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몬테카를로 위치추정 알고리즘을 이용한 수중로봇의 위치추정
Localization on an Underwater Robot Using Monte Carlo Localization Algorithm 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.6 no.2, 2011년, pp.288 - 295  

김태균 (조선대학교 제어계측공학과) ,  고낙용 (조선대학교 제어계측공학과) ,  노성우 (조선대학교 정보통신공학과) ,  이영필 (레드원테크놀러지(주))

초록
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본 논문에서는 몬테 카를로 방법을 사용한 수중로봇의 위치추정 방법을 제안한다. 수중로봇의 위치추정은 자율 주행을 위한 기본 기능의 하나이다. 제안된 알고리즘에 의하면 추측항법(데드 레크닝 방법)의 약점인 위치 오차 누적 문제를 해결할 수 있다. 제안된 방법은 확률적인 방법으로 로봇 동작의 불확실성과 센서 정보의 불확실성을 처리한다. 특히 칼만 필터 방법과 달리, 로봇의 비선형 운동 특성과 센서의 비가우시안 출력 분포 특성을 모델링할 수 있다. 본 논문에서는 수중로봇 위치 추정에 몬테카를로 위치추정(Monte Carlo Localization : MCL, 이하 MCL로 표기함) 알고리즘을 적용하기 위하여 오일러각을 이용하여 모션모델을 구하였다. 또한 수중로봇에 모션모델과 센서모델을 적용하여 시뮬레이션을 구현하고, 이를 통해 수중로봇에 MCL 알고리즘의 적용 가능성을 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The paper proposes a localization method of an underwater robot using Monte Carlo Localization(MCL) approach. Localization is one of the fundamental basics for autonomous navigation of an underwater robot. The proposed method resolves the problem of accumulation of position error which is fatal to d...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문은 MCL알고리즘을 통하여 수중로봇의 위치추정 방법을 제안하였다. 본 논문에서는 수중로봇 좌표계를 지구고정 좌표계로 표현하는 방법을 보였다. 또한 MCL알고리즘을 수중로봇에 적용하기 위해 수중로봇 모션에러 모델을 제안하였고, 제안된 알고리즘을 시뮬레이션을 통해 검증했다.
  • 본 논문은 MCL알고리즘을 통하여 수중로봇의 위치추정 방법을 제안하였다. 본 논문에서는 수중로봇 좌표계를 지구고정 좌표계로 표현하는 방법을 보였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
수중로봇은 어떤 잠재성을 가지고 있는가? 수중로봇은 수중연구와 해양지도 작성, 기후 변화, 해양서식지 모니터링등과 같은 해양 생태계에 직면한 문제들을 접근할 수 있는 잠재성을 가지고 있다[1]. 수중로봇이 올바른 작업을 수행하기 위해서는 이동 중에 나타날 수 있는 장애물이나 기타 외부 환경에 대해 주어진 경로를 어느 정도의 위치에서, 어떤 방향으로, 얼마만큼 벗어난 상태인지 로봇 스스로가 판단하여, 보정할 수 있어야 한다[2].
수중로봇이 올바른 작업을 수행하기 위해서는 무엇을 할 수 있어야 하는가? 수중로봇은 수중연구와 해양지도 작성, 기후 변화, 해양서식지 모니터링등과 같은 해양 생태계에 직면한 문제들을 접근할 수 있는 잠재성을 가지고 있다[1]. 수중로봇이 올바른 작업을 수행하기 위해서는 이동 중에 나타날 수 있는 장애물이나 기타 외부 환경에 대해 주어진 경로를 어느 정도의 위치에서, 어떤 방향으로, 얼마만큼 벗어난 상태인지 로봇 스스로가 판단하여, 보정할 수 있어야 한다[2]. 하지만 정형화 되지 않는 수중환경에서 실현가능한 위치추정과 네비게이션은 어려운 작업이라 할 수 있다[3].
오일러각을 이용하는 방법에는 어떤 문제가 있는가? 따라서 오일러각을 이용하여 계산을 수행하면 계산상의 의미를 쉽게 이해할 수 있고 다른 변환 과정 없이 출력을 직접적으로 얻을 수 있는 장점이 있다. 그러나 이 방식의 문제점은 피치 각이 90°인 경우에는 미분치를 구할 수 없는 문제(singularity problem)가 있다[5].
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참고문헌 (8)

  1. J. J. Leonard, A. A. Bennet, C. M. Smith, and H. J. S. Feder, "Autonomous underwater vehicle navigation", MIT Marine Robotics Laboratory, Technical Memo 98-1, 1998. 

  2. Borenstein, J,. Everett, B,.and Feng, L., "Where am I? Sensors and Methods for Mobile Robot Positioning" pp.130-131, 1996. 

  3. P. Corke, C. Detweiler, M. Hunbabin, M. Hamilton, D. Rus, and I. Vasilescu, "Experiments with Underwater Robot Localization and Tracking", In Proceedings of the IEEE 2007 Robotics and Automation, pp. 4556-4561, 2007. 

  4. Sebastian Thrun, Wolfram Burgard and Dieter Fox, Probabilistic Robotics, MIT Press, 2005. 

  5. 강철우, 유영민, 박찬국, "변형된 오일러각 기반의 칼만필터를 이용한 자세 추정 성능향상", 제어?로봇?시스템 학회, Vol. 14, No. 9, 2008. 

  6. D. H. Titterton and J. L. Weston, Strapdown Inertial Navigation Technology Stevenage, U.K.: Peregrinus, 1997. 

  7. H. Hong, J. G Lee, C. G. Park, and H. S. Han, "A leveling algorithm for an underwater vehicle using extended Kalman filter", Proceedings of the IEEE 1998 Position Location and Navigation Symposium, Palm Springs, California, pp.280-285, 1998. 

  8. 김태균, "유비쿼터스 센서 환경에서의 이동로봇 위치추정", 조선대학교 석사학위 논문, 2009. 

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