원격제어 이동로봇은 임의의 사용자가 조이스틱과 같은 장치를 이용하여 조작함으로서 사용자가 직접 나서지 않고 간접적으로 주어진 업무를 수행하는 로봇을 말한다. 이러한 원격제어 이동로봇은 기본적으로 사용자에게 보다 많은 정보를 제공하기 위하여 영상정보를 이용하며, 사용자는 로봇으로부터 전송되는 영상정보를 눈으로 보고 판단하여 로봇에게 명령을 전달하는 형태로 이루어져 있다. 이러한 원격제어 이동로봇의 단점은 통신시스템에서 발생하는 통신지연과 영상정보에서 발생하는 사각지대로 인하여 사용자가 보지 못하는 장애물과의 충돌 가능성이 존재한다는 것이다. 본 논문에서는 위와 같은 문제를 해결하고자 원격제어 이동로봇에 퍼지 제어를 적용하여 사용자의 명령에 추종하면서 실시간으로 장애물 회피가 가능한 시스템을 제안하고자 한다. 여기서 제안한 퍼지 제어기의 성능 평가 및 적용 가능성을 확인하기 위하여 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여, 장애물 회피와 경로 추종, 추종 경로위에 장애물이 존재할 때 이동로봇의 장애물 회피에 관한 모의실험을 통하여 퍼지 제어기의 적용 가능성을 보였으며, 실험을 통하여 검증하였다.
원격제어 이동로봇은 임의의 사용자가 조이스틱과 같은 장치를 이용하여 조작함으로서 사용자가 직접 나서지 않고 간접적으로 주어진 업무를 수행하는 로봇을 말한다. 이러한 원격제어 이동로봇은 기본적으로 사용자에게 보다 많은 정보를 제공하기 위하여 영상정보를 이용하며, 사용자는 로봇으로부터 전송되는 영상정보를 눈으로 보고 판단하여 로봇에게 명령을 전달하는 형태로 이루어져 있다. 이러한 원격제어 이동로봇의 단점은 통신시스템에서 발생하는 통신지연과 영상정보에서 발생하는 사각지대로 인하여 사용자가 보지 못하는 장애물과의 충돌 가능성이 존재한다는 것이다. 본 논문에서는 위와 같은 문제를 해결하고자 원격제어 이동로봇에 퍼지 제어를 적용하여 사용자의 명령에 추종하면서 실시간으로 장애물 회피가 가능한 시스템을 제안하고자 한다. 여기서 제안한 퍼지 제어기의 성능 평가 및 적용 가능성을 확인하기 위하여 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여, 장애물 회피와 경로 추종, 추종 경로위에 장애물이 존재할 때 이동로봇의 장애물 회피에 관한 모의실험을 통하여 퍼지 제어기의 적용 가능성을 보였으며, 실험을 통하여 검증하였다.
The remote control mobile robot is the robot accomplishing a task according to the orders giving by a user through departed communication system using a joystick. Basically, to supply a lot of information, as this type of robot uses visual information, the user can check the transmitted information ...
The remote control mobile robot is the robot accomplishing a task according to the orders giving by a user through departed communication system using a joystick. Basically, to supply a lot of information, as this type of robot uses visual information, the user can check the transmitted information by eyes and give orders to the robot. But the weak point of this type of robot is that it has a possibility to come into a collision with an obstacle not be seen to the user because of the communication delay occurring in a communication system and dead zone happening in visual information. To solve the problem, in this paper, we try to suggest a system applying a fuzzy control system to the robot to avoid collision with an obstacle by an immediate order of the user. The fuzzy control system has better performance than any other existing control methods in the change of noise and parameter. And it is more efficient than any other since it solves easy the complexity of the system analysis occurring because of the nonlinear feature of the mobile robot system. In this paper, we made experiments how the mobile robot controlled by the fuzzy control system avoids an obstacle, tracks the path and avoids the obstacle in the path, to prove the performance and to check the evaluation and the application possibility of the fuzzy control system.
The remote control mobile robot is the robot accomplishing a task according to the orders giving by a user through departed communication system using a joystick. Basically, to supply a lot of information, as this type of robot uses visual information, the user can check the transmitted information by eyes and give orders to the robot. But the weak point of this type of robot is that it has a possibility to come into a collision with an obstacle not be seen to the user because of the communication delay occurring in a communication system and dead zone happening in visual information. To solve the problem, in this paper, we try to suggest a system applying a fuzzy control system to the robot to avoid collision with an obstacle by an immediate order of the user. The fuzzy control system has better performance than any other existing control methods in the change of noise and parameter. And it is more efficient than any other since it solves easy the complexity of the system analysis occurring because of the nonlinear feature of the mobile robot system. In this paper, we made experiments how the mobile robot controlled by the fuzzy control system avoids an obstacle, tracks the path and avoids the obstacle in the path, to prove the performance and to check the evaluation and the application possibility of the fuzzy control system.
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문제 정의
또한 로봇이 사용자의 명령을 우선시 할 것인지, 로봇 스스로 장애물 회피를 위한 제어명령을 우선시 할것인지를 판단하는 명령 선택기(command arbitrator)에 대하여 설명하고자 한다.
본 논문에서는 퍼지제어의 기본 이론을 바탕으로 원격제어 이동로봇의 장애물 회피를 위한 시스템 구현에 적용하기 위한 퍼지제어기의 설계에 대하여 설명하고자한다. 또한 로봇이 사용자의 명령을 우선시 할 것인지, 로봇 스스로 장애물 회피를 위한 제어명령을 우선시 할것인지를 판단하는 명령 선택기(command arbitrator)에 대하여 설명하고자 한다.
제안 방법
따라서 본 논문에서는 위와 같이 통신지연과 영상정보의 화각에서 발생하는 문제를 해결하기 위한 방법으로 첫째, 거리측정 센서를 이용함으로써 영상정보의 사각지대(dead zone)에 존재하는 장애물을 검출하는 방법과 둘째, 통신지연으로 인해 발생하는 장애물들에 실시간으로 유연하게 회피하기 위한 방안으로 퍼지 제어시스템을 제안 하였다.
본 논문에서 제안한 원격제어 이동로봇의 장애물 회피를 위한 퍼지 제어기의 성능 검증을 위한 방법으로 매트랩을 이용한 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션을 위한 이동로봇의 구현은 전방에 3개의 초음파 센서와 6개의 접촉 선]서를 이용하여 구현하였으며, 실험 공간으로 440 * 440의 좌표 공간을 생성하고 공간의 외벽으로 좌우 양 끝의 刘 픽셀(pixel)을 장애물과 같은 벽으로 생성하였다.
본 논문에서는 원격제어 이동로봇이 전역경로계획과 지역경로계획을 선택적으로 적용하여 장애물을 회피할수 있는 방법으로 퍼지 제어기를 제안하였다, 적용된퍼지 제어기는 사용자의 제어명령을 추종 할 것인지, 로봇이 스스로 장애물을 회피하여 진행 할 것인지를 판단하기 위한 명령 선택기와 이동로봇이 센서정보를 이용하여 장애물을 회피할 때, 이동로봇의 방향각을 출력으로 가지는 제어기로 구성되었다. 제안한 퍼지 제어기는 매트랩을 이용하여, 사용자의 제어 명령 주종과 자유공간에서의 장애물 회피를 위한 시뮬레이션을 수행하고? 원격제어 이동로봇이 장애물과 충돌 없이 사용자의 명령에 추종하는 것을 확인하였다.
본 연구에서는 퍼지 추론의 결과로 원격제어 이동로봇의 회전 각도를 출력으로 나타내어준다. 퍼지 추론으로는 Max-Min 방법 (Mamdani 방법)을 이용하였으며, 비퍼지화(defuwzifier)로는 실험을 통해 얻은 경험을 바탕으로 17개의 출력 테이블을 이용하여 출력에 사용하였다.
시뮬레이션은 이동로봇이 퍼지 제어기를 이용하여 임의 공간에서 장애물을 회피하는 시뮬레이션과 원격제어라는 상황을 고려하여 임의의 경로를 생성하고 생성된 경로를 추종하도록 하는 시뮬레이션, 생성된 경로를 주종하도록 한 뒤에 주종하는 경로 위에 임의의 장애물을 생성 하였을 때 이동로봇의 장애물 회피에 관한 시뮬레이션을 수행하였다.
실험은 이동로봇의 주행 경로에 2개의 소형 장애물을 설치하고, 제어 명령을 주는 조이스틱은 계속 직진방향으로만 명령을 주어 장애물을 스스로 회피 하는지에 대한 실험을 수행하였다. 그림 14는 실험 환경에 장애물을 설치한 모습을 보여주고 있으며, 그림 16과 17 은 Application Program을 이용하여 로봇으로부터 수신되는 영상을 보면서 제어하는 것을 보여주고 있다.
이는 사용자가 영상정보를 이용하여 로봇을 문으로 통과 시킬 때, 일정 거리에서는 양 쪽 문의 벽이 모두 보이지만 문을 통과하기 위하여 로봇이 서서히 다가가면서 영상정보의 사각지대 (dead zone)로 문의 양쪽 벽이 사라지기 때문이다. 이와 같은 상황을 구성하기 위해서 그림 12의 오른쪽 그림과 인간이 생활하는 주거 공간의 형태로 장애물을 구성하고 사용자의 제어명령 즉, 추종라인을 벽의 모서리 부분으로 밀착하여 경로를 생성하고, 이동로봇이 추종경로를 추종하도록 시뮬레이션을 수행하였다.
가지는 제어기로 구성되었다. 제안한 퍼지 제어기는 매트랩을 이용하여, 사용자의 제어 명령 주종과 자유공간에서의 장애물 회피를 위한 시뮬레이션을 수행하고? 원격제어 이동로봇이 장애물과 충돌 없이 사용자의 명령에 추종하는 것을 확인하였다.
있다. 첫 째는 사용자의 제어 명령을 수신 받아 로봇의 컨트롤러에서 제어명령을 실행하기 전에 로봇의 센서정보를 이용하여 로봇이 스스로 장애물을 회피 (internal control loop)하도록 할 것인지, 사용자의 제어명령(external control loop)을 따를 것인지를 비교 선택하는 명령 선택기와 로봇이 스스로 장애물과의 충돌을 회피하기 위한 퍼지 제어기로 구성하였다.
충돌 위험 변수는 초음파센서의 정보를 이용하여 장애물과의 거리에 따라서 안전함(Safety), 근접함(Near), 위험함(Emergency)의 싱글톤 변수로 이루어졌으며, 사용자의 입력 변수로는 장애물이 존재함에도 불구하고 사용자가 원격제어 이동로봇을 장애물이 위치한 방향으로 지속적인 제어명령을 주는 것을 의미하는 전방명령 (Forward)과 사용자가 장애물을 인지하고 회피하기 위하여 장애물이 위치하지 않은 방향으로의 제어명령을 주는 것을 의미하는 후방명령 (Backward)의 싱글톤 변수로 구성하였다.
퍼지 제어기의 성능 평가를 위해서 직접 제작한 원격제어 이동로봇을 이용하여 시뮬레이션 결과를 바탕으로 실험을 수행하였다. 그림 14는 실험에 사용한 원격제어이동로봇의 전체 시스템 구성도이며, 그림 15는 시뮬레이션과 비슷한 환경을 갖추고자 사용한 PSD센서의 특성곡선이다.
대상 데이터
시뮬레이션을 위한 이동로봇의 구현은 전방에 3개의 초음파 센서와 6개의 접촉 선]서를 이용하여 구현하였으며, 실험 공간으로 440 * 440의 좌표 공간을 생성하고 공간의 외벽으로 좌우 양 끝의 刘 픽셀(pixel)을 장애물과 같은 벽으로 생성하였다. 로봇의 실제 자유공간인 4*403 0 의공간에 장애물을 설치하였다.
퍼지 제어기의 성능 평가를 위해서 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 모의실험을 하였으며, 실제 환경에서 적용 가능성을 확인하기 위하여 원격제어 이동로봇을 대상으로 실험을 수행하였다.
이론/모형
그림 14는 실험에 사용한 원격제어이동로봇의 전체 시스템 구성도이며, 그림 15는 시뮬레이션과 비슷한 환경을 갖추고자 사용한 PSD센서의 특성곡선이다. 센서를 거리 값으로 계산하기 위하여 곡선형태의 보간법에 유리한 Lagrange 보간법을 사용하였으며, 그 식은 식(4)와 같다.
회전 각도를 출력으로 나타내어준다. 퍼지 추론으로는 Max-Min 방법 (Mamdani 방법)을 이용하였으며, 비퍼지화(defuwzifier)로는 실험을 통해 얻은 경험을 바탕으로 17개의 출력 테이블을 이용하여 출력에 사용하였다. 그림 8은 Max-Min 방법에 의한 퍼지추론의 예를 보여주며, 추론식은 식(2)와 같다.
성능/효과
원격제어 이동로봇이 장애물과 충돌 없이 사용자의 명령에 추종하는 것을 확인하였다.
후속연구
있다. 따라서 원격제어 이동로봇의 명령 선택에 있어서 사용자의 예상 경로를 예측하고 로봇이 이동할 수 있는 최단 경로를 찾아내어 보다 빠르고 안전하게 목표점을 향할 수 있도록 하는 연구가 이루어져야 할 것이다.
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