단일 바퀴 구동 캐스터 기반 모바일 로봇의 캘리브레이션

Abstract

모바일 로봇의 제어와 오도메트리에 큰 영향을 주는 기구학적 파라미터를 보정하는 기구학적 캘리브레이션 방법은 다양한 종류의 모바일 로봇에서 연구되어왔다. 기구학적 캘리브레이션 방법은 모바일 로봇의 종류에 의존적이기 때문에 각 종류에 맞는 기구학적 캘리브레이션 방법이 필요하다. 캐스터 기반 모바일 로봇의 경우 복잡한 기구학적 형상 때문에 기구학적 파라미터가 부정확한 경우 제어 시 응력을 발생시켜 미끄러짐을 유발하기 때문에 정확한 기구학적 파라미터를 아는 것이 중요하다. 캐스터 기반 모바일 로봇을 위한 기구학적 캘리브레이션 방법은 특정 모델인 분할 캐스터에 한하여 연구가 진행되었다. 이전 연구는 캐스터 바퀴를 고정한 경우 바퀴와 바닥 사이에 회전이 일어나면 안 되기 때문에 바닥과 1점 접촉을 하는 단일 바퀴 캐스터에는 적용할 수 없다. 본 논문은 단일 바퀴 캐스터 기반 모바일 로봇의 정확한 기구학적 파라미터를 구하는 기구학적 캘리브레이션 방법을 제안한다. 제안하는 방법은 로봇에 장착된 캐스터 모듈 하나를 고정해 고정된 바퀴를 기준으로 로봇이 회전하는 경우 생기는 기하학적 관계와 로봇의 이동 정보 및 모터 엔코더 정보를 이용해 로봇의 기구학적 파라미터를 구한다. 시뮬레이션과 실제 환경에서 진행된 실험을 통해 제안하는 캘리브레이션 방법을 검증하고 이 방법이 정확한 기구학적 파라미터를 구해 오도메트리 정확도를 향상할 수 있음을 보인다.

Kinematic parameters of mobile robot have a great influence on its odometry and control, so many researches were conducted to find accurate kinematic parameters of mobile robot. Since a kinematic calibration method, for finding accurate kinematic parameters, is dependent on the kinematic type of mobile robot, calibration method for certain type is hard to apply for another type. For caster type mobile robots which has complex kinematic model, kinematic parameters are important since inaccurate kinematic parameters cause internal force which results in wheel slippage, a non-systematic error. Previous study on kinematic calibration for caster type mobile robot proposed a method that can only calibrate double-wheeled caster type mobile robot and not single-wheeled caster type mobile robot. This paper proposes a kinematic calibration method for single-wheeled caster type mobile robot. Proposed method uses geometric relationship and movement information of robot and its motor when the robot rotates around its stationary caster wheel. Simulation and hardware experiments conducted in this paper validates the proposed calibration method and shows its performance.