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2017년 12월 13일 (수) 21:37 판
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
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
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
마케팅 전략
◇SWOT 분석
◇SWOT 전략수립
개발과제의 기대효과
기술적 기대효과
내용
경제적 및 사회적 파급효과
내용
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
내용
개념설계안
내용
이론적 계산 및 시뮬레이션
◇ Gripper Torque
- 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
- 집게 동작 부 모터 HS-5645MG, Radial 동작 부 HS-5675MH 선정.
조립도
조립도
◇ Gripper
◇ KOBUKI
조립순서
내용
부품도
◇ Gripper - 도면
- 3D Model
◇ KOBUKI
- 도면
- 3D Model
제어부 및 회로설계
◇ 전압강하 모듈 - KOBUKI로부터 ODROID 보드에 전원을 공급하기 위해 12V로부터 5V로 전압강하 회로 구성
◇ Servo Motor 구동 회로 - ODROID SHIFTER SHIELD를 사용하여 서버모터를 구동
소프트웨어 설계
◇ Software Designmap
- 사각형 박스 : 하드웨어 장비 - 동그라미 박스 : 소프트웨어 및 모듈
◇ IMAGE PROCESSING MODULE
- Intel Realsense SR300을 활용해 RGB 및 Depth 정보를 얻어 Moving Control Module에서 활용 가능 정보로 변환
- RGB정보와 DEPTH정보를 획득 후 각 정보 값을 확인하는 과정 - 위 정보를 Moving Control Module에 필요한 장애물 회피 및 벽 감지에 활용
◇ GRIPPER MODULE
- HS-5765MH, HS-5645MG 모터와 ODROID xu4를 회로로 구성 - PWM을 통하여 모터의 동작각도 조작
◇ SLAM & NAVIGATION MODULE
- RPLIDAR를 통해 맵을 그리고 그려진 맵을 통해 NAVIGATION 동작 수행
- RPLIDAR로부터 R, THETA 정보를 획득 후 X, Y 좌표계로 좌표 변환을 통해 데이터 검출 및 확인
- 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
- 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
내용
결과 및 평가
완료작품 소개
프로토타입 사진
내용
포스터
내용
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
