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경유지 알고리즘을 활용한 LiDAR 기반 자율주행 물류 배송 로봇

경유지 알고리즘을 활용한 LiDAR 기반 자율주행 물류 배송 로봇

🏆2023 한이음 ICT공모전 / 한국정보산업연합회장상 수상🏆

안녕하세요. 2023년 한이음 ICT공모전에서 한국정보산업연합회장상을 수상한 Team KULLA 입니다.

다수의 경유지를 두고 ALB(Autonomous Logistics roBot)은 사용자의 호출 순서에 따라 다음 목적지를 선택하기도 하고, 현 위치로부터 가장 가까운 위치의 사용자의 거점을 선택하기도 하는 알고리즘을 제작하여 두 가지로 주행하는 배송 로봇을 구현했습니다.

시연 영상

프로젝트 특징

1. 메카넘 휠 주행

• 기존 배달 로봇의 경우 일반 휠의 사용으로 전방향으로의 회전이 쉽지 않음
• 제자리에서 8방향으로 움직일 수 있는 특성에 따라 협소한 공간에서 주행 가능
• 평지나 경사 또는 완만한 지형 등 일상적인 공간에서도 빠르고 안정적인 주행
• Steering 없이 바퀴의 모터 회전만으로 조향을 제어할 수 있어, 내부 공간 활용이 효율적

2. 경유지 알고리즘 – 사용자 우선순위 고려

• 기존 배달 로봇의 경우 단일 사용자만을 고려하여 주행
• 2개의 물품 보관함을 활용하여 사용자의 배송 요청 순서에 따라 정확한 배송 처리
• 배송 사이클 내에서 모든 경우의 수 고려로 배송 시간 단축과 사용자 만족도 향상

3. 사용자 UI

• 기존 배달 로봇의 경우 직접 UI를 이용하여 목적지를 설정할 수 없음
• 식별 번호에 따라 사용자 구분 가능
• 직관적인 버튼의 구성으로 높은 UX 사용성
• 사용자가 목적지를 선택하여 물품을 원하는 위치까지 배송 가능

4. 로봇 호출 기능

• 기존 배달 로봇의 경우 로봇에 대한 직접적인 호출이 불가함
• 사용자가 앱 내에서 블루투스를 이용하여 손쉽게 ALB 호출 가능

5. SLAM 기반 위치 추정

• 지형지물을 2D 이미지로 맵을 생성하고, 주행에 활용
• 저장한 Map을 바탕으로 LiDAR를 활용해 주변 사물에 대해 안정적인 Localization
• 거점 정보를 인지하여 주·정차 시 ALB의 정확한 Pose 값 계산

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알고리즘 명세서

메인 알고리즘 1: 최단거리 경유지 알고리즘

• 거점 선택 시 최단 거리를 우선으로 다음 목적지 선택하는 알고리즘
• short_distance()
• kulla_ws/src/my_waypoint/src/goal_node.cpp

메인 알고리즘 2: 사용자 우선순위 알고리즘

• 거점 선택 시 호출 순서를 우선으로 다음 목적지 선택하는 알고리즘
• priority()
• kulla_ws/src/my_waypoint/src/goal_node.cpp

호출 기능

• Language / Framework: Java / Android Studio
• 로봇에게 접근하지 않고도 로봇을 호출할 수 있도록 구현한 기능입니다. 스마트폰과 자체 제작한 앱으로 블루투스 연결된 로봇을 호출하여 근거리에서도 성공적으로 로봇을 즉각 호출할 수 있습니다.

호출 구현 GIF

HMI

• Language / Framework: C++ / QT
• 사용자가 쉽고 편리하게 로봇을 제어할 수 있도록 물품 보관함을 열고 닫을 수 있는 기능과 원하는 거점 선택 기능, 물품을 주고 받는 기능을 모두 구현한 HMI 입니다.

HMI 화면

• give_take 에서 뻗어나가 [give_one -> 발신자 1, take_one -> 수신자 1], [give_two -> 발신자 2, take_two -> 수신자 2] 로 구분합니다.
• Unlock / lock 으로 물품 보관함을 잠금/해제할 수 있습니다.
• HMI를 만들어두어 디버깅도 편했고, 더욱 완성도 있는 프로젝트를 수행할 수 있게 되었습니다.

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H/W: 물품 보관함 잠금/해제

• Servo motor를 Arduino Uno / L293D와 연결하고 Serial 통신으로 잠금 및 해제를 구현했습니다.

H/W: 물품 보관함 잠금/해제 3D 설계

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ALB(Autonomous Logistics Bot)

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Youtube 주소

https://youtu.be/9sB9MVCQnIU?si=3um7l2SVBdeLrFrE