KR101133037B1 - 자율이동차량용 충돌회피를 위한 경로갱신방법 및 그 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자율이동차량의 경로를 설정함에 있어 장애물과의 충돌 회피를 위한 경로갱신방법 및 그 장치에 관한 것으로서,
자율이동차량에 탑재된 경로제어 컴퓨터를 이용하여 자율이동차량이 정해진 경로를 따라 주행하도록 하되, 장애물과의 충돌을 회피할 수 있도록 경로를 갱신하는 자율이동차량용 충돌회피를 위한 경로 갱신방법에 있어서, 자율이동차량의 속도에 따른 장애물 판단거리를 계산하는 제1단계와; 2D LADAR를 이용하여 장애물 판단거리 내에 장애물이 있는지 확인하는 제2단계와; 장애물이 없으면 원래 경로를 추종하고 장애물이 있으면 원래 경로가 장애물을 통과하는지 검사하는 제3단계와; 원래 경로가 장애물을 통과하지 않으면 원래 경로를 추종하고 그렇지 않으면 장애물과 가장 가까운 경로점을 선택하는 제4단계와; 선택된 경로점을 기준으로 일정 반경 내의 원래 경로점 및 자율이동차량과 장애물 사이의 경로점을 모두 삭제하는 제5단계와; 장애물의 중심 위치를 기준으로 일정 반경의 원을 그려 자율이동차량의 중심위치로부터 이 원에 접하는 두 직선을 그려서 만나는 두 접점을 구하고, 이 두 접점 중 원래 경로에 가장 가까운 접점을 새로운 경로점으로 추가하는 제6단계와; 추가된 경로점과 삭제되지 않은 경로점을 연결하는 새로운 경로를 생성하고 자율이동차량이 갱신된 경로를 따라 주행하도록 하는 제7단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 자율이동차량용 충돌회피를 위한 경로 갱신장치는, 레이저를 이용하여 자율이동차량의 이동 경로 주위에 위치하는 장애물을 비롯한 지형 정보를 감지하는 복수의 2D LADAR(10)와; GPS(Global Positioning System, 21)나 INS(Inertial Navigation System, 22) 또는 나침반(COMPASS, 23)중 적어도 하나 이상에서 얻어지는 항법 정보를 이용하여 자율이동차량의 위치와 자세 및 속도 정보를 처리하는 항법처리 컴퓨터(20)와; 상기 2D LADAR(10)에 의해 획득된 지형 정보들과 상기 항법처리 컴퓨터(20)로부터 전달된 항법 정보를 처리하여 장애물 정보를 획득하는 2D LADAR 처리 컴퓨터(30)와; 상기 2D LADAR 처리 컴퓨터(30)로부터 얻어진 장애물 정보를 활용하여 경로점 삭제 후 재설정 방식으로 충돌회피 처리를 수행하는 경로제어 컴퓨터(40);를 포함한다.
자율이동차량에 탑재된 경로제어 컴퓨터를 이용하여 자율이동차량이 정해진 경로를 따라 주행하도록 하되, 장애물과의 충돌을 회피할 수 있도록 경로를 갱신하는 자율이동차량용 충돌회피를 위한 경로 갱신방법에 있어서, 자율이동차량의 속도에 따른 장애물 판단거리를 계산하는 제1단계와; 2D LADAR를 이용하여 장애물 판단거리 내에 장애물이 있는지 확인하는 제2단계와; 장애물이 없으면 원래 경로를 추종하고 장애물이 있으면 원래 경로가 장애물을 통과하는지 검사하는 제3단계와; 원래 경로가 장애물을 통과하지 않으면 원래 경로를 추종하고 그렇지 않으면 장애물과 가장 가까운 경로점을 선택하는 제4단계와; 선택된 경로점을 기준으로 일정 반경 내의 원래 경로점 및 자율이동차량과 장애물 사이의 경로점을 모두 삭제하는 제5단계와; 장애물의 중심 위치를 기준으로 일정 반경의 원을 그려 자율이동차량의 중심위치로부터 이 원에 접하는 두 직선을 그려서 만나는 두 접점을 구하고, 이 두 접점 중 원래 경로에 가장 가까운 접점을 새로운 경로점으로 추가하는 제6단계와; 추가된 경로점과 삭제되지 않은 경로점을 연결하는 새로운 경로를 생성하고 자율이동차량이 갱신된 경로를 따라 주행하도록 하는 제7단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 자율이동차량용 충돌회피를 위한 경로 갱신장치는, 레이저를 이용하여 자율이동차량의 이동 경로 주위에 위치하는 장애물을 비롯한 지형 정보를 감지하는 복수의 2D LADAR(10)와; GPS(Global Positioning System, 21)나 INS(Inertial Navigation System, 22) 또는 나침반(COMPASS, 23)중 적어도 하나 이상에서 얻어지는 항법 정보를 이용하여 자율이동차량의 위치와 자세 및 속도 정보를 처리하는 항법처리 컴퓨터(20)와; 상기 2D LADAR(10)에 의해 획득된 지형 정보들과 상기 항법처리 컴퓨터(20)로부터 전달된 항법 정보를 처리하여 장애물 정보를 획득하는 2D LADAR 처리 컴퓨터(30)와; 상기 2D LADAR 처리 컴퓨터(30)로부터 얻어진 장애물 정보를 활용하여 경로점 삭제 후 재설정 방식으로 충돌회피 처리를 수행하는 경로제어 컴퓨터(40);를 포함한다.
Description
본 발명은 자율이동차량의 경로를 설정함에 있어 장애물과의 충돌 회피를 위한 경로갱신방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 특히 각 장애물의 위치와 폭 정보를 활용하여 실시간으로 경로갱신을 수행함과 아울러 부드러운 충돌 회피 경로를 생성할 수 있는 자율이동차량용 충돌회피를 위한 경로갱신방법 및 그 장치에 관한 것이다.
자율이동차량은 길이 없는 야지를 포함한 다양한 환경에서 제한된 속도로 인간이 탑승하여 주행하는 것과 거의 동일한 수준으로 자율 주행을 할 수 있는 무인 지상차량을 의미한다. 미래의 전장은 인구 감소와 인명 중시 사상에 의해 필수 불가결하게 로봇의 활용이 예상되고 있으며, 이동 가능한 로봇 자체 또는 로봇이 탑재된 차량이 자율이동차량이 된다.
이러한 자율이동차량은 크게 주변환경을 감지하는 감지센서와, 감지센서에 의해 감지된 환경정보를 인지 및 처리하기 위한 인식계층과, 임무통제와 자율제어를 수행하는 판단계층과, 구조/메커니즘, 추진/에너지 및 임무장비를 담당하는 작동계층으로 분류할 수 있다.
이러한 자율이동차량에 있어서 자율주행을 위한 가장 핵심기술은 판단계층의 자율제어 부분에 속하는 경로계획 기술이다. 경로계획 기술은 인식계층에서 기지의 정보나 센서 정보를 처리하여 생성된 기동 지도와 장애물 지도를 바탕으로 미리 계획된 경로를 가능한 추종하고 장애물을 회피하면서 최대한 시간과 거리 또는 에너지 측면에서 효율적인 경로를 생성하고 이를 작동계층이 제어할 수 있는 조향, 가/감속, 제동 명령으로 변환시켜 생성된 경로를 추종하도록 제어 명령을 발생하는 것을 의미한다.
상기한 경로계획 기술은 임무계획과 전역경로계획, 지역경로계획, 이동 장애물회피 기술, 실시간 충돌회피 기술 등의 세부기술로 구분되는데, 이중 실시간 충돌회피 기술은 자율이동차량의 근거리 센서 인지 범위 내에 존재하는 장애물에 대해 실시간으로 강제 회피를 수행하게 하는 조향, 가/감속 및 제동명령을 직접적으로 발생시키는 일을 수행하는 기술이다.
상기한 실시간 충돌회피 기술 분야에 대한 연구는 1990년대 초부터 지금까지많은 연구가 수행되고 있으며, 잠재장(Potential Field) 기반의 충돌회피 방법과, 벡터(Vector) 기반의 충돌회피 방법, 굴곡(Curvature) 기반의 충돌회피 방법 및 나선(Clothoid) 기반의 충돌회피 방법 등이 알려져 있다.
잠재장 기반의 충돌회피 방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 센서 범위 내에서 목표점과 장애물들에 대해 각각 인력(引力)과 척력(斥力)을 생성하고, 이 힘들이 중첩된 잠재장에 대하 경사가 낮은 쪽으로 흘러가게 하여 경로를 생성하는 방법이다.
벡터 기반의 충돌회피 방법은 도 2에 도시된 바와 같이, 로봇 주위로 극좌표계 상에 섹터를 나누고 각 섹터에 대한 장애물 밀도를 계산하여 장애물 밀도가 낮은 섹터로 조향하도록 함으로써 충돌을 회피하는 방법이다.
굴곡 기반의 충돌회피 방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 장애물을 원으로 가정하고 장애물들을 접하는 굴곡을 계산한 후, 원래 경로가 가장 가까운 굴곡을 선택하여 차량을 제어하는 방법이다.
나선 기반의 충돌회피 방법은 도 4에 도시된 바와 같이, 아크만(Ackerman) 조향 차량이 주행할 수 있는 다양한 나선형의 후보경로를 생성하고, 장애물을 회피하는 후보경로들 중에서 가장 짧은 후보경로를 선택하도록 함으로써, 충돌회피를 수행하는 방법이다.
그런데, 상기한 잠재장 기반의 충돌회피 방법은, 센서 인지 범위에 있는 목표점과 장애물들에 대하여 각각 인력과 척력을 생성하게 되므로, 상기한 벡터 또는 굴곡 기반의 충돌회피 방법에 비해 많은 계산량을 요구하는 단점이 있다.
또, 상기한 벡터 기반의 충돌회피 방법은, 센서 인지 범위를 극좌표계 상에서 각각 장애물 밀도를 가지는 1차원적인 섹터로 나누어 처리함으로써 다른 방법들에 비해 가장 빠른 계산을 수행하지만 장애물에 접근함에 따라 장애물 획득 주기에 실시간 처리를 동시에 수행함으로써 급격한 조향 명령을 생성하여 자율이동차량의 안정적인 주행을 저해할 수 있는 단점이 있다.
그리고, 상기한 굴곡 기반의 충돌회피 방법은, 벡터 기반의 충돌회피 방법에 비해 복잡한 수식을 계산함에 따라 상대적으로 계산량 많지만, 잠재장 또는 나선 기반의 충돌회피 방법에 비해서는 적은 계산을 수행한다. 하지만 굴곡 기반의 충돌회피 방법 역시 벡터 기반의 충돌회피 방법과 마찬가지로 장애물에 접근함에 따라 급격한 조향 명령을 생성할 수 있는 단점이 있다.
마지막으로 나선 기반의 충돌회피 방법은 다양한 후보경로를 생성하고 장애물과 충돌하지 않은 후보 경로 중에서 가장 짧은 후보경로를 선택하도록 하고 있으므로 가장 부드럽게 충돌회피를 수행할 수 있는 장점이 있지만, 많은 후보경로에 대하여 장애물 충돌 여부를 판단하고 가장 짧은 경로를 계산하기 때문에 가장 많은 계산량을 요구하는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 충돌회피를 위한 계산량을 감소시켜 충돌회피를 실시간으로 수행할 수 있으면서도 부드러운 충돌회피 경로를 생성할 수 있도록 한 자율이동차량용 충돌회피를 위한 경로갱신방법 및 그 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자율이동차량용 충돌회피를 위한 경로갱신방법은, 자율이동차량에 탑재된 경로제어 컴퓨터를 이용하여 자율이동차량이 정해진 경로를 따라 주행하도록 하되, 장애물과의 충돌을 회피할 수 있도록 경로를 갱신하는 자율이동차량용 충돌회피를 위한 경로 갱신방법에 있어서, 자율이동차량의 속도에 따른 장애물 판단거리를 계산하는 제1단계와; 2D LADAR를 이용하여 장애물 판단거리 내에 장애물이 있는지 확인하는 제2단계와; 장애물이 없으면 원래 경로를 추종하고 장애물이 있으면 원래 경로가 장애물을 통과하는지 검사하는 제3단계와; 원래 경로가 장애물을 통과하지 않으면 원래 경로를 추종하고 그렇지 않으면 장애물과 가장 가까운 경로점을 선택하는 제4단계와; 선택된 경로점을 기준으로 일정 반경 내의 원래 경로점 및 자율이동차량과 장애물 사이의 경로점을 모두 삭제하는 제5단계와; 장애물의 중심 위치를 기준으로 일정 반경의 원을 그려 자율이동차량의 중심위치로부터 이 원에 접하는 두 직선을 그려서 만나는 두 접점을 구하고, 이 두 접점 중 원래 경로에 가장 가까운 접점을 새로운 경로점으로 추가하는 제6단계와; 추가된 경로점과 삭제되지 않은 경로점을 연결하는 새로운 경로를 생성하고 자율이동차량이 갱신된 경로를 따라 주행하도록 하는 제7단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 자율이동차량용 충돌회피를 위한 경로 갱신방법에 따르면, 상기 장애물 판단거리는 미리 설정된 안전거리에 차속에 따른 일반 승용차량의 고속도로상 안전거리를 합한 값으로 정해지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 자율이동차량용 충돌회피를 위한 경로 갱신방법에 따르면, 상기 제5단계에서 경로점들이 삭제되는 범위는 자율이동차량의 폭과 관찰거리의 합을 반경으로 하는 원의 내부인 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 자율이동차량용 충돌회피를 위한 경로 갱신방법에 따르면, 상기 제6단계에서 그려지는 원의 반경은 자율이동차량의 폭과 장애물의 너비의 합으로 결정되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 자율이동차량용 충돌회피를 위한 경로 갱신장치에 따르면, 레이저를 이용하여 자율이동차량의 이동 경로 주위에 위치하는 장애물을 비롯한 지형 정보를 감지하는 복수의 2D LADAR와; GPS나 INS 또는 나침반 중 적어도 하나 이상에서 얻어지는 항법 정보를 이용하여 자율이동차량의 위치와 자세 및 속도 정보를 처리하는 항법처리 컴퓨터와, 상기 2D LADAR에 의해 획득된 지형 정보들과 상기 항법처리 컴퓨터로부터 전달된 항법 정보를 처리하여 장애물 정보를 획득하는 2D LADAR 처리 컴퓨터와, 상기 2D LADAR 처리 컴퓨터로부터 얻어진 장애물 정보를 활용하여 경로점 삭제 후 재설정 방식으로 충돌회피 처리를 수행하는 경로제어 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 자율이동차량용 충돌회피를 위한 경로갱신방법 및 그 장치는 그리드 방식의 지도를 활용하지 않고 각 장애물의 위치와 폭 정보를 활용하여 기존 경로가 장애물과 충돌할 경우 주위의 경로점을 삭제하고 회피 경로점을 추가함으로써, 데이터 계산량을 줄일 수 있음은 물론 적은 계산량으로 인하여 실시간 수행이 가능함은 물론 부드러운 충돌회피 경로를 생성하는 장점을 제공한다.
도 1은 잠재장 기반의 충돌회피 방법을 나타낸 참고도.
도 2는 벡터 기반의 충돌회피 방법을 나타낸 참고도.
도 3은 굴곡 기반의 충돌회피 방법을 나타낸 참고도.
도 4는 나선 기반의 충돌회피 방법을 나타낸 참고도.
도 5는 본 발명에 의한 자율이동차량용 충돌회피를 위한 경로갱신방법을 나타낸 순서도.
도 6은 본 발명의 자율이동차량용 충돌회피를 위한 경로갱신방법의 개념도.
도 7은 자율이동차량의 경로 상에 존재하는 벽 장애물의 인지 전 경로를 나타낸 참고도.
도 8은 자율이동차량의 경로 상에 존재하는 벽 장애물의 인지 후 알고리즘에 의해 생성된 새로운 경로 나타낸 참고도.
도 9 내지 12는 다른 차량이 이동하면서 자율이동차량의 경로 상에서 충돌하는 경우에 대한 모의 실험 결과를 나타낸 참고도로서, 도 9는 센서 인지 범위 밖에 있는 다른 차량을 인지하기 전의 경로, 도 10은 다른 차량이 센서 인지 범위 내에 들어와 새로운 경로점이 생성되었을 때의 경로, 도 11은 다른 차량이 이동하여 새로운 경로점이 다시 갱신되었을 때의 경로, 도 12는 다른 차량이 원래 경로에서 우측으로 빠져나가 좌측으로 새로운 경로점이 갱신되었을 때의 경로.
도 13은 본 발명에 의한 자율이동차량용 충돌회피를 위한 경로갱신장치를 개략적으로 나타낸 블록도.
도 2는 벡터 기반의 충돌회피 방법을 나타낸 참고도.
도 3은 굴곡 기반의 충돌회피 방법을 나타낸 참고도.
도 4는 나선 기반의 충돌회피 방법을 나타낸 참고도.
도 5는 본 발명에 의한 자율이동차량용 충돌회피를 위한 경로갱신방법을 나타낸 순서도.
도 6은 본 발명의 자율이동차량용 충돌회피를 위한 경로갱신방법의 개념도.
도 7은 자율이동차량의 경로 상에 존재하는 벽 장애물의 인지 전 경로를 나타낸 참고도.
도 8은 자율이동차량의 경로 상에 존재하는 벽 장애물의 인지 후 알고리즘에 의해 생성된 새로운 경로 나타낸 참고도.
도 9 내지 12는 다른 차량이 이동하면서 자율이동차량의 경로 상에서 충돌하는 경우에 대한 모의 실험 결과를 나타낸 참고도로서, 도 9는 센서 인지 범위 밖에 있는 다른 차량을 인지하기 전의 경로, 도 10은 다른 차량이 센서 인지 범위 내에 들어와 새로운 경로점이 생성되었을 때의 경로, 도 11은 다른 차량이 이동하여 새로운 경로점이 다시 갱신되었을 때의 경로, 도 12는 다른 차량이 원래 경로에서 우측으로 빠져나가 좌측으로 새로운 경로점이 갱신되었을 때의 경로.
도 13은 본 발명에 의한 자율이동차량용 충돌회피를 위한 경로갱신장치를 개략적으로 나타낸 블록도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 자율이동차량용 충돌회피를 위한 경로갱신방법 및 장치를 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의한 자율이동차량용 충돌회피를 위한 경로갱신방법은 자율이동차량에 탑재된 경로제어 컴퓨터를 이용하여 자율이동차량이 정해진 경로를 따라 주행하도록 하되, 장애물과의 충돌을 회피할 수 있도록 경로를 갱신하는 자율이동차량용 충돌회피를 위한 경로 갱신방법으로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 자율이동차량의 속도에 따른 장애물 판단거리를 계산하는 제1단계와; 2D LADAR를 이용하여 장애물 판단거리 내에 장애물이 있는지 확인하는 제2단계와; 장애물이 없으면 원래 경로를 추종하고 장애물이 있으면 원래 경로가 장애물을 통과하는지 검사하는 제3단계와; 원래 경로가 장애물을 통과하지 않으면 원래 경로를 추종하고 그렇지 않으면 장애물과 가장 가까운 경로점을 선택하는 제4단계와; 선택된 경로점을 기준으로 일정 반경 내의 원래 경로점 및 자율이동차량과 장애물 사이의 경로점을 모두 삭제하는 제5단계와; 장애물의 중심 위치를 기준으로 일정 반경의 원을 그려 자율이동차량의 중심위치로부터 이 원에 접하는 두 직선을 그려서 만나는 두 접점을 구하고, 이 두 접점 중 원래 경로에 가장 가까운 접점을 새로운 경로점으로 추가하는 제6단계와; 추가된 경로점과 삭제되지 않은 경로점을 연결하는 새로운 경로를 생성하고 자율이동차량이 갱신된 경로를 따라 주행하도록 하는 제7단계;를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 장애물 판단거리는 미리 설정된 안전거리에 차속에 따른 일반 승용차량의 고속도로상 안전거리를 합한 값으로 정해진다. 그리고, 상기 제5단계에서 경로점들이 삭제되는 범위는 자율이동차량의 폭과 관찰거리의 합을 반경으로 하는 원의 내부이며, 상기 제6단계에서 그려지는 원의 반경은 자율이동차량의 폭과 장애물의 너비의 합으로 결정된다.
한편, 상기한 방법이 적용되는 본 발명의 자율이동차량용 충돌회피를 위한 경로갱신장치는 도 13에 도시된 바와 같이, 레이저를 이용하여 자율이동차량의 이동 경로 주위에 위치하는 장애물을 비롯한 지형 정보를 감지하는 복수의 2D LADAR(10)와; GPS(Global positioning system)나 INS(Inertial Navigation System) 또는 나침반중 적어도 하나 이상에서 얻어지는 항법 정보를 이용하여 자율이동차량의 위치와 자세 및 속도 정보를 처리하는 항법처리 컴퓨터(20)와; 상기 2D LADAR(10)에 의해 획득된 지형 정보들과 상기 항법처리 컴퓨터(20)로부터 전달된 항법 정보를 처리하여 장애물 정보를 획득하는 2D LADAR 처리 컴퓨터(30)와; 상기 2D LADAR 처리 컴퓨터(30)로부터 얻어진 장애물 정보를 활용하여 경로점 삭제 후 재설정 방식으로 충돌회피 처리를 수행하는 경로제어 컴퓨터(40);를 포함하여 이루어진다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 자율이동차량용 충돌회피를 위한 경로갱신장치는 2D LADAR 처리 컴퓨터(30)가 다수의 2D LADAR(10)로부터 장애물에 대한 데이터를 획득함과 아울러 항법처리 컴퓨터(20)를 통해 전달되는 데이터 획득 시점의 항법정보가 실려진 장애물의 각도별 거리정보를 획득하여, 경로제어 컴퓨터(40)로 전달한다. 경로제어 컴퓨터(40)는 상기 2D LADAR 처리 컴퓨터(30)로부터 전달되는 정보들을 이용하여 자율이동차량용 충돌회피를 위한 반응적인 경로갱신 알고리즘을 수행하게 된다.
구체적으로 경로갱신 알고리즘은 다음의 과정을 통해 자율이동차량의 경로를 갱신하게 된다.
자율이동차량의 주행시에는 속도에 따른 장애물 판단거리(Dobs)를 계산한다. 이는 속도가 저속일 경우에는 가까운 거리의 장애물에 대한 충돌회피를 수행하고 속도가 고속일 경우에는 더욱 먼 거리의 장애물에 대하여 미리 충돌회피를 수행하여야 하기 때문이다.
상기 장애물 판단거리(Dobs)는 다음의 수식을 이용하여 계산한다.
상기한 수식에서 Dsafe는 미리 설정된 안전거리로서, 일반 승용차에 비해 더욱 안전을 고려하기 위하여 설정한다. 그리고 v는 차량의 속도로서 단위는 ㎞/h이지만, (0.1×v)2의 단위는 m로 표시된다. 상기한 (0.1×v)2은 일반 승용차량의 고속도로상 안전거리를 계산하는 방법으로서, 공주거리가 고려된 값이다.
주행시 복수의 2D LADA와 항법 장치를 이용하여 경로 주변을 탐색함으로써 장애물의 유무와 장애물의 위치 및 폭 등을 확인한다. 장애물 판단거리 내에 장애물이 없다고 판단되면 원래 경로를 추종하게 되고 만약 장애물이 있다고 판단되면 원래 경로가 장애물들을 통과하는지 다시 검사한다.
이때 원래 경로가 장애물들을 통과하지 않는다면 원래 경로를 추종하면서 주행하고, 그렇지 않다면 장애물과 가장 가까운 경로점을 선택한다. 선택된 경로점을 기준으로 일정 반경(자율이동차량의 폭 + 자율이동차량의 관찰거리(LOOK AHEAD DISTANCE)) 내의 원래 경로점들을 삭제하고 부드러운 충돌회피를 위해 무인차량과 장애물 사이의 경로점들도 모두 삭제한다.
그 후에 장애물 중심 위치를 기준으로 일정 반경(자율이동차량의 폭+장애물의 너비)을 가지는 원을 그리고, 자율이동차량의 중심 위치로부터 이 원에 접하는 두 개의 직선을 그려서 두 접점을 구한다. 계산된 두 접점 중에서 원래 경로에 가장 가까운 접점을 선택하여 이를 새로운 경로점으로 추가한다. 이어, 추가된 경로점과 삭제되지 않은 경로점들을 연결하는 새로운 경로를 생성하고, 자율이동차량이 갱신된 경로를 따라 주행하도록 한다.
상기한 본 발명의 자율이동차량용 충돌회피를 위한 경로갱신방법의 검증을 위하여 경로갱신과정을 도 7 내지 12를 참조하여 설명한다.
도 7과 8은 벽 장애물과 같이 고정된 장애물이 경로와 충돌하는 경우에 대한 모의 실험결과를 나타낸 그림이다. 도 7과 8에서 사각형은 자율이동차량이고, 녹색선은 자율이동차량이 추종할 경로이며, 빨간색 점들은 추종할 경로를 의미한다. 그리고 노란색 원은 최소한 장애물 너비의 반을 반지름으로 하는 원이며, 파란색 점은 장애물의 좌우에 각각 추가되는 경로점 중에서 선택된 경로점을 의미한다.
도 7은 자율이동차량의 이동 경로상에 장애물이 존재하는 경우를 나타내고 있는데, 장애물의 위치가 2D LADA 등의 인지범위 밖에 위치하여 충돌회피 알고리즘이 작용하지 않은 상태를 보여주고 있다. 하지만 자율이동차량이 원래 경로를 따라 이동하여 도 8과 같이 인지범위 내로 들어오게 되면 충돌회피 알고리즘이 작용하게 된다. 도 8에 따르면 제안된 충돌회피 알고리즘에 의해 장애물을 회피하는 새로운 경로점들이 생성되었음을 확인할 수 있다.
도 9 내지 12는 차량과 같은 이동 장애물이 자율이동차량의 경로와 충돌하는 경우의 모의 시험 결과를 나타낸 그림이다. 도 9는 자율이동차량의 인지범위 밖에서 다른 차량이 이동하는 경우의 경로를 나타낸 것으로, 충돌회피 알고리즘이 작용하지 않은 상태를 보여주고 있다. 그러나 자율이동차량 또는 다른 차량의 이동으로 인해 다른 차량이 인지범위 내로 들어오면, 도 10과 같이 충돌회피 알고리즘에 의해 새로운 경로점이 생성된다.
이상과 같이 경로가 갱신된 상태에서 다른 차량이 이동하면, 도 11과 같이 충돌회피 알고리즘에 의해 새로운 경로점이 다시 갱신된다. 이후, 도 12와 같이 다른 차량이 원래 경로의 우측으로 빠져나가 원래 경로로부터 완전히 이탈하면, 원래 경로에 가까운 좌측 부분에 새로운 경로점이 갱신된다.
따라서 장애물의 종류나 위치 및 이동 여부에 관계없이 장애물에 대한 충돌회피를 수행할 수 있게 된다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명은 바람직한 구체적인 예에 대해서만 기술하였으나, 상기의 구체적인 예를 바탕으로 한 본 발명의 기술사상 범위 내에서의 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 또한, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
10: 2D LADAR(Laser Radar)
20: 항법처리 컴퓨터
21: GPS(Global Positioning System)
22: INS(Inertial Navigation System)
23: 나침반(COMPASS)
30: 2D LADAR 처리 컴퓨터
40: 경로제어 컴퓨터
20: 항법처리 컴퓨터
21: GPS(Global Positioning System)
22: INS(Inertial Navigation System)
23: 나침반(COMPASS)
30: 2D LADAR 처리 컴퓨터
40: 경로제어 컴퓨터
Claims (5)
- 자율이동차량에 탑재된 경로제어 컴퓨터를 이용하여 자율이동차량이 정해진 경로를 따라 주행하도록 하되, 장애물과의 충돌을 회피할 수 있도록 경로를 갱신하는 자율이동차량용 충돌회피를 위한 경로 갱신방법에 있어서,
자율이동차량의 속도에 따른 장애물 판단거리를 계산하는 제1단계와;
2D LADAR를 이용하여 장애물 판단거리 내에 장애물이 있는지 확인하는 제2단계와;
장애물이 없으면 원래 경로를 추종하고 장애물이 있으면 원래 경로가 장애물을 통과하는지 검사하는 제3단계와;
원래 경로가 장애물을 통과하지 않으면 원래 경로를 추종하고 그렇지 않으면 장애물과 가장 가까운 경로점을 선택하는 제4단계와;
선택된 경로점을 기준으로 일정 반경 내의 원래 경로점 및 자율이동차량과 장애물 사이의 경로점을 모두 삭제하는 제5단계와;
장애물의 중심 위치를 기준으로 일정 반경의 원을 그려 자율이동차량의 중심위치로부터 이 원에 접하는 두 직선을 그려서 만나는 두 접점을 구하고, 이 두 접점 중 원래 경로에 가장 가까운 접점을 새로운 경로점으로 추가하는 제6단계와;
추가된 경로점과 삭제되지 않은 경로점을 연결하는 새로운 경로를 생성하고 자율이동차량이 갱신된 경로를 따라 주행하도록 하는 제7단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율이동차량용 충돌회피를 위한 경로 갱신방법. - 제1항에 있어서,
상기 장애물 판단거리는 미리 설정된 안전거리에 차속에 따른 일반 승용차량의 고속도로상 안전거리를 합한 값으로 정해지는 것을 특징으로 하는 자율이동차량용 충돌회피를 위한 경로 갱신방법. - 제1항에 있어서,
상기 제5단계에서 경로점들이 삭제되는 범위는 자율이동차량의 폭과 관찰거리의 합을 반경으로 하는 원의 내부인 것을 특징으로 하는 자율이동차량용 충돌회피를 위한 경로 갱신방법. - 제1항에 있어서,
상기 제6단계에서 그려지는 원의 반경은 자율이동차량의 폭과 장애물의 너비의 합으로 결정되는 것을 특징으로 하는 자율이동차량용 충돌회피를 위한 경로갱신방법. - 레이저를 이용하여 자율이동차량의 이동 경로 주위에 위치하는 장애물을 비롯한 지형 정보를 감지하는 복수의 2D LADAR(10)와;
GPS(Global Positioning System, 21)나 INS(Inertial Navigation System, 22) 또는 나침반(COMPASS, 23)중 적어도 하나 이상에서 얻어지는 항법 정보를 이용하여 자율이동차량의 위치와 자세 및 속도 정보를 처리하는 항법처리 컴퓨터(20)와;
상기 2D LADAR(10)에 의해 획득된 지형 정보들과 상기 항법처리 컴퓨터(20)로부터 전달된 항법 정보를 처리하여 장애물 정보를 획득하는 2D LADAR 처리 컴퓨터(30)와;
상기 2D LADAR 처리 컴퓨터(30)로부터 얻어진 장애물 정보를 활용하여 경로점 삭제 후 재설정 방식으로 충돌회피 처리를 수행하는 경로제어 컴퓨터(40);를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율이동차량용 충돌회피를 위한 경로 갱신장치.
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| KR1020110127524A KR101133037B1 (ko) | 2011-12-01 | 2011-12-01 | 자율이동차량용 충돌회피를 위한 경로갱신방법 및 그 장치 |
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