대표 프로젝트#ROS 2#ESP32#Raspberry Pi 5#EKF#PPO

2륜 자율 균형 로봇

캡스톤디자인 · 팀 프로젝트

문제: PID와 LQR 제어는 손으로 미는 정도의 외란에도 자세가 크게 흔들렸습니다.
접근: ESP32가 센서와 모터를 맡고, Raspberry Pi 5가 EKF 자세 추정과 PPO 정책 연산을 맡는 분산 구조로 만들었습니다.
결과: 자세 오차를 PID 대비 79.5%, LQR 대비 65.6% 줄였습니다.

외란 시험 · 손으로 밀어도 자세를 회복정면, 측면 · 19초

실내 문틀 레일 통과

실외 노면 전환 주행1.5×

시스템 구조

PPO 정책은 ESP32가 보낸 센서값으로 제어 명령을 계산합니다. 저는 정책 작성과 두 보드 사이 통신을 같이 맡았습니다.

결과

PID

100

LQR

59.6

EKF+PPO

20.5

PID의 자세 오차를 100으로 놓은 상대값입니다. PID 대비 79.5%, LQR 대비 65.6% 감소에서 계산했습니다.

막혔던 문제와 해결

01
처음 작성한 PPO가 균형을 잡지 못함
학습량을 늘리고 하이퍼파라미터를 다시 맞추자 균형을 잡았습니다.
02
조립 단계에서 센서가 제대로 작동하지 않음
소프트웨어 담당이었지만 하드웨어 팀원들과 같이 원인을 찾아 해결했습니다.

담당

PPO 강화학습 제어 정책 작성, 학습, 튜닝
ESP32와 Raspberry Pi 5 사이 통신 연결, 센서값 안정 수신

문서

two_wheel_robot_docs프로젝트 문서