초광대역 기술 기반 지능형 추적 모바일 로봇 설계

Abstract

모바일 로봇은 산업 자동화, 생활 지능화 등의 분야에서 폭넓게 활용되고 있다. 현재 모바일 로봇은 위치인식의 정확성과 목표 추적 성능이 불안정 등 관련 문제가 있다. 이러한 문제에 대하여 본문에서는 초광대역(Ultra-Wideband, UWB) 기술을 기반으로 지능형 추적 모바일 로봇을 연구하였다. 본 논문은 다음과 같은 몇 가지 방면의 연구를 진행한다. 먼저 지능형 모바일 로봇의 전체적인 설계안을 제시하고, 다양한 센서를 기반으로 모바일 로봇의 하드웨어와 소프트웨어 플랫폼 구축을 구현하였으며, 실험을 통해 이 시스템의 설계안의 안정성을 검증하였다. 그리고 UWB 기술에 기초한 위치인식 방법을 연구하여, 삼변 측량(Trilateration) 기반 기하학적 중심 위치인식 알고리즘을 제시하였다. 모바일 로봇의 전진과 전향될 때의 운동특징을 분석하고 모바일 로봇의 운동학적 모델을 제시하며 UWB 위치인식 알고리즘을 결합해 모바일 로봇의 추적 모델을 수립하였다. 실험을 통해 로봇 추적 모델에 대한 정확성과 안정성을 검증하였다. 실험에서는 UWB 거리 데이터를 필터링하고 곡선 맞춤 결합하는 방법으로 측정 데이터의 정밀도가 더 높았으며 곡선 맞춤 후에 거리 데이터의 평균 제곱근 오차(RMSE)는 0.03m이다. 정적 위치인식 실험을 통해 기하학적 중심 위치인식 알고리즘과 삼변 측량 알고리즘을 비교한다. 기하학적 중심 위치인식 알고리즘의 위치인식 평균 오차는 0.08m이다. 그 오차는 삼변 측량 알고리즘의 63.5%이다. 이 알고리즘의 타당성을 검증하였다. 마지막으로 모바일 로봇 동적 추적 실험을 통해 목표를 직진, 원호전향, 직각전향 등 운동할 때 모바일 로봇이 정밀하게 목표를 추적할 수 있음을 증명하였다.