인해 모터에 걸리는 부하는 커지지만 일정한 각이 커짐으로 인 해서 거리(s)가 커질 때 (d)의 경우는 4배만큼 커지게 된다.

따라서 속도(v) 또한 4배속으로 구동되게 된다. 도르래를 이용 함으로서 힘의 이득은 없지만 일의 양을 늘림으로서 같은 각의 변위에서 실의 변위가 커지게 되고 속도 또한 늘려주는 효과를 얻게 된다. 본 시스템의 경우 팔 제어기 의 링크의 길이가 9.5cm이다. 각 링크가 180°의 각을 이룰

때 상단과 하단이 이루는 변위(s)는 19cm이다. 여기서 4배 속 구조를 이용할 경우 전체 행정(Stroke)의 변위는 76cm 이다. 인형의 키(40cm)와 팔 길이(10cm)를 감안해 볼 때 충분한 변위를 얻을 수 있고 제어의 속도 또한 4배속으로 충분하다. 그러나 전체 변위가 커짐에 따라서 모터에 걸리 는 부하가 크다.

그림 7의 (a)는 줄 인형 제어기의 팔 부분 설계 모습이 다. 하단의 모터를 중심으로 프레임이 움직일 때 줄의 변 화를 도식화 한 모습이 (b)와 같다. 최저 변위에서 최고 변 위로 움직이는 모습이고 이는 (b)의 개념도에서 핀치롤러 들이 나란히 배열되어 프레임의 각도의 변화에 따라 일정 하게 4배속으로 변위가 증가 하는 것을 표현하고 있다. 고 정도르래 3개를 이용하여 변위가 증가됨을 확인 할 수 있 다. 그림 8은 실제 설계 상태에서 변위가 최소일 때와 최고 일 때의 모습을 나타낸다.

줄 인형극 전면에 위치한 다리 제어 부는 회전하는 모터 에 작은 디스크를 걸어서 그림 9와 같이 구성하였다. 다리 의 경우는 좌우를 디스크 양쪽에 연결하여 번갈아 들 수 있게 되어있다. 따라서 한 행정(Stroke)에 이동하는 거리가 짧고 드는 힘이 적어서 간편한 아래와 같은 구조로 가능하 다. 변위 S는 아래와 같고 변위만큼 양쪽 방향으로 번갈아

그림 9. 다리 제어기 구조 끌어올릴 수 있다.

_{ × }



 (3)

그림10은 줄 인형극 중간에 위치하는 머리 제어 부 및 몸통제어 부에 쓰이는 모듈로서 균형을 위해 좌우로 줄이 매어 있다. 동력은 한쪽으로만 전달되고 반대쪽은 베어링 으로 유지하는 형태로서 대칭되는 양쪽에는 4배속 구조로 줄이 감겨 있다. 한 행정 거리는 팔보다는 짧고 대신 걸리 는 힘이 팔보다 크기에 링크의 길이가 짧게 설계 되었다. 아래 그림에서 앞에는 머리 제어 모듈로서 상하좌우 두 축 을 가지고 있고 뒤에 보이는 것은 몸통 제어 모듈로서 상 하 한 축만을 가지고 있다.

그림 10. 전체 제어 부 측면도

3.4 설계방식이 미치는 영향

본 논문에서는 줄 인형극 제어 로봇 설계에 있어서 인형 극을 구현하기 위한 최소한의 크기와 최대한의 속도를 내 기 위해 설계하였다. 기존 방식을 기반으로 하며 구동기

수와 줄의 수에 영향을 줄 수 있는 요소를 알았다. 그래서 구동기 수와 줄의 수를 줄이면서 안정적인 구조를 얻을 수 있는 대안으로 풀리 방식의 줄 제어를 이용했다. 또한 인 형극의 표현 범위를 기초로 하였으며 구조에 따른 제어 속 도와 제어 토크의 관계를 알아보았다. 이에 따라 발 부분 의 디스크 타입의 구조를 제외한 나머지 상하 운동은 4배 속구조의 풀리 구조로 설계 되어 있다. 또한 최대한 작은 형태로 제작함에 따라서 로봇의 배선 문제에 어려움이 많 다. 따라서 모터는 RS485방식으로 직렬연결 됨에 따라 효 과적인 배선구조를 얻게 된다.

4. 실험 및 고찰

4.1 구현 목표 및 성능평가 지표

본 논문에서는 목에 2관절, 팔 하나에 3관절, 발 하나에 3 관절, 그리고 허리에 1관절을 갖는 줄 인형을 총 9개의 줄로 제어하는 줄 인형 로봇을 대상으로 이를 효과적으로 제어하는 제어기를 구성하는 것을 목표로 하였다.

구현된 시스템의 성능은 사람이 제어하는데 사용하는 줄의 수에 비해 몇 개의 구동기를 사용하여 동일한 동작을 만들 수 있는지, 사람이 줄 인형의 제어에 사용하는 공간 에 비해 얼마만큼의 공간 절약이 가능한지, 다양한 동작이 가능하게 하기 위한 줄 인형 제어의 속도는 달성할 수 있 는지의 여부로 판단하기로 한다.

그림 12는 실험을 위해 사용한 줄 인형극의 전체 구조를 보여준다. 인형의 키는 50cm 이고 앉은 키는 22cm, 팔을 내린 경우의 폭은 17cm, 팔을 들었을 경우의 높이는 59cm, 팔을 폈을 때의 폭은 48cm이다.

4.2 줄의 수를 제어기에 최적화한 설계

사람이 줄 인형을 제어하는 경우 대부분의 경우 Rod 방 식을 이용한다. Rod의 제어 각이 한정되어 있어서 다소 변 형된 방식의 Rod 방식이 생기긴 했지만 여전히 줄 제어 범 위가 작다^[2].

Rod 방식으로 제어할 경우, 인형의 동작 범위는 막대가 수평인 상태에서 회전한 만큼과 이루는 수직방향의 높이 ( ×  )이다. 따라서 막대의 길이(r)의 영향을 많이 받지 만 제어 범위가 90도로 한정되어 제어의 편의상 보조적인 손동작이나 제어장치 전체의 움직임으로 보완하게 된다.

따라서 Rod 길이를 지름으로 하는 원만큼의 동작범위를 갖지만 제어 범위를 벗어나는 동작으로 인해 Rod의 움직

지름(30) Rod 방식(R) Disk 방식(D) Pulley 방식(P)

0° 0° 0° 0°

30° 15.0° 15.7° 62.8°

60° 21.2° 31.4° 125.6°

90° 30.0° 47.1° 188.4°

표 4. 제어방식에 따른 줄 길이 변화 그림 11. 모터 각도에 따른 줄 길이

그림 12. 모터 각도에 따른 전류 임이 이보다 더 커지게 된다.

본 논문에서는 그림 11에서와 같이 Disk방식으로 교체 하고 범위를 더 높이기 위해서 풀리 구조를 사용하였다. 이로 인해서 제어 범위를 위해 확장 됐던 Rod의 길이가 줄 어들고 따라서 보조 줄의 필요가 없어진다. 인형의 무게를 지탱하는 것과 동시에 무게 중심을 잡아서 돌아가는 것을 방지하기 위해 어깨와 허리에 줄을 연결하는 것을 제외하 고 각 움직임의 끝에 하나의 줄을 연결한다. 이를 이용하 여 상하운동 혹은 팔의 경우는 좌우까지 움직이게 된다. 즉 한 제어 점에 줄은 한 개 이지만 구동기의 방향을 조절 하여 제어한다. 즉 줄의 제어범위가 자유로워지게 됨에 따 라서 무게중심을 위한 줄 3개에는 상하 구동기 하나만 연 결되지만 나머지 머리와 팔 다리에는 하나의 줄에 필요한 자유 도만큼의 구동기만 연결 되면 된다. 또한 4배만큼의 변위는 줄의 제어 범위 뿐만 아니라 단위시간당 움직인 거 리를 증가시켜 기존의 인형극제어 속도의 4배까지 속도를 증가 시킬 수 있다. 이와 같이 제안한 기법을 적용하여 구 현된 제어기는 그림 11에서 보는 바와 같이 총 9-DOF을 갖는다.

4.3 속도 대비 최소의 제어기 크기 및 공간

본 논문에서 활용하고 있는 Disk방식과 풀리 방식의 줄 제어는 기존의 전통방식인 Rod 방식에 비해 크게 제어기 의 크기 및 공간 절감의 효과를 얻을 수 있다. 식 (4)는 Rod방식에서 일정 길이(r)의 막대를 회전 했을 때 줄이 변 화하는 정도를 구하는 식이다. 식 (5)는 일정 반지름(r)의 disk가 회전 했을 때 줄이 감기는 정도를 나타내는 식이다.

또한 풀리 방식은 같은 경우에서 disk방식의 4배만큼 줄이 감긴다. 이에 관한 결과를 아래 표 4에 정리 하였다. 이렇 게 될 경우, 같은 줄 높이만큼 인형에 변화를 주고 싶을 때 각 방식이 움직여야 하는 각은 역으로 추론해 볼 수 있다.

또한 줄의 길이와 반지름 또한 비례관계로서 아래와 같은 효율의 각 시스템에서 줄 길이를 조절하는데 있어서 반지 름의 차이를 둘 수 있다. 즉 반지름이 작아짐으로 인해 제 어기의 크기를 줄일 수 있으며 그만큼 차지하는 공간도 줄 일 수 있다. 제어 시에 필요한 줄의 변위를 30이라고 가정 했을 때 Disk방식은 57.3도의 디스크 각이 필요하다. 이는 Rod방식에 약 63%에 해당하는 수치이다.

  × (4)

_{  × }



  (5)

속도 면에서는 단위시간당 움직이는 거리로서 생각해 볼 수 있다. 기존의 줄 인형 제어 방식은 본 시스템의 발 제어에 이용한 디스크 방식과 매우 유사하다. 따라서 기존 의 줄 인형 제어방식과 유사한 디스크 방식과 풀리 방식을 비교해 봄으로서 줄 인형 제어에 관한 비교 실험을 해 볼 수 있다. 비교 대상은 일반적으로 많이 쓰이는 방식으로서 본 시스템에 발 제어에도 쓰이는 디스크 방식이다. 디스크 에 지름만큼 실이 감기고 풀리는 방식이다. 첫 번째 그래 프는 두 가지 타입의 제어에서 라디오 서보 모터가 0도부 터 90까지 움직일 때 제어대상인 인형의 변위를 나타낸 보

그림 13. 새로운 방법을 인형에 적용

습이다. 두 번째 그래프는 두 가지 타입의 제어에서 0도부 터 90까지 움직일 때 라디오 서보 모터가 소모하는 전류의 양을 측정하여 나타 낸 것이다.

4.4 실험 결과 분석

본 실험은 위의 식 (3)에서 볼 수 있듯이 구동기의 각도 와 줄 길이의 변화 량이 비례한다는 것을 입증해 준다. 이 는 그림 11의 그래프를 보면 알 수 있다. 단, 구동기의 특 성상 디스크 방식에 비해 풀리 방식의 증가 량이 4배가 량 큰 것을 알 수 있다. 풀리의 종류에 따라 그 증가 량은 달 라진다. 이러한 점은 표 4에서도 볼 수 있다. 이렇게 일정 한 지름의 구동기를 대상으로 실험한 결과에서 변화되는 줄의 길이를 바탕으로 구동기의 최소한의 크기를 짐작해 볼 수 있다. 즉 일정한 인형극 구현에 필요한 인형극 로봇 의 크기를 알 수 있다.

그림 12의 경우는 각 시스템에서 발생하는 전류 량을 측 정한 것이다. 즉 전류 량의 차이는 일의 양의 차이를 의미 한다. 구동 체가 각도 별로 줄의 길이를 변화시키며 제어 시에 발생하는 일의 양이다. 즉 전류 량의 차이는 일의 양 의 차이를 의미 한다. 같은 시간에 움직이는 거리의 차이 가 곧 일의 양의 차이를 의미하기도 한다. 따라서 같은 각 도를 움직이는 모터에는 큰 무리가 갈 수 있다.

이러한 보다 나은 인형극 제어방식을 통해 그림 3~5정 도의 움직임 범위를 재현 할 수 있다. 그림 13는 목표했던 인형극 제어 범위를 본 제어기를 통해 재현한 모습으로 고 정된 제어기에서 최소의 줄을 이용하여 안정적인 제어가 가능하였다.

5. 결 론

본 논문에서는 구동기의 수와 크기에서 최적화된 줄 인 형극 시스템을 제안하였다. 줄 인형의 동작을 자연스럽게 표현할 수 있는 최소한의 줄의 수를 동작분석을 통해 얻어 내고 이를 최소개의 모터를 이용하여 구현할 수 있도록 ROD의 작동 방법을 분석하였다. 또한 제어기의 크기를 최 소화하기 위해 줄의 구동은 회전방식과 풀리 방식을 채용 하여 제어기를 구현하였으며 줄의 동작속도는 사람이 당 기는 속도의 4배정도까지 빠르게 구현하였다. 제어기의 동 작이 차지하는 공간의 최소화를 위해 구동기의 공간 배열 을 각 구동기의 동작범위를 고려하여 최적화하였으며 특 히 풀리 방식의 채용을 통해 공간을 줄일 수 있었다. 특히 제어기 동작이 차지하는 공간의 대부분이 인형의 상하운 동에 의한 것임을 고려하여 제어기 전체의 변화 없이 줄의 조정만으로 인형의 상하운동이 이루어지게 함으로써 이를 최소화하였다, 이와 같이 구동기 형태의 변화를 통해서 제 어범위 및 속도를 향상 함으로서 제어기 전체의 크기를 줄 이고 또한 구조적으로 작은 형태로 제작이 가능 하게 하여 실제 인형극의 적용에 있어서 보다 다양한 동작을 연출할 수 있는 효과를 거둘 수 있음을 실험을 통해 확인할 수 있 었다.

참 고 문 헌

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김 병 열

2009 숭실대 정보통신전자공 학부 학사.

2009~현재 숭실대 대학원 전 자공학과 석사과정 관심분야 : 모션캡쳐, 로봇제

어, 영상처리

한 영 준

1996 숭실대 전자공학과 학사.

1998 숭실대 전자공학과 석사.

2003 숭실대 전자공학과 박사.

2009~현재 숭실대 정보통신 전자공학부 부교수.

관심분야 : 로봇 비전, 영상처 리, 비주얼 서보잉

한 헌 수

1991 University of Southern California (공학박사).

1992~현제 숭실대 정보통신 전자공학부 교수.

1994 일본기계기술 연구소 객 원연구원.

1998 숭실대학교 어학원장.

1999 숭실대학교 정보통신전자공학부 학부장.

관심분야 : 자동화 시스템, 자료융합, 물체)