KR101408075B1 - 다중 로봇 시스템 및 다중 로봇 시스템 제어 방법 - Google Patents

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박원익
백인철
장혜민
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국방과학연구소
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Abstract

다중 로봇 시스템 및 다중 로봇 시스템 제어 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예들은, 각각 통신장치를 구비한 다중 로봇과, 각 통신장치를 통하여 상기 다중 로봇간에 통신을 수행하기 위한 경로를 제공하는 네트워크와, 상기 네트워크를 통해 상기 다중 로봇과 연결되고, 상기 다중 로봇의 상태를 감시하여 적어도 하나의 임무가 상기 다중 로봇에 최적으로 할당되도록 상기 다중 로봇을 원격 제어 및 관리하는 관제 서버를 포함한다. 상기 관제 서버는, 임무를 수행하는데 소요되는 시간과 상기 임무를 구성하는 각 과업의 특성을 고려하여 상기 다중 로봇에 과업을 최적으로 할당하고, 상기 각 과업을 할당받은 로봇의 상태 변화와 상기 각 과업과 관련된 상황 변화를 실시간 감시하고, 상기 감시 결과 임무 계획의 불일치 또는 돌발 상황 발생하면, 해당 로봇을 해당 과업과 관련된 위치로 미리 이동시키거나 해당 과업을 수행하기 위해 다른 로봇에 협업을 요청하는 것을 특징으로 한다.

Description

다중 로봇 시스템 및 다중 로봇 시스템 제어 방법{MULTI ROBOTS CONTROL SYSTEM AND METHOD OF CONTROL THE MULTI ROBOTS}
본 발명은 다중 로봇 시스템 및 다중 로봇 시스템 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 로봇의 과업 적합도를 고려하여 특정 임무가 다중 로봇에 최적으로 할당되도록 하기 위한 다중 로봇 시스템 및 다중 로봇 시스템 제어 방법에 관한 것이다.
로봇의 운용은 근접제어, 원격통제, 자율 등 다양한 방법에 의하여 가능하다. 특히, 무인로봇을 자율제어하기 위해서는 운용자의 개입을 최소화하면서 지속적으로 임무를 수행할 것이 요구되며, 이는 임무를 계획화하는 것에 의하여 이루어질 수 있다.
이와 같은 무인로봇이 시ㆍ공간적으로 지속적인 다중 임무를 수행하도록 하기 위해서 운용자의 개입이 빈번히 발생하여 왔다. 그런데, 무인로봇을 운용함에 있어서 필요한 경우, 다중 로봇을 동시에 운용하여야 할 상황이 발생하며, 필요시 운용 목적의 달성과 그 운용효과를 증대시키기 위하여, 운용자의 개입을 최소화하고 다중 로봇들에 임무의 할당 및 수행을 자동화할 필요도 있다. 이때, 다중 로봇들에서 각각의 로봇은 다른 로봇과 상관없이 독립적인 임무를 수행하기도 하지만, 실제로는 다중 로봇들이 동시에/통합적으로 운용해야하는 경우가 많다.
구체적으로, 다중 로봇을 운용하는 경우, 운용자가 실시간적으로 다중로봇들의 임무를 감시하고 필요시에는 할당된 임무를 수정/변경해야 할 경우가 빈번히 발생한다. 따라서, 운용자가 각종 상황이나 로봇들의 상태 변화, 임무환경의 변동 등과 같은 것을 모두 인식/판단하여 로봇들의 임무를 효과적으로 관리한다는 것은 쉽지 않고, 제한이 많다.
특히, 운용자가 개입할 수 있는 여건이 되지 않거나 또는 운용자가 개입하더라도 적정 수준 이상의 다중 로봇들에 임무를 할당해야하거나 관리가 필요한 경우라면 이와 같은 자동화의 필요성이 더욱 절실하다.
예를 들어, 여러 대의 로봇을 동시/통합적으로 운용하여 공동의 목표를 달성하고자 할 때에, 그 로봇들은 서로 유기적·협력적으로 운용될 필요가 있다. 이때, 무인로봇들이 수행해야 할 임무는 다른 로봇들이 수행해야할 임무와 시간적/공간적으로 서로 연관될 수 있고, 각각의 로봇의 상태가 다른 로봇들의 운용에 영향을 미치거나 최종의 임무 달성에 지장을 초래할 수 있다.
따라서, 다중의 무인로봇에 대하여 임무를 자동으로 할당 및 관리할 수 있도록 함으로써, 운용자 개입을 최소화하고 다중의 무인로봇의 운용효과를 증대시킬 수 있는 방안의 모색이 요구된다.
이에, 본 발명의 실시예들은, 다중 로봇에 의하여 특정 임무를 수행하도록 하는데 있어서, 특정 임무를 각 로봇의 과업 적합도를 고려하여 최적으로 할당하도록 한 다중 로봇 시스템 및 다중 로봇 시스템 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 다중 로봇 제어 시스템은, 각각 통신장치를 구비한 다중 로봇과; 상기 각 통신장치를 통하여 상기 다중 로봇간에 통신을 수행하기 위한 경로를 제공하는 네트워크와; 상기 네트워크를 통해 상기 다중 로봇과 연결되고, 상기 다중 로봇의 상태를 감시하여 적어도 하나의 임무가 상기 다중 로봇에 최적으로 할당되도록 상기 다중 로봇을 원격 제어 및 관리하는 관제 서버를 포함하고,
상기 관제 서버는, 상기 임무를 수행하는데 소요되는 시간과 상기 임무를 구성하는 각 과업의 특성을 고려하여 상기 다중 로봇에 각 과업을 할당하고, 상기 각 과업을 할당받은 로봇의 상태 변화와 상기 각 과업과 관련된 상황 변화를 실시간 감시하고, 상기 감시 결과 임무 계획의 불일치 또는 돌발 상황 발생하면, 해당 로봇을 해당 과업과 관련된 위치로 미리 이동시키거나 해당 과업을 수행하기 위해 다른 로봇에 협업을 요청하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 관제 서버는, 상기 다중 로봇으로부터 수신되는 표적의 정보와 운용자에 의해 입력된 정보에 근거하여 주변 상황을 인식하는 상황 인식 모듈과; 상기 다중 로봇으로부터 상태 정보를 실시간 수신하여 운용자의 개입여부를 판단하는 임무 관리 모듈과; 상기 임무 관리 모듈로부터 수신되는 정보에 근거하여, 상기 운용자로부터 입력받은 임무를 상기 다중 로봇에 최적으로 할당하기 위한 임무 계획 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 임무 계획 모듈은, 상기 임무 관리 모듈로부터 수신되는 정보가 변경된 것에 응답하여, 상기 입력받은 임무를 최적으로 할당하기 위한 임무 계획을 자동 변경하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 임무 관리 모듈은, 상기 로봇의 상태 정보와 상기 상황 인식 모듈에 의해 인식된 주변 상황의 변화에 근거하여, 상기 다중 로봇 각각에 대한 과업 적합도를 주기적으로 업데이트하여 상기 임무 계획 모듈에 제공하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 관제 서버는, 상기 네트워크를 통해, 특정 로봇에 할당된 임무를 과업의 단위로 분할하여 다른 로봇에 할당하기 위한 임무부하 협업과, 특정 로봇에 할당된 과업이 분할가능하고 분할에 의해 전체 임무의 수행시간이 단축가능한 경우 다른 로봇을 추가 할당하는 임무단축 협업과, 그리고 특정 과업에 대해 미리 적어도 하나의 예비 로봇을 할당하도록 하는 임무예비 협업 중 적어도 하나를 요청하는 제어명령을 상기 다중 로봇에 전달하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 다중 로봇 각각은 고유의 식별자를 포함하고, 상기 관제 서버로부터 전달되는 식별자 정보와 제어명령에 따라 주행가능하도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다중 로봇 제어 방법은, 적어도 하나의 임무를 수행하는데 소요되는 시간과 상기 임무를 구성하는 각 과업의 특성을 고려하여, 다중 로봇에 상기 각 과업을 최적으로 할당하기 위한 임무 계획을 수행하는 단계와; 상기 임무 계획에 따라 상기 다중 로봇에 적어도 하나의 과업을 할당하는 단계와; 상기 각 과업을 할당받은 로봇의 상태 변화와 상기 각 과업과 관련된 상황 변화를 실시간으로 감시하는 단계와; 상기 감시 결과 임무 계획의 불일치 또는 돌발 상황 발생하면, 각 과업을 할당받은 로봇을 해당 과업과 관련된 위치로 미리 이동시키거나 해당 과업을 완료하기 위해 다른 로봇에 협업을 요청하는 단계를 포함하여 이루어진다.
일 실시예에서, 상기 다른 로봇에 협업을 요청하는 단계는, 상기 과업을 할당받은 로봇의 현재 위치에서 다음에 수행해야 할 과업의 위치까지의 이동하는데 걸리는 시간이 기설정된 임계값을 초과하는 경우이면, 해당 로봇을 다음에 수행해야할 과업의 위치로 미리 이동하거나 다른 로봇을 상기 다음에 수행해야할 과업에 할당하는 단계인 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 다중 로봇 시스템 및 다중 로봇 시스템 제어 방법에 의하면, 다중 로봇에 의하여 특정 임무를 수행하도록 하는데 있어서, 특정 임무를 각 로봇의 과업 적합도를 고려하여 최적으로 할당하도록 함으로써, 다중 로봇의 운용효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다중 로봇 시스템 및 다중 로봇 시스템 제어 방법에 의하면, 임무 계획 단계에서 또는 임무 수행중에 로봇의 상태 및/또는 주변 상황의 변화에 따라서 다중 로봇에 대한 최적의 임무 할당을 다시 계획 또는 수행함으로써, 다중 로봇 상호간에 유기적/협력적 관계가 효과적으로 이루어질 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다중 로봇 시스템의 개략적인 구성을 보인 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다중 로봇 시스템 제어 방법의 과정을 보인 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라, 다중 로봇에 특정 임무를 최적으로 할당하기 위한 관제 서버의 세부적인 구성을 보인 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라, 다중 로봇 각각에 대한 과업 접합도의 예시 매트릭스이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 따라, 다중 로봇에 대해, 관제 서버로부터 수신되는 협업 요청의 예시들을 보인 도면들이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라, 로봇의 상태 변화 및/또는 과업과 관련된 상황 변화에 따른 임무 계획의 불일치 또는 돌발 상황의 발생 예시들을 보인 도면이다.
이하에서는, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 다중 로봇 시스템 및 다중 로봇 시스템 제어 방법에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명을 설명하는데 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략하는 것으로 한다.
한편, 본 명세서에서 개시된 과업은 운용자로부터 입력받은 임무를 구성하는 개개의 일 또는 태스크(task)로써, 특정 임무는 하나의 과업으로 이루어질 수도 있고, 임무와 과업이 동일한 개념으로 혼용될 수 있음을 미리 밝혀둔다.
공통의 목표를 달성을 위해 동시/통합적으로 운용되는 다중로봇에 대한 임무 계획, 임무 할당, 및 임무 관리를 최적으로 수행하기 위해서는 다중로봇에 대한 효과적인 임무계획 기술은 물론, 각종 상황변화에 적절히 대처하여 계획 대비 불일치가 발생한 경우 실시간적으로 임무를 관리하는 기술이 필요하다.
이를 위해, 본 발명에 따른 실시예에서는 실시간으로 변화하는 각종 상황 정보를 인식하고 그에 따라 다중로봇에 대한 임무를 최적으로 할당할 수 있도록 구현되었다.
먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 다중 로봇 시스템의 구성을 자세히 살펴본다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 다중 로봇 시스템 다중 로봇(100)과, 이들을 관리 및 제어하는 관제 서버(200)와, 각 로봇들(101, 102,.. 104)들과 상기 관제 서버(200)가 무선 통신하기 위한 경로를 제공하는 무선 네트워크(300)를 포함하여 이루어진다.
상기 다중 로봇(100) 각각(101, 102,.. 104)은 고유의 식별자(tag)로 구별될 수 있다. 또한, 각각의 로봇(101, 102,.. 104)은 다양한 센서와 센서를 통해 수집된 신호를 처리하는 MCU를 구비하여 각종 장애물을 회피하면서 자율 주행하도록 이루어진다. 또한, 각각의 로봇(101, 102,.. 104)은 네트워크(300)를 통해 다른 로봇들과 적어도 하나의 데이터를 주고받기 위하여 적어도 하나의 통신장치를 포함한다.
또한, 상기 다중 로봇(100) 각각(101, 102,.. 104)은 네트워크(300)를 통해 관제 서버(200)로부터 전달되는 식별 정보 및 제어명령에 따라 주행가능하도록 이루어진다.
무선 네트워크(300)는 각 로봇들(100)간에 그리고/또는 로봇(100)과 관제 서버(200)간에 무선 데이터 통신을 위한 경로를 제공한다. 한편, 다른 예에서는, 특정 로봇(100)이 구비된 통신장치에 의하여 무선 통신이 가능한 범위내에 존재하는 다른 로봇(100)과 실시간으로 애드-훅(Ad-hoc) 네트워크 방식으로 통신가능하다.
상기 관제 서버(200)는 이동하는 지휘차량에 설치되거나 또는 별도의 고정 시설내에 설치될 수 있다. 이와 같은, 관제 서버(200)는 상기 네트워크(300)를 통해 상기 다중 로봇(100)과 연결되고, 다중 로봇의 상태를 감시하여 적어도 하나의 임무가 상기 다중 로봇(100)에 최적으로 할당되도록 상기 다중 로봇을 원격에서 제어 및 관리한다.
보다 구체적으로, 상기 관제 서버(200)는, 주어진 임무를 수행하는데 소요되는 시간과 상기 임무를 구성하는 각 과업(복수일 수도 있고 하나일 수도 있음)의 특성을 고려하여 상기 다중 로봇(100)에 최적의 과업을 할당한다.
과업의 할당시 그리고 과업이 할당된 이후, 상기 관제 서버(200)는 과업을 할당받은 로봇의 상태 변화와 상기 각 과업과 관련된 상황 변화를 실시간 감시하고, 결과 임무 계획이 불일치하거나 또는 돌발 상황 발생한 경우에는, 해당 로봇을 해당 과업과 관련된 위치로 미리 이동시키거나(예, 다음 수행해야할 과업이 위치한 장소가 현재의 장소로부터 먼 경우), 또는 해당 과업을 수행하기 위해 다른 로봇에 협업을 요청(예, 임무를 수행하는데 소요되는 시간이 지연되는 경우)할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 다중 로봇에 대한 임무계획시에 다중 로봇에 임무 할당을 최적화하거나, 임무가 수행되는 동안 발생하는 돌발/우발 상황 내지 로봇의 상태(예, 로봇의 기능/성능, 임무장비 등) 변화 등에 대비하여 최초 임무 계획의 불일치가 발생한 경우에도 임무 할당의 최적화가 이루어질 수 있도록 임무 관리를 수행함으로써, 다중 로봇들간에 유기적/협력적인 로봇 운용이 가능한 환경을 제공한다.
이하에서는, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 다중 로봇 시스템 제어 방법을 구체적으로 살펴본다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다중 로봇 시스템 제어 방법의 예시 과정을 보인 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 상기 다중 로봇 시스템은, 적어도 하나의 임무를 수행하는데 소요되는 시간과 상기 임무를 구성하는 각 과업의 특성을 고려하여, 다중 로봇에 각 과업을 최적으로 할당하기 위한 임무 계획을 수행한다(S21).
그런 다음 상기 임무 계획에 따라, 다중 로봇에 적어도 하나의 과업(또는 임무)를 할당한다(S22). 이때, 로봇에 할당된 과업(또는 임무)가 이동을 포함하고 있어서 경로 계획이 수반되는 경우에는 로봇에게 이동 경로를 정해주는 것도 할당에 포함된다.
이와 같은 과업(또는 임무)의 할당과 함께 그리고 할당 이후 지속적으로, 상기 시스템은 각 과업을 할당받은 로봇의 상태 변화와 상기 각 과업과 관련된 상황 변화를 실시간으로 감시하는 임무 관리를 수행한다(S23).
임무 관리 수행 중에, 즉, 감시 결과 임무 계획의 불일치 또는 돌발 상황 발생한 것으로 판단되면(S24), 각 과업을 할당받은 로봇을 해당 과업과 관련된 위치로 미리 이동시키거나 해당 과업을 완료하기 위하여 다른 로봇에 협업을 요청한다(S25). 즉, 임무의 재계획이 수행되어, 상기한 단계들(S21~S24)들이 반복하여 수행될 수 있다.
예를 들어, 상기 다중 로봇 시스템은, 과업을 할당받은 로봇의 현재 위치에서 다음에 수행해야 할 과업의 위치까지 이동하는데 걸리는 시간이 기설정된 임계값을 초과하는 것으로 판단되면, 해당 로봇을 다음에 수행해야할 과업의 위치로 미리 이동하거나 다른 로봇을 상기 다음에 수행할 과업에 미리 할당할 수 있다.
한편, 단계(S24)에서, 아무런 문제가 발생하지 않으면 임무는 종료된다.
이하에서는, 도 3을 참조하여, 상기한 임무 계획, 임무 할당, 임무 관리 등을 수행하는 관제 서버(200)의 세부적인 구성을 구체적으로 살펴본다. 이와 관련하여, 도 3은 본 발명의 실시예에 따라,다중 로봇에 특정 임무를 최적으로 할당하기 위한 관제 서버의 세부적인 구성을 보인 블록도이다.
도 3을 참조하면, 상기 관제 서버(200)는 상황 인식 모듈(241)과, 임무 관리 모듈(242)과, 임무 계획 모듈(243)을 포함하여 이루어지며, 여기서 상기 임무 계획 모듈(243)은 최적화 모듈(244), 임무/경로 지원맵 모듈(245), 경로 계획 모듈(246)을 포함할 수 있다.
운용자(80)는 관제 서버(200)를 통해 다중 로봇(100)들에 제어명령을 전달할 수 있고, 각종 상태 정보를 확인할 수 있다. 또한, 다중 로봇(100)들에 대한 임무 계획, 임무 할당, 및 임무 관리는 운용자(80)가 관제 서버(200)를 통해서 직접 수행할 수도 있고 또는 운용자의 개입없이 자동으로 수행될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 다중 로봇 시스템은 이와 같은 자동화의 수준, 임무 관리의 범위, 및 운용자의 개입 여부의 판단 기준 등을 지원하는 의사결정지원체계를 포함할 수 있다.
상황 인식 모듈(241)은 다중 로봇(100)으로부터 전장/표적의 정보를 수신하고, 상급/유인체계(50)로부터 전달된 전장/상황 정보나 운용자(80)로부터 입력된 정보를 수신하여서 주변의 상황을 인식한다.
임무 관리 모듈(242)은 다중 로봇(100)으로부터 실시간으로 상태 정보를 수신하여서 운용자(80)의 개입여부를 판단한다. 이와 관련하여, 상기 임무 관리 모듈(242)은 상기 상황 인식 모듈(241)로부터 전장/표적과 관련된 상황 정보를 수신할 수 있다. 즉, 상기 임무 관리 모듈(242)은 다중 로봇(100)이 특정 임무를 수행하는 동안에 발생하는 문제를 인지하고 이를 해결한다.
예를 들어, 특정 로봇의 상태가 변화하여 더이상 임무를 수행하기 불가능한 경우, 상기 임무 관리 모듈(242)은 해당 로봇에 할당된 임무를 수정/변경/취소함과 동시에, 이로 인해 영향을 받는 다른 로봇들에 대해서도 임무를 수정/변경/취소 등을 수행함으로써 임무를 관리한다.
또한, 상기 임무 관리 모듈(242)은 상기 임무 계획 모듈(243)로부터 임무 계획을 수신하고, 임무 수행도중 임무 계획의 불일치 또는 돌발 상황이 발생한 경우에는 기 수립된 임무 계획을 자동으로 수정/변경하도록 임무 계획 모듈(243)에 이를 지시한다.
이를 위해, 상기 임무 관리 모듈(242)은 과업(또는 임무)을 할당받은 로봇의 상태 정보와 상기 상황 인식 모듈(241)에 의해 인식된 주변 상황의 변화에 근거하여, 상기 다중 로봇(100) 각각에 대한 과업 적합도를 주기적으로 업데이트하여 임무 계획 모듈(243)에 제공한다.
이와 관련하여, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라, 다중 로봇 각각에 대한 과업 접합도의 예시 매트릭스를 보여준다.
다중 로봇(100) 각각은 특정 과업에 대하여 고유의 과업 적합도 값을 갖는다. 이를 정의하기 위해서는, 먼저 다중 로봇(100)의 운용과 관련된 과업을 사전에 식별할 수 있어야한다.
예를 들어, 도 4에서는, N개의 과업(m1,m2,... mN)과 J개의 로봇(R1, R2, ..RJ)이 가용한 상황에서 로봇-과업 적합도를 정의한 예시 매트릭스를 보여준다. 이때, 로봇-과업 적합도는 로봇의 상태 및 각종 상황의 변화에 따라 변동될 수 있으므로 주기적으로 업데이트되어 임무 계획 모듈(243) 및 임무 관리 모듈(242)에 제공된다.
임무 계획 모듈(243)은 임무 관리 모듈(242)로부터 수신되는 정보에 근거하여, 상기 운용자(80)로부터 입력받은 임무를 다중 로봇(100)에 최적으로 할당한다.
또한, 상기 임무 계획 모듈(243)은, 임무 관리 모듈(242)로부터 수신되는 정보가 변경된 것에 응답하여, 상기 입력받은 임무를 최적으로 할당하기 위한 임무 계획을 자동으로 변경할 수 있다.
최적화 모듈(244)은 각각의 로봇들(100)에 특정 임무를 최적으로 할당하도록 구성되며, 이때 운용자(80)는 소정의 입력을 통해 임무 할당의 대상범위 및 자동화범위나 수준을 설정할 수 있다.
임무/경로 지원 맵모듈(245)은 임무 또는 과업을 할당받은 다중 로봇(100)에 임무와 관련된 맵 또는 임무를 수행하기 위한 경로와 관련된 맵 등을 지원한다.
경로 계획 모듈(246)은 할당된 임무가 이동을 포함하는 경우 전체 경로/최적의 이동 경로를 제공한다.
이하에서는, 도 5a 내지 도 5c를 참조하여, 관제 서버(200)가 최적화된 임무 할당을 위해 다른 로봇에 협업을 요청하는 예시를 살펴본다. 이와 관련하여, 도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 따라, 다중 로봇에 대해, 관제 서버로부터 수신되는 협업 요청의 예시들을 보인 도면들이다.
구체적으로, 상기 관제 서버(200)는 네트워크(300)를 통해, 특정 로봇에 할당된 임무를 과업의 단위로 분할하여 다른 로봇에 할당하기 위한 임무부하 협업을 특정 로봇(100)에 요청할 수 있다.
예를 들어, 도 5a를 참조하면, 먼저 특정 임무가 두 개의 과업(과업A(501), 과업B(502))로 구성되고, 최초의 로봇 협업 개념의 고려 없이 한대의 로봇(로봇1)에 의해 임무가 수행된다고 가정하자. 상기한 임무부하 협업은, 로봇1이 과업A(501)와 과업B(502)를 수행해야하는 경우, 이중 아직 수행하지 않은 과업B(502)를 다른 로봇2에게 할당하여 최초 투입된 로봇1의 부하를 경감하는 것이다.
또한, 상기 관제 서버(200)는 네트워크(300)를 통해, 특정 로봇에 할당된 과업이 분할가능하고 분할에 의해 전체 임무의 수행시간이 단축가능한 경우 다른 로봇을 추가 할당하는 임무단축 협업을 특정 로봇(100)에 요청할 수 있다.
예를 들어, 도 5b를 참조하면, 임무단축 협업은 로봇1이 수행해야할 과업B(502)가 분할가능하고 분할되는 수(522~524)에 반비례하여 전체 임무 수행시간이 단축되는 경우 가용한 로봇2, 로봇3, 로봇4를 추가적으로 투입하여 임무 달성 가능성을 증대시키는 것이다.
또한, 상기 관제 서버(200)는 네트워크(300)를 통해, 특정 과업에 대해 미리 예비 로봇을 할당하도록 하는 임무예비 협업을 요청하는 제어명령을 특정 로봇(100)에 전달할 수 있다.
예를 들어, 도 5c를 참조하면, 임무예비 협업은, 최초의 임무계획 대비 불일치 또는 예기치 못한 돌발 상황에 대비하여 임무가 지속될 수 있도록 과업A 및 과업B(501, 502)에 대해 예비적인 로봇2를 추가적으로 미리 할당하여 임무의 달성 가능성을 증대시키는 것이다.
이하에서는, 도 6을 참조하여, 상기 도 5 참조하여 설명한 임무 협업을 통해 특정 임무의 할당을 최적화 할당/관리하기 위한 방법을 설명한다.
이와 관련하여, 도 6은 본 발명의 실시예에 따라, 로봇의 상태 변화 및/또는 과업과 관련된 상황 변화에 따른 임무 계획의 불일치 또는 돌발 상황의 발생 예시들을 보인 도면이다.
도 6을 참조하면, 관제 서버(200)는 먼저 임무가 개시되어야 할 임무개시시각(ts)과 종료되어야 하는 할 임무종료시각(te)이 계획된다. 또한, 그러한 임무를 구성하는 각 과업에 대하여도 마찬가지로 임무개시시각과 임무종료시각이 계획된다. 이하, 도 6을 참조하여, 가능한 돌발 상황들과 그에 대한 처리를 살펴본다.
[제1실시예]
먼저, 첫 번째 가능한 상황(Case #1)으로, 로봇이 과업A(611)을 수행하는데 있어서 로봇의 상태 변화로 인하여, 그 과업의 종료시각(te) 이전에 더 이상 지속할 수 없는 상황(시점 t1)이 발생한 경우, 운용자에게 사전에 관련 정보를 제공하는 임무 관리가 수행된다.
임무 관리 결과, 예를 들어 사전에 추가적인 로봇이 투입하거나 임무종료시각을 변경하여 처리할 수 있다. 또한, 다른 예로, 이 문제를 최초 임무계획 단계에서 임무예비 협업으로 사전에 대비할 수 있다.
[제2실시예]
두 번째 가능한 상황(Case #2)으로, 로봇이 위치한 장소(621, 시점 ts)와 다음에 수행해야 할 과업(622)의 장소(623)가 서로 다른 경우, 즉, 로봇의 이동이 요구될 때가 있을 수 있다.
만일, 로봇이 과업B의 개시시각(t2) 이전에 이동을 완료하면 임무 수행에 차질이 발생되지 않는다. 그런, 이동에 소요되는 시간이 (t2-ts)이상일 경우에는 임무관리가 요구된다. 이때, 이동에 소요되는 시간은 충분히 예측할 수 있으므로, 임무관리를 통해 해당 로봇의 위치를 미리 다음 장소(623)로 이동시키거나 다른 로봇을 추가시킴으로써 문제를 해결할 수 있다.
[제3실시예]
세 번째 가능한 상황(Case #3)으로, 계획된 임무 대비 예기치 못한 돌발 상황이 발생한 경우로, 최초 계획된 과업(631)을 종료하기도 전에 돌발/우발 상황의 발생으로 인하여 추가적인 과업(632)의 수행이 요구되는 경우이다. 이는 최초 임무 할당 단계에서 임무예비 또는 임무부하 협업으로 해결하거나, 또는 의사결정체계에 따라 운용자가 또는 자동으로 추가 로봇을 투입함으로써 해결될 수 있다.
[제4실시예]
네번째 가능한 상황(Case #4)으로, 계획된 과업(641)의 종료시각(t3)이 되었음에도 불구하고, 종료되지 않고 계속 수행해야 하는 상황(643)으로서, 현재 수행하는 과업 이후에 수행해야 할 다음 과업(643)이 개시되지 못하는 경우이다.
이는 임무 할당시, 사전에 다른 로봇에 임무예비/임무부하 또는 특정 과업(641)에 대한 임무단축 협업을 요청함으로써 해결 가능하다.
이하에서는, 최적화된 임무 할당 및 관리를 통하여 구현 가능한 로봇협업 효과를 설명하기로 한다. 이를 위해, 표 1 및 이하의 관련 기호를 정의하고 이하의 수학식을 참조하여 구체적으로 설명한다.
Figure 112013061732423-pat00001
다중 로봇에 임무 할당시, 임무를 구성하는 과업들에 대해 적합한 로봇을 최적으로 할당하기 위하여 가용한 로봇들에 대해 협업을 요청함으로써, 임무 달성 가능성을 증대시킬 수 있다.
이를 위한 함수는 다음의 같이 수학식1을 통해 정의될 수 있다.
Figure 112013061732423-pat00002
여기서, 수학식1의 함수의 전반부는 로봇-과업 적합도를 고려한 최적 할당 및 임무예비 협업을 유도하고 있으며, 수학식1의 함수 후반부 { }부분은 임무단축 협업을 유도하고 있다. 즉, 어떤 과업(mi)을 C개로 분할하고 그 분할된 과업(mi')의 수행시간이 단축 가능한 경우, 다음의 수학식2와 같은 제약조건을 충족해야할 것이다.
Figure 112013061732423-pat00003
또한, 상기 분할된 과업의 부하(수행시간)는 다음의 수학식3으로 정의될 수 있다.
Figure 112013061732423-pat00004
이는, 분할된 과업의 수행시간이 분할되는 수(C)의 크기에 반비례적으로 단축 가능함을 고려한 것이다.
또한, 이와 함께 고려해야할 제약조건으로서, 각 과업당 최소한 한 대 이상의 로봇이 할당되어야 하는데, 이는 다음의 수학식 4를 적용하여 해결될 수 있다.
Figure 112013061732423-pat00005
한편, 수학식 4에 의한 제약조건 만으로는 과업 적합도가 높은 로봇에 과다하게 과업이 할당되어 불필요한 임무예비 협업을 초래할 수 있다. 이는 다음의 수식 5를 적용하여 해결될 수 있다.
Figure 112013061732423-pat00006
또한, 임무부하를 고려함에 있어서 어떤 과업(mi)을 분할하여 다른 로봇과 할당함으로써, 임무부하를 조정하고자 할 경우에는, 다음의 수학식 6을 적용하여 해결할 수 있다.
Figure 112013061732423-pat00007
이때, 분할된 과업(mi t, 및 mi tt)는 분할되기 전의 과업의 임무부하를 유지하여야 하므로, 다음의 수학식 7을 충족해야할 것이다.
Figure 112013061732423-pat00008
또한, 어떤 로봇이 이전 과업을 종료하고 이동한 다음, 다음 과업을 수행해야 할 경우, 다음 과업의 개시시점 이전에 이동이 완료되어야 한다. 즉, 어떤 로봇이 과업 mi를 수행하기 전에 수행해아만 하는 과업 mi'가 존재하고, 그 수행되는 장소가 상이하고, 즉,
Figure 112013061732423-pat00009
, mi를 종료한 이후에 이동이 mi'의 개시시각 이전에 완료되어야 함을 의미한다. 이는 다음의 수학식8에 의해 해결 가능하다.
Figure 112013061732423-pat00010
이때, 이전 과업에 대해, 추가적으로 이전 과업이 존재할 경우에는 본 제약을 반복적으로 적용할 수 있다.
마지막으로, 어떤 로봇에 대해서도 동일시간에 두 개 이상의 과업을 동시에 수행할 수는 없으므로, 다음의 수학식9를 적용해야할 것이다.
Figure 112013061732423-pat00011
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예에 의하면, 다중 로봇에 의하여 특정 임무를 수행하도록 하는데 있어서, 특정 임무를 각 로봇의 과업 적합도를 고려하여 최적으로 할당하도록 함으로써, 다중 로봇의 운용효과를 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 임무 계획 단계에서 또는 임무 수행중에 로봇의 상태 및/또는 주변 상황의 변화에 따라서 다중 로봇에 대한 최적의 임무 할당을 다시 계획 또는 수행함으로써, 다중 로봇 상호간에 유기적/협력적 관계가 효과적으로 이루어질 수 있다.

Claims (8)

  1. 각각 통신장치를 구비한 다중 로봇;
    상기 각 통신장치를 통하여 상기 다중 로봇간에 통신을 수행하기 위한 경로를 제공하는 네트워크; 및
    상기 네트워크를 통해 상기 다중 로봇과 연결되고, 상기 다중 로봇의 상태를 감시하여 적어도 하나의 임무가 상기 다중 로봇에 최적으로 할당되도록 상기 다중 로봇을 원격 제어 및 관리하는 관제 서버를 포함하고,
    상기 관제 서버는,
    상기 다중 로봇으로부터 수신되는 표적의 정보와 운용자에 의해 입력된 정보에 근거하여 주변 상황을 인식하는 상황 인식 모듈과;
    상기 다중 로봇으로부터 상태 정보를 실시간 수신하여 운용자의 개입여부를 판단하는 임무 관리 모듈과;
    상기 임무 관리 모듈로부터 수신되는 정보에 근거하여, 상기 운용자로부터 입력받은 임무를 상기 다중 로봇에 최적으로 할당하기 위한 임무 계획 모듈을 포함하고,
    상기 관제 서버는,
    상기 임무를 수행하는데 소요되는 시간과 상기 임무를 구성하는 각 과업의 특성을 고려하여 상기 다중 로봇에 과업을 최적으로 할당하고,
    상기 각 과업을 할당받은 로봇의 상태 변화와 상기 각 과업과 관련된 상황 변화를 실시간 감시하고,
    상기 감시 결과 임무 계획의 불일치 또는 돌발 상황 발생하면, 해당 로봇을 해당 과업과 관련된 위치로 미리 이동시키거나 해당 과업을 수행하기 위해 다른 로봇에 협업을 요청하고,
    상기 협업의 요청시,
    상기 관제 서버는:
    특정 로봇에 할당된 과업이 분할가능하고 분할되는 수의 크기에 반비례하여 전체 임무 수행시간이 단축되는 경우이면, 상기 네트워크를 통해, 특정 로봇에 할당된 과업을 분할하여 다른 로봇에 추가 할당하는 임무단축 협업을 요청하는 제어명령과,
    불필요한 임무예비의 할당이 방지되도록, 최대 로봇 수를 제한하여 임무예비 협업을 요청하는 제어명령과,
    분할된 과업이 분할 전의 과업의 임무부하를 유지할 수 있도록 임무부하 협업을 요청하는 제어명령 중 하나 이상의 제어명령을 포함하여 상기 다중 로봇에 전달하는 것을 특징으로 하는 다중 로봇 제어 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 임무 계획 모듈은,
    상기 임무 관리 모듈로부터 수신되는 정보가 변경된 것에 응답하여, 상기 입력받은 임무를 최적으로 할당하기 위한 임무 계획을 자동 변경하는 것을 특징으로 하는 다중 로봇 제어 시스템.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 임무 관리 모듈은,
    상기 로봇의 상태 정보와 상기 상황 인식 모듈에 의해 인식된 주변 상황의 변화에 근거하여, 상기 다중 로봇 각각에 대한 과업 적합도를 주기적으로 업데이트하여 상기 임무 계획 모듈에 제공하는 것을 특징으로 하는 다중 로봇 제어 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 다중 로봇 각각은 고유의 식별자를 포함하고, 상기 관제 서버로부터 전달되는 식별자 정보와 제어명령에 따라 작업을 수행하거나 또는 주행가능하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 로봇 제어 시스템.
  7. 각 통신장치를 구비한 다중 로봇과, 상기 각 통신장치를 통하여 상기 다중 로봇간에 통신을 수행하기 위한 경로를 제공하는 네트워크와, 상기 네트워크를 통해 상기 다중 로봇과 연결되고, 상기 다중 로봇의 상태를 감시하여 적어도 하나의 임무가 상기 다중 로봇에 최적으로 할당되도록 상기 다중 로봇을 원격 제어 및 관리하는 관제 서버를 포함하고,
    상기 관제 서버는, 상기 다중 로봇으로부터 수신되는 표적의 정보와 운용자에 의해 입력된 정보에 근거하여 주변 상황을 인식하는 상황 인식 모듈과, 상기 다중 로봇으로부터 상태 정보를 실시간 수신하여 운용자의 개입여부를 판단하는 임무 관리 모듈과, 상기 임무 관리 모듈로부터 수신되는 정보에 근거하여, 상기 운용자로부터 입력받은 임무를 상기 다중 로봇에 최적으로 할당하기 위한 임무 계획 모듈을 포함하는 다중 로봇 제어방법으로서,
    적어도 하나의 임무를 수행하는데 소요되는 시간과 상기 임무를 구성하는 각 과업의 특성을 고려하여, 다중 로봇에 상기 각 과업을 최적으로 할당하기 위한 임무 계획을 수행하는 단계;
    상기 임무 계획에 따라 상기 다중 로봇에 적어도 하나의 과업을 할당하는 단계;
    상기 각 과업을 할당받은 로봇의 상태 변화와 상기 각 과업과 관련된 상황 변화를 실시간으로 감시하는 단계; 및
    상기 감시 결과 임무 계획의 불일치 또는 돌발 상황 발생하면, 각 과업을 할당받은 로봇을 해당 과업과 관련된 위치로 미리 이동시키거나 해당 과업을 완료하기 위해 다른 로봇에 협업을 요청하는 단계를 포함하고,
    상기 협업을 요청하는 단계에서,
    상기 관제 서버는:
    특정 로봇에 할당된 과업이 분할가능하고 분할되는 수의 크기에 반비례하여 전체 임무의 수행시간이 단축되는 경우이면, 상기 네트워크를 통해, 특정 로봇에 할당된 과업을 분할하여 다른 로봇에 추가 할당하는 임무단축 협업을 요청하는 제어명령과,
    불필요한 임무예비의 할당이 방지되도록, 최대 로봇 수를 제한하여 임무예비 협업을 요청하는 제어명령과,
    분할된 과업이 분할 전의 과업의 임무부하를 유지할 수 있도록 임무부하 협업을 요청하는 제어명령 중 하나 이상의 제어명령을 포함하여 상기 다중 로봇에 전달하는 것을 특징으로 하는 다중 로봇 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 다른 로봇에 협업을 요청하는 단계는,
    상기 과업을 할당받은 로봇의 현재 위치에서 다음에 수행해야 할 과업의 위치까지 이동하는데 걸리는 시간이 기설정된 임계값을 초과하면, 해당 로봇을 다음에 수행해야할 과업의 위치로 미리 이동하거나 다른 로봇을 상기 다음에 수행해야할 과업에 할당하는 단계인 것을 특징으로 하는 다중 로봇 제어 방법.
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