KR20020079132A - 차선방법을 이용한 이동 로봇의 장애물 회피 방법 - Google Patents

Abstract

2 차원 평면상에서 이동 로봇이 센서에 의해서 위치와 크기가 감지된 장애물을 피하면서 주어진 목표 방향으로 주행하기위한 장애물 회피 방법을 출원한다. 여기에서 로봇과 장애물은 2 차원적으로 모델링한다. 즉 로봇과 장애물의 평면적인 2 차원 형상만을 고려하여 로봇이 장애물을 피하는 방법이다. 장애물의 위치와 형상에 관한 정보는 센서(예: 초음파 센서 어레이, 레이져 레인지 센서, 또는 영상 신호 처리)에 의해서 매 쌤플링 시각마다 감지된다. 본 방법은 감지된 장애물의 위치와 형상 정보, 로봇의 현재 위치, 속도, 가속도, 그리고 주어진 로봇의 주행 목표 방향 정보를 종합하여 로봇이 장애물을 피하면서 목표 방향으로 주행하게한다. 본 방법은 센서의 장애물 감지 범위 내의 로봇 작업 영역을 차선으로 구분하고 이들 차선들중 장애물 회피를 포함한 로봇의 주행 성능을 가장 높일 수 있는 최적의 차선을 선택한다. 그리고 선택된 차선으로 로봇이 진입하여 이 차선을 따라가기에 가장 적합한 로봇의 병진(translation) 속도와 회전(rotation) 속도를 구하여 이 병진 속도와 회전 속도를 이동 로봇에 명령으로 입력하여 이동 로봇이 주행하게한다.

Description

차선 방법을 이용한 이동 로봇의 장애물 회피 방법 {Obstacle Avoidance Method of a Mobile Robot Using Lane Method}

본 발명은 자동화 기술에 속하며 전기 전자 기술, 컴퓨터 기술, 그리고 기계 기술등과 관련이 있다.

기존의 방법들을 로봇을 제어하기 위한 명령의 형태를 고려하여 크게 두 가지로 구분해보면, 로봇의 무충돌 이동 방향을 결정하여 로봇에 명령을 내리는 "방향 명령 방식"과 장애물 회피에 적합한 병진 속도와 회전 속도를 구해내는 "속도 공간 명령 방식"으로 크게 구분할 수 있다. 방향 명령 방식은 로봇이 장애물과 충돌하지 않는 경로를 찾아내는데는 효율적이나, 로봇 이동상의 동력학적인 제한들을 고려하지 못하여 실제 로봇이 이동할 때 좁은 통로를 빠져나가지 못한다든지, 로봇의 이동 궤적에 진동이 발생하기도한다. 이러한 방식들의 예로는 V-그래프 탐색 방법[참고 문헌 1], 인공 전위계 방법[참고 문헌 2,3,4], 벡터장 히스토그램(Vector Field Histogram) 방법[참고 문헌 4]등이 있다. 이 방법들은 효율적으로 충돌 회피를 위한 이동 방향을 구해내지만 로봇의 동력학적인 제한 조건을 고려하지 않은 것들이 대부분이었고, 동력학적인 제한 조건을 고려하기에는 부적합한 방법들이었다. 이중 벡터장 히스토그램 방법[참고 문헌 4]은 인공 전위계 방법을 발전시킨 것으로서 비교적 좁은 통로에서도 부드럽고 성공적으로 로봇을 이동하게 하지만 로봇의 동력학적 제한 조건을 고려하지 못하여 많은 장애물이 흩어져 있는 경우 로봇의 이동에 문제를 발생시킨다.

속도 공간 명령 방식은 장애물에 관한 정보와 로봇의 동력학적 제한 조건을 고려하여 로봇의 병진 속도 명령과 회전 속도 명령을 구해낸다. 이 방식에서는 로봇의 이동 궤적이 원호들로 이루어져있다고 가정하였다[참고 문헌 5,6,7,8,9]. 이들 중 CVM(Curvature-Velocity Method)[참고 문헌 5]은 병진 속도-회전 속도 공간에서 제한 조건들을 만족시키는 동시에 설정한 목표 함수를 최대로 만드는 점을 구하였다. 여기에서는 로봇의 병진 속도와 가속도, 그리고 회전 속도와 가속도를 최대값 이하로 유지하여, 로봇의 동력학적인 제한 조건을 고려하였다. 이 방법은 실내 환경에서 부드럽고 빠르게 그리고 안정되게 로봇이 이동할 수 있게 한다. 그러나 때때로 좀더 효율적인 충돌 회피 경로가 있는 경우에도 이를 찾지 못하는 단점이 있다. 예를 들어 로봇의 진행 방향과 직각 방향으로 충돌 회피 통로가 있고 그 통로가 좁은 경우에 이를 찾지 못하기도 한다. 또한 로봇의 진행 방향에 장애물이 있고 그 장애물의 주변에 충분한 충돌 회피 경로가 있는 경우에도 이를 피하기 위한 회피 동작을 장애물에 가까이 다가가서야 시작하여 급격한 우회 동작을 하게 한다. 이러한 문제점은 로봇의 이동 경로를 원호로 가정하여, 이 원호 경로들 중 장애물과의 충돌 회피 원호 거리가 긴 경로를 선택하여 로봇이 이를 따라가도록 제어하기 때문에 발생한다.

원호 궤적을 이용한 방법들 중 조종각 필드 방법(Steering Angle Field Method)[참고 문헌 7]에서는 장애물과 접하는 원호 궤적을 로봇 조종각에 대한 제한 조건으로 하여 로봇의 조종각 명령을 구한다. 이 방법은 곡률-속도 방법과 달리 병진 속도와 회전 속도를 동시에 구하지 못하는 단점이 있다. [참고 문헌 6]의 방법은 로봇의 동력학적 제한 조건을 고려하여 원호 궤적들을 이산(discrete) 집합으로 나누고, 목표 방향에 가장 근접한 원호 궤적을 선택한다. 이 방법은 곡률과 속도를 2 단계 과정을 통하여 구한다. 동적 윈도우(dynamic window) 방법[참고 문헌 8]에서는 이러한 2 단계 방법을 통합하여 한번의 과정에서 곡률과 속도를 구한다. 이러한 방법들은 대부분 실내 주행 로봇의 이동에 적용하기 위한 방법들인데, 비슷한 방식으로 실외 주행 로봇의 장애물 회피에 적용하기 위한 방법[참고 문헌 9]도 개발되었다. 이상의 방법들은 원호들을 이산 집합으로 구분함으로서 실제의 최적 원호 궤적을 찾지 못하는 경우도 발생하는 단점이 있다. 따라서 본 방법에서는 방향 명령 방식과 속도 공간 명령 방식의 단점들을 보완하고 장점들을 살리기 위해서 두 방식을 결합한다. 이를 위해 첫 단계에서는 차선 방법이라는 새로운 방향 명령 방식을 통하여 로봇의 동작 영역을 차선들로 구분한 후, 장애물 회피, 운행의 효율성, 그리고 목표 방향으로의 지향성(Goal directedness)을 고려하여 최적의 차선을 선택한다. 그리고 선택된 차선으로 로봇을 진입시키고 차선을 따라가게 하기 위한 로봇의 무충돌 이동 방향(Collision-free local heading)을 결정한다. 차선 방법은 충돌을 피하기 위한 효율적인 이동 방향은 결정할 수 있지만, 로봇의 동력학적 제한 조건을 고려하지는 못한다. 따라서 차선 방법에 의해서 구해진 무충돌 이동 방향을 곡률-속도 방법에 방향 명령(Heading command)으로 입력하여, 곡률-속도 방법에 의해서 로봇의 동력학적인 제한 조건을 고려한 병진 속도 명령과 회전 속도 명령을 구한다.

본 방법은 먼저 차선 방법에 의해서 로봇의 무충돌 이동 방향을 구하므로 속도 공간 명령 방식에서의 문제점인 효율적인 충돌 회피 경로를 지나쳐버리는 현상을 제거할 수 있다. 그리고 무충돌 이동 방향을 직접 로봇의 명령으로 주지 않고, 로봇의 동력학적 제한 조건을 만족시키는 속도 공간 명령으로 변환하여 로봇의 구동에 이용하므로, 방향 명령 방식의 단점인 동력학적인 제한 조건을 고려하지 못하는 점도 개선할 수 있다.

본 방법은 2 차원 공간에서 모델링된 이동 로봇이 센서에 의해 검출된 장애물을 피하면서 주어진 목표 방향으로 주행하게하는 실시간 알고리즘이다. 이동 로봇과 장애물은 평면적으로 2 차원의 형상으로 모델링된다. 그리고 장애물의 위치와 형상은 센서에 의해 실시간으로 주어지는 것을 전제로한다.

사람을 대신해 작업하는 이동 로봇이 스스로의 판단에 의해서 주어진 작업을 가장효율적으로 해내기 위해서 자율 동작 기능을 가져야한다. 이러한 자율 동작 기능의 하나인 장애물 회피 기능은 사람의 도움 없이 이동 로봇을 주행하게하기 위한 핵심 기술의 하나이다. 이러한 장애물 회피 기능이 없는 경우 로봇은 하드웨어적으로(예: 로봇의 주행면에 전기 자기적인 유도를 위한 유도로를 부착하거나 매설하는 방법) 정해진 길을 프로그래밍에 의해서 정해진 속도와 정해진 순서에 의해 주행하면서 경로상에 장애물이 있는 경우 단순히 정지하여 장애물이 치워지기를 기다려야하므로 작업의 효율성과 유연성이 떨어진다. 장애물 회피 기능을 가진 이동 로봇의 경우에는 설정된 목표 방향을 따라 이동하면서 장애물 감지시 이를 스스로의 판단에 의해서 피하면서 설정된 목표 방향을 유지하여 주행하게된다. 본 발명의 내용은 이러한 장애물을 회피하면서 주어진 목표 방향으로 이동 로봇을 주행하게하는 로봇의 병진 속도 명령과 회전 속도 명령을 생성하는 방법이다. 이동 로봇은 매 샘플링 시각마다 생성된 병진 속도 명령과 회전 속도 명령에 따라서 다음 샘플링 시각까지 주어진 병진 속도와 회전 속도로 주행한다.

이동 로봇의 충돌 회피 방법은 로봇이 장애물을 피하여 안전하게 이동하게하는 동시에 빠른 속도로 주행하게하여야한다. 이를 위해서는 로봇의 운동성능과 동력학적인 면들을 고려하여 로봇의 병진 속도 명령과 회전 속도 명령이 구해져야한다. 본 방법에서는 차선 방법을 이용하여 로봇의 장애물 회피를 위한 최적의 이동 방향을 결정한 뒤, 기존의 곡률-속도 방법을 이용하여 로봇의 병진 속도 명령과 회전 속도 명령을 생성한다.

[도 1] - 차선 및 차선 표현을 위한 변수들

차선은 장애물까지의 무충돌 거리를 구하여 무충돌 거리가 비슷한 영역들을 로봇의 목표 방향으로 구분하여 형성된다. 구성된 차선들중번째 차선은 차선의 폭(Width), 무충돌 거리, 로봇으로부터번째 차선으로의 무충돌 방향각(Viewing angle)의 3 가지 parameter 에 의해서 표현된다.

[도 2] - 방향 명령과 방향각, 경계각 사이의 관계

방향 명령는 방향각() 과 경계각사이의 값을 갖는다.

[도 3] - 장애물 회피 방법의 흐름도

장애물 회피는 매 샘플링 시각마다 차선 구분, 최적의 차선 선택, 방향 명령 결정, 병진 속도와 회전 속도 명령 발생의 4 단계를 반복함으로서 이루어진다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

A:-무충돌 방향각

B:(Boundary angle) -경계각

C:-차선의 폭

D:-무충돌 거리

E:(goal direction) -목표 방향

F:(Heading command) -방향 명령

G:-로봇의 현재 방향

이동 로봇은 매 샘플링 시각마다 주행을 위한 명령을 받아들여서 다음 샘플링 시각까지 이 명령에 따라 이동하는 과정을 반복하여 주행한다. 로봇에 따라서 병진 속도와 회전 속도 명령을 받아들이거나, 병진 속도 명령과 회전 방향 명령을 받아들이는 경우, 또는 차륜 구동 로봇의 경우 각 구동 바퀴의 회전 속도 명령을 받아들이는 경우가 있다. 본 방법은 이동 명령으로서 병진 속도와 회전 속도를 받아들이는 로봇을 대상으로한 장애물 회피 방법이다. 병진 속도 명령과 회전 속도 명령은 각 구동 바퀴의 회전 속도 명령으로 변환시킬 수 있다. 본 방법은 차선 구분, 최적 차선 선택, 무충돌 이동 방향 결정, 병진 속도와 회전 속도 명령 생성의 4 단계로 이루어진다. 각 단계별 설명은 다음과 같다.

단계 1: 차선 구분

먼저 본 방법에서는 장애물의 위치와 크기, 로봇의 현재 목표 방향 정보에 의거해 로봇의 장애물 감지 영역을 몇 개의 차선으로 구분한다. 차선의 방향은 로봇의 이동 목표 방향(로봇의 현재 위치에서 로봇의 목표점까지의 방향)으로 한다. 각각의 차선들은 로봇이 차선 방향으로 진행했을 때 장애물과 만나기까지의 무충돌 직선 거리가 비슷한 공간들을 서로 합쳐서 구성한다. 따라서 각각의 차선들은 단일한 무충돌 거리를 가진다.

본 방법에서는 차선의 결정을 용이하게 하고 곡률-속도 방법에서의 장애물 처리 방법과의 일치를 위해서 장애물들의 형상을 원으로 근사시킨다. 따라서 장애물들은중심 위치와 반지름에 의해서 표현된다. 그리고 각 장애물의 반지름을 로봇 크기의 반지름 만큼 증가시켜서 장애물을 형상 공간(Configuration space) 상의 장애물로 변환하여, 로봇을 점으로 취급할 수 있게 한다.

각 차선을 기술하기 위한 변수들은 다음과 같다.

:번째 차선의 폭(Width)

:번째 차선의 무충돌 거리

: 로봇으로부터번째 차선으로의 무충돌 방향각(Viewing angle)

이들 변수들과 차선들의 결정 방법을 도 1 에서 설명한다.

도 1에서 차선의 숫자은= 6 이다. 로봇의 작업 공간 중에서 센서의 장애물 검출 가능 영역 이내의 공간에서 차선을 결정한다. 그리고 로봇은 후진 이동을 하지 않으며 급격한 방향 전환을 하지 않으므로, 차선을 결정할 때 목표 방향에서 일정한 각도 이상 벗어나 있는 장애물들은 고려하지 않는다. 이 각을 경계각(Boundary angle)이라 부르고,로 표시한다.는 목표 방향의 왼쪽과 오른쪽에 대하여 각각 결정하며 다음과 같이 설정한다.

= 를 너무 크게하면 불필요하게 넓은 영역의 장애물들 고려하여 차선을 결정하므로 불필요한 계산 시간이 소요되고,가 너무 작으면 로봇의 방향 전환 영역을너무 제한하여 충돌 회피 경로를 찾지 못하게된다.

번째 차선의 무충돌 거리는 로봇이 출발선(Starting line)으로부터 차선을 따라 이동할 때 장애물과 충돌하기까지의 최대 직선 거리이다.번째 차선으로의 무충돌 방향각는 로봇이 현재 위치에서번째 차선으로 충돌 없이 이동하기 위한 최소 조향각으로서 목표 방향로부터 측정한다. 방향각를 결정할 때,번째 차선 전체가 출발선에서부터의 거리 이후에는 막혀있는 것으로 가정한다. 그리고(은 로봇이 현재 위치해있는 차선의 번호) 이고인 경우,로 한다. 즉, 차선의 장애물이 차선번 차선의 장애물에 가리어지는 경우는로 설정한다.

차선을 지나치게 세분화하면, 어떤 차선은 주변 차선과 합쳐져서 안전한 통로를 만들 수는 있지만 자신의 폭은 좁은 경우가 발생할 수 있다. 그런데 충돌 회피를 위해 차선을 선택할 때, 좁은 차선은 선택하지 않으므로 이러한 차선은 선택되지 않게된다. 또한 지나치게 차선을 세분화하여 차선의 갯수가 많아지면 처리하는데 많은 시간이 소요된다. 따라서 불필요하게 차선을 세분화하는 것 보다, 차선의 폭이 매우 좁은 경우나 두개의 인접한 차선의 무충돌 거리가 비슷한 경우, 두개의 차선을 통합하여 하나의 차선으로 만드는 것이 바람직하다. 불필요하게 세분화되어 차선 폭이 좁아지고 계산 시간이 길어지는 것을 막기위해, 다음의 (규칙 1)에 의해서 좁은 차선을 주위의 다른 차선과 통합한다.

(규칙 1)인 어떤에 대하여,이고이면,번째 차선을번째 차선과번째 차선 중 무충돌 거리가 작은 차선으로 통합한다.

을 너무 크게하면 충돌 회피가 가능한 좁은 통로를 찾지 못하게되고,을너무 작게하면 좁은 차선이 많이 형성되어 위에 제시한 문제점이 발생한다.

그리고 두 개의 서로 인접한 차선이 무충돌 거리가 비슷한 경우에는 다음의 (규칙 2) 에 의하여 차선을 통합한다.

(규칙 2)인에 대하여,이면, 무충돌 거리가 큰 차선을 무충돌 거리가 작은 차선으로 통합한다.

을 크게하면 무충돌 거리가 큰 차선이 무충돌 거리가 작은 차선과 통합되므로 좀더 안전한 무충돌 공간을 찾지 못하게되고,을 작게하면 차선의 통합 효과가 저하된다.

단계 2: 최적의 차선 선택

차선이 구분되면 이들 중 로봇이 장애물을 피하면서 효율적으로 목표 방향으로 이동하기에 알맞은 차선을 선택한다. 충돌 회피를 위해서는 무충돌 거리가 길고, 폭이 넓은 차선을 선택하여야한다. 그리고 효율적인 로봇의 방향 조정을 위해서는 방향 명령의 변화량이 적을수록 좋다. 잡음의 영향을 많이 받는 초음파 센서에 의해서 실제 존재하지 않는 장애물이 검출되어 갑자기 방향 명령이 크게 변화하는 것을 막기 위해서도 방향 명령의 변화량을 되도록 작게 하는 것이 바람직하다. 또한 로봇이 빠르게 이동하기 위해서는 로봇의 방향 명령이 로봇의 현재 방향과 가까운 것이 바람직하다. 이러한 사실들로부터 차선 선택 함수(Lane selection function)를 다음과 같이 설정한다.

(2)

여기에서

(3)

( previous heading command )

( current orientation of the robot )

위의 식에서는 방향각를 로봇을번째 차선으로 이동시키기 위한 방향으로 간주하여 사용하였다. 이것은 방향각가 로봇을 현재 위치에서번째 차선으로 충돌 없이 이동하게하는 최소 조향각이기 때문이다. 식 (2)에서 각각의 항들은 식 (3)에서와 같이 각각 최대값에 의해서 한정되어지고, 정규화(Normalization)되어졌다.는 방향 명령의 변화량을 작게하기 위한 항이고,는 방향 명령을 로봇의 현재 방향에 가깝게 하기 위한 항이다.값들은 각각의 항들에 대한 가중치(Weighting)들이다. 만일과를 다른 값들보다 상대적으로 크게하면 로봇 이동 방향의 변화가 커지며 좀더 안전한 공간을 찾아갈 수 있게되지만, 로봇 이동 방향의 변화가 심하여 이동 궤적에 진동이 발생하고 센서의 잡음에 지나치게 민감하게 반응하여 충돌 회피 공간을 찾지 못하게된다. 반면,와가 다른 값에 비하여 지나치게 크면 로봇 이동 궤적은 부드러워지지만, 무충돌 공간을 찾지 못하게된다. 식 (2)를 최대로 하는를 구하면, 로봇이 충돌을 피하면서 빠르고 효율적으로 목표 방향으로 이동하기 위한 차선이 구해진다.

단계 3: 방향 명령[무충돌 이동 방향]의 결정 방법

식 (2)를 최대로 하는 차선을 선택했을 때, 로봇이 이미 선택된 차선 내에 있는 경우에는 로봇은 목표 방향으로 계속 나아가면 되므로 로봇의 방향 명령은 로봇의 목표 방향과 일치하게된다. 그러나 로봇이 선택된 차선 내에 있지 않는 경우에는 로봇을 선택된 차선에 보내기 위한 방향 명령이 결정되어야한다. 선택된 차선에 따라 방향 명령(Heading command)을 결정하는 방법은 다음과 같다.

먼저 선택된 차선이번째 차선이라 하고, 로봇이 현재번째 차선에 있지 않다고 가정하자.번째 차선으로의 방향각는 로봇이 현재 위치에서번째 차선으로 진입하기 위한 최소 조향각이므로, 방향 명령의 절대값은보다 커야한다. 그리고 차선을 구분할 때 목표 방향으로부터 경계각이내의 장애물들만을 고려하였으므로, 방향 명령의 절대값은보다 작아야한다. 따라서 방향 명령는 다음과 같이 주어진다.

(4)

여기에서은 현재 로봇이 속해있는 차선의 번호이고,는임

식 (4)에서는 방향 명령을 방향각와 경계각사이에서 어떤 값을 가지게 할 것인지를 결정한다. 만일이면 방향 명령은 방향각가된다. 로봇이방향으로 이동하면 로봇은 장애물과 여유 공간이 없이번째 차선으로 진입한다. 만일이면 방향 명령은 경계각가 되어 로봇이 항상 왼쪽 또는 오른쪽의 극단적인 방향으로 이동한다.로하면 방향 명령이번째 차선으로의 방향각과 경계각 사이의 중간값을 가지게된다. 도 2 에 방향 명령, 방향각, 그리고 경계각 사이의 관계를 나타내었다.

단계 4: 병진 속도와 회전 속도 명령 생성

단계 3에서 방향 명령이 결정되면, 이 방향 명령을 기존의 곡률-속도 방법에 입력하여 로봇을 구동하기 위한 병진 속도와 회전 속도를 구한다. 곡률-속도방법[참고 문헌 5]은 이동 로봇의 지역 장애물 회피 문제를 속도 공간에서의 제한 최적화(Constrained optimization) 문제로 변환한다. 이 방법은 속도 공간에서 이동 로봇의 제어 입력을 구하므로, 로봇의 병진 운동과 회전 운동상의 한계 내에서 병진 속도 명령과 회전 속도 명령을 구할 수 있어서, 로봇의 동력학적인 제한 조건을 고려할 수 있다. 곡률-속도 방법은 다음의 목적 함수를 최대로 하는 병진 속도와 회전 속도를 구한다.

(5)

여기에서는 로봇이 곡률이인 원호 경로를 따라 이동할 때, 장애물들의 집합와 충돌하지 않고 이동 할 수 있는 최대 원호 길이이다. 원호 길이는 일정한 제한 최대 거리에 의해서으로 정규화된다. 이것은 무충돌 원호 길이가이상이 되는 경우에는 모두 동일하게로 간주하여, 실제로이상의 무충돌 원호 거리를 가지는 경우에는 장애물 회피에 문제가 없음을 의미한다.을 너무 크게하면 실제 장애물 회피에 문제가 없음에도 목적 함수가 작은 값을 갖게되고, 반대로을 너무 작게하면 무충돌 원호 길이의 차이를 장애물 회피에 충분히 고려하지 못하게 된다. 보통의 경우은 3 m 정도로 가능하다.는 로봇이시간 동안 회전 속도로 회전했을 때의 방향각인와 로봇의 이동 목표각(는 로봇에 부착된 로봇 좌표계에서의 값)와의 차이를 최대값에 의해서 정규화한 값으로서, 로봇의 목표 방향으로부터의 방향 편차를 나타낸다. 여기에서는 로봇에 속도 공간 명령을 입력하는 시간 주기이다. 그리고는 로봇의 병진 속도를 최대값에 의해서 정규화한 값이다. 식 (5)의를 최대화함으로서 로봇은 가능한 가장 빠른 병진 속도로 이동하면서, 최단 시간내에 목표각 방향으로 회전하는 동시에 장애물과의 거리를 멀리 유지하는 원호 경로를 따라 이동하게된다.,,값들은 각각 무충돌 원호 거리, 목표 방향으로의 방향성, 로봇의 속도를 어느 정도의 우선 순위에 의해서 고려할 것인지를 결정하는 가중치이다.

곡률-속도 방법에서는 로봇의 동력학적인 면을 고려하기 위해서, 로봇의 병진 운동과 회전 운동상의 물리적인 한계를 다음 식 (6)와 같이 표현하여 제한 조건으로 한다.

(6)

여기에서와은 각각 로봇의 현재 병진 속도와 현재 회전 속도를 나타내며,은 로봇의 가속 시간 주기로서 보통 식 (5)의와 같은 값을 갖는다. 이 제한 조건은 로봇의 병진 속도, 회전 속도, 병진 가속도, 그리고 회전 가속도를 각각 최대값, 그리고이하로 제한한다. 식 (6)의 제한 조건들 중는 로봇이 후진하지 않도록 한다는 것을 의미한다. 이 방법에서는 로봇의 병진 속도를 항상시간 내에 0 으로 만들어, 예기치 못한 문제가 발생하는 경우 로봇을 되도록 빠르게 정지시키기 위해서 제한 조건에를 포함하지 않는다. 전체적으로 곡률-속도 방법은 식 (6)의 동력학적 제한 조건을 만족시키며 식 (5)의를 최대로하는 병진 속도 명령와 회전 속도 명령를 구함으로서, 로봇이 물리적인 구동 능력의 한계 내에서 장애물을 피하면서 목표 방향으로 빠르고 부드럽게 이동하게한다.

본 방법을 적용하여 이동 로봇이 장애물 회피동작을 하는 경우에 기존 방법에 비해 로봇은 더욱 안전하고 빠르게 장애물을 피하게된다. 더욱이 기존의 방법들을 이용하는 경우, 목표 방향의 좁은 통로를 찾지 못하고 지나치는 경우가 발생할 수 있으나, 본 방법을 사용하면 좁은 통로를 기존 방법에 비해서 잘 찾아낸다.

Claims (5)

1. 로봇의 작업 영역을 차선으로 구분하는 방법(단계 1)
2. 작업 영역내의 차선들 중 로봇 주행에 최적인 차선을 로봇이 선택하는 방법(단계 2)
3. 차선의 특징을 표현해주는 변수들을 이용하여 로봇의 무충돌 이동방향을 결정하는 방법(단계 3)
4. 로봇주행시 병진 속도와 회전 속도 명령 생성방법(단계 4)
5. 장애물 회피 방법의 전체 흐름(도 3)

   [도1]차선 및 차선 표현을 위한 변수들

   [도2]방향 명령과 방향각, 경계각 사이의 관계

   [도3]장애물 회피 방법의 흐름도