자율경운 트랙터를 위한 다변형 포장 자동 경로생성 기술 연구 = Study on Automated Generation of Navigation Paths in Polygon Fields for an Auto-guided Tillage Tractor

국문 초록 (Abstract)

농지의 경로 계획은 농작업의 질을 향상이 가능하며 현장 운영 생산 에너지 소비도 절감이 가능하다. 자율주행 트랙터는 복잡한 형상 조건을 갖는 포장에서는 그에 대응하는 올바른 주행 경로계획이 주어질 때에만 그 적용이 가능하다. 선행 연구에서는 직사각형 형태의 농지에 적합한 주행과 선회방식을 포함한 경로생성 알고리즘 개발을 활발히 진행되었으나 다변형 형태와 같은 다른 구획형태에 따른 농작업 최적 경로에 대한 연구는 미비한 상태이다 본 연구에서는 다변형 형태의 포장에 적합한 경로생성과 탐색 알고리즘 개발을 위하여 포장 외부 경계선, 유효 작업 폭, 작업 겹침 량, 주행 방향 (0~180도) 및 회경작업부(Headland)에서 회경 횟수 입력 정보를 이용하는 다변형 포장 경로생성 알고리즘을 개발하고자 하였다. 이를 위해 포장 외부 경계 정보는 포장의 꼭짓점을 UTM(Universal Transverse Mercator) 좌표로 변환한 다변형태 정보를 포함하는 Text 파일형태로 저장하고 포장 내부 경계정보는 회경작업부에서 결정된 회경 횟수를 이용 생성하는 방식으로 개발하였다. 회경 횟수는 2~3 회로 가정하였으며 첫 번째 회경 경로과 포장 외부경로선간의 거리는 유효 작업 폭 절반 (w/2)로 유지 생성하고 나머지 회경 경로는 유효 작업 폭(w) 만큼의 거리를 유지하여 순차적으로 생성하는 방식이다. 복잡한 다변형 포장형태 내에서 미경지 작업 영역이 발생 방지를 위하여, MBB(Minimum Bounding Box) 원리 기반으로 왕복 직진작업 경로를 생성하였으며 사용자가 설정된 주행 방향 혹은 최적화 기법을 적용해 도출된 주행방향을 이용 MBB 내에서 평행선 생성 후 각 평행선과 포장 내부 경계선이 교차된 두 점을 트랙터 직진 주행의 작업 시작점과 종료점으로 도출하였다. 트랙터의 중복작업 영역과 회전 미 작업거리는 적합한 주행 방향에 따라 결정하였으며 내부 왕복작업부에 직진 경로와 포장경계선 방향이 수직방향 관계이면 중복작업 영역과 회전 미 작업 시간이 가장 작으며 수직 방향 관계가 아닌경우는 교차 각도 (θ=θ_경로-θ_포장)를 이용 회경작업부에서 회전을 위한 미 작업 영역 경로를 생성하였다. 또한, 다변형 포장에서 트랙터가 최적화 작업 방향으로 주행 시 회경 작업부에서 최소작업 시간을 소모하기 때문에 작업 효율을 개선하기 위해 일정한 주행 속도 (v)로 가정하였으며 X, R형 2가지 선회 형태에 따른 작업 소모 시간을 최적화 하고자 필드 분해법으로 이용 Convex형태의 다변형 포장 뿐만 아닌 non convex 형태에서 전역경로를 생성하였다.