[논문]무인 경비 로봇을 위한 다중 무선 통신 기반 관제시스템

엄태영; 정준영; 조성훈; 배기덕; 최영호

doi:10.7746/jkros.2020.15.4.392

무인 경비 로봇을 위한 다중 무선 통신 기반 관제시스템
Multiple Wireless Networks based Control System for Unmanned Surveillance Robot 원문보기

로봇학회논문지 = The journal of Korea Robotics Society, v.15 no.4, 2020년, pp.392 - 397

엄태영 (KIRO) , 정준영 (Rastech) , 조성훈 (Rastech) , 배기덕 (KIRO) , 최영호 (KIRO)

Abstract ▼ AI-Helper

Unmanned robots are very useful for autonomous security systems. These robots navigate autonomously move in a large area for surveillance. It is very important for robots that cover such a wide area to communicate with a control systems. Therefore, the control system needs various communication methods to check the status of the robot and send/receive messages. In addition, it is necessary to provide an easy interface for the user to send security mission commands to the robot. In this paper, we propose a control system based on a variety of communication techniques to perform security by safely communicating with a number of robots in a wide area space. The proposed system designed for considering user UI, data storage and management, and shows usability by constructing it in a real environment.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 실외 광역공간에서 다수의 로봇들이 관제시스템과 양방향 통신을 할 수 있도록 다종의 통신 기법을 통합한 관제시스템을 제안한다. 이를 위해 4종의 통신 방식(LoRa (Long Range), Wifi (Wireless Fidelity), Blutooth, LTE (Long Term Evolution))을 사용하여 관제와 로봇 간의 통신을 수행한다.
최근 로봇에 대한 관심이 많아지고 있으며, 로봇의 서비스를 실생활에 적용하고자 하는 노력이 폭발적으로 증가하고 있다. 본 논문에서는 이러한 서비스 중에 경비 로봇을 활용하고자 다중 통신 방식에 기반하여 다중 에이전트(로봇 및 고정형 에이전트)를 관제할 수 있는 시스템을 제안하였다. 특히, 실외 광역환경에서 경비서비스를 위해 효율적인 UI 및 관제시스템을 구축하기 위한 요소들을 분석하여 고려하였다.

제안 방법

이는 다양한 경비 미션을 수행할 수 있도록 설계하였다. 그리고 로봇 상태 정보(배터리 정보, 로봇 가용 대수, 작업시간, 로봇고장여부 등) 모니터링 인터페이스 및 위치 지정 인터페이스를 추가하였다.
다음으로 LTE 모듈은 ME-Y51WL모델을 사용하여 로봇 및 고정형 에이전트에 장착된 멀티모달센서모듈^[9]을 사용하여 3종의 영상 데이터(컬러, 열화상, 나이트비전)를 전송한다. 현재 총 3개의 로봇과 3개의 고정형 에이전트를 사용하여 경비사이트에 구축되었으며, 모니터링 및 이상상황을 인식하기 위해 10fps의 속도의 파일 형태로 전송한다[Fig.
다양한 경비 미션을 수행하기 위해서는 임무별 경로를 해당 로봇에 할당할 수 있어야만 한다. 따라서 관제시스템은 순찰, 감시, 안내 등의 임무를 부여하고, 경비로봇과 고정형 에이전트로부터 들어오는 영상정보[Fig. 6] 및 현재 상태 정보를 받아 관리자에게 확인시켜주며, 제 임무를 수행할 수 있도록 인터페이스를 구성하였다[Fig. 8]. COMMAND 내에서는 로봇에게 제어 명령을 내릴 수 있는 기능이 포함된다.
이러한 프레임워크를 사용하여 관제 시스템을 구축하기 위해서는 Linux(통신서버)와 Window(UI 및 상태확인) OS를 모두 활용하여 에이전트와 통신이 가능할 수 있다. 따라서 에이전트들의 데이터를 통합하여 관리자가 로봇의 상태와 임무 정보 및 이상상황에 대한 정보를 확인하거나, 다중 로봇에게 임무를 부여할 수 있는 통합 관제시스템을 구축하였다[Fig. 13].
이는 LoRa, Wifi, Bluetooth, LTE 4종의 통신 방법을 활용하여 각각의 특성을 고려한 역할을 수행한다. 사용자의 직접 컨트롤을 위한 Blutooth통신(1순위), 긴급상황용 LoRa통신(2순위), 통상용 Wifi통신(3순위) 그리고 센서데이터 전송을 위한 LTE 통신을 사용한다.
로봇은 각 통신의 순위에 따라서 제어 명령을 수행한다. 이는 다수의 로봇의 운용을 위해서는 신뢰도가 높은 통신이 필요하기 때문에 근거리에 적합한 컨트롤러용으로 Bluetooth를 사용하고, 고정형 Wifi 모듈과 로봇에 탑재된 이동형 Wifi 모듈을 사용하여 광역 공간 커버가 가능한 통상 제어 및 상태 통신을 이용하고, 마지막으로 대역폭이 넓은 LTE를 사용하여 영상을 전송하도록 구성하였다.
본 논문에서는 실외 광역공간에서 다수의 로봇들이 관제시스템과 양방향 통신을 할 수 있도록 다종의 통신 기법을 통합한 관제시스템을 제안한다. 이를 위해 4종의 통신 방식(LoRa (Long Range), Wifi (Wireless Fidelity), Blutooth, LTE (Long Term Evolution))을 사용하여 관제와 로봇 간의 통신을 수행한다. 관제 시스템은 관리자를 위한 UI를 포함하고 있으며 모니터링을 위한 3종 영상을 제공한다.
제안된 다중 로봇 및 고정형 에이전트 환경에서의 관제시스템 은 송신에이전트와 수신에이전트 간 메시지 전송을 위해서 에이전트 생성 시에 고유 Tag을 생성한다. 각 에이전트들은 하나의 에이전트 코어(Agent Core)에 연결되어 IP와 port 번호와 상관없이 해 Tag를 인식하에 메시지를 전송하게 된다[Fig.
본 논문에서는 이러한 서비스 중에 경비 로봇을 활용하고자 다중 통신 방식에 기반하여 다중 에이전트(로봇 및 고정형 에이전트)를 관제할 수 있는 시스템을 제안하였다. 특히, 실외 광역환경에서 경비서비스를 위해 효율적인 UI 및 관제시스템을 구축하기 위한 요소들을 분석하여 고려하였다. 현재까지 구축된 관제시스템은 2개의 사이트(포항, 장성)에 적용되었으며, 향후에는 국내 로봇 및 감시 시스템의 실제적인 적용에 활용될 뿐만 아니라 관련 연구 영역을 활성화 시켜줄 것으로 기대된다.

대상 데이터

LoRa통신을 이용하기 위해서 [Table 1]에서와 같이 LoRa 송신과 LoRa 수신의 두 가지모델을 사용하였다. 이 두 모델은 917에서 923 MHz의 주파수를 이용하고 125 kHz의 대역폭을 갖고 있다.
7]과 같다. 총 4개의 레이어로 이루어져 있으며, 2장에서 언급한 4종의 통신을 사용하는 네트워크 레이어, 실제 다수의 에이전트와 연결하는 미들웨어가 포함된 시스템 레이어, 모니터링, 리포팅, 코멘드 및 로봇 컨트롤이 가능한 UI가 포함된 어플리케이션 레이어와 모니터링 데이터를 저장하는 데이터 레이어로 구성되어 있다. 이는 다양한 경비 미션을 수행할 수 있도록 설계하였다.

이론/모형

단일 모듈로 수신 및 송신이 가능하기 때문에 사각지대를 극복하는데 용이하다. Wifi 통신을 사용하여 로봇 제어 명령을 전송하기 위해서 MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) 방식을 사용한다. 이 프로토콜 방식은 TCP/IP 프로토콜 위에서 동작하고 로봇의 임베디드 장치에 초점을 둔 방식으로 다수의 에이전트(Agent)를 운용하는데 매우 유용하다.

성능/효과

COMMAND 내에서는 로봇에게 제어 명령을 내릴 수 있는 기능이 포함된다. 제안된 UI에는 ROBOT ENABLE에서 제어하고자하는 로봇을 선택할 수 있고, WORK에서는 순찰, 감시, 안내, 비상상황, 접근제어, 전체복귀, 전체정지 임무 명령을 로봇에게 전달할 수 있으며, MISSION에서는 임무에 따라 로봇을 시작, 정지, 복귀 시킬 수 있다. 이는 사용자가 관제시스템에서 로봇의 임무를 세부적으로 전달하기 위해 적용되었고, 동작하고자 하는 로봇의 개수의 선택과 로봇의 임무(감시, 순찰, 안내, 복귀 등)를 선택할 수 있으며, 로봇의 임무 시작 여부를 확인하면서 경비로봇을 제어할 수 있다.

후속연구

현재까지 구축된 관제시스템은 2개의 사이트(포항, 장성)에 적용되었으며, 향후에는 국내 로봇 및 감시 시스템의 실제적인 적용에 활용될 뿐만 아니라 관련 연구 영역을 활성화 시켜줄 것으로 기대된다. 더욱이, 다종의 통신방식은 다양한 목적에 맞도록 추가 개발이 이루어져야 할 것이다.
특히, 실외 광역환경에서 경비서비스를 위해 효율적인 UI 및 관제시스템을 구축하기 위한 요소들을 분석하여 고려하였다. 현재까지 구축된 관제시스템은 2개의 사이트(포항, 장성)에 적용되었으며, 향후에는 국내 로봇 및 감시 시스템의 실제적인 적용에 활용될 뿐만 아니라 관련 연구 영역을 활성화 시켜줄 것으로 기대된다. 더욱이, 다종의 통신방식은 다양한 목적에 맞도록 추가 개발이 이루어져야 할 것이다.

참고문헌 (9)

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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