KR102571539B1

KR102571539B1 - 이동 객체의 이동 궤적 정보를 이용한 자율주행로봇 및 방법

Info

Publication number: KR102571539B1
Application number: KR1020230076148A
Authority: KR
Inventors: 최민제; 이승재; 박성진
Original assignee: 서울시립대학교 산학협력단
Priority date: 2023-06-14
Filing date: 2023-06-14
Publication date: 2023-08-25

Abstract

이동 객체의 이동 궤적 정보를 이용한 자율주행로봇 및 방법이 개시된다. 자율주행로봇은 보행로의 자율주행을 위한 시작점 및 목표점이 설정되면 최소 경로비용을 가지는 메인 경로를 생성하고, 메인 경로를 따라 자율주행이 이루어지도록 제어하는 자율주행 제어부 및 영상정보를 이용하여 보행로를 이동하는 이동 객체가 자율주행하는 경로방향으로 접근함을 확인하면 라이다 정보를 이용하여 접근하는 이동 객체의 이동 궤적 정보를 산출하고, 산출된 이동 궤적 정보를 이용하여 이동 객체가 이동 방향을 변경하는지 여부를 판단하며, 판단된 결과에 따라 메인 경로를 유지 또는 변경하는 회피 제어부를 포함한다.

Description

이동 객체의 이동 궤적 정보를 이용한 자율주행로봇 및 방법{Autonomous driving robot and method using movement trajectory information of moving object}

본 발명은 자율주행로봇에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보행로를 이동하는 이동객체의 이동 궤적 정보를 기반으로 불필요한 이동을 최소화하면서 자율주행을 수행하는 이동 객체의 이동 궤적 정보를 이용한 자율주행로봇 및 방법에 관한 것이다.

자율주행로봇의 주행 제어를 위해, 통상 센터 서버에서는 지도 정보와 출발지/목적지/경로 정보를 사전에 자율주행로봇에 등록한다. 자율주행로봇은 등록된 경로 정보를 통해 지도를 이용한 경로 탐색을 하면서 주행이 이루어진다.

그러나 종래의 자율주행로봇은 보행자와의 상호 작용이나 교감없이 내정된 알고리즘에 따라 회피 기동을 하였다.

이로 인해 보행자가 이동로봇을 발견하고 주춤하거나, 왼쪽/오른쪽을 우왕좌왕하는 경우 보행자와의 회피 성능이 급격히 저하되는 단점을 가지고 있다.

한국등록특허공보 제10-2245705호(2021.04.22.)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 보행로를 이동하는 이동 객체와의 충돌을 미연에 차단하면서 자율주행 중 불필요한 이동을 최소화하여 이동경로를 최적화하는 이동 객체의 궤적을 이용한 자율주행로봇 및 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 자율주행로봇은 보행로의 자율주행을 위한 시작점 및 목표점이 설정되면 최소 경로비용을 가지는 메인 경로를 생성하고, 상기 메인 경로를 따라 자율주행이 이루어지도록 제어하는 자율주행 제어부 및 영상정보를 이용하여 보행로를 이동하는 이동 객체가 자율주행하는 경로방향으로 접근함을 확인하면 라이다 정보를 이용하여 상기 접근하는 이동 객체의 이동 궤적 정보를 산출하고, 상기 산출된 이동 궤적 정보를 이용하여 상기 이동 객체가 이동 방향을 변경하는지 여부를 판단하며, 상기 판단된 결과에 따라 상기 메인 경로를 유지 또는 변경하는 회피 제어부를 포함한다.

또한 상기 회피 제어부는, 상기 이동 객체가 이동 방향을 변경하면 상기 메인 경로를 유지하면서 자율주행이 이루어지도록 제어하고, 상기 이동 객체가 이동 방향을 변경하지 않으면 상기 이동 객체를 회피하는 회피 경로로 상기 메인 경로를 변경한 후, 자율주행이 이루어지도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 회피 제어부는, 상기 이동 객체가 현재 위치를 중심으로 기 설정된 거리와 이격된 제1 감지 영역으로 진입하면 상기 이동 객체의 이동 궤적 정보를 이용하여 상기 이동 객체가 이동 방향을 변경하는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 회피 제어부는, 상기 이동 궤적 정보를 이용하여 상기 이동 객체가 상기 제1 감지 영역 밖으로 이탈하면 해당 이동 객체가 이동 방향을 변경하는 것으로 판단하고, 상기 이동 궤적 정보를 이용하여 상기 이동 객체가 상기 제1 감지 영역보다 덜 이격된 제2 감지 영역까지 진입하면 해당 이동 객체가 이동 방향을 변경하지 않는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 회피 제어부는, 상기 이동 객체가 사람이고, 상기 사람인 이동 객체가 이동 방향을 변경하지 않으면 상기 메인 경로를 기 설정된 각도인 제1 회피각으로 방향 전환하여 상기 이동 객체를 회피하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 회피 제어부는, 상기 이동 객체가 사람 중 교통약자이고, 상기 교통약자인 이동 객체가 이동 방향을 변경하지 않으면 상기 메인 경로를 상기 제1 회피각보다 더 큰 각도인 제2 회피각으로 방향 전환하여 상기 이동 객체를 회피하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 회피 제어부는, 상기 이동 객체가 복수의 사람들이고, 상기 복수의 사람들인 이동 객체가 이동 방향을 변경하지 않으면 상기 복수의 사람들 사이로 회피 가능한 공간이 존재하는지 여부를 판단하고, 상기 판단된 결과가 회피 가능한 공간이 존재하면 해당 공간 방향으로 방향 전환을 하여 상기 이동 객체를 회피하도록 제어하며, 회피 가능한 공간이 존재하지 않으면 주행을 정지시키는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 회피 제어부는, 상기 이동 객체가 사람에 의해 작동되는 이동수단이면 상기 이동수단인 이동 객체의 이동 방향 변경 여부와 상관없이 상기 메인 경로를 기 설정된 각도인 제3 회피각으로 방향 전환하여 상기 이동 객체를 회피하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자율주행시스템은 보행로의 자율주행을 수행하는 적어도 하나의 자율주행로봇, 상기 자율주행로봇을 모니터링하고, 상기 모니터링된 결과를 출력하는 사용자 단말을 포함하되, 상기 자율주행로봇은, 상기 자율주행을 위한 시작점 및 목표점이 설정되면 최소 경로비용을 가지는 메인 경로를 생성하고, 상기 메인 경로를 따라 자율주행이 이루어지도록 제어하는 자율주행 제어부 및 영상정보를 이용하여 보행로를 이동하는 이동 객체가 자율주행하는 경로방향으로 접근함을 확인하면 라이다 정보를 이용하여 상기 접근하는 이동 객체의 이동 궤적 정보를 산출하고, 상기 산출된 이동 궤적 정보를 이용하여 상기 이동 객체가 이동 방향을 변경하는지 여부를 판단하며, 상기 판단된 결과에 따라 상기 메인 경로를 유지 또는 변경하는 회피 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자율주행방법은 자율주행로봇이 보행로의 자율주행을 위한 시작점 및 목표점이 설정되면 최소 경로비용을 가지는 메인 경로를 생성하는 단계, 상기 자율주행로봇이 상기 생성된 메인 경로를 기반으로 자율주행하는 단계, 상기 자율주행로봇이 영상정보를 이용하여 보행로를 이동하는 이동 객체가 자율주행하는 경로방향으로 접근됨을 확인하면 라이다 정보를 이용하여 상기 접근하는 이동 객체의 이동 궤적 정보를 산출하는 단계, 상기 자율주행로봇이 상기 산출된 이동 궤적 정보를 이용하여 상기 이동 객체가 이동 방향을 변경하는지 여부를 판단하는 단계 및 상기 자율주행로봇이 상기 판단된 결과에 따라 상기 메인 경로를 유지 또는 변경한 후, 자율주행하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 보행로를 이동하는 이동 객체의 이동 궤적 정보를 이용하여 이동 객체의 이동 방향을 판단하고, 판단된 결과를 기반으로 경로 변경 여부를 결정함으로써, 불필요한 이동을 최소화하면서 이동 객체와의 충돌을 미연에 방지할 수 있다.

이를 통해 본 발명은 자율주행로봇의 배터리 효율을 극대화함으로써, 유지보수 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자율주행시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자율주행로봇을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자율주행로봇의 외관을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 D* 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자율주행을 위한 지도 생성 및 메인 경로 생성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이동 객체의 이동 궤적 수집을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이동 객체가 회피하는 경우에서의 이동 궤적을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이동 객체가 회피하지 않는 경우에서의 이동 궤적을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 이동 객체의 회피각을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 자율주행방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 컴퓨팅 장치를 설명하기 위한 블록도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본 명세서 및 도면(이하 '본 명세서')에서, 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

또한 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로써, 본 발명을 한정하려는 의도로 사용되는 것이 아니다.

또한 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

또한 본 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

또한 본 명세서에서, '및/또는' 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본 명세서에서, 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다.

또한 본 명세서에서, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자율주행시스템을 설명하기 위한 구성도이다.

도 1을 참조하면, 자율주행시스템(400)은 보행로를 이동하는 이동 객체와의 충돌을 미연에 차단하면서 자율주행 중 불필요한 이동을 최소화하여 이동경로를 최적화한다. 자율주행시스템(400)은 적어도 하나의 자율주행로봇(100) 및 사용자 단말(200)을 포함한다.

자율주행로봇(100)은 보행로에서 자율주행을 수행한다. 이를 위해 자율주행로봇(100)은 자율주행을 위한 시작점 및 목표점이 설정되면 최소 경로비용을 가지는 메인 경로를 생성하고, 생성된 메인 경로를 기반으로 자율주행을 수행한다. 여기서 자율주행로봇(100)은 D* 알고리즘을 기반으로 메인 경로를 생성할 수 있다. 자율주행로봇(100)는 영상정보를 이용하여 자율주행 중 보행로를 이동하는 이동 객체가 자율주행하는 경로방향으로 접근함을 확인하면 라이다 정보를 이용하여 접근하는 이동 객체의 이동 궤적 정보를 산출한다. 자율주행로봇(100)는 산출된 이동 궤적 정보를 이용하여 이동 객체가 이동 방향을 변경하는지 여부를 판단한다. 자율주행로봇(100)는 판단된 결과에 따라 메인 경로를 유지 또는 변경한 후, 자율주행을 수행한다. 상세하게는 이동 객체가 자율주행로봇(100)과의 충돌을 회피하는 방향(예: 자율주행하는 경로의 반대 방향)으로 이동방향을 변경하면 자율주행로봇(100)은 메인 경로를 유지하면서 자율주행을 수행하여 경로 변경으로 발생되는 경로비용을 발생시키지 않을 수 있다. 또한 이동 객체가 자율주행로봇(100)과의 충돌이 예상되는 방향으로 접근하면 자율주행로봇(100)은 메인 경로를 이동 객체를 회피하는 회피 경로(예: 이동 객체가 접근하는 반대 방향)로 변경한 후, 자율주행을 수행한다.

사용자 단말(200)은 사용자(또는 관리자)가 사용하는 단말로써, 적어도 하나의 자율주행로봇(100)을 모니터링한다. 사용자 단말(200)은 각 자율주행로봇(100)의 시작점, 목표점 및 경유점 중 적어도 하나를 설정할 수 있다. 사용자 단말(200)은 자율주행로봇(100)이 자율주행을 수행하면 현재 위치정보, 현재 주행속도, 현재까지 이동한 이동거리 등을 실시간으로 수집하여 출력하고, 자율주행이 시작과 동시에 자율주행 총거리, 자율주행 총시간, 경로비용 등의 부가적인 정보를 미리 예측하여 출력할 수 있다. 또한 사용자 단말(200)은 자율주행로봇(100)의 자율주행이 완료되면 실제 평균 주행속도, 실제 이동거리, 실제 이동시간, 실제 배터리 효율, 실제 경로비용 등을 산출하여 출력할 수 있다.

사용자 단말(200)은 복수의 자율주행로봇(100)을 모니터링하는 경우, 각 자율주행로봇(100)의 배터리 효율을 산출한다. 사용자 단말(200)은 산출된 배터리 효율이 다른 자율주행로봇보다 기 설정된 범위 이상으로 낮은 자율주행로봇이 있으면 해당 자율주행로봇에 이상(예: 자율주행 알고리즘, 배터리 등)이 있다고 판단되므로, 점검을 위한 알림 신호를 출력한다. 이를 통해 사용자 단말(200)은 사용자가 알림 신호에서 지정하는 자율주행로봇에 대한 점검을 할 수 있도록 지원한다.

한편 자율주행시스템(400)은 자율주행로봇(100) 및 사용자 단말(200) 사이에 통신망(450)을 구축하여 서로 간의 통신이 이루어지도록 지원한다. 자율주행시스템(400)은 백본망과 가입자망으로 구성될 수 있다. 백본망은 X.25 망, Frame Relay 망, ATM망, MPLS(Multi-Protocol Label Switching) 망 및 GMPLS(Generalized Multi-Protocol Label Switching) 망 등 중에 하나 또는 복수의 통합된 망으로 구성될 수 있다. 가입자망은 FTTH(Fiber To The Home), ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line), 케이블망, 지그비(zigbee), 블루투스(bluetooth), Wireless LAN(IEEE 802.11b, IEEE 802.11a, IEEE 802.11g, IEEE 802.11n), Wireless Hart(ISO/IEC62591-1), ISA100.11a(ISO/IEC 62734), CoAP(Constrained Application Protocol), MQTT(Message Queuing Telemetry Transport), WIBro(Wireless Broadband), Wimax, 3G, HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), 4G, 5G 및 6G 등일 수 있다. 일부 실시예로, 통신망(450)은 인터넷망일 수 있고, 이동 통신망일 수 있다. 또한 통신망(450)은 기타 널리 공지되었거나 향후 개발될 모든 무선통신 또는 유선통신 방식을 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자율주행로봇을 설명하기 위한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자율주행로봇의 외관을 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 D* 알고리즘을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자율주행을 위한 지도 생성 및 메인 경로 생성을 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이동 객체의 이동 궤적 수집을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이동 객체가 회피하는 경우에서의 이동 궤적을 설명하기 위한 도면이며, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이동 객체가 회피하지 않는 경우에서의 이동 궤적을 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 이동 객체의 회피각을 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 9를 참조하면, 자율주행로봇(100)은 통신부(10), 카메라부(20), 센서부(30), GPS(Global Positioning System)부(40), 제어부(50), 이송부(60), 전원부(70), 출력부(80) 및 저장부(90)를 포함한다.

통신부(10)는 사용자 단말(200)과 통신을 수행한다. 통신부(10)는 자율주행을 위한 시작점, 목표점 및 경유점 중 적어도 하나의 정보를 수신한다. 통신부(10)는 자율주행장치(100)의 현재 위치정보, 현재 주행속도, 현재까지 이동한 이동거리 등 실시간으로 측정되는 정보들을 사용자 단말(200)로 전송한다.

카메라부(20)는 전방을 촬영하여 영상정보를 생성한다. 바람직하게는 카메라부(20)는 전방뿐만 아니라 양측방 및 후방을 촬영하여 전방향에 대한 영상정보를 생성할 수 있다. 카메라부(20)는 보행로, 차도, 고정된 장애물, 이동 객체 등을 촬영하여 영상정보를 생성할 수 있다. 카메라부(20)는 RGB 카메라, 열화상 카메라 등을 포함할 수 있다.

센서부(30)는 자율주행에 필요한 다양한 정보를 측정한다. 센서부(30)는 라이다(Lidar) 센서(31) 및 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서(33)를 포함한다. 라이다 센서(31)는 레이저 펄스를 발사하고, 발사된 레이저 펄스의 반사파를 기반으로 전방향에 대한 지형지물, 객체(예: 고정된 장애물, 이동 객체 등)을 감지하고, 해당 간의 거리 측정하는 라이다 정보를 생성한다. IMU 센서(33)는 자율주행로봇(100)의 속도, 방향, 중력, 가속도 등을 측정하는 상태정보를 생성한다. 또한 IMU 센서(33)는 3차원 공간에서의 움직임을 측정하여 주행하는 지면 상태를 측정하는 상태정보를 더 생성할 수 있다.

GPS부(40)는 자율주행로봇(100)의 현재 위치정보를 측정한다. GPS부(30)는 실시간으로 위성으로부터 GPS 신호를 수신하고, 수신된 GPS 신호를 이용하여 현재 위치정보를 측정한다.

제어부(50)는 자율주행로봇(100)의 전반적인 제어를 수행한다. 제어부(50)는 보행로의 자율주행에 대한 제어를 수행하는 자율주행 제어부(51) 및 회피에 대한 제어를 수행하는 회피 제어부(53)를 포함한다.

자율주행 제어부(51)는 보행로의 자율주행을 수행하기 이전에, 자율주행을 수행하는 지역의 지도를 확보한다. 이를 위해 자율주행 제어부(51)는 해당 지역에 대한 영상정보 및 라이다 정보를 수집하고, 수집된 정보를 이용하여 지도를 생성할 수 있다. 이때 자율주행 제어부(51)는 GPS 정보도 수집하여 위도와 경도 데이터를 지도에 매핑한다. 또는 자율주행 제어부(51)는 사용자 단말(200)로부터 해당 지역에 대한 지도를 수신할 수 있다.

자율주행 제어부(51)는 보행로의 자율주행을 수행하기 위한 지역의 지도가 확보되면 사용자 단말(200)로부터 자율주행의 시작점(S) 및 목표점(G) 관련 정보를 수신하고, 해당 정보를 기반으로 시작점(S) 및 목표점(G)을 설정한다. 이때 자율주행 제어부(51)는 사용자 단말(200)로부터 자율주행의 경유점(v) 관련 정보를 더 수신하여 경유점(v)에 대한 설정도 수행할 수 있다.

자율주행 제어부(51)는 시작점(S) 및 목표점(G)이 설정되면 최소 경로비용을 가지는 메인 경로를 생성한다. 바람직하게는 자율주행 제어부(51)는 D* 알고리즘을 이용하여 메인 경로를 생성할 수 있다. D* 알고리즘은 시작점(S)에서 목표점(G) 까지의 경로비용을 최소화하는 서치(search) 알고리즘으로써, 확보된 지도를 기반으로 전역경로계획(Global Path Planning)을 적용하여 전체적인 경로를 생성하고, 필요한 영역에서만 지역경로계획(Local Path Planning)을 적용하여 최종적인 경로를 생성한다. 즉 D* 알고리즘은 시작점(S) 및 목표점(G)이 설정되면 고정된 장애물(O)를 회피하면서 최소 경로비용을 가지는 메인 경로(P)를 생성한다(도 4). 이때 화살표(B)는 이동되는 방향을 의미한다. 예를 들어 도 5와 같이 S대학교 보행로에서 자율주행이 수행되는 경우, 자율주행 제어부(51)는 해당 지도에 시작점(S), 목표점(G) 및 3개의 경유점(v1, v2, v3)을 설정한 후, D* 알고리즘을 적용하여 메인 경로(P)를 생성한다. 이때 생성된 메인 경로(P)는 시작점(S)과 목표점(G)을 기준으로 기 설정된 경유점(v1, v2, v3)을 통과하면서 경로비용이 최소가 되는 경로일 수 있다.

자율주행 제어부(51)는 생성된 메인 경로를 따라 자율주행이 원활하게 이루어지도록 제어를 한다. 이때 자율주행 제어부(51)는 상태정보를 기반으로 속도, 가속도 등을 제어할 수 있다. 예를 들어 자율주행 제어부(51)는 지면이 울퉁불퉁한 경우, 속도를 낮춰 안정적인 주행이 이루어지도록 제어하고, 주행 중인 메인 경로 상에 장애물 및 이동객체가 존재하지 않는 경우, 속도를 가속하여 이동시간을 단축할 수 있다.

회피 제어부(53)는 영상정보를 이용하여 보행로를 이동하는 이동 객체가 자율주행하는 경로 방향으로 접근하는지 판단한다(도 6의 (a)). 이때 회피 제어부(53)는 이동 객체가 자율주행하는 경로 방향으로 접근함을 확인하면 라이다 정보를 이용하여 접근하는 이동 객체의 이동 궤적 정보를 산출한다(도 6의 (b)). 회피 제어부(53)는 산출된 이동 궤적 정보를 이용하여 이동 객체가 이동 방향을 변경하는지 여부를 판단한다. 예를 들어 회피 제어부(53)는 이동 객체와 자율주행로봇(100)의 현재 위치를 중심으로 기 설정된 거리와 이격된 제1 감지 영역(S₁)과 제1 감지 영역(S₁)보다 덜 이격된 제2 감지 영역(S₂)을 설정한다. 바람직하게는 제1 감지 영역(S₁)은 3m ~ 7m이고, 제2 감지 영역(S₂)은 1m ~ 4m일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 회피 제어부(53)는 이동객체(M)가 제1 감지 영역으로 진입하면 이동 객체의 이동 궤적 정보를 이용하여 이동 객체가 이동 객체(M)가 제1 감지 영역(S₁) 밖으로 이탈하면 해당 이동 객체(M)가 이동 방향을 변경한 것으로 판단하고(도 7), 이동 궤적 정보를 이용하여 이동 객체(M)가 제2 감지 영역(S₂)까지 진입하면 해당 이동 객체(M)가 이동 방향을 변경하지 않는 것으로 판단한다(도 8).

회피 제어부(53)는 판단된 결과에 따라 메인 경로를 유지 또는 변경한다. 즉 회피 제어부(53)는 이동 객체가 이동 방향을 변경하면 메인 경로를 유지하면서 자율주행이 이루어지도록 제어하여 불필요한 이동을 방지하여 에너지 효율을 증가시킨다. 또한 회피 제어부(53)는 이동 객체가 이동 방향을 변경하지 않고, 메인 경로를 향해 접근하면 이동 객체(M)를 회피하는 회피 경로로 메인 경로를 변경한 후, 자율주행이 이루어지도록 제어한다. 회피 경로는 이동 객체(M)가 오는 방향과 겹치지 않는 방향으로써, 바람직하게는 메인 경로를 기준으로 이동 객체(M)가 오는 방향의 반대 방향일 수 있다.

여기서 회피 제어부(53)는 이동 객체(M)의 종류에 따라 회피 방법을 차별화하여 제어할 수 있다. 상세하게는 회피 제어부(53)는 이동 객체(M)가 사람이고, 사람인 이동 객체(M)가 이동 방향을 변경하지 않으면 메인 경로를 기 설정된 각도인 제1 회피각(θ₁)으로 방향 전환하여 이동 객체(M)를 회피하도록 제어한다. 이때 회피 제어부(53)는 이동 객체(M)가 사람 중 교통약자이고, 교통약자인 이동 객체(M)가 이동 방향을 변경하지 않으면 메인 경로를 제1 회피각(θ₁)보다 더 큰 각도인 제2 회피각(θ₂)으로 방향 전환하여 이동 객체(M)를 회피하도록 제어한다. 즉 회피 제어부(53)는 일반 사람들보다 교통약자인 노인, 환자, 장애인, 임산부, 영유아 등이 이동의 어려움으로 회피 가능성이 낮아진다는 점을 착안하여 회피하는 범위를 더 크게 하여 충돌 가능성을 낮출 수 있다.

또한 회피 제어부(53)는 이동 객체(M)가 복수의 사람들이고, 복수의 사람들인 이동 객체(M)가 이동 방향을 변경하지 않으면 복수의 사람들 사이로 회피 가능한 공간이 존재하는지 여부를 판단한다. 회피 제어부(53)는 판단된 결과가 회피 가능한 공간이 존재하면 해당 공간 방향으로 방향 전환을 하여 상기 이동 객체를 회피하고, 회피 가능한 공간이 존재하지 않으면 주행을 정지시킨다. 회피 제어부(53)는 주행을 정지한 후, 이동 객체(M)가 완전히 지나가면 다시 메인 경로를 따라 자율주행을 하도록 제어한다. 이때 회피 제어부(53)는 회피 가능한 공간을 자율주행로봇(100)의 크기를 기반으로 판단할 수 있으며, 회피 가능한 공간은 자율주행로봇(100)의 너비에 1m 이상 합한 길이를 가지는 공간일 수 있으나 이에 한정하지 않는다.

한편 회피 제어부(53)는 이동 객체(M)가 사람에 의해 작동되는 이동수단이면 이동수단의 이동 방향 변경 여부와 상관없이 메인 경로를 기 설정된 각도인 제3 회피각(θ₃)으로 방향 전환하여 이동 객체를 회피하도록 제어한다. 이동수단은 자전거, 인라인, 이륜구동 차량 등이 포함되며, 도보보다 빠른 속도로 이동하는 수단을 의미한다. 즉 회피 제어부(53)는 이동수단이 접근하는 속도에 맞게 회피가 불가능하다고 판단하여 이동 객체(M)가 이동수단인 경우, 무조건 회피 경로로 회피하도록 제어하며, 바람직하게는 제2 회피각(θ₂)보다 더 큰 각도로 회피할 수 있도록 제어한다.

이송부(60)는 자율주행로봇(100)의 하부에 구비되고, 자율주행로봇(100)이 이동되도록 복수의 바퀴를 포함한다. 바람직하게는 이송부(60)는 4개의 바퀴를 포함하고, 4륜 구동일 수 있으며, 최대 속도 10km/h일 수 있으나 이에 한정하지 않는다. 이송부(60)는 자율주행 중 발생될 수 있는 충격을 완화하기 위한 서스펜션을 포함할 수 있다.

전원부(70)는 자율주행주로봇(100)에 전원을 공급한다. 전원부(70)는 배터리 형태로 형성되고, 착탈이 가능하여 필요시 배터리 교체가 가능하도록 형성될 수 있다. 바람직하게는 배터리는 완충 시 2시간 ~ 3시간 동안 주행을 할 수 있는 용량을 포함할 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.

출력부(80)는 제어부(50)에 의해 자율주행로봇(100)의 상태를 시각적 또는 청각적으로 출력한다. 출력부(80)는 현재 수행되는 구동모드를 디스플레이(미도시)에 표시할 수 있다. 또한 출력부(80)는 현재 수행되는 구동모드 및 충돌 가능성에 대한 알림 신호를 음성으로 출력할 수 있다.

저장부(90)는 자율주행로봇(100)이 구동되기 위한 알고리즘 또는 프로그램이 저장된다. 저장부(90)는 시작점, 경유점, 목표점 관련 정보가 저장되고, 자율주행을 위해 수집된 다양한 정보가 저장된다. 저장부(90)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기메모리, 자기 디스크 및 광디스크 중 적어도 하나의 저장매체를 포함할 수 있다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 자율주행방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 1 및 도 10을 참조하면, 자율주행방법은 보행로를 이동하는 이동 객체의 이동 궤적 정보를 이용하여 이동 객체의 이동 방향을 판단하고, 판단된 결과를 기반으로 경로 변경 여부를 결정함으로써, 불필요한 이동을 최소화하면서 이동 객체와의 충돌을 미연에 방지할 수 있다. 이를 통해 자율주행방법은 자율주행로봇의 배터리 효율을 극대화함으로써, 유지보수 비용을 절감할 수 있다.

S110 단계에서, 자율주행장치(100)는 보행로의 자율주행을 위한 시작점 및 목표점을 설정한다. 자율주행장치(100)는 사용자 단말(200)에 의해 시작점 및 목표점을 설정할 수 있다. 여기서 자율주행장치(100)는 사용자 단말(200)에 의해 시작점 및 목표점 사이를 주행하면서 경유해야 하는 경유점을 더 설정할 수 있다.

S120 단계에서, 자율주행장치(100)는 경로를 생성한다. 자율주행장치(100)는 D* 알고리즘을 이용하여 자율주행을 위한 메인 경로를 생성할 수 있다.

S130 단계에서, 자율주행장치(100)는 자율주행을 위한 데이터 수집을 한다. 자율주행장치(100)는 주변 환경에 대한 영상정보, 주변 환경에 존재하는 다양한 객체에 대한 라이다 정보, 자율주행장치(100)의 상태정보(예: 속도, 방향, 중력, 가속도 등) 등을 수집한다.

S140 단계에서, 자율주행장치(100)는 경로에 따라 자율주행을 수행한다. 자율주행장치(100)는 생성된 메인 경로를 기반으로 영상정보, 라이다 정보 및 상태정보 중 적어도 하나를 이용하여 자율주행을 수행한다.

S150 단계에서, 자율주행장치(100)는 기 설정된 거리 내로 이동 객체가 접근하는지 판단한다. 자율주행장치(100)는 영상정보 및 라이다 정보를 이용하여 이동객체의 접근 여부를 판단할 수 있다. 자율주행장치(100)는 이동 객체가 기 설정된 거리 내로 이동 객체가 접근하면 S160 단계를 수행하고, 접근하지 않으면 S180 단계를 수행한다.

S160 단계에서, 자율주행장치(100)는 이동 객체가 회피하는지 판단한다. 자율주행장치(100)는 라이다 정보를 이용하여 접근하는 이동 객체의 이동 궤적 정보를 산출하고, 산출된 이동 궤적 정보를 이용하여 이동 객체가 이동 방향을 변경하는지 여부를 판단한다. 즉 자율주행장치(100)는 이동 객체 스스로가 자율주행장치(100)를 회피하며 이동하는지 여부를 판단한다. 자율주행장치(100)는 이동 객체가 회피한다고 판단하면 S140 단계를 수행하여 별도의 경로 변경없이 메인 경로를 따라 자율주행을 한다. 자율주행장치(100)는 이동 객체가 회피한다고 판단하지 않으면 S170 단계를 수행한다.

S170 단계에서, 자율주행장치(100)는 이동 객체 회피를 위한 경로를 변경한다. 자율주행장치(100)는 이동 객체와의 충돌을 방지하기 위해 이동 객체를 회피하는 회피 경로로 메인 경로를 변경한다. 자율주행장치(100)는 경로를 변경한 후, S140 단계를 수행한다. 여기서 회피 경로는 이동 객체만을 회피하는 일회성 경로로써, 자율주행장치(100)는 회피 경로로 자율주행이 완료되면 다시 메인 경로를 기반으로 자율주행할 수 있다.

S180 단계에서, 자율주행장치(100)는 목표점에 도착했는지 판단한다. 자율주행장치(100)는 목표점에 도착했다고 판단하면 시스템을 종료하고, 목표점에 도착하지 않았다고 판단하면 S140 단계를 수행한다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 컴퓨팅 장치를 설명하기 위한 블록도이다.

도 11을 참조하면, 컴퓨팅 장치(TN100)는 본 명세서에서 기술된 장치(예를 들면 자율주행로봇, 사용자 단말 등) 일 수 있다.

컴퓨팅 장치(TN100)는 적어도 하나의 프로세서(TN110), 송수신 장치(TN120), 및 메모리(TN130)를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치(TN100)는 저장 장치(TN140), 입력 인터페이스 장치(TN150), 출력 인터페이스 장치(TN160) 등을 더 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치(TN100)에 포함된 구성 요소들은 버스(bus)(TN170)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.

프로세서(TN110)는 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(TN110)는 중앙 처리 장치(CPU: central processing unit), 그래픽 처리 장치(GPU: graphics processing unit), 또는 본 발명의 실시예에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 프로세서(TN110)는 본 발명의 실시예와 관련하여 기술된 절차, 기능, 및 방법 등을 구현하도록 구성될 수 있다. 프로세서(TN110)는 컴퓨팅 장치(TN100)의 각 구성 요소를 제어할 수 있다.

메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 프로세서(TN110)의 동작과 관련된 다양한 정보를 저장할 수 있다. 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(TN130)는 읽기 전용 메모리(ROM: read only memory) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM: random access memory) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.

송수신 장치(TN120)는 유선 신호 또는 무선 신호를 송신 또는 수신할 수 있다. 송수신 장치(TN120)는 네트워크에 연결되어 통신을 수행할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예는 지금까지 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 상술한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 통상의 기술자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

10: 통신부
20: 카메라부
30: 센서부
31: 라이다 센서
33: IMU 센서
40: GPS부
50: 제어부
51: 학습부
53: 자율주행부
55: 회피제어부
60: 이송부
70: 전원부
80: 출력부
90: 저장부
100: 자율주행로봇
200: 사용자 단말
300: 자율주행시스템
350: 통신망

Claims

보행로의 자율주행을 위한 시작점 및 목표점이 설정되면 최소 경로비용을 가지는 메인 경로를 생성하고, 상기 메인 경로를 따라 자율주행이 이루어지도록 제어하는 자율주행 제어부; 및
영상정보를 이용하여 보행로를 이동하는 이동 객체가 자율주행하는 경로방향으로 접근함을 확인하면 라이다 정보를 이용하여 상기 접근하는 이동 객체의 이동 궤적 정보를 산출하고, 상기 산출된 이동 궤적 정보를 이용하여 상기 이동 객체가 이동 방향을 변경하는지 여부를 판단하며, 상기 이동 객체가 이동 방향을 변경한다고 판단하면 경로 변경없이 상기 메인 경로가 유지되도록 자율주행을 제어하고, 상기 이동 객체가 이동 방향을 변경하지 않는다고 판단하면 상기 메인 경로가 상기 이동 객체를 회피하는 회피 경로로 변경되도록 자율주행을 제어하는 회피 제어부;를 포함하고,
상기 회피 제어부는,
상기 이동 객체가 현재 위치를 중심으로 기 설정된 거리와 이격된 제1 감지 영역으로 진입함을 확인하면 상기 이동 객체의 이동 궤적 정보를 이용하여 상기 이동 객체가 이동 방향을 변경하는지 여부를 판단하되,
상기 이동 궤적 정보를 이용하여 상기 이동 객체가 상기 제1 감지 영역 밖으로 이탈함을 확인하면 해당 이동 객체가 이동 방향을 변경한 것으로 판단하고,
상기 이동 궤적 정보를 이용하여 상기 이동 객체가 상기 제1 감지 영역보다 덜 이격된 제2 감지 영역까지 진입함을 확인하면 해당 이동 객체가 이동 방향을 변경하지 않는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 자율주행로봇.
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제 1항에 있어서,
상기 회피 제어부는,
상기 이동 객체가 사람이고, 상기 사람인 이동 객체가 이동 방향을 변경하지 않으면 상기 메인 경로를 기 설정된 각도인 제1 회피각으로 방향 전환하여 상기 이동 객체를 회피하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 자율주행로봇.
제 5항에 있어서,
상기 회피 제어부는,
상기 이동 객체가 사람 중 교통약자이고, 상기 교통약자인 이동 객체가 이동 방향을 변경하지 않으면 상기 메인 경로를 상기 제1 회피각보다 더 큰 각도인 제2 회피각으로 방향 전환하여 상기 이동 객체를 회피하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 자율주행로봇.
제 1항에 있어서,
상기 회피 제어부는,
상기 이동 객체가 복수의 사람들이고, 상기 복수의 사람들인 이동 객체가 이동 방향을 변경하지 않으면 상기 복수의 사람들 사이로 회피 가능한 공간이 존재하는지 여부를 판단하고, 상기 판단된 결과가 회피 가능한 공간이 존재하면 해당 공간 방향으로 방향 전환을 하여 상기 이동 객체를 회피하도록 제어하며, 회피 가능한 공간이 존재하지 않으면 주행을 정지시키는 것을 특징으로 하는 자율주행로봇.
제 1항에 있어서,
상기 회피 제어부는,
상기 이동 객체가 사람에 의해 작동되는 이동수단이면 상기 이동수단인 이동 객체의 이동 방향 변경 여부와 상관없이 상기 메인 경로를 기 설정된 각도인 제3 회피각으로 방향 전환하여 상기 이동 객체를 회피하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 자율주행로봇.
보행로의 자율주행을 수행하는 적어도 하나의 자율주행로봇;
상기 자율주행로봇을 모니터링하고, 상기 모니터링된 결과를 출력하는 사용자 단말;을 포함하고,
상기 자율주행로봇은,
상기 자율주행을 위한 시작점 및 목표점이 설정되면 최소 경로비용을 가지는 메인 경로를 생성하고, 상기 메인 경로를 따라 자율주행이 이루어지도록 제어하는 자율주행 제어부; 및
영상정보를 이용하여 보행로를 이동하는 이동 객체가 자율주행하는 경로방향으로 접근함을 확인하면 라이다 정보를 이용하여 상기 접근하는 이동 객체의 이동 궤적 정보를 산출하고, 상기 산출된 이동 궤적 정보를 이용하여 상기 이동 객체가 이동 방향을 변경하는지 여부를 판단하며, 상기 이동 객체가 이동 방향을 변경한다고 판단하면 경로 변경없이 상기 메인 경로가 유지되도록 자율주행을 제어하고, 상기 이동 객체가 이동 방향을 변경하지 않는다고 판단하면 상기 메인 경로가 상기 이동 객체를 회피하는 회피 경로로 변경되도록 자율주행을 제어하는 회피 제어부;를 포함하며,
상기 회피 제어부는,
상기 이동 객체가 현재 위치를 중심으로 기 설정된 거리와 이격된 제1 감지 영역으로 진입함을 확인하면 상기 이동 객체의 이동 궤적 정보를 이용하여 상기 이동 객체가 이동 방향을 변경하는지 여부를 판단하되,
상기 이동 궤적 정보를 이용하여 상기 이동 객체가 상기 제1 감지 영역 밖으로 이탈함을 확인하면 해당 이동 객체가 이동 방향을 변경한 것으로 판단하고,
상기 이동 궤적 정보를 이용하여 상기 이동 객체가 상기 제1 감지 영역보다 덜 이격된 제2 감지 영역까지 진입함을 확인하면 해당 이동 객체가 이동 방향을 변경하지 않는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 자율주행시스템.
자율주행로봇에 의해 수행되는 자율주행방법에 있어서,
보행로의 자율주행을 위한 시작점 및 목표점이 설정되면 최소 경로비용을 가지는 메인 경로를 생성하는 단계;
상기 생성된 메인 경로를 기반으로 자율주행하는 단계;
영상정보를 이용하여 보행로를 이동하는 이동 객체가 자율주행하는 경로방향으로 접근됨을 확인하면 라이다 정보를 이용하여 상기 접근하는 이동 객체의 이동 궤적 정보를 산출하는 단계;
상기 산출된 이동 궤적 정보를 이용하여 상기 이동 객체가 이동 방향을 변경하는지 여부를 판단하는 단계;
상기 이동 객체가 이동 방향을 변경한다고 판단하는 경우, 경로 변경없이 상기 메인 경로가 유지되도록 자율주행하는 단계; 및
상기 이동 객체가 이동 방향을 변경하지 않는다고 판단하는 경우, 상기 메인 경로가 상기 이동 객체를 회피하는 회피 경로로 변경되도록 자율주행하는 단계;를 포함하되,
상기 이동 객체가 이동 방향을 변경하는지 여부를 판단하는 단계는,
상기 이동 객체가 현재 위치를 중심으로 기 설정된 거리와 이격된 제1 감지 영역으로 진입함을 확인하는 단계;
상기 이동 궤적 정보를 이용하여 상기 이동 객체가 상기 제1 감지 영역 밖으로 이탈함을 확인하면 해당 이동 객체가 이동 방향을 변경하는 것으로 판단하는 단계; 및
상기 이동 궤적 정보를 이용하여 상기 이동 객체가 상기 제1 감지 영역보다 덜 이격된 제2 감지 영역까지 진입함을 확인하면 해당 이동 객체가 이동 방향을 변경하지 않는 것으로 판단하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행방법.