[공학설계입문] 레고 마인드스톰 로봇씨름/로봇대련/로봇싸움 최종보고서

[공학설계입문]

레고 마인드스톰 로봇씨름/로봇대련/로봇싸움 최종보고서

 

프로젝트 최종보고서

분노의 태클

 

1. 서 론

o 프로젝트 목표

- 경기장을 벗어나지 않고 상대방 로봇을 경기장 밖으로 밀어내는 로봇을 제작

 

o 프로젝트 동기

- 교과목 공학설계입문 시간을 통해 배운 문제 해결 프로세스인 문제정의, 창의적인 아이디어 도출,

   아이디어 평가, 아이디어에 따른 제작을 직접 행함으로써 유용한 아이디어나 결과물을 만들어내는 능력을 함양

  하기 위함

 

o 제한사항

- 규격: 가로 30cm * 세로 30cm을 초과할 수 없음

- 무게 1kg을 초과할 수 없음

- 경기장 1m * 1.2m의 검정색 테두리 내부에서 경기를 함

- 2분 경과 시 무게가 가벼운 팀 승리

 

o 특이사항

- Lego Mindstorms NXT robot kit 정량 사용(고무바퀴5개 이상 X)

- 정면, 측면(오른쪽, 왼쪽), 후면 3방향에서 경기시작(무작위결정)

- 경기장을 벗어나거나 밀려나면 실격처리

 

2. 작품 개요

<설계구성요소 및 설계제한 요소>

설계 구성요소

설계 제한요소

목표 설정

합성

분석

구현/제작

시험/평가

결과 도출

성능

규격/표준

경제성

미학

신뢰성

안정성/내구성

환경

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☐ 설계 구성요소 평가

o 목표 설정

- Mindstorms NXT를 사용하여 길이120cm 폭100cm의 너비의 경기장에서 상대방 로봇을 검은색 라인 밖으로 밀어내는

  로봇을 제작

- 강의 자료에 기재된 가로세로 30cm, 무게 1kg 규격을 고려하여 로봇을 제작

 

o 분석

- 강의 자료에 기재된 제한사항을 고려하여 상대방 로봇을 밀어내어 승리를 할 수 있도록 로봇을 제작

- Lego Mindstorms NXT의 모든 부품을 사용할 수 있으며 정면, 측면, 후면 방향에서 임의로 시작되는 경기를

  고려하여로봇을 제작

- 상대방 로봇을 밀어내지 못할 경우 무게가 가벼운 팀이 승리한다는 것을 고려하여 로봇을 제작

 

o 구현/제작

- 정면, 측면, 후면 방향에서 무작위로 시작되는 규칙을 고려하여 검은색 선을 인식하도록 라이트센서를

  위치시키고 상대팀 로봇이 앞에 있는 것을 인식하도록 초음파 센서를 위치시켜 로봇을 제작

- 라이트센서가 검은색 선을 인식하여 방향전환을 하고 초음파 센서가 적의 로봇을 인식하였을 때 앞으로 전진

  하도록 알고리즘을 구현

- 강의 자료에 기재된 규격 사항을 준수하면서 되도록 무겁게 만들고 레고 블록을 로봇 주위에 둘러 상대팀

  로봇에 의해팀의 로봇이 뒤집어지지 않도록 제작

 

o 시험/평가

- 로봇 제작과정에서 센서가 올바른 위치에 있는지 정확한 동작을 하는지 확인

- 제작과정에서 로봇의 알고리즘이 설계한대로 정확히 동작하는지 확인

- 로봇이 강의 자료에 기재된 규격과 무게를 만족하는지 평가

 

o 결과도출

- 기존 제작한 로봇의 측면에 레고 블록을 덧씌우고 전방에 레고 블록을 위치시켜서 팀 로봇이 뒤집어지지

  않고 상대방 로봇을 넘어뜨릴 수 있도록 보완하여 완성도를 높임

 

☐ 설계 제한요소 평가

o 성능

- 알고리즘 설정 시 모터의 회전속도를 100으로 설정하여 로봇의 최대한의 속도를 냄

- 라이트센서를 이용하여 경기장 라인을 인식하고 초음파센서를 이용하여 상대팀 로봇을 탐지

 

 

o 규격/표준

- 로봇의 규격은 가로 30cm * 세로 30cm를 초과하지 않도록 제작

- 로봇의 무게는 1kg을 초과하지 않도록 제작

- 경기장은 1m * 1.2m의 검은색 테두리 내부에서 경기를 하는 것을 고려하여 제작

 

o 안정성/내구성

- 로봇이 검은색라인을 인식하여 안전하게 방향전환을 하도록 제작

- 상대방 로봇에 의해 쉽게 뒤집어지지 않도록 측면에 블록을 달아 방어

 

o 환경

- Lego Mindstorms NXT를 사용하여 로봇을 제작

- 응용프로그램 Mindstorms NXT를 사용하여 로봇의 알고리즘을 구현

 

3. 개발 내용

☐ 전체적인 구조 및 알고리즘

o 전면 구조를 경사면으로 만들기

- 상대방 로봇 밑을 파고들어 올리는 것이 목적

 

(로봇의 앞면)

o 옆 바퀴를 보호하기위한 지지대 설치

- 옆에서 밀어도 바퀴가 떨어지지 않도록 보호해주는 역할

 

(로봇의 측면)

 

o 낮은 무게중심으로 제작

- 안정적인 주행과 회전을 위해 낮은 무게중심으로 제작

(로봇의 뒷면)

 

☐ 경기방법에 따른 전략

o 정면에 놓고 시작했을 경우

- 전면에 장착된 초음파센서를 통해 시작직후 상대로봇 찾아내서 밀어냄

(정면 대결)

 

o 후면에 놓고 시작했을 경우

- 시작하자마자 앞의 두 바퀴를 180도 회전시켜 상대로봇을 찾아내 밀어냄

 

(후면 대결)

 

 

 

o 측면에 놓고 시작했을 경우

- 시작하자마자 앞의 두 바퀴를 90도 회전시켜 상대로봇을 찾아내 밀어냄

 (측면 대결)

 

o 기본 알고리즘

- 기본적인 코드(정면대결)

- 라이트센스를 통해 검정색선을 밟으면 0.5초 뒤로 물러남

- 초음파센서를 통해 상대방을 찾아낼 때까지 계속해서 회전

- 초음파센서를 통해 상대방을 찾으면 직진

 

 

- 모터의 Rotations수를 조정하여 180도 회전(후면)

 

 

- 모터의 Rotations수를 조정하여 90도 회전(측면)

 

 

☐ 그 외 전략

o 경사면에 회전하는 원통형 레고 장착

- 레고가 회전이 되기 때문에 상대방의 바퀴가 타고 올라갈 확률이 높아짐

 

 (로봇의 앞면)

 

 

4. 결 론

☐ Lego Mindstorms과 창의설계를 융합해 큰 기대효과가 예상됨

o 팀워크 및 창의적인 사고 함양

- 브레인스토밍을 통해 창의적인 아이디어를 도출하고 제안된 아이디어를 발전시키거나 결합하여 현실성 있도록

  아이디어 정제를 통해 팀워크 및 창의적인 사고 함양

 

o 학생들의 학습 의욕 증가

- Lego Mindstorms 로봇을 이용한 수업을 통해서 교과목에 대한 흥미, 학습 의욕 층면에서 통계적으로 의미 있는

  향상이있음

 

 

최종 결과 로봇대련 토너먼트에서 6전 5승 1패로 최종우승을 하였습니다.

짧은 동영상도 있으니 추후에 올리도록하겠습니다.

감사합니다.