시스템 불확실성에 강인한 영상기반 시각 서보 제어

Abstract

시각 서보 제어란 카메라 영상 정보를 활용하여 로봇을 비롯한 다양한 시스템을 원하는 목적대로 제어하는 것을 뜻한다. 시각 서보 제어 시스템을 설계하는 경우 카메라 시스템의 특성에 의해 시야각 이탈, 카메라와 목표물 사이의 거리 불확실성, 교정 정보 오차 등의 제한 조건과 불확실성이 존재한다. 이는 제어 성능을 저하시킬 수 있기 때문에 본 논문에서는 이러한 불확실성이 존재하더라도 강인한 제어 성능을 보장하는 두 가지 영상기반 시각 서보 제어 기법을 제안한다. 첫째, 다관절 매니퓰레이터에 대해 불확실성 추정을 통한 영상기반 시각 서보 제어 기법을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 거리 추정 단계와 목표물 추종 단계로 나누어진다. 먼저 거리 추정 단계에서는 비선형 관측기를 이용하여 카메라로부터 목표물까지의 거리를 추정한다. 이어서 목표물 추종 단계에서는 거리 추정 단계에서 얻은 거리 정보를 기반으로 목표물의 움직임에 의해 나타나는 영상 평면 상의 특징점 움직임 불확실성을 추정하고 그 영향을 보상하면서 목표물을 추종한다. 둘째, 전방향 이동로봇에 대해 퍼지 적분 슬라이딩모드 제어를 이용한 영상기반 시각 서보 제어 기법을 제안한다. 대부분의 시각 서보 제어 시스템에 대한 연구는 시스템과 구동기의 동역학적 특성을 배제하고 기구학적 특성만을 고려해왔으며 이는 제어 성능을 저하시키는 결과를 낳게 된다. 따라서 카메라가 부착된 전방향 이동로봇의 구동기 기반 동역학 모델을 제시하고 목표물 움직임에 의해 발생하는 영상 평면 상의 특징점 움직임 불확실성 하에서 강인한 제어 성능을 보장하는 퍼지 적분 슬라이딩모드 제어기를 설계한다. 또한 제안하는 두 가지 시각 서보 제어 기법의 안정성을 수학적으로 증명하며 모의 실험을 통해 그 성능을 검증하고 기존 제어 기법과 비교한다.