KR101302623B1

KR101302623B1 - 지상로봇의 전복 및 교착상태 탈출방법

Info

Publication number: KR101302623B1
Application number: KR1020110116624A
Authority: KR
Inventors: 김영국; 고두열; 박종원; 이상훈; 김수현
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2011-11-09
Filing date: 2011-11-09
Publication date: 2013-09-03
Also published as: KR20130051333A

Abstract

본 발명은 지상로봇의 전복 및 교착상태 탈출방법에 관한 것으로, 지상로봇이 교착상태나 전복상태에 빠진 것을 스스로 감지하고, 동작유형 목록에서 선택되어 기저장된 복수의 동작코드를 순차 실행하여 해당 상태로부터 스스로 탈출함으로써 지상로봇의 임무완수 가능성 및 자율 복귀 확률을 높일 수 있다. 특히 본 발명은 지상로봇이 교착상태나 전복상태로부터 탈출하는 과정에서 모터의 회전수에 따른 모터 전류를 체크하여 모터에 과부하가 걸리지 않도록 제어하여 지나치게 전력을 소모하지 않도록 함으로써 로봇 스스로 내부 설비를 보호할 수 있다.

Description

지상로봇의 전복 및 교착상태 탈출방법{ESCAPING NETHOD OF UNMANNED GROUND VEHICLE FROM TURNOVER STATE AND STICKING STATE}

본 발명은 자율 주행이 가능한 무인 지상로봇의 전복 및 교착상태 탈출방법에 관한 것이다.

자율 주행이 가능한 무인 지상로봇이나 로봇 차량은 군사용, 산업용, 보안용 및 청소용 등 각 분야에서 점차 사용이 늘어나고 있다. 이와 같은 지상로봇의 일예로는 한쌍의 무한 궤도에 의해 주행하고 전방에 한쌍의 플리퍼가 설치되어 장애물을 극복할 수 있는 로봇을 들 수 있다.

상기와 같은 지상로봇은 작전에 투입되거나 불확실한 지형에서 동작될 때 장애물에 빠져 교착상태에 놓이거나 전복될 가능성이 높다. 이 경우 지상로봇은 주어진 업무를 수행하기 위해 교착상태 또는 전복상태를 감지하고 스스로 극복하거나 탈출할 수 있어야 한다.

그런데, 종래에는 단순히 지상로봇의 자세와 동작 조합만으로 교착상태 또는 전복상태에서 탈출하려고 하였기 때문에 극복이나 탈출 과정에서 모터에 과부하가 걸리거나 전력이 지나치게 많이 소진되는 경향이 있었다.

따라서 본 발명은 무인 지상로봇이 전복되거나 교착상태에 빠졌을 때 모터의 과부하 또는 지나친 전력 소비 없이 탈출할 수 있는 지상로봇의 전복 및 교착상태 탈출방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 지상로봇의 전복 및 교착상태 탈출방법은, 주행시 지상로봇이 장애물에 빠지면 지상로봇의 롤각 및 무게중심의 변화를 체크하여 전복 또는 교착상태를 판단하는 단계; 전복상태인 경우 플리퍼를 반복 하향 회전시켜 탈출하는 단계; 및 상기 전복상태 탈출 후 또는 교착상태인 경우 동작유형 목록에서 선택되어 저장된 복수의 동작코드에 따라 지상 로봇을 동작시켜 교착 상태에서 탈출하는 단계;를 포함한다.

상기 전복상태는 지상로봇의 롤각이 기설정된 제1각도 범위(-180°~ -160°)에 있을 때이고, 상기 교착상태는 롤각이 제1각도 범위밖에 있고 무게중심의 변화가 기 설정된 값이하인 때이다.

상기 복수의 동작코드는 지상로봇의 전진 또는 후진을 나타내는 로봇동작, 플리퍼동작 및 스키드 동작을 각각 나타내는 제1~제3동작코드를 나타내고, 상기 동작유형 목록은 상기 제1~제3동작코드를 지상 로봇의 자세에 따라 조합하여 구성한 복수의 동작 유형을 포함한다.

상기 복수의 동작코드는 로봇자세에 따라 동작 프로그램시 정해지며, 인공지능 알고리즘에 의해 학습적으로 수정된다.

상기 교착 상태에서 탈출하는 단계는 저장된 복수의 동작코드를 순차 실행하는 단계; 각 동작코드가 실행될 때마다 지상로봇의 모터 회전수에 따른 모터 전류를 검출하는 단계; 각 동작코드 수행시의 모터 회전수가 일정할 때 상기 모터 전류가 임계전류보다 큰지 판단하는 단계; 동작코드 수행시의 모터 회전수가 일정하고 상기 모터 전류가 임계전류보다 크면 다음 동작코드를 실행하는 단계; 및 상기 동작 코드실행중에 지상로봇의 피치각이 설정된 범위에 들어오면 전복상태에서 탈출한 것으로 판단하는 단계;를 포함한다.

상기 모터는 지상로봇의 주행궤도를 구동하는 메인 구동모터이고, 상기 임계전류는 해당 전류값을 초과하는 경우 과전류로 인해 모터에 손상을 입힐 수도 있는 전류이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 지상로봇의 전복 및 교착상태 탈출방법은,

주행시 지상로봇이 장애물에 빠지면 지상로봇의 롤각 및 무게중심의 변화를 체크하여 전복 또는 교착상태를 판단하는 단계;

전복상태인 경우 플리퍼를 반복 하향 회전시켜 탈출하는 단계;

상기 전복상태 탈출 후 또는 지상로봇이 교착상태인 경우 동작유형 목록에 저장된 지상로봇의 자세에 따른 동작유형에 따라 복수의 동작코드를 실행하는 단계; 및 각 동작코드가 실행될 때 지상로봇의 각 동작코드 수행시의 모터 회전수가 일정할 때 지상로봇의 모터 전류가 임계전류보다 크지 않도록 제어하여 교착상태에서 탈출하는 단계;를 포함한다.

상기 전복상태는 지상로봇의 롤각이 기설정된 제1각도 범위(-180°~ -160°)안에 있을 때이고, 상기 교착상태는 롤각이 제1각도 범위밖에 있고 무게중심의 변화가 기 설정된 값이하인 때이다.

상기 교착상태는 각 동작 코드실행중에 지상로봇의 피치각이 기 설정된 범위(-3°~ 3° 범위)에 들어오면 탈출한 것으로 판단한다.

상기 복수의 동작코드는 지상로봇의 전진 또는 후진을 나타내는 로봇동작, 플리퍼동작 및 스키드 동작을 각각 나타내는 제1~제3동작코드를 나타내고, 상기 동작유형 목록은 상기 제1~제3동작코드를 지상 로봇의 자세에 따라 조합하여 구성한 복수의 동작 유형을 포함하며, 상기 복수의 동작코드는 지상 로봇의 자세에 동작 프로그램시 정해지며, 인공지능 알고리즘에 의해 학습적으로 수정된다.

상기와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 지상로봇의 전복 및 교착상태 탈출방법은, 지상로봇이 교착상태나 전복상태에 빠진 것을 스스로 감지하고, 모터의 회전수와 모터의 전류값을 체크하여 해당 상태로부터 스스로 탈출함으로서 지상로봇의 임무완수 가능성 및 자율 복귀 확률을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 지상로봇이 교착상태나 전복상태로부터 탈출하는 과정에서 모터의 회전수에 따른 모터 전류를 체크하여 모터에 과부하가 걸리지 않도록 제어하여 지나치게 전력을 소모하지 않도록 함으로써 로봇 스스로 내부 설비를 보호할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 지상로봇이 제1형태의 장애물에 빠진 교착상태를 나타내는 개념도.
도 2는 지상로봇이 제2형태의 장애물에 빠진 교착상태를 나타내는 개념도.
도 3은 지상로봇이 전복된 상태를 나타내는 개념도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 지상로봇이 전복상태와 교착상태를 탈출하는 과정을 나타내는 흐름도.
도 5는 도 4에서 교착상태의 탈출과정을 상세하게 나타내는 흐름도.
도 6은 지상로봇의 동작 유형 목록을 나타낸 도면.

이하 본 발명의 탈출방법이 일예로서 적용될 수 있는 지상로봇의 구조 및 예상되는 장애물에 관한 먼저 설명하기로 한다.

본 발명에서 "교착상태(Sticking)"란 지상로봇(100)이 주행중 장애물(10)에 빠져 계속 주행을 할 수 없는 상태를 말한다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1형태의 장애물(10)은 지상로봇(100)의 전체 길이 보다 큰 구덩이(20)에 빠져 바닥(30)에 놓여진 상태이다.

도 2는 지상로봇(100)이 제2형태의 장애물(10)에 빠져 교착된 상태를 나타내는 개념도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제2형태의 장애물은 지상로봇(100)의 전체 길이 보다 짧은 구덩이(20)에 일부가 빠져 장애물(10)과 접촉점(40a, 40b)에서 교착된 상태이다. 이때, 제어부(미도시)는 무게중심(50)의 변화를 통해 교착상태를 감지할 수 있다.

본 발명에서 "전복상태(Turnover)"란 지상로봇(100)이 지면(60)에 뒤집혀진 상태이다. 예를 들어, 도 3은 지상로봇이 전복된 상태를 나타내는 개념도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 지상로봇(100)의 몸체(120)에는 한쌍의 무한궤도로 이루어진 주행궤도(130)가 구비되고, 전방에는 한쌍의 플리퍼(110)가 구비된다. 상기 플리퍼(110)는 몸체(120)에 대해 회전이 가능하다.

이후 상기와 같은 교착상태 및 전복상태에 대해 지상로봇(100)이 탈출하는 방법에 대해 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 지상 로봇이 전복상태와 교착상태를 탈출하는 과정을 나타내는 전체 흐름도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 지상 로봇(100)이 주행을 개시하면 먼저 제어부(미도시)는 지상 로봇(100)의 좌우 기울기를 나타내는 롤각(X축 각)이 제1각도 조건(범위)을 만족하는지 판단하고, 지상로봇(100)의 무게중심의 변화를 체크한다(S100). 여기서 제1각도 조건은 지상 로봇(100)의 롤각이 -160°보다 작고 -180°보다 큰 조건이다.

즉, 상기 롤각이 제1각도 조건을 만족하면, 제어부는 지상 로봇(100)이 전복상태(도 3)에 놓였다고 판단하고, 제1각도조건을 만족하지 않으면 무게중심의 변화가 있는 경우(기 설정된 값 이상인 경우) 지상 로봇(100)이 교착상태(도 1 또는 도 2)에 놓인 것으로 판단한다.

만약, 상기 제1각도 조건을 만족하여 지상 로봇(100)이 전복상태라고 판단되면, 제어부는 플리퍼(110)를 회전시켜(S110) 제2각도 조건을 만족하는지 여부를 판단한다. 상기 제2각도 조건은 지상 로봇(100)의 전후 기울기를 나타내는 피치각(Y축 각)이 -3°~ 3° 범위내에 있을 조건이다.

도 4에서 상기 단계(S110)에서의 동작코드 "020"은 지상로봇(100)이 정지상태(000)에서 플리퍼(110)를 하향 회전(020)시킨다는 명령어이다. 상기 동작코드에 관해서는 추후 도 6에서 상세히 설명하도록 한다.

그리고, 상기 제2각도 조건(-3°<피치각< 3°)을 만족하는 경우 제어부는 전복상태에서 탈출한 것으로 판단한다.

이후 전복상태에서 벗어나거나 앞서 설명한 제1각도조건을 충족하지 못하는 경우 제어부는 교착상태로 판단하여 교착상태 탈출과정을 수행한다(S200). 상기 교착상태 탈출과정은 추후 도 5에서 상세히 설명하도록 한다. 그리고 제어부는 상기 지상로봇(100)이 전복상태와 교착상태로부터의 완전히 탈출할 때까지 상기 판단 단계(S100) 내지 수행 단계(S200)를 반복적으로 실행한다.

도 5는 교착상태의 탈출과정(S200)을 상세하게 나타내는 흐름도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 지상로봇(100)은 메모리(미도시)에 저장된 동작유형 목록(50)에서 미리 선별되어 저장되어 있던 복수의 동작코드(동작코드 셋트)를 읽어와서 로봇 동작(전진, 후진) 및 플리퍼 동작(플리퍼 Up, Down)을 하나씩 실행한다(S210, S230, S250, S270, S290, S310). 상기 복수의 동작코드(동작코드 셋트)는 사용자에 의해 재프로그램될 수도 있고, 지상로봇(100)에 의해 인공지능 알고리즘에 의해 학습적으로 수정될 수도 있다.

각 동작코드(100, 200, 010, 200)가 실행될 때마다 제어부는 지상로봇(100)의 모터 회전수에 따른 모터 전류를 검출하여 제1교착 조건과 대비한다(S220, S240, S280). 여기서 제1교착 조건이란 모터의 회전수가 일정할 때 상기 모터의 전류가 임계 전류값(6,000 mA)보다 큰지 여부를 판단하는 조건을 포함한다. 예를 들어, 제어부는 동작코드 "100"(전진)을 수행하는 단계(S210)후 모터 명령 회전수가 동작코드 "100"을 수행할 때의 회전수일때의 초과전류를 측정한다.

상기 모터는 지상로봇(100)의 주행궤도(130)를 구동하는 메인 구동모터가 될 수 있다. 모터 전류의 판단 기준치인 6,000 mA는 해당 값을 초과하는 경우 과전류로 인해 모터에 손상을 입힐 수도 있는 전류치이다. 즉, 상기 모터의 전류가 6,000 mA를 초과하면 제어부는 해당 동작코드에 의한 동작을 멈추고 다음 동작코드로 넘어간다. 상기 6,000 mA의 값은 모터의 용량에 따라 변동될 수 있는 것으로 본 실시예의 일예에 불과한 것으로 이해되어야 한다.

만약, 상기 제1교착 조건을 만족하여 지상 로봇(100)이 교착상태라고 판단되면, 제어부는 플리퍼(110)를 회전시켜(S250, S290) 지상 로봇(100)의 피치각이 제2각도 조건을 만족하는지 여부를 판단한다(S300). 상기 제2각도 조건은 지상 로봇(100)의 피치각(Y축 각)이 -3°~ 3° 범위내에 있을 조건이다.

상기 판별결과 지상 로봇(100)의 피치각이 제2각도 조건(-3°<피치각< 3°)을 만족하는 경우(S300) 제어부는 교착상태를 탈출한 것으로 판단하고 동작코드 "210"을 수행한다(S310).

도 6은 지상 로봇(100)의 동작 유형 목록이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 로봇자세(310)에 따라 1차동작코드(320), 2차동작코드(330) 및 3차동작코드(340)로 구분하고, 상기 1차, 2차 및 3차 동작코드(320, 330, 340)의 조합을 통해 지상로봇(100)이 장애물에 빠졌을 때 로봇자세(310)에 따라 지상로봇이 수행해야 할 총 27가지 동작유형을 동작유형 목록(50)에 정의한다.

예를 들어, 1차동작코드(320)는 정지상태에서 "000", 전진상태일 때 "100", 후진상태일 때 "200"의 값을 갖는다.

2차 동작코드(330)는 플리퍼(110) 동작에 관한 것으로, 플리퍼(110)의 정지상태는 "000", 플리퍼(110)의 상승동작에서는 "010", 플리퍼(110)의 하강동작에서는 "020"의 값을 갖는다.

3차 동작코드(340)는 지상로봇(100)의 스키드 동작(조향)에 관한 것으로, 정지상태는 "000", 왼쪽 스키드 동작(왼쪽 미끄럼 동작)에서는 "001", 오른쪽 스키드 동작(오른쪽 미끄럼 동작)에서는 "002"의 값을 갖는다.

이러한 1차, 2차 및 3차 동작코드(320, 330, 340)는 다음과 같이 상호 연산(예 : 덧셈)을 통해 하나의 조합된 동작코드로 나타날 수 있다.

1차, 2차, 3차 동작코드의 조합 = [100 + 010 + 001] = [111]

이와 같이 1차, 2차 및 3차 동작코드(320, 330, 340)를 정의한 경우 도 6과 같이 총 27가지의 동작 유형이 정의된다. 따라서, 동작 프로그램시 지상로봇(100)의 자세에 따라 각 동작코드를 순차적으로 정의하면(예, 001, 011, ....), 지상로봇이 장애물에 빠졌을 때 해당 자세에 따라 지상로봇(100)이 각 동작유형에 포함된 1차, 2차 및 3차 동작코드(320, 330, 340)를 실행하여 장애물에서 빠져나올 수 있다.

상술한 바와같이 본 발명은 지상로봇이 교착상태나 전복상태에 빠진 것을 스스로 감지하고, 동작유형 목록에서 선택되어 기저장된 복수의 동작코드를 순차 실행하여 해당 상태로부터 스스로 탈출함으로써 지상로봇의 임무완수 가능성 및 자율 복귀 확률을 높일 수 있다. 또한, 본 발명은 지상로봇이 교착상태나 전복상태로부터 탈출하는 과정에서 모터의 회전수에 따른 모터의 전류를 체크하여 모터에 과부하가 걸리지 않도록 제어하여 지나치게 전력을 소모하지 않도록 함으로써 로봇 스스로 내부 설비를 보호할 수 있다.

그리고 본 발명에서 각종 판단기준의 수치적 의미는 제한적으로 해석되는 것이라 일예로서 이해되어야 할 것이다. 이러한 각도나 전류치는 지상로봇의 크기나 모터의 용량이 달라짐에 따라 변동될 수 있고, 이는 본 명세서를 읽은 당업자라면 누구라도 용이하게 변경할 수 있는 사항이기 때문이다.

상기와 같이 설명된 본 발명에 따른 지상로봇의 전복 및 교착상태 탈출방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 상술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명 보다는 특허등록 청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허등록 청구 범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 장애물 20 : 구덩이
30 : 바닥 40a, 40b : 접촉점
50 : 무게중심 60 : 지면
100 : 지상로봇 110 : 플리퍼
120 : 몸체 130 : 주행궤도
310 : 로봇자세 320 : 1차 동작코드
330 : 2차 동작코드 340 : 3차 동작코드.

Claims

주행시 지상로봇이 장애물에 빠지면 지상로봇의 롤각 및 무게중심의 변화를 체크하여 전복 또는 교착상태를 판단하는 단계;
전복상태인 경우 플리퍼를 반복 하향 회전시켜 탈출하는 단계; 및
상기 전복상태 탈출 후 또는 교착상태인 경우, 지상로봇의 자세에 따라 동작유형 목록에서 선택된 복수의 동작코드에 따라 상기 지상 로봇을 동작시켜 교착 상태에서 탈출하는 단계;를 포함하는 지상로봇의 전복 및 교착상태 탈출방법.
제1항에 있어서, 상기 전복상태는
지상로봇의 롤각이 기설정된 제1각도 범위안에 있을 때이고, 상기 교착상태는 롤각이 제1각도 범위밖에 있고 무게중심의 변화가 기 설정된 값이상인 때인 것을 특징으로 하는 지상로봇의 전복 및 교착상태 탈출방법.
제1항에 있어서, 상기 복수의 동작코드는
지상로봇의 전진 또는 후진을 나타내는 로봇동작, 플리퍼동작 및 스키드 동작을 각각 나타내는 제1~제3동작코드를 나타내며,
상기 동작유형 목록은 상기 제1~제3동작코드를 지상 로봇의 자세에 따라 조합하여 구성한 복수의 동작 유형을 포함하는 것을 특징으로 하는 지상로봇의 전복 및 교착상태 탈출방법.
제1항에 있어서, 상기 복수의 동작코드는
지상 로봇의 자세에 동작 프로그램시 정해지며, 인공지능 알고리즘에 의해 학습적으로 수정되는 것을 특징으로 하는 지상로봇의 전복 및 교착상태 탈출방법.
제1항에 있어서, 상기 교착 상태에서 탈출하는 단계는
저장된 복수의 동작코드를 순차 실행하는 단계;
각 동작코드가 실행될 때마다 지상로봇의 모터 회전수에 따른 모터 전류를 검출하는 단계;
각 동작코드 수행시의 모터 회전수가 일정할 때 상기 모터 전류가 임계전류보다 큰지 판단하는 단계;
동작코드 수행시의 모터 회전수가 일정하고 상기 모터 전류가 임계전류보다 크면 다음 동작코드를 실행하는 단계; 및
상기 동작 코드실행중에 지상로봇의 피치각이 기설정된 범위에 들어오면 전복상태에서 탈출한 것으로 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지상로봇의 전복 및 교착상태 탈출방법.
제5항에 있어서, 상기 모터는 지상로봇의 주행궤도를 구동하는 메인 구동모터이고, 상기 임계전류는 해당 전류값을 초과하는 경우 과전류로 인해 모터에 손상을 입힐 수 있는 전류인 것을 특징으로 하는 지상로봇의 전복 및 교착상태 탈출방법.
주행시 지상로봇이 장애물에 빠지면 지상로봇의 롤각 및 무게중심의 변화를 체크하여 전복 또는 교착상태를 판단하는 단계;
판단결과 전복상태인 경우 플리퍼를 반복 하향 회전시켜 탈출하는 단계;
전복상태 탈출 후 또는 지상로봇이 교착상태인 경우 동작유형 목록에 저장된 지상로봇의 자세에 따른 동작유형에 따라 복수의 동작코드를 실행하는 단계; 및
각 동작코드가 실행될 때 지상로봇의 각 동작코드 수행시의 모터 회전수가 일정할 때 지상로봇의 모터 전류가 임계전류보다 크지 않도록 제어하여 교착상태에서 탈출하는 단계;를 포함하는 지상로봇의 전복 및 교착상태 탈출방법.
제7항에 있어서, 상기 전복상태는
지상로봇의 롤각이 기설정된 제1각도 범위안에 있을 때이고, 상기 교착상태는 롤각이 제1각도 범위밖에 있고 무게중심의 변화가 기 설정된 값이상인 때인 것을 특징으로 하는 지상로봇의 전복 및 교착상태 탈출방법.
제7항에 있어서, 상기 교착상태는
각 동작 코드실행중에 지상로봇의 피치각이 기 설정된 각도범위에 들어오면 탈출한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 지상로봇의 전복 및 교착상태 탈출방법.
제7항에 있어서, 상기 복수의 동작코드는
지상로봇의 전진 또는 후진을 나타내는 로봇동작, 플리퍼동작 및 스키드 동작을 각각 나타내는 제1~제3동작코드를 나타내고,
상기 동작유형 목록은 상기 제1~제3동작코드를 지상 로봇의 자세에 따라 조합하여 구성한 복수의 동작 유형을 포함하며,
상기 복수의 동작코드는 지상 로봇의 자세에 동작 프로그램시 정해지며, 인공지능 알고리즘에 의해 학습적으로 수정되는 것을 특징으로 하는 지상로봇의 전복 및 교착상태 탈출방법.