자바 언어 : 밝기 센서와 가속도 센서 사용하기

햄스터 로봇의 앞면에는 근접 센서의 광 트랜지스터와 같은 위치에 빛의 밝기를 감지하는 밝기 센서가 있습니다. 밝기 센서는 0부터 65535 Lux까지의 값을 가지며, 밝을 수록 값이 커집니다.

코드를 작성하기 전에 우선 밝기 센서의 값을 관찰해 봅시다. 햄스터 로봇의 밝기 센서를 손으로 가리거나 모니터 화면 또는 형광등과 같이 밝은 곳을 향했을 때 센서 값이 어떻게 달라지는지 관찰해 봅시다.

import org.roboid.hamster.Hamster;
import org.roboid.runtime.Runner;

public class Controller {
    public static void main(String[] args) {

        Hamster hamster = new Hamster();

        while(true) {
            System.out.println(hamster.light());
            Runner.wait(20); // 너무 빨리 반복하지 않도록 한다.
        }
    }
}

햄스터 로봇을 옷이나 종이 박스로 덮으면 버저 소리를 내게 합시다.

import org.roboid.hamster.Hamster;
import org.roboid.runtime.Runner;

public class Controller {
    public static void main(String[] args) {

        Hamster hamster = new Hamster();

        while(true) {
            if(hamster.light() < 10) {
                hamster.buzzer(1000);
            } else {
                hamster.buzzer(0);
            }

            Runner.wait(20); // 너무 빨리 반복하지 않도록 한다.
        }
    }
}

어두울 수록 높은 음을 내게 해봅시다. 밝기 센서의 값이 100일 때 버저 음의 높이는 100, 밝기 센서의 값이 5일 때 버저 음의 높이는 2000이 되도록 하고, 그 사이를 일정 비율로 버저 음이 높아지도록 하면 (버저 음) = 2100 - (밝기) * 20이 됩니다.

import org.roboid.hamster.Hamster;
import org.roboid.runtime.Runner;

public class Controller {
    public static void main(String[] args) {

        Hamster hamster = new Hamster();

        int value;
        while(true) {
            value = hamster.light();
            System.out.println(value);

            if(value < 5) {
                hamster.buzzer(2000);
            } else if(value > 100) {
                hamster.buzzer(0);
            } else {
                hamster.buzzer(2100 - value * 20);
            }

            Runner.wait(20); // 너무 빨리 반복하지 않도록 한다.
        }
    }
}

모스 부호를 만들어 햄스터 친구에게 전달해 봅시다. 첫 번째 햄스터 로봇은 하얀색 LED를 짧게 또는 길게 깜박여서 모스 부호를 표현합니다.

import org.roboid.hamster.Hamster;
import org.roboid.runtime.Runner;

public class Controller {
    private final Hamster hamster = new Hamster();

    // 양쪽 LED를 하얀색으로 짧게 깜박인다.
    private void blinkShort() {
        hamster.leds(Hamster.LED_WHITE);
        Runner.wait(200);
        hamster.leds(0);
        Runner.wait(200);
    }

    // 양쪽 LED를 하얀색으로 길게 깜박인다.
    private void blinkLong() {
        hamster.leds(Hamster.LED_WHITE);
        Runner.wait(1000);
        hamster.leds(0);
        Runner.wait(200);
    }

    // 첫 번째 모스 부호 (.--.)
    public void sendMorse1() {
        blinkShort();
        blinkLong();
        blinkLong();
        blinkShort();
    }

    // 두 번째 모스 부호 (-..-)
    public void sendMorse2() {
        blinkLong();
        blinkShort();
        blinkShort();
        blinkLong();
    }

    public static void main(String[] args) {
        Controller controller = new Controller();
        controller.sendMorse1();
        //controller.sendMorse2();
    }
}

두 번째 햄스터 로봇은 밝기 센서를 사용하여 LED의 밝기를 감지하고 LED가 켜진 시간을 측정하여 모스 부호를 알아냅니다. 첫 번째 모스 부호에 대해서는 잠시 뒤로 물러났다가 왼쪽으로 회전하고, 두 번째 모스 부호에 대해서는 잠시 뒤로 물러났다가 오른쪽으로 회전하도록 합시다.

import org.roboid.hamster.Hamster;
import org.roboid.runtime.Runner;

public class Controller {
    private final Hamster hamster = new Hamster();

    private static final int ACTION_NONE = 0;
    private static final int ACTION_1 = 1;
    private static final int ACTION_2 = 2;

    // 첫 번째 모스 부호에 대한 동작
    private void act1() {
        hamster.wheels(-30);
        Runner.wait(1000);
        hamster.wheels(-30, 30);
        Runner.wait(1000);
        hamster.stop();
    }

    // 두 번째 모스 부호에 대한 동작
    private void act2() {
        hamster.wheels(-30);
        Runner.wait(1000);
        hamster.wheels(30, -30);
        Runner.wait(1000);
        hamster.stop();
    }

    private static char encode(int tick) {
        if(tick > 40) { // 밝은 시간이 길다.
            return '-';
        } else { // 밝은 시간이 짧다.
            return '.';
        }
    }

    private static int analyze(String code) {
        if(code.equals(".--.")) {
            return ACTION_1;
        } else if(code.equals("-..-")) {
            return ACTION_2;
        }
        return ACTION_NONE;
    }

    private void act(int action) {
        switch(action) {
            case ACTION_1: act1(); break;
            case ACTION_2: act2(); break;
        }
    }

    public void run() {
        int tick = 0;
        String code = "";
        int result;
        while(true) {
            if(hamster.light() < 10) { // 어두우면
                if(tick > 0) {
                    code += encode(tick);

                    // 모스 부호 확인
                    System.out.println(code);
                    result = analyze(code);
                    if(result != ACTION_NONE) {
                        code = "";
                        act(result);
                    }
                }
                tick = 0;
            } else if(hamster.light() > 20) { // 밝으면
                ++ tick;
            }

            Runner.wait(20); // 너무 빨리 반복하지 않도록 한다.
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        new Controller().run();
    }
}

두 대의 햄스터 로봇을 서로 마주 보게 하여 뽀뽀하듯 가까이 붙여 놓습니다. 두 번째 햄스터 로봇의 코드를 먼저 실행하여 모스 부호를 받을 준비가 되면, 첫 번째 햄스터 로봇의 코드를 실행하여 모스 부호를 전달하도록 합시다.

다양한 모스 부호를 만들어 친구에게 비밀스러운 명령을 전달해 봅시다.

햄스터 로봇의 3축 가속도 센서 좌표계는 로봇의 앞쪽 방향이 X축, 왼쪽 방향이 Y축, 위쪽 방향이 Z축의 양수 방향이며, 각각 -32768 ~ 32767의 값을 가집니다.

코드를 작성하기 전에 우선 가속도 센서의 값을 관찰해 봅시다. 햄스터 로봇을 뒤집거나 옆으로 눕혔을 때 가속도 값이 어떻게 달라지는지 관찰해 봅시다. 햄스터 로봇을 손에 쥐고 이리저리 손목을 움직이면서 가속도 값을 확인해 봅시다.

import org.roboid.hamster.Hamster;
import org.roboid.runtime.Runner;

public class Controller {
    public static void main(String[] args) {

        Hamster hamster = new Hamster();

        while(true) {
            System.out.println(hamster.accelerationX() + ", " + hamster.accelerationY() + ", " + hamster.accelerationZ());
            Runner.wait(20); // 너무 빨리 반복하지 않도록 한다.
        }
    }
}

햄스터 로봇의 엉덩이를 손가락으로 툭 치면 햄스터 로봇의 X축 방향으로 가속도가 작용합니다. 이를 감지하여 1초 동안 앞으로 가게 해봅시다.

import org.roboid.hamster.Hamster;
import org.roboid.runtime.Runner;

public class Controller {
    public static void main(String[] args) {

        Hamster hamster = new Hamster();

        while(true) {
            if(hamster.accelerationX() > 2000) { // 엉덩이를 툭 쳤으면
                hamster.wheels(30); // 앞으로 이동한다.
                Runner.wait(1000);
                hamster.stop(); // 1초 후에 정지한다.
            }

            Runner.wait(20); // 너무 빨리 반복하지 않도록 한다.
        }
    }
}

어느 방향으로든 햄스터 로봇을 손가락으로 툭 치면 1초 동안 앞으로 가도록 코드를 수정해 봅시다.

햄스터 로봇에 내장된 가속도 센서를 사용하여 햄스터 로봇이 넘어졌다는 것을 감지해 봅시다. 햄스터 로봇이 똑바로 서있으면 중력에 의해 아래쪽으로만 가속도가 생기므로 가속도의 Z축 성분만 음수로 크기가 큰 값을 가지고 X축과 Y축 성분의 크기는 작은 값을 가집니다. 햄스터 로봇이 앞뒤로 혹은 왼쪽, 오른쪽으로 넘어졌을 때는 Z축 성분의 크기가 작아지고 X축 또는 Y축 성분의 크기는 커진다는 것을 알 수 있습니다. 따라서 Z축 성분의 크기가 작거나 양수이면 햄스터 로봇이 넘어졌다고 판단할 수 있습니다.

import org.roboid.hamster.Hamster;
import org.roboid.runtime.Runner;

public class Controller {
    public static void main(String[] args) {

        Hamster hamster = new Hamster();

        int tick = 0;
        while(true) {
            if(hamster.accelerationZ() > -2048) { // Z축 가속도 값이 작거나 양수이면
                // 일정 시간 간격으로 삐삐삐~ 소리 낸다.
                ++ tick;
                if(tick <= 10) { // 0.2초까지
                    hamster.buzzer(1000);
                } else if(tick <=20) { // 0.4초까지
                    hamster.buzzer(0);
                } else {
                    tick = 0;
                }
            } else { // 넘어진 것이 아니면
                hamster.buzzer(0);
                tick = 0;
            }

            Runner.wait(20); // 너무 빨리 반복하지 않도록 한다.
        }
    }
}

다음 그림과 같이 얇은 판을 연필이나 볼펜 위에 올려 시소처럼 움직이는 경사로를 만듭니다. 미로판의 검은색 바닥판 한 장을 얇은 판으로 사용하여도 됩니다. 햄스터 로봇이 경사로를 올라갈 수 있도록 한 쪽 끝에 올려 놓습니다.

햄스터 로봇의 X축 가속도 값을 관찰해 보면 중력이 아래쪽으로 작용하기 때문에 수평으로 놓여진 경우에는 아주 작은 값을 가집니다. 경사로를 내려갈 때는 X축 가속도 값이 양수 값으로 절대치가 커지고, 경사로를 올라갈 때는 음수 값으로 절대치가 커집니다.

수평으로 놓여진 경우	경사를 내려갈 때	경사를 올라갈 때

관찰 결과를 바탕으로 시소 놀이를 만들어 봅시다. 햄스터 로봇이 경사로를 올라가서 중앙을 넘어가면 햄스터 로봇의 무게 때문에 얇은 판의 앞쪽이 시소처럼 아래로 기울어집니다. 이 때문에 햄스터 로봇의 X축 가속도 값이 바뀌게 되고 이를 감지하여 햄스터 로봇이 뒤로 이동하게 합니다. 뒤로 이동하면서 중앙을 넘어가면 얇은 판의 뒤쪽이 아래로 기울어집니다. 이를 감지하여 다시 앞으로 이동하는 것을 반복하게 해봅시다.

import org.roboid.hamster.Hamster;
import org.roboid.runtime.Runner;

public class Controller {
    public static void main(String[] args) {

        Hamster hamster = new Hamster();

        int accX;
        while(true) {
            accX = hamster.accelerationX(); // X축 가속도 값
            if(accX > 1500) { // 앞쪽이 아래로 기울어졌다.
                hamster.wheels(-30); // 뒤로 이동한다.
            } else if(accX < -1500) { // 뒤쪽이 아래로 기울어졌다.
                hamster.wheels(30); // 앞으로 이동한다.
            }

            Runner.wait(20); // 너무 빨리 반복하지 않도록 한다.
        }
    }
}

1. Hamster robot
2. USB dongle

1. Software installation
2. Robot to PC connection
3. Run example files

1. Create a new project
2. Work in the cloud PC environment (optional)
3. Move on a board #1 (sequence, repetition)
4. Move and turn
5. Turn on LEDs and make a sound
6. Command in order repeatedly
7. Use proximity sensors
8. Move on a board #2 (repeat while)
9. Use floor sensors
10. Use light and acceleration sensors
11. Braitenberg's robot

1. Create a board game
2. Keyboard events
3. Graphical interface
4. Line following with one sensor
5. Line following with two sensors
6. Follow hamster friends (2 people 1 pair)
7. Follow a wall
8. Imitating a robot cleaner
9. Line following at intersection
10. Escape a maze

1. Assembling
2. Pin/socket layout
3. Digital input - Press button to beep
4. Digital output - LED is on when it is dark
5. Digital output - flashing twinkling LED
6. Digital output - LED is on in tilting direction
7. Analog input - Rotating the potentiometer changes the pitch.
8. Analog input - please do not let it get hot
9. Analog Input - Move along the light
10. PWM output - LED light gently brighter and darker
11. PWM output - LED candle shakes in the wind
12. Analog servo output - hamster robot has tail

1. Behavior based robot control
2. Path navigation
3. Swap