KR20140025448A - 조정된 경로 계획기를 사용하는 다수의 자동화 비-홀로노믹 차량들을 효율적으로 스케줄링하는 방법 및 장치 - Google Patents

조정된 경로 계획기를 사용하는 다수의 자동화 비-홀로노믹 차량들을 효율적으로 스케줄링하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

하나 이상의 자동화 차량들의 각각에 대해 적어도 하나의 실행가능한 업무를 위한 가능한 솔루션들에 대해 온라인 경로 계획기에 쿼리하는 단계, 상기 쿼리 결과를 검사하는 단계, 각각의 차량에 대해 조정된 경로 계획을 결정하는 단계, 및 상기 조정된 경로 계획을 트래픽 관리자에게 전달하는 단계를 포함하는, 하나 이상의 자동화 차량들에 대한 경로 계획을 조정하기 위한 방법으로서, 상기 트래픽 관리자는 상기 하나 이상의 자동화 차량들이 상기 조정된 경로 계획에 따라 각각 실행가능한 업무를 수행하는 것을 보장하는, 상기 경로 계획 조정 방법이 기술된다.

Description

조정된 경로 계획기를 사용하는 다수의 자동화 비-홀로노믹 차량들을 효율적으로 스케줄링하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR EFFICIENT SCHEDULING FOR MULTIPLE AUTOMATED NON-HOLONOMIC VEHICLES USING A COORDINATED PATH PLANNER}
본원의 실시예들은 일반적으로 차량 관리 시스템에 관한 것이고, 특히, 조정된 경로 계획기를 사용하여 다수의 자동화 비-홀로노믹(non-holonomic) 차량들을 효율적으로 스케줄링하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
자동화 차량들(AVs: Automated Vehicles)은 다목적(mixed-use), 다수 차량, 동적인 창고 환경들에서 동작한다. 이 환경의 특성은 자동화 차량들이 업무들의 실행을 착수함에 따라 알려지지 않은 장애물들 또는 상황들에 의해 지연되도록 한다. 이러한 지연은 자동화 차량들의 상호작용이 교착 상태들을 유발할 수 있기 때문에 어떠한 연역적 계획도 쓸모없게 만들고, 시간 임계 업무들이 완료되게 할 수 있다. 전체 드라이빙 시간, 비-홀로노믹 모션 및 연료 사용과 같은 차량 제한들을 포함하는 인자들이 또한 계획에 영향을 준다. 이들 문제들은 다수의 차량들에 대해 조정된 경로를 사용하는 소개된 스케줄링 솔루션의 개발 및 구현의 동기가 되었다.
예를 들어, 완성된 비교적 고속의 솔루션을 도출하는 규정된 로드맵들로 로봇들을 제한하는데 조정된 접근 방법이 사용되는, 다수-차량 경로 계획에 관한 연구가 새로운 토픽은 아니지만, 움직이는 장애물들을 피하고 무 충돌의 연속하는 커브 경로들에 초점을 맞춘 비-홀로노믹 차량들에 대한 거의-최적의 다수-차량 접근 방법은 이용가능하지 않다. 이들 솔루션들이 유용하지만, 목표된 산업 환경에서 직접적으로 사용되기에는 충분히 폭넓지 않다는 문제가 고려된다. 자원들의 고 활용 및 제품의 쓰루풋에 대한 요건들이 있을 수 있다. 특히, 다수의 차량들의 계획 및 스케줄링 문제를 해결하기 위해 사용된 현재의 접근 방법들은 종종 솔루션들을 최적화하기 위한 시도 및 솔루션들을 다루기 위한 범위로 너무 제한된다.
따라서, 당업계에 조정된 경로 계획을 사용하여 다수의 비-홀로노믹 자동화 차량들의 효율적인 스케줄링을 위한 방법 및 장치에 대한 수요가 있다.
하나 이상의 자동화 차량들의 각각에 대해 적어도 하나의 실행가능한 업무를 위한 가능한 솔루션들에 대해 온라인 경로 계획기에 쿼리(query)하는 단계, 상기 쿼리 결과를 검사하는 단계, 각각의 차량에 대해 조정된 경로 계획을 결정하는 단계, 및 상기 조정된 경로 계획을 트래픽 관리자에게 전달하는 단계를 포함하는, 하나 이상의 자동화 차량들에 대한 경로 계획을 조정하기 위한 방법으로서, 상기 트래픽 관리자는 상기 하나 이상의 자동화 차량들이 상기 조정된 경로 계획에 따라 각각 실행가능한 업무를 수행하는 것을 보장하는, 상기 경로 계획 조정 방법이 기술된다.
도 1은 다양한 실시예들에 따라 맵을 사용하고 조정된 경로 계획기를 구현하는 자동화 차량들의 효율적인 스케줄링을 위한 장치를 도시하는 기능적인 블록도.
도 2는 다양한 실시예들에 따라 자동화 차량의 조정된 경로 계획을 수행하는 멀티-레벨 그래프를 도시하는 도면.
도 3은 다양한 실시예들에 따라 자동화 차량들을 포함하는 창고를 도시하는 예시적인 로드맵 그래프.
도 4는 다양한 실시예들에 따라 창고 내의 자동화 차량들에 대한 스케줄링 솔루션을 도시하는 예시적인 로드맵 그래프.
도 5는 다양한 실시예들에 따라 창고 내의 자동화 차량들에 대한 다른 스케줄링 솔루션을 도시하는 예시적인 로드맵 그래프.
도 6a 내지 도 6c는 다양한 실시예들에 따라 조정된 경로 계획을 사용하는 다수의 비-홀로노믹 자동화 차량들의 효율적인 스케줄링을 위한 멀티-레벨 그래프의 다양한 레벨들을 도시하는 도면.
도 7은 다양한 실시예들에 따라 맵을 사용하고 조정된 경로 계획기를 구현하는 자동화 차량들의 효율적인 스케줄링 및 경로 계획을 위한 시스템을 도시하는 블록도.
따라서 본 발명의 상기에 언급된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 상기에 간략히 요약된 본 발명의 더 구체적인 설명이 첨부된 도면들에 일부가 도시된 실시예들을 참조할 수 있다. 그러나, 첨부된 도면들이 본 발명의 전형적인 실시예들만을 도시하고 따라서 다른 동일하게 효과적인 실시예들을 본 발명이 인정할 수 있는 범위로 제한하는 것으로 고려되지 않는다는 것을 주의해야 한다.
주어진 일련의 목적들은 창고 주변에서 움직이는 제품과 같이, 조정된 경로 계획을 사용하는 다수의 비-홀로노믹 자동화 차량들의 효율적인 스케줄링을 위한 방법 및 장치의 다양한 실시예들이 일부 실시예들에 따른 현재 및 미래의 업무 기한들을 충족하면서 자원 활용을 최적화하는 솔루션을 찾는 것이다. 목적은 동작 속도, 연료 사용, 및 다가오는 업무들의 위치들에 대한 항목들을 포함하는 최적화를 위해 규정될 수 있다. 계획 솔루션들이 발견되는 속도는 선택될 최상의 솔루션을 가능하게 하는 현재 및 미래의 목적들이 평가될 많은 상이한 가능성들을 허용한다. 경로들에 대한 솔루션들은 자동화 차량이 정지할 필요없이 경로들을 드라이브하도록 하는 매끄러운, 연속한 곡선 경로들을 사용함으로써 또한 확장될 수 있다.
본원은 비-홀로노믹 자동화 차량들을 위한 다수-차량 경로 계획 및 스케줄링 장치 또는 시스템을 기술한다. 이 장치는 계획 문제들을 해결하기 위해 자동화 차량들(예를 들어, 로봇들, 자동화 지게차들 등) 상에서 사용하기 위해 개발되었다. 일반적으로, 비-홀로노믹(또한 언홀로노믹(anholonomic)이라고도 함)은 시스템의 상태들이 그 상태들에 이르는데 사용된 경로들에 의해 규정되는 시스템들을 포함한다.
계획 시간 및 스케일러빌리티(scalability)는 기능적 시스템들에 대해 중요한 인자들이다. 검색 공간 및 솔루션 계산 시간을 감소시키기 위해 다레벨 노드의 자동화 차량들의 총 수에 대한 제약이 도입된다. 이는 자동화 차량들이 일반적으로 상기 창고의 동일한 영역을 점유할 필요가 없기 때문에 검색 복잡도를 부정적인 영향으로 거의 제한하지 않는다. 고속 계획 시간들은 예측 계획들이 생성되도록 한다. 예측은 스케줄링 구성요소가 현재 이동하는 자동화 차량들에 영향을 주지 않고 최적의 솔루션을 찾는데 더 많은 시간을 소비하도록 한다. 예측은 또한 지시들의 완료를 위한 가시성 레벨을 제공하고 자동화 차량 활용이 현재 업무뿐만 아니라 다가오는 업무들에도 효율적이라는 것을 보장한다.
자동화 차량들의 융통성 있는 사용 및 환경(예를 들어, 창고)과의 상호작용에 의해 동기부여되고, 본원은 또한 자동화 차량들이 로드맵 그래프로부터 드라이브 온 및/또는 오프하도록(drive on and/or off) 하면서 조정된 경로 계획을 기술한다. 이는 임의의 위치에서 자동화 차량이 턴 온되고 업무들을 수행할 때 상기 환경과 정확하게 상호작용할 수 있도록 충분한 정확도로 경로의 끝까지 드라이브하도록 한다. 또한, 차단된 경로들은 다른 경로 세그먼트들이 또한 차단되도록 할 수 있기 때문에, 자원 활용을 개선하고 그렇지 않으면 영역을 치우는 동안 대기하거나 장애물 및 차단된 경로를 회피하는 대안적인 경로를 결정하며 낭비되었을 상당한 양의 이동 시간을 절약하는 상기 영역을 통해 다른 자동화 차량들이 드라이브하도록 시도하는 것을 방지한다.
도 1은 다양한 실시예들에 따라 맵(102)을 사용하고 조정된 경로 계획기(104)를 구현하는 자동화 차량들의 효율적인 스케줄링을 위한 장치(100)를 도시하는 기능적 블록도이다. 상기 조정된 경로 계획기(104)에 부가하여, 상기 장치(100)는 스케줄러(106), 내비게이션 모듈(108) 및 트래픽 관리자(110)와 같은 다양한 모듈들(예를 들어, 소프트웨어 코드, 펌웨어, 하드웨어 구성요소 등)을 구현한다.
일부 실시예들에서, 상기 스케줄러(106)는 다양한 이용가능한 업무들을 수행하는 하나 이상의 이용가능한 자동화 차량들(AVs)에 대해 상이한 가능한 솔루션들로 상기 조정된 경로 계획기(104)에 쿼리한다. 상기 스케줄러(106)는 상기 조정된 경로 계획기(104)로부터 제공된 가능한 솔루션들의 결과들을 검사함으로써 상기 자동화 차량들에 이 업무들을 더 효율적으로 할당한다. 어느 솔루션을 실행할지 일단 결정되면, 상기 스케줄러(106)는 상기 자동화 차량들에 의한 실행을 관리 및/또는 모니터링하기 위해 트래픽 관리자(110)에게 조정된 계획을 전달한다. 상기 트래픽 관리자(110)는 상기 자동화 차량들이 상기 조정된 계획에 따라 상기 할당된 업무들을 수행하는 것을 보장한다. 각각의 자동화 차량은 차량 움직임(즉, 드라이빙)을 제어하고 로컬라이제이션(localization)을 수행하기 위한 내비게이션 모듈(108)을 포함한다. 상기 트래픽 관리자(110)는 현재 실행 상태에 기초하여 이동 거리를 제어한다. 상기 맵(102)에 대한 변화들 또는 고려할 새로운 업무들과 같이, 새로운 정보가 이용가능해짐에 따라, 상기 스케줄러(106)는 더 나은 솔루션들을 찾고 다양한 경로들을 따라 상기 자동화 차량들을 노선변경하는 것을 계속한다.
최상의 솔루션을 찾는 것은 상기 스케줄러(106)가 상이한 자동화 차량들에 의해 이용가능한 업무들 각각에 대해 각각 및 모든 가능한 솔루션을 고려하는 상기 조정된 경로 계획기(104)에 쿼리할 것을 요구한다. 상기 스케줄러(106)는 각각의 솔루션에 대한 결과들을 프로세스하고 휴리스틱(heuristic)을 거의 만족하는 솔루션을 검색한다. 만족스러운 실행-시간 성능은 상기 결과들에 문턱값들을 적용하고 및/또는 주어진 시간 기간 내에 최상의 솔루션을 선택함으로써 달성될 수 있다. 실행 시간 성능 개선은 유휴, 자원 낭비 및/또는 기한 경과에 의해 유발된 지연들과 같은 다양한 문제들을 방지한다.
상기 스케줄러(106)는 일부 실시예들에 따라 다가오는 업무들에 관한 정보에 기초하여 미래 솔루션들을 예측한다. 자동화 차량에 대한 계획 동안, 다른 자동화 차량이 장소를 이동하고 현재 업무의 일부 양태를 실행하면서 추정된 양의 시간에 대해 영역을 차단한다. 이러한 추정된 양의 시간은 경로 계획 및 스케줄링 동안 고려된다. 일단 시간 추정이 경과하면, 상기 다른 자동화 차량이 상이한 위치로 드라이브할 수 있다. 그 결과, 상기 자동화 차량에 의한 업무 실행이 상기 다른 자동화 차량에 의한 현재 업무의 실행과 상충되지 않는다. 문제적 상황들(예를 들어, 피할 수 없는 위치들)을 식별하고 회피하는 것이 장시간 실행에서 시간 효율성들 및 활용을 개선한다.
상기 스케줄러(106)로부터의 쿼리에 응답하여, 상기 조정된 경로 계획기(104)는 하나 이상의 자동화 차량들의 각각의 가능한 구성에 대해 시간 추정들을 리턴한다. 다양한 인자들이 각각의 시간 추정에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 업무에 자동화 차량을 할당하는 것은 또한 업무들을 완료하거나 유휴인 다른 자동화 차량들에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 유휴 자동화 차량들을 출발하는 것은 시간 및 자원들(예를 들어, 연료)이 들기 때문에, 상기 스케줄러(106)는 일부 실시예들에 따른 이러한 비용들을 반영하는 휴리스틱을 사용한다. 예를 들어, 상기 조정된 경로 계획기(104)는 유휴 자동화 차량들을 출발하기 위한 비용들을 나타내는 항목들을 추가한다.
상기 장치(100)는 조정된 경로 계획을 연속적으로 또는 주기적으로 수행할 수 있다. 일부 실시예들에서, 업무들이 시간에 따라 이용가능해짐에 따라, 상기 조정된 경로 계획은 계산 시간 및 제한된 정보로 인해 갑자기 대신 나중에 수행된다. 선택적으로, 새로운 업무 또는 맵(102)에 대한 변화와 같은, 이벤트가 발생할 때마다, 더 나은 솔루션일 가능성이 있어서 현재 스케줄은 무효가 된다. 그러나, 스케줄링은 즉각적이지 않고, 새로운 계획이 계산되는 동안 상기 자동화 차량들이 드라이빙을 정지하게 하는데 비효율적일 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 스케줄러(106)는 상기 자동화 차량들이 정지할 구체적인 시간을 상기 트래픽 관리자(110)에게 전달하고; 상기 트래픽 관리자(110)는 또한 그 때 상기 자동화 차량들의 추정된 위치를 리턴한다.
그 동안, 상기 스케줄러(106)는 상기 업데이트된 이벤트로 이 시간부터 경로 계획 및 스케줄링을 수행한다. 상기 시간이 만료될 때, 상기 스케줄러(106)는 이제까지 발견된 최상의 솔루션을 선택하고, 솔루션이 미리-규정된 문턱값 내에 있다고 가정하면서 현재 스케줄을 업데이트한다. 상기 문턱값이 충족되지 않으면, 추가 계획이 필요하다. 상기 이벤트가 즉각적인 계획을 변화시키지 않으면, 상기 자동화 차량들은 끊임없이 업무들을 실행하는 것을 계속한다.
산업 환경(예를 들어, 창고)에서, 자동화 차량 고장 또는 장애물(예를 들어, 상기 맵(102)에 포함되지 않은 장애물)과 같은, 다수의 이유들로 인해 다양한 영역들이 종종 수송에 이용불가능해질 수 있다. 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 상기 검색 공간(예를 들어, 이하에 설명되는 바와 같이 자동화 차량들의 각각 및 모든 구성을 포함하는 슈퍼그래프(supergraph))의 크기가 상기 맵(102)에 변화가 있을 때마다 온라인으로 변화를 생성하지 못하게 하기 때문에, 차단된 노드들의 리스트가 대신 기록된다. 상기 조정된 경로 계획기(104)는 상이한 자동화 차량들이 경로 계획 및/또는 이들 영역들을 통해 경로들을 내비게이팅하는 것을 정지시키기 위해 경로 계획을 수행할 때 이러한 리스트를 검사한다. 동일한 노드들이 당분간 차단된다고 알려지면, 상기 휴리스틱에 대한 상기 오프라인 측정치들이 일부 실시예들에 따라 재계산된다.
비-홀로노믹 자동화 차량들에 대해 표준 더빈스 경로들(Dubins paths)을 사용하는 대신, 상기 조정된 경로 계획기(104)는 곡면에 일정한 변화의 전이 기간들을 추가하기 위해 더빈스 경로들을 수정한다. 곡면 경로의 연속적인 변화는 상기 자동화 차량이 더 높은 속도로 정확하게 드라이브하도록 하기 때문에 바람직하다. 일부 실시예들에서, 상기 장치(100)는 그래프 세그먼트들 및 매끄러운 경로들로부터 결합 경로들을 구성함으로써 수정된 더빈스 경로들을 구현한다. 상기 자동화 차량이 일단 그래프에 이르면 상기 자동화 차량이 더 빨라짐에 따라 상기 결합 경로들은 단부들에서 더 날카로운 모서리들 및 상기 결합 경로들이 상기 그래프를 결합하는 더 매끄러운 모서리들을 가질 수 있다. 이들 경로들이 요구하는 추가 공간때문에, 상기 결합 경로들의 결합은 상기 결합이 더 매끄러운 경로 세그먼트들에서 실패하면 더 날카로운 경로 세그먼트들로 반복되어야 한다.
도 2는 다양한 실시예들에 따라 자동화 차량의 조정된 경로 계획을 수행하기 위한 멀티-레벨 그래프(200)를 도시한다. 상기 조정된 경로 계획기(104)는 하나 이상의 자유도를 갖는 하나의 합성 유닛으로서 각각 및 모든 자동화 차량을 함께 고려한다. 상기 자동화 차량들의 출발 위치들은 이 유닛의 하나의 구성이고 목적지 위치들은 다른 구성이다. 각각의 구성이 비-홀로노믹 시스템의 상태를 구성할 수 있다.
도시된 바와 같이, 상기 멀티-레벨 그래프(200)는 하나 이상의 자동화 차량들의 상기 합성 유닛에 대해 출발 위치(202) 및 목적지 위치(204)를 규정한다. 가능한 구성들의 총 수는 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이 멀티-레벨 그래프(200)를 로드맵 그래프로 이산화함으로써 제한된다. 상기 하나 이상의 자동화 차량들의 움직임은 일련의 구성들로서 표현될 수 있다. 각각의 구성은 로드맵 노드(206)와 같은 하나 이상의 로드맵 노드들, 고-레벨 노드(208)와 같은 고-레벨 노드 상의 하나 이상의 접속 노드들을 포함할 수 있는 하나 이상의 자동화 차량들에 대한 위치들을 규정한다. 구성은 이들 움직임들이 충돌을 발생시키지 않는 한 상기 하나 이상의 자동화 차량들이 접속된 로드맵 노드들 사이를 이동할 때 다른 구성에 대응할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 조정된 경로 계획기(104)는 상기 맵 전체에 다양한 유형들의 노드들을 배치하고, 그 후 로드맵 그래프를 형성하는 경로 세그먼트들을 사용하여 이들 노드들을 결합한다. 상기 다양한 유형들의 노드들은 로드맵 노드(206), 고-레벨 노드(208), 접속 노드(210) 및 종단 접속 노드(212)를 포함하지만, 이로 제한되는 것은 아니다. 상기 다양한 노드들을 접속하는 경로 세그먼트들은 경로(214) 및 경로(216)를 포함하지만, 이로 제한되는 것은 아니다. 상기 자동화 차량들은 상기 자동화 차량들이 상기 목적지 위치(204)에 도달할 때까지 상기 경로 세그먼트들을 따라 노드로부터 노드로 이동한다.
오프라인 프로세스에서, 상기 조정된 경로 계획기(104)는 가능한 모든 조합들 또는 상이한 로드맵 노드들에서 상기 자동화 차량들의 구성들을 사용하여 고-레벨 노드들을 형성한다. 이들 고-레벨 노드들은 다른 고-레벨 노드에 도달하기 위해 접속된 경로 세그먼트를 따라 하나의 자동화 차량을 이동시킴으로써 접속된다. 상기 조정된 경로 계획기(104)는 임의의 달성할 수 없는 솔루션들을 제거하기 위해 다양한 계산 기술들(예를 들어, 슈퍼그래프 계산 기술들)을 사용한다. 일부 실시예들에서, 상기 고-레벨 노드들 및 연관된 접속들은 슈퍼그래프를 형성한다. 그래서, 상기 슈퍼그래프는 상기 멀티-레벨 그래프(200) 내의 각각 및 모든 자동화 차량 구성을 포함한다. 실행 시간에 상기 슈퍼그래프를 가로지름으로써, 상기 스케줄러(106)는 오프라인으로 수행된, 어떠한 교차 계산들도 수행할 필요없이 경로 계획에 대한 최상의 솔루션을 검색한다.
일부 실시예들에서, 상기 조정된 경로 계획기(104)는 최상의 솔루션(즉, 경로)에 대한 멀티-레벨 그래프(200)를 검색하기 위해 휴리스틱을 사용한다. 예를 들어, 상기 휴리스틱은 노드들 간의 자동화된 차량들의 이동 시간일 수 있다. 이동 시간들의 추정들은 오프라인으로 확립되고 특정한 스케줄로 동작하는 모든 자동화 차량들에 대해 합산된다. 상기 조정된 경로 계획기(104)는 상기 휴리스틱과 비교될 때 최상의 솔루션의 선택으로 이끄는 상기 경로 계획 프로세스를 반복한다.
몇 개의 자동화 차량들을 갖는 큰 영역들을 수반하는 일부 실시예들에서, 상기 조정된 경로 계획기(104)는 검색 공간의 크기를 감소시키기 위해, 상기 멀티-레벨 그래프(200)와 같은, 멀티-레벨 그래프를 활용한다. 상기 조정된 경로 계획기(104)는 로드맵 노드들 및 접속 노드들과 같은, 다양한 노드들을 도시된 바와 같이 더 높은 레벨의 노드들로 그룹화한다. 완벽한 로드맵-레벨 경로가 확정될 때까지 다음 레벨 하락에 대한 더 구체적인 솔루션이 이어지는, 상기 멀티-레벨 그래프(200)의 더 높은 레벨부에 대한 솔루션이 먼저 발견된다.
상기 검색 공간은 고-레벨 노드들 내의 자동화 차량들의 수를 제한함으로써 더 감소된다. 이러한 제한은 종종 주어진 영역에 실질적으로 하나 또는 두 자동화 차량들만을 허용하는 산업 환경 레이아웃들에 주어질 수 있다. 상기 멀티-레벨 그래프(200)는 최상의 고 레벨 검색이 최상의 더 낮은 레벨의 검색을 포함할 것이라고 가정하기 때문에 덜 최적의 솔루션을 도출할 것이고, 이는 계산 시간에 대한 트레이드오프(tradeoff)이다. 상기 휴리스틱에 대한 평가에 대한 측정치들은 상기 멀티-레벨 그래프(200)에 대해 오프라인으로 계산될 수 있다.
고 차량 트래픽을 갖는 일부 실시예들에서, 상기 조정된 경로 계획기(104)에 의해 발견된 상기 솔루션은 다른 차량들이 특정한 장소들을 통과할 때까지 대기하는 하나 이상의 자동화 차량들을 필요로 함으로써 이러한 문제들을 해결할 것이다. 이러한 해결책들은 대응하는 위치들과 차량들 사이의 의존성들로서 상기 계획에서 주의된다. 상기 트래픽 관리자(110)는 상기 솔루션이 실행되는 동안 이들 의존성들을 해석하고, 차량들이 드라이브하도록 허용된 거리들을 결정할 때 이들 의존성들을 상기 차량들이 고수한다는 것을 보장한다.
일 실시예들에서, 상기 자동화 차량들은 상기 경로(216)의 위치에서 항상 출발 또는 종료하지 않을 것이다. 이는 자동화 차량들이 수동으로 드라이브되고 공지된 영역의 어디에서나 출발하고 또는 상기 멀티-레벨 그래프(200)에 아이템들을 위치시키지 않는 사람 운전자에 의해 위치된 아이템들과 맞물릴(engage) 필요가 있을 때 발생한다. 이 문제를 해결하기 위해, 각각의 자동화 차량에 대해, 출발 위치로부터 노드로의 경로 및 노드로부터 상기 목적지 위치(204)로의 경로가 계산될 필요가 있다. 상기 로드맵의 충분한 커버리지가 있는 한, 더빈스 경로 또는 유사한 경로가 충분할 것이다.
결합할 노드들의 몇가지 옵션들이 있을 수 있고, 가장 가까운 노드가 최적일 필요는 없다. 본원에 기술된 접근방법의 중요한 장점은 계산 속도가 거의 최적의 결합 장소들을 결정하게 한다는 것이다. 이는 또한 노드보다는 로드맵 에지를 따라 결합하는 것이 더 효율적일 수 있다. 자동화 차량에 대한 결합 가능성들을 줄이기 위해, 각각의 그리드 사각형으로부터 도달될 수 있는 가능한 노드들을 포함할 그리드가 오프라인으로 계산될 수 있다. 결합할 최상의 위치를 결정하기 위해 실행 시간에 가능한 노드들이 검출되고 이들의 접속 경로 세그먼트들을 따라 이진 스캔이 수행된다. 상부 경로 세그먼트들이 검색을 위한 옵션들로서 선택되고, 상기 세그먼트의 단부의 노드가 사용된다. 이들 그래프 결합 경로들은 이들이 출발/목적지 위치들 또는 다른 자동화 차량들의 출발/목적지 노드들과 교차하지 않도록 선택되어야 하고, 이는 이들이 교착 상태를 유발하지 않고 이들의 최초 노드에 도달하고 이들의 마지막 노드를 떠날 수 있게 할 것이다. 결합기들을 계산하는 것은 실행 시간에 일부 교차 계산들이 있을 것이라는 것을 의미하지만 상기 영역들은 작고 상기 맵(102)이 쿼드-트리(quad-tree)로 분해되면 빠르게 해결될 수 있다.
도 3은 다양한 실시예들에 따른 자동화 차량들을 포함하는 창고를 도시하는 예시적인 로드맵 그래프(300)이다.
상기 로드맵 그래프(300)는 일부 실시예들에 따라 맵의 오른쪽으로부터 아이템들을 픽업하는 것이 업무이고 픽업된 아이템들을 왼쪽으로 전송하는 3개의 자동화 차량들을 도시한다. 제 1 자동화 차량(302)은 상기 창고의 다른 쪽으로 리턴되어야 하는 아이템을 픽업한다. 나중에, 다른 2개의 자동화 차량들 중 하나가 오른쪽의 다음 아이템을 픽업하기 위해 온다. 상기 스케줄러(106)에 대해 적어도 2개의 솔루션들이 있다: 상기 아이템을 픽업하기 위해 제 2 자동화 차량(304) 또는 제 3 자동화 차량(306)을 사용한다. 상기 제 1 자동화 차량(302)을 왼쪽으로 이동하는 것과 함께, 모든 가능한 솔루션들이 완료를 위해 추정된 시간들로 경로들이 계산되는 상기 조정된 경로 계획기(104)로 전달된다.
Figure pct00001
결과적인 시간 추정치들이 표 1에 도시되고, 상기 제 2 자동화 차량(304)은 더 가깝고 통로를 차단함에 따라 상기 업무에 유리하다. 이 솔루션은 도 4에 대해 기술된다. 유휴 자동화 차량들을 출발하는 것이 바람직하지 않을 수 있기 때문에, 일부 실시예들에서 이러한 움직임에 비용이 적용된다. 이 솔루션은 도 5에 대해 기술된다.
일부 실시예들에서, 상기 조정된 경로 계획기(104) 및 상기 스케줄러(106)는 자동화 차량이 다른 자동화 차량을 기다려야 하는 예를 고려한다. 도 4 및 도 5에 대해 기술된 바와 같이, 대기 위치들 및 시간 추정치들은 이들 예들에 대해 계산되고 경로 계획 및 스케줄링에 통합된다. 연속적인 곡면 경로들은 도 4 및 도 5의 로드맵 그래프 및 결합 경로들에 사용된다. 상기 결합 경로들은 상기 자동화 차량들이 더 천천히 이동함에 따라 단부들에서 더 날카롭다.
표 2는 자동화 차량을 턴 온하는데 소비된 시간을 고려하는 제 1 자동화 차량(302), 제 2 자동화 차량(304), 및 제 3 자동화 차량(306)에 대해 추정된 이동 시간들을 도시한다.
Figure pct00002
도 4는 다양한 실시예들에 따라, 도 3에 도시된 창고와 같은, 창고 내의 자동화 차량들을 스케줄링하기 위한 솔루션을 도시하는 예시적인 로드맵 그래프(400)이다. 상기 제 1 자동화 차량(302)은 출발 위치(S1)(즉, 상기 로드맵 그래프(400)의 라벨 "S1"의 왼쪽의 직사각형 영역)에서 업무를 시작하고 상기 아이템을 픽업한다. 상기 제 3 자동화 차량(306)은 상기 제 1 자동화 차량(302)이 W1로 라벨링 된 2개의 잠재적인 대기 장소들과 함께 목적지 위치(G1)에 도달하기 위해 결합 경로를 사용하는 동안 가능한 빨리 상기 업무를 완료하기 위해 이동한다.
상기 로드맵 그래프(400)에 도시된 바와 같이, 상기 출발 위치(S1)는 또한 상기 제 2 자동화 차량(304)에 대한 목적지 위치(G2)이다. 따라서, 상기 제 2 자동화 차량(304)은 대기 장소(W2)와 함께 다음 아이템을 픽업하기 위해 목적지 위치(G2)로 이동한다. 일부 실시예들에서, 상기 제 1 자동화 차량(302)은 정지하고 상기 제 2 자동화 차량(304)이 상기 목적지 위치(G2)로 이동하는 것을 대기하고 및/또는 상기 제 3 자동화 차량(306)이 목적지 위치(G3)로 이동하는 것을 대기한다. 일부 실시예들에서, 상기 제 3 자동화 차량(306)은 출발 위치(S3)에 위치되고 상기 제 1 자동화 차량(302)의 움직임에 대한 장애물을 구성하고 상기 경로 밖으로 이동되어야 한다. 다른 실시예들에서, 상기 제 2 자동화 차량(304)은 출발 위치(S2)에 위치된다. 상기 목적지 위치(G2)로 이동하면서, 상기 제 2 자동화 차량(304)은 상기 제 1 자동화 차량(302)이 출발 위치(S1)로 또한 라벨링된, 목적지 위치(G2) 주변의 영역을 떠나는 것을 대기 위치(W2)에서 대기한다.
도 5는 다양한 실시예들에 따라, 도 3에 도시된 창고와 같은, 창고 내의 자동화 차량들을 스케줄링하기 위한 다른 솔루션을 도시하는 예시적인 로드맵 그래프(300)이다. 일부 실시예들에서, 상기 다른 솔루션은 몇가지 측면들에서 도 4에 도시된 솔루션과 상이하다. 예를 들어, 이 솔루션에 따라 구성된 조정된 경로 계획기는 자동화 차량을 출발하기 위해 더 많은 비용을 할당한다. 상기 제 1 자동화 차량(302)은 출발 위치(S1)에서 업무를 시작하고 상기 아이템을 픽업한다. 상기 제 1 자동화 차량(302)이 W1로 라벨링된 잠재적인 대기 장소와 함께 목적지 위치(G1)에 도달하기 위해 결합 경로를 사용하는 동안, 상기 제 2 자동화 차량(304)은 출발 위치(S2)로부터 이동하고 또한 출발 위치(S1)인, 목적지 위치(G2)로 이동한다. 상기 제 1 자동화 차량(302)이 약간 긴 시간 동안 이동해야 하지만, 상기 제 3 자동화 차량(306)은 출발할 필요가 없어, 상당한 비용을 절약한다. 상기 제 3 자동화 차량(306)은 상기 업무를 가능한 빨리 완료하기 위해 위치 S3으로부터 이동할 필요가 없다.
도 6a 내지 도 6c는 다양한 실시예들에 따라 조정된 경로 계획을 사용하여 다수의 비-홀로노믹 자동화 차량들의 효율적인 스케줄링을 위한 멀티-레벨 그래프(600)의 다양한 레벨들을 도시한다. 도 6a 내지 도 6c는 고-레벨 노드(606) 및 고-레벨 노드(608)와 같은 다양한 고-레벨 노드들 간의 최적의 로컬 경로들을 결정함으로써 출발 위치(602)와 목적지 위치(604) 사이의 경로 계획을 도시한다. 도 6a 및 도 6b는 고-레벨 그래프들로 참조될 수 있고 도 6c는 기본 로드맵 그래프로 참조될 수 있다. 몇 개의 더 높은 레벨 그래프들이 조정된 경로 계획에 대해 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 더 큰 환경들이 둘 이상의 더 높은 레벨 그래프들 및 하나의 기본 로드맵 그래프를 필요로 할 수 있다.
일부 실시예들에서, 조정된 경로 계획기는 고-레벨 노드들의 주변에 위치된 하나 이상의 접속 노드들 간의 최적의 로컬 경로들을 결정한다. 상기 조정된 경로 계획기는 도 6b에 도시된 바와 같이 접속 노드들(610) 간의 경로를 결정할 수 있다. 이러한 최적의 로컬 경로는 각각 고-레벨 노드 내부에 위치된, 하나 이상의 로드맵 노드들(예를 들어, 도 2의 로드맵 노드(206))을 접속할 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 조정된 경로 계획기는 적어도 하나의 로드맵 노드를 통과하지 않는 최적의 로컬 경로를 계산한다.
후속하여, 로컬 경로가 상기 출발 위치(602)와 로컬 접속 노드(예를 들어, 출발 접속 노드) 사이에서 결정된다. 일부 실시예들에서, 이러한 경로는 하나 이상의 내부 로드맵 노드들을 포함한다. 상기 조정된 경로 계획기(104)는 유사한 방식으로 상기 목적지 위치(604)와 로컬 접속 노드(예를 들어, 도 2의 종단 접속 노드(212)와 같은, 종단 접속 노드) 사이에서 제 2 로컬 경로를 계산할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 조정된 경로 계획기는 도 6c에 도시된 바와 같이 상기 멀티-레벨 그래프(600)의 최종 경로(612)를 형성하기 위해 상기 로컬 경로들을 조합한다. 일부 실시예들에서, 상기 조정된 경로 계획기(104)는 상기 목적지 위치(604)와 연관된 로컬 접속 노드에 대한 고 레벨 경로들 및 이들 로컬 경로들을 포함하는 최저 비용 경로를 선택한다. 그 후 상기 고-레벨 노드(606) 및 고-레벨 노드(608) 내의 최적의 고-레벨 경로들이 계산된다. 이들 경로들이 동시에 또는 거의 같은 시간에 동작하는 다른 차량들과 같은, 다양한 인자들 때문에 최저 비용 경로의 어떤 부분과 반드시 매칭할 필요는 없다. 일단 상기 조정된 경로 계획기(104)가 최저-레벨(즉, 로드맵-레벨)에서 최적의 경로를 결정하면, 상기 조정된 경로 계획기(104)가 이 결과를 하나 이상의 실시예들에 따른 최종 경로(612)로서 리턴한다.
도 7은 하나 이상의 실시예들에 따라, 상기 조정된 경로 계획기(104)와 같은, 조정된 경로 계획기를 사용하여 다수의 자동화 비-홀로노믹 차량들에 대한 효율적인 스케줄링을 위한 시스템(700)의 구조적인 블록도이다. 일부 실시예들에서, 상기 시스템(700)은 각각의 구성요소가 네트워크(706)를 통해 서로 결합된 컴퓨터(702) 및 복수의 차량들(704)(차량(7041) ... 차량(704N))을 포함한다. 상기 복수의 차량들(704) 각각은 스티어링(steering) 및/또는 모션 구성요소들과 같은, 다양한 차량 구성요소들을 동작하기 위해, 내비게이션 모듈(108)과 같은, 내비게이션 모듈을 포함한다. 상기 복수의 차량들(704)이 상기 내비게이션 모듈(108)을 실행하기 위한 하나 이상의 컴퓨터들을 활용할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
상기 컴퓨터(702)는 계산 디바이스의 유형(예를 들어, 랩탑, 데스크탑, PDA(Personal Desk Assistant) 등)이다. 각각의 차량들(704)은 계산 디바이스의 유형(예를 들어, 랩탑, 데스크탑, PDA(Personal Desk Assistant) 등)을 포함한다. 계산 디바이스는 일반적으로 중앙 처리 장치(CPU)(708), 다양한 지원 회로들(710) 및 메모리(712)를 포함한다. 상기 CPU(708)는 데이터 프로세싱 및 저장을 용이하게 하는 하나 이상의 상업적으로 이용가능한 마이크로프로세서들 또는 마이크로컨트롤러들을 포함할 수 있다. 다양한 지원 회로들(710)이 CPU(708)의 동작을 용이하게 하고 클록 회로들, 버스들, 파워 서플라이들, 입력/출력 회로들 등을 포함할 수 있다. 상기 메모리(712)는 판독 전용 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 디스크 드라이브 저장장치, 광 저장장치, 제거가능 저장장치 등을 포함한다. 상기 메모리(712)는 상기 조정된 경로 계획기(104), 스케줄러(106) 및 내비게이션 모듈(108)과 같은 다양한 소프트웨어 패키지들뿐만 아니라, 맵(110)과 같은 다양한 데이터를 포함한다. 이들 소프트웨어 패키지들은 상기 자동화 장치(704)의 효율적인 스케줄링을 위한 도 1의 장치(100)와 같은 장치를 구현한다.
일부 실시예들에서, 상기 조정된 경로 계획기(104)는 본원에 개시된 바와 같이 스케줄러(106)로부터의 쿼리에 응답하기 위해 상기 CPU에 의해 실행된 소프트웨어 코드(예를 들어, 프로세서 실행가능 명령들)를 포함한다. 상기 조정된 경로 계획기(104)는 업무를 완료하기 위해 각각 및 모든 가능한 솔루션에 대한 시간 추정치들을 결정한다. 이들 시간 추정치들은 가능한 솔루션들을 평가하기 위해 사용된다. 일부 실시예들에서, 상기 스케줄러(106)는 휴리스틱에 대해 평가된 자동화 차량들(704)을 스케줄링하기 위한 솔루션을 선택한다. 상기 스케줄러(106)는 자동화 차량 동작들 및 움직임들을 제어하기 위해 상기 내비게이션 모듈(108)을 사용하는, 트래픽 관리자(110)로 명령들(예를 들어, 스케줄)을 전달한다.
상기 네트워크(706)는 와이어, 케이블, 광 섬유, 및/또는 허브들, 스위치들, 라우터들 등과 같은 다양한 유형들의 널리 공지된 네트워크 소자들에 의해 촉진된 무선 링크들에 의해 컴퓨터들을 접속하는 통신 시스템을 포함한다. 상기 네트워크(706)는 상기 네트워크 자원들 사이에서 정보를 통신하기 위한 다양한 널리 공지된 프로토콜들을 채용할 수 있다. 예를 들어, 상기 네트워크(706)는 이더넷, WiFi, WiMax, GPRS(General Packet Radio Service), 등과 같은, 다양한 통신 인프라스트럭처를 사용하는 인터넷 또는 인트라넷의 일부일 수 있다.
전술한 것들은 본 발명의 실시예들로 지향되지만, 본 발명의 다른 추가의 실시예들이 그 기본적인 범위로부터 벗어나지 않고 고안될 수 있고, 그 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (16)

  1. 하나 이상의 자동화 차량들에 대한 경로 계획을 조정하는 방법에 있어서,
    상기 하나 이상의 자동화 차량들 각각에 대해 적어도 하나의 실행가능한 업무에 대한 가능한 솔루션들을 온라인 경로 계획기에 쿼리(query)하는 단계;
    상기 쿼리 결과들을 검사하는 단계;
    각각의 차량에 대해 조정된 경로 계획을 결정하는 단계; 및
    트래픽 관리자에 상기 조정된 경로 계획을 전달하는 단계로서, 상기 트래픽 관리자는 상기 하나 이상의 자동화 차량들이 상기 조정된 경로 계획에 따라 각각의 실행가능한 업무를 수행하는 것을 보장하는, 상기 전달 단계를 포함하는, 경로 계획 조정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    스케줄러는 업데이트된 정보에 따라 쿼리의 결과들을 재-검사하고 실행할 하나 이상의 더 나은 솔루션들을 결정하는, 경로 계획 조정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 자동화 차량들은 상기 더 나은 솔루션에 기초하여 재-라우팅되는, 경로 계획 조정 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    솔루션에 대한 결정은 명시된 시간 기간 내에 전달되는, 경로 계획 조정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 조정된 경로 계획은 상기 명시된 시간 기간이 경과할 때 계산된 최상의 조정된 경로 계획에 기초하여 업데이트되는, 경로 계획 조정 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    휴리스틱(heuristic)을 사용하여 경로 계획을 최적화하는 단계를 포함하는, 경로 계획 조정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 휴리스틱은 연료 사용, 배터리 사용, 유휴 차량을 출발하는 시간 기간, 유휴 시간, 및 여행 시간, 및 임의의 이들의 조합을 포함하는, 경로 계획 조정 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 자동화 차량들은 비-홀로노믹(non-holonomic)인, 경로 계획 조정 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 자동화 차량들은 경로 상의 목적지로 드라이브하기 위해 로드맵 그래프를 사용하는, 경로 계획 조정 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 자동화 차량들은 로드맵 그래프를 결합하기 위해 더빈스-경로(Dubins-path)를 사용하는, 경로 계획 조정 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 조정된 경로 계획은 하나 이상의 수정된-더빈스 경로들을 더 포함하는, 경로 계획 조정 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    하나 이상의 수정된-더빈스 경로들은 그래프 세그먼트들 및 결합 경로들을 구성함으로써 구현되는, 경로 계획 조정 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 조정된 경로 계획을 포함하는 상이한 인자들이 오프라인으로 계산되어, 온라인 동안 검색 시간들을 감소시키는, 경로 계획 조정 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    오프-라인 계산은 차량간 교차, 노드들 간의 이동 시간, 노드들 간의 이동 경로들, 결합 경로들, 및 임의의 이들의 조합을 포함하는, 경로 계획 조정 방법.
  15. 적어도 하나의 자동화 차량에 대해 조정된 경로 계획을 효율적으로 스케줄링하기 위한 장치에 있어서,
    적어도 하나의 컴퓨터로서, 각각의 컴퓨터는 중앙 처리 장치 및 메모리를 포함하고, 상기 메모리는 맵, 조정된 경로 계획기, 스케줄러를 포함하는, 상기 적어도 하나의 컴퓨터;
    트래픽 관리자로서, 상기 스케줄러는 상기 조정된 경로 계획기에 의해 잠재적인 조정된 경로 계획 제공자를 검사하기 위해 상기 조정된 경로 계획기 및 맵과 통신할 수 있고, 하나 이상의 경로 계획들을 상기 트래픽 관리자에 전달할 수 있는, 상기 트래픽 관리자; 및
    상기 자동화 차량들에 대한 상기 조정된 경로 계획들의 효율적인 스케줄링 및 통신을 위해, 상기 적어도 하나의 컴퓨터 및 상기 적어도 하나의 자동화 차량과 통신할 수 있는 네트워크를 포함하는, 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 트래픽 관리자는 상기 적어도 하나의 자동화 차량에 의해 상기 경로의 실행을 관리 및/또는 모니터링하는, 장치.
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