다중 에이전트 형성 장애물 회피를 실현하기 위해 광학 포지셔닝 시스템을 사용

사례 연구

고객 중국과학원 자동화연구소

측정 범위 12m * 12m * 8.5m

적용 에이전트 형성, 떼 제어

분석 대상 모바일 로봇

사용 장비 24 Mars 2H 모션 캡처 카메라

협동 제어는 에이전트 시스템의 견고성을 향상시키고 대형 장애물 회피가 핵심이다.

산업 기술의 발달로 작업의 복잡성과 규모가 점차 증가하고 단일 에이전트가 정보를 얻고 문제를 해결하는 능력이 제한되어 대부분의 경우 작업 요구 사항을 충족시킬 수 없다. 그러나 다중 에이전트 시스템은 단위 간의 협력과 조정을 강조하며 다중 에이전트 협력 제어는 작업 효율성과 능력을 크게 향상시킬 수 있다. 현재 에이전트 간 협력 모드, 통신 모드, 장애물 회피 방법 등 멀티 에이전트의 협력 제어에 대한 연구가 많이 진행되고 있으며, 그 중 가장 중요한 것은 멀티 에이전트 형성 장애물 회피 제어 알고리즘에 대한 연구이다.

광학 포지셔닝 시스템의 밀리미터 이하 포지셔닝은 지능형 무인 군집 시스템을 돕는다.

중국과학원 자동화연구소(Institute of Automation)의 교사인 푸즈창(Pu Zhiqiang)은 지능형 무인 군집 시스템을 개발했다. 무인 군단 시스템은 단일 무인 지상 차량 및 무인 항공기 제어, 지상 공중 협력, 군집 전투 및 무인 지상 차량 및 무인 항공기의 기능을 실현할 수 있는 위치 지정 하위 시스템, 통신 하위 시스템 및 제어 하위 시스템의 세 가지 하위 시스템으로 나뉜다. 포메이션 성능; 청소년 대중 과학, 교육 및 훈련, 대학 또는 연구 기관의 중등 발전, 지역 물류 및 민군 통합과 같은 산업 응용 분야에서 사용할 수 있다.

포지셔닝 시스템은 NOKOV 광학 모션 캡처 시스템과 포지셔닝을 위한 차량 관성 장치를 사용한다. 캡처 범위를 고려하여 12m*12m*8.5m 공간을 차지하는 5m 높이의 카메라 8대와 높이 8.5m의 카메라 16대를 포함하여 24대의 Mars2H 광학 위치 카메라가 세워졌다.

각 이동 로봇과 장애물에 마커를 배치하고, 개별 로봇의 ID를 구분하기 위해 서로 다른 마커를 배치한다. 이동로봇과 장애물의 마커를 캡쳐하여 마커의 3차원 좌표를 획득하고 SDK를 사용하여 실시간으로 방송한다. 단일 로봇의 위치, 주변 모바일 로봇, 장애물의 위치 정보를 수신할 수 있으며 좌표 정보의 정확도는 밀리미터 이하 수준이다.

NOKOV 광학 포지셔닝 시스템의 포지셔닝 정확도는 관성 항법 장치의 위치 정확도보다 몇 배나 높기 때문에 이동 로봇이 광학 포지셔닝에서 전송된 데이터를 수신할 수 있을 때 광학 포지셔닝 시스템은 포지셔닝 및 관성 누적 오차 보정에 사용된다. 센서 데이터, 로봇 자체에 의해 저장된 데이터를 광학 포지셔닝 시스템의 데이터와 일치하게 유지한다. 일정 시간 동안 포지셔닝 시스템에서 전송된 데이터를 가림으로 인해 얻을 수 없을 때 관성 센서의 저장된 데이터는 이동 로봇의 정상적인 작동을 보장하기 위해 포지셔닝에 사용됩니다.

다중 이동 로봇 시스템은 장애물을 피하기 위해 시공간 A* 알고리즘과 인공 전위장 방법을 결합하는 방법을 채택한다. 이 방법에서 시공간 A* 알고리즘은 다중 로봇 시스템에 대한 충돌 없는 경로를 계획하기 위한 전역 경로 계획 알고리즘으로 사용된다. 이 알고리즘은 기존의 A* 알고리즘에 시간 차원을 추가하여 미리 계획한 다중 로봇 경로 정보를 예약 테이블 형태로 저장한다. 이 정보를 통해 다음 로봇에 대한 충돌 없는 경로가 생성된다. 둘째, 로컬 경로 계획 알고리즘으로서 인공 전위장 방법은 동적 환경에서 이 방법의 안정성을 향상시킨다. 환경에서 알 수 없는 동적 장애물에 직면했을 때 모바일 멀티 로봇은 제 시간에 이를 피할 수 있다. 따라서 장애물 회피 방법으로 시공간 A* 알고리즘과 인공 전위장 기법을 결합하면 다중 로봇 시스템을 위한 효율적인 충돌 없는 경로를 생성할 수 있고 충돌 회피를 잘 완성할 수 있다.

또한, 전체 멀티 로봇 시스템은 과학 대중화 및 교육 훈련에 적용된다. 과학 대중화와 관련하여 시스템은 초등 및 중등 학생, 대중 과학 공연장 및 대규모 대중 과학 활동을 위한 공연 및 상호 작용을 제공한다. 둘째, 상세하고 흥미로운 대중 과학 과정을 제공한다. 교육훈련 측면에서는 이를 기반으로 2차 개발기술 연구를 수행한 후 시스템 및 인공지능 관련 교육과정 시스템을 제공할 수 있다. 또한, 주요 연구기관에 대한 연구실 건설의 기술방안을 제공할 수 있다.

중국 과학원 자동화 연구소의 항공기 지능형 기술 혁신 팀은 20명 이상의 연구원, 부연구원, 엔지니어, 의사 및 석사 과정 학생으로 구성되어 있습다. 팀은 무인 자율 플랫폼의 강력한 적응 제어 및 군집 지능에 대한 연구에 오랫동안 종사해 왔으며 응용 기초 연구, 엔지니어링 시스템 개발 및 산업화에서 일련의 중요한 성과를 달성했다.