๊น์ ์ฃผ
(Jung-Ju Kim)
1iD
๊น๋์ง
(Dong-Jin Kim)
2iD
๊ตฌ๊ฒฝ์
(Kyung-Wan Koo)
โ iD
-
(Dept. of Robotics and Automation Engineering, Hoseo University, Korea.)
-
(Dept. of Robotics and Automation Engineering, Hoseo University, Korea.)
Copyright ยฉ The Korean Institute of Electrical Engineers(KIEE)
Key words
Automotive mobile robot, Computer vision, Image processing, Grid tracking robot
1. ์ ๋ก
์ต๊ทผ ๋ก๋ด์ ์์น ์ธ์ ๊ธฐ์ ์ ๊ธฐ๋ฐ์ ๋ ์ค๋ด ์์จ์ฃผํ ๋ก๋ด ๊ธฐ์ ์ด ์ฃผ๋ชฉ์ ๋ฐ๊ณ ์๋ค(1-3). ๋ก๋ด์ ์์น ์ธ์์ ์ด๋ ๋ก๋ด์ ์์น์ ๋ฐฉํฅ์ ์ธ์ํ๊ฑฐ๋ ํ์
ํ๋ ๊ธฐ์ ์ด๋ค(1). ์ด๋ ๋ก๋ด์ ํต์ฌ ๊ธฐ์ ์ด๋ผ ํ ์ ์๋ ์์น ์ธ์์ ๋ก๋ด์ด ์ํ ๊ณต๊ฐ์์ 2์ฐจ์ ์ขํ์ ๋ก๋ด์ด ํฅํ ๋ฐฉํฅ ์ ๋ณด๋ฅผ ํ์
ํ๋ ๊ฒ์ด๋ค(2). ๊ทธ๋์ ์์น ์ธ์ ์ฐ๊ตฌ๋ ์ฃผ๋ก ์์ฝ๋(Encoder), ์ ์ธ์ , ์ด์ํ ๋ฑ์ ์ฅ์ฐฉํ์ฌ ์ค๋๋ฉํ(Odometer) ์ ๋ณด์ ์์กดํด ๋ก๋ด์ ์๊ธฐ ์์น
์งํ๋ฅผ ์ธ์ํ๊ณ , ์ฅ์ ๋ฌผ์ ์ฌ๋ถ๋ฅผ ์ธ์ํ์๋ค(3).
์ต๊ทผ์๋ ์ด๋ ๋ก๋ด์ด ๋ฏธ์ง์ ์์ญ์ ์ฃผํํ๋ฉด์ ์ฃผ๋ณ ํ๊ฒฝ์ ์ธ์งํ๊ณ ์ง๋๋ฅผ ์์ฑํ๋ฉด์ ๋์์ ๊ทธ ํ๊ฒฝ์ ๋ํ ๋ก๋ด์ ์๋์ ์ธ ์์น๋ฅผ ์ถ์ ํ๋ SLAM(Simultaneous
Localization And Mapping)์ด ๋ง์ด ํ์ฉ๋๊ณ ์๋ค(4). ๋ก๋ด์ ์ด๋ ํ๊ฒฝ์ ๋ํ ์ ๋ณด๋ ์ฃผ๋ก ๋ก๋ด์ ๋ถ์ฐฉ๋ ๊ฑฐ๋ฆฌ ์ผ์(LiDAR, Laser, ์ด์ํ, ์ ์ธ์ ๋ฑ)๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ํ๋ํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ๊ณผ ๋น์ (Vision)
์ผ์๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ์์ ์ฒ๋ฆฌ ๊ณผ์ ์ ํตํ์ฌ ์ ๋ณด๋ฅผ ํ๋ํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ด ์๋ค(5-7).
ํ์ฌ๊น์ง ์ฐ๊ตฌ๋ ๋ค์ํ ๋ก๋ด์ ์์น ์ธ์๊ณผ ๋ค๋น๊ฒ์ด์
๊ธฐ์ ์ ์ธ๊ณต์งํ๋ ๋น์ ์ ๊ธฐ๋ฐ์ผ๋ก ์งํํ๊ณ ์์ผ๋ฉฐ, ์ด์ ๊ฐ์ ๊ธฐ์ ์ ์์น ์ธ์์ ์ค์ฐจ๋ฒ์๊ฐ
์ผ์ ๊ธฐ์ค ์ด์ ๋ฐ์ํ๊ณ , ๊ธฐ์ด ์๊ณต๋น์ฉ์ด ๋์ ๋ณด๋ค ์ ํํ ์์น ์ธ์๊ณผ ๋ฎ์ ์๊ณต๋น์ฉ์ด ์๊ตฌ๋๋ ๊ธฐ์ ์ ํ์๋ก ํ๋ค(1).
์ธ๊ฐ์ ์๊ฐ ์ง๋ฅ์ ์๊ฐ์ ํ๊ฒฝ์ ์์ ์ ์์กด์ ๋ง๊ฒ ํ์ฉํ๋ ์ญ๋์ ์๋ฏธํ๋ค. ์ธ๊ฐ์ ์๊ฐ ์ง๋ฅ์ ์ด์ฉํ์ฌ ๋ฏธ์ง์ ์ค๋ด ๊ณต๊ฐ์์ ๋ค๋ฅธ ๊ฐ๊ฐ์ ๋์
์์ด ์๊ฐ ์ธ์ง ์ ๋ณด๋ง์ผ๋ก๋ ๋ชฉํ ์์น๋ฅผ ์ฐพ์๊ฐ ์ ์๋ค. ์๋ฅผ ๋ค์ด ๋ฐฐ๋ฌ ๋ผ์ด๋๊ฐ ์ฒ์ ๋ฐฉ๋ฌธํ๋ ๊ฑด๋ฌผ์ ํธ์ค ์ ๋ณด๋ง ์๊ณ ์๋ค๊ณ ํ๋๋ผ๋ ๋ผ์ด๋๋
๋ค๋ฅธ ๊ฐ๊ฐ์ ์์กด ํ์ง ์๊ณ ์ค์ง ์๊ฐ ์ ๋ณด๋ง์ ์ด์ฉํ์ฌ ๋ฐฐ๋ฌ ์ฅ์๋ฅผ ์ฐพ์ ์ ์๋ค. ์ด์ ๊ฐ์ด ์ธ๊ฐ์ ์๊ฐ ์ง๋ฅ์ ์ด์ฉํ๋ฉด ์ค๋ด ๊ณต๊ฐ์ ์ค์น๋ ์ต์ํ์
์๊ฐ ์ ๋ณด๋ง์ผ๋ก๋ ๋ก๋ด์ ์ค๋ด ์์จ์ฃผํ์ด ๊ฐ๋ฅํ๊ฒ ๋ ๊ฒ์ด๋ค.
๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์๋ ์ธ๊ฐ์ ์๊ฐ ์ง๋ฅ์ ๋ชจ๋ฐฉํ์ฌ ๋ก๋ด์ด ์ค๋ด ๊ณต๊ฐ์ ๋ฐ๋ฅ ๋ฉด์ ์ค์น๋ ํ์ผ์ ๊ฒฉ์๋ฌด๋ฌ ์ ๋ณด๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ์์น๋ฅผ ์ธ์ํ๊ณ ์ฃผํ ๋ฐฉํฅ์ ๊ฒฐ์ ํ๋
๋ฐฉ๋ฒ์ ์ ์ํ๋ค. ์ด์ ๊ฐ์ ๋ก๋ด์ ์ค๋ด ์ฃผํ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์ค๋ด ๋ก๋ด ์์คํ
์ ์ํ ๋ณ๋์ ์๊ณต์ด๋ ์ฅ์น์ ์ถ๊ฐ ์์ด ๋จ์ผ ์นด๋ฉ๋ผ์ ์ ๋ณด๋ง์ผ๋ก ์ด๋ ๋ก๋ด์
์์น ์ธ์๊ณผ ์ฃผํ ์ ์ด๋ฅผ ๊ฐ๋ฅํ๊ฒ ํ๋ฏ๋ก ๊ธฐ์กด์ ๋ฐฉ๋ฒ์ ๋นํด ๊ฐ๋จํ๊ณ ๊ฒฝ์ ์ ์ด๋ค.
2. ์ด๋ ๋ก๋ด ์์คํ
์ค๊ณ
๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์๋ ์ค๋ด ๋ฐ๋ฅ ํ์ผ์ ๊ฒฉ์๋ฌด๋ฌ๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ์ธ๊ฐ์ ์๊ฐ ์ง๋ฅ์ ๋ชจ๋ฐฉํ ์ค๋ด ์์จ์ฃผํ ๋ก๋ด์ ๊ตฌํํ์๋ค.
๋ก๋ด์ ๊ตฌ๋์ ์ํ์ฌ 2๊ฐ์ BLDC ๋ชจํฐ๋ฅผ ์ด์ฉํ ์ฐจ๋๊ตฌ๋๋ฐฉ์์ ์ ์ฉํ์๋ค. ๋ก๋ด์ ํ๋จ ์ค์ ์์ชฝ์๋ 2๊ฐ์ BLDC ๋ชจํฐ๋ฅผ ์ฅ์ฐฉํ์๊ณ , ์ ๋ฉด๊ณผ
ํ๋ฉด์๋ ๊ตฌ๋๋ถ๊ฐ ์๋ 4๊ฐ์ ๋ณด์กฐ ๋ฐํด๋ฅผ ๊ตฌ์ฑํ์๋ค. ์ ๋ฉด ์๋จ์๋ ๋ฐ๋ฅ ๋ฉด์ ํ์ผ์ ์ดฌ์ํ๊ธฐ ์ํด CMOS ์นด๋ฉ๋ผ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์์ผ๋ฉฐ, ์ฃผํ ๋ฐฉํฅ์
์ฅ์ ๋ฌผ์ ์ธ์ํ๊ธฐ ์ํด ์ด์ํ ์ผ์๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์๋ค. ์๋ ๊ทธ๋ฆผ 1์ ๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์ ์คํ์ ์ํด ์ ์ํ ์ค๋ด ์์จ ์ฃผํ ๋ก๋ด์ ์ธํ์ด๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 1. ํ์ผ ๊ฒฉ์๋ฌด๋ฌ ์ถ์ ์์จ์ฃผํ ๋ก๋ด
Fig. 1. Autonomous mobile robot that tracks tile grid pattern
2.1 ์ด๋ ๋ก๋ด ์์คํ
๊ตฌ์ฑ
๊ทธ๋ฆผ 2๋ ๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์ ๊ตฌํํ ์ค๋ด ์์จ์ฃผํ ๋ก๋ด ์์คํ
์ ๊ธฐ๋ฅ ๋ธ๋ก๋์ด๋ค. ์ ์ด๋ถ๋ Microchip์ฌ์ PIC16F884๊ธฐ๋ฐ ์๋ฒ ๋๋ ๋ณด๋๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์๋ค.
์์ ์ดฌ์๊ณผ ์ปดํจํฐ ๋น์ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ ์ฒ๋ฆฌ, ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ๋ก๋ด์ ์ฃผํ ์ ์ด๋ฅผ ์ํด ๋
ธํธ๋ถ์ ์ฌ์ฉํ์์ผ๋ฉฐ, ์ด๋ ๋ก๋ด์ ์ค์๊ฐ ์ฃผํ ๋ชจ๋ํฐ๋ง๊ณผ ์๊ฒฉ ์ ์ด๋ฅผ ์ํด
๋ณ๋์ PC๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 2. ํ์ผ ๊ฒฉ์๋ฌด๋ฌ ์ถ์ ์์จ์ฃผํ ๋ก๋ด ์์คํ
๊ธฐ๋ฅ ๋ธ๋ก๋
Fig. 2. System function block diagram of an autonomous mobile robot that tracks tile
grid pattern
2.2 ์ด๋ ๋ก๋ด ์์คํ
์ ์ด๊ธฐ ์ค๊ณ
์ด๋ ๋ก๋ด ์์คํ
์ ์ด๊ธฐ์ ํ๋์จ์ด ๊ตฌ์ฑ์ ๊ทธ๋ฆผ 3๊ณผ ๊ฐ๋ค. CPU๋ Microchip์ฌ์ PIC16F884 8bit ๋ง์ดํฌ๋ก์ปจํธ๋กค๋ฌ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์๋ค. ๋ก๋ด์ ๊ตฌ๋ํ๊ธฐ ์ํ ๋ชจํฐ๋ 2๊ฐ์ In-Wheel
BLDC ๋ชจํฐ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์๋ค. ์ฅ์ ๋ฌผ ๊ฐ์ง๋ฅผ ์ํ์ฌ ์ ๋ฐฉ๊ณผ ํ๋ฐฉ์ ๊ฐ๊ฐ 1๊ฐ์ ์ด์ํ ์ผ์๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์์ผ๋ฉฐ, ์์ํ๋์ ์ํ์ฌ ๋
ธํธ๋ถ๊ณผ ์น์บ (Webcam)์
์ฌ์ฉํ์๋ค. ํ๋ํ ์์์ ์์น ์ถ์ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ์ด์ฉํด ์ด๋ ๋ก๋ด์ ํ ์์น๋ฅผ ์ถ์ ํ๋๋ฐ ์ฌ์ฉ๋๊ณ , ๊ณ์ฐ๋ ํ ์์น๋ ์ฃผํ ์ ์ด ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ์ด์ฉํ์ฌ
CPU์ ์ฐจ๋ ์ฃผํ ์ ํธ๋ฅผ ์ ์กํ๊ธฐ ์ํด ์ฌ์ฉ๋๋ค. ์ด๋ฅผ ํตํด ์ค๋ด ์์จ์ฃผํ ๋ก๋ด์ ์ฃผํ ๋ฐฉํฅ๊ณผ ์๋๋ฅผ ์ ์ดํ ์ ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 3. ํ์ผ ๊ฒฉ์๋ฌด๋ฌ ์ถ์ ์์จ์ฃผํ ๋ก๋ด ์์คํ
์ ์ด๊ธฐ์ ํ๋์จ์ด ๊ตฌ์ฑ
Fig. 3. Hardware configuration for system controller of an autonomous mobile robot
tracking tile grid pattern
3. ์ด๋ ๋ก๋ด์ ์์น ์ถ์
3.1 ๊ฐ์ด๋๋ผ์ธ ์ถ์ถ์ ์ํ ์ด๋ฏธ์ง ์ ์ฒ๋ฆฌ
์ด๋ ๋ก๋ด์ ํ์ฌ ์์น์ ์งํ ๋ฐฉํฅ์ ์ฃผํ ์ ๋ณด๋ฅผ ํ๋ํ๊ธฐ ์ํด์ ๋ฐ๋ฅ ํ์ผ์ ์์์ผ๋ก๋ถํฐ ๊ฐ์ด๋๋ผ์ธ(Guideline)์ ์ถ์ถํ๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 4๋ ์นด๋ฉ๋ผ๋ฅผ ํตํด ํ๋ํ ๋ฐ๋ฅ ํ์ผ์ ์๋ณธ ์ด๋ฏธ์ง์ด๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 4. ๋ฐ๋ฅ ํ์ผ ์๋ณธ ์ด๋ฏธ์ง
Fig. 4. Original images of tiles installed on the floor
๊ทธ๋ฆผ 5๋ ๋ฐ๋ฅ ํ์ผ ์๋ณธ ์์์ผ๋ก๋ถํฐ ํ์ผ์ ๊ฒฉ์๋ฌด๋ฌ ์ ๋ณด๋ฅผ ์ป๊ณ ์ด๋ฅผ ํตํด ๊ฐ์ด๋๋ผ์ธ์ ์ถ์ถํ๊ธฐ ์ํ ์ด๋ฏธ์ง ์ ์ฒ๋ฆฌ ๊ณผ์ ์ ๋ณด์ฌ์ฃผ๋ ์์๋์ด๋ค.
3.2๋ถํฐ 3.6๊น์ง๋ ์ด๋ ๋ก๋ด์ ์์น ์ธ์๊ณผ ์ฃผํ ์ ์ด์ ์ฌ์ฉ๋ ๊ฐ์ด๋๋ผ์ธ ์ถ์ถ์ ์ํ ์ด๋ฏธ์ง ์ ์ฒ๋ฆฌ ๊ณผ์ ์ ์์ธํ ์ค๋ช
ํ๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 5. ๊ฐ์ด๋๋ผ์ธ ์ถ์ถ์ ์ํ ์ด๋ฏธ์ง ์ ์ฒ๋ฆฌ ์ ์ฐจ
Fig. 5. Image pre-processing procedure for guideline extraction
3.2 ๋
ธ์ด์ฆ ์ ๊ฑฐ
์นด๋ฉ๋ผ๋ก๋ถํฐ ๋ฐ์์ง ์์์ ์กฐ๋ช
๋ฑ์ ์ํฅ์ผ๋ก ์ธํ์ฌ ๋ง์ ๋
ธ์ด์ฆ๋ฅผ ํฌํจํ๊ณ ์๋ค. ํ๋ฆผํจ๊ณผ(Blurring)์ ๋ชจํด๋ก์ง(Morphology) ์ฐ์ฐ์
์ด์ฉํ์ฌ ์์์ ํฌํจ๋ ๋
ธ์ด์ฆ๋ฅผ ์ต์ํ ํ๋ค(8). ๊ทธ๋ฆผ 6์ ์นด๋ฉ๋ผ๋ฅผ ํตํด ํ๋ํ ์๋ณธ ํ์ผ ์ด๋ฏธ์ง(๊ทธ๋ฆผ 4์ floor_1)์ ๊ฐ์ฐ์์ ํ๋ฆผ ํจ๊ณผ(Gaussian blur)์ ํํธ๋ฏธ์ค ๋ชจํด๋ก์ง(Hit-or-miss morphology) ์ฐ์ฐ์ ์ ์ฉํ์ฌ
์๋ณธ ์์์ผ๋ก๋ถํฐ ๋
ธ์ด์ฆ๋ฅผ ์ ๊ฑฐํ ์ด๋ฏธ์ง์ด๋ค.
3.3 ์ด์งํ
์ ์ฒ๋ฆฌ ๊ณผ์ ์ ํตํด ๋
ธ์ด์ฆ๋ฅผ ์ถ์ํ ์ด๋ฏธ์ง๋ฅผ ๊ทธ๋ ์ด์ค์ผ์ผ(Grayscale)๋ก ๋ณํํ ํ ์ฒ๋ฆฌ ์๋ ํฅ์๊ณผ ์์ฌ ๋
ธ์ด์ฆ ์ ๊ฑฐ๋ฅผ ์ํด ์ด์งํ(Binarization)๋ฅผ
์ํํ๋ค.
๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์๋ ๋ชจํด๋ก์ง ์ฐ์ฐ ์ํ ํ ์ด๋ฏธ์ง์ ๋จ์์๋ ์์ฌ ๋
ธ์ด์ฆ ์ ๊ฑฐ๋ฅผ ์ํด ๊ฐ์คํ๊ท (Weighted average) ์ ์ํ ์๊ณ๊ฐ(Adaptive
threshold) ์ด์งํ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ์ฌ์ฉํ์๋ค. ๊ฐ์คํ๊ท ์ ์ํ ์ด์งํ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ๊ฐ ํฝ์
(Pixel) ์ฃผ๋ณ์ (Block size) ร (Block
size) ์์ญ์ ๋ํ ๊ฐ์คํ๊ท ์ ๊ณ์ฐํ๋ค. ์ดํ ๊ฐ์คํ๊ท ์์ ์์(Constant)๋ฅผ ๊ฐ์ฐํ ๊ฐ์ ๊ณ์ฐํด์ ํฝ์
๋ง๋ค ์ ์ํ ์๊ณ๊ฐ์ ์ค์ ํ๋ค. ๊ฐ
ํฝ์
์ ์ ์ฉ๋ ์ ์ํ ์๊ณ๊ฐ์ ๋ฐ๋ผ ์๊ณ๊ฐ ๋ณด๋ค ๋ฎ์ ํฝ์
๊ฐ์ 0์ผ๋ก ๋ณ๊ฒฝํ๊ณ , ์๊ณ๊ฐ ๋ณด๋ค ๋์ ํฝ์
๊ฐ์ ์ต๋๊ฐ์ผ๋ก ๋ณ๊ฒฝํ๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 7์ ์ ์ํ ์ด์งํ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ๋ฅผ ์ ์ฉํด ๊ทธ๋ฆผ 6์ ๊ทธ๋ ์ด์ค์ผ์ผ ์ด๋ฏธ์ง๋ฅผ ๋ฐฑ์๊ณผ ๊ฒ์ ์์ ์ด์ง ์ด๋ฏธ์ง๋ก ๋ณ๊ฒฝํ ๊ฒฐ๊ณผ์ด๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 6. ๊ฐ์ฐ์์ ํ๋ฆผ ํจ๊ณผ์ ํํธ๋ฏธ์ค ๋ชจํด๋ก์ง ์ฐ์ฐ ์ ์ฉ ์ (์)๊ณผ ํ(์๋)
Fig. 6. Before(up) and after(down) applying gaussian blur and hit-or-miss morphology
operations
๊ทธ๋ฆผ. 7. ์ ์ํ ์ด์งํ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ ์ ์ฉ ๊ฒฐ๊ณผ
Fig. 7. The result of applying binarization algorithms using adaptive threshold
3.4 ์๊ทผ ์ ์ฉ
์นด๋ฉ๋ผ๋ฅผ ํตํด ํ๋ํ ์ด๋ฏธ์ง๋ ์ดฌ์ ๊ฐ๋์ ๋ฐ๋ผ ์ผ์ ํ ์๊ทผ ์ฑ๋ถ์ ํฌํจํ๊ณ ์๋ค. ์ด๋ ์ค๋ฅ ์์๊ฐ ๋ ์ ์๋ค. ์๊ทผ ์ฑ๋ถ์ ์ํ ์ค๋ฅ ์์๋ฅผ
์ ๊ฑฐํ๊ธฐ ์ํด ํ๋๋ ์ด๋ฏธ์ง์ ํฌ์ ๋ณํ(Perspective transform)์ ์ ์ฉํ๋ค. ํฌ์ ๋ณํ์ ์ํ ๊ฐ์ ์์๋ฅผ ๊ฐ๋ 3ร3 ํ๋ ฌ์ ์ฌ์ฉํ๋ค.
ํฌ์ ๋ณํ์ ํํํ๋ ํ๋ ฌ์ MP๋ผ๊ณ ํ๋ฉด, ์
๋ ฅ ์์์ ํฝ์
์ขํ (x,y)๊ฐ ํ๋ ฌ MP์ ์ํด ์ด๋ํ๋ ๊ฒฐ๊ณผ ์์ ํฝ์
์ขํ (xโฒ,yโฒ)๋ ๋ค์ ์ (1)๊ณผ ๊ฐ๋ค.
์ (1)์์ ฮฑ๋ ๊ฒฐ๊ณผ ์์์ ์ขํ๋ฅผ ํํํ ๋ ์ฌ์ฉ๋๋ ๋น๋ก ์์์ด๋ฉฐ ์ (2)์ ๊ฐ๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ฏ๋ก MP์ ์ํด ์ด๋ํ๋ ๊ฒฐ๊ณผ ์์ ํฝ์
์ขํ์ xโฒ๊ณผ yโฒ์ ์ (3), ์ (4)์ ๊ฐ๋ค.
์ด๋ ํ๋ ฌ MP๋ ์
๋ ฅ ์์์์ ๋ค ์ ์ ์ขํ์ ์ด ์ ๋ค์ด ์ด๋ํ ๊ฒฐ๊ณผ ์์์ ์ขํ ๋ค ๊ฐ๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ๊ณ์ฐํ๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 8์ ์ ๊ทธ๋ฆผ์ ์นด๋ฉ๋ผ๋ฅผ ํตํด ํ๋ํ ์๋ณธ ํ์ผ ์ด๋ฏธ์ง์ด๋ฉฐ, ๊ทธ๋ฆผ 8์ ์๋ ๊ทธ๋ฆผ์ ์ํ(Affine) ์๊ทผ ๋ณํ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ์ ์ฉํด ์๋ณธ ์ด๋ฏธ์ง๋ก๋ถํฐ ์๊ทผ ์์๋ฅผ ์ ๊ฑฐํ ์ด๋ฏธ์ง์ด๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 8. ์ํ ์๊ทผ ๋ณํ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ ์ ์ฉ ์ (์)๊ณผ ํ(์๋)
Fig. 8. Before(up) and after(down) applying affine and perspective transform algorithms
3.5 ๊ฐ์ฅ์๋ฆฌ ๊ฒ์ถ๊ณผ ์ง์ ๊ฒ์ถ
๊ทธ๋ฆผ 8์ ์๋ ์ด๋ฏธ์ง๋ก๋ถํฐ ์ด๋ฏธ์ง ๋ด์ ๊ฐ์ฅ์๋ฆฌ ๊ฒ์ถ์ ์ํด ์ผ๋ ์ฃ์ง ๊ฒ์ถ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ(Canny edge detection algorithms)์ ์ฌ์ฉํ๋ค.
์ผ๋ ์ฃ์ง ๊ฒ์ถ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ํฌ๊ฒ ๋ค ๊ฐ์ ์ฐ์ฐ ๊ณผ์ ์ ํฌํจํ๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 9๋ ์ผ๋ ์ฃ์ง ๊ฒ์ถ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ํฌํจ๋ 4๊ฐ์ง ์ฐ์ฐ ๊ณผ์ ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค.
์ผ๋ ์ฃ์ง ๊ฒ์ถ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ๋ค๋ฅธ ์ฃ์ง ๊ฒ์ถ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ๋นํด ์๋ฌ์จ์ด ๋ฎ๊ณ ์ฃ์ง ์ถ์ถ์ด ์ ํํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์ด๋ฏธ์ง๋ก๋ถํฐ ์ฃ์ง๋ฅผ ๊ฒ์ถํ ๋ ๋ง์ด ์ฌ์ฉ๋๊ณ
์๋ค(9). ๊ทธ๋ฆผ 10์ ๊ทธ๋ฆผ 8์ ์๋ ์ด๋ฏธ์ง(์ํ ์๊ทผ ๋ณํ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ ์ ์ฉ ํ)์์ ๋
ธ์ด์ฆ๋ฅผ ์ ๊ฑฐํ๊ณ ์ด์งํํ ํ, ์ผ๋ ์ฃ์ง ๊ฒ์ถ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ์ ์ฉํ ๊ฒฐ๊ณผ์ด๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 9. ์ผ๋ ์ฃ์ง ๊ฒ์ถ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ ์ฐ์ฐ ๊ณผ์
Fig. 9. The operation procedure of Canny edge detection algorithms
๊ทธ๋ฆผ. 10. ์ผ๋ ์ฃ์ง ๊ฒ์ถ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ ์ ์ฉ ๊ฒฐ๊ณผ
Fig. 10. The result of applying Canny edge detection algorithms
์ผ๋ ์ฃ์ง ๊ฒ์ถ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ์ํํด ์ป์ ๊ทธ๋ฆผ 10์ ์ด๋ฏธ์ง๋ก๋ถํฐ ํ์ผ์ ์ง์ ์ฑ๋ถ์ ์ถ์ถํ๋ค. ๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์๋ ํ์ค ํํ ๋ณํ(Standard Hough transform)์ ์ด์ฉํ ์ง์ ์ถ์ถ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์
์ด์ฉํ๋ค.
ํํ ๋ณํ์ 2์ฐจ์ xy์ขํ์์ ์ง์ ์ ๋ฐฉ์ ์์ ํ๋ผ๋ฏธํฐ ๊ณต๊ฐ์ผ๋ก ๋ณํํ์ฌ ์ง์ ์ ์ฐพ๋ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ด๋ค(10). ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ์ง์ ์ ๋ฐฉ์ ์์ ์ (5)์ ํํ๋ก ์ฌ์ฉํ๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ ์ด์ ๊ฐ์ ์ง์ ์ ๋ฐฉ์ ์์ y์ถ๊ณผ ํํํ ์์ง์ ์ ํํํ์ง ๋ชปํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ํํ ๋ณํ์ ๊ตฌํํ ๋๋ ์ (6)๊ณผ ๊ฐ์ ๊ทน์ขํ ํ์์ ์ง์ ์ ๋ฐฉ์ ์์ ์ฌ์ฉํ๋ค.
์ ์ (6)์์ ฯ๋ ์์ ์์ ์ง์ ๊น์ง์ ์์ง ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ฅผ ๋ํ๋ด๊ณ , ฮธ๋ ์ง์ ์ ์์ง์ด๋ฉฐ ์์ ์ ์ง๋๋ ์ ์ด x์ถ๊ณผ ์ด๋ฃจ๋ ๊ฐ๋๋ฅผ ์๋ฏธํ๋ค.
์ด๋ xy๊ณต๊ฐ์์ ํ ์ ์ด ฯฮธ๊ณต๊ฐ์์ ์ผ๊ฐํจ์ ๊ทธ๋ํ ํํ์ ๊ณก์ ์ผ๋ก ํํ๋๊ณ , ฯฮธ๊ณต๊ฐ์์์ ํ ์ ์ xy๊ณต๊ฐ์์
์ง์ ์ ํํ๋ก ๋ํ๋ผ ์ ์์์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 11์ ฯฮธํ๋ผ๋ฏธํฐ๋ฅผ ์ด์ฉํ ์ง์ ํํ์ ์์ ๊ทธ๋ํ์ด๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 11์ (a)๋ 2์ฐจ์ xy ์ขํ๊ณ์ด๋ฉฐ, ์ง์ ์ ๋ฐฉ์ ์์ xcosฮธ+ysinฮธ=ฯ์ด๋ค. ์ด ์ง์ ์์ ๋ ์ ์ ๋ํ์ฌ ๊ฐ
์ ์ ๋์ํ๋ ฯฮธ๊ณต๊ฐ์์์ ๊ณก์ ์ ๊ทธ๋ฆผ 11์ (b)์ ๊ฐ๋ค. ฯฮธ๊ณต๊ฐ์์ ๋ ๊ณก์ ์ ํ๋์ ์ ์์ ๊ต์ฐจํ๋ฉฐ, ์ด ์ ์ ์ขํ (ฯ0,ฮธ0)๊ฐ ๊ทธ๋ฆผ 11(a)์ ์ง์ ์ ๋ํ๋ด๋ ํ๋ผ๋ฏธํฐ๊ฐ ๋๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 11. ฯฮธํ๋ผ๋ฏธํฐ๋ฅผ ์ด์ฉํ ์ง์ ํํ์ ์์ ๊ทธ๋ํ
Fig. 11. Example graph of linear expression using ฯฮธ parameters
ํํ ๋ณํ์ ์ด์ฉํ์ฌ ์ง์ ์ ์ฐพ์ผ๋ ค๋ฉด xy ๊ณต๊ฐ์์ ์ฃ์ง๋ก ํ๋ณ๋ ๋ชจ๋ ์ ์ ์ด์ฉํ์ฌ ฯฮธ ํ๋ผ๋ฏธํฐ ๊ณต๊ฐ์ ๊ณก์ ์ผ๋ก ํํํ๊ณ ,
์ถ์ ๋ฐฐ์ด์ ์ด์ฉํ์ฌ ๊ณก์ ์ด ๋ง์ด ๊ต์ฐจ๋๋ ์ ์ ์ฐพ๋๋ค. ์ด ์ ์ xy ๊ณต๊ฐ์์์ ์ ์ ์๋ฏธํ๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 12๋ ์ฃ์ง ๊ฒ์ถ๊ณผ ํํ ๋ณํ ์ง์ ๊ฒ์ถ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ํตํด ๊ฒ์ถ๋ ์ง์ ์ ์๋ณธ ์ด๋ฏธ์ง ์์ ๋์ํ ๊ทธ๋ฆผ์ด๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 12. ํํ ๋ณํ ์ง์ ๊ฒ์ถ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ํตํด ๊ฒ์ถ๋ ์ง์
Fig. 12. Straight lines detected through line detection algorithms using hough transform
๊ทธ๋ฆผ. 13. ํ์ผ ๊ฒฉ์๋ฌด๋ฌ ์ถ์ ์์จ์ฃผํ ๋ก๋ด์ ์ฃผํ ์ ์ด๋ฅผ ์ํ ์ํ ๋ฐ ์์ง ๊ฐ์ด๋๋ผ์ธ
Fig. 13. Horizontal and vertical guideline for driving control of autonomous mobile
robot tracks tile grid pattern
3.6 ๊ฐ์ด๋๋ผ์ธ ์ถ์ถ
๊ทธ๋ฆผ 12์ ์ด๋ฏธ์ง์ ์๋ ๋ค์์ ์ ๋ค ์ค์์ ์ด๋ฏธ์ง์ ์ค์ฌ์ 2์ฐจ์ ํ๋ฉด์ ์์ ์ผ๋ก ๊ฐ์ ํ ๋, ์ง์ ์ ๊ธฐ์ธ๊ธฐ๋ฅผ a๋ผ ํ๋ฉด, a์ ํฌ๊ธฐ๊ฐ โ1โคaโค1์ธ ์ ๊ณผ ๊ทธ ์ธ์ ์ ๋ค๋ก ๋ถ๋ฆฌํ ์ ์๋ค. ๊ธฐ์ธ๊ธฐ์ ๋ฐ๋ผ ๋ ์ข
๋ฅ๋ก ๋ถ๋ฅ๋ ๊ฐ๊ฐ์ ์ ๋ค์ ๋ํ์ฌ ์ ์ ๊ธธ์ด์ ๊ธฐ์ธ๊ธฐ์ ์ ์ฌ๋๋ฅผ ๋น๊ตํ์ฌ
๊ธฐ์ธ๊ธฐ๊ฐ ์ ์ฌํ ์ ์ค ๊ฐ์ฅ ๊ธธ์ด๊ฐ ๊ธด ๋ ์ข
๋ฅ์ ์ ์ ์ถ์ถํ๋ค. ํ์ผ์ ํฌ๊ธฐ๊ฐ ์์ ์ด๋ฏธ์ง์ ๋ค์์ ํ์ผ ์๋ ๊ฒฝ์ฐ์๋ ์์ ์์ ๊ฐ์ฅ ๊ฐ๊น์ด ํ์ผ์
๊ฒฉ์๋ฌด๋ฌ๋ฅผ ๊ธฐ์ค์ผ๋ก ์ง์ ์ถ์ถ ๊ณผ์ ์ ์ํํ๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 13์ ๊ทธ๋ฆผ 12์ ๋ค์์ ์ ๋ค ์ค์์ ์ ์ ๊ธฐ์ธ๊ธฐ๋ฅผ ๋ํํ๊ณ ๊ฐ์ฅ ๊ธธ์ด๊ฐ ๊ธด ์ ๋ง ์ถ์ถํ ํ ์๋ณธ ์ด๋ฏธ์ง์ ๊ฐ์ฅ์๋ฆฌ๊น์ง ์ ์ ์ฐ์ฅํ์ฌ ๊ทธ๋ฆฐ ์ด๋ฏธ์ง์ด๋ค. ์ด ๋ ๊ฐ์
์ ์ ์ด๋ ๋ก๋ด์ ํ์ฌ์ ์์น์ ์ฃผํ ๋ฐฉํฅ์ ์๋ฏธํ๋ฉฐ, ์ฃผํ ์ ์ด๋ฅผ ์ํ ์์ง, ์ํ ๊ฐ์ด๋๋ผ์ธ์ผ๋ก ์ฌ์ฉ๋๋ค. ํนํ ์ํ ๊ฐ์ด๋๋ผ์ธ์ ์ฃผํ ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ฅผ
์ธก์ ํ๊ธฐ ์ํ ์์ฝ๋(Encoder)๋ก ํ์ฉ๋๋ค.
4. ์ด๋ ๋ก๋ด ์ฃผํ ์ ์ด
4.1 ์ฃผํ ์ ์ด ์์คํ
์ค๊ณ
๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์ ์ด๋ ๋ก๋ด์ ์ฃผํ ์ ์ด๋ฅผ ์ํด ์ฌ์ฉ๋ ์ฃผํ ์ ์ด๊ธฐ์ ๊ตฌ์กฐ๋ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 14๋ ๋ก๋ด์ ์ฃผํ ์ ์ด๋ฅผ ์ํ PID ์ ์ด ์์คํ
์ ๋ธ๋ก๋์ด๋ค.
์กฐ์๋ u(t)๋ ์ฐ์์ ํธ๋ก์ ์๋ ์ (7)๊ณผ ๊ฐ๋ค. u(t)๋ ๋ชฉํ๊ฐ๊ณผ ์ธก์ ๊ฐ ์ฌ์ด์ ์๋ฌ e(t)์ ๋ํ ๋น๋ก(Proportional)ํญ. ์ ๋ถ(Integral)ํญ, ๋ฏธ๋ถ(Differential)ํญ์
ํฉ์ผ๋ก ์ด๋ฃจ์ด์ง๋ค. ๊ฐ ํญ์๋ ๋น๋ก์์(Kp), ์ ๋ถ์์(Ki), ๋ฏธ๋ถ์์(Kd)๋ฅผ ์ฌ์ฉํ๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 14. ํ์ผ ๊ฒฉ์๋ฌด๋ฌ ์ถ์ ์์จ์ฃผํ ๋ก๋ด์ ์ฃผํ ์ ์ด๋ฅผ ์ํ PID ์ ์ด ์์คํ
๋ธ๋ก๋
Fig. 14. Block diagram of PID control system for driving control of autonomous mobile
robot that tracks tile grid pattern
์ (7)์ ๋ถ์ฐ์ ์ ํธ๋ก ๋ณ๊ฒฝํ๋ฉด ์ (8)์ ๊ฐ๋ค. ์ (8)์ ์กฐ์๋ u[n]์ n๋ฒ์งธ ์ธก์ ๊ฐ์ผ๋ก, ๊ณ์ฐ๋ ๋ชฉํ๊ฐ๊ณผ ์ธก์ ๊ฐ ์ฌ์ด์ ์๋ฌ e[n]์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๋ง๋ ์ ์ด ์ ํธ๋ค. โณt๋
์๋ฌ๊ฐ์ ์ธก์ ํ๊ณ ์กฐ์๋์ ์ธ๊ฐํ๋ ์ฃผ๊ธฐ๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค. ๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์ ๊ฐํญ์ ๊ณ์ Kp, Ki, Kd๋ ๊ฒฝํ์น๋ก ๊ตฌํ์๋ค.
4.2 ์ฃผํ ์ ์ด
๊ทธ๋ฆผ 15๋ ์ฃผํ ๋ก๋ด์ ์ฃผํ ๋ฐฉํฅ ์ ์ด๋ฅผ ์ํ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์ค๋ช
ํ๊ธฐ ์ํ ๊ทธ๋ํ์ด๋ค. ๋ก๋ด์ ์ฃผํ ์์์ ์์ ํ๋ํ ์ํ ๊ฐ์ด๋๋ผ์ธ๊ณผ ์์ง ๊ฐ์ด๋๋ผ์ธ์ ์ด๊ธฐ ๊ฐ์ด๋๋ผ์ธ(Initial
Guideline)์ด๋ผ ํ๊ณ , ๋ก๋ด์ด ์ฃผํ์ ์์ํ ํ์ ํ๋ํ ์ํ ๊ฐ์ด๋๋ผ์ธ๊ณผ ์์ง ๊ฐ์ด๋๋ผ์ธ์ ์ฃผํ์๊ฐ ๊ฐ์ด๋๋ผ์ธ(Runtime Guideline)์ด๋ผ
์ ํ๋ค. ๊ทธ๋ํ์์ O๋ ๋ก๋ด์ ์ฃผํ ์์์ ์์ ํ๋ํ ํ์ผ ์์์ ์ํ ๊ฐ์ด๋๋ผ์ธ๊ณผ ์์ง ๊ฐ์ด๋๋ผ์ธ์ ๊ต์ฐจ์ ์ด๋ค. ์ด ๊ต์ฐจ์ ์ ์์ ์ด๋ผ ํ๋ค.
์ฃผํ ์์ ํ ํ๋ํ ์ด๋ฏธ์ง๋ก๋ถํฐ ์ถ์ถ๋ ์ํ ๊ฐ์ด๋๋ผ์ธ๊ณผ ์์ง ๊ฐ์ด๋๋ผ์ธ์ด ์์ ์ ์ง๋๋ ์ํ์ ๊ณผ ๋ง๋๋ ์ ์ Xh์ Xv๋ผ๊ณ
ํ๋ค.
์์์ ์๊ฐ์ ์ํ ๊ฐ์ด๋๋ผ์ธ๊ณผ ์์ ์ ์ง๋๋ ์ํ์ ์ด ์ด๋ฃจ๋ ๊ฐ์ ฮธ(t), ์์ง ๊ฐ์ด๋๋ผ์ธ๊ณผ ์์ ์ ์ง๋๋ ์ํ์ ์ ๊ต์ Xv์
์์ ๊น์ง์ ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ฅผ d(t)๋ผ ํ๋ฉด, ๋ก๋ด์ ์ด๊ธฐ ์์น์ ํ ์์น ์ฌ์ด์ ์ฐจ์ด e(t)๋ฅผ ์ (9)๊ณผ ๊ฐ์ด ์ ์ํ ์ ์๋ค. ์ (9)์์ ๊ฐ์ค๊ฐ์ ๊ฒฝํ์น๋ก ๊ตฌํ ์ ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 15. ํ์ผ ๊ฒฉ์๋ฌด๋ฌ ์ถ์ ์์จ์ฃผํ ๋ก๋ด์ ์ฃผํ ์ ์ด๋ฅผ ์ํ ํ๋ผ๋ฏธํฐ
Fig. 15. Parameters for driving control of autonomous mobile robot tracking tile grid
pattern
์ด๋ฅผ ์ด๋ฏธ์ง์ ํน์ ํ๋ ์์ ๋ํด ๊ณ์ฐํ๊ธฐ ์ํด ์ด์ฐ ์์ผ๋ก ๋ฐ๊พธ๋ฉด ์ (10)์ด ๋๋ฉฐ, ์ฃผํ ๋ก๋ด์ด ๋ฐ๋ฅ ํ์ผ์ ๋ฐ๋ผ ์ง์ ์ฃผํ์ ํ๊ธฐ ์ํ ์กฐ๊ฑด์์ ์ (11)์ ๊ฐ๋ค.
์ฃผํ ๋ก๋ด์ ์ด๊ธฐ ๊ตฌ๋ ์ ์ข์ฐ ๋ชจํฐ๋ฅผ ๊ตฌ๋ํ๊ธฐ ์ํ PWM(Pulse Width Modulation) ๋ํฐ๋น(Duty ratio)๋ ๋์ผํ๋ค. ์ฃผํ
๋ก๋ด์ด ์ง์ ์ฃผํ์ ํ๊ธฐ ์ํด์๋ e[n]์ด 0๋ณด๋ค ํฌ๋ฉด ์ข์ธก ๋ชจํฐ์ RPM์ ๊ณ ์ ํ๊ณ PID ์ ์ด ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ๋ฐ๋ผ ์ฐ์ธก ๋ชจํฐ๋ฅผ ์ ์ดํ๋ค. e[n]์ด
0๋ณด๋ค ์์ผ๋ฉด ๊ทธ ๋ฐ๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก ์ ์ด๋ฅผ ์ํํ๋ค.
5. ์คํ ๊ฒฐ๊ณผ
๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์ ๊ตฌํํ ์ค๋ด ์์จ ์ฃผํ ๋ก๋ด์ ์ฑ๋ฅ์ ํ๊ฐํ๊ธฐ ์ํ ์คํ์ ์ํํ์๋ค. ์คํ ํ๊ฒฝ์ ๋ฐ๋ฅ์ ํ์ผ์ด ์ค์น๋ ์ค๋ด ๊ณต๊ฐ์ด๋ฉฐ, ์คํ ๊ณต๊ฐ์
์ฒ์ฅ๊ณผ ๋ฒฝ๋ฉด์๋ ๋ค์์ ์กฐ๋ช
๊ณผ ํฌ๋ช
์ฐฝ์ด ์ค์น๋์ด ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 16์ ํ์ผ ๊ฒฉ์๋ฌด๋ฌ ์ถ์ ์์จ์ฃผํ ๋ก๋ด์ ์ฃผํ ์ฑ๋ฅ ํ๊ฐ๋ฅผ ์ํ ์คํ ๋ฐฉ๋ฒ์ ๋ณด์ฌ์ฃผ๋ ๊ทธ๋ฆผ์ด๋ค. ๋ก๋ด์ ์ ํด์ง ์์์ (Start)์์ ์ถ๋ฐํ์ฌ ์ ํด์ง
์ ์ง ์์น(End)๊น์ง ์ง์ ์ฃผํ ํ, ์ญ์ฃผํํ์ฌ ๋ค์ ์์์ ๊น์ง ๋์์ค๋๋ก ํ๋ก๊ทธ๋๋ฐ๋์๋ค. ์ด๋ ์ฃผํ ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ ๋ก๋ด์ด ์ธ์ํ ํ์ผ์ ๊ฐ์๋ฅผ ์์ฝ๋ฉํ์ฌ
๊ฑฐ๋ฆฌ๋ก ํ์ฐํ๋๋ก ํ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 16. ํ์ผ ๊ฒฉ์๋ฌด๋ฌ ์ถ์ ์์จ์ฃผํ ๋ก๋ด์ ์ฃผํ ์ฑ๋ฅ ํ๊ฐ๋ฅผ ์ํ ์คํ ๋ฐฉ๋ฒ
Fig. 16. Experimental method for evaluating driving performance of autonomous mobile
robot tracking tile grid pattern
๋ค์ ๊ทธ๋ฆผ 17์ ํ์ผ ๊ฒฉ์๋ฌด๋ฌ ์ถ์ ์์จ ์ฃผํ ๋ก๋ด์ ์ฃผํ ์ฑ๋ฅ ํ๊ฐ ์คํ ๊ฒฐ๊ณผ์ด๋ค. ์คํ ๊ฒฐ๊ณผ ๊ทธ๋ํ์์๋ ์์์ ์์ ์ถ๋ฐํ์ฌ ์ ํด์ง ๋ชฉํ์ ์ ๋์ฐฉ ํ ์ญ์ฃผํํ์ฌ
๋ค์ ์์์ ์ ๋์ฐฉํ์ ๋ ๋ก๋ด์ ์ด๊ธฐ ์์น ๊ฐ์ด๋๋ผ์ธ๊ณผ ํ ์์น ๊ฐ์ด๋๋ผ์ธ ์ฌ์ด์ ์ค์ฐจ ๊ฐ ฮธ์ ์์ง ๊ฐ์ด๋๋ผ์ธ์ ์ค์ฐจ ๊ฑฐ๋ฆฌ d๋ฅผ
๋ณด์ฌ์ค๋ค.
๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์ ๊ตฌํํ ํ์ผ ๊ฒฉ์๋ฌด๋ฌ ์ถ์ ์์จ ์ฃผํ ๋ก๋ด์ ์ฃผํ ์ฑ๋ฅ ์คํ์ ์ํํ ๊ฒฐ๊ณผ ๊ทธ๋ํ์์ D1๊ณผ ฮธ1์ 12m ์๋ณต ์ฃผํ ์คํ์์ ์ด๊ธฐ ์์น
๊ฐ์ด๋๋ผ์ธ๊ณผ ์ฃผํ ์ข
๋ฃ ์์ ํ ์์น ๊ฐ์ด๋๋ผ์ธ ์ฌ์ด์ ์ค์ฐจ ๊ฐ(ฮธ)๊ณผ ์ค์ฐจ ๊ฑฐ๋ฆฌ(d)์ด๋ฉฐ, D2๊ณผ ฮธ2์ 24m ์๋ณต ์ฃผํ ์คํ์์
์ด๊ธฐ ์์น ๊ฐ์ด๋๋ผ์ธ๊ณผ ์ฃผํ ์ข
๋ฃ ์์ ํ ์์น ์ต์ข
๊ฐ์ด๋๋ผ์ธ ์ฌ์ด์ ์ค์ฐจ ๊ฐ(ฮธ)๊ณผ ์ค์ฐจ ๊ฑฐ๋ฆฌ(d)์ด๋ค. ๊ฐ ๊ฑฐ๋ฆฌ์ ๋ํ ์ด 20ํ์
์๋ณต ์ฃผํ ๊ฒฐ๊ณผ์์ 12m ์๋ณต ์ฃผํ ์ ์ต๋ ์ค์ฐจ ๊ฐ(ฮธmax12)๊ณผ ์ค์ฐจ ๊ฑฐ๋ฆฌ(dmax12)๋ 9.3ยฐ์ 87mm์ด๊ณ ,
24m ์๋ณต ์ฃผํ ์ ์ต๋ ์ค์ฐจ ๊ฐ(ฮธmax24)๊ณผ ์ค์ฐจ ๊ฑฐ๋ฆฌ(dmax24)๋ -9.6ยฐ์ 88mm์ด๋ค. ์ด์ ๊ฐ์
๊ฒฐ๊ณผ๋ ํ์ผ ๊ฒฉ์๋ฌด๋ฌ ์ถ์ ์์จ์ฃผํ ๋ก๋ด์ ์ง์ ์ฃผํ ์ฑ๋ฅ์ด ๋งค์ฐ ์ฐ์ํจ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 17. ํ์ผ ๊ฒฉ์ ์ถ์ ์์จ์ฃผํ ๋ก๋ด์ ์ฃผํ ์ฑ๋ฅ ํ๊ฐ ์คํ ๊ฒฐ๊ณผ
Fig. 17. Experiment results for evaluating driving performance of autonomous mobile
robot tracking tile grid pattern
์คํ์ด ์ค์๋ ์ค๋ด ๋ฐ๋ฅ์ ์ค์น๋ ํ์ผ์ ํฌ๊ธฐ๋ 60cmร60cm์ด๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ฏ๋ก ์์ ์์น์ ์ ์ง ์์น ์ฌ์ด์ ์ค์น๋ ํ์ผ์ ๊ฐ์๋ ์ฃผํ ๊ฑฐ๋ฆฌ 12m๋
20๊ฐ, ์ฃผํ ๊ฑฐ๋ฆฌ 24m๋ 40๊ฐ์ด๋ค. ์คํ ๊ฒฐ๊ณผ ํ์ผ ๊ฒฉ์๋ฌด๋ฌ ์ถ์ ์์จ์ฃผํ ๋ก๋ด์ ์ฃผํ ์ค ์ธ์๋ ํ์ผ์ ์๋ฅผ ์ ํํ๊ฒ ์นด์ดํธํ๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ์๋ค.
๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์ ๊ตฌํํ ํ์ผ ๊ฒฉ์๋ฌด๋ฌ ์ถ์ ์ค๋ด ์์จ ์ฃผํ ๋ก๋ด์ ์ฃผํ ์ค ๋ฐ์ํ๋ ๋์ ์ค์ฐจ๊ฐ ํ์ผ์ด ๋ฐ๋ ๋๋ง๋ค ์๊ฑฐ๋์ด ์๊ฑฐ๋ฆฌ, ์ฅ์๊ฐ ์ฃผํ์๋
์ฃผํ ๊ฒฝ๋ก๋ฅผ ์ดํํ์ง ์๊ณ ์ ํํ ๊ฒฝ๋ก๋ฅผ ์ฃผํํ๋ ๊ฒ์ ์คํ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ํตํด ํ์ธํ ์ ์๋ค.
6. ๊ฒฐ ๋ก
์ฃผํ ๋ก๋ด์ ์์น๋ฅผ ์ธ์์ ํ๋ ค๋ ์๋๋ ์์ฃผ ์ค๋ ๊ธฐ๊ฐ ์งํ๋์ด ์๋ค. ํ์ง๋ง ๋ก๋ด์ ์ ํํ ์์น๋ฅผ ์ธ์ํ๋ ๊ธฐ์ ์๋ ๋ง์ ์ด๋ ค์์ด ์๋ค. ํ์ฌ
๋ก๋ด์ ์์น ์ธ์๊ณผ ๋ค๋น๊ฒ์ด์
(Navigation) ๊ธฐ์ ์ ์ธ๊ณต์งํ๋ ๋น์ (Vision)์ ๊ธฐ๋ฐ์ผ๋ก ์งํ๋๊ณ ์๋ค. ํ์ง๋ง ์ด์ ๊ฐ์ ๊ธฐ์ ์ ์์น
์ธ์์ ์ค์ฐจ ๋ฒ์๊ฐ ์ผ์ ๊ธฐ์ค ์ด์ ๋ฐ์ํ๊ณ ๊ธฐ์ด ์๊ณต๋น์ฉ์ด ๋์ ์ ํํ ์์น ์ธ์๊ณผ ๋ฎ์ ์๊ณต๋น์ฉ์ด ์๊ตฌ๋๋ ๊ธฐ์ ์ ํ์๋ก ํ๋ค(1).
๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์๋ ๋ก๋ด์ด ์ธ๊ฐ์ ์๊ฐ ์ง๋ฅ์ ๋ชจ๋ฐฉํ์ฌ ์ค๋ด ๊ณต๊ฐ์ ๋ฐ๋ฅ ๋ฉด์ ์ค์น๋ ํ์ผ์ ๊ฒฉ์๋ฌด๋ฌ ์ ๋ณด๋ฅผ ๋ถ์ํด์ ์์น๋ฅผ ์ธ์ํ๊ณ ์ฃผํ ๋ฐฉํฅ์ ๊ฒฐ์ ํ๋
๋ฐฉ๋ฒ์ ์ ์ํ์๋ค. ์ ์๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก ์ ์๋ ์ค๋ด์์จ ์ฃผํ ๋ก๋ด์ ์ฑ๋ฅ ํ๊ฐ๋ฅผ ์ํด ์ํํ ์ฃผํ ์คํ ๊ฒฐ๊ณผ์ ์ํด ํ์ผ ๊ฒฉ์๋ฌด๋ฌ ์ถ์ ์์จ์ฃผํ ๋ก๋ด์
๋ฐ๋ฅ์ ํ์ผ์ด ์ค์น๋ ์ค๋ด ๊ณต๊ฐ์์ ๋ก๋ด์ ๋ถ์ฐฉ๋ ๋จ์ผ ์นด๋ฉ๋ผ๋ง์ผ๋ก ์ฝ์๋ ์ฃผํ ๊ฒฝ๋ก๋ฅผ ๋์ ์ค์ฐจ ์์ด ์ฅ์๊ฐ ์ฃผํํ ์ ์์์ ํ์ธํ์๋ค. ๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์
์ ์๋ ํ์ผ ๊ฒฉ์๋ฌด๋ฌ ์ถ์ ์์จ์ฃผํ ๋ฐฉ๋ฒ์ ๋ณ๋์ ์๊ณต๋น์ฉ์ด ์์ผ๋ฉฐ ์ ํํ ์์น ์ธ์๊ณผ ๋์ ์ค์ฐจ๊ฐ ์๋ ์ฃผํ ์ฑ๋ฅ์ ๊ฐ๊ณ ์์ผ๋ฏ๋ก ํฅํ ๋ค์ํ ๋ถ์ผ์์
ํ์ฉ์ด ๊ฐ๋ฅํ ๊ฒ์ผ๋ก ๊ธฐ๋๋๋ค.
References
Su-Yong An, Jeong-Gwan Kang, Lae-Kyeong Lee, 2010, SLAM with Visually Salient Line
Feature in Indoor Hallway Environments, Journal of Institute of Control, Robotics
and Systems, Vol. 16, No. 1, pp. 40-47

Se-Jun Park, 2013, A Study on Design of Intelligent Mobile Robot based on Localization
Sensor for Unmanned Transport Logistics, The Journal of Korean Institute of Information
Technology, Vol. 11, No. 9, pp. 7-13

Ki-Sung You, 2011, Development of Localization Sensor System for Intelligent Robot,
Journal of Institute of Control Robotics and Systems, Vol. 17, No. 2, pp. 116-124

Andrea. Garuli, Antonio. Giannitrapani, Andrea. Rossi, Antonio. Vicino, 2005, Mobile
robot SLAM for line-based environment representation, IEEE Conference on Decision
and Control and the European Control Conference, pp. 2041-2046

V. J. Lumelsky, T. Skewis, 1990, Incorporating range sensing in the robot navigation
function, IEEE Transactions on Systems Man and Cybernetics, Vol. 20, No. 5, pp. 1058-1069

Young-Suk Kim, Tae-Wan Kim, Chang-Goo Lee, 2002, A Study of Line Recognition and Driving
Direction Control on Vision based AGV, The Korean Institute of Electrical Engineers(KIEE)
Summer Conference 2002, Vol. 2002, No. 7, pp. 2341-2343

Man-Hee Lee, Whang Cho, 2005, Indoor Environment Recognition Method for Indoor Autonomous
Mobile Robot, The Transaction of The Korean Institute of Electrical Engineers D, Vol.
54, No. 6, pp. 366-371

Mi-Ran Gu, Kang-Seok Lee, Dae-Seong Kang, 2010, Image Noise Reduction using Modified
Gaussian Filter by Estimated Standard Deviation of Noise, The Journal of Korean Institute
of Information Technology, Vol. 8, No. 12, pp. 111-117

Hye-Kyoung Jang, 2012, The more environmentally robust edge detection of moving objects
using improved Canny edge detector and Freeman chain code, The Journal of the KICS,
Vol. 37, No. 2, pp. 37-42

Jeong-Su Oh, 2018, Straight Line Detection Using PCA and Hough Transform, Journal
of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, Vol. 22, No.
2, pp. 227-232

์ ์์๊ฐ
He received his B.S in Electronics Engineering, M.S. degree and PH.D. Cand. in Electronics
Engineering from Hoseo University, Asan, Korea.
He is currently Professor in Robotics and Automation Engineering at Hoseo University,
Asan, Korea since 2021.
His research interests are pattern recognition, image processing, deep learnig, embedded
system application, and automotive mobile robot.
He received his B.S. in Control and Instrumentation Engineering, and M.S. and PH.D.
degree in Electronics Engineering from Hoseo University, Asan, Korea, in 1998, 2000
and 2007, respectively.
He is currently Professor in Robotics and Automation Engineering at Hoseo University,
Asan, Korea since 2007.
His research interests sensors, embedded system application, and smart factories.
๊ตฌ๊ฒฝ์ (Kyung-Wan Koo)
1983 Chungnam National University, Department of Electronics Engineering.
1992 Chungnam National University, Department of Electronics Engineering (Ph.D.)
1987~1989 Hyundai Electronics Senior Researcher. 1989~1994 Assistant Professor, Dept.
of Electronics, Chungcheong Junior College.
1994~2005 Associate Professor, School of Electronic and Information Engineering, Yeungdong
University.
2005~present Professor, Department of Automotive ICT Engineering, Hoseo University.
E-mail: alarmkoo@hoseo.edu