KR20130027384A - Method and system for robot coverage of unknown environment - Google Patents

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KR20130027384A
KR20130027384A KR1020110090933A KR20110090933A KR20130027384A KR 20130027384 A KR20130027384 A KR 20130027384A KR 1020110090933 A KR1020110090933 A KR 1020110090933A KR 20110090933 A KR20110090933 A KR 20110090933A KR 20130027384 A KR20130027384 A KR 20130027384A
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국태용
지상훈
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국태용
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지상훈
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Abstract

PURPOSE: A method and a system for robot coverage in an unknown environment are provided to reduce overall memory usage through encoding by a grey code group when performing grid cell searching and coverage. CONSTITUTION: A method for robot coverage comprises the following steps: dividing a work space into grid cells with a predetermined size; moving a robot to an adjacent cell, expanding the sweeping area of the robot, and searching for the work space(S240); and generating a cell group with a grey code which is modeling the work space according to the movement of the robot. [Reference numerals] (AA) Start; (BB) End; (S200) Initializing searching; (S220) Starting searching; (S240) Map searching; (S260) Map searching completed?

Description

미지 환경에서의 로봇 커버리지 방법 및 시스템{Method and system for robot coverage of unknown environment}Method and system for robot coverage in unknown environment

본 발명은 미리 알려진 환경뿐만 아니라 미지의 환경에서도 로봇이 작업 공간의 모든 지점을 커버리지할 수 있도록 하는 로봇 커버리지 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a robot coverage method and system that enables a robot to cover all points of a work space, as well as in a known environment.

로봇에 대한 커버리지(coverage) 방법은 미리 알려진 또는 알려지지 않은 타겟 작업 공간의 모든 지점으로 로봇을 안내할 수 있도록 한다. 효과적인 커버리지 방법이 구축되면, 영역 커버리지 업무뿐만 아니라 센서 커버리지(sensor coverage) 문제에도 적용이 가능하다. 이와 같은 커버리지 방법은 지역 검사, 지도 구축, 감시, 정찰, 바닥 청소, 페인트 분사, 잔디 깍는 현장, 수확 등에서 로봇 자동화를 위해 필요하다. Coverage methods for robots allow the robot to be guided to any point in the target workspace that is known or unknown in advance. If an effective coverage method is established, it can be applied not only to the area coverage task but also to the sensor coverage problem. Such coverage methods are needed for robotic automation in area inspection, map building, surveillance, reconnaissance, floor cleaning, paint spraying, lawn mowing, and harvesting.

그런데, 일반적으로 로봇이 동작하는 작업 공간을 완벽하게 커버리지하기 위해서는 전체 환경에 대한 맵을 가지고 있어야 하므로, 대부분의 커버리지 방법은 미리 생성된 작업 공간에 대한 맵이 있어야 동작이 가능하다. 이러한 이유로 기존의 커버리지 방법은 미지의 환경에 바로 적용할 수 없다. 즉, 미지의 환경에서 로봇이 모든 영역을 커버리지 하기 위해서는, 로봇 스스로 작업 공간에 대한 맵을 생성할 수 있어야 한다. However, in general, in order to completely cover the working space where the robot operates, it is necessary to have a map of the entire environment, so most of the coverage methods require a map of the previously generated working space. For this reason, existing coverage methods cannot be applied directly to unknown environments. In other words, in order for the robot to cover all areas in an unknown environment, the robot must be able to generate a map of the work space by itself.

이와 같은 커버리지 문제의 해결을 위해, 다양한 전략을 사용하여 많은 연구자에 의해 연구가 진행되어 왔다. 로봇 커버리지를 위한 작업 공간의 모델링으로 널리 알려진 셀적 분해와 그리드 기반 표현의 방법으로, H. Choset and P. Pignon 의 “Coverage path planning: The boustrophedon cellular decomposition,” Int. Conf. on Field and Service Robotics, Canberra, Australia, 1997 와, H. Choset, “Coverage of known space: The boustrophedon cellular decomposition,” Autonomous Robots, vol.9, pp.247-253, 2000 등의 연구가 있다. In order to solve such a coverage problem, research has been conducted by many researchers using various strategies. As a method of cellular decomposition and grid-based representation, well known for modeling workspaces for robotic coverage, see “Coverage path planning: The boustrophedon cellular decomposition,” Int. H. Choset and P. Pignon. Conf. there are studies such as "Field and Service Robotics, Canberra, Australia, 1997, and H. Choset," Coverage of known space: The boustrophedon cellular decomposition, "Autonomous Robots, vol.9, pp.247-253,

이외에도 다양한 방법으로 커버리지를 수행하는 방법이 연구되어 왔으나, 셀적 분해 방법이나 그리드 기반의 커버리지 방법 등은 로봇이 누락없이 모든 셀을 방문하여 작업 공간의 완전한 커버리지를 보장하기 위하여 주로 로봇의 경로 계획에 중점을 두고 있다. In addition, various methods of performing coverage have been studied. However, in order to guarantee complete coverage of the work space, the cell decomposition method or the grid-based coverage method, etc., Respectively.

따라서, 미지의 환경에서 로봇이 작업 공간에 대한 맵을 생성하고, 생성된 맵을 기반으로 작업 공간의 모든 지점을 커버리지할 수 있도록 하는 보다 효율적인 방안이 필요하다.Therefore, there is a need for a more efficient way for robots to create maps for workspaces and to cover all points in the workspace based on the generated maps in an unknown environment.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 미지의 환경에서 로봇이 작업 공간의 모든 지점을 커버리지할 수 있도록 하는 로봇 커버리지 방법 및 시스템을 제공함에 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a robot coverage method and system that enables a robot to cover all points of a work space in an unknown environment.

이러한 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따라 작업 공간을 로봇이 커버리지하도록 하는 로봇 커버리지 방법은, 상기 작업 공간을 미리 정해진 크기의 그리드 셀로 분할하는 단계, 상기 로봇을 인접한 셀로 이동시켜 상기 로봇이 스윕(sweep)한 영역을 확장하면서 상기 작업 공간을 탐색하는 단계, 그리고 상기 로봇의 이동에 따라 상기 작업 공간을 모델링하는 그레이코드로 이루어진 셀 그룹을 생성하는 단계를 포함한다.According to the present invention, a robot coverage method for covering a work space by a robot according to the present invention comprises: dividing the work space into grid cells having a predetermined size, and moving the robot to an adjacent cell to sweep the robot. Exploring the workspace while expanding an area, and generating a cell group consisting of gray codes for modeling the workspace according to the movement of the robot.

또한 본 발명의 다른 실시예에서는, 상기 방법을 프로세서에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 프로세서로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.In another embodiment of the present invention, there is provided a recording medium readable by a processor that records a program for executing the method on the processor.

그리고 본 발명의 다른 실시예에 따른 로봇 커버리지 시스템은, 제어 신호에 따라 작업 공간을 주행하는 로봇, 그리고 상기 작업 공간을 미리 정해진 크기의 그리드 셀로 분할하고, 상기 로봇이 인접한 셀로 이동하면서 상기 로봇이 스윕한 영역이 확장되도록 상기 작업 공간을 탐색하는 상기 제어 신호를 출력하며, 상기 로봇의 이동에 따라 상기 작업 공간을 모델링하는 그레이코드로 이루어진 셀 그룹을 생성하는 로봇 제어기를 포함한다.In addition, the robot coverage system according to another embodiment of the present invention, the robot traveling in the work space according to a control signal, and divides the work space into grid cells of a predetermined size, the robot sweeps while moving the robot to an adjacent cell And a robot controller configured to output the control signal for searching the work space to extend one region and to generate a cell group of gray codes that model the work space according to the movement of the robot.

본 발명에 따르면, 미지의 환경에서 로봇이 작업 공간에 대한 맵을 생성할 수 있으며, 생성한 맵을 기반으로 로봇이 작업 공간의 모든 지점을 커버리지할 수 있도록 한다. 또한, 그리드 셀 탐색과 커버리지 업무의 수행시, 그레이코드 그룹으로 인코딩하는 방식을 사용하여, 전체적인 메모리 사용을 감소시킬 수 있다. According to the present invention, a robot may generate a map of a work space in an unknown environment, and the robot may cover all points of the work space based on the generated map. In addition, when performing grid cell search and coverage tasks, encoding using gray code groups may be used to reduce overall memory usage.

도 1 및 도 2는 작업 공간의 셀적 분해에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 3은 브리지 셀을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 4는 정션 셀을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 로봇 커버리지 방법에 대한 설명에 제공되는 흐름도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 로봇 커버리지 방법에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명에 따른 로봇 커버리지 방법을 시뮬레이션한 결과를 나타낸 도면이다.1 and 2 are views referred to for the description of the cellular decomposition of the work space.
3 is a diagram referred to describe the bridge cell.
4 is a diagram referred to describe a junction cell.
5 and 6 are flowcharts provided for the description of the robot coverage method according to the present invention.
7 to 9 are diagrams referred to in the description of the robot coverage method according to the present invention.
10 to 12 are diagrams showing the results of a simulation of the robot coverage method according to the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, with reference to the drawings will be described the present invention in more detail.

본 발명에 따른 로봇 커버리지 방법은, 작업 공간의 분해를 위해 공간 그리드 기반 모델을 도입한다. 먼저, 작업 공간의 모델링에 대하여 설명하면 다음과 같다.The robot coverage method according to the present invention introduces a spatial grid based model for the decomposition of the working space. First, modeling of the work space will be described.

도 1 및 도 2는 본 발명에서 사용되는 작업 공간의 셀적 분해에 대한 설명에 참조되는 도면이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 타겟 작업 공간은 미리 정해진 크기의 영역 A = W ×W로 이루어진 그리드 셀(grid cell)로 나누어진다. 여기서 각 셀이 정방형이고 그 크기가 동일한 것으로 하였으나 이에 한정되지 않으며 정방형이 아니거나 임의의 크기로 이루어질 수도 있다. 한편, 로봇이 차지하는 영역은 영역의 커버리지 문제를 위해 영역 A보다 크거나 같은 것으로 가정하고, 또한, 센서 커버리지 작업에 대한 즉각적인 센서 측정의 범위 R에 대한

Figure pat00001
에 대해서도 크거나 같은 것으로 가정한다. 1 and 2 are views referred to for the description of the cellular decomposition of the working space used in the present invention. As shown in FIG. 1, the target work space is divided into grid cells consisting of a region A = W x W of a predetermined size. Here, each cell is a square and has the same size, but is not limited thereto, and may be a square or an arbitrary size. On the other hand, it is assumed that the area occupied by the robot is greater than or equal to area A for the coverage problem of the area, and also for the range R of the immediate sensor measurement for the sensor coverage operation.
Figure pat00001
Assume greater than or equal to

도 1에서 좌표 프레임의 원점은 커버리지 업무를 위하여 센터 그리드(center grid)라고 불리는 그리드 셀 상에서 로봇의 스타트 위치(starting position)에 대응한다. The origin of the coordinate frame in FIG. 1 corresponds to the starting position of the robot on a grid cell called a center grid for coverage tasks.

Figure pat00002
위치에서 그리드 셀
Figure pat00003
의 중심 좌표는
Figure pat00004
로 나타내고,
Figure pat00005
의 서브 골(sub-goal)이라 하며,
Figure pat00006
이다. 따라서,
Figure pat00007
는 스타트 위치에서 그리드 셀
Figure pat00008
의 중심을 나타낸다.
Figure pat00002
Grid cell in position
Figure pat00003
The center coordinates of
Figure pat00004
Lt; / RTI >
Figure pat00005
Is called the sub-goal of,
Figure pat00006
to be. therefore,
Figure pat00007
Lt; RTI ID = 0.0 > grid cell
Figure pat00008
.

작업 공간의 셀 분해를 통해 그리드들은 다음과 같이 인접 셀의 집합으로 그룹화된다. Through cell decomposition of the workspace, grids are grouped into sets of adjacent cells as follows:

Figure pat00009
Figure pat00009

여기서, 두 개의 좌표값 (i, j)는 다음과 같이 순열

Figure pat00010
로부터 반복적으로 선택된다.Where two coordinate values (i, j) are permuted as
Figure pat00010
Lt; / RTI >

Figure pat00011
Figure pat00011

여기서, here,

Figure pat00012
이다.
Figure pat00012
to be.

예를 들면, 처음 세 개의 셀 그룹은 다음과 같이 결정된다.For example, the first three cell groups are determined as follows.

Figure pat00013
Figure pat00013

이와 같은 정의에서,

Figure pat00014
위첨자 1은 시작 위치
Figure pat00015
로부터 North CW(북쪽 시계방향)이나 East CCW(동쪽 반시계 방향)으로 로봇 이동의 초기 방향에 대한 제1 사분면을 나타낸다.In this definition,
Figure pat00014
Superscript 1 is the starting position
Figure pat00015
Shows the first quadrant for the initial direction of robot movement from North CW (north clockwise) or East CCW (east counterclockwise).

셀 집합의 증분은 다음과 같이 정의할 수 있다.The increment of the cell set can be defined as follows.

Figure pat00016
Figure pat00016

여기서,

Figure pat00017
이다.here,
Figure pat00017
to be.

또한, 짝수 k에 대하여,Further, for an even number k,

ⅰ)

Figure pat00018
는 y축에 대하여
Figure pat00019
의 대칭 변위로I)
Figure pat00018
For the y-axis
Figure pat00019
Symmetric displacement of

ⅱ)

Figure pat00020
는 y = -x 에 대하여
Figure pat00021
의 대칭 변위로Ii)
Figure pat00020
For y = -x
Figure pat00021
Symmetric displacement of

ⅲ)

Figure pat00022
는 x축에 대하여
Figure pat00023
의 대칭 변위로 정의한다.Iii)
Figure pat00022
For the x-axis
Figure pat00023
As shown in Fig.

홀수 k에 대하여, For an odd number k,

ⅰ)

Figure pat00024
는 y = -x 에 대하여
Figure pat00025
의 대칭 변위로I)
Figure pat00024
For y = -x
Figure pat00025
Symmetric displacement of

ⅱ)

Figure pat00026
는 x축에 대하여
Figure pat00027
의 대칭 변위로Ii)
Figure pat00026
For the x-axis
Figure pat00027
Symmetric displacement of

ⅲ)

Figure pat00028
는 y축에 대하여
Figure pat00029
의 대칭 변위로 정의한다.Iii)
Figure pat00028
For the y-axis
Figure pat00029
As shown in Fig.

이에 따라, 다음과 같이 된다.Thus, it becomes as follows.

Figure pat00030
Figure pat00030

여기서 위첨자 i는 i 번째 사분면을 나타내고, 각

Figure pat00031
는 다음의 [표 1]에서 네가지 케이스 중 하나를 나타낸다.Where the superscript i represents the i-th quadrant,
Figure pat00031
Shows one of the four cases in the following [Table 1].

Figure pat00032
Figure pat00032

로봇 주행의 이동 방향 측면에서, 첨자 i는 다음의 네가지 케이스와 탐색 가능한 8 방향을 구별한다.In terms of the direction of movement of the robot run, the subscript i distinguishes between the following four cases and eight navigable directions.

Figure pat00033
Figure pat00033

이와 같은 정의에 따른 사분면 및 로봇 이동의 8 방향은 도 2에 도시한 바와 같다.The quadrants and the eight directions of the robot movement according to the definition are as shown in FIG. 2.

공간 셀 분해 모델에 대한 예로서, 제4 분면의 처음 세 개의 셀 그룹

Figure pat00034
는 다음과 같이 표현된다.As an example of a spatial cell decomposition model, the first three cell groups of the fourth quadrant
Figure pat00034
Is expressed as follows.

Figure pat00035
Figure pat00035

초기 위치에서 South CW 또는 West CCW로 로봇의 이동 방향은 다음과 같이 그리드 셀의 집합을 모델로 선택할 수 있다.The movement direction of the robot from the initial position to South CW or West CCW can be selected as a model of the grid cell set as follows.

Figure pat00036
Figure pat00036

여기서 두 좌표값 (i, j)는 순열

Figure pat00037
로부터 반복적으로 선택된다.Here, the two coordinate values (i, j)
Figure pat00037
Lt; / RTI >

Figure pat00038
Figure pat00038

여기서,here,

Figure pat00039
이다.
Figure pat00039
to be.

그리드 셀 집합의 증분은 다음과 같이 정의된다.The increment of the grid cell set is defined as follows.

Figure pat00040
Figure pat00040

여기서,

Figure pat00041
이다.here,
Figure pat00041
to be.

다른 사분면에서

Figure pat00042
는 [수학식 4]와 같이 정의된다.In another quadrant
Figure pat00042
Is defined as shown in [Equation 4].

한편, 셀 타입은 다음과 같다.On the other hand, the cell type is as follows.

Figure pat00043
: 는 장애물이 없는 지역에 속하는 셀,
Figure pat00043
: Is a cell belonging to an area without an obstacle,

Figure pat00044
: 셀이 부분적으로 장애물이나 작업 공간의 경계에 중첩되고, 서브 골
Figure pat00045
에 도달할 수 있도록 중심이 있는 셀,
Figure pat00044
: The cell partially overlaps the obstacle or boundary of the workspace,
Figure pat00045
Lt; RTI ID = 0.0 > cell < / RTI >

Figure pat00046
: 셀이 부분적으로 장애물이나 작업 공간의 경계에 중첩되고, 중심은 서브 골에 도달할 수 없도록 중심이 있는 셀, 그리고
Figure pat00046
: A cell partially centered on an obstacle or workspace boundary, centered so that it can not reach the sub-goal, and

Figure pat00047
: 장애물에 의해 완전히 점유된 셀을 의미한다.
Figure pat00047
Means a cell completely occupied by an obstacle.

이와 같은 분류에서, 셀

Figure pat00048
에 대한 좌표의 서브 골
Figure pat00049
는 이동 로봇에 의해 도달할 수 있고,
Figure pat00050
은 도달할 수 없다. 또한,
Figure pat00051
은 네개의 방향으로 접근가능하지만,
Figure pat00052
은 적어도 하나의 접근 가능한 방향을 가지며,
Figure pat00053
는 접근 방향이 없다. In this classification,
Figure pat00048
Sub-goal in coordinates for
Figure pat00049
Can be reached by the mobile robot,
Figure pat00050
Can not be reached. Also,
Figure pat00051
Is accessible in four directions,
Figure pat00052
Has at least one accessible direction,
Figure pat00053
There is no approach direction.

이와 같은 작업 공간의 모델에 기초하여 본 발명은 공간 셀 확산(spatial cell diffusion) 커버리지 방법을 사용한다. Based on this model of workspace, the present invention uses a spatial cell diffusion coverage method.

장애물이 없는 자유 공간의 문제를 고려하면, 자유 지역 셀

Figure pat00054
와, 경계 셀
Figure pat00055
로 분류할 수 있으며, 경계 셀은 다음과 같이 브리지 셀(bridge cell), 정션 셀(junction cell), 브룩 셀(brook cell)로 분류되다. Considering the problem of free space without obstacles,
Figure pat00054
And a boundary cell
Figure pat00055
The boundary cell may be classified into a bridge cell, a junction cell, and a brook cell as follows.

여기서, 브리지 셀은 로봇이 CW 로부터 CCW 혹은 그 반대로 이동 방향을 변경하는 경계 셀로 정의된다. 정션 셀은 두 개 이상의 서브 그룹으로 향후 스윕 영역(sweep region)을 분리하는 경계 셀로 정의된다. 브룩 셀(brook cell)은 스윕 방향이 장애물 경계나 작업 공간의 경계선에 부합하는 셀로 정의한다. Here, the bridge cell is defined as a boundary cell in which the robot changes its moving direction from CW to CCW or vice versa. A junction cell is defined as a boundary cell that separates future sweep regions into two or more subgroups. A brook cell is defined as a cell whose sweep direction corresponds to an obstacle boundary or a boundary of a work space.

이와 같은 정의에 따라, 도 3은 브리지 셀의 일 예를 나타낸 것이고, 도 4는 정션 셀의 일 예를 나타낸 것이다. According to this definition, FIG. 3 shows an example of a bridge cell, and FIG. 4 shows an example of a junction cell.

도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 로봇 커버리지 방법에 대한 설명에 제공되는 흐름도이다.5 and 6 are flowcharts provided for the description of the robot coverage method according to the present invention.

도 5를 참조하면, 먼저, 커버리지를 위한 탐색 초기화 과정이 수행된다(S200). 탐색 초기화 과정에서, 로봇의 현재 위치 및 방향, 알려진 작업 공간에서 수행되는 오프라인(off-line) 커버리지의 경우 그레이코드화된 그리드 맵, 미지의 작업 공간에서 수행되는 온라인(on-line) 커버리지의 경우 그레이코드의 인코딩 규칙 및 서치 등이 로봇의 입력으로 사용될 수 있다. 또한, 필요한 경우 두 개 이상의 서브 영역으로 타겟 작업 공간을 나누어, 각 서브 영역에서 독립적으로 탐색 과정을 수행할 수 있다.Referring to FIG. 5, first, a discovery initialization process for coverage is performed (S200). In the search initialization process, the current position and orientation of the robot, gray-coded grid maps for off-line coverage performed in known workspaces, gray for on-line coverage performed in unknown workspaces, Code encoding rules and search can be used as inputs to the robot. In addition, if necessary, the target work space may be divided into two or more sub areas, and a search process may be independently performed in each sub area.

탐색 초기화 과정에서, 로봇 커버리지의 스타트 위치를 센터 그리드로 설정한다. 그리고, 센터 그리드에서 전역 x-y 좌표계를 설정하고, 로봇에 구비된 전역 x-카운터와 y-카운터를 리셋한다. 또한, 사분 번호 i (i= 1, 2, 3, 4)를 선택한다. 사분면 번호가 i 가 선택된 경우, 탐색을 위한 하나의 방향을 결정한다. In the search initialization process, set the start position of the robot coverage to the center grid. Then, the global x-y coordinate system is set in the center grid, and the global x-counter and the y-counter provided in the robot are reset. Also select the quadrant number i (i = 1, 2, 3, 4). When the quadrant number i is selected, one direction for the search is determined.

탐색 초기화가 완료되면, 타겟 작업 공간에 대한 탐색을 시작한다(S220). 로봇은 스타트 위치에서 인접한 셀로 이동하여 탐색을 수행한다. 예를 들면, 로봇은 바깥쪽으로 나선형으로 셀 간 이동하여 로봇이 스윕(sweep)한 영역이 확장되도록 작업 공간을 탐색한다. 로봇의 이동에 따라, 글로벌 및 로컬 x-y 카운터를 증가 또는 감소시키고, 방문한 셀들을 카운트한다. When the search initialization is completed, the search for the target work space is started (S220). The robot moves from the start position to an adjacent cell and performs a search. For example, the robot locates the workspace such that the area of the robot sweeps out as the robot moves outwardly and spirally from cell to cell. As the robot moves, the global and local x-y counters are incremented or decremented and the visited cells are counted.

오프라인 탐색의 경우, 셀 그룹

Figure pat00056
을 참조하여 로봇의 주변 그리드 셀에 대하여 선택된 탐색 방향에 따라 그레이코드화된 셀을 주행한다. 두 인접 셀은 서로 하나의 첨자 숫자만이 다르므로, 그레이코드는 탐색 트리에 대응한다. 오프라인 탐색의 경우, 로봇은 장애물의 크기를 파악하기 위해 장애물을 일주할 수 있으며, 장애물 주위를 커버리지 경로로 계획할 수 있다.For offline navigation, the cell group
Figure pat00056
And the gray coded cells are driven according to the selected search direction with respect to the surrounding grid cells of the robot. Since two adjacent cells have only one subscript number different from each other, the gray code corresponds to the search tree. In the case of off-line search, the robot can circle the obstacle to determine the size of the obstacle and plan around the obstacle as a coverage path.

온라인 탐색의 경우, 선택된 탐색 방향에 따라 로봇을 둘러싼 그리드 셀을 주행하면서 그레이코드로 이루어진 셀 그룹

Figure pat00057
을 생성한다.In the case of on-line search, a group of cells composed of gray codes while traveling on the grid cells surrounding the robot according to the selected search direction
Figure pat00057
.

이와 같은 과정에 의해, 작업 공간에 대한 맵 탐색이 완료되는 경우까지, 작업 공간에 대한 맵 탐색을 진행한다(S240, S260). 즉, 그레이코드의 관점에서, 모든 그리드 셀에 대한 탐색이 완료되면 맵 탐색은 완료된다.By this process, the map search for the work space is performed until the map search for the work space is completed (S240, S260). That is, from the viewpoint of gray code, the map search is completed when the search for all the grid cells is completed.

도 6은 맵 탐색 과정에서, 로봇이 경계 셀에 도달한 경우를 나타낸 것이다. 로봇이 경계 셀에 도달한 경우, 경계 셀의 종류에 따라 다음과 같은 과정이 수행된다.6 illustrates a case in which a robot reaches a boundary cell in a map search process. When the robot reaches the boundary cell, the following process is performed according to the type of boundary cell.

도 6을 참조하면, 두 개 이상의 소그룹으로 향후 스윕할 그리드 셀을 분리하는 정션 셀의 경우(S241), 정션 셀과 분리된 셀 그룹의 개수를 기록한 후, 셀 확산의 방향과 일치하는 셀을 포함하는 제1 영역을 커버한다(S243). 제1 영역을 커버한 후, 로봇은 기록된 정션 셀로 돌아간다(S245). 로봇이 분리된 영역의 커버리지에서 기록된 정션 셀로 돌아가기 위해 로봇에 카운터가 사용될 수 있다. Referring to FIG. 6, in the case of a junction cell separating grid cells to be swept into two or more small groups (S241), the number of cell groups separated from the junction cell is recorded, and then includes cells that match the direction of cell diffusion. The first region is covered (S243). After covering the first area, the robot returns to the recorded junction cell (S245). A counter can be used on the robot to return to the recorded junction cell in the coverage of the robot's isolated area.

그리고, 로봇이 나머지 영역을 커버한다(S247). 나머지 영역을 커버한 후, 로봇은 기록된 정션 셀로 돌아간다.Then, the robot covers the remaining area (S247). After covering the remaining area, the robot returns to the recorded junction cell.

만일, 지역을 커버하기 전에 일치하지 않는 셀이 나타나는 경우, 그 셀을 새로운 로컬 좌표 시스템과 지역 x-y 카운터를 갖는 새로운 시작 셀로 설정할 수 있다.If an inconsistent cell appears before covering the region, it can be set as a new starting cell with a new local coordinate system and a local x-y counter.

경계 셀이 브리지 셀인 경우(S249), 로봇의 탐색 방향을 변경한다(S251). 즉, CW에서 CCW, 또는 CCW에서 CW로 로봇의 탐색 방향을 변경한다. 브룩 셀인 경우에는(S253), 그래도 셀을 커버한다(S255).If the boundary cell is a bridge cell (S249), the search direction of the robot is changed (S251). That is, the search direction of the robot is changed from CW to CCW or from CCW to CW. In the case of a Brook cell (S253), the cell is still covered (S255).

새로운 시작 셀인 경우에는(S257), 새로운 로컬 좌표 시스템과 x-y 카운터를 설정하도록 한다(S259).If it is a new start cell (S257), a new local coordinate system and an x-y counter are set (S259).

이와 같은 과정에 의해, 작업 공간에 대한 탐색이 완료되어, 그레이코드 그룹으로 작업 공간을 모델링할 수 있으며, 작업 공간의 모든 지점을 커버리지할 수 있다.With this process, the search for the workspace is completed, the workspace can be modeled as a gray code group, and all points in the workspace can be covered.

도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 로봇 커버리지 방법에 대한 설명에 참조되는 도면이다. 도 7은 장애물이 없는 자유 영역에서 본 발명에 따른 커버리지 방법을 나타낸 것이고, 도 8 및 도 9는 비자유 영역에서 본 발명에 따른 커버리지 방법을 나타낸 것이다.7 to 9 are diagrams referred to in the description of the robot coverage method according to the present invention. 7 illustrates a coverage method according to the present invention in a free area free of obstacles, and FIGS. 8 and 9 illustrate a coverage method according to the present invention in a non-free area.

도 7에서, 로봇의 초기 방향은 North CW로 설정되어 있다. 도 7에서,

Figure pat00058
는 커버리지 영역을 확장하면서 로봇이 CW에서 CCW로 자신의 이동 방향을 변경하는 브릿지 셀에 해당한다. 도 7에서,
Figure pat00059
은 정션 셀에 해당하며, 브룩 셀은 작업 공간의 경계를 따라 표시된다. In Fig. 7, the initial direction of the robot is set to North CW. In Figure 7,
Figure pat00058
Corresponds to a bridge cell in which the robot changes its moving direction from CW to CCW while expanding the coverage area. In Figure 7,
Figure pat00059
Corresponds to the junction cell, and the brook cell is displayed along the boundaries of the workspace.

탐색을 위해 순서대로 정렬된 셀 그룹은 다음과 같이 그레이코드의 집합으로 표현된다.A group of cells arranged in order for search is represented by a set of gray codes as follows.

Figure pat00060
Figure pat00060

Figure pat00061
Figure pat00061

셀 그룹

Figure pat00062
,
Figure pat00063
,
Figure pat00064
는 [표 1]의 표준 공간 셀 분해와 다르며, 이는 CW에서 CCW 혹은 그 반대로 브릿지 셀에서 탐색 방향이 변경되기 때문이다. 그러나, 경계 셀 주변의 셀 확산은 셀 그룹의 방문에 대한 이동의 방향 순서와 일치한다. 그렇지 않으면, 정션 셀 후 새로 시작하는 셀이 생성되었을 것이다.Cell group
Figure pat00062
,
Figure pat00063
,
Figure pat00064
Is different from the standard space cell decomposition of [Table 1] because the search direction is changed in the bridge cell from CW to CCW or vice versa. However, the cell spreading around the border cell corresponds to the order of the direction of movement for the visit of the cell group. Otherwise, a new cell will be created after the junction cell.

도 8 및 도 9의 경우, 비자유 공간에서 본 발명에 따른 로봇 커버리지 방법을 나타낸 것이다. 도 8에서, 로봇은 장애물을 피하면서 일관된 탐색 방향으로 다음 셀로 주행한다. 도 9의 경우에는 그리드 셀보다 작은 장애물을 포함하는 작업 공간에서 본 발명에 따른 로봇 커버리지 방법을 나타낸다.8 and 9, the robot coverage method according to the present invention in a non-free space. In FIG. 8, the robot travels to the next cell in a consistent search direction while avoiding obstacles. 9 illustrates a robot coverage method according to the present invention in a work space including an obstacle smaller than a grid cell.

한편, 본 발명에 따른 커버리지 방법에서, 그레이코드 대신 검색 트리의 표현이 사용되기 때문에, 메모리 요구 사항은 시작과 정션 셀을 포함하는 중요한 셀에 대하여

Figure pat00065
로 줄여준다. 또한, 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 로봇 커버리지 시스템을 구성하는 경우, 본 발명에 따른 방법은 로봇 제어기에 의해 수행될 수 있으며, 이와 같은 로봇 제어기는 로봇 내에 설치할 수도 있다.On the other hand, in the coverage method according to the present invention, since the expression of the search tree is used instead of the gray code, the memory requirement is satisfied for the important cell including the start and the junction cell
Figure pat00065
. In addition, when constructing a robot coverage system for carrying out the method according to the present invention, the method according to the present invention can be performed by a robot controller, and such a robot controller can be installed in a robot.

도 10 내지 도 12는 본 발명에 따른 로봇 커버리지 방법을 시뮬레이션한 결과를 나타낸 도면이다. 10 to 12 are diagrams showing the results of a simulation of the robot coverage method according to the present invention.

도 10의 경우, 도 7과 같은 장애물이 없는 자유 영역에서 시뮬레이션한 결과를 나타낸 것이다. 도 10의 (a)의 경우, 초기 탐색 방향이 East CW 이며, 정션 셀 없이 브리지 셀만이 존재하는 경우이며, 도 10의 (b)의 경우, 정션 셀이 존재하는 경우이다.In the case of FIG. 10, the simulation results are shown in the free area without the obstacle as shown in FIG. 7. In the case of FIG. 10A, the initial search direction is East CW, and only the bridge cell exists without the junction cell. In FIG. 10B, the junction cell exists.

도 11은 작업 영역에 고정 장애물이 있는 경우이다. 도 11에서, 경계 셀에 대한 탐색 후, 새로운 시작 셀이 생성된 것을 알 수 있다. 도 12는 여러 공간이 있는 오피스 환경에서 시뮬레이션한 결과를 나타낸 것이다. 11 illustrates a case where a fixed obstacle exists in the work area. In FIG. 11, after searching for the boundary cell, it can be seen that a new starting cell is generated. 12 shows the simulation results in an office environment with several spaces.

이와 같이 본 발명에 따른 로봇 커버리지 방법은 작업 공간의 구성과 무관하게 작업 공간의 모든 지점을 로봇이 커버리지할 수 있도록 한다.As described above, the robot coverage method according to the present invention enables the robot to cover all points in the work space regardless of the configuration of the work space.

한편, 본 발명은 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 인터넷을 통한 전송 등과 같은 캐리어 웨이브의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 프로세서가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.Meanwhile, the present invention can be embodied as processor readable codes on a processor readable recording medium. The processor-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by the processor is stored. Examples of the processor-readable recording medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, and the like, and also include a carrier wave such as transmission through the Internet. In addition, the processor readable recording medium may be distributed over networked computer systems so that code readable by the processor in a distributed manner can be stored and executed.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It should be understood that various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the present invention.

Claims (12)

작업 공간을 로봇이 커버리지하도록 하는 로봇 커버리지 방법으로서,
상기 작업 공간을 미리 정해진 크기의 그리드 셀로 분할하는 단계,
상기 로봇을 인접한 셀로 이동시켜 상기 로봇이 스윕(sweep)한 영역을 확장하면서 상기 작업 공간을 탐색하는 단계, 그리고
상기 로봇의 이동에 따라 상기 작업 공간을 모델링하는 그레이코드로 이루어진 셀 그룹을 생성하는 단계
를 포함하는 로봇 커버리지 방법.A robot coverage method for allowing a robot to cover a work space,
Dividing the workspace into grid cells of a predetermined size,
Moving the robot to an adjacent cell to navigate the work space while expanding the area sweeped by the robot, and
Generating a cell group consisting of gray code for modeling the workspace according to the movement of the robot
The method comprising the steps of: 제1항에서,
상기 탐색 단계는 상기 로봇을 스타트 셀에서 바깥쪽으로 나선형으로 셀 간 이동시켜 상기 작업 공간을 탐색하는 단계를 포함하는 로봇 커버리지 방법.In claim 1,
The searching step comprises the step of moving the robot from cell to cell outward from the start cell to search for the work space. 제1항에서,
상기 로봇이 이동하여 경계 셀 중 브리지 셀(bridge cell)에 도달하면 탐색 방향을 변경하는 로봇 커버리지 방법.In claim 1,
The robot coverage method of changing a search direction when the robot moves to reach a bridge cell among boundary cells. 제1항에서,
상기 로봇의 이동하여 경계 셀 중 정션 셀(junction cell)에 도달하면 향후 스윕할 영역을 두 개 이상의 영역으로 분할하여 분할된 영역을 순차적으로 탐색하는 로봇 커버리지 방법. In claim 1,
When the robot moves to reach a junction cell among boundary cells, the robot coverage method sequentially searches for the divided regions by dividing the region to be swept into two or more regions. 제1항에서,
상기 셀 그룹에 기초하여 생성된 맵에 따라 상기 로봇 주행을 제어하는 단계를 더 포함하는 로봇 커버리지 방법.In claim 1,
And controlling the robot driving according to a map generated based on the cell group. 제1항에서,
상기 셀 그룹은
Figure pat00066
Figure pat00067
으로 표현되며,
Figure pat00068
,
Figure pat00069
,
Figure pat00070

Figure pat00071
인 로봇 커버리지 방법.In claim 1,
The cell group is
Figure pat00066
Figure pat00067
Expressed as
Figure pat00068
,
Figure pat00069
,
Figure pat00070

Figure pat00071
Robot coverage method. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 방법을 프로세서에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체.A non-transitory computer-readable recording medium having recorded thereon a program for executing the method of claim 1. 제어 신호에 따라 작업 공간을 주행하는 로봇, 그리고
상기 작업 공간을 미리 정해진 크기의 그리드 셀로 분할하고, 상기 로봇이 인접한 셀로 이동하면서 상기 로봇이 스윕한 영역이 확장되도록 상기 작업 공간을 탐색하는 상기 제어 신호를 출력하며, 상기 로봇의 이동에 따라 상기 작업 공간을 모델링하는 그레이코드로 이루어진 셀 그룹을 생성하는 로봇 제어기
를 포함하는 로봇 커버리지 시스템.A robot traveling through the work space according to a control signal, and
Dividing the work space into grid cells of a predetermined size, outputting the control signal for searching the work space such that the robot sweeped area is expanded while the robot moves to an adjacent cell, and the work according to the movement of the robot Robot controller to create groups of cells in gray code that model space
Robot coverage system comprising a. 제8항에서,
상기 로봇은 스타트 셀에서 바깥쪽으로 나선형으로 셀 간 이동하며 상기 작업 공간을 탐색하는 로봇 커버리지 시스템.9. The method of claim 8,
And the robot moves from cell to cell outward from the start cell and navigates to the work space. 제8항에서,
상기 로봇 제어기는 상기 로봇이 이동하여 경계 셀 중 브리지 셀(bridge cell)에 도달하면 탐색 방향을 변경하도록 상기 제어 신호를 출력하는 로봇 커버리지 시스템.9. The method of claim 8,
And the robot controller outputs the control signal to change the search direction when the robot moves and reaches a bridge cell among boundary cells. 제8항에서,
상기 로봇 제어기는 상기 로봇이 이동하여 경계 셀 중 정션 셀(junction cell)에 도달하면 향후 스윕할 영역을 두 개 이상의 영역으로 분할하여 분할된 영역을 순차적으로 탐색하도록 상기 제어신호를 출력하는 로봇 커버리지 시스템.9. The method of claim 8,
The robot controller outputs the control signal to sequentially search the divided areas by dividing an area to be swept into two or more areas when the robot moves to reach a junction cell among boundary cells. . 제8항에서,
상기 셀 그룹은
Figure pat00072
Figure pat00073
으로 표현되며,
Figure pat00074
,
Figure pat00075
,
Figure pat00076

Figure pat00077
인 로봇 커버리지 시스템.9. The method of claim 8,
The cell group is
Figure pat00072
Figure pat00073
Expressed as
Figure pat00074
,
Figure pat00075
,
Figure pat00076

Figure pat00077
Robotic coverage system.
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