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모듈형 로봇의 자가 결합을 위한 퍼지 주행 제어 및 장애물 회피 제어
Fuzzy Navigation and Obstacle Avoidance Control for Docking of Modular Robots

나두영    (한경대학교 생물환경.정보통신 대학원   ); 노수희    (한경대학교 생물환경.정보통신 대학원   ); 문형필    (성균관대학교 기계공학과   ); 정진우    (동국대학교 컴퓨터공학과   ); 김용태    (한경대학교 정보제어공학과, 전자기술종합연구소  );
  • 초록

    자기 자신의 형태를 변형하거나 물리적인 결합으로 재구성하여 새로운 환경에 적응하는 모듈형 자가 결합 로봇은 많은 연구가 필요한 분야이다. 본 논문에서는 물리적으로 결합 가능한 모듈형 로봇을 위한 영상기반의 자가 결합 제어기를 제안한다. 먼저 실시간 영상처리가 가능한 모듈형 로봇 플랫폼을 설계하고, 컬러기반 물체 인식 방법을 구현하였다. 모듈형 로봇은 자가 결합을 위해 결합될 로봇 근처의 부목표점까지 장애물들을 회피하면서 주행해 가야 한다. 본 논문에서는 부 목표점의 추적을 위하여 영상처리를 통해 얻은 거리와 방향각 정보들을 사용한 퍼지 주행 제어기와 장애물 회피를 위한 퍼지 제어기를 제안하고, 제안된 퍼지 제어기들과 로봇의 절대 거리 및 방향각 정보를 사용하여 모듈형 로봇을 위한 자가 결합제어기를 구현하였다. 실제 제작된 두 대의 모듈형 로봇을 사용하여 다양한 환경에서 로봇간 거리와 방향각이 다른 상황에서 실험을 수행하여 제안된 자가 결합 제어 방법의 성능을 검증하였다.


    Modular reconfigurable robots with physical docking capability easily adapt to a new environment and many studies are necessary for the modular robots. In this paper, we propose a vision-based fuzzy autonomous docking controller for the modular docking robots. A modular docking robot platform which performs real-time image processing is designed and color-based object recognition method is implemented on the embedded system. The docking robot can navigate to a subgoal near a target robot while avoiding obstacles. Both a fuzzy obstacle avoidance controller and a fuzzy navigation controller for subgoal tracking are designed. We propose an autonomous docking controller using the fuzzy obstacle avoidance and navigation controllers, absolute distance information and direction informations of robots from PSD sensors and a compass sensor. We verify the proposed docking control method by docking experiments of the developed modular robots in the various environments with different distances and directions between robots.


  • 주제어

    퍼지 주행 제어 .   퍼지 장애물 회피 제어 .   결합 제어 .   모듈형 로봇.  

  • 참고문헌 (15)

    1. L. Parker, 'ALLIANCE: An architecture for fault tolerant multi-robot cooperation,' IEEE Transactions on Robotics and Automation, Vol. 14, pp. 220-240, 1998 
    2. T. Fukuda and S. Nakagawa, 'Dynamically reconfigurable robotic system,' IEEE International Conference on Robotics and Automation, Vol. 3, pp. 1581-1586, 1988 
    3. S. Hirose and A. Morishima, 'Design and control of a mobile robot with an articulated body,' International Journal of Robotics and Research, Vol. 9, pp. 99-114, 1990 
    4. M. Yim, D. G. Duff, and K.D. Roufas, 'PolyBot: a modular reconfigurable robot,' IEEE International Conference on Robotics and Automation, Vol. 1, pp. 514-520, 2000 
    5. A. Deshpande and J. Luntz, 'Behaviors for physical cooperation between robots for mobility improvement,' Autonomous Robots, Vol. 23, pp. 259-274, 2007 
    6. Y. T. Kim, H. Moon, J. H. Park, H. R. Choi, H. S. Noh, and J. W. Jung, 'Vision-based Modular Docking System for Cooperative Mobile Robots', International Journal of Assistive Robotics and Systems, Vol. 15, No .1, pp. 15-25, 2009 
    7. R. Murphy, 'Marsupial and shape-shifting robots for urban search and rescue,' IEEE Intelligent Systems, Vol. 15, pp. 14-19, 2000 
    8. R. Gross et. al., 'Autonomous self-assembly in Swarm-Bots,' IEEE Transactions on Robotics, Vol. 22, pp. 1115-1130, 2006 
    9. M. Delrobaei and K. Mclsaac, 'Docking joint for autonomous self-assembly,' IEEE Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering, pp. 1025-1030, 2008-11-10 
    10. T. Fukuda and S. Nakagawa, 'Method of autonomous approach, docking and detaching between cells for dynamically reconfigurable robotic system CEBOT,' JSME International Journal: Series C, Mechanical Systems, machine elements and manufacturing, Vol. 33, pp. 263-268, 1990 
    11. 나두영, 노수희, 문형필, 정진우, 김용태, '모듈형 로봇을 위한 비전기반 퍼지 자가 결합 제어', 한국지능 시스템학회 춘계학술대회 논문집, Vol. 19, NO. 1, pp. 206-207, April 2009 
    12. C. Weisbin, et.al., 'Miniature robots for space and military missions,' IEEE Robotics and Automation Magazine, Vol. 6, No. 3, pp. 9-18, 1999 
    13. W. Shen et. al., 'Multimode locomotion via SuperBot reconfigurable robots,' Autonomous Robots, Vol. 20, No.2, pp. 165-177, 2006 
    14. R. Rich, C. Wood, and J. Keller, 'ODV mobility enhancement using active height control,' SPIE conference on unmanned ground vehicle technology II (Vol. 4024), 2000 
    15. H. B. Brown et.al., 'Millibot trains for enhanced mobility,' IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, Vol. 7, No. 4, pp. 452-461, 2002 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (6)

    1. Lee, Bo-Hoon ; Lee, Chang-Seok ; Kim, Yong-Tae 2011. "A Study on Hybrid Wheeled and Legged Mobile Robot with Docking Mechanism" 한국지능시스템학회 논문지 = Journal of Korean institute of intelligent systems, 21(6): 692~697     
    2. Min, Dae-Hong ; Jung, Keun-Woo ; Kwon, Ki-Young ; Park, Joo-Young 2011. "Application of Recent Approximate Dynamic Programming Methods for Navigation Problems" 한국지능시스템학회 논문지 = Journal of Korean institute of intelligent systems, 21(6): 737~742     
    3. Lee, Sung-Goo ; Kwon, Ji-Wook ; Hong, Suk-Kyo ; Chwa, Dong-Kyoung 2011. "Posture Stabilization Control for Mobile Robot using Marker Recognition and Hybrid Visual Servoing" 전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, 60(8): 1577~1585     
    4. Choi, Byung-Jae ; Jin, Sheng 2012. "Design of Simple-structured Fuzzy Logic System based Driving Controller for Mobile Robot" 한국지능시스템학회 논문지 = Journal of Korean institute of intelligent systems, 22(1): 1~6     
    5. Jeong, Dong-Hyuk ; Lee, Bo-Hoon ; Kim, Yong-Tae 2012. "Obstacle Avoidance Algorithm of Hybrid Wheeled and Legged Mobile Robot Based on Low-Power Walking" 한국지능시스템학회 논문지 = Journal of Korean institute of intelligent systems, 22(4): 448~453     
    6. Sun, Eun-Hey ; Kim, Yong-Tae 2016. "A Study on Task Planning and Design of Modular Quadruped Robot with Docking Capability" 한국지능시스템학회 논문지 = Journal of Korean institute of intelligent systems, 26(3): 169~175     

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