다양한 여유자유도 로봇 시스템의 운동 계획

Abstract

우리 주위에는 여유 자유도를 가진 많은 로봇을 볼 수 있다. 심지어 보다 효율적인 컨트롤을 위해 로봇을 여유 자유도로 설계 하는 경우도 있다. 대표적인 여유자유도 로봇으로는 다 관절 휴머노이드 모델과 다 관절 로봇 손가락이 있다. 때로는 6자유도 로봇을 여유 자유도 시스템으로 표현하는 경우도 있다. 이러한 것처럼, 우리 주위에는 많은 여유 자유도 로봇이 있으며 이를 보다 효율적으로 컨트롤 해야 할 필요성이 있다. 본 논문의 큰 주제는 redundant manipulators에 적용 하는 효율 적인 Joint Limit 알고리즘, 군집로봇 제어를 위한 여유자유도 기반의 네비게이션 알고리즘, 효율적인 파지 알고리즘이다. Joint Limit 알고리즘에 관한 많은 연구가 있었다. 기존에 연구된 Joint Limit 알고리즘은 현재의 관절과 주어진 관절 각 범위의 가운데 지점과의 거리를 최소화 하는 방법을 사용한 것 이다. 하지만 이것은 관절의 위치를 가운데 지점으로 구속하는 성향을 부여하여 로봇의 운동 범위를 제한 하는 경우도 있으며 많은 에너지를 소비하는 경우도 있다. 따라서 본 논문에서는 로봇의 운동 범위를 제한 하지 않으면서 설정한 Joint Limit을 위반하지 않는 운동 알고리즘을 제안한다. 두 번째 주제는 군집 로봇 제어를 위한 여유자유도 기반의 네비게이션 알고리즘이다. 본 논문에서는 모바일 로봇의 위치제어 모델을 3자유도 시스템으로 등가화 하고, 이를 여유자유도 시스템과 같이 컨트롤 하는 알고리즘을 제시 한다. 이러한 알고리즘은 다수의 로봇 상호간의 충돌과, 장애물과의 충돌을 회피하며 지정된 경로를 주행 하는 것을 가능하게 한다. 세 번째 주제는 로봇 손가락의 파지 알고리즘에 관한 연구이다. 로봇은 위치, 크기, 모양이 다양한 물체를 파지 해야 한다. 대부분의 로봇은 시각 센서를 통해 대상 물체의 위치, 모양, 크기를 파악하게 된다. 하지만 시각 센서에 의한 대상 물체의 인식에는 한계가 있으므로 위치, 모양, 크기를 정확하게 인식 하는 것에는 어려움이 있다. 본 논문에서는 로봇이 파지할 대상 물체의 위치, 모양, 크기 등의 최소한의 정보만을 이용하여 안정적으로 물체를 파지 할 수 있는 알고리즘을 제안한다.; We can see a lot of robots that has more joints then the operational degreed of freedom. Moreover, there is a necessity to design the robot with kinematic redundancy for more efficient control. A typical redundant robot is the multi-joint humanoid robot and multi-joint finger. Sometimes, a 6 DOF manipulator can be regarded a redundant system, if only some of operational degree one to be controlled. Like this, there are a lot of redundant robots around us and it is necessary to control this kind of robots effectively. There are three main subjects in this works, which are a realistic joint limit algorithm for kinematically redundant manipulators, Redundancy-Based navigation algorithm for swarm robot systems and grasping algorithm. There have been many researches on the joint limit algorithm exploiting kinematic redundancy in kinematically redundant manipulators. Existing joint limit algorithms tend to minimize the distance between the current joint angle and the middle angle of the given joint range. However, strictly speaking, these algorithms control the joint angle to come close to the middle angle, but sometimes this algorithm does not fully utilize the entire motion range of joints and consumes relatively large energy. Therefore, this paper proposes a new joint limit algorithm that not only prevents the joint limit violation, but also utilizes the wide motion range of joints. Another subject is Redundancy-Based navigation algorithm for swarm robot systems. The motion of each mobile robot is modeled as a kinematically redundant system. The self-motion space of this model is employed to resolve the motion of the swarm robot system while avoiding obstacles. The feasibility of the proposed navigation algorithm was verified by simulating several swarm robot models. Another subject is grasping algorithm. Robots have to grasp object with diverse sizes and shapes. Through visual sensors, robots recognize the position of object to approach and grasp object. When recognizing the position of the object through the visual sensor, it is very hard to recognize its shape, size and position correctly. Therefore, even in case that the correct position and size of the object are not known, the grasping algorithm should enable the robot to grasp the object appropriately according to minimum information. In this paper, we propose each algorithm, showing the efficiency of this algorithm through the simulation.