KR0185101B1 - 무인운반차의 운행경로 탐색방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 최단경로선정 방법은 출발점 노드의 총거리값을 0으로, 나머지 노드들의 총거리값을 무한대로 초기화시키는 제1단계(S1), 출발노드로부터 목적지노드까지 진행 가능한 노드에 노느간의 총거리값을 입력하는 제2단계(S2); 임의의 노드에서 입력된 거리값의 수가 2개 이상이면 입력 거리값중 최소값을 그 노드의 총거리값으로 선정하는 제3단계(S3,S4); 상기 총거리값을 계산하는 과정이 목적지 노드까지 도달하면 지나가는 노드들의 라벨을 스택에 저장하면서 목적지를 향해 역방향으로 진행하는 제4단계(S5,S6); 역방향으로 진행중 진행 가능한 노드가 2개 이상이면 최소의 거리값을 갖는 노드로 이동하는 제5단계(S7,S8,S9); 및 역방향 진행이 완료되어 출발노드에 도달하면 역방향 이동과정중에 스택에 저장된 경로를 최단경로로서 선택하는 제6단계(S10,S11)로 이루어져 각 노드를 초기화한 후 순차적으로 총거리값을 구하면서 출발노드로부터 목적지 노드까지 진행하고, 목적지 노드에 도달하면 역방향으로 진행하여 무인운반차의 최단경로를 탐색하므로써 신속하게 경로를 탐색할 수 있는 효과가 있다.

Description

무인운반차의 운행경로 탐색방법

본 발명은 무인운반차(AGV:Automatic Guided Vehicle)의 운행경로를 탐색하는 방법에 관한 것으로, 특히 무인운반차간의 막힘(blocking)을 최소화하면서 운반요구를 신속하고 정확하게 수행할 수 있도록 목적지까지의 최단 운행경로를 결정하는 방법에 관한것이다.

일반적으로 물류시스템 및 자동 생산시스템과 같은 자동화시스템에서 사용되는 무인운반시스템은 제1도에 도시된 바와 같이, 중앙에서 전체 무인운반차의 주행을 통제하는 무인운반차 주컴퓨터(11)와, 플로워상에 설치되는 작업 스테이션들(이하 역이라고도 한다)을 제어하기 위한 제어패널(12), 작업 스테이션(17-117-n), 무인운반차와 송수신하기 위한 무인운반차 지상제어반(13), 유도선에 유도신호를 공급하기 위한 유도발진기(14), 유도선(guide path:15), 및 무인운반차(AGV:14) 등으로 구성되어 주컴퓨터(11)가 무인운반차 지상제어반의 무선송신기(13)를 통해 지시하는 경로로 무인운반차가 유도선(15)을 따라 이동하고 작업 스테이션(17-117-n)에서 일시 정지하여 부품, 자재, 제품 등을 이,적재하도록 되어 있다. 또한 이러한 무인운반시스템에서 무인운반차가 주행하는 경로(guide path)에는 어드레스 마크(address mark:제2도의 21)가 표시되어 있고, 무인운반차의 마크 리더(mark reader)가 이를 읽어 무인운반차의 현재 위치를 파악할 수 있도록 되어 있다.

여기서, 무인운반차(16)는 차상제어반의 무선송수신장치와 지상제어반의 무선송수신장치간에 통신하여 제어컴퓨터의 지령에 따라 목적지 스테이션으로 유도선을 따라 이동하고, 무인운반차(16)내에 설치된 어드레스 마크 리더가 플로워에 설치된 어드레스 마크로부터 발생되는 자계를 감지하여 지정된 스테이션의 정위치에 도달한다. 이와 같이 지정된 작업 스테이션에 무인운반차가 도달하면, 작업 스테이션의 적재장치는 무인운반차에 화물을 적재하고, 이재장치는 무인운반차가 이송해온 화물을 이재한다.

이와 같이 무인운반차가 운행되는 경로의 구성은 제2도에 도시된 바와 같이, 무인운반차시스템이 설치되는 환경에 적합하게 진행방향을 갖는 경로들에 의해 이루어지고 이 경로상의 좌우에 어드레스 마크(21) 및 정지마크(22)와 각종 작업을 수행하기 위한 작업 스테이션(23)들이 있다. 이러한 경로에는 무인운반차의 배터리를 충전하기 위한 충전스테이션(25)이 적어도 하나 이상 설치되어 있다.

이러한 무인운반시스템에서 무인운반차를 운용할 경우에, 수화물의 운송이 요구되었을 때, 적재장소에 가장 빨리 도달할 수 있는 무인운반차를 찾는 무인운반차 선정방법과, 현재 다른 무인운반차들의 운행상황을 고려하면서 목적지까지 최단경로를 탐색하는 경로선택방법, 및 교차로에서 교통제어(traffic control)방법 등이 요구된다.

즉, 일반적인 무인운반차 운용을 위해서는 수송처리 알고리즘, 최단 경로선정, 공차처리 알고리즘, 교통제어가 요구되는데, 수송처리 알고리즘이란 어떤 역에서 수송수요가 발생했을 때 가용한 공차(empty vehicle)중에서 가장 적합한 무인운반차를 선택하고, 이를 해당 역까지 보내는 경로를 결정하는 기능, 또는 어떤 무인운반차가 이재작업을 마치고 공차가 되는 순간 수송수요가 있는 역중 가장 적합한 역을 선택하거나 없으면 공차처리 알고리즘에 따라 행동하도록 하는 운영처리 알고리즘을 말한다. 또한 최단 경로선정이란 무인차가 적재완료 후 현재 각 무인운반차의 위치와 대기상태 등을 종합, 분석하여 목적지까지 운행하기 위한 최단의 운행경로를 결정하는 알고리즘으로서, 기존의 알고리즘으로는 레이아웃상의 가장 짧은 경로를 미리 계산하여 선택하는 최단거리진행(STD:Shortest Travel Distance) 알고리즘과, 경로상의 역에서 이재/적재중인 무인운반차의 수가 최소인 경로를 선택하는 최소 블러킹(MBV:Minimum Bloacking Vehicles) 알고리즘 등이 있다.

그리고 공차처리 알고리즘은 무인운반차가 이재완료 후 공차가 되었을 때의 운행처리 알고리즘으로서 시스템의 수행도에 지대한 영향을 미치는데, 이재완료 후 공차가 되면 일정한 경로를 따라 순환하면서 처음 만나는 수송수요를 운반하는 VLFW 알고리즘과, 이재가 완료된 후 공차가되면 그 자리에서 멈추어 호출을 대기하는 VWFC 알고리즘, 이재완료 후 공차가 되면 미리 지정된 장소로 이동하여 호출을 대기하는 Dwell Point 알고리즘 등이 있다. 교통제어는 무인운반차간의 충돌이나 막힘을 최소화하여 차량운행이 원활하게 소통되도록 하기 위한 알고리즘으로서, 이러한 교통제어를 수행하기 위하여 교차로에서는 우선순위를 사용하는 규칙을 구축한다. 또한 교차로가 없는 역앞에서는 이/적재중인 무인운반차로 인한 다른 무인운반차의 대기시간이 최소화되도록 주행경로 및 우선순위를 배정해야 한다. 특히 운행 중 두 대의 무인운반차가 서로 상대방의 상태변화를 기다리며 멈춰있는 상태(데드락)가 발생하지 않도록 제어체계를 설계한다.

그런데 종래에 무인운반차의 경로 탐색방법은 사전에 정의된 경로망내에서 출발노드에서 도착노드에 이르는 모든 경로를 구성한 후(이러한 모든 경로들의 집합을 경로집합이라 한다), 이 경로집합으로부터 최단경로를 탐색하는 것인데, 이때 최단경로 탐색알고리즘으로는 최소비용 그래프 탐색 알고리즘과 회로망에서 출발노드와 도착노드를 선정한 후 k개의 최단경로를 탐색하는 방법 등이 알려져 있다.

이러한 종래의 라우팅 알고리즘은 많은 노드를 포함하는 회로망일 경우 알고리즘의 실시간 구현이 어렵고, 기존의 회로망에서 노드를 변경하거나 새로운 회로망에 적용할 경우 매번 경로집합을 새로 구성해야 하는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 무인운반차간의 막힘(blocking)을 최소화하면서 운반요구를 신속하고 정확하게 수행할 수 있도록 목적지까지의 최단 운행경로(routing)를 결정하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 방법은, 출발노드와 목적지노드 사이에 복수개의 노드들이 경로로 연결되어 있고, 각 노드를 식별하기 위한 라벨 및 각 노드간의 경로길이가 정해진 무인운반차의 경로상에 있어서, 상기 출발점 노드의 총거리값을 0으로, 나머지 노드들의 총거리값을 무한대로 초기화시키는 단계; 출발노드로부터 목적지 노드까지 진행 가능한 노드에 노드간의 총거리값을 입력하는 단계; 임의의 노드에서 입력된 거리값의 수가 2개 이상이면 입력 거리값중 최소값을 그 노드의 총거리값으로 선정하는 단계; 상기 총거리값을 계산하는 과정이 목적지 노드까지 도달하면 지나가는 노드들의 라벨을 스택에 저장하면서 출발 노드를 향해 역방향으로 진행하는 단계; 역방향으로 진행중 진행 가능한 노드가 2개 이상이면 최소의 거리값을 갖는 노드로 이동하는 단계; 및 역방향 진행이 완료되어 출발노드에 도달하면 역방향 이동과정중에 스택에 저장된 경로를 최단경로로서 선택하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 발명에 따라 각노드를 초기화한 후 출발노드로부터 목적지노드로 순차적으로 진행하면서 총거리값을 구하고, 목적지 노드에 도달하면 다시 목적지노드로부터 출발노드로 총거리값이 최소가 되는 노드들을 따라 진행하여 최단경로를 찾음으로써 신속하게 최단경로를 찾을 수 있다.

제1도는 본 발명이 적용되기에 적합한 전형적인 무인운반차시스템의 구성도.

제2도는 무인운반차시스템의 레이아웃 예를 도시한 도면.

제3도는 본 발명에 따른 무인운반차 운행경로 탐색방법의 흐름을 도시한 흐름도.

제4도는 본 발명의 방법을 적용하기 위한 실시예의 맴 구성도.

제5도는 제4도의 구성에서 본 발명에 따라 초기화단계를 수행한 경우의 도면.

제6도는 제4도의 구성에서 본 발명에 따라 진행 가능한 노드에 노드값을 입력하는 제1예.

제7도는 제4도의 구성에서 본 발명에 따라 진행 가능한 노드에 노드값을 입력하는 제2예.

제8도는 제4도의 구성에서 본 발명에 따라 복수개의 거리값 중에서 최소 거리값을 선택하는 예.

제9도는 제4도의 구성에서 본 발명에 따라 모든 노드의 노드값이 구해진 경우의 도면.

제10도는 제4도의 구성에서 본 발명에 따라 역방향 진행하는 것을 도시한 도면.

제11도는 제4도의 구성에 본 발명에 따라 거리값이 최소인 노드를 선택하여 진행하는 것을 도시한 도면.

제12도는 제4도의 구성에 본 발명에 따라 최단거리가 구해진 것을 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 주컴퓨터 12 : 제어패널

13 : 지상제어반 14 : 유도발진기

15 : 유도선 16 : 무인차

17-117-n,23 : 작업 스테이션 21 : 어드레스 마크

22 : 정지마크 24 : 진행방향 표시

25 : 충전스테이션

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명을 이해하기 쉽도록 본 발명에서 사용되는 경로와 노드에 대해 정확하게 정의하고 이의 자료구조를 구조체로 나타내기로 한다.

본 발명의 방법에서 "경로"란 노드와 노드를 연결하는 경로로서 기차의 선로와 같은 것이다. 경로는 항상 양끝단을 가지고 서로 다른 노드를 항상가지고 있어야 하는데, 모든 경로는 그 경로의 진행방향을 가지고 있고, 노드와 노드 사이의 경로의 길이가 정의되고, 노드와 노드 사이의 속도도 정의되야 한다.

한편, "노드(node)"란 무인운반차의 목적지를 나타내는 것으로 기관차의 역과 같은 것이다. 경로계획을 세울 때 가장 중요한 지점은 경로와 경로가 교차되어지는 곳(교차로)으로 이러한 교차로도 노드로 취급할 수 있다. 그러면 노드는 크게 실제 수화물을 이/적재하는 역(작업 스테이션)과 교차로인 가상 역(virtual station)으로 나눌 수 있다. 이때 역인 노드는 시작역, 종착역 혹은 중간역이므로 사방 네곳 중 항상 한 개 또는 두 개의 경로와 연결되어 있어야 한다. 가상역인 노드는 교차로 이므로 사방 네곳중 항상 두 개 이상의 경로와 연결되어져 있어야 한다.

여기서, 노드는 각 노드를 구별하기 위한 "라벨"과 위치 x,y를 가지고 있다. 노드가 작업 스테이션인지 가상 역(교차로)인지를 표시하는 변수가 있는데, 이 변수의 값이 0이면 노드는 역이며, 1이면 가상역이다. 주위의 노드들과의 연결성 및 방향성을 알려주는 것으로, 변수(around)와 변수(env)가 있다. 여기서 변수(Env)는 연결상태를 알려주며 연결되어 있으면 1 그렇지 않으면 0이다. 노드는 다음과 같은 구조체로 정의된다.

이어서, 상기와 같은 정의를 바탕으로 본 발명에 따른 최단경로 선정방법을 설명한다.

본 발명에 따른 최단경로 선정방법은 제3도에 도시된 바와 같이, 출발점 노드의 총거리값을 0으로, 나머지 노드들의 총거리값을 무한대로 초기화시키는 제1단계(S1); 출발노드로부터 목적지 노드까지 진행 가능한 노드에 노드간의 총거리값을 입력하는 제2단계(S2); 임의의 노드에서 입력된 거리값의 수가 2개 이상이면 입력 거리값중 최소값을 그 노드의 총거리값으로 선정하는 제3단계(S3,S4); 상기 총거리값을 계산하는 과정이 목적지 노드까지 도달하면 지나가는 노드들의 라벨을 스택에 저장하면서 목적지를 향해 역방향으로 진행하는 제4단계(S5,S6); 역방향으로 진행중 진행 가능한 노드가 2개 이상이면 최소의 거리값을 갖는 노드로 이동하는 제5단계(S7,S8,S9); 및 역방향 진행이 완료되어 출발노드에 도달하면 역방향 이동과정중에 스택에 저장된 경로를 최단경로로서 선택하는 제6단계(S10,S11)로 이루어진다.

이어서 상기와 같이 구성되는 본 발명의 각 단계의 작용을 제4도 내지 제12도를 참조하여 설명하기로 한다.

상기 제1단계(S1)에서는 제4도에 도시된 바와 같이, 각 노드의 총거리값(4146)은 "무한대값(∞)"으로, 출발노드의 번호(A)는 현재 노드번호로, 현재 노드(A)의 총거리값은 "0"으로 한다.

본 발명의 실시예에서는 A, B, C, D, E, F 5개의 노드가 경로로 연결되어 있으며, A,B노드간의 경로길이는 "1"이고, 진행방향은 A노드에서 B노드로 이고, B노드와 C노드 사이의 경로길이는 "2"이며, B노드와 D노드 사이의 거리는 "4", C노드와 E노드 사이의 경로길이는 "4", E노드와 D노드 사이의 경로길이는 "2", D노드와 F노드 사이의 경로길이는 "3"이다. 이때 A노드는 출발노드(start node)이고 F노드는 도착노드(finish node: 혹은 목적지 노드라고도 한다)이다. 따라서 A노드로부터 F노드에 이르는 경로는 A-B-D-F 경로와 A-B-C-E-D-F 노드에 이르는 경로가 럽다.

제4도를 참조하면, 출발노드인 A노드의 총거리값(41)은 "0"으로, 나머지 노드들의 총거리값(4246)은 무한대(∞)로 설정한다.

이어 제2단계(S2)에서는 진행 가능한 노드에 노드간의 총거리값을 입력하는데, 노드 B에서는 제5도에 도시된 바와 같이, 총거리값(42)이 "1"이다. 즉, A노드로부터 B노드까지의 경로길이가 1이므로, 노드 B에서는 총거리값이 "1"이다. 이어서 노드 C 및 노드 D에서는 제6도에 도시된 바와 같이, C노드의 총거리값이 "3"이고 D노드의 총거리값이 "5"이다.

즉, 노드 C의 거리값은 A-B노드간의 총거리값 1에 B노드와 C노드간의 경로길이 2를 더한 3이 되고, 노드 D의 총거리값은 A-B노드간의 총거리값 1에 B노드와 D노드간의 경로길이 4를 더한 5가 된다.

또한 노드 E 및 노드 F에서는 제7도에 도시된 바와 같이, E노드의 총거리값이 7이고 F노드의 총거리값이 8이다.

즉, 노드 E의 총거리값은 A-B-C노드간의 총거리값 3에 C노드와 E노드간의 경로길이 4를 더한 7이 되고, 노드 F의 거리값은 A-B-D 노드간의 거리값 5에 D노드와 F노드간의 경로길이 3을 더한 8이 된다.

그리고 노드 D에서는 제8도에 도시된 바와 같이, 총거리값 5(old data)뿐만 아니라 총거리값 9(new data)가 새로 구해지는데, A 노드로부터 노드 D에 이르는 경로가 2개이기 때문이다.

즉, 노드 D에서 총거리값 5는 제6도에서와 같이 A-B-D에 이르는 경로의 거리값이고, 총거리값 9는 A-B_C-E-D에 이르는 경로의 거리값이다.

이어서 제3단계(S3,S4)에서는 임의의 노드에서 입력된 거리값의 수가 2개 이상이면 입력 거리값중 최소값을 그 노드의 총거리값으로 선정한다. 본 발명의 실시예에서는 노드 D에서 총거리값이 5와 9 두 개가 있으므로, 이중에서 최소값인 5를 선택한다. 이와 같이 제1 내지 제3단계를 수행한 결과 본 발명의 실시예는 제9도에서와 같이 각 노드의 총거리값이 정해지는데, 이를 표로 정리하면 다음과 표 1과 같다.

상기 표 1에서 노드 D는 5와 9 두 개의 총거리값을 가지고 있으나 이중 최소값인 5가 선택된 것을 알 수 있다.

이어서 제4단계(S5,S6)에서는 총거리값을 계산하는 과정이 목적지 노드까지 도달하여 모든 노드들에 대한 총거리값이 구해진 후, 목적지 노드에서 출발노드를 향해 지나가는 노드들의 라벨을 스택에 저장하면서 역방향으로 진행한다. 이때, 역방향으로 진행중 진행 가능한 노드가 2개 이상이면 최소의 거리값을 갖는 노드로 이동한다(S7,S8,S9).

즉, 본 발명의 실시예에서 제4단계는 제10도에서와 같이 목적지 노드(F)로부터 출발노드(A)로 역방향으로 진행하고, 제11도에서와 같이 도착노드에서 두 개 이상의 경로가 있을 경우에는 거리값이 가장 작은 노드로 진행한다. 예컨대, 제11도에 있어서 노드 D에서는 노드 B로의 경로와 노드 E로의 경로가 있으나 노드 B의 총거리값이 1이고 노드 E의 경로값이 7이므로 노드 B로 진행한다. 이때 역방향 진행중에 지나가는 노드의 라벨을 스택에 저장해 놓는다.

이와 같이 역방향 진행이 완료되어 출발노드에 도달하면 역방향 이동과정중에 스택에 저장된 경로를 뽑아내면 최단경로가 된다(S10,S11).

본 발명의 실시예에서는 제13도에 도시된 바와 같이, A-B-D-F로의 경로가 최단 경로로서 선택된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따라 각 노드를 초기화한 후 순차적으로 총거리값을 구하면서 출발노드로부터 목적지 노드까지 진행하고, 목적지노드에 도달하면 역방향으로 진행하여 무인운반차의 최단경로를 탐색하므로써 신속하게 경로를 탐색할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 출발노드와 목적지노드 사이에 복수개의 노드들이 경로로 연결되어 있고, 각 노드를 식별하기 위한 라벨 및 각 노드간의 경로길이가 정해진 무인운반차의 경로상에 있어서, 상기 출발점 노드의 총거리값을 0으로, 나머지 노드들의 총거리값을 무한대로 초기화시키는 단계; 출발노드로부터 목적지 노드까지 진행 가능한 노드에 노드간의 총거리값을 입력하는 단계; 임의의 노드에서 입력된 거리값의 수가 2개 이상이면 입력 거리값중 최소값을 그 노드의 총거리값으로 선정하는 단계; 상기 총거리값을 계산하는 과정이 목적지 노드까지 도달하면 지나가는 노드들의 라벨을 스택에 저장하면서 출발 노드를 향해 역방향으로 진행하는 단계; 역방향으로 진행중 진행 가능한 노드가 2개 이상이면 최소의 거리값을 갖는 노드로 이동하는 단계; 및 역방향 진행이 완료되어 출발노드에 도달하면 역방향 이동과정중에 스택에 저장된 경로를 최단경로로서 선택하는 단계로 이루어진 무인운반차의 운행경로 탐색방법.