KR102667649B1 - Kinematic Parameter Error Calibraion Apparatus and Method of Autonomous Mobile Robot - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이동 로봇의 각 휠의 회전수 또는 회전 각도를 측정하기 위한 휠 측정부; 상기 이동 로봇의 전방 및/또는 후방 외부에 마련되어서 거리를 측정하는 거리 측정부; 상기 각 휠의 교체에 따라 발생할 수 있는 기구학적 파라미터 오차를 보정하여 이동 로봇을 제어하기 위한 오차 보정 제어부; 를 포함하고,
상기 오차 보정 제어부는, 상기 휠 측정부에 의해 산출된 계산 이동 거리값과 상기 거리 측정부에 의해 산출된 측정 이동 거리값을 비교하여 차이가 발생하면, 상기 휠 측정부에 의해 측정된 각 휠의 회전수와 계산 이동 거리값과 측정 이동 거리값에 대한 휠 직경을 산출하여 상기 기구학적 파라미터 오차를 보정하는 오차 보정 장치 및 보정 방법을 제공한다. The present invention includes a wheel measuring unit for measuring the rotation speed or rotation angle of each wheel of a mobile robot; a distance measuring unit provided outside the front and/or rear of the mobile robot to measure the distance; an error correction control unit for controlling the mobile robot by correcting kinematic parameter errors that may occur due to replacement of each wheel; Including,
The error correction control unit compares the calculated moving distance value calculated by the wheel measuring unit with the measured moving distance value calculated by the distance measuring unit, and when a difference occurs, the value of each wheel measured by the wheel measuring unit is adjusted. An error correction device and correction method for correcting the kinematic parameter error by calculating the wheel diameter for the rotation speed, calculated movement distance value, and measured movement distance value are provided.
Description
본 발명은 자율 주행 이동 로봇의 기구학적 파라미터 오차를 보정하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for correcting kinematic parameter errors of an autonomous mobile robot.
차량형 자율 주행 이동 로봇은 고정밀 측위(localization) 기술과 강력하고 안정적인 주변 환경 인지(동적,정적 객체 모두 포함), 안전 주행을 위한 예측 및 동작 계획 알고리즘을 갖추어야 한다. Vehicle-type self-driving mobile robots must have high-precision localization technology, strong and stable recognition of the surrounding environment (including both dynamic and static objects), and prediction and motion planning algorithms for safe driving.
따라서, 자율 주행 이동 로봇의 위치 추정시 위치 오차의 누적 현상은 개선되어야 한다. Therefore, the accumulation of position errors when estimating the position of an autonomous mobile robot must be improved.
자율 주행 이동 로봇의 오차는 이동 로봇 자체의 기구학적 오차와 평탄하지 않은 노면 조건과 장애물과 같은 환경적인 요인에 의해 발생하는 비기구학적 오차가 있을 수 있다. Errors in self-driving mobile robots can include kinematic errors of the mobile robot itself and non-kinematic errors caused by environmental factors such as uneven road conditions and obstacles.
이동 로봇의 정밀한 위치 추정을 위해서는 기구학적 오차를 정밀하게 보정하고, 비기구학적 오차로 인한 주행의 불확실성을 확률적인 모델링을 통해서 정확성을 향상시킬 필요가 있다. In order to estimate the precise position of a mobile robot, it is necessary to precisely correct kinematic errors and improve accuracy through probabilistic modeling of driving uncertainty due to non-kinematic errors.
주행 거리 측정은 이동 로봇 자체에 내재되어 있는 기구학적 오차에 의해서 이동 거리가 증가할 수록 부정확해질 수 있다. Measurement of traveling distance may become inaccurate as the moving distance increases due to kinematic errors inherent in the mobile robot itself.
따라서, 향상된 자율 주행 이동 로봇의 구현을 위해서는 기구학적 오차에 의한 파라미터를 보정하는 방안을 모색할 필요가 있다. Therefore, in order to implement an improved self-driving mobile robot, it is necessary to find a way to correct parameters caused by kinematic errors.
본 발명은 이동 로봇의 기구학적 오차 파라미터를 보정하는 방법을 제공하는 것이다. The present invention provides a method for correcting kinematic error parameters of a mobile robot.
본 발명은, 이동 로봇의 각 휠의 회전수 또는 회전 각도를 측정하기 위한 휠 측정부; 상기 이동 로봇의 전방 및/또는 후방 외부에 마련되어서 거리를 측정하는 거리 측정부; 상기 각 휠의 교체에 따라 발생할 수 있는 기구학적 파라미터 오차를 보정하여 이동 로봇을 제어하기 위한 오차 보정 제어부; 를 포함하고, 상기 오차 보정 제어부는, 상기 휠 측정부에 의해 산출된 계산 이동 거리값과 상기 거리 측정부에 의해 산출된 측정 이동 거리값을 비교하여 차이가 발생하면, 상기 휠 측정부에 의해 측정된 각 휠의 회전수와 계산 이동 거리값과 측정 이동 거리값에 대한 휠 직경을 산출하여 상기 기구학적 파라미터 오차를 보정하는 오차 보정 장치를 제공할 수 있다.The present invention includes a wheel measuring unit for measuring the rotation speed or rotation angle of each wheel of a mobile robot; a distance measuring unit provided outside the front and/or rear of the mobile robot to measure the distance; an error correction control unit for controlling the mobile robot by correcting kinematic parameter errors that may occur due to replacement of each wheel; It includes: the error correction control unit compares the calculated moving distance value calculated by the wheel measuring unit and the measured moving distance value calculated by the distance measuring unit, and when a difference occurs, the measured moving distance value is measured by the wheel measuring unit. It is possible to provide an error correction device that corrects the kinematic parameter error by calculating the rotation speed of each wheel and the wheel diameter for the calculated movement distance value and the measured movement distance value.
또한, 본 발명은 이동 로봇의 자율 주행을 위해 기구학적 파라미터 오차를 보정하는 방법으로서, In addition, the present invention is a method for correcting kinematic parameter errors for autonomous driving of a mobile robot,
휠 측정부에 의해 상기 이동 로봇의 각 휠의 회전수를 측정하여 계산 이동 거리값을 산출하는 단계;calculating a calculated movement distance value by measuring the number of rotations of each wheel of the mobile robot by a wheel measuring unit;
거리 측정부에 의해 상기 이동 로봇의 이동 거리를 측정하여 측정 이동 거리값을 산출하는 단계;Measuring the moving distance of the mobile robot by a distance measuring unit and calculating a measured moving distance value;
오차 보정 제어부를 통해 상기 계산 이동 거리값과 측정 이동 거리값을 비교하는 단계; Comparing the calculated movement distance value and the measured movement distance value through an error correction control unit;
상기 오차 보정 제어부를 통해 상기 계산 이동 거리값과 측정 이동 거리값의 차이가 발생하면, 상기 휠 측정부에 의해 측정된 각 휠의 회전수와 계산 이동 거리값과 측정 이동 거리값에 대한 휠 직경을 산출하여 상기 기구학적 파라미터 오차를 보정하는 제4 단계를 포함하는 오차 보정 방법이 제공될 수 있다. When a difference occurs between the calculated movement distance value and the measured movement distance value through the error correction control unit, the rotation speed of each wheel measured by the wheel measurement unit and the wheel diameter for the calculated movement distance value and the measured movement distance value are calculated. An error correction method may be provided including a fourth step of calculating and correcting the kinematic parameter error.
이와 같이, 본 발명은 자율 주행하는 이동 로봇의 기구학적 파라미터 오차를 보정함으로써, 자율 주행 차량의 위치 인식의 정확성을 향상시킬 수 있다.In this way, the present invention can improve the accuracy of location recognition of an autonomous vehicle by correcting kinematic parameter errors of the autonomous mobile robot.
도 1은 4륜 구조의 자율 주행 이동 로봇에서 2개의 휠간의 직경이 다른 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 이동 로봇의 양쪽 휠간의 거리인 윤거를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 거리 측정부의 설치 위치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 오차 보정 장치의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 오차 보정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 이동 로봇의 선회 상황에서 기하학적 조건을 만족하는 내,외측 조향각을 설명하기 위한 설명도이다. Figure 1 is a diagram to explain the different diameters between two wheels in an autonomous mobile robot with a four-wheel structure.
Figure 2 is a diagram showing the track, which is the distance between both wheels of the mobile robot.
Figure 3 is a schematic diagram for explaining the installation position of the distance measuring unit of the present invention.
Figure 4 is a configuration diagram of the error correction device of the present invention.
Figure 5 is a flowchart for explaining the error correction method of the present invention.
Figure 6 is an explanatory diagram for explaining the inner and outer steering angles that satisfy geometric conditions in a turning situation of a mobile robot.
이동 로봇은 구동 모터로 휠을 구동하여 전후 이동과 회전하게 될 수 있다. 따라서 이동 로봇이 원하는 방향과 거리로 이동시키기 위해서는 구동 모터의 제어 정밀도도 중요하지만 양쪽 휠의 균일한 형상과 조립이 중요한 요인일 수 있다. The mobile robot can move forward and backward and rotate by driving the wheels with a drive motor. Therefore, in order for a mobile robot to move in a desired direction and distance, the control precision of the drive motor is important, but the uniform shape and assembly of both wheels can be an important factor.
4륜 자율 주행 이동 로봇에서 좌우 휠간의 정확한 거리와 좌우 휠의 정확한 크기를 알아야 주행 경로를 에러 없이 계산할 수 있다. 하지만 로봇의 무게에 의해 휠의 반경이 변하게 되고, 휠과 지면 간에 면접촉이 발생함으로 좌우 휠간의 정확한 거리를 알 수 없다. 이러한 이동 로봇의 기구학적 파라미터(오른쪽과 왼쪽 휠의 크기, 좌우 휠간 거리인 윤거(tread))에 대한 오차를 보정함으로써 이동 로봇의 자율 주행시 보다 안정적인 주행이 가능할 수 있다. In a four-wheeled autonomous mobile robot, the exact distance between the left and right wheels and the exact size of the left and right wheels must be known to calculate the driving path without error. However, the radius of the wheel changes due to the weight of the robot, and surface contact occurs between the wheel and the ground, so the exact distance between the left and right wheels cannot be known. By correcting errors in the kinematic parameters of the mobile robot (the sizes of the right and left wheels, and the tread, which is the distance between the left and right wheels), more stable driving can be possible during autonomous driving of the mobile robot.
도 1에 도시된 바와 같이, 이동 로봇의 기구학적 파라미터로서 2개의 전방 휠(11)(12)과 2개의 후방 휠(13)(14)을 가지는 이동 로봇(10)에서 한쌍의 전방 휠 또는 후방 휠간의 직경이 불일치하는 경우, 즉, 예를 들어 한쌍의 후방 휠중 한쪽의 후방 휠(14)의 직경(D)보다 다른쪽의 후방 휠(13)의 직경이 D+α 만큼 더 큰 경우, 실제 자율 주행시 곡선 이동을 포함한 이동 거리의 오차를 발생할 수 있다. As shown in FIG. 1, in a mobile robot 10 having two front wheels 11 and 12 and two rear wheels 13 and 14 as kinematic parameters of the mobile robot, a pair of front wheels or a rear wheel If the diameters between the wheels are mismatched, that is, for example, if the diameter (D) of the rear wheel (14) of one of a pair of rear wheels is larger than the diameter (D) of the rear wheel (13) on the other side by D+α, then the actual During autonomous driving, errors in travel distance, including curve movement, may occur.
도 2는 자율 주행 이동 로봇의 2개의 휠간의 거리인 윤거(w)를 나타낸 도면으로서, 한쌍의 전방 휠과 후방 휠의 각 윤거(w)에 대한 차이가 발생할 수 있다. Figure 2 is a diagram showing the track (w), which is the distance between two wheels of an autonomous mobile robot, and a difference may occur in the track (w) of each pair of front and rear wheels.
본 발명은 이러한 기구학적 파라미터 오차의 보정을 정확하게 하기 위해서, 주행 거리 측정 장치인 엔코더를 통한 회전수와 IMU로 기울기 등을 측정할 수 있다. In order to accurately correct such kinematic parameter errors, the present invention can measure rotation speed through an encoder, which is a travel distance measurement device, and tilt using an IMU.
기구학적 파라미터 오차는 각 휠의 직경 오차인 제1 오차와, 휠간 거리인 윤거 오차인 제2 오차가 될 수 있고, 제1 오차인 경우, 이동 로봇의 실제 주행 경로와 제1 오차 또는 제2 오차에 따른 제1 오차 경로와 제2 오차 경로가 다를 수 있다. The kinematic parameter error may be a first error, which is the diameter error of each wheel, and a second error, which is the track error, which is the distance between wheels. In the case of the first error, the actual traveling path of the mobile robot and the first or second error The first error path and the second error path may be different.
도 6을 참조하면, 다음 수학식 1은 IMU 센서를 이용하여 이동 로봇의 구동축, 휠 베이스 길이를 계산하는 산출식이다. Referring to FIG. 6, the following equation 1 is a calculation formula for calculating the drive shaft and wheel base length of the mobile robot using the IMU sensor.
IMU 센서를 이용하여 이동 로봇의 요(yaw)를 통해 정확한 조향각을 측정할 수 있다. 즉, 조향값의 x값 변화를 안다면, 이동이 어디로 되었는지 알 수 있고, 조향각이 산출될 수 있다. Using an IMU sensor, the accurate steering angle can be measured through the yaw of the mobile robot. In other words, if you know the change in x-value of the steering value, you can know where the movement has occurred and the steering angle can be calculated.
y값 변화량/x값 변화량 = 조향각y-value change/x-value change = steering angle
이러한 좌표상의 변화량은 이동 로봇의 무게 중심이므로, 코너에서 핸들을 꺾으면, IMU 센서를 통해 구한 값은 다음 수학식 2에서 의미하는 조향각 값이라고 할 수 있다. Since this change in coordinates is the center of gravity of the mobile robot, when the handle is turned at a corner, the value obtained through the IMU sensor can be said to be the steering angle value defined in Equation 2 below.
수학식 1에서 L은 휠 베이스, w는 전/후 구동축의 길이, R은 무게 중심점과 선회 중심점과의 거리, δ는 조향각, δi는 전륜 내측 조향각, δo는 전륜 외측 조향각이다. In Equation 1, L is the wheel base, w is the length of the front and rear drive shafts, R is the distance between the center of gravity and the center of rotation, δ is the steering angle, δ i is the front wheel inner steering angle, and δ o is the front wheel outer steering angle.
횡 방향의 힘이 없고, 따라서 후륜에서 슬립이 발생하지 않는다면, 선회 중심점과 후륜 구동축의 연장선상에 있게 될 수 있다. 또한 R이 L,w에 비해 상당히 크다고 가정했기 때문에 조향각(δ)은 미소값으로 생각할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같은 저속 선회 상황에서 기하학적 조건을 만족하는 내,외측 조향각은 다음 수학식 2와 같이 근사하게 나타낼 수 있다. If there is no lateral force and therefore no slip occurs at the rear wheels, the pivot point can be located on an extension of the rear wheel drive shaft. Additionally, since R is assumed to be significantly larger than L and w, the steering angle (δ) can be considered a small value. In a low-speed turning situation as shown in FIG. 6, the inner and outer steering angles that satisfy the geometric conditions can be approximated by Equation 2 below.
수학식 2에서 L은 휠 베이스, w는 윤거, R은 무게 중심점과 선회 중심점과의 거리, δ는 조향각, δi는 전륜 내측 조향각, δo는 전륜 외측 조향각이다. In Equation 2, L is the wheel base, w is the track, R is the distance between the center of gravity and the turning center point, δ is the steering angle, δ i is the front wheel inner steering angle, and δ o is the front wheel outer steering angle.
다시 도 5를 참조하면, 무게 중심점에서의 조향각을 δ라 하고, 이것이 내,외측 조향각의 평균이라고 하면, 다음 수학식 3과 같이 도출할 수 있다. Referring again to FIG. 5, if the steering angle at the center of gravity is δ and this is the average of the inner and outer steering angles, it can be derived as in Equation 3 below.
수학식 3에서의 조향각(δ)은 전륜이 조향되는 상황에서의 기하학적 구조를 나타내기 위해 사용될 수 있다. The steering angle (δ) in Equation 3 can be used to represent the geometric structure in a situation where the front wheels are steered.
본 발명에 따른 이동 로봇의 기구학적 오차 파라미터를 보정하기 위한 오차 보정 장치(100)는 도 3 및 도 4를 참조하면, 이동 로봇(10)의 각 휠의 회전수 또는 회전 각도를 측정하기 위한 휠 측정부(110), 이동 로봇의 전방 및/또는 후방 외부에 마련되어서 거리를 측정하는 거리 측정부(120), 각 휠의 교체에 따라 발생할 수 있는 휠 직경 오차 또는 휠간 거리인 윤거 오차를 판단하여 보정하여 이동 로봇을 제어하기 위한 오차 보정 제어부(130)를 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 3 and 4, the error correction device 100 for correcting the kinematic error parameters of a mobile robot according to the present invention includes a wheel for measuring the rotation speed or rotation angle of each wheel of the mobile robot 10. Measuring unit 110, a distance measuring unit 120 provided outside the front and/or rear of the mobile robot to measure the distance, determines wheel diameter error or track error, which is the distance between wheels, that may occur when replacing each wheel. It may include an error correction control unit 130 for correcting and controlling the mobile robot.
휠 측정부(110)는 각 휠에 구비된 엔코더를 이용하여 이동 로봇의 주행시 각 휠의 회전수를 측정할 수 있다. The wheel measuring unit 110 can measure the number of rotations of each wheel when the mobile robot is running using an encoder provided on each wheel.
만일, 엔코더에 의해 각 휠의 회전수를 측정하고, 이를 토대로 거리로 환산할때, 각 휠의 직경을 미리 알고 있어야 가능할 수 있다. If the rotation speed of each wheel is measured by an encoder and converted to distance based on this, the diameter of each wheel must be known in advance.
따라서, 휠의 직경을 직접 측정하는 것은 측정 오차가 발생할 수 있기 때문에 정확한 측정값을 얻기 어렵고, 또한 기구학적 오차를 줄이기 위해서 시뮬레이션을 수행하는 경우, 상당히 많은 시뮬레이션 과정을 통해 평균치를 얻어야 하므로, 그 만큼 시간이 많이 소요될 수 있다. Therefore, it is difficult to obtain accurate measured values by directly measuring the diameter of the wheel because measurement errors may occur, and when performing simulation to reduce kinematic errors, the average value must be obtained through a considerable number of simulation processes. It may take a lot of time.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 휠의 직경을 직접 측정하여 알아내지 않고, 휠의 회전수와 이동 거리를 측정하여 이동 거리를 회전수로 나눈 값을 통해 역으로 횔의 직경을 알아낸 다음, 각 휠의 계산된 직경에 따라 기구학적 오차 파라미터를 보정하기 위해 휠의 직경을 보정해줄 수 있다. In consideration of this problem, the present invention does not directly measure the diameter of the wheel to find out, but measures the rotational speed and moving distance of the wheel, divides the moving distance by the number of rotations, and then finds the diameter of the wheel in reverse. According to the calculated diameter of the wheel, the diameter of the wheel can be corrected to correct the kinematic error parameter.
또한, 다른 기구학적 오차 파라미터로서 휠간의 거리인 윤거(w) 오차를 보정해줄 수 있다. Additionally, as another kinematic error parameter, the track (w) error, which is the distance between wheels, can be corrected.
따라서, 본 발명은 윤거 오차를 보정하기 위해서, 윤거 측정부(140)를 포함할 수 있다. 윤거 측정부(140)으로서 IMU 센서를 포함할 수 있고, IMU 센서를 통해 조향각을 측정하고, 이러한 조향각을 토대로 윤거 오차를 보정해줄 수 있다. Therefore, the present invention may include a track measurement unit 140 to correct track error. The track measurement unit 140 may include an IMU sensor, measure the steering angle through the IMU sensor, and correct track error based on the steering angle.
거리 측정부(120)로서 라이다(LIDAR, Light Detection and Ranging) 센서는 빛을 활용해 거리를 측정하고 물체를 감지하는 센서로서, 라이다는 레이더와 비슷한 원리를 가지고 있다As the distance measuring unit 120, LIDAR (Light Detection and Ranging) sensor is a sensor that uses light to measure distance and detect objects. LIDAR has a similar principle to radar.
다만 레이더는 전자기파를 외부로 발사해 재수신되는 전자기파로 거리, 및 방향 등을 확인하지만, 라이다는 펄스 레이저를 발사한다는 차이점이 있다. 즉, 파장이 짧은 레이저를 사용하므로 정밀도 및 해상도가 높고 사물에 따라 입체적 파악까지 가능한 장점이 있다.However, radar emits electromagnetic waves to the outside and checks distance and direction using electromagnetic waves that are re-received, but the difference is that lidar emits pulse lasers. In other words, since a laser with a short wavelength is used, it has the advantage of high precision and resolution and even enables three-dimensional understanding of objects.
라이다 센서는 이동 로봇의 전방 및/또는 후방에 장착되어서 이동 로봇의 전방 및/또는 후방을 센싱하여 사물이나 구조물 등을 감지한다.The LiDAR sensor is mounted on the front and/or rear of the mobile robot and detects objects or structures by sensing the front and/or rear of the mobile robot.
라이다 센서는 이동 로봇의 전방에 장착되며 외부에 노출되어야 한다. 왜냐하면 라이다 센서를 글라스나 이동 로봇 바디부 등의 다른 구조물 속에 삽입하는 것은 센서의 감지 성능을 현저히 떨어뜨릴 수 있기 때문에 외부에 노출되어 장착되는 것이 바람직할 수 있다.The LiDAR sensor is mounted on the front of the mobile robot and must be exposed to the outside. This is because inserting the LiDAR sensor into other structures, such as glass or a mobile robot body, can significantly reduce the detection performance of the sensor, so it may be preferable to install it exposed to the outside.
라이다 센서는 송신부에서 레이저를 송신하고 물체에 반사되어 돌아오는 레이저 신호(즉, 수신신호)를 수신부에서 수신하여 이 때의 시간을 측정함으로써 물체까지의 거리를 측정한다. The LiDAR sensor measures the distance to the object by transmitting a laser from the transmitter, receiving the laser signal (i.e., reception signal) reflected by the object and returning it from the receiver, and measuring the time at this time.
오차 보정 제어부(130)는 4개의 휠을 가지는 이동 로봇(10)에서, 2개의 전방 휠또는 2개의 후방 휠의 기구학적 오차 파라미터에 의한 오차를 판단할 수 있다. The error correction control unit 130 may determine an error due to kinematic error parameters of the two front wheels or the two rear wheels in the mobile robot 10 having four wheels.
다시 말해서, 2개의 전방 휠 또는 후방 휠은 휠의 마모 상태, 교체 여부 등에 따라 한쌍의 전방 휠 및 후방 휠의 직경이 달라질 수 있고, 이러한 변수는 기구학적 오차 파라미터일 수 있다. In other words, the diameters of a pair of front or rear wheels may vary depending on the wear state of the wheels, whether or not they are replaced, etc., and these variables may be kinematic error parameters.
한쌍의 전방 휠의 한쌍의 후방 휠에서 휠의 직경이 달라지면, 자율 주행하는 이동 로봇은 계산된 경로에 의해 주행하는 계산 경로와 실제 경로가 일치하지 못하고 다르게 될 수 있고, 그에 따라 이동 로봇은 원하는 위치로 정확하게 이동할 수 없다. If the wheel diameters of a pair of front wheels and a pair of rear wheels are different, the calculated path of an autonomous mobile robot may not match the actual path it travels on and may be different, and as a result, the mobile robot moves to the desired position. cannot be moved accurately.
따라서, 오차 보정 제어부(130)에서는 엔코더에 의해 각 휠의 회전수를 측정하여 산출한 계산 이동 거리값과, 거리 측정부(120)인 라이다 센서에 의해 측정한 측정 이동 거리값을 비교하여 계산 이동 거리값과 측정 이동 거리값의 차이를 산출하여 휠 직경을 보정할 수 있다. 즉, 이동 거리를 각 휠의 회전수로 나누면 휠 직경을 알 수 있기 때문에, 엔코더에 의한 계산 이동 거리값과 거리 측정부에 의한 측정 이동 거리값과의 차이를 산출하고, 이를 토대로 각 휠의 회전수를 통해 휠 직경을 산출해보면, 한쌍의 전방 휠과 후방 휠간의 직경 차이를 파악할 수 있고, 그 차이만큼 휠 직경을 보정해줌으로써 휠 직경 편차를 개선할 수 있다. Therefore, the error correction control unit 130 calculates the calculation by comparing the calculated movement distance value calculated by measuring the rotation speed of each wheel by the encoder and the measured movement distance value measured by the lidar sensor, which is the distance measurement unit 120. The wheel diameter can be corrected by calculating the difference between the moving distance value and the measured moving distance value. In other words, since the wheel diameter can be found by dividing the moving distance by the number of revolutions of each wheel, the difference between the calculated moving distance value by the encoder and the measured moving distance value by the distance measuring unit is calculated, and based on this, the rotation of each wheel is calculated. By calculating the wheel diameter through numbers, you can determine the diameter difference between a pair of front and rear wheels, and by correcting the wheel diameter by the difference, you can improve the wheel diameter deviation.
기구학적 파라미터인 한쌍의 전방 휠 또는 후방 휠간의 직경 오차를 보정해줌으로써, 이동 로봇(10)의 자율 주행시 원하는 이동 위치로 정확하게 이동할 수 있다. By correcting the diameter error between a pair of front wheels or rear wheels, which is a kinematic parameter, the mobile robot 10 can accurately move to a desired movement position when driving autonomously.
또한, 다른 기구학적 파라미터인 이동 로봇(10)의 휠간 거리인 윤거에 의한 파라미터 오차를 보정하기 위해서, 각 휠에 구비된 엔코더를 통해 측정한 계산 회전 각도와, 윤거 측정부(140)인 IMU 센서에 의해 측정되는 측정 회전 각도값을 산출할 수 있다. In addition, in order to correct the parameter error caused by the track, which is the distance between the wheels of the mobile robot 10, which is another kinematic parameter, the calculated rotation angle measured through the encoder provided on each wheel and the IMU sensor, which is the track measurement unit 140 The measured rotation angle value can be calculated by .
계산 회전 각도는 엔코더가 측정한 한쌍의 전방 휠 또는 후방 휠의 회전수로부터 산출되는 이동 거리로부터 오차 보정 제어부(130)에서 산출할 수 있다. 계산 회전 각도는 초기 각도와 엔코더에 의하여 산출된 회전 각도의 차이에 해당하는 각도일 수 있다. The calculated rotation angle can be calculated by the error correction control unit 130 from the moving distance calculated from the rotation speed of the pair of front wheels or rear wheels measured by the encoder. The calculated rotation angle may be an angle corresponding to the difference between the initial angle and the rotation angle calculated by the encoder.
한쌍의 전방 휠 또는 후방 휠의 직경이 동일하고 윤거의 중심이 한쌍의 전방 휠 또는 후방 휠의 중간에 위치되어 있으면, 초기 각도와 동일한 각도를 이룰 수 있다. 측정 회전 각도는 IMU 센서가 측정한 각도와 초기 각도의 차이에 해당하는 각도일 수 있다. If the diameter of the pair of front or rear wheels is the same and the center of the track is located in the middle of the pair of front or rear wheels, the same angle as the initial angle can be achieved. The measured rotation angle may be an angle corresponding to the difference between the angle measured by the IMU sensor and the initial angle.
윤거 보정은 계산 회전 각도와 측정 회전 각도의 차이와 휠 직경으로부터 윤거를 산출하여 할 수 있다. 이동 로봇(10)의 회전시, 이동 로봇(10)의 회전 각도의 차이는 윤거에 비례하게 되므로, 회전 각도의 차이로부터 윤거의 차이를 산출하고, 한쌍의 전방 휠 또는 후방 휠의 직경과 회전시 이동 거리로부터 윤거를 구할 수 있다. Track correction can be done by calculating the track from the difference between the calculated and measured rotation angles and the wheel diameter. When the mobile robot 10 rotates, the difference in the rotation angle of the mobile robot 10 is proportional to the track, so the difference in track is calculated from the difference in rotation angle, and the diameter of a pair of front wheels or rear wheels and the rotation time The track can be obtained from the distance traveled.
오차 보정 제어부(130)는 산출된 윤거에 따라 이동 로봇(10)의 윤거를 보정하여 이동 로봇을 제어할 수 있다. The error correction control unit 130 may control the mobile robot by correcting the track of the mobile robot 10 according to the calculated track.
본 발명은 이동 로봇(10)의 자율 주행을 위해 기구학적 파라미터 오차를 보정하는 방법이 제공될 수 있다. The present invention can provide a method for correcting kinematic parameter errors for autonomous driving of the mobile robot 10.
휠 측정부(110)에 의해 상기 이동 로봇의 각 휠의 회전수를 측정하여 계산 이동 거리값을 산출하는 제1 단계(S10); 거리 측정부(120)에 의해 상기 이동 로봇의 이동 거리를 측정하여 측정 이동 거리값을 산출하는 제2 단계(S20); 오차 보정 제어부(130)를 통해 상기 계산 이동 거리값과 측정 이동 거리값을 비교하는 제3 단계(S30); 상기 오차 보정 제어부(130)를 통해 상기 계산 이동 거리값과 측정 이동 거리값의 차이가 발생하면, 상기 휠 측정부(110)에 의해 측정된 각 휠의 회전수와 계산 이동 거리값과 측정 이동 거리값에 대한 휠 직경을 산출하여 상기 기구학적 파라미터 오차를 보정하는 제 4단계(S40)를 포함할 수 있다. A first step (S10) of calculating a calculated movement distance value by measuring the number of rotations of each wheel of the mobile robot by the wheel measuring unit 110; A second step (S20) of measuring the moving distance of the mobile robot by the distance measuring unit 120 and calculating a measured moving distance value; A third step (S30) of comparing the calculated movement distance value and the measured movement distance value through the error correction control unit 130; When a difference occurs between the calculated movement distance value and the measured movement distance value through the error correction control unit 130, the rotation speed of each wheel measured by the wheel measurement unit 110, the calculated movement distance value, and the measured movement distance It may include a fourth step (S40) of correcting the kinematic parameter error by calculating the wheel diameter for the value.
또한, 본 발명의 오차 보정 방법은 각 휠에 구비된 상기 휠 측정부(110)를 통해 측정되는 계산 회전 각도와, 상기 윤거 측정부(140)에 의해 측정되는 측정 회전 각도값을 산출하여 윤거 오차를 보정하는 제5 단계를 포함할 수 있다. In addition, the error correction method of the present invention calculates the calculated rotation angle measured through the wheel measuring unit 110 provided on each wheel and the measured rotation angle value measured by the track measuring unit 140 to determine the track error. It may include a fifth step of correcting.
상기 오차 보정 제어부(130)는 휠 측정부가 측정한 한쌍의 전방 휠 또는 후방 휠의 회전수로부터 산출되는 이동 거리로부터 계산 회전 각도를 산출하며, The error correction control unit 130 calculates the rotation angle calculated from the moving distance calculated from the rotation speed of the pair of front wheels or rear wheels measured by the wheel measuring unit,
계산 회전 각도와 측정 회전 각도의 차이와 휠 직경으로부터 윤거를 산출하여 한쌍의 전방 휠 또는 후방 휠의 직경과 회전시 이동 거리로부터 윤거를 구한 다음, 윤거 오차를 보정해줄 수 있다. By calculating the track from the difference between the calculated and measured rotation angles and the wheel diameter, the track can be obtained from the diameter of a pair of front or rear wheels and the distance traveled when turning, and then correct the track error.
본 발명은 자율 주행 이동 로봇(10)의 기구학적 파라미터인 휠 직경 오차인 제1 오차와, 윤거에 대한 오차인 제2 오차를 보다 정확하게 보정할 수 있다. The present invention can more accurately correct the first error, which is the wheel diameter error, which is a kinematic parameter of the self-driving mobile robot 10, and the second error, which is the error with respect to the track.
다시 말해서, 휠 직경 오차인 제1 오차 보정시, 각 휠의 직경을 측정하여 판단하지 않고, 각 휠의 회전수를 측정하여 산출한 계산 이동 거리값과 거리 측정부에 의해 산출한 측정 이동 거리값을 비교하여 차이가 발생하는 경우, 계산 이동 거리값과 측정 이동 거리값을 각 휠의 회전수로 나누어서 각 휠의 직경을 산출하고, 산출된 휠 직경의 차이를 보정해줌으로써, 이동 로봇의 주행시 제1 오차에 의한 잘못된 주행 경로를 바로 잡을 수 있다. In other words, when correcting the first error, which is the wheel diameter error, the calculated movement distance value calculated by measuring the rotation speed of each wheel and the measured movement distance value calculated by the distance measuring unit are not determined by measuring the diameter of each wheel. If a difference occurs by comparing the calculated and measured movement distance values, the diameter of each wheel is calculated by dividing the calculated movement distance value and the measured movement distance value by the number of rotations of each wheel, and the difference in calculated wheel diameters is corrected to ensure stability when the mobile robot runs. 1 Incorrect driving path due to error can be corrected.
또한, 윤거 오차인 제2 오차 보정시, 측정 회전 각도와 측정 회전 각도값을 비교하여 차이가 발생하면, 회전 각도 차이로부터 윤거의 차이를 산출하고 이를 통해 휠 직경과 회전시 이동 거리로부터 윤거를 구할 수 있고, 이와 같이 산출한 윤거를 토대로 제2 오차를 보정해줄 수 있다. In addition, when correcting the second error, which is the track error, by comparing the measured rotation angle and the measured rotation angle value, if a difference occurs, the track difference is calculated from the rotation angle difference, and through this, the track distance can be obtained from the wheel diameter and the moving distance during rotation. The second error can be corrected based on the log calculated in this way.
10... 이동 로봇 11,12... 전방 휠
13,14... 후방 휠
100... 오차 보정 장치 110... 휠 측정부
120... 거리 측정부 130... 오차 보정 제어부
140... 윤거 측정부 D... 직경
S10... 제1 단계 S20... 제2 단계
S30... 제3 단계 S40... 제4 단계
S50... 제5 단계 w... 윤거10... mobile robot 11,12... front wheel
13,14...rear wheel
100... Error correction device 110... Wheel measuring unit
120... distance measuring unit 130... error correction control unit
140... Track measuring part D... Diameter
S10... first stage S20... second stage
S30... 3rd stage S40... 4th stage
S50... 5th stage w... Yoongeo
Claims (6)
상기 이동 로봇의 전방 및/또는 후방 외부에 마련되어서 거리를 측정하는 거리 측정부;
상기 각 휠의 교체에 따라 발생할 수 있는 기구학적 파라미터 오차를 보정하여 이동 로봇을 제어하기 위한 오차 보정 제어부; 를 포함하고,
상기 기구학적 파라미터 오차는 각 휠 직경 오차 또는 휠간 거리인 윤거 오차를 포함하며,
상기 휠 측정부는 각 휠에 설치되어 회전수를 측정하는 엔코더를 포함하고,
상기 거리 측정부는 라이다 센서를 포함하며,
상기 오차 보정 제어부는,
상기 휠 직경 오차의 보정시,
상기 휠 측정부에 의해 산출된 계산 이동 거리값과 상기 거리 측정부에 의해 산출된 측정 이동 거리값을 비교하여 차이가 발생하면, 상기 휠 측정부에 의해 측정된 각 휠의 회전수와 계산 이동 거리값과 측정 이동 거리값에 대한 휠 직경을 산출하여 상기 휠 직경 오차를 보정하며,
상기 윤거 오차를 보정해주기 위해 윤거 측정부를 포함하고,
상기 윤거 측정부는 IMU 센서를 포함하고,
각 휠에 구비된 상기 휠 측정부를 통해 측정되는 계산 회전 각도와, 상기 윤거 측정부에 의해 측정되는 측정 회전 각도값을 산출하고,
상기 오차 보정 제어부는 휠 측정부가 측정한 한쌍의 전방 휠 또는 후방 휠의 회전수로부터 산출되는 이동 거리로부터 계산 회전 각도를 산출하며, 계산 회전 각도와 측정 회전 각도의 차이와 휠 직경으로부터 윤거를 산출하여 한쌍의 전방 휠 또는 후방 휠의 직경과 회전시 이동 거리로부터 윤거를 구한 다음, 윤거 오차를 보정해주는 오차 보정 장치. A wheel measuring unit for measuring the rotation speed or rotation angle of each wheel of the mobile robot;
a distance measuring unit provided outside the front and/or rear of the mobile robot to measure the distance;
an error correction control unit for controlling the mobile robot by correcting kinematic parameter errors that may occur due to replacement of each wheel; Including,
The kinematic parameter error includes each wheel diameter error or track error, which is the distance between wheels,
The wheel measuring unit includes an encoder installed on each wheel to measure the number of rotations,
The distance measuring unit includes a LiDAR sensor,
The error correction control unit,
When correcting the wheel diameter error,
When a difference occurs by comparing the calculated moving distance value calculated by the wheel measuring unit and the measured moving distance value calculated by the distance measuring unit, the rotation speed and the calculated moving distance of each wheel measured by the wheel measuring unit Calculate the wheel diameter for the value and the measured moving distance value to correct the wheel diameter error,
It includes a track measurement unit to correct the track error,
The track measurement unit includes an IMU sensor,
Calculating a calculated rotation angle measured through the wheel measuring unit provided on each wheel and a measured rotation angle value measured by the track measuring unit,
The error correction control unit calculates the calculated rotation angle from the moving distance calculated from the rotation speed of the pair of front or rear wheels measured by the wheel measurement unit, and calculates the track from the difference between the calculated rotation angle and the measured rotation angle and the wheel diameter. An error correction device that calculates the track distance from the diameter of a pair of front or rear wheels and the distance traveled when turning, and then corrects the track error.
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