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로봇 | 다양한 센서를 활용한 자율주행 자동차 제어

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작성자 캠프 담당자 작성일17-05-16 10:51 조회1,987회 댓글0건

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국립중앙과학관 세종과학실험 토론캠프​​

 

 

 

1.실험목표

초음파 센서, 컬러 센서, 터치 센서 등을 사용하여 자율주행 자동차를 설계해 보자.

 

 

 

2. 실험재료

EV3 LEGO MINDSTROM Kit

 

 

 

 

3. 실험기구

Laptop, EV3 Programming Tool

 

 

 

4. 실험방법  

 

1) 드라이빙 베이스 제작

MINDSTORM을 이용해 자동차를 제작할 때 가장 기본이 되는 드라이빙 베이스를 제작한다. 먼저 그림 1과 같이 재료를 분류한 후, Laptop에 내장되어 있는 프로그램에서 제공하는 매뉴얼을 따라 드라이빙 베이스를 제작한다. 이번 실험에서 사용되는 드라이빙 베이스는 초음파 센서, 터치 센서, 아랫방향 컬러 센서를 포함한 드라이빙 베이스이다. 제작된 드라이빙 베이스를 사용하여 20cm를 움직이는 프로그램을 코딩해 보자.

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그림1.  LEGO MINDSTORM Kit 재료 분류

 

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그림2.  드라이빙 베이스 제작과정

 

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그림3.  완성된 드라이빙 베이스 

 

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그림4.   20cm를 이동하는 드라이빙 베이스

 

 

 

2) 로봇 씨름 대회

로봇을 구성하는 요소 중 하드웨어적인 부분을 향상시켜 보자. 컬러 센서를 이용하여 경기장을 벗어나지 않게 짜인 프로그램 틀 내에서, 하드웨어적인 부분을 추가하여 상대방의 로봇을 경기장 밖으로 밀어내는 로봇 씨름 대회를 개최해 보자.

로봇 씨름 대회는 Pbrick의 뒷면을 마주보고 시작하며, 바퀴 2개가 모두 밖으로 나가면 패배하게 된다. 

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그림5.  5조의 로봇 씨름 대회 필승(?) 부품

 

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그림6.  하드웨어를 개량중인 드라이빙 베이스

 

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그림7.  개조된 드라이빙 베이스

 

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그림8.  경기 시작

 

 

 

 

3) 팽이 런쳐 만들기

기어의 비율을 이용하여 팽이를 가장 오래 돌게 하는 팽이 런쳐를 만들어 보자. 팽이는 시작속력이 빠를수록 빨리 돌게 되는데 큰 기어에 작은 기어를 맞물리면 작은 기어가 빠른 속도로 돌게 되어 축과 기어를 사용하여 주어진 출력값 내에서 가장 빠르게 기어를 돌릴 수 있는 기어의 조합을 찾는 탐구활동이다.

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그림9.  기본 팽이

 

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그림10.  개조중인 팽이 런쳐

 

 

 

 

4) 비율 제어를 사용한 크루즈 운행 구현 

크루즈 운행이란, 앞차와의 거리에 따라 자동차의 속력을 자율적으로 조절해 주는 자율 주행 자동차의 한 요소 중 하나이다. 사용되는 부품은 드라이빙 베이스를 그대로 사용하면 되며, 단계별로 시행해 본다.

 

. 비율 제어를 적용하지 않은 경우

장애물과의 거리가 15cm보다 작으면 멈추고, 크면 100의 출력으로 움직이는 프로그램을 작성해 본다.

 

. 비율 제어를 적용한 경우

비율 제어를 사용하여 표적 거리를 15cm, 현재값을 초음파 센서를 사용하여 측정한 거리로 주어진 후 출력을 식 (표적거리-현재값)*(적당한 비율 제어 상수)을 사용하여 입력해 본다.

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그림11.  비율 제어 크루즈 운행

 

 

 

 

5) 비율 제어를 라인 트레이싱

라인 트레이싱이란, 일정한 라인을 따라 자동차의 방향을 조절해 주는 자율 운행 방식을 의미한다. 이번 실험에서는 컬러 센서를 사용하여 검은색 선을 따라 움직이는 라인 트레이싱을 프로그래밍을 통해 구현해 본다. 또한 마지막으로 가장 빠르게 라인 트레이싱을 하며 맵을 3바퀴 도는 자율 주행 자동차를 만들어 보자. 

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그림12.  비율 제어 - 라인 트레이싱

 

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그림13.  빠르게 돌기 위해 개량된 드라이빙 베이스

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