확장 칼만 필터 제어기를 이용한 소형트랙터 위치 추정 알고리즘 개발 = Development of Small Tractor Position Recognition Algorithm Using Extended Kalman Filter Controller

국문 초록 (Abstract)

본 논문은 농업인구의 고령화 및 농업 인력의 감소로 인하여 농업용 로봇의 필요성이 커지고 있으며, 이를 위한 농기계의 지능화 및 무인화가 진행되고 있는 현실에서 자율주행 농기계를 위한 위치추정 알고리즘을 개발하고자 한다. 농기계 중에서 가장 다목적으로 사용하는 기계인 트랙터의 지능화 및 무인화를 통하여 인력을 대체하고, 인력보다 더 효율적으로 작업을 할 수 있는 자율주행 소형트랙터를 위한 정밀한 위치 추정 알고리즘을 개발한다.
정확한 위치 추정을 위하여 RTK-GPS 모듈을 통한 수 cm 단위의 위치좌표 획득과 정밀한 각도값을 얻기 위한 IMU 센서를 통합하여 소형트랙터의 조향장치를 제어하여 계획된 경로를 최소한의 오차로 진행할 수 있도록 알고리즘을 개발한다.
PID제어와 칼만 필터 등의 기존 제어알고리즘의 문제점인 급격한 제어로 인한 조향장치의 불안정성과 최소한의 움직임(선형화)을 통하여 안정된 제어로 목표점까지 주행을 할 수 있는 확장 칼만 필터 제어 알고리즘을 비교하고, 최종으로 RTK-GPS 모듈과 IMU 모듈의 입력을 받는 확장 칼만 필터 알고리즘 개발을 목표로 한다.
정밀한 위치좌표를 제공하는 RTK-GPS 모듈과 트랙터의 동적인 움직임을 위한 관성항법시스템의 역할을 하는 IMU 모듈을 적용하여 소형트랙터의 경로오차를 최소화하는 확장 칼만 필터 알고리즘과 시스템을 개발하여, 원하는 목표좌표를 지정하는 것만으로도 최적화된 경로로 소형트랙터가 자율주행할 수 있는 최적 알고리즘 및 시스템을 개발 및 설계 제작하였다.