KR100977514B1

KR100977514B1 - System and method for finding path using multiple mobile robots

Info

Publication number: KR100977514B1
Application number: KR1020080030686A
Authority: KR
Inventors: 김성륜; 정진홍; 박수진
Original assignee: 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2008-04-02
Filing date: 2008-04-02
Publication date: 2010-08-23
Also published as: KR20090105313A

Abstract

복수 개의 모바일 로봇들로 이루어지는 경로 탐색 시스템 및 경로 탐색 방법이 개시된다. 본 발명에 따른, 복수 개의 모바일 로봇들로 이루어지는 경로 탐색 시스템은, 서로 다른 위치에서, 센서를 이용하여 맵 정보를 획득하는 제1 로봇 및 제2 로봇을 포함하고, 상기 제1 로봇은 자신이 획득한 맵 정보를 상기 제2 로봇으로 전달하며, 상기 제2 로봇은 상기 제1 로봇으로부터 전달받은 맵 정보를 이용하여 자신이 획득한 맵 정보를 업데이트하고, 상기 업데이트된 맵 정보에 따라서 이동하면서 경로를 탐색하는 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명에 의하면 복수 개의 모바일 로봇의 상호 협력으로써, 주어진 환경에서 경로를 보다 빨리 탐색할 수 있으며, 각 로봇이 단순한 경로 탐색 알고리즘을 사용하면서도 효과적으로 경로를 탐색할 수 있다.A route searching system and a route searching method including a plurality of mobile robots are disclosed. According to the present invention, a path search system composed of a plurality of mobile robots includes a first robot and a second robot that acquire map information using a sensor at different locations, and the first robot acquires itself. One map information is transmitted to the second robot, and the second robot uses the map information received from the first robot to update the map information acquired by the first robot, and moves along the updated map information and moves the path. It is characterized by searching. According to the present invention, by cooperating with a plurality of mobile robots, a path can be searched faster in a given environment, and each robot can search a path effectively while using a simple path search algorithm.

Description

System and method for finding path using multiple mobile robots}

본 발명은 모바일 로봇을 이용한 경로 탐색에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 복수 개의 모바일 로봇들로 이루어지는 경로 탐색 시스템 및 경로 탐색 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a path search using a mobile robot, and more particularly, to a path search system and a path search method comprising a plurality of mobile robots.

근래에, 로보틱스 분야에서 모바일 로봇을 이용한 경로 탐색에 관한 연구가 많이 진행되고 있다. 이러한 연구의 예로서, 벽(wall)과 통로(path)로 이루어지는 랜덤 미로가 주어질 때, 어떻게 하면 모바일 로봇들이 가능한한 빠르게 출구로 탈출할 것인지 혹은 특정 지점에 도달할 수 있을 것인지에 관한 문제가 있다. 로보틱스 분야에서 이것은 경로 계획 문제(path-planning-problem)이라 불리운다. 다수의 연구가 상기 문제에 대한 다양한 알고리즘을 제시하였다. 그 중 하나로서 논문 [A. Stentz, "Optimal and efficient path planning for unknown and dynamic enviroments," Technical report, CMU-RI-TR-93-20, The Robotics Institute, Carnegie Mellon University, PA, USA, 1993.]이 있다. 상기 논문 등 다수의 연구들에서는 주로 알고리즘의 효능, 즉 주어진 알고리즘이 문제를 얼마나 빨리 해결하 느냐에 초점을 맞추고 있다. Recently, a lot of researches on the path search using a mobile robot in the robotics field. As an example of this study, given a random maze of walls and paths, there is a question of how mobile robots can escape to the exit as quickly as possible or reach a certain point. In the field of robotics this is called path-planning-problem. Many studies have suggested various algorithms for this problem. As one of them, the paper [A. Stentz, "Optimal and efficient path planning for unknown and dynamic enviroments," Technical report, CMU-RI-TR-93-20, The Robotics Institute, Carnegie Mellon University, PA, USA, 1993. Many studies, including the above paper, focus mainly on the effectiveness of an algorithm, ie how quickly a given algorithm solves a problem.

한편, 무선 통신 분야에서 애드혹 라디오 네트워크(ad hoc radio networks), 센서 네트워크, 무선 메쉬 네트워크(wireless mesh networks), 무선 멀티홉 릴레이 시스템 등을 포함하는 무선 멀티홉 네트워크가 상호 협력 통신(cooperative communications)의 수단으로서 대두되고 있다. Meanwhile, in the field of wireless communication, wireless multi-hop networks including ad hoc radio networks, sensor networks, wireless mesh networks, wireless multi-hop relay systems, and the like are used for cooperative communications. It is emerging as a means.

그러나 무선 통신 분야에서 멀티홉 무선 통신을 네트워크 로봇에 적용하는 것은 고려하지 않고 있으며, 로보틱스 영역에서도 이미 설명한 바와 같이 경로를 탐색하기 위한 알고리즘에 초점을 맞추고 있을 뿐 상호 협력 통신 혹은 멀티홉 무선 통신을 문제 해결의 수단으로서 고려하지 않고 있다. However, in the field of wireless communication, the application of multi-hop wireless communication to network robots is not considered. As already explained in the robotics area, the focus is on algorithms for path searching. It is not considered as a means of solution.

본 발명이 이루고자 하는 복수 개의 모바일 로봇의 상호 협력으로써, 주어진 환경에서 경로를 보다 빨리 탐색할 수 있는, 복수 개의 모바일 로봇들로 이루어지는 경로 탐색 시스템, 복수 개의 모바일 로봇들을 이용한 경로 탐색 방법을 제공하는 데 있다. The mutual cooperation of a plurality of mobile robots to be achieved by the present invention, to provide a path search system consisting of a plurality of mobile robots, a path search method using a plurality of mobile robots that can navigate the path faster in a given environment have.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른, 복수 개의 모바일 로봇들로 이루어지는 경로 탐색 시스템은, 서로 다른 위치에서, 센서를 이용하여 맵 정보를 획득하는 제1 로봇 및 제2 로봇을 포함하고, 상기 제1 로봇은 자신이 획득한 맵 정보를 상기 제2 로봇으로 전달하며, 상기 제2 로봇은 상기 제1 로봇으로부 터 전달받은 맵 정보를 이용하여 자신이 획득한 맵 정보를 업데이트하고, 상기 업데이트된 맵 정보에 따라서 이동하면서 경로를 탐색하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above technical problem, a path searching system composed of a plurality of mobile robots, according to the present invention, includes a first robot and a second robot for obtaining map information using a sensor at different locations. The first robot transmits the map information acquired by the first robot to the second robot, and the second robot updates the map information acquired by the map using the map information received from the first robot, and updates the map information. Searching for a route while moving according to the map information.

여기서, 상기 경로 탐색 시스템은, 센서를 이용하여 맵 정보를 획득하는 제3 로봇을 더 포함하고, 상기 제1 로봇은 상기 제3 로봇을 상기 제2 로봇으로 전달할 맵 정보를 중계할 중계 노드로 삼아 멀티홉 무선 통신을 이용하여 자신이 획득한 맵 정보를 상기 제2 로봇에게 전달할 수 있다.The route search system may further include a third robot that acquires map information by using a sensor, and the first robot uses the map information to transmit the third robot to the second robot as a relay node to relay. By using multi-hop wireless communication, the map information acquired by the user may be transmitted to the second robot.

이때, 상기 제1 로봇은 상기 제3 로봇으로 자신이 획득한 맵 정보를 송신하고, 상기 제3 로봇은 상기 제1 로봇으로부터 수신한 맵 정보를 이용하여 자신이 획득한 맵 정보를 업데이트하고, 상기 업데이트된 맵 정보를 상기 제2 로봇에게 송신할 수 있다. In this case, the first robot transmits the map information obtained by the first robot to the third robot, and the third robot updates the map information acquired by the map using the map information received from the first robot. The updated map information may be transmitted to the second robot.

또한, 상기 제2 로봇은 비콘 신호를 브로드캐스팅하고, 상기 제1 로봇은 상기 중계 노드를 선택하기 위해 이웃 로봇들로 송신요구 메시지를 송출하고, 상기 이웃 로봇들의 응답 메시지를 기초로 상기 중계 노드를 결정하며, 상기 이웃 로봇들은 상기 비콘 신호를 수신하여 그 세기를 측정하고, 상기 송신요구 메시지에 응답하여 상기 비콘 신호의 세기를 포함하는 응답 메시지를 상기 제1 로봇으로 송출할 수 있다.In addition, the second robot broadcasts a beacon signal, the first robot sends a transmission request message to neighboring robots to select the relay node, and sends the relay node based on a response message of the neighboring robots. The neighboring robots may receive the beacon signal, measure its strength, and transmit a response message including the strength of the beacon signal to the first robot in response to the transmission request message.

또한, 상기 응답 메시지는 상기 비콘 신호의 세기와 더불어 상기 응답 메시지를 발신하는 주체의 식별자를 포함할 수 있다. In addition, the response message may include an identifier of a subject that transmits the response message together with the strength of the beacon signal.

또한, 상기 제1 로봇은 가장 큰 비콘 신호의 세기를 가지는 응답 메시지를 송출한 이웃 로봇을 상기 중계 노드로 결정할 수 있다.In addition, the first robot may determine as the relay node a neighboring robot that transmits a response message having the largest beacon signal strength.

상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른, 복수 개의 모바일 로봇들을 이용한 경로 탐색 방법은, (a) 서로 다른 위치에서, 제1 로봇 및 제2 로봇이 각각 센서를 이용하여 맵 정보를 획득하는 단계; (b) 상기 제1 로봇이 자신이 획득한 맵 정보를 상기 제2 로봇으로 전달하는 단계; (c) 상기 제2 로봇이 상기 제1 로봇으로부터 전달받은 맵 정보를 이용하여 자신이 획득한 맵 정보를 업데이트하는 단계; 및 (d) 상기 제2 로봇이 상기 업데이트된 맵 정보에 따라서 이동하면서 경로를 탐색하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the other technical problem, according to the present invention, a path searching method using a plurality of mobile robots, (a) at the different position, the first robot and the second robot to obtain map information by using a sensor, respectively; step; (b) the first robot transmitting map information acquired by the first robot to the second robot; (c) updating, by the second robot, map information acquired by the second robot using map information received from the first robot; And (d) searching for a path while the second robot moves according to the updated map information.

여기서, 상기 경로 탐색 방법은, 제3 로봇이 센서를 이용하여 맵 정보를 획득하는 단계를 더 포함하고, 상기 (b) 단계에서, 상기 제1 로봇은 상기 제3 로봇을 상기 제2 로봇으로 전달할 맵 정보를 중계할 중계 노드로 삼아 멀티홉 무선 통신을 이용하여 자신이 획득한 맵 정보를 상기 제2 로봇에게 전달할 수 있다.The path searching method may further include obtaining a map information by a third robot using a sensor, and in step (b), the first robot may transfer the third robot to the second robot. Using the map information as a relay node to relay, map information acquired by the user may be transmitted to the second robot using multi-hop wireless communication.

이때, 상기 (b) 단계는, 상기 제1 로봇이 상기 제3 로봇으로 자신이 획득한 맵 정보를 송신하는 단계; 상기 제3 로봇이 상기 제1 로봇으로부터 수신한 맵 정보를 이용하여 자신이 획득한 맵 정보를 업데이트하는 단계; 및 상기 제3 로봇이 상기 업데이트된 맵 정보를 상기 제2 로봇에게 송신하는 단계를 포함할 수 있다.In this case, step (b) may include: transmitting, by the first robot, map information obtained by the first robot to the third robot; Updating, by the third robot, map information acquired by the third robot using map information received from the first robot; And transmitting, by the third robot, the updated map information to the second robot.

또한, 상기 경로 탐색 방법은, 상기 제2 로봇이 비콘 신호를 브로드캐스팅하는 단계; 상기 제1 로봇이 상기 중계 노드를 선택하기 위해 이웃 로봇들로 송신요구 메시지를 송출하는 단계; 상기 이웃 로봇들이 상기 비콘 신호를 수신하여 그 세기를 측정하고, 상기 송신요구 메시지에 응답하여 상기 비콘 신호의 세기를 포함하는 응답 메시지를 상기 제1 로봇으로 송출하는 단계; 및 상기 제1 로봇이 상기 이 웃 로봇들의 응답 메시지를 기초로 상기 중계 노드를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.The path searching method may further include: broadcasting, by the second robot, a beacon signal; Sending, by the first robot, a transmission request message to neighboring robots to select the relay node; Receiving, by the neighboring robots, the beacon signal, measuring its strength, and transmitting a response message including the strength of the beacon signal to the first robot in response to the transmission request message; And determining, by the first robot, the relay node based on response messages of the neighbor robots.

상술한 본 발명에 의하면, 복수 개의 모바일 로봇의 상호 협력으로써, 주어진 환경에서 경로를 보다 빨리 탐색할 수 있으며, 각 로봇이 단순한 경로 탐색 알고리즘을 사용하면서도 효과적으로 경로를 탐색할 수 있다. According to the present invention described above, by cooperating with a plurality of mobile robots, it is possible to search the path faster in a given environment, and each robot can search the path effectively while using a simple path search algorithm.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하 설명 및 첨부된 도면들에서 실질적으로 동일한 구성요소들은 각각 동일한 부호들로 나타냄으로써 중복 설명을 생략하기로 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description and the accompanying drawings, substantially the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

이하 설명되는 본 발명에 따른 경로 탐색 시스템 및 경로 탐색 방법의 실시예는, 임의의 미로 내에서 복수 개의 로봇이 출구(혹은 목적지)를 탐색하는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다. An embodiment of the route search system and route search method according to the present invention will be described below by taking a case where a plurality of robots search for an exit (or a destination) in an arbitrary maze.

본 발명의 일 실시예에 따른 경로 탐색 시스템은 복수 개의 모바일 로봇들로 이루어진다. 각 로봇은 벽(wall)과 통로(path)를 탐지하기 위한 센서, 맵 정보를 저장하기 위한 메모리, 원하는 방향으로 움직일 수 있는 이동 수단, 그리고 마이크로프로세서 등을 구비한다. 상기 센서로는 적외선 센서를 사용할 수 있으며, 전방, 우측, 좌측에 대하여 벽(wall) 또는 통로(path)인지 여부를 감지하도록 구현될 수 있다. 그리고 각 로봇에는 무선 통신 수단으로서, 지그비(Zigbee) 모듈이 장착될 수 있다. 상기 무선 통신 수단으로서 지그비 통신 외에 다른 통신 기법이 사용될 수 있음은 물론이다. 상기 이동 수단으로는 스텝 모터를 사용할 수 있다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 실제로 구현된 로봇의 모습을 나타낸다.The route search system according to an embodiment of the present invention includes a plurality of mobile robots. Each robot has a sensor for detecting walls and paths, a memory for storing map information, a means of movement in the desired direction, and a microprocessor. An infrared sensor may be used as the sensor, and may be implemented to detect whether a wall or a path is present with respect to a front side, a right side, and a left side. Each robot may be equipped with a Zigbee module as a wireless communication means. It goes without saying that other communication techniques besides Zigbee communication may be used as the wireless communication means. A step motor can be used as said moving means. Figure 1 shows the appearance of the robot actually implemented according to an embodiment of the present invention.

본 실시예에서, 각 로봇은 상기 센서를 이용하여 맵 정보를 획득하고, 이동하면서 맵 정보를 학습하며, 학습된 맵 정보를 상기 메모리에 저장한다. 특히 로봇 들은 자신이 가지고 있는 맵 정보를 다른 로봇들과 서로 교환한다. 각 로봇은 자신이 가지고 있는 맵 정보를 다른 로봇으로부터 받은 맵 정보로 업데이트하고, 업데이트된 맵 정보에 따라 이동하면서 경로를 탐색한다. 본 실시예에서, 맵 정보의 교환을 위하여 멀티홉 무선 통신이 사용되며, 이때 각 로봇은 중계 노드로서 역할할 수 있다. 중계 노드로 역할하는 로봇은 한 로봇으로부터 전달받은 맵 정보를 다른 로봇으로 전달하는 과정에서, 자신이 획득한 맵 정보를 상기 전달받은 맵 정보로 업데이트하고, 업데이트된 맵 정보를 다른 로봇으로 전달한다. In this embodiment, each robot acquires map information using the sensor, learns map information while moving, and stores the learned map information in the memory. In particular, robots exchange their map information with other robots. Each robot updates its own map information with map information received from other robots, and searches for a path while moving according to the updated map information. In this embodiment, multi-hop wireless communication is used for the exchange of map information, where each robot can serve as a relay node. The robot serving as a relay node updates the map information acquired by the robot with the received map information, and transmits the updated map information to the other robots in the process of delivering map information received from one robot to another robot.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 각 로봇이 가지는 맵 정보를 도시한 도면이다. 본 실시예에서 각 로봇은 두 가지 모드로서 동작하는데, 하나의 모드는 목적지 정보를 가지고 있지 않은 경우(제1 모드)이고, 다른 모드는 목적지 정보를 가지고 있는 경우(제2 모드)이다. 도 2는 상기 제1 모드일 때 로봇이 가지고 있는 맵 정보를, 도 3은 상기 제2 모드일 때 로봇이 가지고 있는 맵 정보를 나타낸다. 각 로봇은 모드에 따라서 자신이 가지고 있는 맵 정보에 기초하여 이동하면서 경로를 탐색한다. 2 and 3 are diagrams showing map information of each robot according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, each robot operates in two modes, one mode having no destination information (first mode) and the other mode having destination information (second mode). 2 shows map information possessed by the robot in the first mode, and FIG. 3 shows map information possessed by the robot in the second mode. Each robot searches for a route while moving based on its map information according to its mode.

도 2를 참조하면, 각 셀은 벽 또는 통로를 나타내고, 셀의 색깔은 셀의 상태를 특정한다. 예를 들어 도시된 바와 같이, 로봇에 의해 탐색되어 통로로 감지된 셀들은 검은색으로, 로봇에 의해 탐색되어 벽으로 감지된 셀들은 회색으로, 그리고 탐색되지 않은 셀들은 흰색으로 나타낼 수 있다. 각 로봇은 네 방향, 즉 전후좌우로 이동하면서 센서를 이용하여 맵 정보를 획득한다. 이미 설명한 바와 같이, 로봇들은 자신이 가지고 있는 맵 정보를 다른 로봇들과 교환하고, 다른 로봇으로부터 수신한 맵 정보로 자신이 가지고 있는 맵 정보를 업데이트하는데, 맵 정보를 결합하기 위하여 자신의 초기 위치를 기억하도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 각 로봇은 탐색을 시작할 때 자신이 위치한 절대 좌표를 기억하도록 하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 2, each cell represents a wall or passage, and the color of the cell specifies the state of the cell. For example, as illustrated, cells detected by the robot and detected as a path may be black, cells detected by the robot and detected as a wall, and cells which are not detected as white may be represented by white. Each robot moves in four directions, ie back, front, left, and right, and acquires map information using a sensor. As already explained, robots exchange their own map information with other robots and update their own map information with map information received from other robots. It is desirable to remember. That is, each robot preferably remembers its absolute coordinates at the start of the search.

도 2에서, 검은색 셀이 가지고 있는 숫자는 해당 셀 주위의 탐색되지 않은 셀의 개수를 나타낸다. 예를 들어, 도시된 바와 같이 검은색 셀이 숫자 3으로 표시되어 있음은, 네 방향들 중에서 세 방향의 흰색 셀을 탐지되지 않은 셀로서 가지고 있음을 의미한다. 도 2에서 로봇의 현재 위치는 "R"로 표시된 셀이며, 로봇은 주변의 셀들 중 가장 높은 숫자 "3"을 가지고 있는 검은색 셀로 이동한다. 만일 주변의 셀들 중 숫자가 같은 셀이 복수 개 있다면 로봇은 그중 방문 횟수가 가장 작은 검은색 셀로 이동하도록 구현될 수 있다. 이 경우, 각 로봇은 각 검은색 셀들을 몇 번 방문하였는지 세고 기억하도록 하여야 하는 것이 바람직하다. In FIG. 2, the number of black cells indicates the number of unsearched cells around the cell. For example, as shown in the figure, the black cell is indicated by the number 3, which means that the white cell in three directions among the four directions is present as an undetected cell. In FIG. 2, the current position of the robot is a cell denoted by "R", and the robot moves to the black cell having the highest number "3" among the surrounding cells. If there are a plurality of cells having the same number among the surrounding cells, the robot may be implemented to move to the black cell having the least number of visits. In this case, it is desirable that each robot count and remember how many times each black cell has been visited.

검은색 셀에 해당하는 숫자는 로봇이 이동함에 따라 벽 또는 통로를 감지하면서 업데이트되고, 다른 로봇들로부터 맵 정보를 전달받게 되면서 또한 업데이트된다. 어떤 로봇에 의해 주어진 미로의 출구 혹은 목적지가 발견되면, 그 로봇은 목적지의 위치 정보를 저장하고, 그 정보를 다른 로봇들에게 전달한다. The numbers corresponding to the black cells are updated by detecting walls or passages as the robot moves, and are also updated by receiving map information from other robots. When an exit or destination of a maze given by a robot is found, the robot stores the location information of the destination and passes the information to other robots.

각 로봇은 맵 정보에 정확한 목적지의 위치를 가지게 되면, 목적지 쪽 방향으로 이동한다. 이때부터 각 로봇은 상기 제2 모드에 따라 이동한다. 도 3을 참조하면, 검은색 셀이 가지고 있는 각 숫자는 셀의 개수를 기준으로 하는 목적지까지의 거리를 나타낸다. 도 3에 도시된 바에 의하면, 숫자 "0"으로 표시된 셀이 목적지에 해당한다. 이러한 맵 정보를 가지고, 로봇은 거리가 감소하는 방향으로 이동 한다. 로봇이 목적지의 위치에 대한 정보를 가지고 있는 경우에는 상기 제1 모드에 따라 이동하고, 자신이 직접 획득하든 다른 로봇으로부터 전달을 받든, 일단 목적지의 위치에 관한 정보를 가지게 되면 제2 모드에 따라 이동하면서 경로를 탐색한다. When each robot has the correct destination location in the map information, it moves in the direction of the destination. From this point on, each robot moves according to the second mode. Referring to FIG. 3, each number of black cells represents a distance to a destination based on the number of cells. As shown in Fig. 3, the cell indicated by the number " 0 " corresponds to the destination. With this map information, the robot moves in the direction of decreasing distance. If the robot has information about the location of the destination, the robot moves according to the first mode, and whether the robot directly acquires or receives information from another robot, once the robot has information about the location of the destination, the robot moves according to the second mode. Navigate the path

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따라 로봇들 간에 맵 정보를 교환하는 방법에 관하여 설명하기로 한다. 본 실시예에서는 로봇들 간에 서로 맵 정보를 전달하기 위하여 이른바 바스켓볼 라우팅(Basketball Routing) 알고리즘을 도입한다. 이동하는 로봇들을 위한 멀티홉 통신 프로토콜은 오버헤드가 적어야 할 뿐만 아니라 로봇이 이동함에 따라서 자체 구성가능(self-configurable) 해야 한다. 이러한 요구를 만족하기 위한 프로토콜은 홉 기반(per-hop based) 멀티홉 라우팅이다. Hereinafter, a method of exchanging map information between robots according to an embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, a so-called basket routing algorithm is introduced to transfer map information between robots. Multihop communication protocols for moving robots not only have a low overhead, but also need to be self-configurable as the robot moves. A protocol to meet this need is per-hop based multihop routing.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 주어진 환경(미로)에 존재하는 다수의 로봇들로 이루어지는 로봇 네트워크를 도시한 도면이다. 편의상 도 4에서 미로의 형태는 제외하고 도시하였다. 4 is a diagram illustrating a robot network consisting of a plurality of robots present in a given environment (maze), according to one embodiment of the invention. For convenience, the shape of the labyrinth is not shown in FIG.

본 실시예에서 맵 정보를 가지는 각 로봇은 주어진 타임 슬롯 내에서 중계 확률 p(0<p<1)에 따라 송신 모드 혹은 수신 모드로 동작한다. 즉, 각 로봇은 p의 확률로 다른 로봇들로부터 맵 정보를 수신(listening)하고, 1-p의 확률로 자신이 가지고 있는 맵 정보를 다른 로봇들로 송신한다. 도 4를 참조하면, 임의의 시점에서 송신 모드에 있는 로봇과 수신 모드에 있는 로봇이 구분되도록 도시되어 있다. In this embodiment, each robot having map information operates in a transmission mode or a reception mode according to the relay probability p (0 <p <1) within a given time slot. That is, each robot receives map information from other robots with a probability of p, and transmits map information that it has to other robots with a probability of 1-p. Referring to FIG. 4, a robot in a transmission mode and a robot in a reception mode are illustrated to be distinguished at an arbitrary time point.

편의상, 이하 설명에서 각 로봇을 "노드"로 표현하고, 맵 정보를 전달하는 로봇을 소스 노드, 맵 정보를 전달받는 로봇을 목적 노드, 맵 정보를 중계하는 로 봇을 중계 노드라 하기로 한다. 소스 노드는 자신이 획득한 맵 정보 또는 다른 노드로부터 수신하여 업데이트된 맵 정보를 중계 노드로 전송한다. 만일 목적 노드가 단일홉 통신 범위(one-hop communication range) 내에 있다면 소스 노드는 직접 목적 노드로 맵 정보를 전송한다. 한편, 각 로봇은 소스 노드가 목적 노드로 맵 정보를 전달하고자 할 때 그 사이에서 정보를 중계할 중계 노드로서 역할할 수 있다. 도 4를 참조하면, 소스 노드(S)가 목적 노드(D)로 정보를 전달하고자 할 때, 도시된 중계 영역 내의 로봇들 중 적절한 로봇이 중계 노드로서 역할할 수 있다.For convenience, in the following description, each robot will be referred to as a "node", and a robot that delivers map information will be referred to as a source node, a robot that receives map information, an object node, and a robot that relays map information will be referred to as a relay node. The source node transmits the updated map information received from its own map information or another node to the relay node. If the destination node is within the one-hop communication range, the source node sends the map information directly to the destination node. On the other hand, each robot may serve as a relay node to relay the information between the source node when the source node wants to deliver the map information to the destination node. Referring to FIG. 4, when the source node S intends to transfer information to the destination node D, an appropriate robot among the robots in the illustrated relay area may serve as a relay node.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라서 로봇 네트워크에서 중계 노드를 선택하고, 선택된 중계 노드로 정보를 전달하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 참조하면, 로봇 네트워크 내에서 소스 노드(S), 목적 노드(D) 및 이웃 노드들, 즉 소스 노드의 이웃 로봇들(노드 i, 노드 j) 간에 라우팅이 이루어진다. FIG. 5 is a diagram illustrating a process of selecting a relay node in a robot network and transferring information to the selected relay node according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, routing is performed between the source node S, the destination node D, and neighbor nodes, that is, neighbor robots (node i, node j) of the source node in the robot network.

먼저, 목적 노드(D)는 주기적으로 비콘 신호(beacon signal)를 브로드캐스팅한다. 그러면, 비콘 신호를 수신한 노드들(S, 노드 i, 노드 j) 각각은 비콘 신호의 세기를 측정하고, 이를 저장하여 둔다. First, the destination node D periodically broadcasts a beacon signal. Then, each of the nodes (S, node i, node j) receiving the beacon signal measures the strength of the beacon signal, and stores it.

소스 노드(S)가 송신 모드에 있어서 맵 정보를 전달하고자 하는 경우, 소스 노드(S)는 전파 영역(radio range) 내의 이웃 노드들(노드 i, 노드 j)로 송신요구 메시지(Request-to-Send, RTS)를 송출한다.When the source node S wants to transmit the map information in the transmission mode, the source node S transmits a request-to-request message to neighbor nodes (node i, node j) in a radio range. Send, RTS).

RTS 신호를 수신한 이웃 노드들(노드 i, 노드 j)은 중계 확률 p를 기초로 응답 여부를 결정하고, 충돌을 피하기 위해서 짧은 랜덤 타임 슬롯 동안 대기한 후 응답메시지(acknowledgement, ACK)를 송출한다. 상기 응답메시지의 패킷 헤더에는 목적 노드로부터 수신한 비콘 신호의 측정된 세기와 응답메시지를 발신하는 주체의 식별자(ID)를 포함한다. 이 정보들은 소스 노드가, 응답메시지를 보낸 후보 노드들 중 중계 노드를 결정하기 위하여 사용된다.The neighbor nodes (node i, node j) receiving the RTS signal determine whether to respond based on the relay probability p, wait for a short random time slot to avoid collision, and then send an acknowledgment (ACK). . The packet header of the response message includes the measured strength of the beacon signal received from the target node and the identifier (ID) of the subject that sends the response message. This information is used by the source node to determine the relay node among the candidate nodes that sent the response message.

이웃 노드들(노드 i, 노드 j)로부터 응답메시지를 수신한 소스 노드(S)는 각 응답메시지에 포함된 비콘 신호의 측정된 세기를 비교하고, 가장 큰 세기의 비콘 신호를 나타내는 응답메시지를 송출한 이웃 노드를 중계 노드로 결정한다. The source node S receiving the response message from the neighboring nodes (node i, node j) compares the measured strengths of the beacon signals included in each response message, and sends a response message indicating the beacon signal having the largest intensity. One neighbor node is determined as a relay node.

소스 노드(S)는 선택된 이웃 노드(노드 j)로 자신이 가지고 있는 맵 정보를 송신한다. 맵 정보를 수신한 이웃 노드(노드 j)는 데이터를 정상적으로 수신하였음을 알리는 응답메시지(ACK)를 송신한다. 그리고 이웃 노드(노드 j)는 자신이 가지고 있는 맵 정보를 소스 노드(S)로부터 받은 맵 정보를 이용하여 업데이트한다. 맵 정보가 업데이트되면, 이웃 노드(노드 j)는 중계 확률 p에 따라 송신 모드에서, 목적 노드(D)로 업데이트된 맵 정보를 송신하고 한편으로는 상술한 소스 노드로서의 역할을 하게 된다. 즉, 맵 정보를 수신한 중계 노드(노드 j)는 자신이 목적 노드가 아닌 한 전술한 소스 노드(S)가 수행한 과정을 반복한다. The source node S transmits its own map information to the selected neighbor node (node j). The neighbor node (node j) that has received the map information transmits a response message (ACK) indicating that data has been normally received. The neighbor node (node j) updates the map information it has using the map information received from the source node (S). When the map information is updated, the neighbor node (node j) transmits the updated map information to the destination node D in the transmission mode according to the relay probability p, and serves as the above-described source node. That is, the relay node (node j) that has received the map information repeats the above-described process performed by the source node S, unless the relay node (node j) is the target node.

상술한 절차는 로봇 네트워크 내의 로봇들 간에 서로 병렬적으로 수행된다. 즉, 각 로봇은 중계 확률 p에 기초하여 소스 노드, 목적 노드, 중계 노드로서의 역할을 수행하게 되며, 이러한 과정을 통하여 로봇 네트워크 내의 로봇들은 각자 획득한 맵 정보를 서로 공유하게 된다. The above-described procedure is performed in parallel between robots in the robot network. That is, each robot performs a role as a source node, a destination node, and a relay node based on the relay probability p. Through this process, the robots in the robot network share the obtained map information with each other.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라서 주어진 미로 내의 로봇들이 맵 정보를 공유한 결과를 설명하기 위한 도면이다. 도 6의 좌측은 각 로봇이 자신이 획득한 맵 정보를 나타내며, 도 6의 우측은 로봇들 중 일부가 다른 로봇으로부터 맵 정보를 전달받아 업데이트된 맵 정보를 나타낸다. 도 6을 참조하면, 북동쪽에 위치하는 로봇이 북서쪽에 위치하는 로봇에 자신이 획득한 맵 정보를 전달함으로써 북서쪽에 위치한 로봇이 업데이트된 맵 정보를 가지게 되었음을 알 수 있다.6 is a view for explaining a result of sharing the map information between the robots in a given maze according to an embodiment of the present invention. The left side of FIG. 6 shows map information acquired by each robot, and the right side of FIG. 6 shows map information updated by some of the robots receiving map information from another robot. Referring to FIG. 6, it can be seen that the robot located in the northwest has updated map information by transferring the map information obtained by the robot located in the northeast to the robot located in the northwest.

상술한 본 발명에 의하면, 복수 개의 모바일 로봇의 상호 협력으로써, 주어진 환경에서 경로를 보다 빨리 탐색할 수 있으며, 각 로봇이 복잡한 탐색 알고리즘을 사용하지 않고도 효과적으로 경로를 탐색하거나 원하는 목적지를 찾을 수 있다. 나아가, 상술한 본 발명은 로봇 네트워크를 이용하여 임무수행이 이루어질 수 있는 분야, 예를 들면 정찰, 구조, 보급, 공격 등 다양한 분야에 적용될 수 있다. According to the present invention described above, by cooperating with a plurality of mobile robots, it is possible to search a path faster in a given environment, and each robot can effectively search for a path or find a desired destination without using a complicated search algorithm. Furthermore, the present invention described above can be applied to various fields such as reconnaissance, rescue, dissemination, attack, etc. in which mission performance can be performed using a robot network.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 실제로 구현된 로봇의 모습을 나타낸다.Figure 1 shows the appearance of the robot actually implemented according to an embodiment of the present invention.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 각 로봇이 가지는 맵 정보를 도시한 도면이다. 2 and 3 are diagrams showing map information of each robot according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 주어진 환경(미로)에 존재하는 다수의 로봇들로 이루어지는 로봇 네트워크를 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating a robot network consisting of a plurality of robots present in a given environment (maze), according to one embodiment of the invention.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라서 로봇 네트워크에서 중계 노드를 선택하고, 선택된 중계 노드로 정보를 전달하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a process of selecting a relay node in a robot network and transferring information to the selected relay node according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라서 주어진 미로 내의 로봇들이 맵 정보를 공유한 결과를 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining a result of sharing the map information between the robots in a given maze according to an embodiment of the present invention.

Claims

A route search system composed of a plurality of mobile robots,

In a different position, including a first robot, a second robot and a third robot to obtain map information using a sensor,

The first robot transmits the map information acquired by the first robot to the second robot, and the second robot updates the map information acquired by the map using the map information received from the first robot, and the updated Navigate along the map information and navigate the route,

The first robot uses the map information to be transmitted to the second robot as a relay node to relay, and transmits map information obtained by the first robot to the second robot using multi-hop wireless communication.

The second robot broadcasts a beacon signal,

The first robot sends a transmission request message to neighboring robots to select the relay node, and determines the relay node based on a response message of the neighboring robots,

The neighboring robots determine whether to respond to the transmission request message based on a relay probability, receive the beacon signal, measure its strength, and respond to the transmission request message to include a response message including the strength of the beacon signal. The route search system, characterized in that for transmitting to the first robot.

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The method of claim 1,

The first robot transmits the map information obtained by the first robot to the third robot,

And the third robot updates the map information obtained by using the map information received from the first robot, and transmits the updated map information to the second robot.

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The method of claim 1,

The response message includes an identifier of a subject that sends the response message together with the strength of the beacon signal.

The method of claim 1,

And the first robot determines, as the relay node, a neighboring robot that has sent a response message having the largest beacon signal strength.

As a route searching method using a plurality of mobile robots,

(a) acquiring map information by using a sensor from a first robot, a second robot, and a third robot at different positions;

(b) the first robot transmits the map information acquired by the first robot to the second robot, and the first robot makes multi-hop by using the map information to transmit the third robot to the second robot as a relay node. Transmitting the map information acquired by the user to the second robot using wireless communication;

(c) updating, by the second robot, map information acquired by the second robot using map information received from the first robot; And

(d) the second robot searching for a route while moving according to the updated map information,

Before step (b) above,

The second robot broadcasting a beacon signal;

Sending, by the first robot, a transmission request message to neighboring robots to select the relay node;

The neighboring robots determine whether to respond to the transmission request message based on a relay probability, receive the beacon signal, measure its strength, and respond to the transmission request message to include a response message including the strength of the beacon signal. Transmitting to the first robot; And

And determining, by the first robot, the relay node based on response messages of the neighboring robots.

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The method of claim 7, wherein step (b),

Transmitting, by the first robot, map information obtained by the first robot to the third robot;

Updating, by the third robot, map information acquired by the third robot using map information received from the first robot; And

And sending, by the third robot, the updated map information to the second robot.

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