More and more elderly and disabled people are using electric scooters instead of electric wheelchairs because the electric scooters have the advantage of mobility. However, people with high levels of impairment or the elderly still have difficulties to drive the electric scooters. Autonomous or semi-autonomous electric scooter system is one of the solutions for the difficulties.
In this thesis, we implement an autonomous electric scooter system with functions of localization and path following. In order to know the electric scooter`s pose itself in the outdoor environment, we design an outdoor localization system based on the extended Kalman filter using DGPS and wheel encoders. Also, we use accelerometer to make the localization system road adjustable. We propose a path following algorithm using two arcs with the known electric scooter`s current pose and a given path.
The results of simulations are described to show that the proposed algorithms provide the ability to drive a electric scooter semi-autonomously. Also we conduct outdoor experiments to verify the practicality of the proposed system.
점점 더 많은 수의 노인과 장애인들이 전동 휠체어 대신 기동성이 좋은 전동 스쿠터를 이용하고 있다. 하지만 장애가 심한 장애인이나 노약자의 경우에는 여전히 전동 스쿠터의 운용에 어려움이 있어서 이용하지 못하고 있다. 그렇기 때문에 자율 또는 반 자율 전동 스쿠터 시스템을 개발하게 된다면 이러한 어려움을 해소할 수 있을 것이다.
본 연구에서는 반 자율 전동 스쿠터 시스템을 구현하기 위하여 실외 환경에서 전동 스쿠터의 현재 위치를 파악하는 위치 추정 시스템을 설계하고 주어진 경로를 반 자율적으로 추종하도록 하는 데 필요한 알고리즘을 제안한다. 전동 스쿠터가 실외 환경에서 자신의 위치를 알도록 하기 위해서, DGPS와 휠 엔코더를 이용하고 확장 칼만 필터를 기반으로 하여 실외 위치 추정 시스템을 설계한다. 전동 스쿠터의 특성상 인도, 차도 등 다양한 도로 상황에서 주행할 수 있기 때문에 가속도 센서를 사용하여 도로 상황에 적응력 있는 위치 추정 시스템을 구현한다. 마지막으로, 추정된 전동 스쿠터의 현재 위치를 기반으로 경로가 주어졌을 경우에 2개의 원호를 이용하여 주어진 경로를 따라가도록 하는 알고리즘을 제안한다.
제안한 알고리즘과 시스템을 이용하여 전동 스쿠터가 반 자율적으로 주행할 수 있음을 시뮬레이션을 통해 검증하며, 실제 실험을 통해서 그 실용성을 확인한다.
