본 연구는 인간과 로봇 사이의 상호 협력의 중요한 요소인 Auditory feedback과 관련하여 wavelet transform을 이용한 실시간 제어시스템 기술을 연구하고 이를 실제 악기 연주로봇에 적용하는 것이다. 기존의 Auditory feedback의 연구는 의료분야에서만 제한적으로 시행 ...

본 연구는 인간과 로봇 사이의 상호 협력의 중요한 요소인 Auditory feedback과 관련하여 wavelet transform을 이용한 실시간 제어시스템 기술을 연구하고 이를 실제 악기 연주로봇에 적용하는 것이다. 기존의 Auditory feedback의 연구는 의료분야에서만 제한적으로 시행되어져 왔고 그것도 delayed feedback 형태로만 연구되어져 왔다. 본 연구에서는 FFT(Fast Fourier Transform)을 통한 Auditory feedback 뿐만 아니라 Wavelet transform을 이용한 소리의 좋고 나쁨의 판단과 이를 실시간으로 Auditory Feedback 제어하는 알고리즘을 개발한다. 또 하나의 목표인 현악기 연주 로봇의 경우, 음질은 현에 가하는 활의 압력, 활을 켜는 속도, 그리고 브릿지와 활 사이의 거리의 세 요소에 의해 영향을 받는다. 좋은 연주 음질을 얻기 위해서는 음질과 활의 압력 간의 관계를 정의하고, 이에 따른 제어 입력 연구도 수행한다. 악기의 물리적 특성 연구 및 제어 시스템 개발을 통한 악기 연주 기술 개발 및 실제 성능 평가를 통한 사람과 유사한 연주 기술 확보 및 차세대 연주 로봇 기술을 개발한다.
- 바이올린의 물리적 특성 연구 및 제어 시스템 개발을 통한 바이올린 연주 로봇 기술 개발
- 바이올린 연주 로봇 기술 개발을 위한 하드웨어 설계 및 연주 핵심 기술, 알고리즘 개발을 통한 국내 연주 로봇 핵심 기술 확보
- Auditory Feedback 알고리즘 연구 및 개발로 바이올린 연주 로봇의 올바른 운궁법 학습 및 연주 성능 향상, 나아가 연주 로봇의 핵심 기술 축척 도모
- 바이올린 연주 기술 개발 및 실제 성능 평가를 통한 사람과 유사한 연주 기술 확보 및 차세대 연주 로봇 기술 개발 도모

HRI 기술을 이용한 로봇의 경우, 다양한 형태의 입력을 받게 되지만, 주로 사람의 의지를 인식할 수 있는 방법으로 시각, 청각, 촉각 등의 센서를 사용한다. 특히 사람의 음성 및 동작을 인식하고, 다양한 소리들을 인식하는 연구들이 활발히 연구되고 있다. 본 연구에서 ...

HRI 기술을 이용한 로봇의 경우, 다양한 형태의 입력을 받게 되지만, 주로 사람의 의지를 인식할 수 있는 방법으로 시각, 청각, 촉각 등의 센서를 사용한다. 특히 사람의 음성 및 동작을 인식하고, 다양한 소리들을 인식하는 연구들이 활발히 연구되고 있다. 본 연구에서는 HRI의 대표적인 요소 중 Auditory feedback 연구를 수행한다. 연구의 중심인 Wavelet transform을 이용한 audotory feedback은 처음 시도되는 것으로 HRI 분야에 널리 활용될 수 있을 것으로 기대한다. 또한 실시간 음원추출과 변환을 통해서 로봇을 제어하므로 좀 더 정밀한 소리를 만들어 낼 수 있을 것이다. 또 하나의 연구 목표인 악기 연주 로봇의 경우도 국내에서는 연구가 전무하며, 새로운 분야로 떠오르고 있는 엔터테인먼트 로봇 분야에 블루오션을 만들 수 있다. 이러한 연구는 현악기를 연주함에 있어 효과적인 제어 알고리즘 기술을 획득하여 SCI급 이상의 논문과 특허를 다수 얻을 수 있을 것으로 기대된다. 관련된 제어와 로봇 분야를 바탕으로 고급 인재를 양성하여 국가 경쟁력 강화에 이바지 한다. 또한 새로운 연구 분야의 창출로 인해 HRI분야와 더 나아가 로봇 분야에서 국내의 입지를 강화하고 이미지 제고에 앞장 설 수 있다. 악기 로봇 제어기술을 기업에 이전하여 악기 로봇을 미국, 독일, 영국 등 선진국에 수출을 기대 할 수 있고, 악기 로봇을 이용한 음악회를 개최하여 경제적 효과를 창출할 수 있다. 결과적으로 새로운 시장창출을 통한 국민들의 취업기회 확대가 가능하고, 국내에 유능한 인재 유치에 효과적일 것이다.
□ 기술적 측면
- 다개체 악기 로봇의 연주가 가능하도록 발전시켜 로봇간의 협연 시스템 가능성 향상
- 현악기를 연주함에 있어 효과적인 제어 알고리즘 기술을 획득하여 SCI급 이상의 논문과 특허 출원 및 등록 가능
- 다수 로봇의 악기 합주를 통한 악기로봇의 제어능력과 Multi-Agent의 능력 극대화
- 기계공학, 생체공학, 전자공학, 산업디자인 등의 공동 연구 기반 마련
□ 경제ㆍ산업적 측면
- 악기 로봇에 관련된 제어와 분야를 바탕으로 교재를 제작하여 제어시스템 인재를 양성하여 국가 경쟁력 강화
- 현악기 제어기술을 기업에 이전하여 악기 로봇을 미국, 독일, 영국 등 선진국에 수출을 기대 할 수 있고, 악기 로봇을 이용한 음악회를 개최하여 경제적 효과 창출
- 새로운 시장창출을 통한 국민들의 취업기회 확대가 가능하고, 국내에 유능한 인재 유치 가능
- 의료용 로봇 개발의 기반 기술로 활용

Auditory Feedback 시스템은 로봇이 만들어 내는 소리를 분석하여, 의도하려는 소리가 나도록 보정하는 일종의 지연 피드백 (Delayed feedback) 시스템이다. 현재 Auditory Feedback 시스템을 적용한 연구는 시작단계이며 바이올린 로봇과 같은 고차원적인 현악기에 적용 ...

Auditory Feedback 시스템은 로봇이 만들어 내는 소리를 분석하여, 의도하려는 소리가 나도록 보정하는 일종의 지연 피드백 (Delayed feedback) 시스템이다. 현재 Auditory Feedback 시스템을 적용한 연구는 시작단계이며 바이올린 로봇과 같은 고차원적인 현악기에 적용 연구는 세계에서도 전무한 실정이다. 또한 국내에는 국외에 비해 악기 연주로봇 연구가 현저히 부족한 실정이고, 현악기를 이용한 연주 로봇 기술 연구는 전무한 상태이다. 특히 기존의 지연 피드백 (Delayed feedback)이 아닌 실시간 피드백(Real-time auditory feedback) 시스템에 대한 연구는 처음 시도되는 것이다. 기존 연구의 문제점을 요약하면 다음과 같다.
(1) Auditory feedback을 사용하지 않기 때문에 로봇의 반복적인 움직임에 정밀도와 정확도가 떨어지고,
(2) 일부 연구 중인 Auditory Feedback의 경우, 소리를 녹음하여 분석하고 피드백 제어하는 delayed auditory feedback에 국한되어 실시간 피드백 제어가 불가능하며,
(3) FFT(Fast Fourier Transform)을 사용함으로 인해 실시간 제어가 되지 않는 것이다. 따라서 본 연구에서는 이러한 기존 연구의 단점들을 극복하고자 FFT 뿐만 아니라 Wavelet을 이용한 real-time auditory feedback을 정의하고 연구한다. delayed Auditory Feedback 기초 연구를 위해서, 주파수 영역에서의 소리 분석 모델 구성하고, FFT와 Wavelet transform 소리 모델링을 연구하여, 실시간 음원 추출과 변환을 위한 시스템 구성한다. real-time Auditory Feedback 기술을 연구하기 위해, 연주 평가를 위한 소리 평가 기술을 개발하고, 연주를 통한 소리의 스펙트럼 연구한다. 이와 동시에, 다관절 유연 로봇 기반의 연주 로봇을 개발한다. 개발된 악기 연주 로봇 시스템을 평가하기 위해서 악기의 물리적 특성에 따른 시스템 모델에 기반하여 real-time auditory feedback 적용 후, 연주 성능을 시험 및 평가한다.