상태 분할 기법을 이용한 로봇 작업 계획 시스템의 설계

Abstract

한국과학기술원에서 개발 중인 ISH(Intelligent Sweet Home)는 다양한 서비스 로봇 및 인간-기계 인터페이스(HMI:Human-Machine Interface)를 이용하여 노약자 및 장애인의 일상생활을 도와 주는 지능형 주거 공간이다. 하지만 제어해야 하는 장치와 서비스 작업의 수가 증가로 인하여, 사용자가 불편함을 느낄 가능성이 있다. 따라서 인간 친화적 인간-로봇 상호작용(Human-friendly human-robot interaction) 관점에서 ‘작업 명령의 단순화’ 를 중요하게 고려하여야 한다. 이러한 이유 때문에, ISH에서는 집사 로봇(steward robot)의 개념을 도입하여 거주자와 복잡한 시스템의 매개체로 사용하고 있다. 사용자의 편의를 추구하기 위한 공학적인 접근방법 중의 하나로, 본 논문에서는 집사 로봇의 작업 계획 기능에 대해서 설명하도록 한다. 작업 계획 시스템을 이용하여, 집사 로봇은 사용자의 상위 단계 명령을 해석하여 각 로봇 또는 제어 가능 개체들을 제어하게 된다. 기존의 작업 계획 시스템은 STRIPS(STanford Research Institute Problem Solver) 상태 표현 방법에 기반으로 하여 계획을 수행한다. 그러나 기존의 작업 계획 방법은 시스템에 적용하기에는 많은 계산 시간을 소모하므로, ISH에 적용하기 어렵다. 본 논문에서는 계산 시간을 줄이기 위하여 상태 분할 기법(State partitioning technique)을 제안한다. 제안된 알고리즘은 하나의 초기 상태(Initial state)와 목표 상태(Goal state)를 분할하여 각 세분화된 상태에 대하여 계획하면 시간을 단축시킬 수 있는 동기에 의해 제안되었다. 이를 위하여 역방향 분리 계획(Backward splitted planning)을 제안하고, 얻어진 계획 그래프를 분석하여 분할에 필요한 정보를 획득한다. 마지막으로 이를 ISH에서 정의된 시나리오를 이용한 상위 레벨 작업을 통해 제안된 시스템의 효용성을 검증하도록 한다.