As a structure increases in volume, the wireless sensor-based structural health monitoring system has been gained great attention for assessing the structural condition. Since the wireless sensor node system uses batteries, however, it has some limitations such as a limited lifetime and a relatively short data transmission range. To cope with these problems, the research of wireless power transmission to wireless sensor node has been actively progressed. In this thesis, visual servoing robot system is proposed for laser based wireless power tranmission system to point the laser at the sensor node. The proposed system consists of a vision sensor, a 2-DOF serial manipualator and a laser pointer. It can control the laser point to target the sensor node using inverse kinematics and visual servoing technique. Visual servoing is to minimize the error of the position between the position of the target and the point of the laser after inverse kinematics control. The experimental results show the feasibility that the proposed robot system can be applied to the wireless power transmissition system.
무선 센서노드를 이용하여 구조물의 건전도를 모니터링하는 시스템이 증가함에 따라, 최근에는 이 센서 노드에 무선으로 전력을 공급하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다.
본 연구는 무선 센서노드에 레이져를 이용하여 무선 전력을 이용하여 무선 전력을 공급할 때에 비쥬얼 서보잉을 이용하여 레이져를 센서에 정확하게 맞추는 로봇 시스템에 관한 연구이며, 근거리와 원거리의 천장에 부착된 목표지점에 대하여 실험을 수행하여 본 로봇 시스템의 가능성을 보였다.
본 연구에서는 모바일 로봇으로 삼성 로봇 청소기인 Tango을 사용하였으며, 이 로봇 위에 장착되어져 있는 카메라를 영상 정보를 무선으로 전송 받아 사용하도록 하였다. 또한 레이져를 장착한 2축 로봇 팔을 모바일 로봇위에 설치하였고, 블루투스 무선 통신을 통하여 받은 컴퓨터의 제어 명령을 DSP 제어 보드에서 제어하도록 하였다. 본 로봇 시스템은 레이져 점를 차영상과 Blob detection을 이용하여 인식 및 추적을 수행하며, 천장에 부착된 센서 노드의 위치를 찾아내며 어두운 주변 상황에서도 IR센서를 이용하여 이를 찾아낼 수 있도록 재귀반사판을 부착하였다. 이 정보를 이용하여 로봇 팔 역기구학으로 레이져 포인트가 센서노드를 맞추도록 한다. 하지만 로봇팔의 설치 오차나 레이져의 초기 설정 값의 오차들 때문에 정확하게 제어를 하지 못하고 어느 정도의 위치 오차를 레이져 점의 위치와 목표지점의 위치에 대한 기하학 정보를 이용하여 보정하도록 한다.
실험은 센서 노드로부터 근거리와 원거리의 위치에서 로봇이 센서 노드에 레이져를 맞출 수 있도록 실험하였다. 근거리에서의 실험을 통하여 로봇이 센서노드로부터 어느 위치에 있어도 임무를 수행할 수 있고, 매번 달라지는 레이져의 초기 설정에 의한 오차들에 대해서도 비쥬얼 서보잉을 이용하여 이를 보상할 수 있음을 보였다. 또한 IR센서와 센서노드에 부착되어져 있는 재귀반사판을 이용하여 주변이 매우 어두워서 센서 노드의 위치를 찾아낼수 없는 상황에도 임무를 수행할 수 있었다. 로봇의 초기 위치에서 센서 노드를 찾아낼 수 없는 원거리에 로봇이 있을 경우에는 주어진 센서 노드의 위치 정보를 이용하여 가까운 위치로 로봇이 이동을 하여 임무를 수행함으로써 노드가 어느 위치에 놓여 있다 하더라도 레이져를 정확하게 쏠 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
본 연구로부터 로봇 시스템을 이용하여 곳곳에 위치한 센서 노드에 레이져 무선 전력 전송을 수행할 수 있는 가능성을 증명할 수 있었다. 이와 같은 비쥬얼 서보잉 방식의 로봇 시스템이 무선 정력 전송 시스템에 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
