KR930005213B1 - 자립형 무인차의 주행방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

자립형 무인차의 주행방법

제1도는 이 발명의 한 실시예의 개략 구성을 보여주는 평면도.

제2도는 동 실시예의 전기적 구성을 보여주는 블럭도.

제3도는 동 실시예에 사용되는 지도 데이타를 표시한 도표.

제4도는 동 실시예에 동작을 설명하기 위한 도표.

제5도는 종래의 자립형 무인차의 개략 구성을 표시한 평면도.

제6도는 동 자립형 무인차의 전기적 구성을 보여주는 블럭도.

제7도는 동 자립형 무인차에 사용되는 지도 데이타를 보여 주는 도표임.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 자립형 무인차 7 : 제어장치(주행제어부)

10 : 워크 메모리(Work memory)(지도데이타가 기입되어 있다.)

W : 벽

이 발명은 주행경로가 지시된 지도데이타에 의해 자립 주행하는 자립형 무인차의 주행방법에 관한 것이다.

근래, FA(공장자동화)의 진전에 수반하여 공정, 창고등에 있어서 부품등을 자동적으로 반송하는 무인차가 종종 개발되어 왔으나, 그중에서도 자립형 무인차라고 불리우는 것은 목적지가 되는 절점(node)을 지정함으로서 스스로 최적의 경로를 탐색하여 통과할 절점을 결정하며, 목적지의 절점까지 자동적으로 주행하는 것이다.

여기서 절점이라함은 정지점, 분기점, 작업지점등을 말하며, 무인차의 주행속도와 진행방향등의 주행상태가 변화하는 점을 의미한다.

제5도는 이 종류의 자립형 무인차 이하 “무인차”라고 칭함. (1)의 개략구성을 보여주는 평면도이다. 더욱 이 도표의 도면의 위쪽이 무인차(1)의 전면이다.

제5도에 있어서 2L은 좌구동륜, 2R는 우구동륜, 3L은 좌구동륜(2L)을 회전시키는 모터, 3R은 우구동륜(2R)을 회전시키는 모터, 4L은 좌구동륜(2L)의 회전수를 검출하는 펄스인코더(pulse encoder), 4R은 우구동륜(2R)의 회전수를 검출하는 펄스인코더, 5는 차륜이다.

이들 차륜(5)은 각각 축심에 대해서 회전자재인 동시에 차륜 각각의 측심에 직각인 축방향에 대해서도 회전자재토록 되어 있다. (6L), (6R)은 좌우의 측벽(W)까지의 거리를 검출하기 위한 초음파 송수기(이하 “초음파 센서”라 칭함), (7)은 제어장치이다.

이 제어장치(7)는 제6도에 제시된 바와같이 CPU(중앙처리장치 ; Central Processing Unit)(8), 프로그램메모리(9), 워크메모리(work memory)(10), 인터페이스(interface)회로(11) 및 모터 구동회로(12)를 갖고 있다.

프로그램메모리(9)에는 CPU(8)를 제어하는 프로그램이 기입되어 있다.

또한, 워크메모리(10)에는 주행경로에 관한 지도정보가 기입되어 있다. 이 지도정보라 함은 각 절임의 좌표를 보여주는 좌표 데이타와 각 절점을 연결, 주행예정에서 좌우의 벽(W)까지의 거리등에 관한 데이타를 말한다.

여기서 제7도는 워크메모리(10)에 기입된 좌벽(W)까지의 거리를 표시하는 지도데이터(ML)를 보여주는 것이다.

이 경우 지도데이터(ML)는 소정거리(ℓ)마다 무인차(1)가 주행하는 주행예정경로에서 좌측벽까지의 거리를 가리키는 데이터 lan₁-lan으로 구성된다.

이들 데이터 la₁-lan은 각각 2바이트(byte)로 구성되어 있었다. 또한 우벽(W)까지의 거리를 보여주는 표시되지 않는 지도데이타(MR)도 상술한 지도데이터(ML)와 같이 구성된다.

다음에 13은 통신장치이며, 중앙국(도표에 표시되지 않음)에서 무선에 의해 보내져 오는 지시(목적의 절점을 표시함)를 수신하는 것이다.

이 통신장치(13)에 의해 수신된 지시는 제어장치(7)로 공급된다. 이와같이 구성된 무인차(1)에 있어서 CPU(8)는 프로그램메모리(9)에 기입된 프로그램에 따라 이하에 표시하는 주행제어를 행한다. 우선 CPU(8)는 중앙극에서 목적지의 절점이 주어지면 워크메모리(10)내에 기입되어 있는 지도정보에 따라 최적의 경로를 탐색하여 목적지로 향할때 통과할 절점을 결정한다.

그리고, CPU(8)는 한개의 절점에서 다음의 절점에 이르는 사이, 소정거리 ℓ마다에 좌우의 측벽(W)까지의 거리를 지도데이터 ML, MR에 따라 적절히 읽는다.

CPU(8)는 각 절점을 순차적으로 연결하는 주행예정경로에 따른 일정의 속도로 주행토록 모터(3L, 3R)를 각각 구동한다. 이때 CPU(8)는 소정의 거리 ℓ마다에 초음파 센서(6L, 6R)에서 각각 공급되는 신호에 따라 좌우의 벽(W)가지의 거리를 측정하고, 또한 펄스인코더(4L, 4R)로부터 공급되는 신호에 따라 직전에 통과한 절점으로부터의 주행거리를 측정한다.

그리고 이것들의 측정결과에 따라 현재의 주행위치가 지동정보에 따라 얻어지는 정규의 주행위치에서 이탈하고 있는지 여부를 판단하고, 이탈하고 있는 경우에는 위치를 수정한다.

이것으로 인해 무인차(1)가 항상 정규의 주행위치상을 주행하고, 각 절점상을 순차적으로 통과하여 목적의 절점에 도달토록 되어있다.

그러나 상술한 종래의 무인차(1)의 주행에 있어서는 이하에 제시되는 문제가 있다.

1) 측벽(W)과의 거리를 측정하는 측정간격을 단측하여 주행정도를 높이면 측정수에 대응하는 데이터 수로 이루어지는 지도데이터가 필요하게 됨으로 방대한 메모리 용량이 필요하게 된다.

예를들면 거리 ℓ₀만 주행키위에 필요한 지도데이타수는 ℓ₀/ℓ개가 필요하며, 측벽(W)까지의 거리를 mm단위의 정도로 표시하면 일반적인 통로의 폭은 미터(meter)의 크기이므로 지도데이터의 1개의 데이터는 2바이트(16비트)의 용량이 필요하게 된다.

여기서 ℓ＝10mm, ℓ₀＝5,000,000mm로 하면 지도데이터 용량은 2×5,000,000/10＝10⁶(바이트)…(1)로 된다.

그리고, 지도데이터를 좌우 모두 가지면 전체의 지도데이터의 용량은 (1)식의 2배가 된다.

그러나 ℓ을 50mm로 하면 메모리 용량은 (1)식의 1/5로 되나 그 반면 주행제어가 거칠어져 원활한 주행을 할 수 없게 된다.

2) 지도데이터 무인차가 소정거리 ℓ을 주행할때마다 벽까지의 거리로서 표시되어 있기 때문에 이 거리ℓ내에서는 기준이 되는 지도데이터가 없다. 이로인해 설정된 세밀한 주행위치의 제어를 할 수가 없다.

3) 지도데이터를 작성하기 위해서는 많은 데이터를 필요로 하므로 작성이 번거롭다. 또한 데이터를 수치로 취급함으로서 이해가 용이하지 않다.

이와같이 일정의 거리간격(수십 밀리미터)마다 측벽(W)까지의 거리를 표시한 데이터에서 이루어지는 지도데이터를 가진 종래의 자립형 무인차에서는 메모리 용량이 커짐과 동시에 설정이 세밀한 주행위치제어를 할 수가 없다.

또한 지도데이터의 작성이 번거로우므로, 지도데이터 그 자체도 이해하기 쉽지 않다는 문제가 있었다.

이 발명은 상술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서 메모리 용량을 적게 할 수 있는 것이 가능함과 동시에 세밀한 주행위치의 제어가 가능하고, 지도데이터 작성과 데이터내용을 이해하기 용이한 자립형 무인차와 그 주행방법을 제공하는데 있다.

이 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 목적지로 향하는 과정에서 통과하는 절점을 미리 결정하여 이것들의 각 절점을 순차적으로 통과하여 주행하는 자립형 무인차에 있어서, 무인차 주행의 주행경로 상황을 보여주는 오퍼코드(oper code) 및 이 오퍼랜드(operand)에 의한 주행경로 상황의 계속거리를 보여주는 주 오퍼랜드를 상황명령에 의해 구성되는 지도데이터와 절점의 통과순에 따라 전기데이터에서 해당하는 상황 명령을 읽어내어 이 상황 명령에 의해 주행제어하는 주행제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의하면 지도데이터를 무인차 주행의 주행경로 상황을 표시하는 오퍼코드와 이 오퍼코드에 의한 주행 경로 상황의 계속 거리를 가리키는 주 오퍼랜드를 가진 상황 명령으로 구성되며, 이 상황 명령을 주행개시때로부터 주행종료시까지의 사이에 지도데이터에서 적절히 읽어내어 주행제어를 하도록 하였으므로 전 주행경로상에 있어서 일정형태의 구간 마다에 1개의 상황명령을 할당하는 것만으로 족하며, 지도데이터로서의 데이터 용량은 적어도 좋다.

또한 주위까지의 거리를 연속 데이터로 하기 때문에 정확한 주행위치의 제어가 가능하다. 또한 지도데이터의 작성이 용이하고, 상황명령의 내용이 이해하기 용이하다는 이점이 있다.

[실시예]

이하 도면을 참조하여 이 발명의 실시예에 대해 설명한다.

제1도는 이 발명의 한 실시예인 무인차(1)의 개략 구성을 보여주는 평면도, 제2도는 동 실시예의 전기적 구성을 보여주는 블럭도이다.

더욱 이 실시예에 있어서의 전술한 제5도 및 제6도에 대응하는 부분에는 동일의 부호를 붙여서 그 설명을 생략한다.

또한 이 실시예에서는 제어장치만이 종래의 무인차(1)의 제어장치(7)와 상이하다. 제1도에 있어서 (7')는 제어장치이다.

이 제어장치(7')는 제2도에서 보여주는 바와같이 CPU(8), 프로그램메모리(9), 워크메모리(10), 인터페이스회로(11) 및 모터 구동회로(12)를 가지고 있다.

프로그램메모리(9')에는 CPU(8)를 제어하는 프로그램이 기입되어 있다.

또한, 워크메모리(10')에는 주행경로에 관한 지도정보가 기입되어 있다.

이 지도정보란 각 절점의 좌표를 가리키는 좌표데이터와 각 절점을 연결하는 주행예정경로상에 주위의 벽의 형태 및 그 연속성을 보여주는 지도데이터이다.

여기서 상술한 지도데이터에 대해 다시 상세히 설명한다.

일반적으로 공정과 사무실내의 벽은 평탄하며 또한 그것은 연속되어 있다. 이점에 착안하여 지도데이터의 형태와 그 연속성을 가지고 표시한 것으로 한다.

이하, 지도데이터로서 벽의 형태 및 그 연속성을 나타내는 3종류의 명령을 고안했다.

이들 명령을 상황명령으로 칭하며, 다음과 같이 기술한다.

[WALL] : : ＝WALL[(거리), (길이)]

[UNDEFINE] : : ＝UNDEFINE[(거리), (길이)]

[OPEN] : : OPEN[(길이)]

(거리 및 길이의 단위는 mm이다.)

상기 상황명령은 제3도에 보여주는 바와같이 1단어(2바이트)의 오퍼코드와 1 또는 2단어의 오퍼랜드로 구성된다.

이 경우 [OPEN]은 1단어 위 오퍼랜드를 가지며, [WALL] 및 [UNDEFINE]은 2단어의 오퍼랜드를 가지고 있다. 각 상황명령의 의미는 다음과 같다.

(1) [WALL]는 [거리]로 표시하는, 거리만큼 떨어진 위치에 벽이 있고, 이 벽이[길이]로 표시하는 거리만큼 연속하고 있는 것을 가리킨다.

(2) [UNDEFINE]은 [DISTANCE ; 거리]로 표시하는 거리 이상 떨어진 위치에 무엇인가 존재를 하던가, 또는 초음파센서에서는 측정이 곤란한 벽이 존재하는 등, 초음파 센서로 일정의 정보가 얻어지지 않고, 이 상태가 [길이]로 표시하는 거리만큼 연속하고 있는 것을 표시한다.

(3) [OPEN]은 초음파센서의 측정범위에는 아무것도 존재하고 있지 않고, 이 상태가 [길이]로 표시하는 거리만큼 연속하고 있는 것을 표시한다.

여기서 [UNDEFINE]의 사용방법에 대해서 설명한다.

예를들면 주행경로상에 문이 있고 이 문이 상시 열려져 있으면 [OPEN]을 사용할 수 있다. 그러나, 일시적이라도 닫히는 일이 있으면 [OPEN]은 사용치 못한다.

또한, 통상은 벽이지만 어떤 경우 화물등을 놓는 일이 있으면 [WALL]을 사용할 수가 없다. 이상과 같은 경우에 있어서 [UNDEFINE]을 사용한다.

이상, 상기한 명령을 적어도 무인차(1')의 일방적 측벽에 대해 표시한 것을 지도데이터로서 각 절점의 좌표 데이터와 더불어 지도정보로서 워크메모리(10')에 기입한다. 더욱 상기한 [거리] 및 길이의 길이는 수미터가 표준이다.

다음에 상술한 제어부(7')를 갖는 이 실시예의 동작에 대해 설명한다.

또한 이 동작을 설명함에 있어서 지도데이터는 좌우 양측벽에 대해 각각 표시한 것을, 즉, 그림에 표시치 않은 지도데이터 ML', MR'를 사용한다.

이하 CPU(8)는 프로그램메모리(9')에 기입된 프로그램에 따라 제어를 한다.

우선 CPU(8)는 중앙국에서 목적지의 절점이 주어지면 워크 메모리(10')내에 기입되어 있는 지도정보에 따라 최적의 경로를 탐색하고, 목적지로 행할때 통과하는 절점을 결정한다.

그리고, CPU(8)는 1개의 절점에서 다음 절정에 이르기까지 사이의 좌우 양측벽(W)의 형태와 그 연속성을 나타내는 상황 명령을 지도데이터 ML', MR'에서 적절히 읽어낸다.

여기서 제4도는, 절점 Ni의 절점 Ni＋1과의 사이의 좌우 양측벽(W)의 형태 및 그 연속성을 표시하고 있다.

또한, 이 경우의 상황 명령은 다음과 같이 된다.

(1) 좌측벽 W에 대해서는,

(ㄱ) WALL : 벽(〈3000〉, 〈5000〉)

(ㄴ) UNDEFINE(〈3000〉, 〈1000〉)

(ㄷ) WALL(〈3000〉, 〈6000〉)

로 된다.

(2) 우측벽 (W)에 대해서는,

(ㄱ) 'OPEN(〈6000〉)

(ㄴ) 'UNDEFINE(〈3800〉, 〈6000〉)

으로 되어 있다.

이하 이 도표를 참조하면서 상술한 새로운 명령에 의한 무인차(1')가 절점 Ni와 Ni＋1과의 사이를 주행할 경우의 동작에 대해 설명한다.

우선 CPU(8)는 (ㄱ)의 상황명령을 해독하여 좌측벽(W)의 형태를 인식한다. 이 경우 좌측벽(W)은 〈WALL〉, 좌측벽(W)으로부터의 거리는 3000mm, 이 [WALL]는 5000mm이어져 있다.

이어서, CPU(8)는 (ㄱ)'의 상황명령을 해독하고 우측벽(W)의 형태를 인식한다. 이 경우 좌측벽(W)은 [OPEN], 이 [OPEN]은 6000mm이어져 있다.

그리고 CPU(8)는 (ㄱ)'의 상황 명령은 주행의 기준이 되지 않고 이것을 무시하며, (1)의 상황 명령에 따라 일정의 속도로 주행토록 모터 (3L, 3R)(제1도)를 구동한다.

이때 CPU(8)는 초음파센서(6L)에서 공급되는 신호(상시 송신된다.)에 따라 좌측벽(W)까지의 거리를 측정하며, 이 측정 결과의 거리 3000mm와를 비교하고, 정규의 주행예정위치에서 이탈하고 있는가 여부를 판단한다.

이 경우 이탈하고 있으면 정규의 위치로 되도록 모터제어회로(12)를 제어한다. 그리고 CPU(8)는 펄스인코더(4L, 4R)에서 공급되는 신호를 개선하면서 거리 5000mm 주행하고 종료 직전에 CPU(8)는 다음의 상황명령(ㄷ)를 해독하여 좌측벽(W)의 형태를 인식한다.

이 경우 좌측벽(W)은 [UNDEFINE], [UNDEFINE]까지의 거리는 3000mm, 이 [UNDEFINE]은 1000mm이어져 있다.

더욱 여기서 보여주는 [UNDEFINE]은 문을 가리키고 있다.

이어서 CPU(8)는 우측벽(W)의 형태가 아직 [OPEN] 그대로 무시의 상태를 계속한다.

또한 CPU(8)는 (ㄷ)의 상황명령도 주행의 기준이 되지 않으므로 이것도 무시하고 이전의 상태를 유지하면서 일정의 속도로 주행한다. 이때 펄스인코더(4L, 4R)에서 공급되는 신호를 계산하면서 거리 100mm를 주행한다.

다음에 무인차(1')가 거리 1000mm간의 주행을 끝내기 직전에 CPU(8)는 다음의 상태를 인식한다.

이 경우 좌측벽(W)은 [WALL], 좌측벽(W)으로부터의 거리는 3000m, 이 [WALL]는 6000mm이어져 있다.

그리고 CPU(8)는 (ㄷ)'의 상황명령을 무시하고 (ㄷ)의 상황명령에 따라 일정의 속도로 거리 6000mm간을 주행한다.

이때 좌벽(W)까지의 거리를 측정하고 좌벽(W)까지의 거리가 일정하게 되도록 거리 6000mm간내에서 주행위치의 수정이 이루어진다.

그리고 거리 6000mm 주행후 절점 Ni＋1에 도달한다.

이후 절점 Ni＋1부터 그 후에도 같은 동작이 각 상황명령을 해독할 때마다 행해져 최종적으로 목표치에 도달한다.

더욱 전방에서 별도의 무인차가 주행하여 왔을 경우의 무인차(1')의 주행위치의 제어에 대해 설명한다.

우선 무인차(1')의 [WALL] 및 [UNDEFINE]으로 지정된 구간을 주행하고 있는 동안에, 전방에서 타의 무인차(1˝)(도표에 표시치 않음)가 접근해 오고있고, 이것과 충돌할 위험이 있을 경우에는, 무인차(1')는 무인차(1') 자신이 판단하여 [거리]로 표시하는 거리 이내에서 회피토록 주행위치를 반경한다.

이 경우 [거리]로 표시하는 거리이내에서 회피할 수 없을 경우에는 타의 무인차('')에도 주행위치를 변경해 주도록 한다.

다음에 무인차(1')가 [OPEN]에서 지정된 구간을 주행하고 있는 중에, 전방에서 타의 무인차(1˝)가 접근해 오고 있고, 이것과 충돌할 위험이 있을 경우에는 무인차(1')는 주위와의 거리의 한계가 없어서 충돌을 회피할 수 있는 거리를 임의로 설정하여 주행위치를 변경한다.

이 경우 [OPEN]으로 지정된 구간은 충분한 넓이가 있으므로 타의 무인차(1˝)에 주행위치의 변경을 해주도록 할 필요는 없다.

이상과 같이 본 발명에 의한 지도데이터는 종래의 지도데이터에 비교해서 데이터 1개의 용량은 커지나, 지도데이터 전체의 용량으로써는 적어도 좋다.

또한 본 발명에 의한 지도데이터는 벽까지의 거리를 연속한 것으로 하여 취급하기 때문에, 극히 정밀한 주행위치의 제어를 할 수가 있다.

또한 [WALL], [UNDEFINE], [OPEN]등의 상황명령은 인간의 사고에 맞는 형태임으로 이해하기 쉬우며, 지도데이터로서 작성이 용이하다.

더욱 본 발명의 실시예에서는 주위의 형태를 검출하기 위해서 초음파 센서를 사용했으나, 이 대신에 레이저 광선을 사용한 장치의 CCD(Charge Coupled Device)를 사용한 화상입력 장치등에 의해 벽의 형태를 검출하도록 하여도 좋다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상황명령을 3개 사용했으나, 벽과 주변의 형태가 복잡해지면 그것에 대응한 새로운 명령을 추가할 수도 있다.

이상 설명한 바와같이 이 발명에 의하면 목적지를 향하는 과정에서 통과하는 절점을 미리 결정하여 이것들의 절점을 순차적으로 통과하여 주행하는 자립형 무인차에 있어서, 무인차 주행의 주행경로 상황을 표시하는 오퍼코드 및 이 오퍼코드에 의한 주행경로 상황의 계속거리를 표시하는 주 오퍼랜드를 가진 상황 명령에 의해 구성되는 지도데이터와 결점의 통과순에 따라 전기 지도데이터에서 해당하는 상황명령을 읽어내고 이 상황 명령에 의해 주행 제어하는 주행제어부를 구비한 것으로서, 지도데이터를 구성하는 상황 명령과 벽에 대해 평균 수 미터마다 1개꼴로서도 충분하므로 메모리 용량을 작게 할 수가 있다.

또한 벽가지의 거리를 연속 데이터로 했으므로 주행위치에 제어를 지도데이터에 의존하지 않고 극히 세밀한 주행위치의 제어가 가능하다.

또한 지도데이터의 작성이 용이하고 또한 상황명령의 내용을 이해하기 쉽다.

Claims (4)

1. 목적지로 향하는 과정에서 통과하는 절점을 미리 결정하여 이것들의 각 절점을 순차적으로 통과하여 주행하는 자립형 무인차의 주행방법에 있어서, 무인차가 주행하는 주행경로 상황을 표시하는 오퍼코드 및 이 오퍼코드에 의한 주행경로상황의 계속 거리를 표시하는 주 오퍼랜드를 가진 상황명령에 의해 구성되는 지도데이터와 절점의 통과순에 따라 전기 지도데이터에서 해당되는 상황 명령을(Scene Command) 읽어내어 성황명령에 의해 구비된 주행제어부로 주행제어함을 특징으로 하는 자립형 무인차의 주행방법.
2. 제1항에 있어서 상황명령은 평탄한 벽임을 지시하는 오퍼코드와 상기 주오퍼랜드(operand)와 벽으로 부터의 일정거리를 표시하는 부오퍼랜드로 구성되는 것을 특징으로 하는 자립형 무인차의 주행방법.
3. 제2항에 있어서 상황명령은 문이나 화물등이 항시 그곳에 있는지 또는 없는지가 특정되지 아니한 상황을 지시하는 오퍼코드와 상기 주오퍼랜드와 자립무인차 본체에서의 소정거리를 나타내는 부오퍼랜드로 구성됨을 특징으로 하는 자립형 무인차의 주행방법.
4. 제2항과 제3항에 어느 한 항에 있어서 상황명령은 공간이라서 거리측정이 불가능한 상황을 지시하는 오퍼코드와 상기 주오퍼랜드로부터 구성됨을 특징으로 하는 자립형 무인차의 주행방법.

Images