최근 원자력 발전소의 방사능 누출 사고, 삼성 불산 유출사건 등의 재난과 같은 사고는 사람이 직접 복구 작업이나 관리하기 매우 위험하다. 따라서 사람을 대신해 사고장소의 정찰이나 작업을 할 수 있는 무인로봇의 활용이 필요하며, 이를 위해 Mbed (ARM 프로세서)에서 온도/가스 센서와 습도 센서를 이용해 캠 카메라를 통해 영상을 전송받을 수 있도록 하여 시설물 곳곳을 감시할 수 있는 감시스마트로봇을 설계 시험하였다. 또한 외부에서도 인터넷망만 접속되면 HTTP Server를 통하여 PC, Android로 원격조종을 할 수 있도록 하여 시간, 장소에 관계없이 로봇을 원하는 곳으로 주행할 수 있도록 하였다. 이와 같은 감시스마트로봇은 24시간 감시 할 수 있으므로 사고발생의 최소화 및 범죄예방 등의 여러 목적으로 활용할 수 있고 사고 발생 시 빠른 대응을 할 수 있다. 아울러 사람대신 사용할 수 있으므로 인건비를 절감하여 경제적인 효과까지 기대할 수 있다.
최근 원자력 발전소의 방사능 누출 사고, 삼성 불산 유출사건 등의 재난과 같은 사고는 사람이 직접 복구 작업이나 관리하기 매우 위험하다. 따라서 사람을 대신해 사고장소의 정찰이나 작업을 할 수 있는 무인로봇의 활용이 필요하며, 이를 위해 Mbed (ARM 프로세서)에서 온도/가스 센서와 습도 센서를 이용해 캠 카메라를 통해 영상을 전송받을 수 있도록 하여 시설물 곳곳을 감시할 수 있는 감시스마트로봇을 설계 시험하였다. 또한 외부에서도 인터넷망만 접속되면 HTTP Server를 통하여 PC, Android로 원격조종을 할 수 있도록 하여 시간, 장소에 관계없이 로봇을 원하는 곳으로 주행할 수 있도록 하였다. 이와 같은 감시스마트로봇은 24시간 감시 할 수 있으므로 사고발생의 최소화 및 범죄예방 등의 여러 목적으로 활용할 수 있고 사고 발생 시 빠른 대응을 할 수 있다. 아울러 사람대신 사용할 수 있으므로 인건비를 절감하여 경제적인 효과까지 기대할 수 있다.
Catastrophic disasters are sprouting out recently, i.e., the radiation leaks and the hydrofluoric acid gas leaks, etc. The restoration work for these kinds of disasters is very harmful and dangerous for human beings to handle themselves, thus allowing manless robots to fly the reconnaissance planes ...
Catastrophic disasters are sprouting out recently, i.e., the radiation leaks and the hydrofluoric acid gas leaks, etc. The restoration work for these kinds of disasters is very harmful and dangerous for human beings to handle themselves, thus allowing manless robots to fly the reconnaissance planes over to the disaster stricken areas and do the necessary work instead. For this endeavor and purpose, we created and tested an intelligent robot that can inspect those areas, using Mbed (ARM processor) technology temperature sensors and gas sensors aided by CAM (Computer-Aided Manufacturing) cameras. Also, HTTP Server, PC, androids and their combined efforts allow their remote controlled operation from far away with timing control. These intelligent robots can be on duty for 24 hours, minimizing the accidents and crimes and what not, and can respond more quickly when these misfortunes actually happen. We can anticipate the economic effects as well, derived from the reduced needs for hiring human resources.
Catastrophic disasters are sprouting out recently, i.e., the radiation leaks and the hydrofluoric acid gas leaks, etc. The restoration work for these kinds of disasters is very harmful and dangerous for human beings to handle themselves, thus allowing manless robots to fly the reconnaissance planes over to the disaster stricken areas and do the necessary work instead. For this endeavor and purpose, we created and tested an intelligent robot that can inspect those areas, using Mbed (ARM processor) technology temperature sensors and gas sensors aided by CAM (Computer-Aided Manufacturing) cameras. Also, HTTP Server, PC, androids and their combined efforts allow their remote controlled operation from far away with timing control. These intelligent robots can be on duty for 24 hours, minimizing the accidents and crimes and what not, and can respond more quickly when these misfortunes actually happen. We can anticipate the economic effects as well, derived from the reduced needs for hiring human resources.
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문제 정의
따라서 본 논문에서는 감시지역의 복잡도나 넓이에 상관없이 이동형으로 상황을 인지할 수 있는 감시스마트로봇 시스템을 제안하고자 한다. 제안한 감시스마트로봇시스템은 CCD 카메라를 부착하여 가스, 온도, 습도 센서 이외에 직접 상황을 주시하고, 효율적으로 사건 발생 지역을 감시 및 관할 할 수 있도록 하였다.
제안 방법
Android에서는 라이브 스트리밍 영상을 받는 앱을 만들기 쉽지만 센서로 수신하는 데이터와 자동차 모듈의 이동 제어, 영상 스트리밍 정보를 통합하여 관리하는 앱이 필요하여 Android 개발용 컴파일러를 이용해 직접 구성하였다. Http 기반의 스트리밍 소스를 그대로 올리면 Android 기기에서는 데이터가 아닌 인터넷 URL로 인식하여 인터넷 창을 열기 때문에 이를 방지하도록 Real Time Streaming Protocol (RTSP) 방식으로 전환하여 전송하였다.
그리고 Uri에 미리 선언해둔 streamPath를 지정한 다음 실시간영상을 스트리밍서버에서 받아와 스마트폰내부의 플레이어로 보여준다. Mbed Activity에서 DroidGap를 상속받아 앱 창에 맞게 웹페이지를 Load 한다.
감시스마트로봇의 움직임을 제어하는 부분은 웹 서버와 비동기적으로 데이터를 교환하고 조작하기 위해 AJAX기술인 Http Request를 사용하여 웹페이지의 각 버튼에 Javascript로 서버에 정해진 값을 전달 해 주도록 하였다. 웹페이지로 제어할 때 앱 없이 브라우저만으로 제어할 수 있는 하이브리드 앱 방식을 사용하였다.
제안한 감시스마트로봇시스템은 CCD 카메라를 부착하여 가스, 온도, 습도 센서 이외에 직접 상황을 주시하고, 효율적으로 사건 발생 지역을 감시 및 관할 할 수 있도록 하였다. 또한 감시로봇시스템과 이를 스마트통신 기능을 탑재한 Android 모바일 통신기기와 연동하여 원거리에서도 상황을 판단하고 주시할 수 있게 하였으며, 센서기반으로 반응하는 현장상황의 문제점을 시각적으로 확인하여 상황 처리를 할 수 있도록 하였다.
감시스마트로봇의 움직임을 제어하는 부분은 웹 서버와 비동기적으로 데이터를 교환하고 조작하기 위해 AJAX기술인 Http Request를 사용하여 웹페이지의 각 버튼에 Javascript로 서버에 정해진 값을 전달 해 주도록 하였다. 웹페이지로 제어할 때 앱 없이 브라우저만으로 제어할 수 있는 하이브리드 앱 방식을 사용하였다. 이 방법은 1인칭 시점에서 감시스마트로봇을 제어하지는 못하지만 해상도면에서 고품질의 영상을 받아 볼 수 있었고 전송속도도 빨라 delay현상을 감소시킬 수 있었다.
대상 데이터
Android는 스마트 기능을 갖는 단말기를 의미하며 스마트 태블릿으로도 Wi-Fi만 된다면 PC와 똑같이 로봇을 조종할 수 있다. Android용으로 제작했으나 iOS에서도 호환이 되는 HTML5 하이브리드 소스를 사용하였다.
Micro Controller Unit (MCU)는 Mbed NXP LPC1768을 사용하였다. 이 MCU는 많이 사용하는 ATmega(8)와는 달리 웹브라우저를 통한 온라인 컴파일 및 소스 버전 관리 기능, 커뮤니티를 통한 라이브러리 공개와 방대한 개인 위키 페이지, 고성능 32비트 ARM 코어와 그 외 다양한 기능을 제공한다.
라이브 스트리밍에서는 패킷 형태로 데이터를 전환할 전용 서버는 라즈베리파이라는 소형 리눅스 컴퓨터로 하였다. 라즈베리파이의 전압 공급은 Mbed와의 전압 분배를 고려하지 않아도 되는 스마트폰에 사용되는 보조 배터리를 이용하였다.
성능/효과
Android 앱을 통해 감시스마트로봇 자체를 조종할 수 있으며 전진, 후진, 좌 · 우로 이동이 가능하다. 감시스마트로봇에 있는 Mbed에서 수신되는 센서 값은 항상 실시간으로 수신되어 웹서버에 저장되고 웹페이지나 Android 앱으로 실시간 확인되었다. 수신되는 센서 값 중에 특정 상황이 발생되는 경우 감시스마트로봇과 Android 앱에 알림이 전송되어 사용자에게 이를 알려주었고 웹카메라 영상은 실시간 스트리밍 서버를 통해 언제든 Android 앱으로 확인할 수 있었다.
넷째, 감시스마트로봇에 탑재 된 온 · 습도 센서나 가스감지 센서 등을 통해 그 지역의 상태를 지속적으로 체크한다. 다섯째, 감시스마트로봇의 조종과 카메라 모니터링은 어디서나 간편하게 할 수 있도록 한다. Figure 1은 제안한 시스템의 블록다이어그램이다.
첫째, 사람이 접근하기 힘든 환경에서도, 온도나 가스분포도 상태를 지속적으로 모니터링 할 수 있으며 침입자의 유무를 판단하는 방범기능을 갖게 한다. 둘째, 현장을 어디에서나 카메라를 통해 감시할 수 있으며, 실시간 영상을 Android 기기나 PC로 전송할 수 있게 한다. 셋째, 특정 지역을 원하는 대로 감시할 수 있도록 감시스마트로봇의 조종을 Android 기기로 가능하게 한다.
수신되는 센서 값 중에 특정 상황이 발생되는 경우 감시스마트로봇과 Android 앱에 알림이 전송되어 사용자에게 이를 알려주었고 웹카메라 영상은 실시간 스트리밍 서버를 통해 언제든 Android 앱으로 확인할 수 있었다. 또한 고품질영상임에도 빠른 전송속도로 지연현상을 감소시켰으며 전원 분배문제를 해소하였다. Ethernet 통신망을 사용하고 HTTP Server에 AJAX기법으로 감시스마트로봇을 제어하여 인터넷이 연결되어 있는 곳이라면 거리에 제약 없이 어느 곳에서나 감시스마트로봇을 제어하고 데이터를 확인 할 수 있어 감시 및 정찰 기능을 쉽게 수행 할 수 있다.
둘째, 현장을 어디에서나 카메라를 통해 감시할 수 있으며, 실시간 영상을 Android 기기나 PC로 전송할 수 있게 한다. 셋째, 특정 지역을 원하는 대로 감시할 수 있도록 감시스마트로봇의 조종을 Android 기기로 가능하게 한다. 넷째, 감시스마트로봇에 탑재 된 온 · 습도 센서나 가스감지 센서 등을 통해 그 지역의 상태를 지속적으로 체크한다.
감시스마트로봇에 있는 Mbed에서 수신되는 센서 값은 항상 실시간으로 수신되어 웹서버에 저장되고 웹페이지나 Android 앱으로 실시간 확인되었다. 수신되는 센서 값 중에 특정 상황이 발생되는 경우 감시스마트로봇과 Android 앱에 알림이 전송되어 사용자에게 이를 알려주었고 웹카메라 영상은 실시간 스트리밍 서버를 통해 언제든 Android 앱으로 확인할 수 있었다. 또한 고품질영상임에도 빠른 전송속도로 지연현상을 감소시켰으며 전원 분배문제를 해소하였다.
웹페이지로 제어할 때 앱 없이 브라우저만으로 제어할 수 있는 하이브리드 앱 방식을 사용하였다. 이 방법은 1인칭 시점에서 감시스마트로봇을 제어하지는 못하지만 해상도면에서 고품질의 영상을 받아 볼 수 있었고 전송속도도 빨라 delay현상을 감소시킬 수 있었다.
따라서 본 논문에서는 감시지역의 복잡도나 넓이에 상관없이 이동형으로 상황을 인지할 수 있는 감시스마트로봇 시스템을 제안하고자 한다. 제안한 감시스마트로봇시스템은 CCD 카메라를 부착하여 가스, 온도, 습도 센서 이외에 직접 상황을 주시하고, 효율적으로 사건 발생 지역을 감시 및 관할 할 수 있도록 하였다. 또한 감시로봇시스템과 이를 스마트통신 기능을 탑재한 Android 모바일 통신기기와 연동하여 원거리에서도 상황을 판단하고 주시할 수 있게 하였으며, 센서기반으로 반응하는 현장상황의 문제점을 시각적으로 확인하여 상황 처리를 할 수 있도록 하였다.
감시스마트로봇시스템의 주요기능은 다음과 같다. 첫째, 사람이 접근하기 힘든 환경에서도, 온도나 가스분포도 상태를 지속적으로 모니터링 할 수 있으며 침입자의 유무를 판단하는 방범기능을 갖게 한다. 둘째, 현장을 어디에서나 카메라를 통해 감시할 수 있으며, 실시간 영상을 Android 기기나 PC로 전송할 수 있게 한다.
후속연구
유 · 무선 공유기 환경은 Mbed내의 서버와 Android 앱의 IP를 설정하고 Port Forwarding을 통해 공유기 내부 망에 접근하면 Android 앱으로도 쉽게 구현할 수 있었다. 그러나 Android로 PhoneGap을 사용하여 웹페이지를 보여주는 방식이 아닌 직접 서버와 통신하는 앱을 만들어 적용한다면 더 정교한 제어가 가능할 것이다.
참고문헌 (8)
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