부분적인 미지 환경에서 이동 로봇의 자가 결합을 위한 경로 계획

Abstract

이동 로봇이 미지 영역의 탐사 또는 재난 환경에서의 작업을 위한 목적으로 사용될 때, 이동 로봇의 크기는 제한적일 수 밖에 없다. 이러한 크기의 제약은 한 대의 로봇이 할 수 있는 작업의 규모와 물리적 힘을 제한한다. 이처럼 하나의 로봇으로 풀어내기에는 힘든 문제를 극복하기 위해서 다수 로봇 사이의 협업(Multi-robot Cooperation)이 연구가 되었다. 이에 따라 로봇이 자율적으로 이동하여 결합하는 자가 결합(Self-Assemble) 로봇은 협업을 통한 방법 중에 주요한 부분이 되었다. 이동 로봇 간의 자가 결합을 통한 협업으로 주어진 임무를 수행하는 종류의 로봇들은 기본적으로 스스로의 위치를 알아내는 위치 추정(Localization), 주위 환경을 인식하기 위한 센서(Sensor) 시스템, 결합을 하기 위한 다른 로봇까지 충돌 없이 이동 가능한 경로를 생성하는 경로 계획(Path Planning), 생성된 경로를 따라 이동하는 주행 제어(Navigation) 등이 이루어져야 한다. 이 중에서 경로 계획은 로봇이 정확히 알지 못하는 환경 속으로 로봇이 이동하는 경우, 경로를 계속해서 재생성(Replanning)하는 것이 실시간으로 이루어져야 한다. 이 때, 이동 로봇 간의 결합을 위한 경로를 계획하는 과정은 로봇 간의 결합을 하는 방향이 고려되어야 한다. 또한, 가능한 최단 거리의 로봇의 이동이나 회전을 최소화 하는 효율적인 경로를 계획해야 할 필요성이 있다. 따라서, 본 논문에서는 부분적 미지 환경에서 자가 결합 로봇을 위한 경로 계획 방법을 제안하고 적용하였다. 제안된 방법은 회전이 일어나는 지점을 최소화하면서 회전 각도까지 최소화하여 로봇의 효율적인 이동이 가능하도록 하는 경로를 계획한다. 그리고 4방향 연결 격자 표현 방법에서 이동 가능하지만 사용하지 않는 노드 안의 공간을 이용하여 원만한 경로를 계획하고, 결합 로봇에게 적용할 수 있도록 결합하는 방향이 고려된 경로를 계획 한다. 제안된 경로 계획 방법은 시뮬레이션과 이동 로봇 하드웨어 시스템을 구성하여 적용한 실험 결과를 통하여 제안된 방법의 타당성을 알 수 있다.