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시각 퍼지 시스템을 이용한 이동 로봇의 환경 인식

시각 퍼지 시스템을 이용한 이동 로봇의 환경 인식
Other Titles
Environment Recognition using Visual Fuzzy System for Mobile Robot Application
Alternative Author(s)
Lee, Sang Heon
Issue Date
Recently, there are many robotic researches focusing on service robot rather than robots for industrial applications. To achieve task in various environment according to user's purpose, it is essential for robot to understand location and environment by oneself. Thus, it is required to extract useful information from diverse sensor data which and uncertain include noise. In this thesis, to offer information for localization, navigation, and map-building to robot, useful landmarks are extracted and recognized without prior map information while robot drives along a corridor in indoor environment. In general, features to distinguish a wall from a floor appears in the form of the straight line. Straight lines can be also used as cue to detect and avoid unexpected obstacles appeared in the path of a navigation. A landmark exists in the wall area must be detected. Especially, doors are much important because doors are not only common objects in indoor environments but also useful information for robotics tasks such as map-building, navigation, and positioning. In this paper, we propose system composed of two main processes which are detection of doors and verification of doors. The proposed system in this thesis comprises of two main parts analysis for environment and detection of doors. The former is performed to divide corridor into sub area such as floor, wall, and ceiling and the latter is composed of door candidates detection step and verification step for all candidates. In general, the door forms a rectangle with some straight lines. Thus, in many previous researches, Hough transform is used to extract lines, and then, fuzzy system analyzes the relationship among lines by using features such as length, direction, or distance. Through these process, doors are detected. However, these systems have drawback to detect most of rectangle objects as doors because the relationship between the extracted lines are only considered. Therefore, to improve the performance of door detection, this thesis proposes an additional fuzzy system which verifies existence of knob field is within the candidates of doors. The candidate including knob field is finally determined as a door. Finally, in our experiments, detected doors by the proposed method are combined with a map which is built by using range sensor. This information will be successfully used to localize the robot more accurately in indoor environment.
최근 로봇에 대한 관심이 공장 자동화 등에서 벗어나 인간의 실생활에 도움을 주는 저가형 청소 로봇과 같은 형태의 서비스 로봇으로 진화하고 있는 추세이며 이와 관련된 연구가 진행되고 있다. 로봇이 사용자의 목적에 따라 다양한 환경에서 작업을 수행하기 위하여 현재 로봇의 위치와 주변 환경에 대한 인식과 분석이 필수적이다. 따라서 주변 환경에 대한 정보를 검출하기 위해서는 다양한 센서를 통하여 입력된 불확실하고 잡음이 많은 데이터에서 유용한 정보를 추출하여야 한다. 본 논문에서는 지도 정보가 주어지지 않은 일반적인 건물의 복도를 대상으로 로봇이 인식할 수 있는 표식을 선정하고 검출하여 인식함으로써 로봇의 자기 위치 추정과 주행 및 지도 작성에 대한 정보를 제공하고자 한다. 일반적으로 바닥과 벽을 구분하는 특징은 직선의 형태로 나타난다. 이러한 구분선은 로봇의 주행에서 돌발적인 장애물을 회피하거나 막힌 길에 대한 정보로 활용할 수 있다. 그리고 벽 영역에서 자연 표식으로 선정할 수 있는 정보가 존재할 확률이 높기 때문에 이러한 정보를 검출하기 위해서 자세하게 관찰을 해야 한다. 본 논문에서는 로봇이 복도를 주행하며 복도 환경을 분석하는 부분과 벽에 있는 문을 검출하기 위하여 문 후보 수직선을 대상으로 문 후보 영역 검출 단계와 문 검증 단계로 구성된 시스템을 제안한다. 기존의 연구에서 문을 검출하는 방법은 문의 형태가 사각형의 직선으로 나타나기 때문에 허프 변환(Hough transform)을 이용하여 직선을 검출하고, 이 직선들 간의 관계성을 통하여 문으로 검출하였다. 그러나 이와 같은 직선들 간의 관계성만을 고려하는 방법은 사각형의 유사한 형태의 사물에 대해서는 모두 문으로 검출된다는 한계성이 있었다. 따라서 본 논문에서는 검증 단계를 추가하여 선택된 문 후보 영역 내에서 존재하는 문고리 정보를 퍼지 시스템을 이용하여 최종적으로 문으로 결정함으로써 문 검출 정확도를 높이는 방법을 제안하고자 한다. 본 논문에서는 카메라 정보를 이용하여 집, 사무실, 병원 등과 같은 실내 환경에서 로봇이 복도를 주행하면서 복도에서 얻을 수 있는 벽, 바닥, 문 등의 특징을 검출하여 분석하는 방법을 제안한다. 그리고 분석된 영역에서 공간을 구분하는 기준이 되는 문을 자연 표식으로 활용하기 위하여 문을 검출하는 기법을 제안하였고, 최종적으로 실험을 통하여 거리 센서로 만들어진 지도 정보에 검출된 문을 표시함으로써 로봇의 자기 위치 추정의 정보로 활용할 수 있는 방안을 제시하였다.
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