아두이노 프로젝트를 위한 스마트 실내 내비게이션 로봇 키트

부품 및 소모품

부품명	수량
스마트 모터 로봇 카 배터리 박스 섀시 키트 DIY 속도 인코더 (아두이노용)	1
oblu - 실내 보행자 내비게이션용 오픈소스 IMU	1
납땜 없는 브레드보드 (하프 사이즈)	1
수/암 점퍼 와이어	1
커패시터 1000 µF	2
TI 듀얼 H-브리지 모터 드라이버 L293D	1
아두이노 메가 2560	1
AA 2800 Ni-MH 충전지	1

필요한 도구 및 기계

납땜 인두 (일반)

앱 및 온라인 서비스

아두이노 IDE
Xoblu (안드로이드 앱)

프로젝트 소개

우리의 이야기

이 프로젝트는 GPS, WiFi, 블루투스, 지도 또는 건물 배치도 없이도 로봇이 미리 정의된 경로를 정밀하게 따라가게 하고, 실제 이동 경로를 실시간으로 축척에 맞게 그려내는 것을 목표로 합니다. 블루투스는 실시간 위치 정보를 전송하기 위한 무선 대체 수단으로 사용됩니다.

배경 이야기

아두이노 기반 로봇의 실내 내비게이션을 위한 견고한 솔루션을 찾던 중, 저비용 오픈소스 IMU인 oblu를 발견했습니다. oblu의 오픈소스 프로그램은 발착용형 실내 보행자 데드 레코닝(PDR)에 최적화되어 있으며, 무료 안드로이드 앱(Xoblu)을 통해 실시간 위치 추적이 가능합니다. 하지만 사람의 보행 모델 기반 알고리즘을 로봇에 어떻게 적용할지가 과제였습니다.

oblu는 발이 바닥에 닿아 속도가 0이 되는 순간을 '걸음'으로 감지하고 내부 오류를 보정하므로 높은 추적 성능을 보입니다. 그렇다면 로봇도 '이동-정지-이동-정지' 방식으로 걷게 한다면 oblu의 알고리즘을 그대로 활용할 수 있지 않을까요? 이 아이디어로 로봇과 추적 시스템을 빠르게 조립할 수 있었습니다.

작동 원리

로봇은 미리 프로그래밍된 경로를 따라 이동하며, 실제 이동 정보를 블루투스로 스마트폰에 전송해 실시간 추적을 가능하게 합니다.

아두이노에 경로가 미리 프로그래밍되고, oblu가 로봇의 움직임을 감지합니다.
oblu는 일정한 간격으로 이동 정보를 아두이노에 전송합니다.
아두이노는 이 정보를 바탕으로 바퀴를 제어해 로봇이 정의된 경로를 따르게 합니다.

경로 프로그래밍 및 보정 메커니즘

로봇의 경로는 직선 세그먼트 집합으로 정의되며, 각 세그먼트는 길이와 이전 세그먼트 대비 방향을 가집니다. 로봇은 '보폭(stride)' 단위로 움직이며, 각 보폭이 끝날 때마다 oblu가 보폭 길이와 직선으로부터의 편차(방향 변화)를 아두이노에 전송합니다. 아두이노는 이 정보를 받아 실시간으로 로봇의 정렬을 보정합니다.

불균일한 바닥, 질량 불균형, 모터 특성 차이, 자유 회전 바퀴의 무작위 방향 등으로 인해 로봇이 직선에서 벗어날 수 있습니다. "한 걸음 걷고, 방향 보정하고, 전진"을 반복하며, 프로그래밍된 길이보다 더 나아가면 후진하기도 합니다. 다음 보폭 크기는 해당 직선 세그먼트의 남은 거리에 따라 결정됩니다. 거리가 멀면 큰 보폭, 목적지 근처에서는 작은 보폭으로 이동합니다.