This paper proposes two contributions. One is an analysis for the limit of the subject of goal-directed reactive robot navigation, and the other is an effective navigation method employing the scheme of the subject. The analysis for the subject is presented in order to clarify the limit of the method. On the basis of the analysis, a safety-guaranteeing and deadlock-free reactive navigation method is newly proposed. The proposed method has a simple behavior-based frame such that it can make the required navigation tasks such as obstacle avoidance, deadlock resolving, and etc. with a very small set of behaviors in entirely unknown environments such as a living room, an office, and etc. Some results of experiments show these validities.
In this paper, robot navigation experiments with a new navigation algorithm are carried out in real environments. The authors already proposed a reactive navigation algorithm for mobile robots using optimal via-point selection method. At each sampling time, a number of via-point candidates is constructed with various candidates of heading angles and velocities. The robot detects surrounding obstacles, and the proposed algorithm utilizes fuzzy multi-attribute decision making in selecting the optimal via-point the robot would proceed at next step. Fuzzy decision making allows the robot to choose the most qualified via-point even when the two navigation goals-obstacle avoidance and target point reaching-conflict each other. The experimental result shows the successful navigation can be achieved with the proposed navigation algorithm for real environments.
Instantaneous reaction and intelligence are required for autonomous mobile robots to achieve multiple goals in the unpredictable and dynamic environments. Design of the appropriate control architecture and clear definitions of systems are needed to construct and control these robots. This research proposes the hybrid deliberative/reactive control architecture which consists of three layers and uses the method of software structure design. The highest layer, Deliberative Layer makes the overall run-time schedule for navigation and/or manipulation, and the middle layer, Task Execution Layer carries out various missions. The lowest layer, Reactive Layer enables a robot to react rapidly in the dynamic environment and controls the mechanical devices concurrently. This paper proposes independent system supervisors called Manager to reuse the modules so that the Manager supports common use of the system and multi-processing tasks. It is shown that the mobile robot based on the proposed control scheme can perform the basic navigation and cope with the dynamic obstacles reasonably well.
In this paper, a behavior-based fuzzy control of mobile robots for autonomous navigation is presented. Behaviors of mobile robots are divided into two categories: reactive behavior and purposeful behavior, which are incompatible with each other. The former is reaction performed in terms of the sensory data and the latter is action for achieving the goal. The presented method generates appropriate control inputs to the robot to trade-off between the reactive and purposeful behaviors using fuzzy inferences. The method is applied to an synchro-drive type mobile robot and shown to be useful for autonomous robot navigation by providing simulation results.
Control architecture of the action based robot engineering can be divided into two types of deliberate type - and reactive type- controller. Typical deliberate type, slow in reaction speed, is well suited for the realization of the higher intelligence with its capability to forecast on the basis of environmental model according to time flow, while reactive type is suitable for the lower intelligence as it fits to the realization of speedy reactive action by inputting the sensor without a complete environmental model. Looking at the environments in the application areas in which robots are actually used, we can see that they have been mostly covered by the uncertain and unknown dynamic changes depending on time and place, the previously known knowledge being existed though. It may cause, therefore, any deterioration of the robot performance as well as further happen such cases as the robots can not carry out their desired performances, when any one of these two types is solely engaged. Accordingly this paper aims at suggesting Goal-oriented Geometric Model(GGM) Based Intelligent System Architecture which leads the actions of the robots to perform their jobs under variously changing environment and applying the suggested system structure to the navigation issues of the robots. When the robots do perform navigation in human life changing in a various manner with time, they can appropriately respond to the changing environment by doing the action with the recognition of the state. Extending this concept to cover the highest hierarchy without sticking only to the actions of the robots can lead us to apply to the algorithm to perform various small jobs required for the carrying-out of a large main job.
In a hybrid three-layer control architecture(deliberative, sequencing, and reflexive), the lowest reflexive layer consists of resources, actions, an action coordinator, and motion controllers. Because the execution of individual components in the reflexive layer should be done in real-time, each component has to be simple and, due to this reason, the Linux-RTAI(Real-Time Application Interface for Linux) has been used as an operating system. In this paper, a navigation control architecture, which combines the components in the reflexive layer and the navigation-related modules in the sequencing layer, is proposed. And then, as basic components, four actions(Goto, Avoid, Move, and EmergencyStop) are designed. Experimental results confirm the effectiveness of the proposed architecture and the performance of individual associated actions.
This paper describes an integrated navigation strategy for the autonomous service robot PSR. The PSR is under development at the KIST for service tasks in indoor public environments. The PSR is a multi-functional mobile-manipulator typed agent, which works in daily life. Major advantages of proposed navigation are as follows: 1) Structured control architecture for a systematic integration of various software modules. A Petri net based configuration design enables stable control flow of a robot. 2) A range sensor based generalized scheme of navigation. Any range sensor can be selectively applied using the proposed navigation scheme. 3) No need for modification of environments. (No use of artificial landmarks.) 4) Hybrid approaches combining reactive behavior as well as deliberative planner, and local grid maps as well as global topological maps. A presented experimental result shows that the proposed navigation scheme is useful for mobile service robot in practical applications.
As personal robots coexist with a person with a role to help a person, while adapting various human life and environment, the personal robots have to accommodate frequently-changing or different-from-home-to-home environment. In addition, personal robots may have many kinds of different Kinematic configurations depending on the capabilities. Some may have a mobile base and others may have arms and a head. The motivation of this study arises from this not-well-defined home environment and varying Kinematic configuration. So the goal of this study is to develop a general control architecture for personal robots. There exist three major architectures; deliberative, reactive and hybrid. We found that these are applicable only for the defined environment with a fixed Kinematic configuration. Neither could accommodate the above two requirements. For the general solution, we propose a Supervised Hybrid Architecture (SHA), in which we use double layers of deliberative and reactive controls, distributed control with a modular design of Kinematic configurations, and real-time Linux OS. Deliberative and reactive actions interact through a corresponding arbitrator. These arbitrators help a robot to choose an appropriate architecture depending on the current situation to successfully perform a given task. The distributed control modules communicate through IEEE 1394 for the easy expandability. With a personal robot platform with a mobile base, two arms, a head and a pan-tilt stereo eye system, we tested the developed SHA for static as well as dynamic environments. For this application, we developed decision-making rules for selecting appropriate control methods for several situations of navigation task. Examples are shown to show the effectiveness.
In existing factory, robot has less necessity that consider person. However, person should be considered at design and use of service robot. To service robot can be used in everyday life along with this, more functions are required. Specially, medical service robot needs function that is intelligence function. Especially, to help patient brain disease patient (cerebral hemorrhage, cerebral infarction, imbecility), gait assistance Mobile robot consider ergonomic element necessarily. In order to develop the medical support service robot, the ergonomic design should be considered. This robot ergonomic design parameters are treated in ("evelopment of Medical Support Service Robot Using Ergonomic Design" 2003, ICASS) Fig2 show this Robot. In this study, navigation algorithm of walk assistance robot is analyzed in ergonomic view. Navigation algorithm of Mobile robot can divide by two patterns. Traditional derivative method has shortcoming in dynamic environment. Reactive method is result that react excellently in dynamic environment. However, number of behavior function is limited. So hybrid navigation algorithm was proposed by the alternative way. We consider enough user specificity at navigation algorithm application of gait assistance robot.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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