AMR 내비게이션 스포트라이트 시리즈의 아홉 번째이자 마지막 블로그에서 프로토타입 제어 시스템을 소개합니다. 여기를 클릭 를 클릭하여 의사 결정과 안전에 대해 다룬 시리즈의 이전 블로그를 읽어보세요.
이 시리즈의 모든 스포트라이트 블로그를 읽어보셨다면 먼저 감사의 말씀을 드립니다. 유용하고 재미있게 읽으셨기를 바랍니다. 그 동안 자율 모바일 로봇 내비게이션과 로컬라이제이션의 거의 모든 측면을 다루었습니다. 이번 블로그에서는 유니티의 AMR 프로토타입 제어 시스템을 자세히 살펴보면서 시리즈를 마무리합니다.
AMR 프로토타입 제어 시스템을 직접 만든 이유는 무엇인가요?
이미 눈치 채셨겠지만, OxTS 은 로봇을 만드는 회사가 아닙니다. 우리는 관성 항법 회사로, 다양한 애플리케이션을 위한 위성항법시스템(INS)을 전문으로 제작합니다. 이러한 애플리케이션 중 하나는 자율 이동 로봇을 위한 로컬라이제이션 솔루션의 핵심인 자율 이동 로봇.
이를 염두에 두고 저희는 고객의 입장에서 생각하기로 했습니다. 우리의 주요 목표는 관성 내비게이션 시스템을 AMR의 제어 스택에 통합하는 가장 좋은 방법을 배워 동일한 작업을 시도하는 고객을 지원하는 것이었습니다. 하지만 그 과정에서 자동화 로봇과 센서 융합의 세계에 대해 가능한 한 많이 배워 고객이 살고 있는 더 넓은 세상을 이해하고 싶었습니다.
프로토타입 개요
에서 언급했듯이 블로그 5(현지화를 넘어서)에서 언급했듯이, 저희의 제어 시스템은 클리어패스 자칼 UGV에 탑재되어 있습니다. 하드웨어 측면에서는 제어 소프트웨어를 실행하는 젯슨 나노, 휠 속도 센서, 라즈베리 파이 카메라 2개, 그리고 OxTS AV200 INS.
로봇을 제어하는 소프트웨어는 모듈식으로 설계되어 있으며, 제어 스택의 각 요소는 자체 ROS2 패키지입니다. 향후 테스트에서 더 정교한 모듈을 추가하거나 특정 작업에 로봇을 더 쉽게 조정할 수 있도록 이러한 방식으로 작업했습니다.
또한 저희는 로봇을 SAE 레벨 3 자율 플랫폼으로 만들기로 결정했습니다. 로봇은 미리 지정된 경로를 따르며, 사람이 로봇을 제어하지 않고 작업자의 감독 아래서만 움직일 수 있습니다. 이러한 선택을 한 데에는 몇 가지 이유가 있습니다:
- 로봇이 예상과 다른 행동을 보이기 시작하면 운영자가 개입하여 로봇을 제어할 수 있도록 제작의 안전성을 극대화하고 싶었습니다.
- 우리는 현실 세계에서 볼 수 있는 자율성 수준에 맞는 로봇을 만들고 싶었습니다.
마지막으로, 저희는 모든 OxTS INS 및 모든 바퀴 달린 로봇과 함께 작동하도록 제어 시스템을 설계했습니다. 이렇게 하면 프로토타입에서 배운 모든 것을 가능한 한 많은 고객과 잠재 고객에게 적용할 수 있을 것이라고 생각했습니다.
프로토타입의 모듈
이미 그 중 몇 가지를 다루었습니다.
- 로봇이 수행해야 할 작업을 결정하는 의사 결정 모듈은 다음 블로그에서 다룹니다. 블로그 8.
- 경로를 파악하고 이를 로봇에 대한 명령으로 변환하는 컨트롤러는 다음 블로그에서 다룹니다. 블로그 7.
- 인식 센서를 사용하여 장애물을 식별하는 물체 감지 모듈은 다음 블로그에서 다룹니다. 블로그 6.
블로그 8에서 간략하게 언급했던 모듈이 하나 더 있는데, 여기서는 시스템 모니터에 대해 자세히 설명하겠습니다.
시스템 모니터
시스템 모니터는 로봇의 상태를 원격으로 모니터링하고 운영자가 시스템에 명령을 내리는 데 사용되는 도구 모음입니다. 완전 자동화된 로봇이라도 일종의 시스템 모니터가 필요합니다. 사람이 로봇을 제어할 수 있는 기능은 많은 사용 사례에서 유용한 안전장치이며, 상태 모니터링을 통해 운영자는 로봇의 작동을 방해하는 문제를 발견하고 문제를 해결할 수 있습니다. 이는 원격 위치에서 여러 대의 로봇을 관리하는 경우 특히 중요합니다.
로봇은 로컬 네트워크를 생성하는 WiFi 모듈을 통해 우리와 통신합니다. 노트북이 연결되면 로봇은 ROS2 메시지를 주고받을 수 있습니다.
다음은 노트북에서 실행되는 시스템 모니터의 스크린샷입니다:
기술적으로 여기에는 두 가지 애플리케이션이 있습니다. 첫 번째는 왼쪽 상단에 있는 "OxTS 전체 시스템 모니터"라는 블랙박스입니다. 이것은 의사 결정 모듈에 명령을 내릴 수 있도록 우리가 직접 만든 매우 기본적인 애플리케이션입니다. 로봇을 시작 및 중지하고, 장애물을 무시하고, INS를 재설정할 수 있는 기능이 있어 테스트 방법론에 유용하다는 것을 알 수 있습니다. 또한 로봇의 상태와 속도도 판독할 수 있습니다.
더 큰 애플리케이션은 시각화 도구인 시각화 도구입니다. 이 도구를 사용하면 3D 공간에서 로봇의 경로 진행 상황을 시각화하고 카메라의 실시간 피드를 통해 로봇이 무엇을 보고 있는지 확인할 수 있습니다(컨트롤러의 "장애물 무시" 버튼을 누를지 여부를 결정하는 데 사용됨). 화면의 화살표는 경로의 웨이포인트이며, 흰색은 로봇이 도달해야 하는 다음 웨이포인트입니다. 이 예제에서는 GIF에서 볼 수 있듯이 로봇을 앞뒤로 움직이게 하는 것뿐입니다. 밝은 색의 빨대가 모여 있는 것처럼 보이는 것은 INS를 표현한 것으로, 3D 공간에서 위치를 모니터링할 수 있습니다(각 색 막대는 축을 나타냄).
물론 저희의 시스템 모니터는 아직 프로토타입 작업 중이기 때문에 초보적인 수준입니다. 전문가용 버전을 사용하면 전체 로봇의 위치를 한 곳에서 확인하고, 각 로봇이 특정 순간에 무엇을 하고 있는지 확인하고, 필요한 경우 맞춤형 지시를 내릴 수 있습니다.
테스트 실행 설정
우리는 옥스퍼드셔 사무실의 축사 중 한 곳에서 로봇을 테스트하기로 결정했습니다. 로봇이 가능한지 테스트해보고 싶었습니다:
- GNSS 신호가 없는 실내에서 시작하기
- GNSS 신호가 없는 실내 내비게이션
- GNSS 신호만으로 야외에서 내비게이션 이용하기
- GNSS 신호와 ArUco 마커 조합을 동시에 사용하여 탐색
- 각기 다른 탐색 모드 간에 성공적으로 전환하기
첫 번째 단계는 ArUco 마커 로컬라이제이션 솔루션의 시각적 마커를 매핑하는 것이었습니다. 로봇은 마커를 사용하여 GNSS가 없는 지역에서 위치를 식별하기 때문에 마커 자체의 위치를 매우 정확하게 파악해야 했습니다. 이를 위해 토탈 스테이션을 사용하여 각 지점을 측량하고 전 세계 위도/경도/고도 좌표로 위치를 기록했습니다.
이 작업이 완료되면 로봇이 따라갈 경로를 매핑해야 했습니다. 이를 위해 INS를 사용하여 각 웨이포인트에 대한 위치 정보 데이터를 수집하고 축사 주변에서 로봇을 수동으로 운전했습니다. INS는 ArUco 마커와 GNSS 신호의 조합을 사용하여 각 웨이포인트의 위치를 ArUco 마커가 측량된 것과 동일한 글로벌 위도/경도 좌표로 기록했습니다. 그런 다음 웨이포인트를 .csv 파일에 저장하고 로봇에 제공했습니다.
그 후 로봇을 시작 위치에 놓고 자유롭게 움직일 수 있다고 말한 다음 로봇을 출발시켰습니다!
테스트 실행 결과
다음은 축사 주변에서 로봇의 진행 상황을 보여주는 지도입니다. 녹색은 목표 경로, 빨간색은 시뮬레이션 로봇이 따라간 경로, 파란색은 실제 로봇이 따라간 경로를 나타냅니다:
로봇의 목표 경로에서 최대 0.5m의 편차를 허용했으며, 육안 검사 결과 대부분의 경우 편차는 그보다 훨씬 적었습니다. 무엇보다도 결과는 상당히 반복 가능했습니다. 저희는 오전에 헛간을 한 바퀴 돌며 나머지 동료들의 즐거움을 위해 OxTS, 매번 경로가 매우 비슷했습니다. 자율 주행에서 반복성이 중요하다는 점을 고려할 때 이는 큰 장점이었습니다.
완벽했나요? 절대 아닙니다. 이번 프로젝트는 현지화를 위해 OxTS INS를 사용하는 자체 제어 시스템을 개발하는 첫 번째 시도였기 때문에 다음에는 다르게 할 수 있는 부분이 많았고, 또 그렇게 할 것입니다.
시간이 지남에 따라 더 많은 모듈을 추가하여 더 정교한 로봇을 만드는 것도 좋을 것입니다. 예를 들어 장애물 회피 모듈, 스마트 경로 계획, 로봇이 그룹(또는 훨씬 더 멋지고 정확한 용어를 사용하자면 스웜)의 일부로 작동할 수 있는 모듈 등이 있습니다. 하지만 현재로서는 우리가 해낸 일에 정말 만족합니다. 저희는 OxTS 기술을 기능적인 AMR 제어 스택에 성공적으로 통합하여 로봇이 실내와 실외, 그리고 두 환경 사이를 탐색할 수 있다는 것을 직접 시연했습니다.
무엇보다 중요한 것은 엔지니어링 및 R&D 팀이 더 넓은 로봇공학의 세계에 눈을 뜨게 되었다는 점입니다. 향후 신제품에 대한 훌륭한 아이디어를 얻었을 뿐만 아니라 고객이 살고 있는 세상에 대한 새로운 인식을 갖게 되었습니다. 그리고 이 모든 것이 모여 앞으로 고객이 AMR을 통해 멋진 일을 할 수 있도록 도울 수 있기를 바랍니다.
자율 로봇 내비게이션 솔루션 개요
AMR에는 로봇의 위치와 방향을 기록할 뿐만 아니라 실내와 실외 모두에서 작동하는 강력한 로봇 측위 솔루션이 필요합니다.
이 솔루션 요약에서는 고객이 자율 이동 로봇의 로컬라이제이션 소스를 결정할 때 고려할 것을 권장하는 측면을 단계별로 설명합니다.
솔루션 개요 읽기 를 읽고 올바른 로봇 로컬라이제이션 솔루션이 AMR 프로젝트에 어떻게 도움이 되는지, 프로젝트 시작 전에 스스로에게 물어봐야 할 주요 질문을 알아보세요.
이 블로그 시리즈가 도움이 되셨기를 바라며, 이제 막 AMR 여정을 시작하는 분들에게도 도움이 되었기를 바랍니다.
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