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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이대우
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 부산대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수19
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무인항공기의 기술이 발전함에 따라 군사 목적 이외에 정찰 및 감시, 통신 중계, 운송 등 인간에게 도움이 되는 다양한 분야에서 활용되고 있다. 다양함 임무 수행을 위해 무인항공기의 침입이나 동적 장애물이 탐지되는 경우와 같은 임무 환경의 변화에 대처하기 위해 무인항공기 상에서의 실시간 경로 계획이 필요하다.
본 논문은 샘플링 기반의 경로 계획 알고리즘 중 하나인 Rapidly-exploring Random Tree(RRT) 알고리즘의 개선을 통해 동적 장애물을 실시간으로 회피하기 위한 경로 계획 알고리즘인 anytime Directed RRT(DRRT) 알고리즘을 제안한다. RRT 알고리즘은 계산량이 적고 빠르게 경로 생성이 가능하여 맵 환경을 빠르게 탐색할 수 있지만 수렴성이 떨어지기 때문에 최적성이 보장되지 못 하는 단점이 있다. 이를 보완하기 위해 무작위로 샘플링 되는 노드를 일정 확률로 목표 지점으로 치환하여 지향성을 추가하였고, 동적 장애물의 이동 방향에 따라 한정된 구역에 노드를 생성하는 것과 tree를 확장하는 과정에 목표 지점과의 관계를 판단하여 불필요한 맵 탐색을 줄이는 것으로 경로 생성 시간을 단축하였다. 그리고 RRT 알고리즘의 특성상 생성되는 경로는 꺾이는 지점이 많이 있기 때문에 비행에 적합하지 않아 경로 단순화 기법을 적용하였으며 이를 제한된 시간 내에 반복하여 최단 거리의 경로를 선택한다. 이러한 방식으로 생성되는 경로는 무인항공기에 탑재하기 위해 데이터 변환 과정을 수행하여 임무 환경의 맵 데이터가 없는 환경에서도 사용할 수 있다.
본 논문에서는 0.1초 이내에 100회 이상의 경로 생성을 반복하여 최단 경로를 선정하는 anytime DRRT 알고리즘을 이용하여 단일 및 다수의 침입기 상황에서의 실시간 경로 계획을 PC환경에서 Robot Operating System(ROS)과 Gazebo 시뮬레이터를 통해 검증하여 무인항공기의 탑재 가능성을 확인하였다.
본 논문은 샘플링 기반의 경로 계획 알고리즘 중 하나인 Rapidly-exploring Random Tree(RRT) 알고리즘의 개선을 통해 동적 장애물을 실시간으로 회피하기 위한 경로 계획 알고리즘인 anytime Directed RRT(DRRT) 알고리즘을 제안한다. RRT 알고리즘은 계산량이 적고 빠르게 경로 생성이 가능하여 맵 환경을 빠르게 탐색할 수 있지만 수렴성이 떨어지기 때문에 최적성이 보장되지 못 하는 단점이 있다. 이를 보완하기 위해 무작위로 샘플링 되는 노드를 일정 확률로 목표 지점으로 치환하여 지향성을 추가하였고, 동적 장애물의 이동 방향에 따라 한정된 구역에 노드를 생성하는 것과 tree를 확장하는 과정에 목표 지점과의 관계를 판단하여 불필요한 맵 탐색을 줄이는 것으로 경로 생성 시간을 단축하였다. 그리고 RRT 알고리즘의 특성상 생성되는 경로는 꺾이는 지점이 많이 있기 때문에 비행에 적합하지 않아 경로 단순화 기법을 적용하였으며 이를 제한된 시간 내에 반복하여 최단 거리의 경로를 선택한다. 이러한 방식으로 생성되는 경로는 무인항공기에 탑재하기 위해 데이터 변환 과정을 수행하여 임무 환경의 맵 데이터가 없는 환경에서도 사용할 수 있다.
본 논문에서는 0.1초 이내에 100회 이상의 경로 생성을 반복하여 최단 경로를 선정하는 anytime DRRT 알고리즘을 이용하여 단일 및 다수의 침입기 상황에서의 실시간 경로 계획을 PC환경에서 Robot Operating System(ROS)과 Gazebo 시뮬레이터를 통해 검증하여 무인항공기의 탑재 가능성을 확인하였다.
목차
I. 서 론 11. 연구 배경 12. 연구 목적 23. 논문 구성 4II. 사전 연구 51. RRT 알고리즘 5가. RRT 알고리즘의 개요 5나. RRT 알고리즘의 구성 52. Biased RRT 알고리즘 7가. Biased RRT 알고리즘의 개요 7나. Biased RRT 알고리즘의 구성 73. RRT-Connect 알고리즘 8가. RRT-Connect 알고리즘의 개요 8나. RRT-Connect 알고리즘의 구성 94. RRT* 알고리즘 10가. RRT* 알고리즘의 개요 10나. RRT* 알고리즘의 구성 10Ⅲ. 동적 장애물 회피를 위한 RRT 알고리즘 131. 동적 장애물 회피를 위한 RRT 알고리즘 개요 132. 샘플링 구역 143. Tree 확장 방식 164. 경로 단순화 18IV. 시뮬레이션 및 결과 191. 경로 생성 시뮬레이션 환경 202. 경로 생성 알고리즘 시뮬레이션 결과 22가. 장애물이 없는 환경 22나. 단일 장애물 환경 24다. 다중 장애물 환경 27라. Anytime DRRT 알고리즘의 플랫폼에 따른 결과 313. 비행 시뮬레이션 환경 324. 비행 시뮬레이션 결과 34가. 단일 장애물 환경 34나. 다중 장애물 환경 42V. 결 론 48참고문헌 49
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