KR101196374B1 - Path planning system for mobile robot - Google Patents

Path planning system for mobile robot Download PDF

Info

Publication number
KR101196374B1
KR101196374B1 KR1020110017907A KR20110017907A KR101196374B1 KR 101196374 B1 KR101196374 B1 KR 101196374B1 KR 1020110017907 A KR1020110017907 A KR 1020110017907A KR 20110017907 A KR20110017907 A KR 20110017907A KR 101196374 B1 KR101196374 B1 KR 101196374B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
path
mobile robot
steering angle
evaluator
generation unit
Prior art date
Application number
KR1020110017907A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20120098152A (en
Inventor
김남훈
윤정연
이성온
김창환
Original Assignee
한국과학기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to KR1020110017907A priority Critical patent/KR101196374B1/en
Publication of KR20120098152A publication Critical patent/KR20120098152A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101196374B1 publication Critical patent/KR101196374B1/en

Links

Images

Classifications

    • 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
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0212—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles with means for defining a desired trajectory
    • G05D1/0217—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles with means for defining a desired trajectory in accordance with energy consumption, time reduction or distance reduction criteria
    • 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
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0212—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles with means for defining a desired trajectory
    • G05D1/0223—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles with means for defining a desired trajectory involving speed control of the vehicle

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

본 발명은 이동 로봇의 경로 생성 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는, 베지어 곡선을 이용하여 이동 로봇의 경로를 생성하고 평가하여, 주어진 목표 위치까지 이동하기 위한 최적의 경로를 생성하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 경로 생성 시스템은, 현재 위치에서 목표 위치까지 베지어 곡선을 이용하여 복수의 경로 후보들을 생성하는 경로 생성부; 상기 경로 생성부에서 생성된 복수의 경로 후보들을 평가 함수에 따라 평가하여 최적의 경로를 선택하는 경로 평가부; 및 상기 경로 평가부에서 선택된 최적의 경로를 이용하여 차량을 제어할 수 있는 속도와 조향각 프로파일로 변환하는 궤적 생성부를 포함한다. The present invention relates to a path generation system of a mobile robot, and more particularly, to a method for generating and evaluating a path of a mobile robot using a Bezier curve to generate an optimal path for moving to a given target position. will be. Path generation system of a mobile robot according to an embodiment of the present invention, a path generation unit for generating a plurality of path candidates using a Bezier curve from the current position to the target position; A path evaluator configured to evaluate the plurality of path candidates generated by the path generator according to an evaluation function to select an optimal path; And a trajectory generation unit for converting the vehicle into a speed and steering angle profile capable of controlling the vehicle using the optimal path selected by the path evaluator.

Description

이동 로봇의 경로 생성 시스템 {PATH PLANNING SYSTEM FOR MOBILE ROBOT}Path generation system for mobile robots {PATH PLANNING SYSTEM FOR MOBILE ROBOT}

본 발명은 이동 로봇의 경로 생성 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는, 베지어 곡선을 이용하여 이동 로봇의 경로를 생성하고 평가하여, 주어진 목표 위치까지 이동하기 위한 최적의 경로를 생성하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a path generation system of a mobile robot, and more particularly, to a method for generating and evaluating a path of a mobile robot using a Bezier curve to generate an optimal path for moving to a given target position. will be.

이동 로봇은 주어진 목표 위치까지 경로를 탐색하여 움직이는 로봇이다. 최근 이동 로봇은 실외 도로에서도 주행 가능하도록 연구가 진행되고 있다. 실외에서 주행 가능한 로봇의 가장 대표적인 예는 차량형 로봇이다. A mobile robot is a robot that moves by searching a path to a given target position. Recently, mobile robots are being researched to be able to drive on outdoor roads. The most representative example of a robot that can travel outdoors is a vehicle robot.

차량형 로봇은 전륜의 조향각에 의한 제약조건을 가진다. 차량형 로봇의 경로 생성시, 이러한 제약 조건을 고려하여 차량형 로봇이 추종할 수 있는 경로를 계획하여야 한다. The vehicle type robot has a constraint due to the steering angle of the front wheel. When generating a path of a vehicle robot, the path that the vehicle robot can follow should be planned in consideration of these constraints.

종래의 경로 계획 방법은 조향각 조건을 만족하는 속도와 조향각 프로파일을 생성하고 이를 이용하여 모의주행 후 로봇이 목표 위치에 도착할 때까지 속도와 조향각 프로파일을 조절하는 과정을 반복하여 경로를 생성한다. 이러한 방법은 매번 목표 위치까지의 도착을 확인해야 하고 복잡한 계산과정을 통하여 차량의 주행 결과를 예측하여야 하는 문제점이 있었다.The conventional path planning method generates a path and steering angle profile that satisfies the steering angle condition and repeats the process of adjusting the speed and steering angle profile until the robot arrives at the target position using the simulation. This method has a problem that the arrival to the target position must be confirmed every time and the driving result of the vehicle must be predicted through a complicated calculation process.

본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 복잡한 계산을 거치지 않고 이동 로봇의 조향각 조건을 만족하는 최적의 경로를 생성한 후, 주어진 경로를 추종할 수 있는 속도와 조향각 프로파일을 생성하는 이동 로봇의 경로 생성 시스템을 제공하는 것이다. The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to generate the optimum path that satisfies the steering angle conditions of the mobile robot without going through a complicated calculation, and then to follow the given path It is to provide a path generation system of a mobile robot for generating a steering angle profile.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 경로 생성 시스템은, 현재 위치에서 목표 위치까지 베지어 곡선을 이용하여 복수의 경로 후보들을 생성하는 경로 생성부; 상기 경로 생성부에서 생성된 복수의 경로 후보들을 평가 함수에 따라 평가하여 최적의 경로를 선택하는 경로 평가부; 및 상기 경로 평가부에서 선택된 최적의 경로를 이용하여 차량을 제어할 수 있는 속도와 조향각 프로파일로 변환하는 궤적 생성부를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a path generation system of a mobile robot, the path generation unit generating a plurality of path candidates using a Bezier curve from a current position to a target position; A path evaluator configured to evaluate the plurality of path candidates generated by the path generator according to an evaluation function to select an optimal path; And a trajectory generation unit for converting the vehicle into a speed and steering angle profile capable of controlling the vehicle using the optimal path selected by the path evaluator.

상기 경로 생성부의 작동은, 현재 위치 및 목표 위치를 설정하는 과정과, 베지어 제어점을 선택하여 베지어 곡선을 생성하는 과정과, 상기 베지어 곡선을 이용하여 생성된 후보 경로를 저장하여 상기 경로 평가부로 전달하는 과정을 포함할 수 있다. The operation of the path generator may include setting a current position and a target position, selecting a Bezier control point to generate a Bezier curve, and storing candidate paths generated by using the Bezier curve to evaluate the path. It may include the process of delivering to wealth.

상기 경로 평가부의 작동은, 이동 로봇의 기구학 조건을 검사하는 과정과, 주어진 경로 상에 장애물이 존재하는지 여부를 검사하는 과정과, 주어진 경로의 매끄러운 정도를 평가하는 과정과, 주어진 경로가 주변 환경 도로에 부합하는지 여부를 평가하는 과정을 포함할 수 있다. The operation of the path evaluator may include a process of inspecting kinematic conditions of a mobile robot, a process of inspecting whether an obstacle exists on a given path, evaluating a smoothness of a given path, and a given path of the surrounding road. And assessing whether or not

상기 궤적 생성부의 작동은, 상기 경로 평가부에서 선택된 최적의 경로를 전달받아, 이동 로봇에 역기구학을 적용하여 조향각의 입력값을 산출하는 과정과, 이동 경로의 곡률을 기초로 속도의 입력값을 산출하는 과정을 포함할 수 있다. The operation of the trajectory generation unit receives the optimal path selected by the path evaluator, applies inverse kinematics to the mobile robot, calculates an input value of the steering angle, and calculates an input value of speed based on the curvature of the moving path. It may include the process of calculating.

본 발명에 따른 이동 로봇의 경로 생성 시스템은, 간단한 방법으로 경로 후보를 생성하여 선택함으로써 이동 로봇의 조향각 제약 조건과 반복되는 계산과정 없이 이동 로봇을 제어할 수 있는 속도와 조향각 프로파일을 쉽게 얻을 수 있는 효과가 있다. The path generation system of a mobile robot according to the present invention can easily obtain a speed and a steering angle profile for controlling a mobile robot without steering angle constraints and repeated calculation processes by generating and selecting path candidates in a simple manner. It works.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 경로 생성 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 경로 생성부의 작동 순서도이다.
도 3는 베지어 곡선(Bezier curve)을 이용한 경로 생성 방법의 개념을 도시한 그래프이다.
도 4는 이동 로봇의 좌표계를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 경로 평가부의 작동 순서도이다.
도 6은 본 발명의 궤적 생성부의 작동 순서도이다. 1 is a block diagram of a path generation system of a mobile robot according to an embodiment of the present invention.
2 is an operation flowchart of the path generation unit of the present invention.
3 is a graph illustrating a concept of a path generation method using a Bezier curve.
4 is a diagram illustrating a coordinate system of a mobile robot.
5 is a flowchart illustrating the operation of the path evaluator of the present invention.
6 is an operation flowchart of the trajectory generation unit of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 이동 로봇의 경로 생성 시스템에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a path generation system of a mobile robot according to preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

이동 로봇이 자율 주행하도록 스스로 경로를 생성하기 위해서는 주변 환경의 인식이 필요하다. 이동 로봇은, 레이저 센서나 카메라를 통해 주변 환경을 인식할 수 있으며, 이동 로봇 주변의 주행 가능한 영역을 표시한 주변 환경 지도를 생성할 수 있다. In order to generate a path by itself, the mobile robot needs to be aware of the surrounding environment. The mobile robot may recognize the surrounding environment through a laser sensor or a camera, and may generate a surrounding environment map indicating a driving area around the mobile robot.

도 1은 본 발명의 이동 로봇의 경로 생성 시스템의 구성도이며, 도 2는 본 발명의 경로 생성부의 작동 순서도이다. 1 is a block diagram of a path generation system of a mobile robot of the present invention, Figure 2 is a flow chart of the operation of the path generation unit of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 이동 로봇의 경로 생성 시스템(100)은 경로 생성부(110), 경로 평가부(120) 및 궤적 생성부(130)를 포함한다. 궤적 생성부(130)에서 산출된 이동 로봇의 조향각 및 속도의 입력값은 제어기(200)로 전달되어, 이동 로봇을 제어하게 된다. Referring to FIG. 1, the path generation system 100 of the mobile robot of the present invention includes a path generation unit 110, a path evaluator 120, and a trajectory generation unit 130. The input values of the steering angle and the speed of the mobile robot calculated by the locus generator 130 are transmitted to the controller 200 to control the mobile robot.

도 2를 참조하면, 경로 생성부(110)는 이동 로봇의 현재 주변 환경 지도에서 현재 위치 및 목표 위치를 탐색하여 검출한다(S110). 실외 도로 주행을 하는 이동 로봇의 경우, 도로 차선의 방향을 따라 1개 이상의 목표 위치를 설정할 수 있다. 이어서, 베지어 제어점을 선택한 후(S120), 설정된 목표 위치에 대하여 현재 위치를 시작점으로 하는 베지어 곡선(Bezier curve)을 생성한다(S130). n개의 제어점 P를 가지는 n차 베지어 곡선은 하기의 수학식 1과 같이 표현되는 곡선이다.Referring to FIG. 2, the path generation unit 110 searches for and detects a current location and a target location on a current surrounding environment map of the mobile robot (S110). In the case of a mobile robot traveling outdoors, one or more target positions may be set along the direction of the road lane. Subsequently, after selecting the Bezier control point (S120), a Bezier curve is generated with the current position as a starting point with respect to the set target position (S130). An n-th order Bezier curve having n control points P is a curve expressed by Equation 1 below.

Figure 112011014548075-pat00001
Figure 112011014548075-pat00001

여기서, t는 시간이며, Pi는 i번째 제어점에서의 위치를 나타낸다. Where t is time and Pi is the position at the i th control point.

계속하여, 상기 베어지 곡선을 이용하여 생성된 후보 경로를 저장할지 여부를 판단하여(S140), 후보 경로를 폐지하는 경우, 상기 S120 단계부터 반복하며, 후보 경로를 저장하는 경우, 경로 평가부(120)로 후보 경로들을 전달한다. Subsequently, it is determined whether to store the candidate path generated using the bare curve (S140), and when the candidate path is abolished, the process is repeated from the step S120, and when storing the candidate path, the path evaluator ( The candidate paths.

본 발명에서는, 도 3에 도시한 바와 같이, 3차 베지어 곡선을 이용하여, 예를 들어, 4개의 제어점을 결정할 수 있다. 4개의 제어점을 결정하기 위해, 우선 제1 제어점은 이동 로봇의 현재 위치로 결정하며, 제4 제어점은 이동 로봇의 목표 위치로 결정한다. 한편, 제2 제어점과 제3 제어점을 이동시키면서 이동 로봇이 현재 위치로부터 목표 위치까지 도달할 수 있는 복수의 경로를 생성한다. In the present invention, as shown in Fig. 3, for example, four control points can be determined using a cubic Bezier curve. In order to determine four control points, firstly, the first control point is determined as the current position of the mobile robot, and the fourth control point is determined as the target position of the mobile robot. Meanwhile, while moving the second control point and the third control point, the mobile robot generates a plurality of paths that can reach the target position from the current position.

도 4는 이동 로봇의 좌표계를 도시한 도면으로, 도 4를 참조하여, 제2 제어점과 제3 제어점이 움직일 수 있는 위치가 결정될 수 있다. 도 4에서, L은 전륜과 후륜 사이의 거리이며, W는 이동 로봇의 폭이며, D는 이동 로봇의 길이이며, (x, y)는 X-Y 좌표계에서 이동 로봇의 위치이며, Φ는 조향각이며, θ는 이동 로봇의 이동각이다. 4 is a diagram illustrating a coordinate system of a mobile robot. Referring to FIG. 4, a position at which a second control point and a third control point may move may be determined. In Figure 4, L is the distance between the front wheel and the rear wheel, W is the width of the mobile robot, D is the length of the mobile robot, (x, y) is the position of the mobile robot in the XY coordinate system, Φ is the steering angle, θ is the moving angle of the mobile robot.

제2 제어점은 이동 로봇의 현재 위치에서 시작하여 기울기 θ0의 직선을 따라 θ0방향으로 거리 d 사이에 위치할 수 있다. 제3 제어점은 이동 로봇의 목표 위치에서 시작하여 기울기 θ3의 직선을 따라 -θ3방향으로 거리 d 사이에 위치할 수 있다. 여기서, 거리 d는 이동 로봇의 현재 위치와 목표 위치 사이의 직선 거리이다.The second control point may be located between the distances d in the θ 0 direction along a straight line of the tilt θ 0 starting from the current position of the mobile robot. The third control point may be located between the distances d in the −θ 3 direction along a straight line of the inclination θ 3 starting from the target position of the mobile robot. Here, the distance d is a straight line distance between the current position and the target position of the mobile robot.

즉, 상기 제2 제어점과 제3 제어점을 결정하는 방법은 하기 수학식 2에 의해 결정된다. That is, the method of determining the second control point and the third control point is determined by Equation 2 below.

Figure 112011014548075-pat00002
Figure 112011014548075-pat00002

여기서, 제2 제어점과 제3 제어점들은 현재 위치와 목표 위치에서 연장선을 각각 b와 c구간으로 나누어, 각 구간마다 제어점을 위치시킬 수 있다. 제2 제어점은 b개, 제3 제어점은 c개가 만들어지면, 후보 경로는 모두 b*c개가 생성된다.Here, the second control point and the third control point may divide the extension line into sections b and c at the current position and the target position, respectively, and position the control point in each section. When b second control points and c third control points are made, all b * c candidate paths are generated.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 경로 생성부(110)는 위 단계를 통하여 목표 위치까지 최적의 경로 후보들을 생성한다. 이후 생성된 경로들은 경로 평가부(120)에서 평가를 하여 최적의 경로를 생성하게 된다.As described above, the path generation unit 110 of the present invention generates optimal path candidates to the target position through the above steps. After that, the generated paths are evaluated by the path evaluator 120 to generate an optimal path.

도 5는 본 발명의 경로 평가부의 작동 순서도이다. 5 is a flowchart illustrating the operation of the path evaluator of the present invention.

도 5를 참조하면, 우선 경로 평가는 하기와 같은 4가지 조건의 충족 여부를 판단하여 이루어진다. Referring to FIG. 5, first, the path evaluation is performed by determining whether the following four conditions are satisfied.

1. 이동 로봇의 기구학을 만족하는가?(S410) 1. Do you satisfy the kinematics of the mobile robot? (S410)

2. 주어진 경로 상에 장애물이 존재하는가?(S420) 2. Is there an obstacle on a given path? (S420)

3. 주어진 경로가 얼마나 매끄러운가?(S440)3. How smooth is the given path? (S440)

4. 주어진 경로가 주변 환경 도로에 부합하는가?(S450)4. Does the given route correspond to the surrounding roads? (S450)

위 단계 중 S410 단계는 이동 로봇의 특징인 제약조건을 만족시키는지 여부를 판단하는 것이다. 이동 로봇은 조향축과 구동축이 분리되어 있어 로봇의 이동시, 조향각에 의해 제약을 받게 된다. 주로 이동 로봇이 회전할 수 있는 최소 회전 반경을 검사하게 된다. S410 단계에서, 이동 로봇의 기구학 제약조건을 만족시키지 못할 경우 후보 경로를 폐기한다(S430). Step S410 of the above step is to determine whether to satisfy the constraints that are characteristic of the mobile robot. The mobile robot is separated from the steering shaft and the driving shaft, and is limited by the steering angle when the robot moves. Primarily, the robot will check the minimum radius of rotation it can rotate. In step S410, if the kinematic constraints of the mobile robot does not satisfy the discarded candidate path (S430).

상기 S420 단계는 생성된 경로 상의 장애물이 존재하는지 판단하는 것이다. 생성된 경로 상에 장애물이 존재하여 이동이 불가능할 경우 후보 경로를 폐기한다(S430). In step S420, it is determined whether there is an obstacle on the generated path. If there is an obstacle on the generated path and movement is impossible, the candidate path is discarded (S430).

상기 S440 단계는 생성된 경로가 목표 위치까지 이동하면서 얼마나 부드럽게 이동하는지를 평가한다. 본 발명에서는 경로의 매끄러운 정도 h를 하기 수학식 3과 같이 정의한다. 점수가 낮을수록 차량의 방위(orientation)가 덜 움직이므로 더 부드러운 경로라고 할 수 있다.The step S440 evaluates how smoothly the generated path moves to the target position. In the present invention, the smoothness degree h of the path is defined as in Equation 3 below. The lower the score, the smoother the route, as the orientation of the vehicle moves less.

Figure 112011014548075-pat00003
Figure 112011014548075-pat00003

여기서,

Figure 112011014548075-pat00004
는 i번째 제어점에서 이동 로봇의 각속도를 나타낸다. here,
Figure 112011014548075-pat00004
Denotes the angular velocity of the mobile robot at the i th control point.

상기 S450 단계는 주어진 환경 지도에서 이동 로봇이 주행 영역의 중앙에 위치할수록 낮은 점수를 받게 된다. 이동 로봇의 이동시, 주행 영역의 중앙에서 이동하는 것이 안전한 경로라고 판단하여 목표 위치까지 장애물이나 기구학을 고려하지 않고 원하는 라인(desired line)을 생성하여, 그 라인에서 벗어난 정도를 점수화 한다.In the step S450, the lower the score is, the more the mobile robot is located in the center of the driving area in the given environment map. When the mobile robot moves, it is determined that moving in the center of the driving area is a safe path, and a desired line is generated without considering obstacles or kinematics to the target position, and the degree of deviation from the line is scored.

상기와 같이, 본 발명의 경로 평가부(120)는 각 후보 경로에 대하여 모두 평가를 하여 가장 낮은 점수를 받은 경로를 최적의 경로로 선택하게 된다. 한편, 상기 경로 평가부(120)에서 평가하는 4가지 조건은 그 적용 순서가 변경될 수 있으며, 그 외 추가적인 평가 조건들이 부가될 수도 있다. As described above, the path evaluator 120 of the present invention evaluates each candidate path and selects the path having the lowest score as the optimal path. Meanwhile, the order of the four conditions evaluated by the path evaluator 120 may be changed in order of application, and other additional evaluation conditions may be added.

경로 평가부(120)에서 선택된 최적의 경로는 궤적 생성부(130)로 전달된다. 궤적 생성부(130)는 상기 최적의 경로를 이동 로봇의 속도와 조향각의 입력값으로 변환하여 제어기(200)로 전달함으로써, 실제 이동 로봇을 제어하도록 한다.The optimal path selected by the path evaluator 120 is transmitted to the trajectory generation unit 130. The trajectory generation unit 130 converts the optimal path into input values of the speed and the steering angle of the mobile robot and transfers them to the controller 200 to control the actual mobile robot.

도 6은 본 발명의 궤적 생성부의 작동 순서도이다. 6 is an operation flowchart of the trajectory generation unit of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 궤적 생성부(130)는 주어진 경로를 따라 이동 로봇을 제어할 수 있도록 조향각과 속도의 입력값을 생성한다. Referring to FIG. 6, the trajectory generation unit 130 of the present invention generates input values of a steering angle and a speed so as to control a mobile robot along a given path.

이동 경로를 궤적으로 변환하는 방법은 차량형 로봇의 역기구학을 이용한다. 이동 로봇의 기구학 방정식은 하기의 수학식 4와 같다. The method of converting the movement path into the trajectory uses the inverse kinematics of the vehicle type robot. The kinematic equation of the mobile robot is shown in Equation 4 below.

Figure 112011014548075-pat00005
Figure 112011014548075-pat00005

여기서, v1은 이동 로봇의 속도이며, v2는 이동 로봇의 조향각 속도를 나타낸다.Here, v 1 is the speed of the mobile robot, v 2 is the steering angle speed of the mobile robot.

상기 수학식 4에서 이동 로봇의 기구학은 특이점이 존재한다. Φ=±π/2일 경우 특이점이 존재하지만 실제 이동 로봇에서 조향각 제한 조건이 있기 때문에 이 특이점은 무시할 수 있다. 상기 기구학 방정식에서 속도와 조향각을 구하기 위한 역기구학 방정식은 하기의 수학식 5와 같다.In Equation 4, the kinematics of the mobile robot has a singularity. If Φ = ± π / 2, there is a singularity, but this singularity is negligible because of the steering angle constraint in a real mobile robot. An inverse kinematic equation for obtaining velocity and steering angle in the kinematic equation is given by Equation 5 below.

Figure 112011014548075-pat00006
Figure 112011014548075-pat00006

이동 로봇의 조향각(Φ)은 역기구학을 적용한 상기 수학식 5를 이용하여 얻을 수 있으며(S510), 속도(

Figure 112011014548075-pat00007
)는 현재 이동 경로의 곡률에 반비례하는 값으로 계산할 수 있다(S520). 즉, 궤적 생성부(130)는 주어진 경로를 속도와 조향각의 입력값으로 변환하여 이동 로봇의 제어기로 값을 전달한다. The steering angle Φ of the mobile robot can be obtained by using Equation 5 to which inverse kinematics is applied (S510), and the speed (
Figure 112011014548075-pat00007
) May be calculated as a value inversely proportional to the curvature of the current movement path (S520). That is, the trajectory generation unit 130 converts the given path into input values of speed and steering angle and transfers the values to the controller of the mobile robot.

본 발명은 경로 생성부(110), 경로 평가부(120) 및 궤적 생성부(130)를 구비하며, 이동 로봇의 현재 위치에서 목표 위치까지 베지어 곡선을 이용하여 최적의 경로를 생성하고, 속도와 조향각 프로파일을 생성한 후, 제어기(200)로 전달하여, 이동 로봇의 주어진 경로에 따른 이동을 제어할 수 있다. The present invention includes a path generation unit 110, a path evaluation unit 120 and the trajectory generation unit 130, and generates an optimal path using a Bezier curve from the current position of the mobile robot to the target position, and speed After generating the steering angle profile and transmits it to the controller 200, it is possible to control the movement according to a given path of the mobile robot.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 단지 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, And additions should be considered as falling within the scope of the following claims.

100: 경로 생성 시스템
110: 경로 생성부
120: 경로 평가부
130: 궤적 생성부
200: 제어기100: route generation system
110: path generation unit
120: route evaluation unit
130: the trajectory generation unit
200: controller

Claims (4)

전륜과 후륜을 갖는 이동 로봇의 경로 생성 시스템으로서,
현재 위치에서 목표 위치까지 베지어 곡선을 이용하여 복수의 경로 후보들을 생성하는 경로 생성부;
상기 경로 생성부에서 생성된 복수의 경로 후보들을 평가 함수에 따라 평가하여 최적의 경로를 선택하는 경로 평가부; 및
상기 경로 평가부에서 선택된 최적의 경로를 이용하여 차량을 제어할 수 있는 속도와 조향각 프로파일로 변환하는 궤적 생성부를 포함하며,
상기 궤적 생성부의 작동은, 상기 경로 평가부에서 선택된 최적의 경로를 전달받아, 이동 로봇에 역기구학을 적용하여 조향각의 입력값을 산출하는 과정과, 이동 경로의 곡률을 기초로 속도의 입력값을 산출하는 과정을 포함하고, 상기 조향각의 입력값과 속도의 입력값은 하기 수학식 5에 따라 산출하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 경로 생성 시스템:
[수학식 5]
Figure 112012041548885-pat00014

여기서,
Figure 112012041548885-pat00015
는 이동 로봇의 속도의 입력값이며,
Φ는 이동 로봇의 조향각의 입력값이고,
L은 전륜과 후륜 사이의 거리이며,
v는 이동 로봇의 현재 속도이다. A path generation system of a mobile robot having a front wheel and a rear wheel,
A path generation unit generating a plurality of path candidates using a Bezier curve from a current position to a target position;
A path evaluator configured to evaluate the plurality of path candidates generated by the path generator according to an evaluation function to select an optimal path; And
And a trajectory generation unit for converting the vehicle into a speed and steering angle profile capable of controlling the vehicle by using the optimal path selected by the path evaluator,
The operation of the trajectory generation unit receives the optimal path selected by the path evaluator, applies inverse kinematics to the mobile robot, calculates an input value of the steering angle, and calculates an input value of speed based on the curvature of the moving path. Comprising a step of calculating, wherein the input value of the steering angle and the input value of the speed is calculated according to the following equation (5):
&Quot; (5) "
Figure 112012041548885-pat00014

here,
Figure 112012041548885-pat00015
Is the input value of the speed of the mobile robot,
Φ is the input value of the steering angle of the mobile robot,
L is the distance between the front and rear wheels,
v is the current velocity of the mobile robot. 제 1 항에 있어서, 상기 경로 생성부의 작동은, 현재 위치 및 목표 위치를 설정하는 과정과, 베지어 제어점을 선택하여 베지어 곡선을 생성하는 과정과, 상기 베지어 곡선을 이용하여 생성된 후보 경로를 저장하여 상기 경로 평가부로 전달하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 경로 생성 시스템. The method of claim 1, wherein the operation of the path generator comprises: setting a current position and a target position, selecting a Bezier control point to generate a Bezier curve, and generating a candidate path using the Bezier curve. Path generation system of a mobile robot, characterized in that for storing and transmitting to the path evaluator. 제 1 항에 있어서, 상기 경로 평가부의 작동은, 이동 로봇의 기구학 조건을 검사하는 과정과, 주어진 경로 상에 장애물이 존재하는지 여부를 검사하는 과정과, 주어진 경로의 매끄러운 정도를 평가하는 과정과, 주어진 경로가 주변 환경 도로에 부합하는지 여부를 평가하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 경로 생성 시스템. The method of claim 1, wherein the operation of the path evaluator comprises: inspecting kinematic conditions of the mobile robot, checking whether an obstacle exists on a given path, evaluating a smoothness of a given path, And a process of evaluating whether a given route corresponds to a surrounding road. 삭제delete
KR1020110017907A 2011-02-28 2011-02-28 Path planning system for mobile robot KR101196374B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110017907A KR101196374B1 (en) 2011-02-28 2011-02-28 Path planning system for mobile robot

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110017907A KR101196374B1 (en) 2011-02-28 2011-02-28 Path planning system for mobile robot

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120098152A KR20120098152A (en) 2012-09-05
KR101196374B1 true KR101196374B1 (en) 2012-11-05

Family

ID=47109246

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110017907A KR101196374B1 (en) 2011-02-28 2011-02-28 Path planning system for mobile robot

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101196374B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170070488A (en) * 2015-12-14 2017-06-22 현대모비스 주식회사 Method and apparatus for automatically generating drive route
KR20170102653A (en) * 2016-03-02 2017-09-12 한화지상방산 주식회사 Cruise control system and cruise control method thereof

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102560681B1 (en) 2016-01-07 2023-07-28 한화에어로스페이스 주식회사 Method for optimal path generation and apparatus for the same
CN107980108B (en) * 2017-01-04 2021-07-09 深圳配天智能技术研究院有限公司 Robot motion trajectory planning method and related device
CN106681335A (en) * 2017-01-22 2017-05-17 无锡卡尔曼导航技术有限公司 Obstacle-avoiding route planning and control method for unmanned agricultural machine driving
CN107168305B (en) * 2017-04-01 2020-03-17 西安交通大学 Bezier and VFH-based unmanned vehicle track planning method under intersection scene
CN110300390A (en) * 2018-03-21 2019-10-01 华为技术有限公司 A kind of method and apparatus of wireless communication
JP7028151B2 (en) * 2018-12-14 2022-03-02 トヨタ自動車株式会社 Orbit generator
CN110006429A (en) * 2019-03-20 2019-07-12 智慧航海（青岛）科技有限公司 A kind of unmanned boat path planning method based on depth optimization
EP3730384B1 (en) * 2019-04-24 2022-10-26 Aptiv Technologies Limited System and method for trajectory estimation
CN110221608B (en) * 2019-05-23 2021-10-01 ***股份有限公司 Method and device for inspecting equipment
CN110514224B (en) * 2019-08-26 2021-04-02 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 Method for evaluating local path planning performance of unmanned vehicle
CN110865642A (en) * 2019-11-06 2020-03-06 天津大学 Path planning method based on mobile robot
CN111897216B (en) * 2020-07-16 2021-07-02 华中科技大学 Multi-motion-segment speed planning and interpolation method
CN112256023B (en) * 2020-09-28 2022-08-19 南京理工大学 Bezier curve-based airport border patrol robot local path planning method and system
KR20240064386A (en) 2022-11-04 2024-05-13 주식회사 클로봇 Electronic apparatus and method for generating path information of mobile device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030109296A1 (en) 2001-11-15 2003-06-12 Leach Gary Mark Generation method
US20090276194A1 (en) 2007-01-10 2009-11-05 Fujitsu Limited Route curve generation system, method and storage medium
JP2010073080A (en) 2008-09-22 2010-04-02 Komatsu Ltd Method of generating traveling path of unmanned vehicle

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030109296A1 (en) 2001-11-15 2003-06-12 Leach Gary Mark Generation method
US20090276194A1 (en) 2007-01-10 2009-11-05 Fujitsu Limited Route curve generation system, method and storage medium
JP2010073080A (en) 2008-09-22 2010-04-02 Komatsu Ltd Method of generating traveling path of unmanned vehicle

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170070488A (en) * 2015-12-14 2017-06-22 현대모비스 주식회사 Method and apparatus for automatically generating drive route
KR102552719B1 (en) * 2015-12-14 2023-07-06 현대모비스 주식회사 Method and apparatus for automatically generating drive route
KR20170102653A (en) * 2016-03-02 2017-09-12 한화지상방산 주식회사 Cruise control system and cruise control method thereof
KR102259253B1 (en) * 2016-03-02 2021-06-01 한화디펜스 주식회사 Cruise control system

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120098152A (en) 2012-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101196374B1 (en) Path planning system for mobile robot
CN109375632B (en) Real-time trajectory planning method for automatic driving vehicle
CN107702716B (en) Unmanned driving path planning method, system and device
CN106094812B (en) Reaction equation path planning for autonomous driving
US8571722B2 (en) Method for safely parking vehicle near obstacles
WO2018176593A1 (en) Local obstacle avoidance path planning method for unmanned bicycle
CN109684702B (en) Driving risk identification method based on trajectory prediction
JP7130062B2 (en) Route determination method
KR101585504B1 (en) Method and apparatus for generating pathe of autonomous vehicle
KR101133037B1 (en) Path updating method for collision avoidance of autonomous vehicle and the apparatus
JP2006146491A (en) Mobile robot and its following method
CN111397622B (en) Intelligent automobile local path planning method based on improved A-algorithm and Morphin algorithm
US11586209B2 (en) Differential dynamic programming (DDP) based planning architecture for autonomous driving vehicles
JP4670807B2 (en) Travel route creation method, autonomous mobile body, and autonomous mobile body control system
EP3987249B1 (en) A navigation route planning method for autonomous vehicles
JP2020160603A (en) Route determination device, robot, and route determination method
US11628858B2 (en) Hybrid planning system for autonomous vehicles
KR101907268B1 (en) Method and device for autonomous driving based on route adaptation
JP6448118B2 (en) Route planning method and apparatus for moving body
Fu et al. Model predictive trajectory optimization and tracking in highly constrained environments
JP2007328486A (en) Moving robot
US8924013B2 (en) Method and system for path planning and controlling
CN112363491A (en) Robot turning control method and device
CN116465427B (en) Intelligent vehicle lane changing obstacle avoidance path planning method based on space-time risk quantification
WO2020136977A1 (en) Path determination device, robot, and path determination method

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151002

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161004

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170928

Year of fee payment: 6