군집 안정성과 강인성을 보장하는 계층구조 군집제어

Abstract

본 논문은 다개체 군집 시스템을 그룹화 함으로써 시스템 전체의 안정성을 보장하고 소속 로봇 고장에 대하여 강인한 군집제어 구조와 제어 알고리즘에 대하여 논한다. 다개체 로봇으로 구성된 군집 시스템은 단일 로봇 시스템에 비해 임무 수행 영역이 넓고 적은 비용으로 더 높은 성능을 가질 수 있다는 장점으로 많은 연구가 진행되어왔다. 그러나, 기존 연구 결과들을 군집대형의 구조와 특징에 따라 다양한 기준으로 구분하여 분석하여 보면, 다개체 시스템의 규모 확장에 따른 그룹화 문제, 군집 대형의 유연성 부족에 따른 소속 로봇들의 이동에 대한 부하 증가 문제, 소속 로봇들 사이에서 나타나는 오차 전달에 의한 군집 안정성 문제, 군집 시스템이 로봇 고장에 취약하다는 문제 등을 가지고 있다. 본 논문에서는 이 네 가지의 문제점을 해결하기 위하여, 다음의 세 가지 군집 대형 구조와 군집제어 알고리즘을 제안한다.  벡터필드 기반의 행, 열 대형을 이용한 군집의 계층구조 및 군집제어 알고리즘  끈 안정성을 보장하는 연결 슬라이딩 모드 제어 기반의 플래툰 제어 알고리즘  다수 선도로봇을 갖는 선도-추종 군집제어 알고리즘 먼저 다각형 형태의 군집대형을 열, 행 대형으로 표현하여 전체 군집대형을 계층화하고 소속 로봇들을 벡터필드 기반의 추종제어를 사용함으로써 소속 로봇들을 그룹화 하고 군집대형의 유연성을 부여한다. 또한 열 대형과 유사한 플래툰 시스템의 끈 안정성을 보장할 수 있는 플래툰 제어 알고리즘을 제안하여, 전체 군집 시스템의 안정성을 향상 시킨다. 마지막으로, 군집시스템에 다수 선도로봇과 경쟁을 도입하여 소속 로봇의 고장에 대한 강인성을 갖도록 한다. 본 논문에서 제안된 각각의 군집 구조와 군집제어 알고리즘들은 모의실험을 통하여 그 유효성과 성능을 확인한다.