스테레오 카메라를 이용한 주행 로봇의 야외 환경 탐사

Abstract

본 논문에서는 야외 환경 탐사를 위한 주행 로봇 개발을 목표로 한다. 야외의 험지를 탐사하기 위해서는 험로 적응이 가능한 이동 기구부, 장애물 회피를 위한 지형 인식 센서와 주행 로봇의 위치 파악 및 지도 작성 기술을 요구한다. 이를 위하여 본 논문에서는 4절 링크로 이루어진 바퀴형 주행 로봇 Robahz-6W을 제작하였다. Robhaz-6W은 4절 링크가 가지는 1 자유도를 이용하여, 험지의 지형에 적응하여 이를 극복한다. 그리고 Robhaz-6W의 전방의 지형 정보를 획득하기 위하여 스테레오 비전을 사용하였다. 스테레오 비전에서 가장 중요한 과정은 두 영상의 스테레오 매칭이다. 이 과정은 많은 계산량으로 인하여 실시간 계산이 힘들고, 물체의 경계면에서 구조적인 오차가 발생이 된다. 본 논문에서는 병렬처리 기법을 이용하여 실시간 계산이 가능하게 하며, 구조적으로 발생 되는 이러한 오차를 줄이는 스테레오 매칭 방법을 제안한다. 또한, 야외 환경에서의 Robahz-6W의 위치를 파악하기 위하여 비전 기반 CEKF-SLAM(Compressed Extended Kalman Filter - Simultaneous Localization And Map building)을 제안하였다. CEKF를 이용함으로써 계산량을 줄여 실시간으로 Robahz-6W의 위치를 산출 할 수 있다. CEKF를 사용하기 위하여 영상의 특징점의 특성을 이용하여 두 그룹으로 나누어 주었다. 위의 3차원 지형 인식의 결과와 비전 기반 CEKF SLAM의 결과를 이용하여 장애물 지도를 작성한다. 최종적으로, 본 논문에서 제안된 이동 기구부 메커니즘과 실시간 지형 인식 및 Robahz-6W의 위치 산출 알고리즘의 성능을 실제 야외 환경에서 검증하였다.