주제 : 움직이는 공기청정기

• 주제 선정 과정에서 움직이는 공기청정기가 선정되어 하드웨어 사전 조사 및 구상 진행하였습니다. 아두이노 공기청정기에 초음파 센서와 바퀴를 통하여 로봇청소기처럼 스스로 움직일수 있게 만들도록 구상했습니다

필요물품 : 공기청정기프레임, 온습도 센서(DHT11), 미세먼지 센서(GP2Y1014AU), 아두이노 초음파센서 (HC-SR04), LED전광판, 블루투스 모듈, 아두이노 바퀴, 아두이노 우노, LED불빛, 브레드보드

• 구상 : 공기청정기 스스로 집안 구조를 파악한 후 돌아다니면서 미세먼지, 온습도 확인 및 공기청정기 가동

아두이노 우노에 대하여 3.3V와 5V의 차이점, GND 아날로그 신호, 디지털 신호에 대하여 학습진행하였습니다. 디지털 신호 : 어떠한 정보, 자료, 물체, 지표 등을 0과 1로 표기하는 것 아날로그 신호 : 디지털핀이 0과 1로 표기하는것과 달리 아날로그신호는 0~1023의 정수로 표기하는 것

미세먼지 센서 : 대기중에 떠다니거나 흩날려 내려오는 직경 10um이하의 입자상 물질을 측정해 내는 센서

온습도 센서 : 정전식 습도 센서와 시미스터를 사용하여 대기온도와 습도를 측정하고 디지털 센서 신호로 출력하는 센서

문제점 : 거리측정 -> 거리측정 같은 경우 아두이노에 적외선 센서와 초음파 센서가 있는것을 확인하였고 공기청정기가 작동되려면 미세먼지가 있어야 되기 때문에 적외선 센서같은경우 객체가 움직임이 있을때만 감지가 가능하지만 초음파 센서같은 경우 객체의 움직임이 없어도 탐자가 되었고, 적외선 센서같은 경우에는 유리창이 있을경우 감지가 어렵다는 정보를 확인하여 초음파 센서로 사용하였습니다.

초음파 센서 : 20kHz이상의 주파수 소리를 보낸후 반사되어 돌아오는 시간차를 이용하여 거리를 알수있는 센서

문제점 : 근거리 통신 -> 아두이노 같은경우에는 유선통신인 시리얼통신을 사용합니다. 공기청정기가 움직이려면 무선을 통한 통신을 진행해야되는데 아두이노에는 WIFI모듈과 블루투스 모듈이 있는것을 확인하였고 두개를 비교한 결과 저렴하고 다루기가 쉽고 범용성이 높은 블루투스 모듈을 사용하였습니다

블루투스 모듈 : 무선통신을 위한 모듈

-제작과정 유튜브를 통하여 프레임 설계 및 회로도에 대한 정보를 확인하고 기초가되는 공기청정기의 뼈대 및 회로도 정리를 완료하였습니다. 또한 우노 코딩을 진행하여 각 디지털, 아날로그 핀별로 어떤 역할을 진행하고있는지, 브래드보드에 +,-선 연결방법등에 대해 학습 진행하였습니다. 이후 블루투스 모듈을 연결하여 근거리 통신을 진행 하던중 정보를 어떤 방식으로 보내는지 확인하기 위하여 검색한 결과 휴대폰으로도 정보를 입력 받을수 있는것을 확인하였고 휴대폰에 아두이노 블루투스 어플을 설치 이후 데이터 결과값을 전송 받을수 있도록 진행하였고 결과값을 도출해 낼 수 있었습니다

문제점 : 집 안을 돌아다니면서 초음파센서로 장애물 탐지를 하는데 있어서 크기에 비해 초음파 센서 하나로는 감지가 어려운것을 파악 하였고, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 초음파 센서 밑에 서보모터를 달아서 초음파 센서를 회전시키며 전방에 대한 장애물 감지를 조금더 용이하게 할수 있도록 진행하였습니다.

문제점 : 바퀴의 경우 2개만 달경우 안정성이 떨어져서 무게추를 다는것, 앞쪽에 바퀴 하나를 더 다는것, 바퀴를 총 4개를 다는것으로 안정성 확보를 위해여 3개의 방안을 준비했지만 앞서 말한 2가지의 경우 제자리에서 방향 전환에 있어서 어려움을 확인하고 4개의 바퀴를 달아서 제자리 회전에 있어서 용이할수 있도록 만들고 추가적으로 안정성까지 확보 할 수 있었습니다.

문제점 : 전원 같은경우 무선으로 움직이는데 있어서 배터리 장착에 대한 필요성을 느끼고 배터리 부착을 통한 무선으로 움직일수 있도록 설계하였고 충전식 건전지와 배터리 홀더를 통하여 무선으로도 작동을 가능하게 할 수 있도록 설계 진행하였습니다

• 피드백 이후 공기청정기 + 로봇청소기로 주제 설정 변경 공기청정기 및 바퀴 분해이후 3D맵핑에 필요한 YDLIDER 구매 후 ubuntu 설치 및 ROS 학습 진행

문제점 : ubuntu의 버전 충돌 및 ROS연계에 대하여 에러발생 -> 우분투 다운그레이드 및 ROS재설치 진행 ->알수없는 에러 발생 및 설치 중단 -> ubuntu의 부족한 학습 및 익숙하지 않은 소프트웨어 및 할당량 부족등등 이유로 ubuntu에서 window ROS로 변경 -Window ROS로 변경후 설치 및 학습 진행 윈도우 ROS설치 이후 실행 확인 및 gazebo를 통한 맵핑방법 및 진행 학습

ydlidar X4 연결 후 포인터 맵핑 확인

포인터 맵핑을통한 SLAM 준비 및 학습 진행중 -SLAM -> Simultaneous Localization and Mapping

윈도우 ROS를 통하여 포인터 매핑 진행되는 것을 확인하였고 이것을 통하여 위치확인까지 가능한지 확인하였습니다

문제점 : 윈도우 ROS의 정보 부족으로 인한 학습 진행에 어려움 -> Oracle VM VirualBox를 통한 우분투 설치 -> VirtualBox를 통해서 우분투의 버전 교체의 용이함과 우분투 사용을 위한 재부팅을 최소화가능, 또한 우분투 ROS를 통해서 버전 확인 후 ROS에 대한 정보 및 맵핑 학습 진행 가능

VirualBox 설치 후 ROS 설치 진행

문제점 : ROS설치중 에러발생 -> 버전에 따른 패키지 이름 변경 및 수정사항을 확인하였고, 수정 및 교체 작업을 진행하여서 설치 완료 했습니다.

문제점 : ROS설치 이후 ydlidar 연동 이후 패키지 복제에서 알수없는 주소로 인한 패키지 복제에 실패 -> 확인결과 https://github.com/YDLIDAR/YDLIDAR_ros 가 https://github.com/YDLIDAR/YDLIDAR_ros_driver로 변경된것을 확인 주소값 수정 이후 해결하였습니다

문제점 : SDK파일에 문제가 있어서 CMAKE 실행중 에러발생 -> SDK 파일에 오류가 있어서 SDK파일을 다시 다운로드 이후 실행 진행하였습니다.

이후 Virtual Box의 Rivs를 통해 포인터 매핑이 진행되는것을 확인하였고 하드웨어 제작 진행에 진입하였습니다

남은것들 : 위치정보를 통해 맵핑이후 위치확인, 제작

참고 사이트

• 아두이노 공기청정기 회로도 : https://www.youtube.com/watch?v=riergzv41AU
• 아두이노 공기청정기 프레임 : https://www.youtube.com/watch?v=riergzv41AU
• 아두이노 bp랩 코드 및 바퀴 코딩 : https://github.com/yoonsongjik/Capstone-Design
• 우분투 설치 : https://ubuntu.com/download/desktop - 우분투 ROS설치 :https://krobot.tistory.com/entry/ROS-ubuntu-1804%EC%97%90%EC%84%9C-ROS-melodic-%EC%84%A4%EC%B9%98%ED%95%98%EA%B8%B0 -우분투 ROS : https://taemian.tistory.com/entry/1-2-ROS-%EC%8B%9C%EC%9E%91%ED%95%98%EA%B8%B0
• 우분투 다운그레이드 18.04 버전 : https://dora-guide.com/ubuntu-download/
• 윈도우 ROS 설치 : https://medium.com/@cyjun0304/%EC%9C%88%EB%8F%84%EC%9A%B0-10%EC%97%90-ros-melodic-%EC%84%A4%EC%B9%98%ED%95%98%EA%B8%B0-d2412168aeb4 - 윈도우 ROS설치 영상 : https://www.youtube.com/watch?v=mO_ilabG63I
• gozebo 학습 : https://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=ycpiglet&logNo=222158109284&categoryNo=90&parentCategoryNo=0
• Virual Box 설치 및 gazebo, ROS설치 : https://mrdevelop.tistory.com/entry/gazebo-px4?category=872860
• ydlidar ROS : https://github.com/YDLIDAR/ydlidar_ros_driver
• ydlidar SDK : https://github.com/YDLIDAR/YDLidar-SDK