B-Spline을 이용한 이동로봇의 기하학적 경로 계획

Abstract

로봇에게 있어 경로 계획(Path Planning)은 가장 중요한 문제 중의 하나이다. 경로 계획이란 로봇에게 어떠한 임무를 줬을 때 임무를 실행하기 위하여 이동 방법을 기획, 제안하는 과정으로 지금까지 많은 연구가 진행되었다. 그러나 지금까지의 경로 계획은 직선으로만 구성하여, 로봇이 방향 전환을 할 경우 정지 동작을 해야만 한다. 또한, 여러 개의 경로 중에서 가장 짧은 경로를 가장 좋은 경로라고 판단하여 시작지점(Start)과 목표지점(Goal)에서 로봇의 방위(Orientation)에 따라 다른 경로가 더 좋을 수 있음에도 항상 같은 경로만을 생성하는 문제가 있다. 본 논문에서는 2차원 환경에서 이동로봇을 대상으로 곡선으로 경로를 생성하는 방법에 대해 제안하고자 한다. 로봇이 곡선을 따라 주행하게 되면 속도와 가속도의 변화가 요구되기 때문에 곡선의 연속성(Continuous)을 조절할 수 있는 B-Spline을 사용하였다. 그리고 시작지점과 목표지점에서 로봇의 방위를 고려하기 위해 Convex Hull Path를 정의하였고, 방위변화량을 도입하여 경로의 길이뿐만 아니라 굴곡의 정도를 함께 고려하여 경로를 선택할 수 있도록 하였다. 그리하여 로봇의 시작지점과 목표지점에서 방위가 달라짐에 따라 경로의 방향과 형태가 달라지는 모습을 시뮬레이션을 통하여 확인하였다. 특히, 길이가 다른 두 개 이상의 경로 중에서 길이가 길더라도 경로의 형상이 직선에 더 가까우면 더 좋은 경로로 선택할 수 있음을 보였다. 따라서 본 논문에서 제안하는 경로 계획은 이동로봇이 경로를 따라 주행할 때 정지 동작이 없고, C2 연속성을 갖는 경로를 생성할 수 있기 때문에 부드러운(Smoothness) 주행이 가능하다.; This paper presents geometric path planning of a mobile robot using B-Spline. Most existing methods for path planning generate paths composed of line segments which is the shortest path. At each vertex point, however, the robot has to stop and make a turn at each vertex, causing additional time. In addition, if the orientation of the mobile robot at the initial and final positions are considered, the optimal path should be regenerated. In this paper, we propose a method for planning the path using B-Spline curves in the known environment. For generation of the B-Spline Path, a Convex Hull Path is introduced, and then it is used to find optimal path. If we make up the Control Points from Convex Hull Path, we are ready to generate B-Spline Path. In the last part of this thesis, the simulation results show that the proposed methods can provide good performance for path planning in a number of obstacle configurations.