[논문]이동로봇을 위한 위치 및 물체인식용 지능형 센서 제어 시스템

정태철; 박종석; 현웅근

[국내논문] 이동로봇을 위한 위치 및 물체인식용 지능형 센서 제어 시스템
An intelligent sensor controller of mobile robot for object recognition in an indoor known environment 원문보기

한국해양정보통신학회논문지 = The journal of the Korea Institute of Maritime Information & Communication Sciences, v.9 no.7, 2005년, pp.1479 - 1484

정태철 (호남대학교) , 박종석 (코리아디지털) , 현웅근 (호남대학교)

초록
AI-Helper

본 논문은 이동로봇을 위한 위치 및 물체인식용 지능형 센서 제어 시스템에 대해 기술한다. 개발된 센서시스템은 저가의 광 PSD(Position sensitive detector)를 사용하였다. PSD센서는 저가이고, 가볍다는 장점이 있지만 많은 noise를 갖고 있다. 본 논문에서는 이러한 noise를 효과적으로 제거하기 위해 hardware filter와 software filter를 제안한다. 또한 선분기반 map building을 위해 개선된 Hough transform 알고리즘과 이동로봇의 실내 환경에서의 navigation 알고리즘을 제안한다. 개발된 시스템은 실험을 통해 증명하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper represents an intelligent sensor controller of mobile robot for object recognition in an indoor hon environment. A range finder sensor module has been developed by using optic PSD (Position Sensitive Detector) sensor way at a low Vice. While PSD sensor is cost effective and light weighting, it has switching noise and white noise. To remove these noises, we propose a heuristic filter. For line-based map building. also we prorosed advanced Hough transformation and navigation algorithm. Some experiments were illustrated for the validity of the developed system.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

4장에서는 이동로봇에 대한 주행 모듈을 기술하였고, 5장에서는 지형 환경에서 획득한 data를 Hough Transform 알고리즘을 통해 지형 환경 지도 작성에 대해 설명하였다. 마지막으로 결론과 향후 과제에 대하여 기술하였다.
이는 연속 신호 값에 비하여 20배 정도가 큰 임 펄스 잡음이다. 따라서 본 연구에서는 이를 제거하기 위하여 H/W RC filter 및 그림 3에서 보는 바와 같은 S/W filter 알고리즘을 제안하였다. S/W filter는 우선 n 개의 scanning data 값의 평균 di 구하고, n개의 scanning data 중에서 평균값 Qi보다 큰 data는 제외한 다음 나머지 값으로 평균 亿〃 i 를 구한다.
본 논문에서는 이동로봇이 미지의 환경에 투입되었을 때 전체 환경을 주행 모듈을 통해 이동하면서 환경 정보를 수집하고, 이 수집된 정보를 토대로 선분 기반 지형환경 지도 작성을 제안하였다. 이러한 지형환경 지도를 Hough 변환 알고리즘을 이용하여 직선 선분을 축출해 단순 지도를 작성하였다.
본 논문에서는 이동로봇을 위한 위치 인식용 지능형 센서 제어 시스템에 대해 기술하였다, 이를 이용하여 이동로봇이 주행 모듈을 통해 획득한 데이터로 2차원 지형환경 지도 작성에 대한 방법을 제안했다. 센서 시스템의 신호 잡음을 제거하기 위해 H/W filter와 S/W filter를 제안하였고, 개선된 Hough Transform 알고리즘을 적용하여 선분으로 작성되는 2차원 지형 지도를 작성하는 방법을 제안하였다.

제안 방법

반면에 2-D laser sensor는 초음파 센서에 비해 작은 projection width를 갖고 있으며, 많은 연구 및 응용에 사용되며 이동로봇의 장애물 회피나 특질추출, 지도 작성, localization에 사용된다[2]. 본 논문에서는 광 PSD(Position Sensitive Detector) 센서 모듈을 개발 및 활용하여 미지의 환경에 대한 거리 및 위치 정보를 획득하며, 이를 활용하여 Hough transform 방법을 이용해 환경에 대한 선분 정보로 변환 시켜 2D의 선분 기반 지도 작성을 제안한다. 본 논문의 구성은 다음과 같다.
본 논문에서는 이동로봇의 실내 주행과 장애물 검출 및 회피, 거리를 판단하기 위해 광 PSD 센서를 사용하였다. 광 PSD 센서의 원리는 그림 1에서 보이는 것과 같이 삼각측량법을 이용해서 센서와 object 사이의 거리를 검출한다.
포토 TR에서 송신된 적외선은 렌즈를 통해 집 속된 다음 장애물에 도달하고, 반사된 적외선은 수신 렌즈를 통해 집 속된 다음 PSD 센서의 한 점에 이르게 되어 수 광 점의 위치를 알 수 있게 된다. 본 논문에서는 위의 그림1에 보인 광 PSD 센서가 일체화된 센서를 사용흐卜 였다(Sharp 사의 GP2). 광 PSD 센서 특성은 삼각측량법을 사용하기 때문에 물체 반사성과 반사된 물체의 색상의 영향을 덜 받는다.
Robot controller와 UART 통신을 위해 RS232 통신을 사용하였다. 센서 모듈 시스템은 매 12msec마다 6개 MUX 의 4개 Sensor 값을 동시에 읽으며, RAM에 Ring buffer 방식으로 저장함으로써 통신 속도 동기 문제에 따른 데이터 분실 문제를 해결하였다. 이로써 24개 Sensor를 전부 read 하는 주기는 48msec이며, 로봇의 지형환경 scan 이동 속도를 10cm/sec로 하면 0.
본 논문에서. 제안한 센서 시스템의 제어부는 MSP430 MPU를 이용하여 구성하였고, 수신된 센서 신호는 A/D 변환기를 거쳐 RS232 통신으로 PC로 전송하여 처리하였다. 그림 4에서 보는 바와 같이 센서의 출력신호에는 많은 잡음(약IKhz Switching noise)이 발생한다.
이동로봇은 일반적으로 배터리를 사용하므로 전류의 효과적인 사용이 요구된다. 전압을 최소화하기 위해 FET를 사용함으로써 그룹화 된 센서를 MPU의 timer interrupt를 사용하여 각각 제어할 수 있도록 제작하였다.
거리에 따른 센서의 아날로그 출력전압은 그림 9처럼 비선형적인 형태로 표현된다. 이러한 출력 형태를 선형화시킬 수 있도록 일정한 거리(10Cm)에 대해 sample data를 정의한 후 각 점에 대한 방정식을 이용하여 실거리로 변환하였다.
그림 12는 개발된 센서 모듈과 detects) 지형을 2D 그래픽으로 표현한 것이다. 16개의 센서를 일정한 간격으로 막대 형태로 배치하고 코너를 detect 하였을 때 각 센서의 거리 값을 2D로 표현하도록 프로그래밍하였다. 실제 주변 환경과 비슷한 형태로 표현되는 것을 볼 수 있다.
본 논문에서는 이동로봇을 위한 위치 인식용 지능형 센서 제어 시스템에 대해 기술하였다, 이를 이용하여 이동로봇이 주행 모듈을 통해 획득한 데이터로 2차원 지형환경 지도 작성에 대한 방법을 제안했다. 센서 시스템의 신호 잡음을 제거하기 위해 H/W filter와 S/W filter를 제안하였고, 개선된 Hough Transform 알고리즘을 적용하여 선분으로 작성되는 2차원 지형 지도를 작성하는 방법을 제안하였다. 향후 연구 과제로 복잡한 구조에서의 Hough Transform 통한 정확한 직선 선분을 찾기 위한 알고리즘에 대해 연구할 것이다.
향후 연구 과제로 복잡한 구조에서의 Hough Transform 통한 정확한 직선 선분을 찾기 위한 알고리즘에 대해 연구할 것이다. 그리고 효과적인 주행과 localization을 위해 Gyro, electrical compass sensor를 이동로봇에 장착하여 실험할 것이다.
이동로봇이 주행 중 취득된 센서 데이터를 이용하여 map-building을 하는 과정 중 벽과 장애물의 판별을 위하여 위의 그림13과 같이 histogram을 이용하여 object를 판별하도록 하였다. 그림 13의 예제에서 로봇이 comer 부분에서 벽면을 검출했을 때의 data와 장애물이 있을 때의 벽면에서 검출한 센서 데이터를 histogram으로 표현하였다.

대상 데이터

장애물 검출 거리는 20cm에서 150cm까지이다. 개발된 센서 시스템의 Main controller 는 TI사의 16bit RISC MPU인 MSP430을 사용하고 24개의 센서를 입력하기 위하여 6개의 AD Channel과 4 Channel Analog MUX 6개를 사용하였다. Robot controller와 UART 통신을 위해 RS232 통신을 사용하였다.
개발된 센서 시스템의 Main controller 는 TI사의 16bit RISC MPU인 MSP430을 사용하고 24개의 센서를 입력하기 위하여 6개의 AD Channel과 4 Channel Analog MUX 6개를 사용하였다. Robot controller와 UART 통신을 위해 RS232 통신을 사용하였다. 센서 모듈 시스템은 매 12msec마다 6개 MUX 의 4개 Sensor 값을 동시에 읽으며, RAM에 Ring buffer 방식으로 저장함으로써 통신 속도 동기 문제에 따른 데이터 분실 문제를 해결하였다.
그림14는 개발된 센서 시스템을 적용 시킬 이동로봇의 상태 블록도 와 사진을 나타낸다. 실험에 쓰인 이동로봇은 한 올 로보틱스의 Hanuri-RD이며 2개의 구동 모터와 1개의 터릿으로 구성되어 있다. 메인 컨트롤러는 Strong ARM SA1110이며 로봇의 각 디 바이스들과의 통신은 USB와 RS232 통신을 한다.

이론/모형

본 논문에서는 이동로봇의 실내 주행과 장애물 검출 및 회피, 거리를 판단하기 위해 광 PSD 센서를 사용하였다. 광 PSD 센서의 원리는 그림 1에서 보이는 것과 같이 삼각측량법을 이용해서 센서와 object 사이의 거리를 검출한다.
본 논문에서는 이동로봇이 미지의 환경에 투입되었을 때 전체 환경을 주행 모듈을 통해 이동하면서 환경 정보를 수집하고, 이 수집된 정보를 토대로 선분 기반 지형환경 지도 작성을 제안하였다. 이러한 지형환경 지도를 Hough 변환 알고리즘을 이용하여 직선 선분을 축출해 단순 지도를 작성하였다. 같은 직선 위에 존재하는 모든 화소들은 모두 같은 Q 와0를 갖는다.

후속연구

센서 시스템의 신호 잡음을 제거하기 위해 H/W filter와 S/W filter를 제안하였고, 개선된 Hough Transform 알고리즘을 적용하여 선분으로 작성되는 2차원 지형 지도를 작성하는 방법을 제안하였다. 향후 연구 과제로 복잡한 구조에서의 Hough Transform 통한 정확한 직선 선분을 찾기 위한 알고리즘에 대해 연구할 것이다. 그리고 효과적인 주행과 localization을 위해 Gyro, electrical compass sensor를 이동로봇에 장착하여 실험할 것이다.

참고문헌 (9)

Data sheets for the Polaroid Ultrasonic Range-Finders, Polaroid Corporation
Cang Ye, Johann Borenstein, 'Characterization of a 2-D Laser Scanner for Mobile Robot Obstacle Negotiation', Proc.IEEE Int. Conf. On Robotics and Automation, Washington, D.C, December, pp. 2512-2518,2002
L.luckiger, 'A robot interfacing using virtual reality and automatic kinematics generator,' proc. of 29th Intl. Symposium on Robotics, pp. 123-126,1998
E.Nntonek and L.luckiger,' irtual reality: an intuitive approach to robotics,' SPIE, Vol. 2, pp 206-269, ?
G.Dissanayake and H. Durrant-Whyte,' A computationally efficient solution to the simultaneous localization and map building problem,' ICRA'2000 Workshop on Mobile Navigation and mapping , 2000
J.forsberg, U.Larsson, and A.Wernersson,' Mobile robot navigation using range-weighted hough transform,' IEEE robotics and Automation Magazine, pp18-26, march 1995
R.madhavan, H.Durrant-Whyte, and G.Dissanayake,' Natural landmark-based autonomous navigation using curvature scale space,' proc. of IEEE Int. Conf. on roboticsand automation, 2002
K.S.Kim, S.J.Kim, and M.H. Choi, 'Virtual Robot Simulator and Real-World Robot Interface' Proceedings of the 12th KACC, October 1997. pp. 976-979
S.S.See, J.S.Oh, Y.H.Choi and J.B.Park 'A New Complete Coverage Navigation Algorithm of Autonomous Cleaning Robot in Unknown Environment,' KIEE/IEEK/ICASE Journal of Joint Conference, Vol. 1,pp. 33-36, May. 2001

저자의 다른 논문 :

활용도 분석정보

상세보기

다운로드

내보내기

활용도 Top5 논문

해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다.
더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증