Autonomous System (자율 주행을 위한 반드시 필요한 4가지 절차)

 

  자동차가 차선을 바꾸면서 주변의 자동차들을 피하고 원하는 지점까지 이동하기 위해서, 배달 로봇이 움직이는 사람들을 피해서 목적지로 안전하게 배달하기 위해서, 그리고 드론이 나무나 빌딩 등의 장애물을 회피하면서 안전하게 목적지까지 날아가지 위해서는, 시스템이 안전하게 목적지에 도달할 수 있도록 하는 능력이 필요합니다. 이러한 능력을 "Autonomous Navigation" 이라고 하고, 이러한 능력을 가지고 있는 시스템을 "Autonomous System" 이라고 합니다. 

  이번 시간에는 Autonomous System을 달성하기 위해 반드시 수행되어야 하는 4가지 절차에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

Procedure of Autonomous System (자율 시스템의 절차)

  자율 시스템의 절차는 눈을 감고 아무것도 보이지 않는 상태를 가정하고 하나씩 떠올려가며 상상하는 것이 이해하는데 도움이 많이 됩니다. 우선 눈을 감고 아무것도 없는 것을 상상합니다. 1) 센서로 여러가지 정보를 획득합니다. 그 정보를 바탕으로 검은 3차원 공간에 로봇이 하나 놓여있는 것을 상상합니다. 2-1) 나의 위치를 파악한 것입니다. 나의 위치를 파악했으면 주변에 여러가지 물체가 놓여지는 것을 상상합니다. 2-2) 주변에 있는 여러가지 물체들의 위치를 파악한 것입니다. 나의 위치와 주변 물체의 위치가 파악되면, 3) 주변 물체를 회피해서 목적지로 이어져 있는 경로를 생성합니다. 마지막으로 4) 그려진 경로를 따라 로봇이 이동하는 것을 상상합니다.  

  Autonomous system은 위에서 설명한 방법을 매 순간 시스템이 조금씩 움직일 때마다 수행해서 Autonomous하게 장애물들을 피하면서 목적지까지 도착할 수 있도록 합니다. 이것을 가능하도록 하기 위해 Autonomous system은 4가지 주요 영역으로 나눌 수 있는데요, 그것은  감지(Sense), 인지(Perception), 계획(Path Planning), 동작(Control) 입니다.

 

1. Sense

  감지(Sense)는 센서로 환경을 직접 측정하는 것을 뜻합니다. 즉, 시스템과 외부 세계로부터 정보를 수집하는 것입니다. 자율주행 차량에서 사용하는 센서로는 카메라(Camera), 라이다(LiDAR), 레이더(Radar) 등이 포함될 수 있고, 관성측정유닛(IMU), GPS, 엔코더(Encoder) 등은 Autonomous system의 상태를 파악하는데 사용됩니다.

 

  하지만, 단순히 센서로 데이터를 수집하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 왜냐하면 시스템이 데이터를 해석해서 자율 시스템이 동작에 활용할 수 있도록 변형해야 하기 때문입니다.

 

2. Perception

  인지(Perception)는 센서로 감지한 데이터를 이해하는 역할입니다. 예를들어, Camera로 주변 환경을 detection한다고 가정한다면, 카메라로 촬영한 이미지에서 어느 부분이 나무인지, 어느 부분이 자동차인지, 그리고 어느 부분이 도로인지 해석을 해야합니다. 그래야 이미지 상에서 가지 말아야 할 곳과 가도 되는 곳을 구분할 수 있기 때문입니다.

 

  이 정도 수준의 이해는 시스템이 다음에 무엇을 할지 결정할 때 대단히 중요합니다.

 

3. Path Planning

  계획(Path Planning)은 이동해햐 할 경로를 생성하는 것입니다. 인지(Perception) 단계에서 자동차, 나무와 같이 피해야 할 것들과 도로와 같이 지나가도 되는 곳을 나누었는데, 나누어진 것을 바탕으로 적은 비용으로 짧은 거리를 이동하여 목적지에 도착할 수 있도록 경로계획을 세웁니다. 그리고 자동차는 옆으로 움직일 수 없는데 옆으로 이동하라는 경로 계획을 세워서는 안됩니다. 그래서 경로 계획을 할 때에는 어떤 Autonomous system을 활용할 것인지를 반드시 고려해야 합니다. 

 

4. Control

  동작(Control)은 계획된 경로를 로봇이 잘 따라가도록 제어하는 것입니다. 아무리 경로를 잘 설계해도 Autonomous system이 경로를 잘 따라가지 못하면 소용이 없습니다. 바람과 같은 외란, 겨울철 도로위의 결빙과 같이 Autonomous system의 움직임을 방해하는 요소들을 이겨내고 정해진 경로를 따라 잘 이동해야 합니다.

  이 마지막 단계는 컨트롤러와 제어 시스템이 수행하는데, 해당 경로를 따르기 위한 최상의 동작을 계산합니다.

 

지금까지 Autonomous system이 무엇인지, 그리고 어떻게 작동하고, 어떤 요소로 이루어져 있는지 알아봤는데요, 다음 시간에는 각 요소들에 대해 좀 더 detail하게 알아보도록 하겠습니다.