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==프로젝트 개요==
=== 기술개발 과제 ===
''' 국문 : ''' 이미지 처리를 기초로 하고, 그리퍼를 장착한 로봇 청소기 설계

''' 영문 : ''' Design Robot Cleaner Based On Image Processing With Gripper

===과제 팀명===
A#(에이샵)

===지도교수===
성민영 교수님

===개발기간===
2017년 9월 ~ 2017년 12월 (총 4개월)

===구성원 소개===
서울시립대학교 기계정보공학과 2011430018 배준호(팀장)

서울시립대학교 기계정보공학과 2011430008 김정배

서울시립대학교 기계정보공학과 2011430037 정한슬

서울시립대학교 기계정보공학과 2011430039 조진원

서울시립대학교 기계정보공학과 2011430043 황진웅

==서론==
===개발 과제의 개요===
====개발 과제 요약====
 ◇ 가정용 서비스 로봇의 개발
 ◇ 이미지 처리를 활용하여 눈 앞의 물건을 치울 수 있는지 없는지를 판별
 ◇ 집을 수 있는 물건은 그리퍼를 이용하여 직접 처리
 ◇ 처리할 위치에 대한 좌표 설정 가능
====개발 과제의 배경 및 효과====
- 개발 과제 선정 배경
 ◇ 최근 화두가 되고 있는 인구 고령화 문제와 시대의 흐름에 따라 가정의 핵가족화, 1인 가족화 심화 현상 문제
 ◇ 위 두 개의 사례로 인한 가사 노동력 부족 현상 발생
 ◇ 위를 일부 해소하기 위한 로봇 청소기의 비효율성

- 개발과제 목표 달성 시 얻을 수 있는 효과
 ◇ 로봇 청소기보다 더 나은 가사노동 서비스 제공 가능
 ◇ 필요시 다른 방향으로 개발하여 다양한 제품으로의 재탄생 가능

====개발 과제의 목표와 내용====
 ◇ 목표 : 기존 로봇 청소기에 작은 물건에 대한 처리 기능을 추가
 ◇ 이미지 처리 기능을 추가하여 작은 물건에 대한 판별 기능 강화
 ◇ 그리퍼를 장착하여 판별된 작은 물건을 집을 수 있는 기능 추가
 ◇ 집안 구조 인식을 위한 SLAM & Navigation 기능 추가
[[파일:whole.PNG]]

===관련 기술의 현황===
====State of art====
 ◇ 효율적인 청소를 위해, 여러 가지 무빙 알고리즘
 ◇ 원격으로 조종이 가능하게 하는 스마트 클리닝
 ◇ 장애물을 더 잘 인식하게 하는 full view(넓게 인식하는)센서
 ◇ 방의 구조를 인식하는 방법 개발(바닥을 기준에서 천장을 기준으로 하는 지도의 제작)
 ◇ 청소 방법들에 대한 개발(먼지 흡입 효율, 걸레질 효율, 구석청소 효율 등)
====기술 로드맵====
 ◇ 아래 표 참조
[[파일:tech roadmap.PNG]]

====특허조사====
 ◇ 로봇 청소기 특허라인에서 우리 제품과 동일 라인의 제품(그리퍼를 부착하여 전방의 작은 물체를 치워주는 로봇청소기 제품)이 존재하지 않음.

====특허전략====
 ◇ 로봇청소기를 움직이게 하는 본체는 kobuki라는 제품을 구매하고, 오픈소스로 공개된 moving알고리즘을 활용해 할 것.
 ◇ Depth Camera와 RPLidar또한 Open CV 과 Open SLAM을 활용할 것
 ◇ 위의 기술들이 특허로 등록할 수 없는 것이므로 각각의 기술들에 대한 특허를 하는 것이 아닌 완제품에 대한 특허를 출원할 것임.

===관련 시장에 대한 분석===
====경쟁제품 조사 비교====
[[파일:compare.PNG]]

====마케팅 전략====
 ◇SWOT 분석
[[파일:swot ana.PNG|800픽셀]]

 ◇SWOT 전략수립
[[파일:swot str.PNG|800픽셀]]

===개발과제의 기대효과===
====기술적 기대효과====
 ◇ 단순히 먼지를 빨아들이는 로봇청소기의 역할에서 다양한 기능을 보유한 가사 노동 서      비스로봇으로 발전이 가능
 ◇ 가사 노동 서비스 로봇뿐만 아니라 다른 분야로의 응용 가능

====경제적 및 사회적 파급효과====
 ◇ 고령화, 1인 가족화 등에 의해 부족한 가사노동력 보충 가능
 ◇ 가정용 서비스 로봇뿐만 아니라 복지형 서비스 로봇으로의 발전 가능

===구성원 및 추진체계===
 ◇ 배준호 : 지도 정보 확보를 위한 SLAM & 위치 이동을 위한 Navigation 구현
 ◇ 정한슬 : Depth Camera를 활용하여 물체 판별을 위한 이미지 처리 프로그램 구현
 ◇ 조진원 : 로봇 청소기의 전반적인 하드웨어 시스템 구현
 ◇ 김정배 : 로봇 청소기 제어에 필요한 기초 펌웨어 모듈 구현
 ◇ 황진웅 : 로봇 청소기 개발 환경 구축 및 각종 서류 작업 담당

==설계==
===설계사양===
가. 제품 요구사항

[[파일:spec.PNG]]

나. 평가 내용
 ◇몸체 : 기존 로봇청소기 개발사인 유진로봇에서 개발한 로봇청소기 개발모듈 꼬부기 사용
 ◇엔드 이펙터 : 다양한 형상과 재질에 대처할 수 있도록 그리퍼를 직접 제작
 ◇카메라 : 뎁스카메라 intel realsense SR300사용	
	- 뎁스 인식 최소거리 0.2m
	- 뎁스 영상 프레임 :30fps
	- 몸체 위치 계측을 위해 RPLIDAR를 추가로 사용
 ◇제어부 : 라떼판다 사용
	- 정격전력 : 5V 2.5A
	- CPU 클럭 : 1.8GHz / RAM : 4GB
	- Ubuntu 16.04지원(ROS kinetic 지원)

===개념설계안===
개념설계안 1 - 작은 물건을 발견했을 때 행동
 ◇ 기존 : 회피
 ◇ 설계안1 : 물체를 밀면서 지나가기
 ◇ 설계안2 : 물체 위로 넘어가기
 ◇ 설계안3 : 물체를 집어서 제거 후 지나가기 <- 선택

개념설계안 2 - 물건을 집은 후 집은 물건에 대한 행동
 ◇ 설계안1 : 바구니 장착 후 바구니에 물건을 보관하기.
 ◇ 설계안2 : 물건을 옆으로 치워놓기
 ◇ 설계안3 : 물건을 지정한 장소로 치우기

===이론적 계산 및 시뮬레이션===
 ◇ Gripper Torque

[[파일:gripper torque.png]]

   - 장애물 무게(70g), 설계상의 피치 거리, 안전계수(1.2) 등을 고려하여 구동부 필요 토크 계산.
   - 최종적으로 집게 동작 부 토크 11.96kg*cm, Radial 동작 부 토크 13.5kg*cm 이상의 모터필요

[[파일:Gripper torque2.PNG]]

   - 집게 동작 부 모터 HS-5645MG, Radial 동작 부 HS-5675MH 선정.

===조립도===
====조립도====
 ◇ Gripper

[[파일:Gripper.PNG]]

 ◇ KOBUKI

[[파일:kobuki.PNG]]

====조립순서====
조립 동영상 - > 
[[파일:assembly order.avi]]

===부품도===
 ◇ Gripper 
    - 도면
[[파일:Gripper drawing1.PNG ]]

[[파일:Gripper drawing2.PNG ]]

    - 3D Model
[[파일:Gripper 3d model1.PNG ]]

[[파일:Gripper 3d model2.PNG]]

◇ KOBUKI
    - 도면
[[파일:kobuki drawing.PNG ]]

    - 3D Model
[[파일:kobuki 3d model.PNG]]

===제어부 및 회로설계===
 ◇ 전압강하 모듈
   - KOBUKI로부터 ODROID 보드에 전원을 공급하기 위해 12V로부터 5V로 전압강하 회로 구성
[[파일:Voltage drop.PNG]]

 ◇ Servo Motor 구동 회로
    - ODROID SHIFTER SHIELD를 사용하여 서버모터를 구동
[[파일:servo motor drive circuit.PNG]]

===소프트웨어 설계===
 ◇ Software Designmap
[[파일:software designmap.PNG]]
 - 사각형 박스 : 하드웨어 장비
 - 동그라미 박스 : 소프트웨어 및 모듈

 ◇ IMAGE PROCESSING MODULE
[[파일:image processing module1.PNG]]
 - Intel Realsense SR300을 활용해 RGB 및 Depth 정보를 얻어 Moving Control Module에서 활용 가능    정보로 변환
[[파일:image processing module2.PNG]]
 - RGB정보와 DEPTH정보를 획득 후 각 정보 값을 확인하는 과정
 - 위 정보를 Moving Control Module에 필요한 장애물 회피 및 벽 감지에 활용

 ◇ GRIPPER MODULE
[[파일:gripper module.PNG]]
 - HS-5765MH, HS-5645MG 모터와 ODROID xu4를 회로로 구성
 - PWM을 통하여 모터의 동작각도 조작

 ◇ SLAM & NAVIGATION MODULE
[[파일:slam and navigation module1.PNG]]
 - RPLIDAR를 통해 맵을 그리고 그려진 맵을 통해 NAVIGATION 동작 수행
[[파일:slam and navigation module2.PNG]]
 - RPLIDAR로부터 R, THETA 정보를 획득 후 X, Y 좌표계로 좌표 변환을 통해 데이터 검출 및 확인
[[파일:slam and navigation module3.PNG]]
 - RPLADAR를 통해 실행한 모습, 오른쪽 그림에서 그려지지 않은 부분은 인식가능 최소거리로 인한 것
 - 이러한 것을 활용하여 KOBUKI를 통해 동작하며 구동할 지역의 전체지도를 그림

 ◇ MOVING CONTROL MODULE
[[파일:moving control module.PNG]]

 - 이미지 프로세싱 모듈을 활용해 무빙 컨트롤을 하고, 필요시 그리퍼 컨트롤 모듈진입
 - 동작알고리즘
     랜덤무빙 -> 장애물 X -> 랜덤무빙
             -> 장애물 O-> 물체크기 큼 -> 랜덤무빙
             -> 물체크기 작음 -> 센터 조정(각도확인하며) -> 집기 -> 위치 배달 -> 랜덤무빙

===자재소요서===
[[파일:materials cost.PNG]]

==결과 및 평가==
===완료작품 소개===
====프로토타입 사진====
[[파일:Prototype.PNG]]

====포스터====
[[파일:Poster.PNG]]
 part1
[[파일:Poster1.PNG]]
 part2
[[파일:Poster2.PNG]]
 part3
[[파일:Poster3.PNG]]

====특허출원번호 통지서====
내용

===개발사업비 내역서===
내용

===완료 작품의 평가===
내용

===향후평가===
내용

==부록==
====참고문헌 및 참고사이트====
 ◇ 위키피디아, GNU 규약에 따른 소프트웨어에 관한 5가지 의무
 ◇ 삼성 파워봇 홍보 팜플렛
 ◇ OPENCV, ROS wiki
====관련특허====
내용
====소프트웨어 프로그램 소스====
내용