KR101641022B1 - Mobile robot and control method thereof under unknown slippage effects - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이동 로봇 및 미지의 미끄러짐을 갖는 이동 로봇에서의 제어 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a mobile robot and a control method in a mobile robot having an unknown slip.
동역학 레벨에서의 이동 로봇의 제어 시스템을 설계기 위해 백스테핑, 동적 표면 설계 등이 주로 이용되었다. 이들 종래의 이동 로봇의 제어에 관한 연구는 실제 환경에서 고려되는 이동 로봇의 미끄러짐 현상에 대해 고려되지 않은 문제점이 있다.Backstepping and dynamic surface design are mainly used to design the control system of the mobile robot at the dynamics level. Studies on the control of these conventional mobile robots have not taken into account the slip phenomenon of the mobile robot considered in actual environments.
이러한, 문제점을 극복하기 위해, 휠 스키딩과 슬리핑을 가지는 이동 로봇의 제어 기법이 개발되었으나, 이는 동역학 레벨에서의 단일 로봇을 위해 제안되어 멀티 로봇을 고려하지 않았으며, 멀티 로봇간의 충돌 문제는 전혀 고려되지 않은 문제점이 있다.
In order to overcome such a problem, a control technique of a mobile robot having a wheel skidding and a sleeping has been developed. However, this has been proposed for a single robot at a kinematic level and does not consider a multi-robot. .
본 발명은 이동 로봇 및 미지의 미끄러짐을 갖는 이동 로봇에서의 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a control method in a mobile robot and a mobile robot having an unknown slip.
또한, 본 발명은 이동 로봇의 검출 영역내로 다른 이동 로봇이 들어오는 경우, 검출 영역을 벗어나도록 다른 이동 로봇을 피할 수 있는 이동 로봇 및 미지의 미끄러짐을 갖는 이동 로봇에서의 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a control method in a mobile robot capable of avoiding other mobile robots so as to be out of the detection area when a mobile robot enters another detection area of the mobile robot and a mobile robot having an unknown slip.
또한, 본 발명은 검출 영역 외부에 위치하는 이동 로봇들은 이동 로봇들 상호간의 제약된 통신 관계에서 선도 로봇과 일정한 거리를 유지하며 리더 로봇이 이동하는 경로를 군집 제어할 수 있는 이동 로봇 및 미지의 미끄러짐을 갖는 이동 로봇에서의 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
In addition, the present invention is characterized in that the mobile robots positioned outside the detection area are provided with a mobile robot capable of maintaining a certain distance from the leading robot in a restricted communication relationship between the mobile robots, And a control method of the mobile robot.
본 발명의 일 측면에 따르면, 이동 로봇의 검출 영역내로 다른 이동 로봇이 들어오는 경우, 검출 영역을 벗어나도록 다른 이동 로봇을 피할 수 있는 이동 로봇이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a mobile robot capable of avoiding another mobile robot to depart from a detection region when another mobile robot enters the detection region of the mobile robot.
제1 실시예에 따르면, 선도-추종 군집 제어 시스템의 각 이동 로봇에 있어서, 다른 이동 로봇이 상기 이동 로봇의 설정된 검출 영역내에 위치하는지를 검출하는 검출부; 및 상기 검출 영역 내에 상기 다른 이동 로봇이 위치하는 경우, 상기 다른 이동 로봇이 상기 검출 영역 외에 위치하도록 미지의 미끄러짐 변수를 고려하여 상기 이동 로봇의 이동을 제어하는 제어기를 포함하되, 상기 검출 영역은 상기 이동 로봇과 상기 다른 이동 로봇의 충돌 회피를 위하여 설정된 가상 영역인 것을 특징으로 하는 이동 로봇이 제공될 수 있다.According to the first embodiment, in each mobile robot of the lead-tracking group control system, a detection unit detects whether another mobile robot is located within the set detection area of the mobile robot; And a controller for controlling the movement of the mobile robot in consideration of an unknown slip parameter so that the other mobile robot is positioned outside the detection area when the other mobile robot is positioned within the detection area, And the mobile robot is a virtual region set for collision avoidance between the mobile robot and the other mobile robot.
상기 이동 로봇의 검출 영역 반경은 상기 이동 로봇의 중심 위치를 기준으로 설정된 가상 영역이다.The detection area radius of the mobile robot is a virtual area set on the basis of the center position of the mobile robot.
상기 제어기는, 상기 이동 로봇의 반발력을 이용하여 상기 다른 이동 로봇이 상기 이동 로봇의 검출 영역 밖에 위치하도록 상기 이동 로봇의 이동을 제어할 수 있다.The controller can control the movement of the mobile robot so that the other mobile robot is positioned outside the detection area of the mobile robot using the repulsive force of the mobile robot.
상기 검출부는, 상기 다른 이동 로봇이 상기 이동 로봇의 충돌 회피 영역에 위치하는지를 검출하되, 상기 제어기는, 상기 다른 이동 로봇이 상기 이동 로봇의 상기 충돌 회피 영역에 근접 위치할수록 상기 이동 로봇의 반발력을 크게 하여 상기 다른 이동 로봇이 상기 이동 로봇의 검출 영역 밖에 위치하도록 상기 이동 로봇의 이동을 제어할 수 있다.Wherein the detector detects whether the other mobile robot is located in the collision avoiding area of the mobile robot, and the controller is configured to increase the repulsive force of the mobile robot as the other mobile robot is located closer to the collision avoiding area of the mobile robot So that the movement of the mobile robot can be controlled such that the other mobile robot is located outside the detection area of the mobile robot.
상기 충돌 회피 영역은 상기 이동 로봇의 중심 위치를 기준으로 상기 검출 영역보다 작게 설정된 가상 영역이다.Wherein the collision avoiding area is a virtual area set smaller than the detection area with respect to the center position of the mobile robot.
상기 다른 이동 로봇과의 통신을 통해 상기 다른 이동 로봇의 위치를 획득하는 통신부; 및 상기 계산된 거리가 일정 거리 이내인 경우, 상기 다른 이동 로봇의 거리를 측정하는 센서를 더 포함한다.
A communication unit for acquiring the position of the other mobile robot through communication with the other mobile robot; And a sensor for measuring the distance of the other mobile robot when the calculated distance is within a predetermined distance.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 이동 로봇의 검출 영역내로 다른 이동 로봇이 들어오는 경우, 검출 영역을 벗어나도록 다른 이동 로봇을 피할 수 있는 이동 로봇의 제어 방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a control method of a mobile robot capable of avoiding another mobile robot to depart from a detection area when another mobile robot enters the detection area of the mobile robot.
제1 실시예에 따르면, 선도-추종 군집 제어 시스템의 각 이동 로봇의 제어 방법에 있어서, 다른 이동 로봇이 상기 이동 로봇의 설정된 검출 영역내에 위치하는지를 검출하는 단계; 및 상기 검출 영역 내에 상기 다른 이동 로봇이 위치하는 경우, 상기 다른 이동 로봇이 상기 검출 영역 외에 위치하도록 미지의 미끄러짐 변수를 고려하여 상기 이동 로봇의 이동을 제어하는 단계를 포함하되, 상기 검출 영역은 상기 이동 로봇과 상기 다른 이동 로봇의 충돌 회피를 위하여 설정된 가상 영역인 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 제어 방법이 제공될 수 있다.According to the first embodiment, there is provided a control method of each mobile robot in a lead-tracking cluster control system, comprising: detecting whether another mobile robot is located within a set detection area of the mobile robot; And controlling movement of the mobile robot in consideration of an unknown slip parameter so that the other mobile robot is positioned outside the detection area when the other mobile robot is positioned within the detection area, And a virtual area set for avoiding collision between the mobile robot and the other mobile robot.
상기 다른 이동 로봇을 피하도록 제어하는 단계는, 상기 이동 로봇의 반발력을 이용하여 상기 다른 이동 로봇이 상기 이동 로봇의 검출 영역을 벗어나도록 상기 이동 로봇을 제어할 수 있다.The step of controlling to avoid the other mobile robot may control the mobile robot such that the other mobile robot deviates from the detection area of the mobile robot using the repulsive force of the mobile robot.
상기 다른 이동 로봇을 피하도록 제어하는 단계는, 상기 계산된 거리를 이용하여 상기 다른 이동 로봇이 상기 이동 로봇의 충돌 회피 영역에 근접할수록 상기 이동 로봇의 반발력을 크게 하여 상기 다른 이동 로봇이 상기 이동 로봇의 검출 영역을 벗어나도록 상기 이동 로봇을 제어할 수 있다.The step of controlling the mobile robot to avoid the other mobile robot may include increasing the repelling force of the mobile robot as the other mobile robot approaches the collision avoiding area of the mobile robot using the calculated distance, It is possible to control the mobile robot to deviate from the detection area of the mobile robot.
상기 검출 영역 외부에 상기 다른 이동 로봇이 위치하는 경우, 미지의 미끄러짐 변수를 고려하여 선도 로봇의 위치를 추정하고, 상기 추정된 선도 로봇과 일정한 거리를 유지하도록 상기 이동 로봇의 이동을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
Estimating a position of the leading robot in consideration of an unknown slip parameter when the other mobile robot is located outside the detection area and controlling the movement of the mobile robot to maintain a predetermined distance from the estimated leading robot .
본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇 및 미지의 미끄러짐을 갖는 이동 로봇에서의 제어 방법을 제공함으로써, 이동 로봇의 검출 영역내로 다른 이동 로봇이 들어오는 경우, 검출 영역을 벗어나도록 다른 이동 로봇을 피하도록 할 수 있는 이점이 있다.When a different mobile robot enters the detection area of the mobile robot, it is possible to prevent other mobile robots from moving out of the detection area by providing the control method in the mobile robot according to the embodiment of the present invention and the mobile robot having an unknown slip There is an advantage to be able to do.
이를 통해, 본 발명은 이동 로봇간의 충돌에 따른 손상을 미연에 방지할 수 있는 이점도 있다.Accordingly, the present invention has an advantage that damage due to collision between mobile robots can be prevented in advance.
또한, 본 발명은 검출 영역 외부에 위치하는 이동 로봇들은 이동 로봇들 상호간의 제약된 통신 관계에서 선도 로봇과 일정한 거리를 유지하며 리더 로봇이 이동하는 경로를 군집 제어할 수 있다.
In addition, the present invention allows the mobile robots located outside the detection area to maintain a certain distance from the leading robot in a restricted communication relationship between the mobile robots, and to control the path through which the leader robot moves.
도 1은 제1 실시예에 따른 선도-추종 군집 제어 시스템에서의 이동 로봇의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 검출 영역을 설명하기 위해 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선도-추종 군집 제어 시스템에서의 이동 로봇의 충돌 회피 방법을 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 및 군집 제어에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a view schematically showing a configuration of a mobile robot in a lead-tracking community control system according to a first embodiment; Fig.
2 is a view for explaining a detection region according to an embodiment of the present invention;
3 is a flowchart showing a collision avoidance method of a mobile robot in a lead-tracking cluster control system according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing simulation results of collision avoidance and cluster control according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
본 발명은 선도-추종 군집 시스템에서 이동 로봇이 다른 이동 로봇과의 충돌을 피하도록 제어하기 위한 것이다. 이를 위해, 본 발명은 이동 로봇의 중심 위치를 기준으로 가상의 검출 영역과 충돌 회피 영역을 각각 설정한 후 다른 이동 로봇이 검출 영역으로 들어오는 경우, 이를 피하도록 할 수 있다. 여기서, 다른 이동 로봇은 선도 로봇일 수도 있으며, 선도 로봇을 추종하는 다른 추종 로봇일 수도 있다.The present invention is for controlling a mobile robot to avoid collision with another mobile robot in a lead-following cluster system. To this end, according to the present invention, a virtual detection area and a collision avoidance area are set based on the center position of the mobile robot, respectively, and when another mobile robot enters the detection area, it can be avoided. Here, the other mobile robot may be a leading robot or another following robot following the leading robot.
이하에서는 별도의 설명이 없더라도 하나의 선도 로봇을 복수(M개)의 추종 로봇이 추종하는 군집 제어 시스템에서의 각 추종 로봇에서 선도 로봇 또는 다른 추종 로봇과의 충돌을 회피하는 것으로 이해되어야 할 것이다.Hereinafter, it should be understood that collision with a leading robot or another following robot is avoided in each following robot in a cluster control system in which a plurality of (M) following robots follow one leading robot.
이와 같은 충돌 회피는 이동 로봇의 검출 영역과 충돌 회피 영역에 다른 이동 영역이 위치되는 경우에 한하며, 검출 영역 외부에 있는 이동 로봇들은 이동 로봇들 상호간의 제약된 통신 관계에서 선도 로봇과 일정한 거리를 유지하며 리더 로봇이 이동하는 경로를 군집 제어할 수 있다.Such collision avoidance is limited to the case where different moving regions are located in the detection region and the collision avoidance region of the mobile robot, and the mobile robots located outside the detection region maintain a certain distance from the leading robot in the restricted communication relation between the mobile robots And can control the movement path of the leader robot.
또한, 선도 로봇의 위치는 시변하며, 모든 추종 로봇이 선도 로봇의 위치 정보를 획득할 수 있는 것은 아니며, 일부 추종 로봇만이 통신 또는 센서를 통한 센싱을 통해 선도 로봇의 위치 정보를 획득할 수 있는 것을 가정하기로 한다. In addition, the position of the leading robot is time-varying, and not all tracking robots can acquire the position information of the leading robot. Only some following robots can acquire the position information of the leading robot through communication or sensing through the sensor .
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 제1 실시예에 따른 선도-추종 군집 제어 시스템에서의 이동 로봇의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 검출 영역을 설명하기 위해 도시한 도면이다.FIG. 1 is a view schematically showing the configuration of a mobile robot in a lead-tracking cluster control system according to a first embodiment, and FIG. 2 is a view for explaining a detection region according to an embodiment of the present invention .
도 1을 참조하면, 이동 로봇은 통신부(110), 센서(115), 계산부(120), 메모리(125), 제어기(125)를 포함하여 구성된다.1, the mobile robot includes a
통신부(110)는 다른 이동 로봇과의 데이터를 송수신하기 위한 수단이다.The
예를 들어, 통신부(110)는 다른 이동 로봇과 위치 정보를 송수신할 수 있다.For example, the
센서(115)는 다른 이동 로봇의 거리를 측정하기 위한 수단이다. 센서(115)는 일정 거리 이내에 위치하는 다른 이동 로봇들의 거리를 측정할 수 있다.The
계산부(120)는 이동 로봇과 다른 이동 로봇의 거리를 계산하기 위한 수단이다.The
계산부(120)의 일 구성으로 검출부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 검출부는 계산된 거리를 기반으로 다른 이동 로봇이 이동 로봇의 검출 영역 내에 위치하는지를 검출하는 기능을 한다.And may further include a detection unit (not shown) as one configuration of the
메모리(125)는 선도-추종 군집 제어 시스템에서의 이동 로봇이 다른 이동 로봇과의 충돌을 회피하도록 제어하기 위해 필요한 다양한 알고리즘, 어플리케이션, 이 과정에서 파생된 다양한 데이터를 저장하는 기능을 한다.The
제어기(125)는 검출 영역 내에 다른 이동 로봇이 위치하는 경우, 다른 이동 로봇이 상기 검출 영역 외에 위치하도록 미지의 미끄러짐 변수를 고려하여 상기 이동 로봇의 이동을 제어하는 기능을 한다.The
또한, 제어기(125)는 다른 이동 로봇이 이동 로봇의 검출 영역으로 들어오는 순간 반발력을 이용하여 다른 이동 로봇을 피하도록 제어할 수 있다. 이때, 제어기(125)는 다른 이동 로봇이 이동 로봇의 검출 영역에 깊숙이 들어올수록(즉, 충돌 회피 영역에 근접할수록) 반발력을 크게 하여 다른 이동 로봇을 피하도록 제어할 수 있다. In addition, the
또한, 제어기(125)는 검출 영역 내에 다른 이동 로봇이 위치되지 않는 경우, 이동 로봇이 선도 로봇과 일정한 거리를 유지하며 선도 로봇이 이동하는 경로를 추종하도록 제어할 수 있다. 이때, 제어기(125)는 하기에서 보다 상세히 설명되겠지만, 선도 로봇과 이동 로봇의 미끄러짐 변수를 고려하여 이동 로봇이 선도 로봇과 일정한 거리를 유지하며 추종하도록 제어할 수 있다.The
도 2는 이동 로봇의 검출 영역을 설명하기 위해 도시한 도면이다.2 is a view for explaining a detection area of the mobile robot.
이동 로봇의 검출 영역은 이동 로봇의 중심 위치를 기준으로 설정된 가상의 영역이다. 이동 로봇의 검출 영역에 다른 이동 로봇이 들어오는 경우, 이동 로봇은 반발력을 이용하여 다른 이동 로봇이 검출 영역을 벗어나도록 피할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 이동 로봇의 검출 영역을 설정하여 이를 기반으로 다른 이동 로봇과의 충돌을 회피하도록 함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 선도-추종 군집 제어 시스템에서는 이동 로봇의 물리적 충돌에 따른 파손을 사전에 방지하도록 할 수 있는 이점이 있다.
The detection area of the mobile robot is a virtual area set based on the center position of the mobile robot. When another mobile robot enters the detection area of the mobile robot, the mobile robot can avoid using the repulsive force so that another mobile robot deviates from the detection area. 2, the detection area of the mobile robot is set so as to avoid collision with other mobile robots based on the detection area. Thus, in the lead-following cluster control system according to the embodiment of the present invention, There is an advantage that it is possible to prevent breakage in advance.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선도-추종 군집 제어 시스템에서의 이동 로봇의 충돌 회피 방법을 나타낸 순서도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.FIG. 3 is a flowchart illustrating a collision avoidance method of a mobile robot in a lead-tracking cluster control system according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a graph illustrating simulation results of collision avoidance according to an embodiment of the present invention. to be.
단계 310에서 이동 로봇은 다른 이동 로봇이 당해 이동 로봇의 검출 영역 내에 위치하는지 여부를 검출한다.In
예를 들어, 이동 로봇은 다른 이동 로봇의 위치를 획득하거나 센서를 통해 다른 이동 로봇과의 거리를 획득한 후, 이를 기반으로 다른 이동 로봇이 당해 이동 로봇의 검출 영역 내에 위치하는지 여부를 검출할 수 있다.For example, the mobile robot may acquire the position of another mobile robot or acquire the distance to another mobile robot through the sensor, and then detect whether or not another mobile robot is located within the detection area of the mobile robot have.
단계 315에서 검출 영역 외부에 다른 이동 로봇이 위치하는 경우, 이동 로봇은 미지의 미끄러짐 변수를 고려하여 선도 로봇과 일정한 거리를 유지하며 선도 로봇을 추종하도록 이동 로봇의 이동을 제어한다.If another mobile robot is located outside the detection area in
이때, 이동 로봇은 미지의 미끄러짐 변수를 고려하여 선도 로봇의 위치를 추정하고, 추정된 선도 로봇의 위치와 일정한 거리를 유지하도록 이동 로봇의 이동을 제어할 수 있다. 이에 대해서는 하기의 설명에 의해 보다 명확히 이해될 것이다.At this time, the mobile robot estimates the position of the leading robot in consideration of an unknown slip parameter, and controls the movement of the mobile robot to maintain a constant distance from the position of the estimated leading robot. This will be more clearly understood from the following description.
단계 320에서 이동 로봇은 검출 영역 내에 다른 이동 로봇이 위치하는 경우, 이동 로봇은 다른 이동 로봇이 상기 검출 영역 외에 위치하도록 미지의 미끄러짐 변수를 고려하여 상기 이동 로봇의 이동을 제어한다.In
예를 들어, 이동 로봇은 이동 로봇의 반발력을 이용하여 다른 이동 로봇이 상기 이동 로봇의 검출 영역을 벗어나도록 이동 로봇을 제어할 수 있다. 또한, 이동 로봇은 다른 이동 로봇의 이동 로봇의 충돌 회피 영역에 근접할수록(즉, 검출 영역에 깊숙이 들어올수록) 이동 로봇의 반발력을 크게 하여 다른 이동 로봇이 이동 로봇의 검출 영역을 빠르게 벗어나도록 이동 로봇을 제어할 수 있다.For example, the mobile robot can control the mobile robot such that another mobile robot deviates from the detection area of the mobile robot using the repulsive force of the mobile robot. Further, as the mobile robot moves closer to the collision avoiding region of the mobile robot of the other mobile robot (i.e., as it is deeply in the detection area), the repulsive force of the mobile robot is increased so that the other mobile robot quickly deviates from the detection area of the mobile robot. Can be controlled.
이에 대해서는 이하의 설명을 통해 보다 명확하고 상세하게 이해될 것이다.This will be understood more clearly and in detail through the following description.
본 발명의 일 실시예에서는 이동 로봇(즉, 추종 로봇)의 충돌 회피 방법을 설명하기 위해 선도-추종 군집 제어를 그래프 기반으로 설명하기로 한다. 또한, 이하에서 설명되는 이동 로봇의 충돌 회피는 선도 로봇을 추종하는 추종 로봇이 선도 로봇 또는 다른 추종 로봇과의 충돌을 회피하는 것으로 추종 로봇으로 통칭하여 설명하기로 한다.In one embodiment of the present invention, a lead-tracking cluster control will be described on a graph-based basis in order to explain a collision avoiding method of a mobile robot (i.e., following robot). In addition, collision avoidance of the mobile robot described below will be collectively referred to as a follower robot, in which a following robot following the leading robot avoids collision with a leading robot or another following robot.
따라서, 그래프 이론의 개념에 대해 우선 설명하기로 한다.Therefore, the concept of the graph theory will be described first.
는 노드 또는 정점(vertices)()을 포함하는 그래프이다. 여기서, 는 에지 또는 아크의 집합이다. 임의의 노드 은 에이전트 i(추종 로봇i)가 에이전트 j(추종 로봇 j)로부터 정보를 획득할 수 있다는 것을 의미하며, 그 역은 성립하지 않는다. 여기서, 에이전트 j(추종 로봇 j)와 에이전트 i(추종 로봇i)는 각각 부모 노드와 자식 노드일 수 있다. Is a node or vertices ( ). ≪ / RTI > here, Is a set of edges or arcs. Any node Means that agent i (follower robot i) can acquire information from agent j (follower robot j), and vice versa. Here, the agent j (follower robot j) and the agent i (follower robot i) may be a parent node and a child node, respectively.
노드 i의 이웃 집합은 로, 이는 노드 i로 들어오는 에지를 가지는 노드의 집합이다. 노드 으로부터 노드 로의 직접 패스는 형태의 에지 시퀀스이다. 직접 트리는 루트를 제외하고 모든 노드가 하나의 부모를 가지는 직접 그래프이다. The neighbor set of node i , Which is the set of nodes with edges coming into node i. Node Gt; The direct pass to It is the edge sequence of the form. A direct tree is a direct graph in which all nodes except a root have one parent.
그래프 이론의 개념에 대해 간단하게 설명하였다.The concept of graph theory is briefly described.
이하에서는 하나의 선도 로봇과 M개의 추종 로봇이 존재하는 선도-추종 군집 제어 시스템을 가정하여 추종 로봇이 선도 로봇 또는 추종 로봇을 충돌 회피하며 군집 제어하는 방법에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, a description will be made of a method in which a following robot assumes a lead-following cluster control system in which one leading robot and M following robots are present, and the following robot avoids collision with the leading robot or the following robot.
또한, 이하의 설명에서 추종 로봇은 에이전트 1 내지 에이전트 M으로 명명될 수도 있다. 또한, 선도 로봇은 에이전트 0으로 명명될 수도 있다.In the following description, the following robot may also be referred to as an
따라서, 에이전트 1 내지 에이전트 M의 표현은 추종 로봇 1 내지 추종 로봇 M으로 이해되어야 할 것이며, 에이전트 0은 선도 로봇으로 이해되어야 할 것이다.Therefore, the representations of the
추종 로봇을 그래프 이론으로 표현하면, 휠에 스키딩과 슬리핑 현상이 존재하는 M개의 이동 로봇으로 구성될 수 있다. Expressing the following robot as a graph theory, it can be composed of M mobile robots that have a skidding and a sleeping phenomenon on a wheel.
이를 기구학과 동역학 식으로 표현하면 수학식 1과 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.This can be represented by equations (1) and (2).
여기서, 이고, 는 i번째 이동 로봇의 두 구동 휠간의 중심점 좌표를 나타내고, 는 i번째 이동 로봇의 진행 각도이며, 이되, 와 는 i번째 이동 로봇의 forward linear와 각 속도를 나타낸다. 이고, 는 i번째 이동 로봇의 종방향 슬립 속도를 나타내고, 는 i번째 로봇의 휠 미끄러짐에 따른 요 레이트 변화(perturbation)를 나타낸다. 또한, 이고, 는 i번째 이동 로봇의 스키딩 속도를 나타내고, 는 i번째 이동 로봇의 휠에 적용되는 제어 토크를 나타내며, 이다.here, ego, Represents the center-point coordinates between the two driving wheels of the i-th mobile robot, Is the traveling angle of the i-th mobile robot, However, Wow Represents the forward linear and angular velocity of the i-th mobile robot. ego, Represents the longitudinal slip velocity of the i-th mobile robot, Represents the yaw rate change (perturbation) due to the wheel slip of the i-th robot. Also, ego, Represents the skidding speed of the i-th mobile robot, Represents the control torque applied to the wheel of the i-th mobile robot, to be.
또한, 동역학식에서 행렬 , , 및 는 ?oo and Park 논문에 공지되어 있으며, 이는 당업자에게는 자명한 사항이므로 별도의 정의는 생략하기로 한다.
Also, in the kinematic equation, , , And Is known from the paper of O.O. and Park, which will be obvious to those skilled in the art and will not be further described.
가정1: 스키딩과 슬리핑 변화 와 는 로 인해, , 및 로 유계될 수 있다. 여기서, 는 미지의 상수이다. 첫번째 변량은 , , 를 포함하는 로 유계될 수 있다. 여기서, 는 미지의 상수이다.
Assumption 1: Skimming and sleeping change Wow The Due to, , And . ≪ / RTI > here, Is an unknown constant. The first variable , , Containing . ≪ / RTI > here, Is an unknown constant.
가정2: 동역학을 위한 시스템 행렬 과 은 모르는 것을 가정하기로 한다. 여기서, 이다.Assumption 2: System matrix for dynamics and Assume that you do not know. here, to be.
(M+1) 이동 로봇을 위한 통신 토폴로지는 그래프()로 설명될 수 있다. 여기서, 이다. 추종 로봇 사이의 통신을 설명하기 위해, 서브 그래프를 로 정의하기로 한다. 여기서, 이다. 서브 그래프()의 인접 행렬()는 이다. 만일 이면 이고, 그렇지 않다면, 이다. 또한, 그래프()의 라플라시안 행렬()은 로 정의될 수 있다. 여기서, 은 선도 로봇으로부터 추종 로봇까지의 통신 가중치를 나타내며, 리더 로봇()이면, 이고, 아니면 이다. 또한, 이고, 는 추종 로봇들 사이의 통신을 나타내는 서브 그래프의 라플라시안 행렬이다. 여기서, 이고, 는 차수 행렬(degree matrix D)의 대각 요소를 나타낸다.
The communication topology for the (M + 1) mobile robot is shown in graph ( ). here, to be. In order to explain the communication between the following robot, . here, to be. Subgraph ( ) Adjacent matrix ( ) to be. if If If not, to be. Also, ) Laplacian matrix ( )silver . ≪ / RTI > here, Represents the communication weight from the leading robot to the following robot, and the leader robot ), , Or to be. Also, ego, Is a Laplacian matrix of subgraphs indicating communication between following robots. here, ego, Represents the diagonal element of the degree matrix D.
Remark 1. 그래프()가 확장 트리(spanning tree)를 가지면, 이다. 로부터 이다. 여기서, 은 모두 1인 M-벡터이다.
추종 로봇과 추종 로봇 또는 선도 로봇과 추종 로봇간의 충돌 회피를 위한 포텐셜 함수는 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.The potential function for collision avoidance between the following robot and the following robot or between the leading robot and the following robot can be expressed by Equation (3).
여기서, 이고, 이며, 이고, 는 i번째 이동 로봇과 h번째 이동 로봇간의 거리를 나타낸다. 또한, 이고, 과 는 각각 i번째 이동 로봇의 검출 영역(detection region)의 반경과 h번째 이동 로봇의 검출 영역의 반경을 나타낸다. 는 로봇들간의 최소 안전 거리를 나타내는 회피 영역(avoidance region)이고, 이다.here, ego, Lt; ego, Represents the distance between the i-th mobile robot and the h-th mobile robot. Also, ego, and Represents the radius of the detection region of the i-th mobile robot and the radius of the detection region of the h-th mobile robot, respectively. Is an avoidance region indicating the minimum safety distance between the robots, to be.
와 좌표에 대한 의 부분 변량은 수학식 4 및 수학식 5와 같이 정의될 수 있다. Wow About Coordinates Can be defined as shown in Equation (4) and Equation (5).
여기서, 이다.
here, to be.
제어 목적은 통신 이동 로봇을 위한 근사화 기반 적응적 군집 제어 법칙 을 설계하기 위한 것이다.The control objective is the approximation based adaptive cluster control law .
(I) 검출 영역외부에서, 과 , 여기서, , , 는 충분히 작은 상수이다. 는 i번째 추종 로봇과 리더 로봇 사이의 희망하는 오프셋을 나타낸다. 그리고, 는 위치 와 방향(), 선속도()와 각속도()인 경우, , , 에 의해 생성되는 리더 로봇의 위치이다.
(I) detection area Outside, and , here, , , Is a sufficiently small constant. Represents the desired offset between the ith following robot and the leader robot. And, Location And direction ( ), Linear velocity ) And angular velocity ), , , Is the position of the leader robot generated by the robot.
(II) 검출 영역 내부에서, i번째 추종 로봇은 위치 와 의 영향하에 있는 검출된 로봇의 충돌을 피한다. 여기서, 이고, 이고, 에 대해 이다. 여기서, 는 상수이다. 또한, 이고, 과 는 i번째 로봇과 j번째 로봇 사이의 희망하는 오프셋 벡터()의 각 요소를 나타낸다. 여기서, 만족한다.
(II) detection region Inside, the i-th following robot is located Wow Avoiding the collision of the detected robots under the influence of the robot. here, ego, ego, About to be. here, Is a constant. Also, ego, and Is the desired offset vector between the i-th robot and the j-th robot ). ≪ / RTI > here, Satisfies.
가정 2: 리더 로봇의 위치와 속도 정보는 유계되고, 을 만족하는 i번째 추종 로봇에서 이용 가능하다.
Assumption 2: The position and velocity information of the leader robot is related, Of the i-th following robot satisfying the following equation.
Remark 2. (i) 충돌 회피는 로봇간의 충돌은 군집 추종 성능의 일시적인 악화보다 더 치명적인 시스템 손상을 가져올 수 있으므로 군집 추종보다 더 높은 우선순위를 갖는다. 그러므로, 제어 목적(II)에서, i번째 추종 로봇의 제어기 설계를 위한 이웃의 위치는 검출 영역 내부에 고정되는 것으로 간주된다. 더욱이, 이웃의 방향은 분산된 제어 스킴에서 i번째 추종 로봇의 운동 방향에 의해 결정된다. 이웃의 방향은 검출 영역 내부에서 로 간주될 수 있다. 그르므로, 에러(와 )는 추종 에러 항과 충돌 회피 항 의 조합으로 정의될 수 있다.
내부 검출 영역에서 이므로, 과 의 영향은 과 이다. 여기서, 과 은 내부 검출 영역에 가까운 로봇들 사이의 거리에 따라 증가되고, 이고, 로, 충돌 회피를 이룰 수 있다. 제어기() 설계에 따라 과 는 시간이 증가함에 따라 "0"으로 접근한다. 를 가지므로, i번째 추종 로봇은 내부 검출 영역에서 검출된 로봇을 회피할 수 있다.In the inner detection area Because of, and The effect of and to be. here, and Is increased in accordance with the distance between robots close to the internal detection area, ego, , Collision avoidance can be achieved. Controller ( Depending on the design and Approaches "0" as time increases. The ith following robot can avoid the robot detected in the internal detection region.
(ii) 조건은 이동 로봇의 그룹이 원하는 군집 추종을 수행하는 동안 로봇들간의 어떠한 충돌도 발생하지 않는다는 것을 의미한다.
(ii) conditions Means that no collision between the robots occurs while the group of mobile robots performs the desired cluster follow-up.
기구학과 동역학을 적용하여 순환 제어기 설계를 위한 위치, 각도 및 속도(선속도 및 각속도)는 수학식6 내지 8과 같이 나타낼 수 있다.The position, angle and velocity (linear velocity and angular velocity) for the design of the circulation controller by applying kinematics and dynamics can be expressed by Equations 6 to 8.
여기서, 이다.here, to be.
동적 표면 설계 기법에 기반한 제어기 설계는 세 단계로 구성된다.The controller design based on the dynamic surface design technique consists of three steps.
분산 제어기 설계를 위해, 분산된 에러 표면( )과 경계층 에러( )를 수학식 9 내지 수학식 14와 같이 정의한다.For distributed controller design, the distributed error surface ( ) And boundary layer error ( ) Is defined as the following Equations (9) to (14).
여기서, , , , ,과 는 각각 가상 제어와 필터링된 가상 제어를 나타낸다.here, , , , , and Respectively represent virtual control and filtered virtual control.
이와 같은 에러 표면에 기반한 세 단계 설계 스텝은 다음과 같다.The three-step design steps based on such an error surface are as follows.
(i) 동역학 수학식 6에서 상태 변수 과 를 위해 가상 제어기 , 를 설계하고, 1차 저역 통과 필터를 사용하여 필터링된 가상 신호 과 를 도출한다.(i) Dynamics In equation (6), the state variable and For the virtual controller , And outputs the filtered virtual signal < RTI ID = 0.0 > and .
(ii) 동역학 수학식 7의 상태 변수()를 위한 가성 제어기()를 설계하고, 1차 저역 통과 필터를 사용하여 필터링된 가상 신호()를 유도한다.(ii) Dynamic Equation The state variable of equation (7) A pseudo controller ( ) Are designed, and the filtered virtual signal ( ).
(iii) 동역학 수학식 8의 실제 제어기()를 설계한다.
(iii) the dynamic controller of equation (8) ).
Step1: 제1 가상 제어 법칙(,)을 설계하기 위한 분산된 에러 표면을 고려한다. 수학식 6을 적용한 수학식 9와 수학식 10 내지 13의 시간 변량은 수학식 15와 같다.Step 1: First virtual control law ( , Consider a distributed error surface for the design of an error surface. The time variances of Equations (9) and (10) to (13) using Equation (6) are as shown in Equation (15).
여기서, 이고,here, ego,
이며, Lt;
이다. to be.
로컬 가상 제어 항()은 수학식 16과 같이 정리될 수 있다.Local virtual control term ( ) Can be rearranged as shown in Equation (16).
여기서, 은 양의 설계 파라미터이고, 는 스몰 설계 파라미터이며, here, Is a positive design parameter, Is a small design parameter,
이고, 이며, 는 의 예측치로 수학식 17의 적응적 학습 법칙에 따라 조정될 수 있다. ego, Lt; The Lt; RTI ID = 0.0 > (17) < / RTI >
여기서, 는 튜닝 이득이고, 는 조정을 위한 상수이다.here, Is a tuning gain, The It is a constant for adjustment.
수학식 16의 의 정의를 사용하여 가상 제어 법칙(,)은 수학식 18 및 수학식 19와 같이 획득될 수 있다.In Equation (16) Using the definition of virtual control law ( , ) Can be obtained as shown in Equations (18) and (19).
여기서, , 는 의 지속성(continuity)과 식별 가능성(differentiability)를 보증하기 위한 정수이다. 우선, 를 "0"으로 설정하고, 이 불연속적일때마다 씩 증가시켜 가변한다. 은 필터링된 신호()를 획득하기 위해 1차 저역 통과 필터를 통과한다. 예를 들어, 이다. 여기서, 는 시간 상수이다.
here, , The Is an integer for ensuring continuity and differentiability of the data. first, Is set to "0 & Whenever this is discontinuous Respectively. Lt; RTI ID = 0.0 > Lt; / RTI > pass through the first-order low-pass filter. E.g, to be. here, Is a time constant.
Step2: 를 설명하기 위해 수학식 10을 고려하자. 수학식 11과 14를 사용하여 의 시간 변량은 수학식 20과 같이 나타낼 수 있다.Step2: Let us consider
로컬 가상 제어()는 수학식 21과 같다.Local virtual control ( ) ≪ / RTI >
여기서, 는 설계 파라미터이고, 는 의 예측치로 적응 법칙에 의해 수학식 22와 같이 조정될 수 있다.here, Is a design parameter, The As shown in Equation (22) by the adaptive rule.
여기서, 는 튜닝 이득이고, 는 상수이다. 수학식 21에서 항은 smooth 함수(smooth function) ,에 의해 정의될 수 있다.here, Is a tuning gain, Is a constant. In Equation 21, The term " smooth function " , Lt; / RTI >
는 1차 저역 통과 필터()를 통과시킨다. 여기서, 는 상수이다. Is a first-order low-pass filter ( ). here, Is a constant.
Step 3: 의 설계를 위해 에러 표면을 고려하자. 수학식 7을 시간 변량으로 나타내면 수학식 23과 같다.Step 3: Consider an error surface for the design of. Equation (7) can be expressed by the time variance as shown in Equation (23).
여기서, 과 는 상수 행렬이다.here, and Is a constant matrix.
미지의 smooth 비선형 함수 벡터()는 적응적 함수 근사화 기술에 의해 예측되는 안정성 분석 과정으로부터 유도될 수 있다.Unknown smooth nonlinear function vector ( ) Can be derived from the stability analysis process predicted by the adaptive function approximation technique.
함수 근사자()는 수학식 24의 컴팩트 집합()상의 의 예측치이다.Function operator ) Is a compact set of equation (24) )top .
여기서, 는 복원 에러 벡터이고, 는 로 정의되는 최적 가중치 행렬()의 예측된 가중치 행렬이다. 는 로 유계된다. 여기서, 는 미지의 상수이고, 는 Frobenius 놈을 나타낸다.here, Is a reconstruction error vector, The The optimal weighting matrix ( ) ≪ / RTI > The Respectively. here, Is an unknown constant, Represents the Frobenius bomb.
함수 근사자의 모든 가중치 조정을 위해, 테일러 급수 전개를 추하면 수학식 25과 같다.In order to adjust all the weights of the function approximator, Taylor series expansion is expressed by Equation (25).
여기서, 이고, 은 고차원 항이다. 수학식 24를 수학식 25로 대체하면, 수학식 16과 같다.here, ego, Is a higher order term. Substituting equation (25) into equation (24) yields equation (16).
여기서, 이고, 는 상수이다.here, ego, Is a constant.
실제 제어기()는 수학식 28과 같다.Actual controller ( ) ≪ / RTI >
여기서, 는 설계 파라미터이고, 는 미지의 비선형 항()의 근사화한 것이다.here, Is a design parameter, The unknown nonlinear term ( ).
미지의 비선형 항은 다음과 같다. The unknown nonlinear terms are as follows.
여기서, , , , , , , 는 양의 상수이고, 이다.here, , , , , , , Is a positive constant, to be.
예측치()는 적응법칙에 따라 수학식 29와 같이 튜닝될 수 있다.Forecast ( Can be tuned as shown in equation (29) according to the adaptive law.
여기서, 이고, 는 양의 설계 파라미터이고, 는 의 j번째 요소를 나타낸다.here, ego, Is a positive design parameter, The J < / RTI >
수학식 12 내지 14의 경계 에러의 시간 변량은 수학식 30과 같이 정의된다.The time variance of the boundary error in Equations (12) to (14) is defined as Equation (30).
여기서, , , here, , ,
, ,
은 가상 제어기의 시간 변량을 정의하는 연속 함수이다. Is a continuous function that defines the time variance of the virtual controller.
Lyapunov function를 고려하면 수학식 31과 같다.Considering Lyapunov function, Equation 31 is obtained.
여기서,이고, , , , , , 는 하나의 행렬의 추적을 나타낸다.
here, ego, , , , , , Represents the tracking of one matrix.
이론 1: 미지의 스키딩과 슬리핑을 포함하는 다수의 이동 로봇을 고려하고, 선도 로봇은 모든 추종 로봇과 직접적인 패스를 가지는 것을 가정한다. 군집 제어 시스템은 로봇들 사이의 충돌 회피하는 동안 직접 통신 환경하에서 군집 제어 목적을 수행할 수 있다. Theory 1: Considering a number of mobile robots including unknown skidding and sleeping, it is assumed that the leading robot has a direct path with all following robots. The cluster control system can perform the cluster control purpose in a direct communication environment during collision avoidance between the robots.
(i) 검출 영역 밖에서, 분산된 위치 추종 에러()와 방향각은 전체 폐루프 시스템의 모든 신호가 유계되는 동안 과 을 각각 만족한다. 또한, 이면, 방향 에러()는 원점 근처로 수렴될 수 있다.(i) Outside the detection area, a distributed position tracking error ( ) And the direction angle are the same for all signals in the entire closed loop system and Respectively. Also, , The direction error ( ) Can be converged near the origin.
(ii) 검출 영역 내부에서, 로봇간의 충돌 회피는 보장된다. 예를 들어, 이다.
(ii) Inside the detection area, collision avoidance between robots is guaranteed. E.g, to be.
Remark 3. 로봇들 사이의 제한된 통신 링크 환경 하에 미지의 미끄러짐 현상을 다룬다. 수학식 17의 미지의 미끄러짐 현상을 보상하기 위한 적응적 제어 법은 포텐셜 함수(potential function)과 분산된 군집 제어의 변경 비율을 고려하여 유도될 수 있다.
하나의 리더 로봇과 3개의 추종 로봇으로 구성된 그룹에서 동일한 스키딩과 슬리핑 현상이 고려될 수 있다.The same skidding and sleeping phenomenon can be considered in a group consisting of one leader robot and three following robots.
이면 이고, 아니면 이다. 또한,이면 이고, 아니면 이다. If , Or to be. Also, If , Or to be.
회피 영역과 충돌 영역은 , 로 각각 채택될 수 있다. 여기서, 이며, 이다. 에 따른 방향 에러의 수렴을 체크하기 위해, 2가지의 스키딩과 슬리핑을 가정하기로 한다.The avoidance area and the collision area , Respectively. here, Lt; to be. In order to check the convergence of the directional error according to the above-mentioned equation, two kinds of skipping and sleeping are assumed.
Case 1: Case 1:
Case 2: Case 2:
는 추종 로봇의 위치 추종 에러로 정의될 수 있다. 4개의 모 웨이블릿을 포함하는 웨이블릿 신경망과 하나의 노드가 미지의 비선형 함수()을 위해 이용된다. Can be defined as a position tracking error of the following robot. Wavelet neural network with four parent wavelets and one unknown node nonlinear function Lt; / RTI >
시뮬레이션을 위해 설계 파라미터는 , , , , , , , , , , , , 로 설정하기로 한다. 여기서, i=1,2,3이다. The design parameters for the simulation are , , , , , , , , , , , , . Here, i = 1, 2, 3.
또한, 리더 로봇은 과 속도에 의해 생성된 경로를 움직이는 것을 가정하기로 한다.Further, the reader robot and It is assumed that the path generated by velocity is moving.
로봇을 위한 초기 자세는 , , ,로 설정될 수 있다.The initial posture for the robot is , , , Lt; / RTI >
Case 1을 위한, 분산된 군집 추종 에러는 로봇들 사이의 거리와 회피 영역을 보여주는 도면 4(a), 4(b)에 표시되어 있다. 거리가 회피 영역()보다 큰 거리에서는 검출 영역에 있는 로봇이 빠르게 다른 로봇을 피하기 때문에, 충돌이 발생하지 않는다.For
분산된 군집 추종은 미지의 미끄러짐 현상과 모델 비선형성에도 불구하고, 충돌 회피를 보장하며 수행될 수 있다. Case1의 방향 에러는 "0"으로 수렴될 수 있다. Case 2(도면 4(c))를 위한 방향 에러는 로 수렴될 수 있다.
Distributed cluster tracking can be performed with guaranteed collision avoidance, despite unknown slip and model nonlinearity. The direction error of
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It will be understood that the invention may be varied and varied without departing from the scope of the invention.
110: 통신부
115: 센서
120: 계산부
125: 메모리
130: 제어기110:
115: Sensor
120:
125: Memory
130:
Claims (13)
다른 이동 로봇이 상기 이동 로봇의 설정된 검출 영역 또는 상기 이동 로봇의 설정된 충돌 회피 영역내에 위치하는지를 검출하는 검출부; 및
상기 검출 영역 내에 상기 다른 이동 로봇이 위치하는 경우, 상기 이동 로봇의 반발력을 이용하여 상기 다른 이동 로봇이 상기 검출 영역 외에 위치하도록 미지의 미끄러짐 변수를 고려하여 상기 이동 로봇의 이동을 제어하고, 상기 다른 이동 로봇이 상기 이동 로봇의 상기 충돌 회피 영역에 근접 위치할수록 상기 이동 로봇의 반발력을 크게 하여 상기 다른 이동 로봇이 상기 이동 로봇의 검출 영역 밖에 위치하도록 상기 이동 로봇의 이동을 제어하는 제어기를 포함하되,
상기 제어기는 상기 검출 영역 외부에 상기 다른 이동 로봇들이 위치하는 경우, 미지의 미끄러짐 변수를 고려하여 선도 로봇과 통신 제약이 있는 상태에서 상기 선도 로봇의 위치를 추정하고, 상기 추정된 선도 로봇과 일정한 거리를 유지하도록 상기 이동 로봇의 이동을 제어하며,
상기 검출 영역은 상기 이동 로봇과 상기 다른 이동 로봇의 충돌 회피를 위하여 설정된 가상 영역이고,
상기 충돌 회피 영역은 상기 이동 로봇의 중심 위치를 기준으로 상기 검출 영역보다 작게 설정된 가상 영역이며,
상기 제어기는,
수학식 4 및 수학식 5의 의 부분 변량에 기초하여 다른 이동 로봇들과의 충돌을 회피하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
[수학식 4]
[수학식 5]
여기서, 이고, 이며, 이고, 이며, 이고, 는 i번째 이동 로봇과 h번째 이동 로봇간의 거리를 나타낸다. 또한, 이고, 과 는 각각 i번째 이동 로봇의 검출 영역(detection region)의 반경과 h번째 이동 로봇의 검출 영역의 반경을 나타낸다. 는 로봇들간의 최소 안전 거리를 나타내는 회피 영역(avoidance region)이고, 임.
In each mobile robot of the lead-follower cluster control system,
A detecting unit that detects whether another mobile robot is located within a set detection area of the mobile robot or a predetermined collision avoidance area of the mobile robot; And
Controls the movement of the mobile robot in consideration of an unknown slip parameter so that the other mobile robot is positioned outside the detection area using the repulsive force of the mobile robot when the other mobile robot is positioned within the detection area, And a controller for controlling the movement of the mobile robot such that the other mobile robot is located outside the detection area of the mobile robot by increasing the repulsive force of the mobile robot as the mobile robot is positioned closer to the collision avoiding area of the mobile robot,
The controller estimates the position of the leading robot in a state where there is communication restriction with the leading robot in consideration of an unknown slip parameter when the other moving robots are located outside the detection area, The movement of the mobile robot is controlled so as to maintain the movement of the mobile robot,
Wherein the detection region is a virtual region set for collision avoidance between the mobile robot and the other mobile robot,
Wherein the collision avoiding area is a virtual area set smaller than the detection area with respect to the center position of the mobile robot,
The controller comprising:
Equations (4) and (5) And avoids collision with other mobile robots based on the partial variance of the mobile robot.
&Quot; (4) "
&Quot; (5) "
here, ego, Lt; ego, Lt; ego, Represents the distance between the i-th mobile robot and the h-th mobile robot. Also, ego, and Represents the radius of the detection region of the i-th mobile robot and the radius of the detection region of the h-th mobile robot, respectively. Is an avoidance region indicating the minimum safety distance between the robots, being.
상기 이동 로봇의 검출 영역 반경은 상기 이동 로봇의 중심 위치를 기준으로 설정된 가상 영역인 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
The method according to claim 1,
Wherein the detection area radius of the mobile robot is a virtual area set based on a center position of the mobile robot.
상기 다른 이동 로봇과의 통신을 통해 상기 다른 이동 로봇의 위치를 획득하는 통신부; 및
상기 다른 이동 로봇과의 거리가 일정 거리 이내인 경우, 상기 다른 이동 로봇의 거리를 측정하는 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
The method according to claim 1,
A communication unit for acquiring the position of the other mobile robot through communication with the other mobile robot; And
Further comprising a sensor for measuring a distance of the other mobile robot when the distance from the other mobile robot is within a predetermined distance.
다른 이동 로봇이 상기 이동 로봇의 설정된 검출 영역 또는 상기 이동 로봇의 설정된 충돌 회피 영역내에 위치하는지를 검출하는 단계;
상기 검출 영역 내에 상기 다른 이동 로봇이 위치하는 경우, 상기 다른 이동 로봇이 상기 검출 영역 외에 위치하도록 미지의 미끄러짐 변수를 고려하여 상기 이동 로봇의 이동을 제어하는 단계;
상기 다른 이동 로봇이 상기 이동 로봇의 상기 충돌 회피 영역에 근접 위치할수록 상기 이동 로봇의 반발력을 크게 하여 상기 다른 이동 로봇이 상기 이동 로봇의 검출 영역 밖에 위치하도록 상기 이동 로봇의 이동을 제어하는 단계; 및
상기 검출 영역 외부에 상기 다른 이동 로봇들이 위치하는 경우, 미지의 미끄러짐 변수를 고려하여 선도 로봇과 통신 제약이 있는 상태에서 상기 선도 로봇의 위치를 추정하고, 상기 추정된 선도 로봇과 일정한 거리를 유지하도록 상기 이동 로봇의 이동을 제어하는 단계를 포함하되,
상기 검출 영역은 상기 이동 로봇과 상기 다른 이동 로봇의 충돌 회피를 위하여 설정된 가상 영역이고,
상기 충돌 회피 영역은 상기 이동 로봇의 중심 위치를 기준으로 상기 검출 영역보다 작게 설정된 가상 영역이되,
상기 이동 로봇의 이동을 제어하는 단계는,
수학식 4 및 수학식 5의 의 부분 변량에 기초하여 다른 이동 로봇들과의 충돌을 회피하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 제어 방법.
[수학식 4]
[수학식 5]
여기서, 이고, 이며, 이고, 이며, 이고, 는 i번째 이동 로봇과 h번째 이동 로봇간의 거리를 나타낸다. 또한, 이고, 과 는 각각 i번째 이동 로봇의 검출 영역(detection region)의 반경과 h번째 이동 로봇의 검출 영역의 반경을 나타낸다. 는 로봇들간의 최소 안전 거리를 나타내는 회피 영역(avoidance region)이고, 임.
A control method for each mobile robot in a lead-follower cluster control system,
Detecting whether another mobile robot is located within the set detection area of the mobile robot or the set collision avoidance area of the mobile robot;
Controlling movement of the mobile robot in consideration of an unknown slip parameter so that the other mobile robot is positioned outside the detection area when the other mobile robot is positioned within the detection area;
Controlling the movement of the mobile robot such that the other mobile robot is positioned outside the detection area of the mobile robot by increasing the repulsive force of the mobile robot as the other mobile robot is located closer to the collision avoiding area of the mobile robot; And
When the other mobile robots are located outside the detection area, the position of the leading robot is estimated in a state of communication restriction with the leading robot in consideration of an unknown sliding parameter, and a predetermined distance is maintained with the estimated leading robot And controlling movement of the mobile robot,
Wherein the detection region is a virtual region set for collision avoidance between the mobile robot and the other mobile robot,
Wherein the collision avoiding area is a virtual area set smaller than the detection area with respect to the center position of the mobile robot,
Wherein the step of controlling movement of the mobile robot includes:
Equations (4) and (5) Based on the partial variance of the mobile robot, the collision with other mobile robots is avoided.
&Quot; (4) "
&Quot; (5) "
here, ego, Lt; ego, Lt; ego, Represents the distance between the i-th mobile robot and the h-th mobile robot. Also, ego, and Represents the radius of the detection region of the i-th mobile robot and the radius of the detection region of the h-th mobile robot, respectively. Is an avoidance region indicating the minimum safety distance between the robots, being.
상기 이동 로봇의 검출 영역 반경은 상기 이동 로봇의 중심 위치를 기준으로 설정된 가상 영역인 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 제어 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the detection area radius of the mobile robot is a virtual area set based on a center position of the mobile robot.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020150091963A KR101641022B1 (en) | 2015-06-29 | 2015-06-29 | Mobile robot and control method thereof under unknown slippage effects |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020150091963A KR101641022B1 (en) | 2015-06-29 | 2015-06-29 | Mobile robot and control method thereof under unknown slippage effects |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR101641022B1 true KR101641022B1 (en) | 2016-07-20 |
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ID=56680234
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
Country | Link |
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KR (1) | KR101641022B1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101937269B1 (en) | 2017-05-15 | 2019-01-14 | 한국생산기술연구원 | Planning method for robot motion |
WO2019212239A1 (en) * | 2018-05-04 | 2019-11-07 | Lg Electronics Inc. | A plurality of robot cleaner and a controlling method for the same |
US11707175B2 (en) | 2018-01-03 | 2023-07-25 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Moving apparatus for cleaning, collaborative cleaning system, and method of controlling the same |
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2015
- 2015-06-29 KR KR1020150091963A patent/KR101641022B1/en active IP Right Grant
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
CICS 2013 정보 및 제어 학술대회, 2013.10, 171-172 (2 pages)* * |
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems Vol. 16 No. 1 (2010.1.)* * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101937269B1 (en) | 2017-05-15 | 2019-01-14 | 한국생산기술연구원 | Planning method for robot motion |
US11707175B2 (en) | 2018-01-03 | 2023-07-25 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Moving apparatus for cleaning, collaborative cleaning system, and method of controlling the same |
WO2019212239A1 (en) * | 2018-05-04 | 2019-11-07 | Lg Electronics Inc. | A plurality of robot cleaner and a controlling method for the same |
US11148290B2 (en) | 2018-05-04 | 2021-10-19 | Lg Electronics Inc. | Plurality of robot cleaner and a controlling method for the same |
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