KR100585681B1 - 이동 로봇의 장애물 탐지방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동로봇의 장애물 탐지 방법에 관한 것으로, 이동 로봇의 병진속도를 이용하여 현재 이동속도로부터 장애물 탐지 기준 거리를 결정하고, 그 장애물 탐지 기준거리를 초음파센서에 의해 감지되는 장애물과의 거리를 비교하여 장애물을 탐지함으로써, 장애물 탐지를 위한 초음파센서의 데이터 처리시간을 단축시키도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 현재 로봇의 병진속도를 계산하고, 그 로봇의 병진속도로 장애물 탐지 기준거리를 결정하는 과정과; 초음파센서를 이용하여, 이동로봇과 외부 환경과의 거리를 감지하는 과정과; 상기 장애물 탐지기준 거리와 상기 이동로봇과 외부 환경과의 거리를 비교하고, 그 비교 결과에 근거하여 장애물 탐지여부를 결정하는 과정과; 상기 장애물 탐지여부에 따라, 이동로봇의 장애물 회피동작을 제어하는 과정으로 이루어진다.

Description

이동 로봇의 장애물 탐지방법{OBSTACLE DETECTION METHOD FOR MOBILE ROBOT}

도1은 일반적인 이동로봇이 목표물을 추적하는 모습을 보인 예시도.

도2는 일반적인 이동 로봇의 개략적인 구성을 보인 블록도.

도3은 본 발명 이동로봇의 장애물 탐지방법에 대한 동작흐름도.

도4는 도3에 있어서, 장애물 탐지거리 결정방법을 보인 그래프.

본 발명은 이동로봇의 장애물 탐지방법에 관한 것으로, 특히 이동 로봇의 병진속도를 이용하여 현재 이동속도로부터 장애물 탐지 기준 거리를 결정하고, 그 장애물 탐지 기준거리를 초음파센서에 의해 감지되는 장애물과의 거리를 비교하여 장애물을 탐지하도록 한 이동로봇의 장애물 탐지방법에 관한 것이다.

일반적으로, 엔터테인먼트 로봇 제품군은 사용자의 목적에 의해서만 작업을 수행하는 산업로봇과 달리 인공지능을 가지고 있어 생명체와 같이 자율적으로 행동할 수 있다.

상기 산업로봇은 교시된 경로를 따라 반복적으로 이동하면서 작업을 수행하며, 위치의 정밀도를 요구하는데 반하여, 엔터테인먼트군의 로봇은 위치의 정밀보 다 부드러운 움직임을 요구한다.

상술한 엔테테이먼트군의 로봇은, 내장된 프로그램에 따라 미리 설정된 주행하면서 소정 작업을 수행하는데, 이렇게 기설정된 주행 경로를 자동적으로 주행하기 위해서는 로봇의 위치와 주행거리 및 장애물등을 감지하기 위해 많은 수의 센서들이 사용된다.

예를 들어, 로봇의 정확한 방향전환을 감지하기 위한 자이로센서와, 바퀴의 회전수를 감지하여 주행거리를 판단하기 위한 엔코더와, 목표물과의 거리 및 장애물을 감지하기 위한 초음파 센서등의 수 많은 센서들이 로봇에 부착 설치되어 있다.

도1은 일반적인 이동로봇이 목표물을 추적하는 모습을 보인 예시도이고, 도2는 일반적인 이동로봇의 개략적인 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와같이 로봇이 일정 영역을 직진하다가, 충돌이 발생하면 그 충돌에 의해 장애물을 감지하는 장애물 감지부(1)와; 상기 장애물 감지부(1)에서 출력되는 신호에 의해, 그 장애물을 회피하기 위하여, 로봇의 주행을 전환하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부(2)와; 상기 제어부(2)의 제어신호에 의해, 좌륜모터(5)를 일정 속도로 구동하는 좌륜모터 구동부(3)와; 상기 제어부(2)의 제어신호에 의해, 우륜 모터(6)를 일정 속도로 구동하는 우륜모터 구동부(4)를 포함하여 구성한다.

먼저, 사용자에 의해 주행 명령이 발생하면, 제어부(2)는 로봇을 전진시키기 위하여, 좌륜모터(5)와 우륜모터(6)의 구동속도를 일치시키기 위한 제어신호를 출력한다.

이에 따라, 좌륜모터 구동부(3)는 상기 제어부(2)의 제어신호에 의해 좌륜모터(5)를 구동시키고, 우륜모터 구동부(4)는, 상기 제어부(2)의 제어신호에 의해 우륜모터(6)를 구동시킨다.

이에 따라, 로봇은 전진한다.

이때, 장애물 감지부(1)는, 외부 장애물과의 거리를 감지하고, 그 감지결과 장애물이 감지되면 그에 따른 장애물 감지신호를 상기 제어부 (2)에 인가한다.

이에 따라, 상기 제어부(2)는, 상기 장애물 감지신호에 의해 주행을 정지시켜, 그 장애물을 회피하기 위한 제어신호를 출력하는데, 이때 상기 제어부(2)는 로봇 청소기를 회전 방향에 따라 좌륜모터(5)와 우륜모터(6)의 속도를 달리하도록 하는 제어신호를 좌륜모터 구동부(3) 및 우륜 모터 구동부(4)에 출력한다.

이에 따라, 상기 좌륜모터 구동부(3)는 상기 제어부(2)의 제어신호에 의해 좌륜모터(5)를 구동시키고, 우륜모터 구동부(4)는, 상기 제어부(2)의 제어신호에 의해 우륜모터(6)를 구동시켜, 로봇을 임의의 랜덤 각도로 회전시킨다.

여기서, 상기 장애물 감지부는 초음파센서로 이루어져, 외부 장애물과의 거리를 감지하여 외부 환경지도를 작성하고, 또한 주행방향과 주행속도를 결정하는 근거를 제공하며, 아울러 로봇의 현재 위치를 추정하여 장애물 회피동작을 수행한다.

이때, 상술한 이동로봇의 장애물 감지방법은, 초음파센서의 데이터를 이용하는데, 그 초음파센서는 잡음이 많아서 로봇의 저속 동작시에 사용된다.

따라서, 종래 이동로봇은 상기 초음파센서의 잡음 영향을 줄이기 위하여 오 랜 시간의 데이터를 누적하여 사용하는데, 이러한 방법은 로봇의 응답시간을 길게하여 고속으로 동작하는 추적동작시, 장애물을 탐지하여 정지한후, 그 장애물을 회피하는 동작을 적응적으로 대처하지 못하여 장애물과 빈번하게 충돌하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 이동 로봇의 병진속도를 이용하여 현재 이동속도로부터 장애물 탐지 기준 거리를 결정하고, 그 장애물 탐지 기준거리를 초음파센서에 의해 감지되는 장애물과의 거리를 비교하여 장애물을 탐지함으로써, 장애물 탐지를 위한 초음파센서의 데이터 처리시간을 단축시키도록 한 이동로봇의 장애물 탐지방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 현재 로봇의 병진속도를 계산하고, 그 로봇의 병진속도로 장애물 탐지 기준거리를 결정하는 과정과; 초음파센서를 이용하여, 이동로봇과 외부 환경과의 거리를 감지하는 과정과; 상기 장애물 탐지기준 거리와 상기 이동로봇과 외부 환경과의 거리를 비교하고, 그 비교 결과에 근거하여 장애물 탐지여부를 결정하는 과정과; 상기 장애물 탐지여부에 따라, 이동로봇의 장애물 회피동작을 제어하는 과정으로 수행함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 이동로봇의 장애물 탐지방법에 대한 작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

우선, 본 발명 이동로봇의 장애물 탐지방법이 적용되는 장치는 도1과 동일하 다.

도3은 본 발명 이동로봇의 장애물 탐지방법에 대한 실시예의 동작 흐름도이다.

도3에 도시한 바와같이 본 발명은, 현재 로봇의 병진속도를 계산하고, 그 로봇의 병진속도로 장애물 탐지 기준거리를 결정하는 과정(SP1,SP2)과; 초음파센서를 이용하여, 이동로봇과 외부 환경과의 거리를 감지하는 과정(SP3)과; 상기 장애물 탐지기준 거리와 상기 이동로봇과 외부 환경과의 거리를 비교하고, 그 비교 결과에 근거하여 장애물 탐지여부를 결정하는 과정(SP4)과; 상기 장애물 탐지여부에 따라, 이동로봇의 장애물 회피 동작을 제어하는 과정(SP5)으로 이루어지며, 이와같은 본 발명의 동작을 설명한다.

먼저, 현재 로봇의 병진속도를 계산하고(SP1), 그 로봇의 병진속도로 장애물 탐지 기준거리를 결정하는데(SP2), 이와같은 장애물 탐지 기준거리를 결정하는 방법을 도4를 참조하여 설명한다.

우선, 이동로봇이 정지하면 장애물 탐지기준 거리를, 장애물 탐지 최소거리(L1)로 결정하고, 이때 상기 장애물 탐지 최소거리는 실험에 의해, 초음파에 의해 장애물을 감지할 수 있는 최소의 거리값으로 기설정된다.

만약, 상기 이동로봇의 병진속도가, 일정범위(0~V1) 이내에 존재하면, 하기의 수학식과 같이, 이동로봇의 속도에 비례하여 증가되는 거리를, 장애물 탐지기준거리로 결정한다.

[수학식]

장애물탐지 기준거리=(L2-L1)×V/V1 +L1

여기서,L1은 장애물 탐지 최소거리, V;로봇 병진속도, V1:로봇 기준속도

그리고, 상기 이동로봇이 병진속도가, 일정범위를 초과하여 존재하면 장애물 탐지 기준거리를, 장애물 탐지 최대거리로 결정하는데, 이때 상기 장애물 탐지 최대 거리는 실험에 의해, 초음파에 의해 장애물을 감지할 수 있는 최대의 거리값으로 기설정된다.

이후, 초음파센서를 이용하여, 이동로봇과 외부 환경과의 거리를 감지한다(SP3).

그 다음, 상기 이동로봇과 외부 환경과의 거리를, 상기 장애물 탐지 기준거리와 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 장애물 탐지여부를 결정하는데(SP4), 즉 상기 장애물 탐지기준 거리가, 상기 이동로봇과 외부 환경과의 거리 보다 크면 장애물 탐지로 결정하고, 상기 장애물 탐지기준 거리가, 상기 이동로봇과 외부 환경과의 거리보다 작으면 장애물 비탐지로 결정한다.

그 다음, 상기 장애물 탐지여부 결정에 따라, 이동로봇을 장애물로부터 회피시킨다(SP5).

다시 말해서, 본 발명은 이동 로봇의 병진속도를 이용하여 현재 이동속도로부터 장애물 탐지 기준 거리를 결정하고, 그 장애물 탐지 기준거리를 초음파센서에 의해 감지되는 장애물과의 거리를 비교하여 장애물을 탐지하도록 한 것이다.

상기 본 발명의 상세한 설명에서 행해진 구체적인 실시 양태 또는 실시예는 어디까지나 본 발명의 기술 내용을 명확하게 하기 위한 것으로 이러한 구체적 실시 예에 한정해서 협의로 해석해서는 안되며, 본 발명의 정신과 다음에 기재된 특허 청구의 범위내에서 여러가지 변경 실시가 가능한 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은, 이동 로봇의 병진속도를 이용하여 현재 이동속도로부터 장애물 탐지 기준 거리를 결정하고, 그 장애물 탐지 기준거리를 초음파센서에 의해 감지되는 장애물과의 거리를 비교하여 장애물을 탐지함으로써, 장애물 탐지를 위한 초음파센서의 데이터 처리시간을 단축시키는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 현재 로봇의 병진속도를 계산하고, 그 로봇의 병진속도로 장애물 탐지 기준거리를 결정하는 과정과;

   초음파센서를 이용하여, 이동로봇과 외부 환경과의 거리를 감지하는 과정과;

   상기 장애물 탐지기준 거리와 상기 이동로봇과 외부 환경과의 거리를 비교하고, 그 비교 결과에 근거하여 장애물 탐지여부를 결정하는 과정과;

   상기 장애물 탐지여부에 따라, 이동로봇의 장애물 회피동작을 제어하는 과정으로 수행함을 특징으로 하는 이동로봇의 장애물 탐지방법.
2. 제1 항에 있어서, 장애물 탐지 기준거리를 결정하는 과정은,

   이동로봇이 정지하면 장애물 탐지기준 거리를, 장애물 탐지 최소거리로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 장애물 탐지방법.
3. 제2 항에 있어서, 장애물 탐지 최소거리는,

   실험에 의해, 초음파에 의해 장애물을 감지할 수 있는 최소의 거리값으로 기설정되는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 장애물 탐지방법.
4. 제1 항에 있어서, 장애물 탐지 기준거리를 결정하는 과정은,

   이동로봇의 병진속도가, 일정 범위 이내에 존재하면, 하기의 수학식과 같이, 이동로봇의 속도에 비례하여 증가되는 거리를, 장애물 탐지기준거리로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 장애물 탐지방법.

   [수학식]

   장애물탐지 기준거리=(L2-L1)×V/V1 +L1

   여기서,L1은 장애물 탐지 최소거리, V;로봇 병진속도, V1:로봇 기준속도
5. 제1 항에 있어서, 장애물 탐지 기준거리를 결정하는 과정은,

   이동로봇이 병진속도가, 일정범위를 초과하여 존재하면 장애물 탐지 기준거리를, 장애물 탐지 최대거리로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 장애물 탐지방법.
6. 제5 항에 있어서, 장애물 탐지 최대거리는,

   실험에 의해, 초음파에 의해 장애물을 감지할 수 있는 최대의 거리값으로 기설정되는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 장애물 탐지방법.
7. 제1 항에 있어서, 장애물 탐지여부를 결정하는 과정은,

   상기 장애물 탐지기준 거리가, 상기 이동로봇과 외부 환경과의 거리 보다 크면 장애물 탐지로 결정하고,

   상기 장애물 탐지기준 거리가, 상기 이동로봇과 외부 환경과의 거리보다 작으면 장애물 비탐지로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 장애물 탐지방법.

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