초보도 정확한 샷을…컴퓨터 제어 자동 당구 큐

당구는 큐라는 막대 모양 도구를 이용해 치는 스포츠다. 어떻게 큐를 조종해 마음대로 움직이냐에 따라 승패가 갈린다. 한 유튜브 채널(Stuff Made Here)이 컴퓨터 제어로 누구나 정확한 샷을 계속 내보내는 자동식 큐를 개발한 영상을 공개했다.

당구에는 다양한 규칙이 있지만 어떤 공을 홈에 넣을지 결정하고 정확하게 큐로 공을 보내는 기술이 중요하다. 능숙해지려면 연습이 필요하지만 큐 끝에 로봇이 있다면 자유롭게 움직이고 정확한 샷을 투입해 공을 포켓에 떨어뜨리는 게 가능할지 모른다.

이 프로젝트는 카메라를 이용해 당구대 상황을 파악하고 알고리즘으로 최고의 샷을 도출해주는 것이다. 공을 큐에 붙는 움직임은 2D가 아닌 3D로 큐 끝 부분은 3차원적으로 움직이게 해야 한다. 간단한 프로토타입 개발 등을 거쳐 큐 끝 부분을 움직이는 구조가 적합하다고 판단했다.

큐 움직임은 마이크로 컨트롤러가 제어한다. 6개 막대를 확장시켜 적절한 큐 움직임을 실현하는 프로그램을 만들어 자유롭게 큐 임직임을 실현 가능하게 했다. 큐는 에어실린더 압축 공기로 동작하지만 항상 최대 출력으로 샷을 하는 건 아니기 때문에 마이크로컴퓨터와 밸브, 자동차 경적을 이용해 제어 기구를 만들었다.

이 시스템은 큐와 공 위치를 파악하기 위해 당구대를 찍는 카메라를 천장에 설치한다. 문제는 카메라와 테이블이 어긋나 있어 볼과 큐간 정확한 각도를 파악할 수 없게 되는 것이다. 잘못된 데이터를 기반으로 계산한 최고의 샷은 당연히 작동하지 않는다.

이 문제를 해결하기 위한 방법은 당구대 모서리에 부착한 특수 태그. 이 태그를 기준으로 당구대 위치를 보정해 6개 포켓과 공 위치를 제대로 파악할 수 있다. 또 큐 끝 부분에 태그를 부착해 큐 위치를 컴퓨터가 인식할 수 있다.

카메라가 인식할 수 있는 건 어디까지나 2D 위치 관계이기 때문에 큐 아래에 받침대가 되는 플라스틱 부품을 설치해 컴퓨터가 큐 기울기를 감지할 수 있는 구조를 만들었다. 이 시스템에선 노린 공을 큐가 특정 범위 내에서 두고 있어야 하지만 계산을 컴퓨터 화면과 당구대를 비교하면서 큐질을 하는 건 곤란하다. 이 문제는 프로젝터를 천장에 설치하고 당구대 샷 보조가 되는 화면을 투영하는 방식으로 해결하기로 했다.

카메라 설치 위치와 카메라, 당구대 위치 보정, 물리 시뮬레이션, 6개 막대를 이동하는 액추에이터 테스트 등 다양한 문제에서 오류를 수정했다. 이 과정을 통해 자동 큐를 이용한 당구 시스템을 구축했다.