본문내용
1. 작품 개요
1.1. 4족 로봇 작품 개요
4족 로봇 작품 개요는 다음과 같다.
최근 노령화 사회로 접어들면서 환자, 신체 부자유자 등을 도와 인간이 해야 할 일을 보조하거나 대신하는 의료복지용 로봇과 상호 대화를 하며 지능을 가져 아이들에게 학습 효과를 높이고 집안일을 도울 수 있는 가정용, 애완용 로봇의 필요성이 높아지고 있다. 이러한 요구를 충족하기 위한 로봇에 있어 이동의 기능은 필수적이다. 인간과 같은 생활공간에 있기 위해서는 기존의 로봇의 이동구조로는 불가능하다. 그 해결 방안으로 인간이나 동물과 같은 이동구조의 로봇이 요구된다. 이번에 만들 4족 로봇은 그 해결 방안으로 동물과 같은 이동구조와 독립적인 움직임을 가진다. 4족 로봇의 최대 장점인 이동성과 다른 부가 기능이 결합된다면 실생활에 유용하게 쓰일 수 있기에 이 주제를 선정하게 되었다.
1.2. 지능형 알람로봇 작품 개요
알람시계는 현대인의 필수품이다. 학생, 직장인과 같이 정해진 시간에 일어나야 하는 대부분의 사람들은 알람소리를 들으며 하루를 시작한다. 정해진 시간에 일어나기 위해 사람들은 일반적으로 탁상시계나 휴대폰의 알람기능을 이용하고 있다. 그러나 일반 알람시계의 경우, 알람 시간이 되어 알람소리가 울리면 무의식적으로 알람을 끄고 다시 잠들어 늦는 경우가 빈번하게 발생한다.
이러한 문제를 해결하기 위해 아이디어 시계인 "도망가는 시계 Clocky"가 개발되었다. Clocky는 알람이 울리면 모터가 작동되어 시계가 양쪽에 달린 바퀴를 움직여 알람을 끄려는 사람의 손을 피해 도망가는 원리로 설계되었다. 하지만 Clocky의 경우, 단순히 사람의 손을 피해 다른 장소로 이동만 하는 것에 중점을 두고 개발되어, 이동 중 장애물을 만나면 제대로 작동되지 않고 잠결에 알람시계를 끌려고 하는 사람의 손에 잘 잡힌다는 단점이 있다.
본 졸업작품에서는 이러한 단점을 보완하고 한 단계 더 발전된 지능형 알람로봇을 개발하고자 한다. 지능형 알람로봇은 적외선 센서를 장착하여 주변 장애물과 사용자의 접근을 인식하고 피하면서 공간 내를 자유자재로 이동하도록 설계하였다. 또한 사용자에게 잡혔을 경우 블루투스 통신 모듈을 이용한 PC와의 통신을 구축하여 Daily 문제를 제공함으로써 사용자가 알람을 쉽게 끄지 못하게 만들었다. 그리고 프로세서에 전진, 좌회전, 우회전 등의 다양한 논리 동작을 프로그래밍하여 주변 장애물을 효율적으로 회피하도록 하였다.
이 지능형 알람로봇은 특히 특정 시간에 일어나기 힘든 학생, 직장인들을 위해 로봇이 제공하는 다양한 서비스를 통해 기상 시간에 많은 시간을 투자하는 스트레스를 해소하고, 현 상용화되어 있는 알람시계에 새로운 아이디어를 접목시켜 보다 높은 효율을 가진 한 단계 더 발전된 지능형 알람로봇을 개발하는 것이 주된 목표이다.
2. 관련 이론
2.1. 4족 로봇의 원리와 구조
4족 로봇의 원리와 구조는 다음과 같다.
4족 로봇은 동물과 유사한 4개의 다리를 가지고 있어 보행 시 안정성이 높으며, 다양한 지형에서 자유로운 움직임이 가능하다. 4족 로봇은 주로 생체 모방 로봇의 형태로 개발되고 있다. 생체 모방 로봇은 동물의 움직임을 모방하여 개발된 로봇으로, 동물의 행동 특성을 분석하고 이를 기반으로 설계한다.
4족 로봇의 주요 구조는 몸체와 4개의 다리로 이루어져 있다. 몸체에는 제어 장치와 동력 공급 장치 등이 내장되어 있으며, 4개의 다리는 서로 독립적으로 움직일 수 있는 구조를 가지고 있다. 이를 통해 다양한 보행 패턴을 구현할 수 있다.
각 다리는 일반적으로 3개의 관절로 구성되어 있다. 3개의 관절은 어깨 관절, 팔꿈치 관절, 무릎 관절로 구성되며, 각 관절은 독립적으로 제어된다. 관절 구동을 위해서는 서보 모터가 사용되며, 서보 모터의 각도 제어를 통해 다리의 움직임을 구현한다.
4족 로봇의 보행 알고리즘은 주로 역기구학 기반의 보행 제어 방식을 사용한다. 역기구학은 목표 위치에 도달하기 위한 각 관절의 각도를 계산하는 방식으로, 이를 통해 다리의 움직임을 정밀하게 제어할 수 있다. 또한 외부 센서 정보를 활용하여 장애물 회피, 경로 계획 등의 기능을 구현할 수 있다.
4족 로봇은 안정적인 보행과 뛰어난 기동성으로 인해 다양한 분야에 활용될 수 있다. 대표적인 활용 분야로는 재난 구조, 군사 분야, 농업 분야 등이 있으며, 향후 실생활에서의 활용도가 더욱 증가할 것으로 기대된다.
2.2. ATmega128 마이크로 컨트롤러
ATmega128 마이크로 컨트롤러는 Atmel사에서 만든 RISC 타입의 고속 8비트 마이크로 컨트롤러이다. ATmega128은 PIC보다 처리 속도가 빠르고 8051보다 자원이 풍부한 특징을 가지고 있다. 또한 ISP(In System Programming) 기능이 있어 ATmega128을 기판에 부착한 상태에서 내부 FLASH 롬과 EEPROM을 여러 번 프로그래밍이 가능하다.
ATmega128은 RISC 구조의 고속 처리 능력을 가지고 있어, 동일 클록으로 동작 시 PIC보다 4배, 8051보다 10배 이상 빠르게 처리할 수 있다. 즉, 1MHz에 1MIPS의 처리 능력을 가지며, ...
