KR101975934B1 - Self driving device haiving a function of moving direction angle compensation - Google Patents

Self driving device haiving a function of moving direction angle compensation Download PDF

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KR101975934B1 KR1020170124013A KR20170124013A KR101975934B1 KR 101975934 B1 KR101975934 B1 KR 101975934B1 KR 1020170124013 A KR1020170124013 A KR 1020170124013A KR 20170124013 A KR20170124013 A KR 20170124013A KR 101975934 B1 KR101975934 B1 KR 101975934B1
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이동희
곽윤창
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경성대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 설비에서 무인으로 주행하는 자율 주행 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 자율 주행 장치는 자율 주행 장치를 이동시키기 위해 자율 주행 장치의 양측에 각각 배치되는 2개 이상의 휘일; 각각의 휘일에 연결되고, 제어부의 제어에 따라, 연결된 휘일에 동력을 제공하는 2개 이상의 무브러쉬 직류 모터; 자율 주행 장치의 이동 각도를 검출하는 센서; 및 센서가 검출하는 값을 이용하여 자율 주행 장치의 현재 이동 각도를 추정하고, 추정된 현재 이동 각도가 자율 주행 장치가 목적지로 이동하기 위한 목표 이동 각도와 일치되도록 각각의 휘일의 각속도를 제어하는 제어부를 포함하는 것이다.The present invention relates to an autonomous travel apparatus that travels unattended in a facility, and the autonomous travel apparatus of the present invention comprises two or more wheels respectively disposed on both sides of an autonomous travel apparatus for moving an autonomous travel apparatus; At least two brushless DC motors connected to the respective wheels and providing power to the connected wheels under the control of the control unit; A sensor for detecting a moving angle of the autonomous navigation apparatus; And a control unit for estimating a current movement angle of the autonomous navigation apparatus using a value detected by the sensor and controlling an angular velocity of each wheel so that the estimated current movement angle coincides with a target movement angle for moving the autonomous travel apparatus to a destination, .

Description

이동 각도 보정 기능을 갖춘 자율 주행 장치{SELF DRIVING DEVICE HAIVING A FUNCTION OF MOVING DIRECTION ANGLE COMPENSATION}[0001] SELF DRIVING DEVICE HAIVING A FUNCTION OF MOVING DIRECTION ANGLE COMPENSATION [0002]

본 발명은 자율 주행 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 설비 내에서 무인으로 주행을 하면서 설비에 대한 모니터링을 행하는 자율 주행 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an autonomous travel apparatus, and more particularly, to an autonomous travel apparatus that monitors a facility while traveling in an unmanned manner.

최근 증가되고 있는 태양광 발전 설비와 풍력 발전 설비 등의 소형 발전 설비 및 발전에 이용되는 무인 배전 설비에 대한 안전을 확보하기 위해 자율 주행 장치가 무인 감시 시스템의 일부로써 이용되고 있다.In order to secure the safety of small power generating facilities such as solar power generation facilities and wind power generation facilities and unmanned power distribution facilities used for power generation, autonomous travel devices are used as part of an unmanned monitoring system.

소형 발전 설비의 정상적인 작동 여부를 모니터링하는 종래의 감시 시스템은 CCTV(Closed Circuit Television) 등을 이용한 영상 감시 시스템이 주류를 이루고 있다. 하지만, CCTV는 고정식으로 되어 있어서 사각지대가 발생되고, 발전 설비 내의 중요한 장치를 감시하기 어려운 문제점이 존재한다. Conventional surveillance systems for monitoring the normal operation of small power generation facilities are mainly composed of video surveillance systems using CCTV (Closed Circuit Television). However, there is a problem that CCTV is fixed type, which causes blind spots, and it is difficult to monitor important devices in power generation facilities.

최근에는 무인 자동차와 같은 자율 주행 장치에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 자율 주행 장치를 이용하여 발전 설비를 감시하는 기술에 대한 연구도 활발하게 진행되고 있다. 하지만, 자율 주행 장치는 휘일(wheel) 또는 노면의 상태에 따라 미끄러짐이 발생하기 때문에 목표로 하는 이동 방향으로 주행하지 못하는 문제점을 가지고 있다. In recent years, autonomous navigation devices such as unmanned vehicles have been actively researched, and researches on techniques for monitoring power generation facilities using autonomous navigation devices have been actively conducted. However, the autonomous mobile device has a problem in that it can not travel in a target moving direction because a slip occurs depending on the state of a wheel or a road surface.

위와 같은 문제를 해결하기 위한 방안으로서, 자율 주행 장치가 주행하는 노면에 경로 표시하여 자율 주행 장치가 경로를 따라 주행하는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 잘 정돈되고 편평한 노면이 아닌, 비포장 도로나, 편평하게 정리되지 않은 노면은 경로를 표시하여도 자율 주행 장치가 목표로 한 이동 방향으로 주행하지 못하는 문제점이 존재한다. As a method for solving the above problem, there is proposed a method in which an autonomous traveling device travels along a path by displaying a route on the road surface on which the autonomous moving device travels. However, there is a problem in that the autonomous travel apparatus can not travel in the intended travel direction even if the unpaved road or the flat road surface, which is not a well-ordered and flat road surface, displays a route.

종래에 제안된 다른 방법으로서, 자율 주행 장치에 위성 항법 장치(GPS, Global Positioning System)를 부착하고 위성 항법 장치가 제공하는 위치 정보를 이용하여 자율 주행 장치의 이동 방향을 제어하는 것이 있다.As another method proposed in the past, there is a method in which a GPS (Global Positioning System) is attached to an autonomous mobile device and the direction of movement of the autonomous mobile device is controlled using the position information provided by the satellite navigation device.

그러나 위성 항법 장치는 위성 신호가 미치는 실외에서만 작동하여 실내에서는 사용할 수 없을 뿐만 아니라, 위성 항법 장치가 제공하는 위치 데이터는 오차 범위가 크기 때문에 좁은 지역에서는 자율 주행 장치의 이동을 정밀하게 제어하기 어렵다는 문제점이 존재한다.However, since the satellite navigation system only works outdoors due to satellite signals and can not be used indoors, it is difficult to precisely control the movement of the autonomous navigation apparatus in a narrow region because the position data provided by the satellite navigation apparatus has a large error range Lt; / RTI >

종래에 제안된 방법의 문제점을 보완하기 위한 다른 방법으로, 이미지 센서를 장착하고 실내에서 천장 표면의 이미지를 저장하여 지도를 만든 뒤 랜드 마크를 설정하여 이동 방향을 결정하는 SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) 방식으로 자율 주행 장치의 이동을 제어하는 방법도 제안되어 있다. 그러나, 이 방식은 천장에 특징이 없는 건물이나 실외에서 사용이 불가능한 문제점이 존재한다.In order to solve the problem of the conventional method, there is a SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) method in which an image sensor is mounted, an image of a ceiling surface is stored in an indoor space, a map is formed, A method of controlling the movement of the autonomous navigation apparatus has also been proposed. However, this method has a problem that it can not be used in a building without a ceiling or outdoors.

본 발명은 설비 내에서 무인으로 주행을 하면서 설비에 대한 모니터링을 행하는 자율 주행 장치를 제공하려는 것이다.An object of the present invention is to provide an autonomous travel apparatus that monitors the facility while driving while driving unattended in the facility.

구체적으로, 본 발명은 그 실제 이동 각도가 슬립 등에 의해 목표 이동 각도와 차이가 발생하게 되는 자율 주행 장치에서 실제 이동 각도를 목표 이동 각도에 맞추어 정밀하게 제어될 수 있는 자율 주행 장치를 제공하려는 것이다.Specifically, the present invention aims to provide an autonomous travel apparatus in which an actual travel angle can be precisely controlled in accordance with a target travel angle in an autonomous travel apparatus in which the actual travel angle is different from a target travel angle by a slip or the like.

다른 측면에서, 본 발명은 자율 주행 장치가 목적하는 장소로 이동할 수 있도록 이동 각도가 보정되어 목적하는 장소로 이동할 수 있는 기능을 갖춘 자율 주행 장치를 제공하려는 것이다.In another aspect, the present invention seeks to provide an autonomous travel apparatus having a function of moving to an intended place by correcting the travel angle so that the autonomous travel apparatus can move to a desired location.

전술한 본 발명의 과제를 해결하는 수단으로서, 본 발명에 따른 자율 주행 장치는, As means for solving the above-mentioned problems of the present invention, an autonomous mobile device according to the present invention includes:

자율 주행 장치를 이동시키기 위해 자율 주행 장치의 양측에 각각 배치되는 2개 이상의 휘일(wheel);Two or more wheels respectively disposed on both sides of the autonomous navigation apparatus for moving the autonomous navigation apparatus;

각각의 휘일에 연결되고, 제어부의 제어에 따라, 연결된 휘일에 동력을 제공하는 2개 이상의 무브러쉬 직류 모터;At least two brushless DC motors connected to the respective wheels and providing power to the connected wheels under the control of the control unit;

자율 주행 장치의 이동 각도에 관한 가속도 및 각속도를 측정하는 센서; 및A sensor for measuring an acceleration and an angular velocity with respect to a moving angle of the autonomous navigation apparatus; And

센서가 검출하는 가속도의 측정값과 각속도의 측정값을 상보 결합하여 자율 주행 장치의 현재 이동 각도를 산출하고, 산출된 현재 이동 각도가 자율 주행 장치가 목적지로 이동하기 위한 목표 이동 각도와 일치되도록 각각의 휘일의 각속도를 제어하는 제어부를 포함하는 것이다.The current movement angle of the autonomous navigation apparatus is calculated by complementarily combining the measured value of the acceleration detected by the sensor with the measured value of the angular velocity, and the calculated current movement angle is calculated so that the calculated autonomous travel apparatus coincides with the target movement angle And a control unit for controlling the angular velocity of the wheel.

본 발명의 부가적 특징으로서, As an additional feature of the present invention,

센서는 자이로 센서 및 가속도 센서를 포함하고, 제어부는 자이로 센서로부터의 각속도의 측정값과 가속도 센서로부터의 가속도의 측정값으로부터 현재 이동 각도를 산출하는 것으로 구성할 수 있다.The sensor may include a gyro sensor and an acceleration sensor, and the control unit may be configured to calculate the current movement angle from the measured value of the angular velocity from the gyro sensor and the measured value of the acceleration from the acceleration sensor.

이러한 부가적 특징에 있어서, In this additional feature,

제어부는 상보 필터를 포함하고, 상보 필터에는 자이로 센서와 가속도 센서의 측정값이 입력되며, 가속도 센서로부터의 입력되는 가속도 측정값을 비례 적분하고 자이로 센서로부터의 입력되는 각속도 측정값과 상보 결합하여 자율 주행 장치의 현재 이동 각도를 산출하는 것으로 구성할 수 있다.The control unit includes a complementary filter, the gyro sensor and the acceleration sensor are input to the complementary filter, the acceleration measurement value input from the acceleration sensor is proportionally integrated and the angular velocity measurement value input from the gyro sensor is complementarily combined, And calculating the current moving angle of the traveling device.

본 발명의 다른 부가적 특징으로서, As another additional feature of the present invention,

제어부는, 현재 이동 각도가 목표 이동 각도와 일치되기 위한 각각의 휘일의 보상 각속도를 계산하고, 계산된 각각의 휘일의 보상 각속도를 각각의 휘일의 현재 각속도에 각각 더하여 각각의 휘일의 각속도를 제어하는 것으로 구성할 수 있다.The control unit calculates the compensating angular velocity of each wheel for the current moving angle to coincide with the target moving angle and adds the compensating angular velocity of each of the calculated wheels to the current angular velocity of each wheel to control the angular velocity of each wheel .

또한, 이러한 부가적 특징에 있어서, Further, in this additional feature,

제어부는 이동 각도 보상기를 포함하고, 이동 각도 보상기에는 현재 이동 각도와 목표 이동 각도가 입력되며, 이동 각도 보상기는 현재 이동 각도와 목표 이동 각도의 차이를 비례 적분하여 보상 각속도를 산출하고, 산출된 보상 각속도를 휘일의 현재 각속도에 더하여 각각의 휘일의 각속도를 제어하는 것으로 구성할 수 있다.The control unit includes a movement angle compensator, a current movement angle and a target movement angle are input to the movement angle compensator, the movement angle compensator calculates a compensation angular velocity by proportionally integrating the difference between the current movement angle and the target movement angle, And the angular velocity is added to the current angular velocity of the wheel to control the angular velocity of each wheel.

본 발명의 따른 자율 주행 장치는, 설비 내에서 주행을 하면서 설비에 대한 모니터링을 행하는 자율 주행 장치의 이동을 정밀하게 제어할 수 있다.The autonomous travel apparatus according to the present invention can precisely control the movement of the autonomous travel apparatus that monitors the facility while traveling in the facility.

또한, 자율 주행 장치가 목적하는 장소로 이동할 수 있도록 자율 주행 장치의 이동 각도를 보정하여 목적하는 장소로 이동하게 할 수 있다.In addition, it is possible to correct the moving angle of the autonomous mobile device so that the autonomous mobile device can move to a desired location, and move the mobile device to a desired location.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 자율 주행 장치가 이동시에 발생하는 이동 각도의 오차를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자율 주행 장치에 포함된 상보 필터의 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자율 주행 장치에 포함된 이동 각도 보상기의 구성을 보여주는 도면이다.1 is a configuration diagram of an autonomous travel apparatus according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a view showing an error of a moving angle occurring when the autonomous mobile device of Fig. 1 moves. Fig.
3 is a view showing a configuration of a complementary filter included in an autonomous vehicle according to an embodiment of the present invention.
4 is a view illustrating a configuration of a movement angle compensator included in an autonomous navigation apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하 도면을 참조하여, 본 발명의 자율 주행 장치의 하나의 실시예의 구성 및 그러한 구성의 자율 주행 장치에서 이동이 제어되는 작용을 설명한다.Hereinafter, with reference to the drawings, the configuration of one embodiment of the autonomous navigation apparatus of the present invention and the operation in which movement is controlled in the autonomous navigation apparatus of such configuration will be described.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자율 주행 장치(100)의 구성도이다.1 is a configuration diagram of an autonomous mobile device 100 according to an embodiment of the present invention.

자율 주행 장치(100)는 적어도 2개의 휘일(110), 각각의 휘일에 동력을 제공하는 무브러쉬 직류 모터(120), 센싱부(130) 및 제어부(140)를 포함하여 구성되어 있다.The autonomous navigation apparatus 100 includes at least two wheels 110, a brushless DC motor 120 that provides power to each wheel, a sensing unit 130, and a controller 140.

휘일(110)은 자율 주행 장치(100)의 양측에 배치되어 노면에 접촉하여 회전함으로써 자율 주행 장치(100)를 노면에 대해 이동시키는 것이다. 각각의 휘일(110)은 서로 다른 각속도로 자율 주행 장치(100)를 이동시키도록 제어될 수 있다. The wheel 110 is disposed on both sides of the autonomous mobile device 100 and rotates in contact with the road surface to thereby move the autonomous mobile device 100 relative to the road surface. Each of the wheels 110 can be controlled to move the autonomous vehicle 100 at different angular speeds.

각각의 휘일(110)이 서로 다른 각속도로 제어됨에 따라서, 자율 주행 장치(100)는 이동 각도를 변경할 수 있다. 예를 들면, 좌측에 위치한 휘일(110a)의 각속도가 우측에 위치된 휘일(110b)의 각속도보다 빠른 경우, 자율 주행 장치(100)는 우측 방향으로 회전할 수 있고, 우측에 위치한 휘일(110b)의 각속도가 좌측에 위치된 휘일(110a)의 각속도보다 빠른 경우, 자율 주행 장치(100)는 좌측 방향으로 회전할 수 있다.As each of the wheels 110 is controlled at different angular speeds, the autonomous mobile device 100 can change the moving angle. For example, when the angular velocity of the wheel 110a located on the left side is faster than the angular velocity of the wheel 110b positioned on the right side, the autonomous mobile device 100 can rotate in the right direction and the wheel 110b positioned on the right side, When the angular velocity of the wheel 110a is faster than the angular velocity of the wheel 110a positioned on the left, the autonomous mobile 100 can rotate in the left direction.

무브러쉬 직류 모터(120)는 각각의 휘일(110)에 연결됨으로써, 연결된 휘일(110)에 동력을 제공한다. 각각의 무브러쉬 직류 모터(120)는 연결된 휘일의 각속도를 제어하는 제어부(140)로부터의 제어 신호에 따라서 연결된 휘일(110)의 각속도를 조절한다. The brushless direct current motor 120 is connected to each of the wheels 110, thereby providing power to the connected wheels 110. Each of the brushless DC motors 120 adjusts the angular speed of the connected wheel 110 in accordance with a control signal from the controller 140 that controls the angular speed of the connected wheel.

제어부(140)는 무브러쉬 직류 모터(120)에 공급되는 전류를 조절하는 전류 제어를 통해서 적어도 무브러쉬 직류 모터(120)에 각각 연결된 휘일(110)의 각속도를 조절한다.The control unit 140 adjusts the angular speed of the wheel 110 connected to at least the brushless DC motor 120 through the current control for adjusting the current supplied to the brushless DC motor 120.

센싱부(130)는 자율 주행 장치(100)가 목적지로 이동하기 위해 이동 각도를 산출하기 위한 각종 데이터를 측정하며, 가속도 센서(131)와 자이로 센서(132)를 포함하여 구성되어 있다. The sensing unit 130 measures various data for calculating the moving angle for the autonomous mobile device 100 to move to a destination and includes an acceleration sensor 131 and a gyro sensor 132.

가속도 센서(131)는 자율 주행 장치(100)의 가속도 값을 측정하고, 자이로 센서(132)는 각속도 값을 측정한다. 가속도 센서(131)와 자이로 센서(132)로부터 측정한 값으로부터 자율 주행 장치(100)의 현재 이동 각도를 산출하는 것도 가능하지만, 이하에서 설명하는 바와 같이, 본 실시예에서는 이들 양자의 센서의 측정값으로부터 자율 주행 장치의 현재 이동 각도를 산출한다.The acceleration sensor 131 measures the acceleration value of the autonomous navigation device 100, and the gyro sensor 132 measures the angular velocity value. It is possible to calculate the current movement angle of the autonomous navigation device 100 from the values measured by the acceleration sensor 131 and the gyro sensor 132. However, as described below, in the present embodiment, The current moving angle of the autonomous navigation device is calculated.

제어부(140)는 자율 주행 장치(100)를 구성하는 각 요소들을 제어하여, 자율 주행 장치(100)의 전반적인 동작을 제어하고, 특히 자율 주행 장치(100)가 목적지로 이동하기 위해 필요한 동작을 수행하도록 자율 주행 장치(100)를 구성하는 각 요소들을 제어한다. The control unit 140 controls each element constituting the autonomous mobile device 100 to control the overall operation of the autonomous mobile device 100 and particularly performs an operation necessary for the autonomous mobile device 100 to move to a destination And controls the elements constituting the autonomous navigation apparatus 100 so that the autonomous navigation apparatus 100 can communicate with each other.

제어부(140)는 자율 주행 장치(100)가 목적지로 이동하기 위한 목표 이동 각도를 산출하고, 센싱부(130)의 센서들로부터의 측정값이 입력되어 현재 이동 각도를 산출한다.The control unit 140 calculates a target movement angle for moving the autonomous mobile device 100 to a destination and inputs a measurement value from the sensors of the sensing unit 130 to calculate a current movement angle.

구체적으로, 제어부(140)는 가속도 센서(131)에서 측정된 가속도 값과 자이로 센서(132)에서 측정된 각속도 값을 상보 필터(141)에 적용하여 현재 이동 각도를 산출한다. Specifically, the control unit 140 applies the acceleration value measured by the acceleration sensor 131 and the angular velocity measured by the gyro sensor 132 to the complementary filter 141 to calculate the current movement angle.

제어부(140)는 무브러쉬 직류 모터(120)에 공급되는 전류를 제어하여 무브러쉬 직류 모터(120)에 연결된 휘일(110)의 각속도를 조절함으로써 자율 주행 장치의 목표 이동 각도와 현재 이동 각도가 일치하도록 제어한다. The control unit 140 controls the current supplied to the brushless DC motor 120 to adjust the angular speed of the wheel 110 connected to the brushless DC motor 120 so that the target movement angle of the autonomous travel apparatus matches the current movement angle .

제어부(140)는 산출된 현재 이동 각도와 목표 이동 각도가 일치하도록 휘일(110) 각각의 각속도를 제어하는데, 이러한 제어에 있어서 이동 각도 보상기(142)를 이용하여 휘일(110)의 보상 각속도 값을 계산한다. 제어부(140)는 보상 각속도 값을 휘일(110) 각각의 현재 각속도에 더함으로써, 휘일(110) 각각의 각속도를 제어한다.The control unit 140 controls the angular velocity of each of the wheels 110 so that the calculated current moving angle coincides with the target moving angle. In this control, the compensating angular velocity value of the wheel 110 is calculated by using the moving angle compensator 142 . The control unit 140 controls the angular velocity of each of the wheels 110 by adding the compensation angular velocity value to the current angular velocity of each of the wheels 110. [

도 2는 자율 주행 장치(100)가 이동시 발생되는 이동 각도의 오차를 나타내는 도면이다.2 is a view showing an error of a moving angle generated when the autonomous mobile device 100 moves.

도 2를 참조하면, 자율 주행 장치(100)가 이동함에 따라서 발생되는 이동 각도의 오차를 계산할 수 있다.Referring to FIG. 2, it is possible to calculate an error of a moving angle generated as the autonomous mobile device 100 moves.

무브러시 직류 모터(120)가 연결된 휘일(110) 각각의 속도는 수학식 1 및 수학식 2로 표현될 수 있다. 예를 들면, 무브러시 직류 모터(120)가 연결된 좌측 휘일(110a)의 속도(VW1)는 수학식 1로 표현될 수 있다. 또한, 무브러시 직류 모터(120)가 연결된 우측 휘일(110b)의 속도(VW2)는 수학식 2로 표현될 수 있다.The speed of each of the wheels 110 to which the brushless DC motor 120 is connected can be expressed by Equation (1) and Equation (2). For example, the speed V W1 of the left wheel 110a to which the brushless DC motor 120 is connected can be expressed by Equation (1). In addition, the speed V W2 of the right wheel 110b connected to the brushless DC motor 120 can be expressed by Equation (2).

Figure 112017093841906-pat00001
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Figure 112017093841906-pat00002
Figure 112017093841906-pat00002

위 수학식들에서 S1가 S2는 각각 휘일의 슬립량, r1과 r2는 각각 휘일의 반경, w1과 w2는 각각 각속도를 의미한다.In the above equations, S 1 and S 2 denote the wheel slip amount, r 1 and r 2 denote the wheel radius, and w 1 and w 2 denote the angular velocity, respectively.

수학식 1 및 수학식 2로부터 자율 주행 장치(100)의 속도(Vm) 및 각속도(ωm)를 계산할 수 있다. 자율 주행 장치(100)의 속도(Vm)는 수학식 3으로 표현될 수 있다. 또한, 자율 주행 장치(100)의 각속도(ωm)는 수학식 4로 표현될 수 있다.From Equation 1 and Equation 2 can calculate the velocity (V m) and angular speed (ω m) of the autonomous device 100. The speed V m of the autonomous navigation device 100 can be expressed by Equation (3). Further, the angular speed? M of the autonomous navigation device 100 can be expressed by Equation (4).

Figure 112017093841906-pat00003
Figure 112017093841906-pat00003

Figure 112017093841906-pat00004
Figure 112017093841906-pat00004

한편, 자율 주행 장치(100)의 현재 이동 각도(

Figure 112017093841906-pat00005
)는 수학식 5로 표현될 수 있다.On the other hand, when the present moving angle (
Figure 112017093841906-pat00005
) Can be expressed by Equation (5).

Figure 112017093841906-pat00006
Figure 112017093841906-pat00006

한편, 자율 주행 장치(100)의 가속도 및 동적 특성의 관계는 수학식 6으로 표현될 수 있다.On the other hand, the relationship between the acceleration and the dynamic characteristics of the autonomous vehicle 100 can be expressed by Equation (6).

Figure 112017093841906-pat00007
Figure 112017093841906-pat00007

그리고, 자율 주행 장치(100)의 목표 이동 각도(

Figure 112017093841906-pat00008
)와 현재 이동 각도(
Figure 112017093841906-pat00009
m)의 오차는 수학식 7로 표현될 수 있다. Then, the target moving angle of the autonomous mobile device 100
Figure 112017093841906-pat00008
) And the current movement angle (
Figure 112017093841906-pat00009
m can be expressed by Equation (7).

Figure 112017093841906-pat00010
Figure 112017093841906-pat00010

자율 주행 장치(100)는 휘일(110) 각각의 각속도를 제어하여 목표 이동 각도(

Figure 112017093841906-pat00011
)와 현재 이동 각도(
Figure 112017093841906-pat00012
m)의 오차가 없도록 함으로써 목적지로 이동할 수 있다. The autonomous mobile device 100 controls the angular speed of each of the wheels 110,
Figure 112017093841906-pat00011
) And the current movement angle (
Figure 112017093841906-pat00012
m , so that it can be moved to the destination.

이러한 제어에 있어서, 자율 주행 장치(100)는 센서들로부터의 각종 측정값으로부터 현재의 이동 각도를 산출하고, 산출된 이동 각도와 목표 이동 각도를 비교하여 이동 각도의 보정을 위한 보상값을 산출하고, 산출된 보상값에 따라 휘일 각각의 각속도를 제어한다. In this control, the autonomous mobile device 100 calculates a current movement angle from various measured values from the sensors, compares the calculated movement angle and the target movement angle, and calculates a compensation value for correction of the movement angle , And controls the angular velocity of each of the wheels according to the calculated compensation value.

자율 주행 장치(100)의 제어부(140)가 센싱부(130)로부터 입력되는 가속도 측정값과 각속도 측정값을 적용하여 현재 이동 각도를 산출하는 과정을 설명한다.A description will be given of the process of calculating the current movement angle by applying the acceleration measurement value and the angular velocity measurement value input from the sensing unit 130 to the control unit 140 of the autonomous vehicle 100. [

수학식 8은 자이로 센서(132)로부터의 각속도 측정값을 이용하여 자율 주행 장치(100)의 현재 이동 각도 추정하는 데 이용되는 공식이다.Equation (8) is a formula used for estimating the current moving angle of the autonomous vehicle 100 using the angular velocity measurement value from the gyro sensor 132.

Figure 112017093841906-pat00013
Figure 112017093841906-pat00013

수학식 9는 가속도 센서(131)로부터의 가속도 측정값을 이용하여 자율 주행 장치(100)의 현재 이동 각도 추정하는 데 이용되는 공식이다.Equation (9) is a formula used for estimating the current moving angle of the autonomous mobile device 100 by using the acceleration measurement value from the acceleration sensor 131.

Figure 112017093841906-pat00014
Figure 112017093841906-pat00014

하지만, 가속도 센서(131)는 고주파 노이즈가 발생되는 경우 자율 주행 장치(100)의 현재 이동 각도를 정확히 추정하지 못하는 문제점이 있다. 또한, 가속도 센서(131)의 평균적인 측정값은 신뢰성이 높지만, 자율 주행 장치(100)의 순간적인 이동 각도를 측정하기 어려운 문제점이 있다.However, the acceleration sensor 131 can not accurately estimate the current moving angle of the autonomous vehicle 100 when high-frequency noise is generated. In addition, although the average measured value of the acceleration sensor 131 is high in reliability, it is difficult to measure the instantaneous moving angle of the autonomous mobile device 100.

한편, 자이로 센서(132)는 저주파 노이즈가 발생되는 경우 자율 주행 장치(100)의 현재 이동 각도를 정확히 측정하지 못하는 문제점이 있고, 노이즈의 누적으로 인한 오차가 발생하므로 평균적인 측정값을 신뢰할 수 없는 문제점이 있다.On the other hand, when the low frequency noise is generated, the gyro sensor 132 can not accurately measure the current moving angle of the autonomous navigation apparatus 100, and an error due to accumulation of noise occurs. Therefore, There is a problem.

도 3은 가속도 센서(131)와 자이로 센서(132)로부터의 측정값이 입력되어 처리되는 상보 필터(141)를 도시한다.3 shows a complementary filter 141 in which measured values from the acceleration sensor 131 and the gyro sensor 132 are inputted and processed.

상보 필터(141)는 단기적으로는 자이로 센서(132)에서 생성된 각속도 측정값을 이용하고, 장기적으로는 가속도 센서(131)에서 생성된 가속도 센싱 데이터를 이용하여 자율 주행 장치(100)의 현재 이동 각도를 산출하게 된다.The complementary filter 141 uses the angular velocity measurement value generated by the gyro sensor 132 in the short term and uses the acceleration sensing data generated by the acceleration sensor 131 in the long term to perform the current movement of the autonomous travel apparatus 100 The angle is calculated.

상보 필터(141)에 적용되는 자이로 센서(132)에서 측정한 각속도 값은 저주파 노이즈를 제거하기 위해서 고주파 통과 필터(High pass filter)에 입력된다. 고주파 통과 필터에서 출력된 각속도 측정값은 가속도 센서(131)에서 측정한 가속도값과 결합된다. The angular velocity value measured by the gyro sensor 132 applied to the complementary filter 141 is input to a high pass filter to eliminate low frequency noise. The angular velocity measurement value output from the high-pass filter is combined with the acceleration value measured by the acceleration sensor 131. [

상보 필터(141)에 적용되는, 가속도 센서(131)에서 측정된 가속도값은 고주파 노이즈를 제거하기 위해서 저주파 통과 필터(Low pass filter)에 입력된다. 저주파 통과 필터에서 출력된 가속도값은 자이로 센서(132)에서 측정된 각속도값과 결합된다. The acceleration value measured by the acceleration sensor 131, which is applied to the complementary filter 141, is input to a low pass filter to eliminate high frequency noise. The acceleration value output from the low pass filter is combined with the angular velocity value measured by the gyro sensor 132.

상보 필터(141)는 가속도 센서(131)에서 발생된 가속도 센싱 데이터를 비례 적분 제어함으로써, 자이로 센서(132)에서 발생된 각속도 센싱 데이터의 오차를 보정할 수 있다. The complementary filter 141 can correct the error of the angular velocity sensing data generated by the gyro sensor 132 by performing proportional integral control on the acceleration sensing data generated by the acceleration sensor 131. [

상보 필터(141)는 상보 필터(141)에 적용된 가속도 센싱 데이터 및 각속도 센싱 데이터를 상보 결합함으로써, 자율 주행 장치(100)의 현재 이동 각도를 산출한다.The complementary filter 141 calculates the current moving angle of the autonomous mobile device 100 by complementarily combining the acceleration sensing data and angular velocity sensing data applied to the complementary filter 141.

제어부(140)의 이동 각도 보상기(142)는 자율 주행 장치(100)의 현재 이동 각도와 목표 이동 각도가 일치하도록 휘일(110) 각각의 보상 각속도 값을 계산하고, 각각의 보상 각속도를 휘일(110) 각각의 현재 각속도에 더함으로써 휘일(110) 각각의 각속도를 제어한다.The movement angle compensator 142 of the control unit 140 calculates the compensation angular velocity values of the wheels 110 so that the current movement angle and the target movement angle of the autonomous navigation apparatus 100 coincide with each other, To each of the current angular velocities to control the angular velocity of each of the wheels 110.

다음으로, 이동 각도 보상기(142)의 구성과 작용에 대하여 도 4를 참조하여 설명한다.Next, the configuration and operation of the movement angle compensator 142 will be described with reference to FIG.

자율 주행 장치(100)는 자율 주행 장치(100)의 현재 이동 각도(

Figure 112017093841906-pat00015
) 및 목표 이동 각도(
Figure 112017093841906-pat00016
m)를 이동 각도 보상기(142)에 적용함으로써, 현재 이동 각도(
Figure 112017093841906-pat00017
)와 목표 이동 각도(
Figure 112017093841906-pat00018
m)가 일치되도록 각도를 보상한다. The autonomous moving device 100 is configured to move the current moving angle (i.e.,
Figure 112017093841906-pat00015
) And the target movement angle (
Figure 112017093841906-pat00016
m is applied to the movement angle compensator 142,
Figure 112017093841906-pat00017
) And the target movement angle (
Figure 112017093841906-pat00018
m ) are matched.

이동 각도 보상기(142)는 현재 이동 각도(

Figure 112017093841906-pat00019
) 및 목표 이동 각도(
Figure 112017093841906-pat00020
m)가 입력되고, 현재 이동 각도(
Figure 112017093841906-pat00021
)와 목표 이동 각도(
Figure 112017093841906-pat00022
m)의 차를 보상 각도로 설정한다. 이동 각도 보상기(142)는 현재 이동 각도(
Figure 112017093841906-pat00023
)와 목표 이동 각도(
Figure 112017093841906-pat00024
m) 차이를 비례 적분 제어함으로써, 자율 주행 장치(100)의 현재 이동 각도(
Figure 112017093841906-pat00025
)와 목표 이동 각도(
Figure 112017093841906-pat00026
m)가 일치되도록 각도를 보상한다. The movement angle compensator 142 compares the current movement angle (
Figure 112017093841906-pat00019
) And the target movement angle (
Figure 112017093841906-pat00020
m is input, and the current movement angle (
Figure 112017093841906-pat00021
) And the target movement angle (
Figure 112017093841906-pat00022
m is set as the compensation angle. The movement angle compensator 142 compares the current movement angle (
Figure 112017093841906-pat00023
) And the target movement angle (
Figure 112017093841906-pat00024
m ) of the autonomous mobile device 100 by proportional integral control,
Figure 112017093841906-pat00025
) And the target movement angle (
Figure 112017093841906-pat00026
m ) are matched.

자율 주행 장치(100)는 휘일(110) 각각을 비례 적분형 각속도 제어함으로써, 현재 이동 각도(

Figure 112017093841906-pat00027
)가 목표 이동 각도(
Figure 112017093841906-pat00028
m)와 일치되도록 각도를 보상한다. 자율 주행 장치(100)는 현재 이동 각도(
Figure 112017093841906-pat00029
)가 목표 이동 각도(
Figure 112017093841906-pat00030
m)와 일치되기 위한 휘일(110) 각각의 보상 각속도(
Figure 112017093841906-pat00031
o)를 계산한다.The autonomous navigation apparatus 100 controls the proportional integral angular speed of each of the wheels 110 so that the current traveling angle
Figure 112017093841906-pat00027
) Is the target moving angle (
Figure 112017093841906-pat00028
m ). < / RTI > The autonomous mobile device 100 is configured to determine the current movement angle
Figure 112017093841906-pat00029
) Is the target moving angle (
Figure 112017093841906-pat00030
m ) of each of the wheels 110 to be matched with each other
Figure 112017093841906-pat00031
o ).

계산된 휘일(110) 각각의 보상 각속도(ωo)는 목표 이동 각도에 따른 휘일(110) 각각의 현재 각속도에 대한 지령값(ω1, ω2)에 더하여지고, 이로써 휘일(110) 각각의 각속도에 대한 지령값(ωW1, ωW2)에 따라 휘일(110)의 각속도가 제어된다.The calculated wheel 110, each of the compensation angular velocity (ω o) are each being in addition to the wheel 110, the command value for each of the current angular velocity (ω 1, ω 2) corresponding to the target movement angle, whereby the wheel (110) The angular velocity of the wheel 110 is controlled according to the command values? W1 and? W2 for the angular velocity.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 자율 주행 장치의 구성 및 그 작용에 따르면, 자이로 센서와 가속도 센서의 어느 하나만을 이용하는 경우에 비해 정확한 현재 이동 각도의 산출이 가능하게 되어, 자율 주행 장치의 이동 각도에 대한 정확한 제어가 가능하게 된다.According to the configuration and the operation of the autonomous mobile device according to the embodiment of the present invention, it is possible to calculate the accurate current movement angle as compared with the case of using only one of the gyro sensor and the acceleration sensor, And the like.

이상으로 설비에서 무인으로 주행하는 자율 주행 장치에 관하여 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행 장치의 구성과 작용을 설명하였는바, 본 발명은 이러한 구체적인 실시에 한정되지 않고, 특허청구의 범위에 기재된 범위 내에서 다양한 변경과 변형이 가능하다.As described above, the configuration and operation of the autonomous mobile device according to the embodiment of the present invention have been described with respect to the autonomous mobile device that travels from the facility to the unmanned mobile terminal. However, the present invention is not limited to this specific embodiment, Various changes and modifications are possible within the scope.

Claims (5)

자율 주행 장치에 있어서,
자율 주행 장치(100)를 이동시키기 위해 자율 주행 장치의 양측에 각각 배치되는 2개 이상의 휘일(110);
각각의 휘일(110)에 연결되고, 제어부(140)의 제어에 따라, 연결된 휘일에 동력을 제공하는 2개 이상의 무브러쉬 직류 모터(120);
자율 주행 장치의 이동 각도에 관한 가속도를 측정하는 가속도 센서(131);
자율 주행 장치의 이동 각도에 관한 각속도를 측정하는 자이로 센서(132); 및
자율 주행 장치의 현재 이동 각도를 산출하고, 산출된 현재 이동 각도가 자율 주행 장치가 목적지로 이동하기 위한 목표 이동 각도와 일치되도록 각각의 휘일의 각속도를 제어하는 제어부(140)
를 포함하고,
제어부(140)는 자이로 센서와 가속도 센서의 측정값이 입력되는 상보 필터(141)를 포함하여, 가속도 센서(131)로부터의 입력되는 가속도 측정값을 비례 적분하고 자이로 센서(132)로부터의 입력되는 각속도 측정값과 상보 결합하여 자율 주행 장치(100)의 현재 이동 각도를 산출하는 것인, 자율 주행 장치.In an autonomous navigation apparatus,
Two or more wheels 110 respectively disposed on both sides of the autonomous navigation apparatus 100 to move the autonomous navigation apparatus 100;
At least two brushless DC motors (120) connected to the respective wheels (110) and providing power to the connected wheels under the control of the controller (140);
An acceleration sensor (131) for measuring an acceleration relating to a moving angle of the autonomous navigation apparatus;
A gyro sensor 132 for measuring an angular velocity relating to a moving angle of the autonomous navigation apparatus; And
A control unit 140 for calculating the current movement angle of the autonomous navigation apparatus and controlling the angular velocity of each wheel so that the calculated current movement angle coincides with the target movement angle for moving the autonomous travel apparatus to the destination,
Lt; / RTI >
The control unit 140 includes a complementary filter 141 to which the measured values of the gyro sensor and the acceleration sensor are input and performs proportional integration of the measured acceleration value input from the acceleration sensor 131, And calculates the current movement angle of the autonomous navigation apparatus (100) in a complementary manner with the angular velocity measurement value. 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
제어부(140)는, 현재 이동 각도가 목표 이동 각도와 일치되기 위한 각각의 휘일(110)의 보상 각속도를 계산하고, 계산된 각각의 휘일의 보상 각속도를 각각의 휘일의 현재 각속도에 각각 더하여 각각의 휘일의 각속도를 제어하는 것인 자율 주행 장치.The method according to claim 1,
The control unit 140 calculates a compensating angular velocity of each wheel 110 so that the current moving angle coincides with the target moving angle and adds the compensating angular velocity of each of the calculated wheels to the current angular velocity of each wheel, Wherein the angular velocity of the wheel is controlled. 청구항 4에 있어서,
제어부(140)는 이동 각도 보상기(142)를 더 포함하고,
이동 각도 보상기(142)에는 현재 이동 각도와 목표 이동 각도가 입력되며, 이동 각도 보상기(142)는 현재 이동 각도와 목표 이동 각도의 차이를 비례 적분하여 보상 각속도를 산출하고, 산출된 보상 각속도를 휘일의 현재 각속도에 더하여 각각의 휘일(110)의 각속도를 제어하는 것인 자율 주행 장치.
The method of claim 4,
The control unit 140 further includes a movement angle compensator 142,
The movement angle compensator 142 receives the current movement angle and the target movement angle, and the movement angle compensator 142 calculates the compensation angular velocity by proportionally integrating the difference between the current movement angle and the target movement angle, And controls the angular velocity of each wheel (110) in addition to the current angular velocity of the wheel (110).
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