초록 ▼

□ 연구개요
고정밀 모션 추정을 위한 스테레오 카메라와는 달리 상대적으로 가볍고 저렴한 단일 카메라를 이용하여 카메라 동역학 기반 강인 거리 및 모션 추정기법을 개발한다. 다개체 이종로봇을 구성하는 무인기와 이동로봇 각각의 시스템이 갖는 비선형성을 고려한 이종로봇 시스템 식별, 강인 거리 및 모션 추정, 대형구축 및 강인 제어기법을 통해 다양한 협업 임무를 효과적으로 수행할 수 있는 다개체 이종로봇 협업 제어 시스템을 구축한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
■ 단일 카메라 기반 강인 거리 및 모션 추정 알고리즘

□ 연구개요
고정밀 모션 추정을 위한 스테레오 카메라와는 달리 상대적으로 가볍고 저렴한 단일 카메라를 이용하여 카메라 동역학 기반 강인 거리 및 모션 추정기법을 개발한다. 다개체 이종로봇을 구성하는 무인기와 이동로봇 각각의 시스템이 갖는 비선형성을 고려한 이종로봇 시스템 식별, 강인 거리 및 모션 추정, 대형구축 및 강인 제어기법을 통해 다양한 협업 임무를 효과적으로 수행할 수 있는 다개체 이종로봇 협업 제어 시스템을 구축한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
■ 단일 카메라 기반 강인 거리 및 모션 추정 알고리즘 개발
단일 카메라에서 표현되는 다개체 이종로봇 목표물의 특징점 모션 동역학 모델을 유도하고, 외부 센서 제약으로 인해 이종로봇 간의 거리 및 속도 정보를 제한적으로만 알고 있는 환경에서 적분 슬라이딩 모드 관측기를 기반으로 이종로봇의 거리 및 모션을 추정하였다. 카메라의 속도 정보만 측정 가능한 환경에서도 안정적인 거리 및 모션 추정이 가능함을 보였다. 수학적 증명과 실제 카메라의 픽셀 노이즈를 고려한 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 다양한 외란과 불확실성에 강인한 거리 및 모션 추정 성능을 검증하였다.
■ 미지의 동역학 식별 및 강인 제어기법 설계
미지의 동역학을 지닌 이동로봇과 무인기의 동역학 모델을 비선형 모델링과 식별을 통해 얻은 후 실험을 통해 검증하였다. 비전기반 시스템을 통해 3차원 공간상의 궤적을 생성하고, 이종로봇이 이를 추종하는 강인 제어기법을 제안하였다. 컴퓨터 시뮬레이션과 하드웨어 실험을 통해 이동로봇과 무인기의 비전기반 궤적 추종 성능을 검증하였고, 다양한 외란과 불확실성이 존재하는 환경에서도 강인한 궤적 추종이 가능함을 검증하였다.
■ 승강형 밸런싱 플레이트 이동로봇 구축 및 플레이트 제어 알고리즘 개발
승강형 밸런싱 플레이트 이동로봇을 설계 및 제작하였으며, 수학적 모델링을 통해 승강형 밸런싱 플레이트의 제어기법을 개발하고, 하드웨어 실험을 통해 제어 성능을 검증하였다. 기존에 고려하지 못한 새로운 형태의 승강형 밸런싱 플레이트를 고안하여 이를 이동로봇에 탑재하는 방식으로 하드웨어가 제작되었다. 여러 대의 승강형 밸런싱 플레이트 이동로봇의 대형구축 협업 제어와 지면의 경사 정보를 이용한 승강형 밸런싱 플레이트의 각도 제어를 동시에 활용하여 이종로봇 군집에 포함된 무인기의 비상 착륙 영역 확보가 가능함을 제시하였다.
■ 이종로봇(무인기, 이동로봇)의 비전 기반 대형구축 알고리즘 개발 및 이종로봇 시스템의 협업 제어 및 응용
이동로봇의 벡터 필드 기반 계층적 대형구축 알고리즘과 무인기의 대형구축을 위한 계층적 대형구축 알고리즘을 제안하고 모의실험을 통해 이를 검증하였다. 다양한 시나리오에 대해 이종로봇의 협업 임무를 위한 대형구축이 가능함을 보였다. 또한 승강형 밸런싱 플레이트가 탑재된 이동로봇의 대형구축과 무인기 간의 계층적 대형구축 및 협업 제어 알고리즘을 제안하여 무인기의 비상 착륙 영역을 확보할 수 있음을 보였다. 모의실험을 통해서는 다양한 시나리오에 대해 이종로봇 간의 협업 임무가 가능함을 확인하였다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
다개체 이종로봇(무인기, 이동로봇)의 동역학 정보가 전혀 없는 상황에서도 불확실성, 외란, 비선형성을 모두 고려하여 이종로봇 시스템을 식별하고, 외란에 강인한 카메라 동역학을 기반으로 이종로봇들의 강인 거리 및 모션을 추정함으로써 다개체 이종로봇들의 대형구축 및 강인 제어를 통해 협업 임무를 효과적으로 수행 가능하도록 한다. 또한 승강형 밸런싱 플레이트를 가진 이동로봇은 기존의 평지 또는 실내에서 작업하는 플레이트를 가진 이동로봇과는 다르게 험지나 경사가 있는 실외에서도 작업이 가능하여 무인기의 비상 착륙 영역 확보가 가능하도록 한다. 플레이트를 태양광 패널로 사용할 시 이종로봇의 충전도 가능하여 오랜 시간 작업이 가능해지는 차별성을 갖는다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 1) 단일 카메라 기반 강인 거리 및 모션 추정 알고리즘 개발 ... 5
• 2) 비선형 이종로봇 시스템의 미지의 동역학 식별 및 강인 제어기법 설계 ... 8
• 3) 승강형 밸런싱 플레이트 이동로봇 구축 및 플레이트 제어 알고리즘 개발 ... 11
• 4) 이종로봇(무인기, 이동로봇)의 비전 기반 대형구축 알고리즘 개발 및 이종로봇 시스템의 협업 제어 및 응용 ... 12
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 17
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 17
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
• 3) 목표 달성 수준 ... 17
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 18
• 1) 연구결과의 의미 및 중요성 ... 18
• 2) 기대 효과 ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 19
• 1) 활용 계획 ... 19
• 2) 활용 분야 ... 19
• 6. 자체점검표 ... 19
• 7. 참고문헌 ... 20
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 22
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 26
• 끝페이지 ... 36