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문제 정의
- 본 논문에서는 로봇을 제어하기 위하여 저속의 무선 모 뎀에 적합한 프로토콜을 제안하였으며, 이를 원격 로봇 시스템에 구현하여 확인하였다. 처리능력과 프로그램 적재 공 간의 제약이 있는 무선 모듈을 이용하여 로봇 제어 시스템을 구성하여 본 연구에서 제시한 프로토콜을 탑재하였으며, Java를 이용하여 응용프로그램을 개발함으로써 확장성을 높였다.
제안 방법
- 로봇은 무한궤도를 이용해서 주행하며, 이를 구동하기 위한 1개의 DC모터를 PIC의 PWM 채널로 속도를 제어한다. 로봇은 움직이는 방향을 제어하기 위해 전진과 후진을 제 어하는 1개의 서보 모터와 좌우 회전을 제어하는 1개의 서 보 모터를 각각 갖고 있으며, 각 서보 모터의 작동을 제어 하기 위해 1개씩의 PIC를 할당했다.
- 무선 모뎀을 이용한 통신은 자바 I/O 패키지를 이용해서 표 준 직렬 포트인 RS-232에 장착된 무선 모뎀을 통해 로봇과 상호 교신한다. 무선 모뎀은 433MHz의 주파수 대역을 사용하며 19200bps까지 지원하지만, 안정적인 실험을 위해 4800bps 와 9600bps의 전송속도에서만 실험을 진행했다. 무선 모뎀이 송수신기능을 갖고 있어, 수신에서 송신이나 송신에서 수신 모드로 전환하는 경우는 안정적인 시간지연이 요구된다.
- 수신측에서의 1차적인 오류검출은 Header의 구성정보와 길이정보를 바탕으로 물리적 인 구성상태의 오류여부를 검 사하는 것이다. 무선 통신은 잡음(Noise)에 노출되어 있으므로 패킷의 시작점을 확인하기 위한 Header와 패킷의 마 지막 부분인 EOP를 검출하여 패킷의 정상적인 구성 여부 를 패킷길이와 비교하여 검사한다. 이러한 검사는 수신된 잡음신호를 내용의 확인과정을 거치지 않고도 바로 오류로 인식할 수 있게 한다.
- 본 논문에서는 낮은 성능의 제어 시스템에서도 지원되는 직렬통신을 이용하여 무선 모뎀으로 로봇 시스템을 제어할 수 있는 프로토콜을 설계하고 로봇에 설치하여 검증한다.
- 본 연구에서 제안하는 프로토콜은 운영체제를 탑재하지 않은 경우에도 쉽게 내장되어 안정적인 정보의 교환을 보 장해야 하므로 기존의 네트워크 프로토콜보다는 모뎀용 프 로토콜을 개선하여 재구성하였다. 그러나, 무선 모뎀은 기존의 유선 매체를 대신해서 무선으로 데이터를 송수신할 수 있게 해주는 장비로서 각 송수신국들은 동일한 주파수 대역을 공유하는 방송형태를 통해서 정보를 주고받게 되는 네트워크의 형태와 같으므로 기존의 유선을 매체로 하는 모뎀과는 많은 차이점을 갖는다[8].
- 본 연구에서 제안한 패킷은 가장 작은 데이터인 IByte 를 전송하기 위해 9Byte의 패킷을 생성하며, 최대 크기인 256Byte에 대하여 265Byte의 패킷을 생성하게 된다.
- 본 연구의 실험에서는 2Byte가 소요되는 CRCT6으로 오 류를 검증하고 있으나 필요에 따라서는 4Byte 크기의 CRC- 32를 이용할 수 있다.
- 처리능력과 프로그램 적재 공 간의 제약이 있는 무선 모듈을 이용하여 로봇 제어 시스템을 구성하여 본 연구에서 제시한 프로토콜을 탑재하였으며, Java를 이용하여 응용프로그램을 개발함으로써 확장성을 높였다. 실시간으로 원격지의 동영상을 감시하면서 사용자가 실시간으로 로봇을 제어할 수 있도록 구성하였으며, 다 수의 로봇을 제어할 수 있도록 패킷을 구성하였다.
- 실험환경에서의 통신장애로 인해 100건의 전송에서 17 회의 재전송이 이루어졌으며, 이중에서 2번은 2차 전송이 진행되었다. 원격로봇으로부터의 응답을 통해 전송한 데 이터가 정확히 전송되기까지 오류에 의한 데이터 왜곡이 나 응답시간의 초과 등으로 발생될 수 있는 문제점을 해 소시키고 있음을 확인할 수 있다.
- 원격 로봇의 밧데리 전원을 고려하여 로봇에 장착된 카 메라는 제어용 컴퓨터에서 명령을 통해 전원을 조종할 수 있으며, 특정한 메시지를 전송할 수 있도록 대화창을 설치 하여 컴퓨터간의 대화가 가능하도록 구성하였다.
대상 데이터
- PIC 모듈을 이용해서 제어할 로봇의 구동부분은 1개의 DC모터와 2개의 방향전환용 서보 모터이다. 또한, P1C 모 듈은 무선 비디오 송신기의 작동여부와 무선 모듈을 통한 무선 통신, 그리고 작동 상태를 표시하는 LCD를 구동시켜 야 한다.
- 로봇은 무한궤도를 이용해서 주행하며, 이를 구동하기 위한 1개의 DC모터를 PIC의 PWM 채널로 속도를 제어한다. 로봇은 움직이는 방향을 제어하기 위해 전진과 후진을 제 어하는 1개의 서보 모터와 좌우 회전을 제어하는 1개의 서 보 모터를 각각 갖고 있으며, 각 서보 모터의 작동을 제어 하기 위해 1개씩의 PIC를 할당했다.
- 본 연구에 사용된 무선 모듈은 433.92MHz의 주파수로 최대 40kbps까지 전송할 수 있는 것으로 동작 특성상 송신 시작 후 약 3ms 정도는 불안정한 동작으로 인한 잡음 신호 가 출력되는 특성을 갖고 있다. 따라서, 프로토콜에 제시되 지 않은 동기용 데이터를 전송하는 과정이 요구되었다.
- 본 프로토콜의 실험에 사용된 로봇 시스템은 원격 이동 로봇과 로봇에게 명령을 지시하는 제어용 컴퓨터 시스템으 로 구성된다.
성능/효과
- 4GHz의 주파수로 로봇이 송 신하는 비디오 신호를 수신하여 캡처 시스템에 공급하며, 이러한 비디오 신호를 처리할 수 있는 하드웨어 시스템은 자바 JMF 패키지에 의해 자동으로 인식된다. 비디오 영상 을 실시간으로 캡처하여 재생하는 부분도 자바로 처리하여 인터넷 제어 시스템으로의 확장 가능성을 고려하였으며, 이 부분을 통해 로봇의 원격 감시가 가능하다.
- 실험환경에서의 통신장애로 인해 100건의 전송에서 17 회의 재전송이 이루어졌으며, 이중에서 2번은 2차 전송이 진행되었다. 원격로봇으로부터의 응답을 통해 전송한 데 이터가 정확히 전송되기까지 오류에 의한 데이터 왜곡이 나 응답시간의 초과 등으로 발생될 수 있는 문제점을 해 소시키고 있음을 확인할 수 있다. 물론, 실험환경에서 보다 악조건일 경우는 재전송 횟수 및 임계 대기시간을 조 정하여 원활한 패킷의 흐름이 가능하도록 조정할 필요가 있다.
- 실험은 연구실에 설치된 제어용 컴퓨터와 복도에서 원격 로봇을 운행할 수 있도록 설치하여 진행되었으며, 연구실과 복도사이에는 벽과 각종 통신장애물이 존재한다. 제어용 컴 퓨터로부터 반경 약 20미터내의 범위에서 로봇을 원격 조 정하는 과정에서의 패킷 오류로 인한 재전송 횟수와 로봇 에 전달된 데이터의 정확성을 확인했다.
- 본 논문에서는 로봇을 제어하기 위하여 저속의 무선 모 뎀에 적합한 프로토콜을 제안하였으며, 이를 원격 로봇 시스템에 구현하여 확인하였다. 처리능력과 프로그램 적재 공 간의 제약이 있는 무선 모듈을 이용하여 로봇 제어 시스템을 구성하여 본 연구에서 제시한 프로토콜을 탑재하였으며, Java를 이용하여 응용프로그램을 개발함으로써 확장성을 높였다. 실시간으로 원격지의 동영상을 감시하면서 사용자가 실시간으로 로봇을 제어할 수 있도록 구성하였으며, 다 수의 로봇을 제어할 수 있도록 패킷을 구성하였다.
후속연구
- 향후의 연구를 통해서는 블루투스의 주파수 도약과 같은 근본적인 보안수단이 없으므로 패킷 보안의 문제를 해결하고 상위 프로토콜과의 연계성을 확장시킨다면 정보가전이 나 홈 네트워킹 등의 분야에서 활용할 수 있는 실용성을 확보할 수 있을 것이다.
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