KR101041930B1 - 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 장치, 이를 구비하는 자율 이동 차량 및 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 방법 - Google Patents

자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 장치, 이를 구비하는 자율 이동 차량 및 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 방법 Download PDF

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KR101041930B1 KR1020100139536A KR20100139536A KR101041930B1 KR 101041930 B1 KR101041930 B1 KR 101041930B1 KR 1020100139536 A KR1020100139536 A KR 1020100139536A KR 20100139536 A KR20100139536 A KR 20100139536A KR 101041930 B1 KR101041930 B1 KR 101041930B1
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김준
이영일
박형욱
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르는 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 방법은, 현위치 및 그로부터 속도의 가감속 및 조향을 통해 주행 가능한 일정 위치들을 포함하는 자율 이동 차량의 주행 영역을 설정하고, 상기 주행 영역을 지형 감지 센서를 이용하여 스캔하고, 상기 스캔된 영역내의 장애물의 일부들을 점(point)들로 인식하는 장애물 감지 단계와, 상기 주행 영역을 격자로 구분하고, 상기 감지된 점들을 상기 격자 내에 배치하고, 상기 배치된 점들의 위치 및 점밀도를 기준으로 격자 지도를 생성하는 격자 지도 생성 단계 및 상기 격자 지도 내의 점들의 대표 값 및 상기 대표 값들 간의 위치로부터 장애물 여부를 판단하여, 상기 격자지도 내에 장애물을 표시하는 장애물 지도 생성단계를 포함함으로써, 장애물이 존재하는 영역에 대한 정확한 장애물 지도의 생성이 가능한 효과가 있다.

Description

자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 장치, 이를 구비하는 자율 이동 차량 및 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 방법{APPARATUS FOR CREATING OBSTACLE MAP OF AUTONOMOUS VEHICLE, AUTONOMOUS VEHICLE HAVING THE SAME AND METHOD FOR CREATING OBSTACLE MAP OF AUTONOMOUS VEHICLE}
본 발명의 일실시예들은 자율 이동 차량의 주행시 주행 영역 내에 존재하는 장애물이 표시되는 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 장치 및 장애물 지도 생성 방법에 관한 것이다.
일반적으로 로봇은 공장이나 산업체에서 자동화 공정에 대한 방안으로 개발되었고, 자동제어기술과 원격조종기술이 진보함에 따라 고온, 저온 등의 극한의 환경이나 우주나 해저의 위험한 환경에서 작업하기 위한 목적으로 주로 응용되었다.
최근에는 산업체에서 이용되는 산업용 로봇뿐만 아니라, 일반 가정이나 사무실에서 가사일이나 사무 보조로서 로봇이 실용화되고 있다.
이에 해당하는 대표적인 예로서 청소용 로봇, 안내 로봇, 방범 로봇 등을 들 수 있다.
또한, 이동로봇에 있어서 로봇이 이동하는 경로나 로봇이 활동하는 구역을 지정하기 위해서는 먼저 로봇이 인식하기 위한 지도가 필요하다.
일반적으로 로봇이 인식하는 지도는 사용자에 의해 미리 준비된 지도를 로봇에 입력하거나, 바닥이나 천장에서 로봇이 인식할 수 있는 표식을 이용하여 상기 로봇이 주위 정보 및 자기위치를 인식하게 하거나, 상기 로봇 자신이 자율주행을 통하여 활동 구역의 지도를 작성하는 방안이 있었다.
최근에는 로봇이 자율주행을 하면서 지도를 작성하는 방법에 다양한 시도가 이루어져 왔으나, 대부분 다수의 센서를 사용하는 방식을 취하고 있다.
그러므로, 상기 센서의 오차로 인한 오작동 및 오차가 발생되고, 상기 로봇의 전방에 다수개의 장애물이 위치되어 있는 경우에는 상기 장애물과 충돌하거나 회피하지 못하는 문제점이 야기되었다.
또한, 로봇이 센서로 인식하는 범위는 지도를 작성하는 영역에서 한정된 일부분이므로, 이러한 한정된 영역에서 양질의 격자지도를 얻더라도 전체로서 지도를 완성하는 경우에는 격자지도의 전체적 구성이 실제 지도와 차이를 보이는 문제가 있었다.
따라서, 상기 로봇이 장애물이 배치된 영역에 대해 정확하게 인지할 수 있는 장애물 지도가 필요하게 되었다.
본 발명의 일실시예들은 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 방법 및 이를 이용한 자율 이동 차량을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 일실시예들은 장애물의 서로 다른 높이차 또는 경사도를 이용하여 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 방법 및 이를 이용한 자율 이동 차량을 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 방법은, 현위치 및 그로부터 속도의 가감속 및 조향을 통해 주행 가능한 일정 위치들을 포함하는 자율 이동 차량의 주행 영역을 설정하고, 상기 주행 영역을 지형 감지 센서를 이용하여 스캔하고, 상기 스캔된 영역내의 장애물의 일부들을 점(point)들로 인식하는 장애물 감지 단계와, 상기 주행 영역을 격자로 구분하고, 상기 감지된 점들을 상기 격자 내에 배치하고, 상기 배치된 점들의 위치 및 점밀도를 기준으로 격자 지도를 생성하는 격자 지도 생성 단계 및 상기 격자 지도 내의 점들의 대표 값 및 상기 대표 값들 간의 위치로부터 장애물 여부를 판단하여, 상기 격자지도 내에 장애물을 표시하는 장애물 지도 생성단계를 포함한다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 점밀도(dp)는
Figure 112010087826286-pat00001
의 관계가 성립되고, 상기 점밀도는 거리(r)의 제곱에 반비례하는 것을 특징으로 한다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 장애물 감지 단계는, 상기 지형 감지 센서로서, 상기 자율 이동 차량 내에 설치된 적외선 센서 또는 레이저 센서 중 적어도 어느 하나를 이용하여, 상기 주행 영역 내의 상기 점들을 감지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 격자 지도 생성 단계는, 상기 주행 영역을 동일 간격의 격자로 분할한 메인 격자 내에 상기 점들을 배치하는 단계를 포함한다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 격자 지도 생성 단계는, 상기 메인 격자 내에 배치된 점들 중 최대 높이를 갖는 점을 대표 값으로 선정하는 대표 값 선정 단계를 더 포함한다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 격자 지도 생성 단계는, 상기 선정된 대표 값이 격자내 점들의 평균 위치로부터 격차가 기 설정된 값 이상인 경우, 상기 선정된 대표 값을 격자 지도로부터 삭제하고, 새로운 대표 값을 선정하는 이상점 제거 단계를 더 포함한다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 격자 지도 생성 단계는, 각 메인 격자 내에 배치된 점들로부터 점밀도를 계산하여, 상기 점밀도가 기설정된 임계치 이상인 경우 해당 메인 격자를 일정 간격으로 분할하여 보조 격자를 생성하는 보조 격자 생성 단계를 더 포함한다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 장애물 지도 생성 단계는, 상기 메인 격자 또는 상기 보조 격자 내의 점들로부터 우세한 고유벡터를 추출하는 우세한 고유벡터 추출 단계를 더 포함한다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 장애물 지도 생성 단계는, 상기 우세한 고유벡터와 나머지 고유벡터의 크기를 비교하여, 그 크기가 기설정된 비율 이상인 경우 해당 점을 수직 장애물에 해당하는 대표값으로 판단하는 수직 장애물 판단 단계를 더 포함한다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 장애물 지도 생성 단계는, 메인 격자 및 각 보조 격자 내의 대표 값을 구하고, 상기 대표 값들로부터 메인 격자 및 보조 격자간의 경사도를 구하는 경사도 산출 단계를 더 포함한다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 장애물 지도 생성 단계는, 일정 크기의 격자 내에서 최대 대표 값을 갖는 격자로부터 인접한 격자들간의 경사도가 일정 범위 내인 경우, 이를 경사 장애물로 판단하는 경사 장애물 판단 단계를 더 포함한다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 장애물 지도 생성 단계는, 상기 수직 장애물과 경사장애물을 상기 격자 지도에 표시하는 장애물 표시단계를 더 포함한다.
또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은, 현위치 및 그로부터 속도의 가감속 및 조향을 통해 주행 가능한 일정 위치들을 포함하는 자율 이동 차량의 주행 영역을 설정하고, 상기 주행 영역을 지형 감지 센서를 이용하여 스캔하는 장애물 감지부와, 상기 주행 영역을 격자로 구분하고, 상기 감지된 점들을 상기 격자 내에 배치하고, 상기 배치된 점들의 위치 및 점밀도를 기준으로 격자 지도를 생성하는 격자 지도 산출부 및 상기 격자 지도 내의 점들의 대표 값 및 상기 대표 값들 간의 위치로부터 장애물 여부를 판단하여, 상기 격자지도 내에 장애물을 표시하는 장애물 표시부를 포함하는 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 장치를 개시한다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 격자 내의 점밀도가 기설정된 임계치 이상인 경우에, 상기 격자 내에 보조 격자를 생성하는 보조 격자 생성부를 더 포함한다.
또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은, 자율이동이 가능하도록 이루어지며, 주행수단이 장착되는 본체와, 상기 본체의 위치로부터, 일정 공간 떨어진 위치로 이동하도록 경로 정보들을 수신하는 수신기 및 상기 경로 상에 배치된 장애물들을 감지하고, 격자 지도 내에 상기 장애물을 표시하도록 형성되는 상기한 장애물 지도 생성 장치를 포함하는 자율 이동 차량을 개시한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 방법 및 이를 이용한 자율 이동 차량은 장애물이 존재하는 영역에 대한 정확한 장애물 지도의 생성이 가능한 효과가 있다.
본 발명에 의한 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 방법 및 이를 이용한 자율 이동 차량은 장애물의 위치를 정확하게 인지하고, 이를 피해 이동 가능한 효과가 있다.
본 발명에 의한 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 방법 및 이를 이용한 자율 이동 차량은 장애물에 대한 보다 정확한 인지가 가능하여 자율 이동 차량의 안정적인 이동이 가능해지는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 자율이동차량의 사시도.
도 2는 도 1의 자율이동차량의 하드웨어를 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따르는 장애물 지도 생성장치의 개념도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따르는 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 방법에 따른 순서도.
도 5는 도 4의 하부 단계를 도시한 개념도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따르는 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성을 를 도시한 순서도.
도 7은 도 6 중 이상점 제거 단계를 도시한 순서도.
도 8은 본 발명에 의한 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 방법에 따라 생성된 격자 지도의 일 실시예를 도시한 개념도.
도 9는 도 6에서 보조 격자 생성단계를 더 추가한 경우의 순서도.
도 10 내지 도 11은 본 발명에 의한 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 방법에 따라 수직 장애물의 일 실시예를 도시한 개념도.
도 12 내지 도 13은 본 발명에 의한 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 방법에 따라 경사 장애물의 일 실시예를 도시한 개념도.
이하, 본 발명의 일실시예에 따르는 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 장치, 이를 구비하는 자율 이동 차량 및 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 자율이동차량(100)의 사시도이고, 도 2는 도 1의 자율이동차량의 하드웨어를 나타내는 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 자율이동차량(100)은 본체(110), 수신기(120), 조향제어장치(130) 및 주행제어기(140)를 포함한다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르는 자율이동차량(100)은 주행 영역(300)내에 장애물(a1, a2)지도를 형성하여, 효과적인 경로 계획을 세울 수 있도록 장애물 지도를 제공하는 것이다.
본체(110)는 자율이동이 가능하도록 이루어진다. 예를 들어, 자율이동차량(100)은 수신된 제어명령 또는 센서에서 감지된 정보를 활용하여 자율주행(autonomous drive) 명령을 자체적으로 생성하도록 형성된다. 자율주행은 기설정된 제어 알고리즘에 의하여 자율이동차량(100)이 자율적으로 제어명령을 생성하면서 자율이동차량(100)가 본체(110)가 주행하는 주행방식을 의미한다.
본체(110)에는 주행수단이 장착된다. 예를 들어, 자율이동차량(100)은 지면을 이동할 수 있도록 복수의 바퀴(111)들을 구비한다. 자율이동차량(100)이 야지 및 험지에서 주행할 수 있도록 본체(110)는 휠암과 연결되고, 휠암에 바퀴(111)들이 장착된다.
본체(110)에는 자율이동차량(100)이 각종 정보들을 수신하도록 수신기(120)가 장착된다. 수신기(120)는 자율이동차량(100)은 위치 정보를 감지하는 센서(121)와 원격통제부(200)와 송수신하는 무선통신 장치(122)를 포함한다. 원격통제부(200)는 지휘통제차량의 원격운용스테이션이나 휴대용 통제장치가 될 수 있다.
무선통신 장치(122)는 무선통신을 위한 전자부품의 형태로 본체(110)에 내장될 수 있다. 자율이동차량(100)은 무선통신에 의하여 경로점들의 집합을 원격통제부(200)로부터 수신받는다. 이에 대응하여, 원격운용스테이션이나 휴대용 통제장치에는 ROS(Remote Operation Station) 또는 RCU(Remote Control Unit) 컴포넌트가 탑재될 수 있다.
조향제어장치(130)는 본체(110)의 위치를 기준으로 수시된 경로점들 중 어느 하나를 추종 경로점으로 선택하며, 본체(110)가 상기 추정 경로점을 추종하도록 조향명령을 생성한다.
조향제어장치(130)는 통합처리컴퓨터(131) 및 자율제어컴퓨터(132)를 포함한다. 도 2를 참조하면, 통신장치로부터 수신된 경로점들의 집합 및 속도명령은 통합처리컴퓨터로 기가랜 스위치를 통해 전달되고 통합처리컴퓨터에서 이 역할을 수행하는 소프트웨어는 시스템 컴포넌트이다.
통합처리컴퓨터(131)는 기가랜 스위치를 통해 경로점들의 집합 및 속도명령을 자율제어컴퓨터(132)로 전달한다. 자율제어컴퓨터(132)에서는 3개의 소프트웨어 컴포넌트가 수행될 수 있다.
3개의 소프트웨어 컴포넌트 중 하나는 수신된 경로점들의 집합으로부터 자율이동차량의 현재 위치를 기준으로 자율이동차량이 추종할 수 있는 다음 경로점을 선택하는 Path Tracer 컴포넌트이다. 또 하나는 Path Tracer 컴포넌트에서 선택된 다음 경로점을 추종하기 위한 조향 및 속도 명령을 생성하는 Waypoint Tracer 컴포넌트이다. 마지막 하나는 Waypoint Tracer 컴포넌트에서 생성된 조향 및 가감속 명령을 기가랜을 통해 통합처리컴퓨터로 전송하는 Primitive Drive 컴포넌트이다.
주행제어기(140)는 조향명령을 전송받도록 이루어지며, 전송받은 조향명령에 따라 본체(110)의 주행수단을 제어한다.
주행제어기(140)는 통합주행제어기(141) 및 통합서보제어기(142)를 포함하고, 통합서보제어기(142)는 6개의 휠암서보제어기를 구비할 수 있다.
예를 들어, 통합처리컴퓨터(131)는 CAN을 통해 통합주행제어기(141)로 조향 및 속도 명령을 전송하고, 통합주행제어기(141)는 생성된 조향 및 속도 명령을 수행하기 위해 통합서보제어기(142)의 6개의 휠암서보제어기로 토크 명령을 송신한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따르는 장애물 지도 생성장치의 개념도이다. 도시한 바와 같이, 장애물 지도 생성장치(150)는 장애물 감지부(151), 격자 지도 산출부(152), 장애물 표시부(153)를 포함한다.
장애물 감지부(151)는 현위치 및 그로부터 속도의 가감속 및 조향을 통해 주행 가능한 일정 위치들을 포함하는 자율 이동 차량의 주행 영역을 설정하고, 상기 주행 영역을 지형 감지 센서를 이용하여 스캔한다. 이를 통해 장애물의 일부에 해당하는 점의 위치를 격자 지도 내에 표시할 수 있게 된다.
격자 지도 산출부(152)는 상기 주행 영역을 격자로 구분하고, 상기 감지된 점들을 상기 격자 내에 배치하고, 상기 배치된 점들의 위치 및 점밀도를 기준으로 격자 지도를 생성한다.
장애물 표시부(153)는 상기 격자 지도 내의 점들의 대표 값 및 상기 대표 값들 간의 위치로부터 장애물 여부를 판단하여, 상기 격자지도 내에 장애물을 표시한다.
또한 장애물 지도 생성장치(150)는 상기 격자 내의 점밀도가 기설정된 임계치 이상인 경우에, 상기 격자 내에 보조 격자(20)를 생성하는 보조 격자 생성부(154)를 더 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따르는 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 방법에 따른 순서도이고, 도 5는 도 4의 하부 단계를 도시한 순서도이다.
도시한 바와 같이, 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 방법은 장애물 감지 단계, 격자 지도 생성 단계 및 장애물 지도 생성단계를 포함한다.
장애물 감지 단계는 현위치 및 그로부터 속도의 가감속 및 조향을 통해 주행 가능한 일정 위치들을 포함하는 자율 이동 차량의 주행 영역을 설정하고, 상기 주행 영역을 지형 감지 센서를 이용하여 스캔하고, 상기 스캔된 영역내의 장애물의 일부들을 점(point, Pi=(Xi, Yi, Zi), 2)들로 인식하는 단계이다. 여기서 지형 감지 센서는 자율 이동 차량 내에 설치된 적외선 센서 또는 레이저 센서를 이용할 수 있다.
격자 지도 생성 단계는 상기 주행 영역을 격자로 구분하고, 상기 감지된 점(2)들을 상기 격자 내에 배치하고, 상기 배치된 점(2)들의 위치 및 점밀도를 기준으로 격자 지도를 생성하는 단계이다.
그리고, 장애물 지도 생성단계는 상기 격자 지도 내의 점(2)들의 대표 값 및 상기 대표 값들 간의 위치로부터 장애물 여부를 판단하여, 상기 격자지도 내에 장애물을 표시하는 단계이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따르는 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성방법을 도시한 개념도이고, 도 7은 도 6 에서 이상점 제거 단계를 도시한 순서도이고, 도 8은 본 발명에 의한 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 방법에 따라 생성된 격자 지도의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 6을 참조하여, 격자 지도 생성 단계를 세부적으로 살펴보면, 격자 지도 생성 단계는 주행 영역을 동일 간격의 격자로 분할하여 메인 격자(10)를 생성하고, 상기 점들을 메인 격자(10) 내에 배치하는 단계를 포함한다. 그리고 메인 격자(10) 내에 배치된 점들 중 최대 높이를 갖는 점들을 대표 값으로 선정한다. 여기서 대표 값이란 격자 내의 3차원 점들의 최대 높이가 될 수 있다.
이 때, 센서의 작동 오류 등으로 인하여 비정상적인 대표 값(이상점)이 선정될 수 있다. 따라서, 이러한 오류를 수정하기 위하여, 이상점 제거 단계를 추가할 수 있다.
도 8에서 도시된 바와 같이, 장애물은 메인 격자(10)에 다수개가 배치될 수 있으며, 경우에 따라서는 상기 메인 격자(10)의 상부에 위치한 이상점(Point Outlier, 3)이 배치될 수도 있다.
상기 이상점(3)은 주행 영역 스캔 도중 잘못 감지된 점으로서, 메인 격자(10)에 분포된 점에 비해 상대적으로 위치가 이격되어 있으므로, 별도의 장애물로 인식하지 않는 것이 바람직하다.
각 격자에서 일정 수 이상의 점을 가지고 있으면, 상기 점의 분포를 보고 격자의 대표값인 최대값(
Figure 112010087826286-pat00002
)과 전체 점들의 평균
Figure 112010087826286-pat00003
및 분산
Figure 112010087826286-pat00004
을 계산할 수 있다.
이때, 격자의 점 수가 일정 수가 되지 않을 경우 점의 잘못된 센싱을 판단하기 어려우므로 제거하지 않는다. 그리고, 격자의 대표값(
Figure 112010087826286-pat00005
)과 평균(
Figure 112010087826286-pat00006
) 차이가 일정 값 이상이고, 점들의 분산(
Figure 112010087826286-pat00007
) 이 작으면, 대표 값은 이상점(3)에 해당하는 대표 값이므로, 이를 삭제하고 새로운 대표 값을 산출한다. 상기한 과정을 반복하여 격자 지도 내의 이상점(Point Outlier, 3)을 제거한다. 즉, 선정된 대표 값이 격자내 점들의 평균 위치와의 격차가 기 설정된 값 이상인 경우, 상기 선정된 대표 값을 격자 지도로부터 삭제하고, 새로운 대표 값을 선정하는 것이다.
도 9는 도 6에서 보조 격자 생성단계를 더 추가한 경우의 순서도이고, 도 10은 보조 격자(20)를 생성하는 방법을 도시한 도면이다.
여기서, 메인 격자(10)의 간격이 가로×세로가 2m 단위로 분할된 것으로 가정할 경우에, 보조 격자(20)는 가로×세로 20cm 단위로 보다 간격을 좁혀 분할될 수 있다. 상기 메인 격자(10)와 보조 격자(20)의 분할 단위는 본 발명의 일 실시예에 의한 것이며 다양하게 변경될 수 있음을 밝혀 둔다.
격자 지도 산출부(152)는 장애물 감지부(151)에 의해 스캔된 신호를 분석하여, 점밀도를 추출할 수 있다. 이 때, 특정 격자 내의 점밀도(
Figure 112010087826286-pat00008
, 여기서, np 는 점들의 개수이고, r 은 거리이며, C 는 상수)가 기설정된 임계치(threshold) 이상인 경우에는 해당 메인 격자(10)를 앞서 살펴본 바와 같이 일정 간격으로 분할하여 보조 격자(20)를 생성한다.
보조 격자(20)를 생성하는 이유는 해당 격자 내의 점밀도가 임계치 이상에 해당하여, 장애물이 존재할 가능성이 높기 때문이다. 점밀도(dp)가 임계치보다 낮은 경우 평탄한 지형이라고 판단할 수 있으므로, 장애물이 아니며, 점밀도(dp)가 임계치보다 큰 격자는 장애물이 존재할 가능성이 높기 때문에, 해당 격자를 분할하여, 상세하게 장애물 여부를 판단하여야 한다.
장애물은 전봇대와 같이 일정 면적에서 큰 높이를 갖는 수직 장애물 또는 일정 면적에서 크고 작은 높이를 갖는 경사 장애물로 구분할 수 있다.
수직 장애물의 경우에는 다음과 같이 고유벡터를 이용하여 장애물 여부를 판단할 수 있다.
도 11은 본 발명에 의한 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 방법에 따라 수직 장애물의 일 실시예를 도시한 개념도이다. 도시한 바와 같이, 보조 격자(20)에 해당하는 점들의 분포에서 가장 우세한 고유벡터(Dominant eigenvector, 4)를 추출한다. 우세한 고유벡터를 추출하는 방법으로는 거듭 제곱법(Power Method)를 예로 들 수 있다. 가장 우세한 고유벡터는 그 예로 고유벡터 중 가장 큰 절대값을 갖는 벡터가 될 수 있다.
상기 가장 우세한 고유벡터(4)의 방향이 수직에 가까우면서 두번째 고유벡터의 크기보다 일정비율(예를 들면 3배)이상 크면, 해당 보조 격자는 수직 장애물이 있는 보조 격자(20)로 판단한다.
이 때, 장애물 표시부(153)가 격자지도 산출부로 장애물 정보를 전달하고, 장애물 지도 내에 수직 장애물을 표시하게 된다.
도 12 내지 도 13은 본 발명에 의한 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 방법에 따라 경사 장애물의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
앞서 구한 고유벡터(5, 6)의 값이 수직 장애물이 아닌 경우에는 도 12 내지 도 13과 같은 경사 장애물이 될 수 있다. 이 경우, 보조 격자(20)의 대표 값을 이용하여 보조 격자(20) 간의 경사도(
Figure 112010087826286-pat00009
, 여기에서 h1과 h2는 각 격자의 대표 값이고, d는 격자의 간격이다.)를 상세히 계산한다. 계산된 θ값이 자율이동 이동 차량의 최대 주행 가능 경사도(예를 들면, 30°)보다 작으면 주행이 가능한 영역이고, 크면 주행 불가능영역이라 판단한다.
보조격자 간의 경사도 계산에서 자율 이동 차량을 기준으로 가까운 쪽부터 계산이 되며, 앞쪽 인근 격자가 앞서 장애물이라고 판단되고, 격자간의 대표 값의 차이가 일정 범위 이하일 때, 그 격자 역시 장애물로 판단한다. 보조 격자(20)를 통해서 장애물 정보가 계산되면, 주 격자 간의 경사도 계산에서 앞쪽 인근 격자와의 비교를 통해서 앞쪽 인근 격자가 장애물이고 대표 값의 차이가 일정 범위 이하일 때 장애물로 판단한다.
즉, 경사 장애물은 일정 면적에 걸쳐 경사도가 변하며, 최대 대표 값으로부터 일정 반경내의 격자에 걸쳐 경사가 형성되므로, 최대 대표 값을 갖는 격자로부터 일정 반경 내의 격자들 간의 경사가 형성되는 경우 이를 경사 장애물로 판단할 수 있다.
이 때, 장애물 표시부(153)가 격자지도 산출부로 장애물 정보를 전달하고, 장애물 지도 내에 경사 장애물을 표시하게 된다.
이상과 같이, 자율 이동 차량의 주행 영역에 있어서, 수직 장애물과 주행 불가능한 경사 영역을 탐지하고, 이를 장애물 지도에 반영하여, 자율 이동 차량의 운행시 효과적으로 이동 가능한 경로 계획을 수립할 수 있다.
상기와 같이 설명된 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 장치, 이를 구비하는 자율 이동 차량 및 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (15)

  1. 현위치 및 그로부터 속도의 가감속 및 조향을 통해 주행 가능한 일정 위치들을 포함하는 자율 이동 차량의 주행 영역을 설정하고, 상기 주행 영역을 지형 감지 센서를 이용하여 스캔하고, 상기 스캔된 영역내의 장애물의 일부들을 점(point)들로 인식하는 장애물 감지 단계;
    상기 주행 영역을 격자로 구분하고, 상기 감지된 점들을 상기 격자 내에 배치하고, 상기 배치된 점들의 위치 및 점밀도를 기준으로 격자 지도를 생성하는 격자 지도 생성 단계; 및
    상기 격자 지도 내의 점들의 대표 값 및 상기 대표 값들 간의 위치로부터 장애물 여부를 판단하여, 상기 격자지도 내에 장애물을 표시하는 장애물 지도 생성단계를 포함하고,
    상기 격자 지도 생성 단계는,
    상기 주행 영역을 동일 간격의 격자로 분할한 메인 격자 내에 상기 점들을 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 점밀도(dp)는
    Figure 112010087826286-pat00010
    의 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 방법.(여기서, np 는 점들의 개수이고, r 은 거리이며, C 는 상수)
  3. 제1항에 있어서,
    상기 장애물 감지 단계는,
    상기 지형 감지 센서로서, 상기 자율 이동 차량 내에 설치된 적외선 센서 또는 레이저 센서 중 적어도 어느 하나를 이용하여, 상기 주행 영역 내의 상기 점들을 감지하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 격자 지도 생성 단계는, 상기 메인 격자 내에 배치된 점들 중 최대 높이를 갖는 점을 대표 값으로 선정하는 대표 값 선정 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 격자 지도 생성 단계는,
    상기 선정된 대표 값이 격자내 점들의 평균 위치로부터 격차가 기 설정된 값 이상인 경우, 상기 선정된 대표 값을 격자 지도로부터 삭제하고, 새로운 대표 값을 선정하는 이상점 제거 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 격자 지도 생성 단계는,
    각 메인 격자 내에 배치된 점들로부터 점밀도를 계산하여, 상기 점밀도가 기설정된 임계치 이상인 경우 해당 메인 격자를 일정 간격으로 분할하여 보조 격자를 생성하는 보조 격자 생성 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 장애물 지도 생성 단계는,
    상기 메인 격자 또는 상기 보조 격자 내의 점들로부터 우세한 고유벡터를 추출하는 우세한 고유벡터 추출 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 장애물 지도 생성 단계는,
    상기 우세한 고유벡터와 나머지 고유벡터의 크기를 비교하여, 그 크기가 기설정된 비율 이상인 경우 해당 점을 수직 장애물에 해당하는 대표값으로 판단하는 수직 장애물 판단 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 장애물 지도 생성 단계는,
    메인 격자 및 각 보조 격자 내의 대표 값을 구하고, 상기 대표 값들로부터 메인 격자 및 보조 격자간의 경사도를 구하는 경사도 산출 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 장애물 지도 생성 단계는,
    일정 크기의 격자 내에서 최대 대표 값을 갖는 격자로부터 인접한 격자들간의 경사도가 일정 범위 내인 경우, 이를 경사 장애물로 판단하는 경사 장애물 판단 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 장애물 지도 생성 단계는,
    상기 수직 장애물과 경사장애물을 상기 격자 지도에 표시하는 장애물 표시단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 방법.
  13. 현위치 및 그로부터 속도의 가감속 및 조향을 통해 주행 가능한 일정 위치들을 포함하는 자율 이동 차량의 주행 영역을 설정하고, 상기 주행 영역을 지형 감지 센서를 이용하여 스캔하는 장애물 감지부;
    상기 주행 영역을 격자로 구분하고, 상기 감지된 점들을 상기 격자 내에 배치하고, 상기 배치된 점들의 위치 및 점밀도를 기준으로 격자 지도를 생성하는 격자 지도 산출부;
    상기 격자 지도 내의 점들의 대표 값 및 상기 대표 값들 간의 위치로부터 장애물 여부를 판단하여, 상기 격자지도 내에 장애물을 표시하는 장애물 표시부; 및
    상기 격자 내의 점밀도가 기설정된 임계치 이상인 경우에, 상기 격자 내에 보조 격자를 생성하는 보조 격자 생성부를 포함하는 자율 이동 차량의 장애물 지도 생성 장치.
  14. 삭제
  15. 자율이동이 가능하도록 이루어지며, 주행수단이 장착되는 본체;
    상기 본체의 위치로부터, 일정 공간 떨어진 위치로 이동하도록 경로 정보들을 수신하는 수신기; 및
    상기 경로 상에 배치된 장애물들을 감지하고, 격자 지도 내에 상기 장애물을 표시하도록 형성되는 장애물 지도 생성 장치를 포함하고,
    상기 장애물 지도 생성 장치는,
    현위치 및 그로부터 속도의 가감속 및 조향을 통해 주행 가능한 일정 위치들을 포함하는 자율 이동 차량의 주행 영역을 설정하고, 상기 주행 영역을 지형 감지 센서를 이용하여 스캔하는 장애물 감지부;
    상기 주행 영역을 격자로 구분하고, 상기 감지된 점들을 상기 격자 내에 배치하고, 상기 배치된 점들의 위치 및 점밀도를 기준으로 격자 지도를 생성하는 격자 지도 산출부;
    상기 격자 지도 내의 점들의 대표 값 및 상기 대표 값들 간의 위치로부터 장애물 여부를 판단하여, 상기 격자지도 내에 장애물을 표시하는 장애물 표시부; 및
    상기 격자 내의 점밀도가 기설정된 임계치 이상인 경우에, 상기 격자 내에 보조 격자를 생성하는 보조 격자 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 차량.
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