RFID를 이용한 이동 로봇의 자율 주행 기법 연구

Abstract

이동 로봇(Mobile Robot)이란 자신의 힘으로 위치를 변화시킬 수 있는 모든 로봇을 말하며, 여러 가지 구성 요소와 다양한 기술의 집합체라 할 수 있다. 이동 로봇과 관련된 핵심 기술로는 자기 위치 인식(Localization)과 항법(Planning & Navigation) 두 가지라 할 수 있다. 이동 로봇의 자기 위치 인식이란 작업 공간상에서 로봇 자신이 어디에 있는지, 그리고 어느 방향을 향하고 있는지를 알아내는 것을 의미한다. 자기 위치 인식 기능은 경로 설정과 주행 제어의 기초가 되므로 이동 로봇의 자율 주행에 있어 가장 중요한 요소이다. 위치추정을 위해서는 로봇 자신과 주변 환경의 관계를 파악해야 하는데, 이를 위해 카메라, 레이저 스캔 센서, 초음파 센서, 적외선 센서, 등이 많이 사용되고 있으며 비콘(Beacon)이나 지표물(Landmark) 등을 작업 공간에 설치하여 이용하기도 한다. 최근 들어 유비쿼터스(Ubiquitous)라는 개념이 대두되면서 이와 관련된 RFID 기술이 주목 받고 있으며, RFID 기술의 장점 및 향후의 보급성을 고려하여 이 기술을 이동 로봇의 위치추정에 이용하고자 한다. RFID 기술은 무선 주파수를 이용하여 수 센티미터(cm)에서 수십 미터(m) 거리에 떨어져 있는 사물이나 사람에 부착된 태그를 인식하고, 인식된 태그가 지니고 있는 정보를 주고 받을 수 있는 비접촉식 정보인식기술이다. 이러한 특징을 이용하여 RFID 태그(Tag)를 지표물로 사용하고자 한다. 또한, 태그 내부에 있는 정보는 이동 로봇이 초음파 센서, 적외선 센서 등의 센서가 감지한 물체에 대한 정보를 제공해 줄 수 있다. 이동 로봇은 태그의 정보를 이용하여 주변 상황을 파악할 수 있다. 이동 로봇에 항법에 있어서 가장 중요한 것은 경로 계획이라고 할 수 있다. 경로 계획이란 로봇에게 어떠한 임무를 부여하였을 때 임무를 실행하기 위하여 이동 방법을 기획, 제안하는 과정으로 지금까지 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 지금까지의 경로 계획은 직선으로만 구성하여 로봇이 방향 전환을 할 경우 정지 동작을 해야만 한다. 또한, 여러 개의 경로 중에서 가장 짧은 경로를 가장 좋은 경로라고 판단하여 시작지점과 목표지점에서 로봇의 방위(Orientation)에 따라 다른 경로가 더 좋을 수 있음에도 항상 같은 경로만을 생성하는 문제가 발생한다. 본 논문에서는 4가지의 이동 로봇의 이동에 대한 기법을 제안한다. 첫 번째, RFID 수동 태그가 존재하는 실내 환경에서 RFID 태그의 인식 여부를 측정하고 측정 정보의 상태에 따라 가변적으로 적용되는 이동 로봇의 위치 추정 기법을 제안한다. 두 번째, 주어진 실내 공간에서 비용적, RFID 태그 인식률 등을 고려한 배치 기법을 제안한다. 세 번째, 이동 로봇이 이동함에 있어서 주변 상황 파악과 이동 중에 발생 할 수 있는 충돌을 회피하기 위하여 거리 감지 센서와 RFID 태그의 정보를 이용하여 주변 상황을 효율적으로 파악할 수 있는 기법을 제안한다. 네 번째, 기존에 연구된 경로 계획은 직선으로 구성하여 이동 로봇이 주행 중 방향 전환을 위한 정지 동작이 수반된다. 정지 동작은 총 주행 시간의 증가를 야기한다. 총 주행 시간을 감소 시키기 위해서 로봇의 방향 전환을 위한 정지 과정을 제거한 곡선 형태의 경로 생성 기법을 제안한다. 그리고 시작지점과 목표지점에서 로봇의 자세를 고려한다. 본 논문에서 제안된 기법들은 시뮬레이션과 실험 등을 수행함으로써 기법의 타당성을 검증하였다.