로봇의 크기를 고려한 로봇용 내비게이션(지도)의 연구

자동차를 타고 약속된 장소에 갈 때에 내비게이션을 이용하는 것 처럼, 로봇도 역시 목적지에 안전하게 이동할 수 있도록 도와주는 내비게이션이 필요하다. 하지만 로봇이 가는 길이 정형화된 도로가 아니기 때문에 일반적인 내비게이션보다는 복잡한 구조를 가지고 있다. 게다가 각각의 로봇이 통과할 수 있는 지형의 종류는 서로 다르기 때문에 로봇마다 다르게 적용이 되어야 한다.


이번에는 [동영상 1]과 같은 로봇(모바일 매니퓰레이터)이 특정한 목표 위치로 이동하기 위한 주행 가능한 지도를 작성하는 것에 대해 서술해 본다.

▲[동영상 1] 사용한 모바일 매니퓰레이터

지도를 만들기 앞서, 로봇이 먼저 주변 지형을 파악해야 한다. 일반적으로 지형의 상태를 파악하기 위해서 3D 정보를 읽어들이는 센서를 사용하는데, 우리는 다른 센서보다 높은 정밀도를 가지는 레이저 스캐너를 사용했다. 이 레이저 스캐너는 지형 정보를 인식된 위치들의 점으로 구성한다. ([그림 1])

▲[그림 1] 레이저 스캐너를 통해 인식된 물체의 도식화

하지만 레이저 스캐너가 가지고 있는 레이저의 특성 때문에 앞에 장애물이 있으면 뒤에 가려진 영역이 나오지 않는다. 또한, 레이저 스캐너의 측정 각도가 일정하여 측정되는 물체의 거리가 멀어질수록 점의 희소영역이 발생한다. [그림 1]을 보면, 두 물체가 같은 크기임에도 불구하고 레이저 스캐너와의 거리에 따라 맺히는 점의 개수가 다른 것을 볼 수 있다. 


희소 영역에서는 지도를 만들기에 충분한 정보를 가지고 있지 않으므로 본 연구에서는 형태학 필터 연산을 통해 이러한 노이즈나 희소영역을 제거하였다.([그림 2-b]).

▲[그림 2] (a) 원본 지형 지도, (b) 필터를 통해 노이즈를 제거한 지도

그 뒤, 필터를 통해 제거된 지도에서 모바일 로봇이 지나갈 수 있는 주행 가능한 경로는 3가지 요인을 고려하여 설정하였다. 경사도, 지면 간 높이차, 지면의 거칠기가 바로 그것이다. 예를 들어, 경사가 매우 높아 진행이 어렵거나 지형이 울퉁불퉁하여 로봇이 이동 중 넘어질 가능성이 있는 지형은 피해 가는 것이 좋다. 또한, 계단과 같이 모바일 로봇이 통과할 수 없는 지형 또한 제거하는 것이 좋다.

이렇게 3가지 요인을 고려한 주행 가능 경로는 [그림 3]에 나타내었다. [그림 3]의 왼쪽 그림은 모바일 로봇이 계단과 경사로를 인지하여, 주행 가능한 경로(그림의 빨간 선)를 경사로로 택한 스냅샷이며, [그림 3]의 오른쪽 그림은 복잡한 장애물 상황에서 장애물을 피해 주행 경로를 생성한 모습을 나타내고 있다. 이러한 실험을 통해 로봇이 주행 가능한 경로를 원활히 설정하였음을 알 수 있다.

▲[그림 3] 제안된 알고리즘의 결과 (빨간색이 주행 가능한 예상 이동 경로)

본 연구에 대한 자세한 내용 소개는 2017년 2월 5일부터 8일까지 '제12회 한국로봇종합학술대회'에서 이루어질 예정이다.


글쓴이: 박수한

소속: 디지털휴먼센터

메일: psh117@snu.ac.kr

관심 분야: 모바일 로봇 제어, 레이저 센서 기반 주행지도 설정