KR101912797B1 - 이동로봇의 경로계획 방법 - Google Patents

이동로봇의 경로계획 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동로봇 주행 중에 발생하는 예외상황에 대처할 수 있도록 경로계획을 생성하는 이동 로봇의 경로계획 생성 방법에 관한 것이다. 이동로봇의 경로생성 방법은 기설정된 경로계획계획에 따른 주행 중에 이동로봇 주변의 환경인식을 통해 생성된 상황정보로부터 예외상황의 발생여부를 판단하는 단계, 예외상황이 발생한 경우 이동로봇은 주행권을 사용자에게 이양(移讓)하고, 사용자에 의해 생성된 로봇 주행 제어신호를 기반으로 예외상황 경로계획을 생성하여 저장하는 단계 및 예외상황 경로계획 저장이 완료되면, 주행권이 이동로봇으로 전수(傳受)되고, 이동로봇은 기설정된 경로계획 또는 예외상황 경로계획에 따라 주행하는 단계를 포함한다.

Description

이동로봇의 경로계획 방법{Method for generating path plan of mobile robot}
본 발명은 이동로봇 주행 중에 발생하는 예외상황에 대처할 수 있도록 경로계획을 생성하는 이동 로봇의 경로계획 생성 방법에 관한 것이다.
이동 로봇은 어떤 작업이나 조작을 자동으로 수행하는 장치로서, 다양한 분야에서 인간을 대신하거나 보조하는데 활용된다. 이동 로봇에 주어진 임무 또는 서비스를 수행하기 위해서 로봇의 동작을 제어하는 것은 중요하다. 이동 로봇에 대한 연구 중 가장 기본적인 과제는 동적인 환경에서의 안전한 주행이다. 동적으로 움직이는 장애물이 존재하거나 로봇의 목표 지점이 변화하는 동적인 환경에서의 자율이동 로봇의 안전한 주행을 보장하는 만족스러운 제어 알고리즘에 관한 연구는 여전히 진행 중이다. 이러한 자율이동 로봇의 안전한 주행을 목적으로 하는 기본적인 연구 중 하나는 시작 지점부터 목표 지점까지의 연결된 경로를 생성해주는 경로계획(path planning)이다. 이러한 경로계획을 따라 이동로봇이 주행하는 중에 예외상황(프로그래머가 고려하여 대처행동을 마련하지 못한 상황)이 발생하는 경우, 사용자가 이동로봇의 주행권을 강제로 빼앗고 로봇을 정지시키거나 원격 제어를 통해 이동로봇을 조종하는 방법으로 예외상황에 대처하게 된다. 이와 같이 예외상황이 발생하는 경우 사용자가 개입하여 이동로봇을 강제 정지시키거나 원격조정하게 되어 이로 인해 발생하는 별도의 개발 비용 및 이동로봇의 임무 지연을 야기시킨다.
국내 공개특허 제2003-0050726호
본 발명이 해결하고자 하는 기술적인 과제는 이동로봇 주행 중에 발생하는 예외상황에 대처할 수 있도록 경로계획을 생성하는 이동 로봇의 경로계획 생성 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제를 해결하기 위한 이동로봇의 경로생성 방법은 기설정된 경로계획계획에 따른 주행 중에 이동로봇 주변의 환경인식을 통해 생성된 상황정보로부터 예외상황의 발생여부를 판단하는 단계; 상기 예외상황이 발생한 경우 상기 이동로봇은 주행권을 사용자에게 이양(移讓)하고, 상기 사용자에 의해 생성된 로봇 주행 제어신호를 기반으로 예외상황 경로계획을 생성하여 저장하는 단계; 및 상기 예외상황 경로계획 저장이 완료되면, 주행권이 상기 이동로봇으로 전수(傳受)되고, 상기 이동로봇은 상기 기설정된 경로계획 또는 상기 예외상황 경로계획에 따라 주행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 이동로봇은 저장되어 있지 않은 예외상황 발생시 마다 해당하는 예외상황 경로계획을 생성하여 저장하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 주행하는 단계는, 상기 기설정된 경로계획 또는 복수의 상기 예외상황 경로계획 중 어느 하나에 따라 주행하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 이동로봇 주행 중에 발생하는 예외상황에 대처할 수 있도록 경로계획을 생성하여 주행함으로써, 별도의 개발 비용 및 이동로봇의 임무 지연을 방지할 수 있게 된다.
도 1은 이동로봇의 경로계획 생성장치의 구성을 보이는 블록도 이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동로봇의 경로계획 생성 방법의 동작을 보이는 흐름도 이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 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.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 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.
본 발명은 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들은 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 또는/및 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 하나 이상의 마이크로프로세서들의 제어 또는 다른 제어 장치들에 의해서 다양한 기능들을 실행할 수 있는, 메모리, 프로세싱, 로직(logic), 룩업 테이블(look-up table) 등과 같은 직접 회로 구성들을 채용할 수 있다. 본 발명에의 구성 요소들이 소프트웨어 프로그래밍 또는 소프트웨어 요소들로 실행될 수 잇는 것과 유사하게, 본 발명은 데이터 구조, 프로세스들, 루틴들 또는 다른 프로그래밍 구성들의 조합으로 구현되는 다양한 알고리즘을 포함하여, C, C++, 자바(Java), 어셈블러(assembler) 등과 같은 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능적인 측면들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명은 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. 매커니즘, 요소, 수단, 구성과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 상기 용어는 프로세서 등과 연계하여 소프트웨어의 일련의 처리들(routines)의 의미를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 이동로봇의 경로계획 생성장치의 구성을 보이는 블록도 이다. 도 1을 참조하면, 이동로봇의 경로계획 생성장치는 제어부(110), 환경 인식부(120), 상황정보 생성부(130), 사용자 인터페이스(140), 경로계획 생성부(150), 저장부(160) 및 구동부(170)를 포함한다.
제어부(110)는 마이크로 프로세서(미도시) 등을 포함하여 경로계획 생성장치의 전반적인 동작을 제어한다. 이하 제어부(110)의 구체적인 동작은 다른 구성요소들과 함께 설명하기로 한다.
환경 인식부(120)는 제어부(110)의 제어 하에 예를 들면, 초음파 센서, 적외선 센서, 레이저 센서 등을 포함하는 거리 측정 센서(미도시)를 이용하여 이동로봇이 임의의 공간을 스캔(환경 인식)하여 탐색한 결과정보를 취합한다. 더 나아가 환경 인식부(120)는 예를 들어 카메라 또는 스테레오 카메라 등을 포함하는 영상 촬영부(미도시)를 이용하여 촬영된 영상내에서 탐색한 결과 정보를 취합한다.
상황정보 생성부(130)는 제어부(110)의 제어 하에, 환경 인식부(120)가 취함한 결과 정보를 이용하여 상황정보를 생성한다. 여기서 상황정보라 함은 환경 인식부(120)로부터 수신한 결과정보를 이용하여 생성하는 정적 환경 지도, 동적 장애물 정보, 도로 정보 등을 포함할 수 있으며, 더 나아가 이동로봇에게 주어진 탐색/순찰/목적지 도달 등과 같은 임무 정보일 수도 있다.
제어부(110)는 상황정보 생성부(130)로부터 상황정보를 수신하여 예외상황 발생여부를 판단하고, 예외상황이 발생한 경우 저장부(160)에 저장된 기설정된 경로계획으로 자율주행하고 있는 이동로봇의 주행권을 사용자에게 이양(移讓)한다.
여기서 예외상황이라 함은, 이동로봇이 저장부(160)에 저장되어 있는 기설정된 경로계획으로 이동하는 중에, 기설정된 경로계획에 존재하지 않은 상황이 발생한 경우로, 예를 들어, 로봇이 기설정된 경로계획 주행 중 환경적으로 설정된 금지 주행구역을 주행하는 경우, 또는 이동로봇이 도로 주행 중 전/후방에 예측하지 못한 장애물(예를 들어 구급차)이 발생한 경우 등이 있을 수 잇다.
사용자 인터페이스부(140)는 이동로봇이 주행할 수 있도록 시작지점 및 목표지점의 좌표를 수신하거나, 이동로봇에 작업명령을 입력하기 위해 사용자에 의한 스위치 조작 신호 또는 음성 신호를 수신한다. 특히 사용자 인터페이스부(140)는, 제어부(110)로부터 예외상황 발생 신호를 수신함과 동시에, 사용자에 의해 생성된 로봇 주행 제어신호를 제어부(110)로 전송한다. 여기서, 사용자 인터페이스부(140)가 사용자에 의해 생성된 로봇 주행 제어신호는, 예외상황에 대처하기 위해 사용자로부터 수신되는 이동로봇의 위치 제어신호, 방향 제어신호, 속도 제어신호 등일 수 있다.
경로계획 생성부(150)는 제어부(110)의 제어 하에, 사용자 인터페이스부(140)로부터 수신되는 이동로봇의 위치 제어신호, 방향 제어신호, 속도 제어신호 등을 이용하여 예외상황 경로계획을 생성하고, 저장부(160)에 저장한다. 이로써, 저장부(160)에는 기설정된 경로계획 및 예외상황 경로계획이 저장되어 있게 된다.
예외상황 경로계획 생성이 완료되면, 제어부(110)는 이동로봇의 주행권을 사용자로부터 전수(傳受)받고, 이동로봇이 저장부(160)에 저장된 기설정된 경로계획 또는 예외상황 경로계획 중 어느 하나로 주행하도록 제어한다. 즉, 기설정된 경로계획으로 주행 중에 저장부(160)에 저장된 예외상황이 발생한 경우, 제어부(110)는 기설정된 경로계획으로의 주행을 종료하고, 이동로봇이 예외상황 경로계획으로 주행하도록 제어한다.
구동부(170)는 예를 들면, 구동 모터(미도시) 등을 포함하여 이동로봇을 이동시키는 것으로, 제어부(110)로부터의 제어신호에 의해 기설정된 경로계획 또는 예외상황 경로계획 중 어느 하나로 이동로봇을 이동시킨다.
이동로봇이 자율주행 중에 발생하는 예외상황은 예측할 수 없기 때문에, 이동로봇의 경로계획 생성장치는 기존에 저장되어 있지 않은 예외상황이 발생할 때마다 이동로봇의 주행권을 사용자에게 이양하고, 사용자에 의해 생성되는 이동 로봇을 주행 정보를 이용하여 예외상황 경로계획을 생성하여 저장부(160)에 저장한다. 따라서, 저장부(160)에는 기존에 저장되지 않은 예외상황 경로계획이 계속해서 업데이트됨으로써 시간이 경과함에 따라 이동로봇이 예외상황에 대처하는 능력이 상승하게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동로봇의 경로계획 생성 방법의 동작을 보이는 흐름도 이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동로봇의 경로계획 생성 방법은 도 1에 도시된 바와 같이 주변 구성 요소들의 도움을 받아 제어부(110)에서 수행될 수 있다. 이하의 설명에서, 도 1에 대한 설명과 중복되는 부분은 그 설명을 생략하기로 한다.
도 2를 참조하면, 제어부(110)는 기설정된 경로계획에 따라 이동로봇을 주행하는 중에, 이동로봇 주변의 환경인식을 통해 생성된 상황정보를 수신하여 예외상황 발생여부를 판단하는 단계(S100)를 수행한다.
이동로봇의 환경인식은 초음파 센서, 적외선 센서, 레이저 센서 등을 포함하는 거리 측정 센서(미도시)를 이용하여 이동로봇이 임의의 공간을 스캔(환경 인식)하여 탐색한 결과정보 또는 카메라 또는 스테레오 카메라 등을 포함하는 영상 촬영부(미도시)를 이용하여 촬영된 영상내에서 탐색한 결과정보 생성을 통해 알 수 있다. 또한 상황정보 생성은 환경인식 결과 정보를 이용하여 생성하는 정적 환경 지도, 동적 장애물 정보, 도로 정보 등을 포함할 수 있으며, 더 나아가 이동로봇에게 주어진 탐색/순찰/목적지 도달 등과 같은 임무 정보일 수도 있다. 또한 예외상황 발생여부 판단은, 이동로봇이 저장되어 있는 기설정된 경로계획으로 이동하는 중에, 기설정된 경로계획에 존재하지 않은 상황이 발생한 경우로, 예를 들어, 로봇이 기설정된 경로계획 주행 중 환경적으로 설정된 금지 주행구역을 주행하는 경우, 또는 이동로봇이 도로 주행 중 전/후방에 예측하지 못한 장애물(예를 들어 구급차)이 발생한 경우 등이 있을 수 있다.
이와 같이 이동로봇 주행중에 예외상황이 발생한 것으로 판단되면, 제어부(110)는 기설정된 경로계획에 따른 자율 주행을 종료하고, 이동로봇의 주행권을 사용자에게 이양하고, 사용자에 의해 생성된 로봇 주행 제어신호를 기반으로 예외상황 경로 계획을 생성하여 저장하는 단계(S200)를 수행한다. 여기서, 사용자에 의해 생성된 로봇 주행 제어신호는 예외상황에 대처하기 위한 이동로봇의 위치 제어 신호, 방향 제어 신호, 속도 제어 신호 등일 수 있고, 이러한 주행 제어신호를 이용하여 예외상황 경로계획을 생성하고, 저장한다. 이로써, 저장부(160)에는 기설정된 경로계획 및 예외상황 경로계획이 저장되어 있게 된다.
예외상황 경로계획 저장이 완료되면, 제어부(110)는 주행권을 이동로봇으로 전수하고, 이동로봇은 기설정된 경로계획 또는 예외상황 경로계획에 따라 주행하는 단계(S300)를 수행한다. 즉, 기설정된 경로계획으로 주행 중에 저장부(160)에 저장된 예외상황이 발생한 경우, 제어부(110)는 기설정된 경로계획으로의 주행을 종료하고, 이동로봇이 예외상황 경로계획으로 주행하도록 제어한다.
이후 이동로봇 주행 중 저장되어 있지 않은 예외상황이 발생할 때마다 제어부(110)는 해당 예외상황 경로계획을 생성하여 저장하고, 이동로봇은 기설정된 경로계획 또는 복수의 예외상황 경로계획 중 어느 하나에 따라 주행하는 단계(S400)를 수행한다. 이동로봇이 자율주행 중에 발생하는 예외상황은 예측할 수 없기 때문에, 이동로봇의 경로계획 생성장치는 기존에 저장되어 있지 않은 예외상황이 발생할 때마다 이동로봇의 주행권을 사용자에게 이양하고, 사용자에 의해 생성되는 이동 로봇을 주행 정보를 이용하여 예외상황 경로계획을 생성하여 저장부(160)에 저장한다. 따라서, 저장부(160)에는 기존에 저장되지 않은 예외상황 경로계획이 계속해서 업데이트됨으로써 시간이 경과함에 따라 이동로봇이 예외상황에 대처하는 능력이 상승하게 된다.
한편, 본 발명은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현하는 것을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시 예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로 상기 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.
110: 제어부
120: 환경 인식부
130: 상황정보 생성부
140: 사용자 인터페이스부
150: 경로계획 생성부
160: 저장부
170: 구동부

Claims (3)

  1. 제어부에 의해, 기설정된 경로계획에 따른 주행 중에 이동로봇 주변의 환경인식을 통해 생성된 상황정보로부터 예외상황의 발생여부를 판단하는 단계;
    상기 제어부에 의해, 상기 예외상황이 발생한 경우 상기 이동로봇은의 주행권을 사용자에게 이양(移讓)하고, 상기 사용자에 의해 생성된 로봇 주행 제어신호를 기반으로 예외상황 경로계획을 생성하여 저장하는 단계; 및
    상기 제어부에 의해, 상기 예외상황 경로계획 저장이 완료되면, 주행권이 상기 이동로봇으로 전수(傳受)되고, 상기 이동로봇은 상기 기설정된 경로계획 또는 상기 예외상황 경로계획에 따라 주행하는 단계;를 포함하고,
    상기 상황정보는 센서를 이용하여 임의의 공간을 스캔하여 탐색한 결과 정보 또는 영상 촬영부를 이용하여 촬영한 영상 내에서 탐색한 결과 정보를 포함하고, 상기 이동로봇에게 주어진 탐색, 순찰, 및 목적지 도달 중 적어도 하나의 임무 정보를 더 포함하고,
    상기 예외상황이 발생한 경우, 사용자 인터페이스부가 상기 제어부로부터 예외상황 발생 신호를 수신함과 동시에 상기 로봇 주행 제어신호를 상기 제어부에 전송하는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 경로계획 생성 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 이동로봇은 저장되어 있지 않은 예외상황 발생시 마다 해당하는 예외상황 경로계획을 생성하여 저장하는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 경로계획 생성 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 주행하는 단계는,
    상기 기설정된 경로계획 또는 복수의 상기 예외상황 경로계획 중 어느 하나에 따라 주행하는 것을 특징으로 하는 경로계획 생성 방법.
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