18.221.20.252
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콤바인 수확기 시뮬레이터를 이용한 자율주행 경로탐색 및 조향제어 적용연구
Application of a Combine Harvester Driving Simulator for Autonomous Path Tracking and Steering Control
전찬우 ( Chan-woo Jeon ) , 김학진 ( Hak-jin Kim ) , 김정훈 ( Jung-hun Kim ) , 이상엽 ( Sang Yub Yi )
UCI I410-ECN-0102-2018-500-000647665
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실제 환경에서 무인 콤바인의 자율주행성능을 예측하고 분석하기 위해서는 다양한 조건에서 주행시험을 수행하여야 하지만 불완전한 알고리즘으로 인한 안정성 확보와 특정 사용 시기가 정해져 있어 시험환경 조성에 어려움이 있다. 특히 콤바인의 경우 일정한 간격으로 심어져있는 작물의 소실 없이 정밀한 주행을 요구하여, 실제 콤바인에 적용 전에 알고리즘에 대한 충분한 검토가 필수적이다. 본 연구에서는 자율주행 콤바인 시뮬레이터를 이용하여 정밀추종을 위한 알고리즘의 문제점을 정의하여 이를 개선하고, 속도 별 작업 효율을 비교 분석하여 자율주행 시스템의 현장 적용가능성을 분석하였다. 자율주행 수확작업을 위한 경로생성 및 탐색 알고리즘이 구현 된 컴퓨터 시뮬레이터는 콤바인 시스템 특성 방정식을 이용해 콤바인의 움직임을 제어하는 Client부와 주행 환경을 구축하고 차체와 궤도 자체의 미끄러짐을 단순화 한 궤도형 기구학 모델을 기반으로 콤바인의 주행정보를 제공하는 Server로 구성되어 있다. Server의 위치, 자세 등의 정보는 TCP/IP통신을 이용, Client 환경으로 피드백 되어 미리 생성 된 경로점과의 비교로 산출 된 측면 변이값, 방향 오차 그리고 차체 각속도를 선형조합하여 조향변수로 정의하고 퍼지로직 기반으로 좌·우 궤도 속도를 7 단계화하여 제어하는 방식이다. 시뮬레이션은 장변 80 m, 단변 30 m인 서울대학교 농장의 좌표정보를 이용해 Round harvesting 기법으로 생성 된 경로를 대상으로 허용 최대 작업속도 검출 및 작업 효율을 분석하기 위해 1~5 km/h의 속도조건에서 각 작업구간(총 28개의 작업구간)에서의 측면오차 RMSE, 최대 측면변위, 작업효율을 분석하였다. 그 결과, 사용된 속도조건과 작업구간에서 12 cm이내의 측면변위 RMSE가 측정되었고, 최대 측면변위는 3 km/h 이하의 속도에서는 모든 작업구간에서 17 cm 이내로 측정되었으나, 4, 5 km/h 속도조건에서는 각각 4개, 9개의 작업구간에서 디바이더간격인 30 cm보다 큰 최대 측면오차가 예측되었다. 작업효율은 3 km/h에서 92.1%로 가장 높게 나타났다. 반면에 1 km/h 조건에서는 89.4%로 가장 낮게 예측되었다. 개발 된 자율주행 추종 알고리즘은 미리 개발된 경로생성 알고리즘을 이용해 생성 된 경로를 3 km/h의 작업속도에서 허용가능 오차범위 내에서 최대효율을 보이며 안정적으로 추종이 가능한 것으로 보이며 실제 콤바인 적용이 가능한 것으로 나타났다.

[자료제공 : 네이버학술정보]
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