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표제지

목차

초록 10

I. 서론 11

A. 연구의 배경 및 목적 11

B. 연구의 내용 및 방법 12

II. 관련 연구 15

A. 선행연구 사례 15

B. 군집 로봇의 사례 19

C. 개미 로봇을 구현한 사례 20

III. 작품의 개념 21

A. 빛을 이용한 상호작용 21

B. 개미의 특징을 모방한 로봇의 행동양식 23

C. 지능적인 군집을 위한 알고리즘 23

D. 광 페로몬의 개념 24

IV. 광 페로몬 설계 및 제작 26

A. 광 페로몬을 위한 Interactive MAP 26

B. 광 페로몬의 특징 27

C. 회로 설계 및 제작 27

V. 군집 생물모방 로봇의 설계 및 구현 30

A. 개미의 계급에 따른 로봇의 역할 30

B. 여왕개미와 수개미(Main Robots) 31

(1) 센서설계 31

(2) 외형설계 32

(3) 동작설계 35

(4) 회로설계 38

C. 일개미(Sub Robots) 40

(1) 센서 및 동작 설계 40

(2) 외형 설계 41

(3) 회로 설계 42

VI. 실험 및 PCB제작 43

A. 각 소자 및 부품 43

(1) 빛 센서 43

(2) 포토레지스터 43

(3) 마이크로 스위치 44

(4) OPAMP (LM386) 44

(5) RELAY 44

(6) CAPACITOR 44

(7) 모터 드라이버 45

(8) OPAMP (LM324) 46

(9) OR Gate (CMOS 4071) 46

(10) COMPARATOR (LM2901) 47

B. LTspice를 통한 회로 시뮬레이션 48

C. OrCAD를 이용한 PCB제작과정 60

VII. 작동 및 최종결과 64

VIII. 결론 및 추후과제 68

IX. 참고문헌 70

표목차

표 1] 마이크로컨트롤러와 아날로그 구현 환경의 비교 18

표 2] 회로 1의 센서입력에 따른 모터출력 37

표 3] 회로2의 센서입력에 따른 모터출력 37

표 4] 터치 스위치에 입력이 들어왔을 시에 모터의 출력반전 37

표 5] 터치 스위치 OFF시에 모터출력과 모션 41

표 6] 터치 스위치 ON시에 모터출력과 모션 41

표 7] TA8080K의 TRUTH TABLE 45

그림목차

그림 1] Petit Mal - Simon Penny 15

그림 2] ROBOTARIUM X -Reonel Moura 16

그림 3] Mark Tilden의 다양한 BEAM ROBOT 17

그림 4] 레오넬 무라의 작품에 이용된 BEAM ROBOTS 18

그림 5] Swarm Robot painting - Reonel Moura 19

그림 6] An Experimental Setup for the Study of Ant-like Robots and Alice micro robot 20

그림 7] 빛을 이용한 상호작용의 컨셉 21

그림 8] 광 페로몬을 위한 Interactive MAP의 입출력 프로세스 22

그림 9] 로봇의 센서반응에 따른 출력 프로세스 22

그림 10] 시간에 따른 개미의 페로몬 변화 25

그림 11] Light Pheromone 을 위한 Interactive MAP의 컨셉 26

그림 12] Light Pheromone 회로도 27

그림 13] Light Module PCB Design 28

그림 14] 완성된 PCB 기판 - 광 페로몬 모듈 28

그림 15] 완성된 총 480개의 Interactive MAP 29

그림 16] 다양한 형태로 구성할 수 있는 Interactive MAP 29

그림 17] 개미의 역할에 따른 로봇 구성 30

그림 18] 개미의 역할에 따른 각 로봇의 역할 30

그림 19] 플로킹 알고리즘에 따른 센서설계 31

그림 20] 로봇 몸체에서 각 센서 위치설정 다이어그램 32

그림 21] 각 센서 위치를 고려한 PCB 기판 설계 - 제어모듈 33

그림 22] 각 센서 위치를 고려한 PCB 기판 설계 - 모터모듈 33

그림 23] 완성된 제어모듈 PCB (좌), 완성된 모터 모듈 PCB (우) 34

그림 24] 제어모듈과 모터모듈을 연결한 완성된 로봇의 모습 (우측면, 좌측면) 34

그림 25] 메인 로봇의 센서반응에 따른 모션 35

그림 26] 오른쪽 모터제어를 위한 회로 1 의 다이어그램 36

그림 27] 왼쪽 모터제어를 위한 회로 2 의 다이어그램 36

그림 28] 오른쪽 모터제어를 위한 전체회로도 38

그림 29] 왼쪽 모터제어를 위한 전체회로도 38

그림 30] 센서모듈 회로도- 센서 반응에 따른 제어 39

그림 31] 모터모듈 회로도- 터치 반응에 따른 제어 39

그림 32] 광 페로몬 회로도 40

그림 33] 서브로봇의 센서설계 , 센서반응에 따른 모션 40

그림 34] 센서 위치를 고려한 PCB 기판 설계도와 완성된 서브 로봇의 모습 41

그림 35] 서브 로봇의 전체 회로도 42

그림 36] 빛 센서 LLS08-A 의 실제 사진과 반응 스펙트럼 43

그림 37] 포토레지스터 Cds 와 회로 심벌 43

그림 38] 마이크로스위치 44

그림 39] LM386 와 내부 데이터 44

그림 40] RELAY 44

그림 41] CAPACITOR 44

그림 42] TA8080K와 내부 다이어그램 데이터 45

그림 43] LM324 46

그림 44] OR GATE 4071 46

그림 45] LM2901 - LOW POWER QUAD VOLTAGE COMPARATOR 47

그림 46] OrCAD를 이용한 PCB 설계 과정도 61

그림 47] 광 페로몬 모듈- OrCAD Layout 의 설계 화면(좌)과 거버 파일(우) 62

그림 48] 메인 로봇 제어모듈 - 거버 파일과 TOP 레이어 파일 62

그림 49] 메인 로봇 모터모듈 - 거버 파일과 BOTTOM 레이어 파일 62

그림 50] 완성된 메인 로봇과 서브로봇, 바닥의 광 페로몬 모듈 63

그림 51] 결과 영상 - 어두운 환경에서 로봇들의 모습 65

그림 52] 결과 영상 - 응집해있는 여러 로봇들의 모습 66

그림 53] 결과 영상 - 응집을 돕기 위해 외부의 빛으로 인터랙션하는 모습 66

그림 54] 결과 영상 - 여왕 로봇을 향해 응집해있는 로봇들 67

그림 55] 결과 영상 - 페로몬을 뿌리는 여왕 로봇 67

그림 56] 결과 영상 - 광 페로몬 영역에 응집하는 로봇들 68

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