[논문]이동 및 센싱 불확실성을 고려한 로봇 시뮬레이터

고낙용; 서동진; 김태균; 배영철

이동 및 센싱 불확실성을 고려한 로봇 시뮬레이터
Robot Simulator Considering Uncertainties in Motion and Sensing 원문보기

고낙용 (조선대학교 제어계측로봇공학과) , 서동진 ((주)레드원테크놀러지) , 김태균 (조선대학교 대학원 제어계측공학과) , 배영철 (전남대학교 공과대학 전기 전자통신 컴퓨터공학부)

본 논문은 이동 로봇의 이동 및 거리 센싱의 불확실성을 고려한 시뮬레이터 개발에 대해 소개한다. 이동 로봇은 구동기, 바닥의 불안정성, 바퀴 및 구동 기구의 불확실성, 그리고 기타 구조적으로 어려운 다양한 원인으로 동작 명령과 차이가 있게 이동한다. 또한 이동 로봇에 장착된 각종 센서는 센서 자체의 불안정성, 주변 환경의 불안정성등에 의하여 정확한 측정값을 출력하지 못한다. 이러한 이동 및 센서의 불안정성은 로봇의 자율 주행 알고리즘의 구현이 가장 큰 장애물이 되고 있다. 예측하기 어려운 불안정성을 고려하지 않은 알고리즘은 실제 환경에서 필연적으로 동작에 실패하여 크고 작은 사고를 일으킨다. 따라서 알고리즘의 검증을 위해 시뮬레이터가 각종 불확실성을 포함하여 로봇 동작이 실제에 유사하도록 하여야 한다. 본 연구에서는 이동 로봇의 이동과 센싱에 불확실성을 포함하도록한 시뮬레이터를 개발하였다. 다양한 센서들 중 이동 로봇의 위치 추정, 장애물 인식, 지도 작성등에 가장 기본적으로 사용되는 영역 센서를 대상으로 불확실성을 구현하였다. 개발된 시뮬레이터를 사용하여 알고리즘을 검증하는 경우와 불확실성을 고려하지 않은 시뮬레이터를 사용하여 알고리즘을 검증하는 경우를 비교하여, 제안된 시뮬레이터의 성능을 검증하였다.

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문제 정의

본 논문에서는 로봇의 동작 및 센싱에 있어서 불확실성을 적용한 로봇 시뮬레이션 프로그램의 개발에 대한내용을 다루고 있으며 그 특징은 다음과 같다.

가설 설정

예를 들자면, 초음파센서의 경우에서는 물체에 반사되는 각도에 따라서 이런 경우가 많이 발생할 수 있으며, 레이저 센서의 경우에서는 유리로 되어있는 벽을 감지할 경우 레이저가 투과하고 돌아오지 못하는 경우가생길 수 있다. 랜덤한 에 러는 센서의 거리 값의 모든 영역에 존재하는 것으로 가정한다.(식 4, 5)

제안 방법

각각의 로봇들은-설계시 확장이 용이하도록 모두클래스로 제작되어 있으며, 모든 프로그램들은 서버-클라이언트구조를 가진다. 또한 로봇을 연구하는 사용자들이시뮬레이션 프로그램을 사용에 용이하도록 클라이언트와호스트 사이에 정보를 교환하는 부분을 라이브러리로 다시 재작성 하였다';
로봇의 작업환경을 담고있는 모듈로, 맵의 정보를 저장하기 위하여 두 개의 포인트를 갖는 구조체 배열을 이용하여 직선으로 지도를 표현한다. 센서모듈은 거리값을출력하기 위하여 지도모듈에서 구성한 구조체 배열을 매개변수로 받아들이게 되며 이시기에 센서의 거리정보가계산되게 된다.
본 장에서는 시뮬레이터를 이용하여 새로이 제작된불확실성이 포함된 센서데이터를 불확실성이 포함되어있지 않은 경우와 비교하여 그 차이를 비교하고 고찰한다.
로봇에 하나의 모더기- 추가됲 때 모터의 노 작 을 위한 독 립 적 인 쓰 레 느 사 생 성 되 게 뇌- 디 . 삭객체의 시간에 따른 정확한 움직임을 위한 쓰레드 내에서의 실행시간을 측정하기 위해 MS윈도우즈 OS에서 시간측정을 위해 지원하는 Query PerformanceF requency 함수와 QueryPerformanceCounter 함수를 이용하여 타이머 클래스를 제작하였다. 모터제어모듈은 로봇의 불확실성이 포함되어 있으몌참고문헌] 식(1)에서와 같이 구해질 수 있다.

대상 데이터

본 논문에서는 로봇의 동작 불확실성과 거리영역센서으] 불확실성이 적용된 사실감 있는 3차원 로봇 시뮬레이션의제작에 그 목적을 두고 있으며, 가상로봇의 손쉬운 제어를 위해 윈도우, 리눅스, 유닉스, 맥킨토시등의 다중 플렛폼에서 사용가능한 TCP-IP기반 IPC라이브러리를 사용하였다. 각각의 로봇들은-설계시 확장이 용이하도록 모두클래스로 제작되어 있으며, 모든 프로그램들은 서버-클라이언트구조를 가진다.
시뮬레이터는 크게 로봇제어유닛, 기구디자인유닛, 통신유닛, 실제로봇운영을 위한 드라이버 유닛으로 구성된다.

이론/모형

구해진 확률변수 p(2ext, m丿를 이용하여 에러가 포함된 센서 값을 얻기 위해, 거부법(Rejection Method)을사용하여 구현한다.
구현되어 있는 상태이다. 센서측정의 불확실성을 구현하기 위해서 스텐포드대학의 세바스찬 Thum 교수가 파티클 필터[기를 위해 사용한 기법을 역으로 모델링하여 사용하였다.
제작된 시뮬레이션 프로그램은 카네기 멜룬 대학의 Reid Simmons가 제작한 IPC 라이브러리를 사용한다. IPC라이브러리는 복잡한 공학적인 시스템에서 이종 제어 프로세스간의 쉬운 통신을 위해 제작되었으며, 실시간 자율 시스템에서 필요한 충분한 기능과 유연성 그리고 강건성과 신뢰성을 제공하는 것에 디자인 규칙을 두고 있다.

성능/효과

(3) TCP-IP 기반의 응용 어플리케이션인 IPC를 사용한 클라이언트, 서버기반의 시뮬레이션은 IT기술에 있어서 이슈중의 하나인 유비쿼터스 기술에적절하게 대응할 수 있다.
(4) 가상현실장치 개발에 사용되는 OpenGL 라이브러리를 사용하여 제작되어 2차원 시뮬레이터보다더 현실감 있는 시뮬레이션이 가능하다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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