KR20160081268A - 무인차량의 자율주행을 위한 헤딩 명령 생성 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 무인차량에는 주행하는 경로의 자신 위치와 두 개의 경로점으로 원을 생성하는 원 생성부(10), 생성된 원의 궤적을 추종하기 위한 헤딩 명령이 생성되는 헤딩 명령 생성부(20), 생성된 헤딩명령에 감쇠계수(

)와 고유진동수(

)을 적용해 필터링하는 필터링부(30)가 포함된 헤딩 명령 생성 장치(1-1)를 탑재함으로써 불확실성을 내재한 센서가 이용되더라도 제공된 경로점 세트의 불확실성이 극복되는 특징을 갖는다.

Description

무인차량의 자율주행을 위한 헤딩 명령 생성 방법 및 그 장치{Method and Apparatus of Reference Heading Generation for Autonomous Navigation of Unmanned Ground Vehicle}

본 발명은 무인차량의 자율주행에 관한 것으로, 특히 헤딩 명령 생성이 제공된 경로점세트 중 두 개의 경로점 정보를 활용해 이루어짐으로써 제공된 경로점 세트의 불확실성을 극복할 수 있는 무인차량의 자율주행을 위한 헤딩 명령 생성 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로 무인차량은 GPS(Global Positioning System)기반의 자율주행이 적용된다.

그러나, 야지를 주행하는 무인차량은 동적으로 변하는 환경에 놓이기 때문에 GPS(Global Positioning System)기반의 자율주행은 전체 추종성능의 저하를 일으킨다. 이로 인해 무인차량에는 GPS 및 레이저, 비전센서 등으로부터 획득되는 정보를 활용한 경로점 생성기(local path planner) 및 헤딩 명령 생성 시스템이 필수적으로 요구될 수밖에 없다.

그러므로, 무인차량은 경로점 생성기(local path planner)로부터 기 정의된 샘플링 주파수 마다 경로점 세트를 제공받음으로써 적절한 경로점을 선택하여 추종할 수 있다.

무엇보다 헤딩 명령 생성 시스템은 주어진 경로점 세트 중 적절한 하나의 경로점을 선택한 후 그 경로점을 추종하기 위한 명령을 생성하고, 하나의 경로점 추종을 위한 헤딩명령은 하나의 경로점만을 고려함으로써 직관적인 이해가 가능하다는 장점을 가질 수 있다.

국내특허공개 10-2009-0108509(2009년10월15일)

하지만, 경로점 생성기(local path planner)에는 모든 센서에 존재하는 불확실성이 포함됨으로써 제공되는 경로점 세트에는 불확실성이 포함된다.

이로 인해 경로점 세트 중 하나의 경로점을 선택하는 것은 매우 어려운 문제가 될 수 있으며, 이러한 어려움은 헤딩 명령 생성 및 추종 성능에도 큰 영향을 미침으로써 동적으로 변하는 환경에서의 자율주행성능 저하로 나타날 수밖에 없다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 경로점세트 중 두 개의 경로점 정보로부터 헤딩 명령을 생성함으로써 불확실성을 내재한 센서가 이용되더라도 제공된 경로점 세트의 불확실성이 극복되는 무인차량의 자율주행을 위한 헤딩 명령 생성 방법 및 그 장치의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무인차량은 주행하는 경로의 자신 위치와 두 개의 경로점으로 원을 생성하는 원 생성부, 생성된 원의 궤적을 추종하기 위한 헤딩 명령이 생성되는 헤딩 명령 생성부, 생성된 헤딩명령에 감쇠계수와 고유진동수을 적용해 필터링하는 필터링부가 포함된 헤딩 명령 생성 장치를 탑재한 것을 특징으로 한다.

상기 필터링부는 2단계 필터로 이루어진다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무인차량의 자율주행을 위한 헤딩 명령 생성 방법은 (A) 무인차량이 인식한 주어진 경로에서 제1,2 경로점 세트를 설정하고, 자신의 헤딩 정보로 원의 반지름을 계산하며; (B) 상기 반지름, 상기 헤딩, 상기 제1,2 경로점 세트의 방향으로 상기 원의 중심점을 계산하고; (C) 상기 무인차량과 상기 중심점이 이루는 각도, 상기 반지름, 상기 무인차량과 상기 중심점의 거리로 헤딩명령을 생성하며; (D) 상기 헤딩명령이 필터링된 후, 상기 무인차량의 주행에 적용되어져 상기 무인차량이 주행하는 것을 특징으로 한다.

상기 (C)단계에서, 상기 각도는 상기 중심점에서 상기 무인차량을 바라본 방향이 형성하는 각도이다. 상기 (D)단계에서, 상기 필터링은 2차의 필터를 통과하여 변환되고, 감쇠계수와 고유진동수로 부드러운 정도를 조절한다.

이러한 본 발명은 불확실성을 내재한 센서가 이용되더라도 경로점의 불확실성을 극복할 수 있는 헤딩 명령이 생성됨으로서 동적으로 변하는 환경인 야지를 주행하는 무인차량이 강인한 경로추종성능을 확보하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자율주행을 위한 헤딩 명령 생성 장치가 구비된 무인차량의 블록구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 무인차량의 자율주행을 위한 헤딩 명령 생성 방법의 블록도이며, 도 3은 본 발명에 따른 무인차량이 헤딩명령을 생성하는 상태이고, 도 4는 본 발명에 따른 무인차량이 헤딩명령 필터링을 위한 블록선도이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 자율주행을 위한 헤딩 명령 생성 장치가 구비된 무인차량의 블록구성을 나타낸다.

도시된 바와 같이. 무인차량(1)에는 헤딩 명령 생성 장치(1-1)가 탑재되고, 상기 헤딩 명령 생성 장치(1-1)는 무인차량(1)의 위치와 두 개의 경로점을 활용해 원을 생성하는 원 생성부(10), 생성된 원의 궤적을 추종하기 위한 헤딩 명령이 생성되는 헤딩 명령 생성부(20), 감쇠계수(

)와 고유진동수(

)을 활용하여 생성된 헤딩명령을 부드럽게 필터링하는 필터링부(30)를 포함한다.

한편, 도 2는 헤딩 명령 생성 장치(1-1)를 탑재한 무인차량(1)이 자율주행을 위한 헤딩 명령 생성 방법의 실시예를 나타낸다.

S10과 같이 주행중인 무인차량(1)의 경로 인식이 수행되면, 먼저 S20과 같이 무인차량(1)에서는 원 생성(무인차량의 헤딩, 제1,2 경로점)을 위한 절차가 수행된다. 그러면, S30과 같이 원 중심점 계산(무인차량의 헤딩, 원반지름, 제공된 경로의 경로점 세트 방향)이 이루어지고, 이어 S40과 같이 원 중심점에 대한 무인차량 투사 각도, 원 반지름, 무인차량거리 계산된 다음, S50과 같이 헤딩명령이 생성된다.

이러한 S20내지 S50의 과정은 무인차량(1)에게 제공되는 경로점 세트 중에서 두 개를 선택하여 원을 생성하고, 그 원의 궤적을 따라가기 위한 헤딩명령(

)이 생성되는 도 3을 통해 예시된다.

도시된 바와 같이, 첫 경로점(

)과 두 번째 경로점(

), 무인차량(1)의 헤딩(

)를 활용하여 원의 반지름

이 결정된다. 이어, 결정된 원의 반지름

, 무인차량의 헤딩, 그리고 주어진 경로점세트의 방향(CW(시계방향)/CCW(반시계방향))이 적용됨으로써 결정된 원의 중심점이 계산된다. 생성된 원의 궤적을 추종하기 위한 헤딩명령은 원의 중심점에서 무인차량을 바라본 각도(

)와 원의 반지름

, 무인차량에서 원의 중심점까지 거리

를 활용함으로써 계산된다.

다시 도 2를 참조하면, S50에서 내려진 헤딩명령은 S70과 같이 무인차량(1)이 생성된 원의 궤적을 추종하는 주행으로 나타난다. 이때, S50에서 내려진 헤딩명령은 S60과 같이 헤딩명령 필터링이 이루어짐으로써 무인차량(1)의 주행은 부드러운 원 궤적 추종이 이루어진다.

이러한 필터링은 도 4를 통해 예시된다. 도시된 바와 같이, 필터링 부(30)는 생성된 헤딩 명령(

)는 2차의 필터를 통과하여 부드럽게 변환(

)되며 감쇠계수(

)와 고유진동수(

)을 활용하여 부드러운 정도를 조절될 수 있다. 그러므로, 무인차량(1)은 생성된 헤딩명령을 부드럽게 추종할 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, S100과 같이 무인차량(1)은 주행이 지속된 후 주행 완료 시 S200과 같이 초기화 상태로 전환된다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 무인차량에는 주행하는 경로의 자신 위치와 두 개의 경로점으로 원을 생성하는 원 생성부(10), 생성된 원의 궤적을 추종하기 위한 헤딩 명령이 생성되는 헤딩 명령 생성부(20), 생성된 헤딩명령에 감쇠계수(

)와 고유진동수(

)을 적용해 필터링하는 필터링부(30)가 포함된 헤딩 명령 생성 장치(1-1)를 탑재함으로써 불확실성을 내재한 센서가 이용되더라도 제공된 경로점 세트의 불확실성이 극복된다.

1 : 무인차량 1-1 : 헤딩 명령 생성 장치
10 : 원 생성부
20 : 헤딩 명령 생성부 30 : 필터링부

Claims (5)

1. 주행하는 경로의 자신 위치와 두 개의 경로점으로 원을 생성하는 원 생성부,
   생성된 원의 궤적을 추종하기 위한 헤딩 명령이 생성되는 헤딩 명령 생성부,
   생성된 헤딩명령에 감쇠계수와 고유진동수을 적용해 필터링하는 필터링부가 포함된 헤딩 명령 생성 장치;
   를 탑재한 것을 특징으로 하는 무인차량.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 필터링부는 2단계 필터로 이루어진 것을 특징으로 하는 무인차량.
   
3. (A) 무인차량이 인식한 주어진 경로에서 제1,2 경로점 세트를 설정하고, 자신의 헤딩 정보로 원의 반지름을 계산하며;
   (B) 상기 반지름, 상기 헤딩, 상기 제1,2 경로점 세트의 방향으로 상기 원의 중심점을 계산하고;
   (C) 상기 무인차량과 상기 중심점이 이루는 각도, 상기 반지름, 상기 무인차량과 상기 중심점의 거리로 헤딩명령을 생성하며;
   (D) 상기 헤딩명령이 필터링된 후, 상기 무인차량의 주행에 적용되어져 상기 무인차량이 주행하는 것을 특징으로 하는 무인차량의 자율주행을 위한 헤딩 명령 생성 방법.
   
4. 청구항 3에 있어서, 상기 (C)단계에서, 상기 각도는 상기 중심점에서 상기 무인차량을 바라본 방향이 형성하는 각도인 것을 특징으로 하는 무인차량의 자율주행을 위한 헤딩 명령 생성 방법.
   
5. 청구항 3에 있어서, 상기 (D)단계에서, 상기 필터링은 2차의 필터를 통과하여 변환되고, 감쇠계수와 고유진동수로 부드러운 정도를 조절하는 것을 특징으로 하는 무인차량의 자율주행을 위한 헤딩 명령 생성 방법.

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