RFID 수동 태그를 이용한 이동 로봇의 위치 추정 및 지도 작성 기법

Abstract

자율 이동 로봇에서 위치추정이란 이동 공간상에서 로봇 자신이 어디에 있는지 판단하고 어느 방향으로 자세를 취하고 있는지를 알아내는 것이다. 위치추정 기능은 경로 설정과 주행 제어의 기초가 되므로 이동 로봇의 자율 주행에 있어 가장 기초가 되는 분야이며, 위치추정의 신뢰성을 확보하고 실용화 하기 위해 현재까지 많은 연구들이 진행 중에 있다. 위치추정을 위해서는 로봇의 센서를 통해서 주변 환경의 관계의 파악이 필요하고 카메라, 레이저 스캔 센서, 초음파 센서, 적외선 센서 등이 많이 사용되고 있으며 비콘(Beacon)이나 지표물(Landmark), 등을 작업 공간에 설치하여 이용하기도 한다. 뿐만 아니라 인간의 실제 공간을 로봇이 이해 할 수 있도록 데이터화 하고 목적에 맞게 지도를 작성하는 것도 중요한 연구 분야이다. 최근 들어 유비쿼터스(Ubiquitous)라는 개념이 대두되면서 새롭게RFID 기술이 주목 받고 있으며, 이를 바탕으로 이동 로봇의 위치추정과 지도 작성에 이용하고자 한다. 본 논문은 RFID 수동 태그를 이용하여 확률적 방식을 사용하여 실내 공간에서 이동 로봇의 위치를 추정하는 방법을 제안한다. 일반적으로 RFID 수동 태그를 이용한 방식은 바닥에 특별한 규칙으로 배치 하여 위치 추정에 이용하고 있으나 본 논문에서는 이동 로봇의 활동 공간의 벽면에 부착하여 이동 중 최소한 한 개 이상의 태그 인식 범위에 들도록 임의로 배치한다. 또한 기존에 사용 되던 일괄적인 인식 확률을 개선하여 인식과 미인식 상태 일 때도 확률을 적용할 수 있도록 하였으며 예측 가능한 주행 오차를 퍼지 로직을 사용하여 효과적으로 분산 값을 대입할 수 있는 확률적 위치 추정 기법을 제안한다. 또 하나의 부과적 연구로써 태그의 위치 좌표를 이용한 토폴로지컬 지도 작성 기법이다. 기존 방식은 거리 센서 및 비전 센서를 기반으로 지도 상의 특징점을 추출하고 보로노이 선도를 기반으로 토폴로지컬을 생성하는 기법을 제안하고 있다. 이에 반해 태그의 위치 좌표를 이미 알 고 있고 벽 등의 고정 장애물에 부착 함으로써 충분히 환경의 특징점으로 활용이 가능하므로 이것을 이용하여 토폴로지컬 지도를 작성 하는 방법에 대해서 제안 한다.; This paper presents a novel probabilistic method for self-localization of a mobile robot by using passive RFID tags. Recently, many attempts have been made to use RFID's for robot localization and some of them adopt equally spaced tag array on the floor. The RFID reader on the robot scans the tags and identifies the location of the robot. In this paper, an indoor environment is considered where the tags are arranged with a random spacing along the wall. The algorithm utilizes the prior information of the scanned tags and probability of detecting another tag using the detection range model. Based on the probability density function, the most probable robot location is estimated and the fuzzy logic is employed to adjust the variance of the distribution depending on the floor condition. Simulation and experimental results are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed algorithm. In addition, an autonomous mobile robot needs a map for its path planning in a more general environment. Recently, the map is usually built based on grid-based or topological approaches. Most of them have used a distance range sensor or a vision sensor. Now this paper proposes topological map building method based on RFID tags.