A Wearable Haptic Navigation System for Visually Impaired People Based on 2D LiDAR-IMU Fusion

Abstract

본 연구는 기존 2D 스캐너의 수직 시야각 한계를 극복하기 위해, 아래로 기울인 2D LiDAR와 관성 측정 장치(IMU)를 결합한 경량 웨어러블 내비게이션 시스템을 제안한다. 제안된 센서 퓨전 알고리즘은 IMU 데이터를 융합하여 센서의 높이를 추정하고, 이를 기반으로 부분적인 3D 환경을 복원함으로써 낮은 장애물까지 탐지할 수 있도록 설계되었다. 이러한 인지 정보를 바탕으로, 적응형 코리더 플래너(Adaptive Corridor Planner)는 사용자의 신체 폭을 명시적으로 고려하여 통과 불가능한 좁은 공간을 배제한 안전한 국부 경로를 생성한다. 생성된 주행 안내 정보는 직관적인 방향 지시 신호를 사용하는 햅틱 인터페이스를 통해 사용자에게 전달된다. 정적 장애물 환경에서 세 가지 비교군(흰 지팡이, 제안된 방향 안내, 상대적 거리 안내)을 대상으로 수행한 비교 실험 결과, 본 시스템은 보행 보조의 기준이 되는 흰 지팡이와 대등한 내비게이션 효율성을 달성함을 입증하였다. 나아가 흰 지팡이 및 기존의 상대적 거리 기반 전자 안내 방식 모두와 비교하여, 사용자가 인지하는 작업 부하를 현저히 감소시킴을 확인하였다. 마지막으로, 본 연구는 동적 장애물 회피의 실현 가능성을 확인하였으며, 향후 시스템 개선이 필요한 기능적 요소들도 분석하였다.