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소셜로봇을 위한 사회적 거리를 고려한 새로운 보행자 회피 알고리즘 개발
Development of a New Pedestrian Avoidance Algorithm considering a Social Distance for Social Robots 원문보기

방송공학회논문지 = Journal of broadcast engineering, v.25 no.5, 2020년, pp.734 - 741  

유주영 (명지대학교 ICT융합대학 융합소프트웨어학부 데이터테크놀로지전공) ,  김대원 (명지대학교 ICT융합대학 융합소프트웨어학부 데이터테크놀로지전공)

초록
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본 논문은 인간과 공존하고 커뮤니케이션하며, 인간에게 심리적 안전거리(사회적 거리) 침해에 따른 스트레스를 유발하지 않는 소셜로봇을 위한 새로운 보행자 회피 알고리즘을 제안한다. 보행자 모델을 새롭게 정의하기 위해 보행자의 걸음걸이 특성(직진성, 속도)에 따라 보행자를 클러스터링하며 보행자 클러스터별 사회적 거리를 정의한다. 정의된 사회적 거리를 포함하도록 보행자(장애물) 모델링을 하고, 새롭게 정의된 보행자 모델에 상용화된 장애물 회피, 경로계획 알고리즘을 적용해 통합된 주행 알고리즘을 완성한다. 새로운 알고리즘의 효과를 검증하기 위해, 상용화된 대표적 두가지 장애물회피 경로계획 알고리즘인 DWA 알고리즘과 TEB 알고리즘을 활용한다. 본 논문의 핵심 알고리즘인 새로운 보행자 모델을 적용한 경우와 적용하지 않은 경우로 구분하여 그 효용성을 평가한다. 그 결과, 새롭게 제안된 알고리즘이 이동시간의 손실 없이 보행자의 스트레스 지수를 현격하게 줄일 수 있음을 보인다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This article proposes a new pedestrian avoidance algorithm for social robots that coexist and communicate with humans and do not induce stress caused by invasion of psychological safety distance(Social Distance). To redefine the pedestrian model, pedestrians are clustered according to the pedestrian...

주제어

표/그림 (4)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 공존을 위해서는 로봇의 물리적인 침해(충돌)뿐만 아니라 정신적인 침해(스트레스 유발 등)를 최대한 낮춰야 한다. 본 논문에서는 보행자의 속성을 걸음걸이 및 성격에 따라 분류하고 장애물 모델에 적용한 통합 주행 알고리즘을 개발하였다. 새로운 알고리즘의 효용성을 시뮬레이션 환경에서 평가하였다.
  • 따라서 성격에 따른 사회적 거리를 반영한 장애물 회피 알고리즘 개발이 요구된다. 본 논문에서는 인간인 보행자의 속성을 걸음걸이 및 성격에 따라 분류하고 장애물 모델에 적용한 주행 알고리즘을 개발한다. 우선, 보행자의 걸음걸이 특성(직진성, 속도)에 따라 군집화하고 성격 특성의 연관성에 따라 사회적 거리를 정의한다[8].
  • 로봇과 보행자가 공존하기 위해서는 로봇이 보행자와 충돌하지 않고, 보행자에게 스트레스를 주지 않는 가장 빠른 경로로 주행해야 한다. 본 논문의 구체적인 문제는 다음과 같다: 1) 로봇이 보행자와 교행하기 위해서는 어떻게 주행 해야 하는가? 2) 로봇이 보행자의 물리적, 심리적 공간을 침해하지 않고 주행하려면, 보행자와 얼마나 멀리 떨어져서 주행해야 하는가? 특히, 심리적 안전거리를 확보할 방법이 있는가? 3) 목적지까지 가장 빠른 경로로 운행하려면 어떤 경로로 주행해야 하는가? 위 문제들을 해결하기 위해, 소셜로봇의 주행성능에 손실 없이 주변 인간에게 스트레스를 주지 않는 특별한 자율주행 알고리즘 개발을 연구목표로 한다. 모바일 로봇은 센서(영상, 거리, GPS 등)를 이용해 장애물과 자신의 상대적인 위치를 파악한다.

가설 설정

  • 이 관심영역을 이용해 사람의 중심점 좌표를 저장한다. 그리고 프레임 간에 이동한 좌표점을 연결해(가장 가까운 점의 Index를 추출해 매칭) 프레임 사이로 움직인 점을 연결하여 이를 걸음걸이로 가정하고 추적한다. 보행자를 모델링하기 위한 공개된 영상 데이터세트는 CCTV영상과 같이 기울인 상태로 촬영된 영상이다.
  • 개발, 효과검증을 위해 다음과 같은 실험환경을 가정한다. 로봇은 실내(공항 등)에서 운용되며, CCTV 등 영상정보 획득이 가능한 곳이고, 보행자가 카메라와 가까이 위치하여 발생한 모션으로 인한 왜곡 등의 보정 할 수 있을 만큼의 높이에 설치된 다중 CCTV 환경이며, 이러한 영상 처리할 수 있는 클라우드 로봇제어 환경으로 가정하고 실험한다. 정의하는 소셜 로봇은 바퀴를 가진 모바일 로봇이며, LIDAR 센서, IMU 센서, 적외선 센서 등을 탑재해 원격의 개체를 탐지하고 거리를 측정할 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
뇌의 양쪽 밑에 위치한 편도의 역할은? 2m)를 침범하면 사람의 편도가 자극되어 생물학적 스트레스 수치가 높아진다는 연구가 진행되었다[6]. 편도는 뇌의 양쪽 밑에 위치하며, 접근-회피 상황의 위험 판단 기관으로 자극되면 스트레스 유발, 공포심을 느끼게 한다[10]. 따라서 눈에 보이지 않는 사회적 거리 내에 로봇이 접근하는 것은 사람의 스트레스를 유발한다.
소셜로봇이란? 최근 지능형 로봇에 관심이 높아지고, 물리적 편리성뿐만 아니라 정서적 교감까지 지원하는 로봇이 출현하고 있다. 이렇게 사람들과 사회적 행동을 통해 상호작용하는 로봇을 소셜로봇이라 한다[1]. 인간은 사회성을 가지며 주변에 있는 다른 인간과 소통하는 생명체이다[3].
경로계획 알고리즘인 TEB(Timed Elastic Band)의 단점은? 많은 수의 장애물 회피 알고리즘들은 장애물로 인식되는 모든 객체와의 일정한 안전거리를 사전에 설정해 놓고 운용한다. 안전거리를 사전에 설정하는 기존 알고리즘들은 장애물 대상이 사람일 경우, 각 사람의 성격에 따라 차별적으로 회피해 주행하지 못하는 단점을 가지고 있다.
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참고문헌 (17)

  1. C. L. Breazeal, Designing sociable robots, A Bradford book, pp.1-60, 2002. 

  2. P. Fiorini, and Z. Shiller, "Motion planning in dynamic environments using velocity obstacles" The International Journal of Robotics Research , Vol.17, No.7, pp.760-772, 1998, DOI: 10.1177/027836499801700706 

  3. A, Bandura, "The self system in reciprocal determinism", American psychologist, Vol.33, No.4, pp.344-358, 1978, DOI: 10.1037/0003-066X.33.4.344 

  4. E. T. Hall, R. L. Birdwhistell, B. Bock, P. Bohannan, A. R. Diebold Jr, M. Durbin, ... and W. La Barre, "Proxemics [and comments and replies]", Current anthropology, Vol.9, No.2/3, pp.83-108, 1968. 

  5. E. T. Hall, The hidden dimension, Garden City, NY: Doubleday, Vol. 609, pp.121-129, 1966. 

  6. D. P. Kennedy, J. Glascher, J. M. Tyszka, and R. Adolphs, "Personal space regulation by the human amygdala", Nature neuroscience, Vol.12, No.10, pp.1226-1227, 2009, DOI: 10.1038/nn.2381. 

  7. L. Takayama, and C. Pantofaru. "Influences on proxemic behaviors in human-robot interaction." 2009 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, pp.5495-5502, 2009, DOI: 10.1109/IROS.2009.5354145. 

  8. G.J. Stephen, S. Kim, M. C. Lin, and D. Manocha. "Simulating heterogeneous crowd behaviors using personality trait theory." Eurographics/ ACM SIGGRAPH Symposium on Computer Animation, pp.43-52, 2011, DOI: 10.1145/2019406.2019413. 

  9. A. Sorokowska, P. Sorokowski, P.Hilpert, K. Cantarero, T. Frackowiak, ... and S. Blumen, "Preferred interpersonal distances: a global comparison" Journal of Cross-Cultural Psychology, Vol.48, No.4, pp.577-592, 2017, DOI: 10.1177/0022022117698039. 

  10. G.G.Berntson, A. Bechara, H. Damasio, D.Tranel, and J.T. Cacioppo "Amygdala contribution to selective dimensions of emotion" Social cognitive and affective neuroscience, Vol.2, No.2, pp.123-129, 2007, DOI: 10.1093/scan/nsm008. 

  11. D. Fox, W. Burgard, and S. Thrun. "The dynamic window approach to collision avoidance" IEEE Robotics & Automation Magazine Vol.4, No.1, pp.23-33, 1997, DOI: 10.1109/100.580977 

  12. C. Rosmann, W. Feiten, T. Woesch, F. Hoffmann, and T.Bertram. "Tra- jectory modification considering dynamic constraints of autonomous robots", ROBOTIK 2012; 7th German Conference on Robotics, Munich, Germany, pp.1-6, 2012. 

  13. H. J. Eysenck, "Crime and personality", Medico-Legal Journal Vol.47, No.1 : pp.18-32, 1979, DOI: 10.1177/002581727904700104. 

  14. S. David, "Web-scale k-means clustering", Proceedings of the 19th international conference on World wide web, pp.1177-1178, 2010. 

  15. S. Ren, K. He, R. Girshick, J. Sun, "Faster r-cnn: Towards real-time object detection with region proposal networks" Advances in neural information processing systems. 2015, arXiv:1506.01497. 

  16. OXFORD TOWN CENTRE, https://megapixels.cc/datasets/oxford_town_centre/ (accessed Jan. 12, 2020). 

  17. D. Elan, "Homography estimation" Master's Thesis of Vancouver: Univerzita Britske Kolumbie, 2009. 

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