가시광 신호 세기 기반의 실내 위치측정 방법을 이용한 이동로봇의 자율주행에 대한 연구 :A study on the autonomous mobile robot using an indoor position method based on visible light signal strength

방재혁

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자료유형: 학위논문

저자정보: 방재혁 (광운대학교, 광운대학교 대학원)

지도교수: 이건영

발행연도: 2016

저작권: 광운대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수6

이 논문의 연구 히스토리 (4)

2016

가시광 신호 세기 기반의 실내 위치측정 방법을 이용한 이동로봇의 자율주행에 대한 연구

방재혁 전기공 2016.01 학위논문

2015

방향 검출이 가능한 LED조명기반 위치인식 시스템 설계

방재혁 , 이건영 정보 및 제어 논문집 2015.10 학술대회자료

LED 조명 기반 실내위치 인식 시스템을 이용한 이동로봇의 방향 검출 및 자율주행

방재혁 , 박수만 , 이건영 대한전기학회 학술대회 논문집 2015.07 학술대회자료

2014

LED 조명 기반 실내위치 인식 시스템을 이용한 이동로봇의 자율주행

방재혁 , 박진원 , 이건영 정보 및 제어 논문집 2014.04 학술대회자료

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최근에 LED를 실내조명으로 사용하는 건물들이 증가하고 있다. 또한,GPS(Global Positioning System)신호가 올바르게 수신되지 않는 실내에서기존 GPS위치 인식의 대체기술로 가시광통신(VLC:Visible LightCommunication)을 이용한 위치 인식에 대한 연구가 다수 진행되고 있다.따라서 본 논문에서는 “가시광 신호세기 기반의 실내 위치인식”을 사용여 이동로봇의 자율주행을 연구하고자 한다.“가시광 신호세기 기반의 실내 위치인식” 은 LED 조명등과 이동로봇의수신부간의 수평거리를 구하기 위해서는 사전에 획득한 RSSI(ReceivedSignal Strength Indicator)와 수평거리와의 함수관계인R-D(RSSI-Distance) 특성곡선을 필요로 한다. 실재위치인식을 위하여RSSI를 측정하는 경우 X축 상의 수평거리가 같더라도 Y축 상의 위치가다르면 RSSI 값이 달라진다는 문제점이 있다, 이런 문제점은 조명공간 외곽에서의 조명강도 약화로 인해 발생하며, 이는 측위 오차로 이어진다. 또한 각각의 조명간의 조도편차 또한 실측에서 R-D 특성곡선을 왜곡시키는요인으로 작용한다.이러한 문제점을 해결하고 측위 정밀도를 개선하여 좀 더 원활한 자율주행이 이루어지기 위해서, 각각의 조명등의 조도를 균등하게 조절하고“가상 가시광 중첩” 기반의 위치 인식법을 사용하였다. 이 위치 인식법에서는 “가상 가시광 중첩을 기반으로 하는 정규화 R-D 특성곡선 생성법및 측위법”을 적용한다.이동로봇의 자율주행을 확인하기 위하여, 가시광 신호세기 기반 실내 측위 시스템 플랫폼을 이용한 실제 실내 환경에서 이동 실험을 수행하였다.이동 실험의 결과는 X-Y 목표지점까지 최소 이동경로에서 최대 오차 3cm 미만의 이동 정밀도를 보였다. 실험을 통한 결과로, “가시광 신호세기기반의 실내 위치인식”을 이용한 이동로봇의 자율주행은 가시광 신호세기 기반 실내 위치인식 기술의 가능성을 보여주었다.

The utilization ratio of indoor lighting using LED is recently increased. there are many studies on the localization using VLC (Visible Light Communication) as alternative technology of the existing GPS localization in a room in which the GPS (Global Positioning System) signal cannot be properly received. In this paper, we study the autonomous navigation of mobile robots using the ''indoor positioning based on the visible light signal strength''. ''Indoor positioning based on the visible light signal strength'' needs the R-D (RSSI-Distance) characteristic curve, a functional relationship between horizontal distance and RSSI (Received Signal Strength Indicator) acquired previously, in order to calculate the horizontal distance between LED lighting of mobile robot and receiver. When the RSSI is measured for exact localization, the values of RSSI can be varied if the location on Y axis is different, despite of the same horizontal distance on X axis. Such a problem is caused by weakening of the light intensity outside the lighting space, leading to error of positioning. In addition, the light intensity variation between each of lighting works as a factor distorting R-D characteristic curve in actual measurement. In order to realize more smooth autonomous driving by solving these problems and improving the precision of positioning. Each illuminance of lighting is equalized and the positioning method based on ''Virtually Overlapped Visible Light'' is used. For this method, the ''normalization R-D characteristic curve generation and positioning on the basis of Virtually Overlapped Visible Light'' is applied. In order to verifying the autonomous driving of mobile robot, a movement experiment is conducted in actual indoor environment using the indoor positioning system platform based on the visible light signal strength. The result of the movement experiment shows the movement precision with maximum error less than 3cm on the minimum course toward X-Y target point. As a result, it is found that the autonomous driving of mobile robot by using the ''indoor positioning based on the visible light signal strength'' indicates the potential of ''indoor positioning based on the visible light signal strength''.

제 1 장 서론 1
제 2 장 관련 이론 2
2.1 가시광 통신 2
2.1.1 가시광 통신의 과거 3
2.1.2 가시광 통신의 현재 모습 4
2.2 가시광 통신을 이용한 측위 기술 5
2.2.1 TDoA 방식 5
2.2.2 RSSI 방식 6
2.2.3 AoA 방식 9
제 3 장 평면배열 가시광 신호세기 실내측위 시스템 11
3.1 실내 측위 시스템의 구성 11
3.1.1 조명등 조도 평준화 12
3.2 가시광을 이용한 RSSI 기반의 실내 측위 13
3.2.1 조명등 제어 13
3.2.2 신호의 정규화 14
3.2.3 R-D 특성곡선 생성법 17
3.2.4 수평거리 측위법 19
3.2.5 수신모듈 방향 계산법 21
제 4 장 자율 주행이 가능한 이동로봇 22
4.1 시스템 블록도 22
4.2 이동로봇 구현 24
4.2.1 이동로봇 구성도 24
4.2.2 신호 수신모듈 25
4.3 이동로봇 소프트웨어 28
4.3.1 수신 모듈 소프트웨어 흐름도 28
4.3.2 이동 모듈 소프트웨어 흐름도 30
4.3.3 이동로봇 모니터링 프로그램 31
제 5 장 자율 주행 실험 32
5.1 실험 환경 32
5.2 이동로봇의 자율주행 실험 33
제 6 장 결론 34
참고문헌 35

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