[물류] 로봇 모션 플래닝(Robot Motion Planning)이란?

로봇 모션 플래닝(Robot Motion Planning)은 로봇이 주어진 환경에서 장애물을 피하고 목표 지점에 도달하기 위해 경로를 계획하는 과정을 의미합니다. 이 과정은 로봇 공학에서 매우 중요한 요소로, 주로 자율 이동 로봇(AMR), 로봇 팔, 드론 등의 시스템에서 사용됩니다.

1. 주요 요소
1) 환경 모델링
로봇이 이동할 공간의 구조와 장애물의 위치를 모델링합니다. 2D 또는 3D 공간으로 표현할 수 있으며, 주변 환경의 지형, 장애물, 이동 가능한 영역 등을 포함합니다.

2) 경로 생성
로봇이 현재 위치에서 목표 지점까지 최적의 경로를 찾는 과정입니다. 경로 생성은 여러 알고리즘을 통해 이루어지며, 일반적으로 안전하고 효율적인 경로를 찾는 것이 목표입니다.

3) 충돌 회피
이동 중 로봇이 장애물과 충돌하지 않도록 경로를 계획하는 것이 중요합니다. 장애물의 위치, 크기, 움직임 등을 실시간으로 고려해야 하며, 이를 위해 로봇은 센서나 카메라 등의 장비를 사용해 주변을 탐지합니다.

4) 실시간 제어
로봇이 예측하지 못한 상황이나 동적 장애물에 대응할 수 있도록 실시간으로 경로를 수정하는 기능입니다. 예를 들어, 물류 창고에서 로봇이 다른 로봇이나 사람과 충돌하지 않도록 경로를 즉각적으로 재계획하는 능력이 필요합니다.

2. 주요 알고리즘
1) RRT(Rapidly-exploring Random Tree)
무작위로 공간을 탐색하여 장애물을 피하고 목표로 빠르게 이동할 수 있는 경로를 찾는 알고리즘입니다.

2) A*(A Start)
그래프 기반 경로 탐색 알고리즘으로, 휴리스틱 함수를 사용하여 가장 비용이 적은 경로를 찾습니다.

3) Dijkstra(다익스트라 알고리즘)
모든 가능한 경로를 탐색하여 최단 경로를 찾는 알고리즘으로, 단점은 계산량이 많아 느리다는 것입니다.

4) PRM(Probabilistic Roadmap)
주로 고차원 공간에서 사용되는 방식으로, 임의의 점들을 연결해 경로를 찾는 방법입니다.

3. 모션 플래닝의 적용 분야
1) 자율 주행 차량
장애물과 다른 차량을 피하면서 도로 위를 안전하게 주행할 경로를 계산.

2) 산업용 로봇
로봇 팔이 작업 환경에서 최적의 경로를 통해 작업을 수행하도록 경로 계획.

3) 드론
장애물이나 지형을 피하며 목표 위치로 비행.

4. 주요 사항
1) 동적 환경
환경이 고정되지 않고 변화하는 경우, 실시간으로 경로를 재계획해야 하는 도전 과제가 있습니다.

2) 복잡한 공간
높은 차원의 공간이나 복잡한 장애물 환경에서 효율적인 경로를 찾는 것은 매우 어렵고 계산적으로 복잡할 수 있습니다.

로봇 모션 플래닝은 로봇이 자율적으로 이동하거나 작업을 수행할 때 중요한 기술입니다. 각종 알고리즘과 센서를 통해 최적의 경로를 탐색하고 실시간으로 장애물을 피할 수 있도록 설계되어 있습니다.

즉, 로봇에서의 모션플래닝은 로봇의 시작점에서 타겟 위치까지 충돌 방지, 회피, 최소한의 시간 등을 고려한 가장 효율적인 모션을 만들어낼 수 있도록 계획하는 것을 말한다. 예를 들어, 물류에서 산업용 로봇을 접목시킬 때, 로봇이 물품을 잡아 랙 안에 효율적으로 부딪히지 않고 쌓는 모션들을 계획하는 것처럼 말이다.