KR20190134714A

KR20190134714A - 지도 예측에 기반한 로봇 운동 제어 방법

Info

Publication number: KR20190134714A
Application number: KR1020197032232A
Authority: KR
Inventors: 강준 샤오; 친웨이 라이
Original assignee: 아미크로 세미컨덕터 씨오., 엘티디.
Priority date: 2017-04-11
Filing date: 2017-04-11
Publication date: 2019-12-04
Also published as: KR102260529B1; US20200133291A1; EP3611589A1; JP2020517023A; JP6946459B2; EP3611589A4; US11144064B2; EP3611589B1; WO2018187944A1

Abstract

지도 예측에 기반한 로봇 운동 제어 방법에 있어서, 주로 외부센서와 로봇 내부의 지도 정보를 결합하여 벽면의 추정 계산을 수행하여 로봇이 추정된 벽면을 따라 주행하도록 한다. 이 방법에 의한 지도 예측에 기반한 로봇 운동 제어 방법에 따르면, 지도 예측에 기반한 방식은 서로 다른 색채, 서로 다른 모양을 포함한 서로 다른 여러 가지 벽면에 적용될 수 있고 작동 시간을 줄일 수 있고, 또한 작동 중에 끊임없이 지도 예측 정확도를 보정하여 우수한 벽타기 행위를 실현할 수 있다.

Description

지도 예측에 기반한 로봇 운동 제어 방법

본 발명은 인공지능 기술 분야에 관한 것으로, 특히 가정생활 등 보조로봇에 관한 기술에 관한 것이다.

기술이 발전되고 쾌적한 생활을 추구함에 따라 예를 들어 컴패니언 로봇, 로봇 청소기와 같은 자율적으로 행동하는 로봇이 점차적으로 사람들의 생활에 도입되고 있다. 벽타기(가장자리 타기) 행위는 대다수 유형의 로봇이 수행하여야 하는 행위로서, 벽타기를 통하여 구석을 커버하고 미궁으로부터 빠져나올 수 있게 된다. 상기 벽타기 중의 벽 또는 벽면을 단지 건축물의 벽면으로 이해하여서는 안되고 가구 등을 배치하여 한정되는 경계도 포함하여야 하며 로봇이 통상 상태에서 이동가능한 범위의 경계로 이해하여야 한다.

현재 거리 센서 또는 적외선 센서에 의하여 벽면과의 거리 정보를 획득하여 벽면의 벽타기를 실현하는 방식이 많이 사용되고 있다. 거리 센서는 벽면과의 거리를 정확하게 파악할 수 있어 이상적인 선택이기는 하지만 원가가 높고 요철이 있는 벽면의 경우에는 검출 오차가 존재하므로, 대다수 로봇은 적외선 센서를 이용한다. 적외선 센서가 벽면의 색채, 요철 등 요소의 영향을 쉽게 받으므로 적외선 센서만으로는 우수한 효과를 얻을 수 없다.

본 발명은 외부센서와 로봇 내부의 지도 정보를 결합하여 벽면의 추정 계산을 수행하여 로봇이 추정된 벽면을 따라 주행하도록 하는 것을 그 목적으로 한다. 본 발명의 목적은 하기와 같은 기술방안을 통하여 실현된다.

본체, 좌우 작동휠, 지도 관리 기능 및 로봇 측위 기능을 가진 마스터모듈, 전단 충돌 검출 센서, 좌측 장애물 검출 센서, 및 우측 장애물 검출 센서를 포함하는 로봇의 운동 제어 방법, 즉, 지도 예측에 기반한 로봇 운동 제어 방법에 있어서,

지도상의 벽면을 향하여 주행하도록 로봇을 제어하고 로봇이 장애물의 제1 터치점에 충돌한 경우, 장애물과 지도상의 벽면과의 거리가 소정의 거리(A)보자 작은지 여부를 판단하고, YES이면 현재 터치된 장애물의 위치를 기준점으로 하여 지도상의 벽면과 같은 각도의 직선(L1)을 결정하고 이 직선(L1)을 예측 벽면으로 하며 예측 벽면에 따라 벽타기를 수행하도록 로봇을 제어하며, NO이면 단계(2)로 진행하도록 하는 단계(1)과,

장애물에 대하여 상기 제1 터치점과 간격을 둔 제2 터치점의 검출을 수행하도록 로봇을 제어하고, 제2 터치점이 존재하면 두 터치점에 근거하여 직선(L2)을 결정하고 이 직선(L2)을 예측 벽면으로 하며 예측 벽면에 따라 벽타기를 수행하도록 로봇을 제어하며, 존재하지 않으면 단계(1)로 되돌아가도록 하는 단계(2)를 포함하고,

예측 벽면에 따라 벽타기를 수행하도록 로봇을 제어하는 과정에 있어서, 소정의 시간(T) 간격마다 로봇의 예측 벽면측에 위치한 장애물 검출 센서를 통하여 그 측 장애물의 존재여부를 검출하고, 지속적으로 장애물 신호가 검출되지 않는 경우, 예측 벽면의 내측으로 호형 경로로 주행하도록 로봇을 제어하고 단계(1)로 되돌아가도록 하는 지도 예측에 기반한 로봇 운동 제어 방법을 제공한다.

구체적인 기술방안으로, 상기 간격은 본체 신장의 길이이다.

구체적인 기술방안으로, 상기 단계(2)가 단계(2a)로 대체되고, 단계(2a)에 있어서, 장애물에 대하여 간격을 둔 적어도 2회의 거리 검출을 수행하도록 로봇을 제어하고, 간격을 둔 적어도 2회의 거리 검출에서 모두 장애물점이 검출된 경우, 2회의 거리 검출에서 획득한 두 장애물점에 근거하여 직선(L2)을 결정하고 이 직선(L2)을 예측 벽면으로 하며 예측 벽면에 따라 벽타기를 수행하도록 로봇을 제어하며, 그렇지 않은 경우, 단계(1)로 되돌아가도록 한다.

구체적인 기술방안으로, 상기 단계(2)가 단계(2b)로 대체되고, 단계(2b)에 있어서, 장애물에 대하여 간격을 둔 적어도 두 터치점의 검출을 수행하도록 로봇을 제어하고 제2 터치점이 존재한 경우, 모든 터치점의 종합 향방에 근거하여 직선(L2)을 결정하고 이 직선(L2)을 예측 벽면으로 하며 예측 벽면에 따라 벽타기를 수행하도록 로봇을 제어하며, 존재하지 않은 경우, 단계(1)로 되돌아가도록 한다.

구체적인 기술방안으로, 상기 제2 터치점의 검출은 구체적으로, 상기 제1 터치점으로부터 소정의 거리(B)만큼 후퇴하도록 로봇을 제어하고 소정의 각도(Q)만큼 회전하도록 로봇을 제어하며 장애물측으로 호형 경로로 주행하여 제2 터치점을 찾도록 로봇을 제어하는 것이다.

구체적인 기술방안으로, 상기 소정의 거리(B)는 본체 신장의 4분의 1이고 소정의 각도(Q)는 90도이며, 상기 장애물측으로 호형 경로로 주행하도록 로봇을 제어하는 것은 구체적으로, 장애물로부터 먼 측에 위치한 작동휠이 장애물과 가까운 측의 작동휠의 4배 속도로 주행하도록 로봇을 제어하는 것이다.

구체적인 기술방안으로, 상기 직선(L2)의 초기 길이는 본체 신장의 10배이다.

구체적인 기술방안으로, 상기 소정의 시간(T)의 간격을 로봇이 본체 신장 길이의 2배 거리만큼 주행하는 시간으로 한다.

구체적인 기술방안으로, 상기 지속적으로 장애물 신호가 검출되지 않다는 것은 두 소정의 시간(T)에 장애물 신호가 검출되지 않음을 의미한다.

구체적인 기술방안으로, 상기 예측 벽면의 내측으로 호형 경로로 주행하도록 로봇을 제어하는 것은 구체적으로, 예측 벽면으로부터 먼 측에 위치한 작동휠이 예측 벽면과 가까운 측의 작동휠의 4배 속도로 주행하도록 로봇을 제어하는 것이다.

본 발명에 의한 지도 예측에 기반한 로봇 운동 제어 방법에 따르면, 지도 예측에 기반한 방식은 서로 다른 색채, 서로 다른 모양을 포함한 서로 다른 여러 가지 벽면에 적용될 수 있고 작동 시간을 줄일 수 있으며 작동 중에 끊임없이 지도 예측 정확도를 보정하여 우수한 벽타기 행위를 실현할 수 있는 유익한 효과를 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 지도 예측에 기반한 로봇 운동 제어 방법이 기초로 하는 로봇의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 지도 예측에 기반한 로봇 운동 제어 방법에 있어서 내부 지도에 참조 벽면이 있는 경우의 벽면 예측 방법을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 지도 예측에 기반한 로봇 운동 제어 방법에 있어서 내부 지도가 없는 경우의 벽면 예측 방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 지도 예측에 기반한 로봇 운동 제어 방법에 있어서 구석에 대한 벽면 예측 방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 지도 예측에 기반한 로봇 운동 제어 방법의 지도 예측과 일반적인 신호 추적 방법을 비교한 도이다.

아래 도면을 결합하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 더한층 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시예는 지도 예측에 기반한 로봇 운동 제어 방법을 제공하는데 이 방법이 기초로 하는 로봇은 벽면(6)을 구비한 공간 내에서 이동한다. 로봇은 본체(1)와, 작동휠(2, 3)과, 마스터모듈(4)과, 충돌 검출 센서(5)와, 장애물 검출 센서(7, 8)를 포함한다. 충돌 검출 센서(5)는 본체(1)의 전단에 설치되어 충돌을 검출하는 것으로 물리적인 충돌 검출유닛 또는 초음파, 레이저 등 비접촉식 검출유닛일 수 있다. 장애물 검출 센서(7, 8)는 각각 본체(1)의 양측에 설치되어 본체 양측의 장애물을 검출하는 것으로 초음파 또는 레이저 등의 거리 센서일 수 있고 또는 적외선 등의 센서일 수도 있다. 마스터모듈(4)은 각 센서가 수집한 정보 및 지도의 구축, 보존, 사용 정보를 포함한 각종 정보를 처리하면서 작동휠(2, 3)의 동작을 제어한다.

본 실시예에 의한 지도 예측에 기반한 로봇 운동 제어 방법의 핵심은 벽면에 대한 예측이고 아래와 같은 몇 가지 상황이 있다.

(1) 로봇의 내부에 이미 완벽한 지도가 있고 로봇 자체가 벽면이 어디에 있는가를 파악하고 있으므로 로봇은 지도상의 벽면을 참조하여 벽면으로 주행하고, 도 2에 도시한 바와 같이 지도의 내부에 하나의 벽면(13)이 있고 오차로 인하여 로봇의 실제 위치는 벽면으로부터 거리가 조금 떨어져 있으며 이때 로봇이 장애물(12)에 충돌되고 충돌된 장애물과 지도상의 벽면과의 오차가 일정한 거리(일반적으로 20cm로 함) 미만이면 예측 벽면(14)을 획득할 수 있고 그 벽면은 현재 충돌된 장애물의 위치를 기준으로 하는 한 직선이고 직선의 방향은 원래 지도중의 벽면의 방향이고, 예를 들어 원래 지도에 표기된 벽면이 0도이면 획득한 예측 벽면의 각도도 0도이다.

(2) 로봇 내부의 지도가 완벽하지 않지만 전방에서 장애물이 검출되었고 이와 동시에 벽타기 처리를 수행하여야 한다. 이때, 로봇은 여러 차례의 거리 검출 또는 충돌 검출을 수행하여 벽면의 향방을 획득하여야 한다. 충돌의 횟수는 로봇의 센서 설치에 의하여 결정되고 로봇의 충돌 센서가 장애물과의 거리를 비교적 정확하게 검출할 수 있으면 두점만 있으면 한 직선으로 연결할 수 있고 터치점은 일반적으로 본체 신장의 길이이다. 도 3에 도시한 바와 같이 로봇은 우선 터치점(22)이 있은 다음 경로(25)에 따라 예를 들어 본체 신장의 4분의 1과 같은 일정한 거리만큼 후퇴하고, 그 후, 일정한 각도(일반적으로 90도로 함) 회전하고 그 다음 두 휠이 서로 다른 속도로 주행하고, 통상적으로는 외측의 휠이 내측의 휠의 4배 속도로 주행하여 계속하여 터치점(23)에 충돌된다. 이 두 터치점에 의하여 하나의 직선으로 연결할 수 있고 이 직선의 초기 길이는 본체 신장의 10배이며 길이는 로봇의 주행에 따라 길어지며 이 직선이 바로 예측 벽면(24)이다. 로봇은 그 가상의 벽면의 방향에 따라 주행하고 일정한 시간의 간격을 두고 측면의 센서를 통하여 벽면의 존재를 확인하며, 간격을 둔 시간은 일반적으로 로봇이 본체 신장 길이의 2배 거리를 주행하는 시간이고, 그리고 이 정보에 근거하여 끊임없이 예측 벽면을 보정한다.

상술한 두가지 방식에 있어서, 도 4에 도시한 바와 같이 로봇이 예측한 경로에 따라 소정 거리만큼 주행하고 도중에 계속 신호가 검출되지 않으면 새로운 경로를 다시 예측하여야 한다. 로봇이 예측된 경로(32)에 따라 주행하여 도시된 위치까지 주행한 경우, 지속적으로 신호가 검출되지 않으면 로봇은 서로 다른 속도로 호형 경로(34)에 따라 주행하고 일반적으로는 외측의 휠이 내측의 휠의 4배 속도로 주행하여 새로운 경로(35)를 다시 예측한다.

일 실례로서, 도 5(여기서, (51)은 지도상의 벽면이고 (52)는 기존기술에 있어서 로봇이 신호에 근거하여 주행하는 경로이며 (53)은 본 방법에 따른 지도 예측에 기반하여 주행하는 경로임)에 도시한 바와 같이 벽면은 완전히 평탄한 것은 아니고 중간에 기둥이 몇개 있고 일반적인 복도 설계와 유사하다. 완전히 측면 센서의 신호에 따라서 로봇을 제어하면 로봇이 기둥까지 주행한 경우, 단기간의 신호 분실이 발생하고 거리가 길어지며 로봇을 기둥 안쪽으로 들어가도록 구동하면 주행하는 경로가 삐뚤삐뚤해지고 기둥에 충돌할 가능성이 있다. 한편, 본 발명에 의한 로봇이 지도 예측으로 얻은 것은 점선부분이고 이는 똑바른 선이고 로봇은 예측된 경로에 따라 주행하고 기둥을 통과할 때에도 여전히 경로에 따라 주행하여 기둥을 통과하며 측면 센서로부터 벽면이 여전히 유효함을 표시하는 신호를 회신하면 로봇은 계속하여 소정의 경로에 따라 주행하고 로봇의 경로는 줄곧 똑바르다.

실시예에 의한 지도 예측에 기반한 로봇 운동 제어 방법에 따르면, 지도 예측에 기반한 방식은 서로 다른 색채, 서로 다른 모양을 포함한 서로 다른 여러 가지 벽면에 적용될 수 있고 작동 시간을 줄일 수 있는 유익한 효과를 실현할 수 있다.

이상의 실시예는 본 발명을 충분히 개시하기 위한 것으로 본 발명을 한정하는 것이 아니고 본 발명의 창작성 노동을 거치지 않고 얻은 균등한 기술특징의 대체는 본 출원의 보호범위에 포함된다.

Claims

지도 예측에 기반한 로봇 운동 제어 방법으로서, 상기 로봇은 본체, 좌우 작동휠, 지도 관리 기능 및 로봇 측위 기능을 가진 마스터모듈, 전단 충돌 검출 센서, 좌측 장애물 검출 센서, 및 우측 장애물 검출 센서를 포함하고, 상기 방법은,
지도상의 벽면을 향하여 주행하도록 로봇을 제어하고 로봇이 장애물의 제1 터치점에 충돌한 경우, 장애물과 지도상의 벽면과의 거리가 소정의 거리(A)보다 작은지 여부를 판단하고, YES이면 현재 터치된 장애물의 위치를 기준점으로 하여 지도상의 벽면과 같은 각도의 직선(L1)을 결정하여 상기 직선(L1)을 예측 벽면으로 하며 예측 벽면에 따라 벽타기를 수행하도록 로봇을 제어하며, NO이면 단계(2)로 진행하도록 하는 단계(1)과,
장애물에 대하여 상기 제1 터치점과 간격을 둔 제2 터치점의 검출을 수행하도록 로봇을 제어하고, 제2 터치점이 존재하면 두 터치점에 근거하여 직선(L2)을 결정하여 상기 직선(L2)을 예측 벽면으로 하며 예측 벽면에 따라 벽타기를 수행하도록 로봇을 제어하며, 존재하지 않으면 단계(1)로 되돌아가도록 하는 단계(2)를 포함하되,
예측 벽면에 따라 벽타기를 수행하도록 로봇을 제어하는 과정에 있어서, 소정의 시간(T)의 간격마다 로봇의 예측 벽면측에 위치한 장애물 검출 센서를 통하여 그 측 장애물의 존재여부를 검출하고 지속적으로 장애물 신호가 검출되지 않는 경우, 예측 벽면의 내측으로 호형 경로로 주행하도록 로봇을 제어하고 단계(1)로 되돌아가도록 하는 것을 특징으로 하는 지도 예측에 기반한 로봇 운동 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 간격이 본체 신장의 길이인 것을 특징으로 하는 지도 예측에 기반한 로봇 운동 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 단계(2)가 단계(2a)로 대체되고, 단계(2a)에 있어서, 장애물에 대하여 간격을 둔 적어도 2회의 거리 검출을 수행하도록 로봇을 제어하고 간격을 둔 적어도 2회의 거리 검출에서 모두 장애물점이 검출된 경우 2회의 거리 검출에서 획득한 두 장애물점에 근거하여 직선(L2)을 결정하여 상기 직선(L2)을 예측 벽면으로 하며 예측 벽면에 따라 벽타기를 수행하도록 로봇을 제어하며, 그렇지 않은 경우, 단계(1)로 되돌아가도록 하는 것을 특징으로 하는 지도 예측에 기반한 로봇 운동 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 단계(2)가 단계(2b)로 대체되고, 단계(2b)에 있어서, 장애물에 대하여 간격을 둔 적어도 두 터치점의 검출을 수행하도록 로봇을 제어하고 제2 터치점이 존재한 경우, 모든 터치점의 종합 향방에 근거하여 직선(L2)을 결정하여 상기 직선(L2)을 예측 벽면으로 하며 예측 벽면에 따라 벽타기를 수행하도록 로봇을 제어하며 그렇지 않은 경우, 단계(1)로 되돌아가도록 하는 것을 특징으로 하는 지도 예측에 기반한 로봇 운동 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 터치점의 검출은 구체적으로, 상기 제1 터치점으로부터 소정의 거리(B)만큼 후퇴하도록 로봇을 제어하고 소정의 각도(Q)만큼 회전하도록 로봇을 제어하며 장애물측으로 호형 경로로 주행하여 제2 터치점을 찾도록 로봇을 제어하는 것임을 특징으로 하는 지도 예측에 기반한 로봇 운동 제어 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 소정의 거리(B)는 본체 신장의 4분의 1이고 소정의 각도(Q)는 90도이며, 상기 장애물측으로 호형 경로로 주행하도록 로봇을 제어하는 것은 구체적으로, 장애물로부터 먼 측에 위치한 작동휠이 장애물과 가까운 측의 작동휠의 4배 속도로 주행하도록 로봇을 제어하는 것임을 특징으로 하는 지도 예측에 기반한 로봇 운동 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 직선(L2)의 초기 길이가 본체 신장의 10배인 것을 특징으로 하는 지도 예측에 기반한 로봇 운동 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 소정의 시간(T)의 간격을 로봇이 본체 신장 길이의 2배 거리를 주행하는 시간으로 하는 것을 특징으로 하는 지도 예측에 기반한 로봇 운동 제어 방법.
청구항 8에 있어서,
지속적으로 장애물 신호가 검출되지 않다는 것은 두 소정의 시간(T)에 장애물 신호가 검출되지 않음을 의미하는 것을 특징으로 하는 지도 예측에 기반한 로봇 운동 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
예측 벽면의 내측으로 호형 경로로 주행하도록 로봇을 제어하는 것은 구체적으로, 예측 벽면으로부터 먼 측에 위치한 작동휠이 예측 벽면과 가까운 측의 작동휠의 4배 속도로 주행하도록 로봇을 제어하는 것임을 특징으로 하는 지도 예측에 기반한 로봇 운동 제어 방법.