KR101536415B1 - System and method of remomtely controlling mobile robot - Google Patents

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KR101536415B1 KR1020130115291A KR20130115291A KR101536415B1 KR 101536415 B1 KR101536415 B1 KR 101536415B1 KR 1020130115291 A KR1020130115291 A KR 1020130115291A KR 20130115291 A KR20130115291 A KR 20130115291A KR 101536415 B1 KR101536415 B1 KR 101536415B1
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김곤우
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충북대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 이동로봇 원격제어 시스템에 관한 것으로서, 이동로봇이 이동 가능한 범위를 안전 구역, 조건부 안전구역 및 불안전 구역으로 나누어 이동로봇의 이동반경을 결정하는 가이드 서클이 안전구역, 조건부 안전구역 또는 불안전 구역 중 어느 하나에 해당하는지 판단하여, 가이드 서클이 조건부 안전구역 또는 불안전구역에 해당된다고 판단되면 가이드 서클을 확장하여 이동로봇이 안전하게 운행되도록 한다.
본 발명에 의하면, 원격으로 조종되는 이동로봇이 이동할 수 있는 범위를 가이드 서클로 결정하여 결정된 가이드 서클이 안전구역, 조건부 안전구역 및 불안전구역 중 어느 구역에 포함되는지 판단하여 포함되는 구역에 따라 이동로봇의 동작을 제어함으로써 장애물과 충돌할 확률을 감소시키는 효과가 있다.
또한, 이동로봇의 확장된 가이드 서클에서 안전지수를 이용하여 이동로봇의 이동 속도가 제한되도록 하여 사용자의 동작 명령을 수행하면서 이동로봇이 안전하게 운행되는 효과가 있다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mobile robot remote control system, in which a movable circle is divided into a safety zone, a conditional safety zone and an unsafe zone, and a guide circle for determining a moving radius of the mobile robot is installed in a safety zone, And if it is determined that the guide circle corresponds to the conditional safe area or the unsafe area, the guide circle is expanded so that the mobile robot can be safely operated.
According to the present invention, the range in which the mobile robot to be remotely controlled can be moved is determined as a guide circle, and it is determined which of the safety zone, the conditional safety zone and the unsafe zone the determined guide circle is included, There is an effect of reducing the probability of collision with an obstacle.
Further, the moving speed of the mobile robot is limited by using the safety index in the extended guide circle of the mobile robot, so that the mobile robot can be operated safely while performing the operation command of the user.

Description

이동로봇 원격제어 시스템 및 방법 {System and method of remomtely controlling mobile robot}Technical Field [0001] The present invention relates to a mobile robot remote control system and method,

본 발명은 이동로봇 원격제어 시스템에 관한 것으로서, 원거리에서 무선통신을 통하여 사용자가 리모트 컨트롤러로 이동로봇에 제어 신호를 송신하고 송신한 제어 신호에 따라 이동로봇을 제어하며, 이동로봇에서 가이드 서클을 설정하여 장애물을 감지하고, 이를 통해 이동로봇의 움직임을 제어하는 이동로봇 원격제어 시스템에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mobile robot remote control system, in which a user transmits a control signal to a mobile robot through a remote controller via a remote communication, controls the mobile robot according to the transmitted control signal, To a mobile robot remote control system for detecting an obstacle and controlling the movement of the mobile robot through the obstacle.

최근 과학 기술의 발달로 이동로봇이 여러 분야에서 사용되고 있다. 가정에서 청소에 사용되는 이동로봇부터 깊은 바닷속을 조사하는 이동로봇까지 다양한 분야에서 사용되고 있으며, 청소, 구조, 조사, 군사목적 등 여러가지 목적으로 사용되고 있다.Recently mobile robots have been used in various fields due to the development of science and technology. It is used in a variety of fields ranging from mobile robots used for cleaning at home to mobile robots that probe deep into the sea. They are used for various purposes such as cleaning, structure, investigation, and military purposes.

한편, 이동로봇은 사람이 직접 작업하기 힘든 핵 발전소, 전장, 수중 등과 같은 위험한 환경에서 유용하게 사용된다. 이러한 환경에서 자율적으로 동작하는 이동로봇이 사용되기보다는 자율 주행의 기술적인 한계로 인해 많은 경우 조작자에 의해 직접 조정된다. On the other hand, mobile robots are useful in dangerous environments such as nuclear power plants, battlefields, underwater, etc., which are difficult for people to directly work on. In this environment, mobile robots that operate autonomously are not directly used but are directly adjusted by the operator in many cases due to technical limitations of autonomous driving.

특히, 이동로봇의 자율주행을 위한 안전경로 생성 기술에 관한 것으로, 지도상에서 로봇의 현재 위치로부터 목적지까지 전역 경로를 탐색한 후 로봇이 주행하는 도중에 로봇 주변의 장애물 정보를 고려하여 기 탐색된 전역 경로를 동적으로 보정함으로써 안전경로를 생성하는 것을 특징으로 하는 발명(등록특허 10-1240181) 과 주위 환경을 촬영하는 카메라부를 포함하고 위치를 인식하여 지도를 생성하는 로봇과 무선 네트워크를 통해 연결되며 로봇에 필요한 원격 단말기와 수행 가능한 복수의 기본동작을 저장하는 메모리부 및 로봇의 카메라부로부터 촬영된 영상정보 및 생성된 지도정보를 수신하는 통신부, 통신부로부터 수신된 영상정보, 지도정보 및 메모리부에 저장된 기본동작의 정보를 사용자에게 제공하여 필요한 기본동작을 선택받는 유저 인터페이스부 및 유저 인터페이스부에 의해 선택된 적어도 하나의 기본동작을 조합하여 새로운 작업을 생성하는 작업 생성부를 포함한 발명(공개특허 10-2012-0042014)등이 이용되고 있다.In particular, the present invention relates to a safety path generation technique for autonomous navigation of a mobile robot. The robot searches for a global route from the current position of the robot to a destination on the map, (10-1240181), and a camera unit for photographing the surrounding environment, and is connected to a robot that generates a map by recognizing the position and is connected to the robot via a wireless network A communication unit for receiving the image information photographed from the camera unit of the robot and the generated map information, the image information received from the communication unit, the map information, and the basic information stored in the memory unit A user who provides information of the operation to the user and selects a necessary basic operation And a job creation unit for creating a new job by combining at least one basic operation selected by the user interface unit and the interface unit (Patent Literature 10-2012-0042014).

그러나 원격 조작을 위해 조작자는 이동로봇으로부터 수신되는 센서 감지 정보에 완전히 의지해야한다. 하지만 이동로봇으로 완전한 환경정보를 수집하는 것은 어렵고, 일반적으로 조작자는 부분적인 시각 정보와 같이 제한된 정보로 로봇을 제어해야 한다. 이러한 상황에서 완전히 수동으로 이동로봇을 제어하면 이동로봇과 장애물이 충돌하는 위험이 따른다.However, for remote operation, the operator must fully rely on the sensor sensing information received from the mobile robot. However, it is difficult to collect complete environmental information with a mobile robot. In general, the operator must control the robot with limited information such as partial visual information. In this situation, if the mobile robot is fully controlled manually, there is a risk of collision between the mobile robot and the obstacle.

이동로봇이 장애물과 충돌하면 고가의 이동로봇이 부서지거나 망가질 수 있고 이에 따른 부담 비용이 증가하게 된다. 이에 따라 이동로봇 원격 조작시, 이동로봇이 장애물에 충돌할 위험을 줄이기 위해 센서 정보 이외에도 조작자를 지원하는 기능이 필요하다.When a mobile robot collides with an obstacle, an expensive mobile robot may be broken or broken, and the burden of the increase may increase. Accordingly, in order to reduce the risk of the mobile robot colliding with an obstacle during the remote operation of the mobile robot, a function of supporting the operator in addition to the sensor information is required.

KR1240181 10KR1240181 10 KR20120042014 10KR20120042014 10

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 이동로봇의 크기와 이동로봇의 이동속도를 이용하여, 이동로봇이 움직일 수 있는 범위를 가이드 서클로 설정하고, 설정된 가이드 서클을 이용하여 장애물과 충돌하지 않도록 하는 것에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the conventional problems as described above, and it is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for setting a movable range of a mobile robot as a guide circle using the size of the mobile robot and the moving speed of the mobile robot, So as not to collide with an obstacle.

또한, 가이드 서클이 조건부 안전구역에 포함된다고 판단되면 설정된 가이드 서클의 반경을 확장하여 확장된 가이드 서클을 이용하여 이동로봇이 장애물과 충돌하지 않도록 한다.
Further, if it is determined that the guide circle is included in the conditional safety zone, the radius of the set guide circle is extended to prevent the mobile robot from colliding with the obstacle by using the extended guide circle.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이동로봇 원격제어 시스템은, 이동로봇 장치가 장애물을 피하며 이동 가능한 범위를 가이드 서클이라고 할 때, 사용자로부터 동작 명령을 입력받고, 상기 가이드 서클을 정의하여 상기 동작 명령을 상기 가이드 서클에 따른 속도 명령으로 수정하여 제공하는 리모트 오퍼레이터와 주변을 촬영하고 장애물을 감지하며, 촬영된 영상 및 감지된 장애물의 위치를 상기 리모트 오퍼레이터로 송신하고, 상기 리모트 오퍼레이터로부터 수정된 속도 명령을 수신하여 상기 수정된 속도 명령으로 제어되는 이동로봇 장치를 포함하되, 상기 리모트 오퍼레이터는 상기 가이드 서클을 초기 가이드 서클로부터 확장된 가이드 서클인 확장된 가이드 서클로 정의하고, 상기 확장된 가이드 서클의 범위에 따라 상기 이동로봇 장치에 수정된 속도 명령을 송신할 수 있다.In order to accomplish the above object, a mobile robot remote control system according to the present invention is characterized in that when a mobile robot device avoids an obstacle and a movable range is referred to as a guide circle, an operation command is inputted from a user, A remote operator that corrects the operation command by a speed command according to the guide circle and photographs the surroundings, detects an obstacle, transmits the position of the imaged image and the detected obstacle to the remote operator, Wherein the remote operator defines the guide circle as an extended guide circle that is an extended guide circle from an initial guide circle, and the extended guide circle is an extended guide circle, According to the range of the circle, It can transmit the corrected speed command to the device.

또한, 이동로봇의 위치를 원점으로 하는 이동로봇 좌표계 {R}에서, 초기 가이드 서클의 중심 좌표를 (xIGC, yIGC)라고 가정하면,

Figure 112013087860557-pat00001
일 때 상기 이동로봇이 도달가능한 거리를 나타내는 원인 도달 가능원을
Figure 112013087860557-pat00002
로 정의하며, 상기 이동로봇 좌표계 {R}에서 스캔 데이터 세트(scan data set) M은 M={mi:이동로봇 좌표계{R}의 스캔 포인트 Pmi=(xi, yi)에서 i번째 스캔 데이터, i=1,…,n}이라 하고, 이동로봇의 길이 L와 너비 W 중 큰 값을 drobot으로 하고, 이동로봇의 최대이동속도 vmax에 미리 정해진 시간 Ts를 곱한 이동로봇의 이동거리를 dsafe라고 할 때, rmax은 drobot+dsafe 이고 rmin은 drobot이며, rmin을 반지름으로 하는 원의 내부를 불안전구역이라고 하고, rmax을 반지름으로 하는 원의 내부에서 상기 불안전구역을 제외한 영역을 조건부 안전구역이라고 하고, 상기 조건부 안전구역의 외부를 안전구역이라고 정의하고, 상기 불안전구역, 조건부 안전구역 및 안전구역을 안전 지수 원형(Safety Index Circle)이라고 할 때, 상기 리모트 오퍼레이터는, 상기 이동로봇의 위치에서 상기 이동로봇의 이동방향을 나타낸 팽창 방향 참조선과 상기 도달 가능원의 교점을 초기 가이드 서클의 중심점 PIGC으로 정의하고, 상기 중심점 PIGC에서 상기 스캔 데이터 세트에 있는 가장 가까운 스캔 데이터를
Figure 112013087860557-pat00003
로 정의하며, 상기 중심점 PIGC에서 상기 팽창 방향 참조선의 방향으로 팽창하되, 상기 중심점 PIGC과 상기 스캔 데이터 Pm IGC 사이의 거리가 상기 rmax과 같거나 작을 때까지 팽창하고, 그 결과, 반지름을
Figure 112013087860557-pat00004
로 정의하는 방식으로 초기 가이드 서클을 정의하고, 상기 rIGC이 ∥PIGC-Pm IGC∥이면, 상기 도달 가능원과 상기 초기 가이드 서클의 교점 중에서 상기 팽창 방향 참조선을 기준으로 장애물이 없는 영역의 교점을 보조 가이드 서클의 중심점 PAGC으로 정의하며, 상기 중심점 PAGC에서 상기 스캔 데이터 세트에 있는 가장 가까운 스캔 데이터를
Figure 112013087860557-pat00005
로 정의하며, 상기 중심점 PAGC과 상기 스캔 데이터 Pm AGC 사이의 거리가 상기 rmax과 같거나 작을 때까지 팽창하고, 그 결과, 반지름을
Figure 112013087860557-pat00006
로 정의하는 방식으로 보조 가이드 서클을 정의하고, 상기 초기 가이드 서클과 보조 가이드 서클의 중량계수(weighted sum)를 이용하여 확장된 가이드 서클의 중심점 PEGC을 정의하고, 상기 중심점 PEGC에서 상기 스캔 데이터 세트에 있는 가장 가까운 스캔 데이터를
Figure 112013087860557-pat00007
Figure 112013087860557-pat00008
로 정의하며, 상기 중심점 PEGC과 상기 스캔 데이터 Pm EGC 사이의 거리가 상기 rmax와 같거나 작을 때까지 팽창하고, 그 결과, 반지름을
Figure 112013087860557-pat00009
로 정의하는 방식으로 확장된 가이드 서클을 정의하고, 이동로봇의 수정된 동작 명령을 제공할 수 있다.Further, assuming that the center coordinate of the initial guide circle is (x IGC , y IGC ) in the mobile robot coordinate system {R} with the origin of the mobile robot as the origin,
Figure 112013087860557-pat00001
, A cause reachable circle indicating the distance that the mobile robot can reach
Figure 112013087860557-pat00002
And the scan data set M in the mobile robot coordinate system R is defined as M = {m i : the scan point P mi = (x i , y i ) of the mobile robot coordinate system {R} Scan data, i = 1, ... , n}, and let d robot be the larger of the length L and width W of the mobile robot , and the moving distance of the mobile robot multiplied by a predetermined time T s to the maximum movement speed v max of the mobile robot is d safe , r max is d robot + d safe , r min is d robot , the inside of a circle with r min as radius is called an insecure area, and the area excluding the insecure area within a circle whose radius is r max is defined as a condition The safety operator is defined as a safety zone, the outside of the conditional safety zone is defined as a safety zone, and the unsafe zone, the conditional safety zone and the safety zone are referred to as a safety index circle, defined in the location reference showing the moving direction of the mobile robot expansion direction line and the intersection point of the circle can be reached by the center point P of the initial guide IGC circle, and the center point P in the IGC The closest to the scan data in the scan data set group
Figure 112013087860557-pat00003
As it defined, and, but expands at the center point P IGC toward the expansion direction of the reference line, and expanded until the distance between the center point P IGC and the scan data P m IGC equal to or smaller and the r max, as a result, the radius of
Figure 112013087860557-pat00004
Defining an initial guide circle in such a way as to define an initial guide circle, and if the r IGC is ∥P IGC -P m IGC ∥, an intersection of the reachable circle and the initial guide circle, the intersection defines a center point P of the auxiliary AGC guide circle, at the center point P closest to the AGC scan data to the scan data set
Figure 112013087860557-pat00005
, And inflates until the distance between the center point P AGC and the scan data P m AGC is equal to or smaller than r max ,
Figure 112013087860557-pat00006
Defining a secondary guide circle in such a manner as to define a and the scanning of the data defining the center point P EGC of the guide circle extended by using a weight coefficient (weighted sum) of the initial guide circle and the auxiliary guide circle, and at the center point P EGC The closest scan data in the set
Figure 112013087860557-pat00007
Figure 112013087860557-pat00008
, And inflates until the distance between the center point P EGC and the scan data P m EGC is equal to or smaller than r max ,
Figure 112013087860557-pat00009
To define the extended guide circle, and to provide a modified motion command of the mobile robot.

또한, 상기 이동로봇 장치는, 주변 영상을 촬영하고, 장애물을 감지하는 센서와 상기 리모트 오퍼레이터로부터 속도 명령을 수신하여 수신한 속도 명령으로 동작을 제어하는 슬레이브 컨트롤 컴퓨터를 포함할 수 있다.In addition, the mobile robot apparatus may include a sensor for detecting a peripheral image, a sensor for detecting an obstacle, and a slave control computer for controlling the operation based on the received speed command by receiving the speed command from the remote operator.

또한, 상기 리모트 오퍼레이터는, 사용자의 조작에 의해 상기 이동로봇 동작 명령을 생성하는 조이스틱와 상기 가이드 서클의 종류에 따라 상기 이동로봇의 동작 명령을 속도 명령으로 수정하고, 상기 속도 명령을 상기 이동로봇으로 송신하는 마스터 컨트롤 컴퓨터를 포함할 수 있다.The remote operator may further include a joystick that generates the mobile robot operation command by a user's operation and a mobile robot that modifies an operation command of the mobile robot into a speed command according to the type of the guide circle and transmits the speed command to the mobile robot Lt; RTI ID = 0.0 > control < / RTI >

또한, 상기 마스터 컨트롤 컴퓨터는, 사용자로부터 입력된 동작 명령에 따른 선속도를 νR 라 하고 각속도를 ωR라 하며, 안전지수 WSI를

Figure 112013087860557-pat00010
로 정의할 때, 상기 리모트 오퍼레이터는 상기 확장 가이드 서클의 안전지수 WSI에 따라 상기 이동로봇 선속도를
Figure 112013087860557-pat00011
로 제한하고, 상기 리모트 오퍼레이터는 상기 확장 가이드 서클의 안전지수 WSI에 따라 상기 이동로봇의 각속도를
Figure 112013087860557-pat00012
로 제한할 수 있다.In addition, the master control computer calculates the safety index W SI as? R , the linear velocity as? R , the angular velocity as? R ,
Figure 112013087860557-pat00010
, The remote operator calculates the linear velocity of the mobile robot in accordance with the safety index W SI of the extension guide circle
Figure 112013087860557-pat00011
, And the remote operator sets the angular velocity of the mobile robot in accordance with the safety index W SI of the extension guide circle
Figure 112013087860557-pat00012
.

한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이동로봇 원격제어 방법은, 이동로봇의 위치를 원점으로 하는 이동로봇 좌표계 {R}에서, 초기 가이드 서클의 중심 좌표를 (xIGC, yIGC)라고 가정하면,

Figure 112013087860557-pat00013
일 때 상기 이동로봇이 도달가능한 거리를 나타내는 원인 도달 가능원을
Figure 112013087860557-pat00014
로 정의하며, 상기 이동로봇 좌표계 {R}에서 스캔 데이터 세트(scan data set) M은 M={mi:이동로봇 좌표계{R}의 스캔 포인트 Pmi=(xi, yi)에서 i번째 스캔 데이터, i=1,…,n}이라 하고, 이동로봇의 길이 L와 너비 W 중 큰 값을 drobot으로 하고, 이동로봇의 최대이동속도 vmax에 미리 정해진 시간 Ts를 곱한 이동로봇의 이동거리를 dsafe라고 할 때, rmax은 drobot+dsafe 이고 rmin은 drobot이며, rmin을 반지름으로 하는 원의 내부를 불안전구역이라고 하고, rmax을 반지름으로 하는 원의 내부에서 상기 불안전구역을 제외한 영역을 조건부 안전구역이라고 하고, 상기 조건부 안전구역의 외부를 안전구역이라고 정의하고, 상기 불안전구역, 조건부 안전구역 및 안전구역을 안전 지수 원형(Safety Index Circle)이라고 할 때, 상기 이동로봇의 위치에서 상기 이동로봇의 이동방향을 나타낸 팽창 방향 참조선과 상기 도달 가능원의 교점을 초기 가이드 서클의 중심점 PIGC으로 정의하고, 상기 중심점 PIGC에서 상기 스캔 데이터 세트에 있는 가장 가까운 스캔 데이터를
Figure 112013087860557-pat00015
로 정의하며, 상기 중심점 PIGC에서 상기 팽창 방향 참조선의 방향으로 팽창하되, 상기 중심점 PIGC과 상기 스캔 데이터 Pm IGC 사이의 거리가 상기 rmax과 같거나 작을 때까지 팽창하고, 그 결과, 반지름을
Figure 112013087860557-pat00016
로 정의하는 방식으로 초기 가이드 서클을 정의하는 단계와 상기 rIGC이 ∥PIGC-Pm IGC∥이면, 상기 도달 가능원과 상기 초기 가이드 서클의 교점 중에서 상기 팽창 방향 참조선을 기준으로 장애물이 없는 영역의 교점을 보조 가이드 서클의 중심점 PAGC으로 정의하며, 상기 중심점 PAGC에서 상기 스캔 데이터 세트에 있는 가장 가까운 스캔 데이터를
Figure 112013087860557-pat00017
로 정의하며, 상기 중심점 PAGC과 상기 스캔 데이터 Pm AGC사이의 거리가 상기 rmax과 같거나 작을 때까지 팽창하고, 그 결과, 반지름을
Figure 112013087860557-pat00018
로 정의하는 방식으로 보조 가이드 서클을 정의하는 단계와 상기 초기 가이드 서클과 보조 가이드 서클의 중량계수(weighted sum)를 이용하여 확장된 가이드 서클의 중심점 PEGC을 정의하고, 상기 PEGC에서 상기 스캔 데이터 세트에 있는 가장 가까운 스캔 데이터를
Figure 112013087860557-pat00019
Figure 112013087860557-pat00020
로 정의하며, 상기 중심점 PEGC과 상기 스캔 데이터 Pm EGC 사이의 거리가 상기 rmax과 같거나 작을 때까지 팽창하고, 그 결과, 반지름을
Figure 112013087860557-pat00021
로 정의하는 방식으로 확장된 가이드 서클을 정의하는 단계와 상기 확장된 가이드 서클 범위에 따라 사용자로부터 입력된 동작 명령에 따른 속도 명령을 수정하여 이동로봇의 수정된 속도 명령을 제공하는 단계를 포함한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a remote control method for a mobile robot, comprising: (x IGC , y IGC ) a center coordinate of an initial guide circle in a mobile robot coordinate system {R} Assuming that,
Figure 112013087860557-pat00013
, A cause reachable circle indicating the distance that the mobile robot can reach
Figure 112013087860557-pat00014
And the scan data set M in the mobile robot coordinate system R is defined as M = {m i : the scan point P mi = (x i , y i ) of the mobile robot coordinate system {R} Scan data, i = 1, ... , n}, and let d robot be the larger of the length L and width W of the mobile robot , and the moving distance of the mobile robot multiplied by a predetermined time T s to the maximum movement speed v max of the mobile robot is d safe , r max is d robot + d safe , r min is d robot , the inside of a circle with r min as radius is called an insecure area, and the area excluding the insecure area within a circle whose radius is r max is defined as a condition And the safe area is defined as a Safety Index Circle, it is preferable that the position of the mobile robot at the position of the mobile robot is a safety index circle, defining the intersection of the circles can be reached by the center point P of the initial guide IGC circle of the moving direction indicated reference expansion line direction, and from the center point P can IGC to the scan data set The closest scan data
Figure 112013087860557-pat00015
As it defined, and, but expands at the center point P IGC toward the expansion direction of the reference line, and expanded until the distance between the center point P IGC and the scan data P m IGC equal to or smaller and the r max, as a result, the radius of
Figure 112013087860557-pat00016
Defining an initial guide circle in a way that defines an initial guide circle, and if the r IGC is ∥P IGC -P m IGC ∥, the intersection of the reachable circle and the initial guide circle, the area of the intersection and the center point P defined by the AGC of the auxiliary guide circle, at the center point P closest to the AGC scan data to the scan data set
Figure 112013087860557-pat00017
, And inflates until the distance between the center point P AGC and the scan data P m AGC is equal to or smaller than r max ,
Figure 112013087860557-pat00018
, Defining a center point P EGC of the extended guide circle by using a weighted sum of the initial guide circle and the auxiliary guide circle and defining the center point P EGC of the guide circle in the P EGC as the scan data The closest scan data in the set
Figure 112013087860557-pat00019
Figure 112013087860557-pat00020
, And inflates until the distance between the center point P EGC and the scan data P m EGC is equal to or smaller than r max ,
Figure 112013087860557-pat00021
And a step of providing a modified speed command of the mobile robot by modifying the speed command according to the operation command inputted from the user according to the extended guide circle range.

또한, 사용자로부터 입력된 동작 명령에 따른 선속도를 νR 라 하고 각속도를 ωR라 하며, 안전지수 WSI를

Figure 112013087860557-pat00022
로 정의할 때,상기 리모트 오퍼레이터는 상기 확장 가이드 서클의 안전지수 WSI에 따라 상기 이동로봇 선속도를
Figure 112013087860557-pat00023
로 제한하는 단계와 상기 리모트 오퍼레이터는 상기 확장 가이드 서클의 안전지수 WSI에 따라 상기 이동로봇의 각속도를
Figure 112013087860557-pat00024
로 제한하는 단계를 더 포함할 수 있다.
In addition, the linear velocity according to the operation command input from the user is denoted by? R , the angular velocity by? R , and the safety index W SI
Figure 112013087860557-pat00022
, The remote operator calculates the linear velocity of the mobile robot in accordance with the safety index W SI of the extension guide circle
Figure 112013087860557-pat00023
And the remote operator determines the angular velocity of the mobile robot based on the safety index W SI of the extension guide circle
Figure 112013087860557-pat00024
As shown in FIG.

본 발명에 의하면, 원격으로 조종되는 이동로봇이 이동할 수 있는 범위를 가이드 서클로 결정하여 결정된 가이드 서클이 안전구역, 조건부 안전구역 및 불안전구역 중 어느 구역에 포함되는지 판단하여 포함되는 구역에 따라 이동로봇의 동작을 제어함으로써 장애물과 충돌할 확률을 감소시키는 효과가 있다.According to the present invention, the range in which the mobile robot to be remotely controlled can be moved is determined as a guide circle, and it is determined which of the safety zone, the conditional safety zone and the unsafe zone the determined guide circle is included, There is an effect of reducing the probability of collision with an obstacle.

또한, 이동로봇의 확장된 가이드 서클에서 안전지수를 이용하여 이동로봇의 이동 속도가 제한되도록 함으로써, 사용자의 동작 명령을 수행하면서 이동로봇이 안전하게 운행되도록 하는 효과가 있다.
In addition, the movement speed of the mobile robot is limited by using the safety index in the extended guide circle of the mobile robot, so that the mobile robot can be safely operated while performing an operation command of the user.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동로봇 원격제어 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안전지수원형의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초기 가이드 서클 정의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 보조 가이드 서클 정의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 확장된 가이드 서클 정의 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동로봇에 수정된 속도 명령을 제공하는 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 리모트 오퍼레이터에서 확장된 가이드 서클을 정의하는 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 8은 발명의 일 실시 예에 따른 확장된 가이드 서클에서 이동로봇의 선속도와 각속도를 제한하는방법을 보여주는 흐름도이다.1 is a block diagram of a mobile robot remote control system according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of a safety index circle according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram of an initial guide circle definition according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view illustrating an auxiliary guide circle definition according to an embodiment of the present invention. FIG.
5 is a schematic diagram of an extended guide circle definition according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a method of providing a modified speed command to a mobile robot according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a method of defining an extended guide circle in a remote operator according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart illustrating a method of limiting a linear velocity and an angular velocity of a mobile robot in an extended guide circle according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술분야에 속한 당업자에 의해 본 발명이 실현될 수 있도록 충분히 자세히 설명되며, 다른 실시 예들이 사용될 수 있으며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 변형이 이루어질 수 있다. 따라서, 하기 상세한 설명은 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 청구범위에 의하여 정의되어야 한다.The embodiments of the present invention are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to realize the invention by those skilled in the art and other embodiments may be used and various modifications may be made within the scope of the present invention . Accordingly, the following detailed description is not intended to limit the scope of the invention, but should be defined by the claims.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동로봇 원격제어 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a mobile robot remote control system according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 이동로봇 제어 시스템에 관한 것으로서, 이동로봇 장치(100), 리모트 오퍼레이터(200)를 포함한다. The present invention relates to a mobile robot control system, which includes a mobile robot apparatus (100) and a remote operator (200).

도 1을 참조하여 자세하게 설명하면, 이동로봇 장치(100)는 주변을 촬영하고 장애물을 감지하여 리모트 오퍼레이터(200)로 송신하고, 리모트 오퍼레이터(200)로부터 이동로봇의 동작 범위를 설정하는 가이드 서클 범위에 따라 수정된 속도 명령을 수신하고, 수신된 속도 명령에 따라 작동하여 장애물을 회피하는 것으로서, 센서(110)와 슬레이브 컨트롤 컴퓨터(120)를 포함한다.1, the mobile robot apparatus 100 photographs the surroundings, detects an obstacle, transmits the detected obstacle to the remote operator 200, and detects a guide circle range for setting an operation range of the mobile robot from the remote operator 200 And includes a sensor 110 and a slave control computer 120 to operate according to a received speed command to avoid an obstacle.

센서(110)는 이동로봇 장치(100)의 주변을 촬영하고 장애물을 감지한다. 본 발명의 일 실시 예에서, 센서(110)는 RGB-D 카메라가 될 수 있으며, 이동로봇 장치(100)의 주변을 촬영하여 사용자의 시야를 확보하고, 장애물을 감지하여 이동로봇의 주변 정보를 생성한다. The sensor 110 photographs the periphery of the mobile robot apparatus 100 and detects an obstacle. In an embodiment of the present invention, the sensor 110 may be an RGB-D camera, captures the periphery of the mobile robot apparatus 100 to secure the user's view, detects obstacles, .

슬레이브 컨트롤 컴퓨터(120)는 리모트 오퍼레이터(200)로부터 수정된 속도 명령을 수신하여 수신한 속도 명령으로 이동로봇 장치(100)를 제어한다. 또한, 센서(110)에서 촬영된 영상과 감지된 장애물을 포함한 이동로봇의 주변 정보를 리모트 오퍼레이터(200)로 송신한다. The slave control computer 120 receives the modified speed command from the remote operator 200 and controls the mobile robot apparatus 100 with the received speed command. Further, peripheral information of the mobile robot including the image captured by the sensor 110 and the detected obstacle is transmitted to the remote operator 200.

리모트 오퍼레이터(200)는 사용자로부터 동작 명령을 입력받고, 입력된 동작 명령을 가이드 서클의 범위에 따른 속도 명령으로 수정하여, 수정된 속도 명령을 이동로봇 장치(100)로 송신하는 것으로서, 조이스틱(210)과 마스터 컨트롤 컴퓨터(220)를 포함한다. The remote operator 200 receives an operation command from a user, modifies the inputted operation command into a speed command according to the range of the guide circle, and transmits the modified speed command to the mobile robot apparatus 100. The remote operator 200 includes a joystick 210 And a master control computer 220.

조이스틱(210)은 사용자로부터 동작 명령을 입력받고, 입력받은 동작 명령을 마스터 컨트롤 컴퓨터(220)로 송신한다.The joystick 210 receives an operation command from the user and transmits the received operation command to the master control computer 220. [

마스터 컨트롤 컴퓨터(220)는 센서(110)에서 촬영된 영상과 감지된 장애물을 수신하여 사용자의 편의를 위해 시각화하고, 가이드 서클을 설정하여 조이스틱(210)으로부터 입력받은 동작 명령을 속도 명령으로 수정한다. The master control computer 220 receives the images captured by the sensor 110 and the detected obstacles, visualizes the images for the convenience of the user, sets the guide circles, and corrects the motion commands input from the joystick 210 to speed commands .

더욱 자세하게 설명하면, 마스터 컨트롤 컴퓨터(220)는 이동로봇 장치(100)의 위치를 원점으로 하는 XR축과 YR축을 포함하는 이동로봇 좌표계 {R}를 가정한다. 이동로봇의 좌표계 {R}에서 선속도를 νR라 하고, 각속도를 ωR라 할 때, 사용자로부터 입력된 동작 명령 (x0, y0)을 수학식 1을 통해 속도 명령

Figure 112013087860557-pat00025
으로 수정한다.More specifically, the master control computer 220 assumes a mobile robot coordinate system {R} including an X R axis and a Y R axis whose origin is the position of the mobile robot apparatus 100. Referred to the linear velocity in the coordinate system {R} of the mobile robot R ν, and when the angular velocity ω R la, an operating command input by the user (x 0, y 0) with the speed command from the expression (1)
Figure 112013087860557-pat00025
.

Figure 112013087860557-pat00026
Figure 112013087860557-pat00026

수학식 1에서 γν는 선속도의 스케일 팩터(scale factor)이고, γω는 각속도의 스케일 팩터이며, 각 요소의 아랫첨자의 max는 최댓값을 나타내고, min은 최솟값을 나타낸다.In Equation (1),? V is a scale factor of the linear velocity, ?? Is a scale factor of the angular velocity, max of the subscript of each element represents the maximum value, and min represents the minimum value.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안전 지수 원형의 구성도이다.2 is a block diagram of a safety index circle according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하여 자세하게 설명하면, 마스터 컨트롤 컴퓨터(220)는 이동로봇의 길이 L와 너비 W 중 큰 값을 drobot으로 하고, 이동로봇의 최대이동속도 vmax에 미리 정해진 시간 Ts를 곱한 이동로봇의 이동거리를 dsafe라고 한다. rmax은 drobot+dsafe 이고 rmin은 drobot이며, rmin을 반지름으로 하는 원(50)의 내부를 불안전구역이라고 하고, rmax을 반지름으로 하는 원(55)의 내부에서 불안전구역을 제외한 영역을 조건부 안전구역이라고 한다. 또한, 조건부 안전구역의 외부를 안전구역이라고 정의하고, 상기 불안전구역, 조건부 안전구역 및 안전구역을 안전 지수 원형(Safety Index Circle)이라고 한다.Referring to FIG. 2, the master control computer 220 sets d robot as a larger value of the length L and the width W of the mobile robot, multiplies the maximum movement speed v max of the mobile robot by a predetermined time T s , The moving distance of the robot is called d safe . r max is the unsafe zone in the interior of the d robot + d safe and r min is a source 55 for the d robot, and that the unstable area inside the circle (50) for a r min to the radius, and r max in the radial The excluded area is called the conditional safety zone. In addition, the outside of the conditional safety zone is defined as a safety zone, and the unsafe zone, the conditional safety zone and the safety zone are referred to as the Safety Index Circle.

한편, 이동로봇이 안전하게 동작 가능한 범위를 가이드 서클이라고 할 때, 마스터 컨트롤 컴퓨터(220)는 초기 가이드 서클을 생성한 후 안전 지수 원형에 따라 이동로봇의 안전도를 평가한다.On the other hand, when the range in which the mobile robot can safely operate is referred to as a guide circle, the master control computer 220 generates an initial guide circle, and evaluates the safety of the mobile robot according to the safety index circle.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초기 가이드 서클(Initial Guide Circle) 정의 모식도이다.3 is a schematic diagram illustrating an initial guide circle definition according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하여 자세하게 설명하면, 마스터 컨트롤 컴퓨터(220)는 이동로봇 좌표계 {R}에서, 초기 가이드 서클의 중심 좌표를 (xIGC, yIGC)로 가정할 때, 사용자로부터 입력된 속도 명령

Figure 112013087860557-pat00027
에 따라 이동로봇이 원점에서부터 도달가능한 거리를 나타내는 원인 도달 가능원을 다음 수학식 2로 정의한다.3, assuming that the center coordinates of the initial guide circle are (x IGC , y IGC ) in the mobile robot coordinate system {R}, the master control computer 220 calculates a velocity command
Figure 112013087860557-pat00027
, The cause reachable circle representing the distance that the mobile robot can reach from the origin is defined by the following equation (2).

Figure 112013087860557-pat00028
Figure 112013087860557-pat00028

여기서,

Figure 112013087860557-pat00029
이다.here,
Figure 112013087860557-pat00029
to be.

또한, 이동로봇 좌표계 {R}에서 스캔 데이터 세트(scan data set) M은 M={mi:이동로봇 좌표계{R}의 스캔 포인트 Pmi=(xi, yi)에서 i번째 스캔 데이터, i=1,…,n}이라 한다. The scan data set M in the mobile robot coordinate system {R} may be expressed as M = {m i : i th scan data at the scan point P mi = (x i , y i ) of the mobile robot coordinate system {R} i = 1, ... , n}.

마스터 컨트롤 컴퓨터(220)는 이동로봇 장치(100)의 위치에서 이동로봇 장치(100)의 이동방향을 나타낸 팽창 방향 참조선과 도달 가능원의 교점을 초기 가이드 서클의 중심점 PIGC으로 정의하고, 중심점 PIGC에서 스캔 데이터 세트에 있는 가장 가까운 스캔 데이터를 수학식 3으로 정의한다.The master control computer 220 defines the center point P IGC of the initial guide circle as the intersection of the inflation direction reference line and the reachable circle indicating the moving direction of the mobile robot apparatus 100 at the position of the mobile robot apparatus 100, The nearest scan data in the scan data set at the IGC is defined as Equation (3).

Figure 112013087860557-pat00030
Figure 112013087860557-pat00030

마스터 컨트롤 컴퓨터(220)는 초기 가이드 서클(Initial Guide Circle)을 중심점 PIGC에서 팽창 방향 참조선의 방향으로 팽창시켜, 중심점 PIGC과 스캔 데이터 Pm IGC 사이의 거리가 상기 rmax과 같거나 작을 때까지 팽창시킴으로써 정의한다. 그 결과, 초기 가이드 서클의 반지름을 수학식 4로 정의하는 방식으로 초기 가이드 서클이 정의되고, 도 3에서 초기 가이드 서클은 초록색 원으로 표현된다.Master control computer 220 is to inflate the initial guide circle (Initial Guide Circle) to the expansion direction, the direction of the reference line from the center point P IGC, when the distance between the center point P IGC and scan data P m IGC the same as r max or smaller As shown in FIG. As a result, an initial guide circle is defined in such a manner that the radius of the initial guide circle is defined by Equation (4), and the initial guide circle in FIG. 3 is expressed by a green circle.

Figure 112013087860557-pat00031
Figure 112013087860557-pat00031

한편, 초기 가이드 서클의 반지름 rIGC이 ∥PIGC-Pm IGC∥이면, 마스터 컨트롤 컴퓨터(220)는 이동로봇 장치(100)가 안전 지수 원형에서 조건부 안전구역 또는 불안전구역에 위치한다고 판단한다.On the other hand, if the radius r IGC of the initial guide circle is ∥P IGC -P m IGC ∥, the master control computer 220 determines that the mobile robot apparatus 100 is located in the conditional safety zone or the unsafe zone in the safety index circle.

이에 따라 마스터 컨트롤 컴퓨터(220)는 초기 가이드 서클을 기반으로 보조 가이드 서클을 정의하고 이를 통해 확장된 가이드 서클을 정의한다.Accordingly, the master control computer 220 defines an auxiliary guide circle based on the initial guide circle, thereby defining the extended guide circle.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 보조 가이드 서클(Auxiliary Guide Circle) 정의 모식도이다.4 is a schematic diagram illustrating an auxiliary guide circle definition according to an embodiment of the present invention.

도 4의 (a)를 참조하여 자세하게 설명하면, 마스터 컨트롤 컴퓨터(220)는 도달 가능원(노란색 원)과 초기 가이드 서클(초록색 원)의 교점 PCL, PCR 중에서 팽창방향 참조선(빨간색 점선)을 기준으로 장애물이 없는 영역의 교점을 보조 가이드 서클의 중심점 PAGC으로 정의한다. 도 4(a)에서는 장애물이 팽창 방향 참조선의 오른쪽에 위치하므로, 보조 가이드 서클의 중심점 PAGC으로 교점 PCL를 선택한다.4A, the master control computer 220 selects an expansion direction reference line (red dotted line) among intersections P CL and P CR between the reachable circle (yellow circle) and the initial guide circle (green circle) ), The intersection point of the area with no obstacle is defined as the center point P AGC of the auxiliary guide circle. In Fig. 4 (a), since the obstacle is located on the right side of the inflation direction reference line, the intersection P CL is selected as the center point P AGC of the auxiliary guide circle.

마스터 컨트롤 컴퓨터(220)는 보조 가이드 서클(Auxiliary Guide Circle)의 중심점 PAGC에서 스캔 데이터 세트에 있는 가장 가까운 스캔 데이터 Pm AGC를 다음 수학식 5로 정의하고, 보조 가이드 서클의 중심점 PAGC과 스캔 포인트 Pm AGC 사이의 거리가 rmax과 같거나 작을 때까지 팽창시켜, 그 결과, 반지름을 수학식 6으로 정의하는 방식으로 보조 가이드 서클을 정의한다.Master control computer 220 includes a secondary guide circle (Auxiliary Guide Circle) the defines the closest scan data P m AGC in the following equation (5), and a secondary center of the guide circle P AGC and the scan in the scan data set from the center point P AGC of The auxiliary guide circle is defined in such a way that the distance between the points P m AGC is equal to or less than r max so that the radius is defined by:

Figure 112013087860557-pat00032
Figure 112013087860557-pat00032

Figure 112013087860557-pat00033
Figure 112013087860557-pat00033

도 4에 따르면 보조 가이드 서클은 (b)에서 표시된 바와 같이 파란색 원으로 표현된다. According to Fig. 4, the auxiliary guide circle is represented by a blue circle as indicated in (b).

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 확장된 가이드 서클(Expanded Guide Circle) 정의 모식도이다.5 is a schematic diagram of an expanded guide circle definition according to an embodiment of the present invention.

도 5에 따라 확장된 가이드 서클(Expanded Guide Circle)의 정의에 대해 자세하게 설명하면, 마스터 컨트롤 컴퓨터(220)는 초기 가이드 서클과 보조 가이드 서클의 중량계수(weighted sum)를 이용하여 확장된 가이드 서클의 중심점 PEGC을 정의한다. 자세하게는 마스터 컨트롤 컴퓨터(220)는 확장된 가이드 서클의 중심점 PEGC을 다음 수학식 7로 정의한다.5, the master control computer 220 uses the weighted sum of the initial guide circle and the auxiliary guide circle to determine the size of the extended guide circle Defines the center point P EGC . In detail, the master control computer 220 defines the center point P EGC of the extended guide circle by the following equation (7).

Figure 112013087860557-pat00034
Figure 112013087860557-pat00034

본 발명에서 초기 가이드 서클과 보조 가이드 서클의 중량계수를 이용하여 확장된 가이드 서클의 중심점 PEGC을 정의하는 것은 안전도를 반영하기 때문에 보다 합리적이라고 할 수 있다.In the present invention, it is more reasonable to define the center point P EGC of the extended guide circle by using the weight coefficients of the initial guide circle and the auxiliary guide circle because it reflects the safety degree.

마스터 컨트롤 컴퓨터(220)는 확장된 가이드 서클의 중심점 PEGC에서 스캔 데이터 세트에 있는 가장 가까운 스캔 포인트를 수학식 8로 정의하고, 확장된 가이드 서클의 중심점 PEGC과 스캔 포인트 Pm EGC 사이의 거리가 rmax와 같거나 작을 때까지 팽창시켜 확장된 가이드 서클의 반지름 rEGC을 수학식 9로 정의하는 방식으로 확장된 가이드 서클을 정의한다. The distance between the master control computer 220 is the center point of the defined closest to the scan point in the scan data set in Equation (8), and extend from the center point P EGC of the extended guide circle guide circle P EGC and the scan point P m EGC Is expanded to be equal to or less than r max to define the extended guide circle in such a way that the radius r EGC of the extended guide circle is defined by equation (9).

Figure 112013087860557-pat00035
Figure 112013087860557-pat00035

Figure 112013087860557-pat00036
Figure 112013087860557-pat00036

도 5에서 확장된 가이드 서클은 빨간색 원으로 표현된다.In Figure 5, the extended guide circle is represented by a red circle.

한편, 마스터 컨트롤 컴퓨터(220)는 사용자로부터 입력된 동작 명령에 따른 선속도를 νR라 하고 각속도를 ωR라 하며, 안전지수 WSI를 수학식 10으로 정의하여 확장된 가이드 서클에서 이동로봇 장치(100)의 속도를 제한하는데 사용할 수 있다.Meanwhile, the master control computer 220 defines a linear velocity according to an operation command input from the user as 僚R , an angular velocity as ω R , a safety index W SI as defined by Equation (10) Lt; RTI ID = 0.0 > 100 < / RTI >

Figure 112013087860557-pat00037
Figure 112013087860557-pat00037

마스터 컨트롤 컴퓨터(220)는 사용자로부터 입력된 동작 명령에 따른 선속도 νR는 수학식 11로 제한하고, 사용자로부터 입력된 동작 명령에 따른 각속도 ωR는 수학식 12로 제한하여 이동로봇 장치(100)가 장애물을 적절하게 피하며 이동하도록 할 수 있다.Master control computer 220 includes a linear velocity corresponding to the operation command received from the user ν R is the angular velocity in accordance with an operating command input from the user limited to Equation 11 ω R is the mobile robot (100 to limit in Equation (12) ) To avoid obstacles and move them appropriately.

Figure 112013087860557-pat00038
Figure 112013087860557-pat00038

Figure 112013087860557-pat00039
Figure 112013087860557-pat00039

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동로봇에 수정된 속도 명령을 제공하는 방법을 보여주는 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating a method of providing a modified speed command to a mobile robot according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하여 이동로봇에 수정된 속도 명령을 제공하는 순서를 설명하면, 리모트 오퍼레이터(200)는 이동 로봇의 도달 가능원과 팽창 방향 참조선의 교점을 중심점 PIGC으로 정의하고, 스캔 데이터 Pm IGC를 이용하여 반지름 rIGC를 정의하는 방식으로 초기 가이드 서클을 정의한다(S610).6, the remote operator 200 defines the intersection of the reachable origin of the mobile robot and the inflation direction reference line as the center point P IGC , and the scan data P m The initial guide circle is defined by defining the radius r IGC using the IGC (S610).

그리고, 팽창 방향 참조선을 기준으로 중심점 PAGC를 정의하고, 스캔 데이터 Pm AGC를 이용하여 반지름 rAGC을 정의하는 방식으로 보조 가이드 서클을 정의한다(S620).Then, the center point P AGC is defined on the basis of the expansion direction reference line, and the auxiliary guide circle is defined by defining the radius r AGC using the scan data P m AGC (S620).

그리고, 초기 가이드 서클과 보조 가이드 서클의 중량계수를 이용하여 중심점 PEGC를 정의하고, 스캔 데이터 Pm EGC를 이용하여 반지름 rEGC를 정의하는 방식으로 확장된 가이드 서클을 정의한다(S630). Then, the center point P EGC is defined using the weight coefficients of the initial guide circle and the auxiliary guide circle, and the extended guide circle is defined by defining the radius r EGC using the scan data P m EGC (S630).

마지막으로, 이동로봇 장치(100)에 수정된 속도 명령을 제공한다(S640).Finally, the modified speed command is provided to the mobile robot apparatus 100 (S640).

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 리모트 오퍼레이터에서 확장된 가이드 서클을 정의하는 방법을 보여주는 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a method of defining an extended guide circle in a remote operator according to an exemplary embodiment of the present invention.

리모트 오퍼레이터(200)는 팽창 방향 참조선과 도달 가능원의 교점을 초기 가이드 서클의 중심점 PIGC으로 정의한다(S710). 그리고 초기 가이드 서클의 중심점 PIGC에서 스캔 데이터 세트에 있는 가장 가까운 스캔 데이터를 수학식 3으로 정의한다(S715).The remote operator 200 defines the intersection of the expansion direction reference line and the reachable circle as the center point P IGC of the initial guide circle (S710). Then, the nearest scan data in the scan data set at the center point P IGC of the initial guide circle is defined as Equation 3 (S715).

리모트 오퍼레이터(200)는 초기 가이드 서클의 반지름 rIGC을 초기 가이드 서클의 중심점 PIGC에서 팽창 방향 참조선의 방향으로 팽창시키되, 중심점 PIGC과 스캔 포인트 사이의 거리가 rmax과 같거나 작을 때까지 팽창시키고, 그 결과, 초기 가이드 서클의 반지름 rIGC을 수학식 4로 정의하여, ∥PIGC-Pm IGC∥가 rmax보다 작으면(S720) 초기 가이드 서클의 반지름 rIGC를 ∥PIGC-Pm IGC∥로 결정하고(S730), ∥PI GC-Pm IGC∥가 rmax와 같거나 rmax보다 크면 초기 가이드 서클의 반지름 rIGC를 rmax로 정의한다(S725). The remote operator 200 inflates the radius r IGC of the initial guide circle in the direction of the inflation direction reference line at the center point P IGC of the initial guide circle while expanding the distance r IGC until the distance between the center point P IGC and the scan point is equal to or smaller than r max , And as a result, the radius r IGC of the initial guide circle is defined by the following equation (4), and if ∥P IGC -P m IGC ∥ is smaller than r max (S 720), the radius of the initial guide circle r IGC ∥P IGC -P determined by m and IGC ∥ (S730), ∥P I GC -P m IGC ∥ that defines a radius r of the IGC is greater than the initial guide circle equal to r or r max max max to r (S725).

리모트 오퍼레이터(200)는 초기 가이드 서클의 반지름 rIGC이 ∥PIGC-Pm IGC∥이면, 도달 가능원과 초기 가이드 서클의 교점 중에서 팽창 방향 참조선을 기준으로 장애물이 없는 영역의 교점을 보조 가이드 서클의 중심점 PAGC으로 정의한다(S735).When the radius r IGC of the initial guide circle is ∥P IGC -P m IGC ∥, the remote operator 200 determines the intersection of the obstacle-free area with the auxiliary guide And is defined as the center point P AGC of the circle (S735).

리모트 오퍼레이터(200)는 보조 가이드 서클의 중심점 PAGC에서 스캔 데이터 세트에 있는 가장 가까운 스캔 데이터 Pm AGC를 수학식 5로 정의하고(S740), ∥PA GC-Pm AGC∥가 rmax과 같거나 rmax보다 크면(S745) rAGC을 rmax로 정의하며(S750), ∥PA GC-Pm AGC∥가 rmax보다 작으면 초기 가이드 서클과 보조 가이드 서클의 중량계수를 이용하여 확장된 가이드 서클의 중심점 PEGC를 정의한다(S755).And a remote operator 200 may define the most close to the AGC scan data P m Equation (5) and (S740), -P ∥P A GC AGC ∥ m in the scan data set from the center point P of the auxiliary AGC guide circle is r max equal to or greater than a defined r max (S745) r AGC to r max, and (S750), ∥P a GC -P m AGC ∥ is extended to less than r max by using the weight coefficient of the initial guide and the auxiliary guide circle circle The center point P EGC of the guide circle is defined (S755).

리모트 오퍼레이터(200)는 확장된 가이드 서클의 중심점 PEGC에서 스캔 데이터 세트에 있는 가장 가까운 스캔 데이터 Pm EGC를 수학식 8로 정의하고(S760), ∥PE GC-Pm EGC∥가 rmax와 같거나 rmax보다 크면(S765) rEGC를 rmax로 정의하며(S770), ∥PE GC-Pm EGC∥가 rmax보다 작으면 rEGC를 ∥PEGC-Pm EGC∥로 정의한다(S775).Remote operator 200 may define the most close to the scan data P m EGC in equation (8) and (S760) in the scan data set from the center point P of the EGC extended guide circle, ∥P E GC -P m EGC ∥ is r max equal to or defining a greater (S765) than r max r max, and r to the EGC (S770), the E ∥P GC -P m EGC ∥ r is smaller than r max define the EGC to ∥P EGC -P m EGC ∥ (S775).

리모트 오퍼레이터(200)는 확장된 가이드 서클 범위에서 이동로봇의 수정된 속도 명령을 제공한다(S780).The remote operator 200 provides the modified speed command of the mobile robot in the extended guide circle range (S780).

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 확장된 가이드 서클에서 이동로봇의 선속도와 각속도를 제한하는 방법을 나타내는 흐름도이다.FIG. 8 is a flowchart illustrating a method of limiting a linear velocity and an angular velocity of a mobile robot in an extended guide circle according to an embodiment of the present invention.

리모트 오퍼레이터(200)는 이동로봇 장치(100)가 장애물에 충돌하지 않을 정도를 나타내는 안전지수 WSI를 수학식 10으로 정의한다(S810).The remote operator 200 defines the safety index W SI , which indicates the extent to which the mobile robot apparatus 100 does not collide with the obstacle, as Equation 10 (S810).

그리고 이동로봇 장치(100)의 선속도를 수학식 11로 제한한다(S820).Then, the linear velocity of the mobile robot apparatus 100 is limited to Equation (11) (S820).

그리고 이동로봇 장치(100)의 각속도를 수학식 12으로 제한한다(S830).Then, the angular velocity of the mobile robot apparatus 100 is limited to Equation (12) (S830).

이에 따라 이동로봇 장치(100)는 장애물을 피하여 안전하게 운행될 수 있다.
Accordingly, the mobile robot apparatus 100 can be operated safely avoiding obstacles.

100: 이동로봇 장치 110: 센서
120: 슬레이브 컨트롤 컴퓨터 200: 리모트 오퍼레이터
210: 조이스틱 220: 마스터 컨트롤 컴퓨터100: mobile robot apparatus 110: sensor
120: Slave control computer 200: Remote operator
210: Joystick 220: Master control computer

Claims (7)

사용자로부터 동작 명령을 입력받고, 이동로봇 장치가 장애물을 피하며 이동 가능한 범위인 가이드 서클을 정의하여 상기 동작 명령을 상기 가이드 서클에 따른 속도 명령으로 수정하여 제공하는 리모트 오퍼레이터; 및
주변을 촬영하고 장애물을 감지하며, 촬영된 영상 및 감지된 장애물의 위치를 상기 리모트 오퍼레이터로 송신하고, 상기 리모트 오퍼레이터로부터 수정된 속도 명령을 수신하여 제어되는 이동로봇 장치를 포함하되,
상기 리모트 오퍼레이터는 상기 가이드 서클을 초기 가이드 서클로부터 확장된 가이드 서클인 확장된 가이드 서클로 정의하고, 상기 확장된 가이드 서클의 범위에 따라 상기 이동로봇 장치에 수정된 속도 명령을 송신하고,
상기 리모트 오퍼레이터는, 사용자의 조작에 의해 상기 이동로봇 동작 명령을 생성하는 조이스틱 및 상기 가이드 서클을 초기 가이드 서클로부터 확장된 가이드 서클인 확장된 가이드 서클로 정의하고, 상기 확장된 가이드 서클의 범위에 따라 상기 이동로봇 장치에 수정된 속도 명령을 송신하는 마스터 컨트롤 컴퓨터를 포함하여 이루어지고,
상기 마스터 컨트롤 컴퓨터는, 이동로봇의 위치를 원점으로 하는 이동로봇 좌표계 {R}에서, 초기 가이드 서클의 중심 좌표를 (xIGC, yIGC)라고 가정하면,
Figure 112015015641906-pat00072
일 때 상기 이동로봇이 도달가능한 거리를 나타내는 원인 도달 가능원을
Figure 112015015641906-pat00073
로 정의하며, 상기 이동로봇 좌표계 {R}에서 스캔 데이터 세트(scan data set) M은 M={mi:이동로봇 좌표계{R}의 스캔 포인트 Pmi=(xi, yi)에서 i번째 스캔 데이터, i=1,…,n}이라 하고, 이동로봇의 길이 L와 너비 W 중 큰 값을 drobot으로 하고, 이동로봇의 최대이동속도 vmax에 미리 정해진 시간 Ts를 곱한 이동로봇의 이동거리를 dsafe라고 할 때, rmax은 drobot+dsafe 이고 rmin은 drobot이며, rmin을 반지름으로 하는 원의 내부를 불안전구역이라고 하고, rmax을 반지름으로 하는 원의 내부에서 상기 불안전구역을 제외한 영역을 조건부 안전구역이라고 하고, 상기 조건부 안전구역의 외부를 안전구역이라고 정의하고, 상기 불안전구역, 조건부 안전구역 및 안전구역을 안전 지수 원형(Safety Index Circle)이라고 할 때,
상기 리모트 오퍼레이터는, 상기 이동로봇의 위치에서 상기 이동로봇의 이동방향을 나타낸 팽창 방향 참조선과 상기 도달 가능원의 교점을 초기 가이드 서클의 중심점 PIGC으로 정의하고, 상기 중심점 PIGC에서 상기 스캔 데이터 세트에 있는 가장 가까운 스캔 데이터를
Figure 112015015641906-pat00074
로 정의하며, 상기 중심점 PIGC에서 상기 팽창 방향 참조선의 방향으로 팽창하되, 상기 중심점 PIGC과 상기 스캔 데이터 Pm IGC 사이의 거리가 상기 rmax과 같거나 작을 때까지 팽창하고, 그 결과, 반지름을
Figure 112015015641906-pat00075
로 정의하는 방식으로 초기 가이드 서클을 정의하고, 상기 rIGC이 ∥PIGC-Pm IGC∥이면, 상기 도달 가능원과 상기 초기 가이드 서클의 교점 중에서 상기 팽창 방향 참조선을 기준으로 장애물이 없는 영역의 교점을 보조 가이드 서클의 중심점 PAGC으로 정의하며, 상기 중심점 PAGC에서 상기 스캔 데이터 세트에 있는 가장 가까운 스캔 데이터를
Figure 112015015641906-pat00076
로 정의하며, 상기 중심점 PAGC과 상기 스캔 데이터 Pm AGC 사이의 거리가 상기 rmax과 같거나 작을 때까지 팽창하고, 그 결과, 반지름을
Figure 112015015641906-pat00077
로 정의하는 방식으로 보조 가이드 서클을 정의하고, 상기 초기 가이드 서클과 보조 가이드 서클의 중량계수(weighted sum)를 이용하여 확장된 가이드 서클의 중심점 PEGC을 정의하고, 상기 중심점 PEGC에서 상기 스캔 데이터 세트에 있는 가장 가까운 스캔 데이터를
Figure 112015015641906-pat00078
Figure 112015015641906-pat00079
로 정의하며, 상기 중심점 PEGC과 상기 스캔 데이터 Pm EGC 사이의 거리가 상기 rmax와 같거나 작을 때까지 팽창하고, 그 결과, 반지름을
Figure 112015015641906-pat00080
로 정의하는 방식으로 확장된 가이드 서클을 정의하고, 이동로봇의 수정된 동작 명령을 제공하는 것을 특징으로 하는 이동로봇 원격제어 시스템.
A remote operator receiving an operation command from a user and defining a guide circle as a movable range while avoiding an obstacle and correcting the operation command to a speed command according to the guide circle; And
And a mobile robot device for capturing the surroundings, detecting an obstacle, transmitting the photographed image and the position of the detected obstacle to the remote operator, and receiving and receiving the corrected speed command from the remote operator,
The remote operator defines the guide circle as an extended guide circle which is an extended guide circle from an initial guide circle and transmits a modified speed command to the mobile robot apparatus according to the range of the extended guide circle,
The remote operator includes a joystick for generating the mobile robot operation command by a user's operation and the guide circle as an extended guide circle that is an extended guide circle from an initial guide circle, And a master control computer for transmitting a modified speed command to the mobile robot apparatus,
Assuming that the center coordinate of the initial guide circle is (x IGC , y IGC ) in the mobile robot coordinate system {R} with the origin of the mobile robot as the origin,
Figure 112015015641906-pat00072
, A cause reachable circle indicating the distance that the mobile robot can reach
Figure 112015015641906-pat00073
And the scan data set M in the mobile robot coordinate system R is defined as M = {m i : the scan point P mi = (x i , y i ) of the mobile robot coordinate system {R} Scan data, i = 1, ... , n}, and let d robot be the larger of the length L and width W of the mobile robot , and the moving distance of the mobile robot multiplied by a predetermined time T s to the maximum movement speed v max of the mobile robot is d safe , r max is d robot + d safe , r min is d robot , the inside of a circle with r min as radius is called an insecure area, and the area excluding the insecure area within a circle whose radius is r max is defined as a condition Safety zone ", the outside of the conditional safety zone is defined as a safety zone, and the unsafe zone, the conditional safety zone and the safety zone are referred to as a" Safety Index Circle "
The remote operator, the scan data set from the center point P IGC defines the intersection of the reachable circle with the center point P IGC of the initial guide circle, and the moving direction of the mobile robot shown See expansion direction line at the location of the mobile robot The nearest scan data in
Figure 112015015641906-pat00074
As it defined, and, but expands at the center point P IGC toward the expansion direction of the reference line, and expanded until the distance between the center point P IGC and the scan data P m IGC equal to or smaller and the r max, as a result, the radius of
Figure 112015015641906-pat00075
Defining an initial guide circle in such a way as to define an initial guide circle, and if the r IGC is ∥P IGC -P m IGC ∥, an intersection of the reachable circle and the initial guide circle, the intersection defines a center point P of the auxiliary AGC guide circle, at the center point P closest to the AGC scan data to the scan data set
Figure 112015015641906-pat00076
, And inflates until the distance between the center point P AGC and the scan data P m AGC is equal to or smaller than r max ,
Figure 112015015641906-pat00077
Defining a secondary guide circle in such a manner as to define a and the scanning of the data defining the center point P EGC of the guide circle extended by using a weight coefficient (weighted sum) of the initial guide circle and the auxiliary guide circle, and at the center point P EGC The closest scan data in the set
Figure 112015015641906-pat00078
Figure 112015015641906-pat00079
, And inflates until the distance between the center point P EGC and the scan data P m EGC is equal to or smaller than r max ,
Figure 112015015641906-pat00080
And a modified operation command of the mobile robot is provided to the mobile robot remote control system.
제 1항에 있어서,
상기 이동로봇 장치는, 주변 영상을 촬영하고, 장애물을 감지하는 센서; 및
상기 리모트 오퍼레이터로부터 속도 명령을 수신하여 수신한 속도 명령으로 동작을 제어하는 슬레이브 컨트롤 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동로봇 원격제어 시스템.
The method according to claim 1,
The mobile robot apparatus includes a sensor for capturing a surrounding image and detecting an obstacle; And
And a slave control computer for receiving the speed command from the remote operator and controlling the operation based on the received speed command.
삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 마스터 컨트롤 컴퓨터는, 사용자로부터 입력된 동작 명령에 따른 선속도를 νR 라 하고 각속도를 ωR라 하며, 안전지수 WSI를
Figure 112015015641906-pat00049
로 정의할 때,
상기 리모트 오퍼레이터는 상기 확장 가이드 서클의 안전지수 WSI에 따라 상기 이동로봇 선속도를
Figure 112015015641906-pat00050
로 제한하고, 상기 리모트 오퍼레이터는 상기 확장 가이드 서클의 안전지수 WSI에 따라 상기 이동로봇의 각속도를
Figure 112015015641906-pat00051
로 제한하는 것을 특징으로 하는 이동로봇 원격제어 시스템.
The method according to claim 1,
The master control computer calculates the safety index W SI as? R , the linear velocity as? R , the angular velocity as? R ,
Figure 112015015641906-pat00049
When defined as,
The remote operator calculates the linear velocity of the mobile robot in accordance with the safety index W SI of the extension guide circle
Figure 112015015641906-pat00050
, And the remote operator sets the angular velocity of the mobile robot in accordance with the safety index W SI of the extension guide circle
Figure 112015015641906-pat00051
To the mobile robot remote control system.
이동로봇의 위치를 원점으로 하는 이동로봇 좌표계 {R}에서, 초기 가이드 서클의 중심 좌표를 (xIGC, yIGC)라고 가정하면,
Figure 112013087860557-pat00052
일 때 상기 이동로봇이 도달가능한 거리를 나타내는 원인 도달 가능원을
Figure 112013087860557-pat00053
로 정의하며, 상기 이동로봇 좌표계 {R}에서 스캔 데이터 세트(scan data set) M은 M={mi:이동로봇 좌표계{R}의 스캔 포인트 Pmi=(xi, yi)에서 i번째 스캔 데이터, i=1,…,n}이라 하고, 이동로봇의 길이 L와 너비 W 중 큰 값을 drobot으로 하고, 이동로봇의 최대이동속도 vmax에 미리 정해진 시간 Ts를 곱한 이동로봇의 이동거리를 dsafe라고 할 때, rmax은 drobot+dsafe 이고 rmin은 drobot이며, rmin을 반지름으로 하는 원의 내부를 불안전구역이라고 하고, rmax을 반지름으로 하는 원의 내부에서 상기 불안전구역을 제외한 영역을 조건부 안전구역이라고 하고, 상기 조건부 안전구역의 외부를 안전구역이라고 정의하고, 상기 불안전구역, 조건부 안전구역 및 안전구역을 안전 지수 원형(Safety Index Circle)이라고 할 때,
상기 이동로봇의 위치에서 상기 이동로봇의 이동방향을 나타낸 팽창 방향 참조선과 상기 도달 가능원의 교점을 초기 가이드 서클의 중심점 PIGC으로 정의하고, 상기 중심점 PIGC에서 상기 스캔 데이터 세트에 있는 가장 가까운 스캔 데이터를
Figure 112013087860557-pat00054
로 정의하며, 상기 중심점 PIGC에서 상기 팽창 방향 참조선의 방향으로 팽창하되, 상기 중심점 PIGC과 상기 스캔 데이터 Pm IGC 사이의 거리가 상기 rmax과 같거나 작을 때까지 팽창하고, 그 결과, 반지름을
Figure 112013087860557-pat00055
로 정의하는 방식으로 초기 가이드 서클을 정의하는 단계;
상기 rIGC이 ∥PIGC-Pm IGC∥이면, 상기 도달 가능원과 상기 초기 가이드 서클의 교점 중에서 상기 팽창 방향 참조선을 기준으로 장애물이 없는 영역의 교점을 보조 가이드 서클의 중심점 PAGC으로 정의하며, 상기 중심점 PAGC에서 상기 스캔 데이터 세트에 있는 가장 가까운 스캔 데이터를
Figure 112013087860557-pat00056
로 정의하며, 상기 중심점 PAGC과 상기 스캔 데이터 Pm AGC사이의 거리가 상기 rmax과 같거나 작을 때까지 팽창하고, 그 결과, 반지름을
Figure 112013087860557-pat00057
로 정의하는 방식으로 보조 가이드 서클을 정의하는 단계;
상기 초기 가이드 서클과 보조 가이드 서클의 중량계수(weighted sum)를 이용하여 확장된 가이드 서클의 중심점 PEGC을 정의하고, 상기 PEGC에서 상기 스캔 데이터 세트에 있는 가장 가까운 스캔 데이터를
Figure 112013087860557-pat00058
Figure 112013087860557-pat00059
로 정의하며, 상기 중심점 PEGC과 상기 스캔 데이터 Pm EGC 사이의 거리가 상기 rmax과 같거나 작을 때까지 팽창하고, 그 결과, 반지름을
Figure 112013087860557-pat00060
로 정의하는 방식으로 확장된 가이드 서클을 정의하는 단계; 및
상기 확장된 가이드 서클 범위에 따라 사용자로부터 입력된 동작 명령에 따른 속도 명령을 수정하여 이동로봇의 수정된 속도 명령을 제공하는 단계를 포함하는 이동로봇 원격제어 방법.
Assuming that the center coordinates of the initial guide circle are (x IGC , y IGC ) in the mobile robot coordinate system {R} with the origin of the mobile robot as the origin,
Figure 112013087860557-pat00052
, A cause reachable circle indicating the distance that the mobile robot can reach
Figure 112013087860557-pat00053
And the scan data set M in the mobile robot coordinate system R is defined as M = {m i : the scan point P mi = (x i , y i ) of the mobile robot coordinate system {R} Scan data, i = 1, ... , n}, and let d robot be the larger of the length L and width W of the mobile robot , and the moving distance of the mobile robot multiplied by a predetermined time T s to the maximum movement speed v max of the mobile robot is d safe , r max is d robot + d safe , r min is d robot , the inside of a circle with r min as radius is called an insecure area, and the area excluding the insecure area within a circle whose radius is r max is defined as a condition Safety zone ", the outside of the conditional safety zone is defined as a safety zone, and the unsafe zone, the conditional safety zone and the safety zone are referred to as a" Safety Index Circle "
In the position of the mobile robot, and defines the intersection point of the reachable original the direction of movement of the mobile robot shown See expansion direction line and the center point P IGC of the initial guide circle, the nearest scan in the scan data set from the center point P IGC Data
Figure 112013087860557-pat00054
As it defined, and, but expands at the center point P IGC toward the expansion direction of the reference line, and expanded until the distance between the center point P IGC and the scan data P m IGC equal to or smaller and the r max, as a result, the radius of
Figure 112013087860557-pat00055
Defining an initial guide circle in a manner that defines an initial guide circle;
If the r IGC is ∥P IGC -P m IGC ∥, the intersection of the obstacle-free area with respect to the inflation direction reference line among the intersections of the reachable circle and the initial guide circle is defined as the center point P AGC of the auxiliary guide circle And the nearest scan data in the scan data set at the center point P AGC
Figure 112013087860557-pat00056
, And inflates until the distance between the center point P AGC and the scan data P m AGC is equal to or smaller than r max ,
Figure 112013087860557-pat00057
Defining an auxiliary guide circle in a manner that defines an auxiliary guide circle;
Defines the center point P EGC of the initial guide and the auxiliary guide circle weight coefficient of a circle (weighted sum) extended guide using the circle, and in the P EGC closest to the scan data in the scan data set
Figure 112013087860557-pat00058
Figure 112013087860557-pat00059
, And inflates until the distance between the center point P EGC and the scan data P m EGC is equal to or smaller than r max ,
Figure 112013087860557-pat00060
Defining an extended guide circle in a manner defining the guide circle; And
And modifying a speed command according to an operation command input from a user according to the extended guide circle range to provide a modified speed command of the mobile robot.
제 6항에 있어서,
사용자로부터 입력된 동작 명령에 따른 선속도를 νR 라 하고 각속도를 ωR라 하며, 안전지수 WSI를
Figure 112015015641906-pat00061
로 정의할 때,
리모트 오퍼레이터는 상기 확장 가이드 서클의 안전지수 WSI에 따라 상기 이동로봇 선속도를
Figure 112015015641906-pat00062
로 제한하는 단계; 및
상기 리모트 오퍼레이터는 상기 확장 가이드 서클의 안전지수 WSI에 따라 상기 이동로봇의 각속도를
Figure 112015015641906-pat00063
로 제한하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동로봇 원격제어 방법.
The method according to claim 6,
La a linear velocity corresponding to the operation command input by a user and R ν d an angular velocity ω R, and the safety index W SI
Figure 112015015641906-pat00061
When defined as,
The remote operator calculates the linear velocity of the mobile robot in accordance with the safety index W SI of the extension guide circle
Figure 112015015641906-pat00062
; And
The remote operator calculates the angular velocity of the mobile robot according to the safety index W SI of the extension guide circle
Figure 112015015641906-pat00063
The method further comprising the steps of:
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