KR20170083817A - 복수의 gps를 이용한 이동 로봇의 위치 추정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 GPS를 이용한 이동 로봇의 위치 추정 방법으로서, 적어도 하나 이상의 위성으로부터 GPS 위성신호를 수신하는 3개의 GPS 수신부를 통해 기설정된 시간 동안 이동 로봇의 GPS 위치 정보를 수신하는 단계와, 수신된 3개의 GPS 위치 정보를 꼭짓점으로 하는 가상의 삼각형의 무게중심을 계산하여 상기 이동 로봇의 GPS 위치 데이터를 보정하는 단계와, 관성 항법 센서를 이용하여 상기 이동 로봇의 자세 및 이동 위치에 대한 연속적인 관성 데이터를 측정하는 단계와, 측정된 관성 데이터를 확장 칼만 필터를 통해 보정하는 단계와, 보정된 위치 데이터 및 관성 데이터에 기초하여 상기 이동 로봇의 이동 위치를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 복수 개의 저가형 GPS 수신기를 이용하여 비용 절감 및 수신 안정도가 향상되며, 수신된 복수의 GPS 데이터를 삼각 중심법을 통해 보정하여 더욱 정밀한 위치 정보를 제공하는 효과가 있다.

Description

복수의 GPS를 이용한 이동 로봇의 위치 추정 방법{METHOD FOR ESTIMATING POSITION OF MOVING ROBOT USING A PLURALITY OF GPS}

본 발명은 복수의 GPS 수신기를 통해 수신한 위치데이터를 보정하여 이동 로봇의 위치를 추정하는 방법에 관한 것이다.

이동 로봇의 경로 계획이나 주행 제어를 위해서는 로봇의 위치를 추정하는 것이 필요하다. 이와 관련하여 칼만 필터나 파티클 필터를 이용한 상태 추정 기법이 이동 로봇의 위치 추정 문제 해결방법으로 자주 이용된다. 특히 이동 로봇 중 무인 지상로봇이 물자 수송 및 장거리 이동 등을 수행하는 데 적합하여 지속적인 관심을 받고 있으며, 이에 따라 제작 비용이 적으면서 운용이 쉬운 이동 로봇의 위치 추정 및 제어에 관련된 연구가 다양하게 진행되고 있다.

이러한 실외 위치 추정으로 널리 알려진 것은 GPS(Global Positioning System)이 있다. 일반적인 GPS로는 절대 위치를 측정할 순 있으나 소정의 오차가 존재하여, 이를 보완하는 방법으로 고정확도의 위치 추정이 가능한 고가형 GPS인 DGPS(Differential GPS)와 RTK-GPS(Real-Time Kinematic GPS)가 사용된다.

이 중 DGPS는 크기가 크고 기준점이 고정되어야 하는 단점이 있고, RTK-GPS는 반송파 측정 수신기가 존재해야 할 뿐 아니라 전송 장애 발생 시 이로 인한 오차가 크게 발생한다는 단점이 있다.

KR 10-1293659 B1

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 복수의 저가형 GPS를 이용하여 획득한 위치데이터를 보정하여 수신 안정도와 정밀도를 높일 수 있는 이동 로봇의 위치 추정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일면에 따른 복수의 GPS를 이용한 이동 로봇의 위치 추정 방법은, 적어도 하나 이상의 위성으로부터 GPS 위성신호를 수신하는 3개의 GPS 수신부를 통해 기설정된 시간 동안 이동 로봇의 GPS 위치 정보를 수신하는 단계와, 수신된 3개의 GPS 위치 정보를 기초로 한 가상의 삼각형의 무게중심을 계산하여 상기 이동 로봇의 GPS 위치 데이터를 보정하는 단계와, 관성 항법 센서를 이용하여 상기 이동 로봇의 자세 및 이동 위치에 대한 연속적인 관성 데이터를 측정하는 단계와, 측정된 관성 데이터를 확장 칼만 필터를 통해 보정하는 단계와, 보정된 위치 데이터 및 관성 데이터에 기초하여 상기 이동 로봇의 이동 위치를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 복수 개의 저가형 GPS 수신기를 이용하여 비용 절감 및 수신 안정도가 향상되며, 수신된 복수의 GPS 데이터를 삼각 중심법을 통해 보정하여 더욱 정밀한 위치 정보를 제공하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 GPS를 이용한 이동 로봇의 위치 추정 방법을 제공하기 위한 시스템의 구성을 나타내는 블록도이고,
도 2는 도 1의 3개의 GPS에서 수신한 GPS 데이터를 이용한 삼각 중심법을 설명하기 위한 도면이다.

이상과 같은 본 발명에 대한 해결하려는 과제, 과제의 해결수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 GPS를 이용한 이동 로봇의 위치 추정 방법을 제공하기 위한 시스템의 구성을 나타내는 블록도이고, 도 2는 도 1의 3개의 GPS에서 수신한 GPS 데이터를 이용한 삼각 중심법을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 복수의 GPS를 이용한 이동 로봇의 위치 추정 방법에 대해 설명하도록 한다.

먼저, 적어도 하나 이상의 위성으로부터 GPS 위성신호를 수신하는 3개의 GPS 수신부를 통해 기설정된 시간 동안 이동 로봇의 GPS 위치 정보를 수신한다.

예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 3개의 Slave MCU가 각각의 GPS 수신기로부터 GPS 정보를 수신한 후 SPI 통신을 통해 Master MCU로 전송하고, 1개의 Slave MCU는 엔코더 데이터를 수신하여 마찬가지로 SPI 통신을 통해 Master MCU로 전송하게 된다.

다음으로, 수신된 3개의 GPS 위치 정보를 꼭짓점으로 하는 가상의 삼각형의 무게중심을 계산하여 상기 이동 로봇의 GPS 위치 데이터를 보정한다.

예컨대, 도 2를 참조하면, 3개의 GPS 수신기 각각의 오차 범위(녹색 원)에서 서로 중첩되는 최외각 점들을 꼭짓점으로 한 가상의 삼각형을 형성한 후 삼각형의 무게중심값을 계산함으로써 GPS 위치 데이터를 보정하게 된다.

만일 2개의 GPS 수신기를 이용하게 되면, 수신된 두 지점의 평균을 통해 위치값을 계산하기 때문에 오차 범위가 넓고 회전 시 두 지점 간의 방향이 달라져 위치 오차가 더 커지는 문제가 있으며, 4개 이상의 GPS 수신기를 이용하는 경우에는 전술한 바와 같이 삼각형의 무게중심에 따른 위치 추정 시 3개의 GPS 수신기를 이용했을 때보다 오차 범위가 더 넓어져 회전 시의 순간 오차도 커지게 된다.

반면, 3개의 GPS 수신기를 이용하여 삼각 중심법에 따라 위치 추정을 수행할 때에 GPS 위치 정보의 무게중심이 중앙에 위치하게 되므로 오차 범위를 가장 최소화할 수 있고, 순간 회전 시에도 더 유연하게 위치를 추정 가능하다는 점에서, 3개의 GPS 수신기를 이용하는 것이 가장 바람직하다.

다음으로, 관성 항법 센서(IMU; Inertial Measurement Unit)를 이용하여 상기 이동 로봇의 자세 및 이동 위치에 대한 연속적인 관성 데이터를 측정한다.

다음으로, 측정된 관성 데이터를 확장 칼만 필터(EKF; Extended Kalman Filter)를 통해 보정한다.

다음으로, 보정된 위치 데이터 및 관성 데이터에 기초하여 상기 이동 로봇의 이동 위치를 추정한다.

예컨대, 도 1을 참조하면, Master MCU가 전술한 보정 단계를 수행하여 최종적으로 추정한 이동 위치에 대한 정보를 PC로 출력하게 된다.

이에 따라, 본 발명에 의하면, 복수 개의 저가형 GPS 수신기를 이용하여 비용 절감 및 수신 안정도가 향상되며, 수신된 복수의 GPS 데이터를 삼각 중심법을 통해 보정하여 더욱 정밀한 위치 정보를 제공하는 효과가 있다.

이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위 내에서 다양하게 실시될 수 있다.

Claims (1)

1. 적어도 하나 이상의 위성으로부터 GPS 위성신호를 수신하는 3개의 GPS 수신부를 통해 기설정된 시간 동안 이동 로봇의 GPS 위치 정보를 수신하는 단계;
   수신된 3개의 GPS 위치 정보를 기초로 한 가상의 삼각형의 무게중심을 계산하여 상기 이동 로봇의 GPS 위치 데이터를 보정하는 단계;
   관성 항법 센서를 이용하여 상기 이동 로봇의 자세 및 이동 위치에 대한 연속적인 관성 데이터를 측정하는 단계;
   측정된 관성 데이터를 확장 칼만 필터를 통해 보정하는 단계; 및
   보정된 위치 데이터 및 관성 데이터에 기초하여 상기 이동 로봇의 이동 위치를 추정하는 단계를 포함하는 복수의 GPS를 이용한 이동 로봇의 위치 추정 방법.

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