이동 로보트의 퍼지 주행 제어기 설계

安正男 경기대학교 산업정보대학원 1998 국내석사

본 논문에서는 초음파 센서를 이용한 이동 로보트의 자율 주행을 위한 퍼지 주행 제어기법을 설계하여 실제로 구축된 이동 로보트 시스템에 적용하였다. 설계된 퍼지 주행 제어기는 왼쪽 벽면 주행과 오른쪽 벽면 주행 그리고 통로 중앙 주행 방법을 각기 사용하였고 퍼지 제어에 적용되는 규칙과 파라미터는 경험적으로 구해진 기존의 값들을 사용하였다. 또한 벽면 주행을 위한 입력은 초음파 센서가 읽어들인 거리와 주행선과의 거리차와 각도차이며, 출력은 각속도이다. 그리고 추론 방법으로는 Mamdani의 추론법을 사용하였으며 비퍼지화 방법으로는 무게 중심법을 사용하였다. 한편 설계된 퍼지 주행 제어기의 성능과 실제 적용 가능성을 평가하기 위해 시뮬레이터를 구성하여 모의 실험을 수행하였고 아울러 실제로 구축된 이동 로보트에 적용하였다. 시뮬레이터를 사용한 모의 실험과 실제 이동 로보트의 주행 실험을 통해 얻어진 결과는 다음과 같다. 1) 지도상의 오른쪽 벽면 주행시 사용하는 센서 및 특정한 상태에 대한 조건들에 따라 결과가 다르게 나타남을 확인할 수 있었다. 2) 복잡한 통로의 오른쪽 벽면 주행시에 모서리 부분에서 몇 가지의 조건을 첨가함으로써 자연스럽게 코너링 됨을 알 수 있었다. 3) 벽면 주행시에 10cm 정도 이동하였을 때 원하는 벽과의 간격이 30cm로 안정적으로 수렴 됨을 보였다. 4) 실제 주행 실험으로부터 안정적으로 원하는 경로를 따라 주행함을 확인할 수 있었다. In this paper, fuzzy navigation controller is designed for the autonomous navigation of a mobile robot, and then it is applied to an implemented mobile robot system. In designing fuzzy controller, a left wall following navigation method, a right wall following navigation method and a centered following navigation are used respectively. The rules and values of parameters obtained by experience are applied to fuzzy control. The input for wall following navigation is the difference of distance between navigation lines and that of angle, and the output is angular velocity. In addition, Mamdani's method is used for inference, and center of gravity is used for defuzzification. To evaluate performance and applicability of the designed fuzzy navigation controller, the experiment is performed through the computer simulation and the implemented mobile robot in which the ultrasonic sensors are used for acquiring the distance data. The results of a simulation and a real navigation experiment are as follows: 1) It is shown that the result of a mobile robot navigation is different according to conditions for ultrasonic sensors used and specific state when a right wall following navigation is used. 2) It is identified that a mobile robot navigates successfully around the corner by adding several conditions for complex paths, when a right wall following navigation is used. 3) It is shown that a mobile robot navigates the desired path, maintaining a desired distance, 30cm, between a mobile robot and a side wall, after an order of 10m navigation, when a wall following navigation is used. 4) It is identified that our fuzzy controller performs well in a real navigation experiment. Finally, the fuzzy controller designed in this paper is applicable to the autonomous navigation of a mobile robot.

로보트 오프라인 티칭 시스템의 보정 알고리즘에 관한 연구

전철우 한양대학교 산업경영대학원 1996 국내석사

장애물이 있는 환경하에서 여유자유도 로보트 매니퓰레이터의 지능운동 제어 방법에 관한 연구

현웅근 漢陽大學校 大學院 1994 국내박사

다중 로보트 매니퓰레이터의 實時間 制御를 위한 서보 시스템의 具現

양승원 漢陽大學校 1990 국내석사

적응 퍼지 제어를 이용한 이동 로보트의 자율 주행에 관한 연구

오준섭 경기대학교 대학원 1999 국내석사

본 논문에서는 이동 로보트의 자율 주행 제어를 위해 지능 제어의 관점에서의 퍼지이론에 기초한 적응 퍼지 제어 기법을 제안하였다. 제안한 적응 퍼지 제어기의 성능은 모의 실험 및 주행 실험을 통하여 입·출력 변수의 소속함수와 퍼지 추론 규칙이 고정된 기존의 퍼지 제어기와 비교하였고 그래픽 처리 및 수치적인 값으로 확인하였다. 제안한 알고리즘은 첫 번째로, 기존의 퍼지 제어기의 퍼지 추론 규칙에서 불필요한 규칙으로 인하여 데이터 처리 시간이 길어진다는 단점을 이동 로보트가 온라인(on-line) 상태에서 데이터 쌍을 이용한 클러스터링 방법을 통하여 현재의 이동 로보트 상태에 적합한 퍼지 추론 규칙 및 소속 함수를 생성 보다 적은 퍼지 추론 규칙을 이용하여 빠른 처리 속도로 주행을 가능케하는 것이고, 두 번째는 고정된 입·출력변수의 소속 함수로 인하여 제어 목적으로의 수렴이 느리다는 단점을 클러스터링 방법에 의해 생성된 소속함수를 스케일링함으로써 제어기의 수렴 속도를 빠르게 하는 것이다. 본 논문의 모의 주행 실험 및 주행 실험은 벽면 추종 주행을 기본으로 하며, 이동 로보트와 벽면과의 거리는 초음파 센서를 이용하여 얻어지며, 제안한 알고리즘을 적용한 적응 퍼지 제어기와 기존의 퍼지 제어기의 성능 비교 결과는 다음과 같다. 1) 이동 로보트의 벽면 추종 주행은 이동 로보트의 초기 진행 방향에 영향을 받음을 알 수 있었다. 2) 기존의 퍼지 제어기에 클러스터링 기법만을 적용한 적응 퍼지 제어기는 데이터처리 속도면에서는 5배 이상 크게 향상되었지만 기준선으로의 평균 오차는 약간 큼을 알 수 있었다. 이는 기존의 퍼지 제어기의 고정된 25개의 퍼지 추론 규칙에 비하여 클러스터링 기법을 사용한 적응 퍼지 제어기의 퍼지 추론 규칙은 약 8∼11로 감소했기 때문이다. 3) 기존의 퍼지 제어기의 데이터 처리 시간은 64% 이상이 퍼지 제어기의 추론 과정에서 소요되지만 클러스터링 기법을 사용한 적응 퍼지 제어기의 데이터 처리 시간은 추론 과정에서의 데이터 처리 시간보다는 주행 및 그래픽 처리 과정에서의 처리 시간이 더 많이 소요됨을 확인하였다. 4) 기존의 퍼지 제어기에 클러스터링 기법과 스케일링 기법을 모두 적용한 적응 퍼지 제어기는 처리 속도 및 기준선으로의 평균 오차는 각각 5배, 3.5배 이상 향상됨을 확인하였다. 5) 실제 벽면 주행 실험 결과는 모의 실험의 경우에 비하여 다소 떨어지기는 하지만 기존의 퍼지 제어기를 이용한 경우에 비하여 본 논문에서 제안한 적응 퍼지 제어기를 이용한 경우가 좀 더 빠른 수렴성을 나타냄을 확인하였다. 본 논문에서 제안한 클러스터링 기법과 스케일링 기법을 사용한 적응 퍼지 제어기의 성능은 컴퓨터 시뮬레이션과 실제 주행 실험을 통하여 데이터 처리 속도 및 수렴속도 면에서 향상됨이 입증되었다. 따라서 본 논문에서 제안한 적응 퍼지 제어기의 설계 기법은 이동 로보트의 주행 제어뿐만 아니라 다른 대상의 제어에도 적용 가능하리라고 기대되며, 앞으로 이에 관한 다양한 연구가 필요하겠다고 사료된다. In this paper, we proposed an adaptive fuzzy control algorithm which is based on a fuzzy theory for the autonomous navigation of a mobile robot. The efficiency of proposed adaptive fuzzy controller was compared with that of the existing fuzzy controllers which have fixed membership functions of input and output variables and fuzzy inference rules through computer simulations and real navigation experiments. These results are confirmed by a computer graphic processing and numerical values. In on-line state of a mobile robot, the proposed algorithm improved the existing fuzzy controller's defect. First, a detect that the unnecessary rules increase a data processing time in fuzzy inference process is improved by generating fuzzy inference rules and membership functions which were suitable for the current state of mobile robot. It was implemented with a clustering method using data pairs, and then it makes a mobile robot possible to navigate in more fast processing time and with less fuzzy inference rules. Second, the other defect that the existing control algorithms converge slowly due to fixed membership functions of input and output variables is improved by scaling membership functions that were generated by a clustering method. The simulation and experiment of a mobile robot's navigation in this paper were based on a wall following navigation, and distance between mobile robot and wall was measured with ultra sonic sensors. The results obtained in simulations and real navigation experiment are as follows : 1) It is identified that wall following navigation of a mobile robot was influenced on a initial progress direction. 2) It is confirmed that an adaptive fuzzy controller using only a clustering method improved data processing time about five times because a number of fuzzy inference rules in an adaptive fuzzy controller using only a clustering method were reduced to about eight to eleven compared with that of the existing fuzzy controller. But it is also confirmed that average distance error from reference line was larger. 3) It is confirmed that the data processing time of the existing fuzzy controller was needed over 64% of total processing time in inference process of fuzzy controller, but that of an adaptive fuzzy controller using a clustering method was needed only 16% of total processing time. 4) It is confirmed that the existing fuzzy controller's data processing time and average distance error from a reference line were improved over five times and three point five times respectively when both a clustering method and a scaling method were used. 5) From results of a real experiment of a mobile robot's wall following navigation, it is identified that the proposed algorithm has less efficiency for a real navigation experiment compared with simulations. But it is confirmed that the proposed algorithm has more fast convergence compare with that of the existing fuzzy controller.

자동 프로그래밍의 개념을 갖는 로보트 시뮬레이터에 관한 연구

김일권 崇實大學校 産業大學院 1991 국내석사

工場自動化를 위한 産業用 로보트의 오프라인 制御에 관한 硏究

이강두 慶南大學校 1996 국내석사

현재 대부분의 산업용 로봇 제어기에 상용되는 고전적 제어방식은 각 관절간의비선형성, 연성, 불확실성 등으로 인하여 로봇의 성능과 응용 범위에 크게제약을 받고 있는 실정이다. 따라서 공장자동화에 필수적인 요소인 고속,고정도, 산업용 로보트의 오프라인 제어에 관한 연구룰 수행하였다. 산업용로봇 제어기의 설계방법 및 제어 알고리즘을 개발하여 많은 외란이 존재하는전자부품의 고속 조립공정에서도 항상 정밀하고 견실한 선형다변수 및가변구조 제어 알고리즘의 실용성을 입증하기 위해 오프라인 제어 프로그램을개발하였다. 디지탈 신호처리기를 사용한 제어기 설계 및 실제 구동실험을위하여 어셈블리 제어 알고리즘으로 시뮬레이션하여 입증하여, 에뮬레이터을이용한 산업용 로보트와 인터페이스를 통해 제안된 제어 알고리즘의 신뢰성을검증하였다. 산업용 로보트의 동적 제어 알고리즘을 실제 시스템에 적용하기위하여 관절공간상에서 로보트 매니퓰레이터의 관절 제어시스템을구성하였고, 특히 동적 제어 알고리즘의 실현을 위해서는 많은 계산량의처리가 실시간에 이루어져야 한다. 이를 위해서 최근에는 고속 제어 분야에그 활용이 증대되고 있는 디지털 신호처리를 이용한 제어기 설계가요구되므로 제어 알고리즘을 로보트시스템에 적용하기 위하여 디지털마이크로 프로세스(digital micro processor) 역할을 하게 되는 디지털신호처리(TMS320C50)를 사용한 제어시스템을 설계하였다. 산업용 로보트의사용이 보편화됨에 따라 우수한 성능과 함께 편의성이 요구되어 변화하는작업환경과 조건에 신속하게 대처할 수 있는 유연성이 좋은 운용프로그램의개발이 절실히 요구된다. 이러한 문제점들의 해결은 로보트와 작업환경을컴퓨터에서 일괄적으로 관리 및 통합운영처리 할 수 있는 다공정 제어시스템으로서 가능하다고 할 수 있다. 본 논문에서는 오프라인 제어방식에의한 원거리 통합제어 시스템의 구현으로 작업환경이 열악하고, 복잡한생산공정에 보다 더 효율적인 공장자동화의 실현에 이바지할 수 있는 산업용로보트의 오프라인 제어에 관한 연구를 수행하였다.

다중로보트 시스템을 위한 로보트 제어 언어의 개발

여희주 漢陽大學校 1989 국내석사

制限된 入力下에서 로보트 매니퓰레이터의 Pointwise準最適 蓮續 經路 制御 方法

현웅근 漢陽大學校 大學院 1987 국내석사

퍼지 신경망에 의한 로보트의 시각구동에 관한 연구

김태원 漢陽大學校 大學院 1994 국내박사