원격제어 이동로봇을 위한 자율주행시스템 개발 = Implementation of an Autonomous Navigation System for a Remote Controlled Mobile Robot

국문 초록 (Abstract)

자율이동로봇은 사람의 조작 없이 불확실한 환경에서 장애물을 스스로 인식하고 회피하면서 목표점까지 도달할 수 있어야 한다.
또한 급속히 발전하고 있는 인터넷 망을 통하여 원격지에서도 이동로봇을 제어할 수 있으며 이동로봇이 전송해준 정보를 볼 수 있어야 한다. 본 논문에서는 인터넷을 이용한 감시용 이동로봇의 장애물회피 알고리즘과 원격제어 기법을 개발하였다.
먼저 자율주행이동로봇의 필수 요건인 장애물회피 알고리즘은 지역경로계획방법인 백터필드히스토그램(VFH : Vector Filed Histogram) 방법을 기본으로하여 새로운 알고리즘을 개발하였다. 실험에서 사용한 초음파센서는 장애물회피를 위해 가장 널리 사용되고 있으며, 가격이 저렴하고 데이터 처리 속도가 빨라 실시간 제어가 가능하다는 장점이 있다.
로봇의 속도제어를 위해서는 퍼지알고리즘을 사용하였고, 로봇과 장애물사이의 거리와 벡터필드히스토그램에서 생성된 로봇의 이동방향을 입력하면 로봇의 속도를 출력하도록 설계하였다.
로봇의 위치를 구하는 항법알고리즘은 추측항법(dead-reckoning)을 사용하였고 엔코더와 자이로센서를 이용하여 로봇의 자세와 위치를 알아낸다.
인터넷을 사용하여 원거리에서 로봇을 제어할 수 있도록 하였다. 클라이언트로부터 접속요청이 들어오면 서버에서는 목표점과 로봇 최대이동속도를 전송하고 클라이언트에서 전송되는 데이터를 이용하여 로봇과 장애물의 상태를 표시한다. 클라이언트에서는 서버에서 전송되어진 목표점과 이동속도를 이용하여 로봇의 제어를 담당한다.
제안한 기법은 컴퓨터 시뮬레이션과 실제 이동로봇 실험을 통하여 검증하였다. 실험결과 인터넷을 통한 원격지 명령에 의해 로봇이 주어진 목표점까지 장애물을 회피하며 주행하는 것을 보였으며 로봇에 장착된 초음파센서시스템 정보를 활용하여 로봇이 주행한 공간에 대한 정보를 구할 수 있음을 보였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

An autonomous mobile robot should navigate at a target position while recognizing and avoiding bumping obstacles in unknown environment. In this paper, an obstacle avoidance algorithm and a remote control system for the mobile robot via internet are presented.
The proposed obstacle avoidance algorithm is based on the VFH (VFH : Vector Filed Histogram) algorithm in local path planning methods. Sonar sensors that have been most popular sensors for obstacle avoidance since they are inexpensive and easy to use in real time application were used and the characteristics of the sensors were analyzed to compensate the weakness of sonar sensors.
In order to control the velocity of the mobile robot, fuzzy algorithm was utilized and has designed to compute the velocity of the mobile robot from the inputs which are a distance from obstacles and the steering angle of the robot generated from the VFH algorithm.
The proposed navigation algorithm uses dead-reckoning method in which position and headings of the mobile robot are computed by encoders and a gyro sensor.
The mobile robot is monitored and controlled via internet. When a server system receives a request for connection from a client system, the server system transmits a target position and maximum velocity of the mobile robot and displays condition of obstacles and the mobile robot a receives data from the client system. The client system navigates the mobile robot to the target position by controlling the velocity.
This proposal methods were verified by the computer simulation and experiments using a mobile robot. Experimental results show that the proposed algorithm successfully navigate the robot to a target positing while it avoids obstacles with given a command through internet and be able to get environment information from sonar sensors.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• 요약 = ⅰ
• 표목차 = ⅲ
• 그림목차 = ⅳ
• Ⅰ. 서론 = 1
• Ⅱ. 추측항법을 이용한 위치 추정 = 4
• 2.1 항법시스템 구성 = 4
• 2.2 추측항법 = 4
• 2.3 자이로센서를 이용한 방향각 계산 = 6
• Ⅲ. 장애물 회피 = 8
• 3.1 벡터필드히스토그램 = 8
• 3.1.1 좌표계 변환 = 8
• 3.1.2 이동로봇의 진행 방향 = 11
• 3.2 활성창 매칭 = 14
• 3.2.1 두개의 활성창 사용 = 14
• 3.2.2 활성창의 좌표변환 = 16
• Ⅳ. 퍼지 제어기를 이용한 이동로봇 속도 제어 = 18
• 4.1 퍼지 알고리즘의 개요 = 18
• 4.2 속도 퍼지 제어기 설계 = 19
• 4.2.1 퍼지화 및 추론합성 = 19
• 4.2.2 비퍼지화 = 24
• Ⅴ. 인터넷을 이용한 로봇제어 = 26
• 5.1 윈 소켓 = 26
• 5.2 서버의 구성 = 27
• 5.3 클라이언트의 구성 = 28
• Ⅵ. 실험 = 32
• 6.1 시스템 구성 = 33
• 6.2 실험 = 34
• Ⅶ. 결론 = 42
• 참고문헌 = 44