초음파 센서를 이용한 지도 작성 방법 및 이를 이용하는이동 로봇 document_id A220623068995

일반적으로 자율 이동 로봇(Autonomous mobile robot; 이하, 로봇)은 미지의 환경에서 사전지식 없이 스스로 그 환경에 대처할 수 있는 능력을 가진 로봇을 말한다. 이와 같은 로봇은 여러 분야에 걸쳐 두루 사용되고 있다. 예를 들면, 공장에서의 물류이송 작업, 우주탐사, 핵폐기물 처리장 또는 심해와 같이 위험한 환경에서의 작업 등과 같은 다양한 분야에서 인간을 대신하여 수행하고 있다. 이처럼 폭넓은 이용 가능성을 내재하고 있기 때문에, 로봇에 대한 연구는 사람들에게 생활의 윤택함을 그리고 기업들에게는 경제적으로 고부가가치의 시장을 제공해줄 것으로 기대되고 있다. 하지만, 종래 기술에 따른 로봇은 인지능력과 추론 능력이 매우 부족하다는 문제를 안고 있다. 따라서 많은 분야에서 로봇의 지능을 높이기 위한 연구가 이루어지고 있다. 이러한 로봇의 가장 기본적인 기능은 원하는 목표지점까지 충돌 없이 이동할 수 있어야 하는 것이다. 즉, 로봇이 생활공간 속에서 자유롭게 이동하기 위해서는 스스로 어디에 있는지를 판단할 수 있는 능력이 필요하다. 또한 주위 환경, 즉 물체들의 전체적인 위치와 윤곽을 파악하는 능력이 필요하다. 이러한 기능들은 위치측정(localization)기술 및 지도 작성(mapping)기술에 의해 수행된다. 로봇이 주위 환경에 대한 지도를 작성(mapping)하기 위해서는 기본적으로 주위환경을 인식하기 위한 센서를 구비해야 한다. 주로 이용되는 센서로는 초음파 센서, 비전센서, 레이저센서 및 적외선센서 등이 있다. 이 중 초음파 센서는 조명의 변화에 무관하고, 구조가 간단하며, 비용이 저렴할 뿐만 아니라, 장거리의 인식도 가능하다는 이점 때문에 가장 일반적으로 사용되고 있다. 초음파 센서를 이용한 주위 환경에 대한 지도 작성 기술은 크게 형상기반과 격자기반으로 나눌 수 있다. 형상기반 지도 작성법은 주위환경을 선(line)이나 점(point) 또는 원호(arc) 등의 특정 형상으로 표현하는 방법이다. 그리고, 격자 기반 지도 작성법은 로봇의 주위 환경을 작은 격자(Grid)들로 나누어 각 격자에 물체가 있을 가능성을 확률적으로 표현하는 방법으로서 확률격자지도라고도 불린다. 격자 기반 지도는 형상기반 지도와는 달리 즉각적인 지도 갱신 및 수정이 용의하며 물체의 형상에 관계없이 물체의 존재 유무를 효율적으로 표현할 수 있다는 장점이 있다. 따라서 격자 기반 지도 작성 방법을 보다 개선시키기 위해 다양한 연구가 수행되고 있다. 전술하였듯이, 격자 기반 지도를 생성하기 위해서는 초음파 센서를 사용한다. 그런데, 이러한 초음파 센서는 지향각이 넓어 물체 위치에 대한 방향 불확실성이 크고, 또 정반사(Specular Reflection) 특성에 따라 물체의 존재정보를 잘못 제공하는 경우가 많아 오류가 빈번하게 발생된다는 문제가 있다. 따라서, 초음파 센서를 사용함으로 인한 오류를 최소화하여 줄여 실제 주위 환경을 정확하게 표현할 수 있는 격자 기반 지도 작성 방법이 요구되고 있다.