1. 수행배경

세계적인 유명인사인 스티브 잡스는 '4차 산업혁명이 대두됨에 따라 전반적인 일상생활들은 스마트하게 변화하게 될 것이다'라고 말한 바 있다.

이러한 트렌드에 맞춰 독일의 P사는 이미 '두 손이 자유로운' 자율주행 유모차를 시장에 내놓았다. 그러나 P사 제품의 가격은 고객이 구매에 대해 고민하게 되는 가격이다. 어떤 부모가 아이를 위한 투자를 아까워할까 라고 생각되지만 우리의 개발목표는 이러한 고민을 덜어주고자 함이다. 또한 접근성과 보급률을 높이는 것을 지향하고 있다. 더 나아가 아이의 안전과 부모의 편리함을 추구한다.

2. 수행기간3월~5월2째주

​3월~5월1째주         아이디어 회의 및 확립

​5월1째주~5월4째주  하드웨어 설계 및 제작

6월1째주~              소프트웨어 제작 및 디버깅

3. 개발작품 설명

 하드웨어 설계 

​  모터를 직접적으로 다루어 보고 이에 맞는 방향제어 알고리즘에 대한 경험이 있는 팀원이 없기 때문에 제품 구상과 설계 단계에서 어려움이 많았다.

 물품 구매와 제작에 앞서 필요한 물품들과 필요한 알고리즘을 크게 2개의 영역으로 구분했다. 첫 번째는 센서 제어이며 두 번째는 모터 제어이다. 아두이노 보드와 센서를 이용한 테스트를 해본 뒤 센서 제어에 필 요한 하드웨어를 프레임에 부착했다.

IR-LOCK Sensor(CMUcam5)의 적외선 거리감지 기능을 이용하여, 사용자와 유모차 사이의 거리 값을 일정하게 유지시켰고, 추가적으로 영상처리 알고리즘을 구현하여 사용자의 각도변화 여부를 판단하여 방향, 거리, 속력을 제어했다.

모터를 적합하게 제어하기 위한 방법 중 3상 BLDC 모터의 RPM과 토크가 가장 효율적이고 안정적으로 바퀴를 구동시킬 수 있다고 판단하였다. 따라서 이 모터를 다루기 위한 모터 드라이버를 직접적으로 연결하여 제어했다.

보드와 모터를 제어할 때 중요한 요소인 전력을 두 곳에서 공급했다. 첫 번째는 아두이노 보드에 필요한 전력 5V를 보조 배터리에 연결하여 공급하고 있다. 두 번째는 36V 정격전압 리튬이온 배터리를 모터 드라이버에 주요 전력으로 사용하고 있다. 이 부분에서는 쇼트현상도 많이 발생했었으며, 직접 제어하기에 전압이 정격전압보다 높아서 커넥터를 사용하여 과전류, 전압을 방지하였고 안정성을 높였다.

소프트웨어 설계

소프트웨어 설계를 세 가지로 구분 지으면 센서제어, 데이터 분석, 분석한 데이터를 기반으로 한 모터 제어로 나눌 수 있다.

IR-LOCK Sensor와 서보 모터를 통해 사용자와 유모차간 방향, 거리, 속력을 분석 하였다. 이를 아두이노 보드에서 모터 드라이버에 0과 1로 이루어진 방향 값과 0~5V PWM신호로 이루어진 속도 값을 보낸다. 이 과정에서 정확한 센서 값을 얻기 위해 센서 값 필터링, 정확하고 부드러운 보정 알고리즘, 모터 소음 제거를 위한 알고리즘을 구현하였다.

사용자의 방향을 읽고 제어하는 것이 일이었다. 방향을 알더라도 방향에 대한 사용자의 속도 값을 정확히 인식하고 유모차가 사용자를 놓치지 않게 하는 것이 문제였다. 이 부분에서 서보 모터에 IR-LOCK Sensor를 부착하여 항상 센서가 사용자를 가리키게 하고, 사용자를 놓치지 않기 위해 서보 모터의 회전 값을 이용하여 유모차를 보다 정교 하게 회전 시킬 수 있는 알고리즘을 설계하였다.

예외 처리

안전한 유모차를 만들기 위해 예외 처리는 필수적이었다. 지금까지의 구현단계에서는 일상생활에서 사용될 수 있을 만큼의 많은 예외 처리를 하진 못했다. 하지만 가장 기본적인 안전 문제에 대한 예외 처리는 구현이 돼있다.

4. 활용방안

B. 자율주행 유모차의 장애물 판단 및 대처 능력은 사용자가 주의를 놓치는 상황 에서 발생할 수 있는 사고를 방지할 수 있다.

C. 나아가 유모차가 아닌 쇼핑카트, 짐꾼로봇 등 다양한 분야로 활용할 수 있으며 자율주행 시장에서 경쟁력을 갖는다.