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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

한승한 (서울과학기술대학교, 서울과학기술대학교 대학원)

지도교수
심동하
발행연도
2019
저작권
서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수31

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2019

Robot Operating System 기반 고속 자율주행 모바일 로봇의 개선된 벽면추종 주행방식
한승한 ,  최용래 ,  양재필 외 5명 한국생산제조학회지 2019.06 학술저널
개선된 벽면추종 주행을 이용한 고속 자율주행 모바일 로봇
한승한 스마트생산융합시스템공학과 2019.01 학위논문

초록· 키워드

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본 논문에서는 개선된 벽면추종을 이용한 ROS (Robot Operating System) 기반의 고속 자율주행 모바일 로봇을 보인다. 산업 및 제조 현장의 생산성을 높이기 위해서는 자율주행 로봇의 속도를 높이는 것이 중요하다. 직각삼각형 방식은 널리 사용되는 벽면추종 기술이지만 코너 구간에서 벽면이 급하게 변하여 충돌이 발생할 수 있게 된다. 특히, 고속 주행을 하게 되는 상황에서는 센서가 벽면 인식 데이터를 업데이트하는 전달시간에 대한 오차를 증가시킨다. 이를 위해 본 논문은 혼합 모드 방식을 사용한 개선된 벽면추종 주행을 제안하였다. 자율주행 로봇은 벽면이 급하게 변하는 코너 구간에서 코너 인식 알고리즘을 사용하여 코너를 감지하고 고속 코너링을 위해 삼각형 이등분 방식 주행으로 전환한다. 구현된 로봇은 시스템 작동을 위해 ROS를 사용하였고 벽면을 스캔하기 위해 LIDAR 센서를 사용했다. 실험은 각각 직선 트랙, 곡선 코너 및 직각 코너에서 수행되었다. 직선 트랙에서 최대 속도는 10m/s (36km/h)이다. 혼합 모드 방식을 사용한 개선된 벽면추종 주행은 1.6m/s (5.8km/h)의 속도에서 곡선 코너의 이동거리를 20% 감소시켰다. 충돌 없는 최대 주행속도는 2.8m/s (10.1km/h)로 측정되었고, 이는 직각삼각형 방식 대비 75% 향상되었다. 또한, 로봇은 혼합 모드 방식을 사용한 개선된 벽면추종 주행을 통해 최고속도 1.8m/s (6.5km/h) 로 충돌 없이 코너 구간을 통과하였지만, 직각삼각형 방식은 로봇이 낼 수 있는 최저 속도 0.1m/s (0.4km/h)에서도 충돌이 발생하여 코너를 통과할 수 없었다. 구현된 로봇 플랫폼 및 알고리즘은 제 4차 산업혁명을 위한 고속 자율주행로봇 개발에 접목되어 사용될 수 있다.

목차

요약 ⅰ
표목차 vi
그림목차 vii
I. 서 론 1
1. 연구의 배경 및 목적 1
1.1. 자율주행 로봇의 필요성 1
1.2. 이동 로봇의 경로 궤적 형성 방법 3
1.2.1. 맵핑 주행 방법 4
1.2.2. 실시간 인식 주행 방법 4
1.3. 연구의 목적 5
II. 시스템 설계 및 구현 6
1. 시스템 아키텍처 6
1.1. 아키텍처 관계도 6
1.2. 아키텍처 구성 8
1.2.1. 차체 8
1.2.2. 센서 8
1.2.3. 임베디드 보드 9
1.2.4. 배터리 10
2. 소프트웨어 11
2.1. 소프트웨어 구성 11
2.2. 소프트웨어 관계도 12
2.3. 시뮬레이션 12
3. 경로 설정 알고리즘 14
3.1. 직각삼각형 방식 벽면 추종 주행 14
3.1.1. 선형회귀를 이용한 벽면 근사 14
3.1.2. 직각삼각형 방식 경로 제어 15
3.1.3. 직각삼각형 방식의 코너 주행 문제점 17
3.2. 삼각형 이등분 방식을 이용한 코너 주행 개선 18
3.2.1. 코너 인식 알고리즘 18
3.2.2. 삼각형 이등분 방식 19
3.2.3. 코너 주행 성능이 개선된 혼합모드 방식 20
4. 제어 알고리즘 21
4.1. PID 피드백 제어 시스템 21
4.1.1. 비례 조향제어 23
4.1.2. 비례 미분 조향제어 24
4.1.3. 비례 미분 적분 조향제어 24
4.2. 직각삼각형 방식 비례 미분 조향제어 시스템 25
4.3. 삼각형 이등분 방식 비례 미분 적분 조향제어 시스템 25
4.3.1. 삼각형 이등분 방식 피드백제어에 사용되는 IMU 센서 26
III. 자율 주행 실험 28
1. 직선 주행 28
2. 곡선 코너 주행 28
3. 직각 코너 주행 30
4. 직선/코너 연속 주행 32
IV. 결론 34
참고문헌 36
Abstract 40
부록 41
감사의 글 52

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