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적외선 거리 센서를 사용한 충돌 경보기 설계 및 특성 분석
Design and Analysis of Collision Alarm Using Infrared Distance Sensor 원문보기

한국지능시스템학회 논문지 = Journal of Korean institute of intelligent systems, v.24 no.6, 2014년, pp.634 - 639  

김병호 (경성대학교 메카트로닉스공학과 생체모방, 로봇 및 웰니스 연구실)

초록

본 논문에서는 근접거리측정이 가능한 적외선 거리 센서를 사용하여 다양한 물체 및 로봇과 이동 로봇 메커니즘간의 충돌 위험성을 확인할 수 있는 충돌 경보기를 제시하고, 이 경보기의 효과적인 산업 응용을 위하여 중요한 신호의 생성 과정 및 동작 특성을 분석하고자 한다. 이를 위하여 제시된 충돌 경보기를 탑재한 이동 로봇 시스템이 전형적인 주차 동작을 수행하는 상황을 고려한다. 결과적으로, 제시된 충돌 경보기는 다양한 이동 로봇이나 차량 메커니즘의 충돌 회피 및 안전 운행을 위하여 유용하게 활용될 수 있음을 보인다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper specifies a collision alarm using an infrared distance sensor that can identify the dangerousness of collision of active mobile robotic systems to various objects, such as unknown objects or another robots. And we analyse the major operating signals and features of the collision alarm for...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 이동 로봇이나 차량의 안전한 주행을 위하여 적외선 거리 센서를 기반으로 한 충돌 경보기를 제시하였고, 실험을 통하여 제시된 충돌 경보기의 동작특성과 유용성을 확인하였다. 제시된 충돌 경보기는 로봇과 장애물간의 거리 정보와 경보음을 통하여 충돌 가능성을 판단하는데, 로봇과 장애물간의 거리가 짧아질수록 점진적으로 더 큰 경고음을 발생시킴으로써 충돌위험성을 사용자에게 효과적으로 알려줄 수 있는 특징이 있다.
  • 본 논문에서는 적외선 거리 센서를 기반으로 하여 이동 로봇 메커니즘과 다른 물체간의 충돌 가능성이나 안전 거리를 사전에 확인할 수 있는 충돌 경보기를 제시하고, 동작 특성을 분석하고자 한다. 결과적으로, 제시된 충돌 경보기는 다양한 이동 로봇이나 차량 메커니즘의 충돌 회피 및 안전 운행을 위한 경로 계획 [7] 및 제어 등에 유용하게 활용될 수 있음을 보이고자 한다.
  • 3절에서 기술한 적외선 거리 센서가 있다. 실험 목표는 로봇이 주차를 위하여 어떤 구역에 후방으로 진입할 때, 시멘트 벽(wall)과의 충돌을 예방하기 위한 경고 신호와 충돌 예상 거리를 확인함으로써 제안된 충돌 경보기의 동작 특성을 확인하고, 궁극적인 활용 가능성을 입증하는 것이다. 이를 위하여 로봇의 구동은 수동 및 원격제어에 의해 가능하나, 효과적인 실험 수행을 위하여 수동 모드를 사용하였다.
  • 그림 2(b)는 세 대의 이동 시스템이 동시에 도로 주행을 하고 있는 상황을 나타내는데, 시스템 S1과 S2간에 충돌이 발생하지 않으려면, 기본적으로 적절한 앞뒤거리 ∆y12를 유지할 필요가 있고, 시스템 S1과 S3간에는 적절한 측면 거리 ∆x13를 유지하여야 불필요한 접촉을 방지할 수 있다. 이러한 목적을 위하여 본 장에서는 상호 시스템간의 충돌 거리를 감지하여 로봇(또는사용자)에게 알려줄 수 있는 충돌 경보기를 설계하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
다중 로봇 시스템에서는 원활한 업무 수행을 위해 어떤 알고리즘이 요구되는가? 특히, 다중 로봇 시스템의 활용 관점에서 보면, 여러 대의 이동 로봇 메커니즘에게 주어진 경로가 겹치는경우에 충돌이 발생하게 되는데, 원활한 업무 수행을 위해서는 상호간의 접촉을 회피하기 위한 알고리즘이 요구된다 [3, 4]. 이러한 문제와 관련하여, 충돌 위험성(dangerousness of collision) [4], 상호 시스템간의 속도를 조절하는 방법 [5], 충돌 회피 가능도(avoidability measure) 및 가상 거리(virtual distance) [6] 등의 개념은 실시간 이동 장애물간의 충돌회피 경로 계획을 수립하는데 유용하게 활용될 수 있다.
실시간 이동 장애물간의 충돌회피 경로 계획을 수립하는데 어떠한 개념들이 유용하게 활용될 수 있는가? 특히, 다중 로봇 시스템의 활용 관점에서 보면, 여러 대의 이동 로봇 메커니즘에게 주어진 경로가 겹치는경우에 충돌이 발생하게 되는데, 원활한 업무 수행을 위해서는 상호간의 접촉을 회피하기 위한 알고리즘이 요구된다 [3, 4]. 이러한 문제와 관련하여, 충돌 위험성(dangerousness of collision) [4], 상호 시스템간의 속도를 조절하는 방법 [5], 충돌 회피 가능도(avoidability measure) 및 가상 거리(virtual distance) [6] 등의 개념은 실시간 이동 장애물간의 충돌회피 경로 계획을 수립하는데 유용하게 활용될 수 있다. 그런데 이러한 알고리즘이 실시간으로 구현되기 위해서는 이동하고 있는 상호 시스템간의 위치 정보가 사전에 빠르게 공유되어야 한다.
여러 대의 로봇이 협력적으로 사용되는 사례는? 만일, 요구되는 일이 한대의 로봇으로 수행하기에는 쉽지 않거나 시간이 많이 소요되는 경우에는 여러 대의 로봇이 협력적으로 사용될 필요가 있다. 예를 들어, 넓은 전시 공간이나 공항의 출입국 장소 등은 많은 사람들이 장시간 사용하기 때문에 상시적인 청소 작업이 요구된다. 이를 해결하기 위해서는 다수의 청소부나 여러 대의 청소 로봇을 투입할 필요가 있다. 이러한 상황에서 로봇 시스템간의 충돌, 로봇과 사람 또는 작업 환경내에 존재하는 다양한 물체와의 충돌을 안전하게 극복하는 것은 주어진 일을 원활하게 수행하는데 있어서 매우 중요한 과제이다.
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참고문헌 (14)

  1. http://www.mobilerobots.com, Adept Technology Inc.. 

  2. http://www.samsungtechwin.com, Samsung Techwin Co.. 

  3. M. J. Mataric, "Minimizing complexity in controlling a collection of mobile robots," Proc. of IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, pp. 830-835, 1992. 

  4. A. Fujimori, M. Teramoto, P. N. Nikiforuk, and M. M. Gupta, "Cooperative collision avoidance between multiple mobile robots," Jour. of Robotic Systems, vol. 17, no. 7, pp. 347-363, 2000. 

  5. K. J. Kyriakopoulost and G. N. Saridist, "An integrated collision prediction and avoidance scheme for mobile robots in non-stationary environments," Proc. of IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, pp. 194-199, 1992. 

  6. N. Y. Ko and B. H. Lee, "Moving obstacle avoidance of a robot using avoidability measure," Jour. of Control, Automation and Systems Engineering, vol. 3, no. 2, pp. 169-178, 1997. 

  7. S.-H. Ha, I.-C. Choe, H.-S. Kim, and H.-T. Jeon, "Collision-avoidance and optimal path planning of autonomous mobile robot using soft-computing," Jour. of Korean Institute of Intelligent Systems, vol. 20, no. 2, pp. 195-201, 2010. 

  8. http://www.sharp-world.com/products/device/catalog, Sharp Co.. 

  9. https://play.google.com/store/apps, Smart Tools Co.. 

  10. D.-J. Seo, S.-W. Noh and N.-Y. Ko, "Moving object following control for differential drive robot based on two distance sensors," Journal of The Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 6, no. 5, pp. 765-773, 2011. 

  11. Y. Sakagami, R. Watanabe, C. Aoyama, S. Matsunaga, N. Higaki, and K, Fujimura, "The intelligent ASIMO: system overview and integration," Proc. of IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems, pp. 2478-2483, 2002. 

  12. http://www.bostondynamics.com : PETMAN. 

  13. G. S. Hornby, S. Takamura, T. Yamamoto, and M. Fujita, "Autonomous evolution of dynamic gaits with two quadruped robots," IEEE Transactions on Robotics, vol. 21, no. 3, pp. 402-410, 2005. 

  14. M. Raibert, K. Blankespoor, G. Nelson, R. Playter, and the BigDog Team, "BigDog, the rough-terrain quadruped robot," Proc. of the 17th World Congress The Int. Federation of Automatic Control, pp. 10822-10825, 2008. 

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