Robotics

Locomotion

연 수 2025. 1. 9. 10:27
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Locomotion - ROS 2

  • Locomotion이란, 로봇의 이동 동작을 계획하고 실행하는 것과 관련된 기능과 알고리즘을 의미
    • 로봇이 주어진 환경에서 목적지로 이동하거나 특정 경로를 따라 이동할 수 있도록 하는 다양한 제어 및 계획 메커니즘을 포함
      • 4족 보행 로봇의 제어 및 Local Path Planner 관련 회의 시, 많이 나오는 단어라 정리 진행

주요 구성 요소

  1. 이동 방식
    • 바퀴 기반 이동(Wheeled Locomotion): 대부분의 이동 로봇에서 사용되는 일반적인 방식으로, 속도와 방향 제어를 기반으로 동작.
    • 다리 기반 이동(Legged Locomotion): 4족, 2족 등 다리로 이동하는 로봇에서 주로 사용되며, 강화 학습이나 동역학 기반 제어가 필요한 복잡한 움직임.
    • 크롤링(Crawling), 점프(Jumping) 등의 특수 이동 방식도 포함.
  2. 경로 계획(Path Planning)
    • 로봇이 특정 위치로 이동하기 위해 최적 경로를 계산
    • ROS 2에서 사용되는 대표적인 라이브러리는 Nav2 (Navigation 2)로, 목표 위치까지 장애물을 회피하며 이동하는 경로를 계획
  3. 움직임 제어(Motion Control)
    • 로봇의 바퀴나 관절을 조작하여 실제 물리적 이동을 실행
    • PID 제어, MPC(Model Predictive Control), RL(강화 학습) 기반 제어 등이 사용
  4. 센서 입력 처리
    • 로봇이 환경 정보를 수집하기 위해 사용하는 LIDAR, 카메라, IMU 등의 센서를 통해 현재 위치와 장애물을 인식
    • SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)을 통해 로봇의 지도 작성과 자기 위치 추정을 동시에 수행.
  5. 지역 및 전역 경로 계획(Local and Global Planning)
    • 전역 경로(Global Path): 전체 환경에 대한 이동 경로를 계산.
    • 지역 경로(Local Path): 실시간 센서 데이터를 기반으로 장애물을 회피하며 전역 경로를 따라 이동.

ROS 2에서 로코모션 관련 도구 및 라이브러리

  1. Nav2 (Navigation 2)
    • ROS 2의 대표적인 네비게이션 스택으로, 로봇의 이동 계획, 장애물 회피, 목표 도달을 지원.
    • 주요 구성:
      • AMCL(Adaptive Monte Carlo Localization): 위치 추정
      • DWB(Dynamic Window Approach): 지역 경로 계획
      • Behavior Trees: 행동 흐름 제어
  2. MoveIt
    • 주로 매니퓰레이터 로봇에 사용되지만, 다리 기반 로봇의 이동에도 활용 가능.
  3. Gazebo 및 RViz
    • 이동 시뮬레이션 및 시각화를 위한 도구.
  4. 강화 학습 및 커스텀 제어
    • 로봇의 걷기나 점프와 같은 복잡한 움직임을 위해 강화 학습 기반 제어를 사용

로코모션의 주요 응용 분야

  • 자율 주행 로봇(Autonomous Mobile Robots, AMRs): 물류, 청소, 배송.
  • 휴머노이드 로봇: 2족 보행 및 계단 오르기.
  • 탐사 로봇: 다양한 지형에서 이동하는 로봇.

로코모션은 환경 인식, 경로 계획, 움직임 제어를 조화롭게 통합하여 로봇이 효율적으로 이동할 수 있도록 하는 핵심 기술이며 ROS 2는 이러한 로코모션 기능을 구현하기 위한 다양한 도구와 라이브러리를 제공하여, 개발자들이 효과적으로 설계 및 구현한다.

 

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