KR101605994B1 - Adaptive leader-follower formation control method and apparatus with unknown skidding and slipping effect - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 미지의 스키딩과 슬리핑을 갖는 이동 로봇을 위한 적응적 선도-추종 군집 제어 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to an adaptive lead-tracking cluster control method and apparatus for a mobile robot having unknown skidding and sleeping.
지난 몇 년 동안, 이동 로봇에 대해 기구학 레벨에서 추종 문제, 동역학 레벨에서의 추종 문제, 액츄에이터 레벨에서의 추종 문제, 안정화 문제 등과 같은 다양한 제어 문제를 해결하기 위한 많은 연구가 수행되었다.In the last few years, many researches have been conducted to solve various control problems such as follow-up problems at kinematics level, follow-up problems at dynamics level, follow-up problems at actuator level, stabilization problems, etc. for mobile robots.
그러나, 종래의 이동 로봇의 제어에 대한 다양한 연구는 이동 로봇의 슬립(slip)에 대해서는 전혀 고려하고 있지 않은 문제점이 있다.
However, various studies on the control of the conventional mobile robot have not taken into account the slip of the mobile robot at all.
본 발명은 미지의 스키딩과 슬리핑을 갖는 이동 로봇을 위한 적응적 선도-추종 군집 제어 방법 및 그 장치를 제공하기 위한 것이다.
The present invention provides an adaptive lead-tracking cluster control method and apparatus for a mobile robot having unknown skidding and sleeping.
본 발명의 일 측면에 따르면, 미지의 스키딩과 슬리핑을 갖는 이동 로봇을 위한 적응적 선도-추종 군집 제어 방법 및 그 방법을 수행하기 위한 프로그램 코드를 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided an adaptive lead-tracking cluster control method for a mobile robot having unknown skidding and sleeping, and a computer-readable recording medium recording program codes for performing the method.
제1 실시예에 따르면, 선도 로봇을 추종하는 각 추종 로봇의 제어 방법에 있어서, 상기 선도 로봇과 상기 추종 로봇 사이의 거리 정보를 획득하는 단계; 및 상기 선도 로봇과 상기 추종 로봇 사이의 획득된 거리 정보에 기초로, 상기 추종 로봇이 상기 선도 로봇과 미리 정해진 거리를 유지하며 상기 추종 로봇이 상기 선도 로봇을 추종하도록, 상기 선도 로봇과 상기 추종 로봇의 스키딩(skidding) 현상과 상기 선도 로봇과 상기 추종 로봇의 슬리핑(slipping) 현상을 고려하여, 상기 추종 로봇의 제어 입력을 구하는 단계를 포함하되, 상기 스키딩 현상은 상기 선도 로봇 및 상기 추종 로봇 각각의 바퀴 미끄러짐을 나타내고, 상기 슬리핑 현상은 상기 선도 로봇 및 상기 추종 로봇 각각의 바퀴가 헛도는 것을 나타내는 것을 특징으로 하는 추종 로봇의 제어 방법이 제공될 수 있다.According to the first embodiment, in the control method of each following robot following the lead robot, the step of acquiring distance information between the leading robot and the following robot, And a control unit for controlling the following robot such that the following robot keeps a predetermined distance from the leading robot and follows the leading robot based on the obtained distance information between the leading robot and the following robot: And obtaining a control input of the following robot in consideration of a skidding phenomenon of the leading robot and the following robot and a slipping phenomenon of the leading robot and the following robot, And the sleeping phenomenon indicates that the wheels of the leading robot and the following tracking robot are idle.
상기 추종 로봇의 제어 입력을 구하는 단계는, 상기 선도 로봇의 스키딩 현상과 슬리핑 현상에 의해 발생되는 정보에 기구학 모델을 적용하여 상기 선도 로봇의 현재 위치에서 상기 선도 로봇의 예측 위치를 계산하는 단계; 상기 추종 로봇의 스키딩 현상과 슬리핑 현상에 의해 발생되는 정보에 기구학 모델을 적용하고, 상기 추종 로봇과 상기 선도 로봇 사이의 거리를 기초로 미리 정해진 거리와 각도를 유지하도록 상기 추종 로봇의 현재 위치에서 상기 추종 로봇의 예측 위치를 계산하는 단계; 상기 선도 로봇의 예측 위치와 상기 추종 로봇의 예측 위치를 이용하여 위치 에러와 방향 에러에 대한 2차원 에러 표면값을 구하는 단계; 및 상기 구해진 2차원 에러 표면값을 이용하여 상기 선도 로봇의 스키딩 현상 및 슬리핑 현상에 의해 발생되는 정보를 보상하여, 상기 추종 로봇이 상기 선도 로봇과 정해진 거리와 각도를 유지하며 상기 선도 로봇을 추종하도록 상기 추종 로봇의 제어 입력을 구하는 단계를 포함하되, 상기 각도는 상기 추종 로봇과 상기 선도 로봇 사이의 각도이다.Calculating a control input of the following robot includes calculating a predicted position of the leading robot at a current position of the leading robot by applying a kinematic model to information generated by a skidding phenomenon and a sleeping phenomenon of the leading robot; A kinematic model is applied to the information generated by the skidding phenomenon and the sleeping phenomenon of the following robot, and the distance from the current position of the following robot to the current position of the follower robot is controlled to maintain a predetermined distance and angle based on the distance between the following robot and the leading robot Calculating a predicted position of the following robot; Obtaining a two-dimensional error surface value for a position error and a direction error using the predicted position of the leading robot and the predicted position of the following robot; And compensating information generated by the skidding phenomenon and the sleeping phenomenon of the leading robot using the obtained two-dimensional error surface value so that the following robot keeps a predetermined distance and angle with the leading robot and follows the leading robot And obtaining a control input of the following robot, wherein the angle is an angle between the following robot and the leading robot.
상기 2차원 에러 표면값은 반복적으로 계산되되, 상기 2차원 에러 표면값을 이용하여 상기 선도 로봇의 스키딩 현상 및 슬리핑 현상에 의해 발생되는 정보를 보상하는 단계는, 상기 2차원 에러 표면값을 미리 정해진 설정값이 되도록 상기 추종 로봇의 예측 위치를 조정할 수 있다.Wherein the step of compensating information generated by the skidding phenomenon and the sleeping phenomenon of the lead robot using the two-dimensional error surface value is repeatedly performed by calculating the two-dimensional error surface value, The predicted position of the following robot can be adjusted to be the set value.
상기 미리 정해진 설정값은 음이 아닌 정수이다.The predetermined set value is a non-negative integer.
상기 2차원 에러 표면값을 구하는 것은, 상기 선도 로봇의 위치와 상기 추종 로봇의 위치간의 추종 오차를 계산하는 단계; 상기 선도 로봇의 예측 위치와 상기 추종 로봇의 예측 위치 사이의 추종 예측 오차를 계산하는 단계; 및 상기 추종 오차와 상기 추종 예측 오차를 이용하여 상기 2차원 에러 표면값을 계산하는 단계를 포함하되, 상기 각각의 위치는 좌표와 방향을 각각 포함한다.Calculating the two-dimensional error surface value comprises: calculating a tracking error between a position of the leading robot and a position of the following robot; Calculating a tracking prediction error between a predicted position of the leading robot and a predicted position of the following robot; And calculating the two-dimensional error surface value using the tracking error and the tracking prediction error, wherein each of the positions includes coordinates and directions, respectively.
상기 2차원 에러 표면값은 하기 수학식 8로 계산되되, The two-dimensional error surface value is calculated by the following equation (8)
[수학식 8]&Quot; (8) "
-여기서, 이고, 이며, 는 설계 상수이고, 이고, 이며, 상기 (,,)와 (,,)는 각각 선도 로봇과 추종 로봇의 위치로, x축/y축 좌표와 방향을 나타내며, (,,)와 (,,)는 각각 선도 로봇과 추종 로봇의 예측 위치로, x축/y축 좌표와 방향을 나타낸다.-here, ego, Lt; Is a design constant, ego, , And the ( , , )Wow ( , , ) Are the positions of the leading robot and the following robot, respectively, indicating the x-axis / y-axis coordinate and direction, and , , )Wow ( , , ) Are predicted positions of the leading robot and the following robot, respectively, and indicate the x-axis / y-axis coordinate and direction.
상기 선도 로봇의 속도는 으로 유계될 수 있다.
The speed of the leading robot is . ≪ / RTI >
제2 실시예에 따르면, 컴퓨터가 판독 가능한 매체에 저장되어, 상기 컴퓨터로 하여금 이하의 단계들을 수행하도록 하기 위한 컴퓨터 프로그램으로서, 상기 단계는, 선도 로봇을 추종하는 추종 로봇을 제어하는 방법에 있어서, 상기 선도 로봇과 상기 추종 로봇 사이의 거리 정보를 획득하는 단계; 및 획득된 상기 선도 로봇과 상기 추종 로봇 사이의 거리 정보를 기초로, 상기 추종 로봇이 상기 선도 로봇과 미리 정해진 거리를 유지하며 상기 추종 로봇이 상기 선도 로봇을 추종하도록, 상기 선도 로봇과 상기 추종 로봇의 스키딩(skidding) 현상과 상기 선도 로봇과 상기 추종 로봇의 슬리핑(slipping) 현상을 고려하여, 상기 추종 로봇의 제어 입력을 구하는 단계를 포함하되,According to a second embodiment, there is provided a computer program for causing a computer to perform the following steps, the computer being stored in a readable medium, the method comprising the steps of: controlling a following robot following a leading robot, Obtaining distance information between the leading robot and the following robot; And a control unit for controlling the following robot such that the following robot keeps a predetermined distance from the leading robot based on the obtained distance information between the leading robot and the following robot, And obtaining a control input of the tracking robot in consideration of a skidding phenomenon of the tracking robot and a slipping phenomenon of the leading robot and the following tracking robot,
상기 스키딩 현상은 상기 선도 로봇 및 상기 추종 로봇 각각의 바퀴 미끄러짐을 나타내고, 상기 슬리핑 현상은 상기 선도 로봇 및 상기 추종 로봇 각각의 바퀴가 헛도는 것을 나타내는 것을 특징으로 하는 추종 로봇을 제어하는 방법을 수행하기 위해, 컴퓨터가 판독 가능한 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램이 제공될 수 있다.
Wherein the skidding phenomenon indicates a wheel slip of each of the leading robot and the following robot, and the sleeping phenomenon indicates that the wheels of the leading robot and the following tracking robot are idle. A computer program stored on a computer-readable medium may be provided.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명의 일 측면에 따르면, 미지의 스키딩과 슬리핑을 갖는 환경에서, 추종 로봇이 선도 로봇에 대해 일정 거리와 각도를 유지하며 선도 로봇을 추종할 수 있도록 추종 로봇을 움직일 수 있는 장치를 제공하기 위한 것이다.According to another aspect of the present invention, in an environment having unknown skidding and sleeping, a following robot is provided so that the following robot maintains a predetermined distance and angle with respect to the leading robot and follows the leading robot To provide a movable device.
제1 실시예에 따르면, 선도 로봇을 추종하는 추종 로봇에 있어서, 상기 선도 로봇과 상기 추종 로봇 사이의 거리 정보를 획득하는 센서; 및 상기 선도 로봇과 상기 추종 로봇 사이의 상기 획득된 거리 정보를 기초로, 상기 추종 로봇이 상기 선도 로봇과 미리 정해진 거리를 유지하며 상기 추종 로봇이 상기 선도 로봇을 추종하도록, 상기 선도 로봇과 상기 추종 로봇의 스키딩(skidding) 현상과 상기 선도 로봇과 상기 추종 로봇의 슬리핑(slipping) 현상을 고려하여 상기 추종 로봇의 제어 입력을 구하는 제어기를 포함하되, 상기 스키딩 현상은 상기 선도 로봇 및 상기 추종 로봇 각각의 바퀴 미끄러짐을 나타내고, 상기 슬리핑 현상은 상기 선도 로봇 및 상기 추종 로봇 각각의 바퀴가 헛도는 것을 나타내는 것을 특징으로 하는 추종 로봇이 제공될 수 있다.
According to the first embodiment, in the following robot following the lead robot, a sensor for acquiring distance information between the leading robot and the following robot; And a control unit for controlling the following robot such that the following robot keeps a predetermined distance from the leading robot and follows the leading robot based on the obtained distance information between the leading robot and the following robot: And a controller for obtaining a control input of the following robot in consideration of a skidding phenomenon of the robot and a slipping phenomenon of the leading robot and the following robot, And the slewing phenomenon indicates that the wheels of the leading robot and the following tracking robot are idle.
본 발명의 일 실시예에 따른 미지의 스키딩과 슬리핑을 갖는 이동 로봇을 위한 적응적 선도-추종 군집 제어 방법 및 그 장치를 제공함으로써, 미지의 스키딩과 슬리핑 현상이 존재하는 상태에서, 추종 로봇이 선도 로봇에 대해 일정 거리와 각도를 유지하며 선도 로봇을 추종할 수 있도록 추종 로봇을 움직이도록 제어할 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, there is provided an adaptive guidance-tracking cluster control method and apparatus for a mobile robot having an unknown skidding and a sleeping, and in a state where an unknown skidding and a sleeping phenomenon are present, The follower robot can be controlled so as to follow the leading robot while maintaining a certain distance and angle with respect to the robot.
도 1은 제1 실시예에 따른 추종 로봇의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 제1 실시예에 따른 선도 로봇을 추종하는 추종 로봇의 제어 방법을 나타낸 순서도.
도 3은 제1 실시예에 따른 두 로봇의 선도-추종 환경을 설명하기 위해 도시한 도면.1 is a view schematically showing a configuration of a following robot according to a first embodiment;
2 is a flowchart showing a control method of a following robot following a leading robot according to the first embodiment.
Fig. 3 is a diagram for explaining a lead-following environment of two robots according to the first embodiment; Fig.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
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 in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
본 발명은 미지의 스키딩(skidding) 현상과 슬리핑(slipping) 현상을 갖는 다수의 이동 로봇을 위한 적응적 선도-추종 군집 제어 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 이하에서 설명되는 각 이동 로봇은 적어도 하나의 선도 로봇과 적어도 하나의 추종 로봇을 포함하며, 이하에서는 추종 로봇이 레퍼런스 로봇인 선도 로봇을 추종하는 방법에 대해 설명하기로 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an adaptive lead-tracking cluster control method and apparatus for a plurality of mobile robots having an unknown skidding phenomenon and a slipping phenomenon. Each of the mobile robots described below includes at least one leading robot and at least one following robot. Hereinafter, a method in which the following robot follows a leading robot, which is a reference robot, will be described.
또한, 이하에서 설명되는 각 추종 로봇은 스키딩과 슬리핑 측정을 위한 별도의 센서를 구비하지 않은 상태에서 선도 로봇의 스키딩과 슬리핑 현상을 보상하여 추종 로봇이 선도 로봇과 일정 거리/각도를 유지하며 선도 로봇을 추종할 수 있다. In addition, each following robot described below compensates for the skidding and sleeping phenomenon of the leading robot without any separate sensor for the skidding and sleeping measurement, so that the following robot maintains a predetermined distance / angle from the leading robot, Can be followed.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 제1 실시예에 따른 추종 로봇의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. FIG. 1 is a view schematically showing the configuration of a following robot according to the first embodiment.
도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 추종 로봇은 센서(110)와 제어기(115)를 포함하여 구성된다. 또한, 추종 로봇은 선도 로봇과 마찬가지로 미지의 스키딩과 슬리핑 현상이 존재하는 것을 가정하기로 한다.Referring to FIG. 1, the tracking robot according to the first embodiment includes a
센서(110)는 선도 로봇의 거리를 측정하는 기능을 한다.The
제어기(115)는 미지의 스키딩 현상과 슬리핑 현상이 존재하는 상태에서, 추종 로봇이 선도 로봇에 대해 일정 거리와 각도를 유지하며 선도 로봇을 추종할 수 있도록 추종 로봇을 움직이도록 제어하는 기능을 한다. 여기서, 일정 거리는 예를 들어, 50cm, 1m, 10m 등일 수 있으며, 일정 각도는 예를 들어, 15도, 30도 등일 수 있다. 이러한 일정 거리 및 일정 각도는 사용자에 의해 추종 로봇에 임의로 설정될 수 있다.The
또한, 스키딩 현상은 선도 로봇, 추종 로봇 각각의 바퀴가 미끄러지는 현상을 나타내고, 슬리핑 현상은 선도 로봇, 추종 로봇 각각의 바퀴가 헛도는 현상을 나타낸다. 본 발명의 추종 로봇과 선도 로봇은 각각 스키딩 현상과 슬리핑 현상을 고려하므로, 제어기(115)는 스키딩 현상과 슬리핑 현상에 따른 기구학 모델을 적용하여 선도 로봇에 대한 예측 위치를 계산하고, 선도 로봇의 측정된 거리에 기반하여 선도 로봇으로부터 일정 거리와 각도를 유지하도록 스키딩 현상과 슬리핑 현상에 따른 기구학 모델을 적용한 추종 로봇의 예측 위치를 계산할 수 있다. 이어, 제어기(115)는 선도 로봇의 예측 위치와 추종 로봇의 예측 위치를 기반으로 위치와 방향 에러를 포함하는 2차원 에러 표면값을 계산한 후, 이를 기반으로 선도 로봇의 스키딩 현상과 슬리핑 현상을 보상하여 추종 로봇이 선도 로봇을 추종하도록 움직이게 제어할 수 있다. 이에 대해서는 하기의 설명에 의해 보다 명확히 이해될 것이다.
Also, the skidding phenomenon indicates a phenomenon in which the wheels of the leading robot and the following robot slip, and the sleeping phenomenon indicates that the wheels of the leading robot and the following robot are idle. The
도 2는 제1 실시예에 따른 선도 로봇을 추종하는 추종 로봇의 제어 방법을 나타낸 순서도이고, 도 3은 제1 실시예에 따른 두 로봇의 선도-추종 환경을 설명하기 위해 도시한 도면이다.FIG. 2 is a flowchart showing a control method of the following robot following the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a view for explaining a lead-following environment of two robots according to the first embodiment.
단계 210에서 추종 로봇은 선도 로봇과 추종 로봇 사이의 거리 정보를 획득한다.In
예를 들어, 추종 로봇은 선도 로봇과 추종 로봇 사이의 거리 정보를 측정할 수 있는 센서를 구비하고 있으며, 이를 기반으로 선도 로봇과의 거리 정보를 측정할 수 있다.For example, the following robot includes a sensor capable of measuring distance information between the leading robot and the following robot, and the distance information with the leading robot can be measured based on the sensor.
단계 215에서 추종 로봇은 선도 로봇의 위치에 스키딩 현상과 슬리핑 현상에 따른 기구학 모델을 적용하여 선도 로봇에 대한 예측 위치를 계산한다.In step 215, the tracking robot calculates a predicted position for the leading robot by applying a skid phenomenon and a sleeping phenomenon to the position of the leading robot.
단계 220에서 추종 로봇은 추종 로봇의 위치에 스키딩과 슬리핑 현상에 따른 기구학적 모델을 적용하여 선도 로봇의 획득된 거리 정보에 기반하여 정해진 거리와 각도를 유지하는 추종 로봇의 예측 위치를 계산한다.In
단계 225에서 추종 로봇은 선도 로봇의 예측 위치와 추종 로봇의 예측 위치를 이용하여 위치와 방향 에러에 대한 2차원 에러 표면값을 구한다. 이때, 추종 로봇은 2차원 에러 표면값을 반복적으로 계산할 수 있으며, 2차원 에러 표면값이 최소값(예를 들어, 0(s=0))이 되도록 계산할 수 있다. In
단계 230에서 추종 로봇은 구해진 2차원 에러 표면값을 이용하여 선도 로봇의 스키딩 현상 및 슬리핑 현상을 보상하여 추종 로봇이 선도 로봇과 정해진 거리와 각도를 유지하며 상기 선도 로봇을 추종하는 추종 로봇의 제어 입력을 구한다.In
이하, 선도 로봇을 추종하는 추종 로봇의 군집 제어를 위한 제어 입력을 구하는 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a method for obtaining a control input for the cluster control of the following robot following the leading robot will be described in detail.
우선, 스키딩과 슬리핑 현상이 존재하는 이동 로봇의 기구학적/동역학적 모델을 수학식으로 나타내면 수학식 1 및 수학식 2와 같다. 여기서, 기구학적 모델은 로봇의 특정한 자세를 기하학적으로 나타낸 것을 의미한다. 이와 같은 기구학적 모델은 수학식 1과 같다. First, the kinematic / dynamic model of a mobile robot having a skidding and a sleeping phenomenon can be expressed by Equations (1) and (2). Here, the kinematic model is a geometric representation of a specific posture of the robot. This kinematic model is shown in Equation (1).
여기서, 이고, 이며, 이고, 이고, 이며,here, ego, Lt; ego, ego, Lt;
이고, ego,
이며, 이고, 이다. Lt; ego, to be.
또한, 는 이동 로봇의 넓이를 나타내고, 은 휠의 지름을 나타내며, 는 이동 로봇의 무게 중심과 왼쪽 휠과 오른쪽 휠 사이의 중심점간의 거리를 나타낸다.Also, Represents the width of the mobile robot, Represents the diameter of the wheel, Represents the distance between the center of gravity of the mobile robot and the center point between the left wheel and the right wheel.
또한, 와 는 각각 이동 로봇 본체의 질량과 모터를 포함하는 휠의 질량을 나타낸다. , , 은 각각 수직축에 대한 이동 로봇 본체의 관성 모멘트, 휠 축에 대한 모터를 포함하는 휠의 관성 모멘트, 휠 직경에 대한 모터를 포함하는 휠의 관성 모멘트를 나타낸다. 는 두 구동 휠간의 중심점의 좌표를 나타내고, 는 이동 로봇의 방향각(heading angle)을 나타내고, 과 는 각각 이동 로봇의 선속도와 각속도를 나타낸다. 또한, 는 종 슬립 속도를 나타내고, 는 휠의 미끄러짐에 의해 야기되는 요 레이트를 나타내며, 이고, 는 측면 스키딩 속도를 나타내고, 는 휠에 적용되는 제어 토크(control torque)를 나타낸다.Also, Wow Represent the mass of the mobile robot body and the mass of the wheel including the motor, respectively. , , Respectively represent the moment of inertia of the mobile robot body with respect to the vertical axis, the moment of inertia of the wheel including the motor with respect to the wheel axis, and the moment of inertia of the wheel including the motor with respect to the wheel diameter. Represents the coordinates of the center point between the two drive wheels, Represents the heading angle of the mobile robot, and Represent the linear velocity and angular velocity of the mobile robot, respectively. Also, Represents the longitudinal slip velocity, Represents the yaw rate caused by the slippage of the wheel, ego, Represents the side skidding speed, Represents the control torque applied to the wheel.
가정 1: 스키딩과 슬리핑 섭동(perturbation) , 및 는 로 유계되고, 는 인 미지의 양의 상수이고, 첫번째 변량은 로 유계된다. Assumption 1: skimming and sleeping perturbation , And The Respectively, The The positive constant of the unknown, and the first variance Respectively.
또한, 는 이며, 조건을 포함하는 미지의 양의 상수이다.
Also, The Lt; It is an unknown quantity constant that contains the condition.
Remark 1: 미지의 유계가 적응적 기술에 의해 예측되기 때문에 군집 제어기 설계에서 스키딩 현상과 슬리핑 현상에 따른 변화에 의한 유계에 대한 지식이 요구되지 않는다. 유계는 단지 제어 시스템의 안정성을 증명하기 위해 이용된다.Remark 1: Because unknown curve is predicted by adaptive technique, knowledge of curve due to slipping phenomenon and slipping phenomenon is not required in cluster controller design. The flux is only used to demonstrate the stability of the control system.
수학식 1 및 2는 이동 로봇의 기구학적/동역학적 모델을 수학식으로 나타낸 것이다. 이미 전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 선도 로봇과 추종 로봇은 각각 스키딩 현상과 슬리핑 현상이 존재하는 것을 가정하고 있다.Equations (1) and (2) represent kinematic / dynamic models of a mobile robot in mathematical form. As described above, it is assumed that the leading robot and the following robot according to the embodiment of the present invention have a skidding phenomenon and a sleeping phenomenon, respectively.
군집 제어를 위해, 실제 로봇 대신 가상 로봇 개념을 적용하여 설명하기로 한다. 이를 위해, 도 3을 참조하여, 가상 선도 로봇()의 위치()는 실제 로봇()의 중심()으로부터 거리에 위치하고 있는 것을 가정하기로 한다.For the cluster control, the virtual robot concept will be explained instead of the actual robot. To this end, referring to Fig. 3, the virtual leading robot ) Position ) Is an actual robot ) Center of ) From It is assumed that it is located at a distance.
이를 수학식으로 정리하면 수학식 3과 같다.This is expressed by the following equation (3).
여기서, 이고, 과 은 각각 리더에 대한 추종 로봇의 원하는 거리와 각도를 나타낸다. 그러므로, 가상 선도 로봇의 위치에 스키딩 현상과 슬리핑을 나타내는 기구학 모델을 적용하면 수학식 3의 변량은 수학식 4와 같이 정리될 수 있다.here, ego, and Represents the desired distance and angle of the following robot to the leader, respectively. Therefore, if a kinematic model representing the skidding phenomenon and the sleeping is applied to the position of the virtual leading robot, the variance of Equation (3) can be summarized as Equation (4).
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 가상 추종 로봇()의 위치()는 실체 추종 로봇()의 중심()으로부터 거리에 위치해 있으며, 이를 수학식으로 표현하면 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다. 이때, 가상 추종 로봇은 가상 선도 로봇과 정해진 거리와 각도 떨어져 있는 것을 가정하기로 한다.Further, as shown in Fig. 3, the virtual follower robot ) Position ) Is an entity tracking robot ) Center of ) From And can be represented by the following equation (5). At this time, it is assumed that the virtual follower robot is separated from the virtual lead robot by a predetermined distance and angle.
여기서, 이며, 가상 추종 로봇의 위치에 스키딩과 슬리핑을 나타내는 기구학을 적용하면 수학식 5의 변량은 수학식 6과 같이 정리될 수 있다.here, And the kinematics representing skidding and sleeping are applied to the position of the virtual tracking robot, the variance of Equation (5) can be summarized as Equation (6).
가정 2: 선도 로봇의 속도(),, 그리고 첫번째 변량은 이용가능하고, 유게되어 있다.
Assumption 2: Speed of leading robot ( ), , And the first variance is available, and is maintained.
Remark 2: 리더의 속도의 유계에 대한 가정2는 선도-추종 군집 제어 분야에서는 일반적이고, 합리적이다. 선도-추종 군집 기술에서, 선도 로봇은 추종 로봇의 레퍼런스 로봇의 역할을 수행한다.Remark 2: Assumption 2 of the velocity of the leader's velocity is common and reasonable in the field of lead-follower cluster control. In the lead - follower clustering technique, the leading robot performs the role of the reference robot of the following robot.
만일 선도 로봇의 속도가 유계되어 있지 않다면, 추종 로봇은 선도 로봇을 추적할 수 없다. 더구나, 는 안정성 문제는 고려하지 않고, 단지 원하는 군집 추종 문제에 집중되어 있음을 의미한다.If the speed of the leading robot is not related, the following robot can not track the leading robot. Moreover, Means that the stability problem is not taken into account but is focused only on the desired cluster follow-up problem.
본 발명의 일 실시예에 따른 추종 로봇의 제어 목적은 미지의 스키딩 현상과 슬리핑 현상이 존재하는 상태에서, 실제 추종 로봇이 실제 선도 로봇에 대해 원하는 거리와 각도를 유지하도록 가상 선도 로봇를 추종하도록 가상 추종 로봇을 움직이는 것이다.The control object of the tracking robot according to an embodiment of the present invention is to control the follower robot so that the actual following robot keeps a desired distance and angle with respect to the actual leading robot in a state in which there is an unknown skidding phenomenon and a sleeping phenomenon, It is moving the robot.
스키딩과 슬리핑이 존재하는 가상 선도 로봇()과 가상 추종 로봇()사이의 추종 에러는 수학식 7이 나타낼 수 있다.A virtual lead robot with skidding and sleeping ( ) And a virtual tracking robot ) Can be expressed by Equation (7).
추종 에러에 기반하여 위치 에러와 방향 에러를 포함하는 2차원 에러 표면값()은 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.Based on the tracking error, a two-dimensional error surface value including position error and direction error ( ) Can be expressed by Equation (8).
여기서, 이고, 이며, 는 설계 상수를 나타낸다. 수학식 3 내지 6을 적용하면, 에러 동역학에 대한 미분은 수학식 9와 같이 정리될 수 있다.here, ego, Lt; Represents a design constant. By applying Equations (3) to (6), the differential for error dynamics can be summarized as Equation (9).
여기서, 이고, 이며, 이고, 이며, 이고, 이고, 이며, here, ego, Lt; ego, Lt; ego, ego, Lt;
이고, 이며, ego, Lt;
이며, Lt;
이다. to be.
여기서, 은 벡터 형태로 나타낼 수 있으며, 이고, 이며, 이다.
here, silver Can be expressed in a vector form, ego, Lt; to be.
Remark 3: 수학식 9에서 는 알려진 벡터이고, 와 에 포함된 는 선도 로봇과 추종 로봇 사이의 미지의 스키딩 현상과 슬리핑 현상으로부터 파생되는 미지의 유계된 벡터와 메트릭스를 나타낸다. 그러므로, 벡터와 에 포함된 매트릭스 는 적응적 기술에 의해 조정될 수 있다.Remark 3: In Equation 9, Is a known vector, Wow Included in Represents the unknown vector and metric derived from the unknown skidding phenomenon and the sleeping phenomenon between the leading robot and the following robot. Therefore, Wow Matrix included in Can be adjusted by adaptive techniques.
따라서, 추종 로봇의 제어 입력()은 수학식 10 같이 나타낼 수 있다.Therefore, the control input of the following robot ) Can be expressed by Equation (10).
여기서, 이고, 이며, 이고, 이며, 이고, 는 양의 상수이고, 는 의 예측치이다. 여기서, 이고, 이며, 이고, 이다. 여기서, 이고, 이다. 또한, 이다.here, ego, Lt; ego, Lt; ego, Is a positive constant, The . here, ego, Lt; ego, to be. here, ego, to be. Also, to be.
적응적 파라미터 벡터()는 적응적 법칙에 따라 수학식 11에 의해 조정될 수 있다.The adaptive parameter vector ( ) Can be adjusted by Equation (11) according to an adaptive law.
여기서, 이고, 는 -조정을 위한 양의 이득을 나타낸다.
here, ego, The - represents the positive gain for the adjustment.
Remark 4: 수학식 10의 제어 입력 수식에서 항은 일 때, 특이성 문제를 가지고 있다. 이 문제를 피하기 위해, 특정 환경을 위해 대신 수학식 12를 사용한다.Remark 4: In the control input equation of Equation (10) The term , There is a specificity problem. In order to avoid this problem, Use Equation 12 instead.
여기서, 는 충분히 작은 상수이다. 따라서, 가상 선도 로봇과 가상 추종 로봇의 개념을 사용하는 군집 제어 분야에서 일반적으로 널리 사용된다.
here, Is a sufficiently small constant. Therefore, virtual guidance is widely used in the field of cluster control using the concepts of robot and virtual follower robot.
정리 1: 미지의 스키딩 현상과 슬리핑 현상을 포함하는 추종 로봇은 적응적 법칙(수학식 11)을 포함하는 제어기(115)(수학식 10)에 의해 제어될 수 있다.Theorem 1: The following robot including the unknown skidding phenomenon and the sleeping phenomenon can be controlled by the controller 115 (Equation (10)) including the adaptive rule (Equation 11).
만일 제안된 제어 시스템이 가정 1 및 2를 만족하면, 추종 에러는 원점으로 수렴하며, 방향 에러는 을 만족한다. 여기서, 는 상수이다. 만일 추종 로봇이 회전하지 않는다면, 제어된 폐루프 시스템의 모든 신호가 궁극적으로 유계되는 동안, 스키딩 속도()는 이고, 방향 에러()는 원점으로 수렴될 수 있다.If the proposed control system satisfies the assumptions 1 and 2, Converges to the origin, and the direction error converges to . here, Is a constant. If the following robot does not rotate, while all signals of the controlled closed loop system are ultimately engaged, the skidding speed ( ) , And direction error ( ) Can be converged to the origin.
그러므로 군집 에러()와 방향 에러()는 유계되고, 원하는 군집 제어가 성공적으로 수행될 수 있다.Therefore, ) And direction error ( Is distributed, and the desired cluster control can be successfully performed.
증명: 추종 로봇을 위한 동역학(수학식 2)로부터 수학식 13과 같은 추종 수식을 획득할 수 있다.Proof: From the kinematics for the following robot (Equation (2)), the following equation can be obtained as in Equation (13).
수학식 13을 수학식 9에 적용하면, 수학식 14와 같이 정리될 수 있다.Applying Equation (13) to Equation (9), it can be summarized as Equation (14).
리아프노프 함수(Lyapunov function)를 수학식 15와 같이 정의하자. We define the Lyapunov function as:
여기서, 이다.here, to be.
수학식 14와 함께 수학식 15를 시간 미분으로 정리하면 수학식 16과 같다.Equation (14) and Equation (15) are summarized in terms of time differentiation.
수학식 10과 수학식 11을 사용하여 수학식 16은 수학식 17과 같이 재정리될 수 있다.Using Equation (10) and Equation (11), Equation (16) can be rearranged as Equation (17).
여기서, 이고, 이며, 는 의 고유치 중 최소값을 나타낸다. 수학식 17에 을 곱하고, 에 대해 적분하면 수학식 18과 같이 정리될 수 있다.here, ego, Lt; The Of the eigenvalues. In Equation 17 Lt; / RTI > The following equation (18) can be obtained.
수학식 18에서, 는 무한대인 시간으로, 에 의해 유계될 수 있다.In Equation 18, It is infinite time, . ≪ / RTI >
그러므로, 모든 에러 신호 와 는 유계될 수 있다. 유계는 , , 와 를 조절함으로써 인위적으로 작게 만들 수 있다.Therefore, all error signals Wow Can be resolved. Flow The , , Wow To make it artificially small.
따라서, , , 및 는 수렴될 수 있다.therefore, , , And Can be converged.
수학식 4와 수학식 6으로부터 의 유계를 증명하면, 수학식 19, 수학식 20와 같은 수식을 얻을 수 있다.From equations (4) and (6) The equation (19) and (20) can be obtained.
수학식 19와 수학식 20으로부터, 는 수학식 21과 같이 정의될 수 있다.From equations (19) and (20) Can be defined as: " (21) "
여기서, 이다. 여기서, 의 동역학은 수학식 22와 같다.here, to be. here, Is expressed by Equation (22).
여기서, 이다. 와 이 유계된 후, 가정 1 및 2에 의해 가 유계된다. 양의 정부호 함수()를 고려하여 수학식 22를 의 시간 변량으로 대체하면, 수학식 23과 같이 정리될 수 있다.here, to be. Wow After this has been accounted for, by assumptions 1 and 2 . Positive positive arc function ( (22) < RTI ID = 0.0 > The following equation (23) can be obtained.
여기서, 이고, 이며, 는 조건을 만족하는 집합이다. 여기서, 이다. 따라서, 수학식 23으로부터 는 유계될 수 있다.here, ego, Lt; The It is a set satisfying the condition. here, to be. Therefore, from Equation (23) Can be resolved.
수학식 21로부터, 를 획득할 수 있다. 추종 에러의 변량이 수렴되므로, 은 만족될 수 있다. 만일 추종 로봇이 회전하지 않는다면(예를 들어, ), 스키딩 속도()는 이고, 방향 에러()는 원점으로 수렴될 수 있다.
From equation (21) Can be obtained. Following error Is converged, Can be satisfied. If the following robot does not rotate (for example, ), Skidding speed ( ) , And direction error ( ) Can be converged to the origin.
Remark 5: 제어기(115)는 리더와 추종 로봇간의 미지의 스키딩과 슬리핑 현상을 적응적으로 보상할 수 있는 적응적 제어 기술을 적용하고 있으므로, 센서 정보를 필요로 하지 않는다. 더욱이, 다수의 이동 로봇의 군집 제어에 미지의 스키딩과 슬리핑 문제를 확장하였다.Remark 5: The
지금까지, 미지의 스키딩 현상과 슬리핑 현상이 존재하는 상태에서, 추종 로봇이 선도 로봇에 대해 일정 거리와 각도를 유지하며 선도 로봇을 추종할 수 있도록 추종 로봇을 움직이도록 제어할 수 있는 제어 입력을 구하고 이를 증명하는 내용에 대해 설명하였다.
Until now, in the state where the unknown skidding phenomenon and the sleeping phenomenon exist, the control input is obtained so that the follower robot can control the follower robot so as to follow the leading robot while maintaining a certain distance and angle with respect to the leading robot I explained the proof of this.
상술한 본 발명에 따른 미지의 스키딩과 슬리핑을 갖는 이동 로봇을 위한 적응적 선도-추종 군집 제어 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
The adaptive guidance-tracking cluster control method for a mobile robot having unknown skidding and sleeping according to the present invention can be implemented as a computer-readable code on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all kinds of recording media storing data that can be decoded by a computer system. For example, it may be a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a magnetic tape, a magnetic disk, a flash memory, an optical data storage device, or the like. In addition, the computer-readable recording medium may be distributed and executed in a computer system connected to a computer network, and may be stored and executed as a code readable in a distributed manner.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 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.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It will be understood that the invention may be varied and varied without departing from the scope of the invention.
110: 센서
115: 제어기110: sensor
115:
Claims (9)
상기 선도 로봇과 상기 추종 로봇 사이의 거리 정보를 획득하는 단계; 및
상기 선도 로봇과 상기 추종 로봇 사이의 획득된 거리 정보에 기초로, 상기 추종 로봇이 상기 선도 로봇과 미리 정해진 거리를 유지하며 상기 추종 로봇이 상기 선도 로봇을 추종하도록, 상기 선도 로봇과 상기 추종 로봇의 스키딩(skidding) 현상과 상기 선도 로봇과 상기 추종 로봇의 슬리핑(slipping) 현상을 고려하여, 상기 추종 로봇의 제어 입력을 구하는 단계를 포함하되,
상기 추종 로봇의 제어 입력을 구하는 단계는,
상기 선도 로봇의 스키딩 현상과 슬리핑 현상에 의해 발생되는 정보에 기구학 및 동역학 모델을 적용하여 상기 선도 로봇의 현재 위치에서 상기 선도 로봇의 예측 위치를 계산하는 단계;
상기 추종 로봇의 스키딩 현상과 슬리핑 현상에 의해 발생되는 정보에 기구학 및 동역학 모델을 적용하고, 상기 추종 로봇과 상기 선도 로봇 사이의 거리를 기초로 미리 정해진 거리와 각도를 유지하도록 상기 추종 로봇의 현재 위치에서 상기 추종 로봇의 예측 위치를 계산하는 단계;
상기 선도 로봇의 예측 위치와 상기 추종 로봇의 예측 위치를 이용하여 위치 에러와 방향 에러에 대한 2차원 에러 표면값을 구하는 단계; 및
상기 구해진 2차원 에러 표면값을 이용하여 상기 선도 로봇의 스키딩 현상 및 슬리핑 현상에 의해 발생되는 정보를 보상하여, 상기 추종 로봇이 상기 선도 로봇과 정해진 거리와 각도를 유지하며 상기 선도 로봇을 추종하도록 상기 추종 로봇의 제어 입력을 구하는 단계를 포함하되,
상기 각도는 상기 추종 로봇과 상기 선도 로봇 사이의 각도이며,
상기 스키딩 현상은 상기 선도 로봇 및 상기 추종 로봇 각각의 바퀴 미끄러짐을 나타내고, 상기 슬리핑 현상은 상기 선도 로봇 및 상기 추종 로봇 각각의 바퀴가 헛도는 것을 나타내며,
상기 기구학 및 동역학 모델은 각각 아래의 수학식1 및 2와 같으며,
[수학식 1]
[수학식 2]
여기서, 이고, 이며, 이고, 이고, 이며,
이고,
이며, 이고, 이고,
는 이동 로봇의 넓이를 나타내고, 은 휠의 지름을 나타내며, 는 이동 로봇의 무게 중심과 왼쪽 휠과 오른쪽 휠 사이의 중심점간의 거리를 나타내고,
또한, 와 는 각각 이동 로봇 본체의 질량과 모터를 포함하는 휠의 질량을 나타내고, , , 은 각각 수직축에 대한 이동 로봇 본체의 관성 모멘트, 휠 축에 대한 모터를 포함하는 휠의 관성 모멘트, 휠 직경에 대한 모터를 포함하는 휠의 관성 모멘트를 나타내고, 는 두 구동 휠간의 중심점의 좌표를 나타내고, 는 이동 로봇의 방향각(heading angle)을 나타내고, 과 는 각각 이동 로봇의 선속도와 각속도를 나타내고, 또한, 는 종 슬립 속도를 나타내고, 는 휠의 미끄러짐에 의해 야기되는 요 레이트를 나타내며, 이고, 는 측면 스키딩 속도를 나타내고, 는 휠에 적용되는 제어 토크(control torque)이며,
상기 추종 로봇의 제어 입력은 상기 추종 로봇의 기구학 및 동역학 모델을 모두 고려하여 결정되는 제어 토크()이고, 상기 제어 토크는 아래의 수학식 10에 따라 결정되고,
[수학식 10]
여기서, 이고, 이며, 이고, 이며, 이고, 는 양의 상수이고, 는 의 예측치이고, 여기서, 이고, 이며, 이고, 이고, 여기서, 이고, 이고, 또한, 임
적응적 파라미터 벡터()는 적응적 법칙에 따라 하기의 수학식에 의해 조정되고,
[수학식 11]
여기서, 이고, 는 -조정을 위한 양의 이득인 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 추종 로봇의 제어 방법.
A control method of each following robot following a leading robot,
Obtaining distance information between the leading robot and the following robot; And
Wherein the tracking robot and the following robot are controlled so that the following robot keeps a predetermined distance from the leading robot and follows the leading robot based on the obtained distance information between the leading robot and the following tracking robot And obtaining a control input of the tracking robot in consideration of a skidding phenomenon and a slipping phenomenon of the leading robot and the following tracking robot,
Wherein the step of obtaining the control input of the tracking robot comprises:
Calculating a predicted position of the leading robot at a current position of the leading robot by applying a kinematic and dynamic model to information generated by a skidding phenomenon and a sleeping phenomenon of the leading robot;
A kinematic and kinetic model is applied to information generated by a skidding phenomenon and a sleeping phenomenon of the following robot and a current position of the follower robot to maintain a predetermined distance and an angle based on a distance between the following robot and the leading robot Calculating a predicted position of the following robot in the robot;
Obtaining a two-dimensional error surface value for a position error and a direction error using the predicted position of the leading robot and the predicted position of the following robot; And
Wherein the controller is configured to compensate information generated by a skidding phenomenon and a sleeping phenomenon of the lead robot using the obtained two-dimensional error surface value so that the follower robot maintains a predetermined distance and angle with the lead robot, Obtaining a control input of the following robot,
Wherein the angle is an angle between the following robot and the lead robot,
Wherein the skidding phenomenon indicates a wheel slip of each of the lead robot and the following robot, and the sleeping phenomenon indicates that the wheels of the leading robot and the following robot are idle,
The kinematic and kinetic models are respectively as shown in equations (1) and (2) below,
[Equation 1]
&Quot; (2) "
here, ego, Lt; ego, ego, Lt;
ego,
Lt; ego, ego,
Represents the width of the mobile robot, Represents the diameter of the wheel, Represents the distance between the center of gravity of the mobile robot and the center point between the left wheel and the right wheel,
Also, Wow Respectively represent the mass of the mobile robot body and the mass of the wheel including the motor, , , Respectively represent the moment of inertia of the mobile robot body with respect to the vertical axis, the moment of inertia of the wheel including the motor with respect to the wheel axis, and the moment of inertia of the wheel including the motor with respect to the wheel diameter, Represents the coordinates of the center point between the two drive wheels, Represents the heading angle of the mobile robot, and Represent the linear velocity and the angular velocity of the mobile robot, respectively, Represents the longitudinal slip velocity, Represents the yaw rate caused by the slippage of the wheel, ego, Represents the side skidding speed, Is the control torque applied to the wheel,
Wherein the control input of the following robot is determined based on both the kinematic and kinetic models of the following robot ), The control torque is determined according to the following equation (10)
&Quot; (10) "
here, ego, Lt; ego, Lt; ego, Is a positive constant, The ≪ / RTI > ego, Lt; ego, Lt; / RTI > ego, In addition, being
The adaptive parameter vector ( ) Is adjusted according to the following equation according to an adaptive law,
&Quot; (11) "
here, ego, The - a positive gain for the adjustment.
상기 2차원 에러 표면값은 반복적으로 계산되되,
상기 2차원 에러 표면값을 이용하여 상기 선도 로봇의 스키딩 현상 및 슬리핑 현상에 의해 발생되는 정보를 보상하는 단계는,
상기 2차원 에러 표면값을 미리 정해진 설정값이 되도록 상기 추종 로봇의 예측 위치를 조정하는 특징으로 하는 추종 로봇의 제어 방법.
The method according to claim 1,
The two-dimensional error surface value is calculated repeatedly,
Wherein the step of compensating information generated by the skidding phenomenon and the sleeping phenomenon of the lead robot using the two-
Wherein the predicted position of the following robot is adjusted so that the two-dimensional error surface value becomes a predetermined set value.
상기 미리 정해진 설정값은 음이 아닌 정수인 것을 특징으로 하는 추종 로봇의 제어 방법.
The method of claim 3,
Wherein the predetermined set value is a non-negative integer.
상기 2차원 에러 표면값을 구하는 것은,
상기 선도 로봇의 위치와 상기 추종 로봇의 위치간의 추종 오차를 계산하는 단계;
상기 선도 로봇의 예측 위치와 상기 추종 로봇의 예측 위치 사이의 추종 예측 오차를 계산하는 단계; 및
상기 추종 오차와 상기 추종 예측 오차를 이용하여 상기 2차원 에러 표면값을 계산하는 단계를 포함하되,
상기 각각의 위치는 좌표와 방향을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 추종 로봇의 제어 방법.
The method according to claim 1,
To obtain the two-dimensional error surface value,
Calculating a tracking error between a position of the leading robot and a position of the following robot;
Calculating a tracking prediction error between a predicted position of the leading robot and a predicted position of the following robot; And
Calculating the two-dimensional error surface value using the tracking error and the tracking prediction error,
Wherein each of the positions includes coordinates and directions, respectively.
상기 2차원 에러 표면값은 하기 수학식 8로 계산되는,
[수학식 8]
-여기서, 이고, 이며, 는 설계 상수이고, 이고, 이며, 상기 (,,)와 (,,)는 각각 선도 로봇과 추종 로봇의 위치로, x축/y축 좌표와 방향을 나타내며, (,,)와 (,,)는 각각 선도 로봇과 추종 로봇의 예측 위치로, x축/y축 좌표와 방향을 나타냄-, 추종 로봇의 제어 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the two-dimensional error surface value is calculated by: < EMI ID =
&Quot; (8) "
-here, ego, Lt; Is a design constant, ego, , And the ( , , )Wow ( , , ) Are the positions of the leading robot and the following robot, respectively, indicating the x-axis / y-axis coordinate and direction, and , , )Wow ( , , ) Represents the predicted positions of the leading robot and the following robot, respectively, indicating the x-axis / y-axis coordinate and direction, and the control method of the following robot.
상기 선도 로봇의 속도는 으로 유계되어 있는 것을 특징으로 추종 로봇의 제어 방법.
The method according to claim 1,
The speed of the leading robot is Wherein the control unit is connected to the control unit.
A computer program stored on a computer-readable medium for performing the steps of claim 1.
상기 선도 로봇과 상기 추종 로봇 사이의 거리 정보를 획득하는 센서; 및
상기 선도 로봇과 상기 추종 로봇 사이의 상기 획득된 거리 정보를 기초로, 상기 추종 로봇이 상기 선도 로봇과 미리 정해진 거리를 유지하며 상기 추종 로봇이 상기 선도 로봇을 추종하도록, 상기 선도 로봇과 상기 추종 로봇의 스키딩(skidding) 현상과 상기 선도 로봇과 상기 추종 로봇의 슬리핑(slipping) 현상을 고려하여 상기 추종 로봇의 제어 입력을 구하는 제어기를 포함하되,
상기 제어기는 상기 선도 로봇의 스키딩 현상과 슬리핑 현상에 의해 발생되는 정보에 기구학 및 동역학 모델을 적용하여 상기 선도 로봇의 현재 위치에서 상기 선도 로봇의 예측 위치를 계산하고, 상기 추종 로봇의 스키딩 현상과 슬리핑 현상에 의해 발생되는 정보에 기구학 및 동역학 모델을 적용하고, 상기 추종 로봇과 상기 선도 로봇 사이의 거리를 기초로 미리 정해진 거리와 각도를 유지하도록 상기 추종 로봇의 현재 위치에서 상기 추종 로봇의 예측 위치를 계산하며, 상기 선도 로봇의 예측 위치와 상기 추종 로봇의 예측 위치를 이용하여 위치 에러와 방향 에러에 대한 2차원 에러 표면값을 구하고, 상기 구해진 2차원 에러 표면값을 이용하여 상기 선도 로봇의 스키딩 현상 및 슬리핑 현상에 의해 발생되는 정보를 보상하여, 상기 추종 로봇이 상기 선도 로봇과 정해진 거리와 각도를 유지하며 상기 선도 로봇을 추종하도록 상기 추종 로봇의 제어 입력을 구하되,
상기 각도는 상기 추종 로봇과 상기 선도 로봇 사이의 각도이며,
상기 스키딩 현상은 상기 선도 로봇 및 상기 추종 로봇 각각의 바퀴 미끄러짐을 나타내고, 상기 슬리핑 현상은 상기 선도 로봇 및 상기 추종 로봇 각각의 바퀴가 헛도는 것을 나타내며,
상기 기구학 및 동역학 모델은 각각 아래의 수학식1 및 2와 같으며,
[수학식 1]
[수학식 2]
여기서, 이고, 이며, 이고, 이고, 이며,
이고,
이며, 이고, 이고,
는 이동 로봇의 넓이를 나타내고, 은 휠의 지름을 나타내며, 는 이동 로봇의 무게 중심과 왼쪽 휠과 오른쪽 휠 사이의 중심점간의 거리를 나타내고,
또한, 와 는 각각 이동 로봇 본체의 질량과 모터를 포함하는 휠의 질량을 나타내고, , , 은 각각 수직축에 대한 이동 로봇 본체의 관성 모멘트, 휠 축에 대한 모터를 포함하는 휠의 관성 모멘트, 휠 직경에 대한 모터를 포함하는 휠의 관성 모멘트를 나타내고, 는 두 구동 휠간의 중심점의 좌표를 나타내고, 는 이동 로봇의 방향각(heading angle)을 나타내고, 과 는 각각 이동 로봇의 선속도와 각속도를 나타내고, 또한, 는 종 슬립 속도를 나타내고, 는 휠의 미끄러짐에 의해 야기되는 요 레이트를 나타내며, 이고, 는 측면 스키딩 속도를 나타내고, 는 휠에 적용되는 제어 토크(control torque)이며,
상기 추종 로봇의 제어 입력은 상기 추종 로봇의 기구학 및 동역학 모델을 모두 고려하여 결정되는 제어 토크()이고, 상기 제어 토크는 아래의 수학식 10에 따라 결정되고,
[수학식 10]
여기서, 이고, 이며, 이고, 이며, 이고, 는 양의 상수이고, 는 의 예측치이고, 여기서, 이고, 이며, 이고, 이고, 여기서, 이고, 이고, 또한, 임
적응적 파라미터 벡터()는 적응적 법칙에 따라 하기의 수학식에 의해 조정되고,
[수학식 11]
여기서, 이고, 는 -조정을 위한 양의 이득인 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 추종 로봇.
In a following robot following a leading robot,
A sensor for acquiring distance information between the leading robot and the following robot; And
The follower robot and the following robot such that the follower robot maintains a predetermined distance from the leading robot and follows the leading robot based on the obtained distance information between the leading robot and the following robot, And a controller for obtaining a control input of the tracking robot in consideration of a skidding phenomenon of the tracking robot and a slipping phenomenon of the leading robot and the following tracking robot,
Wherein the controller calculates a predicted position of the leading robot at a current position of the leading robot by applying a kinematic and dynamic model to information generated by a skidding phenomenon and a sleeping phenomenon of the leading robot, Wherein the controller is configured to apply a kinematic and kinetic model to the information generated by the development and to calculate a predicted position of the following robot at the current position of the following robot so as to maintain a predetermined distance and angle based on the distance between the following robot and the lead robot Dimensional error surface values for a position error and a direction error using the predicted position of the leading robot and the predicted position of the following robot, and calculates a skid phenomenon of the leading robot using the obtained two- And the information generated by the sleeping phenomenon, Maintaining a predetermined distance and angle with the leading robot and, asking the control input of the tracking robot so as to follow the leader robot,
Wherein the angle is an angle between the following robot and the lead robot,
Wherein the skidding phenomenon indicates a wheel slip of each of the lead robot and the following robot, and the sleeping phenomenon indicates that the wheels of the leading robot and the following robot are idle,
The kinematic and kinetic models are respectively as shown in equations (1) and (2) below,
[Equation 1]
&Quot; (2) "
here, ego, Lt; ego, ego, Lt;
ego,
Lt; ego, ego,
Represents the width of the mobile robot, Represents the diameter of the wheel, Represents the distance between the center of gravity of the mobile robot and the center point between the left wheel and the right wheel,
Also, Wow Respectively represent the mass of the mobile robot body and the mass of the wheel including the motor, , , Respectively represent the moment of inertia of the mobile robot body with respect to the vertical axis, the moment of inertia of the wheel including the motor with respect to the wheel axis, and the moment of inertia of the wheel including the motor with respect to the wheel diameter, Represents the coordinates of the center point between the two drive wheels, Represents the heading angle of the mobile robot, and Represent the linear velocity and the angular velocity of the mobile robot, respectively, Represents the longitudinal slip velocity, Represents the yaw rate caused by the slippage of the wheel, ego, Represents the side skidding speed, Is the control torque applied to the wheel,
Wherein the control input of the following robot is determined based on both the kinematic and kinetic models of the following robot ), The control torque is determined according to the following equation (10)
&Quot; (10) "
here, ego, Lt; ego, Lt; ego, Is a positive constant, The ≪ / RTI > ego, Lt; ego, Lt; / RTI > ego, In addition, being
The adaptive parameter vector ( ) Is adjusted according to the following equation according to an adaptive law,
&Quot; (11) "
here, ego, The - a positive gain for adjustment.
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