KR20110121352A - 다단계 형태 공간을 이용한 이동 경로 계획 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 형태 공간을 이용한 이동 경로 계획 방법에 관한 것으로서 이동 물체의 원형 근사화 형태를 이용하여 장애물의 경계선을 확장한 형태 장애물을 포함하는 형태 공간을 생성하고, 장애물의 개수와 형태 장애물의 개수가 일치하지 않는 경우, 이동 물체의 시작점과 목표 지점을 잇는 직선과 만나는 형태 장애물을 추출하고, 추출된 형태 장애물에 대하여 이동 물체의 형상, 이동 방향 또는 회전 각도 중 적어도 하나 이상을 고려하여 형태 장애물을 재생성한 다음, 재생성된 형태 장애물을 고려하여 이동 물체의 이동 경로를 계획하는 것을 특징으로 하며, 형태 공간 생성에 필요한 계산량을 줄여서 이동 로봇이 보다 효과적인 이동 경로를 계획할 수 있고, 보다 최적에 가까운 이동 경로를 찾을 수 있다.

Description

다단계 형태 공간을 이용한 이동 경로 계획 방법 및 장치{Method and apparatus of planning trajectory using multi-step configuration space}

본 발명은 형태 공간을 이용한 이동 경로 계획 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 형태 공간 생성에 필요한 계산량을 줄여서 이동 로봇이 보다 효과적인 이동 경로를 계획할 수 있고, 보다 최적에 가까운 이동 경로를 찾을 수 있는 형태 공간을 이용한 이동 경로 계획 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근 로봇 관련 기술들의 연구 개발 성과가 나타나면서 로봇 기술의 활용이 산업 분야뿐만이 아닌 의료용, 가정용, 교육용, 심해용, 우주용 등의 다양한 분야로 넓어지고 있다. 이렇게 로봇 기술의 활용 범위가 넓어짐에 따라 이동 로봇의 경로계획 알고리즘의 중요성은 날로 강조되고 있다.

이동 로봇의 경로계획을 위한 중요한 개념들 중 하나가 형태 공간(Configuration space)이다.

이동 로봇들은 각각 다른 형태를 가지며, 이동 로봇 간에 지도상에서의 시작 지점과 목표 지점이 같더라도 사용할 수 있는 이동 경로 계획 알고리즘의 결과는 그 이동 로봇의 형태에 따라서 달라지게 되는 문제를 야기하게 된다. 형태 공간은 이러한 문제점에 대한 해결책이 될 수가 있다.

형태 공간은 이동 로봇의 형태 및 이동 메커니즘에 기반하여 공간상에 존재하는 장애물들을 확장하고, 이동 로봇을 그 형태에 상관없이 하나의 점으로 인지할 수 있게 해주는 공간을 말한다.

이러한 형태공간의 차원의 개수는 이동 로봇이 가지는 자유도(Degree of freedom)의 개수와 같다. 또한, 형태공간상에서 가상으로 그 크기가 확장된 장애물들은 형태 장애물(Configuration obstacle)이라고 한다.

이러한 형태 공간과 형태 장애물이라는 개념은 이동 로봇에게 충돌에서 자유로운(Collision free)이동 경로를 찾아내기 위한 이동 경로 계획 알고리즘의 기반이 된다. 하지만, 형태 공간의 생성에는 복잡한 공간상에 존재하는 모든 장애물 및 그 각각의 장애물들에 대하여 로봇의 형태 및 이동 메카니즘을 고려할 필요가 있으므로 그 계산 시간이 오래 걸리기 때문에 임베디드 시스템의 실시간 이동 로봇 조작 시스템에 적용하는 데에는 부담이 있다.

따라서, 이러한 많은 계산량을 줄이기 위하여 이동 로봇이 자유롭게 회전할 수 있으며 어떠한 방향으로도 이동할 수 있다면 이동 로봇의 형태를 이동 로봇 전체를 포함할 수 있는 원으로 근사화시키는 방법이 있다. 이렇게 이동 로봇을 원형으로 근사화시킨다면 형태 공간의 생성시 이동 로봇의 실제 형태 및 자유도를 고려할 필요가 없으므로 더욱 쉬운 형태 공간의 생성이 가능해진다.

하지만, 이동 로봇을 원형 근사화한 형태는 기존의 이동 로봇 형태보다 더 많은 공간을 차지하게 될 것이라는 것은 자명하므로 로봇의 원형 근사화를 통하여 생성된 형태 공간 내부에서는 형태 장애물의 크기가 이동 로봇의 형태를 고려하여 형태 공간을 생성했을 시보다 증가하게 된다. 이러한 형태 장애물 크기의 증가는 이동 로봇이 경로 계획 알고리즘을 통해 시작 지점에서 목표 지점을 향한 최적의 이동 경로를 찾는데 방해가 될 수가 있다.

따라서, 로봇의 원형 근사화로 형태 장애물의 크기가 증가하기 때문에 최적의 경로 계획을 세울 수 없는 가능성이 커지므로, 이에 대한 보완이 필요한 상황이다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 형태 공간 생성에 필요한 계산량을 줄여서 이동 로봇이 보다 효과적인 이동 경로를 계획할 수 있고, 보다 최적에 가까운 이동 경로를 찾을 수 있는 형태 공간을 이용한 이동 경로 계획 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 형태 공간 생성에 필요한 계산량을 줄여서 이동 로봇이 보다 효과적인 이동 경로를 계획할 수 있고, 보다 최적에 가까운 이동 경로를 찾을 수 있는 형태 공간을 이용한 이동 경로 계획 장치를 제공하는 것이다.

또한, 상기된 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기 첫 번째 과제를 달성하기 위하여, 이동 물체의 원형 근사화 형태를 이용하여 장애물의 경계선을 확장한 형태 장애물을 포함하는 형태 공간을 생성하는 단계; 상기 장애물의 개수와 상기 형태 장애물의 개수가 일치하지 않는 경우, 상기 이동 물체의 시작점과 목표 지점을 잇는 직선과 만나는 형태 장애물을 추출하는 단계; 상기 추출된 형태 장애물에 대하여 상기 이동 물체의 형상, 이동 방향 또는 회전 각도 중 적어도 하나 이상을 고려하여 형태 장애물을 재생성하는 단계; 및 상기 재생성된 형태 장애물을 고려하여 상기 이동 물체의 이동 경로를 계획하는 단계를 포함하는 형태 공간을 이용한 이동 경로 계획 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 이동 물체의 주변 환경을 셀(cell) 단위로 구분하여 셀 단위로 위치가 정해지도록 한 구역기반지도를 이용하여 상기 이동 경로를 계획할 수 있다.

또한, 상기 장애물과 상기 형태 장애물에 고유한 식별자(ID)를 부여하고, 상기 장애물에 대응하는 상기 형태 장애물을 매핑하여 저장함으로써, 상기 추출된 형태 장애물에 대응하는 장애물에 대한 형태 장애물을 재생성할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 이동 물체의 시작점과 목표 지점을 잇는 직선과 만나는 형태 장애물을 추출하는 단계는 래스터 변환 알고리즘을 이용하여 상기 형태 장애물을 추출할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 재생성된 형태 장애물을 고려하여 상기 이동 물체의 이동 경로를 계획하는 단계는, 상기 이동 물체의 원형 근사화 형태를 이용하여 생성한 형태 장애물과 상기 재생성된 형태 장애물을 결합하여 상기 이동 물체의 이동 경로를 계획할 수 있다.

본 발명은 상기 두 번째 과제를 달성하기 위하여, 이동 물체의 원형 근사화 형태를 이용하여 장애물의 경계선을 확장한 형태 장애물을 포함하는 형태 공간을 생성하는 원형 근사화 형태 장애물 생성부; 상기 장애물의 개수와 상기 형태 장애물의 개수가 일치하지 않는 경우, 상기 이동 물체의 시작점과 목표 지점을 잇는 직선과 만나는 형태 장애물을 추출하는 형태 장애물 추출부; 상기 추출된 형태 장애물에 대하여 상기 이동 물체의 형상, 이동 방향 또는 회전 각도 중 적어도 하나 이상을 고려하여 형태 장애물을 재생성하는 형태 장애물 재생성부; 및 상기 재생성된 형태 장애물을 고려하여 상기 이동 물체의 이동 경로를 계획하는 이동 경로 계획부를 포함하는 형태 공간을 이용한 이동 경로 계획 장치를 제공한다.

상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상기된 형태 공간을 이용한 이동 경로 계획 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 기존 형태 공간 생성시 이동 로봇의 형태 및 모든 자유도를 고려해야 하는 방법에 비해 이동 로봇의 경로 계획시 사용하는 형태 공간을 다단계로 생성하는 과정에서 공간상에 존재하는 이동 로봇의 형태를 원형으로 근사화하는 방법을 사용함으로써, 형태 공간 생성에 필요한 계산량을 줄여서 이동 로봇이 보다 효과적인 이동 경로를 계획할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 이동 로봇의 실제 형태를 고려한 형태 장애물의 생성을 첫 번째 단계에서 생성한 형태 공간상에 부분적으로 적용시킴으로써 보다 최적에 가까운 이동 경로를 찾을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 형태 공간을 이용한 이동 경로 계획 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 형태 공간을 이용한 이동 경로 계획 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 형태 공간을 이용한 이동 경로 계획 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 형태 공간 생성 방법의 210 단계에 따라 지도상에 존재하는 장애물의 개수를 파악한 상태를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 형태 공간 생성 방법의 220 단계에 따라 이동 로봇의 원형근사화 형태를 이용하여 생성한 형태 공간 및 형태 장애물을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 형태 공간 생성 방법에서 형태공간의 부분적인 재생성을 위하여 시작점과 목표지점을 잇는 기준 선을 그린 상태를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 형태 공간 생성 방법의 240 단계에 따라 시작점과 목표지점을 잇는 기준선과 교차하며 두 개의 장애물로 구성되는 형태 장애물 3 부분에 대하여 형태 공간과 형태 장애물을 부분적으로 재생성한 것을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 형태 공간 생성 방법의 250 단계에 따라 재생성된 형태 장애물을 고려하여 이동 물체의 경로 계획을 수립한 것을 나타낸 것이다.

본 발명에 관한 구체적인 내용의 설명에 앞서 이해의 편의를 위해 본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안의 개요 혹은 기술적 사상의 핵심을 우선 제시한다.

본 발명의 실시예에서는 이동 로봇의 경로 계획시 다단계로 형태 공간을 생성하여 형태 공간 생성에 필요한 계산량을 줄여서 이동 로봇이 보다 효과적인 이동 경로를 계획할 수 있고, 보다 최적에 가까운 이동 경로를 찾을 수 있도록 하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 형태 공간을 이용한 이동 경로 계획 방법은 이동 물체의 원형 근사화 형태를 이용하여 장애물의 경계선을 확장한 형태 장애물을 포함하는 형태 공간을 생성하는 단계; 상기 장애물의 개수와 상기 형태 장애물의 개수가 일치하지 않는 경우, 상기 이동 물체의 시작점과 목표 지점을 잇는 직선과 만나는 형태 장애물을 추출하는 단계; 상기 추출된 형태 장애물에 대하여 상기 이동 물체의 형상, 이동 방향 또는 회전 각도 중 적어도 하나 이상을 고려하여 형태 장애물을 재생성하는 단계; 및 상기 재생성된 형태 장애물을 고려하여 상기 이동 물체의 이동 경로를 계획하는 단계를 포함한다.

이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. 본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다. 아울러 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명 그리고 그 이외의 제반 사항이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 형태 공간을 이용한 이동 경로 계획 장치의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 형태 공간 생성 장치는 장애물 개수 산출부(110), 원형 근사화 형태 장애물 생성부(120), 비교부(130), 형태 장애물 추출부(140), 형태 장애물 재생성부(150), 형태 공간 생성부(160), 및 이동 경로 계획부(170)로 구성된다.

장애물 개수 산출부(110)는 지도상에 존재하는 장애물의 개수를 산출한다. 장애물 개수 산출부(110)는 장애물의 경계선을 확장한 형태 장애물의 개수도 산출할 수 있다. 장애물 개수 산출부(110)는 지도상에 존재하는 장애물의 개수와 형태 장애물의 개수를 산출하여 비교부(130)로 출력한다.

이동 물체에는 다양한 물체가 가능할 수 있으나 이하에서는 설명의 편의상 이동 로봇을 예로 들어 설명하기로 한다. 또한, 이동 로봇의 진행을 방해하는 물체를 장애물로 볼 수 있을 것이다.

일반적으로, 이동 로봇의 주위 환경은 구역기반지도로 표현이 될 수 있다.

구역기반지도란, 이동 로봇의 주변 환경을 셀(cell) 단위로 구분하여 셀 단위로 위치가 정해지도록 한 지도를 말한다.

이는 지도를 구역기반으로 표시할 시 기존의 이동로봇 경로계획 중 하나인 구역 분할 (Cell Decomposition) 이동 경로 계획 등의 경로 계획을 사용할 수 있기 때문이다.

장애물 개수 산출부(110)는 구역기반으로 표시된 지도에서 이동 로봇을 원형으로 근사화하여 형태 공간을 생성하기 전에 먼저 지도상 존재하는 장애물, 예를 들면 장애물의 개수를 파악할 수 있다. 이러한 장애물의 파악은 구역기반으로 표시된 지도를 스캔하는 지도 분석기(미도시)를 사용하여 이루어지며 탐색된 장애물마다 고유한 식별자(ID)를 부여함으로써 장애물의 관리가 이루어지게 된다.

원형 근사화 형태 장애물 생성부(120)는 이동 물체의 원형 근사화 형태를 이용하여 장애물의 경계선을 확장한 형태 장애물을 생성한다.

원형 근사화 형태 장애물 생성부(120)는 파악된 장애물들의 경계선들을 찾아낸 다음, 이동 로봇의 원형 근사화 형태를 기반으로 장애물들의 경계선들을 확장할 수 있다.

원형 근사화 형태 장애물 생성부(120)는 형태 공간 및 형태 장애물을 생성하게 되며 이 형태 장애물가 어떠한 기존 장애물에서 생성되었는지에 대한 정보를 저장한다.

원형 근사화 형태 장애물 생성부(120)가 형태 공간을 생성한 후 다시 지도 분석기(미도시)를 사용하여 이번에는 생성된 형태 장애물에 식별자를 부여하는 방식으로 형태 장애물을 관리하게 된다.

원형 근사화 형태 장애물 생성부(120)는 지도 분석기를 통하여 형태 장애물에 식별자를 부여하는 동시에 그 개수를 파악하게 되며, 생성된 형태 장애물의 개수를 파악하는 이유는 생성된 형태 공간상에서 최적의 이동 경로를 찾아낼 수 있을지를 판단하는 것에 대한 근거가 되기 때문이다.

비교부(130)는 장애물의 개수와 형태 장애물의 개수를 비교하고, 장애물의 개수가 형태 장애물의 개수와 같지 않으면, 형태 장애물 추출부(140)로 비교 결과를 출력하고, 장애물의 개수가 형태 장애물의 개수와 같으면, 형태 공간 생성부(160)로 비교 결과를 출력한다.

만약 기존의 장애물의 개수에 비하여 생성된 형태 장애물의 개수가 적다면 이는 어떠한 2개 이상의 장애물로부터 생성된 형태 장애물이 합쳐져서 하나의 형태장애물을 생성했다는 의미가 되며 이는 공간상에서 실제로는 이동 가능한 경로들이 원형근사화를 통한 형태장애물의 생성에 따라 이동할 수 없는 경로로 판단이 될 수 있다.

따라서, 형태 공간을 생성한 후 형태 장애물의 개수를 파악하여 만약 기존 장애물의 개수보다 형태장애물의 개수가 적다면 일단 형태 공간을 부분적으로 생성할 필요가 있다.

형태 장애물 추출부(140)는 비교부(130)로부터 비교 결과를 수신하면, 이동 물체의 시작점과 목표지점을 잇는 직선과 만나는 형태 장애물을 추출한다.

형태 장애물 추출부(140)는 지도상의 시작점부터 목표지점까지 하나의 직선을 그어서 만약 직선과 만나는 형태 장애물이 존재한다면 그 형태 장애물을 구성하는 기존 장애물들을 대상으로 형태공간을 부분적으로 재생성할 수 있다.

시작점부터 목표지점까지 그은 직선은 일종의 최적 이동 경로라고 볼 수 있으며 이를 가로막는 형태 장애물을 이동 로봇의 형태, 진행방향, 회전각도를 고려해 재생성함으로써 형태 장애물이 형태 공간에서 차지하는 면적을 줄이는 것으로 보다 최적의 이동 경로를 찾아낼 수 있을 것이기 때문이다.

직선을 구역기반 형태공간에 대응시키는 것은 래스터 변환(Raster conversion) 알고리즘 중 하나인 DDA(Digital Differential Analyzer Algorithm) 알고리즘을 이용하는 래스터 변환기를 통하여 이루어지며, 변환된 결과로 나오는 좌표들 중 형태장애물과 겹치는 좌표를 찾는 방법으로 직선과 만나는 형태장애물을 찾게 된다.

형태 장애물 재생성부(150)는 형태 장애물 추출부(140)가 추출한 형태 장애물에 대하여는 이동 물체의 형상에 기반하여 형태 장애물을 재생성한다

형태 장애물 추출부(140)가 찾아낸 형태 장애물이 만약 두 개 이상의 장애물에서 형성된 형태 장애물이라면 이동 로봇의 형태, 이동 방향, 및 회전각을 고려하여 상세하게 형태장애물을 재생성했을 때에 이전보다 최적에 가까운 경로를 찾을 수 있을 가능성이 커진다. 형태장애물이 생성될 때 이미 기반이 되는 장애물에 대한 정보를 가지고 있으므로 찾아낸 형태장애물이 어떠한 장애물에서 생성된 것인지를 찾을 수 있다.

따라서 형태 장애물 재생성부(150)는 시작 지점과 목표 지점을 연결하는 직선과 만나고, 두 개 이상의 장애물로 이루어진 형태 장애물이 존재한다면 이 형태 장애물을 구성하는 장애물에 한하여 부분적으로 형태 장애물과 형태 공간을 재생성한다.

형태 장애물 재생성부(150)는 부분적 형태 공간 생성이 필요한 장애물에 대해서는 이동 로봇 각각의 회전 각도를 고려하여 상세한 형태 장애물을 생성하도록 한다. 상세한 형태 장애물의 생성은 실제 이동 로봇의 형상, 이동방향 및 회전 각도에 근거하여 생성한다.

만일 실제 이동 로봇의 형상을 다각형으로 볼 수 있을 경우 다각형의 회전 변환기 및 래스터 변환기를 사용하여 이루어지게 된다. 예를 들어, 이동 로봇의 회전 각도가 30도일때, 형태 장애물의 생성은 먼저 이동 로봇의 상세한 형태를 표현하는 다각형을 구성하는 점들을 30도 회전 변환을 시킨 다음 그 다각형을 이루는 각 직선을 추출한 후 그 직선에 래스터 변환기를 사용하여 다각형이 구역기반지도에 대응되는 지점을 파악한 후 이 결과를 장애물의 경계선에 적용하여 형태 장애물을 생성하게 된다. 이동 로봇의 다양한 회전 각도에 대하여 각각 형태 공간을 부분적으로 상세하게 생성했을 때 만약 원형 근사화를 통하여 생성했던 형태 장애물의 총 개수보다 그 개수가 많아지는 경우가 있다면 이는 다단계로 이루어진 형태 공간이 기존의 원형 근사화로 이루어진 형태공간보다 최적의 이동 경로를 찾을 수 있게 된다는 것을 의미하게 된다.

형태 공간 생성부(160)는 형태 장애물 재생성부(150)로부터 재생성된 형태 장애물을 수신하면, 재생성된 형태 장애물과 다른 형태 장애물들을 이용하여 형태 공간을 생성한다.

이동 경로 계획부(170)는 형태 공간 생성부(160)가 생성한 형태 공간에 근거하여 이동 물체의 이동 경로 계획을 수립한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 일 실시예에서는 가장 최적의 이동 물체 이동 경로 계획을 수립하기 위해 다단계로 형태 공간을 생성한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 형태 공간을 이용한 이동 경로 계획 방법의 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 형태 공간 생성 방법은 도 1에 도시된 형태 공간 생성 장치에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 도 1에 도시된 형태 공간 생성 장치에 관하여 이상에서 기술된 내용은 본 실시예에 따른 형태 공간 생성 방법에도 적용된다.

210 단계에서 형태 공간 생성 장치는 지도상에 존재하는 장애물의 개수를 산출한다.

220 단계에서 형태 공간 생성 장치는 이동 물체의 원형 근사화 형태를 이용하여 장애물의 경계선을 확장한 형태 장애물을 생성한다.

230 단계에서 형태 공간 생성 장치는 형태 장애물의 개수를 산출한다.

240 단계에서 형태 공간 생성 장치는 이동 물체의 시작점과 목표지점을 잇는 직선과 만나는 형태 장애물에 대해서는 이동 물체의 형상과 이동 로봇의 이동 방향에 기반하여 형태 장애물을 부분적으로 재생성한다.

250 단계에서 형태 공간 생성 장치는 재생성된 형태 장애물을 고려하여 이동 물체의 이동 경로 계획을 수립한다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 형태 공간을 이용한 이동 경로 계획 방법의 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 형태 공간 생성 방법은 도 1에 도시된 형태 공간 생성 장치에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 도 1에 도시된 형태 공간 생성 장치에 관하여 이상에서 기술된 내용은 본 실시예에 따른 형태 공간 생성 방법에도 적용된다.

310 단계에서 형태 공간 생성 장치는 주어진 이동 경로 환경상에 존재하는 기존 장애물의 개수(N1)를 지도 분석기를 이용하여 파악한다.

320 단계에서 형태 공간 생성 장치는 이동 로봇의 원형근사화를 통하여 1단계 형태 공간(CS1) 및 형태 장애물(CO1)을 생성한다.

330 단계에서 형태 공간 생성 장치는 1단계 형태 공간(CS1)에 존재하는 형태 장애물의 개수(N2)를 지도 분석기를 이용하여 파악한다.

340 단계에서 형태 공간 생성 장치는 만일 기존 장애물의 개수(N1)와 형태 장애물의 개수(N2)가 동일한지 여부를 판단한다. 판단 결과, 동일한 경우(N1=N2)에는 350 단계로 진행하고, 동일하지 않은 경우(N1≠N2)에는 360 단계로 진행한다.

350 단계에서 형태 공간 생성 장치는 1단계 형태 공간(CS1) 및 형태 장애물(CO1)을 이용하여 이동 경로 계획을 수행한다.

360 단계에서 형태 공간 생성 장치는 시작 지점(SP) 및 목표 지점(GP)을 연결하는 이상적인 경로(IP)를 생성한다.

370 단계에서 형태 공간 생성 장치는 두 개 이상의 장애물로 구성된 형태 장애물(co1, co2 ∈ CO1)에 대하여 다음과 같은 사항을 적용한다.

만약 형태 장애물(co1)과 이상적인 경로(IP)가 서로 교차한다면, 형태 장애물(co1)을 구성하는 장애물들에 한정하여 이동 로봇의 형상과 이동 방향을 고려한 2단계 형태 공간(CS2)을 생성한다. 그 결과 이동 로봇의 형상과 이동 방향을 고려한 형태 장애물(CO2)를 가지게 된다.

380 단계에서 형태 공간 생성 장치는 1단계 형태 공간(CS1)과 2단계 형태 공간(CS2)을 이용하여 새로운 형태 공간(CS1’)을 생성한다. 이를 수학식으로 표현하면 다음의 수학식 1과 같다.

수학식 1을 참조하면, 1단계 형태 공간(CS1)에서 형태 장애물(co1)을 제외한 다음, 이동 로봇의 실제 형상과 이동 방향을 고려한 형태 장애물(CO2)을 합하여 새로운 형태 공간(CS1’)을 생성하는 것을 나타내고 있다.

390 단계에서 형태 공간 생성 장치는 새로운 형태 공간(CS1’)에 대해서 이동 경로 계획을 수행한다. 그 결과 1 단계 형태 공간(CS1)에 대해서만 이동 경로 계획을 수행할 때보다 이동 거리가 짧은 이동 경로 계획을 수행할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 형태 공간 생성 방법의 210 단계에 따라 지도상에 존재하는 장애물의 개수를 파악한 상태를 나타낸 것이다.

도 4를 참조하면, 지도상의 장애물은 총 8개의 장애물이 존재함을 알 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 형태 공간 생성 방법의 220 단계에 따라 이동 로봇의 원형근사화 형태를 이용하여 생성한 형태 공간 및 형태 장애물을 나타낸 것이다.

도 5를 참조하면, 형태 장애물의 개수는 총 6개로서, 도 4에 도시된 장애물 1과 장애물 2가 합쳐져서 형태 장애물 1이 되고, 도 4에 도시된 장애물 4와 장애물 5가 합쳐져서 형태 장애물 3이 된다.

도 5에 도시된 형태 공간상에서의 이동 로봇 이동 경로에서도 알 수 있듯이 원형 근사화 형태를 이용하는 경우, 이동 로봇이 장애물 4와 장애물 5 사이로 통과할 수 있음에도 불구하고, 이동 로봇의 이동 경로로 예측하지 못함을 알 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 형태 공간 생성 방법에서 형태공간의 부분적인 재생성을 위하여 시작점과 목표지점을 잇는 기준 선을 그린 상태를 나타낸 것이다.

도 4과 도 5에서 알 수 있듯이, 도 4에 도시된 기존 장애물의 개수보다 도 5에 도시된 형태 장애물 개수가 적으므로 형태공간의 부분적인 재생성을 위하여 시작점과 목표지점을 잇는 기준선을 그리면 형태 장애물 3과 기준선이 겹치게 됨을 알 수 있다.

기준선과 겹치게 되는 형태 장애물 3에 대해서는 이동 로봇의 형상과 이동 로봇의 진행 방향을 고려하여 형태 장애물을 재생성하게 된다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 형태 공간 생성 방법의 240 단계에 따라 시작점과 목표지점을 잇는 기준선과 교차하며 두 개의 장애물로 구성되는 형태 장애물 3 부분에 대하여 형태 공간과 형태 장애물을 부분적으로 재생성한 것을 나타낸 것이다.

형태 장애물 3 부분에 대하여 부분적으로 형태 장애물을 재생성할 때는 이동 로봇의 형상 또는 이동 방향을 고려할 수 있다.

즉, 이동 로봇의 형상과 -90도에서 +90도에 이르는 모든 이동 방향을 고려하여 형태 장애물을 재생성한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 형태 공간 생성 방법의 250 단계에 따라 재생성된 형태 장애물을 고려하여 이동 물체의 경로 계획을 수립한 것을 나타낸 것이다.

도 8을 참조하면, 기존 형태공간 및 부분적으로 새롭게 생성된 형태공간을 결합해 이동 경로를 산출하고 있다. 조합된 형태 공간상에서 이동 로봇의 이동 경로가 기존 형태 공간상에서 이동 로봇의 이동 경로보다 최적화됨을 알 수 있다.

이동 로봇의 경로 계획을 세우는 데 있어 충돌에서 자유로운 이동 경로를 산출해내는 것은 매우 중요한 문제이며, 이를 위하여 이동 로봇을 지도상에서 하나의 점으로 볼 수 있는 다단계 형태공간을 생성하는 방법 및 이러한 다단계 형태공간을 기반으로 하는 점진적 경로계획 방법들은 기존의 경로계획 기술들에 비해 개념적으로 매우 효율적이다.

즉, 본 발명의 일 실시예에서는 특정 부분에 한정해서 형태공간을 더욱 상세하게 재생성하는 방식을 사용함으로써 보다 효율적인 경로계획을 세울 수 있으며, 좀 더 최적에 가까운 이동 경로를 찾을 수 있는 가능성이 있는 기술이다.

본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

임베디드 시스템에서 이동 로봇의 효율적인 경로계획을 위한 다단계 형태공간 생성기에 적용된다.

110 : 장애물 개수 산출부
120 : 원형 근사화 형태 장애물 생성부
130 : 비교부
140 : 형태 장애물 추출부
150 : 형태 장애물 재생성부
160 : 형태 공간 생성부
170 : 이동 경로 계획부

Claims (11)

1. 이동 물체의 원형 근사화 형태를 이용하여 장애물의 경계선을 확장한 형태 장애물을 포함하는 형태 공간을 생성하는 단계;
   상기 장애물의 개수와 상기 형태 장애물의 개수가 일치하지 않는 경우, 상기 이동 물체의 시작점과 목표 지점을 잇는 직선과 만나는 형태 장애물을 추출하는 단계;
   상기 추출된 형태 장애물에 대하여 상기 이동 물체의 형상, 이동 방향 또는 회전 각도 중 적어도 하나 이상을 고려하여 형태 장애물을 재생성하는 단계; 및
   상기 재생성된 형태 장애물을 고려하여 상기 이동 물체의 이동 경로를 계획하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 형태 공간을 이용한 이동 경로 계획 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 이동 물체의 주변 환경을 셀(cell) 단위로 구분하여 셀 단위로 위치가 정해지도록 한 구역기반지도를 이용하여 상기 이동 경로를 계획하는 것을 특징으로 하는 형태 공간을 이용한 이동 경로 계획 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 장애물과 상기 형태 장애물에 고유한 식별자(ID)를 부여하고, 상기 장애물에 대응하는 상기 형태 장애물을 매핑하여 저장함으로써, 상기 추출된 형태 장애물에 대응하는 장애물에 대한 형태 장애물을 재생성하는 것을 특징으로 하는 형태 공간을 이용한 이동 경로 계획 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 이동 물체의 시작점과 목표 지점을 잇는 직선과 만나는 형태 장애물을 추출하는 단계는 래스터 변환 알고리즘을 이용하여 상기 형태 장애물을 추출하는 것을 특징으로 하는 형태 공간을 이용한 이동 경로 계획 방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 재생성된 형태 장애물을 고려하여 상기 이동 물체의 이동 경로를 계획하는 단계는,
   상기 이동 물체의 원형 근사화 형태를 이용하여 생성한 형태 장애물과 상기 재생성된 형태 장애물을 결합하여 상기 이동 물체의 이동 경로를 계획하는 것을 특징으로 하는 형태 공간을 이용한 이동 경로 계획 방법.
6. 이동 물체의 원형 근사화 형태를 이용하여 장애물의 경계선을 확장한 형태 장애물을 포함하는 형태 공간을 생성하는 원형 근사화 형태 장애물 생성부;
   상기 장애물의 개수와 상기 형태 장애물의 개수가 일치하지 않는 경우, 상기 이동 물체의 시작점과 목표 지점을 잇는 직선과 만나는 형태 장애물을 추출하는 형태 장애물 추출부;
   상기 추출된 형태 장애물에 대하여 상기 이동 물체의 형상, 이동 방향 또는 회전 각도 중 적어도 하나 이상을 고려하여 형태 장애물을 재생성하는 형태 장애물 재생성부; 및
   상기 재생성된 형태 장애물을 고려하여 상기 이동 물체의 이동 경로를 계획하는 이동 경로 계획부를 포함하는 것을 특징으로 하는 형태 공간을 이용한 이동 경로 계획 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 이동 경로 계획부는,
   상기 이동 물체의 주변 환경을 셀(cell) 단위로 구분하여 셀 단위로 위치가 정해지도록 한 구역기반지도를 이용하여 상기 이동 경로를 계획하는 것을 특징으로 하는 형태 공간을 이용한 이동 경로 계획 장치.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 장애물과 상기 형태 장애물에 고유한 식별자(ID)를 부여하고, 상기 장애물에 대응하는 상기 형태 장애물을 매핑하여 저장함으로써, 상기 추출된 형태 장애물에 대응하는 장애물에 대한 형태 장애물을 재생성하는 것을 특징으로 하는 형태 공간을 이용한 이동 경로 계획 장치.
9. 제 6 항에 있어서,
   상기 형태 장애물 추출부는 래스터 변환 알고리즘을 이용하여 상기 형태 장애물을 추출하는 것을 특징으로 하는 형태 공간을 이용한 이동 경로 계획 장치.
10. 제 6 항에 있어서,
    상기 이동 경로 계획부는
    상기 이동 물체의 원형 근사화 형태를 이용하여 생성한 형태 장애물과 상기 재생성된 형태 장애물을 결합하여 상기 이동 물체의 이동 경로를 계획하는 것을 특징으로 하는 형태 공간을 이용한 이동 경로 계획 장치.
11. 제 1 항 내지 제 5 항 중에 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.

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