비전시스템을 이용한 속도센서가 없는 이동로봇의 목표물 추종제어
Target Tracking Control of Mobile Robots in the Absence of Velocity Sensors using Vision System
- 주제(키워드) Mobile robot , Tracking control , Backstepping-like feedbacklinearization , Unknown velocity
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 좌동경
- 발행년도 2013
- 학위수여년월 2014. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000015880
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 논문은 역보행 유사 궤환선형화 제어기법을 이용하여 비홀로노믹 제한조건을 갖는 이동로봇의 목표물 추종제어 기법을 제안한다. 기존에 연구되었던 이동로봇의 추종제어하는 연구들은 이동로봇의 비선형성을 보상하기 위하여 기준좌표계의 정보를 필요로 하거나 제어기의 구조가 복잡하기 때문에 실제로 구현에 제약이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 논문에서는 이동로봇이 작업환경에 대한 다양한 정보를 획득할 수 있는 비전시스템을 사용하여 추종목표물과 이동로봇의 상대적 자세정보만을 이용한 제어기법을 제안한다. 본 논문에서 제안하는 제어기는 속도정보를 얻지 못하는 대신 이동로봇의 최대속도값을 사용하며 얻어진 영상정보를 통하여 이동로봇의 기구학에 기반한 의사선속도와 의사각속도를 설계한다. 그 후에 설계한 의사입력을 추종하도록 실제 이동로봇의 제어 입력을 설정하여 목표물 추종이 이루어지게 한다. 제안한 제어기법은 로봇과 목표물의 속도측정이 필요하지 않기 때문에 기존의 제어기법보다 더 적은 정보를 사용하여 이동로봇의 제어가 가능하다. 리아푸노프 안정성 해석 기법을 이용하여 제어기의 안정성을 확인하였고, 모의실험과 실제 이동로봇을 이용한 실험을 통하여 본 논문에서 제안하는 제어기법이 속도센서가 없는 상태에서도 안정적으로 목표물을 추종할 수 있음을 검증하였다.
more초록/요약
This paper proposes a target tracking control method for wheeled mobile robots with nonholonomic constraints by using a backstepping-like feedback linearization. The previous studies on the tracking control of the mobile robots require posture information in reference frame to compensate for nonlinear terms of the mobile robot or have limitations in actual implementations of the systems due to complexity of structure of the controllers. For the target tracking, we apply a vision system to mobile robots to obtain the relative posture information between the mobile robot and the target. The robots do not use the sensors to obtain the velocity information in this paper and therefore assumed the unknown velocities of both mobile robot and target. Instead, the proposed method uses only the maximum velocity information of the mobile robot and target. First, the pseudo command for the forward linear velocity and the heading direction angle are designed based on the kinematics by using the obtained image information. Then, the actual control inputs are designed to make the actual forward linear velocity and the heading direction angle follow the pseudo commands. Even with the fewer information compared with the previous methods using the velocity information obtained through either measurement or estimation, the proposed method can achieve the expected performance of the tracking control. The stability analysis of the overall wheeld mobile robot control system is performed using the Lyapunov stability method. Through simulations and experiments for the mobile robot we have confirmed that the proposed control method is able to track target even when the velocity sensors are not used at all.
more목차
목차
제 1 장 서론 1
1.1 연구배경 1
1.2 연구내용 3
1.2 논문구성 4
제 2 장 두 바퀴 구동형 이동로봇의 기구학 5
2.1 이동로봇의 기구학 5
2.2 상대적 오차 획득을 위한 좌표변환 8
제 3 장 제어기 설계 11
제 4 장 모의실험 16
4.1 모의실험 환경 설정 16
4.2 직선으로 움직이는 목표물 추종 17
4.3 곡선으로 움직이는 목표물 추종 20
4.4 시간에 따라 속도가 변하는 목표물 추종 24
제 5 장 실험 결과 28
5.1 실험 환경 설정 28
5.1.1 비전시스템 28
5.1.2 이동로봇 29
5.2 직선으로 움직이는 목표물 추종 31
5.3 시간에 따라 속도가 변하는 목표물 추종 34
제 6 장 결론 38
참고문헌 39
목차
그 림 목 차
그림 1 제안된 이동로봇의 추종제어 시스템 블록도 4
그림 2 직각좌표계에서의 추종목표물과 추종로봇의 기구학 모델 5
그림 3 추종목표물과 추종로봇의 추종목표물을 원점으로 하는 좌표변환 8
그림 4 추종목표물과 추종로봇의 추종목표점을 원점으로 하는 좌표변환 10
그림 5 상황 1에서의 추종목표물과 추종로봇의 이동궤적 17
그림 6 상황 1에서의 추종거리오차 17
그림 7 상황 1에서의 추종각도오차 18
그림 8 상황 1에서의 의사선속도 18
그림 9 상황 1에서의 의사각속도 19
그림 10 상황 1에서의 변수 추정값 19
그림 11 상황 2에서의 추종목표물과 추종로봇의 이동궤적 20
그림 12 상황 2에서의 추종거리오차 21
그림 13 상황 2에서의 추종각도오차 21
그림 14 상황 2에서의 의사선속도 22
그림 15 상황 2에서의 의사각속도 22
그림 16 상황 2에서의 변수 추정값 23
그림 17 상황 3에서의 추종목표물과 추종로봇의 이동궤적 24
그림 18 상황 3에서의 추종거리오차 24
그림 19 상황 3에서의 추종각도오차 25
그림 20 상황 3에서의 의사선속도 25
그림 21 상황 3에서의 의사각속도 26
그림 22 상황 3에서의 변수 추정값 26
그림 23 실험에 사용한 표적 28
그림 24 실험에 사용한 이동로봇 30
그림 25 상황 4에서의 추종목표물과 추종로봇의 이동궤적 31
그림 26 상황 4에서의 추종거리오차 31
그림 27 상황 4에서의 추종각도오차 32
그림 28 상황 4에서의 의사선속도 32
그림 29 상황 4에서의 의사각속도 33
그림 30 상황 4에서의 변수 추정값 33
그림 31 상황 5에서의 추종목표물과 추종로봇의 이동궤적 34
그림 32 상황 5에서의 추종거리오차 35
그림 33 상황 5에서의 추종각도오차 35
그림 34 상황 5에서의 의사선속도 36
그림 35 상황 5에서의 의사각속도 36
그림 36 상황 5에서의 변수 추정값 37
목차
표 목 차
표 1 모의실험에서의 추종목표물과 이동로봇의 초기위치 및 속도 ........................... 16
표 2 실험에서의 추종목표물과 이동로봇의 초기위치 및 속도 .................................. 30
