최근 산업 현장에서 자율주행 시스템에 관한 관심이 날로 증대되고 있다. 자율이동 로봇을 포함한 자율주행 시스템은 인간의 지속적인 도움 없이 거칠고 변화하며 구조화되지 않으면서도 불확실한 주변 환경에서 원하는 작업을 수행할 수 있는 능력을 지녀야 한다. 이를 위해서 근거리 무선통신 네트워크로 로봇 간 서로 교신을 하여 위치 및 상태 등의 정보를 공유를 통해 원만한 자율 주행을 할 수 있는 시스템의 설계가 요구된다. 본 논문에서는 센서 네트워크 및 무선네트워크에 기반한 자율주행 시스템을 개발하고 실험을 통하여 개발된 시스템의 성능을 검증한다.
정보 통신 기술의 발달로 사람들은 언제 어디서나 정보에 접근하고 서비스를 받을 수 있게 되었다. 이러한 기술의 발전은 로봇에도 영향을 미치고 있고 언제 어디서나 나와 함께 하며 나에게 필요한 서비스를 제공하는 네트워크 기반 로봇을 개발 중에 있다. 이러한 로봇을 URC 라고 하는데 이 URC 가 사용자에게 맞는 서비스를 제공하기 위해서 상황인지 기능이 필요하다. 이에 본 논문에서는 로봇 서비스를 표현할 수 있는 상황인지 워크플로우 언어(CAWL)를 바탕으로 상황인지 URC 서비스를 제공하기 위한 컨텍스트 비교기를 제안한다. 컨텍스트 비교기는 트리플릿으로 표현된 사용자 주변 환경으로부터 발생하는 동적인 상황 정보를 로봇, 센서, 모바일 등의 상황정보를 저장하고 있는 온톨로지와 비교하여 현재의 상황을 인식할 수 있는 모듈이다. 제안하는 컨텍스트 비교기를 이용하여 상황에 따른 서비스를 제공할 수 있다.
인간형 로봇을 구동하기 위해서 로봇 내부에는 많은 수의 모터와 센서가 사용된다. 다수의 구동기를 연결할 때 생기는 배선의 문제를 해결하기 위해 통신 네트워크에 기반한 제어기를 사용해왔는데 구성 비용면에서 유리하고, 신뢰성이 높은 통신 프로토콜인 CAN이 주로 사용되었다. 제어기의 구조 측면에서 상위 제어기에 알고리즘을 탑재하기 쉬운 속도 제어형 구조가 선호되고 있는데, 이때 CAN의 낮은 통신 대역폭이 문제가 되며, 충분한 통신 대역폭을 얻기 위해 이전에는 다수의 CAN 네트워크로 분리해서 통신망을 구성하였다. 본 논문에서는 높은 통신 대역폭을 얻기 위해 고속의 FlexRay와 저속의 CAN 통신망이 계층적으로 연결된 다중 모터 제어 시스템에 대해 전송시간 지연에 대한 안정도 분석을 수행하고 허용된 전송시간 내에 센서 정보와 구동 신호를 전달하기 위한 게이트웨이의 구성과 노드 할당 방법에 관하여 연구한다. 제안된 계층적 네트워크 기반 제어시스템은 다중 모터제어 시스템의 제어성능을 높이고 안정도를 확보하는 데 이바지할 수 있을 것으로 기대한다.
무선 멀티 홉 통신은 지상 무인로봇체계 네트워크를 효율적으로 운용하기 위해 필수적인 기술이다. MANET과 같은 멀티 홉 네트워크를 위해서 기존에 많은 라우팅 프로토콜들이 연구 개발되어왔다. 하지만, 아직 지상 무인로봇체계와 같이 특수한 환경에 적합한 라우팅 프로토콜에 관한 추가적인 연구가 필요하다. 본 논문에서는 지상 무인로봇체계 시스템의 주요 기능 중 하나인 멀티 홉 통신을 지원하기 위한 매개 중심도를 기반으로 한 위치기반 라우팅(BCGR)을 제안한다. BCGR은 확장 자아 매개 중심도와 노드의 이동성, 위치 정보의 오차를 활용하는 라우팅 기법이다. BCGR의 성능을 검증하기 위해 ns-3 시뮬레이션을 활용한 실험을 수행하였고, 그 결과 AODV, GPSR과 같은 기존 라우팅 기법보다 신뢰성, 처리량, 지연 시간의 측면에서 더 좋은 성능을 보이는 것을 확인하였다.
기존 센서들은 고정형 무선 네트워크로 구성되어 재난지역, 군사지역 등의 지역에서는 데이터를 획득 할 수 있는 관찰영역이 제한적이다. 하지만 이동 능력을 가진 센서들이 스스로 주변 센서들의 위치와 장애물의 위치를 이용하여 자율 배치된다면 센서들의 관찰영역을 보다 많이 확보하면서 보다 더 정확한 데이터를 얻을 수 있다. 본 논문에서는 로봇 공학 분야에서 많이 사용하는 Player/Stage 시뮬레이터를 이용하여 다양한 실제 환경과 같은 가상의 환경에서 포텐셜 필드 방식을 적용한 센서 로봇 집단의 자율 배치 기법을 모의실험하고 검증한다. 또한 그 자율 배치 방법을 이용한 실제 이동 센서 로봇집단의 구현 내용 및 결과를 제시한다.
본 논문은 지체장애인을 대상으로 한 네트워크 기반의 장기 게임(Janggi Game) 로봇을 구현하였다. 이를 위해 장기 게임에서 말의 이동은 무선 로봇과 음성인식 기법을 이용하여 설계 및 구현하였으며, 말의 제거와 장애물 처리 등은 물체 이동 알고리즘인 $A^{\ast}$ 알고리즘을 기반으로 하였다. 알고리즘의 구성 요소 및 구현 내용을 통해 지체장 애인의 원활한 장기 게임 진행을 실험하고 물체 이동 알고리즘의 효용성을 증명한다.
심층 강화 학습(Deep Reinforcement Learning)을 사용한 경로 계획에서 장애물을 자동으로 회피하기 위해 로봇을 학습시키는 일은 쉬운 일이 아니다. 많은 연구자가 DRL을 사용하여 주어진 환경에서 로봇 학습을 통해 장애물 회피하여 경로 계획을 수립하려는 가능성을 시도하였다. 그러나 다양한 환경에서 로봇과 장착된 센서의 오는 다양한 요인 때문에 주어진 시나리오에서 로봇이 모든 장애물을 완전히 회피하여 이동하는 것을 실현하는 일은 흔치 않다. 이러한 문제 해결의 가능성과 장애물을 회피 경로 계획 실험을 위해 테스트베드를 만들었고 로봇에 카메라를 장착하였다. 이 로봇의 목표는 가능한 한 빨리 벽과 장애물을 피해 시작점에서 끝점까지 도달하는 것이다. 본 논문에서는 벽과 장애물을 회피하기 위한 DRL의 가능성을 검증하기 위해 이중 심층 Q 네트워크(DDQN)를 제안하였다. 실험에 사용된 로봇은 Jetbot이며 자동화된 경로 계획에서 장애물 회피가 필요한 일부 로봇 작업 시나리오에 적용할 수 있을 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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