[논문]자기위치 인식 기반의 자율주행 전동휠체어 플랫폼 개발

최중해; 최병재

doi:10.14372/iemek.2018.13.3.161

자기위치 인식 기반의 자율주행 전동휠체어 플랫폼 개발
Design of Self-localization Based Autonomous Driving Platform for an Electric Wheelchair 원문보기

대한임베디드공학회논문지 = IEMEK Journal of embedded systems and applications, v.13 no.3, 2018년, pp.161 - 167

최중해 (Daegu University) , 최병재 (Daegu University)

Abstract ▼ AI-Helper

The improvement of the social environment and the rapid development of medicine are making possible the age of 100. So a great number of countries including Korea are rapidly becoming the aged society or the super aged society. The elderly are accompanied by discomfort and disability. A variety of systems are developed and distributed to overcome them. The electric wheelchair is an electric motorized system for people who can not manipulate a manual wheelchair. In this paper, we propose an autonomous driving platform for an electric wheelchair. Here we use QR (Quick Response) code for self-localization. We also present real test results of the proposed system.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

본 논문에서는 전동휠체어의 향상된 기능성과 시장 확대 등의 여러 가지 현황을 고려하여 QR code를 이용한 자기위치 인식 기반의 자율주행 기능을 가지는 전동휠체어 플랫폼의 설계를 제시한다.

제안 방법

본 논문에서는 QR code에 위치 정보 인식을 위한 주요 위치 정보를 저장하였으며, 이를 이용하여 전동휠체어의 자기위치를 인식할 수 있도록 구성하였다. 전동 휠체어가 자기 위치를 인식하는 절차는 다음과 같다: 영상획득 → 영상왜곡제거 → QR code 인식 → Finder Pattern 검출 → 회전 각도 계산 → 현재 위치 및 회전 계산
본 논문에서는 시스템의 구성을 간단하게 하고, 경로 인식 속도를 개선할 목적으로 바닥에 부착한 자기 테이프 라인을 인식하면서 주행하는 방법을 적용한다. 바닥에 부착된 유도선을 따라 주행하는 방식은 주로 무인운반차 시스템에서 많이 사용되고 있으며, 미리 정해진 경로를 따라 이동하기 때문에 안전성 측면이 우수하다.
본 논문에서는 유도선을 이용한 주행과 QR code를 이용한 자기위치 인식 기술을 이용하여 상대적으로 저렴한 전동휠체어용 자율주행시스템을 구성하였다. 특히 별도의 맵 빌딩과정이 없기 때문에 시스템 구성의 복잡성과 비용도 절약 할 수 있었다.
제안한 전동휠체어의 성능 시험을 위하여 시작점에서 종료지점까지 이동 한 후 다시 복귀하였을 때 오차를 측정하는 시험을 반복 수행하였다. 시험 환경은 직선 주행과 곡선 주행을 모두 포함하도록 그림 6과 같이 구성하였다.

대상 데이터

본 논문에서 사용한 주행선의 가로 폭은 50 [mm]이고 홀 센서는 10.16 [mm] 간격으로 배치 하였다. 따라서 정중앙 4개의 센서가 인식된 경우 좌우의 여유폭을 포함하여 50.
영상 획득은 Point Grey 카메라를 사용하여 Gigabit Ethernet과 Point Grey Library를 통해 영상을 캡처하는 과정이고, 영상 왜곡 보정은 렌즈로 인해 발생하는 이미지 왜곡을 보정하는 과정이다.
전동휠체어의 구동부는 BLDC 모터, 구동기, 제어기, 엔코더 등으로 구성하였다. 특히 여기서는 모터의 토크 향상을 위하여 바퀴를 직결하는 대신에 100:1 감속기를 적용하였다.
전동휠체어의 자율주행을 위한 플랫폼은 그림 1과 같이 제어부, 구동부, 인식부로 구성하였다.
주제어부는 자율 주행을 위한 전체 시스템의 제어를 담당하며, ST사의 STM32F107VCT6 Cortex-M3 마이크로프로세서를 사용하였다. 그리고 주행, 위치 인식, 장애물 감지, 조이스틱을 이용한 수동조작 등의 각 장치간 통신은 CAN 프로토콜을 이용하였다.

후속연구

현재는 1개의 주행선 인식 센서 모듈을 사용함으로써 직선, 45°, 30°의 주행선만 인식 할 수 있도록 설계하였으나, 추후 곡선, 원형 등 다양한 주행선에 대한 빠른 인식과 탈선 방지 보장을 위한 추가 연구가 필요하다. 또한 QR code 기반의 자기위치 인식에 대한 추가적인 보완 연구 및 실험을 통하여 전동휠체어의 자기위치에 대한 정밀한 실시간 인식이 요구된다.
현재는 1개의 주행선 인식 센서 모듈을 사용함으로써 직선, 45°, 30°의 주행선만 인식 할 수 있도록 설계하였으나, 추후 곡선, 원형 등 다양한 주행선에 대한 빠른 인식과 탈선 방지 보장을 위한 추가 연구가 필요하다. 또한 QR code 기반의 자기위치 인식에 대한 추가적인 보완 연구 및 실험을 통하여 전동휠체어의 자기위치에 대한 정밀한 실시간 인식이 요구된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	진보된 기능을 가지는 전동휠체어는 어떤 제어기가 적용되는가?	진보된 기능을 가지는 전동휠체어는 기존의 조이스틱을 사용한 단순한 피드백 제어기 대신에 학습과 판단 등의 지능 알고리즘을 구현한 제어기가 적용되고 있다. 특히, 프로세서의 성능이 크게 향상되면서 영상처리 기반의 알고리즘 등이 쉽게 구현되고 있다.
	바닥에 부착된 유도선을 따라 주행하는 방식의 단점은?	바닥에 부착된 유도선을 따라 주행하는 방식은 주로 무인운반차 시스템에서 많이 사용되고 있으며, 미리 정해진 경로를 따라 이동하기 때문에 안전성 측면이 우수하다. 그러나 바닥에 유도선을 설치해야 하고, 주기적으로 유지보수를 해야 하는 어려운 점이 있다.
	전동휠체어란?	전동휠체어는 사용자의 손 등으로 동력을 제공해야하는 수동식 휠체어와는 달리 전기 배터리의 전력으로 모터를 구동하여 이동할 수 있는 휠체어로, 스스로 조작이 곤란한 중증장애인 등에 의해 널리 사용되고 있다. 전형적인 전동휠체어는 왼손 및 오른손 부분에 조이스틱 혹은 스틱 바가 준비되어 사용자의 간단한 조작에 의하여 조향, 속도 등을 쉽게 조정할 수 있도록 구성된다.

참고문헌 (9)

E. Prassler, J. Scholz, P. Fiorini, "A Robotics Wheelchair for Crowded Public Environments," IEEE Robotics & Automation Magazine, pp. 38-45, 2001.
A. Lankenau, T. Rofer, "A Versatile and Safe Mobility Assistant," IEEE Robotics & Automation Magazine, pp.29-37, 2001.
S.J. Kim, B.K. Kim, "Development of Real-Time Control Architecture for Autonomous Navigation of Powered Wheelchair," Institute Control, Robotics and Systems, Vol. 10, No. 10, pp. 940-946, 2004 (in Korean).
Y.J. Heo, H.W. Yang, G.S. Lee, E.-S. Choi, J.-W. Jung, "Implementation of QR Code-based Indoor Path Finding System," Korean Institute of Intelligent Systems, Vol. 25, No. 2, pp. 97-98, 2013 (in Korean).
L.K. Lee, S-Y. Oh, "Development of Smart Wheelchair System and Navigation Technology for Stable Driving Performance in Indoor-Outdoor Environments," The Institute of Electronics and Information Engineers, Vol. 52, No. 7, pp. 153-161, 2015 (in Korean).

원문보기 상세보기
http://www.hagisonic.com
Y.W. Jung, "A Study of Types of QR Codes' and Their Effects on Advertising," Archives of Design Research, Vol. 26, No. 1, pp. 174-165, 2013.
M.K. Jung, D.M. Lee, "Location Tracking Compensation Algorithm for Route Searching of Docent Robot in Exhibition Hall," The Journal of The Korean Institute of Communication Sciences, Vol. 40, No. 4, pp. 723-730, 2015.

원문보기 상세보기
M. Park, H. Cho, K. Kim, S. Kim, "Improvement of Bipolar Magnetic Guidance Sensor Performance Using Fuzzy Inference System," Journal of Korean Institute of Intelligent Systems, Vol. 24, No. 1, pp. 58-63, 2014.

원문보기 상세보기

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