다중 코드 초음파 센서 네트워크를 이용한 군집로봇 위치인식 시스템. 5.

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제 석사논문입니다.
심사발표때 썼던 PPT 자료와 부가설명으로 정리했습니다.

내용에 대해서 지적이나 의견을 제시해주시는 것은 감사히 받겠습니다.

나름 제가 그동안 살아오면서 만든 것 중 가장 강력한 저작권이 걸린 물건이니(!)
다른 곳으로 가져가거나 함부로 사용하진 말아주세요.

참고용으로 쓰시겠다면 레퍼런스는 달아주시고(부산대학교 전자전기공학과 석사졸업논문입니다)
서로 겹치는 주제로 학회에서 보는 일은 없길;; 바랍니다.

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하드웨어 구성입니다.
초음파 송신센서 8개, 수신센서 8개 쓰고,
메인 프로세서는 TI사의 TMS320F2812를 썼습니다.
스태핑모터는 마이크로마우스나 라인트레이서에 많이 쓰는 제일 싼거.
사진에는 안보이는데, Zigbee모듈은 ROBOTIS라는 데서 만든 모듈을 썼습니다.

대체로 싼 부품으로 썼는데.. 그래도 로봇 5대분 구입하니 100만원 넘더라능.
나중에 추가로 산 부품이나 있던 거 쓴 부품값까지 치면 150은 넘을지도. 2812보드 아트웍비용까지 치면 300 넘으려나;
2812보드는 실험실 다른 일 때문에 만든 보드를 썼고, 나머지 보드는 손땜. 힘들었심;

센서 배치는 향후 맵 빌딩까지 생각해서 만든 겁니다. 근데 맵 빌딩 할때는 이 보드 안쓸 것 같군요;
로봇 간 상호거리를 측정할 수도 있지만, 스스로 쏜 파형의 반사파를 받으면 장애물까지의 거리를 측정할 수 있죠.
사실 초음파 센서는 후자로 더 많이 쓰이죠;;

베터리는 따로 구입할까 하다가 그냥 1.2V AA 충전지 6개 직렬로 납땜했심.

하드웨어만 놓고 보면 학부생도 만들 수 있는 마이크로마우스 수준이죠. ㅋ
사실은 조금 노린 것도 있는데, 기존의 단일 로봇에서 많이 쓰는 추측항해(dead reckoning) 방법이 누적오차가 크다는 게 이 논문의 기본 전제인지라, 로봇의 동작 오차가 클만하게 만든 의도도 조금 있습니다.
이제 알고리즘 성능검증은 그럭저럭 됐으니 다음버전에선 하드웨어 좀 더 좋은 거 써야죠. ㅎ

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실험은 여러가지 했습니다.
PPT에 넣은 건 그 중 제일 중요한 4대 동작.

일단 초기화 과정에서는 각 로봇을 따로 조금씩 직진시켜서 초기각도를 파악합니다.
사진은 PPT분량 줄이느라 한번에 움직인 것 처럼 나왔지만 사실은 따로 움직인거죠.

제가 만든 건 로봇 간 위치인식 시스템이지 로봇 제어 시스템이 아닌지라,
그냥 open-loop로 동작시키니 직진을 시켜도 직진을 잘 안합니다 -_-;

원래 계획은 한 2m정도 움직여가며 측정할려고 했는데
로봇들이 움직이다 서로 부딪히고, 혼자 따로 놀고 하는 경우가 너무 심해서
그냥 35cm정도만 움직였습니다.
마찬가지 이유로 앞에서 설명했던 좌평면/우평면 인식과정은 생략했습니다.
그러고보니 그래도 50cm는 움직일 걸 그랬나 싶네요;

처음부터 4번 로봇은 위치가 영 엉망입니다.
1,2,3번 로봇은 초음파를 주고받아서 정확도가 높은편이지만,
4번 로봇은 받기만 하는데다 1,2,3번 로봇의 좌표를 이용해서 계산해야하다보니 오차가 큽니다.
하지만 4번 로봇의 좌표를 다른 로봇이 사용하진 않기 때문에,
계속 돌리다보면 4번의 좌표를 오차는 크지만 시스템 전체의 성능에의 영향은 크지 않습니다.

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4대 따로 동작.
역시 4번 로봇이 처음에 각도를 잘못잡아서 오차가 큰 걸 볼 수 있습니다.

각 위치에서의 오차 정도는 측정은 했는데 역시 PPT분량 문제로 생략.
가장 중요한 동시 동작만 포함시켰습니다.

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가장 중요한 4대 동시 동작.
사진합성아님. 아니 합성은 합성이지만 합성은 아니야(응?)
4대의 로봇이 같이 움직이는데 따로 움직인 것과 오차의 차이가 별로 눈에 띄지 않습니다.

좀 더 많이 움직여봐야 보일려나 -_- 싶긴 한데,
그럴려면 제어 알고리즘도 들어가야하고.. 일단 석사논문은 시간관계상 이쯤에서 마무리.
업그레이드할 여지도 남겨놔야 먹고살죠(?)

이게 제일 중요한 실험이라, 데이터도 포함시켰습니다.
1,2,3번 로봇은 약 35cm 정도의 동작 끝에 약 1~2cm의 오차가 생기고
4번 로봇은 8cm정도 생겼습니다. ;ㅁ;

사실 논문을 처음 계획할 때 목표는 mm단위까지 오차를 줄이는 거였는데.. 거기까진 달성을 못했네요.
그래도 뭐, 절대좌표에 오차 좀 있어도 상대좌표 오차가 적으면 쓸만은 할겁니다 (라고 우기면 됩니다?)

오차를 더 줄일려면,
일단 모터, 바퀴 좋은 거 쓰고 -_-;
움직이는 로봇들 뿐만 아니라 고정된 초음파 발신원(충전기 등)을 추가하면 안정도가 많이 올라갈겁니다.
(기반 시설이 필요없는 시스템.. 이라는 장점은 깨지겠지만 말이죠)


그 외에도 몇가지 아이디어가 있지만.. 일단은 비밀. 저도 먹고 살아야죠;

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결론입니다.
대충 적혀있는 말에서 추가할 건 별로 없군요.


2009년의 목표는 결론의 향후과제에 적혀있는 것들과 맵 빌딩, 그리고 자동 충전입니다.

..라곤 하지만 그걸 하기 위해선 일단 제어알고리즘 필요하고 유저인터페이스도 필요하겠군요.

게다가 이것만 할 것도 아니고,
박사과정 막내가 해야할일도 많은지라 2009년도 만만찮은 해가 될 듯.


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진행과정에서 제일 골치를 썩힌 게.. 납땜입니다. -0-

DSP가 제대로 동작을 안해서, 8월까지 삽질했는데 알고보니 그냥 칩이 고장난 거더군요.
덕분에 9월부터 11월까지 4개월동안 죽어라고 삽질했심;;

움직이는 로봇이 4대, 컴퓨터에 연결되서 데이터 뽑는 로봇(0호기)가 1대.
한대라도 고장나면 올 스톱하고 또 납땜.
실험할 땐 한대 베터리 다되면 충전하면서 또 놀고(?)

물론 그 전에 삽질하면서 개념정리하고 다른 논문도 쓰고 했지만;

생각할 시간이 많아서 코딩은 오히려 쉽게 한 편.
총 코드길이 합해봐야 3000줄 정도?
내용의 양에 비해 나름 짧게 잘 정리한 것 같아서 만족하고 있습니다.


내년엔 그냥 전부 PCB 뜰거라능.
..교수님이 허락해주실까;;

사실 올해도 PCB 뜨라는 얘기가 몇번 나왔는데,
제가 회로를 계속 수정하느라 못하겠다고 했심;



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그래서 최종 결론 - 타치코마의 꿈은 멀군요.