[논문]수동 RFID Tag를 기반으로 한 이동 로봇의 경로 계획 알고리즘

지용관; 박장현

문제 정의

본 논문에서는 Passive RFID 태그를 이용하여 이동 로봇의 경로 계획 및 장애물 회피 알고리즘과 각 상황을 고려한 상환 판단 처리기를 제안하였다. 거리변환법 및 장애물 회피 알고리즘을 통해 주어진 환경에서 목적하는 위치로 이동하기 위한 경로 계획을 수행한다.
본 논문에서는 RFID 의 장점을 이용한 경로 탐색 및 장애물 회피 알고리즘을 제안하고자 한다. 제 2 장에서는 RFID 태그의 위치 추정 기법에 대하여 설명하고, 제 3 장에서는 RFID 를 이용한 경로 계획과 장애물 회피에 대해 설명한다.
지도를 작성하기 전에 선행되어야 할 과제는 로봇이 이동을 하고자 하는 환경을 정확하게 인지하는 것이다. 본 논문에서는 RFID 태그의 인식을 통한 위치 추정과 태그에 저장되어 있는 정보를 이용하여 환경을 인지 하고자 한다.
하여 비효율적이다. 이동 로봇이 목적지까지 정확하고 빠르게 이동을 하기 위하여 본 논문에서는 상황 판단 처리기를 제안한다.

제안 방법

김원이 연구한 RFID 환경 기반 이동 로봇 시스템에서는 RFID 를바닥에 바둑판 형식으로 배치를 하여 로봇의 위치를 추정하도록 하였다.7 본 연구에서는 벽면에 RFID 를 부착하거나 각 제품에 바코드 대신 부착되어 있는 RFID Tag 를 이용하였다. 원대희의 확률적 접근 연구에서는 Markov Localization 과 Kalman Filter Localization 알고리즘을 적 용하였다.
RFID 리더기를 로봇의 중심에서 회전시켜 인식 방향성과 회전 인식률 인자를 추출한다 추출된 인자를 사용하여 이동 로봇의 절대 좌표를 결정한다. 5
이러한 경우에 이동 로봇은 원하는 목적지까지 정확하게 가기 위하여 오도메트리 정보를 보정하여야 한다. RFID 태그는 부착된 지점에 대한 절대 위치 정보를 저장하고 있으므로 RFID 에대한 확률 센서 모델과 상대 위치 추정 기법을 통하여 이동 로봇의 현재 위치를 추정해 누적된 오차를 보정한다.
태그를 감지하였다. 감지된 태그의 저장 정보 중에서 물체 크기 정보와 위치 추정기법을 적용하여 유동 장애물의 위치를 추정하였다. 추정된 정보를 바탕으로 유동 장애물이 인식된 위치에서 유동 장애물과 충돌하지 않고 이동하기 위한 새로운 최적 경로(빨간색 실선)을 생성한 후에 생성된 경로를 따라 이동로봇이 이동함(파란색 실선)을 보여주고 있다.
거리변환법 및 장애물 회피 알고리즘을 통해 주어진 환경에서 목적하는 위치로 이동하기 위한 경로 계획을 수행한다. 수행된 경로를 따라 이동 로봇이 이동을 할 때 위치 추정 기법과 상황 판단 처리기를 이용하여 이동 로봇의 위치를 추정하고 보정함을 실험을 통하여 검증하였다.
공통 영역은 최대 인식 거리를 이용하여 인식된 태그와 태그 사이에서 생성된다. 공통영역을 도출하기 위하여 격자 영역의 크기를 결정하고, 최대인식 거리에 따른 원방정식을 사용하여 공통영역을 도출한다. Fig.
두 기법을 통해서 얻어진 이동 로봇의 추정 위치와 각 태그에 저장되어 있는 절대 위치 정보를 이용하여 이동 로봇의 오도메트리 정보를 보정한다.
조사하였다. 리더기를 고정시킨 상태에서 태그를 한 위치에서 10(deg) 단위로 회전시키면서 36 번 회전된 방향에 대한 인식횟수를 알아보고 이를 통해 인식률을 구한다. Fig.
거리변환법 및 장애물 회피 알고리즘을 통해 주어진 환경에서 목적하는 위치로 이동하기 위한 경로 계획을 수행한다. 수행된 경로를 따라 이동 로봇이 이동을 할 때 위치 추정 기법과 상황 판단 처리기를 이용하여 이동 로봇의 위치를 추정하고 보정함을 실험을 통하여 검증하였다.
각 방향 전환 구간에서는 RFID 태그의 인식을 통해서 생성된 최적 경로를 벗어나지 않으며 고정 장애물과 충돌하지 않고서 이동함을 보여주고 있다. 시작점과 목적지점을 직선으로 한 이동 경로도 있을 수 있으나, 격자의 거리 정보와 RFID Tag 에 의해서 Fig. 9 의 이동 경로가 보다 효과적인 경로로 판단되어 실험을 수행하였다.
시작지 점 에서 목적지점까지의 최적 경로는 Fig. 6 에서 보는 바와 같이 각 격자의 거리 정보를 탐색하여 최소의 거리를 갖는 격자를 검색하여 경로를 계획한다.
실험을 통하여 리더기와 태그의 상대거리 및 방향 변화에 따라 인식되는 2-Dimension 확률분포를 조사하였다. 리더기를 고정시킨 상태에서 태그를 한 위치에서 10(deg) 단위로 회전시키면서 36 번 회전된 방향에 대한 인식횟수를 알아보고 이를 통해 인식률을 구한다.
알려져 있는 환경하에서는 사전에 입력된 정보와 지표 태그 및 고정 장애물 태그의 정보를 분석한다. Fig.
유동 장애물의 경우에는 물체 크기 정보만을 저장하고 있다. 이동로봇이 주행하는 공간은 사전에 입력된 공간이며 두 가지 경우에 대해서 실험을 수행하였다.
것이 아니고, 유동 장애물의 위치도 추정된 값이다. 이러한 이유로 이동 로봇이 주어진 공간 상에서 이동이 가능하도록 물체의 크기 정보를 이용하여 ROC 를 생성하였다.
이동 중에 유동 장애물이나 사전에 입력되지 않은 고정 장애물의 태그가 인지가 되었을 경우에는 장애물 회피를 통해 회피를 하고 환경 정보를 재구축한다. 재구축된 환경을 분석해서 최적 이동 경로를 결정해 이동을 한다.7

대상 데이터

본 논문에서 사용한 13.56MHz 의 RFID 안테나의 최대 인식 거리는 30cm 이며, 4.2mx7.5m 의 공간상에서 벽과 고정 장애물에는 10cm 간격으로 태그를 배치 하였다. 거 리변환법 에 사용된 격 자의 크기는 30cmx30cm 의 격자로 구성하였다.
본 논문에서 제안한 경로 계획 및 장애물 회피 알고리즘을 검증하기 위하여 13.56MHz 의 RFID 를 사용하였다. RFID 안테나의 확률 센서 모델과 위치 추정 기법 [1], 위치 추정 기법 [2], 상황 판단처리기를 이용하여 실험을 수행하였다.

이론/모형

RFID 안테나의 인식된 태그의 개수에 따라 태그를 이용한 위치 추정 방법을 달리한다. 1 개의 태그가 인식이 되는 경우와 다수의 태그가 인식이 되었을 때 각각 위치 추정 기 법 [1], [2]의 방법을 이용한다.
56MHz 의 RFID 를 사용하였다. RFID 안테나의 확률 센서 모델과 위치 추정 기법 [1], 위치 추정 기법 [2], 상황 판단처리기를 이용하여 실험을 수행하였다.
본 논문에서는 지도를 작성하기 위하여 거리변환법 (Distance Transform)을 적용하고 RFID 태그인식 및 태그 정보를 이용하여 최적 경로를 찾는다 .
우선 RFID 안테나에 인식된 태그의 개수에 따라 1 개의 태그가 인식이 되었는지 복수개의 태그가 인식이 되었는지에 따라 위치 추정 기법 [1], [2] 를 적용한다.
위치 추정 기법은 선행 연구에서 제안된 기법인 위치 추정 기법을 이용한다. RFID 안테나의 인식된 태그의 개수에 따라 태그를 이용한 위치 추정 방법을 달리한다.
이 결과는 사전에 입 력된 환경 정보를 바탕으로 거 리변환법을 이용하여 최적 경로빨간색 실선)을 생성한다. 파란색 실선은 생성된 경로를 따라 이동 로봇이 이동한 궤적으로서 생성된 최적 경로에서 크게 벗어나지 않고 이동함을 보여주고 있다.

성능/효과

파란색 실선은 생성된 경로를 따라 이동 로봇이 이동한 궤적으로서 생성된 최적 경로에서 크게 벗어나지 않고 이동함을 보여주고 있다. 각 방향 전환 구간에서는 RFID 태그의 인식을 통해서 생성된 최적 경로를 벗어나지 않으며 고정 장애물과 충돌하지 않고서 이동함을 보여주고 있다. 시작점과 목적지점을 직선으로 한 이동 경로도 있을 수 있으나, 격자의 거리 정보와 RFID Tag 에 의해서 Fig.
로봇이 거리변환법에 의해서 생성된 최적 경로를 따라 이동 중에 사전에 입력되지 않은 유동 장애물의 RFID 태그를 감지하였다. 감지된 태그의 저장 정보 중에서 물체 크기 정보와 위치 추정기법을 적용하여 유동 장애물의 위치를 추정하였다.
Hahnel 에 의해서 수행된 연구에서는 RFID 리더기의 인식확률 모델을 정의하고 SLAM 기법을 적용하여 환경지도를 작성하였다. 예측된 태그의 위치를 이용하여 로봇의 위치인식 성 능이 향상됨을 보여 주었다. 한편, V.

후속연구

짧은 인식 거리를 보완하기 위하여 향후 연구과제로는 초음파 센서, 적외선 센서, 비젼 카메라와 같은 센서들과 RFID 기술을 융합하여 로봇이 자유롭게 이동할 수 있도록 하는 연구가 요구된다.

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