제목: Stage-wise Second-Order Methods of Trajectory Optimization for Robotics and Autonomy​​​​​

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​​​​​​​​​​​​​​​​​​연사: Prof. Kwangki Kim (Inha University)​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​

장소: 과학관 638호​​

Abstract:

최적화 기반 궤적 생성 기법은 로보틱스, 항공우주, 자율 시스템에서 필수적인 역할을 한다. 미분 동적 프로그래밍(DDP)은 강력한 비선형 최적제어 기법이지만, 하드 제약조건을 효과적으로 처리하는 데 어려움이 있다. 이를 해결하기 위해, 내부점 미분 동적 프로그래밍(IPDDP)이 개발되었으며, 이를 통해 상태 및 제어 변수의 제약조건을 직접 다룰 수 있게 되었다. 본 발표에서는 이차 원뿔 제약조건(Second-Order Conic Constraints)을 효과적으로 고려하는 SOC-IPDDP(Second-Order Conic Interior Point Differential Dynamic Programming) 알고리즘을 소개한다. SOC-IPDDP는 Constrained DDP와 Sequential Convex Programming (SCP)의 장점을 결합하여 비볼록 동적 최적화 문제를 반복적으로 해결하는 방식으로 작동한다. 이 알고리즘은 기존 IPDDP에 비해 더 빠른 수렴 속도와 향상된 수치적 안정성을 제공하며, 로켓 착륙 및 우주 로봇 제어 문제와 같은 고차원 궤적 최적화 문제에 적합하다. 특히, 우주 환경에서의 궤적 최적화 문제(예: 달·화성·소행성 로켓 착륙, 우주비행체 랑데부 및 도킹 조작)에 SOC-IPDDP를 적용한 결과, 기존 기법보다 복잡한 제약조건을 더욱 효과적으로 처리하면서 계산 효율성과 강건성이 크게 향상됨을 확인하였다.

본 발표에서는 SOC-IPDDP의 이론적 배경, 알고리즘 구조, 그리고 실제 응용 사례를 다루며, 이 연구가 우주 탐사 및 자율 로봇 제어 분야 발전에 기여할 것으로 기대된다.