메카넘 휠 구동방식은 바퀴 회전방향 기준 45도 기울어진 롤러들이 바퀴 외곽에 부착되어 조향장치 없이 전-방향 이동이 가능한 방식이다. 일반적인 바퀴의 경우 전진과 후진만 가능하고, 방향 전환을 위한 별도의 공간이 필요하지만, 메카넘 휠은 방향전환을 위한 공간이 없어도 회전 및 전후좌우 이동이 가능하여 협소한 산업현장에서 공간사용 효율성을 극대화 할 수 있다. 하지만 메카넘 휠 구동 방식은 구조적 특성에 의해 발생하는 바퀴 ...
메카넘 휠 구동방식은 바퀴 회전방향 기준 45도 기울어진 롤러들이 바퀴 외곽에 부착되어 조향장치 없이 전-방향 이동이 가능한 방식이다. 일반적인 바퀴의 경우 전진과 후진만 가능하고, 방향 전환을 위한 별도의 공간이 필요하지만, 메카넘 휠은 방향전환을 위한 공간이 없어도 회전 및 전후좌우 이동이 가능하여 협소한 산업현장에서 공간사용 효율성을 극대화 할 수 있다. 하지만 메카넘 휠 구동 방식은 구조적 특성에 의해 발생하는 바퀴 슬립으로 인해 오차가 누적되어 일반적인 Dead Reckoning 방식으로는 정확한 위치 추정이 제한되는 문제점이 있다. 이를 개선하기 위해 본 논문에서는 라이다 센서로 주변 환경 정보를 관측하고, 이동 전후 관측 값을 비교하여 위치 변환을 추정하는 ICP 방법을 위치 추정에 적용하였다. 또한, 라이다 센서의 오차를 줄이기 위해 스캔 데이터에서 직선을 추출하고 추출 된 직선에 스캔 데이터를 투영한 후 ICP 방법을 적용하는 Line-Fitting ICP 방법을 제시하였다. 최종적으로 주행거리계 등의 관성센서 정보를 이용하여 기구학적 분석을 통해 구한 추정값과 라이다 센서 데이터를 Line-Fitting ICP 방법으로 구한 관측값을 비교하여 위치를 추정하는 알고리즘을 제안하였다. 제안한 알고리즘을 검증하기 위해 메카넘 휠 이동 로봇을 제작하여 3가지 경로로 주행하면서 오차를 분석하였다. 실험 결과 기존의 방식에 비해 보다 정확하고 안정적인 위치 추정 결과 값을 얻을 수 있었다.
메카넘 휠 구동방식은 바퀴 회전방향 기준 45도 기울어진 롤러들이 바퀴 외곽에 부착되어 조향장치 없이 전-방향 이동이 가능한 방식이다. 일반적인 바퀴의 경우 전진과 후진만 가능하고, 방향 전환을 위한 별도의 공간이 필요하지만, 메카넘 휠은 방향전환을 위한 공간이 없어도 회전 및 전후좌우 이동이 가능하여 협소한 산업현장에서 공간사용 효율성을 극대화 할 수 있다. 하지만 메카넘 휠 구동 방식은 구조적 특성에 의해 발생하는 바퀴 슬립으로 인해 오차가 누적되어 일반적인 Dead Reckoning 방식으로는 정확한 위치 추정이 제한되는 문제점이 있다. 이를 개선하기 위해 본 논문에서는 라이다 센서로 주변 환경 정보를 관측하고, 이동 전후 관측 값을 비교하여 위치 변환을 추정하는 ICP 방법을 위치 추정에 적용하였다. 또한, 라이다 센서의 오차를 줄이기 위해 스캔 데이터에서 직선을 추출하고 추출 된 직선에 스캔 데이터를 투영한 후 ICP 방법을 적용하는 Line-Fitting ICP 방법을 제시하였다. 최종적으로 주행거리계 등의 관성센서 정보를 이용하여 기구학적 분석을 통해 구한 추정값과 라이다 센서 데이터를 Line-Fitting ICP 방법으로 구한 관측값을 비교하여 위치를 추정하는 알고리즘을 제안하였다. 제안한 알고리즘을 검증하기 위해 메카넘 휠 이동 로봇을 제작하여 3가지 경로로 주행하면서 오차를 분석하였다. 실험 결과 기존의 방식에 비해 보다 정확하고 안정적인 위치 추정 결과 값을 얻을 수 있었다.
The mecanum wheel is a drive system capable of moving in all directions. For a typical wheel, only forward and backward movements are possible, and space for direction change is required. Mecanum wheels, on the other hand, can be rotated and moved back and forth without needing space for direction c...
The mecanum wheel is a drive system capable of moving in all directions. For a typical wheel, only forward and backward movements are possible, and space for direction change is required. Mecanum wheels, on the other hand, can be rotated and moved back and forth without needing space for direction change. It is possible to maximize the space utilization efficiency in a narrow industrial field. However, the mecanum wheel system accumulates errors due to the wheel slip caused by the structural characteristics. As a result, the application of dead reckoning, a general location estimation method, is limited. In order to improve this, in this paper, we acquire the surrounding information with the lidar sensor and estimate the position of mobile robot by ICP technique. In order to reduce the measurement error of the Lidar sensor, a line-fitting ICP method is proposed, in which the scan data is projected on a straight line andthen the ICP method is applied. Finally, the position estimated by the Line-Fitting ICP method was corrected using the dead reckoning estimate obtained from the Encoder and IMU sensor information. In order to verify the proposed algorithm, we made a Mecanum wheel mobile robot equipped with LIDAR, ENCODER and IMU. And we experimented with this robot running on three paths. Experimental results show that the position estimation error accumulation due to the wheel slip does not occur in the position estimation by the Line-Fitting ICP technique. In addition, it is possible to estimate the position more accurately and stably than the existing ICP method.
The mecanum wheel is a drive system capable of moving in all directions. For a typical wheel, only forward and backward movements are possible, and space for direction change is required. Mecanum wheels, on the other hand, can be rotated and moved back and forth without needing space for direction change. It is possible to maximize the space utilization efficiency in a narrow industrial field. However, the mecanum wheel system accumulates errors due to the wheel slip caused by the structural characteristics. As a result, the application of dead reckoning, a general location estimation method, is limited. In order to improve this, in this paper, we acquire the surrounding information with the lidar sensor and estimate the position of mobile robot by ICP technique. In order to reduce the measurement error of the Lidar sensor, a line-fitting ICP method is proposed, in which the scan data is projected on a straight line andthen the ICP method is applied. Finally, the position estimated by the Line-Fitting ICP method was corrected using the dead reckoning estimate obtained from the Encoder and IMU sensor information. In order to verify the proposed algorithm, we made a Mecanum wheel mobile robot equipped with LIDAR, ENCODER and IMU. And we experimented with this robot running on three paths. Experimental results show that the position estimation error accumulation due to the wheel slip does not occur in the position estimation by the Line-Fitting ICP technique. In addition, it is possible to estimate the position more accurately and stably than the existing ICP method.
주제어
#메카넘 휠 이동 로봇 바퀴 슬립 스캔 매칭 라인 피팅 Mecanum Wheel Wheel Slip Scan Matching Line-fitting
학위논문 정보
저자
오인진
학위수여기관
연세대학교 대학원
학위구분
국내석사
학과
기계공학과
지도교수
양현석
발행연도
2019
총페이지
vi, 56장
키워드
메카넘 휠 이동 로봇 바퀴 슬립 스캔 매칭 라인 피팅 Mecanum Wheel Wheel Slip Scan Matching Line-fitting
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