KR101450843B1 - Group Robot System and Control Method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 군집 로봇 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 군집을 이루고 있는 복수의 로봇에 대한 이동 경로를 제어하여 통신 연결할 수 있는 군집 로봇 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a community robot system and a control method thereof, and more particularly, to a community robot system and a control method thereof that can control a movement path for a plurality of robots constituting a community and communicate with each other.
일반적으로 군집 로봇 시스템은 다양한 임무를 수행하기 위해 군대, 발전소 또는 공장 등과 같은 산업 환경에서 사용되거나 이족 로봇 타입의 축구 시스템과 같은 엔터테인먼트(entertainment)용으로 사용될 수 있다. 이러한 네트워크를 기반으로 하여 제어되는 군집 로봇 시스템은 근래에 들어와서는 자연계 생물의 운동 형태 및 특징들을 접목하는 기술 등에 대한 다양한 연구를 수행하는 분야로 점차 그 사용 영역이 확장되고 있다.Generally, a community robot system can be used in an industrial environment such as an army, a power plant, or a factory to perform various tasks, or can be used for entertainment such as a biped robot type football system. Recently, the robot robot system based on this network has been widely used as a field for carrying out various researches on the technology of combining the motion patterns and characteristics of natural living organisms in recent years.
종래에는 군집을 이루고 있는 복수의 로봇에 대한 이동 경로를 제어하기 위해 포텐션 필드(potential field)를 계산하는 방식을 사용하였다. 이러한 포텐션 필드를 계산하여 로봇의 이동 경로를 제어하는 방식은 로봇들의 주변에 가상의 힘을 가정하여 군집 로봇들이 대형을 유지하면서 목적지까지의 이동 경로를 산출하는 방식을 말한다.Conventionally, a potential field is calculated to control a movement path for a plurality of robots constituting a cluster. The method of controlling the movement path of the robot by calculating the potency field is a method of calculating the movement path to the destination while keeping the formation of the cluster robots assuming the virtual force around the robots.
그러나 종래의 방식은 일정한 대형을 이루고 있는 군집 로봇의 수가 증가할수록 인접하게 위치한 군집 로봇 간에 충돌 가능성이 높아지는 문제점이 있으며, 충돌 가능성을 줄이기 위해 일정한 거리를 유지시키면, 군집 로봇 간에 통신이 불안정해지는 문제점이 있었다.However, in the conventional method, there is a problem that the possibility of collision between neighboring locomotion robots increases as the number of cluster robots forming a certain size increases. Also, if a certain distance is maintained to reduce the possibility of collision, communication between locomotion robots becomes unstable there was.
또한, 군집 로봇들이 이동하는 영역에 대한 사전 정보가 미리 저장되어 있어야 하기 때문에 번거로운 문제점이 있었다.In addition, there is a problem in that the prior information about the moving region of the cluster robots must be stored in advance.
그리고 군집 로봇의 운용 알고리즘 중에서 연산하는 알고리즘이 복잡해지기 때문에 연산 알고리즘을 수행하는 프로세서에 부하가 발생할 수 있고, 이와 동시에 복잡한 연산 알고리즘으로 인하여 군집 로봇의 이동 경로를 제어하는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.In addition, since the algorithm for computing the operation algorithm of the cluster robot is complicated, a load may be generated in the processor that performs the operation algorithm, and at the same time, it takes a long time to control the movement path of the cluster robot due to the complex operation algorithm .
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 장애물의 존재 여부에 따라 선행 로봇의 통신 범위를 다르게 설정하고, 설정된 선행 로봇의 통신 범위 내에 후행 로봇이 존재하도록 후행 로봇의 경로를 제어함으로써 복수의 로봇 간에 보다 용이하게 통신 연결할 수 있는 군집 로봇 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.Therefore, a problem to be solved by the present invention is to set the communication range of the preceding robot differently according to whether an obstacle exists or not, and to control the trailing robot so that the trailing robot exists in the communication range of the set preceding robot And a control method thereof.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따라 복수의 로봇으로 이루어진 군집 로봇 시스템의 제어 방법은 상기 복수의 로봇 중 선행 로봇이 장애물의 존재 여부를 판단하는 단계, 상기 장애물의 존재 여부에 따라 상기 선행 로봇의 통신 범위를 적어도 두 개의 통신 범위 중에서 어느 하나로 설정하는 단계, 상기 선행 로봇과 후행 로봇 간의 거리를 계산하는 단계, 그리고 상기 계산된 두 로봇 간의 거리 및 상기 설정된 선행 로봇의 통신 범위를 비교하여 상기 선행 로봇의 통신 범위 내에 상기 후행 로봇이 존재하도록 상기 후행 로봇의 경로를 제어하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of controlling a system for collective robots comprising a plurality of robots, the method comprising the steps of: determining whether a preceding robot among the plurality of robots has an obstacle; Setting a communication range of the preceding robot to one of at least two communication ranges, calculating a distance between the preceding robot and the following robot, comparing the calculated distance between the two robots and the communication range of the set preceding robot And controlling the path of the trailing robot so that the trailing robot exists within the communication range of the preceding robot.
상기 적어도 두 개의 통신 범위는 최대 통신 범위 및 안전 통신 범위를 포함하고, 상기 안전 통신 범위는 상기 최대 통신 범위의 이내에 있으면서 상기 장애물과의 거리보다 작은 거리에 있는 영역일 수 있다.The at least two communication ranges include a maximum communication range and a safety communication range, and the safety communication range may be an area within the maximum communication range and a distance smaller than the distance from the obstacle.
상기 장애물의 존재 여부에 따라 상기 선행 로봇의 통신 범위를 적어도 두 개의 통신 범위 중에서 어느 하나로 설정하는 단계는 상기 장애물이 존재하지 않으면, 상기 선행 로봇의 통신 범위를 최대 통신 범위로 설정하고, 상기 장애물이 존재하면, 상기 선행 로봇의 통신 범위를 안전 통신 범위로 설정할 수 있다.Wherein the step of setting the communication range of the preceding robot to one of at least two communication ranges according to the presence or absence of the obstacle includes setting the communication range of the preceding robot to the maximum communication range if the obstacle does not exist, The communication range of the preceding robot can be set as the safety communication range.
상기 선행 로봇은 상기 설정된 통신 범위에 대한 정보를 상기 후행 로봇에 전송하고, 상기 후행 로봇은 상기 선행 로봇의 통신 범위, 위치 및 각도를 이용하여 상기 선행 로봇과의 통신 유지 가능 범위를 계산할 수 있다.The preceding robot transmits information on the set communication range to the trailing robot, and the trailing robot can calculate the communication sustainable range with the preceding robot using the communication range, position and angle of the preceding robot.
상기 선행 로봇의 통신 범위 내에 상기 후행 로봇이 존재하도록 상기 후행 로봇의 경로를 제어하는 단계는 상기 선행 로봇의 통신 범위 내로 상기 후행 로봇이 이동하는 시간이 최소가 되도록 상기 후행 로봇의 이동 목표점을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.Wherein the step of controlling the path of the trailing robot such that the trailing robot exists within the communication range of the preceding robot includes setting a moving target point of the trailing robot so that the time for the trailing robot to move into the communication range of the preceding robot is minimized Step < / RTI >
상기 이동 목표점은 상기 선행 로봇의 통신 범위 내에 존재하도록 상기 후행 로봇이 회전하는 각도 및 상기 후행 로봇이 이동하는 직진 거리를 이용하여 설정될 수 있다.The moving target point may be set using an angle at which the trailing robot rotates to be within the communication range of the preceding robot and a straight line distance at which the trailing robot moves.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따라 복수의 로봇으로 이루어진 군집 로봇 시스템은 장애물의 존재 여부를 판단하고, 상기 장애물의 존재 여부에 따라 통신 범위를 적어도 두 개의 통신 범위 중에서 어느 하나로 설정하는 선행 로봇, 그리고 상기 선행 로봇 간의 거리를 계산하고, 상기 계산된 선행 로봇 간의 거리 및 상기 설정된 선행 로봇의 통신 범위를 비교하여 상기 선행 로봇의 통신 범위 내에 존재하도록 경로를 제어하는 후행 로봇을 포함한다.According to an embodiment of the present invention, a community robot system composed of a plurality of robots includes a preceding robot for determining whether an obstacle exists or not, and setting a communication range to any one of at least two communication ranges according to the existence of the obstacle, And a trailing robot which calculates the distance between the preceding robots and compares the calculated distance between the preceding robots and the communication range of the set preceding robot and controls the path so as to be within the communication range of the preceding robot.
상기 적어도 두 개의 통신 범위는 최대 통신 범위 및 안전 통신 범위를 포함하고, 상기 안전 통신 범위는 상기 최대 통신 범위의 이내에 있으면서 상기 장애물과의 거리보다 작은 거리에 있는 영역일 수 있다.The at least two communication ranges include a maximum communication range and a safety communication range, and the safety communication range may be an area within the maximum communication range and a distance smaller than the distance from the obstacle.
상기 선행 로봇은 상기 장애물이 존재하지 않으면, 상기 선행 로봇의 통신 범위를 최대 통신 범위로 설정하고, 상기 장애물이 존재하면, 상기 선행 로봇의 통신 범위를 안전 통신 범위로 설정할 수 있다.The preceding robot can set the communication range of the preceding robot to the maximum communication range if the obstacle does not exist and set the communication range of the preceding robot to the safety communication range when the obstacle exists.
상기 선행 로봇은 상기 설정된 통신 범위에 대한 정보를 상기 후행 로봇에 전송하고, 상기 후행 로봇은 상기 선행 로봇의 통신 범위, 위치 및 각도를 이용하여 상기 선행 로봇과의 통신 유지 가능 범위를 계산할 수 있다.The preceding robot transmits information on the set communication range to the trailing robot, and the trailing robot can calculate the communication sustainable range with the preceding robot using the communication range, position and angle of the preceding robot.
상기 후행 로봇은 상기 선행 로봇의 통신 범위 내로 이동하는 시간이 최소가 되도록 이동 목표점을 설정할 수 있다.The trailing robot can set the moving target point so that the time for moving to the communication range of the preceding robot is minimized.
상기 이동 목표점은 상기 선행 로봇의 통신 범위 내에 존재하도록 상기 후행 로봇이 회전하는 각도 및 상기 후행 로봇이 이동하는 직진 거리를 이용하여 설정될 수 있다.The moving target point may be set using an angle at which the trailing robot rotates to be within the communication range of the preceding robot and a straight line distance at which the trailing robot moves.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 군집 로봇 시스템 및 그 제어 방법에 따르면, 장애물의 존재 여부에 따라 선행 로봇의 통신 범위를 다르게 설정하고, 설정된 선행 로봇의 통신 범위 내에 후행 로봇이 존재하도록 후행 로봇의 경로를 제어함으로써 복수의 로봇 간에 보다 용이하게 통신 연결할 수 있는 장점이 있다.According to the system and the control method of the present invention, it is possible to set the communication range of the preceding robot differently according to the presence of the obstacle, and to set the communication range of the trailing robot so that the trailing robot exists in the communication range of the set preceding robot There is an advantage that communication can be easily established between a plurality of robots by controlling the paths.
즉, 장애물의 존재 여부에 따라 선행 로봇의 통신 범위를 다르게 설정하여 후행 로봇에 제공하면, 후행 로봇은 선행 로봇과의 통신 유지 가능 범위를 계산하여 선행 로봇과 통신 가시성이 확보되도록 이동하기 때문에 복수의 로봇 간에 보다 원활하게 통신 연결할 수 있는 장점이 있다.In other words, if the communication range of the preceding robot is set differently according to the existence of the obstacle and is provided to the trailing robot, the trailing robot calculates the communication sustainable range with the preceding robot and moves so as to secure communication visibility with the preceding robot. There is an advantage that communication can be more smoothly performed between robots.
또한, 장애물을 포함한 통신 두절 예상 지역을 이동할 때에도 복수의 로봇 간에 보다 안전하게 통신 연결할 수 있는 장점이 있다.Also, there is an advantage that communication can be established more securely between a plurality of robots even when moving in a region where communications are interrupted including obstacles.
그리고 후행 로봇의 이동 목표점을 설정하여 복수의 로봇 간에 최단 시간으로 통신 연결할 수 있는 장점이 있다.In addition, there is an advantage that a moving target point of the trailing robot can be set and communication can be established in a shortest time between a plurality of robots.
이에 따라, 군집을 이루고 있는 복수의 로봇 간에 통신 가시성 및 통신 연결 안정성을 보다 용이하게 확보할 수 있는 장점이 있다.Accordingly, there is an advantage that communication visibility and communication connection stability can be more easily secured between a plurality of robots constituting the cluster.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 군집 로봇 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선행 로봇에 설정 가능한 복수 개의 통신 범위를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 장애물이 없는 경우, 선행 로봇에 설정되는 통신 범위를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 장애물이 있는 경우, 선행 로봇에 설정되는 통신 범위를 보여주는 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 통신 범위 변화에 따른 선행 로봇의 이동 방향을 보여주는 도면이다.
도 6은 선행 로봇과 후행 로봇을 최단 시간으로 통신 연결하기 위한 이동 목표점의 설정 모습을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 군집 로봇 시스템의 제어 과정을 보여주는 동작 흐름도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of a cluster robot system according to an embodiment of the present invention; FIG.
2 is a view showing a plurality of communication ranges that can be set in a preceding robot according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a communication range set in a preceding robot when there is no obstacle according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing a communication range set in a preceding robot when there is an obstacle according to another embodiment of the present invention.
5A to 5D are diagrams showing a moving direction of a preceding robot according to a communication range change.
6 is a view showing a setting of a moving target point for communicating the preceding robot and the trailing robot in the shortest time.
FIG. 7 is a flowchart illustrating a process of controlling a community robot system according to an embodiment of the present invention.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 군집 로봇 시스템의 구성도를 나타낸다.1 is a block diagram of a system for collective robots according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시한 바와 같이, 군집 로봇 시스템(100)은 선행 로봇(120) 및 후행 로봇(140: 140a~140n)을 포함하는 복수의 로봇으로 이루어질 수 있다.As shown in FIG. 1, the
선행 로봇(120)은 군집을 이루고 있는 복수의 로봇 중 가장 앞 쪽에 위치하여 마스터 역할을 수행하는 로봇으로, 후행 로봇(140)과 지속적으로 통신 연결을 수행하면서 이동하고자 하는 목적지로 후행 로봇(140)이 이동할 수 있도록 후행 로봇(140)의 경로를 제어할 수 있다.The preceding
후행 로봇(140)은 선행 로봇(120)과 지속적으로 통신하여 선행 로봇(120)이 제공하는 위치 정보나 이동 정보 등을 수신함으로써 이동하고자 하는 목적지로 이동할 수 있다.The trailing
선행 로봇(120) 및 후행 로봇(140)은 실질적으로는 동일한 구성으로 구현될 수 있으나, 사용자의 선택에 의해 복수의 로봇 중 어느 하나가 선행 로봇으로 설정될 수 있다. 즉, 각각의 고유 정보를 가지고 있는 복수의 로봇 중에서 사용자가 지정한 특정한 고유 정보를 가지는 로봇이 선행 로봇(120)이 되며, 나머지 로봇은 후행 로봇(140)이 될 수 있다.The preceding
선행 로봇(120) 및 후행 로봇(140)의 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명하면, 선행 로봇(120)은 선행 감지부(121), 선행 위치 파악부(122) 및 선행 제어부(123)를 포함하고, 후행 로봇(140)은 후행 감지부(141), 후행 위치 파악부(142) 및 후행 제어부(143)를 포함할 수 있다.More specifically, the preceding
선행 감지부(121) 및 후행 감지부(141)는 카메라나 적외선 센서 등과 같은 각종 센서를 포함할 수 있으며, 로봇이 탐색하고자 하는 영역의 환경 정보를 수집할 수 있다.The pre-detection unit 121 and the post-detection unit 141 may include various sensors such as a camera and an infrared sensor, and may collect environmental information of a region to be searched by the robot.
선행 위치 파악부(122) 및 후행 위치 파악부(142)는 GPS(Global Positioning System) 수신기를 포함할 수 있으며, GPS 기반 항법 기술 또는 동시적 위치 추정 및 지도 작성(Simultaneous Localization And Mapping, SLAM) 기반의 자기 위치 결정 방법 등에 의하여 로봇이 자기 자신의 위치를 파악할 수 있도록 한다.The
선행 제어부(123)은 선행 로봇(120)을 전반적으로 제어하고, 후행 제어부(143)는 후행 로봇(140)을 전반적으로 제어하며, 로봇이 장애물을 회피하면서 이동하고자 하는 목적지로 이동하거나 주어진 임무를 수행할 수 있도록 한다. 선행 제어부(123)는 선행 감지부(121) 및 선행 위치 파악부(122)를 이용하여 예를 들어 장애물의 위치나 거리 등을 포함하는 탐색 영역의 환경 정보 및 위치 정보를 파악하고, 파악된 탐색 영역의 환경 정보 및 위치 정보를 통신 연결된 후행 로봇(140)에 전송함으로써 선행 로봇(120)과 후행 로봇(140)이 장애물이나 다른 로봇과의 충돌을 회피하면서 이동하고자 하는 목적지로 이동할 수 있도록 한다.The preceding
하기에서는 군집을 이루고 있는 복수의 로봇 간에 통신 연결을 수행하는 과정에 대하여 보다 자세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, a process of establishing communication between a plurality of robots constituting a cluster will be described in more detail.
우선, 복수의 로봇 간에 통신 연결하기 위해서는 하기와 같이 가정할 수 있다.First, in order to establish a communication connection between a plurality of robots, the following can be assumed.
로봇은 원의 형태로 이루어질 수 있으며, 로봇의 직선 이동 및 회전 이동에 대한 모델은 간략화된 즉시 모델(Simplify Instantaneous Model, 순간가감속가능)로 가정할 수 있다. 또한, 복수의 로봇 간의 통신은 멀티 캐스트(Multi-Cast)나 브로드 캐스트(Broad-Cast) 모두 가능하며, 통신 지연은 없는 것으로 가정한다. 그리고 로봇의 위치나 각도에 대한 정보는 모든 로봇에게 실시간으로 전달할 수 있다.The robot can be made in the shape of a circle, and the model for the linear movement and the rotation movement of the robot can be assumed as a simplified instant model (Simplify Instantaneous Model). It is also assumed that communication between a plurality of robots can be both multicast (multi-cast) and broadcast (broad-cast), and there is no communication delay. Information on the position and angle of the robot can be transmitted to all the robots in real time.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선행 로봇에 설정 가능한 복수 개의 통신 범위를 보여주는 도면으로, 도 2를 참조하면, 선행 로봇(120)의 통신 범위는 최대 통신 범위(rmax), 안전 통신 범위(dmax) 및 최소 통신 범위(dmin)로 이루어질 수 있다. 여기서, 최대 통신 범위(rmax)는 선행 로봇(120)이 후행 로봇(140)과 통신할 수 있는 가장 넓은 영역으로, 사전에 설정될 수 있다. 안전 통신 범위(dmax)는 최대 통신 범위(rmax)의 이내에 있으면서 장애물과의 거리보다 작은 거리에 있는 영역으로, 가변 가능하게 이루어질 수 있다. 최소 통신 범위(dmin)는 선행 로봇(120)이 이동하면서 장애물이나 다른 로봇과의 충돌을 방지하기 위해 최소로 통신 가능한 영역으로, 선행 로봇(120) 지름의 대략 1.5배에 해당되며, 사전에 설정될 수 있다.Referring to FIG. 2, the communication range of the preceding
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 장애물이 없는 경우, 선행 로봇에 설정되는 통신 범위를 보여주는 도면이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 장애물이 있는 경우, 선행 로봇에 설정되는 통신 범위를 보여주는 도면을 나타낸다.FIG. 3 is a diagram showing a communication range set in a preceding robot in the absence of an obstacle according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing a communication range set in a preceding robot when there is an obstacle according to another embodiment of the present invention. Fig.
선행 로봇(120)은 거리 센서(laser ranging finder, LRF)나 초음파 센서 등을 포함할 수 있다. 선행 로봇(120)은 이와 같은 센서로부터 주변 장애물과의 거리를 측정할 수 있으며, 장애물의 존재 여부를 판단할 수 있다. 그리고 선행 로봇(120)은 장애물의 존재 여부에 따라 통신 범위를 복수 개의 통신 범위 중에서 어느 하나로 설정할 수 있다. 즉, 선행 로봇(120)은 주위에 장애물이 있는지 판단하여 장애물이 없거나 장애물이 존재하더라도 장애물의 위치가 최대 통신 범위(rmax) 밖이라면, 선행 로봇(120)의 통신 범위를 최대 통신 범위(rmax)로 설정하고 안전 통신 범위(dmax)를 최대 통신 범위(rmax)로 둔다.The preceding
도 3과 같이 선행 로봇(120) 주위에 장애물이 없으면, 선행 로봇(120)의 통신 범위는 (수식 1)을 이용하여 결정할 수 있다.If there is no obstacle around the preceding
(수식 1)(Equation 1)
여기서, dmax,A는 선행 로봇의 안전 통신 범위이고, rmax,A는 선행 로봇의 최대 통신 범위로, 장애물이 없는 경우에는 선행 로봇(120)의 통신 범위는 최대 통신 범위(rmax,A)가 되고, 선행 로봇(120)의 안전 통신 범위(dmax,A)는 최대 통신 범위(rmax,A)가 될 수 있다.Here, d max, A is the safety communication range of the preceding robot, r max, A is the maximum communication range of the preceding robot, and the communication range of the preceding
한편, 선행 로봇(120)은 선행 로봇(120)의 최대 통신 범위(rmax) 이내에 장애물이 존재하면 통신 범위를 안전 통신 범위(dmax)로 설정할 수 있다.On the other hand, the
보다 구체적으로 설명하면, 도 4와 같이, 선행 로봇(120)이 이동하면서 장애물(P)을 만나게 되면 선행 로봇(120)은 장애물(P)과의 거리를 측정하고 그 거리가 최대 통신 범위(rmax)의 반지름보다 작게 되면, 선행 로봇(120)은 통신 범위를 최대 통신 범위(rmax)에서 안전 통신 범위(dmax)로 변환하여 설정한다. 이때, 안전 통신 범위(dmax)는 선행 로봇(120)을 중심으로 하여 선행 로봇(120)과 장애물 사이의 거리를 반지름으로 하는 원 내부 영역으로 설정될 수 있다. 이와 달리 장애물의 위치나 모양 등을 고려하여 최대 통신 범위(rmax)에서 장애물에 의하여 가려지는 부분을 제외한 영역을 안전 통신 범위(dmax)로 설정할 수도 있다.4, when the preceding
이와 같이 선행 로봇(120)은 자신이 이동하는 방향에 따라 장애물을 만나면서 통신 범위가 변할 수 있으며, 안전 통신 범위는 (수식 2)와 같이 결정될 수 있다.As described above, the communication range can be changed while meeting the obstacle according to the direction in which the preceding
(수식 2)(Equation 2)
여기서, dmax,A는 선행 로봇(120)의 안전 통신 범위로, 최대 통신 범위인 rmax,A의 △에 의해 설정될 수 있다. △는 선행 로봇(120)과 장애물 사이의 거리에 관계된 값으로 0부터 1까지의 범위로 표현될 수 있다. 다만 선행 로봇(120)은 안전 통신 범위(dmax)가 최소 통신 범위(dmin)보다 그 영역이 작지 않도록 장애물(P)과의 거리를 유지할 수 있다.Here, dmax , A can be set by the safety communication range of the preceding
이와 같이 선행 로봇(120)은 장애물의 존재 여부에 따라 통신 범위를 안전 통신 범위(dmax), 최대 통신 범위(rmax) 및 최소 통신 범위(dmin) 중 어느 하나로 결정할 수 있으며, 결정된 선행 로봇(120)의 통신 범위에 따라 후행 로봇(140)의 행동 제어는 하기와 같이 이루어질 수 있다.Thus
선행 로봇(120)과 후행 로봇(140) 간의 거리가 l이고, 선행 로봇(120)의 좌표는 (xc, yc)이고 후행 로봇(140)의 좌표가 (xf, yf)인 경우, 선행 로봇(120)과 후행 로봇(140) 간의 거리(l)를 (수식 3)을 이용하여 계산하고, 계산된 선행 로봇(120)과 후행 로봇(140) 간의 거리(l) 및 선행 로봇(120)의 통신 범위를 비교하여 후행 로봇(140)이 선행 로봇(120)의 통신 범위 내에 존재하도록 후행 로봇(140)의 행동을 제어할 수 있다.The coordinates of the preceding
(수식 3)(Equation 3)
후행 로봇(140)은 선행 로봇(120)의 통신 범위가 결정되면, 선행 로봇(120)과의 거리(l)와 선행 로봇(120)의 통신 범위를 비교한다. 이 경우에는 선행 로봇(120)과의 거리(l)가 선행 로봇(120)의 통신 범위 내에 위치하고 있는지 아닌지를 판단하여 다음 과정으로 진행할 수 있다. 만약에, 후행 로봇(140)이 선행 로봇(120)의 통신 범위 내에 위치한다면, 후행 로봇(140)은 선행 로봇(120)과의 통신 유지가 원활한 상황이므로 선행 로봇(120)이 이동하여 통신 범위가 바뀌기 전까지 선행 로봇(120)과의 통신 연결을 수행할 수 있다. 이와 반대로, 후행 로봇(140)이 선행 로봇(120)의 통신 범위 내에 위치하지 않는다면, 후행 로봇(140)은 선행 로봇(120)과의 원활한 통신 유지를 위하여 선행 로봇(120)의 통신 범위 내로 이동하도록 경로를 제어할 수 있다.The trailing
도 5a 내지 도 5d는 통신 범위 변화에 따른 선행 로봇의 이동 방향을 보여주는 도면을 나타낸다.5A to 5D are views showing a moving direction of a preceding robot according to a communication range change.
도 5a는 장애물(P)을 처음으로 마주친 선행 로봇(120)의 통신 범위를 나타내는 도면으로, 선행 로봇(120)의 통신 범위는 안전 통신 범위(dmax)로 설정될 수 있으며, 후행 로봇(140)은 선행 로봇(120)의 안전 통신 범위(dmax) 내에 존재하도록 이동할 수 있다. 도 5b는 선행 로봇(120)이 장애물(P)을 회피하여 이동하는 과정에서 통신 범위가 안전 통신 범위(dmax)에서 최소 통신 범위(dmin)로 가변한 것을 보여주고 있다. 도 5c는 선행 로봇(120)이 통신 범위를 최소 통신 범위(dmin)로 유지하면서 장애물(P)을 회피하는 것을 보여주고 있는데, 이때, 후행 로봇(140)은 선행 로봇(120)의 최소 통신 범위(dmin) 내에 위치하고 있으며, 이와 같이 후행 로봇(140)이 선행 로봇(120)의 최소 통신 범위(dmin) 내에 위치함에 따라 선행 로봇(120)이 후행 로봇(140)에 대한 통신 가시성을 확보할 수 있다. 도 5d는 선행 로봇(120)과 후행 로봇(140)이 통신하면서 장애물(P)을 통과하고 있는 것을 보여주고 있다.5A is a diagram showing the communication range of the preceding
이와 같이, 장애물의 존재 여부에 따라 선행 로봇(120)이 통신 범위를 결정하여 후행 로봇(140)에 제공해 주면, 후행 로봇(140)은 선행 로봇(120)의 통신 범위, 위치 및 각도를 이용하여 통신 유지 가능 범위를 계산하고, 계산된 통신 유지 가능 범위 내로 이동함으로써 보다 원활한 통신 연결이 가능하도록 한다. 또한, 장애물을 포함한 통신 두절이 예상되는 지역을 이동할 때 통신을 보다 안전하게 연결할 수 있다.If the preceding
이하에서는 후행 로봇이 선행 로봇의 통신 범위 내로 최단 시간에 이동하는 방법에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a method in which the trailing robot moves in the shortest time within the communication range of the preceding robot will be described.
우선, 후행 로봇(140)이 선행 로봇(120)의 통신 범위 내로 이동하기 위해서는 후행 로봇(140)의 이동 시간이 최소가 되도록 이동 목표점(P1, P2, P3)을 설정한다. 여기서, 이동 목표점(P1, P2, P3)은 선행 로봇(120)의 통신 범위 내에 존재하도록 후행 로봇(140)이 회전하는 각도 및 후행 로봇(140)이 이동하는 직진 거리를 이용하여 결정될 수 있다.First, in order for the trailing
도 6은 선행 로봇과 후행 로봇을 최단 시간으로 통신 연결하기 위한 이동 목표점의 설정 모습을 보여주는 도면을 나타낸다.6 is a view showing a setting of a moving target point for communication connection of the preceding robot and the trailing robot in the shortest time.
도 6을 참조하면, 선행 로봇(120)과 후행 로봇(140)이 통신 연결하기 위해서는 선행 로봇(120)의 통신 범위 내로 후행 로봇(140)이 이동해야 하는데, 이동 목표점(P1)이 이동 시간이 최소가 되는 지점이라고 가정한다. 여기서, ωB, υB, θB는 각각 후행 로봇(140)의 회전 속도(ωB), 직진 속도(υB), 각도(θB)이다.6, in order for the preceding
후행 로봇(140)의 총 이동 시간을 구하는 식을 수식적으로 표현하면 다음과 같다.The formula for obtaining the total travel time of the trailing
(수식 4)(Equation 4)
ttot = trot + tlin t tot = t rot + t lin
여기서, 총 이동 시간(ttot)은 회전 이동 시간(trot)과 직선 이동 시간(tlin)의 합으로 나타낼 수 있다.Here, the total movement time t tot can be expressed as a sum of the rotation movement time t rot and the linear movement time t lin .
그리고 회전 이동 시간은 (수식 5)를 이용하여 구할 수 있는데, 회전 각도를 후행 로봇(140)의 회전 속도를 나누면 회전하는 시간을 구할 수 있다.The rotational movement time can be calculated using Equation (5), and the rotational time can be obtained by dividing the rotational angle of the trailing
(수식 5)(Equation 5)
trot= (θd-θB) /ωB = θt /ωB t rot = (? d - ? B ) /? B =? t /? B
그리고 직선 이동 시간(tlin)을 구하는 식은 (수식 6)과 같다.The equation for obtaining the linear movement time (t lin ) is shown in Equation (6).
(수식 6)(Equation 6)
tlin = d /υB t lin = d / υ B
(수식 4)에 (수식 5) 및 (수식 6)를 대입하면 총 이동 시간은 하기의 (수식 7)과 같이 나타낼 수 있다.(Equation 5) and (Equation 6) are substituted into Equation (4), the total shift time can be expressed by Equation (7) below.
(수식 7)(Equation 7)
ttot = (θt /ωB) + (d /υB)t tot = (? t /? B ) + (d /? B )
한편, 최적의 이동 시간 즉, 최단 이동 시간을 구하기 위해서는 후행 로봇(140)이 선행 로봇(120)의 통신 범위 안에 이동하기 위한 최적의 θt를 구해야 한다.On the other hand, in order to obtain the optimal movement time, that is, the shortest movement time, the optimum? T for the trailing
여기서, 최적의 θt를 구하는 방법은 앞서 설명한 대로 회전 속도와 직선 속도의 합을 이용하여 구할 수 있다. 후행 로봇(140)이 회전하면서 선행 로봇(120)의 통신 범위 내에 위치하는 직진 거리를 구하기 위한 방법으로 회전 각도와 직진 거리를 구하여 후행 로봇(140)의 총 이동 시간을 구할 수 있다.Here, the method for obtaining the optimal θ t can be obtained by using the sum of the rotation speed and the linear speed as described above. The total travel time of the trailing
직진 거리(d)는 (수식 8)과 같이 코사인 제2 법칙을 이용하여 구할 수 있다.The straight-line distance d can be obtained by using the second law of cosine as shown in equation (8).
(수식 8)(Equation 8)
(수식 8)을 직진 거리(d)에 대하여 정리하면, (수식 9)와 같다.(8) is summarized with respect to the straight-line distance (d), the equation (9) is obtained.
(수식 9)(Equation 9)
근의 공식을 사용하여 직진 거리(d)를 구하면, 다음의 (수식 10) 및 (수식 11)과 같다.(D) is obtained by using the formula of the root, the following equations (10) and (11) are obtained.
(수식 10)(Equation 10)
(수식 11)(Equation 11)
구해진 직진 거리(d)를 이용하여 총 이동 시간을 구하면 다음의 (수식 12)와 같다.The total travel time is obtained using the obtained straight line distance d, as shown in Equation (12).
(수식 12)(Equation 12)
한편, 최적의 θt를 구하기 위한 선행 로봇(120)과 후행 로봇(140)의 회전 시간이 직선 이동 시간보다 충분히 크다면, 후행 로봇(140)의 직선 이동 시간은 상대적으로 매우 작기 때문에 무시할 수 있으며, 선행 로봇(120)과 후행 로봇(140)의 직선 이동 시간이 회전 시간보다 충분히 크다면, 후행 로봇(140)의 회전 시간은 무시할 수 있다.On the other hand, if the rotation time of the preceding
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 군집 로봇 시스템의 제어 과정을 보여주는 동작 흐름도를 나타낸다.FIG. 7 is a flowchart illustrating a process of controlling a community robot system according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 선행 로봇(120)은 이동을 하면서 선행 로봇(120) 주위에 장애물이 있는지 확인하고, 장애물이 존재하면 장애물이 최대 통신 범위(rmax) 이내에 있는지 판단한다(S701).When 7, the leading
단계(S701)에서 장애물이 존재하지 않거나 장애물이 선행 로봇(120)의 최대 통신 범위(rmax) 이내에 존재하지 않는 것으로 판단하면(S701-N), 선행 로봇(120)의 통신 범위를 최대 통신 범위(rmax)로 설정하고(S702), 안전 통신 범위(dmax)를 최대 통신 범위(rmax)로 둔다. 그러고 선행 로봇(120)의 최대 통신 범위(rmax) 내에 후행 로봇(140)이 존재하도록 후행 로봇(140)을 이동시킨다(S703).The maximum communication range when it is determined to not exist within the (r max) (S701-N), the communication range of the leading robot (120) up to the communication range of not present an obstacle in the step (S701) an obstacle preceding the
그런 다음, 선행 로봇(120)의 최대 통신 범위(rmax) 내에 후행 로봇(140)이 존재하는지 판단하여(S704) 상기 판단 결과, 선행 로봇(120)의 최대 통신 범위(rmax) 내에 후행 로봇(140)이 존재하면, 후행 로봇(140)이 최종 목표점에 도달하였는지 판단한다(S705).Up to the communication range of the then leading robot (120) (r max) in the trailing
만약, 선행 로봇(120)의 최대 통신 범위(rmax) 내에 후행 로봇(140)이 존재하지 않거나 후행 로봇(140)이 최종 목표점에 도달하지 않았으면, 새로운 후행 로봇을 추가한다(S706).If the trailing
한편, 단계(S701)에서 장애물이 선행 로봇(120)의 최대 통신 범위(rmax) 이내에 존재하는 것으로 판단하면(S701-Y), 선행 로봇(120)의 통신 범위를 안전 통신 범위(dmax)로 설정하고(S707), 선행 로봇(120)의 안전 통신 범위(dmax) 내에 후행 로봇(140)이 존재하도록 후행 로봇(140)을 이동시킨다(S708).Meanwhile, when determining that an obstacle in the step (S701) existing within the maximum communication range (r max) of the leading robot (120) (S701-Y) , the communication range of the safety communication range of the leading robot (120) (d max) and setting (S707), moving the leading
그런 후, 선행 로봇(120)의 안전 통신 범위(dmax) 내에 후행 로봇(140)이 존재하는지 판단하여(S709) 상기 판단 결과, 선행 로봇(120)의 안전 통신 범위(dmax) 내에 후행 로봇(140)이 존재하면, 후행 로봇(140)이 최종 목표점에 도달하였는지 판단한다(S706).Then, trailing in the safety communication range (d max) of the leading
만약, 선행 로봇(120)의 안전 통신 범위(dmax) 내에 후행 로봇(140)이 존재하지 않거나 후행 로봇(140)이 최종 목표점에 도달하지 않았으면, 새로운 후행 로봇을 추가한다(S706).If, in the secure communication range trailing (d max), the
이와 같이, 선행 로봇(120)이 이동 중에 장애물의 존재 여부에 따라 통신 범위를 최대 통신 범위(rmax)와 안전 통신 범위(dmax) 중에서 어느 하나로 설정할 수 있고, 물론 필요하다면 최소 통신 범위(rmin)도 포함하여 설정할 수 있다. 이와 같은 설정에 따라 후행 로봇(140)들이 선행 로봇(120)의 통신 범위 내에 존재하도록 경로를 제어함으로써 복수의 로봇 간에 지속적으로 통신 연결을 유지할 수 있게 된다. 또한 가능한 한 최단 시간 내에 후행 로봇(140)을 선행 로봇(120)의 통신 범위 내로 이동시킬 수 있으므로 최단 시간 내로 선행 로봇(120)과 후행 로봇(140)을 통신 연결할 수 있게 된다.In this way, the
본 발명의 실시예는 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체를 포함한다. 이 매체는 앞서 설명한 군집 로봇 시스템의 제어 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한다. 이 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 이러한 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 자기-광 매체, 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 구성된 하드웨어 장치 등이 있다. 또는 이러한 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.Embodiments of the present invention include a computer-readable medium having program instructions for performing various computer-implemented operations. This medium records a program for executing the control method of the community robot system described above. The medium may include program instructions, data files, data structures, etc., alone or in combination. Examples of such media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape, optical recording media such as CD and DVD, programmed instructions such as floptical disk and magneto-optical media, ROM, RAM, And a hardware device configured to store and execute the program. Or such medium may be a transmission medium, such as optical or metal lines, waveguides, etc., including a carrier wave that transmits a signal specifying a program command, data structure, or the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.
100: 군집 로봇 시스템
120: 선행 로봇 121: 선행 감지부
122: 선행 위치 파악부 123: 선행 제어부
140: 후행 로봇 141: 후행 감지부
142: 후행 위치 파악부 143: 후행 제어부100: Cluster Robot System
120: a preceding robot 121:
122: preceding position determination unit 123:
140: trailing robot 141: trailing sensor
142: trailing position determination unit 143:
Claims (12)
상기 복수의 로봇 중 선행 로봇이 장애물의 존재 여부를 판단하는 단계,
상기 장애물의 존재 여부에 따라 상기 선행 로봇의 통신 범위를 적어도 두 개의 통신 범위 중에서 어느 하나로 설정하는 단계,
상기 선행 로봇과 후행 로봇 간의 거리를 계산하는 단계, 그리고
상기 계산된 두 로봇 간의 거리 및 상기 설정된 선행 로봇의 통신 범위를 비교하여 상기 선행 로봇의 통신 범위 내에 상기 후행 로봇이 존재하도록 상기 후행 로봇의 경로를 제어하는 단계
를 포함하며,
상기 적어도 두 개의 통신 범위는 최대 통신 범위 및 안전 통신 범위를 포함하고, 상기 안전 통신 범위는 상기 최대 통신 범위의 이내에 있으면서 상기 장애물과의 거리보다 작은 거리에 있는 영역인
군집 로봇 시스템의 제어 방법.A method for controlling a system of a plurality of robots,
Determining whether a preceding one of the plurality of robots has an obstacle,
Setting a communication range of the preceding robot to any one of at least two communication ranges according to whether or not the obstacle exists;
Calculating a distance between the preceding robot and the following robot, and
Controlling the path of the trailing robot so that the trailing robot exists within the communication range of the preceding robot by comparing the calculated distance between the two robots and the communication range of the set preceding robot
/ RTI >
Wherein the at least two communication ranges include a maximum communication range and a safety communication range, the safety communication range being an area within the maximum communication range and a distance smaller than the distance from the obstacle
Control method of cluster robot system.
상기 장애물의 존재 여부에 따라 상기 선행 로봇의 통신 범위를 적어도 두 개의 통신 범위 중에서 어느 하나로 설정하는 단계는,
상기 장애물이 존재하지 않으면, 상기 선행 로봇의 통신 범위를 최대 통신 범위로 설정하고,
상기 장애물이 존재하면, 상기 선행 로봇의 통신 범위를 안전 통신 범위로 설정하는 군집 로봇 시스템의 제어 방법.The method of claim 1,
Wherein the step of setting the communication range of the preceding robot to any one of at least two communication ranges according to whether or not the obstacle exists,
If the obstacle does not exist, sets the communication range of the preceding robot to the maximum communication range,
And sets the communication range of the preceding robot to the safety communication range when the obstacle exists.
상기 선행 로봇은,
상기 설정된 통신 범위에 대한 정보를 상기 후행 로봇에 전송하고,
상기 후행 로봇은,
상기 선행 로봇의 통신 범위, 위치 및 각도를 이용하여 상기 선행 로봇과의 통신 유지 가능 범위를 계산하는 군집 로봇 시스템의 제어 방법.The method of claim 1,
The preceding robot,
Transmits information on the set communication range to the trailing robot,
The trailing robot includes:
And calculating a communication sustainable range with the preceding robot using the communication range, position, and angle of the preceding robot.
상기 선행 로봇의 통신 범위 내에 상기 후행 로봇이 존재하도록 상기 후행 로봇의 경로를 제어하는 단계는,
상기 선행 로봇의 통신 범위 내로 상기 후행 로봇이 이동하는 시간이 최소가 되도록 상기 후행 로봇의 이동 목표점을 설정하는 단계를 포함하는 군집 로봇 시스템의 제어 방법.The method of claim 1,
Wherein the step of controlling the path of the trailing robot such that the trailing robot exists within the communication range of the preceding robot comprises:
And setting a moving target point of the trailing robot so that a time during which the trailing robot moves within a communication range of the preceding robot is minimized.
상기 이동 목표점은,
상기 선행 로봇의 통신 범위 내에 존재하도록 상기 후행 로봇이 회전하는 각도 및 상기 후행 로봇이 이동하는 직진 거리를 이용하여 설정되는 군집 로봇 시스템의 제어 방법.The method of claim 5,
The moving target point,
Wherein the angle of rotation of the trailing robot and that of the trailing robot are set so as to be within the communication range of the preceding robot.
장애물의 존재 여부를 판단하고, 상기 장애물의 존재 여부에 따라 통신 범위를 적어도 두 개의 통신 범위 중에서 어느 하나로 설정하는 선행 로봇, 그리고
상기 선행 로봇 간의 거리를 계산하고, 상기 계산된 선행 로봇 간의 거리 및 상기 설정된 선행 로봇의 통신 범위를 비교하여 상기 선행 로봇의 통신 범위 내에 존재하도록 경로를 제어하는 후행 로봇
을 포함하며,
상기 적어도 두 개의 통신 범위는 최대 통신 범위 및 안전 통신 범위를 포함하고, 상기 안전 통신 범위는 상기 최대 통신 범위의 이내에 있으면서 상기 장애물과의 거리보다 작은 거리에 있는 영역인
군집 로봇 시스템.1. A community robot system comprising a plurality of robots,
A preceding robot for determining whether an obstacle exists or not and setting a communication range to any one of at least two communication ranges according to whether or not the obstacle exists,
A trailing robot for calculating a distance between the preceding robots and comparing the distance between the calculated preceding robot and the communication range of the set preceding robot and controlling the path so as to be within the communication range of the preceding robot
/ RTI >
Wherein the at least two communication ranges include a maximum communication range and a safety communication range, the safety communication range being an area within the maximum communication range and a distance smaller than the distance from the obstacle
Community Robot System.
상기 선행 로봇은,
상기 장애물이 존재하지 않으면, 상기 선행 로봇의 통신 범위를 최대 통신 범위로 설정하고,
상기 장애물이 존재하면, 상기 선행 로봇의 통신 범위를 안전 통신 범위로 설정하는 군집 로봇 시스템.8. The method of claim 7,
The preceding robot,
If the obstacle does not exist, sets the communication range of the preceding robot to the maximum communication range,
And sets the communication range of the preceding robot to the safety communication range when the obstacle exists.
상기 선행 로봇은,
상기 설정된 통신 범위에 대한 정보를 상기 후행 로봇에 전송하고,
상기 후행 로봇은,
상기 선행 로봇의 통신 범위, 위치 및 각도를 이용하여 상기 선행 로봇과의 통신 유지 가능 범위를 계산하는 군집 로봇 시스템.8. The method of claim 7,
The preceding robot,
Transmits information on the set communication range to the trailing robot,
The trailing robot includes:
And calculates a communication sustainable range with the preceding robot using the communication range, position, and angle of the preceding robot.
상기 후행 로봇은,
상기 선행 로봇의 통신 범위 내로 이동하는 시간이 최소가 되도록 이동 목표점을 설정하는 군집 로봇 시스템.8. The method of claim 7,
The trailing robot includes:
And sets a moving target point so that a time to move within the communication range of the preceding robot is minimized.
상기 이동 목표점은,
상기 선행 로봇의 통신 범위 내에 존재하도록 상기 후행 로봇이 회전하는 각도 및 상기 후행 로봇이 이동하는 직진 거리를 이용하여 설정되는 군집 로봇 시스템.12. The method of claim 11,
The moving target point,
Wherein the robot is set using an angle at which the trailing robot is rotated so as to be within the communication range of the preceding robot and a straight line distance at which the trailing robot moves.
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