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지능형 객체 시스템을 이용한 다수 로봇 협동 시스템의 설계 및 구현 : 로봇 축구에의 적용 = Design and implementation of multi-robot cooperation system using BIOS : its application to robot soccer
서명 / 저자 지능형 객체 시스템을 이용한 다수 로봇 협동 시스템의 설계 및 구현 : 로봇 축구에의 적용 = Design and implementation of multi-robot cooperation system using BIOS : its application to robot soccer / 심현식.
저자명 심현식 ; Shim, Hyun-Sik
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 1998].
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초록정보

A Basic Intelligent Object System (BIOS) for the multi-agent cooperative system is proposed in this work. The effectiveness of the proposed system is validated by implementing the same in a real robot soccer system. This thesis proposes two robust motion control algorithms for a nonholonomic mobile robot. The proposed algorithms drive the mobile robot to a reference posture at which it has a given reference velocity. To analyze the motion behavior of a robot effectively and to design the posture controller easily, only its kinematic model is considered under the assumption that the velocity controller is an ideal one. The first algorithm is based on the Lyapunov theory and the other is based on the given design specifications of a robot's desired trajectory. The proposed four-mode structure (FOMS) posture controller is used for the move behavior of the soccer robot. The stability of the proposed algorithms is guaranteed by the Lyapunov theory. A list of capabilities which are considered essential in the general intelligent control design domain is presented. The relevance of these capabilities and the way in which they can be achieved with the present state of the art developments in technology are also looked into. The listed capabilities can serve as an aid to researchers working in intelligent control systems (robots) with regard to system design adaptability, robustness and the flexibility of approach. On the lines of the presented list, a BIOS is designed for the general intelligent system. The soccer robot system consists of multi agents, with highly coordinated operation and movements so as to fulfill specific objectives even under adverse situations. The coordination of the multi-agents is associated with a lot of supplementary work in advance. The associated issues being position correction, prevention of communication congestion, local information sensing in addition to the need for imitating human-like decision making. A Control structure for soccer robot system to achieve cooperative jobs is designed based on the proposed BIOS. The effectiveness of the proposed system is validated by implementing the same in a real soccer robot system. A hybrid type control structure, different behaviors and actions are proposed for a vision-based soccer robot system. The proposed system composes four levels namely, the role level, the action level, the behavior level and the execution level. The proposed structure, which is a combination of hierarchical and behavioral structures, could meet the behavior and design specifications of a soccer robot system. The execution level is for commanding the actuators of a robot. The behavior level is based on the behavioral structure and can face fast varying environment (obstacle avoidance) and has a basic moving algorithm for move behavior. The action level is designed for playing games. The game can be played without role level, since action level has an inbuilt game strategy (zone defense). However, due to the problems associated with zone defense~(inefficient zone assignments), robot malfunctioning (system fault state), or the situation where an opponent robot blocks the home robots, it is important to have the role level. The role level assigns roles and areas to each robot as per the situation. Variable zone defense as a basic strategy, formation strategies and set-position play strategies suitable for appropriate situations are developed for robot soccer. The effectiveness of the proposed control structure based on BIOS for robot soccer is shown through experiments.

이 논문에서는 다개체 협동 시스템을 위한 지능형 객체 시스템 (BIOS)를 제안했다. 제안된 시스템은 실제 로봇 시스템에 적용됨으로써 효용성이 평가된다. 먼저, nonholonomic 특성을 가지고 있는 이동 로봇의 자세 제어를 위하여 두가지 강인한 경로 제어기가 제안된다. 로봇을 효과적으로 제어하고 제어기를 쉽게 설계하기 위해 로봇의 기구학식만 사용되며 속도 제어기는 이상적이다라는 가정하에서 설계된다. 첫번째 알고리즘은 Lyapunov 정리에 의해 설계되었으며 두번째 알고리즘 (사변구조 경로 제어기 (FOMS))은 원하는 로봇의 이동 궤적의 설계 조건이 주어졌을때 이를 만족하도록 설계되었다. 마찬가지로 FOMS의 알고리즘도 Lyapunov정리에 의해 안정성이 증명되었다. 일반적인 지능 제어 설계시 필요한 구성 요소 목록을 정리하고 그것에 따라 기본 지능형 객체 시스템 (BIOS)을 제안하였다. 제안된 정리 목록은 지능 제어 시스템 설계자에 여러 안목을 제시할 것이며 BIOS는 설계자들의 기본 지침이 될 것이다. 이 논문에서 이 BIOS에 근거하여 로봇 축구 시스템의 지능 제어 시스템 구조를 설계하였다. 제안한 제어 구조는 계층적 구조와 행동적 구조의 혼합형으로 이루어진 것이다. 각 계층은 BIOS라는 것들의 집합체로 이루어지며, 이것들이 모여 로봇 축구 시스템이란 하나의 BIOS를 구성하게 된다. 전체 제어 구조는 role level, action level, behavior level, execution level로 이루어져 있으며 이중에서 behavior level은 반사능력을 위해 구현된 계층이다. 가장 하위 계층인 execution level은 로봇의 모터 제어가 구현된 곳이며 가장 빠른 샘플링 시간을 가지고 제어가 되고 있다. Behavior level은 상위 계층과는 달리 반사능력에 중점을 두고 설계된 계층이며 로봇의 이동과 장애물 회피에 관한 것이 구현되어 있다. Action level은 지역 방어 전술 개념이 구현되며 로봇이 축구를 할 수 있도록 하는 행위 (action)를 선택하여 하위 계층에 보낸다. Action level의 설계를 위하여 몇 가지 가정과 설계 조건을 정의하였으며 그것에 따라서 각 행위들을 설계하였다. 제안된 제어구조는 Striker, Sweeper, Right\_Wing, Left\_Wing, Keeper의 다섯 가지 역할이 설정되어 있으며 그것의 적절한 선택, 그리고 각 역할에 따라서 사용되는 행위의 선택에 따라서 다양한 전략, 전술의 효과를 얻을 수 있다. Role level은 action level의 가정들이 위배될 때 발생되는 문제점을 해결하기 위해 제안된 계층으로 기본 전술 대형 유지, 효율적인 역할 바꾸기, 고장 대비등의 일을 수행하게 된다. 두 팀간의 실제 실험을 통해 제안된 제어 구조의 효용성을 알아보았고 체계적인 설계와 평가 기준을 통해 효율적인 협동 작업을 하는 시스템의 개발을 보여주었다. 이와 같은 복잡한 로봇 축구 시스템의 지능 구현을 위한 체계적인 설계 방법의 수립을 통해서 새로 태동되는 연구 분야인 로봇 축구의 이해를 도울 수 있을 것이다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DEE 98050
형태사항 v, 186 p. : 삽도 ; 26 cm
언어 한국어
일반주기 저자명의 영문표기 : Hyun-Sik Shim
지도교수의 한글표기 : 김종환
지도교수의 영문표기 : Jong-Hwan Kim
수록잡지명 : "Designing Distributed Control Architecture for Cooperative Multi-agent System and Its Real-time Application to Soccer Robot". Journal of Robotics and Autonomous Systems. Elsevier Science Ltd., vol. 21, no. 2, pp. 149-165 (1997)
수록 잡지정보 : "A Hybrid Control Structure for Vision Based Soccer Robot System". Journal of Intelligent Automation and Soft Computing. Autosoft Press, will be publised (1998)
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 전기및전자공학과,
서지주기 참고문헌 : p. 172-178
주제 다개체
로봇축구
BIOS
행위
행동
Multi-agent
Robot soccer
BIOS
Action
Behavior
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