KR20140112824A - 백스테핑 기법을 이용한 선도 추종자 대형제어 장치, 방법 및 이동로봇 - Google Patents

백스테핑 기법을 이용한 선도 추종자 대형제어 장치, 방법 및 이동로봇 Download PDF

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Abstract

백스테핑 기법을 이용한 선도 추종자 대형제어 장치, 방법 및 이동로봇을 개시한다. 입력부는 선도로봇의 위치를 감지한다. 제어부는 입력부가 감지한 위치를 이용하여 선도 로봇의 위치 정보 및 추종자 로봇의 위치 정보를 산출하고, 산출된 선도 로봇의 위치 정보 및 산출된 추종자 로봇의 위치 정보를 이용하여 추종자 로봇의 이동을 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

백스테핑 기법을 이용한 선도 추종자 대형제어 장치, 방법 및 이동로봇{Leader-Follower Formation Device, Method and Mobile robot using Backstepping Method}
본 발명은 이동로봇의 대형제어에 관한 것으로서, 더 자세하게는 선도 로봇 및 추종자 로봇에 대한 대형제어 장치, 방법 및 이동로봇에 관한 것이다.
현재 이동로봇의 사용분야는 다양하다. 산업, 의료, 서비스 등 여러 분야에서 인간이 하기 힘든 일을 맡고 있으며 쓰임새는 더욱 확대되고 있다. 최근에는 단일 로봇보다 다수의 로봇을 이용한 연구가 활발히 진행되고 있다.
로봇도 인간과 마찬가지로 다수를 이용할 경우 그 쓰임새가 많아지며 효율이 높아진다. 특히, 방범 및 순찰용 로봇들은 다수의 로봇을 통해 단일 로봇이 감당하기 힘든 넓은 영역을 탐색할 수 있다. 또한 운반용 로봇의 경우 다수를 이용하여 단일 로봇이 나르기 힘든 무거운 짐을 나를 수 있다.
다수의 로봇은 목표를 향해서 나아가는 것뿐만 아니라 로봇끼리 일정한 거리 및 각도를 유지하면서 임무를 수행하게 된다. 이처럼 로봇이 목표물이나 다른 로봇에 대해 일정한 거리 및 각도를 유지하는 것을 다중로봇의 대형(Formation)이라 하고 이를 제어하는 방법을 다중로봇의 대형제어(Formation control)라 한다.
대형제어를 하는 방법에는 크게 세 가지로 행위기반 접근방법(Behavior-Based Approach), 가상구조 접근방법(Virtual Structure Approach) 그리고 선도-추종자 접근방법(Leader-Follower Approach)으로 분류할 수 있다.
행위기반 접근방법은 대형제어를 하는데 있어서 주어진 상황에 맞게 대형을 유지하거나 장애물 회피, 대형 내 로봇 간의 충돌회피 등의 각 로봇 행동에 대한 가중치를 두어 모바일 로봇의 속도 및 회전 방향에 대한 제어를 수행하게 된다.
가상구조 접근방법은 일정한 대형을 미리 정해두고 이 대형을 하나의 구조를 갖는 강체(rigid body)로 하여 이것의 물체추적 또는 경로추적, 장애물회피 등의 제어를 수행하고 이에 따라 가상구조의 요소인 모바일 로봇에 대한 제어를 수행한다. 하지만
선도 추종자 접근방법은 선도로봇에 대한 대형유지를 주목적으로 하며 선도로봇의 진행방향과 추종자로봇과 선도로봇 사이의 이격거리를 이용하여 선도로봇을 추종하는 제어를 수행한다. 장점으로 이동로봇들의 다이내믹스(Dynamics)를 표현할 수 있고 해석적으로 안정성이 보장된 제어기 설계가 가능하여 대형제어시 많이 사용되고 있다.
하지만 행위기반 접근방법은 모바일 로봇들의 다이나믹스로 표현하기 어렵고 해석적으로 안정성을 보장하기 힘들다.
가상구조 접근방법의 경우에는 안정적인 대형유지가 용이한 반면 대형에 존재하는 각 로봇의 특성에 맞는 분산제어가 어려운 단점이 있다.
선도 추종자 접근방법은 추종제어와 같이 절대좌표 상에서 로봇들을 해석하여 추종자의 제어기를 설계하기 때문에 실제 실험을 통한 구현에 있어서는 여러 제약이 따른다. 추종자로봇이 선도로봇의 속도 및 각속도를 실시간으로 알고 있어야 하며 좌표 상의 위치도 파악해야 하는 등의 제약이 따른다.
따라서 기존의 선도-추종자 접근방법을 이용하여 실험을 하게 되면 절대위치를 측정하는 센서를 통해 로봇들의 실시간 좌표 및 속도, 각속도를 구하여 추종자로봇들에게 전달해야 한다. 하지만 산업이나 현장에서 방법 및 순찰 등의 각종 임무를 수행할 시 이와 같은 실시간 절대적인 위치파악 및 통신이 이뤄지기 어렵다.
본 발명이 이루고자 하려는 기술적인 과제는 복수의 이동로봇의 대형을 유지시키는 이동로봇의 대형제어 장치, 방법 및 이동로봇을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하려는 다른 기술적인 과제는 복수의 이동로봇의 위치를 산출하고 이동을 제어하는 이동로봇의 이동제어 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 백스테핑 기법을 이용한 선도 추종자 대형제어 장치는,
선도로봇의 위치를 감지하는 입력부, 및 상기 입력부가 감지한 위치를 이용하여 상기 선도 로봇의 위치 정보 및 추종자 로봇의 위치 정보를 산출하고, 상기 산출된 선도 로봇의 위치 정보 및 상기 산출된 추종자 로봇의 위치 정보를 이용하여 상기 추종자 로봇의 이동을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 입력부는, 상기 선도 로봇의 이미지를 촬상하는 적어도 하나의 카메라를 포함하는 카메라부, 및 상기 선도 로봇의 거리를 감지하는 적어도 하나의 센서를 포함하는 센서부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 카메라 및 상기 센서는 각각 상기 추종자 로봇에 설치될 수 있다.
상기 제어부는 상기 산출된 선도 로봇의 위치 정보 및 상기 산출된 추종자 로봇의 위치 정보를 기초로 목표 지점을 산출하고, 상기 산출된 목표 지점을 기초로 상기 추종자 로봇이 상기 목표 지점까지 이동하는데 필요한 직선 속도 및 회전 속도를 산출할 수 있다.
상기 제어부는 상기 산출된 추종자 로봇의 위치 정보 및 상기 산출된 목표 지점을 기초로 상기 추종자 로봇과 상기 목표 지점의 오차를 산출하고, 상기 산출된 오차를 기초로 상기 직선 속도 및 상기 회전 속도를 산출할 수 있다.
상기 제어부는 상기 산출된 직선 속도 및 회전 속도를 기초로 상기 추종자 로봇이 상기 목표 지점까지 이동시키기 위해 상기 추종자 로봇의 바퀴를 구동하기 위한 토크를 산출할 수 있다.
상기 제어부는 상기 추종자 로봇의 질량, 관성, 구심력, 마찰력 및 중력 중 적어도 하나의 요소를 더 이용하여 상기 토크를 산출할 수 있다.
선도 추종자 대형제어 이동로봇은,
대형 앞에서 추종자 로봇을 인솔하는 선도 로봇 및 상기 선도 로봇과 일정한 대형 유지를 위해 목표 지점으로 이동하는 상기 추종자 로봇을 포함하고, 상기 추종자 로봇은, 상기 선도 로봇의 위치를 감지하는 입력부 및 상기 입력부가 감지한 위치를 이용하여 상기 선도 로봇의 위치 정보 및 상기 추종자 로봇의 위치 정보를 산출하고, 상기 산출된 선도 로봇의 위치 정보 및 상기 산출된 추종자 로봇의 위치 정보를 이용하여 상기 추종자 로봇의 이동을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 선도 로봇은 적어도 하나의 랜드마크를 포함하고, 상기 입력부는 상기 랜드마크의 이미지를 촬상하며, 상기 제어부는 상기 촬상된 랜드마크의 이미지를 이용하여 상기 선도 로봇의 위치 정보를 산출할 수 있다.
백스테핑 기법을 이용한 선도 추종자 대형제어 방법은,
추종자 로봇에 설치된 카메라 또는 센서를 이용하여 선도 로봇의 위치를 감지하는 단계, 상기 감지된 선도 로봇의 위치를 기초로 상기 선도 로봇의 위치 정보 및 상기 추종자 로봇의 위치 정보를 산출하는 단계, 상기 산출된 선도 로봇의 위치 정보 및 상기 산출된 추종자 로봇의 위치 정보를 기초로 상기 추종자 로봇의 목표 지점을 산출하는 단계, 상기 산출된 목표 지점을 기초로 상기 추종자 로봇의 현재 위치와 목표 지점의 오차를 산출하는 단계, 상기 산출된 오차를 기초로 상기 추종자 로봇이 목표 지점까지 이동하는데 필요한 직선 속도 및 회전 속도를 산출하는 단계, 상기 산출된 직선 속도 및 상기 산출된 회전 속도를 기초로 추종자 로봇의 목표 지점까지 이동시키기 위해 상기 추종자 로봇의 바퀴를 구동하기 위한 토크를 산출하는 단계 및 상기 산출된 토크를 기초로 상기 추종자 로봇이 목표 지점까지 이동하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 백스테핑 기법을 이용한 선도 추종자 대형제어 장치, 방법 및 이동로봇에 의하면, 기구학 및 동역학적으로 대형제어를 구현하고 백스테핑 방법을 이용해서 이동로봇의 안정성을 만족할 수 있다.
또한, 추종자 로봇은 센서를 통해 센싱된 파라미터를 이용해서 실제상황에 있어서도 손쉽게 실시간 대처할 수 있다.
또한, 추종자 로봇은 카메라의 상대적인 거리 및 각도를 이용해서 통신이 불가능한 지역에서도 대형을 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대형제어의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 대형제어 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 목표물과 이동로봇의 대형 및 좌표를 도시한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사각패턴 주행의 시뮬레이션을 도시한 예시도이다.
도 6은 도 5의 추종자 로봇 위치 및 방향에 대한 오차를 도시한 예시도이다.
도 7은 도 5의 추종자 로봇 직선속도 및 회전속도를 도시한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 R패턴 주행의 시뮬레이션을 도시한 예시도이다.
도 9는 도 8의 추종자 로봇 위치 및 방향에 대한 오차를 도시한 예시도이다.
도 10은 도 8의 추종자 로봇 직선속도 및 회전속도를 도시한 예시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 선도 로봇 및 추종자 로봇을 도시한 예시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 선도 로봇 및 추종자 로봇의 대형제어를 실제 구현한 예시도이다.
도 13은 도 12의 이동로봇 위치 및 방향에 대한 오차를 도시한 예시도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 대형제어 방법의 수행과정을 도시한 순서도이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 대형제어 방법의 수행과정을 도시한 순서도이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명할 수 있다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 할 수 있다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당 업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본발명을 한정하려는 의도는 아니다. 이동 로봇이 "~ 좌표" 또는 "~ 위치 정보" 또는 "~ 지점"을 이동한다거나 산출한다고 언급할 때에는 "~ 중심좌표"로 이동하거나 산출한다고 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대형제어의 예시도이다.
도 1을 참조하면, 대형제어는 선도 로봇(110) 및 적어도 하나의 추종자 로봇을 포함할 수 있다. 또한 선도로봇(110)이 이동하면 대형을 유지하기 위해 추종자 로봇도 이동할 수 있다.
선도 로봇(110)은 추종자 로봇1(120) 및 추종자 로봇2(130)의 대형제어 기준이 될 수 있다. 만약 이동로봇들의 대형제어 중 선도 로봇(110)이 이동지점(110')으로 이동하면, 추종자 로봇1(120) 및 추종자 로봇2(130)은 대형을 유지하기 위해 추종자 로봇의 목표 지점1(120') 및 목표 지점2(130')로 이동할 수 있다. 추종자 로봇1(120) 및 추종자 로봇2(130)은 백스테핑 기법을 이용한 선도 추종자 대형제어로 목표 지점1(120') 및 목표 지점(130')에 이동할 수 있다.
선도 로봇(110)은 적어도 하나의 랜드마크를 포함될 수 있고, 랜드마크는 선 도 로봇(110)의 위치를 나타낼 수 있다. 추종자 로봇1(120) 및 추종자 로봇2(130)은 선도 로봇(110)의 랜드마크를 촬영할 수 있는 적어도 하나의 웹 카메라가 설치될 수 있다. 또한 추종자 로봇1(120) 및 추종자 로봇2(130)은 소나(sonar)와 같은 상대 위치 측정 센서를 적어도 하나를 포함할 수 있다. 추종자 로봇1(120) 및 추종자 로봇2(130)은 상기 웹 카메라 및 상기 센서를 이용하여 랜드마크의 위치 정보를 산출할 수 있고, 산출된 위치 정보를 통하여 선도 로봇 및 추종자 로봇의 대형제어 및 토크제어를 할 수 있다. 선도 로봇(110), 추종자 로봇1(120) 및 추종자 로봇2(130)은 기구학적 모델과 동역학적 모델 중 적어도 하나를 포함하는 모델일 수 있다.
이동로봇의 모델은 기구학적 모델과 동역학적 모델로 나눌 수 있다. 기구학적 모델은 모바일 로봇의 기구적 특성에 대하여 직선속도 및 회전속도에 관하여 나타낸 것이고, 동역학적 모델은 모바일 로봇의 물리적 특성인 질량, 구심력, 마찰력, 관성 및 토크 등을 포함하는 것이다. 본 발명은 상기 두 모델을 이용하여 이동로봇의 양 바퀴에 적용되는 토크를 구하고 물체의 움직임에 따라 이동로봇의 움직임을 제어하는 실제적인 제어 입력을 이용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 대형제어 장치의 블록도이다.
도 2를 참조하면, 대형제어 장치(1)는 입력부(210), 제어부(220), 출력부(230) 및 저장부(240) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 대형제어 장치(1)는 이동로봇의 일정거리와 각도를 유지하기 위해 선도 추종자 접근방법을 이용할 수 있다. 또한 대형제어 장치(1)는 실시간으로 얻은 선도 로봇(110)의 좌표를 이용하여 추종자 로봇1(120) 및 추종자 로봇2(130)의 목표 지점과의 거리 및 방향의 오차를 산출할 수 있다.
입력부(210)는 카메라부(211) 및 센서부(212) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 카메라부(211)는 추종자 로봇에 설치될 수 있고, 선도 로봇의 좌표를 나타내는 랜드마크를 촬상할 수 있다.
센서부(212)는 추종자 로봇에 설치될 수 있고, 선도 로봇의 좌표를 나타내는 랜드마크의 위치를 감지할 수 있다.
카메라부(211)는 추종자 로봇에 설치된 카메라로서, 적어도 하나의 카메라를 포함할 수 있다. 카메라부(211)는 웹 카메라와 같은 이동로봇이 이동하는데 영향을 주지않는 모든 타입일 수 있다. 또한 카메라부(211)는 촬영 각도가 일정하게 하기 위해 고정을 할 수 있다.
센서부(212)는 추종자 로봇에 설치된 센서로서, 적어도 하나의 센서를 포함할 수 있다. 센서부(212)는 소나(sonar)와 같은 상대 위치 측정을 할 수 있는 모든 타입일 수 있다. 소나(sonar)는 초음파를 짧은 단속음으로서 발사하여 물체에 부딪쳐 반사되어 되돌아오는 데 걸리는 시간을 측정하여 물체까지의 거리를 산출할 수 있다. 또한 센서부(212)는 추종자 로봇이 이동하는데 영향을 주지 않게 고정할 수 있다.
선도 로봇(110)은 랜드마크를 이용하여 추종자 로봇1(120) 및 추종자 로봇2(130)에 기준좌표를 제공할 수 있다. 랜드마크는 선도 로봇의 위치 정보를 포함할 수 있다. 또한 랜드마크는 선도 로봇이 이동하는데 영향을 주지 않기 위해 고정될 수 있다.
제어부(220)는 이동로봇의 위치 정보를 산출하는 제1 제어부(221) 및 추종자 로봇의 대형제어 및 토크제어를 하는 제2 제어부(222) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제어부(220)는 선도 로봇 및 추종자 로봇의 대형이 유지되고, 이동되도록 제어할 수 있다.
제1 제어부(221)는 추종자 로봇의 카메라부(211) 및 센서부(212)를 이용하여 선도 로봇의 좌표를 산출할 수 있다. 또한 제1 제어부(221)는 선도 로봇의 좌표를 기준좌표로 정할 수 있으며, 상기 기준좌표를 기준으로 추종자 로봇의 좌표를 산출할 수 있다.
제2 제어부(222)는 제1 제어부(221)에서 산출된 이동로봇의 위치 정보를 이용하여 대형을 유지하면서 이동을 제어할 수 있다. 제2 제어부(222)는 선도 로봇의 이동에 따른 추종자 로봇의 목표 지점을 산출할 수 있다. 또한 제2 제어부(222)는 추종자 로봇의 현재 위치와 목표 지점의 오차를 산출하여 추종자 로봇의 목표 지점까지 직선 및 회전 속도를 산출할 수 있다. 제2 제어부(222)는 산출된 직선 및 회전 속도를 이용하여 정확한 토크를 산출할 수 있다.
출력부(230)는 산출된 토크 횟수를 이용하여 토크 생성을 함으로서 목표 지점으로 이동할 수 있다.
저장부(240)는 선도 로봇과 유지해야 하는 추종자 로봇의 목표 지점의 거리와 방향각을 저장할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부의 블록도이다.
도 3을 참조하면, 제어부(120)는 선도 로봇 및 추종자 로봇이 대형을 유지하며 이동할 수 있게 제어를 할 수 있다.
제1 제어부(121)는 선도 로봇 위치 정보 산출부(210) 및 추종자 로봇 위치 정보 산출부(220) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 제어부(121)는 카메라부(211)에서 촬상된 이미지를 이용하여 선도 로봇의 좌표를 산출할 수 있다. 선도 로봇 위치 정보 산출부(310)는 카메라부(211)에서 촬상된 선도 로봇에 설치된 랜드마크의 위치 정보를 산출할 수 있다. 산출된 랜드마크의 위치 정보는 선도 로봇의 좌표로서, 추종자 로봇의 기준좌표가 될 수 있다. 또한 선도 로봇이 이동 시에는 랜드마크도 이동하기 때문에 상대적으로 추종자 로봇의 기준좌표도 변동될 수 있다.
추종자 로봇 위치 정보 산출부(320)는 선도 로봇 위치 정보 산출부(310)에서 산출된 선도 로봇의 좌표를 기준으로 카메라부(211)에서 촬상된 이미지 정보를 이용하여 추종자 로봇의 좌표를 산출할 수 있다.
제1 제어부(121)는 센서부(212)에서 감지된 거리를 이용하여 선도 로봇 및 추종자 로봇의 좌표를 산출할 수 있다. 선도 로봇 위치 정보 산출부(310)는 센서부(212)에서 센싱된 거리 정보를 이용하여 선도 로봇의 좌표를 산출할 수 있다.
추종자 로봇 위치 정보 산출부(320)는 선도 로봇 위치 정보 산출부(310)에서 산출된 선도 로봇 좌표를 기준으로 센서부(212)에서 센싱된 거리 정보를 이용하여 추종자 로봇의 좌표를 산출할 수 있다.
제1 제어부(121)는 카메라부(211)에서 촬상된 이미지를 이용하는 방법, 센서부(212)에서 감지된 거리를 이용하는 방법 및 상기 두 가지 방법을 동시에 이용하는 방법 중 적어도 하나를 이용하여 선도 로봇 및 추종자 로봇의 위치 정보를 산출할 수 있다.
제2 제어부(122)는 대형 제어부(330) 및 토크 제어부(340) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제2 제어부(122)는 이동로봇의 직선속도 및 회전속도 중 적어도 하나를 포함하는 벡터 및 이동로봇의 질량, 관성, 구심력, 마찰력, 중력 및 토크 중 적어도 하나를 포함하는 벡터를 이용할 수 있다. 제2 제어부(122)는 이동로봇의 제어 입력을 속도가 아닌 실제 물리적인 토크 제어 입력으로 할 수 있다.
대형 제어부(330)는 추종자 로봇이 선도 로봇과 대형을 유지하도록 제어할 수 있다. 대형 제어부(330)는 제1 제어부(121)에서 산출된 선도 로봇 및 추종자 로봇의 좌표를 이용하여 추종자 로봇의 목표 지점을 산출할 수 있다. 대형 제어부(330)는 안정성을 고려된 백스테핑 기법을 이용하여 목표 지점을 산출할 수 있고, 추종자 로봇의 상대 위치 측정 센서를 통해 얻을 수 있는 파라미터들을 이용하여 목표 지점을 산출할 수 있다. 상기 목표 지점은 선도 로봇이 이동함에 따라 추종자 로봇이 대형을 유지하기 위해 이동해야하는 지점을 말한다. 대형 제어부(330)는 추종자 로봇의 현재 위치와 목표 지점의 오차를 산출할 수 있다. 또한 대형 제어부(330)는 상기 오차를 이용하여 추종자 로봇의 목표 지점까지의 직선 및 회전 속도를 산출할 수 있다.
토크 제어부(340)는 대형 제어부(330)에서 목표 지점까지의 직선 및 회전 속도를 산출한 정보를 이용하여 토크를 산출할 수 있다. 이를 통해, 토크 제어부(340)는 추종자 로봇이 목표 지점까지 이동시키기 위해 추종자 로봇의 좌우 바퀴를 구동하기 위한 토크를 산출하여 선도 로봇 및 추종자 로봇이 대형을 유지할 수 있게 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 목표물과 이동로봇의 대형 및 좌표를 도시한 예시도이다. 도 4는 선도로봇 좌표(410')에서 목표 지점(430)와 추종자로봇의 좌표(420') 표현을 도시한다.
도 4를 참조하면,
Figure pat00001
는 선도 로봇(410)과 추종자 로봇(420) 사이의 거리이고,
Figure pat00002
는 선도 로봇(410)에서부터 추종자 로봇(420)의 위치까지의 각도이다.
Figure pat00003
,
Figure pat00004
는 추종자 로봇의 좌표(420')를 나타내고,
Figure pat00005
및
Figure pat00006
는 각각 추종자 로봇(420)의 진행방향 및 목표 지점(430)과 추종자 로봇(420) 사이의 진행방향 오차를 나타낼 수 있다.
Figure pat00007
,
Figure pat00008
는 선도자 로봇 좌표(410')에서 추종자 로봇 좌표(420')를 나타낼 수 있으며,
Figure pat00009
,
Figure pat00010
는 목표 지점(430)의 위치를 나타낼 수 있다.
Figure pat00011
,
Figure pat00012
는 선도자 로봇(410)과 유지해야 하는 목표 지점(430)의 거리와 방향각이 될 수 있고, 저장부(240)에 저장될 수 있다. 선도자 로봇의 좌표(410')로 표현된 파라미터들을 이용하여 추종자 로봇(420)이 목표 지점(430)에 도달할 수 있게 한다.
추종자 로봇의 목표 지점(430)와 추종자 로봇의 좌표(420')의 오차
Figure pat00013
는 다음의 수학식(1)로 나타낼 수 있다.
Figure pat00014
수학식(2)는 수학식(1)에 대한 미분으로 수학식(1)의 오차에 대한 항과 추종자 로봇의 좌표(420')를 포함하는 것을 볼 수 있다.
Figure pat00015
본 발명에서는 수학식(2)를 이용하여 제어입력
Figure pat00016
,
Figure pat00017
을 다음의 수학식(3)과 같이 설계할 수 있다.
Figure pat00018
수학식(3)은 각 축과 방향에 대한 오차가 포함되어 있는 것을 확인할 수 있다.
Figure pat00019
,
Figure pat00020
,
Figure pat00021
에 대한 이득 값인
Figure pat00022
,
Figure pat00023
,
Figure pat00024
는 양한정(Positive definite)일 수 있다. 만약
Figure pat00025
,
Figure pat00026
,
Figure pat00027
가 양한정(Positive definite)이면, 추종자 로봇(420)의 직선속도
Figure pat00028
와 회전속도
Figure pat00029
가 수학식(3)의 제어 입력을 가지고,
Figure pat00030
을 만족하면 점근적으로 안정화될 수 있다.
추종자 로봇(420)은 선도 로봇(410)으로부터 일정거리
Figure pat00031
와 각도
Figure pat00032
에 위치한 목표 지점(430)를 추종하여 대형을 유지할 수 있다. 대형 제어부(330)는 추종자 로봇의 목표 지점
Figure pat00033
및 영상정보로 취득한 추종자 로봇의 위치
Figure pat00034
를 이용하여, 산출된 오차를 통해
Figure pat00035
를 설계할 수 있다.
또한 대형 제어부(330)는 토크 제어부(340)의 보조 입력이 될 수 있다. 대형 제어부(330)는 이동로봇의 좌우 바퀴를 구동하기 위한 토크를 생성을 제어할 수 있다. 이러한 토크 입력은 이동로봇의 기구학적 모델과 동역학적 모델에 의한 질량 및 구심력 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제어부(220)는 리아프노프 안정성이 고려된 백스테핑(Backstepping) 기법을 이용해서 이동로봇의 대형 제어를 할 수 있다. 상기 백스테핑 기법은 안정화 제어를 위해 재귀구조를 가지는 비선형 동적 시스템이다. 본 발명은 기존의 선도 추종자 접근방법의 제어부와 달리 선도 로봇(410)에 대한 절대위치 및 속도 등의 정보를 고려하지 않고, 오직 추종자 로봇(420)에서 상대위치 측정센서를 통해 얻을 수 있는 파라미터를 이용하여 제어부(220)를 설계를 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사각패턴 이동의 시뮬레이션을 도시한 예시도이다.
도 5를 참조하면, 시뮬레이션에 이용된 이동로봇의 물리적 요소값은 이동로봇 제원값을 적용하였다. 물리적 요소값은 이동로봇 길이의 중심을 무게중심이라고 가정하여
Figure pat00036
의 값을 계산하였고, 관성 모멘트
Figure pat00037
는 이동로봇이 원통이라는 가정하에 계산하였다. 이동로봇의 물리적 요소값은 표1과 같다.
물리적 요소 약호 값
질량 m 9kg
관성 모멘트 I 0.2278kg.m2
바퀴 반지름 r 0.0925m
로봇 폭 2W 0.38m
무게중심과 휠 축 중심 사이의 거리 d 0.0505m
도 5는 목표물인 선도 로봇(510)이 사각모양의 궤적으로 이동할 때, 추종자 로봇1(540) 및 추종자 로봇2(550)의 대형제어를 나타낸 것이다. 또한 상기 시뮬레이션은 사각모양의 궤적 패턴을 통해 추종자 로봇1(540) 및 추종자 로봇2(550)의 목표 지점1(520) 및 목표 지점2(530)에 대한 대형제어 성능을 확인할 수 있다.
선도 로봇(510)이 사각모양의 궤적으로 이동 시, 추종자 로봇1(540)은 선도 로봇(510)의 왼쪽에서 목표 지점1(520)을 유지하고 추종자 로봇2(550)은 선도 로봇(520)의 오른쪽에서 목표 지점2(530)을 유지하며 이동한다. 또한 선도 로봇(510)은 시간별로 직선 및 우회전 이동(0∼50초), 급격한 90°방향전환(50초), 직선 및 좌회전 이동(50∼100초)의 움직임을 보여준다.
이때 선도 로봇(510)의 속도는 직선속도
Figure pat00038
를 유지하고, 우회전 속도
Figure pat00039
, 좌회전 속도
Figure pat00040
이다.
도 6은 도5의 추종자 로봇 위치 및 방향에 대한 오차를 도시한 예시도이다.
도 6을 참조하면, 그래프(610, 620, 630 및 640)는
Figure pat00041
축 오차,
Figure pat00042
축 오차 및 방향
Figure pat00043
의 오차 중 적어도 하나를 보여줄 수 있다.
그래프(610)는 추종자 로봇1(540)의 위치 오차 그래프이고, 그래프(620)는 추종자 로봇1(540)의 방향 오차 그래프이다. 또한 그래프(630)는 추종자 로봇2(550)의 위치 오차 그래프이고, 그래프(640)는 추종자 로봇2(550)의 방향 오차 그래프이다.
그래프(610) 및 그래프(630)는 초반에 초기위치에 대한 차이가 존재하기 때문에 큰 오차가 발생하지만 시간이 지남에 따라 오차가 줄어든다. 그래프(620) 및 그래프(640)는 50초에서 선도 로봇(510)의 급격한 방향 전환으로 인해 오차가 발생하지만, 시간이 지남에 따라 오차가 줄어드는 것을 볼 수 있다. 또한 그래프(620) 및 그래프(640)는 0∼50초 및 50∼100초에서처럼 직선과 회전이동이 오래 발생할 시, 관성 모멘트의 물리적인 요소로 인해 발생한 방향 오차가 계속 지속 됨을 볼 수 있다.
도 7은 도 5의 추종자 로봇 직선속도 및 회전속도를 도시한 예시도이다.
도 7을 참조하면, 그래프(710, 720, 730 및 740)는 직선속도 및 회전속도 중 적어도 하나를 보여줄 수 있다.
그래프(710)는 추종자 로봇1(540)의 직선속도 그래프이고, 그래프(720)는 추종자 로봇1(540)의 회전속도 그래프이다. 또한 그래프(730)는 추종자 로봇2(550)의 직선속도 그래프이고, 그래프(740)는 추종자 로봇2(550)의 회전속도 그래프이다.
추종자 로봇1(540) 및 추종자 로봇2(550)은 초반에 초기위치 오차로 인해 빠른 속도로 이동하다가 선도 로봇(510)의 속도에 수렴하는 것을 볼 수 있다. 그래프(710) 및 그래프(730)를 보면, 추종자 로봇1(540) 및 추종자 로봇2(550)은 직선이동 시에는 선도 로봇(510)의 속도와 동일한 속도로 움직인다.
또한 추종자 로봇1(540) 및 추종자 로봇2(550)은 선도 로봇(510)이 급격하게 90°방향전환 시에는 선도 로봇(510)과 대형을 유지하기 위해 추종자 로봇1(540) 및 추종자 로봇2(550)의 위치에 따라 속도가 감소하거나 증가한다. 특히, 그래프(720) 및 그래프(740)는 시작 및 50초 구간에서 급한 턴으로 인해 회전속도가 크게 발생하는 것을 볼 수 있다.
참고로, 그래프(720) 및 그래프(740)는
Figure pat00044
축이 (+)이면 좌회전 속도 및 (-)이면 우회전 속도를 의미한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 R패턴 이동의 시뮬레이션을 도시한 예시도이다.
도 8을 참조하면, 선도 로봇(810)이 R패턴으로 이동할 때, 추종자 로봇1(840) 및 추종자 로봇(850)의 대형제어를 나타낸 것이다. 또한 상기 시뮬레이션은 R패턴을 통해 추종자 로봇1(840) 및 추종자 로봇2(850)의 목표 지점1(820) 및 목표 지점2(830)에 대한 대형제어 성능을 확인할 수 있다.
선도 로봇(810)이 R패턴으로 이동 시, 추종자 로봇1(840)은 선도 로봇(810)의 왼쪽에서 목표 지점1(820)을 유지하고 추종자 로봇2(850)은 선도 로봇(820)의 오른쪽에서 목표 지점2(830)을 유지하며 이동한다. 선도 로봇(810)은 직선이동(0∼50초), 급격한 90°방향전환(50초), 직선이동(50∼70초), 우회전이동(70∼95초), 좌회전이동(95∼120초) 및 직선이동(120∼150초)의 움직임을 보여준다.
이때 선도 로봇(810)의 속도는 직선속도
Figure pat00045
를 유지하고, 우회전속도
Figure pat00046
, 좌회전속도
Figure pat00047
이다.
도 9는 도 8의 추종자 로봇 위치 및 방향에 대한 오차를 도시한 예시도이다.
도 9를 참조하면, 그래프(910, 920, 930 및 940)는
Figure pat00048
축 오차,
Figure pat00049
축 오차 및 방향
Figure pat00050
의 오차 중 적어도 하나를 보여줄 수 있다.
그래프(910)는 추종자 로봇1(840)의 위치 오차 그래프이고, 그래프(920)는 추종자 로봇1(840)의 방향 오차 그래프이다. 또한 그래프(930)는 추종자 로봇2(850)의 위치 오차 그래프이고, 그래프(940)는 추종자 로봇2(850)의 방향 오차 그래프이다.
그래프(910) 및 그래프(930)는 추종자 로봇1(840) 및 추종자 로봇2(850)의 초기 위치에 대한 차이가 존재하기 때문에 큰 오차가 발생하지만 시간이 지남에 따라 오차가 줄어든다. 그래프(920) 및 그래프 (940)의 50초를 보면, 추종자 로봇1(840) 및 추종자 로봇2(850)이 선도 로봇(810)의 급격한 90°방향전환으로 인해 오차가 발생하지만 시간이 지남에 따라 오차가 줄어드는 것을 볼 수 있다. 그러나 추종자 로봇1(840) 및 추종자 로봇2(850)이 70∼120초에서처럼 직선과 회전이동이 계속 유지될 시에는 관성 모멘트의 물리적인 요소로 인해 발생한 방향 오차가 계속 지속 됨을 볼 수 있다.
도 10은 도8의 추종자 로봇 위치 및 방향에 대한 오차를 도시한 예시도이다.
도 10을 참조하면, 그래프(1010, 1020, 1030 및 1040)는 직선속도 및 회전속도 중 적어도 하나를 보여줄 수 있다.
그래프(1010)는 추종자 로봇1(840)의 직선속도 그래프이고, 그래프(1020)는 추종자 로봇1(840)의 회전속도 그래프이다. 또한 그래프(1030)는 추종자 로봇2(850)의 직선속도 그래프이고, 그래프(1040)는 추종자 로봇2(850)의 회전속도 그래프이다.
추종자 로봇1(840) 및 추종자 로봇2(850)는 초기 위치 오차로 인해 빠른 속도로 이동하다가 선도 로봇(810)의 속도에 수렴한다. 그래프(1010) 및 그래프(1030)를 보면, 추종자 로봇1(840) 및 추종자 로봇2(850)은 직선이동 시에는 선도 로봇(810)의 속도와 동일한 속도로 움직인다.
또한 추종자 로봇1(840) 및 추종자 로봇2(850)은 선도 로봇(810)이 급격하게 90°방향전환 시에는 선도 로봇(810)과 대형을 유지하기 위해 추종자 로봇의 위치에 따라 속도가 감소하거나 증가한다. 특히, 추종자 로봇1(840) 및 추종자 로봇2(850)은 시작과 50초 구간에서 급한 턴으로 인해 회전속도가 크게 발생하는 것을 볼 수 있다.
참고로, 그래프(1020) 및 그래프(1040)는
Figure pat00051
축이 (+)이면 좌회전 속도 및 (-)이면 우회전 속도를 의미한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 선도 로봇 및 추종자 로봇을 도시한 예시도이다.
도 11을 참조하면, 실험에 사용된 이동로봇은 Adept사의 Pioneer3-DX 로봇을 사용하였다. 또한 (a)는 선도 로봇(1110)에 랜드마크(1110')가 설치된 모습을 보여주고 있고, (b)는 추종자 로봇(1120)에 웹 카메라(1120') 및 센서(1120'')가 설치된 모습을 보여주고 있다.
추종자 로봇(1120)은 고정된 웹 카메라(1120')를 추가 설치하여, 선도 로봇(1110)에 장치된 랜드마크(1110')의 거리(
Figure pat00052
) 와 방향(
Figure pat00053
) 의 정보를 추출하는 목적으로 구성하였다. 또한 추종자 로봇(1120)은 상대 위치 센서(1120'')를 이용하여 선도 로봇(1110)과의 거리를 산출할 수 있다.
선도 로봇(1110) 및 추종자 로봇(1120)은 랜드마크(1110'), 웹 카메라(1120') 및 상대 위치 센서(1120'')를 이용하여 상대적인 거리와 각도를 산출하여 대형을 유지할 수 있다.
선도 로봇(1110) 및 추종자 로봇(1120)은 통신이 불가능한 지역에서도 대형제어를 할 수 있고, 기구학 및 동역학적으로 설계된 대형제어를 할 수 있는 모든 종류의 이동로봇일 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 선도 로봇 및 추종자 로봇의 대형제어의 실제 구현한 예시도이다.
도 12를 참조하면, 추종자 로봇(1220)이 선도 로봇(1210)을 실제 직선 이동에서 대형제어되는 것을 구현한 결과다. 상기 실험은 선도 로봇(1210)이 직선이동(0∼20초) 움직임을 보여주면서 시작하며, 이때 선도 로봇(1210)의 속도는
Figure pat00054
이다. 또한 추종자 로봇(1220)은 선도 로봇(1210)의 대형을 유지하기 위하여 시작 지점(1230)에서 목표 지점(1240)까지 이동하게 된다. 초기 위치 오차가 있기 때문에 추종자 로봇(1220)은 시작 지점(1230)에서 직선 이동이 아닌 최적의 코스를 선정하여 목표 지점(1140)으로 이동을 한다.
도 13은 도11의 추종자 로봇 위치 및 방향에 대한 오차를 도시한 예시도이다.
도 13을 참조하면, 그래프(1310 및 1320)는
Figure pat00055
축 오차,
Figure pat00056
축 오차 및 방향
Figure pat00057
의 오차 중 적어도 하나를 보여줄 수 있다.
그래프(1310)는 추종자 로봇(1220)의 위치 오차 그래프이고, 그래프(1320)는 추종자 로봇(1220)의 방향 오차 그래프이다.
실제 구현 결과는 그래프(1310) 및 그래프(1320)처럼 초기에 생긴 오차가 점차감소하는 것으로 확인할 수 있다. 하지만 그래프(1320)를 보면, 추종자 로봇의 방향 오차가 줄어들수록 좌우로 진동하며 선도 로봇(1110)을 추종하게 된다. 상기 결과는 실제 모바일 로봇의 동역학 모델의 파라미터와 제어기상의 파라미터에 차이가 있음을 의미하고, 카메라에서 들어오는 거리정보와 각도정보의 에러가 제어 입력을 통해 들어오는 것을 의미한다.
도 14는 본 발명의 일 실시에에 따른 대형제어 방법의 수행과정을 도시한 순서도이다.
도 14를 참조하면, 추종자 로봇이 선도 로봇을 추종하며 대형제어를 하는 순서를 보여준다.
카메라부(211)는 선도 로봇의 이미지를 촬상한다(S110). 카메라부(211)는 추종자 로봇에 설치된 카메라를 이용하여 선도 로봇의 이미지를 촬상한다. 선도 로봇은 랜드마크를 포함하고 있어서 위치 정보를 확인할 수 있다.
제1 제어부(221)는 선도 로봇의 위치 정보를 산출한다(S120). 제1 제어부(221)는 카메라부(211)에서 촬상된 선도 로봇의 이미지 정보를 이용하여 선도 로봇의 위치 정보를 산출할 수 있다. 또한 선도 로봇의 위치 정보는 기준좌표가 될 수 있다.
제1 제어부(221)는 추종자 로봇의 위치 정보를 산출한다(S130). 제1 제어부(221)는 카메라부(211)에서 촬상된 선도 로봇의 이미지 정보 및 산출된 선도 로봇의 위치 정보를 이용하여 선도 로봇과 추종자 로봇의 거리를 측정하여 추종자 로봇의 위치 정보를 산출할 수 있다.
제2 제어부(222)는 추종자 로봇의 목표 지점을 산출한다(S140). 제2 제어부(222)는 제1 제어부(221)에서 산출된 선도 로봇의 위치 정보, 추종자 로봇의 위치 정보 및 저장부(240)에 저장된 선도 로봇과 추종자 로봇이 유지해야 하는 목표 지점의 거리와 방향각을 이용하여 추종자 로봇의 목표 지점을 산출할 수 있다. 상기 목표 지점은 선도 로봇과 추종자 로봇이 대형을 유지하기 위해 이동해야 하는 지점이다.
제2 제어부(222)는 안정화된 제어를 위해 재귀구조를 가지는 비선형 동적 시스템인 백스테핑 기법을 이용하여 목표 지점을 산출할 수 있다.
제2 제어부(222)는 추종자 로봇의 현재 위치 및 목표 지점의 오차를 산출한다(S150). 제2 제어부(222)는 산출된 목표 지점을 이용하여 추종자 로봇의 현재 위치 및 목표 지점의 오차를 산출할 수 있다. 상기 오차는 추종자 로봇이 대형을 유지하기 위해 이동해야 하는 거리일 수 있다.
제2 제어부(222)는 추종자 로봇의 목표 지점까지 직선 속도 및 회전 속도를 산출한다(S160). 제2 제어부(222)는 산출된 오차를 이용하여 추종자 로봇의 목표 지점까지 직선 속도 및 회전 속도를 산출할 수 있다. 상기 직선 속도 및 회전 속도는 추종자 로봇이 목표 지점까지 이동하는데 최적의 속도일 수 있다.
제2 제어부(222)는 추종자 로봇의 목표 지점까지 토크를 산출한다(S170). 제2 제어부(222)는 산출된 직선 속도 및 회전 속도를 이용하여 추종자 로봇의 목표 지점까지 토크를 산출할 수 있다. 제2 제어부(222)는 토크의 횟수를 산출하여 목표 지점까지 정확하게 이동할 수 있게 한다.
출력부(230)는 추종자 로봇의 목표 지점까지 이동시킨다(S180). 출력부(230)는 산출된 토크를 이용하여 추종자 로봇을 목표 지점까지 이동시켜줄 수 있다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 대형제어 방법의 수행과정을 도시한 순서도이다.
센서부(212)는 선도 로봇의 거리를 센싱한다(S210). 센서부(212)는 추종자 로봇에 설치된 센서를 이용하여 선도 로봇과의 거리를 센싱한다. 센서는 상대 위치 측정 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 제어부(221)는 선도 로봇의 위치 정보를 산출한다(S220). 제1 제어부(221)는 센서부(212)에서 센싱된 거리 정보를 이용하여 선도 로봇의 위치 정보를 산출할 수 있다. 또한 선도 로봇의 위치 정보는 기준좌표가 될 수 있다.
제1 제어부(221)는 추종자 로봇의 위치 정보를 산출한다(S230). 제1 제어부(221)는 센서부(212)에서 센싱된 거리 정보 및 산출된 선도 로봇의 위치 정보를 이용하여 추종자 로봇의 위치 정보를 산출할 수 있다.
제2 제어부(222)는 추종자 로봇의 목표 지점을 산출한다(S240). 제2 제어부(222)는 제1 제어부(221)에서 산출된 선도 로봇의 위치 정보, 추종자 로봇의 위치 정보 및 저장부(240)에 저장된 선도 로봇과 유지해야 하는 목표지점의 거리와 방향각을 이용하여 추종자 로봇의 목표 지점을 산출할 수 있다. 상기 목표 지점은 선도 로봇과 추종자 로봇이 대형을 유지하기 위해 이동해야 하는 지점이다.
제2 제어부(222)는 안정화된 제어를 위해 재귀구조를 가지는 비선형 동적 시스템인 백스테핑 기법을 이용하여 목표 지점을 산출할 수 있다. 또한 제2 제어부(222)는 추정자 로봇의 센서를 통해 얻어진 파라미터를 이용하여 목표 지점을 산출할 수 있다.
제2 제어부(222)는 추종자 로봇의 현재 위치 및 목표 지점의 오차를 산출한다(S250). 제2 제어부(222)는 산출된 목표 지점을 이용하여 추종자 로봇의 현재 위치 및 목표 지점의 오차를 산출할 수 있다. 상기 오차는 추종자 로봇이 대형을 유지하기 위해 이동해야하는 거리일 수 있다.
제2 제어부(222)는 추종자 로봇의 목표 지점까지 직선 속도 및 회전 속도를 산출한다(S260). 제2 제어부(222)는 산출된 오차를 이용하여 추종자 로봇의 목표 지점까지 직선 속도 및 회전 속도를 산출할 수 있다. 상기 직선 속도 및 회전 속도는 추종자 로봇이 목표 지점까지 이동하는데 최적의 속도일 수 있다.
제2 제어부(222)는 추종자 로봇의 목표 지점까지 토크를 산출한다(S270). 제2 제어부(222)는 산출된 직선 속도 및 회전 속도를 이용하여 추종자 로봇의 목표 지점까지 토크를 산출할 수 있다. 제2 제어부(222)는 토크의 횟수를 산출하여 목표 지점까지 정확하게 이동할 수 있게 한다.
출력부(230)는 추종자 로봇의 목표 지점까지 이동시킨다(S280). 출력부(230)는 산출된 토크를 이용하여 추종자 로봇을 목표 지점까지 이동시켜줄 수 있다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 장치에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 장치에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
210: 입력부 211: 카메라부
212: 센서부 220: 제어부
221: 제1 제어부 222: 제2 제어부
230: 출력부 310: 선도 로봇 위치 정보 산출부
320: 추종자 로봇 위치 정보 산출부 330: 대형 제어부
340: 토크 제어부 430: 목표 지점

Claims (10)

  1. 선도로봇의 위치를 감지하는 입력부; 및
    상기 입력부가 감지한 위치를 이용하여 상기 선도 로봇의 위치 정보 및 추종자 로봇의 위치 정보를 산출하고, 상기 산출된 선도 로봇의 위치 정보 및 상기 산출된 추종자 로봇의 위치 정보를 이용하여 상기 추종자 로봇의 이동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 백스테핑 기법을 이용한 선도 추종자 대형제어 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 입력부는,
    상기 선도 로봇의 이미지를 촬상하는 적어도 하나의 카메라를 포함하는 카메라부; 및
    상기 선도 로봇의 거리를 감지하는 적어도 하나의 센서를 포함하는 센서부 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 백스테핑 기법을 이용한 선도 추종자 대형제어 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 카메라 및 상기 센서는 각각 상기 추종자 로봇에 설치되는 것을 특징으로 하는 백스테핑 기법을 이용한 선도 추종자 대형제어 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 산출된 선도 로봇의 위치 정보 및 상기 산출된 추종자 로봇의 위치 정보를 기초로 목표 지점을 산출하고,
    상기 산출된 목표 지점을 기초로 상기 추종자 로봇이 상기 목표 지점까지 이동하는데 필요한 직선 속도 및 회전 속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 백스테핑 기법을 이용한 선도 추종자 대형제어 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 산출된 추종자 로봇의 위치 정보 및 상기 산출된 목표 지점을 기초로 상기 추종자 로봇과 상기 목표 지점의 오차를 산출하고,
    상기 산출된 오차를 기초로 상기 직선 속도 및 상기 회전 속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 백스테핑 기법을 이용한 선도 추종자 대형제어 장치.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 산출된 직선 속도 및 회전 속도를 기초로 상기 추종자 로봇이 상기 목표 지점까지 이동시키기 위해 상기 추종자 로봇의 바퀴를 구동하기 위한 토크를 산출하는 것을 특징으로 하는 백스테핑 기법을 이용한 선도 추종자 대형제어 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 추종자 로봇의 질량, 관성, 구심력, 마찰력 및 중력 중 적어도 하나의 요소를 더 이용하여 상기 토크를 산출하는 것을 특징으로 하는 백스테핑 기법을 이용한 선도 추종자 대형제어 장치.
  8. 대형 앞에서 추종자 로봇을 인솔하는 선도 로봇 및
    상기 선도 로봇과 일정한 대형 유지를 위해 목표 지점으로 이동하는 상기 추종자 로봇을 포함하고,
    상기 추종자 로봇은,
    상기 선도 로봇의 위치를 감지하는 입력부; 및
    상기 입력부가 감지한 위치를 이용하여 상기 선도 로봇의 위치 정보 및 상기 추종자 로봇의 위치 정보를 산출하고, 상기 산출된 선도 로봇의 위치 정보 및 상기 산출된 추종자 로봇의 위치 정보를 이용하여 상기 추종자 로봇의 이동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선도 추종자 대형제어 이동로봇.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 선도 로봇은,
    적어도 하나의 랜드마크를 포함하고,
    상기 입력부는 상기 랜드마크의 이미지를 촬상하며,
    상기 제어부는 상기 촬상된 랜드마크의 이미지를 이용하여 상기 선도 로봇의 위치 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 선도 추종자 대형제어 이동로봇.
  10. 추종자 로봇에 설치된 카메라 또는 센서를 이용하여 선도 로봇의 위치를 감지하는 단계;
    상기 감지된 선도 로봇의 위치를 기초로 상기 선도 로봇의 위치 정보 및 상기 추종자 로봇의 위치 정보를 산출하는 단계;
    상기 산출된 선도 로봇의 위치 정보 및 상기 산출된 추종자 로봇의 위치 정보를 기초로 상기 추종자 로봇의 목표 지점을 산출하는 단계;
    상기 산출된 목표 지점을 기초로 상기 추종자 로봇의 현재 위치와 목표 지점의 오차를 산출하는 단계;
    상기 산출된 오차를 기초로 상기 추종자 로봇이 목표 지점까지 이동하는데 필요한 직선 속도 및 회전 속도를 산출하는 단계;
    상기 산출된 직선 속도 및 상기 산출된 회전 속도를 기초로 추종자 로봇의 목표 지점까지 이동시키기 위해 상기 추종자 로봇의 바퀴를 구동하기 위한 토크를 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 토크를 기초로 상기 추종자 로봇이 목표 지점까지 이동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 백스테핑 기법을 이용한 선도 추종자 대형제어 방법.
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