KR101937689B1 - 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상기 작업자 추종형 제어 알고리즘은 상기 거리 송신센서의 현재 위치에 대한 거리데이터를 2개의 거리 수신센서가 각각 수신하여 거리를 측정하는 거리 측정 단계(S100); 미리 설정된 추종위치에 대한 거리데이터와 상기 거리 측정단계로부터 측정된 현재위치에 대한 거리데이터를 기초로 좌측과 우측에 대해 각각의 거리 오차값과 상기 거리 오차값으로부터 회전오차값과 직진오차값을 계산하는 오차 계산 단계(S200); 상기 회전오차값과 직진오차값으로부터 회전 PID 제어값과 직진 PID 제어값을 계산하되, 상기 계산된 회전 PID 제어값과 직진 PID 제어값으로부터 좌우측 하부에 설치되는 2개의 제어용 바퀴에 대한 구동속도값을 계산하여 이로부터 환산되는 구동에너지를 각각의 구동장치에 전달하는 속도명령 전달 단계(S300); 및 이동장치를 정지시키는 정지 단계(S400);로 구성되며,
상기 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치는 거리 송신센서를 포함하는 외부 리모콘; 상기 이동장치 전면 중심에서 좌우로 대칭인 곳에 설치되는 2개의 거리 수신센서; 상기 이동장치 좌우측 하부에 설치되는 2개의 제어용 바퀴와 하부 뒤쪽에 설치되는 수평유지용 바퀴; 상기 거리 송신센서와 거리 수신센서로부터 데이터를 취득하되 취득된 데이터를 기초로 하여 미리 임베딩된 작업자 추종형 제어 알고리즘에 따라 회전오차값, 직진오차값, PID 제어 출력값, 구동장치에 적용되는 구동속도값을 계산하여 출력하는 제어부; 상기 제어부로부터 출력되는 구동속도값에 따라 환산되는 에너지량을 받아 2개의 제어용 바퀴를 구동하는 구동장치;로 구성된 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치에 관한 것이다.
상기 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치는 거리 송신센서를 포함하는 외부 리모콘; 상기 이동장치 전면 중심에서 좌우로 대칭인 곳에 설치되는 2개의 거리 수신센서; 상기 이동장치 좌우측 하부에 설치되는 2개의 제어용 바퀴와 하부 뒤쪽에 설치되는 수평유지용 바퀴; 상기 거리 송신센서와 거리 수신센서로부터 데이터를 취득하되 취득된 데이터를 기초로 하여 미리 임베딩된 작업자 추종형 제어 알고리즘에 따라 회전오차값, 직진오차값, PID 제어 출력값, 구동장치에 적용되는 구동속도값을 계산하여 출력하는 제어부; 상기 제어부로부터 출력되는 구동속도값에 따라 환산되는 에너지량을 받아 2개의 제어용 바퀴를 구동하는 구동장치;로 구성된 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상기 작업자 추종형 제어 알고리즘은 상기 거리 송신센서의 현재 위치에 대한 거리데이터를 2개의 거리 수신센서가 각각 수신하여 거리를 측정하는 거리 측정 단계(S100); 미리 설정된 추종위치에 대한 거리데이터와 상기 거리 측정단계로부터 측정된 현재위치에 대한 거리데이터를 기초로 좌측과 우측에 대해 각각의 거리 오차값과 상기 거리 오차값으로부터 회전오차값과 직진오차값을 계산하는 오차 계산 단계(S200); 상기 회전오차값과 직진오차값으로부터 회전 PID 제어값과 직진 PID 제어값을 계산하되, 상기 계산된 회전 PID 제어값과 직진 PID 제어값으로부터 좌우측 하부에 설치되는 2개의 제어용 바퀴에 대한 구동속도값을 계산하여 이로부터 환산되는 구동에너지를 각각의 구동장치에 전달하는 속도명령 전달 단계(S300); 및 이동장치를 정지시키는 정지 단계(S400);로 구성되며,
상기 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치는 거리 송신센서를 포함하는 외부 리모콘; 상기 이동장치 전면 중심에서 좌우로 대칭인 곳에 설치되는 2개의 거리 수신센서; 상기 이동장치 좌우측 하부에 설치되는 2개의 제어용 바퀴와 하부 뒤쪽에 설치되는 수평유지용 바퀴; 상기 거리 송신센서와 거리 수신센서로부터 데이터를 취득하되 취득된 데이터를 기초로 하여 미리 임베딩된 작업자 추종형 제어 알고리즘에 따라 회전오차값, 직진오차값, PID 제어 출력값, 구동장치에 적용되는 구동속도값을 계산하여 출력하는 제어부; 상기 제어부로부터 출력되는 구동속도값에 따라 환산되는 에너지량을 받아 2개의 제어용 바퀴를 구동하는 구동장치;로 구성된 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치에 관한 것이다.
최근 어떠한 이동체가 특정한 객체를 따르는 혹은 추종하는 기술은 인간과 로봇 간의 상호 작용에 필요하며 많은 산업 분야에 적용되고 있으며 많은 연구가 진행되고 있는 실정이다.
일반적인 객체 추적 기술은 두 개의 거리 데이터를 얻기 위해 추적 객체의 한 태그와 로봇의 두 앵커를 사용하되, 획득된 두 데이터를 기반으로 이동체에서 객체까지의 거리와 각도를 계산하는 알고리즘에 따르는 방법이 많이 채용되고 있다.
기존의 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치에 대한 개략적인 컨셉도면인 도 1에 따르면 거리 데이터가 정확한 경우 두 거리가 있는 원의 교차점을 반경으로 찾아 거리와 각도를 계산하는 방법을 채택하고 있음을 알 수 있다.
그러나 도2를 참조하면 전파를 이용하여 거리를 측정하는 기술이 보통 이용되는데, 이는 약 15cm 이상의 비교적 큰 오차를 포함하며, 더불어 원의 방정식의 사용은 데이터의 오류 또는 다른 비정상으로 인해 원의 교차가 발생하지 않을 가능성이 크다는 문제점이 있다.
또한 다른 기존의 기술로는 레인지 파인더 레이저를 사용하여 물체의 위치를 감지하고 추적하는 연구가 있고, 두 쌍의 초음파 거리 센서 또는 UWB 대신 카메라 시스템을 사용하는 유사한 연구도 있었으나, 초음파 센서와 레이저 거리 측정기의 경우, 목표를 지속적으로 정확하게 결정하는 것은 불가능하다는 문제점이 있다.
즉, 카메라 시스템의 경우, 타겟이 컬러로 분리되면 예외가 쉽게 발생하고 조명이 일정하지 않은 실외 환경에서 사용하기가 매우 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명에 따른 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치는 다음과 같은 해결과제를 가진다.
첫째 본 발명은 기존의 오차가 크게 발생하는 객체추종형 알고리즘을 개선하고 오류가 발생하지 않는 작업자 추종형 제어 알고리즘을 제공함에 목적이 있다.
둘째 실내환경은 물론 조명이 일정하지 않은 실외환경에서도 사용할 수 있는 강인한 작업자 추종형 제어 알고리즘을 제공함에 또다른 목적이 있다.
셋째 상기 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치를 제공함에 또다른 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명은 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치에 관한 것으로서,
상기 이동장치(100)는,
거리 송신센서를 포함하는 외부 리모콘(미도시 및 번호 미부여); 상기 이동장치 전면 중심에서 좌우로 대칭인 곳에 설치되는 2개의 거리 수신센서(110, 120); 상기 이동장치 좌우측 하부에 설치되는 2개의 제어용 바퀴(미도시 및 번호 미부여)와 하부 뒤쪽에 설치되는 수평유지용 바퀴(미도시 및 번호 미부여); 상기 거리 송신센서와 거리 수신센서로부터 데이터를 취득하되 취득된 데이터를 기초로 하여 미리 임베딩된 작업자 추종형 제어 알고리즘에 따라 회전오차값, 직진오차값, PID 제어 출력값, 구동장치에 적용되는 구동속도값을 계산하여 출력하는 제어부(미도시 및 번호 미부여); 상기 제어부로부터 출력되는 구동속도값에 따라 환산되는 에너지량을 받아 2개의 제어용 바퀴를 구동하는 구동장치(미도시 및 번호 미부여);로 구성된 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치(100)를 제공함을 목적으로 한다.
상기 작업자 추종형 제어 알고리즘은
상기 거리 송신센서의 현재 위치에 대한 거리데이터를 2개의 거리 수신센서가 각각 수신하여 거리를 측정하는 거리 측정 단계(S100);
미리 설정된 추종위치에 대한 거리데이터와 상기 거리 측정단계로부터 측정된 현재위치에 대한 거리데이터를 기초로 좌측과 우측에 대해 각각의 거리 오차값과 상기 거리 오차값으로부터 회전오차값과 직진오차값을 계산하는 오차 계산 단계(S200);
상기 회전오차값과 직진오차값으로부터 회전 PID 제어값과 직진 PID 제어값을 계산하되, 상기 계산된 회전 PID 제어값과 직진 PID 제어값으로부터 좌우측 하부에 설치되는 2개의 제어용 바퀴에 대한 구동속도값을 계산하여 이로부터 환산되는 구동에너지를 각각의 구동장치에 전달하는 속도명령 전달 단계(S300); 및
이동장치를 정지시키는 정지 단계(S400);로 구성되어 반복되는 것을 특징으로 한다.
상기 거리 센서는 UWB(Ultra Wide Band) 센서 모듈을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 오차 계산 단계에서 계산되는 좌측과 우측에 대한 거리 오차값은 다음의 공식으로 계산된다.
상기 회전오차값과 직진오차값은 다음의 공식으로 계산된다.
상기 회전 PID 제어값과 직진 PID 제어값은 다음의 공식으로 계산된다.
좌우측 2개의 제어용 바퀴에 대한 구동속도값은 다음의 공식으로 각각 계산된다.
본 발명에 따른 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치는 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째 본 발명에 따른 작업자 추종형 제어 알고리즘은 오차의 발생을 획기적으로 줄이고, 구동중에 오류가 거의 발생하지 않는 효과가 있다.
둘째 본 발명에 따른 작업자 추종형 제어 알고리즘은 실내환경은 물론 조명이 일정하지 않은 실외환경에서도 사용할 수 있는 강인한 작업자 추종형 제어 알고리즘을 제공한다.
셋째 상기 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치로서 추적객체가 항상 특정위치에 존재할 수 있기 때문에 자동 골크 카트와 같은 사람들을 따르는 애플리케이션에 효과적으로 적용될 수 있다.
도 1은 기존의 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치에 대한 개략적인 컨셉도면이다.
도 2는 기존의 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치에 대한 오류발생을 표현한 도면이다.
도 3은 본 발명인 작업자 추종형 제어 알고리즘에 대한 순서도를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명인 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치에 대한 개략적인 컨셉도면이다.
도 5는 본 발명인 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치로서 비밀유지된 상태에서 실험된 프로토모델의 실제 시운전 모습이다.
도 2는 기존의 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치에 대한 오류발생을 표현한 도면이다.
도 3은 본 발명인 작업자 추종형 제어 알고리즘에 대한 순서도를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명인 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치에 대한 개략적인 컨셉도면이다.
도 5는 본 발명인 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치로서 비밀유지된 상태에서 실험된 프로토모델의 실제 시운전 모습이다.
먼저, 본 발명의 구체적인 설명에 들어가기에 앞서, 본 발명에 관련된 공지 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명에 따른 "작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치"를 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명에 따른 "작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치"에 관한 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 다음의 실시예는 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하고, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
도 1은 기존의 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치에 대한 개략적인 컨셉도면이고, 도 2는 기존의 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치에 대한 오류발생을 표현한 도면이며, 도 3은 본 발명인 작업자 추종형 제어 알고리즘에 대한 순서도를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명인 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치에 대한 개략적인 컨셉도면이며, 도 5는 본 발명인 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치로서 비밀유지된 상태에서 실험된 프로토모델의 실제 시운전 모습이다.
도 4에 따르면, 상기 이동장치(100)는, 거리 송신센서를 포함하는 외부 리모콘(미도시 및 번호 미부여); 상기 이동장치 전면 중심에서 좌우로 대칭인 곳에 설치되는 2개의 거리 수신센서(110, 120); 상기 이동장치 좌우측 하부에 설치되는 2개의 제어용 바퀴(미도시 및 번호 미부여)와 하부 뒤쪽에 설치되는 수평유지용 바퀴(미도시 및 번호 미부여); 상기 거리 송신센서와 거리 수신센서로부터 데이터를 취득하되 취득된 데이터를 기초로 하여 미리 임베딩된 작업자 추종형 제어 알고리즘에 따라 회전오차값, 직진오차값, PID 제어 출력값, 구동장치에 적용되는 구동속도값을 계산하여 출력하는 제어부(미도시 및 번호 미부여); 상기 제어부로부터 출력되는 구동속도값에 따라 환산되는 에너지량을 받아 2개의 제어용 바퀴를 구동하는 구동장치(미도시 및 번호 미부여);로 구성된 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치(100)를 제공함을 목적으로 한다.
도 4에 따르면 추종위치(RL)는 미리 프로그래밍에 의해 설정된 위치가 되고, 상기 거리 송신센서의 위치가 바로 현재위치(PL)가 된다.
도 3을 따르면, 상기 작업자 추종형 제어 알고리즘은
상기 거리 송신센서의 현재 위치에 대한 거리데이터를 2개의 거리 수신센서가 각각 수신하여 거리를 측정하는 거리 측정 단계(S100);
미리 설정된 추종위치에 대한 거리데이터와 상기 거리 측정단계로부터 측정된 현재위치에 대한 거리데이터를 기초로 좌측과 우측에 대해 각각의 거리 오차값과 상기 거리 오차값으로부터 회전오차값과 직진오차값을 계산하는 오차 계산 단계(S200);
상기 회전오차값과 직진오차값으로부터 회전 PID 제어값과 직진 PID 제어값을 계산하되, 상기 계산된 회전 PID 제어값과 직진 PID 제어값으로부터 좌우측 하부에 설치되는 2개의 제어용 바퀴에 대한 구동속도값을 계산하여 이로부터 환산되는 구동에너지를 각각의 구동장치에 전달하는 속도명령 전달 단계(S300); 및
이동장치를 정지시키는 정지 단계(S400);로 구성된다.
상기 거리 센서는 UWB(Ultra Wide Band) 센서 모듈을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 오차 계산 단계에서 계산되는 좌측과 우측에 대한 거리 오차값은 다음의 공식으로 계산된다.
상기 회전오차값과 직진오차값은 다음의 공식으로 계산된다.
상기 회전 PID 제어값과 직진 PID 제어값은 다음의 공식으로 계산된다.
좌우측 2개의 제어용 바퀴에 대한 구동속도값은 다음의 공식으로 각각 계산된다.
본 발명에 따른 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치는 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째 본 발명에 따른 작업자 추종형 제어 알고리즘은 오차의 발생을 획기적으로 줄이고, 구동중에 오류가 거의 발생하지 않는 효과가 있다.
둘째 본 발명에 따른 작업자 추종형 제어 알고리즘은 실내환경은 물론 조명이 일정하지 않은 실외환경에서도 사용할 수 있는 강인한 작업자 추종형 제어 알고리즘을 제공한다.
셋째 상기 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치로서 추적객체가 항상 특정위치에 존재할 수 있기 때문에 자동 골크 카트와 같은 사람들을 따르는 애플리케이션에 효과적으로 적용될 수 있다.
100 : 이동장치 110, 120 : 거리 수신센서
IP : 교차점 RL : 추종 위치
PL : 현재 위치
S100 : 거리측정단계 S200 : 오차계산단계
S300 : 속도명령전달단계 S400 : 정지단계
IP : 교차점 RL : 추종 위치
PL : 현재 위치
S100 : 거리측정단계 S200 : 오차계산단계
S300 : 속도명령전달단계 S400 : 정지단계
Claims (4)
- 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치에 있어서,
상기 이동장치는,
거리 송신센서를 포함하는 외부 리모콘; 상기 이동장치 전면 중심에서 좌우로 대칭인 곳에 설치되는 2개의 거리 수신센서; 상기 이동장치 좌우측 하부에 설치되는 2개의 제어용 바퀴와 하부 뒤쪽에 설치되는 수평유지용 바퀴; 상기 거리 송신센서와 거리 수신센서로부터 데이터를 취득하되 취득된 데이터를 기초로 하여 미리 임베딩된 작업자 추종형 제어 알고리즘에 따라 회전오차값, 직진오차값, PID 제어 출력값, 구동장치에 적용되는 구동속도값을 계산하여 출력하는 제어부; 상기 제어부로부터 출력되는 구동속도값에 따라 환산되는 에너지량을 받아 2개의 제어용 바퀴를 구동하는 구동장치;로 구성되며,
상기 작업자 추종형 제어 알고리즘은
상기 거리 송신센서의 현재 위치에 대한 거리데이터를 2개의 거리 수신센서가 각각 수신하여 거리를 측정하는 거리 측정 단계(S100);
미리 설정된 추종위치에 대한 거리데이터와 상기 거리 측정단계로부터 측정된 현재위치에 대한 거리데이터를 기초로 좌측과 우측에 대해 각각의 거리 오차값과 상기 거리 오차값으로부터 회전오차값과 직진오차값을 계산하는 오차 계산 단계(S200);
상기 회전오차값과 직진오차값으로부터 회전 PID 제어값과 직진 PID 제어값을 계산하되, 상기 계산된 회전 PID 제어값과 직진 PID 제어값으로부터 좌우측 하부에 설치되는 2개의 제어용 바퀴에 대한 구동속도값을 계산하여 이로부터 환산되는 구동에너지를 각각의 구동장치에 전달하는 속도명령 전달 단계(S300); 및
이동장치를 정지시키는 정지 단계(S400);로 구성되어 반복되는 것을 특징으로 하는 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 거리 송신센서 및 거리 수신센서는 UWB(Ultra Wide Band) 센서 모듈인 것을 특징으로 하는 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 오차 계산 단계에서 계산되는 좌측과 우측에 대한 거리 오차값은 다음의 공식으로 계산되며,
상기 회전오차값과 직진오차값은 다음의 공식으로 계산되는 것을 특징으로 하는 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 회전 PID 제어값과 직진 PID 제어값은 다음의 공식으로 계산되며,
좌우측 2개의 제어용 바퀴에 대한 구동속도값은 다음의 공식으로 각각 계산되는 것을 특징으로 하는 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치.
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| KR1020170158131A KR101937689B1 (ko) | 2017-11-24 | 2017-11-24 | 작업자 추종형 제어 알고리즘이 적용된 이동장치 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210014065A (ko) * | 2019-07-29 | 2021-02-08 | 군산대학교산학협력단 | 인공 지능 심층 학습 타겟 탐지 및 속도 퍼텐셜 필드 알고리즘 기반 장애물 회피 및 자율 주행 방법 및 장치 |
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