수질환경 모니터링을 위한 자율주행 로봇의 위치경로 탐색과 자세제어에 관한 연구

Abstract

이동 로봇이 주행하고 주변 환경을 인식하며 자기 위치를 추정하는 것은 매우 기본적이면서 중요한 기술들이다. 또한 단일 센서만 사용할 경우 주행에 필요한 정보나 주변 환경정보에 대해서 부정확한 계산결과를 낳을 수 있어서 여러 가지 다른 종류의 센서를 같이 사용하게 되는데 이때는 센서 융합기술도 필요하게 된다. 산업현장 뿐만 아니라 가정에서도 사람을 대신하여 작업을 해주는 청소로봇, 경비로봇 등 많은 서비스 로봇이 개발되고 있고, 연구소와 기업 등에서 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다. 오늘날 기상이변이나 환경오염에 대한 심각성이 커져가고 있는 가운데 강이나 댐과 같은 저수조의 오염은 인간의 삶을 파멸로 가져올 수 있다. 강이나 하천 저수조 같은 곳에서 자율적으로 움직이면서 기상 데이터 및 수질 오염의 척도를 실시간으로 조사해서 모니터링 하여 전송할 수 있는 로봇 연구가 필요하게 되었다. 최근에는 작업의 요구 수심이 깊어지고 원격제어 및 통신 기술이 눈부시게 발전함에 따라 수상 작업 기술이 다양하게 이루어지고 있다. 수상 자율주행, 자세제어 로봇은 강이나, 하천, 저수조 그리고 해상의 다양한 환경에 적응하면서 사용자가 원하는 데이터를 수집하여 정보를 전송 제공해 준다. 이러한 역할을 하기 위한 로봇을 만들기 위해 필요한 기술들은 목표지점으로 이동하는 이동기술, 환경적응기술, 통신기술, 정보체취기술, 에너지절감기술 등 모든 것을 현 상황에 맞게 적용하고 판단하는 기술들이 필요하다. 이러한 기술을 다시 세부적으로 나눠보면 자율주행, 내비게이션, 위치인식, 장애물회피, 자세제어, 통신, 저전력 배터리 사용, 센서데이터 수집 및 모니터링 그리고 환경에 대한 적응적 지능이 필요하다. 여러 기술들이 복합적으로 작용하여 기술복합체로서 수상용 환경 모니터링 제어 로봇이 만들어진다. 본 연구논문에서는 이러한 요구사항, 기능 및 인공지능적 로봇을 연구하기 위하여 수상에서 바람, 파도 및 물살의 환경 적응을 위하여 쿼드로터를 활용한 자세제어 알고리즘을 제안한다. 그리고 로봇의 자율주행 및 충돌 회피를 위하여 VFF(Virtual Force Field) 알고리즘을 더욱더 확장한 EVFF(Expansion Virtual Force Field)를 사용하여 로봇과 장애물 사이에는 같은 극성의 전하를 가진다고 가정하고 로봇과 목표점 사이에 흡인력이 작용하며 로봇과 장애물 사이에는 반발력이 작용하여 원하는 목표점에 도달한다. 또한 기본적인 항로 유지뿐만 아니라 수상 로봇이 자율 항해를 하는 동안 직면하게 되는 고정, 이동 장애물에 대한 다양한 충돌 회피 상황들을 표현하기 위해서 파라메타들을 퍼지로 구성하였다.|A key point of mobile robot is the technology to build a map of the environment and to localize itself using a map. Moreover sensor fusion technique is essential to reduce error rate for environment mapping information. Using these technologies, there many robots (housing robot, security robot, industrial robot) were developed by companies and research centers. Nowadays people are worried about disaster by environmental pollution. Therefore robot that has autonomous driving and monitoring environment to check pollution in real time has being important issue. Recently, according to improving remote control and communication techniques, mobile robots are efficiently used to work on the water. One of these robots, autonomous driving on the water with posture control system robot gathers information and transmits data to destination point as it moves across the river, water-storage and sea. This robot has mobility, environment acceptance, communication tool, information gathering process, saving energy technologies. As view more detail these technologies, robot used autonomous navigation, perception, self-localization, obstacle avoiding, posture control, efficient battery, and artificial intelligent process. All of these technologies are used in making monitoring robot which works on water environment. In this study, I suggest quad-rotor algorithm for robot on the water environment perception. And using extended virtual force field algorithm for autonomous navigation, obstacle avoiding. If we assume there are same polar with obstacle and robot, repulsive force() are engaged between robot and obstacle then absorption force() are engaged between robot and target point. Robot safely reaches the target point with two forces. Also I made parameters with fuzzy to represent crush avoiding saturations for fixed or non-fixed obstacles while mobile robot has autonomous driving on the water.