비정형 환경에서 사족보행 로봇의 안전한 경로를 찾기 위해 지형의 기하학적 특성을 고려한 전역 경로 계획법

Abstract

로봇이 목적지까지 가는 길을 스스로 찾아내는 경로계획법은 자율 항법 시스템에서 필수적으로 요구되는 기술이다. 기존의 경로계획법은 지도상에서 갈 수 있는 지역과 없는 지역을 구분하고, 갈 수 있는 지역에서 최단거리를 찾아내는 방식이다. 하지만, 여러 지형을 극복할 수 있는 4족보행 로봇이 발전함에 따라서, 로봇이 갈 수 있는 지역이 기존 모바일 로봇에 비해 확장되었다. 이에 기존의 경로계획법을 적용할 경우, 4족보행 로봇의 지형 극복 능력을 효과적으로 활용할 수 없는 경우가 발생한다. 따라서, 4족보행 로봇의 장점을 활용하기 위해 지형의 특성을 고려한 경로계획법이 필요하다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 본 논문에서는 지형의 기하학적인 특성을 고려하여 경로를 계획할 수 있는 전역 경로계획 알고리즘을 제안한다. 제안된 방법론은 지도의 구역을 로봇이 갈 수 있는 경로 후보군으로 나누고, 각 지형의 기하학적 특성이 안전 성으로 표현되는 그래프를 구성한다. 그래프를 이용해 목적지까지 경로를 찾을 때, 경로 후보군의 안전성과 목적지까지의 거리를 적절히 조율할 수 있는 경로를 계획한다. 제안된 방법론은 시뮬레이션 환경을 통해, 기존 방법론과 비교하여 더 안전한 경로를 선택할 수 있음을 보였다. 또한, 제안된 방법론은 실제 로봇에 적용되어, 비정형적인 지형이 존재하는 경우에 최단거리 또는 최대 안전성을 선택하여 경로를 계획할 수 있음을 보였다. 마지막으로, 여러가지 도전적인 지형을 자율 보행으로 통과하는 ICRA 2023 Quadruped Robot Challenge 에서 제안된 방법론을 적용하여 우수한 성능을 입증하였으며, 1등을 차지하였다.