KR101408829B1

KR101408829B1 - 무한궤도형 주행장치 주행경로 제공방법

Info

Publication number: KR101408829B1
Application number: KR1020120011671A
Authority: KR
Inventors: 김정환; 장준현; 민지홍; 서종원
Original assignee: 한양대학교 산학협력단
Priority date: 2012-02-06
Filing date: 2012-02-06
Publication date: 2014-06-20
Also published as: KR20130090495A

Abstract

본 발명에 의한 무한궤도형 주행장치 주행경로 제공방법은, 입력부가 무한궤도형 주행장치의 주행속도 및 방향전환 소요시간과, 평면상에서의 장애물 위치정보와, 출발점 및 도착점 위치정보를 입력받는 제1 단계; 제어부가 상기 출발점부터 상기 도착점까지의 다수의 주행경로를 추정하는 제2 단계; 상기 제어부가 상기 제3 단계에서 추정된 각각의 주행경로별 소요시간을 산출하는 제3 단계; 출력부가 소요시간이 최소인 주행경로를 출력하는 제4 단계;를 포함한다. 본 발명에 의한 무한궤도형 주행장치의 주행경로 제공방법은, 단위 거리를 주행하는데 소요되는 시간만을 고려하는 것이 아니라 방향전환에 소요되는 시간까지 고려하므로, 무한궤도형 주행장치가 도착점까지 도달하는데 가장 짧은 시간이 소요되는 경로를 사용자에게 제공할 수 있다는 장점이 있다.

Description

무한궤도형 주행장치 주행경로 제공방법 {Providing method of driving path information for caterpillar type vehicle}

본 발명은 무한궤도가 장착된 주행장치의 주행경로를 제공하는 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 무한궤도형 주행장치가 단위 거리를 주행하는데 소요되는 시간만을 고려하는 것이 아니라 방향전환에 소요되는 시간까지 고려함으로써, 도착점까지 도달하는데 소요되는 시간이 가장 짧은 경로를 사용자에게 제공하도록 구성되는 주행경로 제공방법에 관한 것이다.

다양한 건설기계장비 중 굴삭기는 건설 시공 현장에서 가장 많이 쓰이는 토공사 장비로서, 최근 들어서는 굴삭기의 무인화 및 원격조종이 가능하도록, 굴삭기측으로 주행경로를 제공하는 방법에 관하여 많은 연구가 이루어지고 있다.

굴삭기는, 주행속도가 빠르고 주행방향 변경이 용이한 바퀴형 굴삭기와, 지반이 고르지 아니하고 무른 장소에서도 안정적인 주행이 가능한 무한궤도형 굴삭기로 구분될 수 있는데, 무한궤도형 굴삭기는 바퀴형 굴삭기에 비해 일정한 곡률을 따라 회전하기 힘들고, 정지상태에서만 방향 전환이 가능하므로 방향 전환에 많은 시간이 소요된다는 특성이 있다. 따라서 무한궤도형 굴삭기의 경우 주행경로의 전체 거리가 짧다고 하더라도 방향 전환 횟수가 많은 경우에는 출발점부터 도착점까지 이동하는데 많은 시간이 소요된다. 즉, 무한궤도형 굴삭기는 거리가 짧고 방향전환 횟수가 많은 경로보다 거리가 멀더라도 방향 전환 횟수가 적은 경로를 따라 주행하는 것이 더 효율적이라 할 수 있다.

그러나, 일반적인 경로찾기 알고리즘은 출발점부터 도착점까지의 여러 경로 중 최단거리 경로만을 찾을 뿐 방향전환 횟수는 고려하지 아니하므로, 일반적인 경로찾기 알고리즘으로는 무한궤도형 굴삭기의 최적 경로를 찾는데 어려움이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 단위 거리를 주행하는데 소요되는 시간만을 고려하는 것이 아니라 방향전환에 소요되는 시간까지 고려함으로써, 도착점까지 도달하는데 소요되는 시간이 가장 짧은 경로를 사용자에게 제공할 수 있는 무한궤도형 주행장치 주행경로 제공방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 무한궤도형 주행장치 주행경로 제공방법은, 입력부가 무한궤도형 주행장치의 주행속도 및 방향전환 소요시간과, 평면상에서의 장애물 위치정보와, 출발점 및 도착점 위치정보를 입력받는 제1 단계; 제어부가 상기 출발점부터 상기 도착점까지의 다수의 주행경로를 추정하는 제2 단계; 상기 제어부가 상기 제3 단계에서 추정된 각각의 주행경로별 소요시간을 산출하는 제3 단계; 출력부가 소요시간이 최소인 주행경로를 출력하는 제4 단계;를 포함한다.

상기 방향전환 소요시간은, 기준치 이상의 속도로 주행 중이던 무한궤도형 주행장치가 완전히 정지될 때까지 소요되는 시간과, 무한궤도형 주행장치의 주행방향을 변환하는데 소요되는 시간과, 정지해 있던 무한궤도형 주행장치의 주행속도가 기준치에 이를 때까지 소요되는 시간을 합하여 산출된다.

상기 무한궤도형 주행장치는 직선주행 및 제자리에서의 방향전환이 가능하도록 구성된다.

주행경로를 나타내는 맵은 바둑판 패턴으로 배열된 다수 개의 사각형 셀로 구분되며, 상기 무한궤도형 주행장치는 제자리에서 45도 회전 및 90도 회전만 가능한 것으로 설정된다.

상기 제2 단계는 A-star 알고리즘을 이용하여 다수의 주행경로를 추정하도록 구성된다.

주행경로를 나타내는 맵은 다수 개의 셀로 구분되며, 상기 제1 단계는, 사용자가 하나 이상의 셀을 선택하였을 때, 상기 입력부는 선택된 셀을 장애물이 위치한 지점으로 인식하도록 구성된다.

주행경로를 나타내는 맵은 다수 개의 셀로 구분되며, 상기 제1 단계는, 사용자가 두 개의 셀을 선택하였을 때, 상기 입력부는 어느 하나의 셀을 출발점으로 인식하고 다른 하나의 셀을 도착점으로 인식하도록 구성된다.

본 발명에 의한 무한궤도형 주행장치의 주행경로 제공방법은, 단위 거리를 주행하는데 소요되는 시간만을 고려하는 것이 아니라 방향전환에 소요되는 시간까지 고려하므로, 무한궤도형 주행장치가 도착점까지 도달하는데 가장 짧은 시간이 소요되는 경로를 사용자에게 제공할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 무한궤도형 주행장치 주행경로 제공방법을 구현하기 위한 구성요소들을 도시하는 블록도이다.
도 2는 본 발명에 의한 무한궤도형 주행장치 주행경로 제공방법의 순서도이다.
도 3 내지 도 7은 본 발명에 의한 무한궤도형 주행장치 주행경로 제공방법의 실시예를 도시한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 무한궤도형 주행장치 주행경로 제공방법의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 무한궤도형 주행장치 주행경로 제공방법을 구현하기 위한 구성요소들을 도시하는 블록도이고, 도 2는 본 발명에 의한 무한궤도형 주행장치 주행경로 제공방법의 순서도이다.

본 발명에 의한 주행경로 제공방법은 무한궤도가 장착되어 직선방향 이동 및 제자리에서의 방향전환이 가능한 주행장치가 도착점(B)까지 가장 빠른 시간에 도달할 수 있는 주행경로를 제공하는 방법에 관한 것이다. 일반적인 자동차와 같이 타이어 바퀴를 갖는 주행장치는 주행 중 방향전환이 가능하므로 용이하게 곡선 주행을 할 수 있지만, 무한궤도를 갖는 주행장치는 주행 중 방향전환이 어려워 곡선 주행을 용이하게 할 수 없다는 점에 있어 차이가 있다. 따라서 무한궤도형 주행장치가 주행 중 방향전환을 하고자 할 때에는, 주행을 중단하여 정지한 후 방향전환을 하고, 방향전환이 완료된 이후 다시 주행을 시작해야 하는바, 방향전환에 많은 시간이 소요된다는 단점이 있다.

이때, 일반적으로 주행경로를 탐색할 때에는 길찾기 알고리즘으로 널리 알려진 A-star 알고리즘을 이용하는데, A-star 알고리즘은 방향전환 횟수는 고려치 아니하고 최단 거리의 주행경로를 추천하는바, 단순히 A-star 알고리즘만을 이용해서는 직선주행에 소요되는 시간보다 방향전환에 소요되는 시간이 더 많은 무한궤도용 주행장치의 최적 주행경로를 찾을 수 없다. 즉, 무한궤도형 주행장치는 거리가 짧다고 하더라도 방향전환 횟수가 많은 경로를 따라 주행하는 경우 이동 시간이 증가하므로, 최단거리 주행경로가 최적 주행경로가 될 수 없는 것이다.

본 발명에 의한 무한궤도형 주행장치 주행경로 제공방법은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 주행에 소요되는 시간과 방향전환에 소요되는 시간을 각각 별도로 산출하여 합산함으로써 도착점(B)까지의 도달시간이 최소인 주행경로를 사용자에게 알리도록 구성된다는 점에 특징이 있다. 또한, 본 발명에 의한 무한궤도형 주행장치 주행경로 제공방법을 구현하기 위해서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 외부로부터 각종 정보를 입력받는 입력부(100)와, 무한궤도형 주행장치를 동작시키는 구동부(300)와, GPS 신호를 수신하여 무한궤도형 주행장치의 위치를 추적하는 GPS 수신부(500)와, 주행경로를 사용자에게 알리는 출력부(400)와, 상기 언급한 각 구성요소들의 동작을 제어하는 제어부(200)가 활용된다. 이때 무한궤도형 주행장치의 위치를 추적하는 GPS 수신부(500)는 내비게이션이나 휴대폰 등에서도 널리 사용되고 있는바, 상기 GPS 수신부(500)의 동작 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 의한 방법으로 무한궤도형 주행장치의 주행경로를 제공하고자 하는 경우, 사용자는 먼저 무한궤도형 주행장치의 주행속도와 방향전환에 소요되는 시간 등 무한궤도형 주행장치의 운전성능에 관련된 정보를 입력부(100)로 입력하고, 장애물의 위치와 출발점(A) 및 도착점(B) 위치가 맵(10)(map) 상에 나타나도록 평면상에서의 장애물 위치정보와 출발점(A) 위치정보와 도착점(B) 위치정보 등을 입력부(100)로 입력한다(S10). 이때 상기 입력부(100)는 마우스나 키패드 등과 같은 입력전용장치가 되고, 상기 출력부(400)는 모니터 등과 같은 출력전용장치로 적용될 수도 있으나, 상기 입력부(100)와 출력부(400)는 일체로 이루어지도록 즉, 정보를 출력하는 기능과 신호를 입력 기능을 모두 갖는 터치스크린으로 통합될 수 있다.

이와 같이 주행장치 정보 및 맵(10) 정보가 입력되면, 제어부(200)는 출발점(A)에서 출발하여 도착점(B)으로 도착 가능한 다수 개의 주행경로를 추정한다(S20).

출발점(A)에서 도착점(B)까지의 주행경로들이 선출되면 상기 제어부(200)는 선출된 다수 개의 주행경로 중 가장 적합한 주행경로를 선출하는데, 이때 제어부(200)는 최단거리 주행경로를 가장 적합한 주행경로로 선출하는 것이 아니라, 가장 짧은 시간에 완주할 수 있는 주행경로를 가장 적합한 주행경로로 선출한다. 즉, 상기 제어부(200)는 선출된 다수 개의 주행경로 별 소요시간을 각각 산출한 후(S30) 소요시간이 가장 짧은 주행경로를 선출하고, 출력부(400)는 소요시간이 최소인 것으로 선출된 주행경로를 출력한다(S40). 이때, 각 주행경로의 소요시간을 계산하는 과정은 이하 별도의 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 3 내지 도 7은 본 발명에 의한 무한궤도형 주행장치 주행경로 제공방법의 실시예를 도시한다.

본 실시예는 입력부(100)와 출력부(400)가 하나의 터치스크린으로 이루어지는 경우를 설명하는 것으로서, 터치스크린에 출력되는 맵(10)은 바둑판 패턴으로 배열된 다수 개의 사각형 셀(12)로 구분된다. 사용자가 무한궤도형 주행장치의 이동속도와 방향전환에 소요되는 시간 등의 정보를 입력하고, 다수개의 셀(12) 중 하나 이상을 선택하면 도 3에 도시된 바와 같이 선택된 셀(12)은 선택되지 아니한 셀(12)과 다르게 표시되면서 장애물이 위치한 지점(14)(이하 '장애물 영역(14)'이라 약칭함)으로 인식된다. 장애물 영역(14) 선택이 완료되면, 사용자는 도 4에 도시된 바와 같이 장애물 영역(14)으로 선택되지 아니한 셀(12) 중에서 출발점(A)과 도착점(B)을 선택한다.

이와 같이 장애물 영역(14)과 출발점(A) 및 도착점(B) 선택이 완료되면, 제어부(200)는 출발점(A)부터 도착점(B)까지의 주행경로를 다수개 추정한다. 이때, 상기 제어부(200)에 의해 추정되는 주행경로는 도 5에 도시된 바와 같이 장애물 영역(14) 바로 옆을 지나는 패턴일 수도 있고, 도 6에 도시된 바와 같이 장애물 영역(14)을 둘러싸되 방향전환 횟수가 감소되는 패턴일 수도 있으며, 도 7에 도시된 바와 같이 주행거리가 다소 증가되더라도 방향전환 횟수를 최소화시킬 수 있는 패턴일 수도 있다.

이하에서는, 무한궤도형 주행장치가 어느 하나의 셀(12)에서 상하좌우 방향으로 인접한 셀(12)까지 이동하는데 1초가 소요되고, 어느 하나의 셀(12)에서 대각선 방향으로 인접한 셀(12)까지 이동하는데

초가 소요된다고 하며, 무한궤도형 주행장치가 제자리에서 45°및 90°방향전환하는데 각각 소요되는 시간을 각각 5초 및 7초인 경우를 예로 들어 각 주행거리 별 소요시간을 계산해 보도록 한다.

이때, 이동 중이던 무한궤도형 주행장치가 방향전환을 하기 위해서는 좌우로 회전하기 이전에 주행을 중지하여 제자리에 정지해야 하고, 좌우 회전이 완료된 이후 다시 주행을 재개해야 한다. 따라서 무한궤도형 주행장치가 방향전환 하는데 소요되는 시간은, 무한궤도형 주행장치가 제자리에서 좌우로 회전하는데 소요되는 시간뿐만 아니라, 기준치 이상의 속도로 주행 중이던 무한궤도형 주행장치가 완전히 정지될 때까지 소요되는 시간과, 정지해 있던 무한궤도형 주행장치의 주행속도가 기준치에 이를 때까지 소요되는 시간을 합하여 산출된다. 상기와 같은 이유 때문에, 무한궤도형 주행장치가 45° 회전하는데 5초의 시간이 소요되는 경우, 90° 회전할 때에는 45° 회전할 때 소요되는 시간의 2배인 10초가 소요되는 것이 아니라, 10초보다 짧은 7초가 소요될 수 있다.

먼저, 도 5에 도시된 바와 같이 장애물 영역(14)의 측면을 타고 출발점(A)부터 도착점(B)까지 주행하는 경로의 소요시간을 계산하면 다음과 같다. 도 5에 도시된 주행경로의 경우, 상하좌우 방향으로의 이동이 5회, 대각선 방향으로의 이동이 4회, 45° 방향전환이 8회에 걸쳐 발생되는바, (5회×1초)+(4회×

초)+(8회×5초) 즉, 61.32초가 소요됨을 알 수 있다.

또한, 도 6에 도시된 주행경로의 경우, 상하좌우 방향으로의 이동이 5회이고 대각선 방향으로의 이동이 4회로서, 도 5에 도시된 주행경로와 비교하였을 때 주행거리는 동일하다. 그러나 45° 방향전환 횟수가 8회에서 4회로 감소되므로 출발점(A)에서 도착점(B)까지 주행하는데 소요되는 시간은, (5회×1초)+(4회×

초)+(4회×5초) 즉, 41.32초로 현저히 감소된다. 이와 같이 무한궤도형 주행장치는 일반 차량에 비해 직선 주행을 하는데 소요되는 시간보다 방향전환을 하는데 소요되는 시간이 매우 크므로, 주행거리가 동일하다 할지라도 방향전환 횟수가 감소되면 출발점(A)에서 도착점(B)까지 주행하는데 소요되는 시간은 현저히 감소됨을 알 수 있다.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이 주행거리가 다소 증가되더라도 방향전환 횟수를 최소화시키는 패턴인 경우, 상하좌우 방향으로의 이동이 13회, 90° 방향전환이 2회에 걸쳐 발생되는바, (13회×1초)+(2회×7초) 즉, 40초 만에 출발점(A)에서 도착점(B)까지 주행을 할 수 있게 된다. 즉, 도 7에 도시된 주행경로는 도 6에 도시된 주행경로에 비해 주행거리는 길지만 방향전환 횟수가 감소되므로, 무한궤도형 주행장치는 도 6에 도시된 주행경로를 따라 주행할 때보다 도 7에 도시된 주행경로를 따라 주행할 때 도착점(B)에 보다 빨리 도달할 수 있게 된다.

이와 같이 방향전환 횟수를 최소화시키면 주행거리가 다소 늘어난다 하더라도 출발점(A)에서 도착점(B)까지 주행하는데 소요되는 시간이 감소되는 경우가 발생될 수 있으므로, 무한궤도용 주행장치의 최적 주행경로를 찾기 위해서는 단순히 거리가 짧은 경로를 찾는 것이 아니라 본 발명에 의한 무한궤도형 주행장치 주행경로 제공방법과 같이 다수 개의 경로를 추정하고 도착점(B)까지 도달하는데 소요되는 시간을 계산 및 비교하는 과정을 거쳐야함이 바람직하다. 즉, 본 발명에 의한 무한궤도형 주행장치 주행경로 제공방법을 이용하면, 주행거리에 관계없이 실질적으로 가장 빠른 주행경로를 제공할 수 있다는 장점이 있다.

이때, 본 실시예에서는 다수 개의 사각형 셀(12)이 바둑판 패턴으로 배열되고, 무한궤도형 주행장치가 제자리에서 45도 회전 및 90도 회전만 가능한 것으로 설정된 경우만을 설명하고 있으나, 상기 셀(12)의 배열 패턴 및 무한궤도형 주행장치의 회전각도는 다양하게 변경될 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

10 : 맵 12 : 셀
14 : 장애물 100 : 입력부
200 : 제어부 300 : 구동부
400 : 출력부 500 : GPS 수신부

Claims

입력부가 무한궤도형 주행장치의 주행속도 및 방향전환 소요시간과, 평면상에서의 장애물 위치정보와, 출발점 및 도착점 위치정보를 입력받는 제1 단계;
제어부가 상기 출발점부터 상기 도착점까지의 다수의 주행경로를 추정하는 제2 단계;
상기 제어부가 상기 제2 단계에서 추정된 각각의 주행경로별 소요시간을 산출하는 제3 단계;
출력부가 소요시간이 최소인 주행경로를 출력하는 제4 단계;를 포함하되,
상기 방향전환 소요시간은, 기준치 이상의 속도로 주행 중이던 무한궤도형 주행장치가 완전히 정지될 때까지 소요되는 시간과, 무한궤도형 주행장치의 주행방향을 변환하는데 소요되는 시간과, 정지해 있던 무한궤도형 주행장치의 주행속도가 기준치에 이를 때까지 소요되는 시간을 합하여 산출되는 것을 특징으로 하는 무한궤도형 주행장치 주행경로 제공방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 무한궤도형 주행장치는 직선주행 및 제자리에서의 방향전환이 가능한 것을 특징으로 하는 무한궤도형 주행장치 주행경로 제공방법.
제3항에 있어서,
주행경로를 나타내는 맵은 바둑판 패턴으로 배열된 다수 개의 사각형 셀로 구분되며, 상기 무한궤도형 주행장치는 제자리에서 45도 회전 및 90도 회전만 가능한 것을 특징으로 하는 무한궤도형 주행장치 주행경로 제공방법.
입력부가 무한궤도형 주행장치의 주행속도 및 방향전환 소요시간과, 평면상에서의 장애물 위치정보와, 출발점 및 도착점 위치정보를 입력받는 제1 단계;
제어부가 상기 출발점부터 상기 도착점까지의 다수의 주행경로를 추정하는 제2 단계;
상기 제어부가 상기 제2 단계에서 추정된 각각의 주행경로별 소요시간을 산출하는 제3 단계;
출력부가 소요시간이 최소인 주행경로를 출력하는 제4 단계;를 포함하되,
상기 제2 단계는 상기 출발점부터 상기 도착점까지의 방향전환 횟수가 최소인 패턴에 기초하여 다수의 주행경로를 추정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무한궤도형 주행장치 주행경로 제공방법.
제1항에 있어서,
주행경로를 나타내는 맵은 다수 개의 셀로 구분되며,
상기 제1 단계는, 사용자가 하나 이상의 셀을 선택하였을 때, 상기 입력부는 선택된 셀을 장애물이 위치한 지점으로 인식하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무한궤도형 주행장치 주행경로 제공방법.
제1항에 있어서,
주행경로를 나타내는 맵은 다수 개의 셀로 구분되며,
상기 제1 단계는, 사용자가 두 개의 셀을 선택하였을 때, 상기 입력부는 어느 하나의 셀을 출발점으로 인식하고 다른 하나의 셀을 도착점으로 인식하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무한궤도형 주행장치 주행경로 제공방법.