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가상임피던스를 이용한 원격 이동로봇의 장애물회피
Obstacle avoidance of Mobile Robot with Virtual Impedance

진태석    (동서대학교 메카트로닉스공학과  );
  • 초록

    본 논문에서는 Virtual Mass-Spring-Damper 모델을 사용하여 이동로봇과 주위 물체와의 관계를 모델링하고 장애물의 충돌벡터를 검출하여 가상의 척력을 발생시키는 가상 임피던스 방법을 제안하였다. 이를 위하여 원격지 슬래이브 로봇의 주위 환경 정보 즉, 이동 로봇과 장애물과의 거리 및 접근 속도 등의 정보를 조작자에게 입체적으로 전달하기 위해 조이스틱의 각축에 연결된 모터를 이용하여 힘을 발생시킬 수 있도록 한다. 제안한 방법의 실제 로봇적용에 앞서 이동로봇의 장애물 회피 시뮬레이션을 통하여 알고리즘을 검증하였다.


    In this paper, a virtual force is generated and fed back to the operator to make the teleoperation more reliable, which reflects the relationship between a slave robot and an uncertain remote environment as a form of an impedance. In general, for the teleoperation, the teleoperated mobile robot takes pictures of the remote environment and sends the visual information back to the operator over the Internet. Because of the limitations of communication bandwidth and narrow view-angles of camera, it is not possible to watch certain regions, for examples, the shadow and curved areas. To overcome this problem, a virtual force is generated according to both the distance between the obstacle and the robot and the approaching velocity of the obstacle w.r.t the collision vector based on the ultrasonic sensor data. This virtual force is transferred back to the master (two degrees of freedom joystick) over the Internet to enable a human operator to estimate the position of obstacle at the remote site. By holding this master, in spite of limited visual information, the operator can feel the spatial sense against the remote environment. It is demonstrated by experiments that this collision vector based haptic reflection improves the performance of teleoperated mobile robot significantly.


  • 주제어

    인터넷기반제어 .   원격제어 .   힘반영 .   이동로봇 .   장애물회피.  

  • 참고문헌 (13)

    1. S. S. Lee and J. M. Lee, ‘Haptic interface design for the tele-surgery,’ Proc. of the CIDAM Workshop on Service Automation and Robotics, Hong Kong, pp. 81-91, June 19-20, 2000 
    2. J. Borenstein and Y. Koren, 'Teleautonomous Guidance for Mobile Robots,' IEEE Trans. on System, Man and Cybernetics, vol.20, no.6, pp. 1437 ?1443, 1990 
    3. S. Lee, G. S. Sukhatme, G. J. Kim, and C. Park, 'Haptic Control of a Mobile Robot: A User Study,' Proc. of IEEE/RSJ Conference on Intelligent Robots and Systems, pp. 2867-2874, 2002 
    4. J. Borenstein and Y. Koren, 'Histogramic in-motion mapping for mobile robot obstacle avoidance,' IEEE Trans. on Robotics and Automation, vol. 7, pp. 535-539, 1991 
    5. Kitagawa, L.; Kobayashi, T.; Beppu, T.; Terashima, K., 'Semi-autonomous obstacle avoidance of omnidirectional wheelchair by joystick impedance control' Intelligent Robots and Systems, 2001. Proc. of IEEE/RSJ International Conference on, vol.4,pp. 2148?2153, Nov. 2001 
    6. Hassan-Zadeh, Janabi-Sharifi. Yang A.X., 'Internet-based teleoperation of a mobile robot using shared impedance control scheme: a pilot study' Proc. of the IEEE Conference on Control Applications, pp.346-351, 2005 
    7. Baoguo Li, and Chunxi Zhang, 'Adaptive fuzzy control for mobile robot obstacle avoidance based on virtual line path tracking' Proc. Of the 2006 IEEE, International conference on Robotics and Biomimetics, pp.1454-1458, 2006 
    8. D. A. Lawrence, 'Stability and Transparency in Bilateral Teleoperation,' IEEE Trans. on Robotics and Automation, vol. 9, no. 5, pp. 624-637, 1993 
    9. Takemori, F., Tomita, N., Kushida, D., Kitamura, A., 'Mobility of legged robot by non-contact impedance control' Advanced Intelligent Mechatronics, IEEE/ASME International Conference on, pp.395-399, July 2008 
    10. T. Arai, H. Ogata, and T. Suzuki, 'Collision Avoidance among Multiple Robots Using Virtual Impedance,' Proc. of IEEE/RSJ Int. Workshop on Intelligent Robots and Systems, pp. 479-485, 1989 
    11. S. H. Lee and H. S. Lee, 'Modeling, Design, and Evaluation of Advanced Teleoperator Control System with Short Time Delay,' IEEE Trans. on Robotics and Automation, vol. 9, no. 5, pp. 607-623, 1993 
    12. I. Elhajj, N. Xi, W. K. Fung, Y. H. Liu, W. J. Li, T. Kaga, and T. Fukuda, 'Haptic Information in Internet-Based Teleoperation,' IEEE/ASME Trans. on Mechatronics, vol. 6, no. 3, 2001 
    13. S. G. Hong, J. J. Lee, and S. H. Kim, 'Generating Artificial Force for Feedback Control of Teleoperated Mobile Robots,' Proc. of IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems, vol.3, pp. 1721-1726, 1999 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (5)

    1. Noh, Kyung-Wook ; Lee, Dong-Hyuk ; Han, Jong-Ho ; Park, Sookhee ; Lee, Jangmyung 2013. "Haptic Joystick Implementation using Vibration Pattern Algorithm" 제어·로봇·시스템학회 논문지 = Journal of institute of control, robotics and systems, 19(7): 605~613     
    2. Han, Jong-Ho ; Park, Sook-Hee ; Noh, Kyung-Wook ; Lee, Dong-Hyuk ; Lee, Jang-Myung 2014. "Obstacle Avoidance of a Moving Sound Following Robot using Active Virtual Impedance" 제어·로봇·시스템학회 논문지 = Journal of institute of control, robotics and systems, 20(2): 200~210     
    3. Lee, Dong-Hyuk ; Noh, Kyung-Wook ; Kang, Sun Kyun ; Han, Jong Ho ; Lee, Jang-Myung 2014. "Obstacle Information Transfer and Control Method using Haptic Device consist of Vibration Motors" 제어·로봇·시스템학회 논문지 = Journal of institute of control, robotics and systems, 20(10): 1036~1043     
    4. Lee, Dong-Hyuk ; Noh, Kyung-Wook ; Kang, Sun Kyun ; Kim, Hyun Woo ; Lee, Jang-Myung 2014. "Tactile Navigation System using a Haptic Device" 제어·로봇·시스템학회 논문지 = Journal of institute of control, robotics and systems, 20(8): 807~814     
    5. Lee, Yong-Jun ; Chang, Young-Hak ; Ryoo, Young-Jae 2016. "Platform Design of Caterpillar Typed Electrical Vehicle" 한국지능시스템학회 논문지 = Journal of Korean institute of intelligent systems, 26(4): 279~285     

 저자의 다른 논문

  • 진태석 (40)

    1. 2006 "Fuzzy Neural Network Based Sensor Fusion and It's Application to Mobile Robot in Intelligent Robotic Space" International journal of fuzzy logic and intelligent systems : IJFIS 6 (4): 293~298    
    2. 2006 "Human Tracking using Multiple-Camera-Based Global Color Model in Intelligent Space" International journal of fuzzy logic and intelligent systems : IJFIS 6 (1): 39~46    
    3. 2006 "Position Control of Mobile Robot for Human-Following in Intelligent Space with Distributed Sensors" International Journal of Control, Automation and Systems 4 (2): 204~216    
    4. 2006 "분산다중센서로 구현된 지능화공간의 색상정보를 이용한 실시간 물체추적" 제어·자동화·시스템공학 논문지 = Journal of control, automation and systems engineering 12 (9): 843~849    
    5. 2006 "단일마스터 멀티슬레이브형 텔레로보틱스 수술시스템 개발" 제어·자동화·시스템공학 논문지 = Journal of control, automation and systems engineering 12 (9): 918~925    
    6. 2007 "컬러 클러스터링 기법을 이용한 공간지능화의 다중이동물체 추척 기법" 한국해양정보통신학회논문지 = The journal of the Korea Institute of Maritime Information & Communication Sciences 11 (11): 2179~2184    
    7. 2007 "DIND Data Fusion with Covariance Intersection in Intelligent Space with Networked Sensors" International journal of fuzzy logic and intelligent systems : IJFIS 7 (1): 41~48    
    8. 2007 "공간지능화에서 다중카메라를 이용한 이동로봇의 인간추적행위" 로봇학회논문지 = The journal of Korea Robotics Society 2 (4): 310~316    
    9. 2007 "공간지능화를 위한 색상기반 파티클 필터를 이용한 다중물체추적" 로봇학회논문지 = The journal of Korea Robotics Society 2 (1): 21~28    
    10. 2007 "퍼지기법을 이용한 영상분할 및 물체추적에 관한 연구" 퍼지 및 지능시스템학회 논문지 = Journal of fuzzy logic and intelligent systems 17 (3): 368~373    

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