KR20130099672A - Fuzzy inference system and method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 퍼지 추론 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가속도계의 데이터를 효과적으로 보정함으로써 GFINS의 누적오차 문제를 해결할 수 있는 퍼지 추론 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a fuzzy inference system and method, and more particularly, to a fuzzy inference system and method that can solve the cumulative error problem of GFINS by effectively correcting the data of the accelerometer.
최근, 물류산업에서는 작업의 효율성을 증대시키기 위하여 양 바퀴 구동방식이나 차축 구동방식과 함께 로봇의 자세와 상관없이 전방향으로 주행 가능한 자율주행 차량에 대한 관심이 증가하고 있다.Recently, in the logistics industry, in order to increase work efficiency, interest in autonomous vehicles capable of traveling in all directions regardless of the attitude of the robot, together with both the wheel driving method and the axle driving method, has increased.
대표적인 전방향 구동방식으로는 스워브 구동(swerve drive), 홀로노믹 구동(lonomic drive), 메카넘 구동(Mecanum drive) 등이 있다. 이 중, 메카넘 구동은 일반적인 바퀴 둘레에 45°로 기울어진 롤러가 다수 장착된 형태인 메카넘 휠을 사용하여 주행하는 방식이다. 메카넘 휠은 홀로노믹 구동보다 강도가 우수하고, 동력에 대한 전달력이 높다. 하지만, 바퀴 둘레에 장착된 롤러로 인해 미끄러짐이 발생할 수 있기 때문에 엔코더만으로 위치를 측정하는 것이 어렵다. 따라서 롤러의 미끄러짐에 관계없이 AGV(Autonomous Ground Vechicle)의 위치를 정밀하기 위해서는 관성 항법장치가 필요하다.Representative omni-directional drives include a swave drive, a lonomic drive, and a mecanum drive. Of these, the mecanum drive is driven by using a mecanum wheel, which is equipped with a plurality of rollers inclined at 45 ° around a general wheel. Mecanum wheels offer greater strength and greater power transmission than holographic drives. However, it is difficult to measure the position with the encoder alone because slippage may occur due to the roller mounted around the wheel. Therefore, inertial navigation is required to precisely position the AGV (Autonomous Ground Vechicle) regardless of the sliding of the roller.
INS(Inertial Navigation System)는 병진운동에 대한 이동 관성과 회전운동에 대한 회전관성을 측정하여 물체의 상대적인 이동거리와 방향을 측정하는 장치이다. 일반적으로 INS는 이동 관성을 측정하기 위하여 자이로스코프를 사용한다. 하지만, INS의 연구 초기에는 고가의 자이로스코프로 인한 가격상승 문제가 대두되었고, 이러한 문제를 해결하기 위하여 자이로스코프를 사용하지 않은 GFINS(Gyroscope Free Inertial Navigation System)에 대한 관심이 증대되었다. 하지만, 최근에는 MEMS(Micro-Electromechanical System)의 발달로 자이로스코프의 가격이 저렴해지면서 GFINS의 가격적인 이점은 적어졌지만 소형화와 저전력의 이점을 가지고 있기 때문에 여전히 활발히 연구되고 있다.INS (Inertial Navigation System) is a device that measures the relative moving distance and direction of an object by measuring the movement inertia for translational movement and rotational inertia for rotational movement. In general, INS uses a gyroscope to measure movement inertia. However, in the early days of INS research, the problem of price increase caused by expensive gyroscopes was raised, and interest in GFINS (Gyroscope Free Inertial Navigation System) without using a gyroscope was raised to solve this problem. However, recently, with the development of the micro-electromechanical system (MEMS), the price of the gyroscope has been reduced, and the cost advantage of the GFINS has been reduced. However, it is still actively studied because of the advantages of miniaturization and low power.
GFINS는 회전 관성을 측정하기 위하여 자이로스코프를 사용하지 않고, 가속도계나 기울기 센서만을 사용하여 회전 관성을 측정할 수 있는 장치이다. GFINS에서는 주로 가속도계를 관성센서로 사용하며, 계측된 관성 데이터를 적분하여 선속도와 요(yaw)각을 계산한다. 하지만, 가속도계는 시간이 지나면서 오차가 누적되는 문제가 있기 때문에 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있다.
GFINS is a device that can measure rotational inertia using only accelerometer or tilt sensor without using gyroscope to measure rotational inertia. In GFINS, the accelerometer is mainly used as an inertial sensor, and the linear velocity and yaw angle are calculated by integrating the measured inertial data. However, the accelerometer has a problem in that reliability is inferior because there is a problem that an error accumulates over time.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 가속도계의 데이터를 효과적으로 보정함으로써 GFINS의 누적오차 문제를 해결할 수 있는 퍼지 추론 시스템(FIS: Fuzzy Inference System) 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
An object of the present invention is to provide a fuzzy inference system (FIS) and a method for solving the cumulative error problem of GFINS by effectively correcting the data of an accelerometer. .
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 퍼지 추론 시스템은, 바퀴의 회전속도를 이용하여 AGV(Autonomous Ground Vechicle)의 선속도를 계산하는 AGV선속도 계산부; 가속도계를 이용하여 선속도를 측정하는 가속도계선속도 측정부; 상기 바퀴에 연결된 모터에 동력을 전달하는 엔코더신호에 기초하여 선속도를 계산하는 엔코더선속도 계산부; 상기 AGV선속도 계산부에 의해 계산된 AGV선속도와 상기 가속도계선속도 측정부에 의해 측정된 가속도계선속도의 비율을 계산하는 제1 선속도비율 계산부; 상기 가속도계선속도 측정부에 의해 측정된 가속도계선속도와 상기 엔코더선속도 계산부에 의해 계산된 엔코더선속도의 비율을 계산하는 제2 선속도비율 계산부; 및 상기 제1 선속도비율 계산부에 의해 계산된 선속도 비율 및 상기 제2 선속도비율 계산부에 의해 계산된 선속도 비율에 기초하여 설정된 보정비율에 따라 상기 가속도계의 선속도를 보정하는 가속도계 보정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Fuzzy inference system according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, AGV linear velocity calculation unit for calculating the linear velocity of the AGV (Autonomous Ground Vechicle) using the rotational speed of the wheel; An accelerometer linear velocity measurement unit for measuring a linear velocity using an accelerometer; An encoder linear velocity calculation unit configured to calculate a linear velocity based on an encoder signal transmitting power to a motor connected to the wheel; A first linear velocity ratio calculation unit that calculates a ratio of the AGV linear velocity calculated by the AGV linear velocity calculation unit and the acceleration linear velocity measured by the accelerometer linear velocity measuring unit; A second linear velocity ratio calculation unit that calculates a ratio of the acceleration linear velocity measured by the acceleration linear velocity measurement unit and the encoder linear velocity calculated by the encoder linear velocity calculation unit; And an accelerometer correction for correcting the linear velocity of the accelerometer according to a correction ratio set based on the linear velocity ratio calculated by the first linear velocity ratio calculator and the linear velocity ratio calculated by the second linear velocity ratio calculator. It is characterized by including a wealth.
상기 AGV선속도 계산부는, 메카넘 휠이 장착된 상기 AGV의 기구학을 이용하여 각 바퀴의 회전에 의한 선속도 및 롤러에 의해 실제로 바닥에 작용하는 선속도를 산출할 수 있다.The AGV linear velocity calculation unit may calculate the linear velocity caused by the rotation of each wheel and the linear velocity actually acting on the floor by the rollers by using the kinematics of the AGV equipped with a mecanum wheel.
상기 제1 선속도비율 계산부는, 상기 AGV선속도 계산부에 의해 계산된 AGV 평균선속도 및 상기 가속도계선속도 측정부에 의해 측정된 평균선속도를 이용하여 선속도 비율을 계산한다.The first linear velocity ratio calculation unit calculates the linear velocity ratio using the AGV average linear velocity calculated by the AGV linear velocity calculation unit and the average linear velocity measured by the accelerometer linear velocity measurement unit.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 퍼지 추론 방법은, 바퀴의 회전속도를 이용하여 AGV의 선속도를 계산하는 단계; 가속도계를 이용하여 선속도를 측정하는 단계; 상기 바퀴에 연결된 모터에 동력을 전달하는 엔코더신호에 기초하여 선속도를 계산하는 단계; 상기 AGV선속도 계산단계에 의해 계산된 AGV선속도와 상기 가속도계선속도 측정단계에 의해 측정된 가속도계선속도의 제1 선속도비율을 계산하는 단계; 상기 가속도계선속도 측정단계에 의해 측정된 가속도계선속도와 상기 엔코더선속도 계산단계에 의해 계산된 엔코더선속도의 제2 선속도비율을 계산하는 단계; 및 상기 제1 선속도비율 및 상기 제2 선속도비율에 기초하여 설정된 보정비율에 따라 상기 가속도계의 선속도를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Fuzzy inference method according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, the step of calculating the linear velocity of the AGV using the rotational speed of the wheel; Measuring the linear velocity using an accelerometer; Calculating a linear velocity based on an encoder signal for transmitting power to a motor connected to the wheel; Calculating a first linear velocity ratio between the AGV linear velocity calculated by the AGV linear velocity calculation step and the accelerometer linear velocity measured by the accelerometer linear velocity measurement step; Calculating a second linear velocity ratio of the acceleration linear velocity measured by the acceleration linear velocity measurement step and the encoder linear velocity calculated by the encoder linear velocity calculation step; And correcting the linear velocity of the accelerometer according to the correction ratio set based on the first linear velocity ratio and the second linear velocity ratio.
상기 AGV선속도 계산단계는, 메카넘 휠이 장착된 상기 AGV의 기구학을 이용하여 각 바퀴의 회전에 의한 선속도 및 롤러에 의해 실제로 바닥에 작용하는 선속도를 산출할 수 있다.In the AGV linear velocity calculation step, the linear velocity caused by the rotation of each wheel and the linear velocity actually acting on the floor by the roller may be calculated using the kinematics of the AGV equipped with a mecanum wheel.
상기 제1 선속도비율 계산단계는, 상기 AGV선속도 계산부에 의해 계산된 AGV 평균선속도 및 상기 가속도계선속도 측정부에 의해 측정된 평균선속도를 이용하여 선속도 비율을 계산한다.
In the first linear velocity ratio calculating step, the linear velocity ratio is calculated using the AGV average linear velocity calculated by the AGV linear velocity calculation unit and the average linear velocity measured by the accelerometer linear velocity measurement unit.
본 발명에 따르면, AGV와 가속도계의 선속도 비율과 엔코더와 가속도계의 선속도 비율을 입력으로 하는 퍼지 추론 시스템을 사용하여 가속도계의 데이터를 효과적으로 보정함으로써 GFINS의 누적오차 문제를 해결할 수 있게 된다.
According to the present invention, the cumulative error problem of the GFINS can be solved by effectively correcting the data of the accelerometer using a fuzzy inference system that inputs the linear velocity ratio of the AGV and the accelerometer and the linear velocity ratio of the encoder and the accelerometer.
도 1은 메카넘 휠이 장착된 AGV의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 퍼지 추론 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 메카넘 휠이 장착된 AGV의 기구학을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 4는 FIS의 소속함수를 나타낸 도면으로서, (a)는 AGV와 가속도계의 선속도 비율을 나타내며, (b)는 엔코더와 가속도계의 선속도 비율을 나타내고, (c)는 가속도계의 보정 비율을 나타낸다.
도 5는 yaw 각의 RMSE를 비교한 도면으로서, (a)는 직선 방향에 대한 RMSE를 나타내며, (b)는 측면 방향에 대한 RMSE를 나타내고, (c)는 대각 방향에 대한 RMSE를 나타낸다.
도 6은 선속도의 RMSE를 비교한 도면으로서, (a)는 직선 방향에 대한 RMSE를 나타내며, (b)는 측면 방향에 대한 RMSE를 나타내고, (c)는 대각 방향에 대한 RMSE를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 퍼지 추론 방법을 나타낸 흐름도이다.1 is a view schematically showing the configuration of an AGV equipped with a mecanum wheel.
2 is a diagram schematically illustrating a configuration of a fuzzy inference system according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining the kinematics of the AGV equipped with a mecanum wheel.
4 is a diagram showing the membership function of the FIS, (a) shows the linear velocity ratio between the AGV and the accelerometer, (b) shows the linear velocity ratio between the encoder and the accelerometer, and (c) shows the correction ratio of the accelerometer. .
5 is a diagram comparing the RMSE of the yaw angle, (a) shows the RMSE for the straight direction, (b) shows the RMSE for the lateral direction, (c) shows the RMSE for the diagonal direction.
6 is a diagram comparing the RMSE of the linear velocity, (a) shows the RMSE for the linear direction, (b) shows the RMSE for the lateral direction, and (c) shows the RMSE for the diagonal direction.
7 is a flowchart illustrating a fuzzy inference method according to an exemplary embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 당업자에게 주지 저명한 기술에 대해서는 그 상세한 설명을 생략할 수 있다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, a detailed description of known techniques well known to those skilled in the art may be omitted.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 동일한 명칭의 구성 요소에 대하여 도면에 따라 다른 참조부호를 부여할 수도 있으며, 서로 다른 도면임에도 불구하고 동일한 참조부호를 부여할 수도 있다. 그러나, 이와 같은 경우라 하더라도 해당 구성 요소가 실시예에 따라 서로 다른 기능을 갖는다는 것을 의미하거나, 서로 다른 실시예에서 동일한 기능을 갖는다는 것을 의미하는 것은 아니며, 각각의 구성 요소의 기능은 해당 실시예에서의 각각의 구성요소에 대한 설명에 기초하여 판단하여야 할 것이다.In describing the constituent elements of the present invention, the same reference numerals may be given to constituent elements having the same name, and the same reference numerals may be given thereto even though they are different from each other. However, even in such a case, it does not mean that the corresponding component has different functions according to the embodiment, or does not mean that the different components have the same function. It should be judged based on the description of each component in the example.
또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the component of this invention, terms, such as 1st, 2nd, A, B, (a), (b), can be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, Quot; may be "connected," "coupled," or "connected. &Quot;
도 1은 메카넘 휠이 장착된 AGV의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing the configuration of an AGV equipped with a mecanum wheel.
본 발명에 따른 메카넘 휠 AGV는 퍼지 추정 시스템(100)이 각 바퀴(110)에 대응하여 설치될 수 있으며, 각 바퀴(110)의 모터를 제어하기 위하여 DAQ를 사용할 수 있다. 각 바퀴(110)의 BLDC 모터에는 모터의 동작 조절을 위한 플래그 조절과 엔코더(120)의 신호를 받아서 전달하는 모터 드라이브(도시하지 않음)가 설치된다. 엔코더(120)의 신호는 직각 파형으로 AVR의 인터럽트를 이용하여 모터의 회전량을 알 수 있다. 계측된 엔코더(120)의 데이터는 CAN 통신을 이용하여 주제어기(도시하지 않음)로 취합되고, 주제어기로 전송된 엔코더(120)의 데이터는 기구학 방정식을 이용하여 선속도와 각속도로 변환된다. 또한, AGV는 각 바퀴(110)에 대응하여 가속도계(130)가 설치된다.In the mecanum wheel AGV according to the present invention, the
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 퍼지 추론 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.2 is a diagram schematically illustrating a configuration of a fuzzy inference system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 퍼지 추론 시스템(100)은 AGV 선속도 계산부(140), 가속도계 선속도 측정부(150), 엔코더 선속도 계산부(160), 제1 선속도비율 계산부(170), 제2 선속도비율 계산부(180) 및 가속도계 보정부(190)를 포함한다.2, the
AGV 선속도 계산부(140)는 바퀴의 회전속도를 이용하여 AGV의 선속도를 계산한다.The AGV linear
메카넘 휠이 장착된 AGV의 기구학을 설명하기 위해 도시한 도 3에서, L은 AGV의 회전 중심축과 바퀴 중심까지의 세로 거리이며, W는 AGV의 회전 중심축과 바퀴 중심까지의 가로 거리이다. viw는 각 바퀴의 회전에 의한 선속도이고, vir은 롤러에 의해 실제로 바닥에 작용하는 선속도이다. 실제로 각 바퀴에 작용하는 선속도 viX와 viY는 viw와 vir을 사용하여 수학식 1과 같이 유도될 수 있다.In FIG. 3, which is shown to explain the kinematics of an AGV equipped with mecanum wheels, L is the longitudinal distance between the center of rotation of the AGV and the wheel center, and W is the horizontal distance between the center of rotation of the AGV and the wheel center. . v iw is the linear velocity due to the rotation of each wheel, and v ir is the linear velocity actually acting on the floor by the rollers. In practice, the linear velocities v iX and v iY acting on each wheel can be derived using
[수학식 1][Equation 1]
수학식 1을 viw에 대해 정리하면 수학식 2와 같다.
[수학식 2]&Quot; (2) "
그리고 AGV의 회전 중심축에 작용하는 x, y 축의 속도 vX, vY와 각속도 wZ를 이용하여 수학식 3과 같이 수학식 2와는 다른 형태의 각 바퀴에 작용하는 선속도 viX와 viY를 구할 수 있다.The linear velocity acting on the wheels different from
[수학식 3]&Quot; (3) "
수학식 3을 수학식 2에 대입하여 정리하면 수학식 4와 같이 viw를 vx, vy, wz에 관한 식으로 표현할 수 있다.By substituting Equation 3 into
[수학식 4]&Quot; (4) "
수학식 4를 각 바퀴에 대한 행렬식으로 표현하면 수학식 5와 같다.
[수학식 5]&Quot; (5) "
수학식 5에서 F의 역행렬을 계산하여 양변에 곱해준 후 정리하면 수학식 6과 같다.The inverse of F is calculated in Equation 5, multiplied by both sides, and summed up as
[수학식 6]&Quot; (6) "
바퀴의 반지름을 Rw, 바퀴의 회전 각속도를 θi라고 하면 수학식 6의 viw를 Rwθi의 형태로 수힉식 7과 같이 표현할 수 있다.If the radius of the wheel is R w and the rotational angular velocity of the wheel is θ i , then v iw in
[수학식 7][Equation 7]
수학식 7을 이용하면 바퀴의 회전속도를 이용하여 AGV의 선속도를 계산할 수 있다.Using
가속도계 선속도 측정부(150)는 가속도계(130)를 이용하여 선속도를 측정한다.The accelerometer linear
엔코더속도 계산부(160)는 바퀴(110)에 연결된 모터의 동력을 전달하는 엔코더(120)의 신호에 기초하여 선속도를 계산한다. GFINS의 가속도계(130)를 보정하기 위해 사용하는 엔코더(120)의 선속도는 수학식 7에 적용하여 계산할 수 있다.The
제1 선속도비율 계산부(170)는 AGV 선속도 계산부(140)에 의해 계산된 AGV 선속도와 가속도계 선속도 측정부(150)에 의해 측정된 가속도계 선속도의 비율을 계산한다.The first linear velocity
또한, 제2 선속도비율 계산부(180)는 가속도계 선속도 측정부(150)에 의해 측정된 가속도계 선속도와 엔코더 선속도 계산부(160)에 의해 계산된 선속도의 비율을 계산한다.In addition, the second linear velocity
즉, 본 발명의 실시예에 따른 퍼지 추론 시스템(100)에서 사용하는 FIS의 입력은 두 개이다. 첫 번째의 입력은 AGV의 평균 선속도를 이용하여 가속도계를 비율적으로 보정하기 위한 AGV와 가속도계(130)의 선속도들의 비율이며, 두 번째의 입력은 가속도계(130)의 선속도를 엔코더(120)의 선속도와 유사하도록 변환하기 위한 엔코더(120)와 가속도계(130)의 선속도들의 비율을 사용한다.That is, two inputs of the FIS used in the
본 발명의 실시예에서는 AGV의 선속도를 측정하기 위하여 레이저 내비게이션을 AGV의 중심에 설치할 수 있다. 레이저 내비게이션에서 측정된 AGV의 x, y축 선속도는 표 1과 같으며, 본 발명에서 AGV의 선속도와 가속도계의 선속도 비율을 계산하기 위해서 평균 선속도를 사용한다. 직선과 측면은 각각 AGV를 y축, x축으로 주행하였을 때의 선속도이며, 대각은 x, y축 좌표 평면상에서 대각으로 주행하였을 때의 선속도이다. 표 1에서 각 수치의 단위는 mm/s를 나타낸다.In the embodiment of the present invention, the laser navigation may be installed in the center of the AGV to measure the linear velocity of the AGV. The x- and y-axis linear velocities of AGVs measured in laser navigation are shown in Table 1, and the average linear velocities are used to calculate the ratio of the linear velocities of the AGVs and the linear velocities of the accelerometer. The straight line and the side are the linear velocities when the AGV is driven along the y and x axes, respectively, and the diagonal is the linear velocities when the diagonal lines are run on the x and y axis coordinate planes. In Table 1, each numerical unit represents mm / s.
[표 1][Table 1]
제1 선속도비율 계산부(170)는 FIS의 첫 번째 입력에 대해 AGV의 평균 선속도와 가속도계(130)의 선속도 비율을 수학식 8을 이용하여 계산한다.The first linear
[수학식 8][Equation 8]
수학식 8에서 ni ,X, ni,Y는 각각 x, y축에 대한 AGV와 가속도계(130)의 선속도 비율이며, Ari ,X, Ari ,Y는 t시간에서의 가속도계(130)의 x, y축 선속도이다. 그리고 CvX, CvY는 각각 AGV의 x, y축 평균 선속도이다.In
제2 선속도비율 계산부(180)는 가속도계 선속도 측정부(150)에 의해 측정된 가속도계 선속도와 엔코더 선속도 계산부(160)에 의해 계산된 엔코더 선속도의 비율을 계산한다.The second linear velocity
엔코더(120)는 롤러의 미끄러짐으로 인하여 위치를 정확하게 측정하지는 못하지만 바퀴(110)의 회전은 정확하게 측정할 수 있다. 그리고 가속도계(130)는 누적오차가 존재하지만 미끄러짐에 관계없이 위치 변화량의 근사 측정이 가능하다. 따라서 가속도계(130)의 데이터를 엔코더(120)의 변화에 맞추어 가속도계(130)의 데이터를 보정할 수 있다. 이때, 제2 선속도비율 계산부(180)는 수학식 9와 같이 가속도계 선속도와 엔코더 선속도의 비율을 계산할 수 있다.The
[수학식 9]&Quot; (9) "
수학식 9에서 Ri ,X, Ri ,Y는 x, y축에 대한 엔코더(120)와 가속도계(130)의 선속도 비율이고, ri ,X, ri ,Y는 각각 가속도계(130)의 x, y축 선속도를 엔코더(120)의 x, y축 선속도로 변화시킨 값이다. 그리고 ei ,X, ei ,Y는 각각 엔코더(120)의 x, y축 선속도이다.In Equation 9, R i , X , R i , Y are linear velocity ratios of the
[수학식 10]&Quot; (10) "
수학식 10의 ai ,X, ai ,Y는 각각 x, y축에 대한 가속도계(130)의 선속도와 FIS를 사용하여 보정된 가속도계(130)의 선속도 차이로 수학식 11을 이용하여 계산한다.A i , X , a i , and Y in
[수학식 11]&Quot; (11) "
수학식 11에서 Af는 이전 시간에 FIS를 사용하여 보정한 가속도계(130)의 선속도이다. 모멘트 m은 이전 선속도가 현재 선속도에 일정하게 영향을 미친다는 점을 이용하여 실험을 통하여 구할 수 있다. 본 발명에서는 AGV를 380 mm/s로 반복 주행하는 사전 실험을 통해 1.657의 값을 획득하였다.In Equation 11, Af is the linear velocity of the accelerometer 130 corrected using the FIS in the previous time. The moment m can be obtained through experiments using the fact that the previous linear velocity has a constant effect on the current linear velocity. In the present invention, a value of 1.657 was obtained through a preliminary experiment in which AGV was repeatedly run at 380 mm / s.
가속도계 보정부(190)는 제1 선속도비율 계산부(170)에 의해 계산된 선속도 비율 및 제2 선속도비율 계산부(180)에 의해 계산된 선속도 비율에 기초하여, 설정된 보정비율에 따라 가속도계(130)의 선속도를 보정한다.The
가속도계(130)의 보정을 위한 FIS의 입력은 두 가지로, 전술한 수학식들에 따라 구한 AGV의 선속도와 가속도계(130)의 선속도 비율 n과, 엔코더(120)의 선속도와 가속도계(130)의 선속도 비율 R이다. 두 입력은 모두 0에서 1 사이의 보정 비율이다. 본 발명에서 사용된 FIS의 소속함수는 휴리스틱 기법을 이용하여 실험적으로 설계하였다. FIS의 소속함수는 도 4에 나타낸 바와 같다. 도 4의 (c)의 출력함수를 통해 출력된 값을 가속도계(130)의 선속도를 보정하는데 사용한다. 사용된 퍼지 룰(rule)은 표 2에 나타낸 바와 같다.There are two inputs of the FIS for the calibration of the accelerometer 130, and the linear velocity ratio n of the AGV and the linear velocity of the accelerometer 130 obtained according to the above equations, the linear velocity of the
[표 2][Table 2]
본 발명에 따른 퍼지 추론 시스템에 대한 실험은 300 cm x 300 cm 공간에서 380 mm/s의 속도로 직선과 측면, 대각의 방향으로 각각 10회 반복 주행하였으며, 본 발명에 따른 퍼지-GFINS와 실제 AGV의 움직임을 비교하기 위하여 전역 위치 측정 센서인 레이저 내비게이션을 AGV의 중심에 부착하였다. 레이저 내비게이션은 리플렉터가 설치된 공간에서 오차범위 4 mm ~ 20 mm 이내로 전역 위치가 측정가능한 장치이다. The experiment for the fuzzy inference system according to the present invention was repeated 10 times in the direction of the straight line, the side, and the diagonal at the speed of 380 mm / s in the space of 300 cm x 300 cm, and the fuzzy-GFINS and the actual AGV according to the present invention. In order to compare the movements of the lasers, a global positioning sensor, laser navigation, was attached to the center of the AGV. Laser navigation is a device whose global position can be measured within an error range of 4 mm to 20 mm in the space where the reflector is installed.
또한, 본 발명에 따른 퍼지-GFINS의 성능을 평가하기 위하여 엔코더(120), 가속도계(130)의 데이터로 계산한 선속도 및 yaw 각을 레이저 내비게이션으로 측정한 선속도 및 yaw각과 비교하였다.In addition, in order to evaluate the performance of the fuzzy-GFINS according to the present invention, the linear velocity and yaw angle calculated by the data of the
각 센서들로부터 yaw각을 계산하는 식은 수학식 12와 같다.The equation for calculating the yaw angle from each sensor is shown in Equation 12.
[수학식 12]&Quot; (12) "
여기서, θ는 yaw각이며, X와 Y는 각각 센서로부터 계측된 x, y축 위치이다. 하지만, 메카넘 휠이 장착된 AGV는 주행 방향에 따라서 각 바퀴의 회전속도와 방향이 다르기 때문에 계산된 yaw각을 바로 비교할 수 없다. 따라서 본 발명에 따른 퍼지-GFINS와 각 센서들로부터 계산된 yaw각을 비교하기 위하여 각 주행방향에 대해 레이저 내비게이션과의 RMSE를 계산하였다. 도 5는 yaw 각의 RMSE를 비교한 도면으로서, (a)는 직선 방향에 대한 RMSE를 나타내며, (b)는 측면 방향에 대한 RMSE를 나타내고, (c)는 대각 방향에 대한 RMSE를 나타낸다.Is the yaw angle, and X and Y are the x and y axis positions measured from the sensors, respectively. However, the AGV equipped with mecanum wheels cannot compare the calculated yaw angles directly because the rotation speed and direction of the wheels differ depending on the driving direction. Therefore, in order to compare the yaw angle calculated from the fuzzy-GFINS and the sensors according to the present invention, RMSE with laser navigation was calculated for each driving direction. 5 is a diagram comparing the RMSE of the yaw angle, (a) shows the RMSE for the straight direction, (b) shows the RMSE for the lateral direction, (c) shows the RMSE for the diagonal direction.
도 5와 같이 본 발명에 따른 퍼지-GFINS가 직선과 측면의 경우 엔코더(120)와 유사한 성능을 보이지만, 대각의 경우 성능이 향상된 것을 확인할 수 있었다. 도 5의 데이터를 이용하여 각 방향에 대한 계산된 RMSE의 평균과 최대, 최소는 표 3에 나타낸 바와 같다.As shown in FIG. 5, the fuzzy-GFINS according to the present invention showed similar performance to the
[표 3][Table 3]
도 5와 표 3에서 알 수 있듯이, 가속도계(130)는 누적오차로 인하여 직선과 측면, 대각으로 주행할 때 시간이 지남에 따라 오차가 증가하였으며, 그로 인하여 매 실험마다 결과가 다르게 도출되는 문제가 있었다. 하지만, 본 발명에 따른 퍼지-GFINS는 가속도계의 누적오차를 보정하여 가속도계만을 사용한 GFINS에 비해 오차가 작은 것을 확인할 수 있었다. 그리고 본 발명에 따른 퍼지-GFINS는 직선과 측면 주행 경우 엔코더와 유사한 결과가 나왔으며 대각 주행의 경우 엔코더보다 향상된 것을 확인할 수 있었다. 이것은 메카넘 휠의 특성상 바퀴에 장착된 롤러의 미끄러짐이 직선과 측면 주행에 비하여 대각 주행일 때 더 많이 발생하여 계측오차가 커지기 때문이다.As can be seen in FIG. 5 and Table 3, the accelerometer 130 has an error that increases with time when traveling in a straight line, side, and diagonal due to the cumulative error, thereby resulting in a different result for each experiment. there was. However, the fuzzy-GFINS according to the present invention was found to have a smaller error than the GFINS using only the accelerometer by correcting the cumulative error of the accelerometer. Fuzzy-GFINS according to the present invention has been shown to be similar to the encoder in the case of straight and side travel, it can be seen that improved than the encoder in the diagonal travel. This is because, due to the characteristics of the mecanum wheel, the slippage of the roller mounted on the wheel is more generated when the wheel is diagonally driven than the straight and the lateral drive, thereby increasing the measurement error.
가속도계에서 계측된 데이터를 이용하여 선속도를 계산하는 식은 수학식 13과 같다.The equation for calculating the linear velocity using the data measured by the accelerometer is shown in Equation 13.
[수학식 13]&Quot; (13) "
수학식 13에서 V는 x, y축 위치 변화량으로 계산한 선속도이다. ΔX, ΔY는 각각 x축과 y축의 위치 변화량이며, accX, accY는 x, y축의 가속도이다. 각 센서들로부터 계산된 선속도를 비교하기 위하여 yaw각과 같이 레이저 내비게이션에 대한 RMSE를 계산하였다. 도 6은 시간에 따르는 선속도의 RMSE의 변화를 나타낸 그래프이다.In Equation 13, V is a linear velocity calculated by the amount of change in position of the x and y axes. ΔX and ΔY are the amount of change in position of the x and y axes, respectively, and acc X and acc Y are the accelerations of the x and y axes. In order to compare the linear velocities calculated from the sensors, the RMSE for laser navigation was calculated as the yaw angle. 6 is a graph showing the change of RMSE of linear velocity with time.
도 6에서 알 수 있듯이, 선속도의 경우에 yaw각과 유사하다. 본 발명에 따른 퍼지-GFINS는 직선과 측면, 대각 주행방향에 대하여 가속도계만을 사용한 GFINS에 비해 오차가 적은 것을 확인할 수 있다. 이는 가속도계만을 사용한 GFINS의 누적오차를 효과적으로 보정한 것을 의미한다. 그리고 직선과 측면 방향에 대하여 본 발명에 따른 퍼지-GFINS와 엔코더의 RMSE는 유사하였으며, 대각으로는 본 발명에 따른 퍼지-GFINS의 RMSE가 낮은 것을 확인할 수 있었다. 이는 메카넘 휠에 부착된 롤러의 미끄러짐을 엔코다가 인식할 수 없기 때문이다. 하지만 본 발명에 따른 퍼지-GFINS는 미끄러짐에 상관없이 선속도를 측정하기 때문에 엔코더에 비하여 비교적 오차가 적었다. 표 4는 도 6의 데이터로 표현한 각 방향에 대한 RMSE의 평균, 최대, 최소이다.As can be seen in Fig. 6, the linear velocity is similar to the yaw angle. Fuzzy-GFINS according to the present invention can be confirmed that the error is less than the GFINS using only the accelerometer for straight, side, and diagonal driving direction. This means that the cumulative error of GFINS using only accelerometer is effectively corrected. The RMSE of the fuzzy-GFINS and the encoder according to the present invention were similar with respect to the straight line and the lateral direction. This is because the encoder cannot recognize the sliding of the roller attached to the mecanum wheel. However, the fuzzy-GFINS according to the present invention has a relatively small error compared to the encoder because the linear velocity is measured regardless of slip. Table 4 shows the average, maximum and minimum RMSE for each direction represented by the data of FIG. 6.
[표 4][Table 4]
실험 결과, yaw 각과 유사하게 직선과 측면 방향에 대하여 본 발명에 따른 퍼지-GFINS의 RMSE가 가속도계보다 낮으며 엔코더와는 유사하였다. 또한, 대각의 경우 엔코더보다 성능이 향상된 것을 확인할 수 있었다.The experimental results show that the RMSE of the fuzzy-GFINS according to the present invention is lower than that of the accelerometer in the straight and lateral directions similar to the yaw angle and similar to the encoder. In addition, it was confirmed that the diagonal performance is improved compared to the encoder.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 퍼지 추론 방법을 나타낸 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a fuzzy inference method according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 7을 참조하면, AGV 선속도 계산부(140)는 바퀴의 회전속도를 이용하여 AGV의 선속도를 계산하고, 가속도계 선속도 측정부(150)는 가속도계(130)를 이용하여 선속도를 측정하며, 엔코더속도 계산부(160)는 바퀴(110)에 연결된 모터의 동력을 전달하는 엔코더(120)의 신호에 기초하여 선속도를 계산한다(S710).1 to 7, the AGV linear
제1 선속도비율 계산부(170)는 AGV 선속도 계산부(140)에 의해 계산된 AGV 선속도와 가속도계 선속도 측정부(150)에 의해 측정된 가속도계 선속도의 비율을 계산하며, 제2 선속도비율 계산부(180)는 가속도계 선속도 측정부(150)에 의해 측정된 가속도계 선속도와 엔코더 선속도 계산부(160)에 의해 계산된 선속도의 비율을 계산한다(S720).The first linear
가속도계 보정부(190)는 제1 선속도비율 계산부(170)에 의해 계산된 선속도 비율 및 제2 선속도비율 계산부(180)에 의해 계산된 선속도 비율에 기초하여, 설정된 보정비율에 따라 가속도계(130)의 선속도를 보정한다(S730).The
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.The present invention is not necessarily limited to these embodiments, as all the constituent elements constituting the embodiment of the present invention are described as being combined or operated in one operation. In other words, within the scope of the present invention, all of the components may be selectively operated in combination with one or more. In addition, although all of the components may be implemented as one independent hardware, some or all of the components may be selectively combined to perform a part or all of the functions in one or a plurality of hardware. As shown in FIG. In addition, such a computer program may be stored in a computer-readable medium such as a USB memory, a CD disk, a flash memory, etc., and read and executed by a computer, thereby implementing embodiments of the present invention. As the storage medium of the computer program, a magnetic recording medium, an optical recording medium, a carrier wave medium, or the like may be included.
또한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 상세한 설명에서 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Furthermore, all terms including technical or scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined in the Detailed Description. Terms used generally, such as terms defined in a dictionary, should be interpreted to coincide with the contextual meaning of the related art, and shall not be interpreted in an ideal or excessively formal sense unless explicitly defined in the present invention.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이며, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. In addition, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the scope of the present invention but to limit the scope of the technical idea of the present invention. Accordingly, the scope of protection of the present invention should be construed according to the claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
Claims (6)
가속도계를 이용하여 선속도를 측정하는 가속도계선속도 측정부;
상기 바퀴에 연결된 모터에 동력을 전달하는 엔코더신호에 기초하여 선속도를 계산하는 엔코더선속도 계산부;
상기 AGV선속도 계산부에 의해 계산된 AGV선속도와 상기 가속도계선속도 측정부에 의해 측정된 가속도계선속도의 비율을 계산하는 제1 선속도비율 계산부;
상기 가속도계선속도 측정부에 의해 측정된 가속도계선속도와 상기 엔코더선속도 계산부에 의해 계산된 엔코더선속도의 비율을 계산하는 제2 선속도비율 계산부; 및
상기 제1 선속도비율 계산부에 의해 계산된 선속도 비율 및 상기 제2 선속도비율 계산부에 의해 계산된 선속도 비율에 기초하여 설정된 보정비율에 따라 상기 가속도계의 선속도를 보정하는 가속도계 보정부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 퍼지 추론 시스템.
An AGV linear velocity calculation unit configured to calculate a linear velocity of AGV (Autonomous Ground Vechicle) using the rotational speed of the wheel;
An accelerometer linear velocity measurement unit for measuring a linear velocity using an accelerometer;
An encoder linear velocity calculation unit configured to calculate a linear velocity based on an encoder signal transmitting power to a motor connected to the wheel;
A first linear velocity ratio calculation unit that calculates a ratio of the AGV linear velocity calculated by the AGV linear velocity calculation unit and the acceleration linear velocity measured by the accelerometer linear velocity measuring unit;
A second linear velocity ratio calculation unit that calculates a ratio of the acceleration linear velocity measured by the acceleration linear velocity measurement unit and the encoder linear velocity calculated by the encoder linear velocity calculation unit; And
An accelerometer corrector for correcting the linear velocity of the accelerometer according to a correction ratio set based on the linear velocity ratio calculated by the first linear velocity ratio calculator and the linear velocity ratio calculated by the second linear velocity ratio calculator
Fuzzy inference system comprising a.
상기 AGV선속도 계산부는,
메카넘 휠이 장착된 상기 AGV의 기구학을 이용하여 각 바퀴의 회전에 의한 선속도 및 롤러에 의해 실제로 바닥에 작용하는 선속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 퍼지 추론 시스템.
The method of claim 1,
The AGV linear velocity calculation unit,
Fuzzy inference system, characterized by calculating the linear velocity due to the rotation of each wheel and the linear velocity actually acting on the floor by the roller using the kinematics of the AGV equipped with a mecanum wheel.
상기 제1 선속도비율 계산부는,
상기 AGV선속도 계산부에 의해 계산된 AGV 평균선속도 및 상기 가속도계선속도 측정부에 의해 측정된 평균선속도를 이용하여 선속도 비율을 계산하는 것을 특징으로 하는 퍼지 추론 시스템.
The method of claim 1,
The first linear velocity ratio calculation unit,
Fuzzy inference system, characterized in that to calculate the linear velocity ratio using the average linear velocity measured by the AGV average linear velocity calculated by the AGV linear velocity calculation unit.
상기 AGV선속도 계산단계에 의해 계산된 AGV선속도와 상기 가속도계선속도 측정단계에 의해 측정된 가속도계선속도의 제1 선속도비율, 및 상기 가속도계선속도 측정단계에 의해 측정된 가속도계선속도와 상기 엔코더선속도 계산단계에 의해 계산된 엔코더선속도의 제2 선속도비율을 계산하는 단계; 및
상기 제1 선속도비율 및 상기 제2 선속도비율에 기초하여 설정된 보정비율에 따라 상기 가속도계의 선속도를 보정하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 퍼지 추론 방법.
Calculating the linear velocity of the AGV using the rotational speed of the wheel, measuring the linear velocity using an accelerometer, and calculating the linear velocity based on an encoder signal transmitting power to the motor connected to the wheel;
The first linear velocity ratio of the AGV linear velocity calculated by the AGV linear velocity calculation step and the acceleration linear velocity measured by the accelerometer linear velocity measurement step, and the acceleration linear velocity measured by the acceleration linear velocity measurement step; Calculating a second linear velocity ratio of the encoder linear velocity calculated by the encoder linear velocity calculating step; And
Correcting the linear velocity of the accelerometer according to a correction ratio set based on the first linear velocity ratio and the second linear velocity ratio
Fuzzy inference method comprising a.
상기 AGV선속도 계산단계는,
메카넘 휠이 장착된 상기 AGV의 기구학을 이용하여 각 바퀴의 회전에 의한 선속도 및 롤러에 의해 실제로 바닥에 작용하는 선속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 퍼지 추론 방법.
5. The method of claim 4,
The AGV linear velocity calculation step,
Fuzzy reasoning method characterized by calculating the linear velocity due to the rotation of each wheel and the linear velocity actually acting on the floor by the roller using the kinematics of the AGV equipped with a mecanum wheel.
상기 제1 선속도비율 계산단계는,
상기 AGV선속도 계산부에 의해 계산된 AGV 평균선속도 및 상기 가속도계선속도 측정부에 의해 측정된 평균선속도를 이용하여 선속도 비율을 계산하는 것을 특징으로 하는 퍼지 추론 방법.
5. The method of claim 4,
The first linear velocity ratio calculating step,
Fuzzy inference method characterized in that to calculate the linear velocity ratio using the average linear velocity measured by the AGV average linear velocity calculated by the AGV linear velocity calculation unit.
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Legal Events
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
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