1조-레전두 - 편집 역사

Mie202301: /* 개념설계안 */

2024-02-27T11:52:54Z

‎개념설계안

Mie202301: /* 구성원 및 추진체계 */

2024-02-27T07:37:01Z

‎구성원 및 추진체계

EmSys2024C: /* 관련 기술의 현황 및 분석(State of art) */

2023-12-25T15:36:13Z

‎관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

Mie202301: /* 개발 과제의 배경 */

2023-12-19T19:10:04Z

‎개발 과제의 배경

Mie202301: /* 개발 과제 요약 */

2023-12-19T19:08:53Z

‎개발 과제 요약

Mie202301: /* 상세설계 내용 */

2023-12-19T18:15:43Z

‎상세설계 내용

Mie202301: /* 상세설계 내용 */

2023-12-19T18:12:47Z

‎상세설계 내용

Mie202301: /* 상세설계 내용 */

2023-12-19T18:11:36Z

‎상세설계 내용

Mie202301: /* 상세설계 내용 */

2023-12-19T18:10:25Z

‎상세설계 내용

Mie202301: /* 개념설계안 */

2023-12-19T18:09:41Z

‎개념설계안

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 본 프로젝트에서 개발할 제품의 시스템 개략도는 다음과 같다.
-[[파일:2023_2_레전두_f27.png|600픽셀|섬네일|가운데|Fig 27. 시스템 개략도]]
+[[파일:거치대_시스템개략도.png|600픽셀|섬네일|가운데|Fig 27. 시스템 개략도]]
 라즈베리파이와 직접적으로 연결된 카메라로부터 사용자의 얼굴을 촬영한 뒤, 이 이미지 파일을 바탕으로 라즈베리파이에서 MediaPipe 라이브러리를 통해 얼굴의 방향 및 위치를 계산을 한다. 이후 사용자의 얼굴의 위치 및 방향에 따라서 4 DOF의 manipulator을 어떻게 구동시킬지를 결정하고, 서보모터 드라이버를 통해서 각 서보모터에 PWM 신호를 주어 적정 모터 회전 값을 갖도록 한다. 이를 반복적으로 수행해 가면서, 사용자가 휴대폰을 이용하기에 편리한 방향으로 manipulator가 동작할 수 있도록 한다.

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 |-
 ! 최 윤
-| 3D 모델링 및 모터 제어
+| 3D 모델링 및 응력 해석, 모터 제어
 |-
 ! 허 단

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 '''1) 수동 1 자유도 휴대폰 거치대'''
-[[파일:2023_2_레전두_F8.jpg|600픽셀|섬네일|가운데|Fig 8. 수동 1자유도 휴대폰 거치대 ]]</li>
+[[파일:2023_2_레전두_F8.jpg|600픽셀|섬네일|가운데|Fig 8. 수동 1자유도 휴대폰 거치대 ]]
 단순히 스마트폰을 받치기 위한 거치대이다. 보통 책상에서 사무 보조 용도로 쓰이며 차량용의 경우 네비게이션 같은 운전 보조 용도로 쓰인다.
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 '''2) 수동 다자유도 휴대폰 거치대'''
-[[파일:2023_2_레전두_F2.jpg|600픽셀|섬네일|가운데|Fig 9. 수동 다자유도 휴대폰 거치대]]</li>
+[[파일:2023_2_레전두_F2.jpg|600픽셀|섬네일|가운데|Fig 9. 수동 다자유도 휴대폰 거치대]]
 와이어형의 경우 위치를 자유롭게 조정이 가능해 서있거나 앉아 있지 않은 상태에서도 휴대폰 화면을 볼 수 있다. 우측의 다자유도를 가진 거치대 역시 자유롭게 위치를 조정할 수 있다는 장점이 있다. 두 거치대 모두 휴대폰이 떨어지지 않도록 하는 end effector 쪽 홀더가 필요하다.

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 따라서 본 과제에서는 이러한 기존의 거치대의 단점을 보완할, 침대에서도 사용자가 누워서 편리하게 휴대폰을 사용할 수 있도록 4 자유도를 가지는 자동형 거치대를 제작하고자 한다. 그 이상의 자유도는 설계가 복잡하고 시간적 측면에서 불가능하다고 판단하여 4자유도를 택하였다.
-[[파일:2023_2_레전두_F4.jpg|섬네일|600픽셀|가운데|Fig 4. Dlib와 Mediapipe 라이브러리를 이용한 얼굴 방향 추적]]</li>
+[[파일:2023_2_레전두_F4.jpg|섬네일|600픽셀|가운데|Fig 4. Dlib와 Mediapipe 라이브러리를 이용한 얼굴 방향 추적]]
 얼굴 방향 추출 방식에는 여러가지가 있지만, 접근성이 좋고, 정면이 아닌 경우에도 인식이 가능하며, 라즈베리파이와 같은 모바일 및 저사양 기기에 최적화된 mediapipe 라이브러리를 이용하기로 한다. 기존 기술인 Dlib 라이브러리는 68개의 landmark를 이용하여 사람의 얼굴 특징을 추출하는 방법이였다. 하지만, 낮은 정확도와 동 사양의 기기에서 최적화 부분에서 뒤쳐진 기술이었기에, mediapipe 라이브러리를 사용하기로 결정했다.

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 ===개발 과제의 개요===
 ====개발 과제 요약====
-기존 침대용 스마트폰 거치대 이용에는 자세 변경 시 사용자가 직접 위치를 재조정해야 하는 불편함이 있다. 이를 해소하기 위해 카메라를 통해 사용자의 얼굴을 인식하고 이를 바탕으로 자동으로 스마트폰의 위치를 조정해주는 자동 위치 조정 거치대를 개발한다. 라즈베리파이를 통해 MediaPipe 프레임워크를 사용하여 사용자의 눈의 위치를 파악할 수 있도록 하고, 모터드라이버를 통해 서보모터를 제어하여 사용자의 얼굴 방향에 맞추어 거치대가 구동할 수 있도록 한다. 이를 통해 침대에서 휴대폰을 이용하는 사용자가 수동 조정이 따로 필요없이 편리하게 스마트폰을 볼 수 있도록 하며, 특히 몸이 불편한 환자나 연세가 있으신 분들에게 휴대폰 사용에 있어서 더욱 편의성을 가져다줄 것으로 기대한다.
+기존 침대용 스마트폰 거치대 이용에는 자세 변경 시 사용자가 직접 위치를 재조정해야 하는 불편함이 있다. 이를 해소하기 위해 카메라를 통해 사용자의 얼굴을 인식하고 이를 바탕으로 자동으로 스마트폰의 위치를 조정해주는 자동 위치 조정 거치대를 개발한다. 라즈베리파이를 통해 MediaPipe 프레임워크를 사용하여 사용자의 얼굴을 인식할 수 있도록 하고, 모터드라이버를 통해 서보모터를 제어하여 사용자의 얼굴 방향에 맞추어 거치대가 구동할 수 있도록 한다. 이를 통해 침대에서 휴대폰을 이용하는 사용자가 수동 조정이 따로 필요없이 편리하게 스마트폰을 볼 수 있도록 하며, 특히 몸이 불편한 환자나 연세가 있으신 분들에게 휴대폰 사용에 있어서 더욱 편의성을 가져다줄 것으로 기대한다.
 ====개발 과제의 배경====

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 </ul></div>
-Fig 63와 Fig 64를 함께 보면 각 모터가 회전했을 때 어떤 값이 가장 크게 바뀌는지를 알 수 있다. Fig.35의 선들은 각 모터의 회전 축이다. Motor 1, 3은 yaw값과 사진 상에서의 사람의 x 좌표를 크게 바꾼다. Motor 2의 경우 사진 상에서의 사람의 y좌표를 크게 바꾼다. 마지막으로 Motor 4는 사용자의 roll 값을 크게 바꾼다.
+Fig 63와 Fig 64를 함께 보면 각 모터가 회전했을 때 어떤 값이 가장 크게 바뀌는지를 알 수 있다. Fig.64의 선들은 각 모터의 회전 축이다. Motor 1, 3은 yaw값과 사진 상에서의 사람의 x 좌표를 크게 바꾼다. Motor 2의 경우 사진 상에서의 사람의 y좌표를 크게 바꾼다. 마지막으로 Motor 4는 사용자의 roll 값을 크게 바꾼다.
 [[파일:2023_2_레전두_f65.jpg|500픽셀|섬네일|가운데|Fig 65. 시퀀스 다이어그램 – 모터 제어]]

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 [[파일:2023_2_레전두_f60.png|700픽셀|섬네일|가운데|Fig 60. 최종회로도 2]]
-최종회로도는 Fig.30, Fig.31과같다. 우선 PCA9685는 5V, 10A SMPS를 통해 전원을 공급받는다. 라즈베리파이는 이와 분리된 전원을 공급받는다. PCA9685는 MG996R 모터 4개와 연결 되어있다. MG996R의 작동 전압이 5V, stall current가 2.5A이므로 5V, 10A 전원은 충분한 전력을 공급한다. 라즈베리파이의 하나의 GPIO 핀은 스위치와 연결되어 있다. 이 스위치의 역할은 소프트웨어 부분에서 설명하기로 한다.
+최종회로도는 Fig 59, Fig 60과같다. 우선 PCA9685는 5V, 10A SMPS를 통해 전원을 공급받는다. 라즈베리파이는 이와 분리된 전원을 공급받는다. PCA9685는 MG996R 모터 4개와 연결 되어있다. MG996R의 작동 전압이 5V, stall current가 2.5A이므로 5V, 10A 전원은 충분한 전력을 공급한다. 라즈베리파이의 하나의 GPIO 핀은 스위치와 연결되어 있다. 이 스위치의 역할은 소프트웨어 부분에서 설명하기로 한다.
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 [[파일:2023_2_레전두_f61.jpg|300픽셀|섬네일|가운데|Fig 61. 전체순서도]]
-전체적인 순서도는 Fig.32와 같다. 우선 프로그램이 시작되면 거치대는 초기위치를 잡고 사용자의 버튼 입력을 기다린다. 사용자가 버튼을 누르면 이 시점부터 카메라가 동작하게 된다. 카메라로부터 이미지를 얻고 얼굴 인식 알고리즘을 통해 사용자의 roll, pitch, yaw 값과 사진 상에서 사용자의 코 좌표를 계산한다. 방향 값과 좌표 값을 통해 사용자의 시선과 핸드폰 방향이 정면이 아니라고 판단할 경우 모터를 돌려 이를 조정한다. 이후 위치가 변경되었을 때의 사진을 찍고 다시 방향 정보와 좌표 정보를 계산한 후 정면인지를 판단한다. 정면일 경우 별도의 모터 동작 없이 다시 사진을 찍는 과정을 반복한다. 만약 이 과정 사이에서 사용자가 버튼을 입력할 경우 거치대는 초기 자세를 잡고 다시 사용자가 버튼을 누를 때까지 대기 상태에 들어간다. 즉, 버튼 입력은 사용자가 트랙킹 기능을 사용하는 순간을 정하는 신호역할을 한다.
+전체적인 순서도는 Fig 61와 같다. 우선 프로그램이 시작되면 거치대는 초기위치를 잡고 사용자의 버튼 입력을 기다린다. 사용자가 버튼을 누르면 이 시점부터 카메라가 동작하게 된다. 카메라로부터 이미지를 얻고 얼굴 인식 알고리즘을 통해 사용자의 roll, pitch, yaw 값과 사진 상에서 사용자의 코 좌표를 계산한다. 방향 값과 좌표 값을 통해 사용자의 시선과 핸드폰 방향이 정면이 아니라고 판단할 경우 모터를 돌려 이를 조정한다. 이후 위치가 변경되었을 때의 사진을 찍고 다시 방향 정보와 좌표 정보를 계산한 후 정면인지를 판단한다. 정면일 경우 별도의 모터 동작 없이 다시 사진을 찍는 과정을 반복한다. 만약 이 과정 사이에서 사용자가 버튼을 입력할 경우 거치대는 초기 자세를 잡고 다시 사용자가 버튼을 누를 때까지 대기 상태에 들어간다. 즉, 버튼 입력은 사용자가 트랙킹 기능을 사용하는 순간을 정하는 신호역할을 한다.
 '''2. 얼굴 인식 알고리즘 라이브러리 Mediapipe'''

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 [[파일:2023_2_레전두_F57.jpg|800픽셀|섬네일|가운데|Fig 57. 왼쪽부터 Base Element, Link1, Link2, Link3, End effector 사이의 결합 과정, M3 볼트를 활용하여 결합]]
-단, Link1과 Link2의 경우, 서보모터 만으로 축을 형성하였을 경우, 비틀림에 대한 저항이 약하기 때문에, Fig. 과 같이 rod와 rod end를 활용하여, 안정적인 joint 축을 형성할 수 있도록 한다.
+단, Link1과 Link2의 경우, 서보모터 만으로 축을 형성하였을 경우, 비틀림에 대한 저항이 약하기 때문에, 아래 Fig 58과 같이 rod와 rod end를 활용하여, 안정적인 joint 축을 형성할 수 있도록 한다.
 [[파일:2023_2_레전두_F58.jpg|500픽셀|섬네일|가운데|Fig 58. Link1 와 Link2 의 결합 과정. 추가적인 rod 와 rod end를 활용하여 joint 형성 및 결합]]

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 [[파일:2023_2_레전두_F46.jpg|500픽셀|섬네일|가운데|Fig 46. 거치대의 구성]]
-Manipulator은 위의 Fig. 와 같이 주로 5개의 부분으로 크게 나눌 수 있다. 본 프로젝트에서 각 부분의 명칭은 다음과 같이 명명하도록 하곘다. 이후 해당 부분에 대한 자세한 조립도 및 조립 순서를 서술하도록 하겠다.
+Manipulator은 위의 Fig 46와 같이 주로 5개의 부분으로 크게 나눌 수 있다. 본 프로젝트에서 각 부분의 명칭은 다음과 같이 명명하도록 하곘다. 이후 해당 부분에 대한 자세한 조립도 및 조립 순서를 서술하도록 하겠다.
 #Base element

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 [[파일:2023_2_레전두_F30.jpg|500픽셀|섬네일|가운데|Fig 30. Manipulator의 3번 joint 구동 후]]
-manipulator의 3번 joint를 구동하면 이 상황을 해결할 수 있다. 위의 Fig 28을 확인해 보면 3번 joint를 통해 휴대폰의 위치를 변경하면, 사용자의 시선 방향과 휴대폰 화면의 법선 방향이 나란하도록 설정할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
+manipulator의 3번 joint를 구동하면 이 상황을 해결할 수 있다. 위의 Fig 30을 확인해 보면 3번 joint를 통해 휴대폰의 위치를 변경하면, 사용자의 시선 방향과 휴대폰 화면의 법선 방향이 나란하도록 설정할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
 다음은 사용자가 고개를 숙이거나 젖히는 상황을 생각해보자.
@@ 784번째 줄: / 784번째 줄: @@
 [[파일:2023_2_레전두_f31.png|500픽셀|섬네일|가운데| Fig 31. Manipulator의 2번 joint 구동 전]]
-위의 Fig 와 같이 사람이 고개를 숙이게 되면, 휴대폰 화면의 법선 방향이, 사용자의 눈의 위치보다 더 위를 향하게 되어, 사용자가 휴대폰을 보기에 불편한 상황이 만들어진다.
+위의 Fig 31와 같이 사람이 고개를 숙이게 되면, 휴대폰 화면의 법선 방향이, 사용자의 눈의 위치보다 더 위를 향하게 되어, 사용자가 휴대폰을 보기에 불편한 상황이 만들어진다.
 이 경우 2번 joint를 사용하여 휴대폰을 각도를 변경하면, 아래 그림과 같이 사용자의 시선과 휴대폰 화면의 법선 방향이 최대한 일치하도록 할 수 있다. 이렇게 CATIA의 Human Builder을 통해 manipulator의 기능을 사전에 검증할 수 있었다.