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Digi 지구 탐사 로봇 : 로봇 공학에 영감을 주는 STEM 교육용 로봇 

Rob Faludi, IoT Consultant, Faludi.com / August 17, 2022

STEM은 과학(Science), 기술(Technology), 공학(Engineering), 수학(Mathematic)의 약자로 이공계 전공에 대한 단어입니다. STEM 로봇 공학 프로젝트는 학생들에게 프로그래밍에서 프로토타이핑, 사물 인터넷에서 무선 통신을 지원하는 RF 및 셀룰러 연결의 기초에 이르기까지 무선 제품 개발의 여러 측면을 배울 수 있는 방법을 제공합니다. 이 글에서는 Digi의 엔지니어링 팀이 학생 로봇 공학 프로젝트를 위한 훌륭한 프로젝트를 예로 들어 개발, 설계 및 구축에 대한 Digi의 지구 탐사 로봇에 대한 개요를 제공합니다. 

Digi 지구 탐사 로봇은 원격 장치를 위한 셀룰러 IoT의 힘을 보여주는 STEM 교육용 로봇입니다. 화성 탐사선처럼 원격 제어되지만 여기 지구에서 작동합니다. 이 지구 탐사 로봇은 누구나 쉽게 상호 작용할 수 있도록 SMS 문자 메시지를 사용하여 통신합니다. 앱이나 로그인이 필요하지 않습니다. 

Digi 지구 탐사 로봇은 통신을 위한 Digi XBee 3 셀룰러 LTE-M/NB-IoT 글로벌 모듈을 특징으로 하며 해당 모듈의 온보드 GNSS/GPS를 활용하여 위치를 확인합니다. 또한 여러 명의 동시 사용자의 문자 메시지 명령을 수락하여 서로 다른 방향으로 운전하고 환경 센서 데이터를 보고할 수 있습니다. 소리를 재생하고 위치가 표시된 지도를 보냅니다. Digi XBee 3 셀룰러 모듈은 4G LTE-M 셀룰러 네트워크를 통해 전 세계 어디에서나 로봇에 연결할 수 있습니다. 

Digi 지구 탐사 로봇은 2022년 1월 라스베이거스에서 열린 CES(Consumer Electronics Show)에서 첫 선을 보였으며, 현재 총 4대를 보유하고 있습니다. 

이것의 목적은 완전한 원격 관리, 좁은 전력 및 대역폭 내에서 복잡한 작업, 접근하기 어려운 장소에서의 작업, 내장된 위치 인식(GNSS)의 가치를 가지고 있는 Digi XBee 3 Global IoT 모듈의 핵심 가치를 입증하는 것입니다. 

전시회에서 선보인 탐사 로봇 데모를 통해 참석자는 스마트폰으로 이것을 제어할 수 있습니다. 간단한 텍스트 명령은 로봇을 움직이고 로봇의 센서는 원격 모니터링을 위한 데이터를 제공합니다. Digi XBee 모듈은 GPS 위성을 통해 위치 정보를 제공하고 센서는 실시간으로 온도 및 기타 환경 조건을 되돌려 보냅니다. 

Digi 지구 탐사 로봇이 STEM 로봇 공학 팀에 영감을 줄 수 있는 방법 

이 탐사 로봇은 STEM 로봇 공학 프로젝트의 좋은 예입니다. 대학생과 고등학생이 원격 탐사에 대해 배우고 셀룰러 IoT 기술을 구축하여 차세대 통신 연결 장치에 대하여 설계할 준비를 할 수 있기 때문입니다. 

교육 과정의 예로 학생 로봇 팀을 구성하여 유사한 로봇을 만들고 경쟁에 참가할 수 있습니다. 여기에서 목표는 각 지구 탐사 로봇이 독립적으로 가장 오랫동안 생존하거나 또는 직접적인 상호 작용 없이 가장 먼 거리를 여행하는 것입니다. 

탐사 로봇이 한 위치에 "착륙"하면 제한된 원격 통신만으로 독립적으로 작동합니다. 학생들은 차세대 통신 연결 장치 솔루션을 만드는 데 필요한 기술을 구축하면서 자신의 성공과 실패를 실습을 통해 배울 수 있습니다. 

탐사 로봇은 원격으로 위치한 셀룰러 IoT 장치에 대한 훌륭한 모델입니다. 탐사 로봇과 원격 셀룰러 IoT 장비 모두 제한된 전력으로 많은 작업을 수행해야 하며 제한된 통신 대역폭과 원활하지 않은 통신 연결에 대하여 많은 고민을 하여야 합니다. 둘 다 상당히 까다로운 환경에서 원격 감지를 하여야 하며, 둘 다 무선 명령을 통해 완전히 제어되어야 합니다. 

Digi XBee 셀룰러 모듈은 이 시스템의 핵심입니다. TCP/IP, UDP, SMS 및 Bluetooth BLE를 사용합니다. MicroPython에서 GNSS/GPS 위치 서비스 및 에지 프로그래밍 기능을 제공합니다. 

또한 구성, 장치 상태 점검, 무선 펌웨어 및 소프트웨어 업데이트를 위한 완벽한 원격 관리 및 모니터링 시스템인 Digi Remote Manager가 있으며, 이는 무선 로봇 공학 또는 기타 연결된 제품을 대규모로 구축 및 배포하는 모든 조직을 위한 중요한 클라우드 기반 플랫폼입니다. 

STEM 로봇 공학을 우주 탐사에 연결하기 

무선 기계가 화성에 도착하면 전자 목줄만 있으면 됩니다. 화성 탐사선이 멈추거나 소프트웨어 문제가 발생하거나 센서를 잃어버리거나 새로운 지침이 필요한 경우 응답은 항상 무선 명령으로 진행되어야 합니다. 아무도 렌치나 기름통을 가지고 가지 않을 것입니다. 화성으로 어떤 구성 요소도 교체하러 갈 수 없습니다. 

근본적으로 이것은 셀룰러 IoT 장치에 있어서도 동일합니다. 대부분은 공급업체가 접근할 수 없는 개인 주택 내부와 같이 접근하기 어려운 장소에 설치됩니다. 혹은, 액세스가 기술적으로 가능하지만 장치 네트워크의 크기나 설치되어 있는 장비가 많기 때문에 현장을 방문하는 수리 및 문제해결은 경제적으로 비실용적입니다. 소요 시간은 말할 것도 없고 100,000개의 위치를 방문하고 100,000개의 재설정 버튼을 누르는 데 드는 비용은 이러한 장치들이 화성에 있는 것과 다르지 않습니다. 따라서 붉은 행성에 있는 장비처럼 무선 통신은 우리의 유일한 방법입니다. IoT 전자 목줄만 있으면 됩니다. 

지구 탐사 로봇 운영하기 

다음은 Digi 지구 탐사 로봇 데모에 대한 간단한 설명입니다. 시작하기 위해 사용자는 탐사 로봇의 깃발에 있는 QR 코드를 스캔하여 Digi XBee 셀룰러 모듈의 전화번호로 주소가 지정된 문자 메시지를 생성합니다. 이 첫 번째 명령을 보내면 로봇이 몇 초 동안 앞으로 이동합니다. 그런 다음 로봇은 다른 유용한 작동 명령을 보여주는 확인 및 도움말 메시지로 응답합니다. 

"왼쪽" 또는 "오른쪽"을 보내면 90도 회전을 명령합니다. "뒤로"를 보내면 트럭처럼 삐 소리가 나면서 후진합니다. 사실, "삐" 또는 "삑"으로 문자를 보내면 로봇이 다른 멜로디를 연주할 수도 있습니다. 명령 뒤에 숫자를 추가하면 실행 시간이 사용자 지정됩니다. 따라서 "back 10"은 로버를 10초 동안 후진합니다. 

  
이 지구 탐사 로봇에는 온도, 습도, 이산화탄소 농도 및 현재 나침반 방향을 보고하는 다양한 환경 센서가 있습니다. "센서" 명령은 다음과 같은 보고서를 반환합니다.
 

나침반은 특정 방향으로 회전하는 데 사용할 수 있습니다. "동쪽으로 회전" 명령은 로봇이 해당 기본 방향을 향할 때까지 회전하도록 하여 절대 탐색 프로세스를 용이하게 합니다. 

또한 이 로봇은 Digi XBee 3 셀룰러의 온보드 GNSS/GPS를 사용하여 위치를 제공합니다. 탐사선에 보낸 "지도" 명령은 대화형 지도를 표시하는 특수 링크를 반환하여 원격 사용자에게 세계의 정확한 위치를 보여줍니다. 

위치 서비스는 셀룰러 IoT에서 특히 중요한 구성 요소입니다. 사용 방법에 따라 많은 장치에는 이동성이 있고 실시간으로 현재 위치를 표시해야 하기 때문입니다. 

예를 들어 자율 주행 잔디 깎는 기계는 작업 위치를 추적할 수 있으며, 운송 트레일러의 경우 이동 중이든 운송장에서 픽업을 기다리는 중이든 상관없이 그 위치를 찾을 수 있습니다. 

꼭 이동성이 있는 장치가 아니더라도, 고정 네트워크 장치 역시 설치할 때 물리적 노드 위치를 자동으로 정확하게 기록하고 재배치되는 경우 추가 경고를 보내 위치를 파악할 수 있는 이점을 얻을 수 있습니다. 

이 Digi 지구 탐사 로봇은 원격으로 구성할 수 있습니다. 고유 ID, 신호 강도, 여유 메모리, 전압 및 기타 상태 설정을 포함하여 진단을 검색하는 특수 명령이 있습니다. 

이러한 관리 명령은 상태를 업데이트하고, 다른 설정을 조정하고, 로봇을 재부팅하거나 종료할 수 있습니다. 화성에 있어야 하는 것처럼 모든 것이 무선으로 이루어집니다. 

무선 설계를 배우는 학생들에게 로봇이 성층권 밖의 어딘가에 있더라도 지구 어디에서나 원격으로 구성하고 제어할 수 있는 로봇 공학을 구축하는 과정을 경험함으로 미래를 위한 기술을 학습할 수 있는 훌륭한 기회를 제공합니다. 

많은 학생들이 팀을 이루어 Digi RF 및 셀룰러 통신 모듈과 Digi 임베디드 시스템 온 모듈을 사용하여 크고 작은 프로젝트의 프로토타입을 만들고 구축했습니다! 

STEM 로봇용 부품 소싱 

Digi XBee 3 셀룰러 LTE-M/NB-IoT 모듈은 Digi 제품이지만 이것만으로는 부족합니다. 지구 탐사 로봇의 경우, 아래와 Digi의 파트너가 로봇 완성을 가능하게 했습니다. 

> Parallax는 아두이노를 가르치는 STEM 로봇 공학 교육자를 위한 ShieldBot 로봇 공학 플랫폼을 만듭니다.

> Sparkfun은 Digi XBee 3 셀룰러 모듈을 호스팅하는 XBee Shield를 제공합니다.

> CO2 센서와 나침반은 Adafruit의 제품입니다.

> AT&T와 Verizon은 무선 통신 연결성을 제공합니다.

Digi XBee에 대해 자세히 알아보려면 저희의 홈페이지를 방문하여 주시기를 바라겠습니다. 

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