KR20210026306A - 로봇 및 이의 제어 방법 - Google Patents

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KR20210026306A
KR20210026306A KR1020190106884A KR20190106884A KR20210026306A KR 20210026306 A KR20210026306 A KR 20210026306A KR 1020190106884 A KR1020190106884 A KR 1020190106884A KR 20190106884 A KR20190106884 A KR 20190106884A KR 20210026306 A KR20210026306 A KR 20210026306A
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speed
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KR1020190106884A
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박동우
이현중
문보석
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삼성전자주식회사
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Abstract

로봇의 제어 방법이 개시된다. 본 개시의 로봇의 제어 방법은, 기설정된 경로로 로봇이 이동되도록 구동 장치를 제어하는 단계, 기설정된 경로 상에 장애물을 검출하는 단계, 장애물의 승월 과정 중에 로봇의 전복위험지수가 기설정된 범위 내로 유지 가능한 진입 각도 및 진입 속도를 결정하는 단계 및 결정된 진입 각도 및 결정된 진입 속도로 장애물을 승월하도록 구동 장치를 제어하는 단계를 포함한다.

Description

로봇 및 이의 제어 방법 { ROBOT AND CONTROLLING METHOD THEREOF }
본 개시는 로봇 및 이의 제어 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 물건을 적재한 상태에서 장애물을 우회하거나 승월하는 로봇 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
전자 기술의 발달로 다양한 로봇이 등장하고 있다. 로봇은 각종 산업 분야, 의료 분야, 우주 항공 분야에서뿐만 아니라, 일반 가정에서도 활용되고 있다. 또한, 특정 장소에서 고정된 상태로 기능을 수행하는 로봇 이외에도 로봇이 스스로 이동하여 기능을 수행하는 이동형 로봇도 점차 보편화되고 있다.
이동형 로봇의 경우 물건을 적재한 상태에서 이동하는 상황이 종종 발생하게 되는데, 물건의 종류 및 적재 상태에 따라 로봇의 모션(motion) 특성이 달라져 로봇의 전복 위험이 발생할 수 있다. 특히, 물건을 적재한 상태에서 장애물을 선회하거나 장애물을 승월하는 과정에서 로봇의 무게 중심이 이동함에 따라 전복 위험이 발생하게 된다.
이에 따라, 물건을 적재한 로봇의 무게 중심을 고려하여 로봇이 전복되지 않도록 로봇의 경로를 설정할 필요가 있다.
본 개시는 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 개시는 물건을 적재한 로봇의 무게 중심을 고려하여 장애물을 선회하거나 장애물을 승월하는 주행 경로를 판단하는 로봇 및 이의 제어 방법을 제공함에 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 로봇의 제어 방법은, 기설정된 경로로 상기 로봇이 이동되도록 구동 장치를 제어하는 단계; 상기 기설정된 경로 상에 장애물을 검출하는 단계; 상기 장애물의 승월 과정 중에 상기 로봇의 전복위험지수가 기설정된 범위 내로 유지 가능한 진입 각도 및 진입 속도를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 진입 각도 및 상기 결정된 진입 속도로 상기 장애물을 승월하도록 상기 구동 장치를 제어하는 단계;를 포함한다.
한편, 본 개시의 일 실시 예에 따른 로봇은, 센서; 구동 장치; 기설정된 경로로 상기 로봇이 이동되도록 구동 장치를 제어하고, 상기 센서를 통하여 상기 기설정된 경로 상에 존재하는 장애물이 검출되면, 상기 장애물의 승월 과정 중에 상기 로봇의 전복위험지수가 기설정된 범위 내로 유지 가능한 진입 각도 및 진입 속도를 결정하고, 상기 결정된 진입 각도 및 상기 결정된 진입 속도로 상기 장애물을 승월하도록 상기 구동 장치를 제어하는 프로세서를 포함한다.
도 1은 본 개시에 따른 로봇을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 로봇의 구성을 설명하기 위한 블록도,
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 장애물을 승월하는 로봇을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 장애물을 우회하는 로봇을 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 로봇을 보다 상세하게 설명하기 위한 블록도, 및
도 6 내지 도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 로봇의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 본 개시의 다양한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 개시에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 실시 예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 개시에서, "가진다," "가질 수 있다," "포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
본 개시에서, "A 또는 B," "A 또는/및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상"등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B," "A 및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
본 개시에서 사용된 "제1," "제2," "첫째," 또는 "둘째,"등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다.
어떤 구성요소(예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 개시에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)," "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)," "~하도록 설계된(designed to)," "~하도록 변경된(adapted to)," "~하도록 만들어진(made to)," 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성된(또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)" 것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 부프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
본 개시에서의 로봇은 어떠한 기능이나 작업을 자동적으로 수행하는 전자 장치로, 산업용 로봇, 가정용 로봇, 군사용 로봇 등 다양한 기능이나 작업을 수행하는 전자 장치를 포함할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 개시에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 개시에 따른 로봇을 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 1은 로봇(100)의 측면을 간략하게 도시한 측면도이다.
본 개시의 로봇(100)은 이동형 로봇일 수 있다. 구체적으로, 본 개시의 로봇(100)은 건물 내 공간을 주행하면서 청소, 공기 정화, 경비 등의 작업을 수행하는 로봇, 가정 내 공간을 주행하면서 가사 업무를 수행하는 가사 로봇, 사람이 접근할 수 없는 위험한 지역을 투입되어 업무를 수행하는 군사용 로봇 등 다양한 로봇으로 구현될 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한하는 것은 아니며, 본 개시의 로봇(100)은 다양한 실시 예에 따른 로봇으로 구현될 수 있다.
로봇(100)은 물건(미도시)을 적재하지 않고 이동하는 경우도 있지만, 물건(미도시)을 적재하거나 사람(미도시)을 탑승시킨 채로 이동할 수 있다. 이 경우, 물건의 무게 및 물건이 적재된 상태에 따라, 로봇(100)의 무게 중심이 이동하게 된다.
구체적으로, 로봇(100)에 물건이 적재되지 않은 상태의 경우, 로봇(100)의 본체(11)는 어느 한쪽으로 기울어지지 않은 채 로봇의 무게 중심은 로봇의 중심(A)에 위치할 수 있다. 그러나, 로봇(100)에 물건이 적재되는 경우, 물건의 무게 또는 적재 상태에 따라 로봇(100)의 무게 중심(B)이 로봇(100)의 중심(A)을 벗어나 이동하게 되고, 로봇(100)의 본체(11)는 무게 중심(B)에 따라 한 쪽 방향으로 기울어지게 된다.
한편, 로봇(100)은 경로를 주행하는 과정에서 경로 상에 존재하는 장애물(미도시)과 마주할 수 있다. 이 경우, 로봇은 장애물을 우회하거나 장애물을 승월할 수 있다. 본 개시에서, 승월은 로봇(100)이 경로 상의 장애물을 올라 넘어가는 것을 의미한다. 구체적으로, 본 개시에서의 승월은 로봇의 구동 장치(110)에 포함된 복수의 바퀴 중 적어도 하나의 바퀴의 중앙의 수직 방향이 장애물 표면의 수직 방향과 일치하는 상태를 의미한다.
도 1에 도시된 바와 같이 로봇(100)에 물건(미도시)이 적재되어 로봇(100)의 본체(10)가 어느 한쪽 방향으로 기울어진 상태에서 로봇이 회전을 하거나 승월 하는 경우, 회전 방향 또는 승월 방향에 따라 로봇(100)의 무게 중심이 이동하면서 로봇(100)이 전복될 가능성이 있다. 이를 방지하기 위하여, 로봇(100)은 로봇의 무게 중심을 고려하여 로봇의 경로를 시뮬레이션하고, 시뮬레이션 결과에 따라 로봇의 주행 경로를 결정할 수 있다.
구체적으로, 로봇(100)이 장애물(미도시)을 우회하는 경우, 로봇(100)은 장애물(미도시)을 우회하는 복수의 경로를 설정하고, 로봇(100)의 무게 중심 이동을 기초로 각 경로에서의 횡방향 가속도를 산출하여, 로봇(100)의 전복위험 지수가 기 설정된 범위 이내인 경로를 선택할 수 있다.
또한, 로봇(100)이 장애물(미도시)를 승월하는 경우, 로봇(100)은 장애물을 승월하기 위한 복수의 진입 속도 및 진입 각도를 설정하고, 각각의 진입 속도 및 진입 각도를 조합하여 각각의 경우에서의 각충격모멘트를 산출할 수 있다. 구체적으로, 로봇(100)은 진입 속도 및 진입 각도에 따른 무게 중심의 이동을 기초로 로봇의 각충격모멘트를 산출할 수 있다. 그리고, 로봇(100)은 산출된 각충격모멘트를 이용하여 로봇(100)의 전복위험 지수를 획득할 수 있으며, 전복위험 지수가 기설정된 범위 이내인 진입 속도 및 진입 각도를 선택할 수 있다.
이하에서는 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 개시의 로봇(100)에 대해 더욱 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 로봇의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 로봇(100)은 구동 장치(110), 센서(120) 및 프로세서(130)를 포함한다.
구동 장치(110)는 로봇(100)을 이동시킬 수 있다. 이를 위해, 구동 장치(110)는 하나 또는 둘 이상의 바퀴와 연결되고, 바퀴를 회전시킬 수 있는 모터 등의 구동 유닛을 구비할 수 있다. 그리고 구동 장치(110)는 프로세서(130)의 제어 신호에 따라 로봇(100)의 이동, 정지, 방향 전환 등의 주행 동작을 수행할 수 있다.
센서(120)는 로봇(100)의 주변에 위치하는 장애물을 감지하거나 로봇(100)의 무게 배분을 감지하기 위한 구성요소이다.
센서(120)는 로봇(100) 주변의 장애물의 위치, 넓이, 높이 및 장애물과의 거리를 감지할 수 있다. 센서(120)는 초음파 센서(supersonic sensor), 적외선 센서(Infrared sensor), RF 센서, 라이다(LiDAR, Light Detection and Ranging)센서 등을 포함할 수 있다. 또한, 센서(120)는 장애물과의 충돌을 통하여 장애물을 감지하는 충돌 센서를 더 포함할 수 있다. 그리고, 센서(120)는 ToF(Time of Flight) 센서와 같은 이미지 센서를 더 포함할 수 있으며, 로봇(100)은 이미지 센서를 이용하여 장애물의 이미지를 획득하고, 획득된 이미지를 통하여 장애물의 위치, 넓이, 높이, 거리 등과 같은 정보를 획득할 수도 있다.
한편, 센서(120)는 로봇(100)의 무게 배분을 감지하기 위한 하중 센서를 포함할 수 있다. 센서(120)는 지평선, 바닥 라인(line) 등의 기울어짐을 측정하는 카메라 센서, 로봇(100)의 본체에 가해지는 힘의 방향, 가속도의 방향 등을 감지하기 위한 IMU(Inertial Measurement Unit)을 포함할 수 있다.
프로세서(130)는 로봇(100)의 전반적인 동작 및 기능을 제어한다. 예를 들어, 프로세서(130)는 운영 체제 또는 응용 프로그램을 구동하여 프로세서(120)에 연결된 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소들을 제어할 수 있고, 각종 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있다. 또한, 프로세서(130)는 다른 구성요소들 중 적어도 하나로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리에 로드하여 처리하고, 다양한 데이터를 비휘발성 메모리에 저장할 수 있다.
이를 위해, 프로세서(130)는 중앙처리장치(central processing unit(CPU)), 어플리케이션 프로세서(application processor(AP)), 또는 커뮤니케이션 프로세서(communication processor(CP)) 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 그리고, 프로세서(130)는 적어도 하나의 범용 프로세서(general processor), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), ASIC(Application specific integrated circuit), SoC(system on chip), MICOM(Microcomputer) 등으로 구현될 수 있다.
프로세서(130)는 기 설정된 경로로 로봇이 이동하도록 구동장치(110)를 제어할 수 있다. 이때, 프로세서(130)는 기 설정된 경로 상에 존재하는 장애물을 검출할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(130)는 센서(120)를 이용하여 경로 상에 존재하는 장애물을 감지하고, 장애물의 높이, 넓이, 위치 및 장애물과 로봇(100) 간의 거리 등과 같은 장애물에 관한 정보를 획득할 수 있다.
한편, 프로세서(130)는 메모리(미도시)에 기 저장된 경로 상의 정보를 기초로 장애물에 관한 정보를 획득할 수도 있다. 구체적으로, 메모리(미도시)에는 로봇(100)의 경로에 관한 정보가 기 저장되어 있을 수 있는데, 경로에 관한 정보에는 경로 상에 존재하는 장애물(가령, 계단, 방지턱 등과 같은 단차, 맨홀 등과 같은 정적 장애물 등)에 관한 정보가 포함되어 있을 수 있다.
프로세서(130)는 로봇(100)의 주행 경로 상에 존재하는 장애물에 관한 정보를 기초로 장애물의 승월 가능 여부를 판단할 수 있다. 도 1 에서 상술한 바와 같이, 승월은, 로봇(100)의 구동 장치(110)에 포함된 적어도 하나의 바퀴가 장애물 위에 올라가는 것을 나타내는 것으로, 장애물 표면의 수직 방향이 로봇(100)의 바퀴 중앙의 수직 방향과 일치하는 상태 또는 로봇(100)의 바퀴 중앙의 수직 방향이 장애물 표면과 접하는 상태를 의미한다. 즉, 프로세서(130)는 로봇(100)이 전복되지 않고 장애물을 승월할 수 있는지 여부를 판단할 수 있다.
프로세서(130)는 장애물의 높이 정보를 이용하여 다양한 방법으로 승월 가능 여부를 판단할 수 있다.
프로세서(130)는 로봇의 구동 장치(110)에 관한 기 저장된 정보를 기초로, 로봇(100)이 장애물을 승월할 수 있는지 여부를 판단할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(130)는 로봇(100)의 구동 장치(110)에 포함된 바퀴(미도시)의 반지름에 관한 정보를 기초로 장애물의 승월 가능 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(130)는 바퀴의 반지름이 장애물의 높이보다 높은 경우 로봇(100)이 장애물을 승월 가능한 것으로 판단할 수 있고, 바퀴의 반지름 보다 장애물의 높이가 높은 경우 로봇(100)이 장애물을 승월할 수 없는 것으로 판단할 수 있다.
그리고, 프로세서(130)는 로봇(100)이 장애물을 승월할 때의 역학에너지를 기초로 승월 가능 여부를 판단할 수 있다. 프로세서(130)는 로봇(100)이 장애물을 승월할 때의 속도가 너무 낮은 경우 로봇(100)이 장애물을 승월할 수 없다고 판단할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(130)는 로봇(100)이 장애물을 승월할 때의 운동 에너지(
Figure pat00001
(m: 장애물을 적재한 로봇의 전체 무게, v: 로봇의 속도, I: 로봇의 관성 모멘트, w: 로봇의 각속도)가
Figure pat00002
(
Figure pat00003
)은 장애물의 높이 또는 단차)보다 작은 경우, 로봇(100)이 장애물을 넘을 수 없다고 판단할 수 있다.
이외에도, 프로세서(130)는 역학 에너지와 운동량(momentum)을 고려하여 장애물을 넘기 위한 최소 속도를 구할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(130)는 아래의 식을 이용하여 로봇(100)이 장애물을 넘기 위한 최소 속도를 구할 수 있으며, 로봇(100)의 장애물 승월 속도가 최소 속도(v) 이하인 경우 장애물을 넘을 수 없다고 판단할 수 있다.
Figure pat00004
(v: 로봇의 최소 속도, r: 로봇 바퀴의 반지름, g: 중력가속도,
Figure pat00005
: 장애물의 높이 또는 단차)
한편, 프로세서(130)는 로봇(100)이 장애물을 승월 가능하다고 판단한 경우, 센서(120)를 이용하여 로봇(100)의 무게 배분 상태를 식별하고, 이를 기초로 로봇(100)의 진입 방향을 판단하여 구동 장치(110)를 제어할 수 있다. 프로세서(130)는 로봇(100)이 오른쪽 방향으로 편향되어 있다고 판단된 경우, 로봇(100)의 오른쪽 바퀴가 장애물에 먼저 진입하도록 구동 장치(110)를 제어할 수 있다. 반면, 프로세서(130)는 로봇(100)이 왼쪽 방향으로 편향되어 있다고 판단된 경우, 로봇(100)의 왼쪽 바퀴가 장애물에 먼저 진입하도록 구동 장치(110)를 제어할 수 있다. 한편, 프로세서(130)는 로봇(100)의 무게가 왼쪽이나 오른쪽으로 편향되지 않고 중심에 위치한다고 판단된 경우, 로봇(100)의 양쪽 바퀴가 동시에 장애물에 진입하도록 구동 장치(110)를 제어할 수 있다.
로봇(100)이 장애물에 진입할 경우, 프로세서(130)는 로봇의 장애물에 대한 진입 각도 및 진입 속도를 판단할 수 있다. 프로세서(130)는 장애물 승월 과정 중에 로봇의 전복위험 지수(Rollover Index)가 기 설정된 범위 내로 유지 가능한 진입 각도 및 진입 속도를 결정할 수 있다. 여기에서, 전복위험 지수는 로봇(100)의 양쪽 바퀴의 수직하중 분포를 이용하여 산출되는 값으로, 로봇(100)의 전복위험 정도를 수치적으로 나타낸 값이다. 전복위험 지수는 아래의 식을 이용하여 산출될 수 있다.
Figure pat00006
상술한 식을 참조하면, 프로세서(130)는 전복위험 지수의 값이 1일 경우 로봇(100)의 하중이 우측에 쏠려 로봇(100)이 우측으로 전복하고, 전복위험 지수의 값이 -1일 경우 로봇(100)의 하중이 좌측에 쏠려 로봇(100)이 좌측으로 전복할 것임을 예측할 수 있다. 또한, 프로세서(130)는 산출된 전복위험 지수의 값이 0인 경우 로봇(100)의 하중이 좌측 및 우측에 골고루 분산되어 로봇(100)이 안정된 상태임을 판단할 수 있다. 즉, 프로세서(130)는 산출된 전복위험 지수의 값이 0으로부터 기설정된 범위 이내인 경우에 로봇(100)이 안정된 상태라고 판단할 수 있다. 이때 기 설정된 범위는 실험에 의해 산출되는 값으로, 로봇의 크기, 무게, 종류에 따라 다를 수 있다. 다만, 이는 일 실시 예일 뿐이며, 기 설정된 범위는 사용자에 의해 설정되는 값일수도 있다.
프로세서(130)는 로봇(100)의 구동 성능에 기초하여 로봇의 진입 가능한 진입 속도 및 진입 각도를 복수 개 설정할 수 있고, 각각의 진입 속도 및 진입 각도에서의 로봇의 전복위험 지수를 판단하여 로봇(100)이 전복되지 않으면서 장애물을 넘어가기 위한 진입 속도 및 진입 각도를 판단할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 도 3에서 하기로 한다.
한편, 프로세서(130)는 로봇(100)이 장애물을 승월 불가능하다고 판단한 경우, 장애물을 우회하는 로봇의 주행 경로를 결정할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(130)는 로봇(100)이 장애물을 넘어갈 수 없다고 판단한 경우, 장애물을 우회하는 복수의 후보 경로를 설정하고, 각 경로에서 로봇에 작용하는 횡방향 가속도에 기초하여 복수의 후보 경로 중 하나를 로봇의 주행 경로로 결정할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 도 4에서 하기로 한다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 장애물을 승월하는 로봇을 설명하기 위한 도면이다.
프로세서(130)는 로봇(100)이 장애물을 넘기 위한 장애물의 진입 각도 및 진입 속도를 결정할 수 있다. 프로세서(130)는 로봇(100)이 장애물을 넘는 동안 로봇의 전복위험 지수가 기 설정된 범위 내로 유지하도록 장애물에 대한 진입 각도 및 진입 속도를 결정할 수 있다.
이를 위하여, 프로세서(130)는 복수의 진입 속도 및 진입 속도를 이용하여 로봇(100)이 장애물(30)을 승월할 수 있는지 여부를 시뮬레이션 하고, 이를 기초로 장애물(30)의 승월 과정에서 이용할 진입 각도 및 진입 속도를 결정할 수 있다.
구체적으로, 프로세서(130)는 로봇(100)의 구동 성능에 기초하여 로봇이 장애물(30)에 진입 가능한 복수 개의 진입 속도(V1, V2, V3) 및 진입 각도(θ1,θ2,θ3)를 설정할 수 있다. 그리고, 프로세서(130)는 장애물에 대한 진입 속도(V1, V2, V3) 및 진입 각도(θ1,θ2,θ3)를 각각 조합하여, 조합된 각각의 경우에 대한 로봇(100)의 전복위험 진수를 획득할 수 있다.
더욱 구체적으로, 프로세서(130)는 장애물에 대한 복수의 진입 속도(V1, V2, V3) 중 선택된 하나의 진입 속도 및 복수의 진입 각도(θ1,θ2,θ3) 중 선택된 하나의 진입 각도를 이용하여, 선택된 진입 속도 및 진입 각도에 대응되는 승월 시간을 산출할 수 있다. 여기에서, 승월 시간(Δt)은 로봇(100)의 바퀴의 중앙이 장애물 표현의 수직 방향과 처음으로 일치하는데 걸리는 시간을 의미한다. 승월 시간(Δt)는 아래의 수식을 이용하여 산출될 수 있다.
Figure pat00007
(Vx: 로봇의 진입 속도, θx: 진입 각도)
프로세서(130)는 산출된 승월 시간, 단차 정보(또는 장애물 높이 정보), 로봇(100)의 관성 모멘트에 기초하여 로봇의 각충격 모멘트(Mext)를 획득할 수 있다. 여기에서, 단차 정보는 로봇이 놓인 지면과 장애물 간의 단차에 관한 정보로, 로봇(100)이 장애물을 승월하기 위한 높이 정보를 의미한다.
프로세서(130)는 산출된 승월 시간을 기초로, 로봇(100)의 승월각속도변화량(Δw) 및 각충격량(ΔL)을 산출할 수 있으며, 산출된 승월각속도변화량(ΔW) 및 각충격량(ΔL)을 기초로 각충격 모멘트(Mext)를 획득할 수 있다. 이에 대한 수식은 아래와 같다.
Figure pat00008
(Δt: 승월시간,
Figure pat00009
: 단차 높이, d: 로봇의 양쪽 바퀴 간의 거리)
Figure pat00010
(I x :로봇의 관성모멘트, M ext : 로봇의 각충격 모멘트)
Figure pat00011
그리고, 프로세서(130)는 각각의 진입 속도(Vx) 및 진입 각도(θx)에 대한 승월시간(Δt) 및 각충격 모멘트(Mext)를 매칭하여 메모리(미도시)에 저장할 수 있다. 가령, 프로세서(130)는, 테이블(320)과 같이, 진입 속도가 V3이고, 진입 각도가 θ3인 경우, 각충격 모멘트(Mext) 30 및 승월시간(Δt) 0.1 을 매칭하여 저장할 수 있다. 마찬가지로, 프로세서(130)는 진입 속도가 V2 이고, 진입 각도가 θ2인 경우, 각충격 모멘트(Mext) 15 및 승월시간(Δt) 0.2 을 매칭하여 저장할 수 있다.
프로세서(130)는 획득된 각충격 모멘트(Mext)를 이용하여, 로봇(100)의 롤 각도(Roll Angle)(φ) 및 롤 각속도(φ')를 획득할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(130)는 아래의 Roll Dynamics 방정식에 획득된 각충격 모멘트(Mext)를 입력하여 롤 각도(φ) 및 롤 각속도(φ')를 획득할 수 있다. 여기에서 롤 각도(φ)는 로봇(100)이 장애물(30)을 승월하면서 기울어진 정도를 나타내고, 롤 각속도(φ')는 시간에 따른 롤 각도(φ)의 변화량을 나타낸다. 한편, 롤 각도(φ) 및 롤 각속도(φ')를 획득하기 위한 Roll Dynamics 방정식은 아래와 같다.
Figure pat00012
(Ix:로봇의 관성모멘트, Cφ: 저항력 상수(또는 댐핑 상수)
K: 스프링 상수 m:로봇의 전체 무게,
g: 중력 가속도,
h: 로봇의 회전 중심(roll center)에서 로봇 중심(A)까지의 거리
l: 로봇의 중심(A)와 로봇의 무게 중심(B) 간의 거리
ay: 로봇의 횡방향 가속도)
여기에서, l은 로봇의 중심(A)과 무게 중심(B) 간의 거리라는 점에서, 프로세서(130)는 로봇의 무게 중심을 이용하여 로봇의 롤 각도 및 롤 각속도를 획득할 수 있다.
한편, 프로세서(130)는 획득된 롤 각도(φ) 및 롤 각속도(φ')를 기초로, 로봇(100)의 바퀴에 가해지는 힘(ΔF)을 산출할 수 있다. 프로세서(130)는 아래의 식을 이용하여 로봇(100)의 바퀴에 가해지는 힘을 산출할 수 있다.
Figure pat00013
(K: 스프링 상수 C: 저항력 상수(또는 댐핑 상수)
φeq: 장애물에 진입하기 직전 로봇의 기울어진 각도(즉, 장애물에 진입하기 직전 롤각도)
φ'eq: 장애물에 진입하기 직전 로봇의 기울어진 각속도(즉, 장애물에 진입하기 직전 롤각속도)
프로세서(130)는 전복위험 지수를 산출하는 식에 상술한 로봇(100)의 바퀴에 가해지는 힘(ΔF)을 적용하여, 로봇(100)이 장애물을 승월하는 경우의 전복위험 지수를 산출할 수 있다. 즉, 프로세서(130)는 아래의 식을 이용하여 로봇(100)의 전복위험 지수를 산출할 수 있다.
Figure pat00014
정리하면, 프로세서(130)는 복수의 진입 속도(V x ) 및 진입 각도(
Figure pat00015
)의 조합 각각에 대하여, 승월 시간(Δt), 각충격 모멘트(Mext)를 산출할 수 있으며, 산출된 각충격 모멘트(Mext)를 기초로 로봇(100)의 롤 각도(φ) 및 롤 각속도(φ')를 획득할 수 있고, 획득된 롤 각도(φ) 및 롤 각속도(φ')를 이용하여 전복위험 지수를 획득할 수 있다. 즉, 프로세서(130)는 복수의 진입 속도(Vx) 및 진입 각도(θx)의 조합의 개수만큼의 전복위험 지수를 획득할 수 있다.
프로세서(130)는 획득된 전복위험 지수에 기초하여 장애물의 승월 과정에서 이용될 진입 각도 및 진입 속도를 결정할 수 있다.
프로세서(130)는 획득된 복수의 전복위험 지수 중 전복위험 지수의 값이 기 설정된 범위 이내(가령, -RIth이상이고 RIth이하인)인 전복위험 지수를 선택할 수 있다. 그리고, 프로세서(130)는 선택된 전복위험 지수에 대응되는 진입 속도 및 진입 각도를 결정할 수 있다. 여기에서, 선택된 전복위험 지수에 대응되는 진입 속도 및 진입 각도는 선택된 전복위험 지수를 산출하는데 사용된 진입 속도 및 진입 각도를 나타낸다.
프로세서(130)는 결정된 진입 각도 및 진입 속도로 장애물(30)을 승월하도록 구동 장치(110)를 제어할 수 있다.
한편, 획득된 복수의 전복위험 지수 중 기설정된 범위 이내의 전복위험 지수가 복수 개인 경우, 즉, 전복위험 지수가 기 설정된 범위를 유지하도록 하는 진입 각도 및 진입 속도의 조합이 복수 개인 경우, 프로세서(130)는 기 설정된 조건을 만족하는 진입 속도 및 진입 각도를 선택할 수 있다. 가령, 프로세서(130)는 복수 개의 조합 중 높은 속도 또는 큰 진입 각도를 갖는 진입 각도를 갖는 진입 각도 및 진입 속도를 선택할 수 있다.
예를 들어, 도 3의 그래프(310)의 9가지의 진입 각도 및 진입 속도의 조합 중에서, 진입 속도(V1) 및 진입 각도(θ3)인 경우(Case 3), 진입 속도(V2) 및 진입 각도(θ2)인 경우(Case 5) 및 진입 속도(V3) 및 진입 각도(θ2)인 경우(Case 4)의 전복위험 지수가 기 설정된 범위라고 가정하자. 이 경우, 프로세서(130)는 속도가 빠르고 진입 속도가 큰 경우를 우선적으로 선택할 수 있다. 즉, 프로세서(130)는 Case 5의 진입 속도 및 진입 각도 대신에 Case 4의 진입 속도 및 진입 각도를 선택할 수 있다. 한편, 프로세서(130)는 진입 속도 및 진입 각도 중 진입 각도를 우선적으로 고려하여 진입 속도 및 진입 각도를 선택할 수도 있다. 가령, Case 3 및 Case 4의 경우와 같이, 하나는 진입 속도가 더 빠르고, 다른 하나는 진입 각도가 더 빠른 경우, 프로세서(130)는 진입 각도를 우선적으로 고려하여 Case 4 대신에 Case 3을 선택할 수 있다. 한편, 이는 일 실시 예일 뿐이며, 프로세서(130)는 진입 속도를 우선적으로 고려하여 진입 속도 및 진입 각도를 선택할 수도 있다. 또한, 프로세서(130)는 기설정된 범위 이내의 전복위험 지수가 복수 개인 경우, 상술한 방법과 다른 방법으로 진입 속도 및 진입 각도를 선택할 수 있음은 물론이다.
한편, 프로세서(130)는, 도 2에서 상술한 경우 이외에도, 획득된 복수의 전복위험 지수 중 기설정된 범위 이내의 전복위험 지수가 전혀 없는 경우, 로봇(100)이 장애물을 승월할 수 없다고 판단할 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 장애물을 우회하는 로봇을 설명하기 위한 도면이다.
프로세서(130)는 장애물의 승월이 불가능하다고 판단된 경우, 로봇(100)의 기 설정된 경로가 존재하는지 판단할 수 있다. 프로세서(130)는 기 설정된 경로가 존재한다고 판단되는 경우, 기 설정된 경로를 다른 경로로 변경 가능한지 판단하고, 기 설정된 경로를 변경가능한 경우, 로봇(100)의 최저 속도가 설정되어 있는지에 기초하여 로봇(100)의 장애물(40)을 우회하는 복수의 후보 경로(510 내지 540)를 설정할 수 있다.
이때, 프로세서(130)는 로봇(100)의 무게 중심을 고려하여 후보 경로를 설정할 수 있다. 가령, 로봇(100)의 무게 중심이 로봇(100)의 왼쪽으로 편향된 경우, 프로세서(130)는 로봇(100)의 왼쪽 바퀴가 먼저 회전하는 경로, 즉, 로봇(100)을 기준으로 장애물을 바라볼 때 장애물의 오른쪽을 주행하는 경로(520,530,540)를 후보 경로로 설정할 수 있다. 반면, 로봇(100)의 무게 중심이 로봇(100)의 오른쪽으로 편향된 경우, 프로세서(130)는 로봇(100)의 오른쪽 바퀴가 먼저 회전하는 경로, 즉, 로봇(100)을 기준으로 장애물을 바라볼 때 장애물의 왼쪽을 주행하는 경로(510)를 후보 경로로 설정할 수 있다.
그리고, 프로세서(130)는 복수의 후보 경로 각각에 대한 로봇의 횡방향 가속도(ay)를 산출할 수 있다. 구체적으로, 아래의 수식을 참조하면, 프로세서(130)는 로봇(100)의 경로 반지름(R) 및 주행 속도(V)를 기초로 횡방향 가속도(ay)를 산출할 수 있다. 여기에서, 로봇(100)의 경로 반지름(R)은 장애물을 우회하는 로봇(100)의 회전 반경을 나타낸다.
Figure pat00016
프로세서(130)는 산출된 횡방향 가속도에 기초하여 복수의 후보 경로 중 하나를 로봇의 주행 경로로 결정할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(130)를 복수의 후보 경로 중 횡방향 가속도의 범위가 기 설정된 범위 이내인 후보 경로를 로봇의 주행 경로로 선택할 수 있다.
한편, 횡방향 가속도를 범위를 산출하기 위하여 프로세서(130)는 전복위험 지수를 이용할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(130)는 아래의 수식을 이용하여 로봇(100)의 왼쪽 바퀴 및 오른쪽 바퀴에 가해지는 힘을 구할 수 있다.
Figure pat00017
Figure pat00018
(FZL: 왼쪽 바퀴에 가해지는 힘 FZR: 오른쪽 바퀴에 가해지는 힘
l: 로봇의 무게중심(B)와 중심(A)간의 거리
d: 로봇의 두 바퀴 사이의 거리)
그리고, 프로세서(130)는 로봇(100)의 전복위험 지수를 산출하는 식을 이용하여 횡방향 가속도의 범위를 산출할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(130)는 로봇(100)이 전복되지 않고 안전하게 장애물을 우회하도록 하기 위하여 전복위험 지수의 범위를 기 설정된 범위(가령, -RIth이상이고 RIth이하)로 설정하고, 이를 기초로, 횡방향 가속도의 범위를 설정할 수 있다.
Figure pat00019
Figure pat00020
→
Figure pat00021
상술한 횡방향 가속도의 범위는 전복위험 지수가 기 설정된 범위 이내에 존재하는 것을 전제로 산출된 범위라는 점에서, 프로세서(130)는 횡방향 가속도가 상술한 범위 이내에 존재하는 경우, 로봇(100)이 전복되지 않고 장애물(40)을 우회한다고 판단할 수 있다.
한편, 프로세서(130)는 로봇(100)의 기설정된 로봇의 경로를 변경할 수 없거나, 로봇(100)의 최저 속도가 설정되지 않은 경우, 기 설정된 로봇의 경로를 복수의 단위(segment)로 분할하고, 분할된 각 단위에서의 회전 반경에 대한 횡방향 가속도가 상술한 기 설정된 범위가 되도록 로봇의 주행 속도를 조절할 수 있다.
구체적으로, 로봇(100)의 경로가 기 설정되어 있고 이를 변경할 수 없는 경우, 프로세서(130)는 기 설정된 경로를 복수의 단위로 분할하고, 분할된 각 단위에서의 회전 반경을 기초로 횡방향 가속도가 상술한 범위의 값이 되도록 하는 로봇의 주행 속도를 판단할 수 있다.
그리고, 로봇(100)의 최저 속도가 설정되어 있지 않은 경우, 프로세서(130)는 목적지까지의 최단 경로를 복수의 단위로 분할하고, 분할된 각 단위에서의 회전 반경을 기초로 횡방향 가속도가 상술한 범위의 값이 되도록 하는 로봇의 주행 속도를 판단할 수 있다. 다만, 이는 일 실시 예일 뿐이며, 최저 속도가 설정되어 있지 않은 경우 다양한 방법에 의해 로봇의 주행 속도 및 경로를 판단할 수 있음은 물론이다.
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 로봇을 보다 상세하게 설명하기 위한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 로봇(100)은 구동 장치(110), 센서(120), 프로세서(130), 메모리(140), 디스플레이(150), 통신 인터페이스(160), 입력 인터페이스(170)를 포함할 수 있다. 이하, 상술한 내용과 중복되는 부분은 생략하거나 축약하여 설명한다.
메모리(140)는 로봇(100)의 동작에 필요한 각종 프로그램 및 데이터 등을 저장하기 위한 구성요소이다. 메모리(140)는 비휘발성 메모리, 휘발성 메모리, 플래시메모리(flash-memory), 하드디스크 드라이브(HDD) 또는 솔리드 스테이트 드라이브(SSD) 등으로 구현될 수 있다. 메모리(140)는 프로세서(130)에 의해 액세스되며, 프로세서(130)에 의한 데이터의 독취/기록/수정/삭제/갱신 등이 수행될 수 있다. 본 개시에서 메모리라는 용어는 메모리(140), 프로세서(130) 내 롬(미도시), 램(미도시) 또는 로봇(100)에 장착되는 메모리 카드(미도시)(예를 들어, micro SD 카드, 메모리 스틱)를 포함할 수 있다. 또한, 메모리(140)에는 디스플레이의 디스플레이 영역에 표시될 각종 화면을 구성하기 위한 프로그램 및 데이터 등이 저장될 수 있다.
또한, 메모리(140)는 대화 시스템을 동작하기 위한 인공지능 에이전트를 저장할 수 있다. 구체적으로, 로봇(100)은 사용자 발화에 대한 응답으로 자연어를 생성하기 위하여 인공지능 에이전트(Artificial intelligence agent)를 이용할 수 있다. 이때, 인공지능 에이전트는 AI(Artificial Intelligence) 기반의 서비스(예를 들어, 음성 인식 서비스, 비서 서비스, 번역 서비스, 검색 서비스 등)를 제공하기 위한 전용 프로그램이다. 특히, 인공지능 에이전트는 기존의 범용 프로세서(예를 들어, CPU) 또는 별도의 AI 전용 프로세서(예를 들어, GPU 등)에 의해 실행될 수 있다.
메모리(140)는 지도 정보를 저장할 수 있다. 여기에서, 지도 정보는 로봇(100)이 이동했던 이동 경로를 나타내거나 이동 가능한 이동 경로를 나타내는 정보로, 이미지 형태일 수 있으며, 좌표 형태의 궤적 데이터일 수도 있다.
또한, 메모리(140)는 통신 인터페이스(160)를 통하여 수신한 실내 공간의 평면도를 저장할 수 있다. 여기서, 평면도는 공간 별 위치 정보 및 면적 정보를 포함할 수 있다.
디스플레이(150)는 다양한 화면을 표시할 수 있다. 일 예로, 디스플레이(150)는 로봇(100)이 제공하는 다양한 기능과 관련된 정보 및/또는 사용자와 인터랙션 하기 위한 유저 인터페이스(User Interface)를 표시할 수 있다. 또한, 디스플레이(150)는 현재 수행 중인 작업의 종류 또는 작업의 진행 정도에 관한 정보를 표시할 수 있다.
이와 같은, 디스플레이(150)는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), LED(light emitting diode) 또는 OLED(organic light emitting diode) 등과 같은 다양한 형태로 구현될 수 있다.
또한, 디스플레이(150)는 터치 감지부와 결합되어 터치 스크린으로 구현될 수도 있다.
통신 인터페이스(160)는 로봇(100)이 외부 장치(미도시)와 통신을 수행하기 위한 구성요소이다. 통신 인터페이스(160)를 통하여 로봇(100)은 외부 장치(미도시)로부터 장애물에 관한 정보를 획득할 수 있다. 또한, 통신 인터페이스(160)를 통하여 로봇(100)은 외부 장치(미도시)로부터 작업의 수행을 위한 사용자 명령을 수신할 수 있다. 여기에서, 작업은 공기 정화 작업, 청소 작업 또는 물품 이동 등과 같은 다양한 작업이 될 수 있다. 한편, 외부 장치는 스마트 폰 등이 될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
통신 인터페이스(160)는 유선 통신 모듈(미도시), 근거리 무선 통신 모듈(미도시), 무선 통신 모듈(미도시) 등과 같은 다양한 통신 모듈을 포함할 수 있다.
여기에서, 유선 통신 모듈은 유선 이더넷(Ethernet)과 같이 유선 통신 방식에 따라 외부 장치(미도시)와 통신을 수행하기 위한 모듈이다. 그리고, 근거리 무선 통신 모듈이란 블루투스(Bluetooth, BT), BLE(Bluetooth Low Energy), ZigBee 방식 등과 같은 근거리 무선 통신 방식에 따라 근거리에 위치한 외부 장치(미도시)와 통신을 수행하기 위한 모듈이다. 또한, 무선 통신 모듈이란 WiFi, IEEE 등과 같은 무선 통신 프로토콜에 따라 외부 네트워크에 연결되어 외부 장치(미도시) 및 음성 인식 서버(미도시)와 통신을 수행하는 모듈이다. 이 밖에 무선 통신 모듈은 3G(3rd Generation), 3GPP(3rd Generation Partnership Project), LTE(Long Term Evolution), LTE-A(LTE Advanced), 5세대 네트워크(5G Networks) 등과 같은 다양한 이동 통신 규격에 따라 이동 통신망에 접속하여 통신을 수행하는 이동 통신 모듈을 더 포함할 수도 있다.
입력 인터페이스(170)는 로봇 (100)이 지원하는 각종 기능을 사용자가 설정 또는 선택할 수 있는 다수의 기능 키를 구비할 수 있다. 이러한 입력 인터페이스(170)는 복수의 버튼 등과 같은 장치로 구현될 수 있으며, 디스플레이(150)의 기능을 동시에 수행할 수 있는 터치 스크린으로 구현될 수도 있다.
입력 인터페이스(170)는 로봇의(100)의 전원 제어를 위한 명령, 작업을 선택하기 위한 명령, 작업 영역을 선택하기 위한 명령 명령 등을 입력 받을 수 있다.
그 외, 본 개시의 일 실시 예에 따른 로봇(100)은 주변의 사용자를 촬영하기 위한 카메라(미도시) 및 사용자 음성을 수신하기 위한 마이크(미도시)를 더 포함할 수 있다.
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 로봇의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 기 설정된 경로로 로봇이 이동하도록 구동장치를 제어한다(S610). 이때, 기 설정된 경로는 시스템에 의해 기 설정된 목적지까지의 최단 경로이거나 사용자에 의해 설정된 경로일 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한하는 것은 아니며, 다양한 실시 예에 따라 경로가 기 설정될 수도 있다.
그리고, 기 설정된 경로 상에 존재하는 장애물을 검출한다(S620). 장애물을 검출하면, 경로 상에 존재하는 장애물의 높이, 넓이, 위치 및 장애물과 로봇 간의 거리 등과 같은 장애물에 관한 정보를 획득할 수 있다.
획득된 장애물에 관한 정보를 기초로, 장애물의 승월 가능여부를 판단할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 도 7에서 하도록 한다.
로봇이 장애물을 승월할 수 있다고 판단된 경우, 장애물의 승월 과정 중에 로봇의 전복위험지수가 기 설정된 범위 내로 유지 가능한 진입 각도 및 진입 속도를 결정할 수 있다(S630).
구체적으로, 로봇의 구동 성능에 기초하여 장애물에 대한 복수의 진입 속도 및 복수의 진입 각도를 갖는 복수의 조합 각각에 대한 전복위험 지수를 획득할 수 있고, 획득된 전복위험 지수에 기초하여 장애물의 승월 과정에서 이용할 진입 각도 및 진입 속도를 결정할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 도 7에서 하도록 한다.
그리고, 결정된 진입 각도 및 결정된 진입 속도로 장애물을 승월하도록 구동 장치를 제어할 수 있다(S640).
도 7 및 도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 로봇의 제어 방법을 보다 상세하게 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 로봇의 경로 상에 존재하는 장애물에 관한 정보를 검출할 수 있다(S701). 여기에서, 장애물에 관한 정보는, 로봇에 포함된 다양한 센서에 의해 검출될 것일 수도 있으며, 메모리에 기 저장된 경로 상의 정보에 포함된 것일 수도 있다.
장애물에 관한 정보를 기초로, 로봇이 장애물을 승월 가능한지 판단할 수 있다(S702). 구체적으로, 장애물의 높이 또는 단차 높이를 기초로, 로봇의 바퀴의 반지름, 로봇의 역학 에너지 및 운동량을 이용하여 로봇이 장애물을 넘을 수 있는지 판단할 수 있다.
로봇이 장애물을 넘을 수 있다고 판단된 경우(S702-Y), 로봇의 무게 중심을 판단할 수 있다(S711). 구체적으로, 로봇의 무게 중심이 어느 방향으로 편향되어 있는지 판단할 수 있다.
로봇의 무게 중심이 오른쪽으로 편향된 경우 로봇의 우측 바퀴부터 진입하고(S712), 로봇의 무게 중심이 왼쪽으로 편향된 경우 로봇의 좌측 바퀴부터 진입할 수 있다(S713). 그리고, 로봇의 무게 중심이 오른쪽 또는 왼쪽으로 편향되지 않고 중심에 존재하는 경우, 로봇은 직진으로 진입하여 주행할 수 있다(S714).
그러나, 로봇의 무게 중심이 오른쪽 또는 왼쪽으로 편향된 경우, 장애물에 대한 로봇의 진입 속도 및 진입 각도에 따른 전복위험 지수를 획득할 수 있다(S715).
구체적으로, 로봇의 구동 성능에 기초하여 장애물에 대한 복수의 진입 속도 및 복수의 진입 각도를 갖는 복수의 조합 각각에 대한 전복위험 지수를 획득할 수 있다.
복수의 진입 속도 중에서 선택된 하나의 진입 속도, 복수의 진입 각도 중에서 선택된 하나의 진입 각도, 획득된 단차 정보 및 로봇의 관성 모멘트에 기초하여 로봇의 각충격 모멘트를 획득할 수 있다. 구체적으로, 선택된 진입 각도 및 상기 선택된 진입 속도에 대응되는 승월 시간을 산출하고, 상기 산출된 승월 시간, 획득된 단차 정보, 및 상기 관성 모멘트에 기초하여 상기 로봇의 각충격 모멘트를 획득할 수 있다.
그리고, 획득된 각충격 모멘트를 이용하여, 로봇의 롤 각도 및 롤 각속도를 획득할 수 있고, 획득된 롤 각도 및 롤 각속도에 기초하여 로봇의 전복위험 지수를 획득할 수 있다. 구체적으로, 로봇의 무게 중심에 기초하여 로봇의 롤 각도 및 롤 각속도를 획득할 수 있다.
복수의 진입 속도 및 복수의 진입 각도의 조합으로 획득된 로봇의 복수의 전복위험 지수 중 기 설정된 범위 이내의 전복위험 지수를 선택할 수 있다(S717). 이때, 획득된 복수의 전복위험 지수 중 기설정된 범위 이내의 전복위험 지수가 복수 개인 경우, 즉, 전복위험 지수가 기 설정된 범위를 유지하도록 하는 진입 각도 및 진입 속도의 조합이 복수 개인 경우, 기 설정된 조건을 만족하는 진입 속도 및 진입 각도를 선택할 수 있다. 가령, 복수 개의 조합 중 높은 속도 또는 큰 진입 각도를 갖는 진입 각도를 갖는 진입 각도 및 진입 속도를 선택할 수 있다.
한편, 기 설정된 범위 이내의 전복 위험 지수가 존재하지 않거나, 장애물을 승월할 수 없다고 판단된 경우(S702-N), 장애물을 우회할 수 있다.
이 경우, 장애물을 우회하는 기 설정된 경로가 존재하는지 판단할 수 있다(S721-Y). 기 설정된 경로가 존재하고, 경로를 변경 가능한 경우(S722-Y), 로봇의 최저 주행 속도가 설정되어 있는지 판단할 수 있다(S723).
로봇의 최저 속도가 설정된 경우(S723-Y), 장애물을 우회하는 복수의 후보 경로를 설정하고, 복수의 후보 경로에 대한 횡방향 가속도를 산출할 수 있다(S724). 구체적으로, 복수의 후보 경로 각각의 회전 반경 및 로봇의 이동 속도에 기초하여 횡방향 가속도를 산출할 수 있다.
그리고, 산출된 횡방향 가속도에 기초하여 복수의 후보 경로 중 기 설정된 범위 이내의 횡방향 가속도를 가지는 후보 경로를 로봇의 주행 경로로 선택할 수 있다(S725).
한편, 로봇의 기 설정된 경로를 변경할 수 없거나, 로봇의 최저 속도가 설정되지 않은 경우, 기 설정된 경로를 복수의 단위(segment)로 분할하여 분할된 단위에서의 횡방향 가속도가 기 설정된 범위 이내가 되도록 속도를 조절할 수 있다(S726). 그리고, 조절된 속도로 기 설정된 경로를 주행할 수 있다.
한편, 상술한 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 로봇(100)에서의 처리동작을 수행하기 위한 컴퓨터 명령어(computer instructions)는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(non-transitory computer-readable medium)에 저장될 수 있다. 이러한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 명령어는 특정 기기의 프로세서에 의해 실행되었을 때 상술한 다양한 실시 예에 따른 로봇(100)의 처리 동작을 상술한 특정 기기가 수행하도록 한다.
비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 개시의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 개시는 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 당해 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 개시의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.
100: 로봇 110: 구동 장치
120: 센서 130: 프로세서

Claims (18)

  1. 로봇의 제어 방법에 있어서,
    기설정된 경로로 상기 로봇이 이동되도록 구동 장치를 제어하는 단계;
    상기 기설정된 경로 상에 장애물을 검출하는 단계;
    상기 장애물의 승월 과정 중에 상기 로봇의 전복위험 지수(Rollover Index)가 기설정된 범위 내로 유지 가능한 진입 각도 및 진입 속도를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 진입 각도 및 상기 결정된 진입 속도로 상기 장애물을 승월하도록 상기 구동 장치를 제어하는 단계;를 포함하는, 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는,
    상기 로봇의 구동 성능에 기초하여 상기 장애물에 대한 복수의 진입 속도 및 복수의 진입 각도를 갖는 복수의 조합 각각에 대한 전복위험 지수를 획득하는 단계; 및
    상기 획득된 전복위험 지수에 기초하여 상기 장애물의 승월 과정에서 이용할 진입 각도 및 진입 속도를 결정하는 단계;를 포함하는 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는,
    상기 획득된 전복위험 지수 중 기설정된 범위를 유지 가능한 진입 각도 및 진입 속도의 조합이 복수 개이면, 상기 복수개의 조합 중 높은 속도 또는 큰 진입 각도를 갖는 진입 각도 및 진입 속도를 선정하는 단계;를 더 포함하는 제어 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전복위험 지수를 획득하는 단계는,
    상기 장애물의 단차 정보를 획득하는 단계;
    상기 복수의 진입 속도 중에서 선택된 하나의 진입 속도, 상기 복수의 진입 각도 중에서 선택된 하나의 진입 각도, 상기 획득된 단차 정보 및 상기 로봇의 관성 모멘트에 기초하여 상기 로봇의 각충격 모멘트를 획득하는 단계;
    상기 획득된 각충격 모멘트를 이용하여, 상기 로봇의 롤 각도 및 롤 각속도를 획득하는 단계; 및
    상기 로봇의 롤 각도 및 롤 각속도에 기초하여 전복 위험 지수를 획득하는 단계;를 포함하는 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 각충격 모멘트를 획득하는 단계는,
    상기 선택된 진입 각도 및 상기 선택된 진입 속도에 대응되는 승월 시간을 산출하고, 상기 산출된 승월 시간, 획득된 단차 정보, 및 상기 관성 모멘트에 기초하여 상기 로봇의 각충격 모멘트를 획득하는 제어 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 전복위험 지수를 획득하는 단계는,
    상기 로봇의 무게 중심에 기초하여 상기 로봇의 롤 각도를 획득하는 단계;를 더 포함하는 제어 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 검출된 장애물의 승월 가능 여부를 판단하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 진입 각도 및 진입 속도를 결정하는 단계는,
    상기 검출된 장애물의 승월 가능이 판단되면 결정되는 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 검출된 장애물의 승월이 불가능한 것으로 판단되면, 상기 장애물을 우회하는 복수의 후보 경로를 설정하는 단계;
    상기 복수의 후보 경로 각각에 대한 상기 로봇의 횡방향 가속도를 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 횡방향 가속도에 기초하여 상기 복수의 후보 경로 중 하나를 상기 로봇의 주행 경로로 결정하는 단계;를 더 포함하는 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 횡방향 가속도를 산출하는 단계는,
    상기 복수의 후보 경로 각각의 회전 반경 및 상기 로봇의 이동 속도에 기초하여 횡방향 가속도를 산출하는 제어 방법.
  10. 로봇에 있어서,
    센서;
    구동 장치;
    기설정된 경로로 상기 로봇이 이동되도록 구동 장치를 제어하고,
    상기 센서를 통하여 상기 기설정된 경로 상에 존재하는 장애물이 검출되면, 상기 장애물의 승월 과정 중에 상기 로봇의 전복위험지수가 기설정된 범위 내로 유지 가능한 진입 각도 및 진입 속도를 결정하고,
    상기 결정된 진입 각도 및 상기 결정된 진입 속도로 상기 장애물을 승월하도록 상기 구동 장치를 제어하는 프로세서;를 포함하는, 로봇.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 로봇의 구동 성능에 기초하여 상기 장애물에 대한 복수의 진입 속도 및 복수의 진입 각도를 갖는 복수의 조합 각각에 대한 전복위험 지수(Rollover Index)를 획득하고,
    상기 획득된 전복위험 지수에 기초하여 상기 장애물의 승월 과정에서 이용할 진입 각도 및 진입 속도를 결정하는, 로봇.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 획득된 전복위험 지수 중 기 설정된 범위를 유지가능한 진입 각도 및 진입 속도의 조합이 복수 개이면, 상기 복수개의 조합 중 높은 속도 또는 큰 진입 각도를 갖는 진입 각도 및 진입 속도를 선택하는, 로봇.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 센서를 통하여 상기 장애물의 단차 정보를 획득하고,
    상기 복수의 진입 속도 중에서 선택된 하나의 진입 속도, 상기 복수의 진입 각도 중에서 선택된 하나의 진입 각도, 상기 단차 정보 및 상기 로봇의 관성 모멘트에 기초하여 상기 로봇의 각충격 모멘트를 획득하고
    상기 획득된 각충격 모멘트를 이용하여, 상기 로봇의 롤 각도 및 롤 각속도를 획득하고,
    상기 롤 각도 및 롤 각속도에 기초하여 전복위험 지수를 획득하는, 로봇.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 선택된 진입 속도 및 상기 선택된 진입 각도에 대응되는 승월 시간을 산출하고,
    상기 산출된 승월 시간, 상기 단차 정보, 상기 관성 모멘트에 기초하여 상기 로봇의 각충격 모멘트를 획득하는, 로봇.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 로봇의 무게 중심에 기초하여 상기 로봇의 롤 각도를 획득하는, 로봇.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 검출된 장애물의 승월 가능 여부를 판단하고,
    상기 검출된 장애물의 승월 가능이 판단되면, 상기 진입 각도 및 진입 속도를 결정하는, 로봇.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 검출된 장애물의 승월이 불가능한 것으로 판단되면, 상기 장애물을 우회하는 복수의 후보 경로를 설정하고,
    상기 복수의 후보 경로 각각에 대한 상기 로봇의 횡방향 가속도를 산출하고,
    상기 산출된 횡방향 가속도에 기초하여 상기 복수의 후보 경로 중 하나를 상기 로봇의 주행 경로로 결정하는, 로봇.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 복수의 후보 경로 각각의 회전 반경 및 상기 로봇의 이동 속도에 기초하여 횡방향 가속도를 산출하는, 로봇.
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