KR101339480B1 - Trajectory planning method for mobile robot using dual tree structure based on rrt - Google Patents

Trajectory planning method for mobile robot using dual tree structure based on rrt Download PDF

Info

Publication number
KR101339480B1
KR101339480B1 KR1020120146309A KR20120146309A KR101339480B1 KR 101339480 B1 KR101339480 B1 KR 101339480B1 KR 1020120146309 A KR1020120146309 A KR 1020120146309A KR 20120146309 A KR20120146309 A KR 20120146309A KR 101339480 B1 KR101339480 B1 KR 101339480B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
node
state
new
workspace
candidate
Prior art date
Application number
KR1020120146309A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
정우진
문창배
Original Assignee
고려대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 고려대학교 산학협력단 filed Critical 고려대학교 산학협력단
Priority to KR1020120146309A priority Critical patent/KR101339480B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101339480B1 publication Critical patent/KR101339480B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00Controls for manipulators
    • B25J13/08Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/02Sensing devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16Programme controls
    • B25J9/1694Programme controls characterised by use of sensors other than normal servo-feedback from position, speed or acceleration sensors, perception control, multi-sensor controlled systems, sensor fusion
    • B25J9/1697Vision controlled systems
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/02Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0268Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using internal positioning means
    • G05D1/0272Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using internal positioning means comprising means for registering the travel distance, e.g. revolutions of wheels
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/02Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0276Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using signals provided by a source external to the vehicle
    • G05D1/0278Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using signals provided by a source external to the vehicle using satellite positioning signals, e.g. GPS
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F9/00Arrangements for program control, e.g. control units
    • G06F9/06Arrangements for program control, e.g. control units using stored programs, i.e. using an internal store of processing equipment to receive or retain programs
    • G06F9/44Arrangements for executing specific programs
    • G06F9/455Emulation; Interpretation; Software simulation, e.g. virtualisation or emulation of application or operating system execution engines
    • G06F9/45533Hypervisors; Virtual machine monitors
    • G06F9/45558Hypervisor-specific management and integration aspects
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B13/00Transmission systems characterised by the medium used for transmission, not provided for in groups H04B3/00 - H04B11/00
    • H04B13/005Transmission systems in which the medium consists of the human body
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/48Routing tree calculation
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W40/00Communication routing or communication path finding
    • H04W40/24Connectivity information management, e.g. connectivity discovery or connectivity update

Abstract

The present invention relates to a trajectory planning method for a mobile robot using a dual tree structure based on RRT. The present invention comprises the steps of: sampling an arbitrary new point on a work space; extracting a new work space node corresponding to the new point and an adjacent work space node adjacent to the new point; extracting at least one state node corresponding to a parent node of the adjacent work space node and a state node corresponding to the adjacent work space node from a tree and registering the state nodes as candidate state nodes; extracting a candidate state node having the minimum candidate path cost among the candidate state nodes as a minimum cost parent state node by calculating a candidate path cost including path costs between the candidate state nodes and the new point; and registering the new work space node and the adjacent work space node in a configuration tree, and registering the minimum cost parent state node and the new state node corresponding to the new work space node as a parent node and a child node, respectively. Accordingly, the configuration tree and the state tree are mutually connected to each other to create a trajectory, so that the optimal trajectory can be searched at low calculation costs. [Reference numerals] (AA) START;(BB) END;(S10) New point sampling;(S20) Q_nev, Q_near extraction;(S30) Candidate state node registration;(S40) Minimum cost parent state node extraction;(S60) Re-connection

Description

RRT 기반의 듀얼 트리 구조를 이용한 이동 로봇의 궤적 계획 방법{TRAJECTORY PLANNING METHOD FOR MOBILE ROBOT USING DUAL TREE STRUCTURE BASED ON RRT}Trajectory planning method of mobile robot using RRT-based dual tree structure {TRAJECTORY PLANNING METHOD FOR MOBILE ROBOT USING DUAL TREE STRUCTURE BASED ON RRT}

본 발명은 이동 로봇의 궤적 계획 기법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 RRT(Rapidly exploring Random Tree) 기법을 기반으로 하여, 작업 공간 트리(Configuration tree)와 상태 트리(State tree)가 상호 연계되어 궤적을 생성할 수 있는 RRT 기반의 듀얼 트리 구조를 이용한 이동 로봇의 궤적 계획 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a trajectory planning technique of a mobile robot, and more particularly, based on the Rapidly exploring random tree (RTT) technique, a work space tree and a state tree are interconnected to each other. The present invention relates to a trajectory planning method of a mobile robot using an RRT-based dual tree structure.

경로 계획과 모션 제어 기법, 이동 로봇의 주행 기법(Navigation scheme)에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 경로 계획 기법은 그리드 맵(Grid map)을 사용하는 A* 서치 기반 기법과, RRT(Rapidly exploring Random Tree) 등에 기초한 샘플링 기반 기법으로 분류될 수 있다.Many researches have been conducted on path planning, motion control techniques, and navigation schemes of mobile robots. The path planning technique may be classified into an A * search based technique using a grid map and a sampling based technique based on a rapid exploring random tree (RRT).

A* 서치 기반 기법을 이용하는 경우, 차등 제약(Differential constraints)과 함께 경로 계획 문제를 다루는 것은 실질적으로 어렵다. 따라서, 근래에는 RRT 기반 경로 계획 기법이 고차원 경로 계획 문제를 처리할 수 있어 많은 관심을 받고 있다.When using A * search-based techniques, it is practically difficult to deal with path planning issues with differential constraints. Therefore, in recent years, the RRT-based path planning technique has been receiving a lot of attention because it can handle the high-dimensional path planning problem.

이동 로봇의 실제 주행 환경에서 RRT 기법과 같은 샘플링 기반의 경로 계획 기법을 이용하기 위해서는 다음과 같이 선결되어야 하는 문제가 있다.In order to use a sampling-based path planning technique such as an RRT technique in an actual driving environment of a mobile robot, there are problems to be determined as follows.

첫째, 모션 프리미티브(Motion primitive)의 적절한 디자인이 이동 로봇의 구조에 고려되어야 한다. 특히, 2-휠 이동 로봇의 경우, 홀로노믹(Holonomic) 모션 프리미티브와 논홀로노믹(Nonholonomic) 모션 프리미티브를 모두 포함하는 것이 바람직하다. 예컨대, 스팟-터닝-이동 모션(Spot turning-and-move motion)은 좁고 어수선한 곳에서 유리하며, 연속적 커브 궤적은 고속 주행에 적합하기 때문이다.First, the proper design of the motion primitives should be considered in the structure of the mobile robot. In particular, in the case of a two-wheeled mobile robot, it is preferable to include both a holonomic motion primitive and a non-holonomic motion primitive. For example, spot turning-and-move motion is advantageous in narrow and untidy places, since continuous curve trajectories are suitable for high speed travel.

둘째, 메트릭 함수(Metric function)는 신중하게 디자인되어야 한다.Second, metric functions must be carefully designed.

마지막으로, RICs(Region of inevitable collision set)는 안전보장을 위해 효율적이며 효과적으로 계산되어야 한다. RICs의 계산을 위해, 경로와 속도를 계획하는 궤적 계획 방법이 요구된다. 그러나, 정확한 RICs의 계산은 높은 계산 비용을 요구하기 때문에, 단순화에 의해 계산 비용을 감소시키는 것이 바람직하다.Finally, the Region of Inevitable Collision Set (RICs) should be calculated efficiently and efficiently to ensure safety. For the calculation of RICs, a trajectory planning method for planning paths and speeds is required. However, since accurate calculation of RICs requires high computational cost, it is desirable to reduce the computational cost by simplification.

한편, 샘플링 기반의 경로 계획 기법에서 노드(Node)의 확장은 지역적 경로 계획에 의해 수행될 수 있다. 차등 제약 조건(Differential constraints)이 고려되는 자동차와 같은 차량에서 기 계획된 모션 프리미티브(Pre-planned motion primitives)을 이용하는 지역적 경로 계획 기법은 A. Lacaze, Y. Moscovitz, N. DeClaris 및 K. Murphy.의 논문 "Path planning for autonomous vehicles driving over rough terrain(Proceedings of the 1998 IEEE ISlClCl RAASAS Joint Conference, Gaithersburg, MD, pp. 50-55, Sept. 14-17, 1998.)"과, M. Pivtoraiko, R. A. Knepper과 A. Kelly의 논문 "Differentially Constrained Mobile Robot Motion Planning in State Lattices(Journal of Field Robotics, vol. 26, no. 3, pp. 308-333, Mar. 2009.)을 통해 제안되었다.On the other hand, in the sampling-based path planning scheme, the node expansion may be performed by regional path planning. Regional route planning techniques using pre-planned motion primitives in vehicles such as cars where differential constraints are considered are described by A. Lacaze, Y. Moscovitz, N. DeClaris and K. Murphy. The paper "Path planning for autonomous vehicles driving over rough terrain (Proceedings of the 1998 IEEE ISlClCl RAASAS Joint Conference, Gaithersburg, MD, pp. 50-55, Sept. 14-17, 1998.)" and M. Pivtoraiko, RA Knepper And A. Kelly's paper "Differentially Constrained Mobile Robot Motion Planning in State Lattices" ( Journal of Field Robotics , vol. 26, no. 3, pp. 308-333, Mar. 2009.).

일반적으로 자동차 같은 차량은 곡률에 대한 제약 조건이 존재한다. 오프라인에서 생성된 기 계획된 지역적 경로는 해상도의 완전성 문제(Resolution completeness problem)와 RICs에 대한 정확한 속도 제약 조건의 계산을 피하는 것이 필요하다. 다른 방법으로, 해상도의 완전성을 보장하기 위한 기 계획된 지역적 경로의 해상도를 조정하는 방법이 상술한 M. Pivtoraiko 등의 논문에 제시되어 있다.In general, vehicles such as automobiles have constraints on curvature. Planned regional paths generated off-line need to avoid resolution completeness problems and the calculation of accurate speed constraints for RICs. Alternatively, a method of adjusting the resolution of a planned local route to ensure the completeness of the resolution is presented in the aforementioned paper by M. Pivtoraiko et al.

반면, 자동차와 같은 차량과 다른 2-휠 이동 로봇은 곡률 제약 조건의 영향을 받지 않게 된다. 따라서, 동적 제약 조건을 고려한 2-휠 이동 로봇의 모든 유용한 모션을 처리하기 위한 기 계획된 지역적 궤적이 요구되고 있다.On the other hand, vehicles such as cars and other two-wheeled mobile robots are not affected by curvature constraints. Therefore, there is a need for a planned local trajectory to handle all useful motions of a two-wheel mobile robot considering dynamic constraints.

샘플링 기반의 경로 계획 기법 중 RRT 기반의 경로 계획 기법은 A. Brooks, T. Kaupp 및 A. Makarenko의 논문 "Randomised MPC-based motion-planning for mobile robot obstacle avoidance(IEEE International Conference on Robotics and Automation, Kobe, Japan, May. 12-17, 2009.)"과, Y. Kuwata, J. Teo, G. Fiore, S. Karaman, E. Frazzoli, 및 J. How의 논문 "Real-time motion planning with applications to autonomous urban driving(IEEE Trans. on Control Systems, vol. 17, no. 5, pp. 1105-1118, Sept., 2009.)"을 통해 제시되고 있다.RRT-based route planning among the sampling-based route planning techniques is described in A. Brooks, T. Kaupp and A. Makarenko's paper "Randomised MPC-based motion-planning for mobile robot obstacle avoidance (IEEE International Conference on Robotics and Automation, Kobe). , Japan, May. 12-17, 2009.) and Y. Kuwata, J. Teo, G. Fiore, S. Karaman, E. Frazzoli, and J. How, "Real-time motion planning with applications to autonomous urban driving ( IEEE Trans. on Control Systems , vol. 17, no. 5, pp. 1105-1118, Sept., 2009.).

그리고, A. Brooks 등의 상기 논문에서는 MPC(Model Predictive Control)를 이용하는 컨트롤러 기반의 지역적 경로 계획 기법이 제안되었다. MPC(Model Predictive Control)를 이용하는 컨트롤러와 같이 포워드 시뮬레이션을 통해 궤적을 생성하는 경로 계획기와, 이동 로봇의 추종 제어에 대한 이상적인 제어 기법의 사용에 의해, Y. Kuwata 등의 상기 논문에서 제안된 기법은 정확한 추종 성능을 제공하고 있다.In the paper by A. Brooks et al., A controller-based regional route planning scheme using MPC (Model Predictive Control) has been proposed. By using path planners that generate trajectories through forward simulation, such as controllers using MPC (Model Predictive Control), and the ideal control method for tracking control of mobile robots, Y. Kuwata et al. It provides accurate tracking performance.

Y. Kuwata 등의 상기 논문을 통해 제안된 페루프 RRT(Closed-loop RRT : CL-RRT) 알고리즘은 궤적의 생성을 위해 참조 가이드 라인(Reference guide line)을 사용하고 있다. CL-RRT는 정지 조건에서 터미널 노드의 상태를 유지함으로써 안전을 보장하고 있다. 그러나, A. Brooks 등의 상기 논문과, Y. Kuwata 등의 상기 논문에서 사용되는 거리 매트릭스(Distance metrics)는 가장 가까운 이웃 노드를 찾기 위해 추가적인 검색 기법을 요구하고 있다.The closed-loop RRT (CL-RRT) algorithm proposed in the above paper by Y. Kuwata et al. Uses a reference guide line for the generation of trajectories. CL-RRT ensures safety by maintaining the state of the terminal node in the stop condition. However, the distance metrics used in the papers of A. Brooks et al. And in the papers of Y. Kuwata et al. Require additional search techniques to find the nearest neighbor node.

가장 인접한 노드를 찾기 위한 거리 매트릭스의 설계나 선택은 RRT 기반 알고리즘의 성능에 중요한 영향을 미친다. P.Cheng 및 S.M. Lavalle의 논문 "Reducing metric sensitivity in randomized trajectory design(IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems, Maui, HI, USA, Oct. 29 - Nov. 03, pp. 43-48, 2001.)"에서는 간소한 매트릭스를 이용함으로써, 비탐색 상태 공간(Unexplored state space)의 탐색을 위해 탐색 정보를 탐색하는 향상된 RRT 기법이 제안되었다. P.Cheng 등의 상기 논문을 통해 제시된 결과는 추가적인 정보의 이용이 경로 계획 성능을 향상시키는 것을 나타내고 있다. 여기서, 거리 매트릭스는 일반적으로, 거리와 각도와 같은 다른 물리적 값을 포함하므로, 경로 계획기의 성능에 영향을 미치는 파라미터 튜닝은 조합된 물리적 값의 감도의 조절이 필요하게 된다.The design or selection of the distance matrix to find the nearest node has a significant impact on the performance of the RRT-based algorithm. P.Cheng and S.M. Lavalle's paper, Reducing metric sensitivity in randomized trajectory design (IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems, Maui, HI, USA, Oct. 29-Nov. 03, pp. 43-48, 2001.) By using this, an improved RRT technique has been proposed to search the search information for the search of the unexplored state space. The results presented in the paper by P. Cheng et al. Indicate that the use of additional information improves route planning performance. Here, since the distance matrix generally includes other physical values, such as distance and angle, parameter tuning affecting the performance of the path planner requires adjustment of the sensitivity of the combined physical values.

S. Karaman 및 E. Frazzoli의 논문 "Sampling-based Algorithms for Optimal Motion Planning(International Journal of Robotics Research, vol. 30, issue. 7, pp. 846-894, June, 2011.)"을 통해 제시된 RRT* 기법은 점근선 최적성(Asymptotic optimality)의 특징을 보여준다.RRT as presented in S. Karaman and E. Frazzoli's article "Sampling-based Algorithms for Optimal Motion Planning ( International Journal of Robotics Research , vol. 30, issue. 7, pp. 846-894, June, 2011.)" The technique is characterized by asymptotic optimality.

RRT* 기법은 인접한 세트로 확장되는 최적의 부모 노드(Parent node)를 찾는다. 신규 노드(New node)로부터 기존 노드(Existing node)로의 비용이 이전 비용보다 작으면, re-wiring 동작이 이전 노드(Former node)를 부모 노드로, 차후 노드(Latter node)를 자식 노드(Child node)로 처리함으로써, 신규 노드를 기존 노드와 연결시킨다. RRT* 기법에서 re-wiring 동작 결과를 통해 최적의 솔루션으로 수렴될 수 있다. 이 때, re-wiring은 샘플이 re-wiring 경계 영역에 근접할 때 수행된다.
The RRT * technique finds the best parent node that extends into an adjacent set. If the cost from the new node to the existing node is less than the previous cost, the re-wiring operation causes the former node to be the parent node and the later node to the child node. ), The new node is connected to the existing node. In the RRT * technique, the result of the re-wiring operation can converge to the optimal solution. At this time, re-wiring is performed when the sample is close to the re-wiring boundary region.

이에, 본 발명은 4가지 에지 타입(Edge type)을 갖는 RRT 기법에 기반을 두고, 모션 프리미티브와 유사한 새로운 샘플링 기반의 궤적 계획 방법을 제공하는데 그 목적이 있으며, 보다 구체적으로 RRT 기법을 기반으로 하여, 작업 공간 트리(Configuration tree)와 상태 트리(State tree)가 상호 연계되어 궤적을 생성할 수 있는 RRT 기반의 듀얼 트리 구조를 이용한 이동 로봇의 궤적 계획 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a new sampling-based trajectory planning method similar to a motion primitive, based on an RRT technique having four edge types, and more specifically, based on the RRT technique. The purpose of the present invention is to provide a trajectory planning method of a mobile robot using an RRT-based dual tree structure in which a work space tree and a state tree are interconnected to generate a trajectory.

상기 목적은 본 발명에 따라, (a) 작업 공간 상에서 임의의 신규 포인트를 샘플링하는 단계와; (b) 상기 신규 포인트에 대응하는 신규 작업 공간 노드와, 상기 신규 포인트에 인접한 인접 작업 공간 노드를 추출하는 단계와; (c) 상기 인접 작업 공간 노드의 부모 노드에 대응하는 적어도 하나의 상태 노드와 상기 인접 작업 공간 노드에 대응하는 상태 노드를 상태 트리로부터 추출하여 후보 상태 노드로 등록하는 단계와; (d) 상기 후보 상태 노드와 상기 신규 포인트 간의 경로 비용을 포함한 후보 경로 비용을 산출하여, 상기 후보 상태 노드 중 최소의 상기 후보 경로 비용을 갖는 후보 상태 노드를 최소 비용 부모 상태 노드로 추출하는 단계와; (e) 상기 신규 작업 공간 노드와 상기 인접 작업 공간 노드를 상기 작업 공간 트리에 등록하고, 상기 최소 비용 부모 상태 노드와 상기 신규 작업 공간 노드에 대응하는 신규 상태 노드를 각각 부모 노드 및 자식 노드로 상기 상태 트리에 등록하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 RRT 기반의 듀얼 트리 구조를 이용한 이동 로봇의 궤적 계획 방법에 의해서 달성된다.The object is, according to the invention, (a) sampling any new points on the workspace; (b) extracting a new workspace node corresponding to the new point and an adjacent workspace node adjacent to the new point; (c) extracting at least one state node corresponding to a parent node of the adjacent workspace node and a state node corresponding to the adjacent workspace node from a state tree and registering them as candidate state nodes; (d) calculating a candidate path cost including a path cost between the candidate state node and the new point, and extracting a candidate state node having the minimum candidate path cost among the candidate state nodes as a minimum cost parent state node; ; (e) registering the new workspace node and the adjacent workspace node in the workspace tree, and adding the minimum cost parent state node and the new state node corresponding to the new workspace node as parent and child nodes, respectively. It is achieved by the trajectory planning method of the mobile robot using the RRT-based dual tree structure, characterized in that it comprises the step of registering in the state tree.

여기서, 상기 (d) 단계에서는 기 등록된 궤적 생성 알고리즘에 기초하여 상기 후보 상태 노드와 상기 신규 포인트 간의 상기 후보 경로 비용을 산출할 수 있다.Here, in step (d), the candidate path cost between the candidate state node and the new point may be calculated based on a previously registered trajectory generation algorithm.

그리고, 상기 후보 경로 비용은 상기 후보 상태 노드로부터 기 설정된 깊이의 부모 노드까지의 경로 비용이 포함되어 산출될 수 있다.The candidate path cost may be calculated including the path cost from the candidate state node to a parent node of a predetermined depth.

또한, 상기 (d) 단계는 (d1) 상기 각 후보 상태 노드와 상기 신규 포인트를 상기 궤적 생성 알고리즘에 적용하여 상기 각 후보 상태 노드에 대한 후보 신규 상태 노드를 추출하고, 상기 각 후보 상태 노드와 상기 신규 포인트 간의 상기 후보 경로 비용을 산출하는 단계와, (d2) 상기 후보 상태 노드 중 최소의 상기 후보 경로 비용을 갖는 후보 상태 노드를 상기 최소 비용 부모 상태 노드로 추출하는 단계를 포함하며; 상기 최소 비용 부모 상태 노드에 대응하는 상기 후보 신규 상태 노드가 상기 신규 작업 공간 노드에 대응하는 상기 신규 상태 노드로 등록될 수 있다.In addition, the step (d) (d1) extracts candidate new state nodes for each candidate state node by applying each candidate state node and the new point to the trajectory generation algorithm, and the candidate state node and the Calculating the candidate path cost between new points; (d2) extracting a candidate state node having the least of the candidate path costs among the candidate state nodes as the minimum cost parent state node; The candidate new state node corresponding to the minimum cost parent state node may be registered as the new state node corresponding to the new workspace node.

그리고, 상기 (d2) 단계에서 상기 후보 신규 상태 노드가 상기 신규 포인트를 중심으로 기 설정된 오차 범위 내에 위치하지 않는 경우, 해당 후보 상태 노드는 상기 최소 비용 부모 상태 노드의 후보에서 제외될 수 있다.If the candidate new state node is not located within a preset error range around the new point in step (d2), the candidate state node may be excluded from the candidate of the least cost parent state node.

여기서, (f) 상기 신규 작업 공간 노드와 상기 신규 상태 노드에 기초하여 노드를 재연결하는 단계를 더 포함할 수 있다.Here, the method may further include reconnecting the node based on the new workspace node and the new state node.

그리고, 상기 (f) 단계는 (f1) 상기 신규 작업 공간 노드를 중심으로 기 설정된 경계 범위 내의 복수의 작업 공간 노드 각각이 예비 작업 공간 노드로 등록되는 단계와; (f2) 상기 신규 작업 공간 노드로부터 상기 각 예비 작업 공간 노드로의 확장을 통해, 상기 복수의 예비 작업 공간 노드 중 최소의 경로 비용을 형성하는 어느 하나가 최소 비용 작업 공간 노드로 추출되고, 상기 신규 작업 공간 노드에 대응하는 상태 노드와 상기 신규 작업 공간 노드의 부모 노드에 대응하는 적어도 하나의 상태 노드 중 최소의 경로 비용을 형성하는 어느 하나가 최소 비용 상태 노드로 추출되는 단계와; (f3) 상기 신규 작업 공간 노드와 상기 최소 비용 작업 공간 노드와 연결하는 단계와; (f4) 상기 최소 비용 상태 노드와 상기 최소 비용 작업 공간 노드에 대응하는 상태 노드를 연결하는 단계와; (f5) 상기 최소 비용 상태 노드와 연결된 상태 노드의 부모 상태 노드와 자식 상태 노드를 연결하는 단계를 포함할 수 있다.The step (f) may include: (f1) registering each of the plurality of workspace nodes within a preset boundary area around the new workspace node as a preliminary workspace node; (f2) From the new workspace node to each of the spare workspace nodes, one of the plurality of spare workspace nodes that forms the minimum path cost is extracted to the least cost workspace node, and the new Extracting, as a minimum cost state node, one of a state node corresponding to a workspace node and at least one state node corresponding to a parent node of the new workspace node to form a minimum path cost; (f3) connecting with the new workspace node and the least cost workspace node; (f4) connecting the minimum cost state node and a state node corresponding to the minimum cost workspace node; (f5) connecting the parent state node and the child state node of the state node connected with the minimum cost state node.

여기서, 상기 (f1) 단계에서 상기 신규 작업 공간 노드의 부모 노드는 상기 예비 작업 공간 노드의 추출에서 제외될 수 있다.Here, in step (f1), the parent node of the new workspace node may be excluded from the extraction of the preliminary workspace node.

그리고, 상기 (f2) 단계는 (f21) 상기 복수의 예비 작업 공간 노드 중 어느 하나를 추출하는 단계와, (f22) 상기 신규 작업 공간 노드의 부모 노드에 대응하는 적어도 하나의 상태 노드와, 상기 신규 작업 공간 노드에 대응하는 상태 노드가 상태 트리로부터 추출되어 재연결 후보 상태 노드로 등록되는 단계와, (f23) 상기 각 재연결 후보 상태 노드와 상기 추출된 예비 작업 공간 노드를 기 설정된 궤적 생성 알고리즘에 적용하여 상기 각 재연결 후보 상태 노드에 대한 재연결 후보 신규 상태 노드를 추출하고, 상기 각 재연결 후보 상태 노드와 상기 신규 작업 공간 노드에 대응하는 상태 노드 간의 재연결 후보 경로 비용을 산출하는 단계와, (f24) 상기 재연결 후보 상태 노드 중 최소의 재연결 후보 경로 비용을 갖는 어느 하나를 상기 최소 비용 상태 노드로 추출하는 단계를 포함하며; 상기 각 예비 작업 공간 노드에 대해 상기 (f21) 단계 내지 (f24) 단계를 수행하여, 상기 최소 비용 작업 공간 노드 및 상기 최소 비용 상태 노드를 추출할 수 있다.(F2) step (f21) extracting any one of the plurality of preliminary workspace nodes, (f22) at least one state node corresponding to a parent node of the new workspace node, and the new Extracting a state node corresponding to a workspace node from a state tree and registering the reconnection candidate state node (f23) and assigning each of the reconnection candidate state nodes and the extracted preliminary workspace node to a preset trajectory generation algorithm; Extracting a reconnection candidate new state node for each reconnection candidate state node, and calculating a reconnection candidate path cost between each reconnection candidate state node and a state node corresponding to the new workspace node; (f24) add one of the reconnection candidate state nodes having the smallest reconnection candidate path cost to the minimum cost state node; And comprising; The minimum cost workspace node and the minimum cost state node may be extracted by performing steps (f21) to (f24) for each of the preliminary workspace nodes.

그리고, (h1) 상기 이동 로봇의 주행을 불가능하게 하는 주행 불능 작업 공간 노드를 검출하는 단계와; (h2) 상기 주행 불능 작업 공간 노드를 삭제하는 단계와; (h3) 상기 주행 불능 작업 공간 노드의 삭제에 따라 발생하는 고아 작업 공간 노드를 해당 고아 작업 공간 노드에 대응하는 상태 노드의 부모 노드에 해당하는 작업 공간 트리에 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다.
(H1) detecting a non-driving work space node that makes the mobile robot unable to travel; (h2) deleting the non-working workspace node; (h3) The method may further include connecting the orphan workspace node generated by the deletion of the non-working workspace node to the workspace tree corresponding to the parent node of the state node corresponding to the orphan workspace node.

상기와 같은 구성에 따라 본 발명에 따르면, 작업 공간 트리(Configuration tree)와 상태 트리(State tree)가 상호 연계되어 궤적을 생성함으로써, 적은 계산 비용으로 최적의 궤적을 탐색할 수 있는 RRT 기반의 듀얼 트리 구조를 이용한 이동 로봇의 궤적 계획 방법이 제공된다.
According to the present invention according to the configuration as described above, the configuration tree and the state tree (State tree) is interconnected with each other to generate a trajectory, RRT-based dual that can find the optimal trajectory with a small calculation cost A trajectory planning method of a mobile robot using a tree structure is provided.

도 1은 본 발명에 따른 이동 로봇의 궤적 계획 방법에서 이동 로봇의 4가지 에지 타입을 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 이동 로봇의 궤적 계획 방법의 제어 흐름도이고,
도 3은 본 발명에 따른 이동 로봇의 궤적 계획 방법의 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 이동 로봇의 궤적 계획 방법에서 최소 비용 부모 상태 노드를 추출하는 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 이동 로봇의 궤적 계획 방법의 노드의 재연결 과정을 나타낸 도면이고,
도 7은 본 발명에 따른 이동 로봇의 궤적 계획 방법의 노드의 재연결 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 8은 본 발명에 따른 이동 로봇의 궤적 계획 방법에서 장애물에 의해 차단되는 노드의 처리 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 9는 본 발명에 따른 이동 로봇의 궤적 계획 방법에서 신규 상태 루프 노드에 의한 브랜칭 과정 및 분할 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 10은 본 발명에 따른 이동 로봇의 궤적 계획 방법의 효과에 대해 설명하기 위한 시뮬레이션의 예를 나타낸 도면이다.
1 is a view showing four edge types of a mobile robot in the trajectory planning method of the mobile robot according to the present invention,
2 is a control flowchart of a trajectory planning method of a mobile robot according to the present invention;
3 is a view for explaining the process of the trajectory planning method of a mobile robot according to the present invention,
4 is a view for explaining a process of extracting a minimum cost parent state node in a trajectory planning method of a mobile robot according to the present invention;
5 and 6 are diagrams showing a node reconnection process of the trajectory planning method of a mobile robot according to the present invention,
7 is a view for explaining a node reconnection process of the trajectory planning method of a mobile robot according to the present invention,
8 is a view for explaining the processing of the node blocked by the obstacle in the trajectory planning method of the mobile robot according to the present invention,
9 is a diagram illustrating a branching process and a splitting process by a new state loop node in a trajectory planning method of a mobile robot according to the present invention;
10 is a diagram showing an example of a simulation for explaining the effect of the trajectory planning method of a mobile robot according to the present invention.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 RRT 기반의 듀얼 트리 구조를 이용한 이동 로봇의 궤적 계획 방법에서는 2-휠 차동 이동 로봇에 대한 궤적 계획을 수립하는 것으로 한정된다. 본 발명에 따른 이동 로봇의 궤적 계획 방법을 설명하기에 앞서 2-휠 차동 이동 로봇의 동적 모델에 대해 간략히 설명한다.In the trajectory planning method of a mobile robot using an RRT-based dual tree structure according to the present invention, it is limited to establishing a trajectory plan for a 2-wheel differential mobile robot. Prior to describing the trajectory planning method of the mobile robot according to the present invention, a dynamic model of the two-wheel differential mobile robot will be briefly described.

[수학식 1]은 2-휠 차동 이동 로봇(이하, '이동 로봇'이라 함)의 동적 모델을 수식적으로 정의한 것이다.
[Equation 1] is a mathematical definition of a dynamic model of a two-wheel differential mobile robot (hereinafter referred to as "mobile robot").

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112012104238757-pat00001

Figure 112012104238757-pat00001

[수학식 1]은 이동 로봇의 상태 천이 방정식(State transition equation)을 나타낸 것이다. 상태 벡터 x=(x, y, θ, v, ω) T 는 데카르트 좌표(Cartesian coordinate)인 (x,y), 이동 로봇의 주행 방향인 θ, 병진 속도(Translational velocity) v, 각속도(Rotational velocity) ω를 갖는 5차원 공간이다.[Equation 1] shows the state transition equation of the mobile robot. State vector x = (x, y, θ, v, ω) T is (x, y) which is Cartesian coordinate, θ, which is the moving direction of mobile robot, translational velocity v, rotational velocity ) is a five-dimensional space with ω.

이동 로봇에 대한 제어 입력은 동적 제약 조건(Dynamic constraints)에 의해 제한(Bounded)된다. 제어 입력

Figure 112012104238757-pat00002
는 경계 병진 가속도이고, 제어 입력
Figure 112012104238757-pat00003
는 경계 각가속도에 해당한다. 또한, 병진 속도와, 각속도는 각각
Figure 112012104238757-pat00004
Figure 112012104238757-pat00005
로 제한된다. 여기서, 이동 로봇은 병진 속도가 0이고, 각속도가 0이 아닐 때, 한 점에서 터닝(Turning)할 수 있다.Control inputs to mobile robots are bounded by dynamic constraints. Control input
Figure 112012104238757-pat00002
Is the boundary translational acceleration, and the control input
Figure 112012104238757-pat00003
Is the boundary angular acceleration. In addition, the translation rate and the angular velocity are respectively
Figure 112012104238757-pat00004
Wow
Figure 112012104238757-pat00005
. Here, when the translation speed is 0 and the angular velocity is not 0, the mobile robot can turn at a point.

한편, 이동 로봇의 상태는

Figure 112012104238757-pat00006
로 표현될 수 있다. x는 [수학식 1]에 표현된 바와 같이 이동 로봇의 상태 벡터이다. 타겟 환경의 작업 공간(Configuration space)은
Figure 112012104238757-pat00007
으로 표현되고, 이 때 q=(x,y) 좌표이다.Meanwhile, the state of the mobile robot
Figure 112012104238757-pat00006
It can be expressed as. x is the state vector of the mobile robot as expressed in [Equation 1]. The configuration space of the target environment
Figure 112012104238757-pat00007
Where q = (x, y) coordinates.

본 발명에서는 초기 상태가 τ(0)=x(0)이고, 최종 상태가 τ(T)∈Bgoal인 최소 시간 궤적 τ:[0,T]→Cfree을 계산하게 된다. 여기서, Bgoal은 타겟 최종 포인트(Target goal point)로 둘러싸인 목표 영역이 된다.In the present invention, the minimum time trajectory τ: [0, T] → C free where the initial state is τ (0) = x (0) and the final state is τ (T) ∈B goal is calculated. Here, the B goal is a goal area surrounded by the target goal point.

여기서, 본 발명에 따른 이동 로봇의 궤적 계획 방법의 특징은 작업 공간 상에서 최인접 이웃 노드를 찾는데 있다. 기존의 거리 함수는 운동학적 제약 조건을 고려하여, 이동 로봇의 지향 방향(Heading orientation), 즉 각도를 포함하게 된다. 따라서, 거리와 각도가 포함된 서로 다른 차원 거리를 정상화시키는 가중치(weight)를 조절하기 위한 추가적인 튜닝이 필요하게 된다.Here, the feature of the trajectory planning method of the mobile robot according to the present invention is to find the nearest neighbor node in the working space. The existing distance function includes the heading orientation, or angle, of the mobile robot in consideration of kinematic constraints. Thus, additional tuning is needed to adjust the weights to normalize different dimensional distances, including distances and angles.

반면, 본 발명에 따른 이동 로봇의 궤적 계획 방법에서는 거리만을 이용함으로써, 추가적인 튜닝 문제를 해소하게 된다. 이를 위해 본 발명에 따른 이동 로봇의 궤적 계획 방법은 이동 로봇의 4가지 에지 타입을 이용한다. On the other hand, in the trajectory planning method of the mobile robot according to the present invention, the additional tuning problem is solved by using only the distance. To this end, the trajectory planning method of the mobile robot according to the present invention uses four edge types of the mobile robot.

도 1은 본 발명에 따른 이동 로봇의 궤적 계획 방법에서 이동 로봇의 4가지 에지 타입을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하여 설명하면, 이동 로봇의 상태는 속도가 0인 정지 상태와, 속도가 0이 아닌 이동 상태를 포함한다. 여기서, 정지 상태는 좁거나 어수선한 환경에서 점 위에서 이동 로봇이 턴을 가능하게 하므로 유용하게 된다.1 is a view showing four edge types of a mobile robot in the trajectory planning method of the mobile robot according to the present invention. Referring to FIG. 1, the state of the mobile robot includes a stationary state in which the velocity is 0 and a state in which the velocity is not zero. Here, the stationary state is useful because it allows the mobile robot to turn over a point in a narrow or untidy environment.

이동 로봇의 이동성을 높이기 위해, RRT 기법의 에지 타입은 두 개의 터미널 조건(Terminal condition)을 포함하게 된다. 이에 따라, 이동 로봇의 2개의 상태와 두 개의 터미널 조건에 의해, 도 1에 도시된 바와 같이, 4개의 에지 타입을 포함하게 된다.In order to increase the mobility of the mobile robot, the edge type of the RRT technique includes two terminal conditions. Accordingly, the two states and the two terminal conditions of the mobile robot include four edge types, as shown in FIG. 1.

도 1의 (a) 및 (b)에 도시된 에지는 초기 정지 조건에서, 이동 로봇이 목표 배위 포인트를 향할 때까지 점에서 회전한다. 도 1의 (a) 및 (d)에 도시된 에지는 노드의 타겟 작업 공간 포인트(Taget configuration point)가 정지 노드이므로 타겟 포인트에서 정지하게 된다. 그리고, 이동 로봇은 장애물이 존재하지 않을 경우, 도 1의 (c)에 도시된 에지 타입을 선택할 것이다.The edges shown in FIGS. 1A and 1B rotate at a point in the initial stop condition until the mobile robot faces the target coordination point. Edges shown in (a) and (d) of FIG. 1 are stopped at the target point because the target workspace configuration point of the node is a stationary node. And, if there is no obstacle, the mobile robot will select the edge type shown in Fig. 1C.

이하에서는, 도 2 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 이동 로봇의 궤적 계획 방법에 대해 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 이동 로봇의 궤적 계획 방법의 제어 흐름도이고, 도 3은 본 발명에 따른 이동 로봇의 궤적 계획 방법의 과정을 설명하기 위한 도면이다.Hereinafter, the trajectory planning method of the mobile robot according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 3. 2 is a control flowchart of a trajectory planning method of a mobile robot according to the present invention, and FIG. 3 is a view for explaining a process of the trajectory planning method of a mobile robot according to the present invention.

도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, 먼저, 작업 공간 내에서 임의의 신규 포인트(qnew)를 샘플링한다(S10). 그런 다음, 신규 포인트(qnew)에 대응하는 신규 작업 공간 노드(Qnew)와, 신규 포인트(qnew)에 인접한 인접 작업 공간 노드(Qnear)를 작업 공간으로부터 추출한다(S20). 이 때, 인접 작업 공간 노드(Qnear)는 신규 포인트(qnew)(qnear)에 가장 근접한 작업 공간 노드가 선택되는 것을 예로 한다. 이 때, 신규 작업 공간 노드(Qnew)와 인접 작업 공간 노드(Qnear)는 작업 공간 노드의 확장을 통해 추출된다.Referring to FIGS. 2 and 3, first, an arbitrary new point q new is sampled in the working space (S10). Then, extract the new workspace node (Q new), and a work area adjacent node (near Q) adjacent to the new point (q new) corresponding to the new point (q new) from the working space (S20). In this case, the adjacent workspace node Q near is an example in which the workspace node closest to the new point q new (q near ) is selected. At this time, the new workspace node Q new and the adjacent workspace node Q near are extracted through the expansion of the workspace node.

상기와 같이 신규 작업 공간 노드(Qnew)와 인접 작업 공간 노드(Qnear)가 추출되면, 최소 비용 부모 상태 노드(Xparent)의 추출을 위한 후보 상태 노드가 등록된다. 본 발명에서는 후보 상태 노드로 인접 작업 공간 노드(Qnear)의 부모 노드에 대응하는 적어도 하나의 상태 노드와, 인접 작업 공간 노드(Qnear)에 대응하는 상태 노드가 상태 트리(TX)로부터 추출되어 후보 상태 노드로 등록되는 것을 예로 한다.When the new workspace node Q new and the adjacent workspace node Q near are extracted as described above, candidate state nodes for extraction of the minimum cost parent state node X parent are registered. In the present invention, at least one state node corresponding to a parent node of an adjacent workspace node Q near as a candidate state node and a state node corresponding to an adjacent workspace node Q near are extracted from the state tree TX. For example, registration as a candidate status node.

그런 다음, 각 후보 상태 노드와 신규 포인트(qnew) 간의 경로 비용을 포함한 후보 경로 비용을 산출한다. 그리고, 후보 상태 노드 중 최소의 후보 경로 비용을 갖는 후보 상태 노드를 최소 비용 부모 상태 노드(Xparent)로 추출하게 된다.The candidate path cost is then calculated including the path cost between each candidate state node and the new point q new . The candidate state node having the minimum candidate path cost among the candidate state nodes is extracted as the minimum cost parent state node X parent .

상기와 같이 최소 비용 부모 상태 노드(Xparent)가 추출되면, 신규 작업 공간 노드(Qnew)와 인접 작업 공간 노드(Qnear)를 작업 공간 트리(TC)에 등록한다. 그리고, 최소 비용 부모 상태 노드(Xparent)와 신규 작업 공간 노드(Qnew)에 대응하는 신규 상태 노드(Xnew)를 각각 부모 노드 및 자식 노드로 상태 트리(TX)에 등록하게 된다.When the minimum cost parent state node X parent is extracted as described above, the new workspace node Q new and the adjacent workspace node Q near are registered in the workspace tree TC. The new state node X new corresponding to the minimum cost parent state node X parent and the new workspace node Q new is registered in the state tree TX as the parent node and the child node, respectively.

상기와 같은 등록이 완료되면, 등록된 상태 트리(TX) 및 작업 공간 트리(TC)에 기초하여 궤적의 생성이 가능하게 된다.When the above registration is completed, it is possible to generate the trajectory based on the registered state tree TX and the workspace tree TC.

상기와 같은 구성을 통해 상태 트리(TX)가 작업 공간 트리(TC)의 부모 리스트로부터 최소의 경로 비용을 갖는 최소 비용 부모 상태 노드(Xparent)를 탐색하여 확장하게 되므로, 상태 트리(TX)가 작업 공간 트리(TC)의 부모와 다른 부모를 가질 수 있게 된다. 이는 본 발명에 따른 신규 포인트(qnew)에 대응하는 신규 상태 노드(Xnew)와 신규 작업 공간 노드(Qnew)의 각각의 부모 노드가 달라질 수 있음을 의미하며, 신규 상태 노드(Xnew)의 부모 노드가 최소의 경로 비용을 갖도록 결정됨으로써, 최적의 경로를 계산 비용을 최소화하면서도 찾을 수 있게 된다.Through the above configuration, the state tree TX searches for and expands the minimum cost parent state node X parent having the minimum path cost from the parent list of the workspace tree TC. It is possible to have a parent different from the parent of the workspace tree (TC). This means that each parent node of the new state node X new and the new workspace node Q new corresponding to the new point q new according to the present invention may be different, and the new state node X new The parent node of is determined to have the least path cost, so that the optimal path can be found with the lowest computational cost.

이하에서는, 도 2에 도시된 각 과정에 대한 설명을 도 3을 참조하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, a description of each process illustrated in FIG. 2 will be described in more detail with reference to FIG. 3.

[알고리즘 1]은 도 2에 도시된 바와 같은, 본 발명에 따른 이동 로봇의 궤적 계획 방법의 전체 과정을 나타낸 것이다.[Algorithm 1] shows the entire process of the trajectory planning method of the mobile robot according to the present invention, as shown in FIG.

[알고리즘 1][Algorithm 1]

Figure 112012104238757-pat00008

Figure 112012104238757-pat00008

본 발명에 따른 알고리즘에 사용된 표기법은 다음과 같다. 소문자는 숫자값 또는 벡터이고, 대문자는 상태 노드나 작업 공간 노드와 같이 추가적인 정보를 갖는 데이터 타입이다. 그리고, 볼드체의 대문자는 상태 트리(TX), 작업 공간 트리(TC), 리스트와 같이 연결 구조를 갖는 데이터 구조를 의미한다.The notation used in the algorithm according to the invention is as follows. Lowercase letters are numeric values or vectors, and uppercase letters are data types with additional information, such as status nodes or workspace nodes. The upper case of the bold type indicates a data structure having a concatenated structure, such as a state tree (TX), a workspace tree (TC), and a list.

[알고리즘 1]에서 TC는 작업 공간 트리(TC)이고, TX는 상태 트리(TX)이고, qnew는 상술한 바와 같이 샘플링된 신규 포인트(qnew)이다.In [Algorithm 1], TC is a workspace tree TC, TX is a state tree TX, and q new is a new point q new sampled as described above.

라인 4에서 신규 포인트(qnew)가 샘플링되면, 라인 5에서 작업 공간 트리(TC)가 서브루틴 ExtendConfiguration( TC, q new)에 의해 확장되어 신규 작업 공간 노드(Qnew)와 인접 작업 공간 노드(Qnear)가 추출된다. 그리고, 라인 6에서 서브루틴 FindParentState(Qnear, qnew, type)을 통해 최소 비용 부모 상태 노드(Xparent)가 추출된다. 여기서, 도 2의 S30 단계인 후보 상태 노드의 등록 과정은 서브루틴 FindParentState(Qnear, qnew, type)에서 수행된다.If a new point (q new ) is sampled on line 4, then on line 5 the workspace tree (TC) is expanded by the subroutine ExtendConfiguration ( TC, q new ) to produce a new workspace node (Q new ) and an adjacent workspace node ( Q near ) is extracted. In line 6, the minimum cost parent state node X parent is extracted through the subroutine FindParentState (Q near , q new , type). Here, the registration process of the candidate state node in step S30 of FIG. 2 is performed in the subroutine FindParentState (Q near , q new , type).

그리고, 라인 8 및 라인 9에서 상술한 바와 같이, 신규 작업 공간 노드(Qnew) 및 인접 작업 공간 노드(Qnear)가 작업 공간 트리(TC)에 등록되고, 최소 비용 부모 상태 노드(Xparent)와 신규 상태 노드(Xnew)가 상태 트리(TX)에 등록된다.Then, as described above in lines 8 and 9, the new workspace node Q new and the adjacent workspace node Q near are registered in the workspace tree TC, and the minimum cost parent state node X parent . And a new state node (X new ) are registered in the state tree (TX).

여기서, 라인 10은 ReConnectTrees(Qnew, Xnew)를 통한 노드의 재연결 과정으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 신규 작업 공간 노드(Qnew)와 신규 상태 노드(Xnew)에 기초하여 노드를 재연결하는 과정을 거치게 되는데, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.Here, line 10 is a node reconnection process through ReConnectTrees (Q new , X new ), as shown in FIG. 2, based on the new workspace node Q new and the new state node X new . It will go through the process of reconnecting, a detailed description thereof will be described later.

본 발명에 따른 이동 로봇의 궤적 계획 방법에서 최소 비용 부모 상태 노드(Xparent)를 구하기 위한 후보 경로 비용은 기 등록된 궤적 생성 알고리즘에 기초하여 산출된다. 본 발명에서는 기존의 RRT 기법에 적용되는 궤적 생성 알고리즘이 적용되는 것을 예로 하며, [수학식 2] 및 [수학식 3]을 통해 산출되는 것을 예로 한다. [수학식 2] 및 [수학식 3]은 알고리즘 1의 서브 루틴 FindParentState(Qnear, qnew, type)에 적용된다.
In the trajectory planning method of the mobile robot according to the present invention, the candidate path cost for obtaining the minimum cost parent state node X parent is calculated based on a previously registered trajectory generation algorithm. In the present invention, an example of applying a trajectory generation algorithm applied to the existing RRT technique is used. For example, the calculation is performed through Equation 2 and Equation 3. Equations 2 and 3 apply to the subroutine FindParentState (Q near , q new , type) of Algorithm 1.

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112012104238757-pat00009
Figure 112012104238757-pat00009

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112012104238757-pat00010

Figure 112012104238757-pat00010

[수학식 2]에 나타난 바와 같이, 경로 비용 함수는 적합한 비용 거리 함수 L에 의해 정의된다. [수학식 2]에서 미분 요소는 중간 경로 비용을 적용하는 항목이다. 즉, 본 발명에서는 후보 경로 비용의 산출에 있어, 신규 포인트(qnew)로부터 후보 상태 노드까지의 경로 비용, 즉 [수학식 2]의 우변의 lf()와, 후보 경로 비용의 산출에 있어 후보 상태 노드로부터 그 부모 노드들까지의 경로 비용, 즉 루트 노드(Root node)까지의 경로 비용을 합산하여 산출하는 것을 예로 한다. 여기서, 경로 비용은 기 설정된 깊이의 부모 노드까지의 경로 비용, 예컨대, 동일한 조상 노드까지 합산하도록 설정될 수도 있다. 그리고, [수학식 3]의 해답은 최소 비용 부모 상태 노드(Xparent)가 된다.As shown in Equation 2, the path cost function is defined by a suitable cost distance function L. In Equation 2, the derivative factor is an item that applies the intermediate path cost. That is, in the present invention, in calculating the candidate path cost, the path cost from the new point q new to the candidate state node, that is, l f () on the right side of Equation 2 and the candidate path cost is calculated. For example, the path cost from the candidate state node to its parent nodes, that is, the path cost from the root node to the root node, is calculated. Here, the path cost may be set to sum up the path cost to the parent node of a predetermined depth, for example, to the same ancestor node. Then, the solution of Equation 3 becomes the minimum cost parent state node X parent .

도 3은 최소 비용 부모 상태 노드(Xparent)를 추출하는 방법을 도식적으로 나타낸 도면이다. 도 3에서 두꺼운 검은색 라인은 작업 공간 트리(TC)이고, 붉은색 점선은 상태 트리(TX)이고, 파란색 라인은 후보 상태 노드에 대응하는 작업 공간 노드로 본 발명에서는 인접 작업 공간 노드(Qnear)와 그 부모 노드가 된다. 그리고, 파란색 점선은 후보 상태 노드로부터 신규 포인트(qnew)로의 이동 로봇의 후보 궤적이다.3 is a diagram illustrating a method of extracting a minimum cost parent state node X parent . And the thick black line is the workspace tree (TC), and the red dotted line status tree (TX) In Figure 3, the blue line is adjacent to the workspace node (Q near the present invention to place the node corresponding to the candidate state node ) And its parent node. The blue dotted line indicates the candidate trajectory of the mobile robot from the candidate state node to the new point q new .

도 3의 (a)는 작업 공간 트리(TC)의 확장을 나타낸 도면이다. 상술한 바와 같이, 신규 포인트(qnew)가 샘플링되면, 가장 인접한 작업 공간 노드가 인접 작업 공간 노드(Qnear)로 추출된다. 도 3의 (b)는 오차 범위 er 내의 후보 궤적을 나타낸 것으로 오차 범위에 대한 상세한 설명은 후술한다. 그리고, 도 3의 (c)는 최소 비용 부모 상태 노드(Xparent)의 추출에 따라 상태 트리(TX)의 에지가 연결되는 것을 도시하고 있다.3A is a diagram illustrating an expansion of the workspace tree TC. As described above, when the new point q new is sampled, the nearest work space node is extracted to the adjacent work space node Q near . 3B illustrates candidate trajectories within the error range e r , which will be described in detail later. 3C illustrates that edges of the state tree TX are connected according to extraction of the minimum cost parent state node X parent .

여기서, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 신규 포인트(qnew)와 가장 인접한 작업 공간 노드인 인접 작업 공간 노즈(Qnear)는 랜덤 샘플 αi를 이용하여 생성되는데, 이는 종래의 RRT 기법이 적용되는 바 그 상세한 설명은 생략한다.Here, as shown in (a) of FIG. 3, the adjacent workspace nose Q near , which is the workspace node closest to the new point q new , is generated using a random sample α i , which is a conventional RRT. Since the technique is applied, a detailed description thereof will be omitted.

이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 이동 로봇의 궤적 계획 방법에서 최소 비용 부모 상태 노드(Xparent)를 추출하는 과정에 대해 보다 상세히 설명한다. 여기서, 최소 비용 부모 상태 노드(Xparent)를 추출하는 과정은, 도 2의 S30 및 S40에 해당하며, [알고리즘 1]의 라인 6의 FindParentState(Qnear, qnew, type)에 해당한다.Hereinafter, a process of extracting the minimum cost parent state node X parent in the trajectory planning method of the mobile robot according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. 4. Here, the process of extracting the minimum cost parent state node X parent corresponds to S30 and S40 of FIG. 2, and corresponds to FindParentState (Q near , q new , type) of line 6 of [Algorithm 1].

도 4를 참조하여 설명하면, 상술한 바와 같이, 후보 상태 노드가 등록되면(S30), 최소 비용 부모 상태 노드(Xparent)의 추출 과정(S40)이 진행된다.Referring to FIG. 4, as described above, when the candidate state node is registered (S30), the extraction process S40 of the minimum cost parent state node X parent is performed.

도 3 및 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 후보 상태 노드로는 인접 작업 공간 노드(Qnear)에 대응하는 상태 노드와, 인접 작업 공간 노드(Qnear)의 부모 노드에 대응하는 상태 노드가 후보 상태 노드로 등록된다. 도 3의 (a)에서는 인접 작업 공간 노드(Qnear)(CX1)와, 그 부모 노드에 대응하는 3개의 상태 노드(CX2, CX3, CX4)가 후보 상태 노드가 된다.More specifically by 3 and 4, the node corresponding to the parent node of the node and a neighboring work area node (Q near) corresponding to the adjacent working space node (Q near) to the candidate state node Is registered as a candidate status node. In FIG. 3A, the adjacent work space node Q near CX1 and three state nodes CX2, CX3, and CX4 corresponding to the parent node become candidate state nodes.

여기서, 최소 비용 부모 상태 노드(Xparent)의 추출을 위해, 각 후보 상태 노드와 신규 포인트(qnew)를 궤적 생성 알고리즘에 적용하여 각 후보 상태 노드에 대한 후보 신규 상태 노드(Xnew)를 추출하고, 각 후보 상태 노드에 대한 후보 경로 비용을 산출한다. 그리고, 후보 상태 노드 중 최소의 후보 경로 비용을 갖는 후보 상태 노드를 최소 비용 부모 상태 노드(Xparent)로 추출하게 된다.Here, in order to extract the minimum cost parent state node (X parent ), each candidate state node and a new point (q new ) are applied to a trajectory generation algorithm to extract a candidate new state node (X new ) for each candidate state node. The candidate path cost for each candidate state node is calculated. The candidate state node having the minimum candidate path cost among the candidate state nodes is extracted as the minimum cost parent state node X parent .

도 4를 참조하여 최소 비용 부모 상태 노드(Xparent)의 추출 과정의 예를 보다 구체적으로 설명하면, 후보 상태 노드 중 어느 하나가 추출된다(S41). 여기서, 추출된 후보 상태 노드를 Xcur로 할당한다.Referring to FIG. 4, an example of the extraction process of the minimum cost parent state node X parent is described in more detail. One of the candidate state nodes is extracted (S41). Here, the extracted candidate state nodes are allocated as X cur .

그런 다음, 추출된 후보 상태 노드(Xcur)와 신규 포인트(qnew)를 궤적 생성 알고리즘에 적용하여 궤적 생성 알고리즘을 수행한다(S42). 궤적 생성 알고리즘의 수행을 통해 후보 상태 노드(Xcur)에 대한 후보 신규 상태 노드(Xnew), 후보 경로 비용(costcur), 그리고 신규 포인트(qnew)와의 거리(ercur)가 출력된다(S43). 여기서, 거리(ercur)는 후보 신규 상태 노드(Xcand)와 신규 포인트(qnew) 간의 거리에 해당한다.Then, the extracted candidate state node X cur and the new point q new are applied to the locus generation algorithm to perform the locus generation algorithm (S42). Through the execution of trajectory generation algorithm candidate new state node (X new) to the candidate state node (X cur), the distance (er cur) with the candidate path cost (cost cur), and a new point (q new) is output ( S43). Here, the distance e rcur corresponds to the distance between the candidate new state node X cand and the new point q new .

현재의 후보 상태 노드(Xcur)에 대해 후보 신규 상태 노드(Xcand), 후보 경로 비용(costcur), 그리고 신규 포인트(qnew)와의 거리(ercur)가 출력되면, S44 단계에서 후보 경로 비용(costcur)이 등록된 기준 경로 비용(cost)보다 작은지, 그리고 거리(ercur)가 오차 범위(er) 내에 위치하는지 여부를 판단한다.When the candidate new state node X cand , the candidate path cost cost cur , and the distance e rcur from the new point q new are output for the current candidate state node X cur , the candidate path in step S44. It is determined whether the cost cur is less than the registered reference path cost and whether the distance e rcur is located within the error range e r .

여기서, 초기의 기준 경로 비용(cost)은 매우 큰 값, 예컨대 무한대로 설정해두고, 후술할 S45의 갱신 과정을 통해 후보 상태 노드(Xcur)의 후보 경로 비용(costcur)으로 갱신함으로써, 최소의 경로 비용을 갖는 최소 비용 부모 상태 노드(Xparent)를 추출하게 된다.Here, by leaving the reference path cost (cost) of the initially set to a very large value, such as infinity, to update the candidate path cost (cost cur) of the candidate state node (X cur) through the update process of S45 will be described later, of at least We will extract the minimum cost parent state node (X parent ) with the path cost.

또한, 후보 신규 상태 노드(Xcand)가, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 기 설정된 오차 범위(er) 내에 위치하지 않는 경우에도, 해당 후보 상태 노드(Xcur)를 최소 비용 부모 상태 노드(Xparent)의 후보에서 제외시키게 된다. 도 3의 (a)에서는 CX4가 오차 범위(er) 내에 위치하지 않으므로 제외된다.Further, even when the candidate new state node X cand is not located within the preset error range e r , as shown in FIG. 3A, the candidate state node X curd has a minimum cost. Exclude from candidates of the parent state node (X parent ). In FIG. 3A, CX4 is excluded because it is not located within the error range e r .

한편, S44 단계의 조건을 만족하게 되면, 해당 후보 상태 노드(Xcur)는 최소 비용 부모 상태 노드(Xparent)의 후보가 되고, 다른 후보 상태 노드와의 비교를 위해 S45 단계의 갱신 과정이 수행된다. 갱신 과정에서는 후보 신규 상태 노드(Xcand)가 신규 상태 노드(Xnew)로 갱신되고, 후보 경로 비용(costcur)이 기준 경로 비용(cost)로 갱신되고, 후보 상태 노드(Xcur)가 최소 비용 부모 상태 노드(Xparent)로 갱신된다(S45).On the other hand, if the condition of step S44 is satisfied, the candidate state node X cur becomes a candidate of the least cost parent state node X parent , and the update process of step S45 is performed for comparison with other candidate state nodes. do. Update step in the candidate new state node (X cand) a new state is updated to the node (X new), a candidate path cost (cost cur) is updated to the reference path cost (cost), candidates state node (X cur) have at least It is updated to the cost parent state node X parent (S45).

그런 다음, 후보 상태 노드가 존재하는지 검사한 후(S46), 후보 상태 노드가 존재하는 경우 새로운 후보 상태 노드를 추출하여 S41 단계 내지 S45 단계를 수행하게 된다. 이 때 새로운 후보 상태 노드는 S45 단계에서 갱신된 값들과의 비교를 통해 수행된다.Then, after checking whether the candidate state node exists (S46), if there is a candidate state node, a new candidate state node is extracted to perform steps S41 to S45. At this time, the new candidate state node is performed by comparing with the updated values in step S45.

상기 과정을 모든 후보 상태 노드에 대해 수행하게 되면, S45 단계에서는 최소 비용 부모 상태 노드(Xparent)와, 그에 대응하는 신규 상태 노드(Xnew)가 갱신된 상태가 되며, 해당 최소 비용 부모 상태 노드(Xparent)와 신규 상태 노드(Xnew)가 추출 가능하게 된다(S47).When the process is performed for all candidate state nodes, in step S45, the minimum cost parent state node X parent and the corresponding new state node X new are updated, and the minimum cost parent state node is updated. (X parent ) and the new state node (X new ) can be extracted (S47).

이하에서는, 본 발명에 따른 이동 로봇의 궤적 계획 방법에서 노드를 재연결하는 과정에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the process of reconnecting the nodes in the trajectory planning method of the mobile robot according to the present invention will be described in detail.

먼저, S. Karaman 및 E. Frazzoli의 논문 "Sampling-based Algorithms for Optimal Motion Planning(International Journal of Robotics Research, vol. 30, issue. 7, pp. 846-894, June, 2011.)에 기재된 바와 같이, 기존의 RRT 기법은 차선책에 가깝다. 즉, 기존의 RRT 기법이 한정된 횟수의 반복 안에서 최적의 경로를 생성할 확률은 0에 가깝다. 이는 기존의 RRT 기법이 많은 횟수의 반복을 통해서만이 최적의 경로를 얻을 수 있음을 의미한다.First, as described in S. Karaman and E. Frazzoli's article "Sampling-based Algorithms for Optimal Motion Planning ( International Journal of Robotics Research , vol. 30, issue. 7, pp. 846-894, June, 2011.) In other words, the existing RRT technique is close to the next best option, that is, the probability that the existing RRT technique generates the optimal path within a limited number of iterations is close to 0. That means you can get

점근적 최적화(asymptotic optimality)의 보장을 위해, 신규 노드로부터 신규 노드 주변의 기존 노드로의 비용이 이전 비용보다 작은 경우, 상기 S. Karaman 등의 논문의 '리와이어(Rewire)' 과정이 필요하게 된다. 리와이어 과정은 리와이어된 노드의 모든 자식 노드에 영향을 미치게 된다. 이는 최적 상태로부터의 상태 또는 최적 비용을 갖는다는 가정에 기반하고 있다. 그런데, 신규 포인트(qnew)의 샘플링이 작업 공간 내에서 수행되면, 상술한 최적 비용에 대한 가정은 보장되지 않고 리와이어 노드로부터의 궤적은 실행이 불가능할 수 있다.In order to ensure asymptotic optimality, if the cost from the new node to the existing node around the new node is smaller than the previous cost, the 'Rewire' process of the paper of S. Karaman et al. do. The rewire process affects all child nodes of the rewired node. This is based on the assumption that it has a state from an optimal state or an optimal cost. However, if sampling of the new point q new is performed in the work space, the assumption about the optimal cost described above is not guaranteed and the trajectory from the rewire node may be impossible to execute.

J. H. Jeon, S. Karaman 및 E. Frazzoli의 논문 "Anytime Computation of Time-Optimal Off-road Vehicle Maneuvers using the RRT*(IEEE Conference on Decision and Control (CDC), Dec. 12-15, 2011.)에 기재된 바와 같이, 자식 노드는 자식 노드의 실행 불가능을 처리하기 위해 재전파(Re-propagated) 또는 삭제될 수 있다. 상기 J. H. Jeon 등의 논문을 통해 제안된 기법은 오프라인 경로 계획에서 효과적일 수 있다. 만약 실행 불가능한 자식 노드가 삭제되면, 새로운 신규 포인트(qnew)가 빈 공간에 존재할 확률이 증가되지만, 실시간 동작 가능한 많은 궤적을 갖는 것이 지도에 표시되지 않은 장애물이나 이동 장애물에 의해 차단될 수 있는 단점을 안고 있다.JH Jeon, S. Karaman and E. Frazzoli, "Anytime Computation of Time-Optimal Off-road Vehicle Maneuvers using the RRT * (IEEE Conference on Decision and Control (CDC), Dec. 12-15, 2011.) As described above, the child node can be re-propagated or deleted to deal with the inability of the child node, and the technique proposed by JH Jeon et al. Can be effective in offline path planning. Deleting an infeasible child node increases the probability that a new new point (q new ) exists in the empty space, but has the disadvantage that having many trajectories capable of real-time operation can be blocked by obstacles or moving obstacles not shown on the map. Holding it.

본 발명에서는 이러한 단점을 보완하기 위해, 상기 S. Karaman 등의 논문에 개시된 리와이어 알고리즘을 보완하여 적용한다. 본 발명에 따른 이동 로봇의 궤적 계획 방법에서는 지역적인 리와이어 과정을 수행하고, 자식 노드의 부모가 교체되는 것에 의해 자식 노드를 유지시킨다. 즉, 자식 노드를 새로운 부모 노드로 재연결하는 상술한 재연결 과정을 거치게 된다.In the present invention, in order to compensate for this disadvantage, the rewire algorithm disclosed in the paper of S. Karaman et al. In the trajectory planning method of the mobile robot according to the present invention, a local rewire process is performed, and the child node is maintained by replacing the parent of the child node. That is, the above reconnection process of reconnecting the child node to the new parent node is performed.

본 발명에 따른 이동 로봇의 궤적 계획 방법은 작업 공간 트리(TC)와 상태 트리(TX)를 궤적 계획에 모두 사용하기 때문에, 쉽게 동작할 수 있다. 여기서, 자식 노드의 유지는 K-d trees 알고리즘과 같은 인접 검색 알고리즘(nearest search algorithm)을 사용하는 것이 유리하며, 이는 삭제 동작이 K-d trees와 같은 알고리즘의 계산 비용을 증가시키기 때문이다.The trajectory planning method of the mobile robot according to the present invention can be easily operated since both the work space tree TC and the state tree TX are used for the trajectory planning. Here, the maintenance of the child node is advantageous to use a near est search algorithm such as the Kd trees algorithm, since the delete operation increases the computational cost of the algorithm such as Kd trees.

도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 이동 로봇의 궤적 계획 방법의 노드의 재연결 과정을 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 이동 로봇의 궤적 계획 방법의 노드의 재연결 과정을 설명하기 위한 도면이다.5 and 6 are views illustrating a process of reconnecting nodes of a trajectory planning method of a mobile robot according to the present invention, and FIG. 7 is a view illustrating a process of reconnecting nodes of a trajectory planning method of a mobile robot according to the present invention. Drawing.

상술한 과정을 통해 신규 작업 공간 노드(Qnew)와 신규 상태 노드(Xnew)가 추출되면, 이를 이용하여 노드의 재연결이 수행된다. 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명하면, 먼저 신규 작업 공간 노드(Qnew)를 중심으로 기 설정된 경계 범위(Br, 도 7 참조) 내의 복수의 작업 공간 노드 각각이 예비 작업 공간 노드로 등록된다(S110).When the new workspace node Q new and the new state node X new are extracted through the above-described process, the nodes are reconnected using the same. 5 to 7, each of the plurality of workspace nodes within the preset boundary range Br (see FIG. 7) around the new workspace node Q new is registered as a spare workspace node (see FIG. 7). S110).

여기서, 예비 작업 공간 노드의 추출을 위한 경계 범위(Br)는 계산량의 증가와 재연결 과정의 빈도를 고려하여 설정된다. 예를 들어, 경계 범위(Br)가 넓게 설정되면 경로 비용이 낮은 재연결의 수행이 가능하지만 계산량이 증가하는 단점이 있다. 반면, 경계 범위(Br)를 좁게 설정하게 되면 재연결 과정이 발생하기 위해서는 아주 밀도 높은 노드가 생성되는 경우에만 동작하는 단점이 있다.Here, the boundary range Br for extracting the preliminary workspace node is set in consideration of the increase in the amount of calculation and the frequency of the reconnection process. For example, when the boundary range Br is set wide, reconnection with low path cost is possible, but the amount of calculation increases. On the other hand, if the boundary range (Br) is set to be narrow, there is a disadvantage in that it operates only when a very dense node is generated in order for the reconnection process to occur.

도 7의 (a)에서는 작업 공간 노드 중 C0, C1, C2가 경계 범위(Br) 내에 포함되어 예비 작업 공간 노드로 추출되는 것을 예로 하고 있다. 이 때, 신규 작업 공간 노드(Qnew)의 부모 노드, 즉 C0는 예비 작업 공간 노드의 추출에서 제외된다. 이는 신규 작업 공간 노드(Qnew)와의 재연결 대상을 검색하는데 있어 후술할 과정에서와 같이 경로 비용을 이용하게 되는데, 상술한 바와 같이 신규 작업 공간 노드(Qnew)와 그 부모 노드는 최소의 경로 비용을 통해 생성된 것이므로, 이를 배제하게 된다.In FIG. 7A, C 0 , C 1 , and C 2 among the workspace nodes are included in the boundary range Br and extracted as a preliminary workspace node. At this time, the parent node of the new workspace node Q new , that is, C 0 , is excluded from the extraction of the spare workspace node. This method uses the path cost to search for a reconnection target with the new workspace node Q new as described below. As described above, the new workspace node Q new and its parent node have a minimum path. Since it was generated through cost, it is excluded.

상기와 같이 신규 작업 공간 노드(Qnew)의 부모 노드를 제외한 예비 작업 공간 노드가 등록되면, 최소 비용 상태 노드(Xmin)의 추출을 위해 신규 작업 공간 노드(Qnew)로부터 각 예비 작업 공간 노드로의 확장을 통해, 복수의 예비 작업 공간 노드 중 최소의 경로 비용을 형성하는 어느 하나를 최소 비용 작업 공간 노드로 추출한다. 또한, 신규 작업 공간 노드(Qnew)에 대응하는 상태 노드와 신규 작업 공간 노드(Qnew)의 부모 노드에 대응하는 적어도 하나의 상태 노드 중 최소의 경로 비용을 형성하는 어느 하나가 최소 비용 상태 노드(Xmin)로 추출된다.As described above, when a spare workspace node other than the parent node of the new workspace node Q new is registered, each spare workspace node from the new workspace node Q new for extraction of the minimum cost state node X min . Through the expansion of the furnace, any one of the plurality of preliminary workspace nodes forming the minimum path cost is extracted as the minimum cost workspace node. In addition, the corresponding state node and at least one of the conditions any one of forming the minimum of the path cost is a minimum cost of nodes the node corresponding to the parent node of the new workspace node (Q new) of the new workspace node (Q new) Extracted as (X min ).

도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면, 먼저 예비 작업 공간 노드 중 어느 하나가 추출된다(S120). 여기서, 예비 작업 공간 노드의 등록시에는 노드의 깊이 순서로 정렬되어 등록되고, 정렬 순서대로 추출되는 것을 예로 한다. 도 7의 (a)에서는 C1, C2 순으로 등록되어, C1이 먼저 추출된다.5 and 6, one of the preliminary workspace nodes is first extracted (S120). Here, in the case of registering the preliminary workspace node, the nodes are sorted and registered in the depth order of the nodes and extracted in the sorting order. In FIG. 7A, C 1 and C 2 are registered in order, and C 1 is extracted first.

그런 다음, 추출된 예비 작업 공간 노드와 신규 작업 공간 노드(Qnew)를 이용하여 S131 단계 내지 S136 단계, S140 단계 및 S137 단계를 수행하게 되는데, S131 단계 내지 S137 단계는 도 4의 S41 단계 내지 S47 단계에 대응한다.Then, steps S131 to S136, S140, and S137 are performed using the extracted preliminary workspace node and the new workspace node Q new , and the steps S131 to S137 are S41 to S47 of FIG. 4. Corresponds to the step.

보다 구체적으로 설명하면, 신규 작업 공간 노드(Qnew)의 부모 노드에 대응하는 적어도 하나의 상태 노드와, 신규 작업 공간 노드(Qnew)에 대응하는 상태 노드가 상태 트리(TX)로부터 추출되어 재연결 후보 상태 노드로 등록된다(S121). 그런 다음, 재연결 후보 상태 노드 중 어느 하나가 추출된다(S131). 여기서, 추출된 재연결 후보 상태 노드는 Xcur로 할당된다.More specifically, the extract from at least one of the node and the status tree (TX) state node corresponding to the new workspace node (Q new) corresponding to the parent node of the new workspace node (Q new) material It is registered as a connection candidate status node (S121). Then, any one of the reconnection candidate state nodes is extracted (S131). Here, the extracted reconnection candidate state node is allocated to X cur .

그런 다음, 추출된 재연결 후보 상태 노드(Xcur)와 신규 작업 공간 노드(Qnew)를 궤적 생성 알고리즘에 적용하여 궤적 생성 알고리즘을 수행한다(S132). 궤적 생성 알고리즘의 수행을 통해 재연결 후보 상태 노드(Xcur)에 대한 재연결 후보 신규 상태 노드(Xcand), 재연결 후보 경로 비용(costcur), 그리고 재연결 후보 상태 노드(Xcur)와의 거리(ercur)가 출력된다(S133).Thereafter, the extracted reconnection candidate state node X cur and the new workspace node Q new are applied to the trajectory generation algorithm to perform the trajectory generation algorithm (S132). By performing the trajectory generation algorithm, the reconnection candidate new state node (X cand ) for the reconnection candidate state node (X cur ), the reconnection candidate path cost (cost cur ), and the reconnection candidate state node (X cur ) The distance e rcur is output (S133).

현재의 재연결 후보 상태 노드(Xcur)에 대해 재연결 후보 신규 상태 노드(Xcand), 재연결 후보 경로 비용(costcur), 그리고 재연결 후보 상태 노드(Xcur)와의 거리(ercur)가 출력되면, S134 단계에서 재연결 후보 경로 비용(costcur)이 등록된 기준 경로 비용(cost)보다 작은지, 그리고 거리(ercur)가 오차 범위(er) 내에 위치하는지 여부를 판단한다.Distance to the reconnection candidate new state node (X cand), reconnection candidate path cost (cost cur), and the reconnection candidate state node (X cur) for the current reconnection candidate state node (X cur) of (e rcur) If is output, it is determined in step S134 whether the reconnection candidate path cost (cost cur ) is less than the registered reference path cost (cost), and whether the distance (e rcur ) is located within the error range (e r ).

여기서, 초기의 기준 경로 비용(cost)은 기존 경로의 비용이 되며, 후술할 S135의 갱신 과정을 통해 재연결 후보 상태 노드(Xcur)의 재연결 후보 경로 비용(costcur)으로 갱신함으로써, 최소의 경로 비용을 갖는 최소 비용 상태 노드(Xmin)를 추출하게 된다.Here, the reference path cost (cost) of the initial is the cost of the existing route, by using the update process of S135 will be described later updates the reconnection candidate path cost (cost cur) of the reconnection candidate state node (X cur), at least It extracts the minimum cost state node (X min ) having a path cost of.

또한, 후보 신규 상태 노드(Xcand)가 기 설정된 오차 범위(er) 내에 위치하지 않는 경우에도, 해당 재연결 후보 상태 노드(Xcur)의 최소 비용 상태 노드(Xmin)의 후보에서 제외시키게 된다.In addition, even when the candidate new state node X cand is not located within the preset error range er, the candidate new state node X cand is excluded from the candidate of the minimum cost state node X min of the corresponding reconnection candidate state node X cur . .

한편, S134 단계의 조건을 만족하게 되면, 해당 재연결 후보 상태 노드(Xcur)는 최소 비용 상태 노드(Xmin)의 후보가 되고, 다른 재연결 후보 상태 노드와의 비교를 위해 S135 단계의 갱신 과정이 수행된다. 갱신 과정에서는 재연결 후보 신규 상태 노드(Xcand)가 재연결 신규 상태 노드(Xnew)로 갱신되고, 재연결 후보 경로 비용(costcur)이 기준 경로 비용(cost)로 갱신되고, 재연결 후보 상태 노드(Xcur)가 최소 비용 상태 노드(Xmin)로 갱신된다(S135).On the other hand, if the condition of step S134 is satisfied, the corresponding reconnection candidate state node X cur becomes a candidate of the least cost state node X min , and the update of step S135 is performed for comparison with other reconnection candidate state nodes. The process is carried out. In the update process, the reconnection candidate new state node (X cand ) is updated to the reconnection new state node (X new ), the reconnection candidate path cost (cost cur ) is updated to the reference path cost, and the reconnection candidate is The state node X cur is updated to the minimum cost state node X min (S135).

그런 다음, 재연결 후보 상태 노드가 존재하는지 검사한 후(S46), 재연결 후보 상태 노드가 존재하는 경우 새로운 재연결 후보 상태 노드를 추출하여 S131 단계 내지 S135 단계를 수행하게 된다. 이 때 새로운 재연결 후보 상태 노드는 S135 단계에서 갱신된 값들과의 비교를 통해 수행된다.Then, after checking whether a reconnection candidate state node exists (S46), if there is a reconnection candidate state node, a new reconnection candidate state node is extracted to perform steps S131 to S135. At this time, the new reconnection candidate state node is performed through comparison with the values updated in step S135.

상기 과정을 모든 재연결 후보 상태 노드에 대해 수행하게 되면, 도 6의 S140 단계에서 예비 작업 공간 노드가 존재하는지 여부를 검사한다. 그리고, S140 단계에서 예비 작업 공간 노드가 존재하는 경우, 상술한 S120 단계 이후의 단계를 수행하게 되며, 상기와 같은 과정을 통해 모든 예비 작업 공간 노드에 대한 경로 비용의 산출 과정을 통해 최종적으로 S135 단계에서 갱신된 최소 비용 상태 노드(Xmin)와 이에 대응하는 재연결 신규 상태 노드(Xnew)가 추출된다(S137).If the above process is performed for all reconnection candidate state nodes, it is checked in step S140 of FIG. 6 whether a preliminary workspace node exists. When the preliminary workspace node exists in step S140, the process after step S120 described above is performed, and finally, step S135 through the process of calculating path costs for all the preliminary workspace nodes through the above process. The updated minimum cost state node X min and corresponding reconnect new state node X new are extracted at step S137.

상기와 같은 과정을 통해, 재연결 신규 상태 노드(Xnew), 최소 비용 상태 노드(Xmin), 재연결 신규 상태 노드(Xnew)에 대응하는 예비 작업 공간 노드 즉, 최소 비용 작업 공간 노드를 이용하여 재연결을 진행한다.Through the above process, a preliminary workspace node corresponding to the reconnect new state node X new , the minimum cost state node X min , and the reconnect new state node X new , that is, the minimum cost workspace node Proceed with reconnection.

즉, 작업 공간 노드의 연결(S150)을 위해 신규 작업 공간 노드(Qnew)와 최소 비용 작업 공간 노드가 연결된다. 또한, 상태 노드의 연결(S60)을 위해 최소 비용 상태 노드(Xmin)와 최소 비용 작업 공간 노드에 대응하는 상태 노드, 즉, 재연결 신규 상태 노드(Xnew)가 연결된다.That is, the new workspace node Q new and the minimum cost workspace node are connected to connect the workspace nodes S150. In addition, the minimum cost state node X min and the state node corresponding to the minimum cost workspace node, that is, the reconnection new state node X new , are connected for the connection S60 of the state node.

그리고, 도 7의 (c)에 도시된 바와 같이, 재연결 신규 상태 노드(Xnew)가 최소 비용 상태 노드(Xmin)에 연결됨에 따라, 재연결 신규 상태 노드(Xnew)의 부모 노드 및 자식 노드가 연결(S170)됨으로써 재연결 과정이 종료된다.And, as shown in (c) of FIG. 7, as the reconnect new state node X new is connected to the minimum cost state node X min , the parent node of the reconnect new state node X new and As the child node is connected (S170), the reconnection process is terminated.

이하에서는, 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 이동 로봇의 궤적 계획 방법에서 장애물에 의해 차단되는 노드의 처리와 관련하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to Figure 8 will be described in detail with respect to the processing of the node blocked by the obstacle in the trajectory planning method of the mobile robot according to the present invention.

먼저, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 장애물 등에 의해 이동 로봇의 주행을 불가능한 상황이 발생하게 되면, 주행 불능 작업 공간 노드를 검출한다. 그리고, 주행 불능 작업 공간 노드를 작업 공간 트리(TC)에서 삭제한다.First, as illustrated in FIG. 8A, when a situation in which the mobile robot cannot travel due to an obstacle or the like occurs, the non-travelable work space node is detected. Then, the non-driving workspace node is deleted from the workspace tree TC.

이 때, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 주행 불능 작업 공간 노드의 삭제에 따라 고아 작업 노드가 발생하게 되면, 해당 고아 작업 노드는, 도 8의 (c)에 도시된 바와 같, 해당 상태 노드의 부모 노드에 해당하는 작업 공간 트리(TC)와 연결된다.At this time, as shown in (b) of FIG. 8, if an orphan work node occurs due to deletion of the non-driving workspace node, the orphan work node is as shown in (c) of FIG. 8, It is associated with the workspace tree (TC) that corresponds to the parent node of that state node.

이를 통해, 보다 많은 궤도를 유지할 수 있게 되어, 이동 로봇의 궤적 추종 과정에서 발생하는 다른 충돌이나 이동의 장애 요소 발생시 새로운 궤적을 보다 폭넓게 생성할 수 있게 된다.Through this, more trajectories can be maintained, and new trajectories can be generated more widely when other collisions or obstacles that occur during the trajectory tracking of the mobile robot occur.

한편, 도 9는 본 발명에 따른 이동 로봇의 궤적 계획 방법에서 신규 상태 루프 노드에 의한 브랜칭 과정 및 분할 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 9의 (a)는 신규 상태 루프 노드가 선택되는 것을 나타낸 도면이고, 도 9의 (b)는 상태 트리(TX)와 작업 공간 트리(TC)의 프루닝(pruning) 결과를 나타낸 도면이고, 도 9의 (c)는 고아 노드의 에지가 연결되고 루프 궤적이 정해진 길이(constant length)를 따라 분열되는 것을 나타낸 도면이다.Meanwhile, FIG. 9 is a diagram illustrating a branching process and a splitting process by a new state loop node in a trajectory planning method of a mobile robot according to the present invention. FIG. 9A is a diagram illustrating a selection of a new state loop node, and FIG. 9B is a diagram illustrating a pruning result of the state tree TX and the workspace tree TC. 9 (c) is a view showing that the edge of the orphan node is connected and the loop trajectory is divided along a constant length.

타겟 상태로부터 시작되지 않는 실행 불가능한 작업 공간 노드는 삭제된다 여기서, 분할 과정을 통해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. 첫째, 타겟 궤적이 충분히 짧은 실행 시간과 길이를 갖도록 한다. 둘째, 궤도가 너무 길 경우, 중재 노드(intermediate node)를 생성할 수 있게 된다.Non-executable workspace nodes that do not start from the target state are deleted. Here, the partitioning process has the following effects. First, make sure that the target trajectory has a sufficiently short execution time and length. Second, if the trajectory is too long, it is possible to create an intermediate node.

이하에서는, 도 10은 본 발명에 따른 이동 로봇의 궤적 계획 방법의 효과에 대해 설명하기 위한 시뮬레이션의 예를 나타낸 도면이다. 도 10의 (a)는 기존의 RRT 기법에 의해 생성된 궤적이고, 도 10의 (b)는 본 발명에 따른 이동 로봇의 궤적 계획 방법에 의해 생성된 궤적이다. 도 10을 통해 확인할 수 있듯이, 본 발명에 따른 이동 로봇의 궤적 기법은 기존의 RRT에 비하여 최적 경로를 찾는데 효과적임을 확인할 수 있다.10 is a view showing an example of a simulation for explaining the effect of the trajectory planning method of a mobile robot according to the present invention. 10 (a) is a trajectory generated by the existing RRT technique, Figure 10 (b) is a trajectory generated by the trajectory planning method of the mobile robot according to the present invention. As can be seen through Figure 10, it can be confirmed that the trajectory technique of the mobile robot according to the present invention is more effective to find the optimal path than the conventional RRT.

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. 발명의 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 invention will be determined by the appended claims and their equivalents.

100 : 나권형 막 모듈 100: spiral wound membrane module

Claims (10)

(a) 작업 공간 상에서 임의의 신규 포인트를 샘플링하는 단계와;
(b) 상기 신규 포인트에 대응하는 신규 작업 공간 노드와, 상기 신규 포인트에 인접한 인접 작업 공간 노드를 추출하는 단계와;
(c) 상기 인접 작업 공간 노드의 부모 노드에 대응하는 적어도 하나의 상태 노드와 상기 인접 작업 공간 노드에 대응하는 상태 노드를 상태 트리로부터 추출하여 후보 상태 노드로 등록하는 단계와;
(d) 상기 후보 상태 노드와 상기 신규 포인트 간의 경로 비용을 포함한 후보 경로 비용을 산출하여, 상기 후보 상태 노드 중 최소의 상기 후보 경로 비용을 갖는 후보 상태 노드를 최소 비용 부모 상태 노드로 추출하는 단계와;
(e) 상기 신규 작업 공간 노드와 상기 인접 작업 공간 노드를 상기 작업 공간 트리에 등록하고, 상기 최소 비용 부모 상태 노드와 상기 신규 작업 공간 노드에 대응하는 신규 상태 노드를 각각 부모 노드 및 자식 노드로 상기 상태 트리에 등록하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 RRT 기반의 듀얼 트리 구조를 이용한 이동 로봇의 궤적 계획 방법.
(a) sampling any new points on the workspace;
(b) extracting a new workspace node corresponding to the new point and an adjacent workspace node adjacent to the new point;
(c) extracting at least one state node corresponding to a parent node of the adjacent workspace node and a state node corresponding to the adjacent workspace node from a state tree and registering them as candidate state nodes;
(d) calculating a candidate path cost including a path cost between the candidate state node and the new point, and extracting a candidate state node having the minimum candidate path cost among the candidate state nodes as a minimum cost parent state node; ;
(e) registering the new workspace node and the adjacent workspace node in the workspace tree, and adding the minimum cost parent state node and the new state node corresponding to the new workspace node as parent and child nodes, respectively. Trajectory planning method of a mobile robot using the RRT-based dual tree structure, comprising the step of registering in the state tree.
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계에서는 기 등록된 궤적 생성 알고리즘에 기초하여 상기 후보 상태 노드와 상기 신규 포인트 간의 상기 후보 경로 비용을 산출하는 것을 특징으로 하는 RRT 기반의 듀얼 트리 구조를 이용한 이동 로봇의 궤적 계획 방법.
The method of claim 1,
In step (d), the candidate path cost between the candidate state node and the new point is calculated based on a previously registered trajectory generation algorithm.
제2항에 있어서,
상기 후보 경로 비용은 상기 후보 상태 노드로부터 기 설정된 깊이의 부모 노드까지의 경로 비용이 포함되어 산출되는 것을 특징으로 하는 RRT 기반의 듀얼 트리 구조를 이용한 이동 로봇의 궤적 계획 방법.
3. The method of claim 2,
The candidate path cost is calculated by including a path cost from the candidate state node to a parent node of a predetermined depth, using the RRT-based dual tree structure.
제3항에 있어서,
상기 (d) 단계는
(d1) 상기 각 후보 상태 노드와 상기 신규 포인트를 상기 궤적 생성 알고리즘에 적용하여 상기 각 후보 상태 노드에 대한 후보 신규 상태 노드를 추출하고, 상기 각 후보 상태 노드와 상기 신규 포인트 간의 상기 후보 경로 비용을 산출하는 단계와,
(d2) 상기 후보 상태 노드 중 최소의 상기 후보 경로 비용을 갖는 후보 상태 노드를 상기 최소 비용 부모 상태 노드로 추출하는 단계를 포함하며;
상기 최소 비용 부모 상태 노드에 대응하는 상기 후보 신규 상태 노드가 상기 신규 작업 공간 노드에 대응하는 상기 신규 상태 노드로 등록되는 것을 특징으로 하는 RRT 기반의 듀얼 트리 구조를 이용한 이동 로봇의 궤적 계획 방법.
The method of claim 3,
The step (d)
(d1) extracting candidate new state nodes for each candidate state node by applying each candidate state node and the new point to the trajectory generation algorithm, and calculating the candidate path cost between each candidate state node and the new point. Calculating step,
(d2) extracting candidate state nodes having the least of the candidate path costs among the candidate state nodes as the minimum cost parent state node;
And the candidate new state node corresponding to the minimum cost parent state node is registered as the new state node corresponding to the new workspace node.
제4항에 있어서,
상기 (d2) 단계에서 상기 후보 신규 상태 노드가 상기 신규 포인트를 중심으로 기 설정된 오차 범위 내에 위치하지 않는 경우, 해당 후보 상태 노드는 상기 최소 비용 부모 상태 노드의 후보에서 제외되는 것을 특징으로 하는 RRT 기반의 듀얼 트리 구조를 이용한 이동 로봇의 궤적 계획 방법.
5. The method of claim 4,
In the step (d2), if the candidate new state node is not located within a preset error range around the new point, the candidate state node is excluded from the candidate of the least cost parent state node. Trajectory Planning Method of Mobile Robot Using Dual Tree Structure
제1항에 있어서,
(f) 상기 신규 작업 공간 노드와 상기 신규 상태 노드에 기초하여 노드를 재연결하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RRT 기반의 듀얼 트리 구조를 이용한 이동 로봇의 궤적 계획 방법.
The method of claim 1,
and (f) reconnecting nodes based on the new workspace node and the new state node.
제6항에 있어서,
상기 (f) 단계는
(f1) 상기 신규 작업 공간 노드를 중심으로 기 설정된 경계 범위 내의 복수의 작업 공간 노드 각각이 예비 작업 공간 노드로 등록되는 단계와;
(f2) 상기 신규 작업 공간 노드로부터 상기 각 예비 작업 공간 노드로의 확장을 통해, 상기 복수의 예비 작업 공간 노드 중 최소의 경로 비용을 형성하는 어느 하나가 최소 비용 작업 공간 노드로 추출되고, 상기 신규 작업 공간 노드에 대응하는 상태 노드와 상기 신규 작업 공간 노드의 부모 노드에 대응하는 적어도 하나의 상태 노드 중 최소의 경로 비용을 형성하는 어느 하나가 최소 비용 상태 노드로 추출되는 단계와;
(f3) 상기 신규 작업 공간 노드와 상기 최소 비용 작업 공간 노드와 연결하는 단계와;
(f4) 상기 최소 비용 상태 노드와 상기 최소 비용 작업 공간 노드에 대응하는 상태 노드를 연결하는 단계와;
(f5) 상기 최소 비용 상태 노드와 연결된 상태 노드의 부모 상태 노드와 자식 상태 노드를 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 RRT 기반의 듀얼 트리 구조를 이용한 이동 로봇의 궤적 계획 방법.
The method according to claim 6,
The step (f)
(f1) registering each of the plurality of workspace nodes within a predetermined boundary around the new workspace node as a preliminary workspace node;
(f2) From the new workspace node to each of the spare workspace nodes, one of the plurality of spare workspace nodes that forms the minimum path cost is extracted to the least cost workspace node, and the new Extracting, as a minimum cost state node, one of a state node corresponding to a workspace node and at least one state node corresponding to a parent node of the new workspace node to form a minimum path cost;
(f3) connecting with the new workspace node and the least cost workspace node;
(f4) connecting the minimum cost state node and a state node corresponding to the minimum cost workspace node;
and (f5) connecting the parent state node and the child state node of the state node connected with the least cost state node. The trajectory planning method of the mobile robot using the RRT-based dual tree structure.
제7항에 있어서,
상기 (f1) 단계에서 상기 신규 작업 공간 노드의 부모 노드는 상기 예비 작업 공간 노드의 추출에서 제외되는 것을 특징으로 하는 RRT 기반의 듀얼 트리 구조를 이용한 이동 로봇의 궤적 계획 방법.
The method of claim 7, wherein
In step (f1), the parent node of the new workspace node is excluded from the extraction of the preliminary workspace node. The trajectory planning method of the mobile robot using the RRT-based dual tree structure.
제8항에 있어서,
상기 (f2) 단계는
(f21) 상기 복수의 예비 작업 공간 노드 중 어느 하나를 추출하는 단계와,
(f22) 상기 신규 작업 공간 노드의 부모 노드에 대응하는 적어도 하나의 상태 노드와, 상기 신규 작업 공간 노드에 대응하는 상태 노드가 상태 트리로부터 추출되어 재연결 후보 상태 노드로 등록되는 단계와,
(f23) 상기 각 재연결 후보 상태 노드와 상기 추출된 예비 작업 공간 노드를 기 설정된 궤적 생성 알고리즘에 적용하여 상기 각 재연결 후보 상태 노드에 대한 재연결 후보 신규 상태 노드를 추출하고, 상기 각 재연결 후보 상태 노드와 상기 신규 작업 공간 노드에 대응하는 상태 노드 간의 재연결 후보 경로 비용을 산출하는 단계와,
(f24) 상기 재연결 후보 상태 노드 중 최소의 재연결 후보 경로 비용을 갖는 어느 하나를 상기 최소 비용 상태 노드로 추출하는 단계를 포함하며;
상기 각 예비 작업 공간 노드에 대해 상기 (f21) 단계 내지 (f24) 단계를 수행하여, 상기 최소 비용 작업 공간 노드 및 상기 최소 비용 상태 노드를 추출하는 것을 특징으로 하는 RRT 기반의 듀얼 트리 구조를 이용한 이동 로봇의 궤적 계획 방법.
9. The method of claim 8,
Step (f2) is
(f21) extracting any one of the plurality of preliminary workspace nodes;
(f22) at least one state node corresponding to a parent node of the new workspace node and a state node corresponding to the new workspace node are extracted from a state tree and registered as a reconnection candidate state node;
(f23) extracting reconnection candidate new state nodes for each reconnection candidate state node by applying each reconnection candidate state node and the extracted preliminary workspace node to a preset trajectory generation algorithm, and reconnecting each reconnection candidate state node. Calculating a reconnection candidate path cost between a candidate state node and a state node corresponding to the new workspace node;
(f24) extracting any one of the reconnection candidate state nodes having the least reconnection candidate path cost to the minimum cost state node;
Moving using the RRT-based dual tree structure, performing steps (f21) to (f24) for each preliminary workspace node to extract the minimum cost workspace node and the minimum cost state node. How to plan the trajectory of the robot.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
(h1) 상기 이동 로봇의 주행을 불가능하게 하는 주행 불능 작업 공간 노드를 검출하는 단계와;
(h2) 상기 주행 불능 작업 공간 노드를 삭제하는 단계와;
(h3) 상기 주행 불능 작업 공간 노드의 삭제에 따라 발생하는 고아 작업 공간 노드를 해당 고아 작업 공간 노드에 대응하는 상태 노드의 부모 노드에 해당하는 작업 공간 트리에 연결하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RRT 기반의 듀얼 트리 구조를 이용한 이동 로봇의 궤적 계획 방법.
10. The method according to any one of claims 1 to 9,
(h1) detecting a non-travelable workspace node which makes the mobile robot unable to travel;
(h2) deleting the non-working workspace node;
(h3) further comprising connecting an orphaned workspace node resulting from deletion of the non-driving workspace node to a workspace tree corresponding to a parent node of a state node corresponding to the corresponding orphaned workspace node; Trajectory planning method of mobile robot using RRT-based dual tree structure.
KR1020120146309A 2012-12-14 2012-12-14 Trajectory planning method for mobile robot using dual tree structure based on rrt KR101339480B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120146309A KR101339480B1 (en) 2012-12-14 2012-12-14 Trajectory planning method for mobile robot using dual tree structure based on rrt

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120146309A KR101339480B1 (en) 2012-12-14 2012-12-14 Trajectory planning method for mobile robot using dual tree structure based on rrt

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101339480B1 true KR101339480B1 (en) 2013-12-10

Family

ID=49987879

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120146309A KR101339480B1 (en) 2012-12-14 2012-12-14 Trajectory planning method for mobile robot using dual tree structure based on rrt

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101339480B1 (en)

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015167220A1 (en) * 2014-05-02 2015-11-05 한화테크윈 주식회사 Device for planning path of mobile robot and method for planning path of mobile robot
KR101807370B1 (en) 2015-12-16 2018-01-18 한양대학교 산학협력단 Method and device for planning path of mobile robot
KR20180078808A (en) * 2016-12-30 2018-07-10 한국생산기술연구원 Mobile robot and method for planing path of mobile robot considering driving environment
US10054447B2 (en) 2016-08-17 2018-08-21 Sharp Laboratories Of America, Inc. Lazier graph-based path planning for autonomous navigation
KR20180093934A (en) * 2015-12-15 2018-08-22 퀄컴 인코포레이티드 Autonomous visual navigation
CN108803627A (en) * 2018-08-20 2018-11-13 国网福建省电力有限公司 A kind of crusing robot paths planning method suitable for substation's cubicle switch room
CN110083165A (en) * 2019-05-21 2019-08-02 大连大学 A kind of robot paths planning method under complicated narrow environment
KR102049962B1 (en) * 2019-04-17 2019-11-28 주식회사 트위니 Sampling based optimal tree planning method and recording medium storing program for executing the same, and computer program stored in recording medium for executing the same
CN111338334A (en) * 2019-10-25 2020-06-26 常州信息职业技术学院 Assembly path planning method based on multi-factor cost guidance in virtual assembly simulation
CN112356033A (en) * 2020-11-09 2021-02-12 中国矿业大学 Mechanical arm path planning method integrating low-difference sequence and RRT algorithm
CN112650256A (en) * 2020-12-30 2021-04-13 河南大学 Improved bidirectional RRT robot path planning method
CN112987799A (en) * 2021-04-16 2021-06-18 电子科技大学 Unmanned aerial vehicle path planning method based on improved RRT algorithm
CN113485363A (en) * 2021-08-02 2021-10-08 安徽理工大学 Multi-step long path planning method for coal mine underground robot based on membrane calculation and RRT (remote distance transform)
CN114593744A (en) * 2022-03-04 2022-06-07 河北工业大学 Improved RRT path planning method based on pathfinder algorithm
KR20220146726A (en) * 2021-04-23 2022-11-02 한국전자기술연구원 Travel planning device and method, mobile robot applying the same
WO2023090653A1 (en) * 2021-11-16 2023-05-25 동국대학교 산학협력단 Sampling-based path planning device and method using trigonometric inequalities
US11846948B2 (en) 2021-10-08 2023-12-19 Hyundai Motor Company Path planning apparatus of robot and method thereof
CN114593744B (en) * 2022-03-04 2024-04-26 河北工业大学 Improved RRT path planning method based on path finder algorithm

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110048330A (en) * 2009-11-02 2011-05-11 삼성전자주식회사 Path planning apparatus of robot and method thereof
JP2011230212A (en) 2010-04-26 2011-11-17 Honda Motor Co Ltd Robot, control system, and control program
JP2012128585A (en) 2010-12-14 2012-07-05 Honda Motor Co Ltd Mobile device, robot, and control system for the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110048330A (en) * 2009-11-02 2011-05-11 삼성전자주식회사 Path planning apparatus of robot and method thereof
JP2011230212A (en) 2010-04-26 2011-11-17 Honda Motor Co Ltd Robot, control system, and control program
JP2012128585A (en) 2010-12-14 2012-07-05 Honda Motor Co Ltd Mobile device, robot, and control system for the same

Cited By (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015167220A1 (en) * 2014-05-02 2015-11-05 한화테크윈 주식회사 Device for planning path of mobile robot and method for planning path of mobile robot
US10369695B2 (en) 2014-05-02 2019-08-06 Hanwha Defense Co., Ltd. Device for planning path of mobile robot and method for planning path of mobile robot
KR20180093934A (en) * 2015-12-15 2018-08-22 퀄컴 인코포레이티드 Autonomous visual navigation
KR102226350B1 (en) * 2015-12-15 2021-03-12 퀄컴 인코포레이티드 Autonomous visual navigation
KR101807370B1 (en) 2015-12-16 2018-01-18 한양대학교 산학협력단 Method and device for planning path of mobile robot
US10054447B2 (en) 2016-08-17 2018-08-21 Sharp Laboratories Of America, Inc. Lazier graph-based path planning for autonomous navigation
KR20180078808A (en) * 2016-12-30 2018-07-10 한국생산기술연구원 Mobile robot and method for planing path of mobile robot considering driving environment
KR101898190B1 (en) 2016-12-30 2018-09-12 한국생산기술연구원 Mobile robot and method for planing path of mobile robot considering driving environment
CN108803627A (en) * 2018-08-20 2018-11-13 国网福建省电力有限公司 A kind of crusing robot paths planning method suitable for substation's cubicle switch room
WO2020213829A1 (en) * 2019-04-17 2020-10-22 주식회사 트위니 Path planning method using sampling-based optimal tree, recording medium storing program for implementing same, and computer program stored in medium to implement same
KR102049962B1 (en) * 2019-04-17 2019-11-28 주식회사 트위니 Sampling based optimal tree planning method and recording medium storing program for executing the same, and computer program stored in recording medium for executing the same
CN110083165B (en) * 2019-05-21 2022-03-08 大连大学 Path planning method of robot in complex narrow environment
CN110083165A (en) * 2019-05-21 2019-08-02 大连大学 A kind of robot paths planning method under complicated narrow environment
CN111338334A (en) * 2019-10-25 2020-06-26 常州信息职业技术学院 Assembly path planning method based on multi-factor cost guidance in virtual assembly simulation
CN112356033A (en) * 2020-11-09 2021-02-12 中国矿业大学 Mechanical arm path planning method integrating low-difference sequence and RRT algorithm
CN112356033B (en) * 2020-11-09 2021-09-10 中国矿业大学 Mechanical arm path planning method integrating low-difference sequence and RRT algorithm
CN112650256A (en) * 2020-12-30 2021-04-13 河南大学 Improved bidirectional RRT robot path planning method
CN112987799A (en) * 2021-04-16 2021-06-18 电子科技大学 Unmanned aerial vehicle path planning method based on improved RRT algorithm
CN112987799B (en) * 2021-04-16 2022-04-05 电子科技大学 Unmanned aerial vehicle path planning method based on improved RRT algorithm
KR20220146726A (en) * 2021-04-23 2022-11-02 한국전자기술연구원 Travel planning device and method, mobile robot applying the same
KR102572336B1 (en) * 2021-04-23 2023-08-30 한국전자기술연구원 Travel planning device and method, mobile robot applying the same
CN113485363A (en) * 2021-08-02 2021-10-08 安徽理工大学 Multi-step long path planning method for coal mine underground robot based on membrane calculation and RRT (remote distance transform)
CN113485363B (en) * 2021-08-02 2024-02-20 安徽理工大学 Coal mine underground robot multi-step long path planning method based on membrane calculation and RRT
US11846948B2 (en) 2021-10-08 2023-12-19 Hyundai Motor Company Path planning apparatus of robot and method thereof
WO2023090653A1 (en) * 2021-11-16 2023-05-25 동국대학교 산학협력단 Sampling-based path planning device and method using trigonometric inequalities
CN114593744A (en) * 2022-03-04 2022-06-07 河北工业大学 Improved RRT path planning method based on pathfinder algorithm
CN114593744B (en) * 2022-03-04 2024-04-26 河北工业大学 Improved RRT path planning method based on path finder algorithm

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101339480B1 (en) Trajectory planning method for mobile robot using dual tree structure based on rrt
Qin et al. Autonomous exploration and mapping system using heterogeneous UAVs and UGVs in GPS-denied environments
CN107168305B (en) Bezier and VFH-based unmanned vehicle track planning method under intersection scene
Moon et al. Kinodynamic planner dual-tree RRT (DT-RRT) for two-wheeled mobile robots using the rapidly exploring random tree
Chitsaz et al. Time-optimal paths for a Dubins airplane
Dong et al. Real-time avoidance strategy of dynamic obstacles via half model-free detection and tracking with 2d lidar for mobile robots
Lee et al. Real: Rapid exploration with active loop-closing toward large-scale 3d mapping using uavs
Spurny et al. Cooperative transport of large objects by a pair of unmanned aerial systems using sampling-based motion planning
CN114610066A (en) Method for generating formation flight tracks of distributed cluster unmanned aerial vehicles in complex unknown environment
Li et al. A behavior-based mobile robot navigation method with deep reinforcement learning
CN115033016B (en) Heterogeneous unmanned cluster formation obstacle avoidance method and system
Yang et al. FAR planner: Fast, attemptable route planner using dynamic visibility update
CN114355981A (en) Method and system for self-exploring and map building of quad-rotor unmanned aerial vehicle
Chen et al. Collision-free UAV navigation with a monocular camera using deep reinforcement learning
CN112650306A (en) Unmanned aerial vehicle motion planning method based on dynamics RRT
Choi et al. Online 3D coverage path planning using surface vector
Khare et al. Predictive optimal collision avoidance for a swarm of fixed-wing aircraft in 3D space
Fareh et al. A vision-based kinematic tracking control system using enhanced-PRM for differential wheeled mobile robot
Wang et al. Path planning for nonholonomic multiple mobile robot system with applications to robotic autonomous luggage trolley collection at airports
Deng et al. Multi-robot dynamic formation path planning with improved polyclonal artificial immune algorithm
Hota et al. Optimal trajectory generation for convergence to a rectilinear path
Cocaud et al. Environment mapping using probabilistic quadtree for the guidance and control of autonomous mobile robots
Li et al. Sampling-based path planning and model predictive image-based visual servoing for quadrotor UAVs
CN111176324B (en) Method for avoiding dynamic obstacle by multi-unmanned aerial vehicle distributed collaborative formation
CN114840001A (en) Multi-vehicle collaborative track planning method in closed environment

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160928

Year of fee payment: 4