four-step-pattern（四步模式）

Four-Step Pattern Skill

Overview

This skill defines the mandatory 4-step sentence pattern for writing national research report sections. Each subsection (1.1, 1.2, 2.1, etc.) must follow this pattern to meet PhD-level professionalism and national agency submission requirements.

The 4-Step Pattern

Step 1: Task Declaration (연구 과제 선언)

Pattern:

- 본 사업에서 맡은 주요 연구 과제는 [기술 분야]를 위한 [개발 시스템명] 개발임

Rules:

• Must start with "본 사업에서 맡은 주요 연구 과제는"
• [기술 분야]: Technical domain (e.g., "굴착기 자율화", "실시간 제어", "강화학습 기반 의사결정")
• [개발 시스템명]: Specific, technical system name (e.g., "CAN 통신 기반 다중 센서 데이터 수집 및 융합 시스템")
• Must end with "개발임"

Examples:

• "본 사업에서 맡은 주요 연구 과제는 굴착기 자율화를 위한 CAN 통신 기반 다중 센서 데이터 수집 및 융합 시스템 개발임"
• "본 사업에서 맡은 주요 연구 과제는 3자유도(3-DOF) 평면 굴착기의 정기구학 연산을 통한 버킷 끝단 위치 실시간 계산 시스템 개발임"
• "본 사업에서 맡은 주요 연구 과제는 강화학습(Reinforcement Learning) 기반 자율 굴착 의사결정 시스템 개발임"

Step 2: Problem Definition and Necessity (문제 정의 및 필요성)

Pattern:

- [기존 방식/상황]으로는 [문제점/한계]이므로, [해결책/목표 시스템] 구축이 필요함

Rules:

• [기존 방식/상황]: Current technology limitations or existing approach
• [문제점/한계]: Specific technical problems
• [해결책/목표 시스템]: Proposed solution in this research
• Must end with "구축이 필요함" or "시스템 개발이 필요함"

Examples:

• "기존의 개별 센서 운용 방식으로는 실시간 동기화 및 데이터 일관성 확보가 어려우므로, 통합 CAN 버스 아키텍처를 통한 센서 융합 시스템 구축이 필요함"
• "기존 포텐셔미터 기반 각도 측정은 기계적 마모와 환경 변화에 취약하므로, CANopen 기반 고정밀 경사계를 통한 관절 각도 측정 시스템 구축이 필요함"
• "자율 굴착 작업 중 유압 과부하 및 장비 손상을 방지하기 위해, 실시간 유압 압력 모니터링과 이상 감지 시스템 구축이 필요함"

Step 3: Solution Approach (해결 방안)

Pattern:

- 이를 위해 [노드/모듈/클래스명] 개발을 통한 [기술 구현 내용] 수행

Rules:

• Must start with "이를 위해"
• [노드/모듈/클래스명]: Actual implementation name (e.g., can_bridge_node, ExcavatorKinematics 클래스)
• [기술 구현 내용]: Specific tech stack and interfaces
• Multiple implementations should be separate bullet points

Examples:

• "이를 위해 can_bridge_node 개발을 통한 SocketCAN 기반 실시간 CAN 통신 인터페이스 구현 및 CAN ID별 메시지 파싱 시스템 개발"
• "이를 위해 forward_kinematics_node 개발을 통한 20Hz 주기 정기구학 연산 시스템 구현 및 실시간 버킷 위치 발행 인터페이스 개발"
• "이를 위해 trajectory_generator_node 개발을 통한 /excavator/trajectory_generator 서비스 서버 구현 및 작업 유형별 궤적 생성 알고리즘 개발"

Step 4: Technical Details (기술적 상세)

Patterns:

- [구체적 구현체/설정 파일] 설정을 통해 [파라미터1], [파라미터2], [파라미터3] 구현
- [알고리즘명] 기반 [세부 기능] 구현
- [구체적 수치/설정]: [값1](설명), [값2](설명) 등

Rules:

• Must include specific parameter values with units
• Algorithm names should include English (e.g., 게인 스케줄링(Gain Scheduling))
• Config file names, variable names, function names must match actual code
• Use exact values (no estimates)

Examples:

• "can_config.yaml 설정 파일을 통해 CAN 인터페이스(can0), 비트레이트(500kbps), 디바이스별 CAN ID 매핑 체계 구현"
• "fk_excavator 함수 구현: 관절 각도(θ₁, θ₂, θ₃)로부터 버킷 끝단 위치(xk, yk) 및 자세(φ_e) 계산"
• "굴착기 기하학 파라미터 적용: L1=2464mm(Boom), L2=1352mm(Arm), L3=830mm(Bucket), a1=930mm(수평 오프셋), h1=1130mm(수직 오프셋)"
• "관절별 PI 게인 튜닝: Swing(Kp=6.0, Ki=0.0), Boom(Kp=12.0, Ki=2.0), Arm(Kp=16.0, Ki=2.0), Bucket(Kp=10.0, Ki=1.0)"

Complete Section Example

### 1.1. CAN 통신 기반 다중 센서 데이터 수집 및 융합 시스템 구축

- 본 사업에서 맡은 주요 연구 과제는 굴착기 자율화를 위한 CAN 통신 기반 다중 센서 데이터 수집 및 융합 시스템 개발임
- 기존의 개별 센서 운용 방식으로는 실시간 동기화 및 데이터 일관성 확보가 어려우므로, 통합 CAN 버스 아키텍처를 통한 센서 융합 시스템 구축이 필요함
- 이를 위해 can_bridge_node 개발을 통한 SocketCAN 기반 실시간 CAN 통신 인터페이스 구현 및 CAN ID별 메시지 파싱 시스템 개발
- can_config.yaml 설정 파일을 통해 CAN 인터페이스(can0), 비트레이트(500kbps), 디바이스별 CAN ID 매핑 체계 구현
- 다중 센서 동시 수신을 위한 멀티스레드 아키텍처 구현 및 센서 데이터 타임스탬프 동기화 시스템 구축

그림. CAN 통신 기반 센서 융합 시스템 아키텍처

Figure Captions

Each section must end with a figure caption.

Pattern:

그림. [구체적 기술 설명]

Caption Type Selection

Prohibited Practices

1. Abstract Expressions (추상적 표현 금지)

❌ "시스템을 개발하였음" ✅ "can_bridge_node를 통한 SocketCAN 기반 실시간 CAN 통신 인터페이스를 구현함"

2. Missing Numeric Values (수치 누락 금지)

❌ "높은 주기로 연산" ✅ "20Hz 주기로 연산"

3. Missing Algorithm Names (알고리즘명 누락 금지)

❌ "제어 알고리즘 적용" ✅ "게인 스케줄링(Gain Scheduling) 알고리즘 적용"

4. Missing Units (단위 누락 금지)

❌ "길이 2464" ✅ "길이 2464mm"

Domain-Specific Term Substitution

Replace generic terms with domain-specific terms based on research field:

Validation Checklist

For each subsection, verify:

• Step 1: Starts with "본 사업에서 맡은 주요 연구 과제는", ends with "개발임"
• Step 2: Contains "이므로" and "구축이 필요함"
• Step 3: Starts with "이를 위해", includes implementation name
• Step 4: Includes specific parameters with units
• Figure caption present at end
• No abstract expressions
• All numeric values have units
• Algorithm names include English translation
• Domain-specific terms used correctly