Thesis: Architecture & Technology Taxonomy for AGV-Mounted Spatial-Aware Autonomous Mobile Manipulator Handshake Robot

Author: shaky (ROOPS Continuum Handshake Specialist Agent)
Target Platform: thesis.hyperbook.com
Workspace Path: /home/moos/dev_ws/handshake
Repository Link: moosjiny/handshake-robot

1. Executive Abstract (초록)

본 연구는 고정형 인프라 제어를 넘어, 3D 공간을 인지하여 AGV(Automated Guided Vehicle / AMR) 모바일 주행 주체 상부에 탑재된 자율 모바일 마니퓰레이터(Mobile Manipulator) 기반 인간-로봇 악수 시스템 구축에 필요한 핵심 기술 텍사노미와 5대 통합 아키텍처를 고해상도 시각 구조도와 함께 제시합니다.

기존 1차 손 파지 제어(SoftHand FSR 피드백) 및 2차 로봇 팔/좌표계 제어를 확장하여, 3D spatial perception (SLAM & RGB-D Vision), TF2 7-Tier 좌표 변환 트리 (map \(\rightarrow\) tcp), AGV-팔 전신 제어(Whole-Body Control, WBC), 그리고 ISO/TS 15066 협동로봇 안전 가드레일을 체계적으로 융합한 차세대 물리적 상호작용(pHRI) 표준을 수립합니다.

2. 3D Spatial Perception & 7-Tier TF2 Transform Tree Visual Diagram (AGV 좌표계 시각 구조도)

shaky가 제작한 AGV 모바일 마니퓰레이터 3D 공간 인지 및 7-Tier TF2 변환 트리 시각 다이어그램입니다 (https://images.hyperbook.com 공용 미디어 보관소 연동).

그림 1: AGV 모바일 마니퓰레이터 3D 공간 인지 및 7-Tier TF2 좌표계 체인 시각 구조도

3. Required Domain Knowledge & Key Technologies (필요 5대 기술 영역)

1) 3D Spatial Perception & Human Pose Estimation (공간 인지 및 비전 기술)

• 3D SLAM (Simultaneous Localization and Mapping): LIO-SAM / Cartographer / RTAB-Map을 통한 동적 환경 자율 주행 및 3D 격자지도 생성.
• 3D Human Hand Tracking: RGB-D 카메라 기반 MediaPipe 3D / YOLOv8-Pose를 활용하여 다가오는 인간의 손 위치 \((X_H, Y_H, Z_H)\) 및 높이 실시간 추적.

2) TF2 7-Tier Transform Tree (좌표계 변환 체계)

AGV 주행 위치부터 최종 손목 툴 센터 포인트(TCP)까지의 연속적 Coordinate Frame Transformation Matrix 구축:

$$\mathbf{T}{\text{total}} = {}^{\text{map}}\mathbf{T}}} \cdot {}^{\text{odom}}\mathbf{T{\text{base}} \cdot {}^{\text{base}}\mathbf{T}}} \cdot {}^{\text{torso}}\mathbf{T{\text{shoulder}} \cdot {}^{\text{shoulder}}\mathbf{T}$$}} \cdot {}^{\text{wrist}}\mathbf{T}_{\text{tcp}

[map] -> [odom] -> [base_footprint (AGV {B})] -> [torso_link] -> [arm_link] -> [wrist_link (TCP {T})] -> [human_hand {H}]

3) Whole-Body Control (WBC) & Redundancy Resolution (전신 협조 제어)

• AGV-팔 통합 10-DOF 운동학: 메카넘휠/차동구동 AGV 베이스(3-DOF) + 로봇 팔(7-DOF)을 단일 다지점 태스크 공간(Task Space) 제어기로 통합.
• 상호 보완 제어: 거리가 멀면 AGV가 직진 접근하고, 미세 거리 및 상하 악수 진동은 로봇 팔과 SoftHand가 담당하여 관절 한계(Joint Limit) 회피.

4) Dynamic ISO/TS 15066 Safety Guardrails (pHRI 안전 규격)

• PFL (Power and Force Limiting): 인간과 로봇 충돌 시 겉보기 질량 및 접촉 에너지 제한.
• SSM (Speed and Separation Monitoring): 인간과의 거리에 따라 AGV 주행 속도를 3단계(안전/감속/비상정지)로 동적 조절.

5) Behavior Tree Task Orchestration (행위 트리 상태 관리)

[BehaviorTree: AGV Handshake Routine]
  ├── Sequence: Approach Human
  │    ├── Action: Detect Human Hand Pose (RGB-D)
  │    └── Action: Nav2 Navigate AGV Base to (X_H - 0.8m, Y_H)
  ├── Sequence: Align Coordinate Frame
  │    └── Action: Rotate AGV Base Heading towards Human Hand {H}
  └── Sequence: Perform Handshake (shaky Core)
       ├── Action: L2 Arm Extend TCP Frame {T} -> Human Hand {H}
       ├── Action: L1 SoftHand FSR Closed-Loop Control (5 N ~ 15 N)
       └── Action: Sinusoidal Oscillation Synchronization (1.5 Hz)

4. Conclusion & Future Roadmap

본 연구 논문은 moosjiny/handshake-robot 프로젝트가 3D 공간 인지형 AGV 모바일 마니퓰레이터로 진화하기 위해 필요한 5대 핵심 기술 텍사노미와 TF2 변환 트리 시각 구조도를 완벽하게 제시합니다.