KR20100090927A - 복수개의 자원을 점유하는 무인 반송차의 동적 주행방법 - Google Patents

복수개의 자원을 점유하는 무인 반송차의 동적 주행방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수개의 자원을 점유하는 무인 반송차의 동적 주행 환경을 최단 주행 경로로 계획하여 주행로 상에서 무인 반송차가 원활하게 주행을 할 수 있게 하기 위한 무인 반송차의 동적 주행방법을 제공하기 위한 것으로서, (a) 초기 차량의 위치를 설정하고, 설정된 차량의 위치를 출발지 노드로 하여 레벨 노드 집합에 추가하는 단계와, (b) 상기 레벨 노드 집합에 추가된 노드를 기준으로 다음 방문 가능한 모든 노드들에 대해 미리 저장된 차량상태별 예약 가능 시간창(Free Time Window : FTW)을 찾아 예약 가능한 모든 후보 노드들을 수집하는 단계와, (c) 상기 수집된 모든 예약 가능한 후보노드 중에서 예약 가능 시간창 차이가 가장 작은 노드를 선택하는 단계와, (d) 상기 선택된 노드를 레벨 노드 집합에 추가하고, 상기 추가된 노드에 대해서 예약 시간창을 갱신하는 단계와, (e) 상기 선택된 노드가 도착지 노드라면 레벨 노드 집합의 추가를 종료하고, 그렇지 않으면 상기 (a) 내지 (d) 과정을 반복하는 단계와, (f) 상기 레벨 노드 집합의 추가를 통해 차량의 노선(route)이 결정되면 레벨 노드 집합의 추가된 노드를 이용하여 차량의 주행 스케줄을 생성하는 단계를 포함하는데 있다.
무인 반송차, 동적 주행, 레벨 노드 집합, 예약 시간창, 주행속도, 주행방향

Description

복수개의 자원을 점유하는 무인 반송차의 동적 주행방법{A Dynamic Routing Method for Automated Guided Vehicles Occupying Multiple Resources}
본 발명은 무인 반송차(Automatic Guided Vehicle : AGV) 시스템에 관한 것으로, 특히 무인 반송차의 동적인 주행 환경을 보다 사실적으로 반영하여 최단 주행경로를 계획하는 무인 반송차의 동적 주행방법에 관한 것이다.
일반적으로 무인 반송차 시스템은 물류시스템 및 자동 생산시스템과 같은 자동화시스템에서 사용되며, 도 1에 도시된 바와 같이, 중앙에서 전체 무인 반송차(16)의 주행을 통제하는 무인 반송차 주컴퓨터(11)와, 주행경로 상에 설치되는 작업 스테이션들(17a~17e)을 제어하기 위한 제어패널(12)과, 무인 반송차(16)와 송수신하기 위한 무인 반송차 지상제어반(13)과, 무인 반송차의 주행을 유도하기 위한 장치(14) 등으로 구성된다.
이와 같은 구성을 갖는 무인 반송차 시스템의 동작을 살펴보면, 먼저 상기 주컴퓨터(11)가 지상제어반(13)의 무선송신기를 통해 지시하는 경로로 무인 반송차(16)가 유도선(15)을 따라 이동하고, 작업 스테이션(17a~17e)에서 일시 정지하여 부품, 자재, 제품 등을 이재/적재하도록 되어 있다. 또한 이러한 무인 반송차 시스 템에서 무인 반송차(16)가 주행하는 경로(guide path)에는 어드레스 마크(address mark)가 표시되어 있고, 무인 반송차(16)의 마크 리더(mark reader)가 이를 읽어 무인 반송차(16)의 현재 위치를 파악할 수 있도록 되어 있다.
그리고 무인 반송차(16)는 차상제어반의 무선 송수신장치와 지상제어반의 무선 송수신장치 간에 통신하여 주컴퓨터(11)의 지령에 따라 목적지 스테이션으로 유도선을 따라 이동하고, 무인 반송차(16)내에 설치된 어드레스 마크 리더가 경로에 설치된 어드레스 마크로부터 발생되는 자계를 감지하여 지정된 스테이션의 정 위치에 도달한다.
이와 같이 지정된 작업 스테이션(17a~17e)에 무인 반송차(16)가 도달하면, 작업 스테이션(17a~17e)의 적재 장치는 무인 반송차(16)에 화물을 적재하고, 이재 장치는 무인 반송차(16)가 이송해온 화물을 이재한다.
한편, 상기 무인 반송차 시스템에서 무인 반송차를 운용할 경우에, 수화물의 운송이 요구되었을 때, 적재 장소에 가장 빨리 도달할 수 있는 무인 반송차를 찾는 무인 반송차 선정 알고리즘과, 현재 다른 무인 반송차들의 운행 상황을 고려하면서 목적지까지 최단경로를 탐색하는 최단 경로 선정 알고리즘 및 교차로에서의 교통제어(traffic control) 알고리즘 등이 요구된다.
상기 수송처리 알고리즘은 어떤 스테이션에서 수송수요가 발생했을 때 가용한 공차(empty vehicle) 중에서 가장 적합한 무인 반송차를 선택하고, 이를 해당 스테이션까지 보내는 경로를 결정하는 기능, 또는 어떤 무인 반송차가 이재작업을 마치고 공차가 되는 순간 수송수요가 있는 역중 가장 적합한 역을 선택하거나 없으 면 공차처리 알고리즘에 따라 행동하도록 하는 방법이다.
또한 상기 최단 경로 선정 알고리즘은 무인 반송차가 적재완료 후 현재 각 무인 반송차의 위치와 대기상태 등을 종합, 분석하여 목적지까지 운행하기 위한 최단의 운행경로를 결정하기 위한 방법으로, 이는 레이아웃상의 가장 짧은 경로를 미리 계산하여 선택하는 최단거리진행(Shortest Travel Distance : STD) 알고리즘과, 경로상의 역에서 이재/적재중인 무인 반송차의 수가 최소인 경로를 선택하는 최소 블러킹(Minimum Blocking Vehicles : MBV) 알고리즘 등이 있다.
마지막으로 상기 교통제어 알고리즘은 무인 반송차 간의 충돌이나 막힘을 최소화하여 차량운행이 원활하게 소통되도록 하기 위한 방법으로, 이러한 교통제어를 수행하기 위하여 교차로에서는 우선순위를 사용하는 규칙을 구축하며, 또한 교차로가 없는 스테이션 앞에서는 이재/적재중인 무인 반송차로 인한 다른 무인 반송차의 대기시간이 최소화되도록 주행경로 및 우선순위를 배정해야 한다.
그런데, 종래의 무인 반송차의 경로 탐색방법의 최단 주행경로 탐색 알고리즘으로는 최소비용 그래프 탐색 알고리즘과 회로망에서 출발노드와 도착노드를 선정한 후 k개의 최단 주행경로를 탐색하는 방법 등이 알려져 있다.
그러나 이와 같은 알고리즘들을 이용하는 종래의 무인 반송차의 경로 탐색방법은 차량의 충돌을 방지하기 위하여 중복되지 않는 지역으로 분할하여 한 존에 최대 하나의 차량만을 허용하는 조정 정책을 사용하고 있다. 하지만 차량의 크기가 대형이고 많은 수의 차량이 동시에 주행을 할 경우 차량 간 혼잡을 피하기 위하여 보다 효율적으로 주행 영역을 사용하는 것이 무엇보다 필요하다.
특히 종래의 연구에서는 차량의 크기보다 작은 단위(그리드)로 분할된 주행로 상의 자원을 이용하여 경로를 계획하는 방법을 제시하지 못하고 있기 때문에 넓은 주행로를 예약하여야 할 필요가 있어 주행로 활용도가 낮아지게 되고 차량의 수가 많은 경우에는 동일한 면적의 주행로를 이용하더라도 차량의 소통이 비효율적인 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 복수개의 자원을 점유하는 무인 반송차의 동적 주행 환경을 최단 주행 경로로 계획하여 주행로 상에서 무인 반송차가 원활하게 주행을 할 수 있게 하기 위한 무인 반송차의 동적 주행방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 무임 반송차 간의 충돌(blocking)을 최소화하면서 운반요구를 신속하고 정확하게 수행할 수 있도록 목적지까지의 최단 주행 경로(routing)를 결정하는 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 복수개의 자원을 점유하는 무인 반송차의 동적 주행방법의 특징은 (a) 초기 차량의 위치를 설정하고, 설정된 차량의 위치를 출발지 노드로 하여 레벨 노드 집합에 추가하는 단계와, (b) 상기 레벨 노드 집합에 추가된 노드를 기준으로 다음 방문 가능한 모든 노드들에 대해 미리 저장된 차량상태별 예약 가능 시간창(Free Time Window : FTW)을 찾아 예 약 가능한 모든 후보 노드들을 수집하는 단계와, (c) 상기 수집된 모든 예약 가능한 후보노드 중에서 예약 가능 시간창 차이가 가장 작은 노드를 선택하는 단계와, (d) 상기 선택된 노드를 레벨 노드 집합에 추가하고, 상기 추가된 노드에 대해서 예약 시간창을 갱신하는 단계와, (e) 상기 선택된 노드가 도착지 노드라면 레벨 노드 집합의 추가를 종료하고, 그렇지 않으면 상기 (a) 내지 (d) 과정을 반복하는 단계와, (f) 상기 레벨 노드 집합의 추가를 통해 차량의 노선(route)이 결정되면 레벨 노드 집합의 추가된 노드를 이용하여 차량의 주행 스케줄을 생성하는 단계를 포함하는데 있다.
이때, 상기 예약 가능 시간창은 해당 시간동안 노드를 사용하기 위해 예약을 할 수 있는 시간범위인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 (d) 단계는 상기 레벨 노드 집합에 추가된 노드의 위치를 구하는 단계와, 상기 구해진 노드에 대해서 동일 시점의 예약 시간창으로 나타내는 단계와, 상기 노드의 예약 시간창 정보를 해당 자원의 예약 시간창의 정보로 갱신하여 예약 가능 시간창에서 해당 시간범위를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 복수개의 자원을 점유하는 무인 반송차의 동적 주행방법은 차량의 주행속도를 반영하여 보다 현실적인 동적 주행을 나타낼 수 있으므로 효율적인 주행스케줄 작성에 도움을 줄 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 복수개의 자원을 점유하는 무인 반송차의 동적 주행방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 자원이란 실시예에서 제시되는 주행로상의 그리드 뿐만 아니라 주행을 위하여 예약을 하여야 하는 모든 자원을 포함한다. 따라서 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 설명에 앞서 본 명세서는 차량의 주행영역을 도 2와 같이 표현하였다.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 복수개의 자원을 점유하는 무인 반송차의 동적 주행방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3을 참조하여 설명하면, 먼저 초기 차량 위치를 설정하고(S10), 설정된 차량 위치를 출발지 노드로 하여 레벨 노드 집합에 추가한다(S20).
이어 레벨 노드 집합에 추가된 노드를 기준으로 다음 방문 가능한 모든 노드들에 대해 미리 저장된 예약 가능 시간창(Free Time Window : FTW)을 찾아 예약 가능한 모든 후보 노드들을 수집한다(S30). 즉, 이전 노드의 예약 가능 시간창의 상 한값 범위가 이후 노드의 예약 가능 시간창의 하한값 범위보다 크다면 이전노드와 이후노드의 예약 가능 시간창을 연결하여 후보 노드로 수집한다. 이때, 상기 예약 가능 시간창은 해당 시간동안 노드를 사용하기 위해 예약을 할 수 있는 시간범위로서, 다음 방문 노드에 다른 차량의 예약된 주행이 전혀 없는 경우에는 상기 방문노드에는 무한한 값이 저장되어 모든 시간에서 주행이 가능하게 된다. 또한 특정 시간에 상기 방문 노드가 예약되어 있는 경우에는 특정 시간동안 상기 방문 노드가 다른 차량에 의해 예약되었음을 나타내는 예약 시간창 값이 방문 노드에 저장되어 있어, 예약 시간창의 시간범위 동안은 다른 차량의 예약이 이루어지지 못하게 되어 예약 가능 시간창에서 해당 시간범위는 제거된다.
참고로, 각 노드는 차량의 초기상태와 최종상태를 가지고 있으며, 상기 차량의 초기상태와 최종상태(이하 ‘차량 상태’라 칭함)는 차량 주행축의 위치와 주행방향 그리고 주행속도를 말한다. 즉, 주행속도는 복수개의 사전에 설정된 속도로 표현되는데, 이후의 설명에서는 설명을 보다 명확하게 하기 위해 두 가지 주행속도(최대속도 주행, 정지)를 가지는 경우를 실시예로 들었다. 그러나 주행속도의 한정된 개수는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한 상기 주행방향은 차량이 도 1에서 3번 위치에 있을 때, 3가지 방법(상행 직진, 좌측 회전, 우측 회전)으로 표현된다. 따라서 주행속도와 주행방향을 고려할 경우, 도 4a 내지 도 4l과 같이 주행차량(10)이 ‘3’번 위치에 있을 때 3가지 주행방향 형태(상행 직진, 좌측 회전, 우측 회전) 및 2가지 주행속도 형태(최대속도, 정지)의 조합으로 총 12가지 표현으로 나타낼 수 있다. 참고로 도 4a 내지 도 4l에 서 점 모형으로 표현한 차량은 주행속도에서 정지 상태를 나타낸 것이고, 빗금친 모형으로 표현한 차량은 주행속도에서 최대속도로 주행하는 상태를 나타낸 것이다.
이처럼 차량 상태, 즉 차량의 동적인 속성을 반영하여 수집된 모든 예약 가능한 후보노드 중에서 예약 가능 시간창 차이가 가장 작은 노드를 선택한다(S40).
그리고 상기 선택된 노드를 레벨 노드 집합에 추가하고(S50), 상기 추가된 노드에 대해서 예약 시간창을 갱신한다(S60). 상기 예약 시간창을 갱신하는 방법은 먼저 상기 레벨 노드 집합에 추가된 노드의 위치를 구한 후, 상기 노드에 대해서 동일 시점의 예약 시간창으로 나타낸다. 그리고 상기 노드의 예약 시간창 정보를 해당 자원의 예약 시간창의 정보로 갱신하여 예약 가능 시간창에서 해당 시간범위를 제거한다.
이어 상기 선택된 노드가 도착지 노드라면 레벨 노드 집합의 추가를 종료하고, 그렇지 않으면 상기 단계(S30 ~ S60)를 반복한다(S70).
이처럼 레벨 노드 집합의 추가를 통해 차량의 노선(route)이 결정되면 레벨 노드 집합의 추가된 노드를 이용하여 차량의 주행 스케줄을 생성하게 된다. 이때 주행 스케줄은 주행할 노드들의 순차적인 예약 시간창의 순서로 표현할 수 있으며, 상기 각 노드의 예약 시간창은 예약 가능 시간창 내에서 새롭게 갱신 할 수 있다.
위에서 설명된 것과 같이, 본 발명에서 차량은 다음 노드로의 이동을 위해 필요한 노드를 예약하면서 주행한다고 가정되며, 차량마다 주행할 노드의 예약구간을 결정하기 위하여 시간창 개념을 도입하였다. 각 노드에는 예약 시간창과 예약 가능 시간창이라는 두 가지 시간창 속성을 가지고 있으며, 예약 시간창은 어떤 차 량이 특정 시간동안 해당 노드를 예약 하겠다는 의미이고, 예약 가능 시간창(Free Time Window : FTW)은 해당 시간동안 예약을 할 수 있다는 의미이다. 따라서 시간창 기법을 통하여 각 노드마다 어떠한 차량이 어느 시간구간 동안 예약을 했는지 알 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1 은 일반적인 일반적으로 무인 반송차 시스템의 구조를 나타낸 도면
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 무인 반송차의 주행영역을 표현한 도면
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 복수개의 자원을 점유하는 무인 반송차의 동적 주행방법을 설명하기 위한 흐름도
도 4a 내지 도4l은 본 발명의 실시예에 따른 복수개의 자원을 점유하는 무인 반송차의 동적 주행방법에서 주행 상태를 고려한 차량 상태를 정의한 도면

Claims (4)

  1. (a) 초기 차량의 위치를 설정하고, 설정된 차량의 위치를 출발지 노드로 하여 레벨 노드 집합에 추가하는 단계와,
    (b) 상기 레벨 노드 집합에 추가된 노드를 기준으로 다음 방문 가능한 모든 노드들에 대해 미리 저장된 차량상태별 예약 가능 시간창(Free Time Window : FTW)을 찾아 예약 가능한 모든 후보 노드들을 수집하는 단계와,
    (c) 상기 수집된 모든 예약 가능한 후보노드 중에서 예약 가능 시간창 차이가 가장 작은 노드를 선택하는 단계와,
    (d) 상기 선택된 노드를 레벨 노드 집합에 추가하고, 상기 추가된 노드에 대해서 예약 시간창을 갱신하는 단계와,
    (e) 상기 선택된 노드가 도착지 노드라면 레벨 노드 집합의 추가를 종료하고, 그렇지 않으면 상기 (a) 내지 (d) 과정을 반복하는 단계와,
    (f) 상기 레벨 노드 집합의 추가를 통해 차량의 노선(route)이 결정되면 레벨 노드 집합의 추가된 노드를 이용하여 차량의 주행 스케줄을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수개의 자원을 점유하는 무인 반송차의 동적 주행방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 예약 가능 시간창은 해당 시간동안 노드를 사용하기 위해 예약을 할 수 있는 시간범위인 것을 특징으로 하는 복수개의 자원을 점유하는 무인 반송차의 동적 주행방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 차량상태는 차량 주행축의 위치, 주행방향 및 주행속도 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 복수개의 자원을 점유하는 무인 반송차의 동적 주행방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 (d) 단계는
    상기 레벨 노드 집합에 추가된 노드의 위치를 구하는 단계와,
    상기 구해진 노드에 대해서 동일 시점의 예약 시간창으로 나타내는 단계와,
    상기 노드의 예약 시간창 정보를 해당 자원의 예약 시간창의 정보로 갱신하여 예약 가능 시간창에서 해당 시간범위를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수개의 자원을 점유하는 무인 반송차의 동적 주행방법.
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