KR100826881B1 - 안전 주행을 위한 자율이동로봇 및 이를 이용한 이동 경로제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 안전 주행을 위한 자율이동로봇 및 이를 이용한 이동 경로 제어 방법에 관한 것으로, 본 발명의 자율이동로봇은 입력되는 명령에 따라 자율이동로봇을 이동시키는 구동부, 입력되는 명령에 따라 설정된 시작 지점에서 목표 지점까지의 이동 경로를 계획하는 이동경로 계획부, 상기 계획한 이동 경로 중에서 이동에 따른 위험영역 및 안전영역을 설정하는 위험/안전 영역 설정부, 상기 설정된 위험영역 통과 시 안전한 주행을 위해 거쳐야 되는 경유 지점을 설정하는 위험 경유점 설정부, 상기 설정된 안전영역 주행 시 주행 경로 및 제어를 단순하게 하기 위해 거쳐야 되는 서로 직선으로 연결되는 경유 지점을 설정하는 안전 경유점 설정부, 상기 계획한 이동 경로를 바탕으로 상기 설정된 위험영역 경유 지점을 포함하는 최종 이동 경로를 결정하는 이동경로 결정부, 및 상기 결정된 최종 이동 경로에 기초하여 상기 자율이동로봇을 이동시키도록 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되며, 이에 의해, 자율이동로봇의 주행에 따른 충돌을 막을 수 있고 간단한 제어 알고리즘을 통해 자연스러운 주행 및 경로 추종 제어가 가능하다.

자율이동로봇, 안전, 주행, 안전, 위험 경유, 지점

Description

안전 주행을 위한 자율이동로봇 및 이를 이용한 이동 경로 제어 방법{Autonomous Mobile Robot for moving safely and Method for controlling moving path using the same}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 안전 주행을 위한 자율이동로봇을 도시한 블록도,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자율이동로봇의 안전 주행 방법을 도시한 블록도,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자율이동로봇의 안전한 주행을 위해 위험영역 설정 및 설정된 위험영역의 경유점을 설정하는 예를 도시한 도면,

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 위험영역의 경유점과 안전영역의 경유점을 설정하는 예를 도시한 도면,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자율이동로봇의 경로 추종 방법의 예를 도시한 도면,

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 자율이동로봇의 경로 보정 방법의 예를 도시한 도면, 그리고

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 자율이동로봇의 경로를 설정하여 자율이동 로봇이 목적지에 도착하는 예를 도시한 도면이다.

본 발명은 자율이동로봇의 이동 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 현재 위치에서 목표 지점까지 이동하는데 있어서 보다 안전하고 자연스럽게 진행할 수 있는 자율이동로봇 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 대부분의 자율이동로봇은 아직까지 특정한 위치에 고정되어 단순한 작업을 반복 수행하는 기능에 한정되어 있다. 따라서 이러한 자율이동로봇의 작업공간은 매우 제한적이며, 특정한 목적의 작업을 수행하게 제작되어 그 활용의 범위가 매우 한정되는 단점이 있다.

이러한 단점을 극복하기 위해, 미지의 환경에서 사전지식 없이 스스로 그 환경에 대처할 수 있는 기능이 탑재된 자율이동로봇이 출시되고 있다. 이와 같은 다양한 기능을 갖는 자율이동로봇은 이동이 가능하기 때문에 작업영역이 넓으며, 특정 기능을 추가하여 많은 서비스 분야에 적용할 수 있다. 예를 들어, 자율이동로봇은 장애자를 도와주는 일, 공장에서 물류이송 작업, 우주탐사, 핵폐기물 처리장 또는 심해와 같이 위험한 환경에서의 작업 등을 인간을 대신하여 수행하고 있다. 뿐만 아니라 자율이동로봇은 무인청소기, 무인 잔디 깎기 등으로도 사용이 가능하다.

이러한 자율이동로봇을 산업 분야뿐만 아니라 가정에서도 적극적으로 활용하고 사용자에게 원활한 서비스를 수행하도록 하기 위해서는 자율이동로봇 및 사람의 안전이 최우선 시 되어야 하고, 충돌을 회피하기 위해서는 정확한 경로 추종이 이루어져야 한다. 또한 사용자에게 편안함을 주기 위해 계획된 경로의 자연스러운 추종이 가능하게 하는 자율이동로봇의 이동 경로 제어 시스템이 필요하다.

일반적으로 자율이동로봇을 사용자가 원하는 위치로 이동시키기 위해서는 자율이동로봇이 놓여있는 위치로부터 목적지까지의 최적경로를 사전에 계산해야 하고, 이 계산된 경로를 유지하며 진행해야 하며, 경로를 벗어난 경우는 자율이동로봇 스스로 경로를 보정해야 한다. 이때 자율이동로봇은 계획된 경로를 추종하면서 계산된 경로와 이동 중인 자율이동로봇의 위치 및 방향과의 오차를 비교하며 이동한다. 그런데, 자율이동로봇은 계획된 경로를 유지하며 이동하기 위해서는 고성능의 프로세서 및 제어 알고리즘이 필요하다.

예를 들어, 자율이동로봇은 고성능의 프로세서 및 제어 알고리즘이 구현 되었다 하더라도 실제 환경에서의 계산된 경로는 변화와 굴곡이 심해 자연스러운 경로 추종 제어가 어렵다. 또한 자율이동로봇이 주행하는 환경의 바닥재 상태에 따라 바퀴의 미끄러짐 현상 등이 발생할 수 있으므로, 경로에 대한 정확한 오차 보정이 어렵다. 뿐만 아니라, 자율이동로봇이 이동하기에 좁은 구간의 경로를 추종할 때, 충돌을 피하고 계획된 경로를 따라가도록 제어하기는 어렵다는 단점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1 목적은, 현재 위치에서 목표 지점까지 보다 안전하고 자연스럽게 이동할 수 있는 자율이동로봇 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 제2 목적은, 성능이 낮은 저가의 프로세서와 간단한 제어 알고리즘을 이용하여 자율주행과 자연스러운 경로 추종 및 주행이 가능한 자율이동로봇 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 자율이동로봇은, 입력되는 명령에 따라 자율이동로봇을 이동시키는 구동부; 입력되는 명령에 따라 설정된 시작 지점에서 목표 지점까지의 이동 경로를 계획하는 이동경로 계획부; 상기 계획한 이동 경로 중에서 이동에 따른 위험영역을 설정하는 위험영역 설정부; 상기 설정된 위험영역 통과 시 안전한 주행을 위해 거쳐야 되는 경유 지점을 설정하는 위험 경유점 설정부; 상기 계획한 이동 경로를 바탕으로 상기 설정된 위험영역 경유 지점을 포함하는 최종 이동 경로를 결정하는 이동경로 결정부; 및 상기 결정된 최종 이동 경로에 기초하여 상기 자율이동로봇을 이동시키도록 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함한다.

본 실시예에 따른 자율이동로봇은, 상기 계획한 이동 경로 중에서 이동에 따른 안전영역을 설정하는 안전영역 설정부; 및 상기 설정된 안전영역 주행 시 주행 경로 및 제어를 단순하게 하기 위해 거쳐야 되는 서로 직선으로 연결되는 경유 지 점을 설정하는 안전 경유점 설정부를 더 포함한다.

상기 이동경로 결정부는 상기 계획한 이동 경로를 바탕으로 상기 설정된 위험영역 및 안전 영역의 경유 지점을 포함하는 최종 이동 경로를 결정하고, 상기 제어부는 상기 결정된 위험영역 및 안전영역의 경유지점이 포함되어 결정된 최종 이동 경로에 기초하여 상기 자율이동로봇을 이동시키도록 상기 구동부를 제어한다.

상기 위험 경유점 설정부는 상기 설정된 위험 영역의 입구 및 출구에 상기 위험 영역 경유 지점을 설정한다.

상기 제어부는 상기 경유 지점을 이동시 상기 자율이동로봇의 주행 방향을 다음 경유 지점 방향으로 회전한 후 이동하도록 상기 구동부를 제어한다.

상기 자율이동로봇의 주행 시, 상기 제어부는 상기 이동 경로에 상기 경유 지점이 포함되지 않은 이동 경로에서 상기 이동 경로가 급격히 변화하는 경로에서, 현재 위치에서 일정 거리 떨어진 경로상의 지점으로 이동 방향을 제어하여 경로 오차를 보정한다.

상기 자율이동로봇의 이동 시, 상기 제어부는 상기 자율이동로봇의 이동 방향과 추종점까지 방향의 오차가 발생했을 경우, 상기 방향 오차가 설정된 일정한 값보다 큰 값일 경우 상기 방향 오차를 보정한다.

한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 자율이동로봇의 이동 경로 제어 방법은, 이동 시작 지점에서 목표 지점까지의 이동 명령을 입력받는 단계; 상기 시작 지점에서 목표 지점까지의 이동 경로를 계획하는 단계; 상기 계획한 이동 경로 중에서 이동에 따른 위험영역을 설정하는 단계; 상기 설정 된 위험영역 통과 시 안전한 주행을 위해 거쳐야 되는 경유 지점을 설정하는 단계; 상기 계획한 이동 경로를 바탕으로 상기 설정된 위험영역 경유 지점을 포함하는 최종 이동 경로를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 최종 이동 경로에 기초하여 상기 자율이동로봇을 이동시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 자율이동로봇의 이동 경로 제어방법은, 상기 이동 경로 계획 단계에서 계획한 이동 경로 중에서 상기 자율이동로봇의 이동에 따른 안전영역을 설정하는 단계; 및 상기 설정된 안전영역 주행 시 주행 경로 및 제어를 단순하게 하기 위해 거쳐야 되는 서로 직선으로 연결되는 경유 지점을 설정하는 단계를 더 포함한다.

상기 최종 이동경로 결정 단계에서는 상기 계획한 이동 경로를 바탕으로 상기 설정된 위험영역 및 안전 영역의 경유 지점을 포함하는 최종 이동 경로를 결정한다.

본 발명의 실시예에 따른 자율이동로봇의 이동 경로 제어방법은, 상기 자율이동로봇의 주행 시, 상기 이동 경로에 상기 경유 지점이 포함되지 않은 이동 경로에서 상기 이동 경로가 급격히 변화하는 경로에서, 현재 위치에서 일정 거리 떨어진 경로상의 지점으로 이동 방향을 제어하여 경로 오차를 보정하는 단계를 더 포함한다.

상기 경로 오차 보정 단계에서는, 상기 자율이동로봇의 이동 시, 상기 자율이동로봇의 이동 방향과 추종점까지 방향의 오차가 발생했을 경우, 상기 방향 오차가 설정된 일정한 값보다 큰 값일 경우 상기 방향 오차를 보정한다.

본 발명에 따르면, 자율이동로봇의 주행 경로를 안전영역과 위험영역으로 나누어 자율이동로봇의 주행을 제어하고 위험영역 주행 시 자율이동로봇의 안전을 우선하여 주행을 제어하고 안전영역 주행 시 자율이동로봇의 제어 및 경로를 단순히 하여 자율이동로봇이 자연스럽게 움직임을 통해 주행을 하도록 함으로써, 자율이동로봇의 주행에 따른 충돌을 막을 수 있고 간단한 제어 알고리즘을 통해 자연스러운 주행 및 경로 추종 제어가 가능하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명은 안전한 주행을 위해 주행 경로 상에서 통과하기에 좁은 구간의 위험 영역을 결정하고, 이 위험 영역의 입구와 출구에 로봇이 충돌 없이 안전하게 주행할 수 있도록 사전에 이동해야 할 안전한 위치에 있는 경유점을 결정하여 이동 로봇의 충돌위험을 없애고, 자연스러운 경로 추종 및 제어를 간단히 하기 위해 주행 영역에서 이동 시 꼭 거쳐야 하는 서로 직선으로 연결되는 경유점을 설정하여 자율이동로봇의 이동 경로를 간단하게 할 수 있는 방안을 제안한다. 또한, 자율이동로봇의 경로 추종 시 자연스러운 움직임 및 추종하는 경로의 변화에 유연하게 대처하기 위해 자율이동로봇이 이동하고 있는 현재 위치에서 멀리 떨어져있는 경로상의 추종점을 향해 자율이동로봇이 이동하도록 제어함으로써, 자율이동로봇의 이동방향각의 변화 요인을 줄이고 일정한 크기 이상의 각도의 차이를 가질 때 각도를 제어하도록 하여 각도 제어 요소를 줄여 컨트롤을 단순히 하고 자율이동로봇의 자연스러운 경로 추종이 가능 하게 하는 방법을 제안한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 안전 주행을 위한 자율이동로봇을 도시한 블록도이다.

도시된 바와 같이, 자율이동로봇은 제어부(110), 저장부(120), 구동부(130), 이동경로 계획부(140), 위험/안전 영역 설정부(150), 위험 경유점 설정부(160), 안전 경유점 설정부(170), 및 이동경로 결정부(180)를 포함한다.

제어부(110)는 자율이동로봇의 전반적인 동작을 제어하고, 본 발명의 실시예에 따라 자율이동로봇의 안전한 주행에 필요한 이동을 제어한다.

저장부(120)는 자율이동로봇의 동작에 필요한 프로그램들을 저장하고, 본 발명의 실시예에 따라 이동 경로 계획 및 이동 경로 결정에 필요한 프로그램을 저장한다.

구동부(130)는 제어부(110)의 제어에 따라 자율이동로봇의 이동에 필요한 동작을 수행한다. 본 발명의 실시예에 따라, 제어부(110)는 최종적으로 결정된 이동 경로에 따라 자율이동로봇이 이동하도록 구동부(130)의 동작을 제어한다.

이동경로 계획부(140)는 입력되는 명령에 따라 설정된 시작 지점에서 목표지점까지의 이동 경로를 계획한다.

위험/안전 영역 설정부(150)는 자율이동로봇이 계획한 이동 경로를 따라 주행하는 경우, 고정된 장애물 및 충돌위험이 있는 위험영역을 설정한다. 또한 위험/안전 영역 설정부(150)는 자율이동로봇이 계획한 이동 경로를 따라 주행하는 경 우, 충돌 위험이 없이 안전하게 이동할 수 있는 안전영역을 설정한다.

위험 경유점 설정부(160)는 자율이동로봇이 설정된 위험영역 통과 시 안전한 주행을 위해 꼭 거쳐야 되는 경유 지점을 설정한다.

안전 경유점 설정부(170)는 자율이동로봇이 안전영역 주행 시 주행 경로 및 제어를 단순하게 하기 위해 꼭 거쳐야 되는 서로 직선으로 연결되는 경유 지점을 설정한다.

이동경로 결정부(180)는 계획된 이동 경로를 바탕으로 위험 경유점 설정부(160) 및 안전 경유점 설정부(170)에 의해 설정된 위험영역 경유 지점 및 안전영역 경유 지점을 포함하는 최종 이동 경로를 결정한다.

이에 따라, 제어부(110)는 결정된 최종 이동 경로에 기초하여 자율이동로봇을 이동시키도록 구동부(130)를 제어한다.

또한 본 실시예에서 제어부(110)는 안전경로 추종 시 자율이동로봇의 현재 위치로부터 일정한 거리만큼 떨어진 계획된 경로를 향해 이동하는 중, 자율이동로봇의 이동방향과 자율이동로봇으로부터 일정한 거리만큼 떨어진 경로와의 방향 차이가 일정한 값 이상이 될 때 자율이동로봇의 진행 방향을 제어한다.

따라서, 자율이동로봇의 주행 경로를 안전영역과 위험영역으로 나누어 자율이동로봇의 주행을 제어하고 위험영역 주행 시 자율이동로봇의 안전을 우선하여 주행을 제어하고 안전영역 주행 시 자율이동로봇의 제어 및 경로를 단순히 하여 자율이동로봇이 자연스럽게 움직임을 통해 주행을 하도록 함으로써, 자율이동로봇의 주행에 따른 충돌을 막을 수 있고 간단한 제어 알고리즘을 통해 자연스러운 주행 및 경로 추종 제어가 가능하다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자율이동로봇의 안전 주행 방법을 도시한 블록도이다.

도시된 바와 같이, 먼저 목표 지점까지의 이동을 위한 명령이 입력되면, 제어부(110)는 입력되는 명령에 대응하여 자율이동로봇의 현재 위치에서 목표 지점까지의 이동 경로 계획 명령을 이동경로 계획부(140)에 입력한다(S110). 이동 경로 계획 명령이 입력되면, 이동경로 계획부(140)는 자율주행로봇이 목표 지점까지의 추종할 이동경로를 계획한다(S120).

목표 지점까지의 이동 경로가 계획되면, 제어부(110)는 계획된 이동 경로 중에 자율이동로봇의 주행에 따른 위험 영역과 안전 영역을 설정하도록 위험/안전 영역 설정부(150)를 제어한다. 이에 따라 위험/안전 영역 설정부(150)는 계획된 이동 경로 중에 자율이동로봇의 주행 이동에 따라 발생 가능한 위험 영역과 안전 영역을 설정한다(S130). 여기서 위험 영역은 자율이동로봇의 이동에 따라 충돌이 발생할 수 있는 영역을 말하고, 안전 영역은 자율이동로봇의 이동에 따라 충돌이 발생할 수 없는 영역을 말한다. 본 실시예에서, 위험 영역은 고정된 장애물, 좁은 문, 및 좁은 통로등을 예로 들 수 있다.

제어부(110)는 위험/안전 영역 설정부(150)에서 계획된 이동 경로에 대한 위험 영역 및 안전 영역이 설정되면, 각 영역에 대해 반드시 거쳐야할 경유 지점을 설정하도록, 위험 경유점 설정부(160) 및 안전 경유점 설정부(170)를 제어한다.

이에 따라, 위험 경유점 설정부(160)는 제어부(110)의 명령에 따라 위험/안 전 영역 설정부(150)에서 설정된 위험 영역에서 안전 주행을 위해 거쳐야할 경유점을 설정한다(S140).

안전 경유점 설정부(170)는 제어부(110)의 명령에 따라 위험/안전 영역 설정부(150)에서 설정된 안전 영역에서 주행 단순화를 위해 거쳐야할 직선으로 연결되는 경유점을 설정한다(S150).

위험영역 및 안전영역에서 각각 거쳐야할 경유점이 설정되면, 이동경로 결정부(180)는 설정된 위험 영역 및 안전 영역의 설정된 경유점에 기초하여 자율이동로봇의 최종 이동 경로를 결정한다(S160). 이에 따라, 제어부(110)는 최종적으로 결정된 이동 경로를 따라 목표 지점까지 이동하도록 구동부(130)를 제어한다(S170).

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자율이동로봇의 안전한 주행을 위해 위험영역 설정 및 설정된 위험영역의 경유점을 설정하는 예를 도시한 도면이다.

도시된 도면은 자율이동로봇(100)이 주행하는 임의의 환경의 지도를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 자율이동로봇(100)이 안전하고 자연스러운 주행을 수행하기 위해 위험/안전 영역 설정부(150)는 자율이동로봇(100)이 이동 시 충돌 위험이 있는 위험영역(230)을 설정한다.

또한 위험영역에서 안전한 주행을 수행하기 위해 반드시 거쳐야할 서로 쌍이 되는 경유점 a,b(210,220)을 설정한다. 즉, 자율이동로봇(100)이 놓여있는 위치에서 목적지점(240)까지 이동하려면, 충돌위험이 있는 위험구간(230)을 통과해야 한다.

따라서 자율이동로봇(100)의 장애물과의 충돌을 막기 위해서 제어부(110)는 구동부(130)를 제어하여 경유점 a(210)까지 이동한 후, 목적지점(240) 근처에 있는 경유점 b(220)로 방향을 설정하고 정밀한 경로추정을 하여 경유점 b(220)까지 이동한다. 이러한 방법으로 자율이동로봇(100)이 장애물과 충돌 없이 안전하게 이동할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 위험영역의 경유점과 안전영역의 경유점을 설정하는 예를 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 안전 경유점 설정부(170)는 위험영역 이외의 구간에 자율이동로봇(300)이 직선으로 이동할 수 있도록 서로 직선으로 연결되는 경유점 a,b,c(310, 320, 330)을 설정한다. 즉, 안전 경유점 설정부(170)는 자율이동로봇(300)이 출발지점(305)에서 목적지(370)까지 주행하기 위해서는 출발지(305)에서 경유점 a,d,e(310, 360,350)를 차례로 경유하는 경로를 설정한다.

이후, 자율이동로봇(300)은 각 경유점(310, 360,350) 간의 직선 경로를 따라 이동하여 목적지(370)에 도달할 수 있다. 즉, 자율이동로봇(300)은 출발지(305)에서 목적지(370)까지 이동하는 도중에 거치는 경유들을 경로에 설정하고, 이동 시 처음위치(305)에서 첫 번째 경유점(310)으로 이동한다. 첫 번째 경유점 a(310)에 도착하면, 자율이동로봇(300)은 두 번째 경유점 d(360) 방향으로 회전한 후, 다시 두 번째 경유점 d(360)로 이동한다.

동일한 방식으로 두 번째 경유점 d(360)에 도달한 자율이동로봇(300)은 다시 위험영역에 있는 세 번째 경유점 e(350)로 방향을 설정한다. 두 번째 경유점 d(360)와 세 번째 경유점 e(350)는 위험영역을 통과하기 때문에 충돌을 회피하기 위해 정밀한 이동 제어를 하면서 이동한다.

세 번째 경유점 e(350)에 도달하면, 자율이동로봇(300)은 목적지(370)로 방향을 설정한 후 목적지(370) 방향으로 주행한다. 이러한 방법을 이용하여 자율이동로봇(300)은 직선 형태의 이동방식으로 원하는 목적지에 도달할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자율이동로봇의 경로 추종 방법의 예를 도시한 도면이다.

본 실시예에서 자율이동로봇(400)은 위험영역 이외의 구간에서 장애물이나 기타 환경에 의해 경유점들을 통과하여 직선으로 주행하지 못하는 경우, 이동 방향의 제어를 통해 안전하게 해당 영역을 통과한다.

본 실시예에서 자율이동로봇(400)은 이동하면서 현재 자율이동로봇(400)의 위치와 계획된 경로(430)의 위치 차이를 최소화하는 방향으로 이동하는 방식을 이용하여 이동 경로를 제어하지 않는다. 본 실시예에서 자율이동로봇(400)은 이동 방향(450)을 자율이동로봇(400)의 위치로부터 일정한 거리인 상수 L(440) 만큼 떨어져 있는 계획된 경로상(430)의 추종점(420)을 향하도록 하는 방식으로 이동 경로를 제어한다.

즉, 자율이동로봇(400)이 계획된 경로(430)를 추종하기 위해서는 이동하는 동안에 실시간으로 이동 중인 자율이동로봇(400)의 위치와 계획된 경로(430)를 비교하고 오차를 보정하면서 경로를 추종한다.

자율이동로봇(400)이 경로를 이탈했을 경우, 자율이동로봇(400)에 근접한 경로상의 지점(410)을 추정할수록 자율이동로봇(400)의 이동방향(450)과 추종점(440) 의 방향 오차는 커지고, 자율이동로봇(400)의 이동방향(450)의 변화가 작은 경로 이탈에도 방향오차의 변화가 민감하기 때문에 제어가 어렵다.

또한, 경로를 추종하기 위한 자율이동로봇(400)의 방향 오차가 자율이동로봇(400)의 작은 경로 이탈에도 자율이동로봇(400)의 방향 오차를 크게 한다. 따라서 이러한 문제를 해결하고 경로 이탈에 대한 즉각적인 오차 보정이 아닌, 앞으로 이동할 경로의 변화를 고려하기 위해 자율이동로봇(400)으로부터 멀리 떨어진 거리에 존재하는 경로상의 지점(440)을 향하도록 하여, 자율이동로봇(400)의 이동 방향 오차요인을 줄이고, 현재 자율이동로봇(400)의 위치 및 방향 오차가 있더라도 앞으로 이동할 경로상의 추종점(440)을 향해 이동하기 때문에 경로의 급격한 변화를 사전에 대처할 수 있다. 또한 자율이동로봇(400)이 경로를 정확히 추종하지 못해도 이동 시 자연스럽게 오차를 줄이면서 계획된 경로를 추종할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 자율이동로봇의 경로 보정 방법의 예를 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 도면은 자율이동로봇(500)이 위험영역 이외의 구간에서 장애물이나 기타 환경에 의해서 직선경로를 계획하지 못해 급격하게 변화하는 경로를 이동하는 경우, 자율이동로봇(500)의 이동 방향 오차를 보정하는 방법에 대해 도시한 것이다.

자율이동로봇(500)이 주행 중, 자율이동로봇(500)으로부터 일정한 거리 L에 있는 계획된 경로상의 추종점 b(520)를 향하여 이동한다. 이때, 자율이동로봇(500)의 이동방향(550)과 이동해야 할 지점 b(520) 방향과의 각도 오차 α(530) 가 일정한 값 이상일 경우, 자율이동로봇(500)의 방향을 제어하는 방식으로 제어 요인을 최소화하는 방식으로 자율이동로봇(500)의 진행 방향을 제어한다.

제어 시스템의 특성상 오차가 발생하면 오차를 보정하기 위한 시스템 제어를 시도하는데, 대부분의 제어시스템은 오버슈트(overshoot)가 발생하고 원하는 출력 값을 얻는 시간까지 시스템의 출력값은 불안정하게 된다. 즉, 자율이동로봇(500)이 계획된 경로 방향(560)으로 이동하지 못하고 계획된 경로 상에서 이동방향이 계속 불안정하게 변화하며 지그재그(zigzag) 형태로 이동하게 된다. 따라서 자율이동로봇(500)을 자연스럽게 이동시키기 위해 간단한 오차 보정 알고리즘을 적용하여 자율이동로봇(500)의 주행을 개선할 수 있다.

도 6에서 자율이동로봇(500)이 계획된 경로를 추종 시, 자율이동로봇(500)의 중심에서 추종점 b(520)를 잇는 선분이 좌표평면상의 x축과 이루는 각 γ(540)는 자율이동로봇(500)이 이동해야 할 방향이다. 자율이동로봇(500)이 이동 중인 환경에서의 좌표값 (x,y)와 경로상의 추종점의 좌표값(xl ,yl)을 아래 수학식 1에 적용하여 γ(540)를 구할 수 있다.

γ= tan ^-1 ((yl-y)/(xl-x))

자율이동로봇(500)의 이동방향 각은 β(570)와 γ(540)를 이용하면 자율이동로봇(500)의 방향 오차 α(530)를 아래 수학식 2를 이용하여 구할 수 있다.

α=β-γ

따라서 자율이동로봇(500)의 주행 시, 아래 수학식 3과 같이 자율이동로봇(500)의 방향 오차 α(530) 값이 어느 일정한 크기 이상의 값이 되면, 자율이동로봇(500)의 진행 방향을 제어한다.

α > |A| 여기서, A는 임의의 값

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 자율이동로봇의 경로를 설정하여 자율이동로봇이 목적지에 도착하는 예를 도시한 도면이다.

도면은 안전영역과 위험영역을 포함하는 경우, 자율이동로봇(600)의 주행 방법을 나타내고 있다. 자율이동로봇(700)의 주행 환경을 위험영역(620)과 경유점(650)을 포함하는 경유점 포함영역(610)을 구분하고, 자율이동로봇(700)이 출발점에서 목적지(680)까지 경로를 계산할 때, 계산된 경로가 경유점을 포함하는 영역(610)과 위험영역(620)을 통과하는지를 확인하고, 이 영역(650,620)을 통과하면 영역에 관계있는 경유점(650)들 만으로 다시 경로를 간단하게 계획한다.

따라서 계획된 경로는 출발점과 경유점(650, 660, 670) 및 목적지(680)를 차례로 이동하게 하는 경로가 계획되게 된다. 안전 영역에서의 이동은 도 5 및 도 6에서 설명한 방식으로 이동하고, 위험영역(620)에서는 도 2에서 설명한 방식으로 충돌을 회피하며 안전하게 이동하여 목표점(680)에 이동한다.

이상 본 발명의 실시예에서는 목표 지점까지의 이동 경로를 먼저 계획하고 계획한 이동 경로 중에서 안전 영역과 위험 영역을 설정하고 이에 대응하는 경유 지점을 설정한 후 최종 경로를 설정하는 방법을 개시하고 있다. 그러나 이에 대응하여 전체 지도 영역에 대해 안전영역 및 위험 영역을 설정하고, 이에 대응하는 이동 경유 지점을 각각 설정하여 저장한 후, 목표 지점까지의 이동 명령이 입력되면 이에 따른 이동 경로를 계획하고 이에 따른 안전 영역 및 위험 영역과 이에 대응하는 이동 경유 지점에 기초하여 최종 이동 경로를 설정함으로써, 결정된 최종 이동 경로에 따라 자율이동로봇을 이동시킬 수도 있다.

보다 구체적으로, 위험/안전 영역 설정부(150)는 전체 지도 영역에 대해 상기 자율이동로봇의 이동에 따른 위험영역 및 안전영역을 설정한다.

위험 경유점 설정부(160)는 위험/안전 영역 설정부(150)에 의해 설정된 위험영역 통과 시 안전한 주행을 위해 거쳐야 되는 경유 지점을 설정한다. 또한 안전 경유점 설정부(170)는 위험/안전 영역 설정부(150)에 의해 설정된 안전영역 주행 시 주행 경로 및 제어를 단순하게 하기 위해 거쳐야 되는 서로 직선으로 연결되는 경유 지점을 설정한다.

이에 따라, 제어부(110)는 전체 지도 영역에 대해 설정된 위험영역 및 위험 경유 지점 정보를 저장부(120)에 저장한다.

이동경로 계획부(140)는 시작 지점에서 목표 지점까지의 이동 명령이 입력되면, 시작 지점에서 목표 지점까지의 이동 경로를 계획한다.

이동경로 결정부(180)는 이동경로 계획부(140)에서 계획한 이동 경로에 대해 저장부(120)에 저장된 위험영역과 안전영역, 및 이들에 각각 대응하는 위험 경유 지점 및 안전 경유 지점 정보에 기초하여 최종 이동 경로를 결정한다.

이에 따라, 제어부(110)는 결정된 최종 이동 경로에 기초하여 자율이동로봇이 이동되도록 구동부(130)를 제어한다.

본 실시예에서 제어부(110)는 자율이동로봇의 주행 시, 주행 중인 현재 위치에서 일정한 거리에 위치한 이용할 경로 지점을 연결하는 직선과 상기 자율이동로봇의 이동 방향의 사이 각도 차이가 설정된 문턱값 이상이면, 상기 자율이동로봇이 일정한 거리에 위치한 이용할 경로 지점을 향하도록 이동 방향각을 보정한다.

상기와 같은 자율이동로봇의 기능은 이에 대응하는 방법에서도 동일하게 적용된다. 따라서 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이상에서는 본 발명에서 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 첨부하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 및 균등한 타 실시가 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부한 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

본 발명에 따르면, 자율이동로봇의 주행 경로를 안전영역과 위험영역으로 나누어 자율이동로봇의 주행을 제어하고 위험영역 주행 시 자율이동로봇의 안전을 우선하여 주행을 제어하고 안전영역 주행 시 자율이동로봇의 제어 및 경로를 단순히 하여 자율이동로봇이 자연스럽게 움직임을 통해 주행을 하도록 함으로써, 자율이동 로봇의 주행에 따른 충돌을 막을 수 있고 간단한 제어 알고리즘을 통해 자연스러운 주행 및 경로 추종 제어가 가능하다.

Claims (21)

1. 입력 명령에 따라 설정된 시작 지점과 목표 지점을 이용해 이동 경로를 계획하는 이동경로 계획부;

   상기 계획한 이동 경로 중에서 이동에 따른 위험영역 및 안전 영역을 설정하는 위험 및 안전 영역 설정부;

   상기 설정된 위험영역을 안전하게 주행하기 위해 통과해야 하는 경유 지점을 설정하고, 상기 설정된 안전 영역을 단순하게 주행하기 위해 직선으로 연결된 경유 지점을 설정하는 위험 및 안전 경유점 설정부;

   상기 계획한 이동 경로를 바탕으로 상기 설정된 위험영역의 경유 지점 및 안전 영역의 경유 지점을 포함하는 최종 이동 경로를 결정하는 이동경로 결정부; 및

   상기 결정된 최종 이동 경로에 기초하여 상기 자율이동로봇을 이동시키도록 구동부를 제어하고, 이동 중 상기 자율이동로봇의 현재 위치에서 일정한 거리에 있는 상기 최종 이동 경로 상의 점을 잇는 직선과 상기 자율이동로봇의 이동방향이 이루는 각도가 설정된 값 이상인 경우에 상기 이동 방향을 보정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율이동로봇.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 위험 및 안전 경유점 설정부는 상기 설정된 위험 영역의 입구 및 출구에 상기 위험 영역 경유 지점을 설정하는 것을 특징으로 하는 자율이동로봇.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어부는 하나의 경유 지점에서 다음 경유 지점 방향으로 자율이동로봇의 주행 방향을 회전한 후 이동하도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 자율이동로봇.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 이동 시작 지점에서 목표 지점까지의 이동 명령을 입력받는 단계;

   상기 시작 지점에서 목표 지점까지의 이동 경로를 계획하는 단계;

   상기 계획한 이동 경로 중에서 이동에 따른 위험영역과 안전영역을 설정하는 단계;

   상기 설정된 위험영역 통과 시 안전한 주행을 위해 통과해야하는 경유 지점 및 상기 설정된 안전 영역 주행 시 주행 경로 및 제어를 단순하게 하기 위해 통과해야되는 서로 직선으로 연결되는 경유 지점을 설정하는 단계;

   상기 계획한 이동 경로를 바탕으로 상기 설정된 위험영역의 경유 지점 및 안전 영역의 경유 지점을 포함하는 최종 이동 경로를 결정하는 단계; 및

   상기 결정된 최종 이동 경로에 기초하여 상기 자율이동로봇을 이동시키고, 이동 중 상기 자율 이동 로봇의 현재 위치에서 일정한 거리에 있는 상기 최종 이동 결로 상의 점을 잇는 직선과 상기 자율 이동 로봇의 이동 방향이 이루는 각도가 설정된 값 이상인 경우에 상기 이동 방향을 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율이동로봇의 이동 경로 제어방법.
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 입력되는 명령에 따라 자율이동로봇을 이동시키는 구동부;

    전체 지도 영역에 대해 상기 자율이동로봇의 이동에 따른 위험영역 및 안전영역을 설정하는 위험영역 설정부;

    상기 설정된 위험영역 통과 시 안전한 주행을 위해 거쳐야 되는 경유 지점 및 상기 설정된 안전영역 주행 시 주행 경로 및 제어를 단순하게 하기 위해 통과해야 되는 서로 직선으로 연결되는 경유지점을 설정하는 위험 경유점 설정부;

    상기 전체 지도 영역에 대해 설정된 위험영역과 안전영역 그리고 상기 경유 지점에 관한 정보를 저장하는 저장부;

    입력되는 명령에 따라 설정된 시작 지점에서 목표 지점까지의 이동 경로를 계획하는 이동경로 계획부;

    상기 계획한 이동 경로에 대해 상기 저장부에 저장된 위험 영역과 안전 영역 그리고 상기 경유 지점에 관한 정보에 기초하여 최종 이동 경로를 결정하는 이동경로 결정부; 및

    상기 결정된 최종 이동 경로에 기초하여 상기 자율이동로봇을 이동시키도록 상기 구동부를 제어하고 이동 중 상기 자율 이동 로봇의 현재 위치에서 일정한 거리에 있는 상기 최종 이동 결로 상의 점을 잇는 직선과 상기 자율 이동 로봇의 이동 방향이 이루는 각도가 설정된 값 이상인 경우에 상기 이동 방향을 보정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율이동로봇.
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 전체 지도 영역에 대해 자율이동로봇의 이동에 따른 위험영역 및 안전영역을 설정하는 단계;

    상기 설정된 위험영역 통과 시 안전한 주행을 위해 거쳐야 되는 경유 지점 및 상기 설정된 안전 영역 주행 시 주행 경로 및 제어를 단순하게 하기 위해 통과해야 되는 서로 직선으로 연결되는 경유 지점을 설정하는 단계;

    이동 시작 지점에서 목표 지점까지의 이동 명령을 입력받는 단계;

    상기 시작 지점에서 목표 지점까지의 이동 경로를 계획하는 단계;

    상기 계획한 이동 경로에 대해 설정한 위험영역과 안전영역 그리고 상기 경유지점에 관한 정보를 기초로 최종 이동 경로를 결정하는 단계; 및

    상기 결정된 최종 이동 경로에 기초하여 상기 자율이동로봇을 이동시키고 이동 중 상기 자율 이동 로봇의 현재 위치에서 일정한 거리에 있는 상기 최종 이동 결로 상의 점을 잇는 직선과 상기 자율 이동 로봇의 이동 방향이 이루는 각도가 설정된 값 이상인 경우에 상기 이동 방향을 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율이동로봇의 이동 경로 제어방법.
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