[A+] 마찰계수 실험 레포트

소개글

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목차

1. 선반에서 2차원 절삭을 하여 다음과 같은 주분력 배분력을 각각 얻었다. 빈칸을 채우라.
2. μ의 응답을 Fc, Ft 변수로 그려보라.(surface 나 contour로 표현)
3. 기계공학에서 많이 쓰이는 센서의 종류, 원리, 응용례를 정리하여 제출하라.

본문내용

분야인 자율주행시스템에서도 라이다가 시장 점유율을 높이지 못하는 이유가 바로 이것으로, 구글 웨이모가 사용하는 라이다 센서의 가격은 7만 5천달러로 알려져 있고, 다른 업체의 자율주행차도 라이다 가격만 웬만한 소형차 값이 나온다. 물론 대량생산되어 양산차에 장착되는 라이다의 단가는 수천 불 수준으로 이보다 훨씬 저렴하다. 실제로 구글 웨이모가 라이다를 양산하면서 그 비용이 7500달러로 10분의 1로 감소했다. 문제는 이렇게 가격을 내려도 라이다 기반 자율주행은 라이다를 전방위로 장착해야 하기 때문에 실제 비용은 개별 센서 가격의 3~5배로 뛴다.
다만 기술의 발전으로 360대가 아닌 120도 정도의 시야각을 가진 저렴한 버전의 라이더가 나오고 있어서 비용문제는 해결될 것으로 보여진다. 실제로 화웨이에서 200달러짜리 라이다를 개발했다고 밝혔으며, 또 벨로다인은 2020년에 1000달러인 가격을 500달러 수준으로 내리겠다고 발표하는 등 점점 가격이 낮아지고 있다는 점은 라이다 진영으로서는 반가운 소식이다.
라이다의 전력 소모도 무시할 수 없는 수준이라, 전기차가 대세로 떠오른 2020년대에는 높은 소비 전력도 라이다를 기피하는 원인이 됐다.
Lidar 기술들
Elastic-backscatter lidar: 레이저 파장의 변화 없이 입자들의 운동량에 따라 backscattering되는 빛의 spectral broadening 특성을 이용하여 대 기 중의 aerosol 및 구름의 특성 측정 등에 활용되는 기술
Raman lidar: 분자 에너지 상태에 따라 분산되는 레이저 빛의 주파수 변화 및 Raman band 내의 세기 분포 분석을 통하여 대기 중의 수증기 및 온 도 분포 등의 측정에 활용되는 기술
Differential-absorption lidar(DIAL): 각기 다른 레이저 파장을 가지는 레이저 빔들에 대하여 측 정 대상 물질의 흡수 차이를 이용하여 대기 오염 물질 등의 농도 분포를 측정할 수 있는 기술
Resonance fluorescence lidar: 원자, 이온 또는 분자의 에너지 천이와 동일한 에너지를 가지는 레이저 빛에 대하여 동일 파장의 빛 또는 긴 파장의 빛을 방출하는 특성을 이용하여 중간권역 대 기 중의 원자 및 이온 농도를 측정하는 기술
Doppler lidar: Doppler 효과에 의한 레이저 빔의 미세한 주파수 변화를 측정하여 바람 등의 속도를 측정하는 기술
Laser rangefinder: 물체로부터 반사되는 레이저 빔의 수신 시간을 측정하여 거리를 측정하는 가 장 간단한 형태의 라이다 기술
Imaging lidar: 레이저 빔의 진행 방향에 대한 거 리 정보를 포함하여 공간에 대한 영상 모델링이 가능한 기술로써 laser rangefinder 기술을 기반으로 point-scanning을 통하여 point cloud 정보를 수집하거나 광각의 flash-laser에 대하여 반사되는 레이저 빛을 다중 배열 수신소자를 통하 여 수집함으로써 3차원 영상 구현이 가능한 기술
종류
주사식 스캐너는 라이다에서 나온 레이저 광선이 피사체에서 반사된 뒤 다시 라이더 센서로 돌아오기 까지의 시간을 측정해 센서로부터 주변 물체까지의 거리를 측정한다. 1회 회전하는 동안 얼마만큼 쪼개서 스캔이 가능한 지에 따라 채널 단위로 나누어지는데, 마치 CT가 X-ray 를 채널단위로 나누어 슬라이스를 형성하는 것처럼 라이다 센서의 레이저 발광부는 라이다의 채널만큼 쪼개진 레이저 빔을 방사하게 된다. 주사식 스캐너로서 가장 합리적이며 가장 민간인이 구하기 쉽고 가장 개발하긴 편한 대신에 정밀도는 좀 떨어지는 velodyne 사의 라이다이다. 채널 수가 높을수록 1회 회전당 스캐닝할 수 있는 수직 범위가 넓어지므로 더욱 세밀하게, 높은 정밀도로 획득할 수 있다.
주사식 라이다의 가장 큰 장점은 기타 라이다에 비해 매우 높은 위치정밀도를 보장하는 점이다. 채널 당 대응하는 광선이 물체에 부딪혀 반사되어 되돌아오는 시간을 정확히 측정하는 방식이기에, 고성능 제품의 경우 오차범위가 0.001mm 수준이며, 위 사진에 있는 제품들도 기본적으로 1mm 정도의 분해능을 가진다. 따라서, 고해상도로 도시 전체를 스캔해야 하거나 정밀한 구조 분석을 요하는 경우엔 주사식 스캐너를 사용하는 라이다를 사용한다. 드론에나 장착 가능한 16채널이나 32채널짜리 주사식 라이더라 하더라도, 장시간 비행해 다양한 부분에서 스캐닝을 하면 매우 방대하고 정밀한 수준의 데이터를 얻을 수 있다.
섬광 스캐너는 펄스 레이저와 정밀하게 교정된 렌즈, 그리고 고성능 이미지 센서를 통해 구성된 스캐너다. 위에 있는 주사식 스캐너와 달리, 빔 스플리터라고 불리는 특정한 렌즈에 의해 발사된 빔이 수천 갈래로 나누어져 발사되며, 이후 물체에 반사된 빔이 PMT 와 CCD에 각각 수신될 때, PMT 에는 되돌아온 빛의 수신 시간이, CCD에는 패턴이 반사된 이미지가 촬영된 것을 사용해 특정 빔이 언제 도착했는지를 연산하여 한번에 특정 영역을 통으로 스캔할 수 있도록 해 준다. 주사식 스캐너에 비해 주변 환경을 다시 읽는, 소위 샘플링 레이트가 매우 높은것이 장점으로, 차량의 자율 주행을 위한 라이더는 보통 이 방식의 라이다가 사용된다. 빠른 속도로 특정 각도에 대응하는 전체 공간의 데이터를 얻어야 하는데, 이는 큰 정밀도 보단 높은 반응속도를 요하기 때문이다.
다만 주사식 라이다에 비해 분해능이 떨어지는 편으로, 같은 자리에서 같은 물체를 계속 측량한다고 해서 주사식 스캐너처럼 더 높은 해상도의 데이터를 얻을 수 있는게 아니라 그냥 카메라 녹화하듯이 거리데이터가 조금씩 움직이는 데이터만을 얻을 수 있다. 누적하면 된다고야 하지만, 섬광 스캐너는 가로세로 해상도의 개념이 있기 때문에 채널단위로 슬라이스를 나누어 고정밀 스캐닝을 하는 주사식과 달리 누적에도 한계가 큰 편이다.
구글 탱고 프로젝트에서 사용된 위치 정위 시스템 및 3D 스캐닝 시스템도 섬광식 스캐너 라이다에 해당한다.
응용례
자율주행, 국토지리정보, 자동운전로봇, 3d 스캔, 로봇 청소기, 우주 정거장과 우주선의 도킹 시스템, 우주 탐사 로봇

키워드

마찰계수,   실험 레포트,   2차원 절삭,   주분력,   배분력,   기계공학,   센서의 종류,   응용례