주행 로봇을 위한 모터의 임피던스 변화를 이용한 지면 인식

Abstract

서비스 로봇과 청소 로봇 같은 주행 로봇은 최단거리를 중복되는 부분과 누락부분 없이 최대 한 짧은 경로와 최단 시간 동안 임무를 마치는 기능이 요구된다. 이러한 요구를 충족하기 위해서 필수적으로 요구되는 기술이 정확한 거리를 주행하는 주행 기술이다. 실내 지면은 장판, 대리석, 카펫 등 다양하게 구성되어 있으며 이러한 다양한 지면은 로봇 주행 시 미끄러짐이 발생하여 주행 오차와 에너지 손실을 유발한다. 로봇이 주행 전 미리 지면을 인식하여 미끄러짐을 보상한다면, 지면에 따라 발생하는 미끄러짐을 최소화 시켜 로봇의 주행 오차를 줄이고 미끄러짐 때문에 발생하는 에너지 손실을 막을 수 있다. 본 논문은 주행 로봇을 위한 모터의 임피던스 변화를 이용한 지면 인식 방법을 제안하였다. 청소로봇에는 바닥을 쓸거나 구석의 먼지를 제거하기 위해 측면 회전 솔이 장착되어 있다. 본 연구는 기존에 존재하는 측면 회전 솔 모터의 임피던스 변화를 이용하여 지면을 인식하는 것이다. 나무, 대리석, 카펫 등의 지면 위에서 측면 회전 솔이 회전하면 지면과 측면 회전 솔 사이의 마찰에 의해 회전 솔 모터가 부하를 받게 되고 임피던스 변화가 발생한다. 이때 모터의 임피던스 변화를 이용하여 지면을 인식하는 방법이다. 제안된 지면 인식 방법은 수학적 모델과 MATLAB SIMULINK를 이용하여 시뮬레이션을 수행 하여 검증 하였다. 체계적인 지면 인식 실험을 위하여 실험계획법을 활용하였다. 실험계획법을 통하여 실험의 최적 조건을 구하였고 카펫 4종류, 사무실용 바닥재, 장판, 대리석, 나무 등 8종류의 지면에서 실험을 실시하였다. 주행 로봇에 적용하기 위하여 주행 중 지면 인식 실험도 실시하였다. 그 결과, 모터의 임피던스 변화를 이용한 지면인식 방법이 반복적인 실험에서도 변함 없이 인식 결과를 유지함으로써 제안한 지면 인식 방법을 검증하였다.