Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SC (전자공학회논문지SC)

The Institute of Electronics and Information Engineers (대한전자공학회)
권호 표지

Land Preview System Using Laser Range Finder based on Heave Estimation

Heave 추정 기반의 레이저 거리측정기를 이용한 선행지형예측시스템

  • Kim, Tae-Won (Korea Atomic Energy Research Institute) ;
  • Kim, Jin-Hyoung (Department of Mechatronics Engineering, Chungnam National University) ;
  • Kim, Sung-Soo (Department of Mechatronics Engineering, Chungnam National University) ;
  • Ko, Yun-Ho (Department of Mechatronics Engineering, Chungnam National University)
  • 김태원 (한국원자력연구원) ;
  • 김진형 (충남대 학교 메카트로닉스공학과) ;
  • 김성수 (충남대 학교 메카트로닉스공학과) ;
  • 고윤호 (충남대 학교 메카트로닉스공학과)
  • Received : 2011.07.06
  • Accepted : 2011.12.19
  • Published : 2012.01.25
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

In this paper, a new land preview system using laser range finder based on heave estimation algorithm is proposed. The proposed land preview system is an equipment which measures the shape of forward topography for autonomous vehicle. To implement this land preview system, the laser range finder is generally used because of its wide measuring range and robustness under various environmental condition. Then the current location of the vehicle has to be known to generate the shape of forward topography and sensors based on acceleration such as IMU and accelerometer are generally utilized to measure heave motion in the conventional land preview system. However the drawback to these sensors is that they are too expensive for low-cost vehicle such as mobile robot and their measurement error is increased for mobile robot with abrupt acceleration. In order to overcome this drawback, an algorithm that estimates heave motion using the information of odometer and previously measured topography is proposed in this paper. The proposed land preview system based on the heave estimation algorithm is verified through simulation and experiments for various terrain using a simulator and a real system.

본 논문에서는 heave 추정 알고리즘 기반의 레이저 거리측정기를 이용한 새로운 선행지형예측시스템을 제안하였다. 본 논문에서 제안하는 선행지형예측시스템은 자율주행 차량이 앞으로 주행할 지면의 형상 정보를 얻기 위한 시스템이다. 이러한 선행지형예측시스템을 구현하기 위하여 측정 범위가 넓고 다양한 환경 조건에서 강인한 레이저 거리 측정기가 일반적으로 이용된다. 이 때 전방 지형을 생성하기 위해 차량의 현재 위치를 알아야 하는데 기존 선행지형예측시스템에서는 heave 움직임을 측정하기 위해 IMU나 가속도계와 같은 가속도 기반 센서들이 주로 이용된다. 하지만 이들 센서는 이동 로봇과 같은 저비용 차량에 사용하기에 고가이며 급 가감속이 발생하는 모바일 로봇에서 측정 오차가 증가하는 문제를 가진다. 이러한 문제를 극복하기 위해 본 논문에서는 주행계와 이전 측정된 지형 정보를 이용한 heave 추정 알고리즘을 제안하였다. 시뮬레이터와 실제 시스템을 이용한 다양한 지형에서 실험을 수행하고 그 결과를 확인해 봄으로써 제안된 heave 추정 알고리즘에 기반한 선행지형예측시스템을 검증하였다.

Keywords

References

  1. SICK, Telegrams for Operating/Configuring the LMS 2xx Laser Measurement Systems, SICK AG, Germany, April 2003.
  2. S. Thrun et al., "Stanley: The robot that won the DARPA grand challenge: Research articles," J. Robot. Syst., vol. 23, no.9, pp. 661-692, 2006.
  3. P. Lamon, S. Kolski, and R. Siegwart, "The SmartTer - a vehicle for fully autonomous navigation and mapping in outdoor environments," in Proceedings of CLAWAR 2006, Brussels, Belgium, 2006.
  4. 정지훈, 안광호, 강정원, 김우현, 정명진, "무인 차량의 자율 주행을 위한 2차원 레이저 거리 센서와 카메라를 이용한 입방형 격자 기반의 3차원 지형 형상 복원," 전자공학회논문지 제45권 SC편, 제6 호, 26-34쪽, 2008년 11월
  5. 노이주, 김남운, 윤기방, 정경훈, 강동욱, 김기두, "지상라이다 데이터를 이용한 구조물 윤곽선 자동 추출 알고리즘 연구," 전자공학회논문지 제46권 IE 편, 제1호, 7-15쪽, 2009년 3월
  6. 김시종, 안광호, 성찬훈, 정명진, "다중센서 융합 상이 지도를 통한 다중센서 기반 3차원 복원 결과 개선," 로봇학회 논문지, vol. 4, no. 4, pp., 298-304, 2009.
  7. D. Hahnel and W. Burgard, "Probabilistic matching for 3d scan registration," Department of Computer Science, University of Freiburg, 2002.
  8. D. M. Cole and P. M. Newman, "Using laser range data for 3D SLAM in outdoor environments," in IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, Orlando USA, pp. 1556-1563, May 2006.
  9. V. Nguyen, A. Martinelli, N. Tomatis, and R. Siegwart, "A comparison of line extraction algorithms using 2d laser rangefinder for indoor mobile robotics," in Proc. Intelligent Robots and Systems, pp. 1929-1934, August 2005.
  10. R. A. Lewis and A. R. Johnston, "A scanning laser rangefinder for a robotic vehicle," in Proc. 5th Int. Joint Conf. Artificial Intelligence, Cambridge, MA, Aug. 22-25, pp. 762-768, 1977.
  11. H. Surmann, K. Lingemann, A. Nuchter, and J. Hertzberg, "A 3d Laser Range Finder for Autonomous Mobile Robots," in Proc. 32nd International Symposium on Robotics, Zurich, Switzerland, September, pp. 153-158, April 2001.
  12. O. Wulf and B. Wagner, "Fast 3d scanning methods for laser measurement systems," Int. Conf. on Control Systems and Computer Sci, vol. 1, Bucharest, Romania, pp. 312-317, July 2003,
  13. 김경태, 송영재, "임의로 주어진 점에 관한 다변량 보간법" 정보과학회 논문지, vol. 10, no. 1, pp. 5-11, 1983.