KR20120025839A - Calibrating method of odometry error of 2-wheel mobile robot - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 2-륜 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2-륜 이동 로봇에서 발생하는 오도메트리 오차(Odometry error) 중 계통적 오차(Systematic error), 즉 휠 직경 오차(Wheel diameter error)와 휠 간격 오차(Wheelbase error)가 동시에 발생하는데 기인한 오도메트리 오차를 보다 정확히 보정할 수 있는 2-륜 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for correcting the odometry error of a two-wheeled mobile robot, and more particularly, to a systematic error (ie, wheel diameter) among odometry errors generated in a two-wheeled mobile robot. The present invention relates to a method for correcting an odometry error of a two-wheel mobile robot, which can more accurately correct an odometry error caused by simultaneous occurrence of a wheel diameter error and a wheelbase error.
2-륜(2-Wheel) 이동 로봇에 대한 포즈 인식 방법에 대한 연구는 다양하게 진행되고 있으며, 이러한 포즈 인식 방법 중 이동 로봇의 휠에 설치된 휠 엔코더(Wheel encoder)를 이용한 오도메트리(Odometry)가 널리 알려져 있다. 순수 오도메트리에 의한 이동 로봇의 포즈 추정은 환경적인 변화나 환경에 대한 이전 지식을 요구하지 않는 특성이 있다.There are various researches on pose recognition methods for 2-wheel mobile robots. Among these pose recognition methods, Odometry using wheel encoders installed on wheels of mobile robots is performed. Is widely known. The pose estimation of a mobile robot by pure odometry does not require environmental changes or previous knowledge of the environment.
이동 로봇 분야에서 오도메트리의 포즈 추정에 오류를 발생시키는 오차의 원인은 일반적으로 2가지 유형으로 분류되고 있다. 첫 번째 오차 원인은 계통적 오차(Systematic error)로, 이는 오차 원인이 이동 로봇에 내재되어 결정된 상태의 원인에 해당한다. 계통적 오차의 원인으로는 2개의 휠 직경의 불일치, 휠의 미스얼라인먼트(Misalignment), 그리고 기구학적인 모델링 오차(Kinematic modeling error) 등이 있다. In the field of mobile robots, errors that cause errors in pose estimation of odometry are generally classified into two types. The first cause of the error is systematic error, which corresponds to the cause of the state in which the error cause is inherent in the mobile robot. Sources of systematic errors include discrepancies in two wheel diameters, wheel misalignment, and kinematic modeling errors.
나머지 하나의 오차 원인은 비계통적 오차(Non-systematic error)이며, 이는 확률적 오차에 속한다. 비계통적 오차의 원인으로는 불규칙한 지면과 같은 환경적인 원인이나, 휠의 미끄러짐(Slippage) 현상 등이 있다. 이와 같은 비계통적 오차는 즉각적인 보정이 불가능하다. 만약, 비계통적 오차가 증가하게 되면, 이동 로봇의 포즈 추정을 위한 학문적인 오도메트리의 실제 적용은 어려워진다.The other source of error is non-systematic error, which is a stochastic error. The causes of non-systemic errors include environmental causes such as irregular ground, slippage of wheels, and the like. Such non-systematic errors cannot be corrected immediately. If the non-systematic error increases, the practical application of the academic odometry for the pose estimation of the mobile robot becomes difficult.
순수 오도메트리(Pure odometry)는 상기와 같은 오차가 발생할 때, 오차가 누적되는 문제점을 갖고 있다. 그러나, 오도메트리 오차의 누적에도 불구하고, 계통적 오차의 보정은 계통적 오차가 이동 로봇에 내재되어 결정된 상태의 원인이라는 점에서 오차의 보정이 가능하다. 따라서, 계통적 오차를 감소시키기 위한 노력은 오도메트리의 정확성을 향상시키는데 즉각적으로 영향을 미치게 되므로, 근래에 이에 대한 연구가 활발해지고 있다.Pure odometry has a problem in that errors accumulate when such errors occur. However, despite the cumulative odometry error, the correction of the systematic error is possible because the systematic error is the cause of the determined state inherent in the mobile robot. Therefore, efforts to reduce systematic errors have an immediate effect on improving the accuracy of the odometry, and research on this has been actively conducted in recent years.
J. Borenstein과 L. Feng는 논문 『Correction of Systematic Odometry Errors in Mobile Robots, IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems, pp. 569-574, Pittsburgh, PA, August, 1995.』에서 2-륜 차동 이동 로봇(Two-wheeled differential drive mobile robot)에 대한 실질적인 보정 방법을 제안하고 있다. 이 논문에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 2-륜 이동 로봇이 사각 경로를 따라 주행한 후, 최종적인 위치 오차를 모니터링하여 오도메트리 오차를 보정하고 있다. 일반적으로 상기 논문에 게시된 오도메트리 오차 보정 모델을 UMBmark 오차 보정 모델이라 한다.J. Borenstein and L. Feng wrote in the paper `` Correction of Systematic Odometry Errors in Mobile Robots, IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems, pp. 569-574, Pittsburgh, PA, August, 1995. A practical calibration method for a two-wheeled differential drive mobile robot is proposed. In this paper, as shown in Fig. 1, after the two-wheeled mobile robot travels along the rectangular path, the final position error is monitored to correct the odometry error. In general, the odometry error correction model published in the paper is called a UMBmark error correction model.
UMBmark 오차 보정 모델은 계통적 오차를 비교적 정확하게 보정해낸다는 유용성이 입증되었다. 그러나, 계통적 오차를 보정하기 위해 고려하여야 하는 중요한 문제는 휠 직경 오차와 휠 간격 오차가 동시에 발생한다는 점이다. UMBmark 오차 보정 모델은 휠 직경 오차와 휠 간격 오차가 완전히 독립적으로 발생한다는 가정에서 수립되어, 부정확성을 일정 부분 안고 있는 문제점이 있다.The UMBmark error correction model has proven useful for correcting systematic errors relatively accurately. However, an important problem to consider for correcting systematic errors is that wheel diameter error and wheel gap error occur at the same time. The UMBmark error correction model is established on the assumption that the wheel diameter error and the wheel gap error occur completely independently, which has some problems of inaccuracy.
보다 구체적으로 설명하면, UMBmark 오차 보정 모델은 2-륜 이동 로봇을 미리 정의된 사각형 경로를 따라 시계방향과 반시계방향으로 주행시킨 뒤 최종 위치만을 측정하여 계통적 오차를 보정하는 기법이다. 여기서, 오도메트리를 부정확하게 하는 계통적 오차는 상술한 바와 같이, 휠 간격 오차와 휠 직경 오차이며, 휠 간격 오차와 휠 직경 오차에 의해 테스트 트랙을 돌고 난 후의 이동 로봇의 최종 위치는 초기 출발 위치로부터 벗어나게 된다.In more detail, the UMBmark error correction model is a technique of correcting systematic errors by running a two-wheeled mobile robot clockwise and counterclockwise along a predefined square path and measuring only the final position. Here, as described above, the systematic error that makes the odometry inaccurate is a wheel gap error and a wheel diameter error, and the final position of the mobile robot after turning the test track by the wheel gap error and the wheel diameter error is an initial starting position. To get away from it.
이 때, 이동 로봇의 실제 움직임에 있어, 휠 간격 오차와 휠 직경 오차는 서로 커플(couple)되어 최종 위치 오차를 유발하게 되지만, UMBmark 오차 보정 모델에서는 최종 위치 오차에 대한 영향이 휠 간격 오차와 휠 직경 오차에 의한 영향이 독립적으로 발생한다고 가정하게 된다. 이러한 가정을 기반으로, UMBmark 오차 보정 모델에서는 휠 간격 오차와 휠 직경 오차 각각이 최종 위치에 미치는 영향을 구하고, 이를 합산함으로써 두 원인에 의한 계통적 오차를 보정하게 된다. UMBmark 오차 보정 모델에서는 휠 간격 오차와 휠 직경 오차에 의한 영향을 각각 타입 A 오차(Type A error)와 타입 B 오차(Type B error)로 정의하고 있다.In this case, in the actual movement of the mobile robot, the wheel gap error and the wheel diameter error are coupled to each other to cause a final position error, but in the UMBmark error correction model, the influence on the wheel gap error and the wheel It is assumed that the influence of the diameter error occurs independently. Based on these assumptions, the UMBmark error correction model calculates the influence of each of the wheel gap error and the wheel diameter error on the final position and sums them to correct the systematic error due to the two causes. In the UMBmark error correction model, the influence of the wheel spacing error and the wheel diameter error is defined as Type A error and Type B error, respectively.
도 2는 타입 A 오차를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 타입 B 오차를 설명하기 위한 도면이다. 타입 A 오차는 계통적 오차 중 휠 간격 오차만이 존재하고 휠 직경 오차는 발생하지 않은 상태를 가정하고, 반대로 타입 B 오차는 계통적 오차 중 휠 직경 오차만이 존재하고 휠 간격 오차는 발생하지 않은 상태를 가정한다.2 is a diagram for describing a type A error, and FIG. 3 is a diagram for describing a type B error. Type A error assumes that there is only wheel gap error and no wheel diameter error among systematic errors. On the contrary, type B error indicates that there is only wheel diameter error and no wheel gap error among systematic errors. Assume
그러나, 상술한 바와 같이, UMBmark 오차 보정 모델에서는 휠 간격 오차와 휠 직경 오차가 독립적으로 발생한다고 가정하고 있기 때문에 실제 이동 로봇의 움직임에 있어서 계통적 오차를 발생시키는 주요 원인인 휠 간격 오차와 휠 직경 오차가 서로 커플되어 동시에 이동 로봇의 최종 위치 오차에 미치는 영향을 반영하지 못하는 문제점이 있다.However, as described above, in the UMBmark error correction model, since the wheel gap error and the wheel diameter error are assumed to occur independently, the wheel gap error and the wheel diameter error, which are the main causes of the systematic error in the movement of the actual mobile robot, are assumed. Are coupled to each other and do not reflect the effect on the final position error of the mobile robot at the same time.
일반적으로 UMBmark 오차 보정 모델에서 이동 로봇의 오도메트리 계산은 아래의 [수학식 1] 내지 [수학식 4]를 이용한다.In general, the calculation of the odometry of the mobile robot in the UMBmark error correction model uses
[수학식 1][Equation 1]
[수학식 2][Equation 2]
[수학식 3]&Quot; (3) "
[수학식 4]&Quot; (4) "
상기 [수학식 1] 내지 [수학식 4]에서, xk는 시간 k에서 이동 로봇의 x 방향에서의 위치이고, yk는 시간 k에서 이동 로봇의 y 방향에서의 위치이고, θk는 시간 k에서 이동 로봇의 증가 주행 방향(Heading direction)이다. 그리고, ΔdR과 ΔdL은 각각 우측 휠과 좌측 휠에 대한 주행 변위(Incremental travel displacement)이고, Δθ는 이동 로봇에 대한 증가 각도(Incremental angle)이다.In
또한, DR과 DL은 각각 우측 휠과 좌측 휠의 명목 직경(Nominal diameter)이고, NR과 NL은 각각 우측 휠과 좌측 휠의 증가된 엔코더 펄스이며, ReR과 ReL은 각각 우측 휠과 좌측 휠의 엔코더 해상도(Encoder resolution)이다.Also, D R and D L are the nominal diameters of the right and left wheels respectively, N R and N L are the increased encoder pulses of the right and left wheels respectively, and Re R and Re L are respectively right Encoder resolution of the wheel and left wheel.
만약, 이동 로봇의 좌측 휠과 우측 휠의 휠 직경이 동일하지 않고, 도 5에 도시된 바와 같이, 우측 바퀴의 직경이 미세하게 크다고 가정, 즉 휠 직경 오차가 존재하는 것으로 가정하고, 휠 직경의 측정 오차로 인해 이동 로봇에 휠 직경이 동일하다고 설정되는 경우에는, 이동 로봇을 직진으로 주행시키기 위해선 좌측 휠과 우측 휠의 회전 속도를 동일하게 입력하게 된다.If the wheel diameters of the left wheel and the right wheel of the mobile robot are not the same, and as shown in FIG. 5, it is assumed that the diameter of the right wheel is finely large, that is, a wheel diameter error exists, When the wheel diameters are set to be the same in the mobile robot due to the measurement error, the rotation speeds of the left wheel and the right wheel are equally input in order to drive the mobile robot straight.
이 경우, 양쪽 바퀴의 각속도가 동일하고 휠 직경이 동일하다고 설정되어 있기 때문에, 오도메트리 계산에서는 휠 간격 오차의 유무와 무관하게 이동 로봇이 직진하는 것으로 나타나는데, 이동 로봇의 실제 움직임에서는 우측 휠이 미세하기 크기 때문에 우측 바퀴의 이동량이 많아져, 도 4에 도시된 바와 같이, 이동 로봇의 움직임이 왼쪽으로 치우치게 된다.In this case, since the angular velocities of both wheels are set to be the same and the wheel diameters are the same, the odometry calculation shows that the mobile robot goes straight regardless of the presence or absence of wheel gap error. Since the size is fine, the movement amount of the right wheel increases, and as shown in FIG. 4, the movement of the mobile robot is biased to the left.
여기서, 휠 간격 오차가 존재하는 것으로 가정하면, [수학식 1] 내지 [수학식 4]를 이용한 오도메트리 계산에서 휠 직경 오차에 의한 위치 오차가 나타나지 않게 되며, 이는 [수학식 3]에서 방향, 이동 로봇에 대한 증가 각도인 Δθ를 계산하는데 있어 좌측 휠과 우측 휠의 이동량이 동일해서 로봇의 주행 방향이 변하지 않는 것으로 계산되기 때문이다. 따라서, 이러한 결과는 정확한 오도메트리 오차 보정을 저해하는 요인으로 작용하게 된다. Here, assuming that the wheel gap error exists, the position error due to the wheel diameter error does not appear in the calculation of the odometry using the equations (1) to (4), which is the direction in [Equation 3] This is because the driving direction of the robot is not changed because the amount of movement of the left wheel and the right wheel is the same in calculating Δθ, which is an increase angle with respect to the mobile robot. Therefore, this result acts as a factor that hinders accurate odometry error correction.
또한, UMBmark 오차 보정 모델에서의 타입 B 오차(Type B error)에서는 휠 직경 오차만 존재하고, 휠 간격 오차는 없는 것으로 가정하는데, 휠 간격의 측정 오차가 없다고 하더라도, 도 5에 도시된 바와 같이, 직진 주행 후 90°회전하는 주행 제어시, 이동 로봇의 실제 움직임은 90ㅀ가 아닌 다른 각도로 회전하게 된다. 이는 2-륜 이동 로봇이 휠의 구름 운동에 의하여 방향을 전환하는데 있어 좌측 횔과 우측 휠 간격이 휠의 구름 운동으로 전환되는데 있어 휠 직경 오차로 인해, 도 5에 도시된 바와 같이 오차가 나타나기 때문이다.In addition, assuming that there is only a wheel diameter error and no wheel gap error in the type B error in the UMBmark error correction model, even if there is no measurement error in the wheel gap, as shown in FIG. In driving control that rotates 90 ° after driving straight, the actual movement of the mobile robot rotates at an angle other than 90 °. This is because the two-wheeled mobile robot turns the wheel by rolling motion of the wheel and the left wheel and the right wheel gap are converted into rolling motion of the wheel due to the wheel diameter error. As shown in FIG. to be.
따라서, UMBmark 오차 보정 모델을 이용하여서는 계통적 오차인 휠 간격 오차와 휠 직경 오차가 동시에 발생하는 경우를 정확히 보정하는 데에는 한계가 있다.
Therefore, there is a limit in accurately correcting the case where the wheel gap error and the wheel diameter error, which are systematic errors, occur simultaneously using the UMBmark error correction model.
이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 안출된 것으로서, 2-륜 이동 로봇에서 발생하는 오도메트리 오차 중 계통적 오차, 즉 휠 직경 오차와 휠 간격 오차가 동시에 발생하는데 기인한 오도메트리 오차를 보다 정확히 보정할 수 있는 2-륜 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, the odometry due to the systematic error, that is, the wheel diameter error and the wheel spacing error occurs at the same time among the odometry errors generated in the two-wheel mobile robot An object of the present invention is to provide an error correction method for odometry of a two-wheeled mobile robot capable of correcting errors more accurately.
상기 목적은 본 발명에 따라, 2-륜 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법에 있어서, (a) 적어도 하나의 직진 구간과 적어도 하나의 방향 전환 구간을 갖는 테스트 트랙의 주행에 따른 2-륜 이동 로봇의 휠 간격 오차와 휠 직경 오차에 대해 모델링된 계통적 오차 보정 모델이 설정되는 단계와, (b) 상기 테스트 트랙을 따라 보정 대상 2-륜 이동 로봇이 주행하는 단계와, (c) 상기 테스트 트랙 상의 테스트 종료 지점과 상기 보정 대상 2-륜 이동 로봇의 오도메트리 상의 오도메트리 종료 지점 간의 위치 오차에 기초하여 계통적 오차 파라미터를 산출하는 단계와, (d) 상기 산출된 계통적 오차 파라미터가 상기 계통적 오차 보정 모델에 적용되어 상기 보정 대상 2-륜 이동 로봇의 계통적 오차가 보정되는 단계를 포함하며; 상기 계통적 오차 보정 모델은 상기 휠 간격 오차와 상기 휠 직경 오차에 의해 발생하는 상기 2-륜 이동 로봇의 주행 방향에 대한 오차의 보정을 위한 제1 타입 오차 보정 모델을 포함하는 것을 특징으로 하는 2-륜 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법에 의해서 달성된다.According to the present invention, in the method of correcting the odometry error of a two-wheel mobile robot, (a) two-wheel movement in accordance with the running of the test track having at least one straight section and at least one direction change section Setting a systematic error correction model modeled for the wheel gap error and the wheel diameter error of the robot; (b) driving the two-wheeled robot to be corrected along the test track; and (c) the test track. Calculating a systematic error parameter based on a position error between a test end point of the image and an end point of the odometry on the odometry of the two-wheeled robot to be corrected; and (d) the calculated systematic error parameter is determined based on the systematic error parameter. Applying to an error correction model to correct systematic errors of the two-wheeled robot to be corrected; The systematic error correction model includes a first type error correction model for correcting an error with respect to a driving direction of the two-wheeled mobile robot caused by the wheel gap error and the wheel diameter error. It is achieved by the method of correcting the odometry error of the wheeled robot.
여기서, 상기 계통적 오차 보정 모델은 상기 휠 직경 오차에 의해 상기 직선 구간에서 발생하는 오차의 보정을 위한 제2 타입 오차 보정 모델을 더 포함하며; 상기 제2 타입 오차 보정 모델은 UMBmark 오차 보정 모델의 Type B 오차 보정 모델로 설정될 수 있다.Wherein the systematic error correction model further includes a second type error correction model for correction of an error occurring in the straight section by the wheel diameter error; The second type error correction model may be set as a Type B error correction model of the UMBmark error correction model.
그리고, 상기 (b) 단계는 (b1) 상기 보정 대상 2-륜 이동 로봇이 제1 방향으로 상기 테스트 트랙을 따라 주행하는 단계와, (b2) 상기 보정 대상 2-륜 이동 로봇이 상기 제1 방향의 반대의 제2 방향으로 상기 테스트 트랙을 따라 주행하는 단계를 포함하며; 상기 제1 타입 오차 보정 모델 및 상기 제2 타입 오차 보정 모델은 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향으로의 상기 테스트 트랙의 주행에 따른 상기 2-륜 이동 로봇의 위치 오차에 대해 모델링될 수 있다.The step (b) includes (b1) the calibration target two-wheel mobile robot traveling along the test track in a first direction, and (b2) the calibration target two-wheel mobile robot moving in the first direction. Driving along the test track in a second opposite direction of; The first type error correction model and the second type error correction model may be modeled with respect to a position error of the two-wheeled mobile robot according to driving of the test track in the first direction and the second direction.
또한, 상기 제1 타입 오차 보정 모델은 상기 휠 직경 오차에 따라 상기 직선 구간과 상기 방향 전환 구간에서 발생하는 상기 2-륜 이동 로봇의 주행 방향에 대한 오차와 상기 휠 간격 오차에 따라 상기 방향 전환 구간에서 발생하는 상기 2-륜 이동 로봇의 주행 방향에 대한 오차가 반영되어 모델링될 수 있다.The first type error correction model may include the direction change section according to an error in a driving direction of the two-wheeled mobile robot and the wheel spacing error generated in the straight section and the direction change section according to the wheel diameter error. An error with respect to a driving direction of the two-wheeled mobile robot generated at may be reflected and modeled.
그리고, 상기 휠 간격 오차에 따라 상기 방향 전환 구간에서 발생하는 상기 2-륜 이동 로봇의 주행 방향에 대한 오차는 상기 UMBmark 오차 보정 모델의 Type A 오차 보정 모델에 기초하여 모델링될 수 있다.The error of the driving direction of the two-wheeled mobile robot generated in the direction change section according to the wheel gap error may be modeled based on the Type A error correction model of the UMBmark error correction model.
여기서, 상기 (c) 단계에서 산출되는 상기 계통적 오차 파라미터는 상기 제1 타입 보정 모델에 적용되는 제1 타입 오차 파라미터와, 상기 제1 타입 보정 모델에 적용되는 제2 타입 오차 파라미터를 포함하며; 상기 제1 타입 오차 파라미터는 수학식 
Wherein the systematic error parameter calculated in step (c) includes a first type error parameter applied to the first type correction model and a second type error parameter applied to the first type correction model; The first type error parameter is
상기와 같은 구성을 통해, 2-륜 이동 로봇에서 발생하는 오도메트리 오차 중 계통적 오차, 즉 휠 직경 오차와 휠 간격 오차가 동시에 발생하는데 기인한 오도메트리 오차를 오도메트리 오차 보정에 반영함으로써, 보다 정확한 오차 보정이 가능한 2-륜 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법이 제공된다.
Through the above configuration, by reflecting the odometry error caused by the systematic error, that is, the wheel diameter error and the wheel spacing error at the same time among the odometry errors generated in the two-wheel mobile robot by reflecting to the error correction In addition, there is provided a method for correcting the odometry error of a two-wheeled mobile robot, which enables more accurate error correction.
도 1은 J. Borenstein과 L. Feng의 논문에 개시된 UMBmark 오차 보정 모델의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 UMBmark 오차 보정 모델의 타입 A 오차를 설명하기 위한 도면이고,
도 3은 UMBmark 오차 보정 모델의 타입 B 오차를 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 휠 직경 오차가 존재할 때의 2-륜 이동 로봇의 주행 예를 도시한 도면이고,
도 5는 방향 전환 구간에서 계통적 오차에 따라 발생하는 2-륜 이동 로봇의 주행 방향에 대한 오차를 설명하기 위한 도면이고,
도 6은 본 발명에 따른 2-륜 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 2-륜 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법의 효과를 설명하기 위한 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a view for explaining the concept of the UMBmark error correction model disclosed in the papers of J. Borenstein and L. Feng.
2 is a view for explaining the type A error of the UMBmark error correction model,
3 is a view for explaining the type B error of the UMBmark error correction model,
4 is a diagram showing an example of traveling of a two-wheeled mobile robot when there is a wheel diameter error;
5 is a view for explaining the error of the driving direction of the two-wheeled mobile robot generated by the systematic error in the direction change section,
6 is a view for explaining a method for correcting the odometry error of a two-wheeled mobile robot according to the present invention,
7 to 9 are graphs showing simulation results for explaining the effect of the odometry error correction method of a two-wheeled mobile robot according to the present invention.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 여기서, 본 발명에 따른 2-륜 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법을 설명하는데 있어, 도 6 내지 도 9을 참조하여 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention. Here, in describing the odometry error correction method of the two-wheeled mobile robot according to the present invention, it will be described with reference to Figs.
도 6을 참조하여 설명하면, 먼저, 본 발명에 따른 오도메트리 오차 보정 방법을 적용하기 위한 테스트 트랙을 결정한다(S60). 여기서, 본 발명에 따른 오도메트리 오차 보정 방법에서는 직선 구간과 방향 전환 구간을 갖는 테스트 트랙이 적용되는 것을 예로 하며, 도 1에 도시된 바와 같이, UMBmark 오차 보정 모델에 사용된 정사각형 형태의 테스트 트랙이 적용되는 것을 예로 한다. Referring to FIG. 6, first, a test track for applying an odometry error correction method according to the present invention is determined (S60). Here, in the method of correcting the odometry error according to the present invention, a test track having a straight section and a direction change section is applied. For example, as illustrated in FIG. 1, a test track having a square shape used in the UMBmark error correction model is illustrated. This applies to an example.
상기와 같이 테스트 트랙이 결정되면, 테스트 트랙의 주행에 따른 계통적 오차에 관한 계통적 오차 보정 모델이 모델링되어 설정된다(S61). 여기서, 본 발명에 따른 2-륜 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법에 적용되는 계통적 오차 보정 모델에 대한 상세한 설명은 후술한다.When the test track is determined as described above, a systematic error correction model related to the systematic error according to the running of the test track is modeled and set (S61). Here, a detailed description of the systematic error correction model applied to the odometry error correction method of the two-wheel mobile robot according to the present invention will be described later.
계통적 오차 모델이 설정되면, 테스트 트랙을 따라 보정 대상이 되는 2-륜 이동 로봇이 주행한다. 여기서, 본 발명에서는 보정 대상 2-륜 이동 로봇이 제1 방향, 예를 들어 시계 방향을 따라 테스트 트랙을 주행하는 과정(S62)과, 제1 방향과 반대인 제2 방향, 예컨대 반시계 방향을 따라 테스트 트랙을 주행하는 과정(S64)을 거쳐, 2-륜 이동 로봇의 최종 위치에서의 위치 오차를 측정한다.When the systematic error model is set, the two-wheeled mobile robot to be calibrated runs along the test track. Here, in the present invention, a process (S62) in which the calibration target two-wheeled mobile robot runs the test track along a first direction, for example, a clockwise direction, and a second direction opposite to the first direction, for example, a counterclockwise direction. According to the process of driving the test track (S64), the position error at the final position of the two-wheeled mobile robot is measured.
여기서, 본 발명에 따른 2-륜 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법에서는 시계 방향으로 테스트 트랙을 다수 회 주행한 후 위치 오차의 평균값을 산출하고(S63), 동일하게 반시계 방향으로 테스트 트랙을 다수 회 주행한 후 위치 오차의 평균값을 산출(S65)하여, 산출된 평균값을 이용하는 것을 예로 한다.Here, in the method for correcting the odometry error of the two-wheeled mobile robot according to the present invention, after driving the test track a plurality of times in the clockwise direction, the average value of the position error is calculated (S63), and the test track is counterclockwise. An example of using the calculated average value after calculating the average value of the position error after running a plurality of times (S65).
그런 다음, 테스트 트랙의 주행에 따라 측정된 위치 오차, 즉 상술한 평균값을 이용하여 계통적 오차 파라미터를 산출한다(S66). 그리고, 산출된 계통적 오차 파라미터를 계통적 오차 보정 모델에 적용하여 2-륜 이동 로봇의 계통적 오차를 보정하게 된다(S67).Then, the systematic error parameter is calculated using the position error measured according to the running of the test track, that is, the above-described average value (S66). Then, the calculated systematic error parameter is applied to the systematic error correction model to correct the systematic error of the two-wheeled mobile robot (S67).
이하에서는 본 발명에 따른 2-륜 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법에 적용되는 계통적 오차 모델에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a systematic error model applied to the method for correcting the odometry error of the two-wheeled mobile robot according to the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 2-륜 이동 로봇의 오차 보정 모델은 휠 간격 오차와 휠 직경 오차에 의해 발생하는 2-륜 이동 로봇의 주행 방향에 대한 오차의 보정을 위한 제1 타입 오차 보정 모델을 포함한다.The error correcting model of the two-wheeled mobile robot according to the present invention includes a first type error correcting model for correcting an error in a driving direction of the two-wheeled mobile robot caused by a wheel gap error and a wheel diameter error.
여기서, 제1 타입 오차 보정 모델은 휠 직경 오차에 따라 테스트 트랙의 직선 구간과 방향 전환 구간에서 발생하는 2-륜 이동 로봇의 주행 방향에 대한 오차와, 휠 간격 오차에 따라 방향 전환 구간에서 발생하는 2-륜 이동 로봇의 주행 방향에 대한 오차가 반영되어 모델링된다. 즉, 휠 직경 오차와 휠 간격 오차, 두가지가 동시에 발생함에 따라 테스트 트랙의 주행 중에 발생하는 2-륜 이동 로봇의 주행 방향에 대한 오차가 함께 반영된다.Here, the first type error correction model is an error in the driving direction of the two-wheel mobile robot generated in the straight section and the direction change section of the test track according to the wheel diameter error, and generated in the direction change section according to the wheel spacing error The error of the driving direction of the two-wheeled mobile robot is reflected and modeled. That is, as both the wheel diameter error and the wheel gap error occur at the same time, the error about the driving direction of the two-wheeled mobile robot generated while driving the test track is reflected together.
도 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 2-륜 이동 로봇이 초기 위치에서 출발하여 직선 구간(예를 들어, 4m)을 이동한 후, 방향 전환 구간에서 90°의 회전을 하게 되면, 좌측 휠과 우측 휠이 각각 이동하는 거리 δL 및 δR의 크기는 휠 직경 오차에 의해 달라진다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 우측 휠의 직경이 좌측 휠보다 큰 경우에는 90°보다 더 회전하게 되며, 회전 종료 후의 최종 각도는 다음과 같이 유도될 수 있다.More specifically, referring to FIG. 5, after the two-wheeled mobile robot moves from the initial position to the straight section (for example, 4 m) and rotates 90 ° in the direction change section, the left wheel The magnitudes of the distances δ L and δ R at which the and right wheels move, respectively, depend on the wheel diameter error. Thus, as shown in Figure 5, when the diameter of the right wheel is larger than the left wheel is to rotate more than 90 °, the final angle after the end of the rotation can be derived as follows.
먼저, UMBmark 오차 보정 모델의 타입 B 오차와 같이, 휠 직경 오차 의해 우측 휠이 좌측 휠보다 큰 경우, 이동 로봇이 초기 출발 위치에서 4m의 직선 구간을 이동할 때, 실제 이동 로봇은 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, β 만큼의 각도로 주행 방향에 대한 오차가 발생한다.First, as in the type B error of the UMBmark error correction model, when the right wheel is larger than the left wheel by the wheel diameter error, when the mobile robot moves a straight section of 4m from the initial starting position, the actual mobile robot is shown in FIG. As shown in Fig. 2), an error in the traveling direction occurs at an angle equal to β.
이후, 이동 로봇이 반시계 방향으로 90° 회전할 때, 좌측 휠과 우측 휠의 이동량으로부터 계산된 이동 로봇의 주행 방향(Heading direction)은 UMBmark 오차 보정 모델의 [수학식 3]을 이용하여 [수학식 5]와 같이 나타낼 수 있다.Then, when the mobile robot rotates 90 ° counterclockwise, the heading direction of the mobile robot calculated from the movement amounts of the left wheel and the right wheel is calculated using [Equation 3] of the UMBmark error correction model. Equation 5] can be expressed as.
[수학식 5][Equation 5]
여기서, 우측 휠과 좌측 휠 각각의 주행 변위인 ΔdR과 ΔdL은 [수학식 4]를 이용하여 계산 가능하고, 우측 휠이, 도 5에 도시된 바와 같이, 미세하게 크다고 가정하였으므로, 양측 휠이 동일한 각속도로 회전하게 되면 우측 휠의 이동량이 더 커지게 된다. [수학식 5]는 다시 [수학식 6]과 같이 표현될 수 있다.Here, the driving displacements Δd R and Δd L of the right wheel and the left wheel, respectively, can be calculated using
[수학식 6]&Quot; (6) "
[수학식 6]의 세 번째 항은 우측 휠이 미세하게 커서 발생하는 각도 γ(도 5의 (b) 참조)를 의미하며 [수학식 7]과 같이 표현될 수 있다.The third term of [Equation 6] means the angle γ (see (b) of FIG. 5) generated by the right wheel is minutely large and may be expressed as shown in [Equation 7].
[수학식 7][Equation 7]
또한, [수학식 6]에서 두 번째 항은 좌측 휠과 우측 휠의 직경이 동일하다고 가정했을 때 90° 회전에 대한 값으로, [수학식 8]과 같이 표현될 수 있다.In addition, the second term in [Equation 6] is a value for the 90 ° rotation assuming that the diameter of the left wheel and the right wheel is the same, can be expressed as shown in [Equation 8].
[수학식 8][Equation 8]
여기서, [수학식 7]의 휠 직경 오차로부터 발생하는 90° 회전시의 오차를 구하기 위해 이동 로봇이 직선 구간의 거리 L을 이동할 동안에 계산되는 이동 거리와, 이때 각도 오차 β를 [수학식 9]를 통해 산출할 수 있다.Here, the moving distance calculated while the mobile robot moves the distance L of the straight line section to obtain an error during 90 ° rotation resulting from the wheel diameter error of Equation 7, and the angle error β is expressed by Equation 9 It can be calculated through
[수학식 9][Equation 9]
그리고, [수학식 9]를 정리하면 [수학식 10]과 같이 표현될 수 있다.And, summarizing [Equation 9] can be expressed as shown in [Equation 10].
[수학식 10][Equation 10]
결과적으로, [수학식 8]과 [수학식 10]을 이용해서 [수학식 7]에서 산출한 각도 γ에 대해 풀이하면 [수학식 11]과 같이 표현될 수 있다.As a result, when the angle γ calculated by Equation 7 is solved using
[수학식 11][Equation 11]
상기 [수학식 11]이 휠 직경이 다를 때, 90° 회전 입력에 대해 정확히 90° 회전보다 더 돌게 되는 회전 오차 각도를 나타내며, 이를 이용한 계통적 오차의 보정을 위한 계통적 오차 파라미터 중 제1 타입 오차 보정 모델에 적용되는 제1 타입 오차 파라미터는 [수학식 12]와 [수학식 13]과 같이 표현될 수 있다.[Equation 11] represents a rotation error angle that is rotated more than exactly 90 ° rotation for the 90 ° rotation input when the wheel diameter is different, the first type error correction of the systematic error parameters for the correction of the systematic error using the same The first type error parameter applied to the model may be expressed as in [Equation 12] and [Equation 13].
[수학식 12][Equation 12]
[수학식 13][Equation 13]
여기서, [수학식 12] 및 [수학식 13]의 첫 번째 항은 UMBmark 오차 보정 모델에서 유도되는 오차 파라미터이고, 두 번째 항은, 도 5에 도시된 바와 같이, 휠 직경 오차에 따라 발생하는 이동 로봇의 주행 방향에 대한 오차가 반영된 것이다.Here, the first term of [Equation 12] and [Equation 13] is the error parameter derived from the UMBmark error correction model, the second term, as shown in Figure 5, the movement occurring according to the wheel diameter error The error about the driving direction of the robot is reflected.
[수학식 12]에서 α는 제1 타입 오차 파라미터이고, xcw는 테스트 트랙을 시계 방향으로 주행하였을 때 발생하는 x축 위치 오차이고, xccw는 테스트 트랙을 반시계 방향으로 주행하였을 때 발생하는 x축 위치 오차이고, L은 상술한 바와 같이 테스트 트랙의 직선 구간의 길이이며, b는 보정 전의 휠 간격, 즉 명목 휠 간격이다.In
또한, [수학식 13]에서 ycw는 테스트 트랙을 시계 방향으로 주행하였을 때 발생하는 y축 위치 오차이고, yccw는 테스트 트랙을 반시계 방향으로 주행하였을 때 발생하는 y축 위치 오차이다.In addition, in Equation 13, y cw is a y-axis position error generated when the test track is driven clockwise, and y ccw is a y-axis position error generated when the test track is driven counterclockwise.
상기와 같이, [수학식 12] 및 [수학식 13]을 통해 산출되는 제1 타입 오차 파라미터 중 어느 하나를 UMBmark 오차 보정 모델의 타입 A 오차에 대한 보정 파라미터로 적용함으로써, UMBmark 오차 보정 모델 상에서의 타입 A 오차, 즉 휠 간격 오차의 보정에 휠 직경 오차가 함께 반영됨으로써, 보다 정확한 오도메트리 오차의 보정이 가능하게 된다.As described above, by applying any one of the first type error parameter calculated through
한편, 본 발명에 따른 계통적 오차 보정 모델은 휠 직경 오차에 의해 직선 구간에서 발생하는 위치 오차의 보정을 위한 제2 타입 오차 보정 모델을 포함할 수 있다. 여기서, 제2 타입 오차 보정 모델은 UMBmark 오차 보정 모델의 Type B 오차 보정 모델이 설정되는 것을 예로 한다.On the other hand, the systematic error correction model according to the present invention may include a second type error correction model for correction of the position error occurring in the straight section by the wheel diameter error. Here, the second type error correction model is an example in which the Type B error correction model of the UMBmark error correction model is set.
여기서, 본 발명에 따른 2-륜 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법의 제2 타입 오차 보정 모델은 직선 구간에서의 주행시 휠 간격 오차에 의해 발생하는 오차를 반영하고 있지 않으나, UMBmark 오차 보정 모델의 Type B 오차 보정 모델의 적용시, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 휠 간격 오차의 경우 직선 구간에서 유발하는 오차가 휠 직경 오차에 의해 유발되는 오차에 비해 상대적으로 작으므로 본 발명에서는 제2 타입 오차 보정 모델로 UMBmark 오차 보정 모델의 Type B 오차 보정 모델을 적용한다.Here, the second type error correction model of the method for correcting the odometry error of the two-wheeled mobile robot according to the present invention does not reflect the error caused by the wheel gap error when driving in the straight section. When the type B error correction model is applied, as shown in FIGS. 2 and 3, in the case of the wheel gap error, the error caused in the straight section is relatively small compared to the error caused by the wheel diameter error. The Type B error correction model of the UMBmark error correction model is applied as the two type error correction model.
상기와 같이, 제1 타입 오차 보정 모델을 통해 2-륜 이동 로봇의 계통적 오차 중 휠 간격 오차를 보정하고, 제2 타입 오차 보정 모델을 통해 2-륜 이동 로봇의 계통적 오차 중 휠 직경 오차를 보정함으로써, 2-륜 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정이 가능하게 된다.As described above, the wheel gap error is corrected among the systematic errors of the two-wheel mobile robot through the first type error correction model, and the wheel diameter error is corrected among the systematic errors of the two-wheel mobile robot through the second type error correction model. By doing so, correction of the odometry error of the two-wheeled mobile robot becomes possible.
이하에서는, 도 7 내지 도 9를 참조하여 본 발명에 따른 2-륜 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법에 따른 오도메트리 오차 보정의 정확성에 대해 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 7 to 9, the accuracy of the odometry error correction according to the odometry error correction method of the two-wheeled mobile robot according to the present invention will be described.
도 7은 테스트 트랙의 길이를 변화시키면서 2-륜 이동 로봇을 주행시켰을 때, 최종 위치로부터 계산된 휠 간격 오차(Eb)와 휠 직경 오차(Ed)를 나타낸 그래프이다. 도 7은 시뮬레이션 결과이므로, 초기에 설정된 휠 간격 오차(Eb)와 휠 직경 오차(Ed)의 값은 정확하게 설정 가능하다.FIG. 7 is a graph showing the wheel gap error E b and the wheel diameter error E d calculated from the final position when the two-wheel mobile robot is driven while varying the length of the test track. Since FIG. 7 is a simulation result, the values of the wheel gap error E b and the wheel diameter error E d which are initially set can be accurately set.
도 7의 그래프에서 x축은 테스트 트랙의 하나의 직선 구간의 길이, 즉 테스트 트랙의 사이즈를 나타내며, y축은 최종 위치로부터 계산된 오차, 즉 휠 간격 오차(Eb) 및 휠 직경 오차(Ed)와, 초기 설정된 휠 간격 오차(Eb) 및 휠 직경 오차(Ed) 각각 간의 오차 비율을 나타내고 있다. 즉, 그래프 상에서의 y값이 커질수록 측정된 오차가 실제 오차와 차이가 있음을 나타내게 된다.In the graph of FIG. 7, the x axis represents the length of one straight section of the test track, that is, the size of the test track, and the y axis represents the error calculated from the final position, that is, the wheel gap error E b and the wheel diameter error E d . And an error ratio between each of the initially set wheel gap error E b and wheel diameter error E d . In other words, as the y value on the graph increases, the measured error is different from the actual error.
그리고, 도 7에서는 휠 간격 오차(Eb)가 1.01이고, 휠 직경 오차(Ed)가 0.995로 초기 설정된 상태에서의 시뮬레이션 결과이다. 도 7의 (a)는 테스트 트랙의 직선 구간에서는 휠 직경 오차만이 발생하고 방향 전환 구간에서는 휠 간격 오차만이 발생하는 것으로 가정하여 시뮬레이션한 결과를 도시한 도면이다. 즉, UMBmark 오차 보정 모델이 가정하는 것과 같은 조건에서의 시뮬레이션 결과로, 테스트 트랙의 사이즈가 커질수록 실제 측정된 오차와 초기 설정된 오차 간의 차이가 커지는 것을 확인할 수 있다.In FIG. 7, the wheel gap error E b is 1.01, and the wheel diameter error E d is a simulation result in a state initially set to 0.995. FIG. 7A is a diagram illustrating a simulation result assuming that only a wheel diameter error occurs in a straight section of a test track and only a wheel gap error occurs in a direction change section. That is, as a simulation result under the same conditions as the UMBmark error correction model assumes, it can be seen that as the test track size increases, the difference between the actually measured error and the initially set error increases.
이러한 결과는 테스트 트랙의 크기가 작으면 작을수록 2-륜 이동 로봇을 주행시키고 난 후 최종 위치 오차를 이용해 시스템 오차를 보정하려고 할 때, 테스트 트랙 사이즈를 최소화해야 함을 의미한다. 테스트 트랙의 크기가 커지면 커질수록 보정값의 오차가 커지는 것은 UMBmark 오차 보정 모델에 따라 최종 위치로부터 파라미터 보정을 구하는 과정 중에 사용되는 sinγ = γ, cosγ = 1 이라는 수학적 근사식 때문이며, 테스트 트랙의 사이즈가 커질수록 휠 간격 오차와 휠 직경 오차에 의해 발생하는 각도 오차, 즉 2-륜 이동 로봇의 주행 방향에 대한 오차가 커지므로, 테스트 트랙 사이즈의 증가에 따라 근사화 오차가 커지는 현상이 반영된 것이다.These results indicate that the smaller the test track, the smaller the test track size should be when attempting to correct the system error using the final position error after driving the two-wheeled mobile robot. The larger the test track size is, the larger the error of the correction value is due to the mathematical approximation of sinγ = γ and cosγ = 1 used during the process of obtaining the parameter correction from the final position according to the UMBmark error correction model. As the larger the angular error caused by the wheel gap error and the wheel diameter error, that is, the error in the driving direction of the two-wheeled mobile robot increases, the approximation error increases as the test track size increases.
그러나, 실제 2-륜 이동 로봇의 움직임에서는 휠 간격 오차와 휠 직경 오차가 동시에 발생하는 것은 상술한 바와 같다. 도 7의 (b)는 휠 간격 오차와 휠 직경 오차가 동시에 발생하는 조건에서의 시뮬레이션 결과로, 휠 간격 오차와 휠 직경 오차가 동시에 발생할 때 UMBmark 오차 보정 모델을 적용한 결과를 도시한 도면이다. 도 7의 (a)와 비교할 때, UMBmark 오차 보정 모델에서의 가정, 즉 직선 구간에서는 휠 직경 오차만 발생하고, 방향 전환 구간에서는 휠 간격 오차만이 발생한다는 가정에서의 시뮬레이션 결과인 도 7의 (a)와 다르다는 것을 확인할 수 있다. 특히, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 휠 간격 오차에서 많은 차이가 나타남을 확인할 수 있다.However, as described above, the wheel gap error and the wheel diameter error simultaneously occur in the movement of the actual two-wheeled mobile robot. FIG. 7B is a simulation result in a condition where a wheel gap error and a wheel diameter error occur at the same time, and shows a result of applying a UMBmark error correction model when the wheel gap error and the wheel diameter error occur simultaneously. In comparison with FIG. 7A, a simulation result of an assumption in the UMBmark error correction model, that is, only a wheel diameter error occurs in a straight section and only a wheel gap error occurs in a direction change section, is shown in FIG. You can see that it is different from a). In particular, as shown in (b) of Figure 7, it can be seen that a lot of difference in the wheel spacing error appears.
반면, 도 7의 (c)는 본 발명에 따른 2-륜 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법을 적용한 결과를 나타낸 그래프로, 2-륜 이동 로봇의 최종 위치로부터 [수학식 12] 또는 [수학식 13]을 이용하여 계산된 휠 간격 오차와 휠 직경 오차를 이용한 것이다.On the other hand, Figure 7 (c) is a graph showing the result of applying the odometry error correction method of the two-wheel mobile robot according to the present invention, [Equation 12] or [mathematical formula] from the final position of the two-wheel mobile robot The wheel gap error and the wheel diameter error calculated using Equation 13] are used.
본 발명에 따른 2-륜 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법에서는 방향 전환 구간에서 휠 직경 오차에 의한 2-륜 이동 로봇의 주행 방향에 대한 오차가 포함되고, 직진 구간에서의 동시오차가 포함되어 있지 않음에도 불구하고 도 7의 (a)의 결과와 매우 유사하고, 도 7의 (b)에 나타낸 UMBmark 오차 보정 모델 보다 보다 정확함을 확인할 수 있다.In the method for correcting the odometry error of the two-wheeled mobile robot according to the present invention, an error of the driving direction of the two-wheeled mobile robot due to the wheel diameter error is included in the direction change section, and a simultaneous error is included in the straight section. Although not present, it is very similar to the result of FIG. 7A and more accurate than the UMBmark error correction model shown in FIG. 7B.
상기와 같은 시뮬레이션 결과를 통해, 2-륜 이동 로봇의 계통적 오차를 보정하기 위해서는 휠 간격 오차와 휠 직경 오차가 동시에 발생하는 것을 고려하여야 보다 정확한 오도메트리 오차의 보정이 가능함을 알 수 있으며, 동시오차를 고려한 본 발명에 따른 2-륜 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법이 효과적임을 확인할 수 있다. Through the above simulation results, in order to correct the systematic error of the two-wheel mobile robot, it is understood that more accurate correction of the odometry error can be made by considering that the wheel gap error and the wheel diameter error occur at the same time. It can be confirmed that the error correction method of the odometry of the two-wheeled mobile robot according to the present invention considering the error is effective.
도 8 및 도 9는 휠 간격 오차와 휠 직경 오차의 초기 설정값을 달리하여 시뮬레이션 한 결과를 도시한 도면이다. 도 8은 휠 간격 오차(Eb)가 0.99이고, 휠 직경 오차(Ed)가 0.99로 초기 설정된 상태에서의 시뮬레이션 결과이고, 도 9는 휠 간격 오차(Eb)가 0.99이고, 휠 직경 오차(Ed)가 1.01로 초기 설정된 상태에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.8 and 9 are diagrams showing the results of simulation by varying the initial setting value of the wheel gap error and the wheel diameter error. 8 is a simulation result in a state in which the wheel gap error E b is 0.99, the wheel diameter error E d is initially set to 0.99, FIG. 9 is the wheel gap error E b is 0.99, and the wheel diameter error It is a figure which shows the simulation result in the state (E d ) was initially set to 1.01.
그리고, 도 8 및 도 9의 (a)가 UMBmark 오차 보정 모델이 적용된 그래프이고, 도 8 및 도 9의 (b)가 본 발명에 따른 2-륜 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법이 적용된 그래프이다. 도 8 및 도 9를 통해서도 본 발명에 따른 오도메트리 오차 보정 방법이 보다 정확한 오도메트리 오차 보정 성능을 나타냄을 확인할 수 있다.8 and 9 (a) are graphs to which a UMBmark error correction model is applied, and FIGS. 8 and 9 (b) are graphs to which an odometry error correction method of a two-wheeled mobile robot according to the present invention is applied. to be. 8 and 9 also can be seen that the odometry error correction method according to the present invention shows a more accurate odometry error correction performance.
비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 별명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.Although some embodiments of the invention have been shown and described, it will be apparent to those skilled in the art that modifications may be made to the embodiment without departing from the spirit or spirit of the invention. . The scope of the alias will be defined by the appended claims and their equivalents.
Claims (6)
(a) 적어도 하나의 직진 구간과 적어도 하나의 방향 전환 구간을 갖는 테스트 트랙의 주행에 따른 2-륜 이동 로봇의 휠 간격 오차와 휠 직경 오차에 대해 모델링된 계통적 오차 보정 모델이 설정되는 단계와,
(b) 상기 테스트 트랙을 따라 보정 대상 2-륜 이동 로봇이 주행하는 단계와,
(c) 상기 테스트 트랙 상의 테스트 종료 지점과 상기 보정 대상 2-륜 이동 로봇의 오도메트리 상의 오도메트리 종료 지점 간의 위치 오차에 기초하여 계통적 오차 파라미터를 산출하는 단계와,
(d) 상기 산출된 계통적 오차 파라미터가 상기 계통적 오차 보정 모델에 적용되어 상기 보정 대상 2-륜 이동 로봇의 계통적 오차가 보정되는 단계를 포함하며;
상기 계통적 오차 보정 모델은 상기 휠 간격 오차와 상기 휠 직경 오차에 의해 발생하는 상기 2-륜 이동 로봇의 주행 방향에 대한 오차의 보정을 위한 제1 타입 오차 보정 모델을 포함하는 것을 특징으로 하는 2-륜 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법.In the method of correcting the odometry error of a two-wheeled mobile robot,
(a) setting a systematic error correction model modeled on wheel gap error and wheel diameter error of the two-wheeled mobile robot according to the driving of the test track having at least one straight section and at least one direction change section;
(b) driving the two-wheeled robot to be corrected along the test track;
(c) calculating a systematic error parameter based on a position error between a test end point on the test track and an odometry end point on the odometry of the two-wheeled robot to be corrected;
(d) applying the calculated systematic error parameter to the systematic error correction model to correct systematic errors of the two-wheeled robot to be corrected;
The systematic error correction model includes a first type error correction model for correcting an error with respect to a driving direction of the two-wheeled mobile robot caused by the wheel gap error and the wheel diameter error. Method for correcting the odometry error of a wheeled robot.
상기 계통적 오차 보정 모델은 상기 휠 직경 오차에 의해 상기 직선 구간에서 발생하는 오차의 보정을 위한 제2 타입 오차 보정 모델을 더 포함하며;
상기 제2 타입 오차 보정 모델은 UMBmark 오차 보정 모델의 Type B 오차 보정 모델로 설정되는 것을 특징으로 하는 2-륜 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법.The method of claim 1,
The systematic error correction model further includes a second type error correction model for correction of an error occurring in the straight section by the wheel diameter error;
And the second type error correction model is set as a Type B error correction model of a UMBmark error correction model.
상기 (b) 단계는,
(b1) 상기 보정 대상 2-륜 이동 로봇이 제1 방향으로 상기 테스트 트랙을 따라 주행하는 단계와,
(b2) 상기 보정 대상 2-륜 이동 로봇이 상기 제1 방향의 반대의 제2 방향으로 상기 테스트 트랙을 따라 주행하는 단계를 포함하며;
상기 제1 타입 오차 보정 모델 및 상기 제2 타입 오차 보정 모델은 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향으로의 상기 테스트 트랙의 주행에 따른 상기 2-륜 이동 로봇의 위치 오차에 대해 모델링되는 것을 특징으로 하는 2-륜 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법.The method of claim 2,
In step (b),
(b1) driving the calibration target two-wheeled mobile robot along the test track in a first direction;
(b2) the calibration target two-wheeled mobile robot traveling along the test track in a second direction opposite to the first direction;
The first type error correction model and the second type error correction model are modeled with respect to the position error of the two-wheeled mobile robot according to the driving of the test track in the first direction and the second direction. A method for correcting the odometry error of a two-wheeled mobile robot.
상기 제1 타입 오차 보정 모델은 상기 휠 직경 오차에 따라 상기 직선 구간과 상기 방향 전환 구간에서 발생하는 상기 2-륜 이동 로봇의 주행 방향에 대한 오차와 상기 휠 간격 오차에 따라 상기 방향 전환 구간에서 발생하는 상기 2-륜 이동 로봇의 주행 방향에 대한 오차가 반영되어 모델링되는 것을 특징으로 하는 2-륜 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법.The method according to any one of claims 2 to 3,
The first type error correction model is generated in the direction change section in accordance with an error in a driving direction of the two-wheel mobile robot and a wheel spacing error occurring in the straight section and the direction change section in accordance with the wheel diameter error. Error correction method of the two-wheeled mobile robot, characterized in that the model is reflected by the error in the driving direction of the two-wheeled mobile robot.
상기 휠 간격 오차에 따라 상기 방향 전환 구간에서 발생하는 상기 2-륜 이동 로봇의 주행 방향에 대한 오차는 상기 UMBmark 오차 보정 모델의 Type A 오차 보정 모델에 기초하여 모델링되는 것을 특징으로 하는 2-륜 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법.The method of claim 4, wherein
The error of the driving direction of the two-wheel mobile robot generated in the direction change section according to the wheel gap error is modeled based on the Type A error correction model of the UMBmark error correction model How to calibrate robot's odometry error
상기 (c) 단계에서 산출되는 상기 계통적 오차 파라미터는 상기 제1 타입 보정 모델에 적용되는 제1 타입 오차 파라미터와, 상기 제1 타입 보정 모델에 적용되는 제2 타입 오차 파라미터를 포함하며;
상기 제1 타입 오차 파라미터는 수학식
(여기서, α는 상기 제1 타입 오차 파라미터이고, xcw는 상기 위치 오차 중 상기 제1 방향에 대한 제1 방향 x축 위치 오차이고, xccw는 상기 위치 오차 중 상기 제2 방향에 대한 제2 방향 x축 위치 오차이고, L은 정사각형 형태로 마련된 상기 테스트 트랙의 하나의 직선 구간의 길이이고, b는 보정 전의 휠 간격이다)
와, 수학식
(여기서, ycw는 상기 위치 오차 중 상기 제1 방향에 대한 제1 방향 y축 위치 오차이고, yccw는 상기 위치 오차 중 상기 제2 방향에 대한 제2 방향 y축 위치 오차이다) 중 어느 하나에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 2-륜 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법.The method of claim 4, wherein
The systematic error parameter calculated in step (c) includes a first type error parameter applied to the first type correction model and a second type error parameter applied to the first type correction model;
The first type error parameter is
(Where α is the first type error parameter, x cw is a first direction x-axis position error with respect to the first direction of the position error, and x ccw is a second with respect to the second direction among the position error) Direction x-axis position error, L is the length of one straight section of the test track provided in square form, b is the wheel spacing before correction)
With the equation
Wherein y cw is a first direction y-axis position error with respect to the first direction among the position errors, and y ccw is a second direction y-axis position error with respect to the second direction among the position errors. Odometry error correction method for a two-wheeled mobile robot, characterized in that calculated by.
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