키넥트 센서를 이용한 실시간 임베디드 리눅스 기반 지능형 서비스 로봇 개발 = Intelligent Service Robot Development based on Real-Time Embedded Linux using a Kinect Sensor
저자
발행사항
서울 : 서울과학기술대학교, 2013
학위논문사항
학위논문(석사)-- 서울과학기술대학교 : 전기공학과 2013. 2
발행연도
2013
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
서울
형태사항
55 p. ; 26cm
일반주기명
지도교수:최병욱
소장기관
Real-time system is realized using Real-Time Operation System, especially using real-time mechanisms for data communication and synchronization between tasks desirable real-time performance can be achieved. Therefore, performance evaluation in the sense of predictability of time responses of real-time mechanisms is an important measure to predict the performance of real-time system.
In this study, RTAI and Xenomai as real-time embedded Linux are implemented. First time response characteristics of real-time mechanisms such as semaphore, FIFO, mailbox and message queue in kernel and user space are compared and analyzed. The real-time performances are studied for real-time implementation and also the characteristics in terms of time responses according to task periods and running conditions such like CPU load are analyzed.
Furthermore, in this study we implemented a elderly living assistant system, where Xenomai was used as a real-time embedded Linux and a Kinect sensor was utilized to detect human activity. A Bezier curve and A-star algorithm are utilized to make a smooth path when avoiding obstacles. A convolution operator is also used to generate the central velocity to travel the distance of the planned path while considering the maximum velocity and acceleration of the robot. Through this system, the performance difference between an intelligent service robot based on non-real-time and on real time is analyzed. We verify that the real-time performance of the system adopting Xenomai is better than that of non real-time system to follow designed trajectory.
지능형 서비스 로봇은 전체 소프트웨어 계층에서 확실성, 지능성, 적응성과 함께 실시간성이 요구되며, 이와 같은 요구사항을 만족하는 응용 프로그램으로 서비스를 안정적이면서 체계적으로 지원하기 위해서는 운영체제의 도움을 받아야 한다. 일반적으로 범용 운영체제로는 실시간성을 보장하지 못함으로써 부하의 증가나 예상치 못한 상황에서 실시간 제어를 수행하는데 어려움을 겪게 된다. 또한 지능형 서비스 로봇은 인간과 유기적으로 관계하기 때문에 예상치 못한 행위는 인간에게 치명적인 위험이 될 수 있으며, 실시간성을 보장 받지 못함으로써 사용자가 원하는 성능을 발휘하지 못하게 될 수 있다. 이러한 단점들을 보완하기 위해 지능형 서비스 로봇에 실시간 운영체제를 적용하는 추세이다.
실시간 시스템은 실시간 운영체제를 이용하여 구현하며, 특히 실시간 메커니즘을 이용하여 태스크 간 데이터통신과 동기화 등을 통하여 원하는 실시간 성능을 만족시키게 된다. 따라서 실시간 메커니즘의 시간적 응답 특성 분석은 실시간 시스템의 성능을 예측할 수 있는 중요한 기준이 된다.
본 연구에서는 실시간 임베디드 리눅스인 RTAI와 Xenomai의 구현과정을 보이고, 실시간 메커니즘의 성능 분석을 수행한다. 특히 커널 및 유저 공간에서 실시간 메커니즘의 시간적 응답 특성을 비교 분석함으로써 실시간 시스템 구현에 필요한 성능 분석 자료를 제공하며, 태스크의 주기 및 부하에 따른 실시간 메커니즘의 시간적 성능 변화를 분석한다.
성능 분석은 실시간 시스템 구현의 기본이 되는 실시간 태스크의 주기성과 실시간 메커니즘으로 태스크 간 동기화와 통신에 가장 많이 사용되는 세마포어, 실시간 FIFO, 메일박스 및 메시지큐를 대상으로 진행하였다.
또한 본 연구에서는 앞에서 검토된 성능 비교에서 매우 안정적인 특성을 보이는 실시간 임베디드 리눅스 중 하나인 Xenomai를 지능형 서비스 로봇에 적용하며, 행동 양식의 관찰을 위하여 Kinect 센서를 활용한 노약자 생활 지원 시스템을 개발하였다. 이를 통해 비실시간 기반 지능형 서비스 로봇과 실시간 기반 지능형 서비스 로봇의 성능 차이를 분석하여 실시간 기반의 지능형 서비스 로봇의 강점을 부각시켰다.
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