본 연구에서는 안드로이드 기반 스마트폰을 장착하여 지능형 로봇의 성능 구현이 가능하도록 스마트폰 애플리케이션과 로봇 플랫폼을 설계 및 구현하였다. 터치스크린, 사운드입출력, 네트워크 그리고 각종 센서 기능을 갖고 있는 스마트폰을 전원부와 모터 등의 단순 기능을 갖는 로봇플랫폼에 접목시켜 원격제어, 홈오토메이션, 게임기, R-러닝 등의 기능을 수행할 수 있도록 구현하였다. 연구에 사용된 스마트폰은 블루투스 통신을 이용하여 로봇과 데이터를 송수신하며 원격지의 컴퓨터와는 WI-FI를 통해 인터넷으로 통신을 수행하도록 설계 하였다.
본 연구에서는 안드로이드 기반 스마트폰을 장착하여 지능형 로봇의 성능 구현이 가능하도록 스마트폰 애플리케이션과 로봇 플랫폼을 설계 및 구현하였다. 터치스크린, 사운드 입출력, 네트워크 그리고 각종 센서 기능을 갖고 있는 스마트폰을 전원부와 모터 등의 단순 기능을 갖는 로봇플랫폼에 접목시켜 원격제어, 홈오토메이션, 게임기, R-러닝 등의 기능을 수행할 수 있도록 구현하였다. 연구에 사용된 스마트폰은 블루투스 통신을 이용하여 로봇과 데이터를 송수신하며 원격지의 컴퓨터와는 WI-FI를 통해 인터넷으로 통신을 수행하도록 설계 하였다.
In this study, the intelligent robot equipped with an Android-based smartphone to enable the implementation of the performance of smartphone applications and robot platform has been designed and implemented. Smart phone that have touch screen, sound input/output, network and various sensor functions...
In this study, the intelligent robot equipped with an Android-based smartphone to enable the implementation of the performance of smartphone applications and robot platform has been designed and implemented. Smart phone that have touch screen, sound input/output, network and various sensor functions to robot platform that have simplicity function of power and motor etc. graft together and embodied so that can achieve function of remote control, home automation, game machine, R-running race etc. Phone used in the study of the Bluetooth communication sending and receiving data between the robot and from a remote computer over the Internet via WI-FI is designed to perform communication.
In this study, the intelligent robot equipped with an Android-based smartphone to enable the implementation of the performance of smartphone applications and robot platform has been designed and implemented. Smart phone that have touch screen, sound input/output, network and various sensor functions to robot platform that have simplicity function of power and motor etc. graft together and embodied so that can achieve function of remote control, home automation, game machine, R-running race etc. Phone used in the study of the Bluetooth communication sending and receiving data between the robot and from a remote computer over the Internet via WI-FI is designed to perform communication.
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문제 정의
본 논문에서는 그림 1과 같이 다양한 기능을 가진 스마트폰을 활용하여 고가의 지능형로봇의 성능을 낼 수 있도록 거리감지 센서, 충전, 구동, 스마트폰 장착 등의 기본적인 기능을 갖는 로봇플랫폼을 개발하였다. 또한 안드로이드 기반의 스마트폰 애플리케이션은 로봇과 데이터를 송수신하고 원격지의 컴퓨터등과 네트워크로 접속될 수 있도록 개발하였다.
기존 지능형 로봇은 임베디드 보드 및 디스플레이 장치가 로봇에 고정 장착된 형태이다. 그러나 본 연구에서는 사용자의 스마트폰을 손쉽게 장착하여 지능형 로봇의 기능을 수행하는 것이다.
본 연구에서는 스마트폰 이용자가 사용하던 스마트폰을 모터 구동회로, 전원회로, 블루투스 통신회로 등의 단순 기능이 탑재된 로봇플랫폼에 장착하여 지능형 로봇의 성능을 구현하도록 개발 하였다.
제안 방법
본 논문에서는 그림 1과 같이 다양한 기능을 가진 스마트폰을 활용하여 고가의 지능형로봇의 성능을 낼 수 있도록 거리감지 센서, 충전, 구동, 스마트폰 장착 등의 기본적인 기능을 갖는 로봇플랫폼을 개발하였다. 또한 안드로이드 기반의 스마트폰 애플리케이션은 로봇과 데이터를 송수신하고 원격지의 컴퓨터등과 네트워크로 접속될 수 있도록 개발하였다.
안드로이드는 자바 기반이며 라이브러리와 SDK가 공개되어 있어 누구나 어플리케이션을 개발할 수 있다. 또한 배포 도구가 포함된 모든 라이브러리가 공개되어 있어 어플리케이션 개발 및 배포에 제약이 없다는 점과 외부 장치와 블루투스를 이용하여 손쉽게 통신을 할 수 있다는 장점이 있어 본 연구에서는 안드로이드 기반 스마트폰을 사용하였다.
본 연구에서 지능형 로봇은 로봇제어용 하드웨어 및 펌웨어, 스마트폰 앱 프로그램 그리고 로봇기구 등 크게 세 부분으로 나누어 설계하였다.
마이크로컨트롤러는 ATmega16(16Kbyte Flash, I/O 32Pin)를 사용하였으며 스마트폰과의 통신을 위한 블루투스 모듈과는 USART를 이용하여 115Kbps로 통신한다. 로봇 주변의 물체를 감지하기 위한 PSD센서의 출력이 아날로그 값이기 때문에 컨트롤러에 내장된 ADC를 이용하여 거리를 측정한다. 그리고 DC모터를 구동하기 위한 드라이버로 L298을 사용하여 모터 당 1A의 전류공급이 가능하다.
시중에 판매되는 스마트폰은 크기와 두께 화면과 카메라의 위치 등이 다르게 디자인되어 있다. 이러한 스마트폰들을 장착할 수 있는 거치대를 모두 제작할 수 없기 때문에 사용자에게 맞는 시중에 판매되는 스마트폰 거치대를 사용하여 로봇에 장착할 수 있는 구조를 만들기 위해 로봇의 상판 윗면을 평평하고 매끄럽게 제작하였다.
둘째, 스마트폰이 로봇에 장착된 상태에서 로봇과 스마트폰이 동시에 충전될 수 있도록 로봇 후면에 USB 충전 단자를 2개 배치하였다. 스마트폰 충전기를 로봇에 연결하고 로봇의 USB단자를 이용하여 스마트폰을 충전할 수 있도록 설계하였다.
둘째, 스마트폰이 로봇에 장착된 상태에서 로봇과 스마트폰이 동시에 충전될 수 있도록 로봇 후면에 USB 충전 단자를 2개 배치하였다. 스마트폰 충전기를 로봇에 연결하고 로봇의 USB단자를 이용하여 스마트폰을 충전할 수 있도록 설계하였다.
셋째, 로봇 전면부에 설치된 PSD센서를 보호하기 위해 전면의 양쪽 모서리 부분을 돌출시켜 외부의 물리적 충격에서 센서를 보호할 수 있도록 설계하였다.
넷째, 모터에 연결된 바퀴가 외부에 노출되어 파손되는 것을 최소화하기 위해 바퀴 커버가 장착 되도록 설계하였다.
안드로이드 기반 스마트폰의 애플리케이션 개발 툴은 이클립스(eclipse)를 이용했으며 안드로이드 버전은 2.2 프로요, 2.3 진저브레드, 3.1 허니컴에서 각각 테스트를 진행하였다.
개발된 애플리케이션의 주요 기능은 그림 8과 같이 무선 로봇조종, 로봇 프로그램 선택, 로봇 및 스마트폰의 센서정보 출력, 출입자 감시 및 사진촬영 후 무선 네트워크 전송, 동영상 원격 감시 그리고 음성인식을 이용한 로봇 제어, TTS(Text to Speech) 등이다.
촬영된 영상을 jpg타입으로 SD메모리의 특정 위치에 저장한 다음 소켓을 이용하여 파일을 무선인터넷을 통해 전송하도록 설계 하였다.
그 외에 구글의 음성인식 기능과 TTS(Text to Speech) 기능을 활용하여 로봇을 음성으로 제어하고 결과를 음성으로 출력하도록 하였다. 이 기능은 음성으로 로봇을 움직일 수 있으며 TV ON/OFF, 채널 및 볼륨을 조절할 수 있도록 로봇에 내장된 리모컨에 제어 신호를 전송한다.
이 기능은 음성으로 로봇을 움직일 수 있으며 TV ON/OFF, 채널 및 볼륨을 조절할 수 있도록 로봇에 내장된 리모컨에 제어 신호를 전송한다. 또한 별도의 전력제어장치를 통해 실내의 전력을 제어할 수 있도록 설계 하였다.
그리고 인터넷을 통한 비디오 스트리밍으로 원격지의 웹 카메라에 접속하여 실시간 감시가 가능하도록 하였으며 웹 카메라에 장착된 모터를 제어하여 카메라의 회전이 가능하도록 하였으며 그림 12와 같이 디자인 하였다.
대상 데이터
마이크로컨트롤러는 ATmega16(16Kbyte Flash, I/O 32Pin)를 사용하였으며 스마트폰과의 통신을 위한 블루투스 모듈과는 USART를 이용하여 115Kbps로 통신한다. 로봇 주변의 물체를 감지하기 위한 PSD센서의 출력이 아날로그 값이기 때문에 컨트롤러에 내장된 ADC를 이용하여 거리를 측정한다.
성능/효과
첫째, 다양한 종류의 스마트폰을 장착할 수 있어야 한다는 점이다. 시중에 판매되는 스마트폰은 크기와 두께 화면과 카메라의 위치 등이 다르게 디자인되어 있다.
개발된 로봇은 K사의 지능형 로봇 M과 비교하여 임베디드 부분에서는 표 2와 같이 보다 우수한 성능을 갖고 있음을 확인할 수 있다. 다만 디자인과 구동부에서는 보완이 필요했으며 다양한 콘텐츠의 접목이 필요한 과제로 남아있다.
후속연구
이 방식은 고속으로 여러 제어대상을 제어할 수 있는 장점이 있으나 배선의 복잡함이나 제어기와 로봇과의 전기적 충돌 등으로 인한 오류발생의 문제점을 갖고 있다. 또한 지능형 로봇에 필요한 카메라, 무선통신 그리고 각종 센서 등의 하드웨어 기능을 포함하고 있지 않아 추가 부품을 필요로 한다.
이 연구를 통해 고가로 구매한 스마트폰의 활용도를 높여주며 저렴하고 편리하게 지능형 로봇을 사용할 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
스마트폰을 활용하는 분야는?
2009년 80만 명이였던 국내 스마트 기기 개인 사용자는 2011년 9월 기준 1,867만 명으로 급증하였다. 스마트폰을 활용하는 분야는 기존 휴대전화가 제공하던 음성통화, 문자메시지, 카메라 기능 뿐 아니라 컴퓨터에서 제공되던 인터넷 검색, 위치검색, 이메일, 문서작성 그리고 주변기기 제어까지 광범위하게 넓다[4].
기존 지능형로봇에 사용되던 임베디드 보드의 가장 큰 특징은?
기존 지능형로봇에 사용되던 임베디드 보드의 가장 큰 특징은 HRI(Human Robot Interface)의 구현에 있다. 따라서 사용자의 스크린 터치나 음성을 입력 받아 제어대상이 되는 로봇을 직접 제어할 수 있도록 하드웨어 포트가 제공되었다.
본 연구에서 안드로이드 기반 스마트폰을 장착하여 지능형 로봇의 성능 구현이 가능하도록 스마트폰 애플리케이션과 로봇 플랫폼을 어떻게 설계 및 구현했는가?
본 연구에서는 안드로이드 기반 스마트폰을 장착하여 지능형 로봇의 성능 구현이 가능하도록 스마트폰 애플리케이션과 로봇 플랫폼을 설계 및 구현하였다. 터치스크린, 사운드 입출력, 네트워크 그리고 각종 센서 기능을 갖고 있는 스마트폰을 전원부와 모터 등의 단순 기능을 갖는 로봇플랫폼에 접목시켜 원격제어, 홈오토메이션, 게임기, R-러닝 등의 기능을 수행할 수 있도록 구현하였다. 연구에 사용된 스마트폰은 블루투스 통신을 이용하여 로봇과 데이터를 송수신하며 원격지의 컴퓨터와는 WI-FI를 통해 인터넷으로 통신을 수행하도록 설계 하였다.
참고문헌 (9)
Jong-Cheol Kim, Hyun-Ho Kim "An Edutainment Mon-E Robot for Young Children", Journal of the Korea Robotics Society Vol. 16, No. 2 pp. 147-155, 2011.
Joung Woo Ryu, Cheonshu Park, Jaehong Kim, Sangseung Kang, Jinhwan Oh, Joochan Sohn, Hyun Kyu Cho "KOBIE: A Pet-type Emotion Robot", Journal of the Korea Robotics Society Vol. 13, No. 2 pp. 154-163, 2008.
"Research on the Actual Condition of the Robot Industry", Korea Association of Robot Industry, 2011.
Jun-Il Choi, Dal-Suk yoon, Joong-Hyuk Chang, "A System for Marking the Absence using a Smart-Phone", Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society Vol. 12, No. 9 pp. 4160-4168, 2011.
Han Chang-shu, Ryu Young-seon, "Development & Application of Intelligent Service Robot", Cheong Media, 2009.
Nam Sang-yeop, Jeong Wan-gyun, Choe Yeong-jin, "Structure & Application of Intelligent Robot", Sang Hak dang, 2006.
Son Su-guk, Jo Seung-ho, "Understanding and real of programming in Android", Life & Power Press, 2010.
Lee Cheul-Hee, Park Hyoung-Keun, "Development of Embedded System for Home Automation using Android OS", Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society Vol. 12, No. 10 pp.4574 -4577, 2011
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