[논문]자이로 센서를 이용한 유모차 자동 브레이크 시스템

민백규; 박건우; 박정배; 김현아; 고윤석

doi:10.13067/jkiecs.2017.12.4.599

자이로 센서를 이용한 유모차 자동 브레이크 시스템
Automatic Brake System For Stroller Using Gyro Sensor 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.12 no.4, 2017년, pp.599 - 606

민백규 (남서울대학교 전자공학과) , 박건우 (남서울대학교 전자공학과) , 박정배 (남서울대학교 전자공학과) , 김현아 (남서울대학교 전자공학과) , 고윤석 (남서울대학교 전자공학과)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 유모차 안전사고를 줄이기 위하여 유모차 자동 브레이크 시스템을 설계, 제작하였다. 아두이노를 기반으로 초음파센서를 이용하여 운전자 손의 핸들 접촉 유무를 판단하고, 자이로 센서로 유모차의 현재 기울어진 정도를 검출하도록 설계하였다. 다음 유모차 운전자의 손이 인식되지 않고 기울기가 특정각도를 넘어가면 서보모터가 작동하여 유압식 브레이크를 작동시켜 내리막길에서의 사고를 방지하도록 설계, 제작하였다. 끝으로 현재 상태표시 및 브레이크 원격제어가 가능하도록 스마트폰 기반의 어플리케이션을 개발하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, the automatic control system of the stroller brake was designed and manufactured to reduce the safety accident of the stroller. The ultrasonic sensors are used to determine whether the handle of the driver's hand is touching or not, and the gyro sensor is designed to detect the current tilt of the baby carriage. If the next driver's hand is not recognized and the tilt exceeds a certain angle, the servo motor is activated and the hydraulic brake is operated to prevent the accident on the downhill road. Finally, in this paper, a smart phone-based application was developed to make the remote control of the brake possible.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서 본 논문에서 경사진 도로에서 부주위로 인한 미끄러짐 사고를 방지하기 위해 자이로 센서를 이용한 유모차 자동 브레이크 시스템을 제안한다. 먼저 기울어진 도로에서 유모차 손잡이에 운전자의 손을 감지할 수 있도록 초음파 센서를 연결하고 손이 센서에서 떨어지면 서보모터를 이용하여 유모차 바퀴에 브레이크를 작동시킴으로서 미끄러짐 사고를 방지하는 시스템을 개발하여 아이들의 안전사고를 감소시키는 것을 연구 목적으로 한다.
따라서 본 논문에서 경사진 도로에서 부주위로 인한 미끄러짐 사고를 방지하기 위해 자이로 센서를 이용한 유모차 자동 브레이크 시스템을 제안한다. 먼저 기울어진 도로에서 유모차 손잡이에 운전자의 손을 감지할 수 있도록 초음파 센서를 연결하고 손이 센서에서 떨어지면 서보모터를 이용하여 유모차 바퀴에 브레이크를 작동시킴으로서 미끄러짐 사고를 방지하는 시스템을 개발하여 아이들의 안전사고를 감소시키는 것을 연구 목적으로 한다.
본 논문에서는 경사진 도로에서 부주위로 인한 미끄러짐 사고를 방지하기 위해 자이로 센서를 이용한 유모차 자동 브레이크 시스템을 설계, 제작하였다. 따라서 개발된 자동 브레이크 시스템의 유효성을 확인하기 위해 먼저, 초음파 센서의 거리 측정의 정확도를 확인하고 다음 경사도에 따른 제동거리를 측정, 성능을 검증한다.
본 논문의 목적은 유모차의 안전성을 개선하기 위한 자동 브레이크 시스템을 설계, 제작하는 것이다. 즉, 유모차 운전 중 부주의로 발생할 수 있는 추락,미끄러짐 사고를 예방하기 위한 것이다.

제안 방법

가속도 센서는 가만히 있을 때 센서에 작용하는 중력가속도를 X, Y, Z 축으로 벡터 3개로 나누어 크기를 측정해 준다. 진동과 외력(이동)에 측정값이 왜곡될 수 있지만 시간이 지나도 오차에 강한 특징을 가진다.
각속도를 측정하여 이 자이로 값을 적분하면 각도를 얻을 수 있는데, 적분과정에서 누적오차가 발생하기 때문에 이를 최소화시키기 위하여 칼만 필터를 적용 실험을 하였다. 그림 8을 통해 칼만 필터 적용 후의 값들이 적용 전의 값들보다 안정적으로 나오는 것을 확인 할 수 있다.
그림 6에 보인바와 같이, 바퀴부에 디스크로터를 부착하고 유압식 브레이크를 유모차 중심부에 연결하여 아두이노의 서보모터를 제어함으로서자동 브레이크가 이루어지도록 구성하였다.
본 논문에서는 경사진 도로에서 부주위로 인한 미끄러짐 사고를 방지하기 위해 자이로 센서를 이용한 유모차 자동 브레이크 시스템을 설계, 제작하였다. 따라서 개발된 자동 브레이크 시스템의 유효성을 확인하기 위해 먼저, 초음파 센서의 거리 측정의 정확도를 확인하고 다음 경사도에 따른 제동거리를 측정, 성능을 검증한다.
본 논문에서는 수동으로 브레이크를 제어하는 기존의 유모차와는 달리 유모차에 디스크 로터를 부착하고 유압식 브레이크를 유모차 중심부에 연결하여 서보모터를 이용하여 브레이크가 동작하도록 설계한다. 이를 실현하기 위한 주 제어장치로는 아두이노 우노가 채택되었다.
본 논문에서는 운전자의 손과 핸들과의 거리를 측정하기 위한 센서로 초음파 센서가 선택된다. 거리측정을 위한 초음파 센서는 송신부와 수신부로 나뉘어져 있으며, 송신부에서 일정한 시간의 간격을 둔 짧은, 초음파 펄스를 방사하고, 대상물에 부딪혀 돌아온 에코 신호를 수신부에서 받아, 이에 대한 시간차를 기반으로 거리를 산출한다.
앱 인벤터를 이용하여 폼을 구성하였고 블루투스 연결 버튼을 통해 주소를 읽어들여 아두이노와 연동하도록 하였다. 다음 라벨을 통해 기울기와 온도 값을 확인 할 수 있게 했으며, ONㆍOFF 버튼을 통해 서보모터를 작동하여 유모차 브레이크를 제어할 수 있도록 설계하였다.
주제어장치는 아두이노를 바탕으로 센서들을 연동하여 유모차 중심에 부착한 자이로센서와 손잡이에 부착한 초음파센서를 통해 기울기 값과 유모차와 운전자사이의 거리를 측정하여 경사진 도로에서 운전자가 유모차를 잡고 있지 않을 경우 서보모터를 통해 브레이크를 자동으로 제어한다. 또한 LCD를 통해 운전자에게 현재 온도와 기울기 값을 나타내주며, 블루투스를 이용하여 스마트 폰과 유모차를 연동하는 기능을 가진다.
초음파 센서의 거리감지 능력을 통해 거리측정 실험을 실시하였다.

대상 데이터

블루투스 무선 시스템은 ISM(Industrial Scient-ific and Medical) 주파수 대역인 2400∼2483.5MHz를 사용한다. 이 중 위아래 주파수를 쓰는 다른 시스템들의 간섭을 막기 위해 2400MHz 이후 2MHz,2483.

성능/효과

그런데 각속도이기 때문에 각도(위치)를 구하려면 적분을 해줘야 하는데, 적분을 하는 과정에서 센서의 노이즈도 같이 적분되기 때문에 누적오차가 커지게 된다. 결론적으로 자이로센서는 실제 움직임과 비슷한 값(정확한 값)을 출력하지만 누적오차가 발생한다.
66%로 매우 적은 것을 확인할 수 있었다. 서보모터 각도에 따른 브레이크 동작 실험을 하였으며, 30°를 작동하였을 경우 브레이크 동작이 100%의 성공률을 보였다. 궁극적으로 실제 경사진 도로에서 자동제어 브레이크 시스템을 사용한 유모차가 일반 유모차 보다 추락이나 미끄러지는 경우가 현저히 적었다.
초음파 센서는 적외선 센서처럼 물리적으로 직접 힘을 가하지 않아도 사용이 가능하기 때문에 1차적으로 용이하다는의견이 나왔고, 적외선 센서처럼 시간이나 장소에 크게 영향을 받지 않기 때문에 초기에 나왔던 센서 중에서 초음파 센서가 가장 적합하다는 결론을 내렸다. 초음파 거리측정 실험을 통해 초음파 센서와 물체의 거리가 10cm일 경우 오차가 3.66%로 매우 적은 것을 확인할 수 있었다. 서보모터 각도에 따른 브레이크 동작 실험을 하였으며, 30°를 작동하였을 경우 브레이크 동작이 100%의 성공률을 보였다.
즉, 유모차 운전 중 부주의로 발생할 수 있는 추락,미끄러짐 사고를 예방하기 위한 것이다. 초음파 센서는 적외선 센서처럼 물리적으로 직접 힘을 가하지 않아도 사용이 가능하기 때문에 1차적으로 용이하다는의견이 나왔고, 적외선 센서처럼 시간이나 장소에 크게 영향을 받지 않기 때문에 초기에 나왔던 센서 중에서 초음파 센서가 가장 적합하다는 결론을 내렸다. 초음파 거리측정 실험을 통해 초음파 센서와 물체의 거리가 10cm일 경우 오차가 3.

후속연구

실험 결과를 통해서, 본 논문에서 제안된 자동 브레이크 시스템은 유모차 운전 중 부주의로 발생할 수 있는 안전사고를 미리 차단하여 영유아 유모차 사고율을 감소시킬 수 있을 것으로 기대된다. 또한 가까운 미래에 이러한 자동 브레이크 시스템을 적용한 새로운 형태의 유모차가 출현할 것으로 예상된다.
따라서 이들 위험으로부터 유모차의 안전성을 확보하기 위해서는 경사 시 미끄럼을 인식하고 스스로 위험성을 판단하여 자동으로 제동을 가할 수 있는 자동 브레이크 시스템이 도입될 필요가 있다. 또한 보다 높은 안전도를 확보하기 위해서는 기울기 및 온도 등 유모차의 현재 상태 및 원격 제어가 가능한 스마트 폰 연동 브레이크 제어 기능이 개발될 필요가 있다.
실험 결과를 통해서, 본 논문에서 제안된 자동 브레이크 시스템은 유모차 운전 중 부주의로 발생할 수 있는 안전사고를 미리 차단하여 영유아 유모차 사고율을 감소시킬 수 있을 것으로 기대된다. 또한 가까운 미래에 이러한 자동 브레이크 시스템을 적용한 새로운 형태의 유모차가 출현할 것으로 예상된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	블루투스 무선 시스템이 사용하는 주파수 대역은?	블루투스 무선 시스템은 ISM(Industrial Scient-ific and Medical) 주파수 대역인 2400∼2483.5MHz를 사용한다. 이 중 위아래 주파수를 쓰는 다른 시스템들의 간섭을 막기 위해 2400MHz 이후 2MHz,2483.
	유모차 안전사고가 일어나는 가장 큰 원인은 무엇인가?	사고가 일어나는 이유를 분석해보면, 경사진 도로에서 브레이크를 걸어놓지 않은 부주의가 가장 큰 원인이 되고 있다. 따라서 이들 위험으로부터 유모차의 안전성을 확보하기 위해서는 경사 시 미끄럼을 인식하고 스스로 위험성을 판단하여 자동으로 제동을 가할 수 있는 자동 브레이크 시스템이 도입될 필요가 있다.
	본 논문에서 유모차 안전사고 중 가장 큰 원인이 되고 있는 브레이크 부주의를 해결하기 위해 어떤 시스템을 구상하였는가?	따라서 본 논문에서 경사진 도로에서 부주위로 인한 미끄러짐 사고를 방지하기 위해 자이로 센서를 이용한 유모차 자동 브레이크 시스템을 제안한다. 먼저 기울어진 도로에서 유모차 손잡이에 운전자의 손을 감지할 수 있도록 초음파 센서를 연결하고 손이 센서에서 떨어지면 서보모터를 이용하여 유모차 바퀴에 브레이크를 작동시킴으로서 미끄러짐 사고를 방지하는 시스템을 개발하여 아이들의 안전사고를 감소시키는 것을 연구 목적으로 한다.

참고문헌 (10)

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D. Jeon, "A study on the Implementation of Wireless Sensor Network for Wireless Home Networking," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 7, no. 6, 2012, pp. 1337-1342.
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D. Ryu and T. Choi, "A Development of Smart Sensing Device for Monitoring Abnormal Vibration of Industrial Equipment," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 12, no. 2, 2017, pp. 361-366.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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