고대뉴스 단축키 N

[고대아카데미아]천장 지향 모노카메라와 레이저 센서를 이용한 실내 광역 동적 환경에서 강인한 지도작성 및 위치추정 기술
[고대아카데미아]천장 지향 모노카메라와 레이저 센서를 이용한 실내 광역 동적 환경에서 강인한 지도작성 및 위치추정 기술
글쓴이 : 대학원신문 | 등록일 : 2017-09-13 20:31:41 | 글번호 : 9078
109명이 읽었어요 모바일화면
첨부 이미지 : 3개

공학박사 학위논문

정민국 / 메카트로닉스협동과정

 

 천장 지향 모노카메라와 레이저 센서를 이용한 실내 광역 동적 환경에서 강인한 지도작성 및 위치추정 기술

(Robust mapping and localization using an upward-looking camera and a laser scanner in indoor large dynamic environments)

 

1. INTRODUCTION

1.1 Introduction

1.2 Related Research

1.3 Outline

2. IMPROVED ICP METHOD FOR A MOBILE ROBOT USING A 2D LASER SCANNER

2.1 Basic Concept of ICP Method

2.2 Search for Corresponding points

2.3 Improved Point-to-Plane ICP Method

2.4 Sampling Positions

2.5 Experimental Results

2.6 Conclusions

3. BUILDING A SYNCHRONIZED MAP

3.1 Building Grid Map

3.2 Building Ceiling Feature Map

3.3 Experimental Results

3.4 Conclusions

4. LOCALIZATION METHOD USING THE SYNCHRONIZED MAP

4.1 Motion Model

4.2 Sensor Model

4.3 Experimental Results

4.4 Conclusions

5. GLOBAL LOCALIZATION

5.1 Method of Processing Ceiling Feature Map for Feature Matching

5.2 Global Localization using Ceiling Feature Map

5.3 Determination of Robot Pose and Range of Sample Distribution

5.4 Experimental Results

5.5 Conclusions

6. CONCLUDING REMARKS

 

 

<논문 소개>

이동로봇이 현재 위치로부터 목적지까지 이동하기 위해서는 지도작성, 위치추정, 운동제어, 경로계획 등 다양한 기술을 필요로 한다. 이 중 지도작성은 환경에 대한 각종 정보(장애물, 위상, 특징 등)를 로봇이 위치추정, 경로계획 등의 작업을 수행하기 위해 지도의 형태로 변환시키는 과정이다. 위치추정은 작성된 지도를 바탕으로 환경 내에서 로봇이 어느 지점에 위치하는지를 파악하는 기술이다. 그러나 다양한 환경에 대하여 단일의 방법으로 지도작성과 위치추정을 수행하기는 어려우므로, 환경에 따라 다른 방법을 취하는 것이 바람직하다.

특히 공장 환경이나 창고와 같은 산업 환경에서 단일 센서를 이용한 지도작성과 위치추정 방법은 이동로봇의 안정적인 주행을 보장하지 못한다. 이러한 산업 환경은 실내 환경에 비해 면적이 넓으며, 환경 구조물이 움직이거나 다수의 장애물이 존재하는 환경이다. 이 경우 넓은 면적을 수용하기 위해 다수의 특징을 필요로 하지만, 대부분의 방법들은 특징의 수에 비례하여 위치추정의 수행시간이 증가한다. 또한, 구조물의 변화에 의한 특징의 유실은 단일 센서를 이용한 위치추정 방법으로 해결하기 어렵다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 높은 위치에 추가적인 인공표식을 설치하여 안정적으로 위치를 추정하는 방법도 있지만, 이 방법 역시 환경의 넓이에 따라 다수의 인공표식이 필요하며, 유지보수가 어렵다. 또한, 관측 센서가 인공표식을 관측하기 위해서 특정한 높이에 설치 및 장착되어야 하므로 로봇이나 환경에 대한 제약이 심하여 유연성 있는 주행을 하기 어렵다.

따라서 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 천장 지향 모노카메라와 레이저 스캐너를 이용하여 범용적인 지도인 동기화된 지도를 작성하고 로봇의 위치를 추정하였다. 동기화된 지도는 천장 특징지도와 격자지도를 동일한 시점을 기준으로 작성한 지도로서, 두 지도의 장점을 포함하는 지도이다. 동기화된 지도의 작성법은 로봇의 위치를 거리센서 기반으로 계산하고, 추정된 로봇의 위치를 기반으로 격자지도와 천장 특징지도를 작성한다. 로봇의 위치가 독립적으로 계산되었으므로 특징의 위치는 로봇과 단일 특징의 관계만 고려하여 계산할 수 있다. 그러므로 기존의 특징지도가 가지고 있는 환경에 대한 제약을 감소시켜 넓은 환경에서도 지도작성 및 자율주행이 가능하다.

두 번째로 동기화 지도를 이용한 위치추정 방법은 선택적으로 환경정보를 이용하므로 외적인 환경요인(밤과 낮의 변화, 형광등의 유무, 동적 장애물 등)에 대하여 강인하게 작용할 수 있다. 천장 특징지도를 이용한 위치추정 방법은 영상 내에서 사람과 같은 이동 물체의 방해를 최소화할 수 있어서 안정적인 주행이 가능하다. 또한 격자지도를 이용한 위치추정 방법은 환경을 정확하게 판별하고, 환경에 대한 정보를 빠르게 획득할 수 있다. 따라서 해당 위치추정 방법은 다양한 동적인 환경에서 안정적인 주행이 가능하다.

마지막으로 이동로봇 분야에서의 가장 큰 난제 중 하나는 전역지도에서 초기 로봇의 위치를 찾는 전역 위치인식 문제이다. 본 논문에서는 작성된 특징 지도와 천장 영상에서 관측한 특징을 비교하여 로봇의 위치를 찾는 방법을 제안한다. 특징의 위치정보만을 이용하는 기존의 방법과는 달리, 특징 간의 정합정보와 특징 간의 거리정보를 이용하여 로봇 위치에 대한 불필요한 후보지들을 크게 감소시켰다. 또한, 특징들의 거리정보를 이용하여 형상특징을 만들고 이를 표식으로 활용하여 실용적으로 사용이 가능하다.

 

 

<저자 인터뷰>

1. 메카트로닉스 전공을 선택하시게 된 계기가 궁금합니다.

영화 아이, 로봇을 보셨습니까? 로봇을 좋아하는 사람뿐만 아니라 대부분의 사람들이 좋아하는 영화죠. '아이, 로봇'에서 묘사된 미래 사회는 로봇이 우리의 삶에 융화되어 함께 살아가고 있는 모습입니다. 저는 이러한 미래 사회를 구축하는 데 일조할 수 있는 로봇 연구에 관심을 가졌습니다. 그리고 로봇을 심층적으로 이해하기 위해서는 단일 전공이 아니라 전자, 기계, 컴퓨터 등 다양한 분야를 동시에 파악하는 것이 필요했습니다. 그래서 다수의 전공이 결합되어 다양한 전문 분야를 접할 수 있는 메카트로닉스 전공을 선택하였습니다.

 

2. 논문 주제를 선정하시게 된 이유와 논문을 통해 독자들에게 꼭 전달하고자 했던 내용에 대한 설명을 부탁드립니다.

저는 로봇을 실생활에 적용할 수 있는 기술적 접근에 대하여 이야기하고 싶었습니다. 그래서 자율주행 로봇에 관심을 가지고 이와 관련된 자율주행 기술을 주제로 선정하여 연구를 진행하였습니다. 자율주행은 크게 실내주행과 실외주행으로 나뉩니다. 현재 실내주행 기술로 개발되어 상용화된 로봇으로는 청소로봇, AGV(Automated Guided Vehicle), 안내로봇 등이 있고, 실외주행 기술 개발의 대표적인 사례로는 자율주행 자동차가 있습니다. 그 중 저는 실내주행 기술의 연구에 특히 집중하였습니다. 실내 주행 로봇은 사람들과 함께 생활하면서 그들의 업무를 대신 수행해주는 역할을 위하여 존재합니다. 이에 실내에서의 자율주행 기술은 한정된 공간에서 사람들과 위화감 없이 공존할 수 있으면서도 협업이 가능한 형태여야 한다는 특수성을 함께 고려해야 했기에 좀 더 흥미를 느낄 수 있었습니다. 인간과 로봇이 함께 지내는 환경에서 로봇이 안정적으로 자율주행 하기 위한 실생활 기술이 궁금하시다면 해당 논문이 도움이 될 것 같습니다.

3. 논문을 쓰는 과정에서 어려움이 있었다면 어떤 것들인가요?

공학 논문은 새로운 기술을 개발하고 입증하는 과정입니다. 과연 내가 제안하는 방법이 옳은지, 이론적으로 정확하게 맞는지, 잘못된 이론인데 우연히 들어맞은 것은 아닌지 등 끊임없는 검토가 필요했습니다. 뿐만 아니라 생각지 못한 문제가 발견되거나 새로운 개발을 위한 아이디어 회의로 며칠 밤을 꼬박 샌 적도 많습니다. 이러한 고충을 극복하기 위해 다른 이들의 많은 논문, 주장, 조언, 서적들을 찾아보며 참고하였고, 이러한 외적인 요인들이 많은 도움이 되었습니다.

 

4. 논문쓰기를 앞둔 후배들에게 조언 한마디를 부탁드립니다.

앞서 공학적 논문은 새로운 기술의 개발이라고 언급하였듯이, 이를 위해서는 다양한 것을 접하는 것이 좋다고 생각합니다. 특히 공대에서 연구하면서는 수많은 과제에 치이다 보니 해당 논문들과 이론만 깊이 공부하게 되어 한정된 범위에 갇힌 연구만을 하게 될 우려가 있습니다. 관련 서적 외에도 인문, 사회, 경제, 수학 등 다양한 방면의 논문과 서적을 두루 읽는 것이 추후 새로운 아이디어 창출이나 좋은 논문 작성에 도움이 될 것 같습니다. 또한 논문을 쓰기에 앞서 충분한 휴식을 취하는 것을 권유합니다. ‘급할수록 돌아가라라는 말이 있습니다. 과중한 부담감에 지쳤을 때, 자신을 위한 시간을 가지는 것이 과제나 논문 작업에 다시 돌입했을 때 보다 높은 추진력을 발휘할 것입니다.

 

인터뷰 : 반재영 기자 qkswodud1044@korea.ac.kr

0 33997


0
미인증회원과 교환학생,제적생은 투표에 참여하실 수 없습니다.
고대 뉴스 | 더보기 대학원신문 님의 다른 글
·[추계여자축구연맹전] 고려대, 대전대덕대 1-0으로 꺾고 대회 결승
·[2017 대학농구리그 챔프전] '충격의 2연패' 고려대, 챔프전 우
·Fall Student Representatives Meeting C
·올해 마지막 전학대회.. 성공적으로 마무리돼
·Student on Rooftop of College of Liber
·[기획-기고문]우리는 '진짜 사장'과 이야기하고 싶다
·[기획메모]2017년 대학 내 청소·경비 노동자 파업투쟁의 경과
·[쟁점기획]본교 청소·경비노동자의 노동실태-'830원 인상'에 대해
·[시간강사 칼럼] 50분의 <사고와 표현>
·[대학원단신]
새로고침 | 목록보기 |

댓글을 작성하실 수 없습니다. (권한이 없는 회원레벨)
목록보기 
고파스 소개 | 이용약관 | 개인정보취급방침 | 불량게시물 신고 | FAQ | 서버 부하 : 77.25%
KOREAPAS.COM ⓒ 2017