WO2016010288A1 - 방향각 오차를 이용한 차량형 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법 - Google Patents

방향각 오차를 이용한 차량형 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법 Download PDF

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WO2016010288A1
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error
vehicle
mobile robot
wheel
type mobile
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PCT/KR2015/006871
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English (en)
French (fr)
Inventor
정우진
정다운
Original Assignee
고려대학교 산학협력단
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J5/00—Manipulators mounted on wheels or on carriages
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W40/00—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M17/00—Testing of vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a method for correcting the odometry error of a vehicle-type mobile robot using a direction angle error, and more particularly, to a four-wheel type vehicle-type mobile robot such as a car-like mobile robot (CLMR) or a vehicle.
  • CLMR car-like mobile robot
  • the present invention relates to a method for correcting an odometry error of a vehicle-type mobile robot that more accurately corrects an odometry error, thereby enabling accurate position estimation of the vehicle-type mobile robot.
  • the technology required for autonomous driving of a mobile robot can be classified into three types: localization technology, path planning technology, and motion control technology.
  • the position estimation technique estimates the exact pose of the mobile robot, that is, the position and the direction. Since the estimation of the exact pose of the mobile robot is also fundamental to the path planning technique and the motion control technique, the position estimation technique is a very important part. Becomes
  • Odometry technique using an incremental wheel encoder sensor is one of the basic techniques for pose estimation of a mobile robot having a wheel.
  • the odometry technique accumulates encoder data and calculates the current relative pose from the known initial pose.
  • the odometry technique has a problem in that kinematic modeling errors accumulate in the traveling process of a mobile robot, as is known. Therefore, there is a need to reduce odometry errors by using an appropriate error correction technique.
  • the method of measuring the absolute position of the mobile robot by installing external sensors and landmarks on the mobile robot is frequently used to estimate the location of the mobile robot. If the accuracy of the position estimation using the odometry is improved, the external sensor and the landmark are improved. The cost required to install and maintain the mark can be reduced. In addition, the accuracy of the odometry technique reduces the uncertainty of the estimated pose when the external sensor cannot be used due to the weather or the surrounding environment. The accuracy of the odometry technique itself is important for the estimation of the position of the mobile robot. To be an element.
  • Systemic error is a problem due to the mobile robot itself, and generally does not change while the mobile robot is traveling.
  • Examples of system errors include wheel diameter errors, that is, errors caused by mismatches between the left and right wheel diameters, and wheel spacing errors, that is, errors caused by incorrectly setting the gap between the left and right wheels of an actual mobile robot. have.
  • the cause of the non-systemic error is an error caused by the interaction of the mobile robot with the driving environment of the mobile robot, which is probabilistic.
  • Examples of nonsystemic errors include uneven floors, unexpected obstacles on the floor, and wheel slippage.
  • a useful correction technique related to odometry correction is the UMBmark technique.
  • the UMBmark technique is a technique for correcting odometry errors occurring in a two-wheel differential mobile robot, and it is a technique for correcting odometry errors caused by wheel diameter errors and wheel gap errors.
  • various techniques have been proposed for correcting odometry errors occurring in two-wheel differential mobile robots.
  • both the two-wheel mobile robot and four-wheeled mobile robot (hereinafter referred to as the 'vehicle mobile robot') both the left wheel is larger than the right wheel by ⁇ , It is assumed that driving with the same wheel diameter error is not corrected.
  • FIG. 1 (a) shows an example in which two wheels of a two-wheel mobile robot are driven at the same angular velocity.
  • the actual driving trajectory of the mobile robot is changed due to inconsistent wheel diameters.
  • the curved shape is shown, and the mismatched wheel diameter always causes a path following error in the 2-wheel moving robot.
  • the path estimated by the odometry based on the angular velocity of the wheels represents a path that curves to the right as shown by the dashed line under the assumption that both wheels are driven at the same angular velocity.
  • the vehicle-type mobile robot travels along a straight trajectory, as shown by a solid line, regardless of the discordant wheel diameter.
  • the actual driving direction of the vehicle is dependent on the steering direction regardless of whether the wheel diameters match or not, which means that the angular velocity of the rear left wheel is increased by the differential gear even if the radius of the rear left wheel is larger than that of the rear right wheel. This is because it becomes smaller than the angular velocity of.
  • the path estimated by the odometry based on the angular velocity of the wheel follows a curved shape as shown by the dotted line shown in FIG.
  • the applicant of the present invention is a system that occurs in a four-wheeled vehicle through the "method for correcting the error of odometry of a four-wheeled vehicle" disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2011-0121129 We proposed a method for correcting odometry errors due to red errors.
  • the odometry error correction method disclosed in the Korean Laid-Open Patent Publication proposes a method of using a position error at a final position of a vehicle type mobile robot after driving a test track.
  • the present invention has been made to solve the above problems, by eliminating the use of an approximation in the correction of the odometry error of the vehicle-type mobile robot, the direction angle error that can be corrected more accurate odometry
  • An object of the present invention is to provide a method for correcting an odometry error of a vehicle type mobile robot.
  • the system error correction model is modeled for rear wheel diameter error and rear wheel spacing error;
  • the kinematic error parameter may include a wheel diameter error parameter for the rear wheel diameter error and a wheel gap error parameter for the rear wheel gap error.
  • the step (b) may include: (b1) driving the calibration target vehicle type mobile robot along the test track in a first direction; and (b2) driving the calibration target vehicle type mobile robot in the first direction. Traveling along the test track in an opposite second direction;
  • the wheel gap error parameter is expressed by Equation
  • the wheel diameter error parameter is calculated by (Where ⁇ CW is the direction angle error according to the running in the first direction among the direction angle errors, and ⁇ CCW is the direction angle error according to the running in the second direction among the direction angle errors) Can be.
  • the system error correction model may be modeled with respect to a system error of the vehicle-type mobile robot according to driving of the test track in the first direction and the second direction.
  • the system error correction model may further include a wheel gap error correction model for correcting the rear wheel diameter error based on the rear wheel gap before the correction and the wheel gap error parameter of the vehicle-type mobile robot to be corrected; And a wheel diameter error correction model for correcting the rear wheel diameter error based on the rear wheel gap and the wheel diameter error parameter of the vehicle to be corrected.
  • the wheel gap error correction model is Where b actual is the rear wheel spacing after calibration of the calibrated vehicle mobile robot, b nominal is the rear wheel spacing before calibration of the calibrated vehicle mobile robot, and ⁇ is the spacing error parameter. ;
  • the wheel diameter error correction model is Where D R is the rear right wheel diameter after correction of the vehicle to be calibrated, D L is the rear left wheel diameter after calibration of the vehicle to be calibrated, and R is the equation (Where ⁇ is the wheel diameter error parameter and ⁇ is the radius of rotation of the curved section of the test track), and b is the rear wheel spacing of the vehicle to be calibrated to be calibrated. Can be.
  • the direction angle error may be determined by the average value of the step (b) performed a plurality of times.
  • 1 is a view for explaining the change in the driving path according to the system error of the two-wheel mobile robot and the vehicle-type mobile robot,
  • FIG. 2 is a view for explaining a method for correcting the odometry error of a vehicle-type mobile robot according to the present invention
  • FIG. 3 is a view showing an example of a test track applied to the method for correcting the odometry error of the vehicle-type mobile robot according to the present invention
  • FIG. 6 is a view showing a direction angle error caused by the wheel gap error when the vehicle-type mobile robot travels along the test track
  • FIG. 8 to 11 is a view showing a simulation result for explaining the effect of the odometry error correction method of a vehicle-type mobile robot according to the present invention.
  • Odometry error correction method of a vehicle-type mobile robot using the direction angle error is a system modeled for the system error of the vehicle-type mobile robot according to the driving of the test track having a curved section and a straight section Setting an error correction model; (b) driving a vehicle to be calibrated to be corrected along the test track; (c) calculating a kinematic error parameter based on a direction angle error at an actual end point on the test track of the vehicle to be calibrated; and (d) applying the calculated kinematic error parameter to the system error correction model to correct the system error of the vehicle-type mobile robot to be corrected.
  • System errors caused by vehicle-type mobile robots include wheel diameter errors caused by wheel diameter mismatches, wheel spacing errors caused by incorrect spacing between left and right wheels, and wheelbase caused by incorrect spacing between front and rear wheels. Error, and steering angle error.
  • the wheelbase error may be converted into a steering angle error.
  • the steering angle may be expressed as shown in [Equation 1].
  • ⁇ is the steering angle
  • L is the wheelbase
  • ⁇ is the radius of the curved path.
  • Equation 1 if the preliminary experiment on the steering angle is performed, the wheelbase error and the steering angle error can be corrected. As a result, only the wheel diameter error and the wheel gap error are corrected according to the present invention. Becomes the system error to be corrected.
  • a test track for applying an odometry error correction method of a vehicle type mobile robot according to the present invention is modeled (S20).
  • 3 is a view showing an example of a test track applied to the method for correcting the odometry error of the vehicle-type mobile robot according to the present invention.
  • the test track is formed to include a straight section and a curved section.
  • a race track shape of 400 m is taken as an example.
  • the length of one straight section is set to twice the radius of rotation ⁇ of one curved section.
  • the system error correction model for the system error of the vehicle-type mobile robot according to the driving of the test track is modeled and set (S21).
  • S21 system error correction model for the system error of the vehicle-type mobile robot according to the driving of the test track
  • the system error correction model of the method for correcting the odometry error of the vehicle-type mobile robot according to the present invention is modeled with respect to the wheel diameter error and the wheel gap error as described above.
  • FIG. 4 is a view for explaining a direction angle error caused by the wheel gap error.
  • FIG. 5 is a view for explaining a direction angle error caused by the wheel diameter error. Referring to FIG. 5, when only the wheel diameter error exists in the vehicle-type mobile robot, the direction angle error occurs in both the straight path and the curved path.
  • the direction angle error ⁇ in the straight path and the direction angle error ⁇ in the curved path are caused by the angular velocity difference between the left wheel and the right wheel.
  • the direction angle error ⁇ can be expressed as Equation 2 with respect to the direction angle error ⁇ .
  • FIG. 6 illustrates a direction angle error caused by wheel gap error when the vehicle-type mobile robot travels along the test track.
  • the direction angle error a occurs in the curved path of the test track, as shown in FIG.
  • the final direction angle error caused by the wheel gap error is calculated as follows.
  • Equation 9 the direction angle error caused by the wheel spacing error
  • Figure 7 shows the direction angle error caused by the wheel diameter error when the vehicle-type mobile robot travels along the test track.
  • the direction angle errors ⁇ and ⁇ occur in a straight line section and a curved path of the test track.
  • the final direction angle error caused by the wheel diameter error is calculated as follows.
  • Equations 15 to 20 the direction angle error caused by the wheel diameter error.
  • Equations 15 to 20 Can be represented as:
  • Equation 21 to 26 the direction angle error caused by the wheel diameter error. It can be expressed as
  • Equation 2 From [Equation 2], [Equation 8], [Equation 14], [Equation 20] and [Equation 26], the final result caused by the wheel diameter error and the wheel spacing error in the clockwise and counterclockwise directions
  • the direction angle errors ⁇ CW and ⁇ CCW can be expressed by Equations 27 and 28.
  • ⁇ is a direction angle error generated by the wheel gap error
  • the wheel gap error parameter for the wheel gap error among the kinematic error parameters of the system error correction model according to the present invention ⁇ is a wheel diameter error
  • the direction angle error generated is a wheel diameter error parameter among kinematic error parameters of the system error correction model according to the present invention.
  • Equation 31 the relationship between the wheel gap error E b and the wheel gap error parameter may be expressed as shown in Equation 31, and the wheel as shown in FIG.
  • the relationship between the diameter error E d and the wheel diameter error parameter can be expressed as shown in [Equation 32].
  • b actual is the actual wheel spacing
  • b nominal is the nominal wheel spacing
  • D R is the diameter of the right wheel
  • D L is the diameter of the left wheel.
  • Equation 31 is a wheel gap error correction model for correcting the wheel gap error in the system error correction model according to the present invention
  • Equation 32 is a system according to the present invention.
  • the wheel diameter error correction model is used to correct the wheel diameter error.
  • the vehicle-type mobile robot when the system error correction model including the wheel gap error correction model and the wheel diameter error correction model is set through the above method (S21), the vehicle-type mobile robot according to the present invention
  • a vehicle-type mobile robot hereinafter, referred to as a 'compensation-type vehicle-type mobile robot'
  • a 'compensation-type vehicle-type mobile robot' that is a target of systemic error travels along the test track.
  • the calibration target vehicle type mobile robot travels the test track along the clockwise direction (S22).
  • the driving of the test track of the calibration target vehicle type mobile robot may be performed in a plurality of circuits, and when the plurality of drivings are performed, the direction angle error is calculated as an average value for the plurality of times (S23).
  • the correction target vehicle type mobile robot travels the test track along the counterclockwise direction (S24).
  • the driving in the counterclockwise direction may also be performed a plurality of times, and the direction angle error is calculated as an average value for a plurality of times in the same manner (S25).
  • a system error parameter is calculated based on the calculated direction angle errors (S26).
  • the system error parameter according to the present invention may include the wheel gap error parameter and the wheel diameter error parameter as described above, the wheel gap error parameter is calculated by Equation 29, and the wheel diameter error parameter Is calculated by [Equation 30].
  • the calculated wheel gap error parameter and the wheel diameter error parameter are applied to the system error correction model (S27) to calculate the system error, that is, the wheel gap error and the wheel diameter error (S28), and the calculated system error.
  • the system error correction model S27
  • the system error that is, the wheel gap error and the wheel diameter error (S28)
  • the calculated system error On the basis of the odometry error according to the systematic error is corrected (S29).
  • the system error correction model includes a wheel gap error correction model and a wheel diameter error correction model defined by Equation 31 and Equation 32, and includes a wheel gap error parameter and a wheel.
  • the diameter error parameter is substituted into [Equation 31] and [Equation 32] to calculate the system error.
  • the system error can be easily corrected through the calculation of the odometry using the test driving along the test track.
  • the effect of the vehicle-type odometry error correction method according to the present invention is verified.
  • the verification of the effect is a vehicle-type odometry error correction method according to the present invention, and "Odometry error correction method of a four-wheeled vehicle" disclosed in Korea Patent Publication No. 10-2011-0121129, that is, the position error This is performed by comparing the error correction method using.
  • the specifications of the vehicle-type mobile robot to be applied to the simulation are as follows.
  • Wheel encoder resolution 1130 pulses / rev
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a driving simulation result before odometry error correction.
  • FIG. 8A illustrates driving in a clockwise direction
  • FIG. 8B illustrates driving in a counterclockwise direction.
  • the wheel gap error and the wheel diameter error cause the final destination to deviate from the actual destination.
  • FIG. 9 is a diagram showing a deviation between the calculation result of the wheel gap error and the wheel diameter error and the actual error, Figure 9 (a) shows the wheel gap error, Figure 9 (b) shows the wheel diameter error. .
  • the wheel spacing error and the wheel diameter error calculated by the method of correcting the odometry error of the vehicle-type mobile robot according to the present invention are more systematic than those of the method disclosed in the Korean Patent Publication. It can be seen that the error is close.
  • FIGS. 10 and 11 are diagrams illustrating a result of driving simulation after correcting an odometry using the wheel gap error and the wheel diameter error calculated as described above.
  • (A) of each of FIGS. 10 and 11 shows a premise driving route
  • (b) of each of FIGS. 10 and 11 enlarges and shows the vicinity of a destination.
  • the present invention can be applied to a technique related to autonomous driving of a mobile robot.
  • it can be applied to autonomous driving robots for various purposes such as automatic cleaning robots, autonomous guided vehicle systems (AGVS) for warehouse management, and public service robots.
  • AGVS autonomous guided vehicle systems

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Abstract

본 발명은 방향각 오차를 이용한 차량형 이동 로봇의 오차 보정 방법에 관한 것으로, (a) 곡선 구간과 직선 구간을 갖는 테스트 트랙의 주행에 따른 차량형 이동 로봇의 시스템적 오차에 대해 모델링된 시스템적 오차 보정 모델이 설정되는 단계와; (b) 상기 테스트 트랙을 따라 보정 대상 차량형 이동 로봇이 주행하는 단계와; (c) 상기 보정 대상 차량형 이동 로봇의 상기 테스트 트랙 상의 실제 종료 지점에서의 방향각 오차에 기초하여 기구학적 오차 파라미터가 산출되는 단계와; (d) 상기 산출된 기구학적 오차 파라미터가 상기 시스템적 오차 보정 모델에 적용되어 상기 보정 대상 차량형 이동 로봇의 시스템적 오차가 보정되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 차량형 이동 로봇의 오도메트리 오차를 보정하는데 있어 근사식의 사용을 배제함으로써, 보다 정확한 오도메트리 보정이 가능하게 된다.

Description

방향각 오차를 이용한 차량형 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법
본 발명은 방향각 오차를 이용한 차량형 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 CLMR(Car-Like Mobile Robot)이나 차량과 같이 4휠 타입의 차량형 이동 로봇에서 발생하는 오도메트리 오차(Odometry error)를 보다 정확히 보정하여 차량형 이동 로봇의 정확한 위치 추정이 가능하게 하는 차량형 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법에 관한 것이다.
근래에 이동 로봇의 자율 주행과 관련된 많은 연구가 수행되고 있는데, 자동 청소 로봇, 창고 관리용 AGVS(Autonomous guided vehicle system), 공공 서비스 로봇과 같은 다양한 목적의 자율 주행 기술이 연구되어 왔다. 또한, 무인 자율 주행 차량이 이동 로봇 분야에서 중요한 이슈로 대두되고 있다.
이동 로봇의 자율 주행을 위해 요구되는 기술은 크게 3가지로 분류될 수 있는데, 위치 추정(Localization) 기술, 경로 계획(Path planning) 기술, 그리고 모션 제어(Motion control) 기술이 그것이다. 여기서, 위치 추정 기술은 이동 로봇의 정확한 포즈, 즉 위치와 방향을 추정하는 것으로, 이동 로봇의 정확한 포즈를 추정하는 것은 경로 계획 기술과 모션 제어 기술에 있어서도 기본이 되기 때문에 위치 추정 기술은 매우 중요한 부분이 된다.
위치 추정 기술 중 증분의 휠 엔코더 센서를 이용하는 오도메트리(Odometry) 기법은 휠을 갖는 이동 로봇의 포즈 추정에 있어서 기본적인 기술 중의 하나이다. 오도메트리 기법은 엔코더 데이터를 축적하고, 이미 알고 있는 초기 포즈로부터 현재의 상대적인 포즈를 계산하게 된다.
그러나, 오도메트리 기법은 이미 알려진 바와 같이, 기구학적 모델링 오차(Kinematic modeling error)가 이동 로봇의 주행 과정에서 축적되는 문제점을 안고 있다. 따라서, 적절한 오차 보정 기법을 이용하여 오도메트리 오차를 감소시킬 필요가 있다.
외장 센서와 랜드 마크를 이동 로봇에 설치하여 이동 로봇의 절대 위치를 측정하는 방법이 이동 로봇의 위치추정에 빈번하게 사용되는 방법인데, 오도메트리를 이용한 위치 추정의 정확성이 향상된다면 외장 센서와 랜드 마크의 설치와 관리에 필요한 비용을 절감할 수 있다. 또한, 오도메트리 기법의 정확성은 날씨나 주변 환경에 따라 외부 센서를 사용할 수 없을 때, 추정된 포즈의 불확실성을 감소시키게 되는 바, 오도메트리 기법 자체의 정확성은 이동 로봇의 위치 추정에 있어 중요한 요소가 된다.
이와 같은 오도메트리 오차의 원인은 시스템적 오차(Systematic error)와 비시스템적 오차(nonsystematic error)로 분류된다. 시스템적 오차는 이동 로봇 자체에서 기인하는 문제로, 일반적으로 이동 로봇의 주행 중에는 변하지 않는다. 시스템적 오차의 예로는 휠 직경 오차, 즉 좌측 휠과 우측 휠의 직경 간의 불일치에서 야기되는 오차와, 휠 간격 오차, 즉 실제 이동 로봇의 좌측 휠과 우측 휠 간의 간격이 잘못 설정되어 야기되는 오차가 있다.
반면, 비시스템적 오차의 원인은 이동 로봇의 주행하는 환경과 이동 로봇의 상호 작용에서 야기되는 오차로, 이는 확률적으로 발생한다. 비시스템적 오차의 예로, 불균일한 바닥, 바닥 상에 존재하는 예기치 않은 장애물, 그리고 휠 미끄러짐 등이 있다.
오도메트리 보정과 관련된 유용한 보정 기법으로는 UMBmark 기법이 있다. UMBmark 기법은 2륜 차동 이동 로봇에서 발생하는 오도메트리 오차를 보정하기 위한 기법으로, 휠 직경 오차와 휠 간격 오차에 의해 야기되는 오도메트리 오차를 보정하는 기법이다. UMBmark 기법 이외에도 2륜 차동 이동 로봇에서 발생하는 오도메트리 오차를 보정하기 위한 다양한 기법들이 제안되고 있다.
그런데, 오도메트리 오차를 보정하기 위한 기존의 연구들은 CLMR(Car-Like Mobile Robot)이나 차량과 같이 4휠 타입의 차량형 이동 로봇에 실제 적용하기에는 문제점이 있다. 이는 2휠 타입과 4휠 타입의 휠 메커니즘의 차이에 기인하게 된다.
도 1을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 2휠 이동 로봇과 4휠의 차량형 이동 로봇(이하, '차량형 이동 로봇'이라 함)이 모두 좌측 휠이 우측 휠보다 ε만큼 큰 상태이고, 이와 같은 휠 직경 오차가 보정되지 않은 상태에서 주행하는 것으로 가정한다.
도 1의 (a)는 2휠 이동 로봇의 두 휠이 동일한 각속도로 구동하는 상태의 예를 도시한 도면으로, 2휠 이동 로봇이 주행하는 경우 불일치하는 휠 직경에 의해 이동 로봇의 실제 주행 궤적이 실선으로 표시된 바와 같이 곡선 형태를 나타내게 되며, 불일치하는 휠 직경은 2휠 이동 로봇에서 항상 경로 추종 오차를 야기시키게 된다. 그러나, 휠의 각속도에 기반한 오도메트리에 의해 추정된 경로는 두 휠이 동일한 각속도로 구동한다는 가정에 따라 점선으로 나타난 바와 같은 오른쪽으로 휘어지는 경로를 나타내게 된다.
반면, 차량형 이동 로봇은, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 불일치하는 휠 직경에 무관하게 실선으로 나타낸 바와 같은, 직선 궤적을 따라 주행하게 된다. 차량의 실제 주행 방향은 휠 직경의 일치 여부와 무관하게 조향 방향에 종속하게 되는데, 이는 후방 좌측 휠의 반경이 후방 우측 휠의 반경보다 큰 경우에도 차동 기어에 의해 후방 좌측 휠의 각속도가 후방 우측 휠의 각속도보다 작아지기 때문이다. 그러나, 휠의 각속도에 기반한 오도메트리에 의해 추정된 경로는, 도 1의 (b)에 도시된 점선과 같이 곡선 형태를 따르게 된다.
2휠 이동 로봇과 차량형 이동 로봇의 주행 메커니즘의 차이로 인해 차등 휠의 각속도를 기반으로 하는 순수 오도메트리에 대한 상술한 보정 방법을 차량형 이동 로봇에는 적용할 수 없게 된다.
이와 같은 문제점을 해소하기 위해, 본 발명의 출원인은 한국공개특허공보 제10-2011-0121129호에 개시된 "4-륜 차량의 오도메트리 오차 보정 방법"을 통해, 4-륜 차량에서 발생하는 시스템적 오차에 의한 오도메트리 오차를 보정하는 방법을 제안하였다.
상기 한국공개특허공보에 개시된 오도메트리 오차 보정 방법은 테스트 트랙을 주행한 후, 차량형 이동 로봇의 최종 위치에서의 위치 오차를 이용하는 방법을 제안하고 있다.
그런데, 상기 한국공개특허공보에 개시된 오도메트리 오차 보정 방법은 보정식의 간소화를 위해 작은 각도에서 근사식, 예를 들어, sinφ = φ 또는 cosφ=1이라는 근사식을 사용하고 있어, 근사식의 사용에 따른 오차가 발생하는 문제점이 있다.
이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 차량형 이동 로봇의 오도메트리 오차를 보정하는데 있어 근사식의 사용을 배제함으로써, 보다 정확한 오도메트리 보정이 가능한 방향각 오차를 이용한 차량형 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적은 본 발명에 따라, (a) 곡선 구간과 직선 구간을 갖는 테스트 트랙의 주행에 따른 차량형 이동 로봇의 시스템적 오차에 대해 모델링된 시스템적 오차 보정 모델이 설정되는 단계와; (b) 상기 테스트 트랙을 따라 보정 대상 차량형 이동 로봇이 주행하는 단계와; (c) 상기 보정 대상 차량형 이동 로봇의 상기 테스트 트랙 상의 실제 종료 지점에서의 방향각 오차에 기초하여 기구학적 오차 파라미터가 산출되는 단계와; (d) 상기 산출된 기구학적 오차 파라미터가 상기 시스템적 오차 보정 모델에 적용되어 상기 보정 대상 차량형 이동 로봇의 시스템적 오차가 보정되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방향각 오차를 이용한 차량형 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법에 의해서 달성된다.
여기서, 상기 시스템적 오차 보정 모델은 후방 휠 직경 오차와 후방 휠 간격 오차에 대해 모델링되며; 상기 기구학적 오차 파라미터는 상기 후방 휠 직경 오차에 대한 휠 직경 오차 파라미터와, 상기 후방 휠 간격 오차에 대한 휠 간격 오차 파라미터를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 (b) 단계는, (b1) 상기 보정 대상 차량형 이동 로봇이 제1 방향으로 상기 테스트 트랙을 따라 주행하는 단계와, (b2) 상기 보정 대상 차량형 이동 로봇이 상기 제1 방향의 반대인 제2 방향으로 상기 테스트 트랙을 따라 주행하는 단계를 포함하며; 상기 휠 간격 오차 파라미터는 수학식
Figure PCTKR2015006871-appb-I000001
에 의해 산출되고, 상기 휠 직경 오차 파라미터는 수학식
Figure PCTKR2015006871-appb-I000002
(여기서, θCW는 상기 방향각 오차 중 상기 제1 방향으로의 주행에 따른 방향각 오차이고, θCCW는 상기 방향각 오차 중 상기 제2 방향으로의 주행에 따른 방향각 오차이다)에 의해 산출될 수 있다.
그리고, 상기 시스템적 오차 보정 모델은 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향으로의 상기 테스트 트랙의 주행에 따른 차량형 이동 로봇의 시스템적 오차에 대해 모델링될 수 있다.
또한, 상기 시스템적 오차 보정 모델은 상기 보정 대상 차량형 이동 로봇의 보정 전 후방 휠 간격과 상기 휠 간격 오차 파라미터에 기초하여 상기 후방 휠 직경 오차를 보정하기 위한 휠 간격 오차 보정 모델과; 상기 보정 대상 차량형 이동 로봇의 후방 휠 간격과 상기 휠 직경 오차 파라미터에 기초하여 상기 후방 휠 직경 오차를 보정하기 위한 휠 직경 오차 보정 모델을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 휠 간격 오차 보정 모델은 수학식
Figure PCTKR2015006871-appb-I000003
(여기서, bactual은 상기 보정 대상 차량형 이동 로봇의 보정 후 후방 휠 간격이고, bnominal은 상기 보정 대상 차량형 이동 로봇의 보정 전 후방 휠 간격이고, α는 상기 간격 오차 파라미터이다)로 설정되고; 상기 휠 직경 오차 보정 모델은 수학식
Figure PCTKR2015006871-appb-I000004
(여기서, DR은 상기 보정 대상 차량형 이동 로봇의 보정 후 후방 우측 휠 직경이고, DL은 상기 보정 대상 차량형 이동 로봇의 보정 후 후방 좌측 휠 직경이고, R은 수학식
Figure PCTKR2015006871-appb-I000005
(여기서, β는 상기 휠 직경 오차 파라미터이고, 상기 ρ는 상기 테스트 트랙의 상기 곡선 구간의 회전 반경이다)에 의해 산출되며, b는 상기 보정 대상 차량형 이동 로봇의 후방 휠 간격이다)로 설정될 수 있다.
그리고, 상기 (b) 단계는 상기 제1 방향과 상기 제2 방향 각각에 대해 복수 회 수행되며; 상기 (c) 단계에서 방향각 오차는 복수 회 수행되는 상기 (b) 단계의 평균값에 의해 결정될 수 있다.
상기와 같은 구성에 따라, 차량형 이동 로봇의 오도메트리 오차를 보정하는데 있어 근사식의 사용을 배제함으로써, 보다 정확한 오도메트리 보정이 가능한 방향각 오차를 이용한 차량형 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법이 제공된다.
도 1은 2휠 이동 로봇과 차량형 이동 로봇의 시스템적 에러에 따른 주행 경로의 변화를 설명하기 위한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 차량형 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 3은 본 발명에 따른 차량형 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법에 적용되는 테스트 트랙의 예를 도시한 도면이고,
도 4는 휠 간격 오차에 의해 야기되는 방향각 오차를 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 휠 직경 오차에 의해 야기되는 방향각 오차를 설명하기 위한 도면이고,
도 6은 차량형 이동 로봇이 테스트 트랙을 따라 주행할 때 휠 간격 오차에 의해 야기되는 방향각 오차를 나타낸 도면이고,
도 7은 차량형 이동 로봇이 테스트 트랙을 따라 주행할 때 휠 직경 오차에 의해 야기되는 방향각 오차를 나타낸 도면이고,
도 8 내지 도 11은 본 발명에 따른 차량형 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법의 효과를 설명하기 위한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 방향각 오차를 이용한 차량형 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법은 (a) 곡선 구간과 직선 구간을 갖는 테스트 트랙의 주행에 따른 차량형 이동 로봇의 시스템적 오차에 대해 모델링된 시스템적 오차 보정 모델이 설정되는 단계와; (b) 상기 테스트 트랙을 따라 보정 대상 차량형 이동 로봇이 주행하는 단계와; (c) 상기 보정 대상 차량형 이동 로봇의 상기 테스트 트랙 상의 실제 종료 지점에서의 방향각 오차에 기초하여 기구학적 오차 파라미터가 산출되는 단계와; (d) 상기 산출된 기구학적 오차 파라미터가 상기 시스템적 오차 보정 모델에 적용되어 상기 보정 대상 차량형 이동 로봇의 시스템적 오차가 보정되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 방향각 오차를 이용한 차량형 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법을 설명하기에 앞서, 차량형 이동 로봇에서 발생하는 시스템적 오차의 원인에 대해 설명한다.
차량형 이동 로봇에서 발생하는 시스템적 오차는 휠 직경의 불일치에서 야기되는 휠 직경 오차, 좌측 휠과 우측 휠 간의 잘못된 간격에서 야기되는 휠 간격 오차, 전방 휠과 후방 휠 간의 잘못된 간격에서 야기되는 휠베이스 오차, 그리고 조향각 오차를 포함한다.
여기서, 휠베이스 오차는 조향각 오차로 전환될 수 있다. 차량형 이동 로봇이 반경 ρ의 곡선 경로를 따라 이동할 때, 조향각은 [수학식 1]과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2015006871-appb-I000006
여기서, φ는 조향각이고, L은 휠베이스이고, ρ는 곡선 경로의 반경이다.
[수학식 1]을 통해, 조향각에 대한 사전 실험이 수행된다면, 휠베이스 오차와 조향각 오차는 보정이 가능하게 되며, 결과적으로 휠 직경 오차와 휠 간격 오차 만이 본 발명에 따른 오도메트리 오차 보정 방법에서 보정 대상이 되는 시스템적 오차가 된다.
이하에서는 본 발명에 따른 차량형 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법을 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 차량형 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법을 적용하기 위한 테스트 트랙이 모델링된다(S20). 도 3은 본 발명에 따른 차량형 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법에 적용되는 테스트 트랙의 예를 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 휠 직경 오차와 휠 간격 오차 모두를 고려하기 위해, 테스트 트랙은 직선 구간과 곡선 구간을 포함하도록 형성되는데, 본 발명에서는 400m의 레이스 트랙 형상을 갖는 것을 예로 한다. 또한, 본 발명에서는 하나의 직선 구간의 길이는 하나의 곡선 구간의 회전 반경(ρ)의 2 배로 설정되는 것을 예로 하고 있다.
상기와 같이 테스트 트랙이 모델링되면, 테스트 트랙의 주행에 따란 차량형 이동 로봇의 시스템적 오차에 대한 시스템적 오차 보정 모델이 모델링되어 설정된다(S21). 이하에서는 본 발명에 따른 시스템적 오차 보정 모델에 대해 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 차량형 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법의 시스템적 오차 보정 모델은 상술한 바와 같이, 휠 직경 오차와 휠 간격 오차에 대해 모델링된다.
도 4는 휠 간격 오차에 의해 야기되는 방향각 오차를 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하여 설명하면, 차량형 이동 로봇에 휠 간격 오차만이 존재하는 경우, 방향각 오차는 곡선 경로를 따라 주행할 때 발생하게 된다. 차량형 이동 로봇의 주시 방향(Heading direction)은 조향 방향에 종속하기 때문에, 차량형 이동 로봇은 반경 ρ를 갖는 곡선 경로를 따라 이동하게 된다. 반면, 오도메트리에 의해 추정되는 경로는 반경 ρod를 갖는 곡선 경로를 갖는다. 따라서, 차량형 이동 로봇이 호 길이에 따른 수학식 l=rθ 로부터, 휠 간격 오차에 의해 야기되는 방향각 에러 α는 곡선 경로의 반경의 차이에서 발생하게 된다.
도 5는 휠 직경 오차에 의해 야기되는 방향각 오차를 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 참조하여 설명하면, 차량형 이동 로봇에 휠 직경 오차만이 존재하게 되면, 방향각 오차는 직선 경로와 곡선 경로 모두에서 발생하게 된다.
직선 경로에서의 방향각 오차 β와, 곡선 경로에서의 방향각 오차 γ는 좌측 휠과 우측 휠 간의 각속도 차이에 의해 발생하게 된다. 여기서, 방향각 오차 γ는 방향각 오차 β에 대해 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2015006871-appb-I000007
도 6은 차량형 이동 로봇이 테스트 트랙을 따라 주행할 때 휠 간격 오차에 의해 야기되는 방향각 오차를 나타낸 것이다. 방향각 오차 α는 도 6에 도시된 바와 같이, 테스트 트랙의 곡선 경로에서 발생하게 된다. 시계 방향(도 6의 (a))과 반시계 방향(도 6의 (b))으로의 주행 후에, 휠 간격 오차에 의해 야기되는 최종 방향각 오차는 다음과 같이 계산된다.
먼저, 차량형 이동 로봇이, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 시계 방향으로 주행할 때, 휠 간격 오차에 의해 야기되는 방향각 오차는 [수학식 3] 내지 [수학식 8]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
θ0 = π
[수학식 4]
θ1 = θ0 = π
[수학식 5]
θ2 = θ1 - π - α = -α
[수학식 6]
θ3 = θ2 = -α
[수학식 7]
θ4 = θ3 - π - α = -2α
[수학식 8]
θ4 - θ0 = -2α
그리고, 차량형 이동 로봇이, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 반시계 방향으로 주행할 때, 휠 간격 오차에 의해 야기되는 방향각 오차는 [수학식 9] 내지 [수학식 14]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 9]
θ0 = 0
[수학식 10]
θ1 = θ0 = 0
[수학식 11]
θ2 = θ1 + π + α = π+α
[수학식 12]
θ3 = θ2 = π+α
[수학식 13]
θ4 = θ3 + π + α = 2α
[수학식 14]
θ4 - θ0 = 2α
한편, 도 7은 차량형 이동 로봇이 테스트 트랙을 따라 주행할 때 휠 직경 오차에 의해 야기되는 방향각 오차를 나타낸 것이다. 방향각 오차 β와 γ는 도 7에 도시된 바와 같이, 테스트 트랙의 직선 구간과 곡선 경로에서 발생하게 된다. 시계 방향(도 7의 (a))과 반시계 방향(도 7의 (b))으로의 주행 후에, 휠 직경 오차에 의해 야기되는 최종 방향각 오차는 다음과 같이 계산된다.
먼저, 차량형 이동 로봇이, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 시계 방향으로 주행할 때, 휠 직경 오차에 의해 야기되는 방향각 오차는 [수학식 15] 내지 [수학식 20]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 15]
θ0 = π
[수학식 16]
θ1 = θ0 + β= π + β
[수학식 17]
θ2 = θ1 - π + γ = β + γ
[수학식 18]
θ3 = θ2 + β = 2β + γ
[수학식 19]
θ4 = θ3 - π + γ = π + 2β + 2γ
[수학식 20]
θ4 - θ0 = 2β + 2γ
먼저, 차량형 이동 로봇이, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 반시계 방향으로 주행할 때, 휠 직경 오차에 의해 야기되는 방향각 오차는 [수학식 21] 내지 [수학식 26]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 21]
θ0 = 0
[수학식 22]
θ1 = θ0 + β= β
[수학식 23]
θ2 = θ1 + π + γ = π + β + γ
[수학식 24]
θ3 = θ2 + β = π + 2β + γ
[수학식 25]
θ4 = θ3 - π + γ = 2β + 2γ
[수학식 26]
θ4 - θ0 = 2β + 2γ
[수학식 2], [수학식 8], [수학식 14], [수학식 20] 및 [수학식 26]으로부터, 시계 방향 및 반시계 방향에서 휠 직경 오차와 휠 간격 오차에 의해 야기되는 최종 방향각 오차(θCW,θCCW)는 [수학식 27] 및 [수학식 28]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 27]
θCW = -2α + 2β + 2γ = -2α + (2 + π)β
[수학식 28]
θCCW = 2α + 2β + 2γ = 2α + (2 + π)β
[수학식 27] 및 [수학식 28]로부터, 방향각 오차 α 및 β는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 29]
Figure PCTKR2015006871-appb-I000008
[수학식 30]
Figure PCTKR2015006871-appb-I000009
여기서, α는 휠 간격 오차에 의해 발생하는 방향각 오차로, 본 발명에 따른 시스템적 오차 보정 모델의 기구학적 오차 파라미터 중 휠 간격 오차에 대한 휠 간격 오차 파라미터가 되고, β는 휠 직경 오차에 의해 발생하는 방향각 오차로, 본 발명에 따른 시스템적 오차 보정 모델의 기구학적 오차 파라미터 중 휠 직경 오차 파라미터가 된다.
한편, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 휠 간격 오차 Eb와, 휠 간격 오차 파라미터 간의 관계는 [수학식 31]과 같이 표현할 수 있고, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같은 휠 직경 오차 Ed와 휠 직경 오차 파라미터 간의 관계는 [수학식 32]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 31]
Figure PCTKR2015006871-appb-I000010
[수학식 32]
Figure PCTKR2015006871-appb-I000011
여기서, bactual은 실제 휠 간격이고, bnominal은 명목상 휠 간격이고, DR은 우측 휠의 직경이고, DL은 좌측 휠의 직경이다.
상기와 같은 모델링 과정을 통해, [수학식 31]이 본 발명에 따른 시스템적 오차 보정 모델에서 휠 간격 오차를 보정하기 위한 휠 간격 오차 보정 모델이 되고, [수학식 32]가 본 발명에 따른 시스템적 오차 보정 모델에서 휠 직경 오차를 보정하기 위한 휠 직경 오차 보정 모델이 된다.
다시, 도 2를 참조하여 설명하면, 상기와 같은 방법을 통해 휠 간격 오차 보정 모델과 휠 직경 오차 보정 모델로 구성된 시스템적 오차 보정 모델이 설정되면(S21), 본 발명에 따른 차량형 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법을 적용하여 시스템적 오차의 보정 대상이 되는 차량형 이동 로봇(이하, '보정 대상 차량형 이동 로봇'이라 함)이 테스트 트랙을 따라 주행한다.
먼저, 보정 대상 차량형 이동 로봇이 시계 방향을 따라 테스트 트랙을 주행한다(S22). 여기서, 보정 대상 차량형 이동 로봇의 테스트 트랙의 주행은 복수 회로 진행될 수 있으며, 복수 회의 주행을 수행하는 경우 방향각 오차는 복수 회에 대한 평균값으로 산출된다(S23).
그리고, 보정 대상 차량형 이동 로봇이 반시계 방향을 따라 테스트 트랙을 주행한다(S24). 여기서, 반시계 방향으로의 주행도 복수 회로 진행될 수 있으며, 동일한 방법으로 방향각 오차는 복수 회에 대한 평균값으로 산출된다(S25).
상기와 같은 시계 방향과 반시계 방향에 대한 방향각 오차(θCW,θCCW)가 산출되면, 산출된 방향각 오차에 기초하여 시스템적 오차 파라미터가 산출된다(S26). 여기서, 본 발명에 따른 시스템적 오차 파라미터는 상술한 바와 같이, 휠 간격 오차 파라미터와 휠 직경 오차 파라미터를 포함할 수 있으며, 휠 간격 오차 파라미터는 [수학식 29]에 의해 산출되고, 휠 직경 오차 파라미터는 [수학식 30]에 의해 산출된다.
그런 다음, 산출된 휠 간격 오차 파라미터와 휠 직경 오차 파라미터가 시스템적 오차 보정 모델에 적용되어(S27) 시스템적 오차, 즉 휠 간격 오차와 휠 직경 오차가 산출되며(S28), 산출된 시스템적 오차에 기초하여 시스템적 오차에 따른 오도메트리 오차가 보정된다(S29).
여기서, 시스템적 오차 보정 모델은, 상술한 바와 같이, [수학식 31]과 [수학식 32]에 의해 정의된 휠 간격 오차 보정 모델과 휠 직경 오차 보정 모델을 포함하며, 휠 간격 오차 파라미터와 휠 직경 오차 파라미터가 [수학식 31]과 [수학식 32]에 대입되어 시스템적 오차가 산출된다.
상기와 같은 과정을 통해 본 발명에 따른 차량형 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법은 테스트 트랙을 따른 테스트 주행을 이용하여 시스템적 오차가 오도메트리의 계산을 통해 쉽게 보정될 수 있다.
또한, 기존의 위치 오차를 이용하는 방법에서 사용된 근사식을 사용하지 않음으로써, 보다 정확한 오도메트리 보정이 가능하게 된다.
이하에서는 본 발명에 따른 차량형 오도메트리 오차 보정 방법의 효과에 대해 검증한다. 여기서, 효과의 검증은 본 발명에 따른 차량형 오도메트리 오차 보정 방법과, 한국공개특허공보 제10-2011-0121129호에 개시된 "4-륜 차량의 오도메트리 오차 보정 방법", 즉 위치 오차를 이용한 오차 보정 방법의 비교를 통해 수행한다.
먼저, 시뮬레이션에 적용될 차량형 이동 로봇의 제원은 다음과 같다.
- 휠 간격 : 27cm
- 휠 직경이 9cm
- 휠 엔코더 해상도 : 1130 pulses/rev
- 휠 간격 오차(Eb) = 0.98
- 휠 직경 오차(Ed) = 0.98
도 8은 오도메트리 오차 보정 전의 주행 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다. 도 8의 (a)는 시계 방향으로의 주행을 나타낸 것이고, 도 8의 (b)는 반시계 방향으로의 주행을 나타낸 것이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 휠 간격 오차와, 휠 직경 오차에 의해 최종 목적지는 실제 목적지를 벗어나게 된다.
오도메트리 오차 보정 전의 주행 시뮬레이션 결과에 따라 나타난 위치 오차와, 방향각 오차를 이용하여, 휠 직경 오차 및 휠 간격 오차를 산출한 결과는 [표 1]과 같다.
표 1
Eb Ed
한국공개특허(Lee's method) 0.9735 0.9806
본 발명(Proposed method) 0.9805 0.9804
도 9는 휠 간격 오차와 휠 직경 오차의 산출 결과와 실제 오차 간의 편차를 나타낸 도면으로, 도 9의 (a)는 휠 간격 오차를 나타낸 것이고, 도 9의 (b)는 휠 직경 오차를 나타낸 것이다.
[표 1] 및 도 9에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 차량형 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법을 통해 산출된 휠 간격 오차 및 휠 직경 오차가 상기 한국공개특허에 개시된 방법보다 실제 시스템적 오차에 근접한 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 10 및 도 11은 상기와 같이 산출된 휠 간격 오차 및 휠 직경 오차를 이용하여 오도메트리를 보정한 후 주행 시뮬레이션을 수행한 결과를 나타낸 도면이다. 도 10 및 도 11 각각의 (a)는 전제 주행 경로를 나타낸 것이고, 도 10 및 도 11 각각의 (b)는 목적지 근방을 확대하여 나타낸 것이다.
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 시계 방향 및 반시계 방향으로의 주행 모두에서 본 발명에 따른 보정 방법이 한국공개특허에 개시된 방법보다 좀 더 목적지에 근접하게 접근한 것을 확인할 수 있다.
본 실시예는 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타낸 것에 불과하며, 본 발명의 명세서에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 것은 자명하다.
본 발명은 이동 로봇의 자율 주행과 관련된 기술에 적용될 수 있다. 예를 들어, 자동 청소 로봇, 창고 관리용 AGVS(Autonomous guided vehicle system), 공공 서비스 로봇과 같은 다양한 목적의 자율 주행 로봇에 적용 가능하다.

Claims (7)

  1. (a) 곡선 구간과 직선 구간을 갖는 테스트 트랙의 주행에 따른 차량형 이동 로봇의 시스템적 오차에 대해 모델링된 시스템적 오차 보정 모델이 설정되는 단계와;
    (b) 상기 테스트 트랙을 따라 보정 대상 차량형 이동 로봇이 주행하는 단계와;
    (c) 상기 보정 대상 차량형 이동 로봇의 상기 테스트 트랙 상의 실제 종료 지점에서의 방향각 오차에 기초하여 기구학적 오차 파라미터가 산출되는 단계와;
    (d) 상기 산출된 기구학적 오차 파라미터가 상기 시스템적 오차 보정 모델에 적용되어 상기 보정 대상 차량형 이동 로봇의 시스템적 오차가 보정되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방향각 오차를 이용한 차량형 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시스템적 오차 보정 모델은 후방 휠 직경 오차와 후방 휠 간격 오차에 대해 모델링되며;
    상기 기구학적 오차 파라미터는 상기 후방 휠 직경 오차에 대한 휠 직경 오차 파라미터와, 상기 후방 휠 간격 오차에 대한 휠 간격 오차 파라미터를 포함하는 것을 특징으로 하는 방향각 오차를 이용한 차량형 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    (b1) 상기 보정 대상 차량형 이동 로봇이 제1 방향으로 상기 테스트 트랙을 따라 주행하는 단계와,
    (b2) 상기 보정 대상 차량형 이동 로봇이 상기 제1 방향의 반대인 제2 방향으로 상기 테스트 트랙을 따라 주행하는 단계를 포함하며;
    상기 휠 간격 오차 파라미터는 수학식
    Figure PCTKR2015006871-appb-I000012
    에 의해 산출되고, 상기 휠 직경 오차 파라미터는 수학식
    Figure PCTKR2015006871-appb-I000013
    (여기서, θCW는 상기 방향각 오차 중 상기 제1 방향으로의 주행에 따른 방향각 오차이고, θCCW는 상기 방향각 오차 중 상기 제2 방향으로의 주행에 따른 방향각 오차이다)에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 방향각 오차를 이용한 차량형 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 시스템적 오차 보정 모델은 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향으로의 상기 테스트 트랙의 주행에 따른 차량형 이동 로봇의 시스템적 오차에 대해 모델링되는 것을 특징으로 하는 방향각 오차를 이용한 차량형 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 시스템적 오차 보정 모델은
    상기 보정 대상 차량형 이동 로봇의 보정 전 후방 휠 간격과 상기 휠 간격 오차 파라미터에 기초하여 상기 후방 휠 간격 오차를 보정하기 위한 휠 간격 오차 보정 모델과;
    상기 보정 대상 차량형 이동 로봇의 후방 휠 간격과 상기 휠 직경 오차 파라미터에 기초하여 상기 후방 휠 직경 오차를 보정하기 위한 휠 직경 오차 보정 모델을 포함하는 것을 특징으로 하는 방향각 오차를 이용한 차량형 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 휠 간격 오차 보정 모델은 수학식
    Figure PCTKR2015006871-appb-I000014
    (여기서, bactual은 상기 보정 대상 차량형 이동 로봇의 보정 후 후방 휠 간격이고, bnominal은 상기 보정 대상 차량형 이동 로봇의 보정 전 후방 휠 간격이고, α는 상기 간격 오차 파라미터이다)로 설정되고;
    상기 휠 직경 오차 보정 모델은 수학식
    Figure PCTKR2015006871-appb-I000015
    (여기서, DR은 상기 보정 대상 차량형 이동 로봇의 보정 후 후방 우측 휠 직경이고, DL은 상기 보정 대상 차량형 이동 로봇의 보정 후 후방 좌측 휠 직경이고, R은 수학식
    Figure PCTKR2015006871-appb-I000016
    (여기서, β는 상기 휠 직경 오차 파라미터이고, 상기 ρ는 상기 테스트 트랙의 상기 곡선 구간의 회전 반경이다)에 의해 산출되며, b는 상기 보정 대상 차량형 이동 로봇의 후방 휠 간격이다)로 설정되는 것을 특징으로 하는 방향각 오차를 이용한 차량형 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 상기 제1 방향과 상기 제2 방향 각각에 대해 복수 회 수행되며;
    상기 (c) 단계에서 방향각 오차는 복수 회 수행되는 상기 (b) 단계의 평균값에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 방향각 오차를 이용한 차량형 이동 로봇의 오도메트리 오차 보정 방법.
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