시각 장애인 안내로봇 05 이동훈 07 박대성 09 이혜정 발표를 맡은 o o o 입니다. 개 한 마리 얼마지, 그리고 계단과 장애물 감지 순서 05 이동훈 07 박대성 09 이혜정

목 차 작 품 주 제 선 정 의 사 유 안 내 견 의 특 징 & 목 표 설 정 알 고 리 즘, 하 드 웨 어 향 후 계 획 목 차 작 품 주 제 선 정 의 사 유 안 내 견 의 특 징 & 목 표 설 정 알 고 리 즘, 하 드 웨 어 향 후 계 획 Q & A

작 품 주 제 선 정 먼저 작품 주제 선정의 사유입니다.

작 품 주 제 선 정 안내견 : 훈련기간 2년, 적응기간 1년 훈련비용 5000~6000만원 시각 장애인들의 안내견 : 훈련기간 2년, 적응기간 1년 훈련비용 5000~6000만원 시각 장애인들의 경제적, 시간적 부담을 해소하고자 함 현재의 안내견의 경우 몇몇 한정된 종의 개를 훈련을 통해 육성하며, 훈련을 제대로 통과하여야만 안내견으로서 활용될 수 있습니다. 안내견 1마리당 훈련기간은 2년, 적응기간은 1년이 소요되며, 이에 따른 훈련비용은 5~6천 만원이 든다고 합니다. 이러한 난점을 고려하여 이를 해결할 수 있는, 대량 생산이 가능한 형태로서 시각 장애인을 보조할 수 있는 로봇을 주제로 선정하였습니다. 시각 장애인들을 위한 “안내견”을 대신 할 수 있는 “안내로봇”

안 내 견 의 특 징 & 적 용

안 내 견 의 특 징 < 안내견의 주요 훈련 내용> 복종 훈련 : 주인의 지시에 따름 안 내 견 의 특 징 < 안내견의 주요 훈련 내용> 복종 훈련 : 주인의 지시에 따름 지적 불복종 훈련 : 장애물로부터 주인 보호 많은 분들이 잘못 생각하시는 부분이 바로 ‘안내견이 주인이 원하는 장소까지 안내한다.’ 즉 내비게이션의 역할을 한다고 생각하는 부분인데 안내견에게는 그러한 능력이 없습니다. 안내견은 훈련을 통해 다음 두 가지의 능력을 습득합니다. 첫째는 복종훈련으로서 주인의 지시에 따르게 하며, 두번째로는 지적 불복종 훈련으로 장애물들이 발견되었을 때, 주인이 안전한 방향으로 가도록 하는 훈련입니다. 안내견은 주인이 가고자 하는 장소를 기억하는 것이 아니므로 주인이 자기가 가고자 하는 경로를 숙지해야 한다. 이에 대한 네비게이션 기능은 별도로 고려해야 한다.

목 표 설 정 < 안내견의 특징> 주인의 지시에 따른다 주인을 장애물로부터 보호한다 시각 장애인이 가고자 하는 경로로 조작 장애물 여부, 장애물 종류 파악 결과적으로, 저희가 제작하고자 하는 안내로봇은 안내견의 주요 훈련 내용, 즉 특징을 살리는 방향으로 계획하였습니다. 시각 장애인이 원하는 장소로 갈 수 있도록 시각장애인이 조작할 수 있도록 하며, 그 경로상에 있는 장애물의 종류를 구분하고, 회피하도록 하는 것입니다.

하 드 웨 어

하 드 웨 어 저희가 기본적으로 구상한 안내로봇의 형상입니다. 초기에는 장애인이 직접 착용하는 형태를 생각하였었지만 불편함이 더 크다고 판단하여 다음과 같은 형태로 계획하였습니다. 주행 형태의 경우 바퀴는 계단을 오르내리기가 불편하지만 주행 능력이 월등하고 다른 형태보다 내구성이 더 좋다고 판단하였기에 바퀴를 채택하였습니다.

하 드 웨 어 < Body 부분 > 몸체 프레임 1개 바퀴 2개 < 센서 부분 > 초음파 센서 4개 (좌, 우, 앞, 위) < MCU 부분 > Atmega128 1개 전원 공급부 : 14.8V 축전지 1개 < 모터 부분 > DC 모터 2개 모터드라이브 1개 다음은 하드웨어를 구성하는 주요 부품들 입니다. 다음과 같이 네 부분으로 나눠서 볼 수 있습니다. 바디 부는 몸체와 바퀴로 이루어져있습니다. 현재 바퀴가 두개이나 주행과 정지시의 안정성을 도모하고자 보조바퀴를 부착할 예정입니다. 장애물 감지센서로는 초음파센서를 사용하였습니다. MCU부분은 Atmega128과 그것에 전원을 주는 전원 공급부가 있습니다. 바퀴를 회전하도록 하기 위한 모터부는 DC모터와 DC모터를 조절하기 위한 모터드라이브가 있습니다.

센서 선정 최소 2cm, 최대 3.3m까지에 있는 장애물을 감지 지속적인 응답시간 : 20us NT-TS601 초음파 센서 배치시 각도 고려 (초음파가 작은 각도로 반사되면 센서쪽으로 반사되지 않음) 저희가 사용하는 초음파 센서는 모듈의 형태로 최대 3.3m 까지의 장애물을 탐지할 수 있습니다. 적외선 센서보다 응답시간이 길지만, 유리와 같은 투과성 물체도 감지할 수 있기에 다산 도서관과 같은 유리 건물, 유리 문을 감지하고 사용자에게 이를 전달하는 부분에서 유리하다고 판단하여 이를 사용하고자 합니다.

모터 선정 로봇 하중 및 설정 속도 계산 <로봇 하중> <로봇 속도> 건장한 남성의 보행 속도 : 초당 약 1m --> 이를 최고 속도로 설정. 바퀴의 지름 : 12cm -> 둘레 : 37.7cm 따라서, 부하 상태에서의 모터 속도는 2.5rev/sec = 150rpm 부품 하중 충전지 378g 로봇 본체 틀 약 2kg 바퀴 250g X 2 지팡이 720g 합계 약 6kg 충전지 : 378g 로봇 본체 틀 : 약 2kg 바퀴 : 250g x 2 지팡이 : 720g 모터무게 및 기타 부속무게를 감안하여 로봇 총 질량을 6kg으로 한정. <로봇 속도> 건장한 남성의 보행 속도 : 초당 약 1m --> 이를 최고 속도로 설정함. 바퀴의 지름 : 12cm -> 둘레 : 37.7cm 따라서, 부하 상태에서의 모터 속도는 2.5rev/sec = 150rpm

모터 선정 <토크 계산 > 총 질량 : 6Kg 총 하중 W = 6Kgf 바퀴의 지름 d = 12cm 초당 회전수 f =2.5 rev/sec 등속에 도달하는데 요구되는 최저 시간 t=0.5sec 마찰계수 u = 0.1 J = (W x d^2) / 8 = (6 x 12^2) / 8 = 108 kgf · cm^2 Ta = (J / g) x (2 x PI x f ) / t = (108 kgf · cm^2 / 980cm/sec^2) x (2 x 3.14 x 2.5rev/sec) / 0.5sec = 3.46Kgf · cm   L = (u x W x d) / 4 = (0.1 x 6 x 12) / 4 = 1.8Kgf · cm 따라서 가속 시간과 등속시간의 토크는 Tm(가속) = Ta + L = 3.46 + 1.8 = 5.26kgf · cm Tm(등속) = L = 1.8kgf · cm

모터 선정

알 고 리 즘

알 고 리 즘 장애물 감지 방향 설정 장애물 회피 기본적인 장애물 회피 알고리즘은 다음과 같습니다. 우선 장애물이 일정 거리 이하에서 감지되면, 모터를 정지하고, 좌,우 양 편에 달린 센서를 통해 거리를 감지하여 넓은 공간으로 장애물을 회피하도록 하는 것입니다.

알 고 리 즘 벽과 계단의 구별 방법 초음파 센서의 감지 거리 벽 : 선형적으로 증가 계단 : 비선형적으로 증가 다음으로는 벽과 계단을 구분짓는 알고리즘 입니다. 벽의 경우 각도가 증가함에 따라 측정되는 거리 값은 선형적으로 증가하지만, 계단의 경우에는 비선형적인 증감을 보입니다. 이러한 벽과 계단을 구분짓기 위해 별도의 센서와 서보 모터를 사용하여 센서의 위치를 조정하여 거리를 측정, 이를 통해 계단이나 벽을 구분하고자 합니다.

알 고 리 즘 주행 시작 장애물 감지 계단 정지 후 장애물 파악 사용자에게 계단임을 알림 벽 좌, 우 중 어느 방향이 더 넓은지 파악 전체적인 알고리즘입니다. 장애물이 일정거리 이하로 감지가 되면 벽인지 계단인지 구별을 합니다. 계단인 경우에 안내로봇은 정지합니다. 벽인 경우에는 좌 우 중 어느 방향의 공간이 더 넓은지 파악하여 왼쪽이 공간이 더 넓으면 왼쪽으로 회전을 하고 오른쪽이 더 넓으면 오른쪽으로 회전을 합니다. 넓은 방향으로 회전

향 후 계 획

현 재 향 후 앞으로 진행될 사항 장애물 회피 계단 감지 손잡이 부분에 진동모터 장착 로봇의 방향과 속도를 조정할 수 있는 손잡이 제작 현재까지는 주변의 장애물을 파악하고 이를 회피하는 단계까지 완료하였으며 앞으로 진행될 사항으로는 손잡이 부분에 진동모터를 장착하여 로봇이 어떠한 방향으로 회피하는 지를 알려줄 수 있는 시스템을 구현하고 사용자가 로봇을 조정할 수 있는 컨트롤러를 제작하여 방향과 속도를 조정할 수 있도록 계획하고 있습니다.

Q & A

Thank You !

디 자 인 설 계 및 부 품 선 정 최소 2cm, 최대 3.3m까지에 있는 장애물을 감지 지속적인 응답시간 : 20us 디 자 인 설 계 및 부 품 선 정 NT-TS601 최소 2cm, 최대 3.3m까지에 있는 장애물을 감지 지속적인 응답시간 : 20us 초음파 센서 배치시 각도 고려 (초음파가 작은 각도로 반사되면 센서쪽으로 반사되지 않음)