벡터 필드 히스토그램

Vector Field Histogram

로봇공학에서 벡터 필드 히스토그램(VFH)은 요한 보렌슈타인과 요람 코렌이 1991년 제안한 실시간 모션 계획 알고리즘이다.[1]VFH는 이른바 히스토그램 그리드를 통해 로봇 환경의 통계적 표현을 활용하므로 센서 및 모델링 오류로 인한 불확실성 처리에 큰 중점을 둔다.다른 장애물 회피 알고리즘과 달리 VFH는 로봇의 역학성과 형상을 고려하며 플랫폼에 특정한 조향 명령을 반환한다.VFH는 지역 경로 계획자(즉, 글로벌 경로 최적화를 위해 설계되지 않음)로 간주되지만, VFH는 최적 경로에 가까운 경로를 생성하는 것으로 나타났다.

원래 VFH 알고리즘은 로컬 경로 계획 알고리즘인 Virtual Force Field에 대한 이전 작업에 기반했다.VFH는 1998년 이완 울리히와 요한 보렌슈타인에 의해 업데이트되었고, VFH+(비공식적으로 "향상된 VFH")[2]로 개칭되었다.이 접근방식은 2000년 울리히와 보렌슈타인에 의해 다시 업데이트되어 VFH*[3]로 개칭되었다. VFH는 현재 모바일 로봇공학에서 가장 인기 있는 지역 계획자 중 하나로, 후에 개발된 역동적인 윈도우 접근방식과 경쟁하고 있다.많은 로봇 개발 도구와 시뮬레이션 환경에는 플레이어 프로젝트와 같이 VFH에 대한 지원이 내장되어 있다.[4]

VFH

벡터 필드 히스토그램은 계산적으로 효율적이고, 견고하며, 오독에 무감각한 것을 목표로 개발되었다.실제로 VFH 알고리즘은 특히 인구밀도가 높은 장애물 코스를 횡단할 때 빠르고 신뢰할 수 있는 것으로 입증되었다.

VFH 알고리즘의 중심에는 히스토그램 그리드를 통해 장애물의 통계적 표현을 사용하는 것이 있다(점유율 그리드 참조).이러한 표현은 부정확한 센서 데이터에 적합하며 다중 센서 판독값의 융합을 수용한다.

VFH 알고리즘에는 다음과 같은 3가지 주요 구성 요소가 포함되어 있다.

  1. 데카르트 히스토그램 그리드: 2차원 데카르트 히스토그램 그리드는 소나 레이저 레인지파인더와 같은 로봇의 레인지 센서로 구성된다.그리드는 실시간으로 지속적으로 업데이트된다.
  2. 극성 히스토그램: 1차원 극성 히스토그램은 로봇의 순간적인 위치 주변의 데카르트 히스토그램을 줄여 생성된다.
  3. 후보 계곡: 극지 장애물 밀도가 임계값 미만인 연속 구간(후보 계곡)을 목표 방향과의 근접도에 따라 선택한다.

선택한 후보 방향의 중심이 결정되면 로봇의 방향이 일치하도록 조향된다.장애물에 정면으로 접근하면 로봇 속도가 감소한다.

VFH+

VFH+ 알고리즘 개선사항은 다음과 같다.

  1. 임계 이력: 이력서는 계획된 궤적의 부드러움을 증가시킨다.
  2. 로봇 본체 크기: 크기가 다른 로봇을 고려하므로 저역 통과 필터를 통해 수동으로 파라미터를 조정할 필요가 없다.
  3. 장애물 감시: 장애물에 의해 차단되는 섹터는 VFH+로 가려져 조향 각도가 장애물로 향하지 않는다.
  4. 비용함수: 알고리즘의 성능을 보다 잘 특성화하기 위해 비용함수를 추가했으며, 비용함수 또는 그 매개변수를 변경하여 동작 간 전환 가능성도 부여했다.

VFH*

2000년 8월 이완 울리히와 요한 보렌슈타인은 VFH*를 기술한 논문을 발표하여, 글로벌 최적성이 보장되지 않는다는 점에서 현지 계획 알고리즘의 단점을 명시적으로 다루어 원래의 VFH 알고리즘에 대한 개선을 주장하였다.[5]VFH*에서 알고리즘은 A* 검색 알고리즘을 사용하여 생성된 조향 명령을 확인하여 비용 및 경험적 기능을 최소화한다.실제는 단순하지만, 이 룩어어헤드 검증은 원래의 VFH와 VFH+가 처리할 수 없는 문제적 상황을 성공적으로 처리할 수 있다는 것이 실험 결과에서 입증되었다(결과 궤적은 빠르고 부드러우며 장애물이 있는 곳에서는 상당한 속도가 느려지지 않는다).

참고 항목

참조

  1. ^ Borenstein, J.; Koren, Y. (1991). "The vector field histogram-fast obstacle avoidance for mobile robots". IEEE Transactions on Robotics and Automation. 7 (3): 278–288. CiteSeerX 10.1.1.22.2796. doi:10.1109/70.88137.
  2. ^ Ulrich, I.; Borenstein, J. (1998). "VFH+: reliable obstacle avoidance for fast mobile robots". Robotics and Automation, 1998. Proceedings. 1998 IEEE International Conference on. Vol. 2. doi:10.1109/ROBOT.1998.677362.
  3. ^ Ulrich, I.; Borenstein, J. (2000). "VFH: local obstacle avoidance with look-aheadverification". Robotics and Automation, 2000. Proceedings. ICRA'00. IEEE International Conference on. Vol. 3. doi:10.1109/ROBOT.2000.846405.
  4. ^ 플레이어/스테이지/가제보의 VFH+
  5. ^ "VFH*: Local Obstacle Avoidance with Look-Ahead Verification". August 2000. Retrieved 20 July 2016.