Creative Creators
MIE capstone
프로젝트 개요
기술개발 과제
국문 : 00000000..
영문 : 00000000..
과제 팀명
Creative Creators
지도교수
성민영 교수님
개발기간
2019년 9월 ~ 2019년 12월 (총 4개월)
구성원 소개
서울시립대학교 기계정보공학과 20114300** 김**(팀장)
서울시립대학교 기계정보공학과 20114300** 정**
서울시립대학교 기계정보공학과 20114300** 조**
서울시립대학교 기계정보공학과 20114300** 이**
서울시립대학교 기계정보공학과 20114300** 남**
서론
개발 과제의 개요
개발 과제 요약
가정에서나 소규모 작업 환경에서 사용할 수 있는 UI 제어 3축 소형 로봇팔을 개발한다. 책상이나 작업대 위에서 사용할 수 있도록 작고 가볍게 만들고 또한 사용자 친화적 인터페이스를 갖춰 일반 사용자가 사용하기 쉽게 설계한다.
개발 과제의 배경 및 효과
로봇팔은 이미 제조 분야나 의료 분야 등 많은 산업 분야에서 다양한 용도로 쓰이고 있다. 기술이 발전되감에 따라 가정에서나 소규모 작업 환경에서도 쓰일 수 있는 로봇팔에 대한 수요가 늘어났다. 기존의 로봇팔은 일반 사용자가 사용하기엔 과한 스펙과 복잡한 인터페이스를 가지고 있어 가정에서나 소규모 작업 환경에 쓰이기 적합하지 않다. 따라서 해당 작품은 작고 가볍게 설계하여 일반 책상 위에서도 구동 가능하고 유저 인터페이스를 디자인하여 처음 로봇팔을 접하는 사용자도 쉽게 이용할 수 있도록 설계한다.
개발 과제의 목표와 내용
소규모 작업을 위한 소형화를 중점으로 개발한다. 또한 Graphical User Interface을 제공하여 사용자가 손쉽게 위치를 제어할 수 있도록 하고 Inverse kinematics를 이용한 위치 제어 방식을 채택하여 직관성을 높인다. 그리고 Feedback System의 구현으로 각도 제어의 정확성을 높였다.
완료작품의 평가방법
| 평가항목 | 평가방법 | 적용기준 | 개발 목표치 | 비중(%) |
|---|---|---|---|---|
| 구조적 안정성 | 반복 작동 시킨 후 부품이 잘 체결되어있는지 확인 | 100회 반복 작동 이후 분리된 부품개수 | 0개 | 20 |
| 시장성 | 제품이 합리적인 가격인지 확인 | 제작 가격 | 60만원 | 20 |
| 정밀성 | 실제 결과값들의 상대적 오차 | 결과값들의 표준편차 | 1cm | 30 |
| 정확성 | 엔드 이펙터의 지정된 위치와 실제 위치와의 오차를 확인 | 오차의 표준편차 | 0.1cm | 30 |
개발일정 및 추진체계
| 단계별 세부개발 내용 | 담당자 | 개발기간(월단위) | 비고 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 9 | 10 | 11 | 12 | |||
| 제품 구상 및 기초 설계 | 팀 전원 | ㅇ | ||||
| 하드웨어 설계 및 3D 프린팅 | 이충원, 정희훈 | ㅇ | ㅇ | 10월 이후 다른 업무 보조 | ||
| 임베디드 개발 및 사용자 인터페이스 연동 | 강건우, 오그릴 | ㅇ | ㅇ | ㅇ | ||
| 테스트 및 보완 | 차돌딘 | ㅇ | 12월 외 다른 업무 보조 | |||
개발 일정
구성원 및 추진체계
개발사업비 산정내역서
관련 기술의 현황
State of art
내용
기술 로드맵
내용
특허조사
내용
특허전략
내용
관련 시장에 대한 분석
경쟁제품 조사 비교
내용
마케팅 전략
내용
개발과제의 기대효과
기술적 기대효과
내용
경제적 및 사회적 파급효과
내용
구성원 및 추진체계
내용
설계
설계사양
내용
개념설계안
내용
이론적 계산 및 시뮬레이션
내용
조립도
조립도
내용
조립순서
내용
부품도
link1
link2_base
link2_motor_mount
link2_power
link2_support
link3
제어부 및 회로설계
내용
소프트웨어 설계
내용
자재소요서
| 부품명 | 규격 | 수량 | 구매,외주,제작 |
|---|---|---|---|
| 자기 센서 | absolute encoder | 40 | 구매 |
| 점퍼 케이블 수-수 | 30cm | 40 | 구매 |
| 점퍼 케이블 수-암 | 30cm | 40 | 구매 |
| 점퍼 케이블 암-암 | 30cm | 40 | 구매 |
| 점퍼 케이블 수-수 | 20cm | 40 | 구매 |
| 점퍼 케이블 수-암 | 20cm | 40 | 구매 |
| 점퍼 케이블 암-암 | 20cm | 40 | 구매 |
| 파워 서플라이 | 12V-6A | 1 | 구매 |
| 파워 서플라이 케이블 | 220V 3상 | 1 | 구매 |
| DC 웜기어드 모터 | 12V 55rpm | 1 | 구매 |
| DC 기어드 모터 | 12V 200rpm | 1 | 구매 |
| DC 기어드 모터 | 12V 60rpm | 1 | 구매 |
| 비글본 보드 | BeagleBone Black | 1 | 구매 |
| 마운팅 허브 | 내경 10mm | 1 | 구매 |
| 볼트류 | M2,M3,M4 | 120 | 구매 |
| 너트류 | M2,M3,M4 | 120 | 구매 |
| 모터 커플링 | 6*10 기본직결형 | 2 | 구매 |
| 베어링 | 내경 10mm | 3 | 구매 |
| 베어링 | 내경 3mm | 4 | 구매 |
| 3D 프린트 부품 | ABS, PLA | 외주 |
결과 및 평가
완료작품 소개
프로토타입 사진
포스터
특허출원번호 통지서
내용
개발사업비 내역서
| 항목 (품명, 규격) | 수량 | 단가 (원) | 계 (원) |
|---|---|---|---|
| 자기 센서 | 3 | 23780 | 71340 |
| 점퍼 케이블 수-수, 30cm | 40 | 1030 | |
| 점퍼 케이블 수-암, 30cm | 40 | 950 | |
| 점퍼 케이블 암-암, 30cm | 40 | 800 | |
| 점퍼 케이블 수-수, 20cm | 40 | 1260 | |
| 점퍼 케이블 수-암, 20cm | 40 | 1260 | |
| 점퍼 케이블 암-암, 20cm | 40 | 1260 | |
| 파워 서플라이, 12V-6A | 1 | 16300 | 16300 |
| 파워 서플라이 케이블, 220V 3상 | 1 | 8000 | 8000 |
| DC 웜기어드 모터, 12V 55rpm | 1 | 18000 | 18000 |
| DC 기어드 모터, 12V 200rpm | 1 | 14500 | 14500 |
| DC 기어드 모터, 12V 60rpm | 1 | 20590 | 20590 |
| 비글본 보드 | 1 | 73000 | 73000 |
| 비글본 케이스 | 1 | 9600 | 9600 |
| 알루미늄 마운팅 허브 | 1 | 14700 | 14700 |
| 볼트류, M2,M3,M4 | 11580 | ||
| 너트류, M2,M3,M4 | 3960 | ||
| 모터 커플링 | 2 | 1800 | 3600 |
| 베어링, 내경 10 | 3 | 360 | 1080 |
| 베어링, 내경 3 | 4 | 310 | 1240 |
| 3D 프린팅 비용 |
완료 작품의 평가
내용
향후평가
내용
부록
참고문헌 및 참고사이트
내용
관련특허
내용
소프트웨어 프로그램 소스
void Motor::control(float & reference, float & realA){
if (!run) {
return;
}
pid.error0 = reference - realA;
int dutyCycle = (int)(pid.Pgain * pid.error0 + pid.Igain * pid.errorI + pid.Dgain*(pid.error0 - pid.error1));
pid.error1 = pid.error0;
if (dutyCycle > 0) {
setDirection(DC::MOTOR_DIRECTION::B);
pid.errorI = pid.errorI + pid.error0;
go(dutyCycle);
}
else if (dutyCycle < 0) {
setDirection(DC::MOTOR_DIRECTION::A);
pid.errorI = pid.errorI + pid.error0;
go(dutyCycle);
}
else {
setDirection(DC::MOTOR_DIRECTION::N);
pid.errorI = pid.errorI + pid.error0;
}
}
Robot::Qs Robot::inverseKinematics(glm::mat4& target) {
glm::vec3 position = (glm::vec3)target[3];
glm::vec3 wrist_center= position;
glm::f32 qs_[3];
wrist_center = position;
qs_[0] = atan2( wrist_center.y, wrist_center.x)*180.0/M_PI;
glm::f32 a2 = glm::length((glm::vec3)this->denavitA[2][3]);
glm::f32 a3 = endEffectorLength;
glm::f32 r = sqrt(pow(wrist_center.x, 2) + pow(wrist_center.y, 2));
glm::f32 s = wrist_center.z - glm::length((glm::vec3)this->denavitA[1][3])- glm::length((glm::vec3)this->denavitA[0][3]);
double D = (+pow(r, 2) + pow(s, 2) - pow(a2, 2) - pow(a3, 2)) / (2.0*a2*a3);
glm::f32 q3 = atan2( sqrt((1 - pow(D, 2))), D);
qs_[2] = q3 * 180.0 / M_PI;
qs_[1] = 90.0 - 180.0 / M_PI * (atan2(s, r) + atan2(a3*sin(q3), a2 + a3 * cos(q3)));
Qs qs;
for (int i = 0; i < 3; i++) {
qs.q[i] = qs_[i];
}
return qs;
}
