KR101231982B1 - Navigation control method for mobile robot using gspn and mobile robot using the same - Google Patents

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KR101231982B1 KR1020100078181A KR20100078181A KR101231982B1 KR 101231982 B1 KR101231982 B1 KR 101231982B1 KR 1020100078181 A KR1020100078181 A KR 1020100078181A KR 20100078181 A KR20100078181 A KR 20100078181A KR 101231982 B1 KR101231982 B1 KR 101231982B1
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Abstract

본 발명은 GSPN을 이용한 이동 로봇의 주행 제어 방법 및 이를 이용한 이동 로봇에 관한 것이다. 본 발명에 따른 주행 제어 방법은 (a) 상호 상이한 제1 주행 제어 기법과 제2 주행 제어 기법이 상기 이동 로봇에 등록되는 단계와; (b) 상기 제1 주행 제어 기법 및 상기 제2 주행 제어 기법에 GSPN(Generalized Stochastic Petri Net) 기법이 적용되어 모델링된 주행 제어 GSPN 모델이 상기 이동 로봇에 등록되는 단계와; (c) 상기 주행 제어 GSPN 모델이 실행되어 상기 제1 주행 제어 기법과 상기 제2 주행 제어 기법 중 어느 하나가 선택되는 단계와; (d) 상기 제1 주행 제어 기법 및 상기 제2 주행 제어 기법 중 선택된 어느 하나에 따라 상기 이동 로봇의 주행이 제어되는 단계를 포함하며, 상기 주행 제어 GSPN 모델은 상기 제1 주행 제어 기법의 선택을 위해 발화하는 제1 주행 선택 트랜지션과, 상기 제2 주행 제어 기법의 선택을 위해 발화하는 제2 주행 선택 트랜지션과, 상기 제1 주행 제어 기법과 상기 제2 주행 제어 기법 중 어느 하나의 선택을 위한 선택 플레이스를 포함하며; 상기 (c) 단계는, (c1) 주행 임무가 상기 이동 로봇에 입력되는 단계와, (c2) 토큰이 상기 선택 플레이스로 이동하는 단계와, (c3) 상기 제1 주행 선택 트랜지션과 상기 제2 주행 선택 트랜지션 각각의 파라미터에 기초하여 상기 제1 주행 제어 기법과 상기 제2 주행 제어 기법의 성능이 평가되는 단계와, (c4) 상기 성능 평가 결과에 따라 상기 제1 주행 제어 기법과 상기 제2 주행 제어 기법 중 어느 하나가 선택되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 복수의 주행 제어 기법이 이동 로봇에 등록된 상태에서 주행 환경, 예컨대, 정적인 환경과 다이나믹한 환경에 적합한 주행 제어 기법이 선택되어 이동 로봇이 주행할 수 있도록 하여 다양한 주행 환경에 적응하면서도 주행 성능을 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a traveling control method of a mobile robot using GSPN and a mobile robot using the same. The traveling control method according to the present invention includes the steps of: (a) registering a mutually different first travel control technique and a second travel control technique to the mobile robot; (b) registering a traveling control GSPN model modeled by applying a generalized stochastic petri net (GSPN) technique to the first traveling control technique and the second traveling control technique; (c) executing the travel control GSPN model to select one of the first travel control technique and the second travel control technique; (d) controlling driving of the mobile robot according to any one selected from the first travel control technique and the second travel control technique, wherein the travel control GSPN model selects the first travel control technique. A first travel selection transition for igniting a hazard, a second travel selection transition for ignition for the selection of the second travel control technique, a selection for selection of any one of the first travel control technique and the second travel control technique A place; The step (c) may include: (c1) driving a mission input to the mobile robot, (c2) moving a token to the selection place, (c3) the first driving selection transition and the second driving; Evaluating the performance of the first travel control technique and the second travel control technique based on each parameter of the selected transition; and (c4) the first travel control technique and the second travel control based on a result of the performance evaluation. Wherein any one of the techniques is selected. Accordingly, while a plurality of driving control techniques are registered in the mobile robot, a driving control technique suitable for a driving environment, for example, a static environment and a dynamic environment, is selected to allow the mobile robot to travel and to adapt to various driving environments. Driving performance can be improved.

Description

GSPN을 이용한 이동 로봇의 주행 제어 방법 및 이를 이용한 이동 로봇{NAVIGATION CONTROL METHOD FOR MOBILE ROBOT USING GSPN AND MOBILE ROBOT USING THE SAME}NAVIGATION CONTROL METHOD FOR MOBILE ROBOT USING GSPN AND MOBILE ROBOT USING THE SAME

본 발명은 GSPN을 이용한 이동 로봇의 주행 제어 방법 및 이를 이용한 이동 로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 GSPN(Generalized Stochastic Petri Net) 기법을 이용하여 복수의 주행 제어 기법 중 어느 하나로 이동 로봇의 주행이 제어되도록 하여 다양한 주행 환경에 적응할 수 있는 GSPN을 이용한 이동 로봇의 주행 제어 방법 및 이를 이용한 이동 로봇에 관한 것이다.
The present invention relates to a traveling control method of a mobile robot using a GSPN and a mobile robot using the same. More specifically, the driving of the mobile robot is controlled by any one of a plurality of traveling control techniques using a Generalized Stochastic Petri Net (GSPN) technique. The present invention relates to a traveling control method of a mobile robot using GSPN that can adapt to various driving environments, and a mobile robot using the same.

근래에 이동 로봇의 무인 주행 제어(Autonomous navigation)을 위한 다양한 주행 제어 기법이 발전되어 있다. 이와 같은 이동 로봇의 주행 제어 기법에 대한 연구에 있어 두 가지의 큰 흐름이 모델 베이스의 숙고형 제어(Deliberate control) 방법과 센서 베이스의 반응형 제어(Reactive control) 방법에 대한 연구이다.Recently, various driving control techniques for autonomous navigation of mobile robots have been developed. Two big flows in the study of the traveling control technique of the mobile robot are the study of the model-based deliberate control method and the sensor-based reactive control method.

숙고형 주행 제어 기법은 환경 모델로부터 제어 명령을 산출하며, 정적인 환경, 예컨대, 환경 지도에 기록되지 않은 장애물이 적은 정적인 환경에서 좋은 성능을 보여준다. 반면, 숙고형 주행 제어 기법은 장애물이 많은 환경, 예컨대, 사람의 왕래가 잦은 다이나믹한 환경에는 적합하지 않은 것으로 평가되고 있다.The contemplated driving control technique yields control commands from the environmental model and shows good performance in static environments, for example static environments with few obstacles not recorded on the environment map. On the other hand, the contemplated driving control technique is not suitable for an obstacle-rich environment, for example, a dynamic environment with frequent traffic.

이와 반대로, 반응형 주행 제어 기법은 각종 센서로부터 얻은 센서 정보를 이용하여 제어 명령을 산출함으로써, 다이나믹한 환경에서의 불확실성에 대해 빠르고 강인한 성능을 나타낸다. 그러나, 반응형 주행 제어 기법은 출입문의 통과와 같은 섬세한 임무를 수행하는데 적합하지 않은 것으로 평가되고 있다.In contrast, the responsive travel control technique uses sensor information obtained from various sensors to calculate a control command, thereby exhibiting fast and robust performance against uncertainty in a dynamic environment. However, responsive travel control techniques are not suitable for performing delicate tasks such as passing doors.

숙고형 주행 제어 기법과 반응형 주행 제어 기법 간의 상호 보완적인 장단점으로 인해, 어느 하나의 주행 제어 기법으로 다양한 주행 환경에 완전하게 대체할 수 있는 이동 로봇의 주행 제어 기법을 도출하기는 어려운 실정이다.Due to the complementary advantages and disadvantages between the contemplated travel control technique and the reactive travel control technique, it is difficult to derive the travel control technique of a mobile robot that can be completely replaced by various travel environments with any one travel control technique.

이와 같은 개별적인 주행 제어 기법의 한계로 인해, 숙고형 주행 제어 기법과 반응형 주행 제어 기법을 통합하기 위한 연구가 제안되어 왔다. 예를 들어, O.Brock와 O.Khatib는 논문 『"High speed navigation using the global dynamic window approach", In Proceedings of IEEE International Conference on Robotics & Automation, Detroit, Michigan, USA, May 10-15, 1999.』에서 공지된 DWA(Dynamic Window Approach) 기법과 NF(Navigation Function)을 산출하는 path planner(J. Latombe, "Robot Motion Planning", Kluwer, 1991.)를 통한 Global Dynamic Window Approach 기법을 제안하였다.Due to the limitations of such individual driving control techniques, studies have been proposed to integrate the deliberated driving control technique and the reactive driving control technique. For example, O.Brock and O.Khatib wrote "High speed navigation using the global dynamic window approach", In Proceedings of IEEE International Conference on Robotics & Automation, Detroit, Michigan, USA, May 10-15, 1999. In this paper, we proposed the Global Dynamic Window Approach technique through the known DWA (Dynamic Window Approach) technique and path planner (J. Latombe, "Robot Motion Planning", Kluwer, 1991.) for calculating NF (Navigation Function).

또한, J. Ulrich와 J. Borenstien은 논문 『"VFH : "Local Obstacle Avoidance with Look-Ahead Verification", In Proceedings of IEEE International Conference on Robotics & Automation, San Francisco, USA, April 24-28, 2000.』에서 VFH(Vector Field Histogram) 기법을 제안하였다. VFH 기법은 국소 최소(Local minimum)를 회피하기 위한 look-ahead verification을 이용하였다.J. Ulrich and J. Borenstien also reported in the paper "VFH:" Local Obstacle Avoidance with Look-Ahead Verification ", In Proceedings of IEEE International Conference on Robotics & Automation, San Francisco, USA, April 24-28, 2000. In this paper, we propose a vector field histogram (VFH) technique, which uses look-ahead verification to avoid local minimum.

이외에도, Stachniss, C.와 Burgard, W.는 논문『"An Integrated Approach to Goal-directed Obstacle Avoidance under Dynamic Constraints for Dynamic Environments", In Proceedings of IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems, Switzerland, Oct. 2-4, 2002.』에서 path planing과 센서 기반의 충돌 회피를 통합한 방법을 제안하였고, Borenstein, J.와 Koren, Y는 논문 『"The Vector Field Histogram - Fast Obstacle-Avoidance for Mobile Robots", IEEE Journal of Robotics and Automation, vol. 7, no. 3, June 1991, pp. 278-288.』에서 이동 로봇의 주행을 모니터링하는 path monitor를 이용하여 국소 회피(Local minimum)와 사이클-트랩(cyclic-trap) 상황을 해결하는 방법을 제안하였다.
In addition, Stachniss, C. and Burgard, W., wrote, "An Integrated Approach to Goal-directed Obstacle Avoidance under Dynamic Constraints for Dynamic Environments", In Proceedings of IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems, Switzerland, Oct. 2-4, 2002., proposed a method that integrates path planning and sensor-based collision avoidance. Borenstein, J., Koren, and Y suggest that "The Vector Field Histogram-Fast Obstacle-Avoidance for Mobile Robots", IEEE Journal of Robotics and Automation, vol. 7, no. 3, June 1991, pp. 278-288. ”Proposed a method to solve the local minimum and cyclic-trap situations using a path monitor that monitors the movement of a mobile robot.

상술한 바와 같이, 다양한 연구 결과들에서 반응형 주행 제어 기법이 갖는 국소 회피(Local minimum) 문제를 해결하는 방법을 제시하고 있으나, 이동 로봇의 주행 제어의 관점에서 본질적으로는 반응형 주행 제어 기법에 속하는 한계를 갖고 있다.As described above, various research results suggest a method for solving the local minimum problem of the reactive travel control technique. It has a limit to belong.

이에 본 발명은 숙고형 주행 제어 기법과 반응형 주행 제어 기법과 같이 다양한 주행 제어 기법의 갖는 장단점으로 인해, 어느 하나의 주행 제어 기법으로 다양한 주행 환경에 완전하게 대체할 수 없는 기존의 주행 제어 기법들의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 복수의 주행 제어 기법이 이동 로봇에 등록된 상태에서 주행 환경, 예컨대, 정적인 환경과 다이나믹한 환경에 적합한 주행 제어 기법이 선택되어 이동 로봇이 주행할 수 있도록 하여 다양한 주행 환경에 적응할 수 있는 GSPN을 이용한 이동 로봇의 주행 제어 방법 및 이를 이용한 이동 로봇을 제공하는데 그 목적이 있다.
Accordingly, the present invention is due to the advantages and disadvantages of various driving control techniques, such as the contemplated driving control technique and the reactive driving control technique, the existing driving control techniques that can not be completely replaced in various driving environments by any one driving control technique In order to solve the problem, while a plurality of driving control techniques are registered in the mobile robot, a driving control method suitable for a driving environment, for example, a static environment and a dynamic environment, is selected so that the mobile robot can travel. An object of the present invention is to provide a traveling control method of a mobile robot using GSPN that can adapt to various driving environments, and a mobile robot using the same.

상기 목적은 본 발명에 따라, 이동 로봇의 주행 제어 방법에 있어서, (a) 상호 상이한 제1 주행 제어 기법과 제2 주행 제어 기법이 상기 이동 로봇에 등록되는 단계와; (b) 상기 제1 주행 제어 기법 및 상기 제2 주행 제어 기법에 GSPN(Generalized Stochastic Petri Net) 기법이 적용되어 모델링된 주행 제어 GSPN 모델이 상기 이동 로봇에 등록되는 단계와; (c) 상기 주행 제어 GSPN 모델이 실행되어 상기 제1 주행 제어 기법과 상기 제2 주행 제어 기법 중 어느 하나가 선택되는 단계와; (d) 상기 제1 주행 제어 기법 및 상기 제2 주행 제어 기법 중 선택된 어느 하나에 따라 상기 이동 로봇의 주행이 제어되는 단계를 포함하며, 상기 주행 제어 GSPN 모델은 상기 제1 주행 제어 기법의 선택을 위해 발화하는 제1 주행 선택 트랜지션과, 상기 제2 주행 제어 기법의 선택을 위해 발화하는 제2 주행 선택 트랜지션과, 상기 제1 주행 제어 기법과 상기 제2 주행 제어 기법 중 어느 하나의 선택을 위한 선택 플레이스를 포함하며; 상기 (c) 단계는, (c1) 주행 임무가 상기 이동 로봇에 입력되는 단계와, (c2) 토큰이 상기 선택 플레이스로 이동하는 단계와, (c3) 상기 제1 주행 선택 트랜지션과 상기 제2 주행 선택 트랜지션 각각의 파라미터에 기초하여 상기 제1 주행 제어 기법과 상기 제2 주행 제어 기법의 성능이 평가되는 단계와, (c4) 상기 성능 평가 결과에 따라 상기 제1 주행 제어 기법과 상기 제2 주행 제어 기법 중 어느 하나가 선택되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 주행 제어 방법에 의해서 달성된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a traveling control method of a mobile robot, the method comprising: (a) registering a mutually different first travel control technique and a second travel control technique to the mobile robot; (b) registering a traveling control GSPN model modeled by applying a generalized stochastic petri net (GSPN) technique to the first traveling control technique and the second traveling control technique; (c) executing the travel control GSPN model to select one of the first travel control technique and the second travel control technique; (d) controlling driving of the mobile robot according to any one selected from the first travel control technique and the second travel control technique, wherein the travel control GSPN model selects the first travel control technique. A first travel selection transition for igniting a hazard, a second travel selection transition for ignition for the selection of the second travel control technique, a selection for selection of any one of the first travel control technique and the second travel control technique A place; The step (c) may include: (c1) driving a mission input to the mobile robot, (c2) moving a token to the selection place, (c3) the first driving selection transition and the second driving; Evaluating the performance of the first travel control technique and the second travel control technique based on each parameter of the selected transition; and (c4) the first travel control technique and the second travel control based on a result of the performance evaluation. Any one of the techniques is achieved by the traveling control method of the mobile robot, characterized in that it comprises the step of selecting.

여기서, 상기 제1 주행 제어 기법은 숙고형(Deliberate) 주행 제어 기법을 포함하고; 상기 제2 주행 제어 기법은 반응형(Reactive) 주행 제어 기법을 포함할 수 있다.Wherein the first travel control technique includes a deliberate travel control technique; The second travel control technique may include a reactive travel control technique.

그리고, 상기 숙고형(Deliberate) 주행 제어 기법은 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법을 포함하고; 상기 반응형(Reactive) 주행 제어 기법은 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법을 포함할 수 있다.The deliberate driving control technique includes a trajectory tracking driving control technique; The reactive driving control technique may include a dynamic window approach (DWA) driving control technique.

여기서, 상기 제1 주행 선택 트랜지션은 상기 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법의 선택을 위해 발화하는 트래킹 주행 선택 트랜지션을 포함하며; 상기 제2 주행 선택 트랜지션은 상기 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법의 선택을 위해 발화하는 DWA 주행 선택 트랜지션을 포함할 수 있다.Wherein the first travel selection transition includes a tracking travel selection transition that ignites to select the Trajectory tracking travel control technique; The second travel selection transition may include a DWA travel selection transition that ignites to select the dynamic window approach traveling control technique.

여기서, 상기 (c3) 단계는 상기 트래킹 주행 선택 트랜지션과 상기 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법의 정상 상태 확률에 기초하여 상기 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법에 대한 제1 트랜지션 처리율(Throughput)이 산출되는 단계와, 상기 DWA 주행 선택 트랜지션과 상기 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법의 정상 상태 확률에 기초하여 상기 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법에 대한 제2 트랜지션 처리율(Throughput)을 산출하는 단계를 포함하며; 상기 (c4) 단계에서는 상기 제1 트랜지션 처리율(Throughput)과 상기 제2 트랜지션 처리율(Throughput) 중 큰 어느 하나가 선택될 수 있다.Here, the step (c3) is a first transition throughput rate for the trajectory tracking driving control technique based on the steady state probability of the tracking driving selection transition and the trajectory tracking driving control technique. Calculating a second transition throughput for the DWA driving control scheme based on the DWA driving selection transition and the steady state probability of the dynamic window approach traveling control technique. Including; In the step (c4), any one of the first transition throughput and the second transition throughput may be selected.

그리고, 상기 주행 제어 GSPN 모델은 상기 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법에 대한 트래킹 주행 완료 트랜지션, 상기 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법에 대한 DWA 주행 완료 트랜지션, 상기 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법에 대한 트래킹 주행 경고 트랜지션, 상기 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법에 대한 DWA 주행 경고 트랜지션, 상기 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법에 따른 주행 제어가 정상 상태인 트래킹 정상 플레이스, 상기 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법에 따른 주행 제어가 정상 상태인 DWA 정상 플레이스, 상기 트래킹 주행 경고 트랜지션의 발화에 따라 상태 전이되는 트래킹 알람 플레이스, 및 상기 DWA 주행 경고 트랜지션의 발화에 따라 상태 전이되는 DWA 알람 플레이스를 포함할 수 있다.The driving control GSPN model includes a tracking driving completion transition for the trajectory tracking driving control technique, a DWA driving completion transition for the dynamic window approach driving control technique, and the trajectory tracking driving. A tracking driving warning transition for a control technique, a DWA driving warning transition for the dynamic window approach (DWA) driving control technique, a tracking normal place in which driving control according to the trajectory tracking driving control technique is normal, and the DWA (Dynamic Window Approach) DWA normal place in which the driving control according to the driving control technique is in a normal state, a tracking alarm place transitioning according to the ignition of the tracking driving warning transition, and a DWA transitioned according to the ignition of the DWA driving warning transition. It may include an alarm place.

또한, 상기 트래킹 주행 완료 트랜지션 및 상기 DWA 주행 완료 트랜지션의 파라미터의 초기값은 수학식

Figure 112010052144034-pat00001
(여기서, λi는 상기 트래킹 주행 완료 트랜지션 또는 상기 DWA 주행 완료 트랜지션의 파라미터이고, ve는 경험 속도이고, distopt는 상기 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법에 의해 결정되는 예상 주행 경로의 길이이다)에 의해 산출되며; 상기 경험 속도는 수학식
Figure 112010052144034-pat00002
(여기서, tnavi와 distopt_s는 상기 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법과 상기 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법이 단독으로 시뮬레이션 되었을 때의 주행 경로 및 주행 시간으로 다수 회의 시뮬레이션을 통한 평균값이다)에 의해 산출될 수 있다.In addition, the initial values of the parameters of the tracking travel complete transition and the DWA travel complete transition may be expressed by the following equation.
Figure 112010052144034-pat00001
(Where λ i is a parameter of the tracking travel complete transition or the DWA travel complete transition, v e is an experience speed, and dist opt is the length of an expected travel path determined by the Trajectory tracking travel control technique) Is calculated; The experience rate is the equation
Figure 112010052144034-pat00002
Here, t navi and dist opt_s are the average values obtained from the multiple simulations, which are driving paths and driving times when the trajectory tracking driving control technique and the dynamic window approach driving control technique are simulated alone. Can be calculated by

그리고, 상기 (c) 단계는 (c5) 상기 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법에 따라 주행 제어되는 상태에서 상기 DWA 주행 경고 트랜지션이 발화하는 경우, 상기 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법이 선택되는 단계와; (c6) 상기 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법에 따라 주행 제어되는 상태에서 상기 트래킹 주행 경고 트랜지션이 발화하는 경우, 상기 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법이 선택되는 단계를 더 포함할 수 있다.In the step (c), when the DWA driving warning transition ignites while driving is controlled according to the dynamic window approach (DWA) driving control technique, the trajectory tracking driving control technique is selected. Becoming a step; (c6) if the tracking driving warning transition ignites in a driving control state according to the trajectory tracking driving control technique, the dynamic window approach (DWA) driving control technique may be further selected. .

그리고, 상기 트래킹 주행 경고 트랜지션은 상기 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법에 따라 주행 제어되는 상태에서 기 설정된 기준 시간 동안 경로 재설정 횟수가 기 설정된 제1 전이 문턱치보다 큰 경우 발화하며; 상기 DWA 주행 경고 트랜지션은 상기 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법에 따라 주행 제어되는 상태에서 일정 주기로 상기 이동 로봇의 속도가 기 설정된 기준 속도 이하로 떨어지는 횟수가 기 설정된 제2 문턱치보다 큰 경우 발화할 수 있다.The tracking driving warning transition ignites when the number of rerouting is greater than a predetermined first transition threshold during a preset reference time in a driving control state according to the Trajectory tracking driving control technique. The DWA driving warning transition may be ignited when the number of times that the speed of the mobile robot falls below a preset reference speed in a predetermined period in a state of driving control according to the dynamic window approach (DWA) driving control technique is greater than a preset second threshold. Can be.

이 때, 상기 제1 전이 문턱치 및 상기 제2 전이 문턱치는 수학식At this time, the first transition threshold and the second transition threshold is expressed by the equation

Figure 112010052144034-pat00003
Figure 112010052144034-pat00003

(여기서, Nf는 상기 제1 전이 문턱치 또는 상기 제2 전이 문턱치이고, Pr{Pi}는 상기 트래킹 알람 플레이스 또는 상기 DWA 알람 플레이스의 토큰 확률이고, Fp{} 함수는 주파수 λj를 갖는 누적 푸아송 분포 함수이고, λj는 트래킹 주행 경고 트랜지션 또는 DWA 주행 경고 트랜지션의 파라미터이다)에 의해 산출될 수 있다.Where N f is the first transition threshold or the second transition threshold, Pr {Pi} is the token probability of the tracking alarm place or the DWA alarm place, and the F p {} function is cumulative with frequency λ j Poisson distribution function, λ j is a parameter of a tracking driving warning transition or a DWA driving warning transition).

그리고, (e) 주행 임무가 완료되는 경우, 상기 주행 제어 GSPN 모델의 각 트랜지션의 파라미터가 기준 사전(Reference prior)을 갖는 베이지안 업데이트 룰(Bayesian update rule)에 따라 업데이트될 수 있다.Then, (e) when the driving task is completed, the parameters of each transition of the driving control GSPN model may be updated according to a Bayesian update rule having a reference prior.

여기서, 상기 주행 제어 GSPN 모델의 트렌지션의 파라미터가 카운팅이 측정 대상인 경우 상기 베이지안 업데이트 룰(Bayesian update rule)의 푸아송 모델에 따라 업데이트되며; 상기 주행 제어 GSPN 모델의 트렌지션의 파라미터가 시간이 측정 대상인 경우 상기 베이지안 업데이트 룰(Bayesian update rule)의 지수 모델에 따라 업데이트될 수 있다.Here, the parameter of the transition of the driving control GSPN model is updated according to the Poisson model of the Bayesian update rule when counting is the measurement target; The parameter of the transition of the driving control GSPN model may be updated according to the exponential model of the Bayesian update rule when time is a measurement target.

또한, 상기 이동 로봇의 주행 임무 완료 시간이 주행 실패 시간을 초과하는 경우, 상기 이동 로봇의 주행 실패로 결정되며; 상기 주행 실패 시간은 수학식

Figure 112010052144034-pat00004
(여기서, Tfail은 상기 주행 실패 시간이고, vfail은 기 설정된 실패 속도이다)에 의해 산출될 수 있다.
Further, when the driving task completion time of the mobile robot exceeds the driving failure time, it is determined that the driving robot has failed to travel; The driving failure time is equation
Figure 112010052144034-pat00004
(Where T fail is the driving failure time and v fail is a predetermined failure speed).

상기와 같은 구성을 통해, 본 발명에 따르면 복수의 주행 제어 기법이 이동 로봇에 등록된 상태에서 주행 환경, 예컨대, 정적인 환경과 다이나믹한 환경에 적합한 주행 제어 기법이 선택되어 이동 로봇이 주행할 수 있도록 하여 다양한 주행 환경에 적응하면서도 주행 성능을 향상시킬 수 있는 GSPN을 이용한 이동 로봇의 주행 제어 방법 및 이를 이용한 이동 로봇이 제공된다.
Through the above configuration, according to the present invention, a traveling control technique suitable for a driving environment, for example, a static environment and a dynamic environment, may be selected when a plurality of traveling control techniques are registered in the mobile robot, and thus the mobile robot may travel. The present invention provides a travel control method of a mobile robot using GSPN and a mobile robot using the same, which can adapt to various driving environments and improve driving performance.

도 1은 본 발명에 따른 이동 로봇의 주행 제어 방법의 주행 제어 GSPN 모델을 도식화한 도면이고,
도 2 내지 도 8은 본 발명에 따른 이동 로봇의 주행 제어 방법에 대한 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면이다.
1 is a diagram illustrating a traveling control GSPN model of a traveling control method of a mobile robot according to the present invention;
2 to 8 are diagrams for explaining a simulation result for the driving control method of the mobile robot according to the present invention.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.

본 발명에 따른 이동 로봇의 주행 제어 방법에서는 상호 상이한 제1 주행 제어 기법과 제2 주행 제어 기법이 이동 로봇에 등록된다. 또한, 제1 주행 제어 기법과 제2 주행 제어 기법의 선택을 위한 이동 로봇에 주행 제어 GSPN 모델이 등록된다.In the traveling control method of the mobile robot according to the present invention, mutually different first travel control techniques and second travel control techniques are registered in the mobile robot. In addition, the travel control GSPN model is registered in the mobile robot for selecting the first travel control technique and the second travel control technique.

여기서, 주행 제어 GSPN 모델은 제1 주행 제어 기법 및 제2 주행 제어 기법에 GSPN(Generalized Stochastic Petri Net) 기법이 적용되어 모델링된다. 즉, 주행 제어 GSPN 모델은 정적인 주행 환경이나 다이나믹한 주행 환경에 따라 제1 주행 제어 기법 및 제2 주행 제어 기법 중 어느 하나를 선택 가능하도록 모델링된다.Here, the driving control GSPN model is modeled by applying the Generalized Stochastic Petri Net (GSPN) technique to the first driving control technique and the second driving control technique. That is, the driving control GSPN model is modeled to select one of the first driving control technique and the second driving control technique according to the static driving environment or the dynamic driving environment.

이와 같이, 이동 로봇에 제1 주행 제어 기법과 제2 주행 제어 기법, 그리고 주행 제어 GSPN 모델이 등록된 상태에서 이동 로봇이 주행하게 되면, 주행 제어 GSPN 모델의 실행에 따라 제1 주행 제어 기법과 제2 주행 제어 기법 중 어느 하나가 선택되며, 선택된 주행 제어 기법에 따라 이동 로봇의 주행이 제어된다.As such, when the mobile robot travels in a state in which the first travel control technique, the second travel control technique, and the travel control GSPN model are registered in the mobile robot, the first travel control technique and the first travel control technique and the first travel control technique are performed according to the execution of the travel control GSPN model. One of two travel control techniques is selected, and the travel of the mobile robot is controlled according to the selected travel control technique.

본 발명에 따른 이동 로봇의 주행 제어 방법에서, 이동 로봇에 등록되는 주행 제어 기법은 숙고형(Deliberate) 주행 제어 기법과 반응형(Reactive) 주행 제어 기법을 포함하는 것을 예로 한다. 즉, 본 발명에 따른 이동 로봇의 주행 제어 방법에서는 정적인 환경에서 높은 성능을 나타내는 숙고형(Deliberate) 주행 제어 기법과, 다이나믹한 환경에서 높은 성능을 나타내는 반응형(Reactive) 주행 제어 기법을 사용하여, 상호 보완적인 장점이 발휘될 수 있도록 한다.In the traveling control method of the mobile robot according to the present invention, the driving control technique registered in the mobile robot includes a deliberate driving control technique and a reactive driving control technique. That is, the driving control method of the mobile robot according to the present invention uses a deliberate driving control technique showing a high performance in a static environment and a reactive driving control technique showing a high performance in a dynamic environment. In this regard, complementary advantages can be exerted.

여기서, 숙고형(Deliberate) 주행 제어 기법으로는 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법이 적용되고, 반응형(Reactive) 주행 제어 기법으로는 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법이 적용되는 것을 예로 한다.Here, the trajectory tracking driving control technique is applied as the deliberate driving control technique, and the dynamic window approach driving control technique is applied as the reactive driving control technique. .

그리고, 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법으로는 논문 『Kanayama, Y. Kimura, Y. Miyazaki, F. Noguchi, T., "A stable tracking control method for an autonomous mobile robot", In Proceedings of IEEE International Conference on Robotics & Automation, Cincinnati, OH, USA, May 13-18, 1990.』에 개시된 궤적 추적 모션 제어기(Trajectory tracking motion controller)가 적용되며, DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법으로는 논문 『D. Fox, W. Burgard, S. Thrun, "The dynamic window approach to collision avoidance", IEEE Robotics and Automation Magazine, vol. 4, no. 1, pp. 23-33, 1997.』에 개시된 DWA 모션 제어기가 적용되는 것을 예로 한다.In addition, as a trajectory tracking driving control technique, Kanayama, Y. Kimura, Y. Miyazaki, F. Noguchi, T., "A stable tracking control method for an autonomous mobile robot", In Proceedings of IEEE International The Trajectory tracking motion controller disclosed in Conference on Robotics & Automation, Cincinnati, OH, USA, May 13-18, 1990. is applied.DWA (Dynamic Window Approach) driving control technique . Fox, W. Burgard, S. Thrun, "The dynamic window approach to collision avoidance", IEEE Robotics and Automation Magazine, vol. 4, no. 1, pp. 23-33, 1997. The application of the DWA motion controller disclosed in the example.

본 발명에 따른 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법은 경로 계획기(Path planner)와, 궤적 생성기(Trajectory generator), 그리고, 궤적 추적 제어기(Trajectory tracking controller)를 포함할 수 있다.The trajectory tracking driving control technique according to the present invention may include a path planner, a trajectory generator, and a trajectory tracking controller.

경로 계획기는 격자 지도 형태의 환경 지도에 목표점까지의 경로를 생성한다. 이 때, 경로 계획기에 의해 생성되는 경로는 격자 지도 상의 위치 정보만을 포함하게 된다. 여기서, 본 발명에서는 경로 계획기로 그라디언트 경로 계획기(Gradient path planner)가 적용되는 것을 예로 하며, 이에 따라 격자 지도 상에서 충돌이 발생하지 않는 경로의 생성이 가능하게 된다. 그라디언트 경로 계획기(Gradient path planner)에 대해서는 논문 『Konolige, K, "A gradient method for realtime robot control", In Proceedings of IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems, Takamatsu, Japan, October 30, November 5, 2000.』에 구체적으로 개시되어 있는 바, 그 상세한 설명은 생략한다.The route planner generates a route to a target point on an environment map in the form of a grid map. At this time, the route generated by the route planner includes only location information on the grid map. Here, in the present invention, a gradient path planner is applied as the path planner, for example, and thus a path without collision can be generated on the grid map. For a gradient path planner, the paper `` Konolige, K, "A gradient method for realtime robot control", In Proceedings of IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems, Takamatsu, Japan, October 30, November 5, 2000 Is specifically disclosed, the detailed description thereof will be omitted.

그리고, 궤적 생성기는 경로 계획기에 의해 생성된 경로를 이용하여 부드러운 커브의 경로를 생성한다. 이를 통해 비홀로노믹 구속(Non-holonomic constraint)을 만족하는 부드러운 커브의 경로가 생성된다. 여기서, 본 발명에서는 궤적 생성기에 버블-밴드 알고리즘(Bubble-Bands algorithm)을 이용한 큐빅 B-스플라인 커브(Cubic B-spline courve) 기법이 적용되는 것을 예로 한다. 버블-밴드 알고리즘(Bubble-Bands algorithm)은 논문 『Sean Quinlan, "Real-time Modification of Collision-free paths", Ph.D Thesis, 1994.』에 구체적으로 기제되어 있는 바, 그 상세한 설명은 생략한다.The trajectory generator generates a smooth curve path using the path generated by the path planner. This creates a smooth curve path that satisfies non-holonomic constraints. In the present invention, a cubic B-spline courve technique using a bubble-band algorithm is applied to the trajectory generator as an example. The Bubble-Bands algorithm is specifically described in Sean Quinlan, "Real-time Modification of Collision-free paths", Ph.D Thesis, 1994. .

한편, DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법은 상술한 바와 같이, 다이나믹한 주행 환경에서 높은 성능을 보여주는데, 경로 계획기(path planner)에 의해 생성된 경로를 분할하여 경유점(Way-point)을 생성한다. 이와 같은 경유점 생성 알고리즘은 국소 최소(Local-minimum) 문제의 리스크를 줄여준다.On the other hand, DWA (Dynamic Window Approach) driving control technique shows a high performance in a dynamic driving environment, as described above, by dividing the path generated by the path planner to the way-point Create This waypoint generation algorithm reduces the risk of local-minimum problems.

본 발명에서는 이동 로봇에 등록된 복수의 주행 제어 기법, 즉 상술한 바와 같이 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법과 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법 중 어느 하나의 선택을 위한 주행 제어 GSPN 모델은 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법과 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법에 GSPN(Generalized Stochastic Petri Net) 기법이 적용되어 모델링된다.In the present invention, the driving control GSPN model for selecting one of a plurality of driving control techniques registered in the mobile robot, that is, a trajectory tracking driving control technique and a dynamic window approach traveling control technique as described above, Generalized Stochastic Petri Net (GSPN) is applied to the Trajectory Tracking and DWA (Dynamic Window Approach) driving controls.

도 1은 본 발명에 따른 이동 로봇의 주행 제어 방법의 주행 제어 GSPN 모델을 도식화한 도면이고, 주행 제어 GSPN 모델을 구성하는 플레이스(Place)와 트랜지션(Transition)에 대한 상세 설명은 [표 1]에 나타난 바와 같다.1 is a diagram illustrating a traveling control GSPN model of a traveling control method of a mobile robot according to the present invention, and detailed descriptions of a place and a transition constituting the traveling control GSPN model are given in [Table 1]. As shown.

[표 1][Table 1]

Figure 112010052144034-pat00005
Figure 112010052144034-pat00005

도 1 및 [표 1]을 참조하여 설명하면, 주행 제어 GSPN 모델은 10개의 플레이스와, 13개의 타임드 트랜지션과, 4개의 이미디에이트 트랜지션을 포함하고 있다.Referring to FIG. 1 and Table 1, the travel control GSPN model includes 10 places, 13 timed transitions, and 4 imide transitions.

플레이스는 이동 로봇의 주행 준비 상태를 나타내는 주행 준비 플레이스(P0), 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법과 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법의 선택을 위한 선택 플레이스(P1), 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법에 따른 주행 제어가 선택된 트래킹 선택 플레이스(P2), DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법에 따른 주행 제어가 선택된 DWA 선택 플레이스(P3), 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법에 따른 주행 제어가 정상 상태인 트래킹 정상 플레이스(P4), DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법에 따른 주행 제어가 정상 상태인 DWA 정상 플레이스(P6), 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법에 따른 주행 제어가 알람 상태인 트래킹 알람 플레이스(P5), DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법에 따른 주행 제어가 알람 상태인 DWA 알람 플레이스(P7), 전체 주행이 성공으로 종료된 주행 성공 플레이스(P8), 그리고, 전체 주행이 실패로 종료된 주행 실패 플레이스(P9)를 포함한다.Place is a ready-to-place (P0) indicating the readiness of the mobile robot, a trajectory tracking (Trajectory tracking) driving control technique, and a selection place (P1) and trajectory tracking (DWA) driving control technique. tracking) The tracking selection place (P2) with the driving control selected by the driving control technique, the DWA selection place (P3) with the driving control selected according to the dynamic window approach (DWA) driving control technique, and the trajectory tracking driving control technique. Driving according to the tracking normal place (P4), DWA (Dynamic Window Approach) driving control technique in which the driving control is normal, driving according to the DWA normal place (P6) and trajectory tracking driving control technique in which the driving control is normal Tracking alarm place (P5) where control is in alarm state, DWA alarm where driving control is in alarm state according to Dynamic Window Approach (DWA) driving control technique Race (P7), comprises a total running this place is finished running success to success (P8), and the whole drive has ended in failure drive fails Place (P9).

또한, 타임드 트랜지션은 주행 임무의 개시에 발화하는 주행 개시 트랜지션(T0), 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법의 선택을 위해 발화하는 트래킹 주행 선택 트랜지션(T1), DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법의 선택을 위해 발화하는 DWA 주행 선택 트랜지션(T2), 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법에 대한 트래킹 주행 경고 트랜지션(T5), DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법에 대한 DWA 주행 경고 트랜지션(T7), 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법에 대한 트래킹 주행 복귀 트랜지션(T6), DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법에 대한 DWA 주행 복귀 트랜지션(T8), 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법에 대한 트래킹 주행 복귀 완료 트랜지션(Ta6), DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법에 대한 DWA 주행 회복 완료 트랜지션(Ta8), 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법에 대한 트래킹 주행 완료 트랜지션(T9), DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법에 대한 DWA 주행 완료 트랜지션(T10), 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법에 대한 트래킹 주행 실패 트랜지션(T11), 그리고 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법에 대한 DWA 주행 실패 트랜지션(T12)을 포함한다. 여기서, 트래킹 주행 선택 트랜지션은 제 1 주행 선택 트렌지션의 일종이며, DWA 주행 선택 트랜지션은 제2 주행 선택 트랜지션의 일종이다. In addition, the timed transition is a tracking driving selection transition (T1), a dynamic window approach (DWA), which ignites to select a driving start transition (T0) that fires at the start of a driving mission, a trajectory tracking driving control technique. DWA driving warning transitions for DWA driving selection transitions (T2), trajectory tracking driving control techniques for selecting control techniques, driving warning transitions (T5), and dynamic window approach (DWA) driving control techniques. (T7), tracking driving return transition (T6) for trajectory tracking driving control technique, DWA driving return transition (T8), trajectory tracking driving control for Dynamic Window Approach (DWA) driving control technique Tracking driving return completion transition (Ta6) for the technique, DWA driving recovery completion transition (Ta8) and trajectory tracking (Tr) for the Dynamic Window Approach (DWA) driving control technique ajectory tracking) Tracking driving completion transition (T9) for driving control technique, DWA driving completion transition (T10) for trajectory control technique (DWA) and tracking driving failure transition for trajectory tracking driving control technique (T11), and a DWA driving failure transition (T12) for a dynamic window approach (DWA) driving control technique. Here, the tracking travel selection transition is a kind of first travel selection transition, and the DWA travel selection transition is a kind of second travel selection transition.

그리고, 이미디에이트 트랜지션은 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법으로 주행 중에 트래킹 주행 경고 트랜지션(T5)이 발화하는 경우 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법으로 바로 전환되는 DWA 전환 트랜지션(T3)과, DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법으로 주행 중에 DWA 주행 경고 트랜지션(T7)이 발화하는 경우 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법으로 바로 전환되는 트래킹 전환 트랜지션(T4)과, 주행 성공 후 주행 준비 플레이스(P0)로의 전환을 위한 주행 성공 종료 트랜지션(T13)과, 주행 실패 후 주행 준비 플레이스(P0)로의 전환을 위한 주행 실패 종료 트랜지션(T14)을 포함한다.The transition transition is a trajectory tracking driving control technique, and when the tracking driving warning transition T5 ignites during driving, the immediate transition is directly switched to a dynamic window approach driving control technique (DWA). When the DWA driving warning transition (T7) ignites during driving with the DWA (Dynamic Window Approach) driving control technique, the tracking switching transition (T4) is directly switched to the trajectory tracking driving control technique, and the vehicle is ready for driving after successful driving. The driving success termination transition T13 for switching to the place P0 and the driving failure ending transition T14 for switching to the driving preparation place P0 after the driving failure are included.

여기서, 주행 개시 트랜지션(T0)의 파라미터, 즉 발화율(Firing Rate, λ0)은 상수로 설정되며, 본 발명에서는 λ0 = 1.0으로 설정되는 것을 예로 한다. 그리고, 나머지 트랜지션의 발화율은 주행 임무 완료 후에 업데이트되는 바, 이에 대한 설명은 후술한다.Herein, the parameter of the driving start transition T0, that is, the firing rate λ 0 , is set to a constant, and in the present invention, λ 0 = 1.0 is set as an example. And, the ignition rate of the remaining transitions are updated after the completion of the driving task, a description thereof will be described later.

그리고, 주행 제어 GSPN 모델에서, 각 주행 제어 기법의 성능 평가는 토큰이 P1, 즉 선택 플레이스(P1)에 존재할 때 수행된다. 그리고, 각 주행 제어 기법의 성능 평가는 주행 임무의 예상완료시간과 실패율을 고려하여 수행된다.And in the travel control GSPN model, performance evaluation of each travel control technique is performed when the token is present in P1, i.e., the selection place P1. In addition, performance evaluation of each driving control technique is performed in consideration of an expected completion time and a failure rate of the driving task.

예컨대, 이동 로봇이 정적인 주행 환경에서 이동하는 경우, 최적의 경로를 따라 이동하는데 적합한 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법이 주행 제어 GSPN 모델에 의해 선택된다. 반면, 이동 로봇이 다이나믹한 주행 환경에 직면하게 되면, 경로 계획자는 충돌이 발생하지 않는 경로를 지속적으로 생성하게 되며, 이와 같이 경로의 변경이 빈번한 경우 주행 제어 GSPN 모델이 다이나믹한 환경으로 인식하게 되어 트래킹 알람 플레이스(P5)가 활성화된다. 결과적으로, 주행 제어 GSPN 모델은 이동 로봇이 다이나믹한 환경에서 주행 가능하도록 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법을 활성화하게 된다. 또한, 이동 로봇이 로컬-트랩(Local-trap) 상황에 처하게 되면, DWA 주행 경고 트랜지션(T7)이 발화하게 된다. 도 1은 이와 같은 주행 제어 GSPN 모델의 제어 로직을 도식화한 것이다.For example, when the mobile robot moves in a static driving environment, a trajectory tracking driving control technique suitable for moving along an optimal path is selected by the driving control GSPN model. On the other hand, when the mobile robot is faced with a dynamic driving environment, the route planner continuously generates a route without collision, and when the route is changed frequently, the driving control GSPN model recognizes the dynamic environment. Tracking alarm place P5 is activated. As a result, the driving control GSPN model activates the Dynamic Window Approach (DWA) driving control technique to enable the mobile robot to travel in a dynamic environment. In addition, when the mobile robot is in a local-trap situation, the DWA driving warning transition T7 is ignited. 1 is a diagram illustrating control logic of the driving control GSPN model.

한편, 본 발명에 따른 주행 제어 GSPN 모델은 이동 로봇에 주행 임부가 부여되는 경우 트래킹 주행 완료 트랜지션(T9)과 DWA 주행 완료 트랜지션(T10)의 파라미터, 즉 발화율 λ9와 λ10의 초기값을 산출한다. 여기서, 본 발명에서는 발화율 λ9와 λ10의 초기값을 다수의 시뮬레이션 결과에 기초한 경험 속도(Empirical velocity)를 이용하여 산출하는 것을 예로 한다. 이는 [수학식 1]을 통해 산출된다.On the other hand, the travel control GSPN model according to the present invention calculates the parameters of the tracking travel completion transition T9 and the DWA travel completion transition T10, that is, the initial values of the ignition rates λ 9 and λ 10 when the travel pregnancies are given to the mobile robot. do. In the present invention, it is assumed that the initial values of the ignition rates λ 9 and λ 10 are calculated using an empirical velocity based on a plurality of simulation results. This is calculated through [Equation 1].

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112010052144034-pat00006
Figure 112010052144034-pat00006

여기서, λi는 발화율 λ9와 λ10을 의미하며, ve는 경험 속도이고, distopt는 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법의 경로 계획기에 의해 결정되는 예상 주행 경로의 길이다.Here, λ i means the ignition rates λ 9 and λ 10 , v e is the experiential speed, and dist opt is the length of the expected driving route determined by the route planner of the trajectory tracking driving control technique.

그리고, 경험 속도는 [수학식 2]를 통해 산출된다. 여기서, 경험 속도는 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법과 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법을 단독으로 주행 시뮬레이션에 적용하여 산출되며, 복수의 시뮬레이션의 평균값으로 산출하는 것을 예로 한다.Then, the experience speed is calculated through [Equation 2]. Here, the experience speed is calculated by applying a trajectory tracking driving control technique and a dynamic window approach driving control technique to a driving simulation alone, and calculating the average speed of a plurality of simulations.

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112010052144034-pat00007
Figure 112010052144034-pat00007

여기서, tnavi와 distopt_s는 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법과 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법이 단독으로 시뮬레이션되었을 때의 주행 경로와 주행 시간으로, 다수회의 시뮬레이션에서 얻어진 값들의 평균값이다.Here, t navi and dist opt_s are driving paths and driving times when the trajectory tracking (Trajectory tracking) driving control method and the DWA (Dynamic Window Approach) driving control method are simulated alone, and are average values of values obtained in a plurality of simulations. .

한편, 주행 실패 시간은 [수학식 3]을 통해 산출된다. [수학식 3]에서 Tfail은 주행 실패 시간이고, vfail은 실패 속도이다. 여기서, Vfail은 이동 로봇의 속도나 주행 환경 등을 고려하여 미리 설정된 상수값을 가지며, 본 발명에서는 Vfail을 5cm/s로 설정하는 것을 예로 한다.On the other hand, the driving failure time is calculated through [Equation 3]. In Equation 3, T fail is a driving failure time, and v fail is a failure speed. Here, V fail has a predetermined constant value in consideration of the speed, the driving environment, and the like of the mobile robot, in the present invention, it is assumed that V fail is set to 5 cm / s.

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112010052144034-pat00008
Figure 112010052144034-pat00008

그리고, 이동 로봇의 전체 주행 임무 완료 시간이 주행 실패 시간인 Tfail보다 길면 주행 실패로 결정되며, 실패한 주행 완료 시간이 다시 Tfail로 기록된다.If the total driving task completion time of the mobile robot is longer than the T fail which is the driving failure time, it is determined as a driving failure, and the failed driving completion time is recorded as T fail again.

여기서, 본 발명에서는 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법과 상기 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법이 주행 임무 중 선택적으로 사용될 수 있으므로, 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법과 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법의 실패율, 즉 트래킹 주행 실패 트랜지션(T11)과 DWA 주행 실패 트랜지션(T12)의 파라미터인 λ11 및 λ12는 각 기법의 주행 시간과 주행 실패로 결정된 전체 주행 임무 완료 시간의 비율을 표준화하여 산출된다.In the present invention, since a trajectory tracking driving control technique and the DWA driving control technique may be selectively used among driving missions, a trajectory tracking driving control technique and a dynamic window approach traveling technique are used. ), The failure rate of the driving control technique, that is, the parameters λ 11 and λ 12 of the tracking driving failure transition T11 and the DWA driving failure transition T12 determine the ratio of the driving time of each technique and the total driving mission completion time determined by the driving failure. It is calculated by standardization.

예를 들어, 주행 실패로 결정된 전체 주행 임무 완료 시간의 200초이고, 200초 동안 이동 로봇이 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법으로 150초, 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법으로 50초를 주행한 경우에는, λ11=1/(150/200)이 되고, λ12=1/(50/200)이 된다.For example, it is 200 seconds of the completion time of the entire driving mission determined as driving failure, and for 200 seconds, the robot moves 150 seconds using the dynamic window approach (DWA) driving control technique and 50 seconds using the trajectory tracking driving control technique. When traveling, it becomes (lambda) 11 = 1 / (150/200) and becomes (lambda) 12 = 1 / (50/200).

한편, 본 발명에 따른 이동 로봇의 주행 제어 방법에서는 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법과 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법의 성능을 예측하는 방법으로 처리율(Throughput)의 산출을 이용한다. 여기서, 성능 예측을 위한 처리율(Throughput)의 산출에 대한 개념은 논문 『J. Wang, "Timed Petri Nets Theory and Application", Norwell, MA: Kluwer, 1998.』에 기재되어 있는 바, 그 상세한 설명은 생략한다.On the other hand, the traveling control method of the mobile robot according to the present invention uses the calculation of throughput as a method of predicting the performance of the trajectory tracking driving control technique and the dynamic window approach (DWA) driving control technique. Here, the concept of calculating throughput for performance prediction is described in the paper `` J. Wang, "Timed Petri Nets Theory and Application", Norwell, MA: Kluwer, 1998., the detailed description of which is omitted.

그리고, 본 발명에서는 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법과 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법의 성능을 예측하는 방법으로, 주행 성공에 해당하는 트래킹 주행 완료 트랜지션(T9)과 DWA 주행 완료 트랜지션(T10)의 발화율, 즉 λ9 및 λ10을 이용할 수 있다.Further, in the present invention, as a method of predicting the performance of the trajectory tracking driving control technique and the dynamic window approach driving control technique, the tracking driving completion transition T9 corresponding to the driving success and the DWA driving completion transition ( The ignition rate of T10), i.e., λ 9 and λ 10 .

여기서, 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법과 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법의 처리율(Throughput)은 각각 트래킹 주행 완료 트랜지션(T9) 및 DWA 주행 완료 트랜지션(T10)의 발화율과 각 주행 제어 기법의 정상 상태 확률(Steady-state probability)의 곱에 의해 산출되는 것을 예로 한다.Here, the throughputs of the trajectory tracking driving control technique and the dynamic window approach driving control technique are the firing rates of the tracking driving completion transition T9 and the DWA driving completion transition T10 and the respective driving control techniques, respectively. For example, it is calculated by multiplying the steady-state probability of.

이와 같이 산출된 처리율(Throughput)의 물리적인 의미는 주행 임무의 성공 빈도를 의미한다. 따라서, 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법의 처리율이 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법의 처리율보다 높은 경우, 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법에 따른 예상 주행 시간이 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법에 따른 예상 주행 시간보다 짧게 되어, 결과적으로 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법이 선택된다. 반대의 경우에는 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법이 선택될 것이다.The physical meaning of the throughput calculated in this way means the success frequency of the driving task. Therefore, when the throughput of the trajectory tracking driving control technique is higher than that of the DWA driving control technique, the estimated driving time according to the trajectory tracking driving control technique is DWA (Dynamic Window Approach). It becomes shorter than the expected travel time according to the travel control technique, and as a result, a trajectory tracking travel control technique is selected. In the opposite case, the Dynamic Window Approach (DWA) driving control technique will be chosen.

여기서, 본 발명에서는 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법과 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법의 선택을 나타내는 트래킹 주행 선택 트랜지션(T1)과 DWA 주행 선택 트랜지션(T2)의 발화율, λ1 및 λ2를 모니터링하며, 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법과 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법의 성능 평가를 위해 트래킹 주행 선택 트랜지션(T1)과 DWA 주행 선택 트랜지션(T2)의 발화율 λ1 및 λ2를 이용하여 처리율(Throughput)을 산출한다. 이 때, 상술한 트래킹 주행 완료 트랜지션(T9)과 DWA 주행 완료 트랜지션(T10)의 발화율, 즉 λ9 및 λ10은 트래킹 주행 선택 트랜지션(T1)과 DWA 주행 선택 트랜지션(T2)의 발화율 λ1 및 λ2에 반영되므로, 본 발명에서는 트래킹 주행 선택 트랜지션(T1)과 DWA 주행 선택 트랜지션(T2)의 발화율, λ1 및 λ2를 모니터링을 통해 주행 제어 기법을 선택하게 된다.Here, in the present invention, the firing rate of the tracking travel selection transition T1 and the DWA travel selection transition T2 indicating the selection of the trajectory tracking travel control method and the dynamic window approach travel control method, λ 1 and λ 2 , ignition rate λ 1 and λ of tracking drive selection transition (T1) and DWA drive selection transition (T2) for performance evaluation of trajectory tracking travel control and dynamic window approach travel control Throughput is calculated using 2 . At this time, the ignition rates of the above-described tracking travel completion transition T9 and the DWA travel completion transition T10, that is, λ 9 and λ 10, are the ignition rates λ 1 of the tracking travel selection transition T1 and the DWA travel selection transition T2. since reflected in the λ 2, it is selected in the present invention, a running control technique by monitoring the firing rate, λ 1 and λ 2 of the tracking driving selected transition (T1) and the driving DWA selected transition (T2).

한편, 본 발명에 따른 이동 로봇의 주행 제어 방법에서 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법과 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법의 선택을 위해 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법과 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법 각각의 내적 상태가 평가된다. 여기서, 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법과 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법의 내적 상태는 각각 주행 경고 상태와 정상 주행 상태를 포함한다.On the other hand, in the traveling control method of the mobile robot according to the present invention for the selection of the trajectory tracking (Trajectory tracking) driving control method and the DWA (Dynamic Window Approach) driving control technique, the trajectory tracking (Trajectory tracking) driving control technique and DWA (Dynamic Window) Approach The internal state of each driving control technique is evaluated. Here, the internal states of the trajectory tracking driving control technique and the dynamic window approach driving control technique include a driving warning state and a normal driving state, respectively.

궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법의 주행 경고 상태는 장애물이나 경로 폐쇄로 인해서 경로 생성이 빈번이 발생하는 상태를 의미하고, 정상 주행 상태는 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법의 주행 경고 상태가 아닌 상태를 의미한다. 즉, 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법의 주행 경고 상태는 트래킹 주행 경고 트랜지션(T5)이 발화하는 상태를 의미하게 된다.The driving warning state of the trajectory tracking driving control technique refers to a state in which a path generation occurs frequently due to an obstacle or a path closure, and the normal driving state is a driving warning state of the trajectory tracking driving control technique. It means no state. That is, the driving warning state of the trajectory tracking driving control technique means a state in which the tracking driving warning transition T5 ignites.

반면, DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법의 주행 경고 상태는 로컬-트랩(Local-trap) 상황 등의 의해 이동 로봇이 진행하지 못하는 상태를 의미하며, 정상 주행 상태는 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법의 주행 경고 상태가 아닌 상태를 의미한다. 즉, DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법의 주행 경고 상태는 DWA 주행 경고 트랜지션(T7)이 발화하는 상태를 의미한다.On the other hand, the driving warning state of the DWA (Dynamic Window Approach) driving control technique means a state in which the mobile robot cannot proceed due to a local-trap situation, etc., and the normal driving state is a DWA (Dynamic Window Approach) driving. It means a state that is not a driving warning state of the control technique. That is, the driving warning state of the DWA driving control technique refers to a state in which the DWA driving warning transition T7 ignites.

여기서, 본 발명에서는 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법의 내적 상태의 평가를 위해 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법에 따라 주행 제어되는 상태에서 기 설정된 기준 시간 동안(Tc) 경로 재설정 횟수(Np)를 카운트한다. 반면, DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법의 내적 상태의 평가를 위해 일정 주기로 이동 로봇의 속도가 기 설정된 기준 속도 이하로 떨어지는 횟수(Nl)를 카운트한다.In the present invention, in order to evaluate the internal state of the trajectory tracking driving control technique, the number of route resets (Np) for a preset reference time (Tc) in a state of driving control according to the trajectory tracking driving control technique. Count) On the other hand, in order to evaluate the internal state of the dynamic window approach (DWA) driving control technique, the number Nl of the speed of the mobile robot falling below a predetermined reference speed is counted at a predetermined cycle.

그리고, 본 발명에서는 푸아송 모델(Poisson model)을 이용하여 전이 확률(Transition probability)을 산출하는 방법을 모델링한다. 여기서, 푸아송 모델은 푸아송 극한 정리(Poisson limit theorem)를 통해 GSPN 모델의 타임드 트랜지션에 이용될 수 있는 지수 밀도 함수(Exponential density function)와 근사된다.In the present invention, a method of calculating a transition probability is modeled using a Poisson model. Here, the Poisson model is approximated with an exponential density function that can be used for timed transition of the GSPN model through Poisson limit theorem.

여기서, 본 발명에 따른 이동 로봇의 주행 제어 방법에서는 각각의 서브 시스템에 하나의 토큰이 주어지므로, 각 서브 시스템의 토큰 확률이 각 서브 시스템의 내적 상태의 확률에 대응하게 된다.Here, in the driving control method of the mobile robot according to the present invention, since one token is given to each subsystem, the token probability of each subsystem corresponds to the probability of the internal state of each subsystem.

트래킹 주행 경고 트랜지션(T5)과 DWA 주행 경고 트랜지션(T7)의 발화는 N ~ Poisson(λiTc)이다. 즉 트래킹 주행 경고 트랜지션(T5)과 DWA 주행 경고 트랜지션(T7)의 발화는 수학적으로 N이 파라미터 λiTc를 갖는 푸아송 확률 모델을 따르게 되는 것을 의미한다. 그리고, 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법의 경로 재설정 횟수(Np)와 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법의 횟수(Nl)가 이들의 전이 문턱치인 Nf보다 큰 경우, 트래킹 주행 경고 트랜지션(T5)과 DWA 주행 경고 트랜지션(T7)이 발화하게 된다.The ignition of the tracking driving warning transition T5 and the DWA driving warning transition T7 is N to Poisson (λ i T c ). That is, the ignition of the tracking driving warning transition T5 and the DWA driving warning transition T7 means that N follows a Poisson probability model having a parameter λ i T c . In addition, when the number of rerouting (Np) of the trajectory tracking driving control technique and the number (Nl) of the dynamic window approach (DWA) driving control technique are larger than their transition threshold Nf, the tracking driving warning transition (T5). ) And DWA driving warning transition (T7) will be ignited.

여기서, 본 발명에 따른 전이 문턱치 Nf와, 그 확률은 각각 [수학식 4] 및 [수학식 5]를 통해 산출된다.Here, the transition threshold Nf and its probability according to the present invention are calculated through Equation 4 and Equation 5, respectively.

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure 112010052144034-pat00009
Figure 112010052144034-pat00009

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112010052144034-pat00010
Figure 112010052144034-pat00010

Pr{Pi}는 상태 Pi의 토큰 확률이다. 예를 들어, 트래킹 알람 플레이스(P5)의 토큰 확률이다. 그리고, Fp{} 함수는 주파수 λj를 갖는 누적 푸아송 분포 함수이다. 예를 들어, 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법의 주행 경고가 발생하는 상태에서는 λ5이다. 이 때, [수학식 4]의 Fp{} 함수가 [수학식 5]를 이용한 벙법을 다수회 적용하여 적분하는 방법으로 보다 간단하게 산출될 수 있다.Pr {Pi} is the token probability of the state Pi. For example, the token probability of tracking alarm place P5. And the Fp {} function is a cumulative Poisson distribution function with frequency λ j . For example, in a state where a driving warning of the trajectory tracking driving control technique occurs, it is λ 5 . In this case, the Fp {} function of Equation 4 may be more simply calculated by integrating the method using Equation 5 a plurality of times.

여기서, Np와 Nl 값은 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법과 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법 각각의 정상 주행 상태의 확률에 비례하게 된다. 즉, 이동 로봇의 주행 환경이 다이나믹한 환경인 경우, 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법의 정상 주행 상태의 확률이 낮기 때문에 Np 값의 산출 결과가 낮게 된다. 이러한 결과는 다이나믹한 환경에서 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법이 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법으로 전환될 수 있음을 의미하게 된다.Here, Np and Nl values are proportional to the probability of the normal driving state of each of the trajectory tracking driving control technique and the dynamic window approach driving control technique. That is, when the driving environment of the mobile robot is a dynamic environment, the calculation result of the Np value is low because the probability of the normal driving state of the trajectory tracking driving control technique is low. This result means that the trajectory tracking driving control technique can be converted to the dynamic window approach driving control technique in a dynamic environment.

한편, 본 발명에 따른 이동 로봇의 주행 제어 방법에서, 트래킹 주행 복귀 트랜지션(T6)과 DWA 주행 복귀 트랜지션(T8)은 각각 트래킹 주행 경고 트랜지션(T5)과 DWA 주행 경고 트랜지션이 발화된 시간부터 복귀 시간 후에 발화된다. 여기서, 트래킹 주행 복귀 트랜지션(T6)과 DWA 주행 복귀 트랜지션(T8)의 발화 이벤트는 t~Exp(-λi), 즉, 복귀 시간 t가 파라미터 λi인 지수 확률 밀도 함수를 따르게 된다.Meanwhile, in the traveling control method of the mobile robot according to the present invention, the tracking travel return transition T6 and the DWA travel return transition T8 are respectively returned from the time at which the tracking travel warning transition T5 and the DWA travel warning transition are ignited. Fires later Here, the firing event of the tracking travel return transition T6 and the DWA travel return transition T8 follows an exponential probability density function with t to Exp (−λ i ), that is, the return time t is a parameter λ i .

여기서, 복귀 시간은 알람 상태, 즉 트래킹 알람 플레이스(P5)와 DWA 알람 플레이스(P7)의 확률 각각과 λj에 비례한다. 이는, 트래킹 주행 경고 트랜지션(T5) 또는 DWA 주행 경고 트랜지션(T7)이 자주 발화할 때, 복귀 시간이 증가하는 것을 의미한다.Here, the return time is proportional to the alarm state, that is, the probability of tracking alarm place P5 and DWA alarm place P7 and λ j respectively. This means that when the tracking driving warning transition T5 or the DWA driving warning transition T7 ignites frequently, the return time increases.

이와 같은 복귀 시간은 [수학식 6]을 이용하여 산출할 수 있다.Such a return time can be calculated using [Equation 6].

[수학식 6]&Quot; (6) "

Figure 112010052144034-pat00011
Figure 112010052144034-pat00011

여기서, [수학식 6]에서 tf는 복귀 시간이고, λj는 트래킹 주행 경고 트랜지션(T5)과 DWA 주행 경고 트랜지션(T7)의 발화율(λ5, λ7)이며, ta는 이동 로봇의 주행 방향(direction of heading)을 조정하기 위해 요구되는 시간이다.Here, in [Equation 6], t f is the return time, λ j is the firing rate (λ 5 , λ 7 ) of the tracking driving warning transition T5 and the DWA driving warning transition T7, and t a is the running of the mobile robot. The time required to adjust the direction of heading.

그리고, Fe{} 함수는 λj를 갖는 지수 확률 밀도(Exponential probability density)의 누적 밀도 함수(Cumulative density function)을 의미하며, [수학식 7]을 통해 산출된다. 여기서, 누적 밀도(Cumulative density), Fe{} 값은, [수학식 7]에 나타난 바와 같이, λj는 트래킹 주행 경고 트랜지션(T5)과 DWA 주행 경고 트랜지션(T7)의 발화율(λ5, λ7)과 알람 상태, 즉 즉 트래킹 알람 플레이스(P5) 또는 DWA 알람 플레이스(P7)의 확률에 비례한다.In addition, the F e {} function means a cumulative density function of an exponential probability density having λ j , and is calculated through Equation 7 below. Here, the cumulative density and F e {} value is represented by Equation 7, where λ j is the ignition rate λ 5 , of the tracking driving warning transition T5 and the DWA driving warning transition T7. λ 7 ) and the alarm state, that is, the probability of tracking alarm place P5 or DWA alarm place P7.

[수학식 7][Equation 7]

Figure 112010052144034-pat00012
Figure 112010052144034-pat00012

한편, 본 발명에 따른 이동 로봇의 주행 제어 방법은, 주행 임무가 완료된 경우, 주행 제어 GSPN 모델의 각 트랜지션의 파라미터가 업데이트되는데, 본 발명에서는 기준 사전(Reference prior)을 갖는 베이지안 업데이트 룰(Bayesian update rule)에 따라 업데이트되는 것을 예로 한다. 여기서, 베이지안 업데이트 룰(Bayesian update rule)이 기본적인 개념은 논문 『Athanasios Papoulis, "Probability, Random Variables, and Stochastic Processes", McGraw-Hill Companies, 3rd edition, 1991.』에 개시되어 있다.Meanwhile, in the driving control method of the mobile robot according to the present invention, when the driving task is completed, the parameters of each transition of the driving control GSPN model are updated. In the present invention, a Bayesian update rule having a reference prior may be used. For example, update according to rule). Here, the basic concept of the Bayesian update rule is disclosed in the paper "Athanasios Papoulis," Probability, Random Variables, and Stochastic Processes ", McGraw-Hill Companies, 3rd edition, 1991.

여기서, 본 발명에 따른 이동 로봇의 주행 제어 방법에서, 트랜지션 파라미터 중, λ1, λ2, λ5, λ7은 베이지안 업데이트 룰(Bayesian update rule)의 푸아송 모델을 통해 업데이트되고, 트랜지션 파라미터 중 λ6, λ8, λ9, λ10, λ11, λ12는 베이지안 업데이트 룰(Bayesian update rule)의 지수 모델을 이용하여 업데이트된다. 푸아송 모델을 통한 업데이트는 [수학식 8] 및 [수학식 9]를 통해 수행되며, 지수 모델을 통한 업데이트는 [수학식 10] 및 [수학식 11]을 통해 수행된다.Here, in the traveling control method of the mobile robot according to the present invention, among the transition parameters, λ 1 , λ 2 , λ 5 , and λ 7 are updated through a Poisson model of the Bayesian update rule, and among the transition parameters [lambda] 6 , [lambda] 8 , [lambda] 9 , [lambda] 10 , [lambda] 11 , and [lambda] 12 are updated using an exponential model of the Bayesian update rule. The update through the Poisson model is performed through [Equation 8] and [Equation 9], the update through the exponential model is performed through [Equation 10] and [Equation 11].

[수학식 8][Equation 8]

Figure 112010052144034-pat00013
Figure 112010052144034-pat00013

[수학식 9]&Quot; (9) "

Figure 112010052144034-pat00014
Figure 112010052144034-pat00014

[수학식 10]&Quot; (10) "

Figure 112010052144034-pat00015
Figure 112010052144034-pat00015

[수학식 11]&Quot; (11) "

Figure 112010052144034-pat00016
Figure 112010052144034-pat00016

[수학식 8]은 각각의 주행 결과를 고려한 기준 사전(Reference prior)을 갖는 푸아송 모델의 사후(Posterior)를 나타낸다. 여기서, Nc는 트래킹 주행 경고 트랜지션(T5)나 DWA 주행 경고 트랜지션(T7)과 같이 측정된 횟수를 나타낸다. 예컨대, 상술한 바와 같이 Nf와 Nl의 측정 횟수를 의미한다.Equation (8) represents the posterior of a Poisson model with a reference prior considering each driving result. Here, N c represents the number of times measured as the tracking driving warning transition T5 or the DWA driving warning transition T7. For example, as described above, Nf and Nl mean the number of measurements.

그리고, [수학식 9]의 α는 이전 경험을 통해 계산되었던 기존의 Nc 값이고, [수학식 9]의 β는 주행 횟수를 의미한다. 또한, [수학식 11]의 α는 주행 횟수를 의미하며, [수학식 11]의 β는 이전 경험을 통해 계산되었던 기존의 λ 값을 의미한다. 그리고, λc는 현재 완료된 주행 임무의 주행 경고 상태에서 정상 주행 상태로 복귀되는 복귀 시간을 나타낸다.In addition, α in Equation 9 is an existing Nc value calculated through previous experience, and β in Equation 9 represents the number of driving. In addition, [alpha] of [Equation 11] means the number of driving, and [beta] of [Equation 11] means the existing λ value calculated through previous experience. And? C represents a return time for returning to the normal driving state from the driving warning state of the currently completed driving task.

보다 구체적으로 설명하면, [수학식 8] 및 [수학식 9]를 이용하여 λ1과 λ2를 업데이트할 때, 주행 임무의 완료시까지 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법이 선택된 횟수와 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법이 선택된 횟수가 각각 [수학식 9]의 N 값이 된다. 마찬가지로 λ5과 λ7의 업데이트에서는 트래킹 주행 경고 트랜지션과 DWA 주행 경고 트랜지션의 발생 횟수가 N 값이 된다.More specifically, when updating λ 1 and λ 2 by using Equations 8 and 9, the number of trajectory tracking driving control methods are selected and DWA (DWA) until the driving task is completed. Dynamic Window Approach) The number of times the driving control technique is selected becomes N value of [Equation 9]. Similarly, in the update of λ 5 and λ 7, the number of occurrences of the tracking driving warning transition and the DWA driving warning transition becomes N value.

또한, [수학식 10] 및 [수학식 11]을 이용하여 λ6과 λ8을 업데이트할 때, 트래킹 주행 경고 상태와 DWA 주행 경고 상태가 각각 지속된 사간의 평균의 역수를 [수학식 10]의 λc 값으로 하여 계산한다. 즉, [수학식 10]에서의 λc 값은 시간의 역수로 결정된다.In addition, when λ 6 and λ 8 are updated using Equations 10 and 11, the reciprocal of the mean of the time periods in which the tracking driving warning state and the DWA driving warning state persisted, respectively. It is calculated as the value of λ c of . That is, the lambda c value in [Equation 10] is determined by the inverse of the time.

상기와 같은 방법으로, 트랜지션 파라미터 λ1, λ2, λ5, λ7은 [수학식 9]를 통해 업데이트되고, 트랜지션 파라미터 λ6, λ8, λ9, λ10, λ11, λ12는 [수학식 11]을 통해 업데이트된다.In the above manner, the transition parameters λ 1 , λ 2 , λ 5 , λ 7 are updated through Equation 9, and the transition parameters λ 6 , λ 8 , λ 9 , λ 10 , λ 11 , and λ 12 are It is updated through Equation 11.

여기서, 이동 로봇의 주행 환경이 다이나믹하거나 정적인 환경 중 어느 하나로 고정되어 있는 경우, [수학식 9] 및 [수학식 11]에 의해 각 트랜지션 파라미터가 해당 환경에 적합한 값으로 수렴하게 되며, 결과적으로 이동 로봇의 주행 환경에 적합한 주행 제어 기법이 선택되어 진다. 이는 이전의 주행 경험에 해당하는 [수학식 9]의 β 값과 [수학식 11]의 α값은 주행의 반복을 통해 지속적으로 증가하기 때문이다.Here, when the driving environment of the mobile robot is fixed to either a dynamic or static environment, each transition parameter converges to a value suitable for the corresponding environment by Equation 9 and Equation 11, as a result. The driving control method suitable for the driving environment of the mobile robot is selected. This is because the β value of [Equation 9] and [alpha] of [Equation 11] corresponding to previous driving experiences continuously increase through repetition of driving.

이 때, [수학식 9]의 β 값과 [수학식 11]의 α값을 일정한 값 이하로 제한하는 경우, 예를 들어, [수학식 9]의 β값을 100 이하로 제한하게 되면 100회 이전의 주행 경험은 제거됨으로서 트랜지션 파라미터의 수렴이 일정 부분 차단되어 주행 환경의 변화에 능동적으로 대처 가능하게 설정할 수 있게 된다.At this time, when the β value of [Equation 9] and the α value of [Equation 11] are limited to a predetermined value or less, for example, if the β value of [Equation 9] is limited to 100 or less, 100 times The previous driving experience is eliminated so that the convergence of the transition parameters is cut off to some extent so that it can be set to actively cope with changes in the driving environment.

이하에서는, 본 발명에 따른 이동 로봇의 주행 제어 방법을 이용한 이동 로봇의 주행 시뮬레이션 결과에 대해 설명한다. 여기서, 이동 로봇의 시뮬레이션은 표준 상태에서 주행 제어 기법의 성능을 평가하는 플레이어/스테이지 툴(Player/Stage tool)을 이용한다.Hereinafter, the driving simulation result of the mobile robot using the traveling control method of the mobile robot according to the present invention will be described. Here, the simulation of the mobile robot uses a player / stage tool that evaluates the performance of the driving control technique in a standard state.

도 2는 시뮬레이션에 적용된 주행 환경의 지도를 도시한 도면이다. 시뮬레이션 환경의 폭은 43m이고, 길이는 22m로 설정하였다. 그리고, 이동 장애물의 속도는 사람의 평균적인 도보 속도를 참조하여 0.8 ~ 1.4m/s 범위 내에서 무작위로 설정하였으며, 장애물의 지름을 0.4m로 설정하였다.2 is a diagram illustrating a map of a driving environment applied to a simulation. The width of the simulation environment was 43m and the length was set to 22m. In addition, the speed of the moving obstacle was randomly set within the range of 0.8 to 1.4 m / s with reference to the average walking speed of the person, and the diameter of the obstacle was set to 0.4 m.

그리고, 시뮬레이션에 적용된 이동 로봇의 지름은 0.5m로 하였으며, DWA 주행 제어 기법의 최대 병진 속도(Maximum translational velocity)는 0.5m/s로 설정하였다. 또한, 경험 속도는 이동 장애물이 없는 상황에서 도 2의 G1 위치에서 G8 위치를 20회 반복 주행한 평균으로 산출하여, DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법의 경험 속도가 0.28m/s로, 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법의 경험 속도가 0.35m/s로 설정되었다. 그리고, 주행 제어 GSPN 모델의 각 트랜지션의 파라미터들의 초기값은 λ1 ~ λ8은 0.5로, λ11 및 λ12는 0.01로 설정하였다.In addition, the diameter of the mobile robot applied to the simulation was set to 0.5m, and the maximum translational velocity of the DWA driving control technique was set to 0.5m / s. In addition, the experience speed is calculated as the average of 20 times the G8 position at the G1 position in the absence of a moving obstacle, and the experience speed of the DWA (Dynamic Window Approach) driving control technique is 0.28 m / s. The experiential speed of the trajectory tracking driving control technique was set to 0.35 m / s. Then, the initial values of the parameters of each transition of the travel control GSPN model are set to λ 1 to λ 8 as 0.5 and λ 11 and λ 12 as 0.01.

정적인 주행 환경에서의 시뮬레이션은 다이나믹한 장애물 없이 이동 로봇이 G7에서 출발하여 목적지 G1, G2, G3 및 G7을 순차적으로 주행하는 것으로 설정한다. 그리고, 다이나믹한 환경에서의 시물레이션은 다이나믹한 환경에서의 성능의 변화를 평가하기 위해서 진행되었다. 여기서, 다이나믹한 환경에서의 시뮬레이션은 20개의 이동 장애물이 있는 상태에서, 두 곳의 목적지 G1과 G8 사이를 왕복하는 것으로 설정하였다. 각각의 시뮬레이션에 대해 28회를 반복 수행하였다.Simulation in a static driving environment sets the mobile robot to start at G7 and drive to destinations G1, G2, G3 and G7 sequentially without dynamic obstacles. The simulation in a dynamic environment was carried out to evaluate the change in performance in the dynamic environment. Here, the simulation in the dynamic environment was set to reciprocate between two destinations G1 and G8 in the presence of 20 moving obstacles. 28 repetitions were performed for each simulation.

도 3은 정적인 환경과 다이나믹한 환경에서의 시뮬레이션의 결과를 나타낸 그래프이고, [표 2]는 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.3 is a graph showing the results of simulation in a static environment and a dynamic environment, and Table 2 shows the simulation results.

[표 2][Table 2]

Figure 112010052144034-pat00017
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도 3 및 [표 2]를 참조하여 설명하면, 정적인 주행 환경에서는 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법의 평균 주행 시간이 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법보다 38% 정도 짧게 나타났다. 이는 트래킹(Trajectory tracking) 주행 제어 기법이 정적인 주행 환경에 적합하다는 것을 의미한다. 그러나, 다이나믹한 주행 환경에서는 트래킹(Trajectory tracking) 주행 제어 기법의 성능이 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법의 성능보다 낮게 나타났다.Referring to FIG. 3 and [Table 2], in the static driving environment, the average driving time of the trajectory tracking driving control technique was about 38% shorter than the dynamic window approach driving control technique. This means that the Trajectory tracking driving control technique is suitable for the static driving environment. However, in the dynamic driving environment, the performance of the tracking (tracking) tracking control method is lower than that of the dynamic window approach (DWA) driving control method.

여기서, DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법의 성능은, 도 4에 도시된 바와 같이, 좁은 출입구로 진입할 때 감소하는 것으로 나타났다. 또한, DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법에서의 주행 실패는 이동 로봇이 국소 최소 상황(Local minimum situation)에 직면했을 때 발생하였다.Here, the performance of the Dynamic Window Approach (DWA) driving control technique is shown to decrease when entering a narrow entrance, as shown in FIG. In addition, driving failure in the Dynamic Window Approach (DWA) driving control technique occurred when the mobile robot encountered a local minimum situation.

그리고, 정적인 주행 환경에서, 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법의 주행 실패는 가끔 위치 추정 오차(Localization error)로 인한 출입구 주변에서의 경로 생성 상의 오차에 의해 발생하였다. 그리고, 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법의 성능은 이동 장애물에 따른 경로 재생성에 의해 감소된다.In a static driving environment, driving failure of a trajectory tracking driving control technique is sometimes caused by an error in path generation around an entrance and exit due to a localization error. In addition, the performance of the trajectory tracking driving control technique is reduced by the path regeneration according to the moving obstacle.

정적인 주행 환경과 다이나믹한 주행 환경에서의 시뮬레이션 결과는 주행을 위한 제어 기법들이 개별적으로 적용되었을 때 서로 다른 성능을 나타낸다는 것을 명확히 보여주고 있다.Simulation results in a static and dynamic driving environment clearly show that the control techniques for driving show different performances when applied individually.

한편, 본 발명에 따른 주행 제어 방법의 성능을 평가하기 위한 정적인 주행 환경과 다이나믹한 주행 환경이 혼합된 환경에서의 시뮬레이션은 이동 로봇이 20개의 이동 장애물이 주행 환경 내에 존재하는 상태에서 정적인 주행 환경 시뮬레이션과 동일한 목적지로 주행하는 것으로 수행되었다. 도 5는 상기와 같은 주행 환경에서의 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이고, 시뮬레이션 결과는 [표 3]에 나타낸 바와 같다.On the other hand, the simulation in a mixed environment of the static driving environment and the dynamic driving environment for evaluating the performance of the driving control method according to the present invention is a static driving in the state where the 20 mobile obstacles exist in the driving environment Driving to the same destination as the environmental simulation was performed. 5 is a graph illustrating simulation results in the driving environment as described above, and the simulation results are shown in [Table 3].

[표 3][Table 3]

Figure 112010052144034-pat00018
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도 5 및 [표 3]을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 주행 제어 GSPN 모델이 적용된 주행 제어 방법은 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법과 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법이 개별적으로 적용된 경우보다 월등한 성능을 보여주는 것을 확인할 수 있다. 즉, 평균 주행 시간이 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법이 단독으로 적용된 경우보다 43% 짧게 나타났고, 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법이 단독으로 적용된 경우보다 47% 짧게 나타났다.Referring to FIG. 5 and [Table 3], the driving control method to which the driving control GSPN model is applied according to the present invention is a trajectory tracking driving control technique and a dynamic window approach driving control technique applied separately. You can see that it shows better performance than that. That is, the average driving time was 43% shorter than the DWA (Dynamic Window Approach) driving control technique alone, and 47% shorter than the Trajectory tracking driving control technique.

도 6은 본 발명에 따른 이동 로봇의 주행 제어 방법의 주행 궤적을 도시한 도면이다. 도 6의 (a)는 G1 위치에서 G2 위치까지의 이동 로봇의 전체 주행 궤적과 주행 궤적에서 선택된 주행 제어 기법을 도시한 도면이고, 도 6의 (b)는 도 6의 (a)의 ⓐ 위치에서의 주행 환경을 나타낸 도면이고, 도 6의 (c)는 도 6의 (a)의 ⓑ 위치에서의 주행 환경을 나타낸 도면이다. 도 6의 (b) 및 (c)에서의 붉은 점들은 이동 로봇의 센서에 의해 감지된 이동 장애물이다.6 is a diagram illustrating a driving trajectory of the traveling control method of the mobile robot according to the present invention. FIG. 6 (a) is a view showing the entire driving trajectory of the mobile robot from the G1 position to the G2 position and the traveling control technique selected from the driving trajectories, and FIG. 6 (b) is the position ⓐ of FIG. 6 (a). FIG. 6C is a diagram illustrating a driving environment at the ⓑ position of FIG. 6A. The red dots in FIGS. 6B and 6C are moving obstacles detected by sensors of the mobile robot.

도 6을 참조하여 설명하면, 이동 로봇이 출발 포인트 G1 위치에서는 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법을 통해 주행하게 된다. 이는 상술한 주행 제어 GSPN 모델의 트랜지션의 파라미터 초기값에 의해 산출되는 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법의 처리율(Throughput)이 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법의 처리율(Throughput)보다 크기 때문이다.Referring to FIG. 6, the mobile robot travels at the starting point G1 position through a dynamic window approach (DWA) driving control technique. This is because the throughput of the dynamic window approach traveling control technique calculated by the parameter initial value of the transition of the traveling control GSPN model is larger than the throughput of the trajectory tracking traveling control technique. .

그리고, 이동 로봇이 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법으로 주행하는 과정에서, 도 6의 (a)에 도시된 ⓐ 지점에 도달할 때, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 이동 장애물에 둘러싸이게 된다. 이 때, 이동 로봇은 트랩 상황(trapped situation)에 빠지게 되어, DWA 주행 경고 트랜지션(T7)이 발화하게 된다.In addition, when the mobile robot reaches the point ⓐ shown in FIG. 6A in the process of driving with the DWA (Dynamic Window Approach) driving control technique, as shown in FIG. 6B, the moving obstacle It is surrounded by. At this time, the mobile robot enters a trapped situation, and the DWA driving warning transition T7 ignites.

이에 따라, 주행 제어 GSPN 모델은 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법을 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법으로 전환하게 되어, 도 6의 (a)의 ⓐ 지점으로부터 ⓑ 지점까지 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법에 따라 이동 로봇이 주행 제어된다.Accordingly, the driving control GSPN model converts the DWA (Dynamic Window Approach) driving control technique to a trajectory tracking driving control technique, and track trajectory tracking from point ⓐ to point ⓑ of FIG. 6 (a). ) The mobile robot travels according to the travel control technique.

그리고, 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이, ⓑ 지점에는 몇 개의 이동 장애물 만이 존재하고, 이 때 주행 제어 GSPN 모델의 트래킹 주행 경고 트랜지션이 발화하게 되어 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법으로 전환된다.As shown in (c) of FIG. 6, only a few moving obstacles exist at point ⓑ, and at this time, the tracking driving warning transition of the driving control GSPN model is ignited, so as to use the DWA (Dynamic Window Approach) driving control technique. Is switched.

또한, 이동 로봇이 도 6의 (a)의 ⓑ 지점에서부터 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법으로 주행 제어되어, ⓒ 지점, 즉 로비 영역에 도달하게 되면, 주행 제어 GSPN 모델의 DWA 주행 경고 트랜지션이 발화하여 다시 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법으로 전환되어 목표 지점 G2까지 주행 제어된다.In addition, when the mobile robot travels by the DWA (Dynamic Window Approach) driving control technique from the point ⓑ of FIG. 6 (a), and reaches the point ⓒ, the lobby area, the DWA driving warning transition of the driving control GSPN model is generated. The vehicle is ignited and then switched to a trajectory tracking driving control technique to control driving to the target point G2.

한편, 도 7은 정적인 주행 환경과, 정적인 주행 환경과 다이나믹한 주행 환경이 혼합된 주행 환경에서의 시뮬레이션에서 트래킹 주행 선택 트랜지션과 DWA 주행 선택 트랜지션의 파라미터, 즉 발화율 λ1 및 λ2의 변화를 나타낸 그래프이다. 여기서, 발화율 λ1 및 λ2가 각각 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법과 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법의 성능을 나타냄은 전술한 바와 같다. 발화율 λ1 및 λ2은 주행 임무의 완료 후에 상술한 업데이트 룰에 따라 업데이트된다.On the other hand, Figure 7 shows a change in the parameters of the tracking driving selection transition and the DWA driving selection transition, that is, the ignition rates λ 1 and λ 2 in the simulation in the driving environment in which the static driving environment and the static driving environment and the dynamic driving environment are mixed. Is a graph. Here, the ignition rates λ 1 and λ 2 are the performances of the trajectory tracking driving control technique and the dynamic window approach driving control technique, respectively, as described above. The ignition rates λ 1 and λ 2 are updated in accordance with the above-described update rule after completion of the traveling task.

도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 정적인 환경에서 8번의 주행 임무 완료 후에 λ1이 λ2보다 매우 커졌음을 확인할 수 있다. 이는 정적인 주행 환경에서 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법이 주행 제어에 적용되고, λ1과 λ2의 업데이트를 통해 정적인 환경에 주행 제어 GSPN 모델이 적응하고 있음을 나타내게 된다.After as shown in FIG.'S 7 (a), eight completed the running task in a static environment can be found to λ 1 is very jyeoteum greater than λ 2. This indicates that the trajectory tracking driving control technique is applied to the driving control in the static driving environment, and the driving control GSPN model is adapted to the static environment through the update of λ 1 and λ 2 .

반면, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 정적인 주행 환경과 다이나믹한 주행 환경이 혼합된 주행 환경에서는 λ1이 λ2보다 미세하게 크지만, 그 차이가 크지 않게 나타남을 확인할 수 있다. 이는 혼합된 주행 환경에서 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법과 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법이 거의 대응하게 주행 제어에 선택적으로 적용되는 것을 의미한다.On the other hand, as shown in (b) of FIG. 7, in the driving environment in which the static driving environment and the dynamic driving environment are mixed, λ 1 is slightly larger than λ 2 , but the difference is not large. . This means that the trajectory tracking driving control technique and the dynamic window approach driving control technique are selectively applied to the driving control in a mixed driving environment.

한편, 도 8은 본 발명에 따른 이동 로봇의 주행 제어 기법에 따라 다이나믹한 주행 환경에서 55회의 시뮬레이션을 수행한 결과를 나타낸 그래프이다. 여기서, 다이나믹한 환경은 도 6에 도시된 G1 지점과 G8 지점 간을 주행하는 환경으로 설정되며, 왕복 주행을 시뮬레이션하였다.Meanwhile, FIG. 8 is a graph showing a result of 55 simulations in a dynamic driving environment according to the driving control technique of the mobile robot according to the present invention. Here, the dynamic environment is set to an environment that travels between the G1 point and the G8 point shown in FIG. 6, and simulates a reciprocating run.

도 8의 (a)는 상기 시뮬레이션을 통해 산출된 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법과 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법이 처리율의 변화, 즉 업데이트 결과를 나타낸 그래프이다. 다이나믹한 주행 환경에서 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법의 처리율이 감소하고, DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법의 처리율이 증가함을 확인할 수 있다. 이는 다이나믹한 주행 환경에서는 이동 장애물 때문에 트래킹(Trajectory tracking) 주행 제어 기법이 적절치 않음을 의미하며, 결과적으로 주행 제어 GSPN 모델에 의해 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법이 주로 선택되는 것을 의미한다.FIG. 8A is a graph illustrating a change in throughput, that is, an update result of a trajectory tracking driving control technique and a dynamic window approach driving control technique calculated through the simulation. In the dynamic driving environment, the throughput of the trajectory tracking driving control technique decreases and the throughput of the dynamic window approach driving control technique increases. This means that in a dynamic driving environment, the tracking (Trajectory tracking) driving control technique is not appropriate due to moving obstacles, and as a result, the dynamic window approach (DWA) driving control technique is mainly selected by the driving control GSPN model.

도 8의 (b)는 각 시뮬레이션을 통해 측정된 전체 주행 시간의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 주행 시간은 시뮬레이션이 반복됨에 따라 점차 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이는 본 발명에 따른 주행 제어 GSPN 모델이 이전의 주행 경험을 트랜지션의 파라미터를 업데이트하는데 반영하여, 본 발명에 따른 주행 제어 방법의 전체 성능을 향상시키기 때문이다.8 (b) is a graph showing the change in the total running time measured through each simulation. As shown in (b) of FIG. 8, it can be seen that the running time gradually decreases as the simulation is repeated. This is because the driving control GSPN model according to the present invention reflects the previous driving experience in updating the parameters of the transition, thereby improving the overall performance of the driving control method according to the present invention.

비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 별명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.Although several embodiments of the present invention have been shown and described, those skilled in the art will appreciate that various modifications may be made without departing from the principles and spirit of the invention . The scope of the alias will be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (14)

이동 로봇의 주행 제어 방법에 있어서,
(a) 상호 상이한 제1 주행 제어 기법과 제2 주행 제어 기법이 상기 이동 로봇에 등록되는 단계와;
(b) 상기 제1 주행 제어 기법 및 상기 제2 주행 제어 기법에 GSPN(Generalized Stochastic Petri Net) 기법이 적용되어 모델링된 주행 제어 GSPN 모델이 상기 이동 로봇에 등록되는 단계와;
(c) 상기 주행 제어 GSPN 모델이 실행되어 상기 제1 주행 제어 기법과 상기 제2 주행 제어 기법 중 어느 하나가 선택되는 단계와;
(d) 상기 제1 주행 제어 기법 및 상기 제2 주행 제어 기법 중 선택된 어느 하나에 따라 상기 이동 로봇의 주행이 제어되는 단계를 포함하며,
상기 주행 제어 GSPN 모델은 상기 제1 주행 제어 기법의 선택을 위해 발화하는 제1 주행 선택 트랜지션과, 상기 제2 주행 제어 기법의 선택을 위해 발화하는 제2 주행 선택 트랜지션과, 상기 제1 주행 제어 기법과 상기 제2 주행 제어 기법 중 어느 하나의 선택을 위한 선택 플레이스를 포함하며;
상기 (c) 단계는,
(c1) 주행 임무가 상기 이동 로봇에 입력되는 단계와,
(c2) 토큰이 상기 선택 플레이스로 이동하는 단계와,
(c3) 상기 제1 주행 선택 트랜지션과 상기 제2 주행 선택 트랜지션 각각의 파라미터에 기초하여 상기 제1 주행 제어 기법과 상기 제2 주행 제어 기법의 성능이 평가되는 단계와,
(c4) 상기 성능 평가 결과에 따라 상기 제1 주행 제어 기법과 상기 제2 주행 제어 기법 중 어느 하나가 선택되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 주행 제어 방법.
In the traveling control method of a mobile robot,
(a) registering a mutually different first travel control technique and a second travel control technique to the mobile robot;
(b) registering a traveling control GSPN model modeled by applying a generalized stochastic petri net (GSPN) technique to the first traveling control technique and the second traveling control technique;
(c) executing the travel control GSPN model to select one of the first travel control technique and the second travel control technique;
(d) controlling driving of the mobile robot according to any one selected from the first travel control technique and the second travel control technique;
The driving control GSPN model may include a first driving selection transition for igniting the selection of the first driving control technique, a second driving selection transition for igniting the selection of the second driving control technique, and the first driving control technique. And a selection place for selecting any one of the second travel control technique;
The step (c)
(c1) inputting a driving task to the mobile robot;
(c2) the token is moved to the selection place;
(c3) evaluating the performance of the first travel control technique and the second travel control technique based on the parameters of each of the first travel selection transition and the second travel selection transition;
and (c4) selecting one of the first travel control technique and the second travel control technique according to the performance evaluation result.
제1항에 있어서,
상기 제1 주행 제어 기법은 숙고형(Deliberate) 주행 제어 기법을 포함하고;
상기 제2 주행 제어 기법은 반응형(Reactive) 주행 제어 기법을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 주행 제어 방법.
The method of claim 1,
The first travel control technique includes a deliberate travel control technique;
The second travel control method includes a travel control method of the mobile robot, characterized in that the reactive travel control method.
제2항에 있어서,
상기 숙고형(Deliberate) 주행 제어 기법은 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법을 포함하고;
상기 반응형(Reactive) 주행 제어 기법은 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 주행 제어 방법.
The method of claim 2,
The deliberate driving control technique includes a trajectory tracking driving control technique;
The reactive driving control technique includes a dynamic window approach (DWA) driving control technique.
제3항에 있어서,
상기 제1 주행 선택 트랜지션은 상기 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법의 선택을 위해 발화하는 트래킹 주행 선택 트랜지션을 포함하며;
상기 제2 주행 선택 트랜지션은 상기 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법의 선택을 위해 발화하는 DWA 주행 선택 트랜지션을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 주행 제어 방법.
The method of claim 3,
The first travel selection transition includes a tracking travel selection transition that ignites for selection of the Trajectory tracking travel control technique;
And the second travel selection transition includes a DWA travel selection transition that ignites to select the dynamic window approach traveling control technique.
제4항에 있어서,
상기 (c3) 단계는,
상기 트래킹 주행 선택 트랜지션과 상기 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법의 정상 상태 확률에 기초하여 상기 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법에 대한 제1 트랜지션 처리율(Throughput)이 산출되는 단계와,
상기 DWA 주행 선택 트랜지션과 상기 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법의 정상 상태 확률에 기초하여 상기 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법에 대한 제2 트랜지션 처리율(Throughput)을 산출하는 단계를 포함하며;
상기 (c4) 단계에서는 상기 제1 트랜지션 처리율(Throughput)과 상기 제2 트랜지션 처리율(Throughput) 중 큰 어느 하나가 선택되는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 주행 제어 방법.
5. The method of claim 4,
The step (c3)
Calculating a first transition throughput for the trajectory tracking driving control technique based on the steady state probability of the tracking driving selection transition and the trajectory tracking driving control technique;
Calculating a second transition throughput for the Dynamic Window Approach (DWA) driving control technique based on the steady state probability of the DWA driving selection transition and the Dynamic Window Approach (DWA) driving control technique;
In the step (c4), any one of the first transition throughput (Throughput) and the second transition throughput (Throughput) is selected one of the larger travel control method of the mobile robot.
제5항에 있어서,
상기 주행 제어 GSPN 모델은 상기 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법에 대한 트래킹 주행 완료 트랜지션, 상기 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법에 대한 DWA 주행 완료 트랜지션, 상기 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법에 대한 트래킹 주행 경고 트랜지션, 상기 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법에 대한 DWA 주행 경고 트랜지션, 상기 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법에 따른 주행 제어가 정상 상태인 트래킹 정상 플레이스, 상기 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법에 따른 주행 제어가 정상 상태인 DWA 정상 플레이스, 상기 트래킹 주행 경고 트랜지션의 발화에 따라 상태 전이되는 트래킹 알람 플레이스, 및 상기 DWA 주행 경고 트랜지션의 발화에 따라 상태 전이되는 DWA 알람 플레이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 주행 제어 방법.
The method of claim 5,
The driving control GSPN model is a tracking driving completion transition for the trajectory tracking driving control technique, a DWA driving completion transition for the DWA driving control technique, and the trajectory tracking driving control technique. A tracking driving warning transition for the DWA driving warning transition for the dynamic window approach (DWA) driving control technique, a tracking normal place in which driving control according to the trajectory tracking driving control technique is normal, and the DWA Window Approach) DWA normal place in which the driving control according to the driving control technique is in a normal state, a tracking alarm place transitioning according to the ignition of the tracking driving warning transition, and a DWA alarm place transitioning according to the ignition of the DWA driving warning transition. Of the mobile robot comprising a Driving control method.
제6항에 있어서,
상기 트래킹 주행 완료 트랜지션 및 상기 DWA 주행 완료 트랜지션의 파라미터의 초기값은 수학식
Figure 112010052144034-pat00019
(여기서, λi는 상기 트래킹 주행 완료 트랜지션 또는 상기 DWA 주행 완료 트랜지션의 파라미터이고, ve는 경험 속도이고, distopt는 상기 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법에 의해 결정되는 예상 주행 경로의 길이이다)에 의해 산출되며;
상기 경험 속도는 수학식
Figure 112010052144034-pat00020
(여기서, tnavi와 distopt_s는 상기 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법과 상기 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법이 단독으로 시뮬레이션 되었을 때의 주행 경로 및 주행 시간으로 다수 회의 시뮬레이션을 통한 평균값이다)에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 주행 제어 방법.
The method according to claim 6,
The initial values of the parameters of the tracking travel completion transition and the DWA travel completion transition are represented by equations.
Figure 112010052144034-pat00019
(Where λ i is a parameter of the tracking travel complete transition or the DWA travel complete transition, v e is an experience speed, and dist opt is the length of an expected travel path determined by the Trajectory tracking travel control technique) Is calculated;
The experience speed is the equation
Figure 112010052144034-pat00020
Here, t navi and dist opt_s are the average values obtained from the multiple simulations, which are driving paths and driving times when the trajectory tracking driving control technique and the dynamic window approach driving control technique are simulated alone. Traveling control method of a mobile robot, characterized in that it is calculated by.
제6항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
(c5) 상기 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법에 따라 주행 제어되는 상태에서 상기 DWA 주행 경고 트랜지션이 발화하는 경우, 상기 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법이 선택되는 단계와;
(c6) 상기 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법에 따라 주행 제어되는 상태에서 상기 트래킹 주행 경고 트랜지션이 발화하는 경우, 상기 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법이 선택되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 주행 제어 방법.
The method according to claim 6,
The step (c)
(c5) selecting the trajectory tracking driving control method when the DWA driving warning transition ignites in a driving control state according to the dynamic window approach driving control technique;
(c6) when the tracking driving warning transition is ignited in a state of driving control according to the trajectory tracking driving control technique, the dynamic window approach (DWA) driving control technique is further selected. Travel control method of the mobile robot.
제6항에 있어서,
상기 트래킹 주행 경고 트랜지션은 상기 궤적 추종(Trajectory tracking) 주행 제어 기법에 따라 주행 제어되는 상태에서 기 설정된 기준 시간 동안 경로 재설정 횟수가 기 설정된 제1 전이 문턱치보다 큰 경우 발화하며;
상기 DWA 주행 경고 트랜지션은 상기 DWA(Dynamic Window Approach) 주행 제어 기법에 따라 주행 제어되는 상태에서 일정 주기로 상기 이동 로봇의 속도가 기 설정된 기준 속도 이하로 떨어지는 횟수가 기 설정된 제2 문턱치보다 큰 경우 발화하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 주행 제어 방법.
The method according to claim 6,
The tracking driving warning transition ignites when the number of rerouting is greater than a predetermined first transition threshold during a preset reference time in a driving control state according to the trajectory tracking driving control technique;
The DWA driving warning transition ignites when the number of times that the speed of the mobile robot falls below a preset reference speed in a predetermined period while driving is controlled according to the dynamic window approach (DWA) driving control technique is greater than a preset second threshold. Travel control method of a mobile robot, characterized in that.
제9항에 있어서,
상기 제1 전이 문턱치 및 상기 제2 전이 문턱치는 수학식
Figure 112012058553711-pat00021

(여기서, Nf는 상기 제1 전이 문턱치 또는 상기 제2 전이 문턱치이고, Pr{Pi}는 상기 트래킹 알람 플레이스 또는 상기 DWA 알람 플레이스의 토큰 확률이고, Fp{} 함수는 주파수 λj를 갖는 누적 푸아송 분포 함수이고, λj는 트래킹 주행 경고 트랜지션 또는 DWA 주행 경고 트랜지션의 파라미터이다)에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 주행 제어 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the first transition threshold and the second transition threshold are
Figure 112012058553711-pat00021

Where N f is the first transition threshold or the second transition threshold, Pr {Pi} is the token probability of the tracking alarm place or the DWA alarm place, and the F p {} function is cumulative with frequency λ j A Poisson distribution function, and λ j is a parameter of a tracking travel warning transition or a DWA travel warning transition).
제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
(e) 주행 임무가 완료되는 경우, 상기 주행 제어 GSPN 모델의 각 트랜지션의 파라미터가 기준 사전(Reference prior)을 갖는 베이지안 업데이트 룰(Bayesian update rule)에 따라 업데이트되는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 주행 제어 방법.
The method according to any one of claims 7 to 10,
(e) When the driving task is completed, the driving control of the mobile robot, wherein the parameters of each transition of the driving control GSPN model are updated according to a Bayesian update rule having a reference prior. Way.
제11항에 있어서,
상기 주행 제어 GSPN 모델의 트렌지션의 파라미터가 카운팅이 측정 대상인 경우 상기 베이지안 업데이트 룰(Bayesian update rule)의 푸아송 모델에 따라 업데이트되며;
상기 주행 제어 GSPN 모델의 트렌지션의 파라미터가 시간이 측정 대상인 경우 상기 베이지안 업데이트 룰(Bayesian update rule)의 지수 모델에 따라 업데이트되는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 주행 제어 방법.
The method of claim 11,
The parameter of the transition of the traveling control GSPN model is updated according to the Poisson model of the Bayesian update rule when counting is the measurement target;
And the parameter of the transition of the traveling control GSPN model is updated according to the exponential model of the Bayesian update rule when time is the measurement target.
제11항에 있어서,
상기 이동 로봇의 주행 임무 완료 시간이 주행 실패 시간을 초과하는 경우, 상기 이동 로봇의 주행 실패로 결정되며;
상기 주행 실패 시간은 수학식
Figure 112010052144034-pat00022
(여기서, Tfail은 상기 주행 실패 시간이고, vfail은 기 설정된 실패 속도이다)에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 주행 제어 방법.
The method of claim 11,
When the driving task completion time of the mobile robot exceeds the driving failure time, it is determined that the driving robot has failed to travel;
The driving failure time is equation
Figure 112010052144034-pat00022
Wherein T fail is the travel failure time and v fail is a predetermined failure speed.
제11항에 따른 주행 제어 방법에 따라 주행 제어되는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.A mobile robot characterized in that the driving control according to the driving control method according to claim 11.
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