Optimal collision avoidance algorithm for unmanned aerial vehicles based on proportional navigation guidance law is investigated this paper. Although proportional navigation guidance law is widely used in missile guidance problems, it can be used in collision avoidance problem by guiding the relative velocity vector to collision avoidance vector. The optimal navigation coefficient can be obtained if an obstacle if an obstacle moves at constant velocity vector. The stability of the proposed algorithm is also investigated. The stability can be obtained by choosing a proper navigation coefficient.
In this paper, we propose a novel navigation method combined limit-cycle method and the vector field method for avoidance of unexpected obstacles in the dynamic environment. The limit-cycle method is used to obstacle avoidance in front of the robot and the vector field method is used to obstacle avoidance in the side of robot. The proposed method is tested on pioneer 2-DX mobile robot. The simulations and experiments demonstrate in the effectiveness of the proposed method for navigation of a mobile robot in the complicated and dynamic environments.
본 논문에서는 동적인 환경에서 돌발 장애물을 회피하는 방법으로 Nearness Diagram, Limit-Cycle 및 벡터장법을 혼합한 새로운 항법을 제안한다. Limit-Cycle 항법은 정면장애물을 회피 하는데 사용되고, 벡터장법은 측면장애물을 회피 하는데 이용된다. 그리고 Nearness Diagram 항법은 로봇의 근접지역장애물을 회피하는데 사용된다. 제안된 항법은 시뮬레이션을 통해 그 성능을 증명하였다.
An efficient obstacle avoidance algorithm is proposed in this paper to avoid dynamic obstacles using a collision vector while a tele-operated mobile robot is moving. For the verification of the algorithm, an operator watches through a monitor and controls the mobile robot with a force-reflection joystick. The force-reflection joystick transmits a virtual force to the operator through the Inter-net, which is generated by an adaptive impedance algorithm. To keep the mobile robot safe from collisions in an uncertain environment, the adaptive impedance algorithm generates the virtual force which changes the command of the operator by pushing the operator's hand to a direction to avoid the obstacle. In the conventional virtual force algorithm, the avoidance of moving obstacles was not solved since the operator cannot recognize the environment realistically by the limited communication bandwidth and the narrow view-angle of the camera. To achieve the dynamic obstacle avoidance, the adaptive virtual force algorithm is proposed based on the collision vector that is a normal vector from the obstacle to the mobile robot. To verify the effectiveness of the proposed algorithm, mobile robot navigation experiments with multiple moving obstacles have been performed, and the results are demonstrated.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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제4권1호
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pp.17-29
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2006
A novel inverse kinematics solution based on the back propagation neural network (NN) for redundant manipulators is developed for online obstacles avoidance. A laser transducer at the end-effctor is used for online planning the trajectory. Since the inverse kinematics in the present problem has infinite number of joint angle vectors, a fuzzy reasoning system is designed to generate an approximate value for that vector. This vector is fed into the NN as a hint input vector rather than as a training vector to guide the output of the NN. Simulations are implemented on both three- and four-link redundant planar manipulators to show the effectiveness of the proposed position control system.
현재 개발 중인 자율주행 선박의 안전한 자율주행 운항 안전성을 확보하기 위하여 COLREG를 바탕으로 하는 다중 장애물회피 알고리즘을 연구하였다.RADAR에서 제공하는 외부 장애물의 VECTOR 값을 활용하여 각 장애물의 CPA와 TCPA를 분석하여 기 값을 기준으로 장애물을 구분하고 다중 장애물 회피 상황을 고려한 위험도 산정하였고 최소한의 안전 상황을 확보하기 위한 회피 동작 적용 방법에 관한 연구를 하였다.
한국항해항만학회 2006년도 International Symposium on GPS/GNSS Vol.1
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pp.77-82
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2006
Automatic vessel collision-avoidance systems have been studied in the fields of artificial intelligence and navigation for decades. And to facilitate automatic collision-avoidance decision-making in two-vessel-encounter situation, several expert and fuzzy expert systems have been developed. However, none of them can negotiate with each other as seafarers usually do when they intend to make a more economic overall plan of collision avoidance in the COLREGS-COST-HIGH situations where collision avoidance following the International Regulations for Preventing Collisions at Sea(COLREGS) costs too much. Automatic Identification System(AIS) makes data communication between two vessels possible, and negotiation methods can be used to optimize vessel collision avoidance. In this paper, a negotiation framework is put forward to enable vessels to negotiate to optimize collision avoidance in the COLREGS-COST-HIGH situations at open sea. A vessel vector space is defined and therewith a cost model is put forward to evaluate the cost of collision-avoidance actions. Negotiations between a give-way vessel and a stand-on vessel and between two give-way vessels are considered respectively to reach overall low cost agreements. With the framework proposed in this paper, two vessels involved in a COLREGS-COST-HIGH situation can negotiate with each other to get a more economic overall plan of collision avoidance than that suggested by the traditional collision-avoidance expert systems.
In this research, a remote control system has been developed and implemented, which combines autonomous obstacle avoidance in real-time with force-reflective tele-operation. A tele-operated mobile robot is controlled by a local two-degrees-of-freedom force-reflective joystick that a human operator holds while he is monitoring the screen. In the system, the force-reflective joystick transforms the relation between a mobile robot and the environment to the operator as a virtual force which is generated in the form of a new collision vector and reflected to the operator. This reflected force makes the tele-operation of a mobile robot safe from collision in an uncertain and obstacle-cluttered remote environment. A mobile robot controlled by a local operator usually takes pictures of remote environments and sends the images back to the operator over the Internet. Because of limitations of communication bandwidth and the narrow view-angles of the camera, the operator cannot observe shadow regions and curved spaces frequently. To overcome this problem, a new form of virtual force is generated along the collision vector according to both distance and approaching velocity between an obstacle and the mobile robot, which is obtained from ultrasonic sensors. This virtual force is transferred back to the two-degrees-of-freedom master joystick over the Internet to enable a human operator to feel the geometrical relation between the mobile robot and the obstacle. It is demonstrated by experiments that this haptic reflection improves the performance of a tele-operated mobile robot significantly.
위성항법시스템은 다양한 분야에서 활용되고 있으며 정밀한 위성항법 위치 정보를 이용하여 자율주행차량(AGV: Autonomous Guided Vehicle)에 활용하는 연구가 진행되고 있다. 위성항법을 이용하여 AGV를 제어하는 경우 지상 시설의 설치 없이 위성항법 기반의 위치 정보를 저장하여 주행 경로를 설정하므로 기존 AGV에 비해 주행 경로 설정이 효율적이다. 특히 주행 경로 상에 장애물이 감지된 경우 기존 AGV의 경우 정해진 경로만을 주행하므로 정지해야만 한다. 그러나 위성항법 기반 AGV는 장애물을 피할 수 있는 주행 경로를 설정할 수 있으므로 연속적인 주행이 가능하다. 본 논문에서는 레이저 스캐너와 회피 벡터를 이용한 회피 경로 설정 알고리즘을 이용하여 위성항법 기반 AGV의 충돌 회피 시스템을 구성한 후 그 성능을 분석하였다.
제어로봇시스템학회 1993년도 한국자동제어학술회의논문집(국내학술편); Seoul National University, Seoul; 20-22 Oct. 1993
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pp.434-439
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1993
This paper present a sensor based obstacle avoidance method which is based on a VFH(Vector Field Histogram) method. The basic idea of obstacle avoidance is to find a minimum obstacle direction and distance. From the minimum sonar index and the target direction high level system determine steering angle of mobile robot. The sonar sensor system consists of 12 ultra sonic sensor, and each sensor have its direction and safety value. This method has advantage on calculation speed and small memory. This method is implemented on indoor autonomous vehicle'ALiVE-2'.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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