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본 논문은 로봇팔이 장착된 4족 보행 로봇이 실내 험지 환경에서 자율적으로 보행하며 다양한 임무를 완수하기 위한 시스템에 대하여 논한다. 4족 보행 로봇이 자율적으로 이동하며 임무를 수행하기 위해서는 다양한 험지 환경과 외란을 극복하며 안정적으로 보행하고, 주위 환경과 사물을 3차원으로 인식하고, 복잡한 환경에서 효율적인 경로를 계획하며, 마지막으로 장착된 로봇팔을 사용하여 환경과 물체를 조작하는 기술이 요구된다. 이러한 동작은 자율보행, 자율행동, ...

본 논문은 로봇팔이 장착된 4족 보행 로봇이 실내 험지 환경에서 자율적으로 보행하며 다양한 임무를 완수하기 위한 시스템에 대하여 논한다. 4족 보행 로봇이 자율적으로 이동하며 임무를 수행하기 위해서는 다양한 험지 환경과 외란을 극복하며 안정적으로 보행하고, 주위 환경과 사물을 3차원으로 인식하고, 복잡한 환경에서 효율적인 경로를 계획하며, 마지막으로 장착된 로봇팔을 사용하여 환경과 물체를 조작하는 기술이 요구된다. 이러한 동작은 자율보행, 자율행동, 환경 인식, 물체 조작 등의 다양한 구성 요소와 그들 간의 통합이 요구된다.
따라서 본 논문에서는 보행 모듈, 비전 인식 모듈, 경로 계획, 매니퓰레이션을 통합한 시스템을 제안한다. 보행 모듈은 목표 속도 값을 기반으로 로봇이 보행할 수 있도록 하며 험지나 충돌로 인한 외란 발생시 capture step과 몸체의 무게중심 이동을 사용하여 강인하게 극복한다. 비전 인식 모듈은 환경을 인식하며 point cloud를 사용한 높이 맵과 장애물 맵 생성을 통하여 자율보행에 필요한 정보를 제공한다. 경로 계획은 평지와 험지를 나누어 동작하며 험지의 경우 높이 맵을 사용하여 정밀한 보행 경로 계획을 시행한다. 신뢰성있는 매니퓰레이션을 위하여, 로봇팔의 동작 계획은 수치 해석적 방법을 사용하지 않고 역기구학의 해를 이용하였다.
제안한 시스템은 한국수력원자력에서 주최한 KVRC 2021 대회의 시뮬레이션 환경에서 검증을 시행하였다. 우선 제안한 시스템의 강인성을 검증하기 위해 각기 다른 사양의 PC에서 총 200회 이상의 반복 실험을 진행하였다. 그 결과 95퍼센트의 확률로 모든 임무를 수행하며 시스템의 유효성을 입증하였다. 최종적으로 반복 실험을 시행한 시뮬레이션 환경과 다른 대회용 시뮬레이션 환경에서 가장 우수한 성적을 받으며 제안한 시스템의 우수성을 입증하였다.

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