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- 저자 : 도윤수 ( Yunsu Do ) (검색결과 3 건)
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사과 과원 내 자율 주행을 위한 항법 알고리즘의 강인성 평가
김국환 ( Gookhwan Kim ),이재수 ( Jaesu Lee ),한길수 ( Kilsu Han ),이현동 ( Hyundong Lee ),도윤수 ( Yunsu Do ),홍영기 ( Youngki Hong ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2
과수원에서는 나무가 질병 등의 문제로 제거된 경우, 로봇이 과수열을 인식하여 주행할 때 누락된 과수로 인해 드리프트 등 심각한 오류를 발생시킬 수 있다. 본 연구의 목적은 사과 과수원 내에서 자율 주행하는 로봇을 위한 5가지의 자율 항법 알고리즘에 대하여 로봇의 좌우에 배치된 과수열 중 누락된 과수에 대처할 수 있는지에 대한 강인성을 비교, 분석하여 최적의 알고리즘을 결정하고자 하였다. 강인성 검증을 위해 사용한 로봇 플랫폼은 Clearpath Robotics사의 Husky A200 로봇으로 과수열 및 쟁애물 검출하기 위한 이차원 레이저 거리 센서(laser range finder, LRF), 로봇의 자세측정 및 데이터 보정을 위한 관성측정장치(inertial measurement unit, IMU), 로봇의 주행 거리 및 속도를 추정하기 위한 바퀴 주행측정기(odometry)가 장착되었다. 본 연구에서 비교, 분석된 5가지 자율항법 알고리즘은 (1) Hough 변환 (Hough transform), (2) 최소제곱법(Least square fitting), (3) 확장 칼만필터(Extended Kalman filter), (4) 이미지 기반 파티클 필터(Particle filter based on laser scan image)와 (5) 모델 기반 파티클 필터(Particle filter based on laser scan model)이다. 시험을 위해 과원에서 나무를 일시적으로 제거할 수 없기 때문에 임의로 누락시킬 과수에는 반사가 심한 테이프를 붙여 나무가 누락된 것처럼 인식되도록 하였다. 시험을 위한 로봇의 주행 속도는 0.25m/s의 속도로 총 2회에 걸쳐 성공(success)과 실패(failure)로 각 알고리즘에 대한 성능을 비교, 분석하였는데, 나무 또는 지줏대와의 물리적 접촉이 생기기 전에 주행을 끝냈을 경우, 실패(failure)로 표시하여 주행을 종료시켰고, 성공(success)인 경우에는 과수열 사이의 중심선인 기준경로(reference path)를 기준으로 경로 편차(literal deviation) 0.1m 이내, 각도 편차(angular deviation)를 계산하는 방식으로 평가하였다. 각 알고리즘에 대한 강인성 평가 결과, 이미지 기반 파티클 필터가 경로 편차 0.05m로 제일 낮은 오차를 나타내었고, 각도 편차는 1.99°로 모델 기반 파티클 필터가 좋은 성능을 나타내었다.
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김국환 ( Gookhwan Kim ),이대현 ( Daehyun Lee ),이명훈 ( Myunghoon Lee ),한길수 ( Gilsu Han ),이현동 ( Hyundong Lee ),홍영기 ( Youngki Hong ),도윤수 ( Yunsu Do ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2
사과와 배 같은 과원 내에서 농작업을 수행할 때 불규칙하고 경사진 노면을 주행하는 경우가 많은데 농기계 및 작업기의 전복 사고로 인한 농민 사상자가 증가하고 있을 뿐 아니라 방제 시 농작업자의 과도한 유해성 농약 흡입으로 인한 빈번한 피해가 발생하고 있다. 이러한 피해를 줄이고자 과원 내에서 무인으로 자율주행을 하면서 농작업을 수행할 수 있는 로봇 플랫폼을 개발하였다. 과원 로봇의 개발 초기 단계에서는 모든 과원에서 적합한 로봇을 만들기보다 한국의 일반적인 사과(3~4 m폭) 및 배(5~6 m폭) 과원 내에서의 주행에 적합하도록 설계, 제작하였다. 또한, 자갈 및 웅덩이들로 인한 불규칙한 노면은 고려하되 최대 10도의 경사지에 국한하여 개발하였다(계단식 과원은 제외). 레이저센서를 로봇의 앞뒤에 장착하여 과수열을 검출하여 경로를 추종할 수 있고, 다음 작업열에 대한 진입이 용이하도록 하였고, 고정식 장애물이 인식되면 회피하거나 이동식 장애물이 사라질 때까지 정지해 있다가 주행할 수 있도록 하였다. 또한, 관성측정장치를 장착하여 로봇의 자세에 따른 레이저 센서 데이터를 보정하였고, 로봇의 과수열 추종 능력을 검증하기 위하여 실시간GPS (RTK-GPS)를 장착하였다. 과원 내 무인 작업을 위해 개발된 로봇은 작업기가 장착되지 않은 크기는 2.8 m(L) × 1.5 m(W) × 1.2 m(H)이고, 무게는 약 750 kg이다. 조향을 위한 최대 조향각은 ±22도이고, 전후륜의 축간 거리는 1.7 m로 회전반경은 약 3.11 m이다. 구동방식은 전후륜 모두 1.5 kW의 모터를 장착하였고 조향을 위해 750 W급의 모터에 웜기어 형태의 감속기를 장착하여 구동축에 연결하였다. 본 연구에서의 제안한 과원 로봇의 특징 중 하나는 전·후륜 이중 애커먼 조향 방식으로 설계, 제작되었다는 것이다. 일반적인 4륜 이동체(전륜조향)의 경우 과수열 추종을 위해 진행각이 변하여 지그재그형태로 로봇이 경로를 추종하게 되어 진행각 변화에 따라 데이터 보정도 해야 되고, 로봇이 똑바로 진행할 수 있도록 해야 하여 보다 복잡한 알고리즘이 필요하다. 또한, 좁은 구간에서는 일정하게 작업 상태가 유지되기 어렵다. 하지만, 전·후륜 이중 조향 방식의 경우 로봇 양 옆의 과수열을 인식하여 생성한 경로 추종을 위해 평행 이동하는 형태로 로봇을 이동시켜 경로를 추종한다. 이는 로봇이 과수열 중간에 정확히 놓여 이동할 수 있도록 해 줄 뿐 아니라, 레이저 센서 데이터의 보정 및 경로 추종 알고리즘을 간단하게 해주는 장점이 있다.
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