CtrlRobot은 산업용 로봇 암(Arm), 모바일 플랫폼, AGV/AMR를 통합 제어하고 AI 비전과 모션 플래닝을 결합한 차세대 스마트 로봇 솔루션입니다. ESP32/STM32 기반 펌웨어부터 ROS2, 클라우드 대시보드까지 전 계층을 커버합니다.

1. 프로젝트 목적

mindmap
  root((CtrlRobot 목적))
    정밀 모션 제어
      로봇 암 6축 제어
      궤적 생성 / 역기구학
      토크 / 속도 피드백
    AI 비전 연동
      YOLO 객체 인식
      Pick & Place 자동화
      불량 검사 QC
    자율 이동
      AGV 경로 계획
      SLAM 맵핑
      장애물 회피
    원격 운영
      실시간 3D 시각화
      웹 기반 티칭
      OTA 펌웨어 업데이트

2. 주요 기능

로봇 제어 계층

flowchart TD
    subgraph HW["하드웨어 계층"]
        M1[서보 / BLDC 모터]
        ENC[엔코더 / IMU]
        FORCE[포스·토크 센서]
    end

    subgraph FW["펌웨어 계층 — STM32 / ESP32"]
        HAL[HAL 드라이버]
        RTOS[FreeRTOS\n멀티태스크]
        CTRL[PID / FOC 제어기]
    end

    subgraph MID["미들웨어 — ROS2"]
        NODE[ROS2 Node\n토픽 / 서비스]
        PLAN[MoveIt2\n모션 플래닝]
        NAV[Nav2\n자율 주행]
    end

    subgraph APP["애플리케이션"]
        API[FastAPI\n명령 수신]
        UI[Next.js\n대시보드]
    end

    HW --> FW --> MID --> APP

AI 비전 파이프라인

flowchart LR
    CAM[산업용 카메라\n / 뎁스 카메라] --> PREPROC[전처리\n리사이즈 · 정규화]
    PREPROC --> YOLO[YOLO v8\n객체 감지 · 분류]
    YOLO --> POSE[6D Pose 추정\n위치 · 자세 계산]
    POSE --> PLAN[모션 플래닝\nMoveIt2]
    PLAN --> ARM[로봇 암\nPick & Place]

    YOLO --> QC[불량 판정\nPass / Fail]
    QC --> LOG[(결과 저장\nPostgreSQL)]

자율 이동 (AGV / AMR)

flowchart TD
    subgraph SENSE["인식"]
        LIDAR[LiDAR\n2D / 3D]
        CAM2[RGB-D 카메라]
        UWB2[UWB\n실내 측위]
    end

    subgraph SLAM["SLAM / 위치추정"]
        MAP[맵 생성\nCartographer]
        LOC[자기 위치 추정\nAMCL]
    end

    subgraph NAV2["경로 계획 — Nav2"]
        GLOBAL[전역 경로 계획\nDijkstra / A*]
        LOCAL[지역 장애물 회피\nDWA]
    end

    CTRL2[모터 드라이버\nCANBus / RS485]

    SENSE --> SLAM --> NAV2 --> CTRL2

3. 기술 스택

구분	기술
Firmware	STM32H7 · ESP32-S3 · FreeRTOS · HAL · CAN / RS485
Middleware	ROS2 Humble · MoveIt2 · Nav2 · micro-ROS
AI / Vision	YOLO v8 · OpenCV · PyTorch · 6D Pose Estimation
Backend	FastAPI · gRPC · Redis · MQTT
Frontend	Next.js · React Three Fiber · XYFlow
Database	PostgreSQL · InfluxDB (시계열)
DevOps	Docker · Ubuntu 22.04 · GitHub Actions

4. 시스템 아키텍처

graph TD
    subgraph ROBOT["로봇 하드웨어"]
        ARM2[로봇 암\n6축 서보]
        AGV2[AGV / AMR\n모바일 플랫폼]
        CAM3[비전 카메라\nRGB-D]
    end

    subgraph EDGE2["엣지 컨트롤러"]
        STM[STM32H7\n실시간 제어]
        RPI[Jetson Nano / RPi\nROS2 노드]
    end

    subgraph SERVER["서버 계층"]
        FAST2[FastAPI\n명령 API]
        GRPC[gRPC\n고속 스트림]
        AI2[AI 서버\nYOLO · Pose]
        MQ2[MQTT Broker]
    end

    subgraph STORE["데이터 저장"]
        PG2[(PostgreSQL)]
        INFLUX[(InfluxDB\n시계열)]
    end

    subgraph DASH["대시보드"]
        NEXT2[Next.js\n3D 시각화 · 모니터링]
    end

    ROBOT --> EDGE2
    EDGE2 -->|micro-ROS / MQTT| SERVER
    SERVER --> STORE
    SERVER -->|WebSocket| DASH
    DASH -->|REST| FAST2

5. 제어 흐름

sequenceDiagram
    participant UI2  as Next.js 대시보드
    participant API2 as FastAPI
    participant ROS  as ROS2 Node
    participant FW2  as STM32 펌웨어
    participant HW2  as 로봇 하드웨어

    UI2->>API2:  작업 명령 (Pick & Place)
    API2->>ROS:  목표 포즈 전송
    ROS->>ROS:   MoveIt2 경로 계산
    ROS->>FW2:   관절 각도 목표값 전송
    FW2->>HW2:   PWM / 토크 제어
    HW2-->>FW2:  엔코더 피드백
    FW2-->>ROS:  현재 상태 보고
    ROS-->>API2: 작업 완료 / 에러
    API2-->>UI2: 실시간 상태 업데이트

6. 모션 제어 파이프라인

flowchart LR
    TARGET[목표 포즈\nXYZ + RPY] --> IK[역기구학\nIK Solver]
    IK --> TRAJ[궤적 생성\nSpline / Trapezoidal]
    TRAJ --> PID2[PID 제어기\n관절별]
    PID2 --> MOTOR[모터 드라이버\nFOC / PWM]
    MOTOR --> FB[피드백\n엔코더 · IMU]
    FB --> PID2

7. 기대 효과

graph LR
    A[CtrlRobot 도입] --> B[24시간 무인 생산]
    A --> C[불량률 감소\nAI QC]
    A --> D[작업자 안전 향상]
    A --> E[공정 유연성 증가]

    B --> F[생산성 극대화]
    C --> F
    D --> G[작업 환경 개선]
    E --> F

Note: 본 문서는 CtrlRobot 플랫폼의 표준 설계 가이드라인으로 활용됩니다.
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