계명대 로봇공학과, 제한된 시야 라이다 기반 사족보행로봇 SLAM 기술 개발

계명대학교(총장 신일희) 로봇공학과 홍성훈 교수 연구팀이 제한된 시야(field-of-view)를 갖는 라이다(LiDAR) 센서를 활용해 사족보행로봇의 동시적 위치추정 및 지도작성(SLAM) 성능을 향상시키는 핵심 기술을 개발하고, 해당 연구 성과를 국제 저명 학술지에 발표했다.

이번 연구는 자동화·제어 시스템과 컴퓨터과학·인공지능 분야 Q1급 SCIE 학술지인 ‘로보틱스 앤 오토노머스 시스템즈(Robotics and Autonomous Systems)’에 게재됐다. 

논문 제목은 ‘제한된 시야 라이다(LiDAR) 측정을 갖는 사족보행로봇을 위한 지형 기반 장소 인식(Terrain-Based Place Recognition for LiDAR SLAM of Quadruped Robots with Limited Field-of-view Measurements)’이다.

라이다는 레이저 빛을 발사한 뒤 물체에 반사돼 돌아오는 시간을 계산해 거리와 위치를 측정하는 센서 기술로, 주변 환경을 3차원 점군 데이터로 인식할 수 있어 로봇의 위치 추정과 지도 작성에 핵심적으로 활용되고 있다. 조명 변화나 어두운 환경의 영향을 상대적으로 덜 받는다는 점에서 자율주행 로봇 분야에서 활용도가 높다.

최근 사족보행로봇에 주로 적용되는 고정형 라이다 센서는 전방향 회전형에 비해 경량·저전력이라는 장점이 있다. 그러나 시야가 제한적이라는 구조적 특성으로 인해 장소 인식과 루프 폐쇄 과정에서 SLAM 성능이 저하되는 문제가 지속적으로 제기돼 왔다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 사족보행로봇의 보행 과정에서 획득되는 발 접촉 정보에 주목했다. 로봇이 경사면이나 계단과 같은 지형을 통과할 때 나타나는 보행 패턴과 발 위치 데이터를 활용해 지형 표면을 재구성하고, 이를 장소 인식에 적용하는 새로운 기법을 제안했다. 이 방법은 센서 시야가 제한된 환경에서도 안정적인 위치 추정과 지도 작성이 가능하다는 점에서 주목받고 있다.

이번 연구는 한화시스템과의 산학 협력을 통해 수행됐다. 계명대학교 대학원 로봇시스템공학과 석사과정 졸업생인 이로운 연구원(현 Riibotics 재직)이 제1저자로 참여했으며, 홍성훈 교수가 교신저자, 한화시스템 윤석민 수석연구원이 공동저자로 연구에 참여했다.

홍성훈 교수는 “사족보행로봇의 보행 정보와 지형과의 상호작용을 활용해 기존 센서 중심 SLAM의 한계를 보완한 연구”라며 “우리 대학교 학석사과정을 졸업한 학생이 제1저자로 국제 저명 학술지에 연구 성과를 게재했다는 점에서 의미가 크다”고 말했다.

이번 연구 성과는 사족보행로봇과 LiDAR SLAM, 제한된 시야 센서 기반 장소 인식, 로봇 자율주행 기술 분야에서 활용 가능성이 높아, 이동 로봇의 자율성과 환경 인식 기술 발전에 기여할 것으로 기대된다.