본 논문에서 사용된 이동 로봇 시뮬레이션 프로그램은 TCP-IP를 이용한 통신 방법 중 하나인 IPC(Inter Process Communication) 라이브러리를 사용하여 로봇을 제어할 수 있도록 개발되었다. 또한, 기존의 로봇 시뮬레이션 프로그램들과 다르게 시뮬레이션을 수행하면서 눈으로 확인이 어려운 부분도 쉽게 확인할 수 있도록 개 발되었다.
사용자는 실제 이동 로봇과 같은 동작을 할 수 있는 가상의 로봇을 만들어 낼 수 있으며, 각 로봇들은 사용자가 IPC를 이용하여 가상의 로봇에게 명령을 보내는 것으로 로봇을 동작시킬 수 있다. 로봇에 부착되는 센서로는 초음파 센서, 레이저 레인지 파인더, PSD 센서 등이 사용 가능하다.
IPC 라이브러리는 1994년 처음 개발되었으며, 이종 제어 프로세스간의 쉬운 통신을 위해 제작되었다. C/C++ 그리고 다른 프로그래밍 언어와도 프로세스가 가 능하며, 운영체제로는 SunOS, Solaris, VxWorks, Linux, IRIX, MS Windows, MacOS 등을 지원하고 있다.
IPC 기반의 통신 시스템은 어플리케이션에 독립적인 Central Server와 어플리 케이션에 맞춰진 프로세스들로 구성된다. Central Server는 메시지들의 이름과 기 타 정보 등을 저장하는 저장소의 역할과 프로세스 메시지들의 통로 역할을 한다.
기본적인 IPC 통신 패키지는 단순하게 구성되어 있으며 기본 태스크나 프로세스가 수신을 필요로 하는 메시지를 지정하고, 다른 프로세스나 태스크가 메시지를 송신 하는 모델을 따른다. 메시지의 교환 작업이 비동기 적이기 때문에 각각의 메시지를 수신하기로 한 예약 프로세스는 모두 각각의 메시지 타입에서 발생한 인스턴스에 의해 호출되는 콜백함수를 가진다. 자체적으로 다량의 다른 종류의 데이터를 가공 하고 송/수신 하기위해 데이터들을 바이트 스트림으로 정렬해주는 기능을 제공한 다. 이를 이용해서 사용자는 많은 종류의 데이터 포맷을 사용할 수 있다.
본 논문에서 충돌회피 알고리즘 분석을 위해 사용된 로봇 시뮬레이션 프로그 램은 Virtual Robot 3D Simulator(가상 로봇 3D 시뮬레이터)라 부르며, 이후부터는 VR 3D 시뮬레이터라 명명한다.
VR 3D 시뮬레이터에는 기본적으로 차륜구동 방식의 이동 로봇이 지원되고 있 다. 그림 24는 VR 3D 시뮬레이터 실행화면을 보여준다.
그림 24. VR 3D 시뮬레이터 실행화면
VR 3D 시뮬레이터는 컴퓨터 화면상에 실제 작업용 이동 로봇과 기구학적으로 구조가 같은 가상의 이동 로봇을 사용자에게 보여주기 위해 3차원 공간상에서의 로봇의 세밀한 표현을 위해 OpenGL 라이브러리를 사용하여 제작되었다. 사용자에 게 보여지는 3D 디스플레이는 2D 시뮬레이션 프로그램보다 보다 사실감 있는 표 현이 가능하며, 2D 시뮬레이터에서 확인하기 힘든 로봇의 세밀한 움직임과 장애물 과의 충돌을 확인하기에 매우 용이하다.
VR 3D 시뮬레이터에서 기본으로 지원되는 차륜구동 이동 로봇은 국내기업인 레드원테크놀러지(주)에서 개발 및 판매중인 로봇이다. 로봇에 장착된 센서들로는 레이저 레인지 파인더, PSD 센서, IMU 센서, GPS 센서, 영상카메라 등이며 VR 3D 시뮬레이터에 적용된 Virtual Robot은 실제 로봇(하드웨어)과 동일하게 제어 및 구동된다. VR 3D 시뮬레이터는 실제 로봇을 가지고 실험한 결과와 큰 차이를
보이지 않아 알고리즘의 개발 및 로봇 어플리케이션을 연구하는데 있어 많은 시간 단축과 비용을 절감할 수 있게 되었다. 그림 25는 시뮬레이션 프로그램에 적용된 실제 차륜구동 로봇을 보여준다.
그림 25. VR 3D 시뮬레이터에 구현된 차륜구동 이동 로봇
VR 3D 시뮬레이터를 사용하여 충돌회피 알고리즘의 성능 및 특성을 분석하기 위해 로봇에 적용된 거리 센서로는 Sick社의 레이저 레인지 파인더만을 사용하였 다. 이유는 초음파 센서, PSD 센서에 비해 장애물을 검출할 수 있는 획득 거리가 길고 거리오차는 작으며, 보다 정밀하게 장애물 검출 및 환경을 인식하는데 효과적 이다. 레이저 레인지 파인더 센서 데이터는 180개의 각도에 대한 값들이 구조체 포 인터로 출력된다.