KR100745975B1

KR100745975B1 - 그리드 맵을 사용하여 최소 이동 경로로 이동하는 방법 및장치

Info

Publication number: KR100745975B1
Application number: KR1020040116864A
Authority: KR
Inventors: 박준호; 이형기
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-12-30
Filing date: 2004-12-30
Publication date: 2007-08-06
Also published as: US7953551B2; US20060149465A1; KR20060078162A

Abstract

그리드 맵을 사용하여 최소 이동 경로로 이동하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 그리드 맵을 사용하여 최소 이동 경로로 이동하는 방법은 이동형 가전기기가 이동하는 공간을 구성하는 다수의 셀에서 목적지까지의 이동 비용을 계산하여 상기 이동 비용을 기준으로 목적지까지의 이동 경로를 생성하는 단계, 상기 이동 경로에서 방향이 변하는 경유점을 생성하는 단계, 상기 경유점에서 최단 거리 경유점을 선택하여 상기 이동 경로에서 최소 이동 경로를 산출하는 단계, 상기 제 1 최단 거리 경유점에서 제 2 최단 거리 경유점으로 이동하는 제 1 이동 단계, 상기 제 2 최단 거리 경유점으로 이동하는 방향에 존재하는 장애물을 감지하는 단계, 상기 장애물이 감지된 경우 상기 최소 이동 경로를 재생성하는 단계 및 상기 재생성한 경로에 존재하는 제 3 경유점으로 이동하는 제 2 이동 단계를 포함한다.

최단 거리(Shortest path), 그리드 맵(Grid map)

Description

그리드 맵을 사용하여 최소 이동 경로로 이동하는 방법 및 장치{Method and apparatus for moving minimum movement cost path using grid map}

도 1은 종래의 그리드 맵을 이용한 최적 경로 생성 알고리즘을 적용한 일 실시예이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 맵과 맵에 의해 생성된 경로 및 최단 경로를 보여주는 예시도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 맵을 생성하는 예시도이다.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 경유점을 기반으로 하여 최단 경로를 설정하는 함수이다.

도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 최단 경유점을 찾는 순서도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 생성 및 생성된 경로에 따라 이동을 수행하는 과정을 보여주는 순서도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인접 셀 기반 이동 방향과 비인접 셀 기반 이동 방향을 보여주는 예시도이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물과 충돌시 또는 근거리에서 감지한 경우 경로를 재설정하는 과정을 보여주는 예시도이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 원거리에서 장애물을 감지한 경우 경로 를 재설정하는 과정을 보여주는 예시도이다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 가전기기의 구성도이다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부의 구성 요소를 보여주는 예시도이다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동부의 구성요소를 보여주는 예시도이다.

도 12는 본 발명의 일 실시예와 종래의 D* 알고리즘에 따른 제 1 실시예이다.

도 13은 본 발명의 일 실시예와 종래의 D* 알고리즘에 따른 제 2 실시예이다.

도 14는 본 발명의 일 실시예와 종래의 D* 알고리즘에 따른 이동에 따른 경과 시간을 비교하는 도표이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 이동부 200 : 센서부

500 : 제어부 510 : 경로 생성부

520 : 경유점 생성부 530 : 최소 이동 경로 생성부

540 : 재계획 경로 생성부 1000 : 이동형 가전기기

이동형 가전기기가 이동하기 위해서는 여러가지 요건을 충족시켜야 한다. 장애물을 회피할 수 있어야 하며, 가전기기에 알맞게 이동하며 이동 거리를 짧게 해야 한다.

이동형 가전기기가 이동하는 공간은 주로 실내이므로, 가구, 침대와 같이 고정된 장애물이 존재한다. 따라서, 미리 가전기기에 가구, 침대의 위치를 입력시키면 가구와 침대와 같은 장애물을 회피하며 최단으로 이동할 수 있는 경로를 생성할 수 있다. 그러나 사람, 의자, 또는 누군가가 물체를 이동 공간에 가져온 경우와 같이 미리 입력된 장애물 외에도 새로이 존재하는 장애물이 있다. 예를 들어, 방에 가구와 침대를 장애물로 입력시켜 놓았는데, 누군가가 의자를 방안에 두어 새로운 장애물이 될 수 있다.

종래에 그리드 맵(Grid map)을 사용하여 이동 경로를 생성하여 이동을 수행하는 알고리즘이 제안되었다.

도 1은 종래의 그리드 맵을 이용한 최적 경로 생성 알고리즘을 적용한 일 실시예이다. D* 알고리즘("Optimal and Efficient Path Planning for Partially-Known Environments", Anthony Stentz, "In Proceedings IEEE International Conference on Robotics and Automation, 1994, 5)이라 불리는 이 방식은 셀 방식으로 이동 경로를 설정하여, 셀크기만큼 이동한다. 그리고 고정된 장애물이 아닌 새로운 장애물을 만나면 경로를 일부 재설정하여 이동하는 알고리즘이다.

(a)는 초기에 장애물의 위치를 입력하여 저장해둔다. 그리드 맵(Grid Map)은 이동할 영역에 대하여 일정 거리로 나눈 셀(Cell)들에서 목표지점으로 이동하기에 가장 적합한 방향에 대한 정보를 가지고 있다. (a)는 하나의 방에 대한 장애물 정보와 각 셀에 대한 정보가 있다. 고정된 장애물(10)이 존재하며, 목표지점은 'Goal' 로 표시하고 있다. 가로, 세로로 15x7의 셀로 구성되며, 각 셀에서 'Goal' 지점으로 이동하기 위해 8 방향중 어느 한 방향으로 이동하도록 정하고 있다. 10으로 표시되는 장애물이 있으나, 'Start'로 표시된 출발 지점에서 목표 지점까지 직진하면 도착할 수 있음을 그리드 맵에서 알 수 있다. 'Start'의 셀은 우측으로 이동할 것을 알리고 있으며, 그 다음 우측 셀에서도 역시 우측으로 이동할 것을 알리고 있다. 이렇게 지시된 방향으로 이동하면, 그리드 맵에 따를 때, 우측으로 직진하면 목표 지점에 도달할 수 있음을 알 수 있다.

그러나, 고정된 장애물(10)만이 존재할 경우에는 (a)의 그리드 맵을 통해 이동이 가능하지만, 새로운 장애물이 존재할 경우에는 수정이 필요하다. (b)와 같이 새로운 장애물(20)이 발견된 경우, 50 영역내의 그리드 맵은 수정되어야 한다. 수정된 그래드 맵은 50 영역 내에서와 같다. 새로운 장애물(20)에 의해 우측으로 진행하는 것이 어려우므로, 기존의 고정 장애물(10)의 주변을 둘러 가는 방식으로 경로를 재설정한다. 수정된 그리드 맵에서 이동하는 경로는 (c)와 같다.

그런데 (c)에서 알 수 있듯이, D* 알고리즘은 셀 단위로 움직이므로 최단 경로로 이동하지 못하는 경우가 발생한다. 직진했을 때에는 2.5 m 인데, 셀 단위로 이동할 경우에는 3.5 m를 이동해야 한다. 따라서 최단 거리의 이동이 어려울 수 있 다. 최단 거리를 이동하기 위해서는 셀의 크기를 줄일 수 있다. 그러나, 셀의 크기를 줄일 경우 저장해야 하는 데이터의 크기는 급격히 늘어난다. 예를 들어, 한 셀에 소요되는 메모리가 33byte라 하고, 가로, 세로의 길이가 12m인 방을 셀로 나타내는 경우, 한 셀을 가로, 세로의 길이를 20 cm로 나타낸다면, 계산해야 할 셀은 3600개이다. 그리고 메모리에 저장해야 할 데이터는 3600 * 33 byte로 총 118800 byte 이다. 반면, 한 셀을 가로, 세로의 길이를 10cm로 할 경우에는 계산해야 할 셀의 개수가 14400개이다. 그 결과 필요한 메모리는 14000 x 33byte로 475200 byte의 메모리를 필요로 한다. 셀의 길이를 1/2 줄인 결과 계산해야 할 데이터의 크기는 4배가 증가했다. 최단 거리로 이동하기 위해, 셀의 크기를 줄이면, 그만큼 저장해야 될 데이터가 늘어난다는 점에서, 바람직하지 않다.

따라서, 셀의 크기는 유지하면서, 최단 거리로 이동을 하는 방법이 필요하다. 또한 미리 입력되지 않은 장애물을 만난 경우에, 부분적으로 경로를 재설정하여 최단 거리를 이동하는 방법 및 이를 위한 장치가 필요하다.

본 발명의 기술적 과제는 이동형 가전기기가 그리드 맵의 셀을 사용하며 장애물을 회피하며 최소 이동 경로로 이동하는 데 있다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 그리드 맵의 인접 셀간의 위치에 제한되지 않는 방향을 사용하여 최소 이동 경로로 이동하는 데 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것 이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 그리드 맵을 사용하여 최소 이동 경로로 이동하는 방법은 이동형 가전기기가 이동하는 공간을 출발점과 목표점을 포함하는 다수의 셀로 나누어 셀을 기반으로 이동이 가능한 최소 이동 경로를 생성하는 단계 및 상기 최소 이동 경로를 따라 제 1 셀에서 제 2 셀로 이동하는 제 1 이동 단계를 포함하며, 상기 제 1 셀과 상기 제 2 셀이 인접하지 않는 경우, 상기 이동하는 방향은 인접하지 않는 두 셀의 물리적 위치에서 산출되는 비인접 셀 기반 이동방향이 다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 가전기기는 동력을 이용하여 이동하는 이동부, 상기 이동부가 이동하는 방향을 기준으로 전방에 존재하는 장애물을 감지하는 센서부 및 상기 이동부가 이동할 경로를 생성하여 상기 경로에 따라 이동하도록 상기 이동부를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 이동형 가전기기가 이동하는 공간을 구성하는 다수의 셀에서 목적지까지의 이동 비용을 계산하고 상기 이동 비용을 기준으로 목적지까지의 이동 경로를 생성하는 경로 생성부, 상기 이동 경로에서 방향이 변하는 경유점을 생성하는 경유점 생성부, 상기 경유점에서 최단 거리 경유점을 선택하여 상기 이동 경로에서 최소 이동 경로를 산출하는 최소 이동 경로 생성부 및 상기 센서부에서 장애물을 감지하는 경우, 상기 최소 이동 경로를 재생성하는 재계획 경로생성부를 포함한다.

본 명세서에서 제시하는 최단 경로는 목적지까지 가장 짧은 거리를 통해 이동하는 것을 의미한다. 그러나 이동에 소요되는 비용은 이동 거리 외에도 이동 각도, 계산 시간 등 많은 요소가 있다. 본 명세서에서는 이동에 필요한 비용을 판별하기 위해 거리를 기준으로 하며, 최단 경로를 최소 이동 경로의 일 실시예로 하고 있으나, 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니다. 최소 이동 경로는 최단 경로 외에도, 이동시 소요되는 비용을 최소로 하는 경로를 모두 포함한다.

(a)는 이동형 가전기기가 이동할 공간에 대해 미리 입력된 정보를 바탕으로 맵 정보를 생성하고, 경로(path)를 생성한 결과를 보여주고 있다. 맵 생성 방식은 도 3에서 상술하고자 한다. (a)의 맵은 가로, 세로가 9x5이며, 총 45개의 셀(Cell)로 구성된다. 각 셀은 목적지점(Goal)까지의 누적 거리 또는 누적 거리와 이동에 들어가는 비용에 대해 계산한 결과이다. 누적 거리 또는 이동 비용은 일 실시예이며, 각 셀에서 목적지까지 이동하기위해 최단 거리를 찾기 위해 필요한 가중치이다. 이하, 특정 셀을 지칭하기 위해서 각 셀의 좌표를 이용하고자 한다. 출발점(S)는 가로 좌표가 1, 세로 좌표가 3이므로 Cell(1,3)이라 한다. 각 셀에서 목적지까지 이동하는데 필요한 비용을 move_cost로 나타낼 때, Cell(1, 3)의 이동 비용은 move_cost(Cell(1, 3))이며 15이다.

(a)에서 이동 비용을 가지지 않는 셀은 이동형 가전기기가 이동할 수 없는 장애물을 나타낸다. 이렇게 각 셀에 대한 이동 비용을 (a)와 같이 계산하면, 다음으로 목적지까지 이동하기 위한 경로를 생성해야 한다. 이동할 경로는 각 셀에서 어느 셀로 이동할 것인지를 선택하여 이동 경로를 설정할 수 있다. (a)에서 출발점인 Cell(1, 3)의 주변에는 Cell(1,2), Cell(1,4), Cell(2,2)가 있다. 이중 이동 비용이 가장 적은 셀은 Cell(2, 2)이다. Cell(2, 2)로 이동한 후에는 다시 이동 가능한 셀 중에서 이동 비용이 낮은 셀을 선택한다. Cell(2, 2) 주변에는 Cell(1, 2), Cell(1, 1), Cell(2, 1), Cell(3,1), Cell(3, 2)이며, 각각의 가중치는, 14(Cell(1, 2)), 15(Cell(1, 1)), 14(Cell(2, 1)), 13(Cell(3,1)), 12(Cell(3, 2)) 이므로, 이중에서 가장 작은 비용을 가지는 셀인 Cell(3, 2)를 선택한다. 이러한 방식으로 이동 가능한 셀 중에서 가장 작은 이동 비용을 가지는 셀을 선택하여 목 적지까지 이동할 수 있는 경로가 생성된다.

경로가 생성되면 (b)와 같이 경유점을 설정할 수 있다. 경유점(via point)란 이동 경로에서 회전 또는 방향을 바꾸는 지점을 의미한다. (b)에서 Cell(2, 2), Cell(3, 2), Cell(6, 5), Cell(8,5), Cell(9, 4)가 모두 경유점이 된다. 출발점과 목적지도 경유점이 될 수 있다. 경유점을 설정하는 것은 (c)와 같이 최단 경로를 생성하기 위함이다.

최단 경로는 불필요한 이동을 줄인다. 도 2의 (b)에서 설정한 경유점 기준 이동 경로는 셀 단위로 이동이 이루어진다. 예를 들어, Cell(3, 2), Cell(6, 5), Cell(8, 5)까지는 불필요한 Cell(6,5)를 거쳐서 이동하고 있다. 따라서, Cell(3, 2)에서 Cell(8, 5)까지 직진해서 이동하는 경로가 최단 경로가 된다. 이러한 경유점을 기반으로 최단 경로를 찾은 결과는 (c)와 같다. 각 경유점에서 다음 경유점 또는 그 다음 경유점까지 직진할 수 있는지를 파악하여, 불필요한 경유점을 삭제한다. (b)에서 불필요한 경유점은 Cell(6, 5)이므로, (c)에서는 해당 경유점이 삭제되어 최단 경로를 설정한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 맵을 생성하는 예시도이다. 도 3에서는 맵의 각 셀들을 사각형으로 형성하고 있다. 육각형, 삼각형을 통해서도 맵을 구현할 수 있다. (a)는 상하좌우로 이동시에는 비용을 1로, 대각선으로 이동시 비용을 2로 계산하여 생성한 맵이다. 맵의 각 셀들이 가지는 비용, 가중치는 셀간의 이동을 통해 목적지(Goal)까지 이동하는데 필요한 최소 비용을 도출하였다. 예를 들어 목적지인 Cell(9, 2)의 윗쪽에 있는 셀인 Cell(9, 3)은 목적지에서 1 셀만큼 윗쪽 에 있으므로 비용은 1이 된다. 마찬가지로 Cell(9, 4)는 Cell(9, 3)에서 1 셀만큼 위쪽에 있으므로 비용은 2가 된다. 이러한 방식으로 각 셀의 가중치, 또는 이동 비용을 설정할 수 있다. Cell(8, 5)는 Cell(9, 4)과 Cell(9, 5)에서 계산 가능하다. Cell(9, 4)의 비용은 2, 그리고 Cell(9, 4)에서 Cell(8, 5)까지 이동하는데 드는 비용은 2 이다. 그리고 Cell(9, 5)의 비용은 3, Cell(9, 5)에서 Cell(8, 5)까지 이동하는데 드는 비용은 1 이므로 Cell(8, 5)가 가질 수 있는 최소 이동 비용은 4가 된다. 이러한 방식으로 대각선 이동시에는 +2, 상하좌우 이동시에는 +1로 계산하여 주변 셀에서 가장 이동 비용이 낮은 값을 선택한 것이 각 셀의 가중치, 또는 이동 비용이 된다.

한편 Cell(8, 5)를 계산함에 있어서 Cell(7, 5) Cell(7, 4)역시 인접한 셀이지만, 계산시에는 크게 고려할 필요가 없다. 이들 셀들은 아직 확정된 가중치, 또는 이동 비용을 가지지 않기 때문이다. 계산의 편의를 위해, 셀에서의 이동 비용을 계산하기 전에 모든 셀에 대해 초기값으로 특정 값으로 미리 설정할 수 있다. 이에 대한 특정 값은 각 셀이 가질 수 있는 최대 이동 비용보다 더 큰 값을 설정하면 가능하다. 예를 들어, (a)와 같이 가로, 세로로 9x5 개의 셀들은 이동 비용이 1000을 넘지 않는다. 따라서 셀들의 초기 값으로 미리 1000을 넣어둔다면, 이후 계산시에 최소 이동 비용이 설정되지 않은 인접 셀들로부터 이동 비용을 계산할 경우, 더 간편하게 도출할 수 있다.

(b)는 이동 비용을 계산함에 있어서 상하좌우로 이동시에는 비용을 1로, 대각선 방향으로 이동시에 1.5를 더해주는 경우 산출된 셀의 가중치이다. 역시 (a)와 같은 방식으로 도출된다.

(b)의 Cell(5, 4)의 경우, 이동 가능한 셀은 인접한 총 8개의 셀들이다. 이 중에서 아직 최소비용이 계산되지 않아 최대값을 가지는 Cell(4, 3), Cell(4, 4), Cell(4, 5), Cell(5, 3), Cell(6, 3)은 제외하고, Cell(5, 5), Cell(6, 5), Cell(6, 4)를 기준으로 Cell(5, 4)의 이동 비용을 구해보면 다음과 같다.

(1) Cell(5, 5)에서 이동시: move_cost(Cell(5, 5)) + 1, 이동 비용은 7.5

(2) Cell(6, 5)에서 이동시: move_cost(Cell(6, 5)) + 1.5, 이동 비용은 7

(3) Cell(6, 4)에서 이동시: move_cost(Cell(6, 4)) + 1, 이동 비용은 7

위에서 구한 이동 비용중에서 (2)와 (3)이 가장 작은 값인 7을 가지므로 Cell(5, 4)의 이동 비용은 7이 된다. 이외에도 Cell(5, 2) 역시 대각선 방향의 Cell(6, 3)으로부터 최소 이동 비용을 구하여 8이 되며, Cell(4, 1) 역시 대각선 방향의 Cell(5, 2)로부터 최소 이동 비용을 구하여 9.5가 된다.

(a), (b)의 산출 과정을 식으로 정리하면 다음과 같다.

가로가 n 개의 셀, 세로가 m 개의 셀로 이루어진 맴에 있어서 초기에 1000이라는 최대값이 할당되어 있다. 그리고 목적지의 move_cost는 0이 된다.

move_cost(Cell(i. j) = min{move_cost(Cell(a, b)),

i - 1≤ a≤i + 1, j - 1≤ b≤j + 1}

산출된 맵 정보를 바탕으로 출발지에서 목적지까지의 경로는 도 2에서 설명한 바와 같이, 인접한 셀 중에서 가장 최소의 이동 비용을 가지는 셀들을 통해 결정된다.

모든 경유점에 대한 정보를 V[n] 이라는 배열이 가지고 있을 때, 어느 한 경유점인 V[cnt]에서 V[subcnt]까지 경로가 존재하는 지를 PathExists()라는 함수를 통해 구할 수 있다. PathExists() 함수는 다양하게 구현될 수 있으며, 이 때, 장애물의 위치를 고려하여 중간에 존재하는 경유점을 거치지 않고 이동할 수 있는지 여부를 판별할 수 있다. 인접하지 않은 경유점간에 이동이 가능하면 EraseDummyViapoint()라는 함수를 통해 불필요한 경유점을 삭제한다.

최단 경유점은 인접하지 않은 경유점간에 이동이 가능한지를 검토하는 것으로 도 4a의 PathExists() 과정을 설명하고 있다. 먼저 두 경유점을 선택한다. 두 경유점은 A, B라는 인덱스를 가진다. 처음 시작은 첫번째 경유점과 세번째 경유점으로부터 시작한다(S100). B번째 경유점이 존재하면(S110), B번째 경유점과 A번째 경유점 사이에 직선을 긋는다(S120). 이 직선은 이동 경로가 될 수 있는 직선이다. 그리고 직선상에 장애물이 존재하는지 검토한다(S130). 장애물이 존재하지 않는다면 B-1번째 경유점을 거치지 않아도 이동이 가능하므로 B-1번째 경유점을 삭제한다(S140). 그리고 B가 목표점인지 판단한다(S150). B가 목표점이 아니라면 계속 최단 경유점을 찾기위해 다음번 경유점을 선택하는 S160 단계를 수행한다. 한편 B가 목표점이라면, A+2가 목표점인지 살펴보아서(S170), 다시 재귀적으로 최단 경유점을 설정하기 위한 작업을 수행한다. 이를 위해 S180 과정을 수행한다. S180 과정은 다 음 경유점을 설정하기 위해 A를 1 증가시키고, B번째 경유점을 A에서 2만큼 떨어진 경유점부터 시작하도록 설정한다.

S150 단계에서 B가 목표점이 아니라면, 다음 경유점을 기반으로 최단 경유점을 찾기 위해 S160 단계를 수행한다.

한편 S130단계에서 장애물이 존재한다면 A번째 경유점과 B번째 경유점 사이에 직선으로 이동할 수 없음을 의미한다. 따라서, 바로 S150 과정을 통해 B 경유점이 목표점인지 검토하고, 목표점인지 여부에 따라 S160 또는 S170 과정을 수행한다.

맵을 생성하여 이동 비용을 계산한다(S200). 맵은 도 2의 (a)와 같이, 목적지까지 이동하는데 걸리는 비용을 바탕으로 계산할 수 있다. 또한 맵을 생성하기 위해 사용자로부터 이동 공간에 대한 정보를 사용자로부터 입력받을 수 있고, 또는 미리 저장된 데이터를 사용할 수 있다. 이동 공간에 대한 정보는 공간의 크기와 셀에 대한 정보, 그리고 이동 공간 내에 존재하는 장애물 들의 위치에 대한 정보를 포함한다.

이동하는데 필요한 비용을 계산시에는 각 셀에 이동시 발생할 수 있는 장애 요소를 가중치로 두어서 맵을 생성할 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 셀을 사각형으로 하고 있으나, 이는 일 실시예에 해당하며, 육각형, 삼각형 등 여러가지 형식으로 구현할 수 있다. 맵을 형성한 후에는 경로를 생성한다(S210). 경로를 생 성하는 것은 출발지에서 목적지까지 초기의 경로를 생성하는 것을 의미한다. 경로는 가장 비용이 작은 지점으로 이동하는 방식 등을 통해 생성할 수 있다.

경로가 생성되면, 셀 중에서 경유점(Via Point)이 될 수 있는 셀을 선택하여 경유점을 생성한다(S220). 경유점은 이동시 방향이 달라지는 지점을 의미한다. 생성된 경유점을 토대로 도 2에서 살펴본 바와 같이 필요없는 경유점을 제거하여 이동 거리를 단축시킨다(S230). 경유점을 제거하기 위해서는 장애물의 위치를 고려한다. 이렇게 몇몇 경유점을 제거한 결과 최단 거리 경유점을 산출할 수 있다(S233). 최단 거리 경유점이란 S220 단계에서 생성한 경유점에서 필요없는 경유점들을 삭제한 후에 존재하는 경유점을 의미한다. 최단 거리 경유점으로 구성된 경로는 최소 이동 경로가 된다. 출발 전에 최소 이동 경로를 설정하면, 설정한 결과에 따라 n번째 경유점 방향으로 이동한다(S235). 이는 전술한 최단 거리 경유점을 순차적으로 이동하며, 전술한 최소 이동 경로를 따라 이동하는 것을 의미한다. 초기에 n은 첫번째 경유점을 기준으로 설정된다 그러나 경유점으로 이동하는 중에 충돌 센서를 통해 장애물이 감지되거나, 또는 다음 경유점으로 이동하기 전에 거리 센서를 통해 장애물을 감지할 수 있다. 따라서 S238 단계에서 이동시, 또는 이동전에 감지한 결과 장애물이 존재하는지 판단한다. 그 결과 장애물이 존재하면 다시 경로를 재생성한다(S240). 이때, 경로를 재생성하는 것은 전체 경로가 아니라 일부 경로만을 재생성할 수 있다. 현재 감지한 장애물의 위치에 따라 앞으로 이동할 경유점까지의 이동 경로를 재생성한다. 만약 S238 단계에서 장애물이 존재하지 않는다면, 경유점에 도착하였는지 판단한다(S250). 경유점에 도착하지 않았다면 다시 S235 과정으로 돌아가서 경유점으로 이동한다. 만약 경유점에 도착하였다면, 도착한 경유점이 목표점인지 판단하여(S260), 목표점이 아니라면, 역시 다음 경유점으로 이동하기 위해 n을 1만큼 더한다(S270). 그리고 n번째 경유점으로 이동한다(S235). 한편, 목표점으로 도달했다면, 이동을 완료한다.

본 발명의 일 실시예와 D* 알고리즘을 사용하는 것과의 차이는, 최소 이동 경로를 계산함에 있어서, D* 알고리즘은 각 셀에서 이동할 수 있는 방향이 한정되어 있다는 것이다. 이는 각 셀과 인접하는 셀들과의 관계에서 나타나고 있다.

그러나, 이동할 수 있는 방향이 다양하지 않고, 일정 방향으로만 고정될 경우, 도 1에서 살펴본 바와 같이 최단 거리를 이동하기 어렵다. 그러나 셀을 기반으로 하지 않을 경우, 또는 셀의 크기를 줄일 경우, 최단 거리를 이동하는 데 근접할 수는 있으나 계산해야 할 데이터의 분량이 급속도로 높아짐을 보았다. 따라서, 전체 공간에 대한 정보는 셀 단위로 구성하여 계산하되, 이동시에는 인접 셀을 기반으로 하는 방향을 포함하면서, 비인접 셀과의 관계를 통해 방향을 정하게 되면, 이동할 수 있는 방향이 다양해지고, 결과적으로 최단 거리를 이동할 수 있다.

도 6은 여러가지 셀들을 보여주고 있다. 셀들은 공간을 일정 크기로 나눈 것으로 (a), (b), (c), (d)와 같이 정사각형, 직사각형, 육각형, 삼각형 등으로 구성할 수 있다. 도 6에서는 셀들을 세가지로 나누고 있다.

이동형 가전기기가 위치하는 중심셀, 그리고 이 중심셀에 인접하는 인접셀과 인접하지 않는 비인접셀로 구성된다. D* 알고리즘은 (a)와 같이 중심셀에서 인접셀로 이동하는 방향을 정의하여 이동이 가능하도록 한다. 그러나 (a)에서 알 수 있듯이, 인접셀의 이동방향은 한계가 있다. 예를 들어, (a)와 (b)와 같이 사각형 기반인 경우에는 8개의 방향으로 이동 가능하다(실선 화살표). 그리고 (c), (d)의 육각형, 삼각형에서는 6개의 방향으로 이동 가능하다(실선 화살표). 그러나 비인접셀로의 이동 방향은 이외에도 존재한다. (a)와 (b)에서 비인접셀을 기반으로 하는 이동 방향이 점선으로 보여지고 있다. (c), (d) 역시 비인접셀을 기반으로 하는 이동 방향이 점선으로 보여지고 있다. 이들 비인접셀을 기반으로 할 경우 이동 방향이 다양해지면서, 셀기반의 계산이 이루어진다는 점에서 이동의 성능을 높일 수 있다.

따라서 본 발명의 일 실시예에 따를 경우 이동형 가전기기의 이동 방향은 크게 두가지로 나뉘어진다.

인접 셀 기반 이동 방향(neighbor-cell based movement direction)은 한 셀에서 이동하는 방향이 인접 셀과의 관계에서 산출되는 방향이다. 주로 한 셀 크기만큼 이동하는 경우 참조하는 방향이다. 비인접 셀 기반 이동 방향(apart-cell based movement direction)은 한 셀에서 이동하는 방향이 인접하지 않은 셀과의 관계에서 산출되는 방향이다. 주로 한 셀의 크기보다 더 큰 거리를 이동하는 경우 참조하는 방향이다. 본 발명의 일 실시예에서는 초기에 경유점을 생성시에는 인접 셀 기반 이동 방향으로 이동 경로를 생성하고, 여기에서 최소 이동 경로를 산출하기 위해 비인접 셀 기반 이동 방향으로의 이동을 포함하도록 한다. 그 결과, 이동형 가전기기는 셀에 국한되지 않고 다양한 방향으로 이동이 가능하다. 또한 다양한 방 향으로 이동이 가능함에도 이동 경로를 계산시에는 셀을 기반으로 하므로 계산량이 증가하지 않으며, 계산에 따른 속도 지연을 피할 수 있다.

Cell(6, 2), Cell(6, 3), Cell(6, 4)는 초기 경로 생성시에 장애물이 없는 곳이었다. 따라서, 최소 이동 비용이 각각 9, 8, 7과 같으며, 최소 이동 경로를 따라 이동하기 위해서는 Cell(6, 4)를 거쳐야 한다. 이동형 가전기기가 Cell(1, 3)에서 출발하여 Cell(2, 2), Cell(3, 2)를 거쳐, Cell(8, 5)를 향해 이동중에 Cell(5, 3)의 위치에서 장애물을 감지하게 된다. 이는 근거리 장애물을 감지하는 센서를 통해 감지하거나 충돌 센서를 통해 장애물과 접촉하였을 경우에 감지 가능하다. 장애물의 발견으로 Cell(8, 5)까지 직진하는 것이 불가능함을 알게된 이동형 가전기기는 도 5의 S240 단계에서 제시된 바와 같이 일부 경로를 재생성한다. 이때에는 전체 경로를 다시 바꾸는 것이 아니라, 현재 이동하는 것이 불가능한 Cell(8, 5)까지의 경로를 재생성한다. 경로를 재생성 하는 방법으로는 도 2에서 살펴본 바와 같이 현재 위치에서 가장 작은 이동 비용을 가지는 셀로 이동하면서 경유점을 생성한다. 그 결과 생성된 경로는 Cell(5,3), Cell(5, 4), Cell(6, 5), Cell(8, 5)를 경유점으로 한다. 새로이 생성된 생성된 경유점에 대해, 도 4의 예에서 살펴본 함수를 적용하여 최단 거리 경유점을 선택할 수 있다. 도 7의 실시예에서는 경로 재설정시에 불필요한 경유점이 존재하지 않는바, (b)와 같이 수정된 경로를 통해 이동 가능하다.

한편, 상기 Cell(8,5)로 이동하는 경로가 전혀 존재하지 않는다면 다시 전체 맵에 대해 셀의 이동 비용을 재계산하여 경유점을 새로이 생성하여 이동할 수 있다. 또는 현재 위치에서 목적지에 도달하기 위한 영역만큼 맵을 재생성하여 셀의 이동 비용을 재계산할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 원거리에서 장애물을 감지한 경우 경로를 재설정하는 과정을 보여주는 예시도이다.

도 7은 장애물 근처에 도달해서 장애물을 감지하거나, 또는 충돌하였을 경우에 장애물을 피해서 이동하는 과정을 보여주고 있다. 도 8은 이동형 가전기기가 다음 경유점으로 이동하기 전에, 거리 센서를 통해 다음 경유점으로 이동하는데 있어서 장애물이 존재하는지를 판단한다. (a)에서 이동형 가전기기는 Cell(1, 3)에서 출발하여 Cell(2, 2), Cell(3, 2)를 거쳐 이동한다. Cell(1, 3)에서 Cell(2, 2), Cell(2, 2)에서 Cell(3, 2)까지는 장애물이 없다. Cell(3, 2)에서 Cell(8, 5)를 향해 센서를 통해 장애물이 존재하는지 검토한다. 그 결과 Cell(6, 4)에 장애물이 존재함을 센서를 통해 감지한다. 따라서, Cell(8, 5)까지 직진할 수 없으므로 경로를 재설정한다. 경로의 재설정은 원거리 센서를 통해 Cell(6, 2), Cell(6, 3), Cell(6, 4)에 출발전에 알지 못했던 장애물이 존재함을 알게 된다. 그 결과 Cell(6, 2), Cell(6, 3), Cell(6, 4)은 장애물이 있는 것으로 처리하고, 일부 경로를 재설정하게 된다. 재설정시에는 먼저 이동 경로를 (b)와 같이 설정한다. 경로를 설정하면 경유점이 나타나며, 경유점을 토대로 최소 경로를 다시 산출할 수 있다. (b)에서는 최소 경로를 위해 삭제할 경유점이 존재하지 않으므로 (b)에서 설정한 경로를 최소 경로로 하여 Cell(8, 5)까지 이동하고, Cell(8, 5)에서는 초기에 설정한 경로를 토대로 하여 이동한다.

본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어, 즉 '~모듈' 또는 '~테이블' 등은 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~모듈' 또는 '~부'는 어떤 기능들을 수행한다. 그렇지만 '~모듈' 또는 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~모듈' 또는 '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~모듈' 또는 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 모듈들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 모듈들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 모듈들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 모듈들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.

이동형 가전기기(1000)는 이동부(100), 센서부(200), 작업수행부(300), 사용자인터페이스(400), 그리고 이들을 제어하는 제어부(500)를 포함한다.

작업수행부(300)는 이동형 가전기기(1000)의 기능을 수행한다. 이동형 가전 기기(1000)가 가습기의 경우 가습 기능을 제공한다. 공기청정기의 경우 공기청정 기능을, 청소기의 경우 진공청소의 기능을 제공한다. 이외에도 이동을 통해 그 기능이 향상되는 이동형 가전기기의 기능 수행을 선택적으로 포함한다.

사용자인터페이스(400)는 사용자로부터 기능 선택과 제어에 관한 사항을 입력받고, 현재 상태 또는 현재 기능에 대한 정보를 출력하는 기능을 제공한다. 리모트 컨트롤로부터 입력 신호를 받을 수 있으며, 이동형 가전기기(1000)에 장착된 기능키 또는 입력 버튼을 통해 입력 신호를 받을 수 있다. 정보를 출력하기 위해서는 디스플레이 창을 포함할 수 있다. 출력되는 정보가 간단할 경우, LED와 같은 발광 소자를 사용하여 구성할 수 있다.

또한, 사용자인터페이스(400)를 통해, 사용자가 이동형 가전기기(1000)가 이동할 공간에 대한 정보를 입력할 수 있다. 이동할 공간의 크기, 셀의 크기, 그리고 장애물의 위치, 목표 지점 등에 대해 사용자가 설정할 경우, 제어부는 이 정보를 통해 경로를 생성하고, 최소 이동 경로를 산출하여 이동할 수 있게 한다.

센서부(200)는 장애물센서부(210), 충돌센서부(220), 추락센서부(230), 벽센서부(240), 그리고 센서신호처리부(290)를 포함한다. 센서부는 이동시에 장애물을 감지하거나 장애물과의 충돌을 감지한다.

장애물 센서부(210)는 일정 거리 이내에 장애물이 존재하는지, 또는 이동하려는 방향에 장애물이 존재하는지를 검토한다. 감지는 초음파를 보내거나 적외선 신호를 보내고, 반향파의 도달 시간을 계산하여 측정할 수 있다. 초음파, 적외선, 레이저 등을 사용하는 센서는 일 실시예이며, 다른 방식으로 거리를 감지하는 센서 부도 적용 가능하다.

충돌센서부(220)는 이동형 가전기기(1000)가 이동중에 다른 물체와 충돌하는 것을 감지하는 기능을 수행한다. 충돌센서부(240)는 접촉에 의해 온/오프 신호를 발생시키는 작은 스위치들을 이동형 가전기기(1000)의 외부에 장착시켜 구성할 수 있다. 이동형 가전기기(1000)는 이동 전에 전체 이동 공간에 대한 맵을 가지고, 어디에 장애물이 존재하고, 이 장애물을 회피하며 목적지에 도달하기 위한 경로를 이미 산출하였으므로, 충돌센서부(220)에 의해 감지되는 장애물은 대부분 알려지지 않은 장애물이거나, 새로이 나타난 장애물 등이 될 수 있다.

추락센서부(230)를 더 포함할 수 있다. 추락센서부(250)는 지면에서 움푹 들어간 곳 또는 경사가 급격한 곳, 계단 등을 센서를 통해 감지하여 더 이상 진행하지 않게 한다. 추락센서부(250)는 센서를 통해 진행하는 방향으로 보낸 신호가 균일하게 들어오는지 등을 통해 움푹 들어간 곳을 감지할 수 있다. 추락센서부(230)는 지면으로부터 반사되는 신호의 균일성 여부로 판단할 수 있으며, 추락 외에도 바닥에 돌출한 부분을 감지할 수 있다.

또한, 맵에서 알려진 벽면에 대한 감지를 수행하는 벽센서부(240)를 더 포함할 수 있다.

벽센서부(240)는 가전기기(1000)가 벽과 일정 거리 이상을 유지하도록 벽을 감지하는 기능을 한다. 감지하는 기능은 초음파를 보내거나 적외선 신호를 보내고, 반향파의 도달 시간을 계산하여 측정할 수 있다. 초음파, 적외선, 레이저 등을 사용하는 센서는 일 실시예이며, 다른 방식으로 거리를 감지하는 센서부도 적용 가능 하다. 벽센서부(240)는 벽과의 거리를 측정하여 맵에 정보를 업데이트 할 수 있다.

센서신호처리부(290)는 전술한 센서부에서 발생한 신호를 제어부(500)로 전달하는 기능을 한다. 어느 센서부가 어떤 신호를 발생했는지를 처리하여 보내준다. 예를 들어 장애물센서부(210)가 50cm 이내에 물체가 있음을 발견하여 신호를 발생시키면, 이 신호를 센서신호처리부(290)에서 제어부(500)로 50cm 이내에 물체가 있음을 알리는 정보로 변환하여 보낸다.

제어부(500)는 초기에 사용자로부터 입력된 이동 공간에 대한 정보를 바탕으로 맵을 생성하고, 이동 경로를 산출하여 이동부에 이동을 제어한다. 또한 이동중에 센서부(200)에서 입력되는 장애물에 대한 정보를 바탕으로 경로를 재수정하거나 재설정하는 작업을 한다.

제어부(500)를 구성하는 세부 구성요소는 경로 생성부(510), 경유점 생성부(520), 최소 이동 경로 생성부(530), 재계획 경로생성부(540), 그리고 제어신호 생성부(590)가 있다.

경로 생성부(510)는 맵을 생성하고 각 셀의 가중치를 계산하여 초기 경로를 생성한다. 도 5의 S200과 S210 단계를 수행한다. 이 단계를 수행하기 위해 사용자 인터페이스(400)로부터 자료를 입력받아서 이를 토대로 맵을 작성할 수 있다.

경유점 생성부(520)는 경로생성부(510)에서 생성한 경로를 토대로 경유점(Via Point)를 생성한다. 경유점은 이동시 방향을 회전하는 지점이다. 이를 구하는 일 실시예로는 다음과 같다. 이동 경로상에 존재하는 모든 셀을 PathPoint(n)라 할 때, 특정 셀 PathPoint(i)가 경유점이 되는지 되지 않는지를 판단하기 위해서는 PathPoint(i-1)과 PathPoint(i+1)의 직선위에 PathPoint(i)가 존재하는지를 판단하면 된다. 그 결과 존재한다면 PathPoint(i)는 경유점이 되지 않는다. 그러나 직선위에 PathPoint(i)가 존재하지 않는다면 이동시 방향을 바꾸는 지점이므로 경유점이 된다.

다음으로 최소 이동 경로 생성부(530)이다. 최소 이동 경로 생성부(530)는 기존에 셀 단위로 이동하여, 실제 최적화된 거리를 이동하지 못하는 방식에서 탈피하도록, 경유점을 기반으로 하여 최적화된 경로를 이동하도록, 경로를 재설정하는 부분이다. 이는 도 4에서 예시적으로 제시한 프로그램 코드에서 알 수 있듯이, 인접하지 않는 경유점 사이에 이동이 가능한지를 살펴보아 불필요한 경유점을 제거한다.

이렇게 경로생성부(510), 경유점 생성부(520), 그리고 최소 이동 경로 생성부(530)을 통해 초기에 이동할 경로가 정해지면, 이 정보는 제어신호 생성부(590)으로 전송되어, 이동부를 제어하여 이동을 실시한다. 그러나 센서부(200)를 통해 이동중에 새로운 장애물을 감지하거나 충돌하는 경우, 경로를 재설정한다. 재계획 경로생성부(540)는 센서부(200)에서 송신한 정보에 따라, 장애물을 회피하여 이동하는 경로를 생성한다. 이는 도 7, 도 8에서 살펴본 바와 같이 경로를 재생성하고, 이에 따라 다시 경유점 생성부(520)와 최소 이동 경로 생성부(530)으로부터 새로이 경유점에 대한 정보와 최소 이동 경로에 대한 정보를 얻을 수 있다.

제어신호 생성부(590)는 경로생성부(510), 경유점 생성부(520), 최소 이동 경로 생성부(530), 재계획 경로생성부(540)에서 생성한 정보에 따라 움직일 방향과 거리에 대한 정보를 바탕으로 이동부(100)를 제어한다. 후술할 이동부의 여러 구성 요소들을 제어하여 이동할 방향과 이동할 거리를 제어한다. 또한 부가적으로 속도에 대한 정보를 이동부(100)에 전달할 수 있따. 또한, 이동부에서 움직인 거리와 방향을 피드백 받아서 현재 위치를 계산할 수 있다.

이동부(100)는 제어부에서 제어하는 정보에 따라 이동한다. 이동부(100)는 이동형 가전기기를 이동시킨다. 이동부는 크게 동력을 생성하는 구동부(120)와 이 동력을 통해 이동을 수행하는 주행부(110)를 포함한다. 또한 이동한 거리를 산출하는 이동거리산출부(130)를 포함한다.

이동부가 이동하기 위해서는 어느 방향으로, 어느 거리를 이동해야 하는지에 대한 정보가 필요하다. 이 정보는 센서부(200)에서 수신한 정보를 토대로 제어부(500)의 이동경로생성부(540)가 생성한 정보를 포함한다.

예를 들어, 센서부에서 취합한 장애물과 벽의 위치 정보는 제어부로 보내져서 이동부의 어느 주행부를 어느정도 동작시켜 이동할 지를 명령한다. 제어부는 각 구성요소가 자신의 기능을 수행하여 얻은 정보를 취합하고, 이 정보를 토대로 다른 구성요소를 동작하게 하는 조정자 역할을 한다.

주행부(110)는 이동부와 이동부와 연결된 이동형 가전기기를 이동시키는 역할을 한다. 바퀴, 캐터필러 등을 통해 구현 가능하며, 바퀴 이외에도 최근 로봇의 이동에 사용되는 4족보행도 이에 포함된다.

구동부(120)는 주행부(110)에 동력을 전달하고 방향을 조절한다. 구동부(120)는 조향부(122)와 동력전달부(124)를 포함한다. 동력전달부(124)의 일 실시예 는 전력과 같은 에너지원으로부터 동력을 생성하는 모터이다. 조향부(122)는 주행부(110)의 방향을 조절하여 이동 방향을 제어한다. 방향 제어는 어느 하나 이상의 주행부(110)의 방향을 조절하는 것을 통해 가능하다. 방향 조절 방식 외에도 양측 바퀴의 회전 속도를 달리해서 방향을 바꿀 수 있다.

이동거리산출부(130)는 주행부(110)가 이동한 거리를 계산한다. 계산하는 방식의 일 실시예로 왼쪽과 오른쪽 주행부(110)의 회전횟수를 카운터하여 주행부의 지름을 곱하면 이동한 거리를 계산할 수 있다. 한편, 이동거리산출부(130)는 구동부가 전달한 동력을 통해서도 이동 거리 산출을 보완할 수 있다. 예를 들어, 모터의 회전횟수를 카운팅하고, 조향부의 각도를 통해 이동거리를 산출할 수 있다. 이동거리산출부(130)는 구동부(120)에서 생성한 거리 정보와 주행부(110)를 통해 얻은 실질적인 거리 정보를 상호 보완하여 이동 거리를 산출할 수 있다.

이동형 가전기기(1000)에는 이동형 가습기, 이동형 청소기, 또는 이동형 청정기등이 포함될 수 있다. 이동부(100)는 이동형 가전기기(1000)의 하부에 장착된다. 이동형 가전기기에는 네 가지의 센서부가 있다. 전방의 장애물을 감지하는 장애물센서부(210), 다른 물체와의 충돌을 감지하는 충돌센서부(220), 진행 방향부근의 바닥에 함몰되거나 돌출한 장애물이 존재하는지를 감지하는 추락센서부(230), 벽을 감지하는 벽센서부(240)가 있다. (a)는 이동형 가전기기의 사시도이며, (b)는 측면에서 바라본 도면이고, (c)는 정면에서 바라본 도면이다. (b)의 화살표는 이동 형 가전기기(1000)의 이동 방향을 나타낸다.

장애물센서부(210)는 이동시 전방에 존재하는 장애물을 감지할 수 있다. 특히, 도 8에서 살펴본 바와 같이, 다음 경유점으로 이동하기 전에, 이동하고자 하는 방향으로 장애물이 존재하는지를 감지하기에 적합하다. 그리고, 새로운 장애물이 어느정도의 영역을 차지하는지 판단하기에 적합하다.

충돌센서부(220)는 이동중에 다른 물체 또는 장애물과 충돌하는 것을 감지한다. 충돌센서부(220)는 도면에 도시된 바와 같이, 여러 개의 온/오프 신호를 발생시키는 작은 스위치들을 이동형 가전기기(1000)의 외부에 장착시킨다. 그리고 이동시에 다른 물체 또는 장애물과 충돌할 경우, 어느 방향으로 물체가 존재하는지 감지할 수 있다. 이 결과는 도 7의 실시예에서 살펴본 바와 같이, 이동중에 새로운 장애물과 충돌한 경우, 이전에 계획하여 설정한 경로를 다시 수정하여 재설정한 경로로 이동할 수 있게 한다.

추락센서부(230)는 지면에서 움푹 들어간 곳 또는 경사가 급격한 곳, 계단 등을 센서를 통해 감지하여 더 이상 진행하지 않게 한다. 추락센서부(250)는 센서를 통해 진행하는 방향으로 보낸 신호가 균일하게 들어오는지 등을 통해 움푹 들어간 곳을 감지할 수 있다. 따라서 추락센서부(230)는 이동형 가전기기의 하단부에 장착되어 정확하게 측정할 수 있다. 또는 이동형 가전기기의 상단에 장착되어 먼 거리에 존재하는 추락 여부를 감지할 수 있다. 추락센서부(250) 역시 장애물센서부(210)와 같이, 다음 경유점으로 이동하기 전에 이동이 가능한지를 미리 판단할 수 있다.

벽센서부(240)는 벽을 감지하며 이동형 가전기기가 벽과 부딪히지 않게 한다. 또한 사용자 또는 미리 저장된 값에 의해 경로를 생성함에 있어서, 벽의 위치에 대한 정보가 잘못 기입된 경우, 또는 수정사항이 있는 경우, 수정할 수 있게 한다. 벽 센서부(240)는 측면에 장착되어 이동 방향의 측면에 존재하는 물체와의 거리를 조절할 수 있다.

(a)는 이동부를 구성하는 요소들의 일 실시예를 보여준다.

주행부(112, 116, 118)는 이동부와 이동부와 연결된 공기청정 장치를 이동시키는 역할을 한다. 바퀴를 통해 구현 가능하며, 바퀴 이외에도 최근 로봇의 이동에 사용되는 4족보행도 이에 포함된다.

구동부(120)는 주행부에 동력을 전달하고 방향을 조절한다. 구동부(120)는 조향부(122)와 동력전달부(124)를 포함한다. 동력전달부(124)는 전력과 같은 에너지원으로부터 동력을 생성하는 모터를 포함한다. 조향부(122)는 주행부(112)의 방향을 조절하여 이동 방향을 제어한다. 방향 제어는 어느 하나 이상의 주행부(112, 116, 118)의 방향을 조절하는 것을 통해 가능하다. 또한 도 11에는 도시되지 않았으나, 이동방향에 있는 주행부(116)의 좌우 방향을 조절하여 이동 방향을 제어할 수 있다.

이동거리산출부(132, 136)는 주행부(112, 118)가 이동한 거리를 계산한다. 계산하는 방식의 일 실시예로 왼쪽과 오른쪽 주행부(112, 118)의 회전횟수를 카운 터하여 주행부의 지름을 곱하면 이동한 거리를 계산할 수 있다.

(b)는 조향부와 동력전달부가 분리된 경우를 보여준다. 주행부(116)에 조향부(122)가 장착되었고, 동력전달부(124)는 다른 주행부(112, 118)에 동력을 전달한다. 구동부를 구성하는 조향부와 동력전달부가 각기 다른 주행부에 장착된 예이다.

(c)는 동력전달부만으로 조향을 수행하는 경우를 보여준다. 동력전달부(124)는 각각 주행부(112, 118)에 장착되고, 동력전달부(124)는 양 주행부(112, 118)의 속도를 제어하여 방향을 수정한다. 예를 들어, 왼쪽으로 가고자 할 경우에는 왼쪽 주행부(112)보다 오른쪽 주행부(118)의 회전 속도를 높여서 이동 방향을 조정할 수 있다.

(d)는 조향부와 동력전달부가 결합된 경우이다. 구동부(120)내에 조향부와 동력전달부가 설치되고, 이동과 방향의 전환은 주행부(112와 118)에서 이루어진다. 이는 (a)의 구성과 유사하다.

도 12와 도 13은 D* 알고리즘과 본 발명에 따라 이동한 경로를 비교하는 실험예이다.

도 12와 도 13에서의 이동형 가전기기의 속도는 15cm/sec이며, 장애물을 검출하기위한 거리 센서를 장착하고 있다. 그리고 전체 이동 공간은 가로 6m, 세로 3m이며, 셀의 크기는 가로, 세로 30cm이다. 그 결과 가로 20개, 세로 10개의 300개의 셀로 구성된다. 장애물은 크게 알려진 장애물과 알려지지 않은 장애물이 존재하며, 출발전에 경로를 설정시에는 알려진 장애물에 대해 경로를 설정한다.

도 12는 본 발명의 일 실시예와 종래의 D* 알고리즘에 따른 제 1 실시예이 다.

알려진 장애물(10)의 위치 정보에 따라 경로 설정 결과 출발점 S에서 직진을 하면 목적지 G에 도달가능하다. 그런데, 이동 도중에 알려지지 않은 장애물(20)과 충돌하거나, 장애물 센서부를 통해 이동이 불가능함을 판단한다.

(a)는 D* 알고리즘에 의해 이동하는 경로를 보여준다. 알려지지 않은 장애물(20) 때문에 직진도중에 이동이 불가능함을 판단하여, 다시 경로를 재설정하여 장애물을 회피하여 가는 경로가 (a)에 나타나있다. 그런데, D* 알고리즘은 셀 단위로 움직이기 때문에, 경유점 v1에서 v2를 거쳐서 목표점인 G에 도달한다. v1에서 v2를 거쳐 G까지의 이동거리는 280cm가 된다.

(b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 이동하는 경로를 보여준다. 알려지지 않은 장애물(20) 때문에 직진 도중에 이동이 불가능함을 판단하여, 다시 경로를 재설정하여 장애물을 회피한다. 그런데, 본 발명의 일 실시예는 경로를 설정시 셀단위로 움직이는 것이 아니므로 (b)의 경유점 v1에서 바로 목적지 G까지 이동할 수 있다. 그 결과, v1에서 G까지의 이동거리는 260cm가 된다. (a) 보다 약 20cm 줄어든 거리를 이동한다.

초기에 알려진 장애물(10)의 위치를 파악하여, 장애물(10)을 피하여 목적점인 G에 도달하도록 경로를 설정한다. 그런데, 경로에 따라 이동 도중에 알려지지 않은 장애물(20)과 충돌하거나, 장애물 센서부를 통해 이동이 불가능함을 판단한 다.

(a)는 D* 알고리즘에 의해 이동하는 경로를 보여준다. 알려지지 않은 장애물(20) 때문에 직진도중에 이동이 불가능함을 판단하여, 다시 경로를 재설정하여 장애물을 회피하여 가는 경로가 (a)에 나타나있다. 그런데, D* 알고리즘은 셀 단위로 움직이기 때문에, 경유점 v1에서 v2를 거쳐서 v3, v4, v5를 거쳐서 목표점인 G에 도달한다.

(b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 이동하는 경로를 보여준다. 알려지지 않은 장애물(20) 때문에 직진 도중에 이동이 불가능함을 판단하여, 다시 경로를 재설정하여 장애물을 회피한다. 그런데, 본 발명의 일 실시예는 경로를 설정시 셀단위로 움직이는 것이 아니므로 (a)에서 나타난 경유점 v1, v5는 불필요하므로 삭제되었다. 그리고 v2에서 v3를 거쳐 v4를 통해 목적지 G까지 이동할 수 있다.

(a)와 (b)의 경로를 비교하면 이동거리가 짧아짐을 알 수 있다.

도 12에서는 D* 알고리즘에 비해 본 발명이 약 30초 정도 시간을 절약하며, 도 13에서는 D* 알고리즘에 비해 본 발명이 약 10초 정도 시간을 절약하는 것을 알 수 있다. 또한, 셀의 개수는 변함이 없으므로, 셀 개수의 증가로 인한 계산 시간이 길어지는 점 또는 메모리의 부족에 따른 문제점도 발생하지 않으면서, 최소 이동 경로를 이동할 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명을 구현함으로써 그리드 맵을 사용하여 장애물을 회피하며 최소 이동 경로로 이동할 수 있다.

본 발명을 구현함으로써 그리드 맵의 인접 셀간의 위치에 제한되지 않는 방향을 사용하여 최소 이동 경로로 이동할 수 있다.

Claims

동력을 이용하여 이동하는 이동부와 상기 이동부를 제어하여 이동 경로에 따라 이동하도록 하는 제어부를 포함하는 이동형 가전기기가 최소 이동 경로로 이동하는 방법에 있어서,

상기 제어부가 상기 이동형 가전기기가 이동하는 공간을 구성하는 다수의 셀에서 목적지까지의 이동 비용을 계산하여 상기 이동 비용을 기준으로 목적지까지의 이동 경로를 생성하는 단계;

상기 제어부가 상기 이동 경로에서 방향이 변하는 경유점을 생성하는 단계;

상기 제어부가 상기 경유점에서 인접하지 않는 제 1 경유점과 제 2 경유점 사이에 이동이 가능한지를 판단하고, 상기 판단결과 이동이 가능한 경우, 상기 제 1 경유점과 상기 제 2 경유점 사이에 존재하는 경유점을 제거함으로써 상기 경유점에서 최단 거리 경유점을 선택하여 상기 이동 경로에서 최소 이동 경로를 산출하는 단계; 및

상기 제어부의 제어에 따라 상기 이동부가 상기 선택된 최단 거리 경유점 중 제 1 최단 거리 경유점에서 제 2 최단 거리 경유점으로 이동하는 제 1 이동 단계를 포함하는, 그리드 맵을 사용하여 최소 이동 경로로 이동하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 이동형 가전기기가 이동하는 공간에 대한 정보를 수신하는 단계를 더 포함하는, 그리드 맵을 사용하여 최소 이동 경로로 이동하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 이동 비용은 상기 목적지까지 이동하는 거리 중 최단 거리로 산출한, 그리드 맵을 사용하여 최소 이동 경로로 이동하는 방법.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 제 2 최단 거리 경유점으로 이동하는 방향에 존재하는 장애물을 감지하는 단계;

상기 장애물이 감지된 경우 상기 최소 이동 경로를 재생성하는 단계; 및

상기 재생성한 경로에 존재하는 제 3 경유점으로 이동하는 제 2 이동 단계를 더 포함하는, 그리드 맵을 사용하여 최소 이동 경로로 이동하는 방법.
제 5항에 있어서,

상기 재생성하는 단계는,

상기 감지한 장애물의 위치에 대한 정보를 바탕으로 상기 셀에서 경유점을 선택하는 단계; 및

상기 선택한 경유점에서 최단 거리 경유점을 선택하여 상기 최소 이동 경로를 재생성하는 단계를 포함하는, 그리드 맵을 사용하여 최소 이동 경로로 이동하는 방법.
제 5항에 있어서,

상기 장애물은 상기 제 1 이동 단계에서 충돌에 의해 감지된 장애물인, 그리드 맵을 사용하여 최소 이동 경로로 이동하는 방법.
제 5항에 있어서,

상기 장애물은 상기 제 1 최단 거리 경유점에서 상기 제 2 최단 거리 경유점으로 이동하기 전 또는 이동하는 도중에 감지된 장애물인, 그리드 맵을 사용하여 최소 이동 경로로 이동하는 방법.
제 5항에 있어서,

상기 장애물은 상기 제 1 이동 단계에서 이동하는 방향의 지면에 존재하는 함몰된 구역 또는 돌출된 구역인, 그리드 맵을 사용하여 최소 이동 경로로 이동하는 방법.
제 5항에 있어서,

상기 제 1 이동 단계 또는 상기 제 2 이동 단계에서 이동하는 방향의 측면에 존재하는 벽을 감지하여 상기 이동 공간에 대한 정보를 수정하는 단계를 더 포함하는, 그리드 맵을 사용하여 최소 이동 경로로 이동하는 방법.
동력을 이용하여 이동하는 이동부와 상기 이동부를 제어하여 이동 경로에 따라 이동하도록 하는 제어부를 포함하는 이동형 가전기기가 최소 이동 경로로 이동하는 방법에 있어서,

상기 제어부가 상기 이동형 가전기기가 이동하는 공간을 출발점과 목표점을 포함하는 다수의 셀로 나누어 셀을 기반으로 이동이 가능한 최소 이동 경로를 생성하는 단계; 및

상기 제어부의 제어에 따라 상기 이동부가 상기 최소 이동 경로를 따라 제 1 셀에서 제 2 셀로 이동하는 제 1 이동 단계를 포함하며,

상기 제 1 셀과 상기 제 2 셀이 인접하지 않는 경우, 상기 이동하는 방향은 인접하지 않는 두 셀의 물리적 위치에서 산출되는 비인접 셀 기반 이동방향인, 그리드 맵을 사용하여 최소 이동 경로로 이동하는 방법.
제 11항에 있어서,

상기 이동형 가전기기가 이동하는 공간에 대한 정보를 수신하는 단계를 더 포함하는, 그리드 맵을 사용하여 최소 이동 경로로 이동하는 방법.
제 11항에 있어서,

상기 제 2 셀로 이동하는 방향에 존재하는 장애물을 감지하는 단계;

상기 장애물이 감지된 경우 상기 최소 이동 경로를 재생성하는 단계; 및

상기 재생성한 경로에 존재하는 제 3 셀로 이동하는 제 2 이동 단계를 더 포함하는, 그리드 맵을 사용하여 최소 이동 경로로 이동하는 방법.
제 13항에 있어서,

상기 재생성하는 단계는,

현재 이동형 가전기기의 위치에서 상기 제 2 셀 또는 상기 목표점으로 이동하는 최소 이동 경로를 재생성하는 단계를 포함하는, 그리드 맵을 사용하여 최소 이동 경로로 이동하는 방법.
제 13항에 있어서,

상기 장애물은 상기 제 1 이동 단계에서 충돌에 의해 감지된 장애물인, 그리드 맵을 사용하여 최소 이동 경로로 이동하는 방법.
제 13항에 있어서,

상기 장애물은 상기 제 1 셀에서 상기 제 2 셀로 이동하기 전 또는 이동하는 도중에 감지된 장애물인, 그리드 맵을 사용하여 최소 이동 경로로 이동하는 방법.
동력을 이용하여 이동하는 이동부; 및

상기 이동부가 이동할 경로를 생성하여 상기 경로에 따라 이동하도록 상기 이동부를 제어하는 제어부를 포함하며,

상기 제어부는,

상기 이동형 가전기기가 이동하는 공간을 구성하는 다수의 셀에서 목적지까지의 이동 비용을 계산하고 상기 이동 비용을 기준으로 목적지까지의 이동 경로를 생성하는 경로 생성부;

상기 이동 경로에서 방향이 변하는 경유점을 생성하는 경유점 생성부; 및

상기 경유점에서 인접하지 않는 제 1 경유점과 제 2 경유점 사이에 이동이 가능한지를 판단하여, 판단결과 이동이 가능한 경우, 상기 제 1 경유점과 상기 제 2 경유점 사이에 존재하는 경유점을 제거함으로써 상기 경유점에서 최단 거리 경유점을 선택하여 상기 이동 경로에서 최소 이동 경로를 산출하는 최소 이동 경로 생성부를 포함하는, 이동형 가전기기.
제 17항에 있어서,

상기 이동하는 공간에 대한 정보를 수신하는 사용자 인터페이스부를 더 포함하는, 이동형 가전기기.
제 17항에 있어서,

상기 이동 비용은 상기 목적지까지 이동하는 거리 중 최단 거리로 산출한, 이동형 가전기기.
제 17항에 있어서,

상기 제어부는

상기 이동부가 상기 최소 이동 경로 생성부에서 선택한 제 1 최단 거리 경유점에서 제 2 최단 거리 경유점으로 이동하도록 제어하는, 이동형 가전기기.
삭제
제 17항에 있어서,

상기 이동부가 이동하는 방향을 기준으로 전방에 존재하는 장애물을 감지하는 센서부를 더 포함하며,

상기 제어부는 상기 센서부에서 장애물을 감지하는 경우, 상기 최소 이동 경로를 재생성하는 재계획 경로생성부를 포함하는, 이동형 가전기기.
제 22항에 있어서,

상기 재계획 경로 생성부는

상기 센서부에서 감지한 장애물의 위치에 대한 정보를 바탕으로 상기 셀에서 경유점을 선택하고, 선택한 경유점에서 최단 거리 경유점을 선택하여 상기 최소 이동 경로를 재생성하는, 이동형 가전기기.
제 22항에 있어서,

상기 센서부는

충돌을 감지하는 충돌 센서부; 및

일정 거리 내에 존재하는 장애물을 감지하는 장애물 센서부 중 적어도 하나를 포함하는, 이동형 가전기기.
제 22항에 있어서,

상기 센서부는 상기 이동부가 이동하는 방향의 지면이 함몰 또는 돌출되었는지를 감지하는 추락 센서부를 더 포함하는, 이동형 가전기기.
제 22항에 있어서,

상기 센서부는 상기 이동부가 이동하는 방향의 측면에 존재하는 벽을 감지하는 벽센서부를 더 포함하는, 이동형 가전기기.
제 17항에 있어서,

상기 이동부는

전원으로부터 동력을 전달받고 이동의 방향을 조절하는 구동부;

상기 구동부로부터 동력을 전달받아 상기 구동부에서 조절한 방향으로 이동하는 주행부; 및

상기 주행부를 통해 이동한 거리를 산출하는 이동거리산출부를 포함하는, 이동형 가전기기.