KR20110108953A - 경로추적을 이용한 자율 주행 장치의 트래픽 제어 방법 - Google Patents

경로추적을 이용한 자율 주행 장치의 트래픽 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자율 주행 장치(autonomous guided vehicle)의 작업시에 교착 및 충돌 상황을 최소화하는 경로 계획과 우선순위 방식의 트래픽 제어에 의해 효율적인 작업 수행이 가능하도록 한 경로추적을 이용한 자율 주행 장치의 트래픽 제어 방법에 관한 것으로, 경로추적을 이용하는 자율 주행 장치의 트래픽 제어에 있어서,일방통행 지점을 선택하여 이를 이용하여 경로계획을 하는 단계;자율 주행 장치들의 주행 과정에서 트래픽 제어의 필요 여부를 판단하는 단계;트래픽 제어가 필요한 자율 주행 장치들의 다음 주행 경유 지점이 같은지를 판단하는 단계;상기 자율 주행 장치들의 다음 주행 경유 지점과 그 다음 주행 경유 지점이 같은지를 판단하는 단계;어떤 자율 주행 장치를 정지해야할지를 판단하는 단계;를 포함한다.

Description

경로추적을 이용한 자율 주행 장치의 트래픽 제어 방법{Method for Controlling Traffic of Autonomous Guided Vehicle Using Path Tracking}
본 발명은 자율 주행 장치(autonomous guided vehicle)에 관한 것으로, 구체적으로 자율 주행 장치의 작업시에 교착 및 충돌 상황을 최소화하는 경로 계획과 우선순위 방식의 트래픽 제어에 의해 효율적인 작업 수행이 가능하도록 한 경로추적을 이용한 자율 주행 장치의 트래픽 제어 방법에 관한 것이다.
종래 기술의 자율 주행 장치는 유도 시스템에 의해, 정해진 경로만을 주행하는 무인 반송 차량(automatic guided vehicle)이였다. 하지만, 정해진 경로만을 주행하는 무인 반송 차량은 센서들을 바닥에 매설해야하기 때문에 설치비용이 높고 유지보수가 어려웠다.
따라서, 정해진 경로가 아닌, 완전한 자율주행이 가능한 유도 시스템이 개발 되었고, 기존에 정해진 경로만을 주행하는 유도 시스템들은 완전한 자율주행이 가능한 유도 시스템으로 교체되고 있는 추세이다.
완전한 자율주행이 가능한 자율 주행 장치는 정해진 경로가 아닌 모든 작업 공간을 자율적으로 주행할 수 있어, 효율적으로 작업을 수행할 수 있지만, 작업 공간의 모든 환경을 인지해야하는 문제가 있다.
모든 환경을 인지해야하는 문제는 현재의 기술력으로는 어려워 사업화에 문제가 있다.
이에, 완전한 자율주행이 가능한 자율 주행 장치를 기존의 정해진 경로로 주행하는 시스템으로 변경할 필요가 있다.
하지만, 기존의 정해진 경로로 주행하는 시스템은 한 작업장에서 다수의 자율 주행 장치가 이동할 시에 제한된 경로로 인해, 자율 주행 장치들 간의 교착 및 충돌 상황이 더욱 빈번히 발생하는 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 자율 주행 시스템의 문제를 해결하기 위한 것으로, 경로추적(path tracking)을 이용하는 다수의 자율 주행 장치(autonomous guided vehicle)가 효율적으로 작업을 수행할 수 있도록 하기 위한 트래픽 제어(traffic control) 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 자율 주행 장치의 작업시에 교착 및 충돌 상황을 최소화하는 경로 계획과 우선순위 방식의 트래픽 제어에 의해 효율적인 작업 수행이 가능하도록 한 경로추적을 이용한 자율 주행 장치의 트래픽 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 경로추적을 이용한 자율 주행 장치의 트래픽 제어 방법은 경로추적을 이용하는 자율 주행 장치의 트래픽 제어에 있어서,일방통행 지점을 선택하여 이를 이용하여 경로계획을 하는 단계;상기 경로계획에 따른 자율 주행 장치들의 주행 과정에서 트래픽 제어의 필요 여부를 판단하는 단계;트래픽 제어가 필요한 자율 주행 장치들의 다음 주행 경유 지점이 같은지를 판단하는 단계;상기 자율 주행 장치들의 다음 주행 경유 지점과 그 다음 주행 경유 지점이 같은지를 판단하는 단계;어떤 자율 주행 장치를 정지해야할지를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 경로계획을 하는 단계에서, 상기 일방 통행 지점은 고정되지 않고 자율 주행 장치가 작업이 끝난 상황에서 운영 PC에서 임무를 할당 받을 때에 변경이 가능한 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 경로계획을 하는 단계에서,하역 지점에 위치한 자율 주행 장치가 운영 PC로부터 다음 임무를 할당받게 되면 하역 위치로 같은 방향에 있는 다음 경유 지점을 선택하는 과정과,하역 지점인지를 판단하여 하역 지점이 아니면 하역 위치 방향에 일방통행 지점이 존재하는 지를 판단하는 과정과,하역 위치 방향에 일방통행 지점이 존재하면 일방통행 지점으로 다음 경유 지점 선택을 하는 과정과,직선 방향에 하역 지점이 존재하면 다시 하역 위치로 다음 경유 지점 선택을 하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 자율 주행 장치들이 같은 주행 경유 지점으로 이동하는 것으로 판단되면,각각의 자율 주행 장치와 그들의 다음 경유 지점 위치들 간에 거리를 계산하고 거리가 더 먼 자율 주행 장치를 멈추는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 트래픽 제어의 필요 여부를 판단하는 단계에서 자율 주행 장치의 위치들 간의 거리 차를 이용하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 다음 주행 경유 지점이 같은지를 판단하는 단계는 트래픽 제어가 필요한 자율 주행 장치들의 다음 경유 지점들 간의 거리 차를 이용하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 다음 주행 경유 지점이 같은지를 판단하는 단계는 주행 경유 지점에서의 직진 경유 지점 혹은 회전 경유 지점 간의 거리를 이용하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 다음 주행 경유 지점과 그 다음 주행 경유 지점이 같은지를 판단하는 단계는 각 자율 주행 장치들의 위치와 서로의 다음 경유 지점 위치들 간의 거리 차를 이용하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 경로추적을 이용한 자율 주행 장치의 트래픽 제어 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 다수의 자율 주행 장치가 효율적으로 작업을 수행할 수 있도록 하기 위한 트래픽 제어가 가능하다.
둘째, 자동적으로 일방 통행을 이용한 주행 경로 계획과 교착 및 충돌이 없는 방법을 제공한다.
셋째, 완전한 자율주행이 가능한 다수의 자율주행 장치들의 안전하고 효율적인 작업이 가능하다.
넷째, 다수의 자율주행 장치들의 안전하고 효율적인 작업이 가능하여 상업화에 유리하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 경로추적 방식을 이용하는 자율 주행 장치의 작업 공간 구성도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 두 대의 자율 주행 장치의 경로계획 결과를 나타낸 구성도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행 장치들 간에 교착 및 충돌 상황을 나타낸 구성도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 일방 통행 경로를 이용하는 경로 계획을 위한 플로우 차트
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 자율 주행 장치들의 트래픽 제어를 위한 플로우 차트
이하, 본 발명에 따른 경로추적을 이용한 자율 주행 장치의 트래픽 제어 방법의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 경로추적을 이용한 자율 주행 장치의 트래픽 제어 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 경로추적 방식을 이용하는 자율 주행 장치의 작업 공간 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 두 대의 자율 주행 장치의 경로계획 결과를 나타낸 구성도이다.
본 발명은 경로 추적을 이용하는 다수의 자율 주행 장치가 효율적으로 작업을 수행할 수 있도록 하기 위한 경로 계획 방법과 트래픽 제어 방법에 관한 것이다.
도 1은 경로추적 방식을 이용하는 자율 주행 장치의 작업 공간 구성을 나타낸 것으로, 한 작업장에서 다수의 자율 주행 장치(1)가 작업을 하기 위해서는 작업 스케줄링과 임무를 할당하는 운영 PC(2)가 존재하게 된다.
또한, 경로추적 방식을 이용하는 자율 주행 장치(1)는 주행 및 하역을 하기 위해서는 주행을 위한 주행 경유 지점(3)과 하역을 위한 하역 지점(4)을 이용한다.
운영 PC(2)는 자율 주행 장치(1)가 하역 지점(4)에 있을 때에 임무를 할당하게 되고, 임무는 운반물을 적재할 하역 지점(4)과 내려놓을 하역 지점(4)의 인덱스(index)를 이용한다.
이 때, 하역 지점(4)을 할당 받은 자율 주행 장치(1)는 주행을 위해서 경로계획을 수행하게 된다.
작업장에서 한 대의 자율 주행 장치(1)만이 존재할 때는 상관없지만, 두 대 이상의 자율 주행 장치(1)가 존재할 때는 교착 및 충돌 상황이 발생하게 된다.
충돌 상황은 운영 PC(2)에서 자율 주행 장치(1)들 간의 거리 차를 통해서 우선순위로 트래픽 제어가 이루어지면 되지만, 교착 상태가 일어나게 되면 자율 주행 장치(1)는 다음 상황을 대처하기 위해서는 비효율적으로 작업이 이루어질 수밖에 없다.
즉, 교착 상태가 일어나게 되면, 한 대는 멈추고 다른 한 대가 경로계획을 다시 수행해야 한다. 하지만, 어떤 자율 주행 장치(1)가 멈추고, 어떤 자율 주행 장치(1)가 경로 계획을 다시 수행해야 하는지부터 시작하여 멈추고 있던 자율 주행 장치(1)가 언제 움직여야 하는지 등에 복잡한 문제를 해결해야 한다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해, 본 발명에서는 일방 통행 지점(5)을 이용하여 교착 및 충돌 상황을 최소화한다.
도 2는 두 대의 자율 주행 장치의 경로계획 결과를 나타낸 것으로, 경로계획이 이루어지게 되면, 주행 경유 지점은 직진 경유 지점(6)과 회전 경유 지점(7)로 구성되게 된다.
본 발명에서 자율 주행 장치(1)는 일반적인 주행을 할 때에는 포크 반대 방향으로 주행하지만, 하역 작업을 할 때에는 포크 방향으로 주행한다.
이는 대부분의 포크 타입(fork-type) 자율 주행 장치(1)는 포크 반대편에 주행 구동부가 있고, 이 때문에 포크 방향으로 이동할 시에 포크가 주행 경로를 크게 벗어나기 때문이다.
이에, 하역 지점(4)에 진입 시에는 방향을 전환해야 하고, 방향 전환 시에 충돌 문제를 해결하기 위해 방향 전환 시에 경유 지점(9)을 서로 부딪치지 않도록 설정하였다. 하지만, 여전히 교착/충돌 발생 영역(10)은 존재한다.
본 발명에서는 이 문제를 안정적이고 효율적인 트래픽 제어를 통해 해결한다.
도 3은 자율 주행 장치들 간에 교착 및 충돌 상황이 일어나는 구성을 나타낸 것이다.
일방 통행 지점(5)을 이용한 경로계획이 이루어지더라도, 한 작업장에서 1번 자율 주행 장치(20)와 2번 자율 주행 장치(30)가 도 3과 같이 주행하고 있을 때에 교착/충돌 발생 영역(10)이 존재하게 되고, 운영 PC(2)에서 트래픽 제어가 필요하게 된다.
도 1에서처럼, 다수의 자율 주행 장치(1)가 한 작업장에서 운행될 때에는 운영 PC(2)가 존재하게 되고, 그것들은 주기적으로 위치 정보와 다음 경유 지점을 운영 PC(2)에게 보내게 된다.
본 발명에 따른 경로추적을 이용한 자율 주행 장치의 트래픽 제어 방법은 다음의 두 가지 조건을 이용한다.
첫째는 운영 PC(2)가 1번 자율 주행 장치(20)에서 위치정보와 다음 경유 지점 위치(21)를 받게 되고, 2번 자율 주행 장치에서 위치 정보와 다음 경유 지점 위치(31)를 받게 되면, 1번 자율 주행 장치(20)의 다음 경유 지점 위치(21)와 2번 자율 주행 장치(30)의 다음 경유 지점 위치(31)의 거리를 계산하게 된다.
이 때, 경유 지점 위치(21)(31)들 간의 거리가 교착/충돌 발생 영역(10) 내에 있으면, 같은 주행 경유 지점(3)으로 이동하는 것으로 판단하고 각 1,2번 자율 주행 장치(20)(30)와 그들의 다음 경유 지점 위치(21)(31)들 간에 거리를 계산하고 거리가 더 먼 자율 주행 장치를 멈추도록 하는 것이다.
만약, 2번 자율 주행 장치(30)가 멈추게 되면, 1번 자율 주행 장치(20)는 자신의 경로로 주행을 계속하게 되고 주행을 계속하면서 다음 경유 지점(21)과 그 다음 경유 지점(22)을 지나게 된다.
이 때, 1번 자율 주행 장치(20)의 다음 경유 지점이 (23)지점이 되면, 자율 주행 장치들의 다음 경유 지점 위치(23)(31)들 간의 거리가 교착/충돌 발생 영역(10)을 벗어나게 되고, 2번 자율 주행 장치(30)가 자신의 경로를 주행하게 되는 방법이다.
하지만, 상기 방법만을 이용하면 같은 경로로 이동하게 될 시에 충돌이 발생될 수 있다.
즉, 1번 자율 주행 장치(20)가 (23)지점으로 이동하고, 2번 자율 주행 장치(30)가 (32)지점으로 주행하지 않고, (22)로 주행할 때에 충돌이 발생 될 수 있다.
이를 해결하기 위하여, 두 번째 방법은 운영 PC(2)가 1번 자율 주행 장치(20) 위치와 2번 자율 주행 장치(30)의 다음 경유 지점 위치(31)와의 거리를 계산하고, 2번 자율 주행 장치(30) 위치와 1번 자율 주행 장치(20)의 다음 경유 지점 위치(21)와의 거리를 계산하여 일정 거리 이내가 되면, 각 자율 주행 장치(20)(30)와 그들의 다음 경유 지점 위치(21)(31)들 간에 거리를 계산하고 거리가 더 먼 자율 주행 장치를 멈추도록 하는 것이다.
이와 같이 본 발명에서는 첫 번째 방법과 두 번째 방법을 함께 이용하여 교착 및 충돌 상황이 발생되지 않도록 한다.
즉, 본 발명은 일 실시예에 따른 경로 추적 방식을 이용한 자율 주행 장치가 한 작업장에서 작업할 때에 교착 및 충돌 상황을 최소화하는 경로 계획 방법과 우선순위 방식의 트래픽 제어 방법을 제공한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 일방 통행 경로를 이용하는 경로 계획을 위한 플로우 차트이다.
하역 지점(4)에 위치한 자율 주행 장치(1)가 운영 PC(2)로부터, 다음 임무를 할당받게 되면(S400), 자율 주행 장치(1)는 경로계획을 수행한다.
경로 계획은 하역 위치로 같은 방향에 있는 다음 경유 지점을 선택하다가(S401), 하역 지점인지를 판단하여(S402) 하역 지점이 아닌 경우에 하역 위치 방향에 일방통행 지점이 존재하는 지를 판단한다.(S403)
하역 위치 방향에 일방통행 지점이 존재하면 일방통행 지점으로 다음 경유 지점 선택을 하고(S404), 직선 방향에 하역 지점이 존재하는지를 판단하여(S405), 존재하게 되면 다시 하역 위치로 다음 경유 지점 선택을 한다.
최적화 기법을 이용한 경로계획인 A* 알고리즘, Gradient descent, 유전자 알고리즘 등을 이용하여도 되지만, 일방 통행 지점(5)을 이용한 경로계획은 상기와 같은 간단한 방법으로 최적화 기법과 동일한 성능을 보이면서도 연산량에 의한 속도와 오류 등을 개선할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 자율 주행 장치들의 트래픽 제어를 위한 플로우 차트이다.
다수의 자율 주행 장치(1)들이 작업장에서 작업을 시작하면(S500), 운영 PC(2)로부터 임부를 할당 받고 자율 주행 장치(1)들이 경로 계획을 수행하여 주행을 시작한다.
이 때, 운영 PC(2)는 주기적으로 각 자율 주행 장치들에게 ID와 위치, 다음 경유 지점 위치를 요청한다.(S501)
운영 PC(2)가 모든 자율 주행 장치들의 정보 수신이 끝나게 되면(S502), 자율 주행 장치의 위치들 간의 거리 차 e d 를 계산한다.(S503)
이 때, e d 가 두 주행 경유 지점(3)의 최소 길이의 1.5배 in d 보다 작으면(S504), 교착 및 충돌이 일어날 것으로 판단하고 해당 자율 주행 장치들의 다음 경유 지점들 간의 거리 차 e2 d 를 계산한다.(S505)
여기서, e2 d 가 주행 경유 지점(3)에서의 직진 경유 지점(6) 혹은 회전 경유 지점(7) 간의 거리에 2배 in2 d 보다 작으면(S506), 해당 자율 주행 장치들의 각 위치와 다음 경유 지점 위치의 거리 차 e dx 를 계산하고(S507)하고, e dx 가 더 큰 자율 주행 장치를 정지하고 ID를 저장한다.(S508)
그리고 e2 d 가 in2 d 보다 크다면(S506), 정지된 자율 주행 장치가 존재하는 지를 판단하고(S509), 존재한다면 정지된 자율 주행 장치의 ID를 삭제하고 주행 명령을 송신(S510)한 후에 각 자율 주행 장치들의 위치와 서로의 다음 경유 지점 위치들 간의 거리차 e3 dx 를 계산한다.(S511)
이어, e3 dx 중에 더 작은 값이 두 주행 경유 지점(3)의 최소 길이 in3 d 보다 작으면(S512), 해당 자율 주행 장치들의 각 위치와 다음 경유 지점 위치의 거리 차 e dx 를 계산하고(S507), e dx 가 더 큰 자율 주행 장치를 정지하고 ID를 저장한다.(S508)
이와 같은 본 발명에 따른 경로추적(path tracking)을 이용하는 다수의 자율 주행 장치(autonomous guided vehicle)가 작업시에 교착 및 충돌 상황을 최소화하는 경로 계획과 우선순위 방식의 트래픽 제어에 의해 효율적으로 작업을 수행할 수 있도록 한 것이다.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
1. 자율 주행 장치 2.운영 PC
3. 주행 경유 지점 4. 하역 지점
5. 일방 통행 지점 10. 교착/충돌 발생 영역

Claims (8)

  1. 경로추적을 이용하는 자율 주행 장치의 트래픽 제어에 있어서,
    일방통행 지점을 선택하여 이를 이용하여 경로계획을 하는 단계;
    상기 경로계획에 따른 자율 주행 장치들의 주행 과정에서 트래픽 제어의 필요 여부를 판단하는 단계;
    트래픽 제어가 필요한 자율 주행 장치들의 다음 주행 경유 지점이 같은지를 판단하는 단계;
    상기 자율 주행 장치들의 다음 주행 경유 지점과 그 다음 주행 경유 지점이 같은지를 판단하는 단계;
    어떤 자율 주행 장치를 정지해야 할지를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 경로추적을 이용한 자율 주행 장치의 트래픽 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 경로계획을 하는 단계에서,
    상기 일방 통행 지점은 고정되지 않고 자율 주행 장치가 작업이 끝난 상황에서 운영 PC에서 임무를 할당 받을 때에 변경이 가능한 것을 특징으로 하는 자율 주행 장치의 트래픽 제어 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 경로계획을 하는 단계에서,
    하역 지점에 위치한 자율 주행 장치가 운영 PC로부터 다음 임무를 할당받게 되면 하역 위치로 같은 방향에 있는 다음 경유 지점을 선택하는 과정과,
    하역 지점인지를 판단하여 하역 지점이 아니면 하역 위치 방향에 일방통행 지점이 존재하는 지를 판단하는 과정과,
    하역 위치 방향에 일방통행 지점이 존재하면 일방통행 지점으로 다음 경유 지점 선택을 하는 과정과,
    직선 방향에 하역 지점이 존재하면 다시 하역 위치로 다음 경유 지점 선택을 하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 주행 장치의 트래픽 제어 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 자율 주행 장치들이 같은 주행 경유 지점으로 이동하는 것으로 판단되면,
    각각의 자율 주행 장치와 그들의 다음 경유 지점 위치들 간에 거리를 계산하고 거리가 더 먼 자율 주행 장치를 멈추는 것을 특징으로 하는 자율 주행 장치의 트래픽 제어 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 트래픽 제어의 필요 여부를 판단하는 단계에서 자율 주행 장치의 위치들 간의 거리 차를 이용하는 것을 특징으로 하는 자율 주행 장치의 트래픽 제어 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 다음 주행 경유 지점이 같은지를 판단하는 단계는 트래픽 제어가 필요한 자율 주행 장치들의 다음 경유 지점들 간의 거리 차를 이용하는 것을 특징으로 하는 자율 주행 장치의 트래픽 제어 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 다음 주행 경유 지점이 같은지를 판단하는 단계는 주행 경유 지점에서의 직진 경유 지점 혹은 회전 경유 지점 간의 거리를 이용하는 것을 특징으로 하는 자율 주행 장치의 트래픽 제어 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 다음 주행 경유 지점과 그 다음 주행 경유 지점이 같은지를 판단하는 단계는 각 자율 주행 장치들의 위치와 서로의 다음 경유 지점 위치들 간의 거리 차를 이용하는 것을 특징으로 하는 자율 주행 장치의 트래픽 제어 방법.
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