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군집 로봇의 군 행동을 위한 통신 모델과 이론적인 해석

Communication Model and Its Theoretical Analysis for Group Behavior of Swarm Robot

퍼지 및 지능시스템학회 논문지 = Journal of fuzzy logic and intelligent systems, v.16 no.1, 2006년, pp.8 - 17  

심귀보 (중앙대학교 전자전기공학부) ,  이동욱 (한국생산기술연구원 로봇기술본부)

초록

군집 로봇시스템에서 로봇들 간의 협조행동 및 군 행동을 하기 위해서는 로봇의 센싱과 통신 기능은 필수적이다. 일반적으로 대역적 통신 시스템에서 로봇의 대수가 증가하면 통신자원의 제한과 정보의 범람이 발생한다. 따라서 이 경우 지역적 통신방법이 유리하다. 본 논문에서는 지역적 통신 방식을 제안하고, 정보의 전파(propagation) 해석을 통하여 최적의 통신 반경을 찾는 방법들을 제시한다. 또한 로봇이 정보를 획득하고 소실할 경우 발생하는 군(group)의 카오스 행동을 피하기 위한 최적의 조건을 제시한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

It is essential for robot to have the sensing and communication abilities in the swarm robot system. In general, as the number of robot goes on increasing, the limitation of communication capacity and information overflow occur in global communication system. Therefore a local communication is more ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 로봇의 크기가 더 크거나 작아질 경우 시스템 파라미터가 모두 달라지며 이때 역시 카오스 현상이 발생할 수 있다. 또한 본 논문에서는 정보전파 방정식을 이용하여 최적의 통신반경을 구하기 위한 3가지 방법을 제안하였다. 정보소실이 없는 경우 방법 1이 가장 적당하였고 정보소실이 있는 경우에는 작얼의 양이 적을 경우에는 방법 3 이, 작업의 수가 많은 경우에는 방법 2가 적당하였다.
  • 본 논문에서는 군집 로봇시스템에서 군 행동을 위한 지역적 통신시스템의 정보 전파를 해석하였다. 로봇이 획득한 정보를 로봇 군 전체로 전파 할 경우와 주변의 로봇에게 정보를 전파하고 작업을 완료하면 정보를 소실하는 경우에 대하여 정보전파를 모델링 하였고, 이 모델링한 방정식을 토대로 정보를 가진 로봇의 비율의 변화가 카오스적인 현상을 나타내는지 살펴보았다.
  • 본 논문에서는 여러 대의 자율이동로봇으로 구성된 군집 로봇 시스템에서 실제적인 적용을 고려한 로봇의 모델과 협조를 위한 효과적인 통신 방법을 제안한다. 또한 로봇의 이동에 의한 환경의 동적인 변화를 확률로서 표현하여 정보 전파 (propagation)# 해석함으로써 정보가 충분한 로봇에게 전달되는 시간 및 적절한 통신의 범위 등을 구해내고, 시뮬레이션을 통해 제안한 통신시스템의 유효성과 전파 해석의 타당성을 검증한다.
  • 특히 (23)식은 logistic equation의 형태로서 파라미터의 값에 따라서 카오스 현상이 나타난다[1 이. 본 절에서는 정보를 가진 로봇의 비율이 불규칙하게 변하는 조건을 피하기 위하여 정보전파 방정식의 카오스 분식을 행한다.

가설 설정

  • 첫째로 로봇 주위 센서계의 배치 수를 달리 했을 경우로 확장한다. 둘째로 로봇 주위의 s개의 센서에서 정보가 들어오더라도 모두 처리할 수 있다고 가정한다. 이것은 일반적으로 성능이 우수한 하드웨어를 사용함으로써 실현할 수 있으며:본 모델에서는 적외선 신호로서 통신 기능과 함께 장애물과의 거리측정을 함께 하고 있기 때문에 처리에 한계가 있을 경우 문제가 발생할 수 있다.
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참고문헌 (10)

  1. T. Arai, E. Pagello, and L. E. Parker, 'Advances in multirobot systems,' IEEE Trans. on Robotics and Automation, Vol. 18, No.5, pp.655 - 661, Oct. 2002 

  2. V. Kumarathasan and T. Nanayakkara, 'Intelligent collaboration among robotic agents for landmine detection,' Proc. of Sri Lanka Association for Artificial Intelligence, 2005 

  3. D. P. Stormont, 'Robot swarm for planetary exploration,' Proc. Fourth Int. Corf. on Robotics, pp. 347 - 352, 2000 

  4. II.B. Jun, K.B. Sim, 'Emergence of cooperative behavior based on learning and evolution in collective autonomous mobile robots,' Journal of Electrical Engineering and Information Science, vol. 3, 1998 

  5. F. Mondada, G. C. Pettinaro, A. Guignard I. W. Kwee, D. Floreano, J. Deneubourg, S. Nolfi, L. M Gambardella, and M. Dorigo, 'Swarm-Bot: A new distributed robotic concept,' Autonomous Robots, No. 17, pp. 193-221, 2004 

  6. 이동욱, 심귀보. ' 자율이동로봇군의 협조행동을 위한 통신시스템의 개발.' 대한전자공학회 논문지, 34권 S편 제3호. pp193-221.2004 

  7. T. R. Balch and R. C. Arkin, 'Communication in reactive multiagent robotic systems,' Autonomous Robots, Vol. 1, No.1, pp.1 - 25, 1994 

  8. M. J. Mataric, 'Behavior-based control: Examples from navigation, learning, and group behavior,' Journal of Experimental and Theoretical Artificial Intelligence, vol. 9, no. 2, pp. 323-336, 1997 

  9. S. Premvuti, J. Wang, 'A medium access protocol (CSMA/CD-W) supporting wireless inter-robot communication in distributed robotic systems,' Distributed Autonomous Robotic Systems, pp. 165-175, 1994 

  10. R.L. Devaney, An Introduction to Chaotic Dynamical Systems, Addison-Wesley, p.50, 1989 

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