KR20210059460A - Remote control system for automated guided vehicle for logistics automation - Google Patents

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KR20210059460A
KR20210059460A KR1020190146945A KR20190146945A KR20210059460A KR 20210059460 A KR20210059460 A KR 20210059460A KR 1020190146945 A KR1020190146945 A KR 1020190146945A KR 20190146945 A KR20190146945 A KR 20190146945A KR 20210059460 A KR20210059460 A KR 20210059460A
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서동균
문숭영
신명찬
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(주)엔스퀘어
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Abstract

The present invention relates to a remote control system for an automated guided vehicle (AGV) for logistics automation. The system of the present invention comprises: a logistics processing central server for generating a top-level command to instruct a given object to be carried from any point to the other point in given working space; a remote control server for receiving the top-level command to select at least one AGV in the working space, estimate a moving line for the selected AGV, and generate operation commands with regard to the moving line and operation; a communication relay device for transmitting the operation command to at least one selected AGV; and an AGV capable of traveling on the working space automatically and configured to carry a given object, wherein the AGV automatically travels along the moving line and carries the object from one point to the other point when the operation command is received.

Description

물류 자동화를 위한 자율 주행 로봇의 원격 관제 시스템{REMOTE CONTROL SYSTEM FOR AUTOMATED GUIDED VEHICLE FOR LOGISTICS AUTOMATION}Remote control system of autonomous robot for logistics automation {REMOTE CONTROL SYSTEM FOR AUTOMATED GUIDED VEHICLE FOR LOGISTICS AUTOMATION}

본 발명은 자율 주행 로봇의 원격 관제 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 물류 자동화를 위하여 현장에서 자율 주행하는 로봇들을 원격에서 관제할 수 있는 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a remote control system of an autonomous driving robot, and more particularly, to a system capable of remotely controlling robots that autonomously travel in a field for logistics automation.

물류 자동화를 위해 자율주행 로봇이 운행하게 되는 물류 현장은, 수많은 물건이 보관되는 창고일 수 있으며, 창고 안에 보관된 물건들이 외부로 반출되고 새로운 물건이 들여져 적재되는 일이 빈번하여 자율주행 로봇이 인식해야 하는 주변환경의 형태 변화가 매우 심하다. Logistics sites where autonomous robots operate for logistics automation can be warehouses where a large number of items are stored, and items stored in the warehouse are often taken out and loaded with new items, which is recognized by autonomous robots. The shape change of the surrounding environment that should be done is very severe.

따라서, 자율주행 로봇이, 특정 시간에 물류 현장을 실측한 정보를 이용하여 구성된 지도를 그대로 이용하게 되면, 물건의 위치가 변경된 경우에 자기위치를 식별하지 못하는 상황이 발생할 수 있다. Therefore, if the autonomous driving robot uses the map constructed by using the actual measurement information of the distribution site at a specific time, a situation in which it cannot identify its own location may occur when the location of the object is changed.

이러한 문제를 극복하기 위한 방법으로, 최근에 개발되고 있는 자율주행 로봇은, 자기 자신을 중심으로부터 여러 각도로 레이저를 조사하여 해당 방향에서 물체까지의 거리를 측정하는 레이저 거리 센서를 구비하고, 측정된 거리정보를 사용하여 물체들 사이를 주행하도록 구성되고 있다. 이를 위해서는, 각 자율주행 로봇은, 해당 현장에 대응하는 지도를 미리 구비하고 있어야 하며, 실시간으로 측정된 거리정보에 근거하여 지도 내에서 물건의 위치 및 자기위치를 실시간으로 추정하고, 추정된 자기위치에 근거하여 공간 내에서의 자율주행을 실행하도록 구성된다. As a method to overcome this problem, the recently developed autonomous driving robot has a laser distance sensor that measures the distance to an object in a corresponding direction by irradiating a laser at various angles from the center of itself, and the measured It is configured to travel between objects using distance information. To this end, each autonomous robot must have a map corresponding to the site in advance, and based on the distance information measured in real time, the position of the object and its own position in the map are estimated in real time, and the estimated self position It is configured to perform autonomous driving in the space based on.

이처럼 물류 현장에서 물건들 사이를 안전하게 주행하게 하는 기술로서, 등록특허 제10-1912361호(명칭: 물류 자동화를 위한 자율주행 로봇 및 상기 로봇의 환경인식 및 자기위치 추정 방법)(이하, '종래기술'이라 함)를 들 수 있다. 상기 종래기술에서의 자율주행 로봇은: 자율주행해야할 물류공간을 주행하면서 실측한 실측 거리정보를 이용하여 주변환경의 형태를 정보화한 격자기반의 실측지도를 작성하는 단계; 실측지도상에 주행을 제한하는 영역을 표시하는 가상벽을 추가하여 수정지도를 구성하는 단계; 실제 주행하는 경우, 수정지도에서 자기위치의 후보지점을 N개 설정하고(상기 N은, 1 이상의 자연수), 설정된 N개의 후보지점 각각에서 수정지도 내에서 특정 방향으로 계산된 계산 거리정보와 상기 특정 방향으로의 실측 거리정보를 비교하여 하나 또는 복수의 후보지점을 선택하고, 선택된 후보지점에 근거하여 자기위치를 추정하는 단계를 처리하여 자기 위치를 추정하여 자율 주행을 수행하고 있다. As a technology for safely driving between objects at the logistics site, Registration Patent No. 10-1912361 (Name: Autonomous driving robot for logistics automation and environmental recognition and self-location estimation method of the robot) (hereinafter referred to as'prior art '). The self-driving robot in the prior art includes: creating a grid-based measurement map in which the shape of the surrounding environment is converted into information using the measured distance information while traveling in a distribution space to be autonomously driven; Constructing a modified map by adding a virtual wall displaying an area limiting driving on the measured map; In the case of actual driving, N candidate points of their own location are set in the modified map (the N is a natural number of 1 or more), and calculated distance information calculated in a specific direction in the modified map at each of the set N candidate points and the specified The autonomous driving is performed by comparing the measured distance information in the direction, selecting one or more candidate points, and estimating the self position based on the selected candidate points.

하지만, 이러한 자율주행 로봇도, 원격의 중앙 관제 시스템에 의해서 이동이 제어되어야 한다. 예를 들면, "지점(A)의 물건(M)을 지점(B)으로 이동시켜라"와 같은 명령은 중앙 관제 시스템으로부터 수신하여야 한다. However, the movement of such an autonomous robot must also be controlled by a remote central control system. For example, a command such as "Move object M from point A to point B" must be received from the central control system.

이러한 명령을 각각의 자율주행 로봇에게 하달할 때, 중앙 관제 시스템은 각 자율주행 로봇의 위치에 대한 정보를 수신하고, 해당 명령을 수행할 최적의 로봇을 선택하고, 선택된 로봇에게 상기 명령을 전송하는 방식으로 통신이 이루어질 수 있다. When giving such a command to each autonomous robot, the central control system receives information on the location of each autonomous robot, selects the optimal robot to perform the command, and transmits the command to the selected robot. Communication can take place in a way.

하지만, 하나의 중앙 관제 시스템에서 관리하는 자율주행 로봇의 대수가 증가할수록 통신에 소요되는 시간이 길어지므로, 각 중앙 관제 시스템은 관리할 수 있는 로봇의 대수에 한계가 있다. However, as the number of autonomous robots managed by one central control system increases, the time required for communication increases, so each central control system has a limit on the number of robots that can be managed.

본 발명은, 통신 속도를 개선하고 정보 처리의 절차를 개선하여 복수의 자율주행 로봇을 효율적으로 관리하여 물류 환경을 제어할 수 있는 원격 관제 시스템을 구현하고자 한다.An object of the present invention is to implement a remote control system capable of controlling a distribution environment by efficiently managing a plurality of autonomous robots by improving communication speed and improving information processing procedures.

본 발명에 따른 물류 자동화를 위한 자율 주행 로봇의 원격 관제 시스템은, 소정의 작업 공간에서 소정의 물건을 임의의 지점에서 다른 지점으로 운반시키도록 하는 최상위 명령을 생성하는 물류 처리 중앙 서버; 상기 최상위 명령을 수신하여 상기 작업 공간에 있는 적어도 하나의 자율주행 로봇을 선택하고, 선택된 상기 자율주행 로봇의 이동 동선을 산출하고, 상기 동선 및 작업 내용을 포함하는 작업 명령을 생성하는 원격 관제 서버; 상기 작업 명령을 적어도 하나의 선택된 상기 자율주행 로봇에 송신하는 통신 중계 장치; 상기 작업 공간을 자율주행할 수 있으며 소정의 물건을 운반하도록 구성된 상기 자율주행 로봇으로서, 상기 작업 명령을 수신하면, 상기 동선을 따라서 자율주행하면서 상기 물건을 상기 임의의 지점에서 상기 다른 지점으로 운반하는 자율주행 로봇;을 포함한다.The remote control system of an autonomous driving robot for logistics automation according to the present invention comprises: a logistics processing central server for generating a top command to transport a predetermined object from a certain point to another point in a predetermined work space; A remote control server configured to receive the highest command, select at least one autonomous robot in the work space, calculate a moving movement line of the selected autonomous driving robot, and generate a work command including the movement line and work details; A communication relay device that transmits the work command to at least one selected autonomous robot; The self-driving robot capable of autonomously driving the work space and configured to transport a predetermined object, and when receiving the work command, transports the object from the arbitrary point to the other point while autonomously driving along the movement line. Self-driving robot; includes.

특히, 적어도 상기 원격 관제 서버와 상기 통신 중계 장치 사이의 통신, 또는 상기 통신 중계 장치와 상기 자율주행 로봇 사이의 통신, 또는 상기 원격 관제 서버에서 상기 자율주행 로봇에 이르는 통신은, 5세대 이동통신(5G) 방식으로 구현되는 것을 특징으로 한다.In particular, communication between at least the remote control server and the communication relay device, or communication between the communication relay device and the autonomous driving robot, or communication from the remote control server to the autonomous driving robot, is a fifth generation mobile communication ( It is characterized in that it is implemented in a 5G) manner.

더욱, 상기 원격 관제 서버는, 클라우드 저장수단/서버 제공사에서 제공하는 클라우드에 가상으로 구현되어 있는 것을 특징으로 한다.Further, the remote control server is characterized in that it is virtually implemented in a cloud provided by a cloud storage means/server provider.

상기한 바와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 물류 자동화를 위한 자율 주행 로봇의 원격 관제 시스템에 의하면, 고속 통신을 이용하여 복수의 자율주행 로봇과 신속하게 통신할 수 있으므로, 하나의 원격 관제 서버(RCS)에 의하여 다수의 자율주행 로봇을 효율적으로 제어할 수 있게 된다. According to the remote control system of the autonomous driving robot for logistics automation according to the present invention having the configuration as described above, since it is possible to quickly communicate with a plurality of autonomous robots using high-speed communication, one remote control server (RCS ), it is possible to efficiently control a number of autonomous robots.

또한, 원격 관제 서버를 통합하여 구성할 수 있으므로, 서버 구축 비용이 감소된다. 또한, 광역 물류 환경을 통합 제어할 수 있게 된다. In addition, since the remote control server can be integrated and configured, the server construction cost is reduced. In addition, it is possible to integrate and control the wide-area logistics environment.

도 1은 기존의 자율주행 로봇에 대한 관제 시스템의 구성 개념을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 자율 주행 로봇의 원격 관제 시스템의 구성 개념을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 구현예에 따른, 자율주행 로봇의 구성 및 기능을 도시한 도면이다.
도 4는 상기한 자율주행 로봇의 자율 주행 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 5는 도 4에 설명된 자율주행 로봇이 물류현장 내에서 자기 위치를 실시간으로 추정하여 안전하게 자율 주행하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
1 is a diagram showing a configuration concept of a control system for an existing autonomous driving robot.
2 is a diagram showing a configuration concept of a remote control system for an autonomous driving robot according to the present invention.
3 is a diagram showing the configuration and functions of an autonomous driving robot according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating an autonomous driving method of the autonomous driving robot.
5 is a view for explaining a method of safely autonomous driving by estimating its own position in real time in a distribution site by the autonomous driving robot illustrated in FIG. 4.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 물류 자동화를 위한 자율 주행 로봇의 원격 관제 시스템의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 본 발명의 각 구성 요소를 지칭하는 용어들은 그 기능을 고려하여 예시적으로 명명된 것이므로, 용어 자체에 의하여 본 발명의 기술 내용을 예측하고 한정하여 이해해서는 안될 것이다.Hereinafter, a preferred embodiment of a remote control system of an autonomous driving robot for logistics automation according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. For reference, the terms referring to each component of the present invention are exemplarily named in consideration of their functions, and thus the technical content of the present invention should not be predicted and limited by the term itself.

먼저, 자율주행 로봇에 대한 관제 시스템의 현존하는 제어 환경을 도 1을 참조하여 설명한다. 현재의 중앙 관제 시스템은, 각 현장의 소정의 구획된 공간마다 원격 관제 서버(RCS server)(20)를 두고 있다. 원격 관제 서버는 상위 장치인 물류 처리 중앙 서버(HOST)(10)에 유선으로 연결되어 있다. 또한, 원격 관제 서버(20)는 관리하는 현장의 하나 또는 복수의 클라이언트 장치(RCS client)(31, 32, 33)와 무선으로 연결되어 있다. First, an existing control environment of a control system for an autonomous driving robot will be described with reference to FIG. 1. The current central control system has a remote control server (RCS server) 20 for each predetermined partitioned space at each site. The remote control server is connected by wire to a distribution processing central server (HOST) 10, which is an upper device. In addition, the remote control server 20 is wirelessly connected to one or a plurality of client devices (RCS clients) 31, 32, and 33 in the managed site.

물류 처리 중앙 서버(10)는, 복수의 원격 관제 서버를 제어할 수 있으며, 어느 물건을 어느 초기 지점에서 다른 목표 지점으로 이동시키라는 최상위 명령을 생성하여, 해당하는 공간에 설치된 원격 관제 서버에 전송한다. The distribution processing central server 10 can control a plurality of remote control servers, generate the highest command to move an object from an initial point to another target point, and transmit it to a remote control server installed in a corresponding space. do.

원격 관제 서버(20)는 자신이 속한 작업 공간에서 복수의 자율주행 로봇(AGV)(101, 102, 103)의 위치 및 동선, 작업을 관리하며, 단위 그룹을 구성하는 각각의 자율주행 로봇들에게 개별적으로 작업 명령을 전송한다. 원격 관제 서버(20)는 작업 공간의 곳곳에 배치된 통신 중계 장치(RCS client)와 예를 들면 WiFi 무선 통신을 통해 통신가능하다. The remote control server 20 manages the positions, movements, and tasks of a plurality of autonomous driving robots (AGVs) 101, 102, 103 in the work space to which it belongs, and provides each autonomous driving robots constituting a unit group. Send work orders individually. The remote control server 20 is capable of communicating with communication relay devices (RCS clients) arranged in various places in the work space through, for example, WiFi wireless communication.

원격 관제 서버(20)는, 관리중인 자율주행 로봇들 각각의 작업 상태, 에러 상태, 설비 상태 등을 조회하여 관리할 수 있으며, 또한, 각 자율주행 로봇들(101, 102, 103)의 작업 이력과 에러 이력을 조회하고 관리할 수 잇다. 또한, 진행중인 명령들의 상태를 모니터링하고 조정할 수 있다. 특히, 원격 관제 서버는, 관리중인 작업 공간 내에서 다수의 자율주행 로봇들(101, 102, 103)이 협동하여 명령을 수행할 수 있도록, 충돌을 예측하여 회피하게끔 동선을 결정할 수 있다. The remote control server 20 can inquire and manage the operation status, error status, facility status, etc. of each of the autonomous driving robots being managed, and also, the work history of the autonomous driving robots 101, 102, 103 And error history can be inquired and managed. You can also monitor and adjust the status of commands in progress. In particular, the remote control server may determine a movement path to predict and avoid a collision so that a plurality of autonomous robots 101, 102, and 103 can cooperate to perform a command within a managed work space.

통신 중계 장치(31, 32, 33)는 원격 관제 서버(20)에서 제공하는 작업 명령을 각각의 자율주행 로봇(101, 102, 103)에게 직접 하달한다. 이를 위해 통신 중계 장치(31, 32, 33)는 각각의 자율주행 로봇(101, 102, 103)과 WiFi 무선 통신을 통해 통신가능하다. The communication relay devices 31, 32, and 33 directly deliver a work command provided by the remote control server 20 to each of the autonomous driving robots 101, 102, and 103. To this end, the communication relay devices 31, 32, and 33 can communicate with each of the autonomous driving robots 101, 102, and 103 through WiFi wireless communication.

자율주행 로봇(101, 102, 103)은 무선으로 수신한 작업 명령에 따라 특정된 물건을 특정된 초기 지점에서 특정의 목표 지점으로 자율주행하여 운반한다. The autonomous driving robots 101, 102, and 103 autonomously drive and transport a specified object from a specified initial point to a specific target point according to a work command received wirelessly.

이와 같은 통신/네트워크/시스템 구성에서는, 하나의 원격 관제 서버에서 복수의 자율주행 로봇들과 실시간으로 지속적으로 통신하여야 하므로, 통신에 부하가 항상 존재한다. 특히, 현재의 통신/네트워크/시스템 구성에서는, 원격 관제 서버와 통신 중계 장치, 그리고 통신 중계 장치와 각각의 자율주행 로봇들이 WiFi 무선 통신을 이용하고 있기 때문에, 통신 속도의 한계에 부닥치고, 따라서, 하나의 원격 관제 서버가 관리할 수 있는 자율주행 로봇의 대수에 제한이 발생할 수 있다. In such a communication/network/system configuration, since one remote control server must continuously communicate with a plurality of autonomous robots in real time, there is always a load on the communication. In particular, in the current communication/network/system configuration, since the remote control server and the communication relay device, and the communication relay device and each autonomous robot are using WiFi wireless communication, a limit of communication speed is encountered, and thus, There may be a limit to the number of autonomous robots that can be managed by one remote control server.

따라서, 현재는, 각 창고마다 또는 각 창고의 구획된 공간마다 하나씩의 중앙 관제 시스템용 서버를 설치하고 운영하였다. Therefore, currently, one server for the central control system was installed and operated for each warehouse or for each partitioned space of each warehouse.

한편, 본 발명에 따른 자율 주행 로봇의 원격 관제 시스템의 구성 개념을 도 2를 참조하여 설명한다. 본 발명에 따른 원격 관제 시스템의 기본 개념은, 원격 관제 서버(25)로부터 자율주행 로봇(100)에 이르는 무선 통신의 속도를 향상시킴으로써 하나의 원격 관제 서버(25)가 더 많은 로봇을 제어할 수 있게 하고, 특히, 원격 관제 서버(25)를 클라우드에 구현함으로써, 원격 관제 서버(25)를 각 작업 공간마다 설치할 필요성을 제거하는 것이다. Meanwhile, a configuration concept of a remote control system for an autonomous driving robot according to the present invention will be described with reference to FIG. 2. The basic concept of the remote control system according to the present invention is to increase the speed of wireless communication from the remote control server 25 to the autonomous robot 100 so that one remote control server 25 can control more robots. In particular, by implementing the remote control server 25 in the cloud, the need to install the remote control server 25 for each work space is eliminated.

도면을 참조하면, 물류 처리 중앙 서버(15)는 원격지에 위치하고, 원격 관제 서버(25)는 초고속 통신망을 통해서 클라우드 저장수단/서버 제공사의 클라우드에 가상으로 구현될 수 있다. Referring to the drawings, the distribution processing central server 15 is located in a remote location, and the remote control server 25 may be virtually implemented in the cloud of a cloud storage means/server provider through a high-speed communication network.

또한, 원격 관제 서버(25)와, 각 작업 공간에 설치된 통신 중계 장치(35, 36, 37)와도 초고속 통신망을 통해서 연결될 수 있다. 본 발명에서의 초고속 통신망은 예를 들면, 5세대 이동통신(5G) 방식일 수 있다. In addition, the remote control server 25 and the communication relay devices 35, 36, and 37 installed in each work space may be connected through a high-speed communication network. The ultra-high-speed communication network in the present invention may be, for example, a 5G mobile communication (5G) system.

5G는, 최대 속도가 20Gbps에 달하는 이동통신 기술로, 4세대 이동통신인 LTE에 비해 속도가 20배가량 빠르고, 처리 용량은 10Mbps/m2로서 100배 많다. 또한, 이동성도 500Km/h이며 지연시간도 1ms 이내이다. 5G의 강점은, 초저지연성과 초연결성이며, 이를 통해 4차 산업혁명의 핵심 기술인 가상 현실, 자율 주행, 사물 인터넷 기술 등을 구현할 수 있게 되었다. 5G is a mobile communication technology with a maximum speed of 20 Gbps, which is 20 times faster than LTE, a fourth-generation mobile communication, and has a processing capacity of 10 Mbps/m2, which is 100 times more. In addition, the mobility is 500Km/h and the delay time is within 1ms. The strengths of 5G are ultra-low latency and ultra-connectivity, and through this, virtual reality, autonomous driving, and Internet of Things technologies, which are the core technologies of the 4th industrial revolution, can be implemented.

따라서, 본 발명에 따른 자율 주행 로봇의 원격 관제 시스템에 의하면, 기존의 관제 시스템에 비하여, 하나의 원격 관제 서버가 최대 20배의 자율주행 로봇을 제어할 수 있게 된다. 또한, 가상으로 구현된 하나의 원격 관제 서버를 이용하여 복수의 실물 원격 관제 서버를 대신할 수 있으므로, 시스템 구성 비용이 대폭 절감될 수 있게 된다. Therefore, according to the remote control system of the autonomous driving robot according to the present invention, compared to the existing control system, one remote control server can control up to 20 times more autonomous robots. In addition, since one remote control server implemented virtually can be used to replace a plurality of real remote control servers, the system configuration cost can be significantly reduced.

다음으로, 도 3 내지 도 5을 참조하여 자율주행 로봇의 구성 및 자율주행 방법에 대해서 설명한다. 여기에 설명되는 기술내용은 등록특허 제10-1912361호의 내용을 참고하여 이해할 수 있다. Next, a configuration of an autonomous driving robot and an autonomous driving method will be described with reference to FIGS. 3 to 5. The technical contents described herein can be understood by referring to the contents of Registration Patent No. 10-1912361.

자율주행 로봇(100)은, 크게, 레이저 거리센서(110)와 주행수단(125)과 엔코더(120)와 컴퓨터(150)를 포함할 수 있다. The autonomous driving robot 100 may largely include a laser distance sensor 110, a driving means 125, an encoder 120, and a computer 150.

자율주행 로봇(100)은, 작업 공간을 자율주행하여 물건을 운반하기 위한 것으로서, 상부에 물건을 올려놓을 수 있는 형태이거나, 다른 운반차를 견인할 수 있는 형태로 구현될 수 있다. The autonomous driving robot 100 is for transporting an object by autonomously driving a work space, and may be implemented in a form capable of placing an object on the upper part or a form capable of towing another transport vehicle.

레이저 거리센서(110)는 로봇(100)의 전후좌우 상하 방향에 대하여 물체, 물건, 또는 장애물을 식별하고 거기까지의 거리를 측정하기 위한 수단이다. 레이저 거리센서(110)는 레이저를 이용하여 거리를 측정하지만, 이는 단지 예시일 뿐으로서, 초음파, 음파, 자외선, 적외선, 촬영된 영상 등 다양한 방식의 거리센서를 포함할 수 있을 것이다. The laser distance sensor 110 is a means for identifying objects, objects, or obstacles in the front, rear, left, right, up and down directions of the robot 100 and measuring the distance thereto. The laser distance sensor 110 measures a distance using a laser, but this is only an example, and may include various types of distance sensors such as ultrasonic waves, sound waves, ultraviolet rays, infrared rays, and photographed images.

일반적인 레이저 거리센서(110)는, 향하는 방향의 좌우로 약 270° 범위를 매 0.5° 마다 레이저를 조사하고, 측정된 거리를 나타내는 거리정보를 출력하도록 구성될 수 있다. 하지만, 본 발명에서는, 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 수평방향으로의 왼쪽(0°), 전방(90°) 및 오른쪽(180°)의 거리정보만을 사용하는 것으로 가정하여 설명한다. The general laser distance sensor 110 may be configured to irradiate a laser in a range of about 270° to the left and right of the facing direction every 0.5°, and to output distance information indicating the measured distance. However, in the present invention, as shown in Fig. 1(a), it is assumed that only distance information of left (0°), front (90°) and right (180°) in the horizontal direction is used.

주행수단(125)은, 예를 들면, 하나 또는 복수의 바퀴 또는 캐터필러 또는 다리(足)와 이를 회전 또는 구동시키기 위한 모터 또는 링크를 포함할 수 있다. The driving means 125 may include, for example, one or a plurality of wheels or caterpillar or legs, and a motor or link for rotating or driving the same.

엔코더(120)는 모터 또는 바퀴의 회전량, 다리의 동작 거리를 측정하여 이동거리 정보를 생성할 수 있다. 또는, 엔코더(120)는 주변을 촬영한 이미지를 직접 분석하여 이동거리를 계산할 수도 있다. The encoder 120 may generate movement distance information by measuring a rotation amount of a motor or a wheel and a movement distance of a leg. Alternatively, the encoder 120 may calculate the moving distance by directly analyzing an image photographed around the surrounding area.

컴퓨터(150)는, 원격 관제 서버로부터 특정의 물건을 특정의 지점으로부터 다른 지점으로 운반하라는 작업 명령을 수신한다. 작업 명령은 각 지점들 사이를 연결하는 경로에 대한 정보를 포함할 수 있다. 컴퓨터는 안내된 경로에 따라서 자율 주행을 수행하되, 주변의 물건들 및/또는 타 자율주행 로봇과 충돌하지 않도록 실시간으로 주행을 제어한다. The computer 150 receives a work instruction from a remote control server to transport a specific object from a specific point to another point. The work command may include information on a path connecting each point. The computer performs autonomous driving according to the guided path, but controls the driving in real time so as not to collide with objects and/or other autonomous driving robots in the vicinity.

이를 위하여, 컴퓨터(150)는, 레이저 거리센서(110)를 제어하여 생성되는 실측 거리정보를 획득하고, 주행수단(125)의 동작을 제어하여 로봇(100)을 자율주행시키고, 엔코더(120)로부터 이동거리 정보를 획득하고, 후술하는 본 발명에 따른 환경인식 및 자기위치 추정 방법을 처리하여 자율주행 로봇(100)의 현재 자기위치를 추정하는 기능을 수행한다. To this end, the computer 150 obtains the measured distance information generated by controlling the laser distance sensor 110, controls the operation of the driving means 125 to autonomously run the robot 100, and the encoder 120 It obtains the moving distance information from and processes the environmental recognition and self-location estimation method according to the present invention to be described later to perform a function of estimating the current self-position of the autonomous driving robot 100.

도 1(b)은 본 발명에 따른 물류 자동화를 위한 자율주행 로봇의 예시적인 형태를 보여준다. 1(b) shows an exemplary form of an autonomous driving robot for logistics automation according to the present invention.

자율주행 로봇(100)은 상부에는 물건을 올려놓을 수 있는 받침대가 구비될 수 있다. 받침대의 근방에는 물건을 선반으로 이송하거나 선반으로부터 가져오기 위한 이송기구가 배치될 수도 있다(도시하지 않음). The autonomous driving robot 100 may be provided with a pedestal on which an object can be placed. In the vicinity of the pedestal, a conveying mechanism for conveying or taking objects to or from the shelf may be disposed (not shown).

자율주행 로봇(100)의 적어도 전방에 레이저 거리센서(110)가 배치될 수 있다. The laser distance sensor 110 may be disposed at least in front of the autonomous driving robot 100.

자율주행 로봇(100)의 내부에 컴퓨터가 탑재될 수 있다. 다른 실시예에서, 컴퓨터에서 수행하는 자기위치 추정 기능과 주행수단 제어 기능 등은, 네트워크를 통해 연결된 원격 관제 서버(20)에서 처리될 수도 있다. A computer may be mounted inside the autonomous driving robot 100. In another embodiment, the self-position estimation function and the driving means control function performed by the computer may be processed by the remote control server 20 connected through a network.

다음으로, 도 4를 참조하여 상기한 자율주행 로봇의 자율 주행 방법을 설명한다. 특히, 자율주행 로봇의 환경인식 및 자기위치 추정 방법을 설명한다.Next, an autonomous driving method of the autonomous driving robot will be described with reference to FIG. 4. In particular, a method of environmental recognition and self-location estimation of an autonomous driving robot will be described.

먼저, 자율주행 로봇(100)의 환경인식 및 자기위치 추정 방법은, 자율주행 로봇(100)이 임의의 이동과정에서 축적된 레이저 거리센서(110)에 의한 거리정보를 이용하여 작업 공간(S)의 주변환경에 관련한 격자기반의 초기실측지도를 작성하는 단계와; 물건의 이동이 빈번한 공간에 대한 사전정보를 바탕으로 격자기반 초기실측지도를 수정 및 보완하여 수정지도를 구성하는 단계와; 자율주행 로봇(100)이 레이저 거리센서(110)에 의해 실시간으로 측정되는 실측된 거리정보와 상기 수정지도를 참고하여 계산된 거리정보를 상호 비교하여 현재의 자기위치를 추정하고, 추정된 자기위치에 근거하여 실제 작업 공간(S) 내부를 자율주행하는 단계를 포함할 수 있다. First, the environmental recognition and self-location estimation method of the autonomous driving robot 100 is a work space (S) using distance information by the laser distance sensor 110 accumulated in the autonomous driving robot 100 in an arbitrary movement process. Creating a grid-based initial measurement map related to the surrounding environment of the vehicle; Constructing a revised map by modifying and supplementing the grid-based initial measurement map based on prior information on a space where objects are frequently moved; The autonomous driving robot 100 estimates the current magnetic position by comparing the measured distance information measured in real time by the laser distance sensor 110 and the distance information calculated by referring to the modified map, and estimates the estimated magnetic position. Based on the actual work space (S) may include the step of autonomous driving inside.

자율주행 로봇(100)이 환경을 인식하기 위하여 격자기반 지도를 구성하고 격자기반 지도에 근거하여 자기위치를 추정하는 방법의 첫번째 단계는, 자율주행 로봇(100)이 이동 과정에서 레이저 거리센서에 의해 실측되는 거리정보를 이용하여 주변환경의 벽면, 가구, 기둥, 물건들 또는 장애물을 구분하여 표시하는 격자기반의 초기실측지도를 작성하는 것을 포함한다. The first step of the method of constructing a grid-based map and estimating its own position based on the grid-based map in order for the autonomous driving robot 100 to recognize the environment is by using a laser distance sensor during the movement process. It includes creating a grid-based initial measurement map that distinguishes and displays walls, furniture, pillars, objects, or obstacles of the surrounding environment using the measured distance information.

초기실측지도는 임의의 축척을 갖는 격자들로 구성된 격자기반 지도로서, 자율주행 로봇(100)이 움직이는 공간(S)을 작은 격자들로 나누고, 각 격자에는 벽이나 물류 장비, 물품과 같이 자율주행 로봇이 회피해야 하는 물체가 있을 가능성이 확률로 표시된다(후술하는 수정지도 역시 이와 동일한 격자기반 지도일 수 있다). 이와 같이, 격자기반으로 구성된 지도는 실제 주변 형태를 2차원으로 배치된 격자와 각 격자의 값(예를 들면, 1비트 또는 4비트 등의 값을 가짐)으로 단순하게 표시할 수 있으므로, 자율주행 로봇에 장착된 레이저 거리측정 센서의 장점을 살릴 수 있고 환경의 변화를 빠르게 지도에 반영할 수 있는 장점이 있다. 2차원적인 격자로 구성된 격자기반 지도의 각 격자의 값은 자율주행 로봇(100)이 이동하면서 받아들인 주변환경에서 각 물체까지의 거리정보를 축적하여 지속적으로 갱신될 수 있다.The initial actual survey map is a grid-based map composed of grids having an arbitrary scale. The space (S) in which the autonomous robot 100 moves is divided into small grids, and each grid includes autonomous driving such as walls, logistics equipment, and goods. The probability that there is an object to be avoided by the robot is displayed as a probability (a modified map described later may also be the same grid-based map). In this way, a map configured based on a grid can simply display the actual surrounding shape with a grid arranged in two dimensions and the value of each grid (for example, having a value such as 1 bit or 4 bits). It has the advantage of taking advantage of the laser distance measurement sensor mounted on the robot and quickly reflecting changes in the environment on the map. The value of each grid of the grid-based map composed of a two-dimensional grid may be continuously updated by accumulating distance information from the surrounding environment to each object received while the autonomous driving robot 100 moves.

격자기반 지도에서 각 격자를 m으로 표시하고, 격자들은 m1, m2, ... mN의 N개의 격자로 구성되어 있다고 설정한다. 각각의 격자 mi는 0과 1 사이의 확률값을 가질 수 있으며 이 확률값은 p(mi)으로 표시될 수 있다. 격자에 있어서 p(mi)가 0에 가까울수록 장애물이 없는 빈 공간일 가능성이 크며, 1에 가까울수록 장애물이 있는 공간일 가능성이 크다. In the grid-based map, each grid is represented by m, and the grids are set to consist of N grids of m 1 , m 2 , ... m N. Each grid m i can have a probability value between 0 and 1, and this probability value can be expressed as p(m i ). In the grid, the closer p(m i ) is to 0, the more likely it is an empty space without obstacles, and the closer it is to 1, the more likely it is a space with obstacles.

자율주행 로봇(100)의 위치와 방향을 상태변수 x, 레이저 거리센서의 측정값을 z로 표시하면, 시간 t까지 누적된 상태변수와 측정값은 각각 x1:t, z1:t로 표시될 수 있다. 따라서 격자기반 지도의 각 격자의 확률값은 다음과 같이 표시될 수 있다. When the position and direction of the autonomous driving robot 100 is displayed as a state variable x and the measured value of the laser distance sensor is displayed as z, the state variable and measured value accumulated up to time t are respectively displayed as x 1:t and z 1:t Can be. Therefore, the probability value of each grid of the grid-based map can be expressed as follows.

Figure pat00001
Figure pat00001

t=1인 초기상태의 경우에는, 격자기반 지도의 각 격자에 대하여 사전에 입력된 어떠한 정보도 없으므로, 모든 격자에 관하여 확률의 중간값인 0.5가 지정된다.In the case of the initial state of t=1, since there is no information previously input for each grid of the grid-based map, the median value of the probability of 0.5 is designated for all grids.

이후, 자율주행 로봇(100)이 주행하면서 실측한 거리정보를 적용하여 각 격자의 확률값이 조정되고, 그 결과로 실측지도를 생성하게 된다(도시하지 않음).Thereafter, the probability value of each grid is adjusted by applying the distance information measured while the autonomous driving robot 100 is traveling, and as a result, a measured map is generated (not shown).

자율주행 로봇의 환경인식 및 자기위치 추정 방법의 두번째 단계는, 자율주행 로봇(100)의 실측에 의해 만들어진 초기실측지도를, 물류환경의 변동성을 고려하여 수정하는 작업을 포함한다. The second step of the method of recognizing the environment and estimating the self-location of the autonomous driving robot includes modifying the initial measured map created by the actual measurement of the autonomous driving robot 100 in consideration of the variability of the logistics environment.

물류현장은 일반적으로 기둥에 의해 받쳐지는 다수의 선반을 구비하고, 물건들은 선반에 놓여 보관된다. 이 물건들은 자율주행 로봇이 다른 위치를 주행하고 있는 도중에도 선반으로부터 수시로 반출되거나 보충될 수 있으며, 이와 같이 물건의 이동이 발생하게 되면, 물건의 이동이 발생하기 전에 작성하여 저장하고 있는 지도와 물건의 이동이 발생한 이후의 실측 거리정보 간에 차이가 발생하게 될 것이다. Distribution sites generally have a number of shelves supported by pillars, and items are placed on the shelves and stored. These items can be removed from the shelf at any time or supplemented even while the autonomous robot is traveling in another location. If the object moves like this, maps and objects created and stored before the object movement occurs. There will be a difference between the measured distance information after the movement of.

자율주행 로봇(100)은, 실시간으로 측정되는 거리정보를, 자체에 저장하고 있는 지도에 적용하여 자기위치를 추정하여 이동할 수 있는데, 물건의 이동에 의한 환경의 변화가 발생하면, 실측된 거리정보를 저장하고 있는 지도에 적용할 때 그 지도상에서 자기위치를 정확히 특정할 수 없게 될 가능성이 있다. The autonomous driving robot 100 can move by estimating its own location by applying distance information measured in real time to a map stored therein. When applied to a map in which is stored, there is a possibility that it may not be possible to accurately identify its location on the map.

따라서, 물건의 이동이 발생할 수 있는 영역에 대해서는, 초기실측지도의 실측된 장애물 중에서 물건의 이동이 발생하더라도 꾸준하게 변경되지 않는 고정 기물을 기준으로 하는 가상의 차단벽(또는, 가상벽)을, 초기실측지도에 추가로 설정할 수 있다. 이러한 가상벽의 설정은 자율주행 로봇(100)의 관리자에 의해 수동조작으로 이루어지거나, 자율주행 로봇(100)에 탑재된 컴퓨터(150) 또는 자율주행 로봇(100)과 네트워크 연결된 제어 서버의 자체 판단에 의해 자동으로 이루어질 수 있다. 여기서, 초기실측지도에 가상벽이 추가된 지도를 수정지도라고 칭한다. Therefore, for the area where the object may move, a virtual barrier wall (or virtual wall) based on a fixed object that does not change steadily even if the object moves from among the measured obstacles on the initial measurement map, is initially used. It can be set in addition to the actual map. The setting of the virtual wall is performed manually by the manager of the autonomous driving robot 100, or the computer 150 mounted on the autonomous driving robot 100 or the control server connected to the network connected to the autonomous driving robot 100 is self-determined. Can be done automatically by Here, the map in which the virtual wall is added to the initial actual survey map is referred to as a modified map.

본 발명에서 자율주행 로봇은, 바람직하게는 수정지도에 의해 주행하게 된다.In the present invention, the autonomous driving robot is preferably driven by a modified map.

가상벽은, 물류 환경에서의 예를 들면, 선반의 기둥을 연결하여 설정될 수 있다(도시하지 않음). 한편, 이렇게 가상벽이 설정된 영역에서는, 레이저 거리센서(110)에 의한 실측된 거리정보와 수정지도에서 계산된 계산 거리정보가 서로 달라서, 주행 로봇(100)이 자기위치를 특정할 수 없게 될 수 있다. 따라서, 자율주행 로봇(100)은 영역을 이동할 때에는 다른 방식으로 자기위치를 추정해야한다. The virtual wall may be set by connecting columns of shelves, for example, in a distribution environment (not shown). On the other hand, in the area where the virtual wall is set, the distance information measured by the laser distance sensor 110 and the calculated distance information calculated from the corrected map are different from each other, so that the traveling robot 100 may not be able to specify its own position. have. Therefore, the autonomous driving robot 100 must estimate its own position in a different way when moving the area.

자율주행 로봇의 환경인식 및 자기위치 추정 방법의 세번째 단계는, 자율주행 로봇(100)이, 수정된 격자기반 지도(즉, 수정지도)에서 현재의 자기위치에 대한 복수의 후보지점을 설정하고 설정된 후보지점들로부터 계산된 계산 거리정보와 실시간 측정되는 레이저 거리센서(110)의 실측 거리정보를 비교하여 후보지점들 중 하나 또는 복수에 근거하여 자기위치를 실시간으로 추정하면서 주행하는 것을 포함한다. The third step of the method for environmental recognition and self-location estimation of the autonomous driving robot is, the autonomous driving robot 100 sets and sets a plurality of candidate points for the current self-location on the modified grid-based map (i.e., modified map). Comparing the calculated distance information calculated from the candidate points with the actual distance information measured by the laser distance sensor 110 measured in real time, and driving while estimating a self position in real time based on one or more of the candidate points.

자율주행 로봇(100)의 격자기반 지도에 의한 자율주행은, 기본적으로 몬테카를로 위치추정 방법(Monte Carlo Localization)에 기반하고 있다. 이 방법은 파티클 필터(partie filter) 방식을 주요 알고리즘으로 사용하고 있으며 다음의 단계들을 포함한다. 상기 방법은 도 5를 참조하여 설명된다. Autonomous driving based on a grid-based map of the autonomous driving robot 100 is basically based on a Monte Carlo localization method. This method uses a particle filter method as its main algorithm and includes the following steps. The method is described with reference to FIG. 5.

자율주행 로봇(100)은, 전원이 인가된 후에 초기화되고(initialize)(S10), 이후, 매 제어주기마다 자기위치에 대한 복수의 후보지점을 예측하고(predict)(S20) → 각 후보지점들을 갱신하고(update)(S30) → 하나 또는 복수의 후보지점을 선택하여 자신의 위치 및 자세를 추정하고(pose estimate)(S40) → 계속하여 그 다음번 위치를 추정하기 위하여 추정된 위치에 근거하여 다시 복수의 후보지점을 재샘플링하는(resample)(S50) 단계들을 수행하게 된다. 특히, 단계(S20) 내지 단계(S50)를 반복하게 될 것이다. The autonomous driving robot 100 is initialized after power is applied (S10), and thereafter, predicts a plurality of candidate points for its own position in each control cycle (predict) (S20) → each of the candidate points Update (S30) → select one or more candidate points to estimate your position and posture (pose estimate) (S40) → continue to estimate the next position again based on the estimated position Steps of re-sampling a plurality of candidate points (S50) are performed. In particular, steps (S20) to (S50) will be repeated.

이 절차에 의하여, 로봇(100)은 수정지도상에서의 자기위치를 추정할 수 있고, 수정지도를 참고하여 이동방향 및 이동거리 등을 결정하고 주행수단(125)의 동작을 제어함으로써, 작업 공간을 자율주행할 수 있게 된다. By this procedure, the robot 100 can estimate its own position on the revised map, determine the moving direction and the moving distance, etc. by referring to the revised map, and control the operation of the driving means 125 to create a working space. It will be possible to drive autonomously.

(1) 초기화(initialize) 단계(S10)(1) Initialize step (S10)

초기화 단계는, 자율주행 로봇(100)이 정지상태에서 전원이 인가되면 현재 자기위치를 미리정의된 초기 위치(예를 들면, 충전 장소)로 특정한다. In the initializing step, when power is applied while the autonomous driving robot 100 is stopped, the current self position is specified as a predefined initial position (eg, a charging place).

(2) 예측(predict) 단계(S20)(2) Predict step (S20)

자율주행 로봇(100)이 임의의 방향으로 임의의 거리만큼 움직였을 때, 자율주행 로봇(100)의 바퀴에 장착된 엔코더(120)의 측정값을 참고하여 이동거리를 계산할 수 있다. 이 계산된 이동거리는, 오도메트리(odometry) 정보라고 하고

Figure pat00002
로 표시한다. When the autonomous driving robot 100 moves in a certain direction by a certain distance, the moving distance may be calculated by referring to the measured value of the encoder 120 mounted on the wheels of the autonomous driving robot 100. This calculated travel distance is called odometry information
Figure pat00002
Denoted by

오도메트리 정보는, 초기 위치 또는 이전의 위치추정계산 주기에서 결정된 자율주행 로봇(100)의 위치에 결합될 수 있다. 그리고 이전의 위치에 오도메트리 정보가 결합된 새로운 위치에, 가우시안 랜덤(Gaussian Random) 함수에 의한 노이즈를 추가하여, N개의 파티클을 구성한다. 이 노이즈를

Figure pat00003
라고 하면, 각 파티클은 다음과 같이 계산된다. 여기서, 노이즈가 추가됨으로써, 오도메트리 정보가 결합된 위치의 주변에 설정된 가상의 파티클들이 자기위치의 후보지점으로 설정된다. The odometry information may be combined with an initial position or a position of the autonomous driving robot 100 determined in a previous position estimation calculation period. In addition, noise by a Gaussian random function is added to a new location where odometry information is combined with the previous location to form N particles. This noise
Figure pat00003
Then, each particle is calculated as follows. Here, by adding noise, virtual particles set in the vicinity of the location where the odometry information is combined are set as candidate points of their own location.

Figure pat00004
Figure pat00004

본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 로봇(100)의 경우 N개(예를 들면, 50개)의 파티클을 사용한다고 가정한다. 각 파티클은 자율주행 로봇(100)의 아직 확정되지 않았지만 실제 위치와 근접한 위치와 자세를 의미할 수 있다. In the case of the autonomous driving robot 100 according to an embodiment of the present invention, it is assumed that N (for example, 50) particles are used. Each particle may mean a position and posture of the autonomous driving robot 100 that have not been determined yet, but are close to an actual position.

이때, 시간 t에서의 i번째 파티클을

Figure pat00005
라 하고, 그 파티클의 가중치를
Figure pat00006
라 하고, 자율주행 로봇(100)의 격자기반 지도상의 위치좌표를
Figure pat00007
,
Figure pat00008
라 하고, 평면상의 자세를
Figure pat00009
라 하면, 시간 t에서의 가중치가 포함된 파티클들 St를 다음과 같이 표시할 수 있다.At this time, the i-th particle at time t
Figure pat00005
And the weight of the particle
Figure pat00006
And the position coordinates on the grid-based map of the autonomous driving robot 100
Figure pat00007
,
Figure pat00008
And the posture on the plane
Figure pat00009
Then, particles S t including weights at time t can be expressed as follows.

Figure pat00010
Figure pat00010

Figure pat00011
Figure pat00011

초기 상태에서 자율주행 로봇(100)의 위치는 사전에 주어진 위치일 것이며, 최초에 생성된 파티클들의 가중치는 모두 동일하다. 즉, 초기상태에서 최초 생성된 N개, 즉, 50개의 파티클들 각각의 가중치는 모두 동일할 것이다. In the initial state, the position of the autonomous driving robot 100 will be a previously given position, and the weights of the initially generated particles are all the same. That is, the weights of each of the initially generated N particles, that is, 50 particles in the initial state, will all be the same.

(3) 갱신(update) 단계(S30)(3) update step (S30)

예측 단계에서 추정된 자율주행 로봇(100)의 위치와 자세의 후보들, 즉, 50개의 파티클들 중에서, 현재의 레이저 거리센서(110)의 측정값에 부합하는 정도에 따라 각 파티클의 가중치를 변경하고, 가중치의 순서에 따라 자기위치에 근접한 하나 또는 복수의 파티클을 선택한다. Among the candidates for the position and posture of the autonomous driving robot 100 estimated in the prediction step, that is, among 50 particles, the weight of each particle is changed according to a degree corresponding to the measured value of the current laser distance sensor 110, and , Select one or more particles close to their position according to the order of weights.

자율주행 로봇(100)에 장착된 레이저 거리센서(110)는 통상적으로 감지 범위가 수평 방향으로 180도 이상이며 대략 270도에 이르는 넓은 각도 범위에 걸쳐 있다. 또한, 이러한 통상적인 레이저 거리센서(110)는 감지 범위 전체에 대해서 각도 1°마다 수 개 내지 수십 개 정도로 세분화하여 측정하게 되므로, 감지범위 전체에 대한 한 번의 측정에서도 수백 내지 수천 개의 거리정보가 생성될 수 있다. 또한, 레이저 거리센서(110)는 감지범위 전체에 대한 측정을 매 초당 수 내지 수십 회 반복할 수 있으므로, 이렇게 생성되는 모든 거리정보를 이용하여 자기위치를 추정하는 것은 자율주행 로봇의 컴퓨터(150)에 큰 부담이 된다. The laser distance sensor 110 mounted on the autonomous driving robot 100 typically has a detection range of 180 degrees or more in the horizontal direction and spans a wide angular range of approximately 270 degrees. In addition, since such a conventional laser distance sensor 110 is measured by subdividing the entire sensing range into several to dozens per 1° angle, hundreds to thousands of distance information are generated even with one measurement over the entire sensing range. Can be. In addition, since the laser distance sensor 110 can repeat the measurement of the entire sensing range several to tens of times per second, estimating the magnetic position using all the distance information thus generated is the computer 150 of the autonomous driving robot. It becomes a big burden to

이러한 이유로, 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 로봇(100)은, 왼쪽 방향(예를 들면, 0°), 정면 방향(예를 들면, 90°) 및 오른쪽 방향(예를 들면, 180°)의 3방향에서 측정된 거리정보만을 사용할 수 있다. For this reason, the autonomous driving robot 100 according to an embodiment of the present invention has a left direction (eg, 0°), a front direction (eg, 90°), and a right direction (eg, 180°). Only distance information measured in three directions of) can be used.

한편, 자율주행 로봇(100)이 이동하여 현재 도달한 위치를 추정하기 위하여, 이전의 위치에 그다음 오도메트리 정보를 결합하여 생성한 새로운 위치에 노이즈를 추가하여 50개의 파티클들(파티클들이 처음 생성될 때에는 동일한 가중치가 설정됨)을 생성하였고, 각 파티클의 위치를 수정지도에서 특정하고, 특정된 위치들을 중심으로 수정지도에서 3방향 거리정보를 계산한다(즉, 계산 거리정보). 50개의 계산 거리정보가 계산될 수 있다.On the other hand, in order to estimate the current position of the autonomous driving robot 100 by moving, 50 particles (particles are first generated by adding noise to a new position created by combining the next odometry information with the previous position) When the same weight is set), the position of each particle is specified in the revised map, and 3-way distance information is calculated in the revised map around the specified locations (ie, calculated distance information). 50 calculation distance information can be calculated.

그리고, 자율주행 로봇(100)이 현재 실측한 3방향 거리정보와 각각의(예를 들면, 50개 각각) 계산 거리정보를 비교하여, 그 오차(또는, 거리차이)의 정도에 따라서 각 파티클들의 가중치를 조정한다. 예를 들면, 오차가 적을수록 가중치를 크게 조정할 수 있다.Then, the autonomous driving robot 100 compares the currently measured 3-way distance information with each (for example, 50 each) calculated distance information, and according to the degree of the error (or distance difference), each particle is Adjust the weights. For example, the smaller the error, the larger the weight can be adjusted.

자율주행 로봇(100)이 주행중에 측정한 실측 거리값 중에서 전방방향의 거리를 lfront라 하고, 오른쪽 방향의 거리를 lright, 왼쪽 방향의 거리를 lleft라 설정한다. 그리고, 수정지도에서 각 파티클에서 계산되는 계산 거리정보(전방, 오른쪽, 왼쪽)를 vlfront, vlright vlleft라고 설정한다. 그렇다면, 현재의 자율주행 로봇(100)의 위치에서의 실측 거리정보와 임의의 파티클(

Figure pat00012
)과의 거리차이
Figure pat00013
은 다음과 같이 계산할 수 있다.Among the measured distance values measured by the autonomous driving robot 100 while driving, the distance in the forward direction is set as l front , the distance in the right direction is set as l right , and the distance in the left direction is set as l left. Then, the calculated distance information (front, right, left) calculated from each particle in the modified map is set as vl front , vl right and vl left. If so, the actual distance information at the position of the current autonomous driving robot 100 and an arbitrary particle (
Figure pat00012
) And distance difference
Figure pat00013
Can be calculated as follows:

Figure pat00014
Figure pat00014

거리차이가 계산되면 파티클의 집합 Si는 아래와 같이 정리할 수 있다.When the distance difference is calculated, the set of particles S i can be summarized as follows.

Figure pat00015
Figure pat00015

다음으로, 가중치를 계산한다. 가중치

Figure pat00016
는 거리차이
Figure pat00017
에 의하여 결정된다. 거리차이가 작은 파티클은 가중치가 크고, 거리차이가 큰 파티클의 가중치가 작다. 가중치가 큰 파티클의 위치가 자율주행 로봇(100)의 현재 위치일 가능성이 크다.Next, the weights are calculated. weight
Figure pat00016
Is the distance difference
Figure pat00017
Is determined by Particles with a small distance difference have a large weight, and particles with a large distance difference have a small weight. There is a high possibility that the position of the particle having a large weight is the current position of the autonomous driving robot 100.

(4) 자세추정(pose estimate) 단계(S40)(4) Pose estimate step (S40)

갱신 단계에서 각 파티클의 가중치가 계산되면, N개의 파티클 중에서 가장 가중치가 높은 상위 n개의 파티클을 선정할 수 있다. n은 N보다 작은 값으로써 1/10 정도일 수 있다. 이 선정된 n개(예를 들면, 5개)의 파티클들의 각각의 위치를 평균하고, 그 평균값을 자율주행 로봇(100)의 현재 위치 및 자세로 결정할 수 있다. 자세추정 단계를 거침으로서 자율주행 로봇(100)의 현재 위치에 대한 추정이 완료된다. When the weight of each particle is calculated in the update step, the top n particles having the highest weight among the N particles may be selected. n is a value smaller than N and may be about 1/10. Each position of the selected n (eg, 5) particles may be averaged, and the average value may be determined as the current position and posture of the autonomous driving robot 100. By passing through the posture estimation step, the estimation of the current position of the autonomous driving robot 100 is completed.

(5) 재샘플링(resample) 단계(S50)(5) Resampling step (S50)

재샘플링은, 현재 추정된 자기위치에서 로봇(100)이 더 진행한 경우의 새로운 위치(이전에 추정된 자기위치로부터의 그다음 위치)를 추정하기 위한 것으로서, 이전의 위치에 그다음 오도메트리 정보를 결합하고 여기에 노이즈를 추가하여 새로운 파티클들을 생성하는 단계이다. 즉, 자세추정 단계에서 가중치가 낮은 파티클을 삭제하고, 가중치가 높아서 삭제되지 않은 파티클(즉, 평균 계산에 사용된 파티클들)로부터 새로운 파티클을 만들어내는 단계이다. Resampling is for estimating a new position (the next position from the previously estimated magnetic position) when the robot 100 further proceeds from the currently estimated magnetic position, and the next odometry information is stored in the previous position. This is the step of combining and adding noise to create new particles. In other words, in the posture estimation step, particles with low weight are deleted, and new particles are created from particles that have not been deleted because of the high weight (ie, particles used in the average calculation).

즉, 앞서 선정된 n개의 파티클을 남겨놓고 나머지 (N-n)개의 파티클을 삭제하고, 선정된 n개의 파티클 각자를 이용하여 오도메트리 정보와 노이즈를 결합하여 복수개의 파티클들을 생성하고, 총 N개의 새로운 파티클을 생성한다. 이렇게 생성된 N개의 파티클에는 다시 동일한 가중치가 설정되고, 자율주행 로봇(100)의 새로운 위치 후보로 사용된다. 그리고 갱신 단계로부터 반복한다.That is, the previously selected n particles are left and the remaining (Nn) particles are deleted, and odometry information and noise are combined using each of the selected n particles to create a plurality of particles, and a total of N new particles Is created. The same weight is again set for the N particles generated in this way, and is used as a new position candidate for the autonomous driving robot 100. And it repeats from the update step.

예를 들면, 최초 50개의 파티클 중에서 가중치가 높은 상위 5개의 파티클을 선정하여 평균값에 의해 현재 위치를 결정하였을 때, 나머지 45개의 파티클들은 삭제된다. 그리고, 자율주행 로봇(100)의 오도메트리 정보를 획득하고, 획득한 오도메트리 정보를 선정된 5개의 파티클 각각에 대하여 결합하여 5개의 새로운 위치들을 생성한다. 그리고, 각 새로운 위치들마다 노이즈를 추가하여 10개씩의 새로운 파티클을 생성함으로써, 총 50개의 파티클을 생성하게 된다. 이후, 각 파티클들로부터 계산 거리정보를 계산할 수 있으며, 이 값들은 레이저 거리센서(110)의 측정 거리정보와 비교되어 가중치가 조정될 수 있다. 마침내, 가중치가 높은 5개의 파티클을 선정하고, 이를 근거로 새로운 자기위치를 추정한다. For example, when the top 5 particles with high weights are selected from the first 50 particles and the current position is determined by the average value, the remaining 45 particles are deleted. Then, odometry information of the autonomous driving robot 100 is obtained, and the obtained odometry information is combined with respect to each of the five selected particles to generate five new positions. And, by adding noise to each new position to create 10 new particles, a total of 50 particles are generated. Thereafter, the calculated distance information may be calculated from each particle, and these values may be compared with the measured distance information of the laser distance sensor 110 to adjust the weight. Finally, five particles with high weights are selected, and a new magnetic position is estimated based on them.

자율주행 로봇(100)은, 상기한 바와 같은, 예측 → 갱신 → 자세추정 → 재샘플링 단계를 반복하면서 수정지도상에서의 자기위치를 실시간으로 및 연속적으로 추정하고, 추정된 자기위치를 근거로 이동방향 및 이동거리를 설정하여 자율주행하게 된다. The autonomous driving robot 100 repeats the steps of prediction → update → posture estimation → resampling, as described above, in real time and continuously estimating its position on the corrected map, and moving direction based on the estimated self position. And autonomous driving by setting the moving distance.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 자율 주행 로봇의 원격 관제 시스템을 종합하여 설명하면 다음과 같다. A comprehensive description of the remote control system of the autonomous driving robot according to the present invention as described above is as follows.

기존에는 자율주행 협동 로봇의 관제를 위해서 각 작업 공간의 상위에 있는 물류 처리 중앙 서버(HOST)와 원격 관제 서버(RCS server)를 유선으로 연결하고, 원격 관제 서버와 통신 중계 장치(RCS client)는 무선(WiFi)으로 연결하였다. 이러한 구조에서는, 각 작업 공간마다 원격 관제 서버를 설치하기 위한 컴퓨터 하드웨어가 필요하였으며, 서버 기능을 구현하기 위한 프로그램의 라이선스 비용으로 큰 비용이 들었다. In the past, for the control of autonomous cooperative robots, the logistics processing central server (HOST) and the remote control server (RCS server) at the top of each work space are connected by wire, and the remote control server and the communication relay device (RCS client) are Connected by wireless (WiFi). In this structure, computer hardware was required to install a remote control server for each work space, and a large cost was incurred as a license cost of a program for implementing the server function.

하지만, 본 발명에 따르면, 각 권역 및 산업 단지에 설치되는 초고속 통신망을 설치하는 통신사의 클라우드 에지 서버(Cloud Edge server)를 이용하여 원격 관제 서버를 가상으로 구현할 수 있다. 또한, 원격 관제 서버가 클라우드에 가상으로 구축됨에 따라, 각 고객과 각 작업 공간에 맞춤형으로 기능을 제공하고 인터페이싱할 수 있게 된다. 또한, 고객은 월간 또는 연간 계약으로 일정 비용을 부담하는 것 만으로 RCS 서버의 기능을 제공받을 수 있게 되어, 서버의 HW를 구현하는 비용을 절감할 수 있게 된다. However, according to the present invention, a remote control server can be virtually implemented using a cloud edge server of a communication company that installs a high-speed communication network installed in each area and industrial complex. In addition, as the remote control server is built virtually in the cloud, it is possible to provide customized functions and interface to each customer and each workspace. In addition, the customer can receive the function of the RCS server only by paying a certain cost on a monthly or annual contract, thereby reducing the cost of implementing the server's HW.

이처럼, 5세대 통신 방식(5G)의 특성인 대용량, 초저지연, 다중 접속의 장점을 모두 활용함으로써, 현장에 설치하였던 실물 시스템을 클라우드에 가상화하여 무선화 및 원격화할 수 있게 되었다. 이로써, 프로그램 라이선스 비용을 절감할 수 있어서, 스마트 공장을 구축할 때의 비용 부담을 줄일 수 있게 되므로, 자율주행 협동 로봇의 보급화에 유리하다. In this way, by utilizing all the advantages of large capacity, ultra-low latency, and multiple access, which are the characteristics of the 5th generation communication method (5G), a real system installed in the field can be virtualized in the cloud to be wireless and remote. As a result, the program license cost can be reduced, and the cost burden when constructing a smart factory can be reduced, which is advantageous for the popularization of autonomous driving cooperative robots.

Claims (3)

소정의 작업 공간에서 소정의 물건을 임의의 지점에서 다른 지점으로 운반시키도록 하는 최상위 명령을 생성하는 물류 처리 중앙 서버;
상기 최상위 명령을 수신하여 상기 작업 공간에 있는 적어도 하나의 자율주행 로봇을 선택하고, 선택된 상기 자율주행 로봇의 이동 동선을 산출하고, 상기 동선 및 작업 내용을 포함하는 작업 명령을 생성하는 원격 관제 서버;
상기 작업 명령을 적어도 하나의 선택된 상기 자율주행 로봇에 송신하는 통신 중계 장치;
상기 작업 공간을 자율주행할 수 있으며 소정의 물건을 운반하도록 구성된 상기 자율주행 로봇으로서, 상기 작업 명령을 수신하면, 상기 동선을 따라서 자율주행하면서 상기 물건을 상기 임의의 지점에서 상기 다른 지점으로 운반하는 자율주행 로봇;을 포함하는, 물류 자동화를 위한 자율 주행 로봇의 원격 관제 시스템.
A distribution processing central server for generating a top-level command for transporting a predetermined object from an arbitrary point to another point in a predetermined work space;
A remote control server configured to receive the highest command, select at least one autonomous robot in the work space, calculate a moving movement line of the selected autonomous driving robot, and generate a work command including the movement line and work details;
A communication relay device that transmits the work command to at least one selected autonomous robot;
The self-driving robot capable of autonomously driving the work space and configured to transport a predetermined object, and when receiving the work command, transports the object from the arbitrary point to the other point while autonomously driving along the movement line Autonomous driving robot; including, a remote control system of an autonomous driving robot for logistics automation.
제1항에 있어서,
적어도 상기 원격 관제 서버와 상기 통신 중계 장치 사이의 통신, 또는 상기 통신 중계 장치와 상기 자율주행 로봇 사이의 통신, 또는 상기 원격 관제 서버에서 상기 자율주행 로봇에 이르는 통신은, 5세대 이동통신(5G) 방식으로 구현되는 것을 특징으로 하는, 물류 자동화를 위한 자율 주행 로봇의 원격 관제 시스템.
The method of claim 1,
At least communication between the remote control server and the communication relay device, or communication between the communication relay device and the autonomous driving robot, or communication from the remote control server to the autonomous driving robot, is a fifth generation mobile communication (5G) A remote control system of an autonomous driving robot for logistics automation, characterized in that it is implemented in a manner.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 원격 관제 서버는, 클라우드 저장수단/서버 제공사에서 제공하는 클라우드에 가상으로 구현되어 있는 것을 특징으로 하는, 물류 자동화를 위한 자율 주행 로봇의 원격 관제 시스템.
The method according to claim 1 or 2,
The remote control server is a remote control system of an autonomous driving robot for logistics automation, characterized in that virtually implemented in a cloud provided by a cloud storage means/server provider.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230080079A (en) * 2021-11-29 2023-06-07 주식회사 로탈 A control system of an autonomous mobile robot device applied with a mechnum wheel capable of omnidirectional driving.
WO2023132500A1 (en) * 2022-01-04 2023-07-13 사회복지법인 삼성생명공익재단 Logistics management system, magic cart, logistics robot, method for controlling rogistics robot that moves magic cart, and computer program

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