WO2016093607A1 - Apparatus and method for controlling moving object, and computer-readable recording medium in which program for implementing method in computer is recorded - Google Patents

Apparatus and method for controlling moving object, and computer-readable recording medium in which program for implementing method in computer is recorded Download PDF

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WO2016093607A1
WO2016093607A1 PCT/KR2015/013421 KR2015013421W WO2016093607A1 WO 2016093607 A1 WO2016093607 A1 WO 2016093607A1 KR 2015013421 W KR2015013421 W KR 2015013421W WO 2016093607 A1 WO2016093607 A1 WO 2016093607A1
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WO
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moving object
trajectory
quaternion
point
moving
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Application number
PCT/KR2015/013421
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Korean (ko)
Inventor
권재욱
이동헌
방효충
Original Assignee
한국항공우주연구원
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/24—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
    • B64G1/242—Orbits and trajectories
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/10—Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary vehicles
    • B64G1/105—Space science
    • B64G1/1064—Space science specifically adapted for interplanetary, solar or interstellar exploration
    • B64G1/1071—Planetary landers intended for the exploration of the surface of planets, moons or comets
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/12—Target-seeking control

Definitions

  • the present invention relates to moving object control, and more particularly, to an apparatus, a method for controlling a trajectory for a moving object to reach a target point, and a computer readable recording medium for recording a program for executing the method on a computer.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide a moving object control apparatus and method for controlling the trajectory of the moving object to enter the moving object at a desired angle.
  • the moving object control apparatus includes a trajectory control unit for controlling the trajectory of the moving object, and a position control unit for controlling the position of the moving object.
  • the trajectory control unit and the position control unit may control the trajectory of the mobile unit and the position of the mobile unit, respectively, using the error quaternion of the mobile unit.
  • the error quaternion of the moving object may be extracted from a quaternion indicating a trajectory at a current point of the moving object and a quaternion indicating a trajectory at a target point of the moving object.
  • Is With the quaternion in front of Later quaternion multiplication represents a vector and scalar expression.
  • Position information including the trajectory and the trajectory of the moving object can be expressed by the following equation.
  • the position controller may further control the position of the movable body by further using a difference between the position of the target point of the movable body and the position of the current point of the movable body.
  • the position control unit may control the position of the movable body by the following equation.
  • the current position of the moving object ( ) Is the difference between.
  • the apparatus may further include an update unit configured to update the trajectory of the current point of the moving object and the position of the current point of the moving object.
  • the updater may update the trajectory of the current location of the moving object and the location of the current location of the moving object by integrating the result of the following equation.
  • the rate of change of the trajectory that is, the curvature
  • the rate of change of position are the force values that control the position It can be represented as.
  • the portion for setting the entry angle at the target point of the moving object is the desired entry angle of Xt, Yt, Zt of FIG. of A quaternion representing the target trajectory of the moving object ).
  • the moving object control method includes a trajectory control step of controlling the trajectory of the moving object, and a position control step of controlling the position of the moving object.
  • a computer-readable recording medium records a program for executing a moving object control method on a computer, comprising a trajectory control step of controlling a trajectory of a moving object and a position control step of controlling a position of the moving object. do.
  • the movable body can move accurately from the starting point to the target point.
  • the trajectory of the moving object it is possible to accurately control the entry angle at the moment when the moving object reaches the target point.
  • FIG. 1 is a block diagram of a moving object control apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a moving object control method of the moving object control apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 5 to 6 are examples illustrating the principle of moving the moving object from the starting point to the target point.
  • ordinal numbers such as second and first
  • first and second components may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • second component may be referred to as the first component, and similarly, the first component may also be referred to as the second component.
  • the moving object control apparatus and method according to an embodiment of the present invention controls the trajectory and position of the moving object by using dual quaternion to enter a desired angle at a desired target point.
  • Dual quaternions extend the quaternion, which is calculated by linear differential equations, into a dual number system that simultaneously handles rotational and translational motions. Dual quaternion allows simultaneous representation of posture and position in three-dimensional space, and can represent a single state variable with eight values.
  • the dual quaternion is compact, has no singularity, and has a small amount of calculation.
  • FIG. 1 is a block diagram of a moving object control apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a flow chart showing a moving object control method of a moving object control apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the moving object control apparatus 100 includes a trajectory control unit 110, a position control unit 120, and an update unit 130.
  • the trajectory control unit 110 controls the trajectory of the moving object (S100)
  • the position control unit 120 controls the position of the moving object (S110). Accordingly, the angle of entering the target point of the moving object can be controlled.
  • the trajectory control unit 110 and the position control unit 120 may control the trajectory and the position of the moving object using the error quaternion of the moving object, respectively.
  • the trajectory means a path in which the moving body moves, that is, a shape of a curve drawn by the moving body.
  • the trajectory that the moving object can pass through from the starting point to the target point exists indefinitely, and the angle at which the moving object enters the target point can be adjusted according to the trajectory of the moving object.
  • the error quaternion of the moving object may be extracted from the quaternion of the current point of the moving object and the quaternion of the target point of the moving object.
  • Is a quaternion representing the trajectory at the target point ( Conjugation) Is a quaternion representing the trajectory at the current point.
  • the trajectory at the target point means a momentary trajectory at the target point
  • the trajectory at the current point means a momentary trajectory at the current point.
  • the position controller 120 may further control the position of the movable body by further using a difference between the position of the target point of the movable body and the position of the current point of the movable body.
  • the position controller 120 may control the position of the moving object by the following equation.
  • the updater 130 updates the trajectory of the current point of the moving object and the position of the current point (S120).
  • the updater 130 may update the trajectory of the current point of the moving object and the position of the current point by calculating quaternion kinematics. That is, the updater 130 may update the trajectory of the current point of the moving object and the position of the current point of the moving object by integrating the result of the following equation.
  • ego Is
  • Is Is the torque that controls the trajectory of the moving object
  • the dual quaternion can be represented by the following equation.
  • Is a dual quaternion Is the real part of the dual quaternion, Is the dual part of the dual quaternion.
  • ⁇ is a delimiter for distinguishing between the real part and the dual part of the dual quaternion, ego, to be.
  • the dual quaternion Denotes the angle of the trajectory of the moving object And the position of the moving object It can be represented using. here, Is Derived from, it can be specifically derived as shown in the following equation.
  • the O-coordinate, i.e., B-coordinate, i.e. the target point has a different position and attitude from a starting point of the moving object that has a predetermined position and orientation in space
  • the moving object may rotate based on the n vector, which is a moment vector passing through the P point. That is, the movable body may rotate along the arc S to move to the target posture at the target point.
  • fluorenyl large two coordinates in a coordinate i.e., coordinates B and O when the coordinates can be expressed by components including the rotation center point P l l vector in by the vector Can be expressed as a dual number, Can be expressed as
  • Figure 5 is an example for explaining the principle of moving the moving object from the starting point ( P i ) to the target point ( P t )
  • Figure 6 is a moving body from the starting point ( P i ) to the target point ( P t ) Another example to illustrate the principle.
  • FIG. 6 the principle of FIGS. 1 and 5 is applied by rotating in the vertical direction. For example, when the starting point and the target point of the moving object are different from the altitude and distance on the yz plane.
  • the target point In Also available.
  • the trajectory control unit 110 for controlling the trajectory of the moving object may use an error quaternion of the moving object.
  • the error quaternion of a moving object is the quaternion of the current position of the moving object, And the quaternion of the target point of the moving object, It can be extracted through the difference in liver.
  • the quaternion of the current point of the moving object may be a quaternion of the starting point of the moving object if the moving object is before moving, and may be a quaternion of the point where the moving object is currently located if the moving object is moving.
  • the trajectory control unit 110 includes an error quaternion ( ) Can be extracted.
  • Is gain Is the torque for controlling the trajectory of the moving object.
  • the position control unit 120 for controlling the position of the moving object is a dual part of the error dual quaternion ( ) Can be used.
  • the quaternion at the current point And the quaternion of the target If you find each dual quaternion for, Wow If you get error dual quaternion from Becomes this is Can be expressed as It can be extracted using.
  • P e is a difference between the position of the target point of a moving object (P t) for the location of the current point of the moving object (P), namely to be.
  • Position controller 120 is a dual part of the error dual quaternion ( ) Can be extracted. In other words, Can be extracted as Is gain, Is the control force, or control force.
  • the updater 130 updates the trajectory of the current point of the moving object and the position of the current point of the moving object.
  • the trajectory control unit 110 and the position control unit 120 use the result value of the update unit 130 as the trajectory of the current point of the moving object.
  • the position can be used to control the trajectory and position of the moving object.
  • the updater 130 may calculate quaternion kinematics. That is, the updater 130 may update the trajectory and the position of the current point of the moving object by using the following equation.
  • ego Is
  • Is Is the torque that controls the trajectory of the moving object
  • Is the result of the above equation Denotes the instantaneous rate of change of the dual quaternion of the moving object. Accordingly, By integrating, the angle and position of the current point of the moving object can be known.
  • FIGS. 7 to 8 a situation in which the moving body starts parallel to the ground at the starting point and reaches a direction perpendicular to the ground at the target point (90 degrees) is simulated. It can be seen that not only when the altitude is longer than the distance as shown in FIG. 8, but also when the altitude is shorter than the distance as shown in FIG. 9, the target point reaches the desired angle.
  • the moving object shows transformed coordinates to set to a desired entry angle other than vertical entry and fall at the same target point.
  • the trajectory of the moment when the moving object reaches the target point can be controlled.
  • Other methods and devices in embodiments of the present invention can be applied to robotic football, unmanned submarines, etc., as well as missiles, lunar landers.
  • the embodiments of the present invention described above are not only implemented through the apparatus and the method, but may be implemented through a program for realizing a function corresponding to the configuration of the embodiments of the present invention or a recording medium on which the program is recorded.

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Abstract

An apparatus for controlling a moving object according to one embodiment of the present invention comprises: a trajectory control unit for controlling the trajectory of the moving object; and a location control unit for controlling the location of the moving object. Accordingly, it is possible to control the angle at which the moving object approaches a target point.

Description

이동체 제어 장치, 방법 및 그 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 프로그램을 기록하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체Moving object control apparatus, method and computer readable recording medium for recording a program for executing the method on a computer
본 발명은 이동체 제어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이동체가 목표지점에 도달하기 위한 궤적을 제어하는 장치, 방법 및 그 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 프로그램을 기록하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 관한 것이다. The present invention relates to moving object control, and more particularly, to an apparatus, a method for controlling a trajectory for a moving object to reach a target point, and a computer readable recording medium for recording a program for executing the method on a computer.
무인정찰기, 드론, 유도제어무기 등의 대기권 내 비행체, 위성, 달착륙선 등의 우주 비행체, 로봇축구, 무인잠수함 등과 같은 다양한 이동체에 관한 기술이 발달함에 따라, 이동체를 효율적으로 제어하는 기술이 요구되고 있다. As technologies related to various moving objects such as unmanned reconnaissance aircraft, drones and guided controlled weapons in the atmosphere, space vehicles such as satellites and moon landing ships, robot soccer, and unmanned submarines are developed, technologies for efficiently controlling moving objects are required. have.
특히, 이동체를 출발지점으로부터 목표지점까지 정확하게 이동시킬 필요가 있다. 이를 위하여, 이동체를 목표지점에 원하는 각도로 이동시키기 위한 니즈가 있다.In particular, it is necessary to accurately move the moving object from the starting point to the target point. To this end, there is a need for moving the moving object at a desired angle to the target point.
이동체를 목표지점으로 이동시키고자 하는 다양한 유도궤적 알고리즘이 소개되고 있으나, 목표지점에 원하는 각도로 정확하게 진입시키는 기술은 없는 실정이다.Various guided trajectory algorithms for moving a moving object to a target point have been introduced, but there is no technique for accurately entering a target point at a desired angle.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 이동체의 궤적을 제어하여 이동체를 목표지점에 원하는 각도로 진입시키는 이동체 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a moving object control apparatus and method for controlling the trajectory of the moving object to enter the moving object at a desired angle.
본 발명의 한 실시예에 따른 이동체 제어 장치는 이동체의 궤적을 제어하는 궤적 제어부, 그리고 상기 이동체의 위치를 제어하는 위치 제어부를 포함한다. The moving object control apparatus according to an embodiment of the present invention includes a trajectory control unit for controlling the trajectory of the moving object, and a position control unit for controlling the position of the moving object.
상기 궤적 제어부 및 상기 위치 제어부는 상기 이동체의 에러 쿼터니언을 이용하여 상기 이동체의 궤적 및 상기 이동체의 위치를 각각 제어할 수 있다.The trajectory control unit and the position control unit may control the trajectory of the mobile unit and the position of the mobile unit, respectively, using the error quaternion of the mobile unit.
상기 이동체의 에러 쿼터니언은 상기 이동체의 현재지점에서의 궤적을 나타내는 쿼터니언 및 상기 이동체의 목표지점에서의 궤적을 나타내는 쿼터니언으로부터 추출될 수 있다.The error quaternion of the moving object may be extracted from a quaternion indicating a trajectory at a current point of the moving object and a quaternion indicating a trajectory at a target point of the moving object.
상기 이동체의 에러 쿼터니언(
Figure PCTKR2015013421-appb-I000001
)은 하기 수학식에 의하여 도출될 수 있다.Error quaternion of the moving object
Figure PCTKR2015013421-appb-I000001
) Can be derived by the following equation.
Figure PCTKR2015013421-appb-I000002
Figure PCTKR2015013421-appb-I000002
여기서,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000003
는 타켓(target, 목표지점)의 쿼터니언(
Figure PCTKR2015013421-appb-I000004
), 즉 목표지점에서의 궤적을 나타내고
Figure PCTKR2015013421-appb-I000005
는 목표지점에서의 궤적을 나타내는 쿼터니언(
Figure PCTKR2015013421-appb-I000006
)의 컨쥬게이션(conjugation)이고,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000007
는 현재지점에서의 궤적을 나타내는 쿼터니언이다. 여기서,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000008
는
Figure PCTKR2015013421-appb-I000009
의 앞 쿼터니언과
Figure PCTKR2015013421-appb-I000010
뒤 쿼터니언의 멀티플리케이션(Multiplication)으로 벡터와 스칼라의 연산식을 나타낸다.here,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000003
Is the quaternion of the target (target)
Figure PCTKR2015013421-appb-I000004
), That is, the trajectory at the target point
Figure PCTKR2015013421-appb-I000005
Is a quaternion representing the trajectory at the target point (
Figure PCTKR2015013421-appb-I000006
Conjugation)
Figure PCTKR2015013421-appb-I000007
Is a quaternion representing the trajectory at the current point. here,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000008
Is
Figure PCTKR2015013421-appb-I000009
With the quaternion in front of
Figure PCTKR2015013421-appb-I000010
Later quaternion multiplication represents a vector and scalar expression.
상기 이동체의 궤적 및 궤적을 포함하는 위치정보는 하기 수학식으로 표현할 수 있다.Position information including the trajectory and the trajectory of the moving object can be expressed by the following equation.
Figure PCTKR2015013421-appb-I000011
Figure PCTKR2015013421-appb-I000011
여기서,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000012
는 듀얼쿼터니언(Dual Quaternion)으로 이동체의 궤적 정보(
Figure PCTKR2015013421-appb-I000013
)와 이동체의 궤적 정보를 포함하는 위치정보(
Figure PCTKR2015013421-appb-I000014
)를 나타내고 있다.here,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000012
Is the dual quaternion, which is the trajectory information of the moving object (
Figure PCTKR2015013421-appb-I000013
) And location information including the trajectory information of the moving object (
Figure PCTKR2015013421-appb-I000014
).
상기 위치 제어부는 상기 이동체의 목표지점의 위치 및 상기 이동체의 현재지점의 위치 간의 차를 더 이용하여 상기 이동체의 위치를 제어할 수 있다.The position controller may further control the position of the movable body by further using a difference between the position of the target point of the movable body and the position of the current point of the movable body.
상기 위치 제어부는 하기 수학식에 의하여 상기 이동체의 위치를 제어할 수 있다.The position control unit may control the position of the movable body by the following equation.
Figure PCTKR2015013421-appb-I000015
Figure PCTKR2015013421-appb-I000015
여기서,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000016
는 상기 이동체의 목표지점인 타겟위치(
Figure PCTKR2015013421-appb-I000017
)와 상기 이동체의 현재지점의 위치(
Figure PCTKR2015013421-appb-I000018
) 간의 차이다.
Figure PCTKR2015013421-appb-I000019
는 상기 이동체의 궤적 정보를 포함하고 있는 위치의 값을 나타낸다. here,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000016
Is a target position (the target point of the moving object)
Figure PCTKR2015013421-appb-I000017
) And the current position of the moving object (
Figure PCTKR2015013421-appb-I000018
) Is the difference between.
Figure PCTKR2015013421-appb-I000019
Denotes a value of a position including trajectory information of the moving object.
상기 이동체의 현재지점의 궤적 및 상기 이동체의 현재지점의 위치를 업데이트하는 업데이트부를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include an update unit configured to update the trajectory of the current point of the moving object and the position of the current point of the moving object.
상기 업데이트부는 하기 수학식의 결과를 적분하여 상기 이동체의 현재지점의 궤적 및 상기 이동체의 현재지점의 위치를 업데이트할 수 있다.The updater may update the trajectory of the current location of the moving object and the location of the current location of the moving object by integrating the result of the following equation.
Figure PCTKR2015013421-appb-I000020
Figure PCTKR2015013421-appb-I000020
여기서,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000021
는 이동체의 시간에 따른 궤적의 변화율과 위치 변화율을 나타내는 것으로 궤적의 변화율, 즉 곡률은 회전력을 표현하는 토크(Torque)값인
Figure PCTKR2015013421-appb-I000022
와 위치 변화율은 위치를 제어하는 힘(Force)값인
Figure PCTKR2015013421-appb-I000023
로 나타낼 수 있다. here,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000021
Represents the rate of change of the trajectory and the position of the moving object with time. The rate of change of the trajectory, that is, the curvature, is a torque value representing the rotational force.
Figure PCTKR2015013421-appb-I000022
And the rate of change of position are the force values that control the position
Figure PCTKR2015013421-appb-I000023
It can be represented as.
상기 이동체의 목표지점에서의 진입각을 설정하는 부분은 도 5의 Xt, Yt, Zt의 원하는 진입각
Figure PCTKR2015013421-appb-I000024
을
Figure PCTKR2015013421-appb-I000025
값으로 표현하고, 이를 이동체의 타겟 궤적을 나타내는 쿼터니언 (
Figure PCTKR2015013421-appb-I000026
)에 입력시키면 된다.The portion for setting the entry angle at the target point of the moving object is the desired entry angle of Xt, Yt, Zt of FIG.
Figure PCTKR2015013421-appb-I000024
of
Figure PCTKR2015013421-appb-I000025
A quaternion representing the target trajectory of the moving object
Figure PCTKR2015013421-appb-I000026
).
본 발명의 한 실시예에 따른 이동체 제어 방법은 이동체의 궤적을 제어하는 궤적 제어 단계, 그리고 상기 이동체의 위치를 제어하는 위치 제어 단계를 포함한다. The moving object control method according to an embodiment of the present invention includes a trajectory control step of controlling the trajectory of the moving object, and a position control step of controlling the position of the moving object.
본 발명의 한 실시예에 따른 컴퓨터 판독 가능한 기록매체는 이동체의 궤적을 제어하는 궤적 제어 단계, 그리고 상기 이동체의 위치를 제어하는 위치 제어 단계를 포함하는 이동체 제어 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 프로그램을 기록한다.A computer-readable recording medium according to an embodiment of the present invention records a program for executing a moving object control method on a computer, comprising a trajectory control step of controlling a trajectory of a moving object and a position control step of controlling a position of the moving object. do.
본 발명의 실시예에 따르면, 이동체가 출발지점으로부터 목표지점으로 정확하게 이동할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 따르면, 이동체의 궤적을 제어함으로써, 이동체가 목표지점에 도달하는 순간의 진입 각도를 정확하게 제어할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, the movable body can move accurately from the starting point to the target point. In particular, according to the embodiment of the present invention, by controlling the trajectory of the moving object, it is possible to accurately control the entry angle at the moment when the moving object reaches the target point.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 이동체 제어 장치의 블록도이다. 1 is a block diagram of a moving object control apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 이동체 제어 장치의 이동체 제어 방법을 나타내는 순서도이다.2 is a flowchart illustrating a moving object control method of the moving object control apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 3 내지 4는 플루커 좌표(Plucker Coordinate)를 이용하여 듀얼 쿼터니언을 설명한다. 3 to 4 illustrate dual quaternions using Plucker Coordinate.
도 5 내지 6은 출발지점으로부터 목표지점으로 이동체가 이동하는 원리를 설명하는 예이다. 5 to 6 are examples illustrating the principle of moving the moving object from the starting point to the target point.
도 7 내지 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 이동체 제어 방법과 원하는 각도로 진입하는 방법을 적용한 시뮬레이션 결과를 나타낸다.7 to 12 show simulation results of applying a moving object control method and a method of entering a desired angle according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated and described in the drawings. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. Terms including ordinal numbers, such as second and first, may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the second component may be referred to as the first component, and similarly, the first component may also be referred to as the second component. The term and / or includes a combination of a plurality of related items or any item of a plurality of related items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and the same or corresponding components will be given the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.
본 발명의 한 실시예에 따른 이동체 제어 장치 및 방법은 듀얼 쿼터니언(dual quaternion)을 이용하여 이동체의 궤적 및 위치를 제어하여, 원하는 목표지점에 원하는 각도로 진입하도록 한다.The moving object control apparatus and method according to an embodiment of the present invention controls the trajectory and position of the moving object by using dual quaternion to enter a desired angle at a desired target point.
듀얼 쿼터니언은 선형미분방정식으로 계산하는 쿼터니언을 회전운동과 병진운동을 동시에 취급하는 듀얼 수(dual number) 체계로 확장한 형태이다. 듀얼 쿼터니언을 이용하면 3차원 공간에서 자세와 위치를 동시에 표현하는 것이 가능하며, 8개의 값으로 단일 상태 변수를 나타낼 수 있다.Dual quaternions extend the quaternion, which is calculated by linear differential equations, into a dual number system that simultaneously handles rotational and translational motions. Dual quaternion allows simultaneous representation of posture and position in three-dimensional space, and can represent a single state variable with eight values.
이에 따라, 듀얼 쿼터니언은 컴팩트하며, 특이성(singularity)이 없고, 계산량이 적은 장점이 있다. Accordingly, the dual quaternion is compact, has no singularity, and has a small amount of calculation.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 이동체 제어 장치의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 이동체 제어 장치의 이동체 제어 방법을 나타내는 순서도이다. 1 is a block diagram of a moving object control apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a flow chart showing a moving object control method of a moving object control apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 이동체 제어 장치(100)는 궤적 제어부(110), 위치 제어부(120) 및 업데이트부(130)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the moving object control apparatus 100 includes a trajectory control unit 110, a position control unit 120, and an update unit 130.
도 1 내지 2를 참조하면, 궤적 제어부(110)는 이동체의 궤적을 제어하며(S100), 위치 제어부(120)는 이동체의 위치를 제어한다(S110). 이에 따라, 이동체의 목표지점에 진입하는 각도가 제어될 수 있다.1 to 2, the trajectory control unit 110 controls the trajectory of the moving object (S100), and the position control unit 120 controls the position of the moving object (S110). Accordingly, the angle of entering the target point of the moving object can be controlled.
여기서, 궤적 제어부(110) 및 위치 제어부(120)는 이동체의 에러 쿼터니언을 이용하여 이동체의 궤적 및 위치를 각각 제어할 수 있다. 여기서, 궤적은 이동체가 이동하는 경로, 즉 이동체가 이동하며 그리는 커브의 형상을 의미한다. 이동체가 출발지점으로부터 목표지점까지 도달하기 위하여 거쳐갈 수 있는 궤적은 무한하게 존재하며, 이동체의 궤적에 따라 이동체가 목표지점에 진입하는 각도를 조절할 수 있다.Here, the trajectory control unit 110 and the position control unit 120 may control the trajectory and the position of the moving object using the error quaternion of the moving object, respectively. Here, the trajectory means a path in which the moving body moves, that is, a shape of a curve drawn by the moving body. The trajectory that the moving object can pass through from the starting point to the target point exists indefinitely, and the angle at which the moving object enters the target point can be adjusted according to the trajectory of the moving object.
여기서, 이동체의 에러 쿼터니언은 이동체의 현재지점의 쿼터니언 및 이동체의 목표지점의 쿼터니언으로부터 추출될 수 있다.Here, the error quaternion of the moving object may be extracted from the quaternion of the current point of the moving object and the quaternion of the target point of the moving object.
이동체의 에러 쿼터니언(
Figure PCTKR2015013421-appb-I000027
)은 하기 수학식에 의하여 도출될 수 있다.Error quaternion of mobile object
Figure PCTKR2015013421-appb-I000027
) Can be derived by the following equation.
Figure PCTKR2015013421-appb-I000028
Figure PCTKR2015013421-appb-I000028
여기서,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000029
는 목표지점에서의 궤적을 나타내는 쿼터니언(
Figure PCTKR2015013421-appb-I000030
)의 컨쥬게이션(conjugation)이고,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000031
는 현재지점에서의 궤적을 나타내는 쿼터니언이다. 여기서, 목표지점에서의 궤적은 목표지점에서의 순간적인 궤적을 의미하며, 현재지점에서의 궤적은 현재지점에서의 순간적인 궤적을 의미한다. here,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000029
Is a quaternion representing the trajectory at the target point (
Figure PCTKR2015013421-appb-I000030
Conjugation)
Figure PCTKR2015013421-appb-I000031
Is a quaternion representing the trajectory at the current point. Here, the trajectory at the target point means a momentary trajectory at the target point, and the trajectory at the current point means a momentary trajectory at the current point.
그리고, 위치 제어기(120)는 이동체의 목표지점의 위치 및 이동체의 현재지점의 위치 간의 차를 더 이용하여 이동체의 위치를 제어할 수 있다. The position controller 120 may further control the position of the movable body by further using a difference between the position of the target point of the movable body and the position of the current point of the movable body.
즉, 위치 제어기(120)는 하기 수학식에 의하여 이동체의 위치를 제어할 수 있다.That is, the position controller 120 may control the position of the moving object by the following equation.
Figure PCTKR2015013421-appb-I000032
Figure PCTKR2015013421-appb-I000032
여기서,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000033
는 상기 이동체의 목표지점의 위치(
Figure PCTKR2015013421-appb-I000034
)와 상기 이동체의 현재지점의 위치(
Figure PCTKR2015013421-appb-I000035
) 간의 차이다.here,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000033
Is the position of the target point of the moving object (
Figure PCTKR2015013421-appb-I000034
) And the current position of the moving object (
Figure PCTKR2015013421-appb-I000035
) Is the difference between.
한편, 업데이트부(130)는 이동체의 현재지점의 궤적 및 현재지점의 위치를 업데이트한다(S120). 이때, 업데이트부(130)는 쿼터니언 운동학(Kinematics)을 연산하여 이동체의 현재지점의 궤적 및 현재지점의 위치를 업데이트할 수 있다. 즉, 업데이트부(130)는 하기 수학식의 결과를 적분하여 상기 이동체의 현재지점의 궤적및 상기 이동체의 현재지점의 위치를 업데이트할 수 있다. Meanwhile, the updater 130 updates the trajectory of the current point of the moving object and the position of the current point (S120). In this case, the updater 130 may update the trajectory of the current point of the moving object and the position of the current point by calculating quaternion kinematics. That is, the updater 130 may update the trajectory of the current point of the moving object and the position of the current point of the moving object by integrating the result of the following equation.
Figure PCTKR2015013421-appb-I000036
Figure PCTKR2015013421-appb-I000036
여기서,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000037
이고,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000038
이며,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000039
는 이동체의 궤적을 제어하는 토크이고,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000040
는 이동체의 위치를 제어하는 힘이다. here,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000037
ego,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000038
Is,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000039
Is the torque that controls the trajectory of the moving object,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000040
Is the force controlling the position of the moving object.
이하, 본 발명의 한 실시예에 따른 이동체 제어 장치 및 방법을 더욱 상세하게 설명하기 전에, 듀얼 쿼터니언의 개념을 간략하게 설명하고자 한다.Hereinafter, the concept of the dual quaternion will be briefly described before describing the moving object control apparatus and method according to an embodiment of the present invention in more detail.
듀얼 쿼터니언은 하기 수학식과 같이 나타낼 수 있다.The dual quaternion can be represented by the following equation.
Figure PCTKR2015013421-appb-I000041
Figure PCTKR2015013421-appb-I000041
여기서,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000042
는 듀얼 쿼터니언이고,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000043
는 듀얼 쿼터니언의 리얼 파트(real part)이며,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000044
는 듀얼 쿼터니언의 듀얼 파트(dual part)이다. 그리고, ε는 듀얼 쿼터니언의 리얼 파트와 듀얼 파트를 구분하는 구분자로서,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000045
이고,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000046
이다. here,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000042
Is a dual quaternion,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000043
Is the real part of the dual quaternion,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000044
Is the dual part of the dual quaternion. Ε is a delimiter for distinguishing between the real part and the dual part of the dual quaternion,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000045
ego,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000046
to be.
본 발명의 실시예에 따르면, 듀얼 쿼터니언
Figure PCTKR2015013421-appb-I000047
는 이동체의 궤적의 각도를 나타내는
Figure PCTKR2015013421-appb-I000048
와 이동체의 위치를 나타내는
Figure PCTKR2015013421-appb-I000049
를 이용하여 나타낼 수 있다. 여기서,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000050
는
Figure PCTKR2015013421-appb-I000051
로부터 도출되며, 구체적으로는 하기 수학식과 같이 도출될 수 있다.According to an embodiment of the invention, the dual quaternion
Figure PCTKR2015013421-appb-I000047
Denotes the angle of the trajectory of the moving object
Figure PCTKR2015013421-appb-I000048
And the position of the moving object
Figure PCTKR2015013421-appb-I000049
It can be represented using. here,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000050
Is
Figure PCTKR2015013421-appb-I000051
Derived from, it can be specifically derived as shown in the following equation.
Figure PCTKR2015013421-appb-I000052
Figure PCTKR2015013421-appb-I000052
여기서, ˚는 곱하기(Multiplication)로, 쿼터니언 q 1이 스칼라값 qs1을 가지고, 벡터값 q v1을 가지며, 쿼터니언 q 2가 스칼라값 qs2을 가지고, 벡터값 q v2을 가질 때, q 1 ˚ q 2 = qs1 q v2 + qs2 q v1 + q v1 × q v2,qsqs2 - q v1 q v2와 같이 나타낼 수 있다. Here, ˚ is a multiplication, when the quaternion q 1 has a scalar value q s1 , has a vector value q v1 , and the quaternion q 2 has a scalar value q s2, and has a vector value q v2 , q 1 ˚ q 2 = q s1 q v2 + q s2 q v1 + q v1 × q v2 , q s q s2 - q v1 q v2 .
이러한 듀얼 쿼터니언은 도 3의 플루커 좌표(Plucker Coordinate)를 이용하여 더욱 상세하게 설명될 수 있다. This dual quaternion can be described in more detail using the Plucker Coordinate of FIG. 3.
도 3을 참조하면, P 점을 지나는
Figure PCTKR2015013421-appb-I000053
벡터 상의 한 좌표 O와 P 점을 지나는 l 벡터 상의 한 좌표 B가 있고, 이동체가 공간 상에서 소정의 위치 및 자세를 가지는 O 좌표, 즉 출발지점으로부터 다른 위치 및 자세를 가지는 B 좌표, 즉 목표지점으로 이동하는 경우, 이동체는 P 점을 지나는 모멘트 벡터인 n 벡터를 기준으로 회전할 수 있다. 즉, 이동체는 원호(S)를 따라 회전하여 목표지점에 목표 자세로 이동할 수 있다. Referring to Figure 3, passing through the point P
Figure PCTKR2015013421-appb-I000053
And the coordinates B on the vector on the l vector that passes through the coordinates O and P point, the O-coordinate, i.e., B-coordinate, i.e. the target point has a different position and attitude from a starting point of the moving object that has a predetermined position and orientation in space When moving, the moving object may rotate based on the n vector, which is a moment vector passing through the P point. That is, the movable body may rotate along the arc S to move to the target posture at the target point.
좀 더 구체적으로 설명하면, 플루커 좌표에서 2개의 좌표, 즉 B 좌표와 O 좌표가 있을 때, 중심점 P를 지나는 l 벡터를 회전 성분까지 포함해서 표현하면 l 벡터
Figure PCTKR2015013421-appb-I000054
로 표현할 수 있으며, 이를 듀얼 넘버로 표기하면
Figure PCTKR2015013421-appb-I000055
로 표현할 수 있다.More specifically, fluorenyl large two coordinates in a coordinate, i.e., coordinates B and O when the coordinates can be expressed by components including the rotation center point P l l vector in by the vector
Figure PCTKR2015013421-appb-I000054
Can be expressed as a dual number,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000055
Can be expressed as
이러한 원리는 도 4 및 하기 수학식에 나타난 바와 같이, 3차원 공간에서도 동일하게 적용될 수 있다. This principle can be equally applied in three-dimensional space, as shown in FIG. 4 and the following equation.
Figure PCTKR2015013421-appb-I000056
Figure PCTKR2015013421-appb-I000056
이하, 본 발명의 한 실시예에 따라 듀얼 쿼터니언을 이용하여 이동체를 제어하는 방법을 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, a method of controlling a moving object using dual quaternion according to an embodiment of the present invention will be described in more detail.
도 5는 출발지점(P i)로부터 목표지점(P t)로 이동체가 이동하는 원리를 설명하기 위한 일 예이고, 도 6은 출발지점(P i)로부터 목표지점(P t)로 이동체가 이동하는 원리를 설명하기 위한 다른 예이다.5 is an example for explaining the principle of moving the moving object from the starting point ( P i ) to the target point ( P t ), Figure 6 is a moving body from the starting point ( P i ) to the target point ( P t ) Another example to illustrate the principle.
도 5 내지 6을 참조하면, 이동체가 출발지점(P i)에서 목표지점(P t)에 도달하고자 하는 경우, P i에서는 yz평면에 평행하게 출발을 하며, P t에서는 yz평면에 수직하게 들어가는 궤적을 그리는 것을 예로 들어 설명한다. 5 to 6, when the moving object tries to reach the target point P t at the starting point P i , the starting point is parallel to the yz plane at P i , and is perpendicular to the yz plane at P t. An example of drawing a trajectory is described.
도 5에서는 l 1 과 l 2 의 길이가 같은 때, 즉 이동체의 출발지점과 목표지점이 C점을 중심으로 고도와 거리가 같은 때를 예로 들고 있다.In FIG. 5, when the lengths of l 1 and l 2 are the same, that is, when the starting point and the target point of the moving object are the same as the altitude and distance around the C point, the example is illustrated.
회전축인 n 벡터가 지나는 중심점인 C는 원의 중심과 같은 역할을 하고, 이동체는 출발지점인 P i로부터 목표지점인 P t까지 화살표와 같이 출발하고 도착하며, θ는 90도이다.C, the center point through which the n vector, which is the axis of rotation, passes, acts like the center of the circle, and the moving body starts and arrives as an arrow from the starting point P i to the target point P t , and θ is 90 degrees.
도 6에서는 도1과 도5의 원리를 수직방향으로 회전시켜서 적용한 것으로, 이동체의 출발지점과 목표지점이 yz 평면 상의 고도와 거리가 다를 때를 예로 들고 있다.In FIG. 6, the principle of FIGS. 1 and 5 is applied by rotating in the vertical direction. For example, when the starting point and the target point of the moving object are different from the altitude and distance on the yz plane.
도 6에서는 출발지점인 P i에서 궤적형상을 원하는 곡률로 만들고자 하는 P i에서의 쿼터니언 q i를 구할 수 있다. q i를 P i에서의 이동체의 궤적의 각도를 나타내는 쿼터니언 값이라고 볼 때, 듀얼 쿼터니언으로 그 위치까지 포함해서 표현한다면 In Figure 6 can be obtained the quaternion q i at P i you want to create a desired curvature shape from the start point of the trajectory P i. Considering q i as a quaternion value representing the angle of the trajectory of the moving object in P i , if the dual quaternion is included in its position,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000057
Figure PCTKR2015013421-appb-I000057
으로 나타낼 수 있다. It can be represented as
이와 마찬가지 방법으로, 목표지점인
Figure PCTKR2015013421-appb-I000058
에서의
Figure PCTKR2015013421-appb-I000059
도 구할 수 있다.In a similar way, the target point
Figure PCTKR2015013421-appb-I000058
In
Figure PCTKR2015013421-appb-I000059
Also available.
즉,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000060
In other words,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000060
과 같이 표현할 수 있다.It can be expressed as
본 발명의 한 실시예에 따르면, 이동체의 궤적을 제어하는 궤적 제어부(110)는 이동체의 에러 쿼터니언을 이용할 수 있다. 이동체의 에러 쿼터니언은 이동체의 현재지점의 쿼터니언, 즉
Figure PCTKR2015013421-appb-I000061
와 이동체의 목표지점의 쿼터니언, 즉
Figure PCTKR2015013421-appb-I000062
간의 차를 통해 추출될 수 있다. 여기서, 이동체의 현재지점의 쿼터니언은, 이동체가 이동 전이라면 이동체의 출발지점의 쿼터니언일 수 있고, 이동체가 이동 중이라면 이동체가 현재 위치해 있는 지점의 쿼터니언일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the trajectory control unit 110 for controlling the trajectory of the moving object may use an error quaternion of the moving object. The error quaternion of a moving object is the quaternion of the current position of the moving object,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000061
And the quaternion of the target point of the moving object,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000062
It can be extracted through the difference in liver. Here, the quaternion of the current point of the moving object may be a quaternion of the starting point of the moving object if the moving object is before moving, and may be a quaternion of the point where the moving object is currently located if the moving object is moving.
즉,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000063
이고,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000064
는 목표지점의 쿼터니언(
Figure PCTKR2015013421-appb-I000065
)의 컨쥬게이션(conjugation)이고,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000066
는 현재지점의 쿼터니언이다. In other words,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000063
ego,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000064
Is the quaternion of the target location
Figure PCTKR2015013421-appb-I000065
Conjugation)
Figure PCTKR2015013421-appb-I000066
Is the quaternion of the current branch.
궤적 제어부(110)는 에러 쿼터니언(
Figure PCTKR2015013421-appb-I000067
)을 이용하여
Figure PCTKR2015013421-appb-I000068
를 추출할 수 있다. 즉,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000069
로 추출될 수 있으며,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000070
는 게인이고,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000071
는 이동체의 궤적을 제어하는 토크이다.
Figure PCTKR2015013421-appb-I000072
는 이동체의 궤적의 커브 형태를 나타낼 수 있다. 이는 도 6의 n 벡터가 지나는 회전 중심점인 θi각을 갖는 C점을 이동시키면서 궤적의 커브 형태를 그리는 역할을 한다.The trajectory control unit 110 includes an error quaternion (
Figure PCTKR2015013421-appb-I000067
)
Figure PCTKR2015013421-appb-I000068
Can be extracted. In other words,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000069
Can be extracted as
Figure PCTKR2015013421-appb-I000070
Is gain,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000071
Is the torque for controlling the trajectory of the moving object.
Figure PCTKR2015013421-appb-I000072
May represent the curve shape of the trajectory of the moving object. This serves to draw the curve of the trajectory while moving the C point having the angle θ i , which is the rotation center point through which the n vector of FIG. 6 passes.
그리고, 이동체의 위치를 제어하는 위치 제어부(120)는 에러 듀얼 쿼터니언의 듀얼 파트(
Figure PCTKR2015013421-appb-I000073
)를 이용할 수 있다. 전술한 바와 같이, 현재지점의 쿼터니언인
Figure PCTKR2015013421-appb-I000074
와 목표지점의 쿼터니언인
Figure PCTKR2015013421-appb-I000075
에 대하여 각각의 듀얼 쿼터니언을 구하면,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000076
와
Figure PCTKR2015013421-appb-I000077
가 되며, 이로부터 에러 듀얼 쿼터니언을 구하면,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000078
가 된다. 이는
Figure PCTKR2015013421-appb-I000079
로 표현이 가능하며,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000080
를 이용하여 추출될 수 있다. 여기서, P e는 이동체의 목표지점의 위치(P t)와 이동체의 현재지점의 위치(P) 간의 차, 즉
Figure PCTKR2015013421-appb-I000081
이다.And, the position control unit 120 for controlling the position of the moving object is a dual part of the error dual quaternion (
Figure PCTKR2015013421-appb-I000073
) Can be used. As mentioned above, the quaternion at the current point
Figure PCTKR2015013421-appb-I000074
And the quaternion of the target
Figure PCTKR2015013421-appb-I000075
If you find each dual quaternion for,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000076
Wow
Figure PCTKR2015013421-appb-I000077
If you get error dual quaternion from
Figure PCTKR2015013421-appb-I000078
Becomes this is
Figure PCTKR2015013421-appb-I000079
Can be expressed as
Figure PCTKR2015013421-appb-I000080
It can be extracted using. Here, P e is a difference between the position of the target point of a moving object (P t) for the location of the current point of the moving object (P), namely
Figure PCTKR2015013421-appb-I000081
to be.
위치 제어기(120)는 에러 듀얼 쿼터니언의 듀얼 파트(
Figure PCTKR2015013421-appb-I000082
)를 이용하여
Figure PCTKR2015013421-appb-I000083
를 추출할 수 있다. 즉,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000084
로 추출될 수 있으며,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000085
는 게인이고,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000086
는 컨트롤 포스 즉 제어 힘값(Control Force)이다. Position controller 120 is a dual part of the error dual quaternion (
Figure PCTKR2015013421-appb-I000082
)
Figure PCTKR2015013421-appb-I000083
Can be extracted. In other words,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000084
Can be extracted as
Figure PCTKR2015013421-appb-I000085
Is gain,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000086
Is the control force, or control force.
한편, 이동체는 출발지점으로부터 목표지점까지 이동하므로, 이동체의 쿼터니언은 계속하여 변화한다. 이에 따라, 업데이트부(130)는 이동체의 현재지점의 궤적 및 이동체의 현재지점의 위치를 업데이트한다. 업데이트부(130)가 이동체의 현재지점의 궤적 및 이동체의 현재지점의 위치를 추출하면, 궤적 제어부(110) 및 위치 제어부(120)는 업데이트부(130)의 결과값을 이동체의 현재지점의 궤적 및 위치로 이용하여 이동체의 궤적 및 위치를 제어할 수 있다. On the other hand, since the moving body moves from the starting point to the target point, the quaternion of the moving body keeps changing. Accordingly, the updater 130 updates the trajectory of the current point of the moving object and the position of the current point of the moving object. When the updater 130 extracts the trajectory of the current point of the moving object and the position of the current point of the moving object, the trajectory control unit 110 and the position control unit 120 use the result value of the update unit 130 as the trajectory of the current point of the moving object. And the position can be used to control the trajectory and position of the moving object.
이를 위하여, 업데이트부(130)는 쿼터니언 운동학(Kinematics)을 연산할 수 있다. 즉, 업데이트부(130)는 하기 수학식을 이용하여 이동체의 현재지점의 궤적 및 위치를 업데이트할 수 있다. To this end, the updater 130 may calculate quaternion kinematics. That is, the updater 130 may update the trajectory and the position of the current point of the moving object by using the following equation.
Figure PCTKR2015013421-appb-I000087
Figure PCTKR2015013421-appb-I000087
여기서,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000088
이고,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000089
이며,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000090
는 이동체의 궤적을 제어하는 토크이고,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000091
는 이동체의 위치를 제어하는 힘이다. here,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000088
ego,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000089
Is,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000090
Is the torque that controls the trajectory of the moving object,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000091
Is the force controlling the position of the moving object.
상기 수학식의 결과값인
Figure PCTKR2015013421-appb-I000092
는 이동체의 듀얼 쿼터니언의 순간 변화율을 나타낸다. 이에 따라,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000093
를 적분하면, 이동체의 현재지점의 각도 및 위치를 알 수 있다.Is the result of the above equation
Figure PCTKR2015013421-appb-I000092
Denotes the instantaneous rate of change of the dual quaternion of the moving object. Accordingly,
Figure PCTKR2015013421-appb-I000093
By integrating, the angle and position of the current point of the moving object can be known.
도 7 내지 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 이동체 제어 방법을 적용한 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 7 to 12 show simulation results of applying the moving object control method according to an embodiment of the present invention.
도 7 내지 8를 참고하면, 이동체가 출발지점에서 지표면과 평행하게 출발하고, 목표지점에서 지표면에 수직하는 방향(90도)으로 도달하는 상황을 시뮬레이션하였다. 도 8과 같이 고도가 거리보다 긴 경우뿐만 아니라, 도 9와 같이 고도가 거리보다 짧은 경우에도, 목표지점에 원하는 각도로 도달함을 알 수 있다. Referring to FIGS. 7 to 8, a situation in which the moving body starts parallel to the ground at the starting point and reaches a direction perpendicular to the ground at the target point (90 degrees) is simulated. It can be seen that not only when the altitude is longer than the distance as shown in FIG. 8, but also when the altitude is shorter than the distance as shown in FIG. 9, the target point reaches the desired angle.
도 9를 참조하면, 동일한 출발 지점에서 서로 다른 방향으로 다른 초기 속도로 출발하는 4개의 이동체가 동일한 목표 지점에 대하여, 동일한 진입 각도로 도달할 수 있음을 보여 준다. 9, different initials in different directions at the same starting point It is shown that four moving bodies starting at speed can reach the same target angle with respect to the same target point.
도 10을 참조하면, 이동체가 동일한 목표지점에 수직이 진입하강이 아닌 다른 원하는 진입 각도로 설정하고자 하는 변환된 좌표를 보여주고 있다.Referring to FIG. 10, the moving object shows transformed coordinates to set to a desired entry angle other than vertical entry and fall at the same target point.
도 11 내지 12를 참조하면, 동일한 출발 지점에서 출발하는 이동체가 동일한 목표 지점에 대하여, 3가지의 각도로 도달할 수 있음을 보여 준다. 또한, 이동체가 도달하는 지점에서 원하는 각도로 진입이 가능한 것을 보여준다. 11 to 12, it is shown that moving bodies starting from the same starting point can reach three angles with respect to the same target point. In addition, it shows that it is possible to enter the desired angle at the point where the moving object reaches.
전술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 이동체가 목표지점에 도달하는 순간의 궤적을 제어할 수 있다. 본 발명의 실시예에 다른 방법 및 장치는 미사일, 달착륙선뿐만 아니라 로봇축구, 무인잠수함 등에도 적용될 수 있다. As described above, according to the exemplary embodiment of the present invention, the trajectory of the moment when the moving object reaches the target point can be controlled. Other methods and devices in embodiments of the present invention can be applied to robotic football, unmanned submarines, etc., as well as missiles, lunar landers.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.The embodiments of the present invention described above are not only implemented through the apparatus and the method, but may be implemented through a program for realizing a function corresponding to the configuration of the embodiments of the present invention or a recording medium on which the program is recorded.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.

Claims (17)

  1. 이동체의 궤적을제어하는 궤적 제어부, 그리고A trajectory control unit for controlling the trajectory of the moving body, and
    상기 이동체의 위치를 제어하는 위치 제어부Position control unit for controlling the position of the moving object
    를 포함하는 이동체 제어 장치.Moving object control device comprising a.
  2. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 궤적 제어부 및 상기 위치 제어부는 상기 이동체의 에러 쿼터니언을 이용하여 상기 이동체의 궤적 및 상기 이동체의 위치를 각각 제어하는 이동체 제어 장치.And the trajectory control unit and the position control unit respectively control the trajectory of the mobile unit and the position of the mobile unit by using an error quaternion of the mobile unit.
  3. 제2항에 있어서,The method of claim 2,
    상기 이동체의 에러 쿼터니언은 상기 이동체의 현재지점에서의 궤적을 나타내는 쿼터니언 및 상기 이동체의 목표지점에서의 궤적을 나타내는 쿼터니언으로부터 추출되는 이동체 제어 장치.And an error quaternion of the moving object is extracted from a quaternion indicating a trajectory at a current point of the moving object and a quaternion indicating a trajectory at a target point of the moving object.
  4. 제3항에 있어서,The method of claim 3,
    상기 이동체의 에러 쿼터니언(
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000094
    )은 하기 수학식에 의하여 도출되는 이동체 제어 장치:    Error quaternion of the moving object
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000094
    ) Is a moving object control device derived by the following equation:
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000095
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000095
    여기서,
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000096
    는 목표지점에서의 궤적을 나타내는 쿼터니언(
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000097
    )의 컨쥬게이션(conjugation)이고,
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000098
    는 현재지점에서의 궤적을 나타내는 쿼터니언이다.    here,
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000096
    Is a quaternion representing the trajectory at the target point (
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000097
    Conjugation)
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000098
    Is a quaternion representing the trajectory at the current point.
  5. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein
    상기 위치 제어부는 상기 이동체의 목표지점의 위치 및 상기 이동체의 현재지점의 위치 간의 차를 더 이용하여 상기 이동체의 위치를 제어하는 이동체 제어 장치.And the position control unit controls the position of the movable body by further using a difference between the position of the target point of the movable body and the position of the current point of the movable body.
  6. 제5항에 있어서, The method of claim 5,
    상기 위치 제어부는 하기 수학식에 의하여 상기 이동체의 위치를 제어하는 이동체 제어 장치:The position control unit is a moving object control device for controlling the position of the moving body by the following equation:
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000099
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000099
    여기서,
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000100
    는 상기 이동체의 목표지점인 타겟위치(
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000101
    )와 상기 이동체의 현재지점의 위치(
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000102
    ) 간의 차이다.    here,
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000100
    Is a target position (the target point of the moving object)
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000101
    ) And the current position of the moving object (
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000102
    ) Is the difference between.
  7. 제6항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 이동체의 현재지점의 궤적 및 상기 이동체의 현재지점의 위치를 업데이트하는 업데이트부An update unit for updating the trajectory of the current point of the moving object and the position of the current point of the moving object
    를 더 포함하는 이동체 제어 장치.Moving object control device further comprising.
  8. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein
    상기 업데이트부는 하기 수학식의 결과를 적분하여 상기 이동체의 현재지점의 궤적 및 상기 이동체의 현재지점의 위치를 업데이트하는 이동체 제어 장치:The updater integrates the result of the following formula to update the locus of the current point of the moving object and the position of the current point of the moving object control device:
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000103
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000103
    여기서,
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000104
    이고,
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000105
    이며,
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000106
    는 이동체의 궤적을 제어하는 토크이고,
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000107
    는 이동체의 위치를 제어하는 힘이다.    here,
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000104
    ego,
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000105
    Is,
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000106
    Is the torque that controls the trajectory of the moving object,
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000107
    Is the force controlling the position of the moving object.
  9. 이동체의 궤적을 제어하는 궤적 제어 단계, 그리고A trajectory control step of controlling the trajectory of the moving body, and
    상기 이동체의 위치를 제어하는 위치 제어 단계Position control step of controlling the position of the moving body
    를 포함하는 이동체 제어 방법.Moving object control method comprising a.
  10. 제9항에 있어서,The method of claim 9,
    상기 궤적 제어 단계 및 상기 위치 제어 단계에서는 상기 이동체의 에러 쿼터니언을 이용하여 상기 이동체의 궤적 및 상기 이동체의 위치를 각각 제어하는 이동체 제어 방법.And the trajectory control step and the position control step respectively control the trajectory of the movable body and the position of the movable body by using an error quaternion of the movable body.
  11. 제10항에 있어서,The method of claim 10,
    상기 이동체의 에러 쿼터니언은 상기 이동체의 현재지점에서의 궤적을 나타내는 쿼터니언 및 상기 이동체의 목표지점에서의 궤적을 나타내는 쿼터니언으로부터 추출되는 이동체 제어 방법.And an error quaternion of the moving object is extracted from a quaternion indicating a trajectory at a current point of the moving object and a quaternion indicating a trajectory at a target point of the moving object.
  12. 제11항에 있어서,The method of claim 11,
    상기 이동체의 에러 쿼터니언(q e)은 하기 수학식에 의하여 도출되는 이동체 제어 방법:An error quaternion q e of the moving object is obtained by the following equation:
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000108
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000108
    여기서,
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000109
    는 목표지점에서의 궤적을 나타내는 쿼터니언(
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000110
    )의 컨쥬게이션(conjugation)이고,
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000111
    는 현재지점에서의 궤적을 나타내는 쿼터니언이다.     here,
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000109
    Is a quaternion representing the trajectory at the target point (
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000110
    Conjugation)
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000111
    Is a quaternion representing the trajectory at the current point.
  13. 제12항에 있어서,The method of claim 12,
    상기 위치 제어 단계에서는 상기 이동체의 목표지점의 위치 및 상기 이동체의 현재지점의 위치 간의 차를 더 이용하여 상기 이동체의 위치를 제어하는 이동체 제어 방법.And the position control step controls the position of the movable body by further using a difference between the position of the target point of the movable body and the position of the current point of the movable body.
  14. 제13항에 있어서, The method of claim 13,
    상기 위치 제어 단계에서는 하기 수학식에 의하여 상기 이동체의 위치를 제어하는 이동체 제어 방법:In the position control step, a moving object control method for controlling the position of the moving object by the following equation:
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000112
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000112
    여기서,
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000113
    는 상기 이동체의 목표지점인 위치(
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000114
    )와 상기 이동체의 현재지점의 위치(
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000115
    ) 간의 차이다.    here,
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000113
    Is the position of the target point of the moving object (
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000114
    ) And the current position of the moving object (
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000115
    ) Is the difference between.
  15. 제14항에 있어서,The method of claim 14,
    상기 이동체의 현재지점의 궤적 및 상기 이동체의 현재지점의 위치를 업데이트하는 단계Updating the trajectory of the current point of the moving object and the position of the current point of the moving object
    를 더 포함하는 이동체 제어 방법.Moving object control method further comprising.
  16. 제15항에 있어서,The method of claim 15,
    상기 업데이트하는 단계에서는 하기 수학식의 결과를 적분하여 상기 이동체의 현재지점의 궤적 및 상기 이동체의 현재지점의 위치를 업데이트하는 이동체 제어 방법:In the updating step, by integrating the result of the following equation to update the locus of the current point of the moving object and the position of the current point of the moving object:
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000116
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000116
    여기서,
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000117
    이고,
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000118
    이며,
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000119
    는 이동체의 궤적을 제어하는 토크이고,
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000120
    는 이동체의 위치를 제어하는 힘이다.    here,
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000117
    ego,
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000118
    Is,
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000119
    Is the torque that controls the trajectory of the moving object,
    Figure PCTKR2015013421-appb-I000120
    Is the force controlling the position of the moving object.
  17. 이동체의 궤적을 제어하는 궤적 제어 단계, 그리고A trajectory control step of controlling the trajectory of the moving body, and
    상기 이동체의 위치를 제어하는 위치 제어 단계Position control step of controlling the position of the moving body
    를 포함하는 이동체 제어 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 프로그램을 기록하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.Computer-readable recording medium for recording a program for executing a moving object control method in a computer comprising a.
PCT/KR2015/013421 2014-12-12 2015-12-09 Apparatus and method for controlling moving object, and computer-readable recording medium in which program for implementing method in computer is recorded WO2016093607A1 (en)

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