작품 내용요약

우리 프로젝트의 시작은 일상생활에서 느낀 불편함에서부터 출발했다. 한 번쯤 탁구를 해봤다면 알 수 있듯이, 탁구공이 탁구대에서 벗어날 때마다 공을 가져오는 것은 상당히 불편하고 귀찮다. 이 불편함을 해소하기 위하여 우리 팀은 공을 가져오는 ‘볼보이 로봇’을 만들기로 하였다. Arduino를 프로그래밍하여 우리 팀이 원하는 논리를 따라 로봇이 작동하도록 하였으며, Solidworks를 이용하여 이 프로젝트에 적합하고 필요한 하드웨어를 제작하였다.

과제의 목적, 개발동기 및 필요성

사람들 간의 긴밀한 접촉이 줄어드는 현대 사회에서 스포츠는 공동체 구성원들의 스트레스를 해소해주고 유대감을 강화하는 소중한 수단이다. 특히 구기 스포츠는 다양한 종목이 존재하며 많은 사람들의 사랑을 받는 스포츠이다. 그러나 구기 스포츠를 하다가 공이 멀리 가버려 경기를 중단하고 공을 주우러 가야 하는 상황이 발생한다. 이는 짜증스럽고 귀찮은 과정으로, 스트레스를 해소하는 수단이 되어야 할 스포츠에서 오히려 스트레스를 받는다는 점은 바람직하지 못하다. 이에 우리 팀은 Ballboy Robot을 해결방안으로 제시하고자 한다.

기존의 제품들은 미리 정해진 공간에서 정해진 루트만 이동하며 공을 회수할 수 있는 반면 우리의 작품은 수동 조작을 하여 공 근처로 이동시키기에 장소에 크게 구애받지 않는다. 또한 카메라가 로봇에 달려있어 방향만 잡아주는 역할을 하기 때문에, 천장에 카메라가 달려있고 위치를 좌표평면에 나타낸 후 이동시키는 방법보다 훨씬 간단한 과정으로 같은 기능을 수행할 수 있다. 비용 측면에서도 카메라 모듈을 제외하고는 모두 저렴한 장치들로 구성되어 상당한 경쟁력을 가진다고 볼 수 있다. 사람이 핸드폰 블루투스를 이용하여 간단히 조작할 수 있기 때문에 사람들이 이용하기도 편리할 것으로 예상된다.

과제의 해결방안 및 수행과정

문제를 다음과 같이 3가지 과정으로 나누었다.

각각의 과정에서 해결방안은 다음과 같다. 1.의 경우 먼저 카메라 모듈이 공을 인식할 수 있는 거리까지 사용자가 휴대폰으로 로봇을 조종하여 이동하도록 했다. 그 후, 로봇이 카메라 모듈을 통해 공의 위치를 파악하여 로봇팔이 공을 붙잡을 수 있는 위치로 스스로 이동하도록 했다. 2.의 경우 적외선 센서를 통해서 공을 감지하면 서보모터를 작동해서 공을 포획하도록 했다. 3.의 경우 1.과 마찬가지로 휴대폰으로 로봇을 조종하여 돌아오게 했다. 로봇을 휴대폰으로 조종하기 위해서 블루투스 시리얼 통신 모듈을 사용하였고, 메인보드는 아두이노 메가 보드를 이용하였다.

본체는 아크릴판을 레이저 커터로 잘라서 만들었고, 3D프린터를 이용하여 로봇팔을 인쇄하였다. 로봇팔이 본체에 연결되는 부분을 기어 형태로 디자인하여 한쪽 팔을 돌리면 다른 한쪽 팔도 맞물려 돌아가도록 설계하였다. 로봇팔을 서보모터에 연결해 적외선 센서가 공을 인식하여 센서의 값이 특정 값을 넘어가면 서보모터가 돌아가서 공을 포획하도록 프로그래밍했다.

과제의 내용

카메라 모듈로 Pixy2를 사용했다. Pixy2는 카메라로 촬영한 화면에서 특정한 색으로 이루어진 영역을 찾는 방식으로 물체를 인식한다. 이에 따라 탁구공의 주황색을 카메라에 저장해서 탁구공의 위치를 찾을 수 있도록 했다. 카메라 모듈이 촬영할 수 있는 각도가 넓지 않아 카메라에 공이 잘 찍힐 수 있도록 수동으로 로봇을 조작한 다음, 카메라 모듈이 인식한 공의 위치를 바탕으로 PID 제어를 통해서 로봇이 공을 향해 이동하게 했다.

이 로봇은 공을 주워오기 위해 다가가는 과정 자체는 수동으로 조작해야 하지만, 공을 포획하는 미세한 조정이 필요한 요소에서는 카메라 모듈을 활용해 정확하고 빠르게 공을 포획할 수 있도록 설계했으며, 기존의 모델들이 단순히 공을 가지러 운동장을 활보한다는 점과 달리, 개개의 공들을 빠르게 가져올 수 있는 모델이라는 차별점이 있다.

기대효과 및 활용 방안

이 작품은 카메라 모듈을 이용한 자동 조작이 가능하기 때문에, 카메라 모듈의 인식 범위 내에 공이 들어오기만 한다면 얼마든지 자동으로 공을 가지러 갔다가 돌아올 수 있다. 일상에서 운동을 할 때는 보통 공을 하나만 사용한다. 따라서 카메라 모듈이 더 멀리까지 인식할 수 있도록 개선된다면 일상에서 탁구를 할 때 이 작품을 사용하면 효과적으로 공을 가져올 수 있을 것이다.

지금은 시간과 팀원들의 숙련도 부족 등의 이유로 탁구공을 주워오는 단순한 기능만 수행할 수 있는 단계이지만 조금만 시간과 노력을 투자한다면 경제성, 사업 현실화 가능성, 사회 기여 등의 측면에서 기존의 제품들을 능가할 수 있다고 생각한다.