[논문]미지 환경 탐색 및 감시를 위한 다개체 로봇의 경로계획

이수용

doi:10.5302/j.icros.2012.18.5.413

미지 환경 탐색 및 감시를 위한 다개체 로봇의 경로계획
Multi-Robot Path Planning for Environmental Exploration/Monitoring 원문보기

제어·로봇·시스템학회 논문지 = Journal of institute of control, robotics and systems, v.18 no.5, 2012년, pp.413 - 418

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents a multi-robot path planner for environment exploration and monitoring. Robotics systems are being widely used as data measurement tools, especially in dangerous environment. For large scale environment monitoring, multiple robots are required in order to save time. The path planner should not only consider the collision avoidance but efficient coordination of robots for optimal measurements. Nonlinear spring force based planning algorithm is integrated with the spatial gradient following path planner. Perturbation/Correlation based estimation of spatial gradient is applied. An algorithm of tuning the stiffness for robot coordination is presented. The performance of the proposed algorithm is discussed with simulation results.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

로봇의 움직임에 대한 센서 측정량의 변화를 추정하기 위하여 본 논문에서는 섭동/상관관계를 이용한 함수의 기울기를 추정한다[3]. 이 장에서는 이 방법의 일반화를 위하여 몇 가지 종류의 함수에 대하여 그 유효성을 검증한다.

가설 설정

섭동을 가하여 구배 값을 구하는 방법의 적용 조건을 구하기 위하여 함수 F 가 두 개의 입력변수 x,y 뿐만 아니라 섭동이 가해지지 않는 입력 변수 ξ 를 추가로 갖는다고 가정하고 다음과 같이 식을 전개하였다.

제안 방법

III 장에서는 공간 구배 정보와 함께 사용할 로봇간의 가상 스프링/댐퍼 모델에 대하여 서술하였다. IV 장에서는 가상의 모의 환경에 대하여 본 논문에서 제안하는 방법을 적용하여 얻은 로봇의 경로에 대한 평가와 활용방법 등을 논의하였다.
본 논문에서 제안한 방법의 비교 대상은 모든 로봇들이 등간격으로 일직선을 이루며 전체 영역을 지나가는 방법이다. 이러한 방법은 균일한 분해능을 얻을 수 있으나 국부 분포에 따른 능동적인 적응 능력이 없는 단점을 갖는다.
본 논문에서도 이와 마찬가지로 그림 3과 같이 각 로봇사이에 가상의 스프링과 댐퍼로 연결되어 각 로봇의 움직임이상대 로봇의 움직임에 영향을 미치는 모델을 설정하였다. 여기에 사용된 스프링은 거리에 따라 힘이 생성되어 상대 로봇에 영향을 미치는 목적으로, 그리고 댐퍼는 급격한 경로 변화로 인하여 발생할 수 있는 진동을 줄이기 위함이다.
반면 구배 값의 크기가 큰 지역에서는 로봇의 이동 속도를 줄이고 다수의 로봇들을 조밀하게 배치하여 상대적으로 측정 분해능을 향상 시키는 것이 이 논문에서 사용된 방법이다. 이러한 방법을 수학적으로 구현하고 모의 실험을 통하여 그 성과를 검증하였다.
무선 센서네트워크와 달리 센서가 부착된 로봇을 자유롭게 이동시키므로 센서배치의 유연성이 증대되며, 이때 이동 로봇 경로생성은 가장 중요한 필수 기술이다. 이를 위하여 측정하는 물리량의 구배값과 로봇간 상호 연결된 가상의 스프링과 댐퍼에서 발생하는 힘의 영향으로 로봇의 경로를 생성하였다. 특히 측정 분해능을 환경 조건에 따라 가변적으로 운용할 수 있도록 다수 로봇의 배치에 대한 고려가 이루어졌다.
이와 같이 고정된 센서 노드를 사용하는 일반적인 센서 네트워크와는 다르게 본 논문에서 제안하는 방법은 이동 로봇에 센서를 장착하여 센서를 옮겨가며 측정 하는 이동 노드 방식의 센서 네트워크이다. 센서 네트워크를 구성 한 후(그림 1(a)), 전원 절약 및 통신부하량 감소를 위하여, 그림 1(b)와 같이 관심 지역 근처의 노드만 활성화시켜 측정하는 방법이 흔히 사용된다.

이론/모형

상관 관계 값과 함수의 기울기 사이의 관계를 유도하기 위하여 선형회귀 방법을 적용한다. 즉, (x(t_i),F(x(t_i));t=1,.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	무선 센서 네트워크란 무엇인가?	특히 무선 센서 네트워크는 설치와 유지가 유선 네트워크에 비하여 상대 적으로 수월하기 때문에 화산 활동 감시나, 오염도 측정, 온도, 습도 측정 등의 용도로 널리 사용되고 있다. 무선 센서 네트워크는 공간상에 퍼져 있으며, 온도, 소리, 진동, 압력, 움직임 등의 물리량을 측정하거나 오염도 등의 환경 상태를 감시하는 자율적이며 협동적인 센서들로 구성된 네트워크를 의미한다[1]. 무선 센서 네트워크는 초기에는 전쟁터에서의 구조작업과 같은 군사적인 목적으로 개발되었으나, 그 후 생산공정 모니터링과 제어, 기계 상태감시 등의 산업분야나 환경 감시, 의료장치, 홈 오토메이션, 교통제어 등 민간분야로그 적용분야가 확대되었다[2].
	무선 센서 네트워크의 적용 범위는 초기와 비교하여 어떻게 달라졌는가?	무선 센서 네트워크는 공간상에 퍼져 있으며, 온도, 소리, 진동, 압력, 움직임 등의 물리량을 측정하거나 오염도 등의 환경 상태를 감시하는 자율적이며 협동적인 센서들로 구성된 네트워크를 의미한다[1]. 무선 센서 네트워크는 초기에는 전쟁터에서의 구조작업과 같은 군사적인 목적으로 개발되었으나, 그 후 생산공정 모니터링과 제어, 기계 상태감시 등의 산업분야나 환경 감시, 의료장치, 홈 오토메이션, 교통제어 등 민간분야로그 적용분야가 확대되었다[2].
	무선 센서 네트워크의 감시 영역이 확대되거나, 위험한 지역에의 네트워크 설치 시, 어떤 문제가 있는가?	그러나 감시 영역이 어느 정도 이상으로 확대되면 필요한 센서 노드들의 수가 증가 되고 전원 용량 및 운용시간을 고려한 무선 통신 가능 거리의 한계가 존재한다. 항공기에서 투하하여 설치하는 방법도 일부 사용될 수 있으나, 대부분의 경우 사람이 직접 현장에 센서 노드들을 설치하여야 하므로 위험한 지역에는 무선 센서네트워크를 사용할 수 없는 문제가 있다.

참고문헌 (9)

I. F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam, and E. Cayirci, "Wireless sensor networks: a survey," Computer Networks Elsevier Journal, vol. 38, no. 4, pp. 393-422, Mar. 2002.

상세보기
K. Romer and M. Friedemann, "The design space of wireless sensor networks," IEEE Wireless Communications, vol. 11, no. 6, pp. 54-61, 2004.

상세보기
S. Lee, "Perturbation/Correlation based optimization," Journal of Institute of Control, Robotics and Systems (in Korean), vol. 17, no. 9, pp. 875-881, 2011.

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J. Bae, G.-W. Kim, and S. Lee, "Application of perturbation/ correlation based gradient estimation for environment exploration," International Journal of Control, Automation, and Systems (in Korean), vol. 7, no. 2, pp. 233-242, 2009.

원문보기 상세보기
M. Krieger, J. B. Billeter, and L. Keller, "Ant-like task allocation and recruitment in cooperative robots," Nature, vol. 406, pp. 992-995, 2000.

상세보기
S. Kim, S. Jo, S. Park, D. Kim, and C.-K. Ryoo, "A formation guidance law design based on relative-range information for swam flight," Journal of Institute of Control, Robotics and Systems (in Korean), vol. 18, no. 2, pp. 87-93, 2012.

원문보기 상세보기
S. A. Bortoff, "Path planning for UAVs," American Control Conference, pp. 364-368, Chicago, U.S.A., Jun. 2000.
E. MacArthur and C. D. Crane, "Compliant formation of a multi-vehicle system," IEEE International Symposium on Computational Intelligence in Robotics and Automation, pp. 479-484, Jacksonville, U.S.A. Jun. 2007.
P. Urcola, L. Riazuelo, M. T. Lazaro, and L. Montano, "Cooperative navigation using environment compliant robot formation," IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, pp. 2789-2794, Nice, France, Sep. 2008.

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