ROS 기반 자율주행 로봇의 센서에 따른 SLAM 성능 비교연구 = A Comparative Study on SLAM performance According to the Sensors of ROS based Autonomous Mobile Robot

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 ROS를 운영체제로 하는 표준 로봇인 터틀봇에 장착된 센서인 엔코더, 관성 측정 유닛 (IMU) 및 라이다 등의 동작 특성을 분석하고 이를 기반으로 각각의 독립된 한 개의 센서만을 가지고 주행한 결과와 모든 세개의 센서를 동시에 융합하여 동작시켜서 얻은 주행의 결과를 비교 분석하는 연구에 관한 것이다.
특히 본 연구에서 사용한 로보티즈사의 ROS기반 로봇인 Turtlebot3 Waffle Pi를 가지고 실험하였으며 각각의 센서들이 제공된 사양에 따라 오차범위 내에서 작동하고 있는지를 분석 확인하였고, 실제 주어진 조건에서 주행한 결과가 예측한 데로 움직였는지 확인하는 연구를 진행하였다.
하나의 센서에 의한 주행결과보다는 세개의 센서를 융합하여 주행결과가 정해진 경로 추적에 있어서 뛰어난 성능을 보여 주고 있음을 확인하였다.
센서 융합을 통한 SLAM에서는 GMapping을 사용하였으며 센서의 융합에 의한 주행 테스트는 예상과는 다르게 매끄러운 주행성능 결과를 보이지는 않았다. 이는 샘플링 주기가 다른 각각의 센서 데이터를 융합하면서 발생하는 오차이거나 depth camera와 같은 외부 시각 정보가 없이 내부 정보만으로 주행한 결과인 것으로 판단된다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1.1 연구 배경 1
• 1.2 연구 내용 및 목표 2
• Ⅱ. 자율주행 로봇의 하드웨어 구성 3
• 2.1 하드웨어 플렛폼 구성 3
• 2.2 임베디드 보드 및 MCU 사양 5
• 2.3 다이나믹셀의 기본 동작 및 상태 확인 7
• 2.4 관성 측정 유닛의 기본 동작 및 상태 확인 10
• 2.5 라이다의 기본 동작 및 상태 확인 13
• Ⅲ. 자율주행 로봇의 센서에 따른 SLAM 성능 비교를 위한 소프트웨어 구성 및 기초 실험 17
• 3.1 ROS의 개념과 활용 17
• 3.2 센서에 따른 주행결과를 보기 위한 실험 방법 정의 24
• 3.3 엔코더만 사용한 주행결과 25
• 3.4 엔코더와 관성 측정 유닛을 같이 사용한 주행결과 27
• Ⅳ. ROS기반 실내 자율주행 로봇의 센서 융합에 따른 주행결과 29
• 4.1 명령어 Tool을 이용한 SLAM & Navigation 29
• 4.2 ROS 기반의 센서 융합에 따른 주행결과 38
• Ⅴ. 결론 41
• 참고문헌 42
• Abstract 44
• 감사의 글 45