3D 프린터 출력물 이용 비트브릭 자동차 키트 만들기(1차)

지난 금요일... 준비 부족한 수업으로 여러 가지 문제점을 발견한 것들 중에

프로그래밍 구상의 많은 시간적 기회를 주기 위하여

학생들에게 아예 키트를 구성하여 짧은 시간 내에 조립을 완료하고 코딩에 좀더 많은 고민을 할 시간을 주는 것은 어떨까?

라는 생각에서 자동차 키트 만들기를 하게 되었다.

 

물론 SW교육의 본질적인 측면에서 보면 자동차 키트와 프레임 또한 학생들이 스스로 구안하도록 하는 것이 맞겠지만...

초등에서 17시간 만에 많은 것을 담아 내는 것은 무리수가 있으리라 여겨지며,

프레임과 키트를 구안하는 것과 코딩을 하는 것으로 이원하여 생각해 볼 때

코딩에 좀더 무게를 두고 시작하는 것이 좋지 않겠는가 하는 생각이다.

 

이러한 제작 과정을 바탕으로 좀더 발전적인 모델을 학생들로 하여금 찾도록 하면 오히려 좀더 의미가 있지 않을까 하는 것이다.

 

암튼... 여러 가지 고민 끝에

1. 조립시간을 최소화하고 프레임 구성을 효율적으로 할 수 있는 방안을 찾아보자,

2. 기본적인 프레임 구성 후 코딩의 과정에서 추가적인 모델 변경이 가능하도록 업그레이드 가능한 방안도 찾아보자는 취지에서

구상하게 되었다.

 

프레임 제작을 위한 모델은

헬로긱스 비트브릭 팀에서 처음으로 제시한 종이로 만든 자동차를 기본 모델로 하였다.

 

완성된 모습은 이렇다.

 

그리고 그 작동 모습은 이렇다.

 

 

 

3D 프린터를 구입해서 사용할 수 있게 되어서...

자동차 기판과 DC모터 파츠, 바퀴와 DC모터 혼, 구슬바퀴를 각각 모델링하고 출력하여 활용할 수 있었다. 구슬바퀴는 친구인 김병석 쌤이 모델링한 것을 받아서 그대로 활용하였다.

 

아래 사진은 자동차 기본 기판에 DC모터를 연결하는 파츠로 모터를 연결한 모습

 

DC모터를 연결한 자동차 기판의 아랫판 모습.

앞쪽 직사각형 모양의 홈은 구슬바퀴를 달 부분이고, 뒷 부분의 홈은 사진에서와 같이 DC모터의 연결선을 꽂아 바닥에 연결선이 끌리지 않도록 고정하는 클립의 역할을 하도록 한 것이다.

사진 아랫쪽의 긴 직사각형 부분은 DC모터 고정 파츠를 꼽아 걸쇠로 고정할 수 있도록 파츠를 끼워넣는 부분이다.

 

아래 사진은 바퀴와 DC모터와 직접 연결이 가능한 모터 혼이다.

모터 혼과 바퀴는 십자 모양의 링크로 연결할 수 있도록 구상했다. 바퀴는 싱기버스에 모델링 되어 있는 레고의 바퀴를 변형한 것이다.

모터 혼과 십자 링크는 직접모델링 한 것으로 비트브릭에서 제공하는 DC모터에서 연결이 가능할 것으로 보인다.

DC모터의 혼 연결부는 약 6mm이고 제작한 모터 혼은 직경이 약 5.7mm 정도로 제작되었다. 혼 내부의 톱니는 25개로 되어 있다.(톱니 수를 세려고 DC모터의 혼 연결부를 폰으로 확대해서 찍고 다시 확대해서 보면서 셌다는...)

 

DC모터에 혼을 연결하고 바퀴와 연결하기 직전의 모습

 

자동차 기판 밑의 구슬 바퀴(김병석 쌤 모델링 자료 공유로 제작됨) 모양과 연결 부분

구슬 바퀴에 구슬을 연결하고 덮개를 벗긴 모습

 

구슬 바퀴를 실제로 연결한 모습. 연결은 일단 양면테잎으로 하였다.

업그레이드 기판을 제작한 후 완전 고정할 때에는 순간접착제로 고정할 예정이다.

 

상판에 전지소켓을 넣고 올라온 블록 기둥에 비트브릭을 고정한 모습

실제 연결되었을 때 레고 연결핀과 완전히 딱 맞지 않는다는... 이는 업그레이드할 때 조정해야 하겠다.

 

상판에 기판을 연결한 후 DC모터와 바퀴가 살짝 휘는 현상이... 아마도 DC모터 고정 장치가 한 겹으로만 고정되어 상판 위의 무게로 인하여 눌려서 약간 휘어지는 듯한 느낌이다.

 

자동차 키트 앞에 IR센서와 LED를 연결하여 작동할 때의 모습

 

레고 블록을 이용하여 LED와 IR센서를 단 모습이다. 상판 좌우에 레고 블록 형태로 만든 이유는 사진에서와 같이 연결 레고 블록을 넣어 다양한 센서와 스위치 등을 연결할 수 있도록 여지를 주었다.

 

전면의 모습에서 모터가 상판과 밀착되지 않아 바퀴가 휜 것이 확연히 눈에 띤다.

DC모터를 자동차 기판에 밀착시킬 수 있는 방법을 찾아 보강하여야 하겠다. ㅠㅠ

 

자동차 조립 완성 후 뒤쪽에서 본 자동차의 모습

 

위 동영상의 동작 구현을 위한 코딩 내용

작동과 멈춤, IR센서 감지 등에서 '띠링~'하는 소리를 내도록 하다 보니 좀 복잡하게 보이는 듯하지만...

사실 조건 문 안의 내용만 구안되어도 충분할 듯...

IR센서로 거리가 400이하로 감지되면 빨간 불을 키면서 우회전 90도(시간으로 통제, 베터리 상황에 따라 시간을 더 늘려야 할 수도 있음.)한 후 앞으로 전진하도록 코딩함.

 

 

제작 후 보정이 필요하다고 판단되는 부분들

1. 비트브릭 상판을 고정하는 부분이 레고 부품과 맞지 않아 이에 대한 정밀한 보정 작업 필요

2. DC모터를 상판에 밀착시켜 상판 무게에 눌려 바퀴가 휘지 않도록 보강 필요

3. 모터 혼과 바퀴를 일체형으로 만드는 것은 어떨까?

 

보정에 대한 생각 정리

1. 비트브릭 상판을 고정하는 부분이 레고 부품과 맞지 않아 이에 대한 정밀한 보정 작업 필요

=> 켈리퍼스를 이용하여 레고 부품의 내경을 정확히 재어서 메인보드 고정 기둥의 두께를 조절해야 하겠다. 다른 레고 블록 처럼 5mm로 하면 될 것이라 생각했는데... 길이에 대한 정밀한 측정 후 보정하는 것이 필요하겠다.

 

2. DC모터를 상판에 밀착시켜 상판 무게에 눌려 바퀴가 휘지 않도록 보강 필요

=> 일단 양쪽 DC모터를 급한대로 고무줄로 연결하여 서로 잡아당기도록 해서 바퀴가 휘는 현상을 보강하여야 하겠다. 이 부분은 2차 업그레이드 때 기판의 좌우 크기를 줄여나가는 작업과 함께 보정해야 하겠다. 현재 방식으로는 DC모터 고정 파츠 연결 구멍을 좀더 안 쪽으로 밀어서 DC모터의 좌우 균형을 맞추어 주면 그래도 좀 덜 휘지 않을까 하는 막연한 생각이다.

 

3. 모터 혼과 바퀴를 일체형으로 만드는 것은 어떨까?

=> 아마도 바퀴가 휘는 이유는 상판의 무게 때문이기도 하겠지만, 모터 혼으로 연결된 바퀴와 DC모터 사이의 간격이 동체 크기에 비해 길기 때문이기도 할 것이다.

    그래서 모터 혼에서 십자 모양의 봉을 연결하여 바퀴와 연결하지 말고, 바로 모터 혼과 바퀴가 연결되도록 3D 프린터로 제작하는 것이 바람직해 보임.

 

 

일단 시간 관계상...

요 1차 모델을 4세트 준비해서 다음 번 금요일 수업 때 수업에 활용해 보아야 하겠다.

 

화이팅~~~!