자율 주행을 위한 센서 시스템

1. 자율 주행을 위한 센서 시스템 이 장 명 부산대학교 지능로봇 실험실 http://robotics.ee.pusan.ac.kr

2. 목 차 1부 Magnetic compass 및 Gyro에 의한 옥외 자율주행 2부 Dual magnetic compass에 의한 외부 간섭 제거법 3부 Active Beacon에 의한 실내 자율주행

3. Magnetic compass 및 Gyro에 의한 옥외 자율주행 미래의 자율주행 자동차

4. 목 차 • 서론 • Hybrid 센서 시스템 • Compass 오차 분류 • Electronic Compass • Instrumentation error • Interference Error • Interference Error 보정 • 실험 및 결과 • 결론

5. 위성 성 위 성 위 GPS Signal Hybrid 시스템 DR 센서 FUSION 절대방위센서 서론 • 차량 항법 시스템 • 측위 시스템(GPS) • DR 시스템 • Hybrid 시스템

6. Hybrid 센서 시스템 • DR 시스템 • 거리센서 : Speed meter • 방향센서 : 상대방위(Gyro) • 절대 방위 센서 • 방위센서 : Magnetic Compass

7. Compass 오차 분류 .

8. Electronic Compass • Electronic Compass 센서 출력 측정된 자기장의 방향 회전 방향

9. 1회전 보정법 (Circle) 차량내부의 환경에 의한 자화원의 옵셋값 이상적인 자기장 측정 자기장 보정된 자기장 Instrumentation error

10. Interference Error • 외부 간섭 자계 분류 (Time varying error) 1. 외부의 간섭자기장의 영향 (time varying error) 자화원의 크기를 변형 2. 경사나 기울어짐의 영향(time varying error) x 축 또는 y 축으로 작용

11. Interference Error 보정 • Time invariant Error 보정 Dual Electronic Compass를 차량에 설치 (1회전) 자화원의 변형 순 방향 시 역 방향 시 Compass 2 Compass 1 진행 방향

12. Time invariant 오차 보정 • 평면에서의 1회전 보정 Step 1. 평면에서 천천히 360°회전시킨다. Step 2. X센서와 Y센서의 최대값 와 최소값 을 구함 Step 3. , , , 를 구한다. Step 4.

13. Scale factors , 계산 • Scale factors ,

14. , , , 계산 • Offset • 자화원의 반지름

15. Dual Electronic Compass • 컴파스 1과 컴파스 2의 Scale factors • 최종적으로 보정된 값

16. 3 Point-보정 • 차량 내부의 환경변화 측정 •+옵셋과 –옵셋으로 shift 된 2개의 원으로 분리 •원의 방정식을 이용한 보정 자화원의 shift

17. 3 Point Calibration •Step1. 차량의 운행 중 회전 동안에 3점을 측정 •Step2.원의 방정식을 적용하여 Zero Offset값을 구함

18. Time varying Error 보정 • Time varying error 보정 기준 자화원 변형 차량의 이동중 환경 순 방향 시 역 방향 시 Compass 2 Compass 1 진행 방향

19. 외부 간섭이 없을때 절대 방위 , Compass1 Compass2 지나가는 차량에 의한 절대 방위 왜곡 , , , 직선 주행중 지나가는 차량에 의한 자화원의 변형

20. 자화원 모델링

21. 외부의 동적인 간섭자기장 판별식 •자화원 허용 오차 • 방위각 허용 오차 •경사 및 기울기 조건

22. Predictive Calibration 예측값 예측 보정

23. 경사 및 기울기 보정 • 기울어짐 • 경사

24. Predictive Calibration 블록도

25. 실험 및 결과 • Hybrid 센서 구성

26. 실험 모듈 • 제 컴파스 모듈 : Philips / KMZ52 • GYRO : Panasonic / EWTS82NN • GPS RECEIVER : CirocommTechnology / FL18 • Speed Pulse : 차량 내부 엔진 ECU • Data communication : Serial 9600bps • 실험 차량 : 대우 누비라 • 설치 장소 : 조수석 하단

27. Compass 데이터 측정 및 보정 주행 프로그램

28. 주행 실험 설정 1회전 보정 설정 데이터 주행 실험 설정 • 제작한 prototype 컴파스(Compass3)를 기존의 컴파스(Compass1)및 자이로(GYRO)와 비교 실험 결과 • 도로 주행을 통해서 비교 검증 • 학교 내에서의 주행실험 • 교통 혼잡지역 및 터널구간 주행 • Bridge 주행

29. 학내에서의 주행

30. 도심지역 및 터널구간

31. Bridge (최종)

32. 모 델 성능 가격 편의성 저렴 기존의 컴파스 절대 방위 (외부간섭) 간단 GYRO 상대 방위 (오차누적 바이어스) 복잡한 알고리즘 고가 제안된 컴파스 절대 방위 (외부간섭 보정) 간단 보통 성능 비교

33. 결론 • 외부간섭자지장 분류 및 측정 • 2-axis Dual 컴파스를 이용하여 차량의 환경변화에 대한 3Point Calibration Algorithm • 기존에는 불가능했던 불규칙한 외부 자기장에 대한 Time-Varying Calibration Algorithm • 급격한 경사 및 기울기 보정

34. Dual magnetic compass에 의한 외부 간섭 제거법 긴 철로 등을 통과하는 문제

35. 목 차 • 서론 • 외부 자계가 미치는 영향 • 보정 알고리즘 • 실험 및 결과 • 결론

36. 서론 • 기존의 Magnetic Compass로는 외부 간섭의 영향에서 방위각 변화 시 절대 방위의 지시에 어려움이 있음. • 두개의 Magnetic Compass로 외부 간섭의 영향에서도 절대 방위를 지시할 수 있는 보정 방법 제시.

37. 1.이상적인 지구 자기장 외부 자계가 미치는 영향 3 기준 자화원 1 2,3.외부 자계에 의한 크기 변화 2 방위각 오차 실질적인 방위각

38. 보정 알고리즘 • 센서 배치 진행 방향과 수평 Compass 1,2가 외부 자계에 대해 동일한 방향으로 간섭 외부 자계의 출력 차이

39. 외부 간섭이 존재 할 경우 • 크기와 방향이 같은 지구 자기장 • 방향은 같고 크기가 다른 외부 간섭 자기장 , 센서 배치에 의한 출력 변화 Compass 2 Compass 1

40. 원의 방정식----(1) Compass 2 Compass 1 식(1)=식(2) 보정된 방위각 직선의 방정식----(2) Dual-Compass로 실시간 방위 보정

41. 2 1 3 8 철문 7 4 5 6 실험 및 결과

42. 4 3 5 7 6 8 1 2 Compass 1,2의 방위각 Compass 1 Compass 2

43. 보정된 방위각 3 4 5 6 7 8 1 2

44. 실제 방위각과 비교 3 4 5 6 8 7 2 1

45. 결론 • 단일 방향의 외부 간섭 자계의 영향이 있어도 Dual-Compass 사용 시 실시간 보정가능. • Dual-compass의 간격과 간섭 자계장 보상 가능 범위 연구 필요성.

46. Active Beacon에 의한 실내 자율주행 실내 자율주행 Ubiquitous 로봇

47. 목 차 • 서론 • 위치 인식 • Active Beacon sensor • Active Beacon sensor 구성 • 자기 위치 인식 방법 • 초음파 사용시 문제점 및 해결 방법 • 결론

48. 최근의 로봇 개발 방향 : 인간 친화적인 지능형 로봇으로 전환. 특징 인공 지능에 의한 인식 기능 홈오토메이션 기능 이동성 작업 영역의 확장 서론

49. Z Y X 자율 주행시 요구 사항 환경 인식 경로 계획 제어 기능 자기 위치 추정

50. 위치 인식 • 위치 인식 분류 • 상대 위치 인식 : 이전의 위치와 방향에서 현재에 변화된 위치와 방향을 계산 • 절대 위치 인식 : 위치 표시 또는 주어진 환경 정보(지도 정보)를 이용하여 이미 알고 있는 위치로부터 상대적인 로봇위치를 계산.