KR20220152464A - method of generating sterilizing and pollution measurement work path for mobile robot - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이동 로봇의 소독 및 오염 측정 작업 경로 생성 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 오토캐드로 작성된 도면을 이용하여 이동 로봇이 작업할 소독 및 오염 측정 경로를 생성할 수 있도록 하는 이동 로봇의 소독 및 오염 측정 작업경로 생성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for generating a disinfection and contamination measurement work path of a mobile robot, and more particularly, to a method for disinfection and contamination measurement of a mobile robot to generate a disinfection and contamination measurement route for the mobile robot to work using a drawing made in AutoCAD and It relates to a method for creating a contamination measurement work path.
최근 로봇의 적용은 공장내에서의 활용에서 벗어나 일반적인 작업으로의 활용으로 확장되고 있다. 특히 코로나나, 미세먼지 환경오염이 심화되는 요즘 이동로봇을 통한 대형 건물 및 공공 시설물의 소독 및 오염 측정 등의 작업에 대한 로봇화가 강력하게 요구 및 연구 되어 지고 있다. 이러한 작업을 위한 경로계획은 작업 영역인 2차원 면 영역의 빈공간을 훌트면서 돌아다니는 동작 계획을 요구하며 이를 소독 및 오염 측정 경로계획 이라 부른다. 소독 및 오염 측정 작업에 대한 동작 계획 방법은 크게 온 라인(On-Line) 방법과 오프라인(Off-Line) 방법으로 대별 된다. 온 라인 방법은 로봇이 작업 영역주변을 이동하면서 작업 환경을 센서로 인식하여 그것을 직접 동작에 반영하는 방법이다. 그러나 이러한 온 라인 작업 방법은 작업시 전체 지도를 이용하지 않기 때문에 로봇이 주어진 시간내에 소독 및 오염 측정 작업의 완료가 보장되지 못하며, 작업 능력이 환경의 형상에 따라 좌우된다. 또한 장애물 환경에 따라서는 같은 영역을 맴돌게 되는 데드록(dead-lock) 현상에 빠지게 되는 문제 점도 있다. 이러한 문제로 인해 실제 미장 작업을 하는 기존의 대부분의 로봇은 일정한 동작 패턴을 반복하는 기능만을 갖추고 있으며 기능인 작업자에 의해서 조종되는 반자동 형태이다. 오프 라인 방법은 작업할 환경에 대한 정보를 알고 있다는 가정하에서 소독 및 오염 측정 작업 경로를 생성하는 방법이다. 소독 및 오염 측정 작업 경로의 자동 생성에 관한 연구로 디크라바시(D.Kurabashi) 등이 제안한 방법이 있는데, 이는 청소 로봇 및 미장 로봇을 위한 소독 및 오염 측정 작업 경로 생성시에 장애물과의 충돌회피 경로 계획을 위해 보로노이 다이어그램을 적용한 방법이다. 이 방법은 보로노이 다이어그램이 무충돌 경로를 모양공간(configuration space)상에서 생성하는게 아니라 직교 좌표계에서 장애물과 작업 영역(workspace) 사이의 중앙선 또는 점의 연결로 생성하므로 생성된 경로가 장애물에 너무 인접해서 생성되어 실제 로봇의 주행 시 경로제어를 정교하게 해야 하는 문제가 발생할 수 있고, 경우에 따라서는 장애물사이에 생성된 무 충돌 경로를 실제 로봇이 갈수 없는 경우도 발생하게 된다.In recent years, the application of robots has been expanded from the use in factories to the use of general tasks. In particular, these days when corona virus and fine dust environmental pollution are intensifying, robotization for tasks such as disinfection and pollution measurement of large buildings and public facilities through mobile robots is strongly demanded and researched. The path planning for this task requires a motion plan to walk around the empty space of the two-dimensional surface area, which is the work area, and it is called disinfection and contamination measurement path plan. The operation planning method for disinfection and contamination measurement work is largely divided into an on-line method and an off-line method. The online method is a method in which the robot moves around the work area and recognizes the work environment with a sensor and directly reflects it in the action. However, since this online work method does not use the entire map during work, the robot cannot guarantee the completion of disinfection and contamination measurement tasks within a given time, and its work ability depends on the shape of the environment. In addition, there is a problem of falling into a dead-lock phenomenon that hovers in the same area depending on the obstacle environment. Due to this problem, most existing robots that actually perform plastering work have only the function of repeating a certain motion pattern, and are semi-automatic types controlled by the operator, which is a function. The off-line method is a method of creating disinfection and contamination measurement work routes under the assumption that information about the working environment is known. As a study on the automatic generation of disinfection and contamination measurement work paths, there is a method proposed by D.Kurabashi et al. This is a method of applying the Voronoi diagram for route planning. This method does not create a collision-free path in the Voronoi diagram, but rather as a centerline or point connection between the obstacle and the workspace in Cartesian coordinates, so the generated path is not too close to the obstacle. When an actual robot is driven, a problem may arise in which the path control must be elaborated, and in some cases, the actual robot cannot go on the created non-collision path between obstacles.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 작업환경 지도 도면 정보로부터 장애물을 회피하면서 소독 및 오염 측정 경로를 용이하게 생성할 수 있는 이동 로봇의 소독 및 오염 측정 작업 경로 생성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was invented to improve the above problems, and provides a method for generating a disinfection and contamination measurement work path of a mobile robot that can easily create a disinfection and contamination measurement route while avoiding obstacles from work environment map drawing information. But it has a purpose.
본 발명의 또 다른 목적은 오토캐드로 작성된 도면을 이용하여 소독 및 오염 측정 작업경로를 용이하게 생성할 수 있는 이동 로봇의 소독 및 오염 측정 작업 경로 생성 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for generating a disinfection and contamination measurement work path for a mobile robot that can easily create a disinfection and contamination measurement work route using a drawing prepared in AutoCAD.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 이동 로봇의 소독 및 오염 측정 작업 경로 생성 방법은 가. 오토캐드로 작성되어 로딩된 도면에 대해 이동로봇이 작업할 작업영역을 선택하는 단계와; 나. 선택된 상기 작업영역에 대한 모양공간 내에서 인식된 장애물에 대한 장애물 지도를 생성하는 단계와; 다. 상기 장애물 정보를 이용하여 상기 작업영역에 대한 1차 소독 및 오염 측정 경로 생성을 위한 중간 목표점을 생성하는 단계와; 라. 상기 중간 목표점들을 이용하여 상기 1차 소독 및 오염 측정 경로를 생성하는 단계와; 마. 상기 장애물 지도와 상기 이동로봇 정보를 이용하여 상기 1차 소독 및 오염 측정 경로 상에 장애물과의 충돌이 발생하는 경로가 있는 경우 장애물과의 충돌회피를 위한 충돌회피경로를 생성하는 단계와; 바. 상기 라 단계에서 생성된 충돌회피경로를 상기 1차 소독 및 오염 측정 경로에 반영하여 상기 이동로봇에 대한 최종 소독 및 오염 측정 작업경로를 생성하는 단계;를 포함하고, 상기 이동로봇은 오염을 측정하는 오염측정센서와, 소독액을 분사할 수 있는 소독기가 장착된 것이 적용된다.In order to achieve the above object, a method for generating a disinfection and contamination measurement work path of a mobile robot according to the present invention is a. Selecting a work area for a mobile robot to work on a drawing prepared and loaded in AutoCAD; me. generating an obstacle map for obstacles recognized in the shape space for the selected work area; All. generating an intermediate target point for generating a primary disinfection and contamination measurement path for the work area by using the obstacle information; la. generating the primary disinfection and contamination measurement path using the intermediate target points; mind. generating a collision avoidance path for collision avoidance with an obstacle when there is a path in which a collision with an obstacle occurs on the primary disinfection and contamination measurement path using the obstacle map and the mobile robot information; bar. generating a final disinfection and contamination measurement work path for the mobile robot by reflecting the collision avoidance path generated in step D on the primary disinfection and contamination measurement path, wherein the mobile robot measures contamination A contamination measurement sensor and a sterilizer capable of spraying a disinfectant solution are installed.
본 발명에 따른 이동 로봇의 소독 및 오염 측정 작업 경로 생성방법에 의하면, 오토캐드로 작성된 도면을 그대로 이용하여 작업영역을 설정할 수 있고, 장애물과의 충돌을 회피하면서 소독 및 오염측정에 대한 작업경로를 용이하게 산출하여 이동로봇이 주행할 수 있게 제공할 수 있다.According to the method for creating a work path for disinfection and contamination measurement of a mobile robot according to the present invention, a work area can be set using a drawing created in AutoCAD, and a work route for disinfection and contamination measurement can be created while avoiding collision with an obstacle. It can be easily calculated and provided so that the mobile robot can drive.
도 1은 본 발명에 따른 이동 로봇의 소독 및 오염 측정 작업 경로 생성기를 나타내 보인 블록도이고,
도 2는 본 발명에 따른 이동 로봇의 소독 및 오염 측정 작업경로 생성 과정을 나타내 보인 플로우도이고,
도 3은 소독 및 오염 측정 경로 생성을 위한 중간 목표점 생성과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 5개의 장매물을 갖는 작업공간의 일 예를 나타내 보인 도면이고,
도 5는 도 4의 작업공간에 대해 본 발명에 따라 생성된 중간 목표점을 나타내 보인 도면이고,
도 6은 도 5에 도시된 작업공간에 대해 충돌회피를 적용하지 않은 상태에서 생성된 소독 및 오염 측정 경로를 나타내 보인 도면이고,
도 7은 뒤엉킴 셀의 연결과정을 도식적으로 나타내 보인 도면이고,
도 8은 충돌회피 경로를 생성하는 과정을 나타내 보인 플로우도이고,
도 9는 도 6에 대해 충돌회피 경로 생성과정을 통해 생성된 충돌회피 경로를 나타내 보인 도면이고,
도 10은 도 9의 충돌회피 경로를 적용하여 최종생성된 소독 및 오염 측정 경로를 나타내 보인 도면이고,
도 11 내지 도 16은 장애물이 각각 1, 2, 4, 6, 9개 있는 경우에 대해 본 발명의 방법을 적용하여 생성된 최종 소독 및 오염 측정 작업 경로를 나타내 보인 도면이고,
도 17은 도 11 내지 도 16의 장애물 조건에 대해 중간목표점 생성 개수 및 충돌경로 개수를 나타내 보인 그래프이고,
도 18은 도 11 내지 도 16의 장매물 조건에 대해 항목별 계산시간을 나타내 보인 그래프이고,
도 19 내지 도 21은 또 다른 장애물 조건에 대해 본 발명의 방법을 적용한 결과의 소독 및 오염 측정 작업 경로를 나타내 보인 도면이고,
도 22는 건설 CAD도면의 일 예를 나타내 보인 도면이고,
도 23은 도 22의 건설 CAD와 인터페이싱 되는 인터페이스 모듈에 의해 제공되는 메뉴 화면의 일 예를 나타내 보인 도면이고,
도 24는 도 22의 CAD도면에 대해 선택된 작업영역에 대해 생성된 소독 및 오염 측정 작업경로를 나타내 보인 도면이다.1 is a block diagram showing a disinfection and contamination measuring work path generator of a mobile robot according to the present invention;
2 is a flowchart showing a process of generating a disinfection and contamination measurement work path of a mobile robot according to the present invention;
3 is a diagram for explaining a process of generating an intermediate target point for generating a disinfection and contamination measurement path;
4 is a view showing an example of a work space having five obstacles;
5 is a view showing an intermediate target point generated according to the present invention for the workspace of FIG. 4;
6 is a diagram showing a disinfection and contamination measurement path created in a state in which collision avoidance is not applied to the workspace shown in FIG. 5;
7 is a diagram schematically showing a connection process of entangled cells;
8 is a flow diagram showing a process of generating a collision avoidance path;
9 is a view showing a collision avoidance path generated through a collision avoidance path generation process with respect to FIG. 6;
10 is a view showing a disinfection and contamination measurement path finally created by applying the collision avoidance path of FIG. 9;
11 to 16 are diagrams showing final disinfection and contamination measurement work paths generated by applying the method of the present invention for cases where there are 1, 2, 4, 6, and 9 obstacles, respectively,
17 is a graph showing the number of intermediate goal points generated and the number of collision paths for the obstacle conditions of FIGS. 11 to 16;
18 is a graph showing the calculation time for each item for the condition of the obstacles in FIGS. 11 to 16;
19 to 21 are diagrams showing the disinfection and contamination measurement work routes as a result of applying the method of the present invention to another obstacle condition,
22 is a view showing an example of a construction CAD drawing,
23 is a diagram showing an example of a menu screen provided by an interface module interfaced with the construction CAD of FIG. 22;
FIG. 24 is a diagram showing a disinfection and contamination measurement work path created for the work area selected for the CAD drawing of FIG. 22 .
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이동 로봇의 소독 및 오염 측정 작업 경로 생성 방법을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method for generating a disinfection and contamination measurement work path of a mobile robot according to a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 이동 로봇의 소독 및 오염 측정 작업 경로 생성기를 나타내 보인 블록도이다.1 is a block diagram showing a disinfection and contamination measurement work path generator of a mobile robot according to the present invention.
도 1을 참조하면, 이동 로봇의 소독 및 오염 측정 작업경로 생성기(10)는 CAD인터페이스 모듈(20), 장애물 지도형성 모듈(30), 중간 목표점 생성 모듈(40), 소독 및 오염 측정 작업경로 생성모듈(50), 충돌회피 경로 생성모듈(60), 입력부(61), 표시부(65), 메인 제어모듈(70), 이동로봇 드라이브 모듈(80), 기억부(90)를 구비한다.Referring to FIG. 1, the disinfection and contamination measurement
이동로봇(100)은 주행이 가능하며 오염을 측정하는 오염측정센서(110)와, 주변환경을 소독할 수 있는 소독기(120)가 장착되어 있다. The
오염측정센서(110)는 주변공기를 흡입하여 대기오염도를 측정하는 방식 등 오염도를 측정할 수 있는 공지된 다양한 센서가 적용될 수 있다.The pollution measuring
소독기(120)는 저장통(미도시)에 저장된 소독액을 분무노즐을 통해 분무할 수 있는 것이 적용될 수 있다.The
CAD인터페이스 모듈(20)은 오토캐드(AUTO CAD)와의 링크 및 오토캐드로 작성되어 로딩된 캐드 파일의 도면으로부터 작업영역 설정 및 로봇타입을 선택할 수 있는 메뉴를 제공하고, 제공된 메뉴에 대해 선택된 작업영역에 대응되는 데이터를 소독 및 오염 측정 작업경로 생성기(10)에서 이용할 수 있게 추출한다.The
장애물 지도형성 모듈(30)은 선택된 작업영역 데이터로부터 인식된 장애물로부터 장애물 지도를 생성한다.The
중간 목표점 생성모듈(40)은 소독 및 오염 측정 경로 생성을 위해 요구되는 중간 목표점(SP)를 생성한다.The intermediate target
소독 및 오염 측정 작업 경로 생성모듈(50)은 중간 목표점 생성모듈(40)에 의해 생성된 중간 목표점 정보를 이용하여 1차 소독 및 오염 측정 작업경로를 생성하고, 이후 후술되는 충돌회피 경로 생성모듈에 의해 생성된 충돌회피 경로 정보를 이용하여 최종 소독 및 오염 측정 작업경로를 생성한다.The disinfection and contamination measurement work
충돌회피 경로 생성모듈(60)은 적용되는 이동로봇(100)과 장애물 정보를 이용하여 작업영역 내에서의 충돌회피경로를 생성한다. The collision avoidance
입력부(61)는 작업영역 선택, 로봇모델 등을 선택할 수 있게 지원한다.The
표시부(65)는 메인 제어모듈(70)에 제어되어 표시정보를 표시한다.The
메인 제어모듈(70)은 소독 및 오염 측정 작업경로를 생성할 수 있도록 각 모듈(20 내지 60)을 제어한다.The
기억부(90)는 소독 및 오염 측정 작업경로 생성과정에서 생성되는 데이터가 저장된다.The
이동로봇 드라이브 모듈(80)은 최종 생성된 소독 및 오염 측정 작업 경로에 대응되게 이동로봇(100)을 구동할 수 있는 구동 명령어를 생성한다.The mobile
이하에서는 도 2을 참조하여 소독 및 오염 측정 작업경로 생성과정을 설명한다.Hereinafter, a process of creating a disinfection and contamination measurement work path will be described with reference to FIG. 2 .
먼저, 오토캐드로 작성되어 로딩된 도면으로부터 이동로봇(100)이 작업할 작업영역을 CAD인터페이스 모듈(20)의 지원하에 입력부(61)를 이용하여 선택한다(단계 210).First, a work area to be worked by the
다음은 선택된 작업영역의 도면상에서 장애물을 인식하고, 인식된 장애물에 대해 모양공간 내에서 장애물 지도를 생성한다(단계 220).Next, obstacles are recognized on the drawing of the selected work area, and an obstacle map is created in the shape space for the recognized obstacles (step 220).
이후, 장애물 지도로부터 작업영역에 대한 1차 소독 및 오염 측정 경로 생성을 위한 중간 목표점을 생성하고(단계 230), 중간 목표점들을 이용하여 1차 소독 및 오염 측정 경로를 생성한다(단계 240).Thereafter, intermediate target points for generating primary disinfection and contamination measurement routes for the work area are created from the obstacle map (step 230), and primary disinfection and contamination measurement routes are generated using the intermediate target points (step 240).
1차 소독 및 오염 측정 경로 생성과정에서 장애물과의 충돌이 발생되면, 장애물 지도와 이동로봇 정보를 이용하여 장애물과의 충돌회피를 위한 충돌회피경로를 생성하고, 생성된 충돌회피경로를 1차 소독 및 오염 측정 경로에 반영하여 이동로봇에 대한 최종 소독 및 오염 측정 작업경로를 생성한다(단계 250). If a collision with an obstacle occurs during the primary disinfection and contamination measurement path creation process, a collision avoidance path is created to avoid collision with the obstacle using the obstacle map and mobile robot information, and the created collision avoidance path is first disinfected. and a final disinfection and contamination measurement work path for the mobile robot is created by reflecting the contamination measurement path (step 250).
마지막으로 생성된 최종 소독 및 오염 측정 경로로부터 이동로봇(100) 구동 명령어를 생성한다(단계 260).Finally, a driving command for the
여기서, 중간 목표점들은 이동로봇(100)을 설정된 폭으로 작업공간내에서 지그재그 형태로 스캔하면서 이동시켰을 때 벽 또는 장애물과의 접촉하는 위치 정보이고, 장애물 정보는 이동로봇의 스캔방향에 대응되는 방향 및 장애물 속성정보를 포함한다.Here, the intermediate target points are positional information of contact with a wall or obstacle when the
이하에서는 이러한 소독 및 오염 측정 작업 경로 생성과정을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the process of generating the disinfection and contamination measurement work path will be described in more detail.
먼저, 소독 및 오염 측정 작업은 2차원 평면상에서 이루어지므로 이동 로봇(100)과 대상 작업물은 2차원 평면상에서 모델링 된다. 이동 로봇(100)은 임의의 다각형으로 모델링 되고, 전방위로 이동 가능하고(omni-directional motion ) 자체회전이 가능한 것이 적용된다. 여기서 이동로봇(100)의 형태는 사용자가 선택하거나 모델링 할 수 있게 지원한다.First, since the disinfection and contamination measurement operations are performed on a two-dimensional plane, the
또한, 작업 공간내의 대상물은 다각형 형태로 모델링 된다. In addition, the object in the work space is modeled in a polygonal form.
작업 환경내의 장애물은 다각형 형태와 곡선 형태로 나누어 진다. 다각형 형태는 각 꼭지점에 대한 정보를 갖고 있으며, 곡선 형태의 장애물은 일정한 길이의 분해능을 갖는 직선 선분으로 분할되어 그 점들의 집합으로 곡선을 표시한다. 그리고 화면상에 표시할때는 이러한 점들을 커브 피팅(curve fitting)하여 곡선 장애물을 표시한다. 장애물에 대한 데이터 구조는 다음과 같다. Obstacles in the work environment are divided into polygonal shapes and curved shapes. A polygonal shape has information about each vertex, and a curved obstacle is divided into straight line segments having a resolution of a certain length, and the curve is displayed as a set of points. And when displaying on the screen, these points are curve-fitted to display curved obstacles. The data structure for obstacles is as follows.
Struct object {Struct object {
double *x_position; double *x_position;
double * y_position; double * y_position;
double radius_x, radius_y; double radius_x, radius_y;
int edge_No; int edge_No;
char status; char status;
} *object_posture; } *object_posture;
여기서, status는 장애물이 다각형, 원, 타원 또는 곡선 형태를 나타내는 상태 플랙이며, edge_No는 object가 다각형 형태인 경우 꼭지점의 갯수를 나타낸다. 원이나 타원형인 경우 radius_x, radius_y의 변수가 사용되며, 임의의 곡선인 경우 충분한 분해능(resolution)을 갖는 일정한 선분(segment)으로 등분하여 그 형태 및 위치 데이터를 나타낸다.Here, status is a status flag indicating that the obstacle has a polygonal, circular, elliptical, or curved shape, and edge_No indicates the number of vertices when the object has a polygonal shape. In the case of a circle or ellipse, variables of radius_x and radius_y are used, and in the case of an arbitrary curve, it is divided into regular segments with sufficient resolution to represent the shape and position data.
작업의 대상이 되는 영역은 2차원 유크리디언 공간으로 로 표시한다. 를 내에서의 j번째 배치된 정지물체, 즉 고정된 장애물이라 하면 모양공간(configuration space) 에서의 장애물 영역은 아래의 수학식 1로 표현된다.The target area of the work is a two-dimensional Eucridian space. indicated by cast Assuming that the j -th disposed stationary object in , that is, a fixed obstacle, the obstacle area in the configuration space is expressed by
여기서 C는 공간이고, 는 이동 로봇의 위치 x, y 및 자세 를 나타내는 집합이며 는 x, y, 그리고 q로 결정되는 이동 로봇(100)의 위치 및 자세이다. 내에 고정 장애물의 갯수를 p라 할때 장애물 영역의 총 공간은 이므로 모양공간내의 장애물이 없는 자유공간 는 아래의 수학식2와 같이 표현된다. where C is space, are the position x, y and posture of the mobile robot is a set representing is the position and posture of the
여기서 기호 "\"는 집합의 감산을 의미한다. 에 포함되는 모든 q에 대하여 로 구성되는 영역을 이라 하고, 이를 소독 및 오염 측정 작업 가능 영역이라 하면, 은 영역 내에서 이동 로봇이 물리적으로 진입 가능한 영역으로 표시되며, 소독 및 오염 측정 작업은 공간 내에서 수행된다. 그 조건하에서, 경로 가 아래의 수학식3을 만족할 때 소독 및 오염 측정 작업이 만족된다. 여기서d(τ, A(q))는 경로 와 로봇 사이의 거리를 나타낸다. Here, the symbol "\" means subtraction of a set. For all q contained in area consisting of , and if this is the area where disinfection and contamination measurement work is possible, silver area It is displayed as an area where mobile robots can physically enter within, and disinfection and contamination measurement work performed in space. Under that condition, the path When satisfies Equation 3 below, the disinfection and contamination measurement tasks are satisfied. where d(τ, A(q)) is the path and robot represents the distance between
여기서 r은 로봇이 소독 및 오염 측정 작업시 스캐닝 폭이다.Here, r is the scanning width when the robot disinfects and measures contamination.
다음은 이동 로봇(100) 한 대가 을 소독 및 오염 측정 작업을 하는 연속 경로를 생성한다. Next is a mobile robot (100) to create a continuous path that disinfects and measures contamination.
먼저 AUTO CAD 인터페이스 모듈(20)은 CAD 언어인 Auto LISP 과 DCL(Dialog Control Library)방식을 활용하여 대화형 메뉴를 제공하며, 로봇의 형태, 선택된 작업영역 데이터를 추출한다.First, the AUTO
AUTO CAD 인터페이스 모듈(20)에서는 CAD 의 엔티티(Entity)를 이용하여 검색된 도면정보를 통하여 소독 및 오염 측정 작업 로봇이 활용할 실 데이터를 취득하고 선택된 영역에서 장애물( 선, 원, 다각형, 원호 등)에 대한 정보 데이터를 검색한다. In the AUTO
장애물 지도형성(Obstacle Map Building) 모듈(30)은 CAD 인터페이스 모듈(20)에서 획득한 장애물 및 작업환경 데이터를 이용하여 적용되는 2차원 형태의 로봇에 대하여 x, y, 그리고 인 3차원의 자유 모양공간(Configuration space) 를 형성한다. The Obstacle
중간목표점 생성 모듈(Subgoal Generation module)(40)은 에서 장애물과 이동 로봇(100)의 충돌형태에 따라 중간 목표점을 생성한다. The
충돌회피 경로 생성모듈(60)은 소독 및 오염 측정 작업경로 생성모듈(50)에 의해 1차 소독 및 오염 측정 작업 경로를 생성하는 과정에서 생성된 충돌 경로에 대하여 장애물 충돌 회피경로 생성을 수행한다. 즉, 앞서 설명된 1차 소독 및 오염 측정 작업경로로부터 에서 장애물을 회피하면서 목표점까지 갈 수 있는 최단 거리의 충돌회피 경로를 생성한다.The collision avoidance
중간 목표점 생성 모듈(40)은 2차원 평면상의 작업 공간에 대하여 스캐닝(scanning) 폭 r로 작업영역을 스캔하며, 스캔하는 동안 로봇과 장애물간의 접촉점 그리고 로봇과 작업 영역간의 접촉점을 저장한다. 스캔 폭 r이 작을수록 sweeping 폭이 작아지며 중첩되는 영역이 많아지지만 더욱 촘촘하게 청소나 미장 작업을 하게 된다. The intermediate target
로봇이 선택된 작업 영역을 스캔하는 동안 로봇과 로봇과 장애물, 그리고 로봇과 작업영역의 벽과의 접촉 위치와 충돌 상태를 저장한다. 이러한 위치는 소독 및 오염 측정 작업 경로를 위한 중간 목표점으로 활용된다. 저장을 위한 중간 목표점의 데이터 구조는 다음과 같다While the robot scans the selected work area, it stores the contact positions and collision states between the robot and the robot and obstacles, and between the robot and the walls of the work area. These locations serve as intermediate target points for disinfection and contamination measurement work routes. The data structure of the intermediate target point for storage is as follows.
Struct Subgoal{Struct Subgoal{
int position[DIMENSION]; int position[DIMENSION];
char status; char status;
char tracked_flag; char tracked_flag;
int obstacleNo; int obstacleNo;
} *SubgoalPositions; } *SubgoalPositions;
여기서 position[DIMENSION]은 이동로봇(100)과 장애물 또는 작업영역 벽과의 접촉위치이며, status는 접촉 형태로써 접촉형태에 따라 벽과 로봇의 좌측이 접촉했을 경우 LEFT_WALL, 로봇의 우측과 벽이 접촉했을 경우 RIGHT_WALL, 로봇의 좌측과 장애물이 접촉했을 경우 LEFT_OBSTACLE, 그리고 우측과 접촉했을 경우 RIGHT_OBSTACLE로 각각 표현한다. 그리고 tracked_flag은 소독 및 오염 측정 작업 경로의 생성을 위하여 중간목표점을 선택하여 리스트 S에 삽입했을 경우 TRACKED로, 선택이 않된 경우 UNTRACKED로 표시한다. 그리고 obstacleNo는 중간목표점을 생성할 때 로봇이 접촉한 장애물의 번호를 표현한다. 중간 목표점 생성을 위해서 로봇은 작업 역영을 좌측 상단에서 우측 하단까지 스캔하며, 로봇의 자세는 를 유지한다. Here, position[DIMENSION] is the contact position between the
중간 목표점 생성을 위한 처리과정은 다음과 같다.The process for generating intermediate target points is as follows.
SP를 중간목표점(subgoal point)이라 하고, i번째 중간 목표점 데이터 리스트 엔트리를 라 하자. 그리고 리스트 S를 SP의 집합인 S={S1, S2, ..., Si_max}라 하자. 여기서 i_max는 Si에 저장된 SP의 최대수이다. 로봇의 초기위치를 (x,y,)=(0,0,0)라하며 x, y를 각각 X축과 Y축 스캔 폭이라 하면 이하의 스텝 1A 내지 4A의 과정을 거치며 도 3을 함께 참조하여 설명한다.Let SP be a subgoal point, and the ith subgoal point data list entry let's say And let the list S be a set of SPs, S={S1, S2, ..., Si_max}. Here, i_max is the maximum number of SPs stored in Si. The initial position of the robot ( x,y , ) = (0,0,0) x, If y denotes the X-axis and Y-axis scan widths, respectively, the following steps 1A to 4A will be described with reference to FIG. 3 .
스텝 1A(Step 1A): x, y 그리고 i를 각각 0으로 한다. 그리고 로봇을 이동시켜 작업영역 내의 좌측상단에 접촉되게 하며, 그 위치를 초기위치로 정하고 그 x, y 위치를 에 기록하며, 상태를 LEFT_WALL(LW)로 표기하며, tracked_flag을 UNTRACKED라 표기한다. 이후 i를 1증가시킨다.Step 1A: Set x, y and i to 0 respectively. And move the robot to make contact with the top left in the work area, set that position as the initial position, and set its x, y position , the status is marked as LEFT_WALL (LW), and the tracked_flag is marked as UNTRACKED. After that, i is incremented by 1.
스텝2A(Step 2A): 로봇을 y축의 위치를 고정시킨 상태에서 x 축을 따라 이동 시킨다. 만일 로봇이 작업영역 내의 장애물과 만나면 그 위치를 에 기록하고 접촉상태는 RIGHT_OBSTACLE(RO) 이라 기록하며 i를 증가시킨다. 그리고 로봇을 계속 x축선상에서 이동 시켜 장애물벽과 접촉하면 접촉상태를 RIGHT_WALL(RW) 이라 기록한다. tracked_flag은 UNTRACKED 로 기록한다.Step 2A: Move the robot along the x-axis with the position of the y-axis fixed. If the robot encounters an obstacle in the work area, it and record the contact state as RIGHT_OBSTACLE (RO) and increase i. Then, if the robot continuously moves along the x-axis and contacts the obstacle wall, the contact state is recorded as RIGHT_WALL(RW). tracked_flag is recorded as UNTRACKED.
스텝 3A(Step 3A): 만일 로봇이 작업영역의 Y축 하단인 맨 밑바닥과 만나면 후술되는 스텝(Step 5A) 로 이동한다. 그렇지 않으면 로봇을 Y축을 따라 y만큼 이동한다. 그리고 Y축을 고정시킨 상태에서 로봇을 X축을 따라 왼쪽으로 이동 시킨다. 만일 로봇이 작업 영역내의 장애물과 접촉하면 그 위치를 에 기록하고 접촉 상태를 LEFT_OBSTACLE이라 기록하며, 그때의 장애물 넘버를 기록한다. 그리고 로봇을 계속 오른쪽 작업영역 벽까지 이동시켜 로봇이 벽과 접촉할 때는 접촉위치를 기록하고 접촉 상태를 LEFT_WALL(LW)로 기록한다. 이 때 Tracked_flag은 UNTRACKED라 기록한다. Step 3A: If the robot meets the bottom of the Y-axis of the work area, it moves to Step 5A described below. Otherwise, move the robot along the Y-axis. move by y And move the robot to the left along the X-axis while the Y-axis is fixed. If the robot touches an obstacle in the work area, it changes its position. , record the contact status as LEFT_OBSTACLE, and record the obstacle number at that time. Then, when the robot makes contact with the wall by continuously moving the robot to the right workspace wall, the contact position is recorded and the contact state is recorded as LEFT_WALL (LW). At this time, Tracked_flag is recorded as UNTRACKED.
스텝 4A(Step 4A): 로봇을 Y축을 따라 y만큼 이동하고 Step 1A로 이동한다.Step 4A: Move the robot along the Y axis Move by y and go to Step 1A.
스텝 5A(Step 5A) : i를 소독 및 오염 측정 작업 경로를 위한 중간 목표점의 최대수인 i-max로 기록한다. Step 5A: Record i as i-max , the maximum number of intermediate target points for the disinfection and contamination measurement work path.
도 4는 5개의 장애물이 포함된 작업영역의 예이며, 도 5는 제안된 중간 목표점 생성과정을 적용시켜 SP를 찾은 결과를 보여주고 있다.4 is an example of a work area including 5 obstacles, and FIG. 5 shows the result of finding an SP by applying the proposed intermediate goal point creation process.
다음과정으로서, 중간 목표점 생성과정이 완료되면 생성된 중간 목표점을 스캔하여 1차 소독 및 오염 측정 작업 경로를 생성한다. 여기서는 중간 목표점 생성 과정에서 생성된 중간목표점에 대해 첫째, 모든 중간목표점은 2번이상 연결되지않게 하며, 둘째, 중간 목표점을 연결하여 형성된 1차 소독 및 오염 측정 작업 경로는 가능하면 짧게 한다는 조건하에 전체 경로를 생성한다. 이 과정은 현재의 중간 목표점의 접촉 상태에 따라 연결될 다음 중간 목표점을 찾는다. 소독 및 오염 측정 작업 경로를 찾는 과정은 중간 목표점의 상태가 LEFT_WALL이나 LEFT_OBSTACLE인 경우 후술되는 CASE I의 과정을 수행하고, RIGHT_ WALL 이나 RIGHT_ OBSTACLE인 경우에는 후술되는 CASE II의 과정을 수행하는 방식에 의해 소독 및 오염 측정 작업 경로를 생성하는 방법이 결정된다. As a next process, when the intermediate target point generation process is completed, the generated intermediate target point is scanned to create a primary disinfection and contamination measurement work path. Here, for the intermediate target points created in the intermediate target point creation process, first, all intermediate target points are not connected more than twice, and second, the primary disinfection and contamination measurement work path formed by connecting the intermediate target points is made as short as possible. create a path This process finds the next intermediate target point to be connected according to the contact state of the current intermediate target point. The process of finding the disinfection and contamination measurement work path is performed by performing the process of CASE I described later when the state of the intermediate target point is LEFT_WALL or LEFT_OBSTACLE, and by performing the process of CASE II described later when the status of the intermediate target point is RIGHT_WALL or RIGHT_OBSTACLE. Disinfection and contamination measurement work path How to generate is determined.
중간 목표점을 생성하기 위하여 로봇을 작업영역의 왼쪽 상단에서 오른쪽 하단까지 스캔하기 때문에 리스트 의 초기 엔트리에 저장된 로봇의 위치 데이터는 작업영역의 좌측 상단을 기르키며, 그 때의 접촉 상태는 LEFT_WALL이된다. 소독 및 오염 측정 작업경로를 생성하기위한 과정은 다음과 같다.As the robot scans from the upper left corner of the work area to the lower right corner in order to create an intermediate target point, the list The position data of the robot stored in the initial entry of raises the top left of the work area, and the contact state at that time becomes LEFT_WALL. The process for creating a disinfection and contamination measurement work path is as follows.
먼저, y_max를 작업공간 의 Y축 최대 영역, x_max 를 X축최대 영역이라하고, 를 소독 및 오염 측정 작업 경로를 위한 리스트라한다.First, set y_max to the workspace The Y-axis maximum area of , x_max is called the X-axis maximum area, are listed for disinfection and contamination measurement work routes.
CASE 1: 현재의 중간 목표점의 접촉 상태가 LEFT_WALL 이거나 LEFT_OBSTACLE 인 경우 아래의 스텝을 수행한다.CASE 1: If the contact state of the current intermediate target point is LEFT_WALL or LEFT_OBSTACLE, the following steps are performed.
Step 1B: 공간상에서 리스트 S에서 같은 y값이 같은 SP중에서 접촉상태가 RIGHT_WALL 이거나 RIGHT_OBSTACLE 인 중간 목표점을 찾는다. Step 1B: Among the SPs with the same y value in the list S in space, find the intermediate target point whose contact state is RIGHT_WALL or RIGHT_OBSTACLE.
이 경우는 그림 3에서 (A)로 표기된 경우이다. 즉 현재 로봇의 접촉 상태가 LEFT_WALL 이므로 리스트 S에서 SP를 탐색하되 같은 Y축 선상에서 접촉 상태가 RIGHT_WALL인 SP를 탐색하여 소독 및 오염 측정 경로 선분(segment)을 형성한다. 도 3에서 (B)의 경우처럼 또한 만일 현재 SP의 접촉 상태가 LEFT_WALL이면 리스트 S에서 같은 y위치 값을 갖는 SP중에서 접촉 상태가 RIGHT_WALL이거나 RIGHT_OBSRACLE인 SP를 찾는다.This case is marked as (A) in Figure 3. That is, since the current contact state of the robot is LEFT_WALL, search for SP in list S, but search for SP whose contact state is RIGHT_WALL on the same Y-axis line to form a disinfection and contamination measurement path segment. As in the case of (B) in FIG. 3, if the contact state of the current SP is LEFT_WALL, an SP whose contact state is RIGHT_WALL or RIGHT_OBSRACLE is found among SPs having the same y position value in list S.
Step 2B: Step 1B에서 찾은 SP 중에서 최단거리의 SP를 찾아서 리스트 에 삽입한다. 만일 찾은 SP가 TRACKED 라고 표기됐고 현재 SP에서 연결될 다음 SP까지 로봇을 이동했을 경우 장애물과 충돌이 일어나면 후술되는 Step 6B로 가고 그렇지 않으면 Step 3B으로 간다.Step 2B: Among the SPs found in Step 1B, find the SP with the shortest distance and list it insert into If the found SP is marked as TRACKED and the robot moves from the current SP to the next SP to be connected, if a collision with an obstacle occurs, go to Step 6B, otherwise go to Step 3B.
참고로, 도 3에서 (B)의 경우가 현재 SP의 접촉상태가 LEFT_WALL이고 다음 접촉상태의 SP가 RIGHT_OBSTACLE이거나 RIGHT_WALL인 2개의 SP를 갖은 경우이다. 이 경우 후보 SP중에서 거리가 짧고 생성된 경로 선분이 장애물과 충돌이 일어나지 않는 SP를 연결될 SP로 선정하여 리스트 에 삽입한다.For reference, the case of (B) in FIG. 3 is a case in which the contact state of the current SP is LEFT_WALL and the SP of the next contact state is RIGHT_OBSTACLE or RIGHT_WALL and has two SPs. In this case, among the candidate SPs, an SP with a short distance and a generated path line that does not collide with an obstacle is selected as the SP to be connected, and the list is selected. insert into
Step 3B: y← y + y, 만일 y < 0 이면, Step 5B로 간다.Step 3B: y← y + y, if y < 0, go to Step 5B.
Step 4B: 같은 Y축 선상에서 접촉 상태가 RIGHT_WALL이거나 RIGHT_OBSTACLE인 SP를 찾아 경로 선분(pasth segment)이 무 충돌인 경우 그 SP를 리스트 에 삽입한다. 즉, 도 3에서 (C)의 경우로서, 여기서 SP의 현재 접촉 상태는 RIGHT_WALL이며 y값을 스캐닝 폭 y만큼 증가시킨 후 같은 접촉상태를 찾는다.Step 4B: Find the SP whose contact state is RIGHT_WALL or RIGHT_OBSTACLE on the same Y-axis line, and list those SPs if the path segment is non-collision insert into That is, in the case of (C) in FIG. 3, where the current contact state of the SP is RIGHT_WALL and the y value is the scanning width After increasing by y, the same contact state is found.
Step 5B: S 데이터 리스트 중에서 UNTRACKED 표시된 SP를 찾되 현재 SP 와 가장 거리가 가까운 SP를 다음 연결될 SP로 결정한다. 만일 현재 SP부터 다음 연결될 SP까지의 경로가 장애물과 충돌을 한다면 후술되는 충돌회피 경로 생성모듈(60)을 부른다. 즉, 도 3의 (D)의 경로로서, 이 경우 충돌회피 경로 생성 모듈(60)을 부른다. 도 6은 도 4의 장애물 조건에 대해 충돌회피 경로 생성과정을 적용시키지 않고 1차 소독 및 오염 측정 작업 경로를 찾은 경우를 보여주고 있다. 도 6에서는 5개의 충돌 경로 선분이 보여지고 있다.Step 5B: Find the SP marked UNTRACKED among the S data list, and determine the SP closest to the current SP as the next SP to be connected. If a path from the current SP to the next connected SP collides with an obstacle, a collision avoidance
Step 6B: 만일 연결된 SP의 숫자가 i_max와 같다면 프로그램을 끝낸다. 그렇지 않으면 그 SP를 path 리스트 에 삽입하고 해당 tracked_flag을 TRACKED로 표시한다. 링크된 SP의 상태에 따라 CASE I 이나 CASE II의 Step 1B로 간다.Step 6B: If the number of connected SPs is equal to i_max , the program ends. Otherwise, add the SP to the path list and mark the corresponding tracked_flag as TRACKED. Depending on the status of the linked SP, go to Step 1B of CASE I or CASE II.
CASE II: 현재 연결된 SP의 접촉상태가 RIGHT_WALL 이거나 RIGHT_OBSTACLE일 경우;CASE II: In case the contact status of the currently connected SP is RIGHT_WALL or RIGHT_OBSTACLE;
CASE II의 경우는 CASE I의 Step 1B에서 Step 4B까지 에서 RIGHT_WALL과 RIGHT_OBSTACLE을 각각 LEFT_WALL과 LEFT_OBSTACLE로 대체시키며 나머지 과정은 CASE I과 같다. In the case of CASE II, RIGHT_WALL and RIGHT_OBSTACLE are replaced with LEFT_WALL and LEFT_OBSTACLE respectively in Step 1B to Step 4B of CASE I, and the rest of the process is the same as in CASE I.
다음은 충돌회피 경로 생성과정을 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다.Next, a process of creating a collision avoidance path will be described with reference to FIGS. 7 and 8 .
충돌회피 경로 생성과정은 2단 경로 계획 방법을 사용한다. 이 방법은 계층적 국부 탐색 알고리즘으로써 로봇의 위치인 x, y 와 로봇의 자세인 로 표시되는 3차원의 모양공간을 일정한 크기의 격자로 분할한 격자화된 모양공간(grid-based configuration space)에서 경로를 계획한다. 격자화된 셀(quantized cell)은 장애물에 포함된 경우 장애물 셀, 포함되지 않은 경우 자유 셀이라 한다. 경로 계획 방법은 먼저, 기본 크기의 격자를 몇 개 합친 셀( 격자화된 3차원 모양공간에서 최소 셀의 333 또는 222 크기의 셀)을 하나의 큰 셀로 보아 이 큰 셀들을 연결하여 로봇의 시작 자세가 포함된 큰셀과 목표자세가 포함된 큰셀 들 사이의 연결통로를 만들되 큰 셀의 선택은 선택하고자 하는 큰 셀과 목표 셀과의 거리, 시작 자세의 셀과의 거리 그리고 큰 셀내의 장애물 셀의 갯수 등으로 표현되는 평가함수를 최소로 하는 큰 셀들을 선택하여 연결한다. 연결된 큰 셀들에 의해 생성된 통로를 탐색하고(단계 310), 뒤엉킴 셀이 있으면 이를 제거한다(단계 320). 여기서 뒤엉킴 셀이란 큰셀로 통로를 구성함에 있어서 큰셀 연결 가지가 도 7과 같이 여러 갈래로 나뉘어 져있는 상태를 말하고, 도 7에서 2번, 3번, 4번의 셀이 뒤엉킴 셀에 해당한다. 즉 셀을 연결하는 리스트에서 헤드(head)와 테일(tail)에 하나씩 만의 셀이 연결된 것이 아니라 두개 이상 연결된 상태를 말한다. 이러한 데이터 구조는 뒤엉킴이 시작된 셀을 중간 목표점으로 하여 역추적(backtracking)하면 뒤엉킴이 없는 셀들의 집합으로 재구성된다. The collision avoidance path generation process uses a two-stage path planning method. This method is a hierarchical local search algorithm. A path is planned in a grid-based configuration space in which the three-dimensional shape space represented by is divided into grids of a certain size. A quantized cell is called an obstacle cell when it is included in an obstacle, and a free cell when it is not included. In the path planning method, first, a cell obtained by combining several lattices of the basic size (3 of the minimum cell in the lattice 3-dimensional shape space) 3 3 or 2 2 2 size cell) as one large cell, connect these large cells to create a connection passage between the large cell containing the starting posture of the robot and the large cells containing the target posture. Select and connect large cells that minimize the evaluation function expressed by the distance to the target cell, the distance to the cell in the starting posture, and the number of obstacle cells in the large cell. Paths created by connected large cells are searched for (step 310), and entangled cells are removed if present (step 320). Here, the entangled cell refers to a state in which the large cell connection branch is divided into several branches as shown in FIG. 7 in constructing a passage with a large cell, and cells numbered 2, 3, and 4 in FIG. 7 correspond to the entangled cells. That is, in the list connecting cells, it means that not only one cell is connected to the head and tail, but two or more cells are connected. This data structure is reconstructed into a set of cells without entanglement by backtracking with the cell where entanglement started as an intermediate target point.
단계 330에서는 뒤엉킴셀이 있는지를 판단하고, 없다고 판단되면 통로내에서 기본셀로 경로를 탐색한다(단계 340). 단계 350에서 경로탐색이 성공하지 않은 것으로 판단되면 경로 생성에 실패한 큰셀을 가상 장애물셀로 저장하고(단계 360), 단계 310으로 복귀한다. 이와는 다르게 단계 350에서 경로탐색이 성공한 것으로 판단되면 충돌회피 경로를 생성한다(단계 370).In
즉, 큰 셀의 연결중에 뒤엉킴이 현상이 있으면 재추적 방법으로 뒤엉킴이 없는 연결 상태를 만든 다음, 큰 셀의 연결로 이루어진 연결 통로 내에서 기본 단위의 셀들의 연결로 이루어지는 최종 경로를 만든다. 또한, 단계 350에서 최종 경로가 만들어지지 않는 경우 큰 셀들을 가상 장애물 셀로 기억하여 단계 320에서부터 큰 셀의 연결에서 제외 시킨다. That is, if there is a entanglement phenomenon during the connection of large cells, a connection state without entanglement is made by the re-tracking method, and then a final path composed of connections of basic unit cells is made in a connection path composed of connections of large cells. In addition, if the final path is not created in
이러한 충돌회피 경로 생성과정에 의해 생성된 충돌회피 경로가 도 9에 도시되어 있다. A collision avoidance path generated by the collision avoidance path creation process is shown in FIG. 9 .
한편, 도 4에 대한 SP의 생성 결과가 도시된 도 6에서는 5군데에서 경로상 충돌이 보이고 있다. 이에 대해서는 CASE I과 CASE II의 Step 5B에서 충돌회피 경로 생성과정을 수행하며 그 결과는 도 9에 도시된 바와 같고 충돌회피를 고려한 최종 소독 및 오염 측정 작업 경로의 결과는 도 10과 같다.On the other hand, in FIG. 6 showing the SP generation result for FIG. 4, collisions on the path are shown in five places. For this, the collision avoidance path generation process is performed in Step 5B of CASE I and CASE II, and the result is shown in FIG. 9, and the result of the final disinfection and contamination measurement work path considering collision avoidance is shown in FIG. 10.
도 10에서 백색으로 표현된 이동 경로는 미장(또는 청소)작업 경로 이며, 청색으로 표현된 경로는 로봇이 미장작업(또는 청소작업)을 수행한 영역의 중복영역을 이동하는 경로를 표현한다. In FIG. 10 , the movement path represented in white is a plastering (or cleaning) work path, and the path represented in blue represents a path in which the robot moves through an overlapping area of the plastering work (or cleaning work) area.
- 모의 실험 - mock experiment
작업영역 의 크기는 최대 21m21m이며, 로봇은 한 변이 41.42cm인 정팔각형 형태로 모델링하였다. 충돌회피 경로 탐색을 위한 모양공간은 작업영역을 10cm 단위로 나누어 격자화 시켰으며 모양공간내의 기본 셀의 갯수는 210210 = 44,100개로 이루어져 있다. 스갠 폭은 75cm로 하였다. workspace size up to 21m 21 m, and the robot was modeled in the form of a regular octagon with a side of 41.42 cm. The shape space for collision avoidance path search was gridded by dividing the work area into 10 cm units, and the number of basic cells in the shape space was 210. 210 = 44,100 pieces. The span width was 75 cm.
- 실험 1 -
작업 공간내에서 240cm240cm의 정사각형 형태의 장애물을 도 11 내지 도 15에 도시된 바와 같이 1개, 2개, 4개, 6개 그리고 9개를 임의로 설치하여 SP생성 시간, 생성 개수, 그리고 모양공간의 생성 시간과 충돌회피 경로생성 계산시간을 분석하였다. 경로의 최종결과는 그림 도 11 내지 도 15에 도시된 바와 같고, 계산 시간 및 분석표는 아래의 표 1과 도 16 및 도 17에 나타내었다. 240 cm within the workspace As shown in FIGS. 11 to 15, 1, 2, 4, 6, and 9 240cm square obstacles are randomly installed to collide with the SP creation time, the number of creation times, and the creation time of the shape space. The avoidance path creation calculation time was analyzed. The final results of the path are shown in Figs. 11 to 15, and the calculation time and analysis table are shown in Table 1 and Figs. 16 and 17 below.
/
장애물갯수Item
/
number of obstacles
생성
개수SP
produce
Count
경로
개수crash
Route
Count
생성
시간SP
produce
hour
생성시간shape space
creation time
시간Create collision avoidance path
hour
생성시간final route
creation time
표 1과 도 16, 도 17에서 보는 바와 같이 충돌 경로의 수는 장애물의 수에 비례하지는 않는다. 그 이유는 충돌 경로는 장애물의 위치에 따라 결정되기 때문이다. 하지만 작업공간 내에 장애물의 갯수가 많을 경우 충돌 경로가 많이 발생함을 보이고 있다. As shown in Table 1 and FIGS. 16 and 17, the number of collision paths is not proportional to the number of obstacles. The reason is that the collision path is determined by the position of the obstacle. However, it shows that a lot of collision paths occur when there are many obstacles in the workspace.
- 실험 2-
본 발명에서 제안한 방법을 적용하여 소독 및 오염 측정 경로의 생성과 최종 경로 길이를 산출하였다. 작업 영역의 크기는 4m4m이고 작업 로봇의 크기는 반경 30cm이다. By applying the method proposed in the present invention, the disinfection and contamination measurement path was created and the final path length was calculated. The size of the working area is 4m 4 m and the size of the working robot is 30 cm in radius.
도 18 내지 20은 본 발명에서 제안한 방법을 적용하여 소독 및 오염 측정 경로를 생성 시킨 것이다. 또한, 아래의 표 2는 생성된 경로 길이를 나타낸다.18 to 20 show disinfection and contamination measurement paths created by applying the method proposed in the present invention. Table 2 below also shows the generated path lengths.
본 발명에서 제안한 방법을 통해 생성되는 소독 및 오염 측정 작업경로는 도 18 내지 도 20을 통해 알 수 있듯이 지그재그(zigzag) 모양으로 움직이는 디렉션 패러렐(direction parallel) 형태이다. As can be seen from FIGS. 18 to 20, the disinfection and contamination measurement work path created by the method proposed in the present invention is in the form of a direction parallel moving in a zigzag pattern.
- 실험 3 - Experiment 3
제안된 소독 및 오염 측정 작업 경로 생성방법을 실제 건설도면에 적용하였다. 건설도면은 AUTO CAD R 14 로 제작된 것을 적용하였고, CAD SW와의 인터페이스 메뉴는 AUTO LISP으로 제작되었다. AUTO LISP로 제작된 인터페이스에서는 로봇의 형태, 작업 영역의 크기등을 결정할 수 있게 구축되었다. 구축된 작업경로 생성기를 이용하여 테스트한 결과가 도 21 내지 도 23에 도시되어 있고, 실제 도면에 적용 시켰을 경우에도 제안된 방법에 의해 소독 및 오염 측정 작업 경로가 정밀하게 생성됨을 알 수 있다.The proposed disinfection and contamination measurement work path generation method was applied to actual construction drawings. The construction drawings were made with AUTO CAD R 14, and the interface menu with CAD SW was made with AUTO LISP. In the interface made with AUTO LISP, it is built to determine the shape of the robot and the size of the work area. The test results using the constructed work path generator are shown in FIGS. 21 to 23, and it can be seen that the disinfection and contamination measurement work paths are precisely generated by the proposed method even when applied to actual drawings.
"본 특허출원은 2020년도 교육부의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 지자체-대학 협력기반 지역혁신 사업의 결과입니다.""This patent application is the result of a regional innovation project based on cooperation between local governments and universities carried out with the support of the National Research Foundation of Korea funded by the Ministry of Education in 2020."
10: 소독 및 오염 측정 작업경로 생성기
20: CAD인터페이스 모듈
30: 장애물 지도형성 모듈
40: 중간 목표점 생성 모듈
50: 소독 및 오염 측정 작업경로 생성모듈
60: 충돌회피 경로 생성모듈
61: 입력부
65: 표시부
70:: 메인 제어모듈
80: 이동로봇 드라이브 모듈
90: 기억부
100: 이동로봇
110: 오염측정센서
120: 소독기Fig. 10: Disinfection and contamination measurement workflow generator
20: CAD interface module
30: obstacle mapping module
40: Intermediate target point generation module
50: Disinfection and contamination measurement work path creation module
60: collision avoidance path generation module
61: input unit
65: display unit
70:: Main control module
80: mobile robot drive module
90: storage unit
100: mobile robot
110: contamination measuring sensor
120: Disinfector
Claims (2)
나. 선택된 상기 작업영역에 대한 모양공간 내에서 인식된 장애물에 대한 장애물 지도를 생성하는 단계와;
다. 상기 장애물 정보를 이용하여 상기 작업영역에 대한 1차 소독 및 오염 측정 경로 생성을 위한 중간 목표점을 생성하는 단계와;
라. 상기 중간 목표점들을 이용하여 상기 1차 소독 및 오염 측정 경로를 생성하는 단계와;
마. 상기 장애물 지도와 상기 이동로봇 정보를 이용하여 상기 1차 소독 및 오염 측정 경로 상에 장애물과의 충돌이 발생하는 경로가 있는 경우 장애물과의 충돌회피를 위한 충돌회피경로를 생성하는 단계와;
바. 상기 라 단계에서 생성된 충돌회피경로를 상기 1차 소독 및 오염 측정 경로에 반영하여 상기 이동로봇에 대한 최종 소독 및 오염 측정 작업경로를 생성하는 단계;를 포함하고,
상기 이동로봇은 오염을 측정하는 오염측정센서와, 소독액을 분사할 수 있는 소독기가 장착된 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 소독 및 오염 측정 작업 경로 생성방법.go. Selecting a work area for a mobile robot to work on a drawing prepared and loaded in AutoCAD;
me. generating an obstacle map for obstacles recognized in the shape space for the selected work area;
All. generating an intermediate target point for generating a primary disinfection and contamination measurement path for the work area by using the obstacle information;
la. generating the primary disinfection and contamination measurement path using the intermediate target points;
mind. generating a collision avoidance path for collision avoidance with an obstacle when there is a path in which a collision with an obstacle occurs on the primary disinfection and contamination measurement path using the obstacle map and the mobile robot information;
bar. Including; generating a final disinfection and contamination measurement work path for the mobile robot by reflecting the collision avoidance path generated in step D on the primary disinfection and contamination measurement path,
Wherein the mobile robot is equipped with a contamination measurement sensor for measuring contamination and a disinfector capable of spraying a disinfectant solution.
The method of claim 1, wherein the intermediate target points are positional information of contact with a wall or an obstacle when the mobile robot is moved while scanning in a zigzag pattern within the workspace with a set width, and the obstacle information is information about a contact point of the mobile robot in a scan pattern of claim 1 A method for generating a disinfection and contamination measurement work path of a mobile robot, characterized in that it includes direction and obstacle attribute information corresponding to the direction.
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---|---|---|---|
KR1020210059261A KR20220152464A (en) | 2021-05-07 | 2021-05-07 | method of generating sterilizing and pollution measurement work path for mobile robot |
Applications Claiming Priority (1)
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KR1020210059261A KR20220152464A (en) | 2021-05-07 | 2021-05-07 | method of generating sterilizing and pollution measurement work path for mobile robot |
Publications (1)
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