MAX CUT 문제를 위한 신장트리 기반 인코딩을 이용한 새로운 유전 알고리즘

현수환(Soohwan Hyun),김용혁(Yong-Hyuk Kim),서기성(Kisung Seo) 한국지능시스템학회 2010 한국지능시스템학회 학술발표 논문집 Vol.20 No.2

지금까지 그래프 문제를 위한 대부분의 유전 알고리즘들은 정점(vertex) 기반의 인코딩을 사용하였다. 본 논문에서는 잘 알려진 MAX CUT 문제에 정점 기반 인코딩이 아닌 신장트리(spanning tree) 기반 인코딩 기법을 도입하고 이 인코딩 기법에 기초한 새로운 유전 알고리즘을 제안한다. 대표적인 벤치마크 그래프들에 대해서 실험을 수행하였고, 제안된 유전 알고리즘은 정점에 비해 간선(edge)의 수가 적은 희소(sparse) 그래프에서 정점 기반 인코딩에 기초한 유전 알고리즘의 성능을 개선하였다.

4족 보행로봇의 걸음새에 대한 Genetic Programming기법과 Central Pattern Generator 기반 생성기법의 비교 연구

현수환(Soohwan Hyun),조영완(Young-Wan Cho),서기성(Kisung Seo) 한국지능시스템학회 2009 한국지능시스템학회 학술발표 논문집 Vol.19 No.1

4족 보행로봇의 걸음새를 자동으로 생성하는 문제는 다양한 로봇 모델에 대한 수요와 여러가지 걸음 동작의 필요성 때문에 중요성이 부각되고 있다. GA(Genetic Algorithm) 등의 진화연산을 이용한 생성 기법들이 개발되어 왔고, 일반적인 생물의 걸음 생성 방식을 수학적으로 모델링한 CPG(Central Pattern Generator) 방식도 자연스러운 동작과 안정성 때문에 최근 들어 이의 적용이 확산되고 있다. 본 논문에서는 진화연산 기법중 GP(Genetic Programming)를 이용한 관절좌표계 상에서의 걸음새 자동생성 기법과 CPG의 파라미터를 PSO로 탐색하여 걸음새를 구하는 두 가지 방식을 구현한다. 먼저, 바이올로이드로 구성된 4족 보행로봇에 대하여 Webots기반의 ODE 시뮬레이션을 통해 접근 기법들에 대한 최적화를 수행하고 결과를 비교 분석한다. 그런 다음, 구해진 시뮬레이션과 결과를 실제 로봇에 대해서 각 동작을 실행시켜 보면서 CPG와 GP 기반의 걸음새 방식의 실제적인 성능 및 특성을 고찰한다. 부가적으로 시뮬레이션과 실제 로봇간의 차이, 실제로봇에서 나타나는 걸음새의 문제점 등도 분석한다.

동결생선의 외형과 부피 예측 모델링 및 정중량 절단

현수환(Soohwan Hyun),이성춘(Sungchoon Lee),김경환(Kyunghwan Kim),서기성(Kisung Seo) 한국지능시스템학회 2012 한국지능시스템학회논문지 Vol.22 No.3

본 논문은 단체 급식용 동결 생선을 일정한 중량으로 절단하기 위하여, 생선의 외형 및 부피 예측 모델링 기법을 제안하고, 실제 생선에 대한 절단 실험을 수행한다. 단체 급식용 동결 생선은 동결 하는 시점에서 발생한 생선의 휘어짐과, 머리를 절단하고 내장을 제거할 때에 발생하는 중공이 존재한다. 이외에도 동결의 영향으로 나타나는 표면의 반짝임이나 수분 량에 따른 무게의 차이로 인해 측정 및 추정의 어려움이 크다. 따라서 동결 생선의 외형과 부피를 정확히 추정하기 위해서는 상기의 특성과 문제점들을 반영한 복합적인 추정 알고리즘이 필요하다. 이를 위해, 중공 예측, 신경망을 이용한 꼬리부분 패턴 분류 및 모델링, 그리고 적분 기법 기반의 부피 예측 알고리즘을 각각 제안하고, 삼치, 꽁치, 고등어 3종류의 생선에 대해서 3차원 계측, 부피 예측 및 절단 실험을 수행한다. This paper suggests a modeling technique for shape and volume prediction of fishes to cut them with identical weights for group meals. The measurement and prediction of frozen fishes for group meals are very difficult because they have a bending deformation occurring at frozen stage and a hollow by eliminating the internals. Besides there exist twinkles problem of surface caused by freeze and variable weights by moisture conditions. Therefore a complex estimation algorithm is necessary to predict the shape and volume prediction of fishes exactly. Hollow prediction, pattern classification and modeling for tails using neural network, integration based volume prediction algorithm are suggested and combined to solve those problems. In order to validate the proposed method, the experiments of 3-dimensional measurement, volume prediction and fish cutting for spanish mackerel, saury, and mackerel are executed. The cutting experiments for real fish are executed.

4족 보행로봇의 걸음새에 대한 Genetic Programming 기법과 Central Pattern Generator 기반 생성기법의 비교 연구

현수환(Soohwan Hyun),조영완(Young-Wan Cho),서기성(Kisung Seo) 한국지능시스템학회 2009 한국지능시스템학회논문지 Vol.19 No.6

4족 보행로봇의 빠른 걸음새를 자동으로 생성하는 문제에 대해서 GP(Genetic Programming)와 CPG(Central Pattern Generator) 기반의 두 가지 방식을 비교한다. GP(Genetic Programming)를 이용한 관절좌표계 상에서의 걸음새 생성 기법은 발끝의 자취와 수 많은 자세 파라미터를 사용하는 대신에 적은수의 관절 궤적을 생성하므로 효율적이다. CPG는 뇌로부터의 입력을 받아서 진동적인 출력을 생성하는 신경회로로 고등생물의 걸음 원리를 수학적으로 모델링한 것이다. 바이올로이드로 구성된 4족 보행로봇에 대하여 Webots기반의 ODE 시뮬레이션을 통해 접근 기법들에 대한 최적화를 수행하고 결과를 비교 분석한다. 그리고, 구해진 시뮬레이션과 결과를 실제 로봇에 대해서 각 동작을 실행시켜 보면서 CPG와 GP 기반의 걸음새 방식의 실제적인 성능 및 특성을 고찰한다. Two gait generation methods using GP(genetic programming) and CPG(Central Pattern Generator) are compared to develop a fast locomotion for quadruped robot. GP based technique is an effective way to generate few joint trajectories instead of the locus of paw positions and lots of stance parameters. The CPGs are neural circuits that generate oscillatory output from a input coming from the brain. Optimization for two proposed methods are executed and analysed using Webots simulation for the quadruped robot which is built by Bioloid. Furthermore, simulation results for two proposed methods are experimented in real quadruped robot and performances and motion features of GP and CPG based methods are investigated.

신장 트리 기반 표현과 MAX CUT 문제로의 응용

현수환(Soohwan Hyun),김용혁(Yong-Hyuk Kim),서기성(Kisung Seo) 제어로봇시스템학회 2012 제어·로봇·시스템학회 논문지 Vol.18 No.12

Most of previous genetic algorithms for solving graph problems have used a vertex-based encoding. We proposed an edge encoding based new genetic algorithm using a spanning tree. Contrary to general edge-based encoding, a spanning tree-based encoding represents only feasible partitions. As a target problem, we adopted the MAX CUT problem, which is well known as a representative NP-hard problem, and examined the performance of the proposed genetic algorithm. The experiments on benchmark graphs are executed and compared with vertex-based encoding. Performance improvements of the spanning tree-based encoding on sparse graphs was observed.

HyperNEAT를 이용한 4족 보행 로봇의 이동 제어

장재영(Jaeyoung Jang),현수환(Soohwan Hyun),서기성(Kisung Seo) 한국지능시스템학회 2011 한국지능시스템학회논문지 Vol.21 No.1

4족 보행로봇은 보행 안정성이 높아서 향후 다양한 분야에 활용이 기대되며, 효율적인 보행을 위한 걸음새의 생성과 제어가 중요하다. 특히, 다양한 로봇 모델들에 대한 수요와 여러 가지 걸음 동작의 필요성으로 인하여 자동적인 걸음새 생성 기법이 요구된다. 본 논문에서는 HyperNEAT(Hypercube-based NeuroEvolution of Augmenting Topologies)를 사용하여 지형변화에 적응 가능한 4족 보행로봇의 걸음새를 생성하고, 바이올로이드로 구성된 4족 보행로봇에 대하여 ODE 기반의 Webots 시뮬레이션을 통해서 보행 실험을 수행하고 결과를 분석한다. The walking mobility with stability of 4 legged robots is the distinguished skills for many application areas. Planning gaits of efficient walking for quadruped robots is an important and challenging task. Especially, autonomous generation of locomotion is required to manage various robot models and environments. In this paper, we propose an adaptive locomotion control of 4 legged robot for irregular terrain using HyperNEAT. Generated locomotion is executed and analysed using ODE based Webots simulation for the 4 legged robot which is built by Bioloid.

4족 보행로봇의 걸음새 생성에 대한 GP와 CPG 기법의 비교 연구

서기성(Kisung Seo),현수환(Soohwan Hyun) 대한전기학회 2009 정보 및 제어 심포지엄 논문집 Vol.2009 No.5

본 논문에서는 진화연산 기법중 GP(Genetic Programming)를 이용한 관절좌표계 상에서의 걸음새 자동생성 기법과 생물체의 신경발생 신호 원리를 이용한 CPG(Central Pattern Generator) 기법을 구현한다. 바이올로이드로 구성된 4족 보행로봇에 대하여 Webots기반의 ODE 시뮬레이션를 동해 접근 기법들에 대한 최적화릎 수행하고 결과를 비교 분석한다. 그리고 구해진 시뮬레이션과 결과를 실제 로봇에 대해서 각 동작을 실행시켜 보면서 CPG와 GP 기반의 걸음새 방식의 심제적인 성능 및 특성도 고찰한다.

뉴럴 진화를 이용한 4족 보행 로봇의 이동 제어

장재영(Jaeyoung Jang),현수환(Soohwan Hyun),서기성(Kisung Seo) 한국지능시스템학회 2010 한국지능시스템학회 학술발표 논문집 Vol.20 No.1

4족 보행로봇은 지형에의 제약이 적고 휴머노이드 로봇에 비해 보행의 안정성이 높으므로 여러 분야에 활용될 수 있다. 4족 보행로봇의 평지 보행을 위해서는 걸음새의 생성과 이의 반복 수행으로 가능하지만, 평탄하지 않은 지형에서는 이를 보상할 제어 또는 이러한 지형에 적응할 수 있는 학습에 의한 접근법이 필요하다. 본 논문에서는 뉴럴 진화를 통하여 4족 보행로봇의 적응적 걸음새를 생성한다. 바이올로이드로 구성된 4족 보행로봇으로 평지와 장애물 지형에 대해서 Webots기반의 ODE 시뮬레이션을 수행하였다.

GA와 GP를 이용한 모듈라 로봇 이동 제어

장재영(Jaeyoung Jang),현수환(Soohwan Hyun),서기성(Kisung Seo) 한국지능시스템학회 2008 한국지능시스템학회 학술발표 논문집 Vol.18 No.1

모듈라 뱀형 로봇은 고장에 대한 강인성과 환경에 유연한 이동 특성을 가지고 있으나, 제어가 어렵다는 단점이 있다. 진화연산을 로봇에 이용한 많은 연구가 진행되어 왔지만, 어떤 기법의 진화연산이 문제에 더 적합하고, 높은 성능을 얻을 수 있는지에 대한 비교는 거의 이루어지지 않고 있다. 본 논문은 두 가지 대표적인 진화기법인 GA와 GP를 이용하여 모듈라 뱀형 로봇의 이동 제어를 수행하였다. 대상 로봇은 H/W로 구현이 가능한 실제 모듈로 구성되었고, Webots을 사용하여 시뮬레이션 실험을 수행하였으며, GA와 GP 기법에 의한 결과를 비교 분석하였다.

유전 프로그래밍 기반 단기 기온 예보의 보정 기법

현병용(Byeongyong Hyeon),현수환(Soohwan Hyun),이용희(Yonghee Lee),서기성(Kisung Seo) 대한전기학회 2012 전기학회논문지 Vol.61 No.11

This paper introduces a GP(Genetic Programming) based robust technique for temperature compensation in short-range prediction. Development of an efficient MOS(Model Output Statistics) is necessary to correct systematic errors of the model, because forecast models do not reliably determine weather conditions. Most of MOS use a linear regression to compensate a prediction model, therefore it is hard to manage an irregular nature of prediction. In order to solve the problem, a nonlinear and symbolic regression method using GP is suggested. The purpose of this study is to evaluate the accuracy of the estimation by a GP based nonlinear MOS for 3 days temperatures in Korean regions. This method is then compared to the UM model and has shown superior results. The training period of 2007-2009 summer is used, and the data of 2010 summer is adopted for verification.