다양한 통신체계 및 다양한 센서를 수용할 수 있는 모바일로봇 구동을 위한 범용 임베디드 보드 개발

Abstract

모바일 로봇을 개발하려면 다양한 요소가 필요하다. 로봇을 움직이게 하는 모터부터 외부의 정보를 알 수 있는 센서, 이러한 정보들을 종합하여 명령을 내리는 제어기와 통신을 위한 통신체계까지 모바일 로봇 개발을 위한 환경 구축은 많은 시간과 노력을 요하는 일이다. 따라서 로봇 개발자는 로봇 개발을 위해 시중에 존재하는 모터드라이버, 센서, 제어기 등을 개별적으로 구하여 이 모두를 통합하는 과정이 필요하다. 하지만, 시중에 존재하는 모터드라이버는 대부분이 모바일 로봇을 위한 것이 아니며 그 외의 요소들도 모바일 로봇에 특화되어있지 않다. 그렇기에 본 논문에서는 모바일 로봇 특화의 다양한 통신체계 및 다양한 센서를 수용할 수 있는 범용적인 임베디드 보드를 제작하여 로봇 개발자들의 연구에 도움을 주고자 한다.

본 논문에서 제작한 범용 임베디드 보드는 4개의 DC모터를 구동할 수 있는 모터드라이버, 4개의 Encoder, 2개의 Switch 입력과 2개의 12bit 분해능의 ADC(Analog to Digital Converter), 1개의 Laser sensor와 1개의 Display를 제공한다. 또한, ST사의 MCU(Micro Controller Unit)인 ’STM32F030C8T6‘가 내장되어 이들을 제어하며 주로 사용되는 통신 규격인 UART, I2C, SPI 통신을 지원한다.

모터 드라이버의 구현을 위해 INFINEON사의 IR2109 IC 칩을 사용하여 부트스트랩 회로를 구현하였다. Switch에는 채터링 현상 방지를 위해 Capacitor를 병렬로 배치하였으며, ADC에는 Low pass filter를 설계하여 데이터의 정확도를 높였다.

개발자 편의성을 위해 가장 많이 사용하는 제어기인 아두이노와 라즈베리파이를 이용하여 범용 임베디드 보드의 모든 기능을 제어할 수 있도록 설계하였으며, 특히 모터의 속도를 제어할 때는 PID 기법을 내장하여 사용자는 복잡한 알고리즘을 작성할 필요 없이 모터를 제어할 수 있도록 하였다.