SLAM과 내비게이션

SLAM 

동시적 위치 추정 및 지도 작성 & 차량 자동 항법 장치

 

길 찾기에 필요한 것

1. 위치: 로봇의 위치 계측/추정하는 기능

▪︎ GPS 

▪︎ Indoor Positioning Seneor

▪︎ 데드레커닝 계산

▪︎ Runge-Kutta 공식 이용

 

2. 센싱: 벽, 물체 등의 장애물의 계측하는 기능

▪︎ 거리센서 : LRF, 초음파센서, 적외선 거리센서(PSD)

▪︎ 비전센서 : 스테레오 카메라, 모노 카메라, 전 방향 옴니 카메라

▪︎ Depth camera : SwissRanger, Kinect-2, RealSense, Kinect, Xtion, Carmine(PrimeSense), Astra

 

3. 지도: 길과 장애물 정보가 담긴 지도

▪︎ 로봇은 길을 찾아가기 위해 지도가 필요하다.

▪︎ SLAM(Simultaneous Localization And Mapping)

 

4. 경로: 목적지까지 최적 경로를 계산하고 주행하는 기능

▪︎ 내비게이션(Navigation)

▪︎ 위치 추정(Localication / Pose estimation)

▪︎  경로 탐색/계획(Path search and planning

▪︎ Dynamic Window Approach(DWA)

▪︎  A* 알고리즘(A star)

▪︎  포텐셜 장(Potential Field)

▪︎  파티클 필터(Particle Filter)

▪︎  그래프(Graph) 

 

 

①②③④는 전부 ROS의 메시지이다.

 

Gmapping

▪︎ OpenSLAM에서 공개된 SLAM의 한 종류, ROS에서 패키지로 제공

▪︎  특징: Rao-Blackwellized 파티클 필터, 파티클 수 감소, 그리드 맵

▪︎  하드웨어 제약 사항

  - X, Y, Theta 속도 이동 방향 : 차동 구동형 모바일 로봇, 전 방향 이동 로봇

  - 주행기록계

  - 계측 센서: 2차 평면 계측 가능 센서(LRF, LIDAR, Kinect, Xtion 등)

  - 직사각형 및 원형의 로봇

 

지도작성: Gmappig + TurtleBot3

▪︎ 마스터 실행 (Remote PC)

roscore

▪︎ 터틀봇 및 센서 구동 (SBC)

export TURTLEBOT3_MODEL=burger (또는 waffle)
roslaunch turtlebot3_bringup turtlebot3_robot.launch

turtlebot3_bringup 패키지를 구동하게 되면 openCR(임베디드 시스템)을 구동시켜 모터를 제어할 수 있는 세팅을 한다.

 

▪︎ RViz, 터틀봇 원격 조종, 지동 작성 (Remote PC)

export TURTLEBOT3_MODEL=burger (또는 waffle)
roslaunch turtlebot3_slam turtlebot3_slam.launch
rosrun rviz rviz-d'rospack find turtlebot3_slam'/rviz/turtlebot3_slam.rviz
roslaunch turtlebot3_teleop turtlebot3_teleop_key.launch
rosrun map_server map_saver-f ~/map

로봇에는 임베디드 시스템과 싱글 보드 컴퓨터가 함께 장착돼있는데, 그러한 정보를 모두 싱글 보드 컴퓨터 쪽으로 전송하게 된다. 싱글 보드 컴퓨터에선 라이다가 USB로 연결돼있어, 라이다로부터의 정보(2차원 평면의 거리 정보)를 전부 다 취득하여 메시지로 보내게 된다. 실질적으로 로봇에선 모터를 제어하고, 모터값을 읽어 현재 위치를 수정하고, IMU센서로 값을 보정하며 센서값을 받는 역할까지만 한다. 실질적으로 지도를 작성하는 부분은 메시지를 받은 laptop/desktop에서 처리를 하여 지도 작성을 하는 것이다.