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비정형 환경에서 사족보행 로봇의 안전한 경로를 찾기 위해 지형의 기하학적 특성을 고려한 전역 경로 계획법 = Terrain geometry-aware path planning for safe global navigation of quadruped robots in rough environment
서명 / 저자 비정형 환경에서 사족보행 로봇의 안전한 경로를 찾기 위해 지형의 기하학적 특성을 고려한 전역 경로 계획법 = Terrain geometry-aware path planning for safe global navigation of quadruped robots in rough environment / 이동규.
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2023].
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8041188

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학술문화관(도서관)2층 학위논문

MRE 23009

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초록정보

Path planning, in which a robot finds its optimal path to a destination, is an essential technology for autonomous navigation systems. The existing path planning method is finding the shortest path in the area that the robot can reach in the prior map. These days, according to the rapid development of quadrupedal robots that can overcome various terrains, the area that robots can go has been expanded compared to existing mobile robots. In this regard, when the existing path planning method is applied, there are cases in which the quadrupedal walking robot’s ability to overcome terrain cannot be effectively utilized. Therefore, to utilize the advantages of a quadrupedal robot, a path-planning method that considers the characteristics of the terrain is required. To deal with these issues, a novel global path planning algorithm that can plan a path considering the geometric characteristics of the terrain is proposed. The proposed methodology generates a graph of the path candidates the robot can go on, and each terrain’s geometric characteristics are expressed as safety terms. Furthermore, the cost function is designed to leverage the safety of the terrain. The priority between the safety and distance can be selected using the designed cost function so that the robot can reach the destination with minimum osillation of the body or minimum travel time. The proposed path planning method can be applied to various terrains in the simulation environment, and it is shown that a safer path can be selected compared to the existing method. In addition, the proposed method was applied to an actual quadruped robot, showing that a path can be planned by selecting the shortest distance or maximum safety when atypical terrains exist. Lastly, by applying the methodology proposed in the ICRA 2023 Quadruped Robot Challenge, which passes through various challenging terrains by autonomous walking, excellent performance was demonstrated and won first place.

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.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MRE 23009
형태사항 iv, 35 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 한국어
일반주기 저자명의 영문표기 : Dong-kyu Lee
지도교수의 한글표기 : 명현
지도교수의 영문표기 : Hyun Myung
부록 수록
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 로봇공학학제전공,
서지주기 참고문헌 : p. 31-32
주제 경로계획법
자율보행
4족보행 로봇
그래프 최적화
Path planning
Autonomous walking framework
Quadruped robot
Graph optimization
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