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1 Journal of Engineering Education Research Vol. 19, No. 2, pp. 60~69, March 2016 레고마인드스톰 NXT 를활용한기초설계교과목에서의효과적인공학설계과제선정방안연구 신연순 손대근 이경호 홍성호 이강우 정진우 동국대학교컴퓨터공학과 A Study on Selection of Effective Engineering Design Problem based on LEG Mindstorm NXT for Basic Design Education Shin, Youn-Soon Sohn, Dai-Geun Lee, Kyung-Ho Hong, Sung-Ho Lee, Kangwoo Jung, Jin-Woo Department of Computer Science and Engineering, Dongguk University, Seoul, Korea ABSTRACT This paper deals with the selection method of effective engineering design problem based on LEG Mindstorm NXT for basic design education. By YouTube case study of various LEG-based engineering designs for olympic sports, performance criteria have been developed including programming complexity, structural complexity, sensor/actuator complexity and variety of game operation. Programming complexity includes range of programming code length and possible program variety. Structural complexity includes variety of structural elements such as length, shape, weight, and volume to overcome design restrictions. Sensor/actuator complexity includes variety of sensor used and number of possible actuator assemblies. Variety of game operation includes game complexity and required creativity to make LEG robots. Based on these performance criteria, four representative sports were selected as the candidates for effective engineering design problem. Finally, feasibility and attributes of each candidate were verified by real implementation examples. Keywords: Engineering Design, Engineering Education, LEG Mindstorm, lympic Sports I. 서론 1) LEG Mindstorm은국내외여러대학에서융합교육관점에서기초공학설계를위한효과적인도구로널리사용되고있다 ( 박준형정슬, 2009; 박준형정슬, 2012; 이강, 2009; 이경희, 2011; 김태희강문설, 2010). LEG Mindstorm의특성상전문적인지식이없이도프로그래밍이가능하여컴퓨터공학분야기초설계에적합할수있으며, 다양한센서와액추에이터들을사용할수있어전자공학과제어계측공학분야의기초설계에도적합할수있는잠재력이있다. 그리고동일한목적이라도다양한구조로로봇제작이가능하므로기계공학분야기초설계에도널리활용될수있는잠재력이있다. 또한다양한경기방식을도입함으로서동일주제라하더라도다양한설계과제운영을해볼수있다는장점또한존재한다. Received ctober 12, 2015; Revised March 24, 2016 Accepted March 25, 2016 Corresponding Author: jwjung@dongguk.edu 이에동국대학교에서는바퀴없이 5m 빨리달리기, 로봇스모등의내용으로 2008년부터 LEG Mindstorm을활용한기초설계교과목을운영해왔으며, 특히교과목내특허제도를도입하여이전학기와현재학기에나온다양한아이디어들을학생들스스로가공개하고이를거래할수있도록함으로써학생들로하여금보다창의성을유발시키도록노력하였다. 하지만이러한시도에도불구하고그동안학생들의설계과제진행방법과설계과제결과물들을살펴보면학생들은 LEG Mindstrom의잠재력인다양한프로그래밍, 센서 / 액추에이터이해및활용, 다양한로봇구조설계, 다양한경기방식등에대해충분히고민하지않고, 단순히로봇의단순구조변화에대해서만고민함으로써 LEG Mindstorm을충분히활용하지못할뿐만아니라각세부전공분야에특화된학습또한원활히이루어지지못한다는문제점이지속되어왔다. 이에본연구에서는 LEG Mindstorm 을활용해각세부전공분야별특성들을강조시킬수있는효과적인설계과제가무 60

레고마인드스톰 NXT 를활용한기초설계교과목에서의효과적인공학설계과제선정방안연구 엇인지를학생들이좋아하는스포츠종목, 특히올림픽스포츠종목에기초해탐색해보고자하였다. 구체적으로대표적인스포츠들이모여있는올림픽종목들을조사범위로한정한뒤아래와같은방법으로조사를진행하였다 ( 김현수김동규, 2013; 올림픽종목 ).

2 레고마인드스톰 NXT 를활용한기초설계교과목에서의효과적인공학설계과제선정방안연구 엇인지를학생들이좋아하는스포츠종목, 특히올림픽스포츠종목에기초해탐색해보고자하였다. 구체적으로대표적인스포츠들이모여있는올림픽종목들을조사범위로한정한뒤아래와같은방법으로조사를진행하였다 ( 김현수김동규, 2013; 올림픽종목 ). (1) 종목별 YouTube 구현사례조사 (2) 추가구현가능종목확인 (3) 설계과제적절성평가기준도출 (4) 사전설계를통한사전평가 (5) 세부전공별설계과제용대표종목선정 (6) 대표종목별경기장, 경기규칙상세설계 (7) 대표종목별경기로봇상세설계 (8) 시범경기를통한설계과제적절성검증 II. 레고마인드스톰을활용한기초설계교과목에서의효과적인설계과제선정방안 1. 레고마인드스톰을활용하기에적절한스포츠종목리스트작성 다음과같은선정기준에기초해레고마인드스톰을활용하기에적절한스포츠종목들을결정하였다. 여기서사례조사는전세계적으로가장널리활용되고다수의레고로봇구현결과동영상들을포함한 Youtube 에한정해이루어졌다. 선정기준 1: 실제레고마인드스톰으로구현된사례가 YouTube에존재하고, 그내용이기초설계교과목과제로서적절하다고판단되는경우선정함. 선정기준2: YouTube 기준으로기존에구현된사례는없지만, 충분히구현가능하고또한그내용이기초설계교과목과제로서적절하다고판단되는경우선정함. Table 1 Summer olympic games 평가기준 / 종목경기방식축구, 수구, 골프, 농구, 배구, 배드민턴, 구기종목비치발리볼, 탁구, 핸드볼, 럭비, 테니스, 하키 계 12 개 기록 수영, 조정, 카누, 승마, 육상, 사이클, 요트, 트라이애슬론 ( 철인3종 ) 8개 점수 양궁, 사격, 역도 3개 예술점수 체조, 싱크로나이즈, 다이빙 3개 대결 태권도, 펜싱, 복싱, 유도, 레슬링 5개 총계 31개 Table 2 Winter olympic games 평가기준 / 경기방식 종목 계 구기종목 아이스하키 1개 기록 크로스컨트리, 스키점프, 봅슬레이, 스켈레톤, 쇼트트랙, 스노보드, 스피드스케이팅, 알파인스키, 노르딕복합, 루지, 바이애슬론 11 개 점수 컬링 1개 예술점수 프리스타일, 피겨스케이팅 2개 총계 15개 나. 종목별 Youtube 구현사례조사각올림픽종목에대해 Fig. 1과같이 YouTube 구현사례조사를실시하였으며, II-1절의선정기준에맞추어 Table 3 과같이선정하였다. 또한, 학부 1학년들이진행가능할지여부를파악하기위하여기초설계교과목을기이수한 4명의고학년학생들을인터뷰하여선정여부결정시그의견을반영하였다. 단, 물속에서진행되어야하는수영과같이외부환경적요소에제한사항이있는경우는선정범위에서제외하였다. 가. 올림픽종목 46개분류올림픽종목을하계와동계로나눈후, 구기종목여부, 기록측정사용여부, 점수획득방식사용여부, 예술점수사용여부, 대결구도여부의총 5가지기준으로 Table 1, Table 2와같이분류하였다. Fig. 1 Example of Youtube case survey Journal of Engineering Education Research, 19(2),

3 신연순 손대근 이경호 홍성호 이강우 정진우 Table 3 Selected sports by Youtube case survey 하계 종목선정여부사이트 / 선정사유 축구 골프 농구 펜싱 하키 육상 사이클 사격 양궁 복싱 유도 다수유사사례발견됨 센서를이용해목표지점을포착하고퍼팅하는방식으로구현가능함 골프와같이목표지점을포착하고슛을하는방식으로구현가능함 사례영상과유사하게제작및운영가능함 센서를이용해공이오는위치로이동해서공을쳐내는방식으로가능함 NXT로진행된육상경기는없지만라인트레이서를통해가능함 바퀴하나로만균형을잡아이동하는방식으로가능함 NXT로슛팅구현가능함 사격과유사한방식으로구현가능함 다수유사사례발견됨 스모처럼밀어서경기장밖으로내보내거나넘어뜨리는방식으로가능함 Table 4 Selected sports by additional survey 종목선정여부사이트 / 선정사유 동계 트라이애슬론 역도 럭비 컬링 관련자료없음. 실제트라이애슬론인육상, 사이클, 수영 3 가지를하기는힘들지만대신에다른 3 가지종목을섞어다양한상황에서의대처능력을평가하는경기를만든다면가능함. 관련자료없음. 기어를이용하여무거운것을드는로봇을만드는것은가능함. 관련자료없음관련자료는없지만 NXT에적합하게룰을바꿔서구현가능할것으로보임 관련자료없음. 비록빙판에서의경기는불가능할지라도, 컬링경기장과비슷하게만들어누가더정확하게목표영역안에넣는지여부로가능하다고예상됨. 62 공학교육연구제 19 권제 2 호, 2016

4 레고마인드스톰 NXT 를활용한기초설계교과목에서의효과적인공학설계과제선정방안연구 다. 최종평가할종목선정결과 (15가지) 외부환경요소에제한사항이없으며, 구현하기에적합할것으로예상되는 15가지종목을후보종목으로선정하였다. 선정된종목으로는축구, 골프, 농구, 펜싱, 하키, 육상, 사이클, 사격, 트라이애슬론, 양궁, 역도, 복싱, 유도, 럭비, 컬링이포함되었다. 2. 설계과제적절성평가를위한기준도출 YouTube 조사를통해발견된구현사례들의분석을통해다음과같이기초설계교과목에서의설계과제적절성을평가하기위한기준을도출하였다. 구체적으로각스포츠종목별로봇의구조, 모양, 기능, 동작모습등에대한관찰을바탕으로다음과같이세부평가기준들을도출하였다. 가. 프로그램 / 알고리즘의변화 1) 요구되는코드의양-최소한으로필요한코드의양이얼마인가? ( 상 (2): 200줄이상, 중 (1): 100줄이상 200줄이하, 하 (0): 100줄이하 )* 2) 프로그램의다양성-얼마나다양한프로그램들이만들어질수있는가? ( 각경기에서예상될수있는프로그램들이얼마나다양할수있는지에대한상대적인순위를매김 ) 3) 실시간성-실시간반응이필요한가? ( 유 / 무선택 ) * 적절성평가의세부기준은이전기초설계교과목운영사례를바탕으로선정함나. 구조변화 (8팀기준 ) 1) 길이-다양한길이의로봇이제각각장단점을가질수있는가? ( 로봇의가장긴부분의상대적길이를비교, 상 (2): 표준편차범위 6cm 이상, 중 (1): 표준편차범위 2-6cm, 하 (0): 표준편차범위 0-2cm)* 2) 모양-다양한모양의로봇이제각각장단점을가질수있는가? ( 상 (2): 6가지이상다양한모양가능, 중 (1): 3~5가지가능, 하 (0): 1~2가지가능 )* 3) 무게-다양한무게의로봇이제각각장단점을가질수있는가? ( 로봇들간무게차이를조사, 상 (2): 표준편차범위 0.4kg 이상, 중 (1): 표준편차범위 kg, 하 (0): 표준편차범위 0-0.2kg)* 4) 부피-다양한부피의로봇이제각각장단점을가질수있는가? ( 상 (2): 표준편차범위 1000cm 3 이상, 중 (1): 표준편차범위 cm 3, 하 (0): 표준편차범위 0-600cm 3 )* * 적절성평가의세부기준은이전기초설계교과목운영사 례를바탕으로선정함 다 ) 센서및액츄에이터변화 1) 센서활용범위-얼마나다양한종류의센서를사용한로봇이출연할수있는가? ( 최대로많이사용할수있는센서는총 4개로가정 ) 2) 액츄에이터수의다양성-얼마나많은액츄에이터를사용한로봇이출연할수있는가? ( 상 (2): 액츄에이터를가장많이사용한팀과가장적게사용한팀간개수차이 3개이상, 중 (1): 차이 2개, 하 (0): 차이 1개 )* * 적절성평가의세부기준은이전기초설계교과목운영사례를바탕으로선정함 라. 경기방식의변화 1) 복잡성 ( 경기방식에따라해결해야하는문제가얼마나복잡해질수있는가에따른순위를매김 ) 2) 창의성 ( 주어진경기방식에서얼마나다양한문제해결방법들이출현할수있는지에따라순위를매김 ) 3. 설계과제적절성사전평가를통한대표스포츠종목선정 II-1절에서결정한 15개의후보종목들을대상으로 II-2절의평가기준에맞추어사전평가를실시하였다. 가. 사전설계작업을통한적절성사전평가사전평가는기초설계교과목을기이수한 6명의고학년학생들 ( 기초설계수강당시성적 A학점 :2명, B학점 :2명, C학점 :2명) 을랜덤하게선택해총 15개후보종목각각의 YouTube 구현사례및경기사례들을보여주고각경기를위해필요한레고마인드스톰로봇을각자제작하도록지시한뒤설계된결과물을바탕으로 II-2절의세부평가기준에맞추어평가되었다. 나. 설계과제용대표종목선정다음의 Table 5는사전적절성평가를통해각카테고리항목별세부사항을측정한결과를보여주고있다. Table 5를통해각세부전공분야별특성에해당되는프로그램변화, 구조변화, 센서및액추에이터활용각각에가장적합한종목은축구, 유도, 골프였으며, 다양한경기방식변화에적합한종목으로는트라이애슬론임을확인할수있다. 이렇게축구, 유도, 골프, 트라이애슬론의 4가지종목이가장높은점수를획득하여대표종목으로최종선정되었으며, 각종목에대한분석결과는다음과같다. Journal of Engineering Education Research, 19(2),

5 신연순 손대근 이경호 홍성호 이강우 정진우 Table 5 Pre-evaluation result 종목 프로그램변화구조변화센서및액추에이터변화경기방식변화코드양프로그램다양성실시간성길이모양무게부피센서활용범위액츄에이터수다양성복잡성창의성 축구 2 1 유 골프 1 9 무 농구 1 10 유 펜싱 2 7 유 하키 2 4 유 육상 1 11 유 사이클 1 11 유 사격 1 13 무 트라이애슬론 2 6 유 양궁 1 13 무 역도 0 15 무 복싱 2 3 유 유도 2 2 유 럭비 2 5 유 컬링 1 8 무 ) 프로그램변화 축구양편이대항하는구기종목의하나로, 볼을다루고골을다투는대표적인팀스포츠이다. 레고경기설계시, 다양한기능들이출현할수있고, 공을다루는경기이기에실시간성도요구된다. 또한실시간성으로인해, 코딩의양역시증가할뿐만아니라프로그램의효율성에대한고민도같이이루어질수있는종목인것으로조사되었다. 2) 구조변화 유도일정크기의경기장안에서상대로봇을경기장밖으로밀어내는방식의경기이다. 다양한구조변화를통해로봇우수성에서차이가나타날뿐만아니라다양한기능의프로그램들도출현할수있는것으로조사되었다. III. 각대표종목별모의경기를통한검증 1. 축구 : 프로그램 / 알고리즘변화강조 축구경기를위해 Fig. 2와같은경기장모델을설계하였다. 이때선과골대를파란색과은색으로구분하여서현재 NXT의위치가상대편진영인지우리편진영인지를쉽게구분할수있게하였다. 참고로라인의색을파란색과은색으로사용한이유는 NXT의빛센서가파란색과은색에대한구분도가높기때문이다. 그리고중앙검정선은 NXT가경기장의중앙에위치했음을확인할수있게해준다. 또한골대색을파란색과은색으로구분해자기편골대인지상대편골대인지를구분할수있게하였다. 3) 센서및액추에이터활용 골프레고마인드스톰으로만들어진로봇이공과목표지점을인식한뒤로봇이목표지점을향해최대한빨리공을보내는방식의경기이다. 경기장구조에따라다양한센서와액추에이터의활용이가능할수있는것으로조사되었다. 4) 경기방식변화 트라이애슬론트라이애슬론은세부적으로포함될경기종목에따라다양한형태의경기운영이만들어질수있는방식으로, 레고마인드스톰을통해창의성을테스트하기에매우적합한것으로조사되었다. Fig. 2 Soccer game playground model 64 공학교육연구제 19 권제 2 호, 2016

레고마인드스톰 NXT 를활용한기초설계교과목에서의효과적인공학설계과제선정방안연구 축구경기알고리즘은사용자가작성한코드에따라달라질수있으나, 대략적으로 Fig.

그리고센서를통해공을발견하면 NXT의특정구조를활용해공을잡은뒤빛센서를통해자신이넣어야할공인지를확인하고만약알맞은색의공이면알고리즘의다음단계로넘어가서선을따라상대편골대를찾기시작한다.

축구경기의경우구현하기전종목평가기준설정시라인트레이싱방법, 공격방법, 수비방법등의다양한프로그램변화를요구하여프로그램변화가가장중요할것으로예상되었고,

그러나프로그램의변화뿐만아니라구조및센서의활용도중요하게작용했다. 따라서프로그램이강조되는컴퓨터공학분야의기초설계교과목에효과적인경기가될것으로예상된다. Fig.

5와같은경기장에서이루어지며, 먼저가운데검정선의왼쪽에있는빨강선에서부터 NXT가출발한다.

6 레고마인드스톰 NXT 를활용한기초설계교과목에서의효과적인공학설계과제선정방안연구 축구경기알고리즘은사용자가작성한코드에따라달라질수있으나, 대략적으로 Fig. 3과같이경기장의선이나벽을이용해서공을찾으러 NXT가움직이는방식으로구성된다. 그리고센서를통해공을발견하면 NXT의특정구조를활용해공을잡은뒤빛센서를통해자신이넣어야할공인지를확인하고만약알맞은색의공이면알고리즘의다음단계로넘어가서선을따라상대편골대를찾기시작한다. 그리고골대에도착한뒤에는빛센서를통해어느편골대인지를확인하고슛동작을하는방식이다. 축구경기의경우구현하기전종목평가기준설정시라인트레이싱방법, 공격방법, 수비방법등의다양한프로그램변화를요구하여프로그램변화가가장중요할것으로예상되었고, 실제로공의색과라인의색을구별해가며올바른방향을찾아서상대방골대에빠르고정확히골을넣기위해서는다양하고효율적인알고리즘이필수적으로요구되었다. 그러나프로그램의변화뿐만아니라구조및센서의활용도중요하게작용했다. 따라서프로그램이강조되는컴퓨터공학분야의기초설계교과목에효과적인경기가될것으로예상된다. Fig. 4는축구종목의모의경기모습이다. Fig. 4 Soccer game scene 2. 골프 : 센서 / 액츄에이터변화강조골프경기는 Fig. 5와같은경기장에서이루어지며, 먼저가운데검정선의왼쪽에있는빨강선에서부터 NXT가출발한다. 검정선을따라전진하면서양쪽에있는공들을센서로감지한후공을쳐내면서도착지점까지빠르게통과하여야한다. 골프게임의알고리즘은대략적으로 Fig. 6과같이출발지점에서앞으로전진하면서센서를이용해좌우목표물을감지하고, 목표물이감지되면목표물로가서앞에놓인공색깔을구분한뒤미리정해놓은공색깔인경우공을쳐내고그렇지않은경우공을치지않은채다시라인으로복귀해선을따라가는동작을반복하는방식이다. Fig. 3 Basic algorithm for soccer game Fig. 5 Golf game playground model Journal of Engineering Education Research, 19(2),

신연순 손대근 이경호 홍성호 이강우 정진우 Fig. 7 Golf game scene 도입할 경우 빠르게 경기를 완료하기 위해 효율적인 알고리즘 이 요구되었고, 정확히 공을 치기 위해 로봇의 구조 또한 중요 했다.

8과 같은 경기장 안에서 상대를 경기장 밖 으로 밀어내면 승리하는 방식의 경기이다. 두 대의 NXT는 Fig. 10처럼 빨강선 뒤에서 시작해 미리 작성해 놓은 코드에 따라 상대방 로봇을 밀어내며 경기가 이루어진다.

7은 골프 종목의 모의경기 모습이다. 골프경기의 경우 평가기준 설정 시 라인 트레이싱, 공 찾기, 골대 확인, 스윙 동작 등 다양한 센서 및 액추에이터의 변화가 중요시 될 것으로 예상되었다.

7 신연순 손대근 이경호 홍성호 이강우 정진우 Fig. 7 Golf game scene 도입할 경우 빠르게 경기를 완료하기 위해 효율적인 알고리즘 이 요구되었고, 정확히 공을 치기 위해 로봇의 구조 또한 중요 했다. 예상했던 것과 다르게 센서 및 액추에이터의 변화만큼이 나 프로그램과 구조 변화 또한 중요하게 작용했다. 3. 유도: 구조 변화 강조 유도 경기는 Fig. 8과 같은 경기장 안에서 상대를 경기장 밖 으로 밀어내면 승리하는 방식의 경기이다. 두 대의 NXT는 Fig. 10처럼 빨강선 뒤에서 시작해 미리 작성해 놓은 코드에 따라 상대방 로봇을 밀어내며 경기가 이루어진다. 유도 경기의 알고리즘은 Fig. 8과 같이 먼저 상대방을 감지 하고 기 설정한 방법에 따라 상대방을 밀쳐내는 방식으로 이루 어진다. Fig. 6 Basic algorithm for golf game Fig. 7은 골프 종목의 모의경기 모습이다. 골프경기의 경우 평가기준 설정 시 라인 트레이싱, 공 찾기, 골대 확인, 스윙 동작 등 다양한 센서 및 액추에이터의 변화가 중요시 될 것으로 예상되었다. 실제 구현결과 또한 센서와 액 추에이터의 조합을 통해 공의 색과 골대위치, 라인을 구별해가 며 신속하고 정확하게 경기를 완료하기 위해서 효과적인 센서 및 액추에이터의 활용이 요구되었다. 또한 타임어택방식을 66 Fig. 8 Judo game playground model 공학교육연구 제19권 제2호, 2016

레고마인드스톰 NXT 를활용한기초설계교과목에서의효과적인공학설계과제선정방안연구 것으로생각되었다.

따라서주로하드웨어를다루는기계공학분야기초설계에가장효과적인경기일것으로예상된다.

9 Basic algorithm for judo game 트라이애슬론경기는 Fig. 11과같이 3가지경기가합쳐져있는구조이다.

구체적으로첫번째경기에서는라인트레이싱을하며라인끝까지도달할수있는지를테스트한다. 두번째경기에서는센서를활용하여벽을감지하며짧은미로를탈출해야한다.

8 레고마인드스톰 NXT 를활용한기초설계교과목에서의효과적인공학설계과제선정방안연구 것으로생각되었다. 실제로테스트해본결과제한된최대모터의동력으로상대방을제압하기위해서는바퀴의모양이나, 기어사용, 로봇의모양등예상했던것과같이구조변화가경기결과를좌우하는데가장중요한요소였다. 따라서주로하드웨어를다루는기계공학분야기초설계에가장효과적인경기일것으로예상된다. 테스트를통해구조변화가중요한경기임은검증하였으나, 차후에학생들이다양한알고리즘에대해생각해본다면프로그램의변화역시중요하게작용할것으로예상된다. 4. 트라이애슬론 : 경기방식변화강조 Fig. 9 Basic algorithm for judo game 트라이애슬론경기는 Fig. 11과같이 3가지경기가합쳐져있는구조이다. 어떤경기들을조합할지는설계자에따라다를수있으나, 검증을위한이번모의경기에서는라인트레이싱, 미로탈출레이싱, 그리고골프를조합하여테스트하였다. 구체적으로첫번째경기에서는라인트레이싱을하며라인끝까지도달할수있는지를테스트한다. 두번째경기에서는센서를활용하여벽을감지하며짧은미로를탈출해야한다. 그리고마지막세번째경기는다시라인트레이싱을하며전진하는동시에, 양옆에놓인목표물을감지하고, 목표물근처의공을마치골프경기에서와같이모두쳐내어야하는방식의경기이다. 트라이애슬론경기의알고리즘은 Fig. 12와같이로봇이각경기에마무리단계에서라인끝에도착했는가, 벽을감지했는가, 미로끝에도착했는가를판단하며 3가지경기를분할 정복해나가는 3단계구성으로이루어져있다. Fig. 10 Judo game scene Fig. 10은유도종목의모의경기모습이다. 유도경기의경우평가기준설정시작은경기장안에서상대방을빠르게밀어내기위해서는로봇의구조가가장중요할 Fig. 11 Triathlon game playground model Journal of Engineering Education Research, 19(2),

신연순 손대근 이경호 홍성호 이강우 정진우 트라이애슬론경기의경우평가기준설정시라인트레이싱, 미로탈출, 공치기의세가지종목으로구성하였기때문에당연히경기방식의변화가가장중요한경기로생각되었다.

12 Basic algorithm for triathlon game Fig. 13 은트라이애슬론종목의모의경기모습이다.

다양한로봇구조설계, 다양한경기방식등에대해충분히고민하지않고, 단순히로봇의단순구조변화에대해서만고민함으로써 LEG

본연구에서는스포츠종목들을대상으로각세부전공분야별기초설계교과목에적합하고효과적인설계과제가무엇인지를조사및분석해보고자하였다.

결과적으로각세부전공별특성에해당되는프로그램의변화, 센서및액추에이터변화, 구조변화, 경기방식의변화라는평가기준각각에특화된종목으로각각축구, 골프, 유도, 트라이애슬론을최종선정할수있었다.

9 신연순 손대근 이경호 홍성호 이강우 정진우 트라이애슬론경기의경우평가기준설정시라인트레이싱, 미로탈출, 공치기의세가지종목으로구성하였기때문에당연히경기방식의변화가가장중요한경기로생각되었다. 실제로구현해본결과또한특별한예외없이세가지종목을모두수행할수있는로봇을만들기위해서는다양한알고리즘과센서및액추에이터활용, 구조변화등매우복잡하고다양한사고가요구됨을모의경기과정을통해확인할수있었다. IV. 결 론 Fig. 12 Basic algorithm for triathlon game Fig. 13 은트라이애슬론종목의모의경기모습이다. 레고마인드스톰을사용하는기존공학기초설계교과목의운영과정에서그동안학생들의설계과제진행방법과설계과제결과물들을살펴보면학생들은 LEG Mindstrom의잠재력인다양한프로그래밍, 센서 / 액추에이터이해및활용, 다양한로봇구조설계, 다양한경기방식등에대해충분히고민하지않고, 단순히로봇의단순구조변화에대해서만고민함으로써 LEG Mindstorm을충분히활용하지못할뿐만아니라각세부전공분야에특화된학습또한원활히이루어지지못한다는문제점이지속되어왔기에, 본연구에서는스포츠종목들을대상으로각세부전공분야별기초설계교과목에적합하고효과적인설계과제가무엇인지를조사및분석해보고자하였다. 이를위해올림픽종목들중에서해당후보종목들을선택하였으며, 사례조사와사전설계물에대한평가를통해대표종목들을확정하고, 그뒤상세설계및레고마인드스톰을통한구현및모의경기과정을거쳐그결과를검증해보았다. 결과적으로각세부전공별특성에해당되는프로그램의변화, 센서및액추에이터변화, 구조변화, 경기방식의변화라는평가기준각각에특화된종목으로각각축구, 골프, 유도, 트라이애슬론을최종선정할수있었다. 더불어축구, 골프, 트라이애슬론등은단순구조변화에대한개선뿐만아니라다양한프로그램및알고리즘에대한사고력도함께요구됨을확인할수있었다. 이러한연구결과는향후공학기초설계교과목에서 LEG mindstorm 또는그와유사한교육기자재를활용해설계과제를진행할경우에설계과제의세부내용을선정하는데에좋은참고자료로활용될수있을것이다. Fig. 13 Triathlon game scene 본연구는미래창조과학부및정보통신기술진흥센터서울어코드활성화지원사업 (IITP-2015-R ) 과한국연구재단기초연구지원사업 (2015R1D1A1A ) 의지원으로수행된연구결과입니다. 지원에감사드립니다. 68 공학교육연구제 19 권제 2 호, 2016

레고마인드스톰 NXT 를활용한기초설계교과목에서의효과적인공학설계과제선정방안연구 참고문헌 1. 박준형 정슬 (2009). LEG MINDSTRM을이용한공학교육프로그램개발. 2009년 ICRS 대전충청지부, 로보틱스및응용연구회합동학술발표회논문집 : 52-54.

12(2): 83-88. 4. 이경희 (2011). RBTC기반 LEG MINDSTRM NXT 로봇을이용한교육과정개발및교육효과분석. 정보처리학회논문지A, 18(5): 165-176. 5. 김태희 강문설 (2010).

olympic.org/sports 8. YouTube. http://www.youtube.com 이경호 (Lee, Kyung-Ho) 2015년 ~ 현재 : 동국대컴퓨터공학과재학관심분야 : 기초설계, 레고마인드스톰 E-mail: jssmgwin@gmail.

com 이강우 (Lee, Kang-Woo) 1985년 : 연세대학교전자공학과졸업 1991년 : USC(University of Southern California) 컴퓨터공학과석사 1997년 : USC 컴퓨터공학과공학박사 1998년 ~2011:

edu 신연순 (Shin, Youn-Soon) 1999년 : 동국대학교전산통계학과졸업 2002년 : 동국대학교정보통신공학과석사 2011년 : 동국대학교정보통신공학과공학박사 2012년 ~ 현재 : 동국대학교컴퓨터공학과연구교수관심분야 : 무선통신,

com 정진우 (Jung, Jin-Woo) 1997년 : 한국과학기술원전기및전자공학과 ( 공학사 ) 1999년 : 한국과학기술원전기및전자공학과 ( 공학석사 ) 2004년 : 한국과학기술원전자전산학과 ( 공학박사 ) 2001년 ~2002년 :

10 레고마인드스톰 NXT 를활용한기초설계교과목에서의효과적인공학설계과제선정방안연구 참고문헌 1. 박준형 정슬 (2009). LEG MINDSTRM을이용한공학교육프로그램개발. 2009년 ICRS 대전충청지부, 로보틱스및응용연구회합동학술발표회논문집 : 박준형 정슬 (2012). 이동로봇을중심으로 LEG MINDSTRM 을응용한로봇공학교육용실습로봇개발. 로봇공학회논문지, 7(2): 이강 (2009). LEG MINDSTRM NXT를이용한공학설계입문운영사례. 공학교육연구. 12(2): 이경희 (2011). RBTC기반 LEG MINDSTRM NXT 로봇을이용한교육과정개발및교육효과분석. 정보처리학회논문지A, 18(5): 김태희 강문설 (2010). 레고마인드스톰로봇을이용한프로그래밍입문교육의효과측정. 한국인터넷정보학회논문지, 11(4): 김현수 김동규 (2013). 올림픽종목의선정기준과절차및사회철학적. 쟁점한국체육철학학회지, 21(4): 올림픽종목 YouTube. 이경호 (Lee, Kyung-Ho) 2015년 ~ 현재 : 동국대컴퓨터공학과재학관심분야 : 기초설계, 레고마인드스톰 jssmgwin@gmail.com 홍성호 (Hong, Sung-Ho) 2013년 ~ 현재 : 동국대컴퓨터공학과재학관심분야 : 기초설계, 레고마인드스톰 mlf23@naver.com 이강우 (Lee, Kang-Woo) 1985년 : 연세대학교전자공학과졸업 1991년 : USC(University of Southern California) 컴퓨터공학과석사 1997년 : USC 컴퓨터공학과공학박사 1998년 ~2011: 동국대학교정보통신공학과교수 2011년 ~ 현재 : 동국대학교컴퓨터공학과교수관심분야 : 컴퓨터구조, 임베디드시스템, 센서네트워크, 공학인증등 klee@dongguk.edu 신연순 (Shin, Youn-Soon) 1999년 : 동국대학교전산통계학과졸업 2002년 : 동국대학교정보통신공학과석사 2011년 : 동국대학교정보통신공학과공학박사 2012년 ~ 현재 : 동국대학교컴퓨터공학과연구교수관심분야 : 무선통신, 센서네트워크, 공학인증등 ysshin@dongguk.edu 손대근 (Sohn, Dai-Geun) 2013년 ~ 현재 : 동국대컴퓨터공학과재학관심분야 : 기초설계, 레고마인드스톰 nhos126@gmail.com 정진우 (Jung, Jin-Woo) 1997년 : 한국과학기술원전기및전자공학과 ( 공학사 ) 1999년 : 한국과학기술원전기및전자공학과 ( 공학석사 ) 2004년 : 한국과학기술원전자전산학과 ( 공학박사 ) 2001년 ~2002년 : 일본동경대학교기계정보공학과방문연구원 2004년 ~2006년 : 한국과학기술원인간친화복지로봇시스템연구센터박사후연구원 2006년 ~2012년 : 동국대학교컴퓨터공학과조교수 2014년 : 미국퍼듀대학교방문교수 2012년 ~ 현재 : 동국대학교컴퓨터공학과부교수관심분야 : 인간-로봇상호작용, 다개체협력로봇, 소프트컴퓨팅, 생체측정, 지능로봇, 공학인증등 jwjung@dongguk.edu Journal of Engineering Education Research, 19(2),

이보고서는보건복지부에서주관하는국민건강증진기금에의해수행 된것이며, 이보고서에수록된내용은연구자개인적인의견이며보 건복지부의공식견해가아님을밝혀둡니다.

이보고서는보건복지부에서주관하는국민건강증진기금에의해수행 된것이며, 이보고서에수록된내용은연구자개인적인의견이며보 건복지부의공식견해가아님을밝혀둡니다. 1 2 ɑ 3 SUMMARY 4 ɑ 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 q q 18 q q q q 19 q q q 20 q q q q 21 q q 22 q q q q 23 q q q q 24