모바일 로봇을 위한 다단계 형태 공간 생성 방법에 대한 성능 검증

국문 초록 (Abstract)

모바일 로봇의 경로 계획을 위해 형태 공간(Configuration space)과 형태 장애물(Configuration obstacle)이라는 개념이 많이 활용되고 있다. 이 개념은 이동로봇을 공간 상에서 하나의 점으로 간주할 수 있도록 주변 장애물을 확장시킨다는 것으로, 이를 통해 장애물과의 충돌로부터 자유로운(Collision free) 이동 경로를 쉽게 찾아낼 수 있게 된다. 또한, 이러한 형태 공간 및 형태 장애물을 쉽게 생성하는 가장 보편적인 방법 중 하나는 이동 로봇의 형태를 원형으로 근사화하는 것이다. 이는 그 방법이 간단하기 때문에 이동 로봇의 구체적인 형태 및 이동 메커니즘을 고려하여 형태 공간을 생성하는 방법보다 형태장애물 생성 시간을 크게 단축시킬 수 있게 해준다. 하지만 이동 로봇을 원형으로 근사화하여 형태 장애물을 생성할 경우 비교적 가까이에 있는 실제 장애물들이 하나의 형태 장애물로 병합될 수 있다는 문제점이 있다. 이로 인하여 형태 공간내에서 이동 경로를 생성할 경우 최적의 이동 경로를 찾는다는 보장을 할 수가 없게 된다. 따라서 형태 공간 내에서 최적에 가까운 이동 경로를 효율적으로 찾도록 하기 위해 부분적으로 보다 정확한 형태 공간을 생성하면서도 전체 생성 시간을 단축시킬 수 있는 다단계 형태 공간 생성 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 로봇을 원형으로 근사화시킨 뒤 시작 지점과 목표 지점을 잇는 이상적인 경로를 생성하고 이 경로 상에 존재하는 형태 장애물이 로봇의 원형근사화로 인해 주변의 다른 형태 장애물과 병합되었다면 해당 형태 장애물에 대해서만 보다 정확한 형태 장애물을 재 생성한다는 방법이다. 또한, 본 논문에서는 기존의 정확한 형태 공간 생성 방법과 새롭게 제안한 다단계 근사화 형태 공간 생성 방법을 비교하기 위해 다양한 이동 로봇의 형태와 회전 각도에 대해 형태 공간을 생성하는데 소요되는 생성 시간을 비교ㆍ분석해 보았다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Configuration space(C-space) including configuration obstacle(C-obstacle) is one of the most important concepts in mobile robot path planning. Using C-space and C-obstacles, the robot with different shapes and moving mechanisms can be considered as a point in the C-space. And, as a result, the collision-free path for the robot can be easily achieved. To make C-space including C-obstacle, many researchers used circular approximation method for the efficient caluculation time. This method can help us to save our time by approximating the shape of a robot as the minimum sized circle which can cover all the area of robot. But, by using the circle larger than the robot, more space are considered as the part of robot and, as a result, some obstacles which are very near each other may be considered as a combined one obstacle. To solve this problem, multi-level configuration space is proposed by this paper. This multi-level method also use the circular approximation method as the initial step. But, after finding the initial path, it will check how many obstacles are combined. And then, for each combined obstacle, more accurate C-space generation will be continued. To check the efficiency of the proposed algorithm, time for c-space generation are compared with the well-known accurate C-space generation method using various types of robot shape.

목차 (Table of Contents)

• 요약
• Abstract
• 1. 서론
• 2. 다단계 형태 공간 생성 방법
• 3. 성능 검증을 위한 실험 환경
• 4. 실험 결과
• 5. 결론
• 참고문헌
• 저자소개

참고문헌 (Reference)

1 정만태, "신 성장 동인으로 주목 받는 로봇산업의 현황과 발전전략" 2009

2 L.Pimenta, "Robot Navigation Based on Electrostatic Field Computation" 42 (42): 2006

3 정관민, "Potential Field를 이용한 자율이동로봇의 경로 계획에 관한 연구" 한국지능시스템학회 19 (19): 737-742, 2009

4 T. Hesse, "Path-Planning with Virtual Beams" 3904-3905, 2007

5 Jin-Woo Jung, "Multi-level configuration space for the development of an efficient mobile robot path planner in the embedded system" 2010

6 R. Daily, "Harmonic Potential Field Path Planning for High Speed Vehicles" 2008

7 Thomas Braunl, "Embedded Robotics" Springer-Verlag 2003

8 T. Lozano-Perez, "A Spatial Planning : A Configuration Space Approach" C-32 : 108-120, 1983

9 T. Lozano-Perez, "A Simple Motion Planning Algorithm for General Robot Manipulators" RA-3 (RA-3): 224-238, 1987