목표물 조작을 위한 전방향 모바일 매니퓰레이터의 강인 영상기반 비주얼 서보잉
Robust Image-Based Visual Servoing of Omni-directional Mobile Manipulator for Object Manipulation
- 주제(키워드) 비주얼 서보잉 , 강인 제어 , 전방향 모바일 매니퓰레이터
- 주제(DDC) 621.381
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 좌동경
- 발행년도 2021
- 학위수여년월 2021. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000031158
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 논문에서는 전방향 이동로봇과 매니퓰레이터가 결합된 전방향 모바일 매니퓰레이터 시스템의 영상기반 비주얼 서보잉(image-based visual servoing, IBVS)을 이용하여 목표물을 강인하게 조작할 수 있는 방법을 제안한다. 카메라로부터 취득한 영상 특징점을 직접 로봇 제어 루프에 사용하여 로봇을 제어하는 기법인 영상기반 비주얼 서보잉은 비구조화된 환경에서도 뛰어난 제어 성능을 보이며 다양한 목표물을 유연하게 조작하기에 용이하다. 그러나, 목표물이 영상 평면 상에 투영되면서 발생하는 거리 추정 문제와 영상 특징점의 취득 과정에서 발생하는 불확실성 등의 문제들은 로봇이 영상기반 비주얼 서보잉을 통해 목표물을 조작하는 것을 어렵게 한다. 따라서, 본 논문에서는 영상기반 비주얼 서보잉을 활용하여 목표물에 강인하게 접근할 수 있도록 불확실성과 외란에 강한 비선형 강인 제어기를 설계한다. 영상기반 비주얼 서보잉에 필요한 목표물과 카메라 간의 거리 정보는 복잡한 수학적 증명과정 없이 입출력 데이터와 네트워크 모델을 통해 높은 수준의 근사함수를 생성할 수 있는 다층 인공신경망 기반의 거리 추정기를 설계하여 취득한다. 또한, 영상기반 비주얼 서보잉을 통해 목표물에 접근한 이후 전방향 모바일 매니퓰레이터가 직접적으로 목표물을 조작하기 위해 완만한 커브의 형태인 3차 스플라인 보간법 기반의 궤적 생성기를 설계한다. 이러한 전방향 모바일 매니퓰레이터의 모션은 3가지 시퀀스로 구분하며 로봇의 주행 과정, 로봇을 이용한 목표물의 정렬 과정, 목표물의 조작 과정으로 구성된다. 각 시퀀스는 영상 특징점 오차와 이전 시퀀스 정보에 따른 스위칭 룰에 의해 모션을 수행하게 된다. 최종적으로 설계한 시스템은 실제 실험환경과 유사한 모의실험과 실제 실험을 통해 제안된 방법의 성능과 타당성을 검증한다.
more목차
1. 서론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구 내용 3
1.3 논문 구성 3
2. 강인 영상기반 비주얼 서보잉 설계 4
2.1 카메라 시스템 모델링 5
2.2 강인 영상기반 비주얼 서보잉 제어기 설계 7
2.3 전방향 모바일 매니퓰레이터 시스템 모델링 13
2.4 다층 인공신경망 기반 목표물 거리 추정기 설계 18
2.5 삼차 스플라인 보간법을 이용한 궤적 생성기 설계 20
2.6 목표물 조작을 위한 스위칭 룰 설계 22
3. 모의실험 및 실험 25
3.1 실험 환경 25
3.2 모의 실험 27
3.3 실험 34
4. 결론 및 향후 연구 방향 42
참고문헌 43
Abstract 45
