기술은 로봇 제조를 어떻게 변화시켰습니까

소개:나이가 들었다고 느낄 수 있다는 경고 

제 이름은 스티브 스파노입니다. 제 첫 전자 프로젝트는 제가 4살 때 배터리, 전선 2개, 손전등을 함께 연결하는 것이었습니다. 약 6세에서 16세 사이에 Texas Instruments TI-994A, Commodore C64, Amiga 2000 및 IBM 386과 같은 컴퓨터에서 다양한 프로그래밍 언어(어셈블리, 기본, C)를 스스로 가르쳤습니다. 또한 여러 Heathkit을 구축했습니다. "Solid State" 라디오 수신기 키트와 같은 전자 프로젝트. 얼마나 많은 사람들이 Heathkit에 대해 들어본 적이 있습니까?

나는 Heathkit HERO 1 Robot을 정말 원했습니다. 초음파 물체 감지, 움직이는 팔, 8비트 중앙 처리 장치로 놀라울 정도로 정교했습니다. 라디오 원격 키패드도 함께 제공되어 16진법 어셈블리에서 직접 프로그래밍할 수 있습니다! 상상할 수 있니? 디버거 없이 키패드를 사용하여 16진수로 직접 프로그래밍하시겠습니까? 공포! 놀랍게도 이 작은 로봇은 여전히 ​​Ebay에서 1500달러에 판매되고 있습니다. 하나 사야겠어요 - 항상 하나 갖고 싶었어요 - 너무 귀여워요!

인터넷이 등장하기 수년 전, 그런 시기를 상상할 수 있다면, 나는 메시지와 Commodore/Amiga 소프트웨어를 교환하는 "Inter-Dimension"이라고 하는 9600 보드 모뎀에서 "BBS" 서비스를 실행하기도 했습니다. 당시 내 컴퓨터의 꿈은 2000달러(1995년 16세 어린이의 경우 엄청나게 큰 돈)를 모아서 Amiga 2000용 10MB 하드 드라이브를 구입하는 것이었습니다. 내가 그 하드 드라이브를 가질 수 있었다면, 나는 최고의 모뎀 기반 BBS를 가지고 있었을 것입니다!

저는 미국 펜실베니아 주 스크랜턴에서 자랐고 전기 공학 학교(스크랜턴 대학교)를 다녔고 뉴욕 주립 대학교에서 제어 시스템을 전공하여 EE 석사 학위를 취득했습니다. 방과 후 나의 첫 EE 직업은 금전 등록기 및 소매 응용 프로그램에 사용되는 열전사 프린터용 하드웨어를 설계하는 것이었습니다. 1998년 나의 첫 EE 작업의 주요 프로젝트는 8비트 Intel CPU에서 16비트 메모리 버스가 있는 새로운 32비트 50MHz 프로세서로 회사 제품을 업데이트하는 것이었습니다. 소프트웨어, 하드웨어 및 기계 엔지니어링 팀이 참여하는 대규모 프로젝트였습니다. 두 번째 EE 직업은 SAN(Storage Area Network) 시스템을 설계하는 회사에서 일했습니다. 이것은 2001년이었고 이 회사의 큰 프로젝트는 완전히 새로운 2Gbit/s 파이버 채널 인터페이스를 지원하는 일련의 SAN 시스템 설계를 돕는 것이었습니다. 이것은 2001년에 광섬유에서 2Gbit/s로 정말 빨랐습니다! 기술이 어떻게 이보다 더 좋을 수 있습니까??

1997년 시니어 프로젝트

ElectronicsLovers 페이지에 대해 알게 되었습니다. Instagram과 관리자는 페이지에서 강조 표시할 "선임 프로젝트" 논문을 찾고 있었습니다. 날짜가 지정되지 않았기 때문에 1997년 대학 1학년 논문을 제출하려고 생각했습니다. 주로 기술이 어떻게 변했는지에 대한 재미있는 알림을 제공하기 위한 것이었습니다.

1997년에 University of Scranton에서 BSEE 학위를 마칠 때 3학년 프로젝트는 미로를 탐색할 수 있는 자율 로봇을 설계하는 것이었습니다. 나는 즉시 Heathkit HERO1을 생각했습니다. 이제 학교에서 로봇을 만들고 훨씬 더 발전된 로봇을 만들 수 있습니다. 결국, Heathkit HERO1은 4KB 램이 있는 Motorola 6808 8비트 CPU를 기반으로 했습니다(사이드바:오늘날의 일반적인 PCI-Express 1G 네트워크 카드에는 패킷 데이터만을 위한 64KB에서 256KB의 버퍼가 있습니다).

내 로봇의 설계 아키텍처는 훨씬 더 발전된 Intel 87x196KC를 사용했습니다. 이것은 프로그램 저장을 위해 32KB의 내부 EEPROM 메모리를 제공했지만 512바이트의 총 RAM 메모리만 제공하는 16비트 CPU였습니다. "C" 컴파일러는 최적화되지 않은 코드를 생성하여 512바이트에서 스택을 관리하는 것을 상당히 어렵게 만들었으며 실시간 JTAG 디버거 또는 다른 유형의 디버거가 전혀 없었습니다. 그러나 CPU에는 코드가 수행하는 작업을 확인하기 위해 간단한 문자 출력을 작성하는 데 사용할 수 있는 내부 직렬/UART가 있습니다. RAM 메모리가 너무 작기 때문에 printf/sprintf에 대한 표준 "C" 함수 호출은 CPU에서도 지원되지 않았습니다.

로봇을 개발할 때 모터 제어 FET 드라이버와 같은 다양한 회로를 사용하여 일련의 12VDC 모터에 대한 CPU 제어를 허용하여 로봇이 실내에서 이동할 수 있도록 했습니다. 레이저 LED, 거울 및 탐지기를 사용하여 조잡한 "Lidar" 시스템을 구축했습니다. 이를 통해 로봇 앞에 있는 방의 간단한 "1비트" 보기를 이미지화할 수 있습니다. 나는 또한 "이미지"라는 용어를 매우 느슨하게 사용합니다. 장애물에 대한 "켜기/끄기"의 간단한 맵은 약 32바이트의 메모리에서 생성되었습니다. 그런 다음 CPU 코드는 로봇이 탐색하려는 미로의 틈이나 벽을 향해 움직이는지 확인하려고 시도합니다. 대회 기간 동안 로봇은 미로를 성공적으로 탐색할 수 있었습니다. 로봇 설계에 관한 논문도 썼고 1997년 조지워싱턴대학교 IEEE 학생논문대회에서 2위를 차지했습니다. 로봇이 작동하여 제가 전기 공학 학위를 취득할 수 있게 해주었습니다.

2018년 시니어 프로젝트

저는 최근에 산업 고문으로 스크랜턴 대학교에서 산업이 필요로 하는 것과 오늘날의 엔지니어링 과제와 관련된 기술/기술을 기반으로 과정에 대한 아이디어를 제공하는 데 도움을 받았습니다. 저는 교수 중 한 명에게 로봇 프로젝트와 학생들이 지금 무엇을 하고 있는지 물었습니다.

University of Scranton은 여전히 ​​매년 공과대학 학생들을 위한 로봇 경연 대회를 운영하고 있지만 지금은 지역 및 전국 대회입니다. 학생들이 디자인하는 로봇은 100배 더 복잡합니다. 현재 로봇은 Raspberry PI와 같은 Arm9/Arm11 CPU를 사용합니다. 학생들은 Linux에서 실행되는 "C" 코드를 작성하여 USB-HD 카메라에 직접 인터페이스하여 로봇에 대한 실제 상상을 가능하게 합니다. Linux, Raspberry PI 및 GIT 및 Google을 통해 제공되는 풍부한 오픈 소스 프로젝트를 결합하여 학생들은 이미지 감지 및 인식 알고리즘에 액세스할 수 있습니다. 오늘날의 로봇 프로젝트를 개발하는 동안 학생들은 오픈 소스 알고리즘을 다운로드하고 원격 이더넷 모니터로 디버깅하여 모든 변수를 확인하고 디버깅을 위해 코드를 한 단계씩 실행할 수 있습니다. 그런 다음 학생들은 경쟁에서 로봇에게 더 나은 우위를 제공하기 위해 매우 영리한 탐색 알고리즘을 개발하는 데 더 많은 시간을 할애합니다.

저는 이 말을 듣자마자 “얼마나 불공평해요!”라고 대답했습니다. 당시에는 전체 이미지를 32바이트로 저장하고 스택 관리자를 직접 코딩하여 코드가 제공된 단 512바이트 RAM에서도 실행되도록 해야 했습니다. 물론 Raspberry PI는 오늘날 기술의 "정점"도 아니지만 1997년에 나온 어떤 것보다도 광년입니다. 하드웨어가 더 정교할 뿐만 아니라 디버깅 및 개발 환경을 통해 학생들은 디자인에 집중할 수 있습니다. 메모리 문제로 고생하기 보다는. 그러나 일부 사항은 동일하게 유지됩니다. 로봇은 여전히 ​​움직여야 합니다. 학생들은 일부 고급 CPU에 액세스할 수 있지만 여전히 12VDC 모터를 켜거나 끄기 위해 프로세스에서 3.3v 포트를 얻어야 합니다. 이를 통해 학생들은 트랜지스터 및 FET의 회로 설계로 돌아가 이러한 기본 구성요소가 어떻게 작동하는지 배우고 로봇이 움직일 수 있도록 합니다.

나는 미소를 지으며 기본이 여전히 적용되고 학생들이 이것을 인식한다고 말했습니다. 정교한 전자 장치는 여전히 단일 트랜지스터의 기본 작동에 의존합니다. CPU 외부에 있는 모터가 모터를 켜거나 CPU 내부에 있는 5조 개의 모터가 이미지 및 탐색 코드를 처리합니다.
http://news.scranton.edu/articles/2017/ 03/FIRST-Robot-Comp-2017.shtml

다음은 무엇입니까?

나의 세 번째 "직업"(지금도 여전히 남아 있음)은 전자 및 소프트웨어 컨설팅 사업을 운영하는 것입니다. 저는 2001년에 컨설팅 사업을 시작했는데 확실히 일과 예상치 못한 활동으로 가득 차 있었습니다. 저는 십여 명이 넘는 사람들을 직접 고용했으며 전원 공급 장치 설계, 프린터 드라이버, 이미지 처리, 네트워크 어플라이언스, 하드 디스크 드라이브 및 암호화에 이르는 하드웨어 및 소프트웨어 프로젝트에 참여했습니다. 개인적으로 저는 제가 가장 좋아하는 것에 더 집중할 계획입니다. 기술 항목 – Xilinx FPGA.

Kintex/Atrix 시리즈와 같은 최신 FPGA 장치는 하드웨어 및 소프트웨어 개발의 가장 좋은 부분을 결합합니다. 재구성 가능한 하드웨어, 재구성 가능한 소프트웨어 및 동시 디버깅. 그때 내가 작업해 온 특정 프로젝트 중 하나는 질량 분석기입니다. 이 특정 설계에서는 속도와 데이터 수집에 많은 제약이 있었습니다. 수정 사항 중 하나는 "다른 프로세서 코어를 추가하는 것"이었습니다. 거의 마법과도 같은 단일 코어 기기는 듀얼 코어 기기 덕분에 하우스키핑 작업과 시간이 중요한 기능을 분할할 수 있습니다. FPGA와 같은 물리적 장치를 추가 프로세서 코어로 재구성하는 기능은 1997년에는 상상하기 어려웠을 것입니다. 최신 FPGA 장치를 사용하면 지금 이 작업을 항상 수행할 수 있습니다.

올해 말에 University of Scranton으로 돌아가 현재 FPGA 프로젝트에 대해 일부 학생들과 이야기할 계획입니다. 나는 내 작업에서 그것들에 더 집중할 것입니다. 아마도 미래에는 새로운 경력의 첫 번째 작업을 시작하는 새로운 엔지니어를 멘토링할 수 있을 것입니다. 추신 "점수"는 20년입니다. 나는 그것을 다시 살펴봐야 했다. 저는 영어 전공이 아니라 엔지니어입니다.

부록 A – My Robot Paper 또는
"시대가 어떻게 변했는지"에서 발췌