KR20050121042A - Method for tuning parameter of robot - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이동로봇의 파라미터 보정방법에 대한 것으로, 보다 상세하게는, 이동로봇의 구동초기에 주변환경을 이용하여 이동로봇의 파라미터(구동휠의 직경 및 구동휠간 거리)를 보정하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for calibrating a parameter of a mobile robot, and more particularly, to a method for calibrating parameters (diameter of driving wheel and distance between driving wheels) of a mobile robot by using the surrounding environment in the initial stage of driving of the mobile robot. .
Description
본 발명은 이동로봇의 파라미터 보정방법에 대한 것으로, 보다 상세하게는, 이동로봇의 구동초기에 주변환경을 이용하여 이동로봇의 파라미터(구동휠의 직경 및 구동휠간 거리)를 보정하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for calibrating a parameter of a mobile robot, and more particularly, to a method for calibrating parameters (diameter of driving wheel and distance between driving wheels) of a mobile robot by using the surrounding environment in the initial stage of driving of the mobile robot. .
도 1은 일반적인 이동로봇의 구동장치를 나타내는 구성도이다.1 is a configuration diagram showing a driving device of a general mobile robot.
이동로봇(10)의 구동장치는, 도 1을 참조하여 보면, 구동휠(10a, 10b)과 캐스터(20a, 20b) 및 레이저스캐너(30)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, the driving device of the mobile robot 10 includes driving wheels 10a and 10b, casters 20a and 20b, and a laser scanner 30.
상기 구동휠(10a, 10b)은 일반적인 바퀴형상으로, 지면과 접촉되는 부분은 탄성체로 형성된다. 상기 구동휠(10a, 10b)은 이동로봇의 중심축을 기준으로 좌우로 하부프레임(40)에 장착되며, 구동모터(12a, 12b)에 의하여 구동된다. 상기 구동휠(10a, 10b)의 구동속도는 구동휠(10a, 10b)의 측면에 설치된 엔코더(14a, 14b)에 의하여 측정된다.The driving wheels 10a and 10b have a general wheel shape, and a part contacting with the ground is formed of an elastic body. The driving wheels 10a and 10b are mounted to the lower frame 40 from side to side based on the central axis of the mobile robot and are driven by the driving motors 12a and 12b. The driving speeds of the drive wheels 10a and 10b are measured by encoders 14a and 14b provided on the side surfaces of the drive wheels 10a and 10b.
상기 캐스터(20a, 20b)는 상기 구동장치의 전방과 후방에 각각 설치되며 이동로봇(10)을 지지하게 된다. 상기 캐스터(20a, 20b)는 상기 구동휠(10a, 10b)의 장착위치에 따라 전방 또는 후방에만 사용될 수 있음은 물론이다.The casters 20a and 20b are respectively installed at the front and the rear of the driving device to support the mobile robot 10. The casters 20a and 20b may be used only at the front or the rear, depending on the mounting positions of the driving wheels 10a and 10b.
상기 레이저스캐너(30)는 전방의 소정각도에 대하여 레이저를 스캔하면서 조사하고 수신하여 전방의 벽체 등 구조물의 거리, 크기 등을 감지하게 된다.The laser scanner 30 detects the distance and size of a structure such as a wall in front of the front wall by scanning and receiving a laser beam at a predetermined angle.
이동로봇은 상기에서 살펴본 바와 같이 이동로봇의 제어부에 의하여 제어되는 구동모터로 구동휠을 구동하여 전후이동과 회전을 하게 된다. 따라서 이동로봇이 원하는 방향과 거리로 이동시키기 위해서는 구동모터의 제어정밀도도 중요하지만 양쪽 구동휠의 균일한 형상과 조립이 중요하게된다.As described above, the mobile robot drives the driving wheel with the driving motor controlled by the control unit of the mobile robot to move back and forth and rotate. Therefore, the control accuracy of the drive motor is also important for the mobile robot to move in the desired direction and distance, but the uniform shape and assembly of both drive wheels becomes important.
그러나 실제에서는 이동로봇의 구동장치는 여러 가지 이유에 의하여 균일하게 제작되지 않게 되며 이동 중에 오차를 발생하게 된다. 즉 좌우 구동휠의 균등하지 않은 직경, 설계치와 다른 가공오차에 의한 좌우구동휠의 평균직경의 차이, 구동휠 조립시의 오차(misalignment), 상기 조립오차와 구동휠의 두께에 따른 구동휠간거리의 불확실성, 제한된 엔코더의 정밀도, 제한된 엔코더의 샘플링 정밀도 등에 의하여 이동로봇의 구동장치는 실제에 있어서 이동거리의 오차를 발생시키게 된다. 이러한 오차를 줄이기 위해서는 이동로봇의 파라미터 즉 구동휠의 직경 및 구동휠간 거리를 측정하여 제어변수에 반영하는 것이 필요하게 된다.However, in practice, the driving device of the mobile robot is not uniformly manufactured for various reasons, and an error occurs during the movement. That is, the difference between the average diameter of the left and right driving wheels due to the uneven diameter of the left and right driving wheels, the design value and other processing errors, the misalignment when the driving wheels are assembled, and the distance between the driving wheels according to the assembly error and the thickness of the driving wheels. Uncertainty, limited encoder precision, limited encoder sampling accuracy, etc., cause the driving device of the mobile robot to actually generate errors in the moving distance. In order to reduce this error, it is necessary to measure the parameters of the mobile robot, that is, the diameter of the driving wheel and the distance between the driving wheels, and reflect them in the control variable.
종래의 이동로봇의 파라미터를 보정하는 방법으로는 미시간대학에서 제안한 UMB mark 라는 방법이 일반적으로 사용되고 있다, 이는 이동로봇을 4m X 4m의 정사각형 경로를 따라 시계방향 및 반시계 방향으로 이동하여 시작점과 끝점의 차이를 측정하여 파라미터를 보정하는 방법이다. 그러나 상기와 같은 방법을 사용하기 위해서는 사용자가 이동로봇의 주행시작점과 끝점을 일일이 측정하여야 하며, 이동로봇을 이동하기 위한 4m X 4m의 물리적 공간을 확보하여야 하는 문제점이 있다.As a method of calibrating the parameters of the conventional mobile robot, the UMB mark proposed by the University of Michigan is generally used. It moves the mobile robot clockwise and counterclockwise along a 4m X 4m square path, and thus starts and ends. It is a method to calibrate the parameters by measuring the difference between them. However, in order to use the above method, the user must measure the driving start point and the end point of the mobile robot one by one, and there is a problem that a physical space of 4m X 4m for moving the mobile robot must be secured.
또한 이동로봇이 주행 중에 90도 회전하는 경우에는 이동로봇의 회전방법(하나의 구동휠만 구동, 양 구동휠의 동시구동, 라운드패스를 형성하는 구동)에 따라서 그 결과에 편차가 발생하는 문제점이 있다.In addition, when the mobile robot rotates 90 degrees while driving, there is a problem in that the deviation occurs depending on the method of rotating the mobile robot (only one driving wheel is driven, simultaneous driving of both driving wheels, and driving to form a round pass). have.
또한 이동로봇의 파라미터를 보정하는 방법으로는 컴퓨터를 이용하여 구현되는 알고리즘을 사용하는 방법이 있다. 즉 이는 이동로봇을 일정한 벽면을 따라서 일정거리간격으로 왕복주행하면서 이동로봇이 내부적으로 계산한 경로와 실제경로와의 차이를 최소화하는 파라미터를 구하는 방법이다. 그러나 이 방법은 실제 이동로봇에 적용하기 위해서는 복잡한 알고리즘을 수행해야 하는바, 그 구현이 쉽지 않다는 문제점이 있다.In addition, there is a method of calibrating the parameters of the mobile robot using an algorithm implemented using a computer. In other words, this method is to obtain a parameter that minimizes the difference between the path calculated by the mobile robot internally and the actual path while reciprocating the mobile robot at a certain distance along the wall. However, this method requires a complex algorithm to be applied to a real mobile robot, which is problematic in its implementation.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 이동로봇의 구동초기에 주변환경을 이용하여 이동로봇의 파라미터(구동휠의 직경 및 구동휠간 거리)를 자동으로 보정하는 이동로봇의 파라미터 보정방법을 제공함을 그 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a method for calibrating a parameter of a mobile robot that automatically corrects parameters of the mobile robot (diameter of driving wheel and distance between driving wheels) by using the surrounding environment at the beginning of driving of the mobile robot. The purpose is to provide.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 이동로봇의 파라미터 보정방법은 좌우구동휠과 상기 좌우구동휠의 회전수를 측정하는 엔코더를 포함하는 구동장치와 레이저스캐너가 장착된 이동로봇의 파라미터 보정방법에 있어서, "ㄱ"로 형성된 벽면의 정면벽면에 수직으로 일정거리 이동한 후 상기 엔코더에 의한 이동거리와 상기 레이저스캐너에 의한 이동거리로부터 상기 좌우구동횔의 평균직경을 보정하는 휠평균직경보정단계와 상기 정면벽면을 기준으로 상기 이동로봇이 회전한 후 상기 엔코더에 의한 회전각도와 상기 레이저스캐너에 의한 회전각도의 차이 및 상기 평균직경으로부터 상기 좌우구동휠의 휠간거리를 보정하는 휠간거리보정단계 및 상기 정면벽면에 수직하게 소정거리 이동한 후 상기 엔코더에 의한 이동위치와 상기 레이저스캐너에 의한 이동위치의 편차 및 상기 휠간거리로부터 상기 좌우구동휠의 직경편차를 보정하는 휠편차보정단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The parameter correction method of the mobile robot of the present invention for solving the above problems is a parameter correction method of a mobile robot equipped with a driving device and a laser scanner including a left and right drive wheel and an encoder for measuring the rotational speed of the left and right drive wheels. The wheel average diameter correction step of correcting the average diameter of the left and right driving 횔 from the movement distance by the encoder and the movement distance by the laser scanner after moving a predetermined distance perpendicularly to the front wall surface of the wall formed of "a" And a wheel distance correction step of correcting a difference between the rotation angle by the encoder and the rotation angle by the laser scanner and the wheel distance of the left and right driving wheels from the average diameter after the mobile robot rotates based on the front wall surface. After moving a predetermined distance perpendicular to the front wall surface, the moving position and the laser beam by the encoder It characterized from the deviation, and the wheel distance between the moving position according to you in that it comprises a wheel deviation correction step for correcting the variation in diameter of the right and left drive wheels.
또한 본 발명에서 상기 이동로봇은 상기 레이저스캐너를 사용하여 상기 벽면의 꼭지점과의 거리에 대한 정보로부터 상기 이동로봇의 실제위치를 구하도록 형성될 수 있다.In the present invention, the mobile robot can be formed to obtain the actual position of the mobile robot from the information on the distance to the vertex of the wall using the laser scanner.
또한 본 발명에서 상기 휠간거리보정단계는 상기 레이저스캐너를 사용하여 벽면의 꼭지점과 정면벽면과의 초기각도를 측정하여 상기 이동로봇의 초기위치를 설정하는 초기화과정과 상기 이동로봇의 좌우구동휠을 서로 반대방향으로 소정횟수 회전시킨 후 계산회전각도와 측정회전각도를 산출하는 회전각도산출과정 및 상기 계산회전각도와 측정회전각도의 차이와 상기 구동휠의 평균직경으로부터 구동휠간거리 차이 및 구동휠간거리를 산출하여 보정하는 휠간거리보정과정을 포함하여 구성될 수 있다.In the present invention, the inter-wheel distance correction step is to measure the initial angle between the vertex of the wall and the front wall using the laser scanner to initialize the initial position of the mobile robot and the left and right driving wheels of the mobile robot The rotation angle calculation process of calculating the calculated rotation angle and the measured rotation angle after rotating the predetermined number of times in the opposite direction, and the difference between the distance between the driving wheels and the distance between the driving wheels from the difference between the calculated rotation angle and the measured rotation angle and the average diameter of the driving wheels It may be configured to include the distance between wheel correction process to calculate and correct.
또한 본 발명에서 상기 휠편차보정단계는 상기 레이저스캐너를 사용하여 상기 벽면의 꼭지점의 위치 및 상기 정면벽면과 상기 이동로봇의 거리를 구하는 초기화과정과 상기 이동로봇을 상기 정면벽면에 수직한 방향으로 소정거리 이동한 후 계산이동위치와 측정이동위치를 산출하는 이동위치산출과정 및 상기 정면벽면에 평행한 방향에서의 상기 계산이동위치와 측정이동위치의 차이 및 상기 구동휠간거리로부터 좌우구동휠의 직경편차를 산출하여 보정하는 휠편차보정과정을 포함하여 구성될 수 있다.In the present invention, the wheel deviation correction step is the initialization process for obtaining the position of the vertex of the wall surface and the distance between the front wall surface and the mobile robot using the laser scanner and the mobile robot in a direction perpendicular to the front wall surface A moving position calculation process for calculating a calculated moving position and a measuring moving position after a distance movement, and the difference between the calculated moving position and the measuring moving position in a direction parallel to the front wall and the diameter deviation of the left and right driving wheels from the distance between the driving wheels. It may be configured to include a wheel deviation correction process for calculating and correcting.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 이동로봇의 파라미터 보정방법의 순서도를 나타낸다. 도 3은 레이저센서에 의한 라인추출방법을 나타내는 개략도를 나타낸다. 도 4는 구동휠의 평균직경을 보정하기 위한 이동로봇의 이동경로를 나타내는 도를 나타낸다. 도 5는 구동휠간의 거리를 보정하기 위한 이동로봇의 회전경로를 나타내는 도를 나타낸다. 도 6은 구동휠간의 직경차이를 보정하기 위한 이동로봇의 이동경로를 나타내는 도를 나타낸다.Figure 2 shows a flow chart of the parameter correction method of the mobile robot according to the present invention. 3 is a schematic view showing a line extraction method by a laser sensor. 4 is a view showing a movement path of the mobile robot for correcting the average diameter of the drive wheel. 5 is a diagram illustrating a rotation path of a mobile robot for correcting a distance between driving wheels. 6 is a diagram illustrating a movement path of a mobile robot for correcting a diameter difference between driving wheels.
본 발명은 이동로봇의 구동초기에 주변환경 특히 벽을 이용하여 이동로봇의 파라미터(구동휠의 직경 및 구동휠간 거리)를 보정하는 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 벽면이 "ㄱ"로 형성된 벽면을 이용하여 이동로봇의 파라미터를 보정하게 된다.The present invention relates to a method for correcting the parameters (diameter of the driving wheel and the distance between the driving wheels) of the mobile robot by using the surrounding environment, in particular, the wall, in the initial stage of driving the mobile robot. In particular, the present invention is to correct the parameters of the mobile robot using the wall surface is formed of the "b" wall.
본 발명에 따른 보정방법은, 도 2를 참조하여 보면, 좌우구동횔의 평균직경을 보정하는 휠평균직경보정단계(S10)와 구동휠간거리를 보정하는 휠간거리보정단계(S20) 및 좌우구동휠의 직경편차를 보정하는 휠편차보정단계(S30)를 포함하여 이루어진다.In the correction method according to the present invention, referring to Figure 2, the wheel average diameter correction step (S10) for correcting the average diameter of the left and right driving 횔 and the wheel distance distance correction step (S20) and the right and left driving wheel to correct the distance between the driving wheel It comprises a wheel deviation correction step (S30) for correcting the diameter deviation of the.
먼저 상기와 같은 각 단계를 수행하기 위한 이동로봇의 초기화 과정을 설명한다. 상기 초기화과정은 상기 레이저스캐너에 의하여 이동로봇 주위의 벽면의 형상을 감지하는 과정으로 특히 "ㄱ"로 형성된 벽면의 꼭지점을 산출하고 전면벽면과 측면벽면에서 이동로봇까지의 거리를 산출하게 된다. First, the initialization process of the mobile robot for performing each of the above steps will be described. The initialization process is a process of detecting the shape of the wall around the mobile robot by the laser scanner to calculate the vertices of the wall surface formed in particular "a" and to calculate the distance from the front wall and the side wall surface to the mobile robot.
상기 초기화 과정은, 도 3에서 보는 바와 같이, 반사점 그룹핑과정과 라인추출과정 및 꼭지점 결정과정을 포함하여 형성된다. As illustrated in FIG. 3, the initialization process includes a reflection point grouping process, a line extraction process, and a vertex determination process.
상기 그룹핑과정은 동일벽면에서 반사되는 레이저로부터 벽면을 인식하는 과정이다. 상기 레이저스캐너가 벽면을 향하여 소정각도, 바람직하게는 180도 각도로 레이저를 조사하고 반사되는 레이저를 수신하여 레이저가 조사된 점(60)들 중에서 일정한 거리 내에 있는 점들로 두 개의 그룹을 형성한다. 즉, 정면벽면(50a)에서 반사된 반사점(60a)들과 측면벽면(50b)에서 반사된 점(60b)들로 그룹을 형성하게 된다.The grouping process is a process of recognizing a wall surface from a laser reflected by the same wall surface. The laser scanner irradiates the laser at a predetermined angle, preferably 180 degrees, toward the wall and receives the reflected laser to form two groups of points within a certain distance among the irradiated points 60. That is, a group is formed of the reflection points 60a reflected from the front wall surface 50a and the points 60b reflected from the side wall surface 50b.
상기 라인추출과정은 상기 두 개의 그룹(60a, 60b)내에서 각각의 점들을 연결하여 직선(62a, 62b)을 구하게 된다. 보다 구체적으로는 직선은 먼저 상기 그룹의 점 중에서 시작점과 끝점을 대상으로 하여 직선을 긋고 다시 이 직선 상에서 일정거리 떨어진 점에서 다시 시작점과 끝점을 형성하여 이를 반복하여 라인을 추출하게 된다. 상기 추출된 라인에 대하여는 허프변환(Hough Transformation)을 이용하여 추출된 라인의 특성을 비교하고 서로 동일직선을 파악하고 이들을 서로 묵는다. 상기 허프변환(Hough Transformation)은 이러한 분야에서 일반적으로 사용되는 방법이므로 여기서 상세한 설명은 생략한다. 이때 라인의 구성점의 수가 적은 경우에는 라인이 아닌 장애물로 파악하여 제거한다.The line extraction process connects respective points in the two groups 60a and 60b to obtain straight lines 62a and 62b. More specifically, the straight line first draws a straight line with respect to the starting point and the end point among the points of the group, and again forms a starting point and an end point at a predetermined distance away from the straight line, and repeats this to extract a line. For the extracted lines, characteristics of the extracted lines are compared using Hough Transformation, and the same lines are identified to each other and the two lines are stayed. Since the Hough Transformation is a method generally used in this field, a detailed description thereof will be omitted. In this case, if the number of construction points of the line is small, it is recognized as an obstacle rather than a line and removed.
상기 꼭지점 결정과정은 상기 추출된 라인 중에서 끝점이 일정이하로 가까운 경우에는 두 라인(62a, 62b)의 교점을 꼭지점(64)으로 결정하게 된다. 상기 꼭지점은 본 발명에 따른 파라미터 보정과정에서 이동로봇의 이동시 초기 기준점의 역할을 하며, 이동후에 이동로봇의 이동거리를 산출할 때 기준점이 된다. 또한 상기 전방벽면(60a)은 이동로봇의 이동거리와 회전각도를 산출할 때 기준면이 된다. In the vertex determination process, when an end point of the extracted lines is close to a predetermined value or less, an intersection point of the two lines 62a and 62b is determined as the vertex 64. The vertex serves as an initial reference point when the mobile robot moves in the parameter correction process according to the present invention, and becomes a reference point when calculating the moving distance of the mobile robot after the movement. In addition, the front wall surface (60a) is a reference surface when calculating the moving distance and the rotation angle of the mobile robot.
다음은 본 발명에 따른 파라미터 보정방법의 각 단계를 설명한다.The following describes each step of the parameter correction method according to the present invention.
상기 휠평균직경보정단계(S10)는 초기화 과정과 이동과정과 평균직경보정과정을 포함하여 구성되며, 좌우 구동휠의 실제 평균직경을 구하여 보정하는 단계이다. 도 3은 구동휠의 평균직경을 보정하기 위한 이동로봇의 이동경로를 나타낸다. 상기 휠평균직경보정단계를 수행하는 여기서 평균직경은 좌우 구동휠의 직경을 합하여 2로 나눈 값으로 이동로봇이 이동하는 평균거리를 산출하는데 사용된다.The wheel average diameter correction step (S10) includes an initialization process, a movement process, and an average diameter correction process. The wheel average diameter correction step is a step of obtaining and correcting an actual average diameter of the left and right driving wheels. Figure 3 shows the movement path of the mobile robot for correcting the average diameter of the drive wheel. Wherein the wheel average diameter correction step, the average diameter is used to calculate the average distance that the mobile robot moves to the sum of the diameter of the left and right driving wheels divided by 2.
상기 초기화 과정은 상기에서 설명한 바와 같이 "ㄱ"로 형성된 벽면(50a, 50b)에 소정거리 이격되어 위치한 이동로봇(10)이 레이저스캐너(30)를 사용하여 정면벽면(50a)과의 각도와 꼭지점(64)과의 거리에 대한 정보를 구하여 자신의 위치를 초기화시키는 과정이다.In the initialization process, as described above, the mobile robot 10 positioned at a predetermined distance apart from the wall surfaces 50a and 50b formed of “a” is an angle and a vertex of the front wall surface 50a using the laser scanner 30. It is the process of initializing its own position by obtaining information about the distance from (64).
상기 이동거리산출과정은 이동로봇(10)이 정면벽면(50a)에 수직한 경로로 일정거리 이동한 이동로봇(10')의 이동거리를 산출하는 과정이다. 이동로봇(10)의 이동거리는 엔코더로부터 계산되어 산출되는 이동거리(이하 "계산이동거리"라 한다)와 레이저스캐너(30)가 상기 꼭지점(64)을 이용하여 측정하는 이동거리(이하 "측정이동거리"라 한다)의 두 값을 산출하게 된다.The movement distance calculation process is a process of calculating the movement distance of the mobile robot 10 'in which the mobile robot 10 moves a predetermined distance in a path perpendicular to the front wall surface 50a. The moving distance of the mobile robot 10 is a moving distance calculated from an encoder (hereinafter referred to as "calculated moving distance") and a moving distance measured by the laser scanner 30 using the vertex 64 (hereinafter referred to as "measurement movement"). Distance ").
상기 계산이동거리는 엔코더가 측정한 구동휠(10a, 10b)의 회전수와 구동휠(10a, 10b)의 직경으로부터 이동로봇(10)의 제어부에서 산출하게 된다. 상기 측정이동거리는 레이저스캐너(30)가 상기 초기화과정에서 산출한 벽면(50a, 50b)의 꼭지점(64)의 정보를 사용하여 산출하게 된다. 한편, 레이저스캐너(30)가 정면의 벽면으로부터의 상대적 거리변화를 측정하여 산출할 수 도 있으나 이동로봇(10)이 정면벽면(50a)에 대하여 수직으로 이동하지 않은 경우에는 측정결과가 차이가 있을 수 있으므로 바람직하지 않게 된다.The calculated moving distance is calculated by the controller of the mobile robot 10 from the rotation speed of the driving wheels 10a and 10b measured by the encoder and the diameter of the driving wheels 10a and 10b. The measurement moving distance is calculated using the information of the vertices 64 of the wall surfaces 50a and 50b calculated by the laser scanner 30 in the initialization process. On the other hand, the laser scanner 30 may be calculated by measuring the relative distance change from the front wall surface, but if the mobile robot 10 does not move vertically with respect to the front wall surface 50a, the measurement result may be different. As it may, it becomes undesirable.
상기 평균직경보정과정은 상기 계산이동거리와 측정이동거리의 차이로부터 좌우구동휠(10a, 10b)의 평균직경의 차이값을 구하고 이 차이값을 이용하여 구동휠의 제어변수를 보정하는 과정이다. 따라서 이동로봇(10)의 제어부는 차이값을 고려하여 좌우구동휠(10a, 10b)의 구동을 제어하게 된다. 실제에 있어서 좌우구동휠(10a, 10b)의 평균직경은 좌측구동휠과 우측구동횔의 직경의 합을 반으로 나눈 값에 해당하게 된다.The average diameter correction process is a process of obtaining a difference value of the average diameters of the left and right driving wheels 10a and 10b from the difference between the calculated moving distance and the measured moving distance, and correcting the control variable of the driving wheel using the difference value. Therefore, the controller of the mobile robot 10 controls the driving of the left and right driving wheels 10a and 10b in consideration of the difference value. In practice, the average diameter of the left and right driving wheels 10a and 10b corresponds to a value obtained by dividing the sum of the diameters of the left driving wheel and the right driving wheel by half.
상기와 같은 휠평균직경보정단계를 반복적으로 실시하면 보다 정확하게 이동로봇의 구동장치의 평균직경을 보정할 수 있게 된다.By repeatedly performing the wheel average diameter correction step as described above, it is possible to more accurately correct the average diameter of the driving device of the mobile robot.
상기 휠간거리보정단계는 초기화과정과 회전각도산출과정과 휠간거리보정과정을 포함하여 형성되며, 상기 평균직경을 이용하여 좌우구동휠(10a, 10b)간의 실제거리의 거리를 구하여 보정하게 된다. 도 5는 구동휠간의 거리를 보정하기 위한 이동로봇의 회전경로를 나타낸다.The inter-wheel distance correction step includes an initialization process, a rotation angle calculation process, and a wheel distance correction process. The distance between the left and right driving wheels 10a and 10b is calculated by using the average diameter. Figure 5 shows the rotation path of the mobile robot for correcting the distance between the drive wheels.
상기 초기화과정은 상기에서 설명한 바와 같이 이동로봇(10)이 레이저스캐너를 사용하여 벽면의 꼭지점(64) 및 정면벽면(50a)과의 초기각도를 측정하는 과정이다.The initialization process is a process in which the mobile robot 10 measures an initial angle with the vertex 64 and the front wall surface 50a of the wall surface using a laser scanner.
상기 회전각도산출과정은 이동로봇(10)이 이동로봇의 회전중심을 중심으로 상기 좌우구동휠(10a, 10b)을 서로 반대방향으로 소정횟수 제자리에서 회전시킨 후 정면벽면(50a)에 대한 각도(이하 "회전각도"라 한다)를 산출하는 과정이다. 이동로봇(10)의 회전 횟수를 증가시키면 초기각도와 차이가 커지므로 보다 정확하게 회전각도를 산출할 수 있게 된다. 상기 회전각도는 바람직하게는 이동로봇(10)을 적어도 10회 이상 회전시킨 후 측정한다.In the rotation angle calculation process, the mobile robot 10 rotates the left and right driving wheels 10a and 10b in a predetermined number of times in opposite directions with respect to the rotation center of the mobile robot, and then rotates the left and right driving wheels 10a and 10b with respect to the front wall surface 50a. Hereinafter referred to as "rotation angle"). Increasing the number of rotations of the mobile robot 10 increases the difference with the initial angle it is possible to calculate the rotation angle more accurately. The rotation angle is preferably measured after rotating the mobile robot 10 at least 10 times.
상기 이동로봇(10)의 회전각도는 엔코더로부터 계산되어 산출되는 회전각도(이하 "계산회전각도"라 한다)와 레이저스캐너에 의하여 측정되는 회전각도(이하 "측정회전각도"라 한다)의 값을 산출하게 된다.The rotation angle of the mobile robot 10 is a value of the rotation angle calculated from the encoder (hereinafter referred to as "calculated rotation angle") and the rotation angle measured by the laser scanner (hereinafter referred to as "measurement rotation angle"). Will be calculated.
상기 계산회전각도는 엔코더가 측정한 좌우구동휠(10a, 10b)의 회전수로부터 산출되는 좌우구동휠(10a, 10b)의 이동거리로부터 이동로봇(10)의 제어부에서 산출하게 된다. 상기 계산회전각도는 초기각도와 엔코더에 의하여 산출된 회전각도의 차이에 해당하는 각도이다. 상기 좌우구동휠(10a, 10b)의 직경이 동일하고 횔간거리의 중심이 좌우구동휠(10a, 10b)의 중간에 위치되어 있으면 초기각도와 동일한 각도를 이루게 된다. 상기 측정회전각도는 레이저스캐너(30)가 정면벽면(50a)에 대하여 측정한 각도와 초기각도의 차이에 해당하는 각도이다.The calculated rotation angle is calculated by the controller of the mobile robot 10 from the moving distance of the left and right driving wheels 10a and 10b calculated from the rotation speeds of the left and right driving wheels 10a and 10b measured by the encoder. The calculated rotation angle is an angle corresponding to the difference between the initial angle and the rotation angle calculated by the encoder. When the diameters of the left and right driving wheels 10a and 10b are the same and the center of the distance between the right and left driving wheels 10a and 10b is positioned in the middle of the left and right driving wheels 10a and 10b, the same angle as the initial angle is achieved. The measurement rotation angle is an angle corresponding to the difference between the angle measured by the laser scanner 30 with respect to the front wall surface 50a and the initial angle.
상기 휠간거리보정과정은 상기 계산회전각도와 측정회전각도의 차이와 상기 좌우구동휠(10a, 10b)의 평균직경으로부터 구동휠간거리를 산출하여 보정하는 과정이다. 이동로봇(10)이 제자리에서 회전할 때 이동로봇(100의 회전각도의 차이는 휠간거리에 비례하게 되므로 회전각도의 차이로부터 휠간거리의 차이를 산출하고, 좌우구동휠(10a, 10b)의 평균직경과 회전시 이동거리로부터 휠간거리를 구하게 된다. 이때는 좌우구동휠의 평균직경은 상기 휠평균직경보정단계에서 구한 평균직경을 사용하게 된다. 상기 이동로봇의 제어부는 산출된 휠간거리에 따라 이동로봇의 휠간거리를 보정하여 이동로봇을 제어하게 된다.The wheel distance correction process is a process of calculating and correcting the distance between the driving wheels from the difference between the calculated rotation angle and the measured rotation angle and the average diameter of the left and right driving wheels 10a and 10b. When the mobile robot 10 rotates in place, the difference in the rotation angle of the mobile robot 100 is proportional to the distance between the wheels, so that the difference between the wheel distances is calculated from the difference in the rotation angles, and the average of the left and right driving wheels 10a and 10b. The distance between the wheels is obtained from the diameter and the moving distance at the time of rotation, in which the average diameter of the left and right driving wheels is used as the average diameter obtained in the wheel average diameter correction step. The robot is controlled by adjusting the distance between wheels.
상기 휠편차보정단계는 초기화과정과 이동위치산출과정 및 휠편차보정과정을 포함하여 형성되며, 좌우구동휠의 직경편차를 구하여 좌우구동휠의 직경차이를 보정하게 된다. 도 6은 구동휠간의 직경차이를 보정하기 위한 이동로봇의 이동경로를 나타낸다.The wheel deviation correction step includes an initialization process, a movement position calculation process, and a wheel deviation correction process. The diameter difference of the left and right driving wheels is corrected by obtaining the diameter deviation of the left and right driving wheels. 6 shows a movement path of a mobile robot for correcting a diameter difference between driving wheels.
상기 초기화과정은 상기에서 설명한 바와 같이 이동로봇이 레이저스캐너를 사용하여 꼭지점(64)의 위치 및 정면벽면(50a)에 대한 거리 및 각도를 구하는 과정이다.The initialization process is a process in which the mobile robot obtains the position of the vertex 64 and the distance and angle with respect to the front wall surface 50a using the laser scanner.
상기 이동위치산출과정은 이동로봇(10)이 초기위치(12)에서 정면벽면(50a)에 수직한 거리로 소정거리 이동한 이동위치(12')에 대하여 엔코더에 의한 이동로봇의 이동위치(이하 "계산이동위치"라 한다)와 레이저스캐너(30)에 의하여 측정한 이동위치(이하 "측정이동위치"라 한다)를 산출하게 된다.In the moving position calculation process, the moving position of the moving robot by the encoder with respect to the moving position 12 'where the moving robot 10 moves a predetermined distance from the initial position 12 at a distance perpendicular to the front wall surface 50a (hereinafter, referred to as a moving position). The movement position (hereinafter referred to as "measurement movement position") measured by the "calculation movement position" and the laser scanner 30 is calculated.
상기 계산이동위치는 엔코더가 측정한 좌우구동휠(10a, 10b)의 회전수와 좌우구동휠(10a, 10b)의 상기 평균직경 및 상기 휠간거리로부터 이동로봇(10)의 제어부에서 산출하게 된다. 이때 이동로봇의 좌우구동휠(10a, 10b)의 직경이 동일하면 직진을 하게 되어, 정면벽면(50a)에 수직한 방향으로만 이동하게 된다. 따라서 계산이동위치는 초기위치에서 직진방향으로만 위치가 이동한 것으로 계산된다. 단 정면벽면(50a)을 향하는 직진방향에 대한 편차는 직진에 수직한 방향에 대하여 작으므로 없는 것으로 한다.The calculated movement position is calculated by the controller of the mobile robot 10 from the number of revolutions of the left and right driving wheels 10a and 10b measured by the encoder and the average diameter of the left and right driving wheels 10a and 10b and the distance between the wheels. At this time, if the diameter of the left and right driving wheels (10a, 10b) of the mobile robot is the same to go straight, it moves only in the direction perpendicular to the front wall surface (50a). Therefore, the calculated movement position is calculated as the position moved only in the straight direction from the initial position. However, since the deviation with respect to the straight direction toward the front wall surface 50a is small with respect to the direction perpendicular | vertical to straight, it shall not exist.
상기 측정이동위치는 레이저스캐너(30)가 벽면(50a, 50b)과 꼭지점(64)을 이용하여 측정한 실제 이동위치를 나타낸다. 좌우구동휠(10a, 10b)의 직경에 차이가 있으면 제어부에서 좌우구동휠의 회전수를 동일하게 제어하더라도 좌우구동휠(10a, 10b)의 직경편차에 따라 좌 또는 우방향으로 편향되어 이동하게 된다. 즉 이동로봇(10)은 똑바로 진행하지 않고 정면벽면(50a)에 평행한 방향으로 일정한 거리(Δx)만큼 편향되어 이동하게 된다. 따라서 상기 측정이동위치는 기준위치(12)에서 좌 또는 우방향으로 이동한 곳에 위치(12')하게 된다.The measurement moving position indicates the actual moving position measured by the laser scanner 30 using the walls 50a and 50b and the vertex 64. If there is a difference in the diameter of the left and right drive wheels 10a, 10b, even if the control unit controls the number of revolutions of the left and right drive wheels equally, the left and right drive wheels 10a and 10b are deflected in the left or right direction according to the diameter deviation. . That is, the mobile robot 10 does not go straight, but moves in a direction deflected by a predetermined distance Δx in a direction parallel to the front wall surface 50a. Therefore, the measurement moving position is positioned 12 'at the position moved to the left or right direction from the reference position 12.
상기 휠편차보정과정은 상기 계산이동위치와 측정이동위치의 차이값을 산출하고, 이 차이값과 상기 좌우구동휠간 거리를 이용하여 좌우구동휠(10a, 10b)의 제어변수를 보정하는 과정이다. 즉 좌 또는 우로 치우친 거리(Δx)는 상기 좌우구동휠(10a, 10b)의 직경편차와 구동휠간거리에 의존하게 되므로, 이로부터 좌우구동휠(10a, 10b)의 직경편차와 좌우구동휠(10a, 10b)의 직경을 구할 수 있게 된다. 따라서 이동로봇의 이동시 좌측구동휠(10a) 또는 우측구동휠(10b)의 회전수가 상대적으로 조정되도록 제어변수의 값을 조정하게 된다.The wheel deviation correction process is a process of calculating a difference value between the calculated movement position and the measurement movement position, and correcting the control variables of the left and right drive wheels 10a and 10b by using the difference value and the distance between the left and right drive wheels. That is, the distance Δx to the left or the right depends on the diameter deviation of the left and right driving wheels 10a and 10b and the distance between the driving wheels. , 10b) can be obtained. Therefore, the value of the control variable is adjusted so that the rotational speed of the left driving wheel 10a or the right driving wheel 10b is relatively adjusted when the mobile robot moves.
상기와 같은 휠편차보정단계를 반복적으로 실시하면 보다 정확하게 좌우구동휠(10a, 10b)의 직경편차와 좌우구동휠(10a, 10b)의 직경을 구하여 이동로봇의 파라미터를 보정할 수 있게된다.By repeatedly performing the wheel deviation correction step as described above, the diameter deviation of the left and right driving wheels 10a and 10b and the diameters of the left and right driving wheels 10a and 10b can be more accurately corrected so that the parameters of the mobile robot can be corrected.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.As described above, the present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and any person having ordinary skill in the art to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Various modifications are possible, of course, and such changes are within the scope of the claims.
본 발명에 의한 이동로봇의 파라미터 자동 보정방법에 따르면 좁은 공간에서 주변의 벽면을 이용하여 이동로봇의 파라미터를 자동으로 보정할 수 있으며, 이동로봇의 회전방법이 일정하므로 보정결과가 항상 일정하게 되어 이동로봇의 이동을 보다 정확하게 제어할 수 있는 효과가 있다.According to the automatic parameter correction method of the mobile robot according to the present invention, the parameters of the mobile robot can be automatically corrected using the surrounding wall in a narrow space, and since the rotation method of the mobile robot is constant, the correction result is always constant. There is an effect that can control the movement of the robot more accurately.
도 1은 이동로봇의 하부구동장치의 구성도.1 is a configuration diagram of a lower driving device of the mobile robot.
도 2는 본 발명에 따른 이동로봇의 파라미터 보정방법의 순서도2 is a flowchart of a parameter correction method of a mobile robot according to the present invention.
도 3은 레이저센서에 의한 라인추출방법을 나타내는 개략도.Figure 3 is a schematic diagram showing a line extraction method by a laser sensor.
도 4는 구동휠의 평균직경을 보정하기 위한 이동로봇의 이동경로를 나타내는 도.Figure 4 is a view showing a movement path of the mobile robot for correcting the average diameter of the drive wheel.
도 5는 구동휠간의 거리를 보정하기 위한 이동로봇의 회전경로를 나타내는 도.5 is a view showing a rotation path of the mobile robot for correcting the distance between the drive wheels.
도 6은 구동휠간의 직경차이를 보정하기 위한 이동로봇의 이동경로를 나타내는 도.6 is a diagram illustrating a movement path of a mobile robot for correcting a diameter difference between driving wheels.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Description of the reference numerals for the main parts of the drawings>
10 - 이동로봇10-mobile robot
10a, 10b - 구동휠 12a, 12b - 구동모터10a, 10b-Drive wheels 12a, 12b-Drive motors
14a, 14b - 엔코더 20a, 20b - 캐스터14a, 14b-encoder 20a, 20b-caster
30 - 레이저스캐너 40 - 하부 프레임30-Laser scanner 40-Lower frame
50a - 전면벽면 50b - 측면벽면50a-front wall 50b-side wall
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