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문제 정의
- 주행시 예취부가 지나간 면적은 실제 수확작업에서 예취부를 작동하기만 하면 수확이 이루어지므로, 이 면적을 수확작업이 이루어진 면적으로 보고, 목표로 한 전체 면적에 대하여 예취부가 지나간 면적을 비로 나타내어 성능을 평가한다.
제안 방법
- 또한 각 센서들로부터의 출력값을 퍼지제어기에 입력할 수 있도록 RS-232C 및 NI SCXI I/O 보드를 이용한 인터페이스를 개발하였으며, 이러한 출력값을 입력으로 받는 퍼지제어기를 개발하였다. 개발된 퍼지제어 기는 센서들로부터 입 력받는 값들을 퍼지 추론에 통해 조향각을 출력하며, 이 결과를 NI SCXI I/O 보드를 통해 유압시스템 제어회 로로입력함으로써 유압시스템을 제어하여 콤바인의 자세를 교정한다.
- 통합시스템을 구축하였다. 또한 각 센서들로부터의 출력값을 퍼지제어기에 입력할 수 있도록 RS-232C 및 NI SCXI I/O 보드를 이용한 인터페이스를 개발하였으며, 이러한 출력값을 입력으로 받는 퍼지제어기를 개발하였다. 개발된 퍼지제어 기는 센서들로부터 입 력받는 값들을 퍼지 추론에 통해 조향각을 출력하며, 이 결과를 NI SCXI I/O 보드를 통해 유압시스템 제어회 로로입력함으로써 유압시스템을 제어하여 콤바인의 자세를 교정한다.
- 2km/hr이었으며 편차의 측정 방법은 콤바인 예취부 부분에 수직으로 막대를 세우고 주행을 한 후 생성된 궤적과 이상적인 경로를 비교하여 측정하였다. 모두 10회에 걸쳐 실험하였고, 1회 실험에 15 m를 주행하였으며 50㎝ 간격으로 편차를 측정하였다. 초기 위치는 -20㎝ 정도의 오프셋(offset)을 주었고 콤바인의 방향은 이상적인 경로와 대체로 일치하도록 하였匸h
- 본 연구에서 퍼지제어기의 입력은 이상적인 경로에 대한 콤바인의 오프셋(offset)과 목표로 하는 좌표에 대한 현재 콤바인의 방향각(heading angle) 등의 2개와 최초 1회전 시에는 콤바인의 급회전으로 인한 논둑과의 충돌을 방지하기 위하여, 초음파 센서로부터 입력되는 논둑과의 거리값까지 모두 3개를 퍼지제어 기의 입 력으로 하였다.
- 1'의 분해능으로 측정이 가능하며, 동시에 요(yaw), 롤(roll) 및 피치(pitch) 각을 측정할 수 있다. 본 연구에서는 요(yaw) 각도를 검출하여 콤바인의 회전각을 측정하는데 사용하였다.
- 본 연구에서는 콤바인의 자율주행을 위하여 DGPS, 기계시각, 자이로 센서 및 초음파 센서를 이용한 통합시스템을 구축하였다. 또한 각 센서들로부터의 출력값을 퍼지제어기에 입력할 수 있도록 RS-232C 및 NI SCXI I/O 보드를 이용한 인터페이스를 개발하였으며, 이러한 출력값을 입력으로 받는 퍼지제어기를 개발하였다.
- 본- 연구에서는 외부환경을 감지하기 위해 DGPS, 자이로 센서 및 초음파 센서 등 모두 세 가지 방법을 사용한다. DGPS 수신기에서 측정된 위 치 좌표와 회 전부에서 사용되는 자이로 센서의 측정 값은 RS-232C 직 렬통신에 통해 퍼 지제어 기로 입력된다.
- 실험 시 주행속도는 1.2km/hr이었으며 편차의 측정 방법은 콤바인 예취부 부분에 수직으로 막대를 세우고 주행을 한 후 생성된 궤적과 이상적인 경로를 비교하여 측정하였다. 모두 10회에 걸쳐 실험하였고, 1회 실험에 15 m를 주행하였으며 50㎝ 간격으로 편차를 측정하였다.
- 유압시스템의 제어를 위하여 각 유압실린더에 리미트 센서를 부착하여 실린더의 현재 상태를 알 수 있게 하였다. 리미트 센서는 이성 오토센서사의 제품이며, 조향실린더에 4개, 주변속 전진에 4 개 후진에 3개로 모두 11개가 사용되었다.
- 이치화된 영상(그림 12)에서 수확이 된 부분과 수확이 되지 않은 부분에서 각각 화소치 255와 0의 값을 갖는 영상 잡음이 구소적으로 나타나 메디안 필터를 적용하여 이를 제거하였다. 영상의 처리시간을 고려하여 마스크(mask)의 크기는 3X3으로 하였다.
- 인식하여 주행에 필요한 정보를 생성하는 부분과 이러한 정보를 종합하여처리 . 판단하는 부분, 그리고 실제로 작동을 하기 위한 엑 츄에 이터 부분으로 나눌 수 있다.
- 직선주행 성능평가를 위한 포장실험은 서울대학교 농생대 부속농장에서 이루어졌다. 실험 시 주행속도는 1.
- 직선주행에 있어서 성능 평가는 이상적인 경로와 실제 자율주행에 의한 경로와의 편차(deviation)를구하고, 이 편차의 RMS (root mean square) 값으로 하였다.
- 콤바인의 자율주행 가능성을 입증하기 위하여 실제 논에서 직선 및 회전 경로에 대한 주행 실험을 실시하였다. 그러나 실제로 벼가 서 있는 논을 대상으로 한 것은 아니며, 실제 벼가 서 있는 논을 대상으로 한 수확작업 실험을 위한 시스템의 보완과 실험이 앞으로의 과제이다.
- 포장에서 첫 번째 작업시 논둑과 충돌하는 것을 방지하기 위하여 초음파 센서를 사용하였다. 사용된 초음파 센서는 일본 KEYENCE 사의 UD-330 모델로 400 mm에서 3,000mm까지의 범위를 1 mm의 분해능(resolution)으로 측정할 수 있다.
- 회전주행의 성능을 평가하기 위한 실험은 15x 27 m 크기의 포장에서 실시하였으며 편차를 측정하는 방법은 직선주행과 동일하다.
대상 데이터
- 있게 하였다. 리미트 센서는 이성 오토센서사의 제품이며, 조향실린더에 4개, 주변속 전진에 4 개 후진에 3개로 모두 11개가 사용되었다.
- 본 연구에서 사용된 자이로 센서는 미국 KVH 사의 DGS3(Digital Gyro Stabilized Sensor System)이다. DGS'는 45' /sec까지의 각 속도를 오차 범위 ±3.
- 사용된 DGPS는 농촌진홍청 농업기계화 연구소에서 보유하고 있는 캐나다 Novatel사의 RT-2 모델로 CEP(Circular Error Prob- able)가 2 ㎝ 이하의 매우 정밀한 제품이다. L1-C/A 코드와 L2-P 코드를 모두 획득하며, 동시에 24개의 위성을 병렬 채널을 통해 추적한다.
- 사용하였다. 사용된 초음파 센서는 일본 KEYENCE 사의 UD-330 모델로 400 mm에서 3,000mm까지의 범위를 1 mm의 분해능(resolution)으로 측정할 수 있다.
- 사용된 카메라는 미국 PULNIX사의 컬러 CCD 카메라이며, 영상획득 보드는 Canada CORECO 사의 OCULUS-TCX /MX frame grabber이다.
이론/모형
- 이러한 입력값을 가지고 퍼지추론 (fuzzy infer- ence) 을 한 후 출력되는 값은 조향각(steering angle)인데, 조향각은 7개의 언어 변수를 갖으며 총 11개의 규칙(ruie)을 이용하였다.
- 콤바인의 조향 레버를 기계적으로 처리하기 위해 유압시스템을 사용하였다. 그림 4는 본 연구에서 조향을 위해 사용한 유압시스템의 구조로 5개의 실린더와 이를 구동하기 위한 솔레노이드 밸브, 조향 레버를 작동하기 위한 실린더 1개, 클러치와 탈곡.
성능/효과
- 그림 2에서와 같이 카메라의. 설치 위치 및 각도를 결정하기 위하여 카메라의 높이를 지면에서 80㎝와 160㎝, 카메라의 각도를 주행방향의 30°와 40°로 고정하여 실험한 결과 높이 160㎝, 각도 30°로 설치한 경우가 경로 탐색을 위한 영상처리에 더 적합하였다. 카메라의 초점거리 f는 0.
- 실험 결과 RMS 값이 최소 16.16 ㎝에서 최대 31.11 ㎝의 범위를 보였으며 RMS의 평균은 22.7 ㎝로 나타났다. 이러한 주행의 편차를 그림 15과 16에 나타내었다.
- 직진 및 회전 실험결과를 보면 약 40 ㎝ 이내의 오차와 95%의 수확비율로 콤바인의 자율주행이 가능하다고 판단된다. 직진 주행 오차를 줄이기 위한 향후 연구가 더 필요하며 40 ㎝정도 편차를 미리 고려하여 콤바인의 예취부를 한쪽으로 치우치게 하여 주행을 할 수도 있을 것이다.
- 획득된 영상의 RGB 값에 대해 각각 히스토그램을 구해 본 결과 수확되지 않은 벼가 서 있는 부분과 수확이 끝난 토양을 구분하는데 있어서 G(green) 값이 가장 큰 차이를 보이는 것으로 나타났다. 따라서 경로 탐색을 위한 영상처리에서는 G값만을 이용한다.
후속연구
- 실시하였다. 그러나 실제로 벼가 서 있는 논을 대상으로 한 것은 아니며, 실제 벼가 서 있는 논을 대상으로 한 수확작업 실험을 위한 시스템의 보완과 실험이 앞으로의 과제이다.
- 이러한경우 개별적인 농용 차량의 제어가 아닌 집단제어(group control)의 개념이 도입되어야 할 것이며, 소수의 작업자가 기지국(base station)에서 모든 과정의 농용 차량을 감시하고 제어하게 될 것이다. 따라서, 부족한 노동력 문제를 해소하고 농업기계의 사용에 있어서의 효율성도 제고딜것으로 기대된다.
- 그러나 이앙기 등과 같이 심한 요철이 있는 지면을 대상으로 하고 매우 높은 정밀도를 요하는 경우에는 이러한 오차까지 보정해 주어야 할 것이다. 또한 농용 차량과 같이 심한 진동과 같은 열악한 환경에서 사용되는 DGPS 또는 여타의 센서들이 제품 제작 당시 명기된 사양만큼 좋은 성능을 보이는지에 관해서 연구가 진행되어야 할 것이다.
- 본 연구에서 개발된 자율주행 시스템은 수도작의 수확작업에 있어서의 자동화를 가능하게 할 것이며, 또한 수도작 작업과정 전체의 자동화 및 무인화를 촉진하여 수도작 무인화를 위한 통합시스템을 구성할 수 있게 할 것이다. 이러한경우 개별적인 농용 차량의 제어가 아닌 집단제어(group control)의 개념이 도입되어야 할 것이며, 소수의 작업자가 기지국(base station)에서 모든 과정의 농용 차량을 감시하고 제어하게 될 것이다.
- 가능하다고 판단된다. 직진 주행 오차를 줄이기 위한 향후 연구가 더 필요하며 40 ㎝정도 편차를 미리 고려하여 콤바인의 예취부를 한쪽으로 치우치게 하여 주행을 할 수도 있을 것이다.
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