KR20210154501A - Behavior-based control method and system considering the interaction between operator and an autonomous surface vehicle - Google Patents

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KR20210154501A
KR20210154501A KR1020200071588A KR20200071588A KR20210154501A KR 20210154501 A KR20210154501 A KR 20210154501A KR 1020200071588 A KR1020200071588 A KR 1020200071588A KR 20200071588 A KR20200071588 A KR 20200071588A KR 20210154501 A KR20210154501 A KR 20210154501A
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김종휘
조용훈
조용진
유재관
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한국과학기술원
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Abstract

The present invention relates to an autonomous mission performing method allowing operator intervention for an unmanned vehicle and an apparatus thereof and, more specifically, to an autonomous mission performing method of an unmanned vehicle and an apparatus thereof, which can efficiently reflect a command of a remote operator. According to one embodiment of the present invention, the apparatus comprises: a behavior management module generating behaviors corresponding to event information received by a sensing/perception module based on the event information, stimulating a specific behavior which an unmanned vehicle must perform among the generated behaviors, and removing a behavior for a completely performed event; a command management module receiving a command from a remote system and stimulating a behavior corresponding to the corresponding command at the same time, and removing a command for a completely performed behavior; a parallel set module of various commands and various behaviors managed by the behavior management module and the command management module; and an optimization module simultaneously considering commands and behaviors generated by the parallel set module, setting higher priorities for commands than behaviors, and setting an ordered pair of a ship course and a target speed maximizing the sum of multiplying a utility function of commands and behaviors and weight resulting therefrom as an optimal behavior.

Description

운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행방법 및 장치{Behavior-based control method and system considering the interaction between operator and an autonomous surface vehicle}{Behavior-based control method and system considering the interaction between operator and an autonomous surface vehicle}

본 발명은 무인 이동체에 대해서 운용자 개입이 가능한 자율임무수행방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원격 운용자의 명령을 효율적으로 반영할 수 있는 무인 이동체의 자율임무수행방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for performing an autonomous mission capable of operator intervention with respect to an unmanned moving object, and more particularly, to a method and apparatus for performing an autonomous mission of an unmanned moving object that can efficiently reflect a command of a remote operator.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The content described in this section merely provides background information for the present embodiment and does not constitute the prior art.

최근의 무인 이동체는 공장자동화시스템과 같이 정형화된 환경 외에도 해양과 같이 비정형화된 환경에서도 상황에 대응할 수 있는 제어 기능을 탑재하고 있다. 해양 환경에서 무인 이동체(또는 무인선)에 감시, 정찰, 수색, 인명구조 등의 다양한 임무를 부여받아서 운용되어진다. 이와 같은 무인 이동체의 운용을 위해서는 임무 수행 간 원격 운용자의 개입 및 감시가 요구되어진다. Recent unmanned moving objects are equipped with a control function that can respond to situations not only in a standardized environment such as a factory automation system, but also in an unstructured environment such as the ocean. In a marine environment, an unmanned moving vehicle (or unmanned ship) is assigned various missions such as surveillance, reconnaissance, search, and lifesaving and operated. For the operation of such an unmanned moving vehicle, the intervention and monitoring of a remote operator is required between missions.

특허 등록번호 10-2025202(발명의 명칭 : 무인수상정 원격통제시스템)은 무인수상정의 원격통제시스템을 개시하고 있다.Patent Registration No. 10-2025202 (Title of the Invention: Remote Control System for Unmanned Surface Craft) discloses a remote control system for an unmanned surface craft.

상기 특허는 무선통신을 통해서 원격으로 무인수상정의 상태를 모니터링하면서 통제할 수 있도록 중앙통제소의 관리가 이루어지고 있다.The above patent is managed by a central control center so that it can be controlled while monitoring the status of the unmanned surface craft remotely through wireless communication.

그러나 상기 특허는 무인수상정의 임무 수행을 위하여 중앙통제소의 원격 제어를 받도록 하고 있기 때문에, 중앙통제소에서 무인수상정의 모든 동작을 전적으로 원격 제어하는 방법을 이용하고 있다.However, since the above patent requires remote control of the central control station to perform the mission of the unmanned surface vehicle, the central control station uses a method of completely remote controlling all operations of the unmanned surface vehicle.

즉, 종래의 경우에서는 무인수상정의 만족스러운 임무 수행 능력을 보이지 않거나 특수 상황에서 필요성에 따라 운용자의 의도를 반영한 원격 제어가 이루어지는 것이 아니다. 종래는 무인수상정의 임무 수행시 원격 운용자와 무인수상정과의 상호 작용을 통한 행동 선택에 대한 고려없이 운용자가 모든 절차를 전적으로 원격 조작하는 정도에 그치고 있다.That is, in the conventional case, the remote control does not show satisfactory mission performance capability of the unmanned surface vehicle or reflect the operator's intention according to the necessity in special situations. Conventionally, when performing the mission of an unmanned surface craft, the operator completely remote-manipulates all procedures without considering the choice of action through interaction between the remote operator and the unmanned surface craft.

한국등록특허공보 제10-2025202(발명의 명칭 : 무인수상정 원격통제시스템)Korean Patent Publication No. 10-2025202 (Title of Invention: Unmanned Surface Craft Remote Control System)

따라서 본 발명의 목적은 무인 이동체의 임무 수행시에 자율 운항 기능을 통해서 제어하되, 원격 운용자의 의도를 함께 고려하여 의사 결정이 가능하도록 운용자와 자율 제어 알고리즘의 상호 협력적인 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행방법 및 장치를 제공함에 있다. Therefore, an object of the present invention is to control an unmanned mobile vehicle through an autonomous navigation function when performing a mission of an unmanned mobile object, but to enable a mutually cooperative operator intervention between an operator and an autonomous control algorithm so that a decision can be made in consideration of the intention of the remote operator. To provide a method and apparatus for performing autonomous missions.

본 발명의 다른 목적은 무인 이동체의 임무 수행을 위하여 체계화된 로봇 시스템 구조에서 응용되는 행위기반 로봇 제어 구조를 활용하여 원격 운용자의 명령을 효율적으로 반영할 수 있는 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행방법 및 장치를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to perform an autonomous mission of an unmanned mobile object capable of operator intervention that can efficiently reflect the remote operator's command by utilizing an action-based robot control structure applied in a systemized robot system structure for performing a task of an unmanned mobile object. To provide a method and apparatus.

본 발명의 다른 목적은 무인 이동체를 안전하게 운용하기 위하여 주변 환경 변화에 빠르게 반응할 수 있고, 원격 운용자의 명령을 효율적으로 반영할 수 있는 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행방법 및 장치를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for performing an autonomous mission of an unmanned mobile vehicle capable of rapidly reacting to changes in the surrounding environment in order to safely operate an unmanned mobile object and enabling operator intervention to efficiently reflect the remote operator's commands. have.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행장치는 센싱/인지모듈에서 수신한 이벤트 정보를 기반으로 이벤트 정보에 대응하는 행위를 생성하고, 생성된 행위 중에서 무인 이동체가 수행해야 하는 특정 행위를 자극하고, 수행 완료된 이벤트에 대한 행위는 제거하는 행위관리모듈; 원격시스템으로부터 명령을 전달받는 동시에 해당 명령에 해당하는 행위를 자극하고, 수행이 완료된 행위는 명령을 제거하는 명령관리모듈; 행위관리모듈과 명령관리모듈의 관리를 받는 여러 명령과 여러 행위의 병렬집합모듈; 및 병렬집합모듈에서 발생한 명령과 행위를 동시에 고려하되, 명령을 행위에 비하여 우선순위를 높게 설정하고, 명령과 행위의 효용함수와 그에 따른 가중치를 곱한 합을 최대화하는 목표 속력과 침로의 순서쌍을 최적행동으로 설정하는 최적화모듈을 포함한다.In order to solve the above technical problem, the autonomous mission performing apparatus of an unmanned moving object capable of operator intervention according to an embodiment of the present invention generates an action corresponding to the event information based on the event information received from the sensing/recognition module, and , a behavior management module that stimulates a specific action to be performed by an unmanned moving object among the generated actions and removes the action for the event that has been performed; a command management module that receives a command from a remote system and at the same time stimulates an action corresponding to the command, and removes the command when the action is completed; a parallel set module of multiple commands and multiple behaviors managed by the behavior management module and the command management module; and the command and action generated by the parallel set module are simultaneously considered, but the command has a higher priority than the action, and the order pair of target speed and course is optimized Includes an optimization module that sets behavior.

바람직하게는 최적화모듈은 행위에 비하여 우선순위가 높게 설정되는 명령은 행위와 같은 행동 공간 내에서 반영되고, 명령이 반영된 최적의 행동은 수학식 3으로 표현된다.Preferably, in the optimization module, a command having a higher priority than an action is reflected in the same action space as the action, and the optimal action to which the command is reflected is expressed by Equation (3).

[수학식 3][Equation 3]

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서

Figure pat00002
는 k번째 명령의 가중치를 의미하고,
Figure pat00003
는 k번째 명령의 효용 함수를 나타낸다. 그리고
Figure pat00004
는 최적 행동의 순서쌍을 의미하며,
Figure pat00005
는 k번째 행위의 가중치를 의미하고, 무인 이동체가 행해야 하는 우선순위가 높은 행위일수록 높은 가중치를 갖는다.here
Figure pat00002
is the weight of the kth instruction,
Figure pat00003
denotes the utility function of the kth instruction. and
Figure pat00004
is the ordered pair of optimal behavior,
Figure pat00005
denotes the weight of the k-th action, and the higher the priority the action to be performed by the unmanned vehicle is, the higher the weight is.

바람직하게는 병렬집합모듈은, 이벤트 정보에 따라서 이동행위를 설계하고, 이동행위는 자선의 속도 좌표계로 이루어진 행동공간 내에서 추종제어를 이용하여 이벤트 발생지점으로 이동하는 목적함수를 생성하며, 행동공간 내에서 이동행위의 효용함수는 수학식 4로 표현된다.Preferably, the parallel set module designs a movement action according to the event information, and the movement action generates an objective function that moves to the event occurrence point using tracking control within the action space consisting of the speed coordinate system of the own ship, and the action space The utility function of the movement behavior in the inside is expressed by Equation (4).

[수학식 4][Equation 4]

Figure pat00006
Figure pat00006

여기서

Figure pat00007
와
Figure pat00008
는 행동 공간 내 자선의 행동을 의미하고,
Figure pat00009
와
Figure pat00010
는 행동 공간의 속도와 방위각의 가중치를 의미한다.here
Figure pat00007
Wow
Figure pat00008
means the action of charity within the action space,
Figure pat00009
Wow
Figure pat00010
is the weight of velocity and azimuth in the action space.

바람직하게는 병렬집합모듈은 행동공간 내에서 최근접거리(DCPA)를 기반으로 목적함수를 생성하고, 행동공간 내에서 회피행위의 효용함수는 수학식 5로 표현된다.Preferably, the parallel set module generates the objective function based on the nearest distance (DCPA) in the action space, and the utility function of the avoidance action in the action space is expressed by Equation (5).

[수학식 5][Equation 5]

Figure pat00011
Figure pat00011

여기서 DCPAi는 순서쌍

Figure pat00012
에서의 최근접 거리를 의미하고,
Figure pat00013
와
Figure pat00014
는 회피 행위를 생성하기 위한 최근접거리의 하계(Lower bound) 문턱값과 상계(Higher bound)을 의미한다.where DCPAi is an ordered pair
Figure pat00012
means the nearest distance from
Figure pat00013
Wow
Figure pat00014
denotes a lower bound threshold and a higher bound of the nearest distance for generating avoidance behavior.

바람직하게는 행위관리모듈은 전달받은 이벤트 정보에 기반해서 익수자와 추종선박이 발생되면 이동행위, 고정 장애물을 발생하면 회피행위, 이동 장애물을 발생하면 회피행위와 규정준수행위를 동시에 수행하는 반응구조로 설계한다.Preferably, based on the received event information, the behavior management module is a reaction structure that simultaneously performs an evasion behavior and a compliance behavior when a moving obstacle occurs, an evasion behavior when a fixed obstacle occurs, and an evasion behavior when a moving obstacle occurs based on the received event information design with

바람직하게는 규정준수행위는 장애물 조우시 국제해상충돌예방규칙을 생성하도록 구성된다.Preferably, the compliance action is configured to generate international rules for preventing collisions at sea in the event of obstacle encounters.

바람직하게는 행위관리모듈은 임무 시작 전 설정되고, 임무 도중 자동으로 생성된 일련의 경유점을 추종하는 역할을 수행하며, 이동행위의 순차적 집합으로 구현되는 경로추종행위를 설계한다.Preferably, the behavior management module performs a role of following a series of waypoints set before the start of the mission, automatically generated during the mission, and designs a path following behavior implemented as a sequential set of movement behaviors.

바람직하게는 행위관리모듈은 목표 경유점에 도착시 다음 경유점으로 변경하는 경유점 변경 알고리즘을 포함하고, 경유점 변경 알고리즘을 통하여 순차적인 경유점 추종을 수행한다.Preferably, the behavior management module includes a waypoint change algorithm that changes to the next waypoint upon arrival at the target waypoint, and sequentially follows the waypoint through the waypoint change algorithm.

바람직하게는 명령관리모듈에서 행위관리모듈과 상호작용을 위한 해당 명령은 이동과 회피로 설계한다.Preferably, the corresponding command for interaction with the behavior management module in the command management module is designed to move and avoid.

바람직하게는 최적화모듈은 행위의 가중치는 가중치의 절대치보다는 행위의 우선순위인 상대값이 큰 의미를 갖고, 유사한 이벤트에 대하여 운용자의 명령이 행위에 비하여 높은 우선순위를 갖도록 더 높은 가중치를 부여하고, 장애물 회피와 같이 무인 이동체의 안전을 위협하는 상황에 대한 가중치는 명령 및 행위에 상관없이 높은 가중치를 갖으며, 임무를 수행하거나 이동하는 명령 및 행위는 상대적으로 낮은 가중치를 갖도록 설정된다.Preferably, in the optimization module, the weight of the action has a greater meaning than the absolute value of the weight, the relative value of the action priority, and gives a higher weight so that the operator's command for a similar event has a higher priority than the action, A weight for a situation that threatens the safety of an unmanned moving object, such as obstacle avoidance, has a high weight regardless of a command or action, and a command and action to perform a mission or move is set to have a relatively low weight.

바람직하게는 최적화모듈은 여러 행위가 복합적으로 행해질 때, 최종 목표 행동을 계산하기 위하여 행동공간 내에서 행동 평균방법을 이용한 행동선택방법을 사용하고, 무인 이동체에서 효용함수로 적용한다.Preferably, the optimization module uses the action selection method using the action average method in the action space to calculate the final target action when several actions are performed in a complex manner, and applies it as a utility function in the unmanned moving object.

바람직하게는 최적화모듈은 소프트웨어 모듈로 로봇 오퍼레이팅 시스템을 이용한다.Preferably, the optimization module uses a robot operating system as a software module.

바람직하게는 행위관리모듈은 센싱/인지모듈에서 전달된 이벤트와 이에 대응하는 행위의 조합을 일대일 또는 다대다로 조합되도록 구성한다.Preferably, the behavior management module is configured to combine a combination of an event transmitted from the sensing/recognition module and an action corresponding thereto in a one-to-one or many-to-many manner.

바람직하게는 행위관리모듈은 생성된 모든 행위에 대해서 기결정된 일정반경 이내에 존재하는 이벤트에 대해서 활성화상태로 제어한다.Preferably, the behavior management module controls all generated behaviors in an active state for events existing within a predetermined radius.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행방법은 명령관리모듈에서 원격시스템에서 장애물을 인지하고, 회피명령과 이동명령을 활성화시키는 단계; 행위관리모듈에서 센싱/인지모듈에서 감지한 장애물, 익수자, 경유점에 대한 이벤트 정보에 기반해서 회피행위, 이동행위, 추종행위를 활성화시키는 단계; 최적화모듈에서 활성화된 명령과 행위를 동시에 고려하되, 명령을 행위에 비하여 우선순위를 높게 설정하고, 명령과 행위의 효용함수와 그에 따른 가중치를 곱한 합을 최대화하는 목표 속력과 침로의 순서쌍을 최적행동으로 설정하는 단계를 포함한다.In order to solve the above technical problems, the method for performing an autonomous mission of an unmanned moving object capable of operator intervention according to an embodiment of the present invention includes recognizing an obstacle in a remote system in a command management module, and activating an avoidance command and a movement command ; activating the avoidance behavior, the moving behavior, and the following behavior based on the event information on the obstacle, the drowning person, and the waypoint detected by the sensing/recognition module in the behavior management module; In the optimization module, the activated command and action are considered at the same time, but the command has a higher priority than the action, and an ordered pair of target speed and course that maximizes the sum multiplied by the utility function of the command and action and the corresponding weight is the optimal action including setting the

바람직하게는 최적화모듈에서 운용자의 명령을 반영하기 위하여, 행위의 효용함수에 명령의 효용함수를 추가적으로 고려하고, 명령은 행위와 같은 행동 공간 내에서 함께 반영되며, 명령의 우선순위는 행위에 비하여 높고, 명령이 반영된 최적의 행동은 수학식 3으로 표현된다.Preferably, in order to reflect the operator's command in the optimization module, the utility function of the command is additionally considered in the utility function of the action, the command is reflected together in the same action space as the action, and the priority of the command is higher than that of the action. , the optimal behavior to which the command is reflected is expressed by Equation (3).

[수학식 3][Equation 3]

Figure pat00015
Figure pat00015

여기서

Figure pat00016
는 k번째 명령의 가중치를 의미하고,
Figure pat00017
는 k번째 명령의 효용 함수를 나타낸다. 그리고
Figure pat00018
는 최적 행동의 순서쌍을 의미하며,
Figure pat00019
는 k번째 행위의 가중치를 의미하고, 무인 이동체가 행해야 하는 우선순위가 높은 행위일수록 높은 가중치를 갖는다.here
Figure pat00016
is the weight of the kth instruction,
Figure pat00017
denotes the utility function of the kth instruction. and
Figure pat00018
is the ordered pair of optimal behavior,
Figure pat00019
denotes the weight of the k-th action, and the higher the priority the action to be performed by the unmanned vehicle is, the higher the weight is.

바람직하게는 최적화모듈에서 이벤트 정보에 따라서 이동행위를 설계하고, 이동행위는 자선의 속도 좌표계로 이루어진 행동공간 내에서 추종제어를 이용하여 이벤트 발생지점으로 이동하는 목적함수를 생성하며, 행동공간 내에서 이동행위의 효용함수는 수학식 4로 표현된다.Preferably, the optimization module designs a movement action according to the event information, and the movement action generates an objective function that moves to the event occurrence point using tracking control within the action space consisting of the speed coordinate system of the own ship, and within the action space. The utility function of the movement behavior is expressed by Equation (4).

[수학식 4][Equation 4]

Figure pat00020
Figure pat00020

여기서

Figure pat00021
와
Figure pat00022
는 행동 공간 내 자선의 행동을 의미하고,
Figure pat00023
와
Figure pat00024
는 행동 공간의 속도와 방위각의 가중치를 의미한다.here
Figure pat00021
Wow
Figure pat00022
means the action of charity within the action space,
Figure pat00023
Wow
Figure pat00024
is the weight of velocity and azimuth in the action space.

바람직하게는 최적화모듈에서 행동공간 내에서 최근접거리(DCPA)를 기반으로 목적함수를 생성하고, 행동공간 내에서 회피행위의 효용함수는 수학식 5로 표현된다.Preferably, the optimization module generates the objective function based on the nearest distance (DCPA) in the action space, and the utility function of the avoidance action in the action space is expressed by Equation (5).

[수학식 5][Equation 5]

Figure pat00025
Figure pat00025

여기서 DCPAi는 순서쌍

Figure pat00026
에서의 최근접 거리를 의미하고,
Figure pat00027
와
Figure pat00028
는 회피 행위를 생성하기 위한 최근접거리의 하계(Lower bound) 문턱값과 상계(Higher bound)을 의미한다.where DCPAi is an ordered pair
Figure pat00026
means the nearest distance from
Figure pat00027
Wow
Figure pat00028
denotes a lower bound threshold and a higher bound of the nearest distance for generating avoidance behavior.

바람직하게는 행위관리모듈에서 전달받은 이벤트 정보에 기반해서 익수자와 추종선박이 발생되면 이동행위, 고정 장애물을 발생하면 회피행위, 이동 장애물을 발생하면 회피행위와 규정준수행위를 동시에 수행하는 반응구조로 설계한다.Preferably, based on the event information received from the behavior management module, a moving action when a drowning and a following vessel occurs, an avoidance action when a fixed obstacle occurs, and a reaction structure that simultaneously performs an avoidance action and a compliance action when a moving obstacle occurs design with

바람직하게는 규정준수행위는 장애물 조우시 국제해상충돌예방규칙을 생성하도록 구성된다.Preferably, the compliance action is configured to generate international rules for preventing collisions at sea in the event of obstacle encounters.

바람직하게는 행위관리모듈에서 임무 시작 전 설정되고, 임무 도중 자동으로 생성된 일련의 경유점을 추종하는 역할을 수행하며, 이동행위의 순차적 집합으로 구현되는 경로추종행위를 설계한다.Preferably, the behavior management module performs a role of following a series of waypoints set before the start of the mission, automatically generated during the mission, and designs the path following behavior implemented as a sequential set of movement behaviors.

바람직하게는 행위관리모듈에서 목표 경유점에 도착시 다음 경유점으로 변경하는 경유점 변경 알고리즘을 포함하고, 경유점 변경 알고리즘을 통하여 순차적인 경유점 추종을 수행한다.Preferably, the behavior management module includes a waypoint change algorithm that changes to the next waypoint when arriving at the target waypoint, and sequentially follows the waypoint through the waypoint change algorithm.

바람직하게는 명령관리모듈에서 행위관리모듈과 상호작용을 위한 해당 명령은 이동과 회피로 설계한다.Preferably, the corresponding command for interaction with the behavior management module in the command management module is designed to move and avoid.

바람직하게는 최적화모듈에서 행위의 가중치는 가중치의 절대치보다는 행위의 우선순위인 상대값이 큰 의미를 갖고, 유사한 이벤트에 대하여 운용자의 명령이 행위에 비하여 높은 우선순위를 갖도록 더 높은 가중치를 부여하고, 장애물 회피와 같이 무인 이동체의 안전을 위협하는 상황에 대한 가중치는 명령 및 행위에 상관없이 높은 가중치를 갖으며, 임무를 수행하거나 이동하는 명령 및 행위는 상대적으로 낮은 가중치를 갖도록 설정된다.Preferably, in the optimization module, the weight of the action has a greater meaning than the absolute value of the weight, the relative value of the action priority, and for a similar event, a higher weight is given so that the operator's command has a higher priority than the action, A weight for a situation that threatens the safety of an unmanned moving object, such as obstacle avoidance, has a high weight regardless of a command or action, and a command and action to perform a mission or move is set to have a relatively low weight.

바람직하게는 최적화모듈에서 여러 행위가 복합적으로 행해질 때, 최종 목표 행동을 계산하기 위하여 행동공간 내에서 행동 평균방법을 이용한 행동선택방법을 사용하고, 무인 이동체에서 효용함수로 적용한다.Preferably, when several actions are complexly performed in the optimization module, the action selection method using the action average method in the action space is used to calculate the final target action, and applied as a utility function in the unmanned moving object.

바람직하게는 최적화모듈은 소프트웨어 모듈로 로봇 오퍼레이팅 시스템을 이용한다.Preferably, the optimization module uses a robot operating system as a software module.

바람직하게는 행위관리모듈에서 전달된 이벤트와 이에 대응하는 행위의 조합을 일대일 또는 다대다로 조합되도록 구성한다.Preferably, the combination of the event transmitted from the behavior management module and the corresponding action is configured to be combined one-to-one or many-to-many.

바람직하게는 행위관리모듈에서 생성된 모든 행위에 대해서 기결정된 일정반경 이내에 존재하는 이벤트에 대해서 활성화상태로 제어한다. Preferably, all actions generated by the action management module are controlled in an active state for events that exist within a predetermined radius.

본 발명의 일 실시예에 따른 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행방법 및 장치는 무인 이동체의 임무 수행시에 자율 운항 기능을 통해서 제어하되, 원격 운용자의 의도를 함께 고려하여 의사 결정이 가능하도록 운용자와 자율 제어 알고리즘의 상호 협력적인 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행방법 및 장치를 제공한다. 이 구성에 따르면 본 발명은 자율 임무 수행을 통하여 무인 이동체가 만족스러운 임무 수행 능력을 보이지 않거나 특수한 상황 발생시에 즉시 운용자의 의도가 반영된 의사 결정이 이루어지도록 제어하므로써, 무인 이동체의 운용을 최적으로 수행하는 효과를 얻을 수 있다.The method and apparatus for performing an autonomous mission of an unmanned moving object capable of operator intervention according to an embodiment of the present invention is controlled through an autonomous navigation function when performing a task of an unmanned mobile object, but in consideration of the intention of the remote operator, decision making is possible. Provided are a method and apparatus for performing autonomous missions of an unmanned moving object capable of cooperative operator intervention between an operator and an autonomous control algorithm. According to this configuration, the present invention optimally performs the operation of the unmanned vehicle by controlling the decision-making reflecting the intention of the operator immediately when the unmanned vehicle does not show satisfactory mission performance capability or when a special situation occurs through autonomous mission execution. effect can be obtained.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행방법 및 장치는 무인 이동체의 임무 수행을 위하여 체계화된 로봇 시스템 구조에서 응용되는 행위기반 로봇 제어 구조를 활용하여 원격 운용자의 명령을 효율적으로 반영할 수 있는 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행방법 및 장치를 제공한다. 이 구성에 따르면 기존의 기능 중심에서 행위 중심의 시스템으로 변경하여, 다수의 임무, 다수의 센서, 강건성 및 확장성을 도모할 수 있는 시스템의 구현이 가능해지는 효과를 얻을 수 있다. 특히, 무인 이동체의 자율성을 보장하면서도 병렬적으로 원격 운용자의 명령을 효율적으로 반영하는 것이 가능하다.In addition, the method and apparatus for performing an autonomous mission of an unmanned moving object capable of operator intervention according to an embodiment of the present invention utilizes a behavior-based robot control structure applied in a systemized robot system structure to perform a task of a remote operator. A method and apparatus for autonomous mission execution of an unmanned moving vehicle capable of operator intervention that can efficiently reflect commands are provided. According to this configuration, by changing the existing function-oriented system to an action-oriented system, it is possible to obtain the effect that it is possible to implement a system that can achieve multiple tasks, multiple sensors, and robustness and scalability. In particular, it is possible to efficiently reflect the commands of the remote operator in parallel while ensuring the autonomy of the unmanned moving object.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행방법 및 장치는 해양환경과 같이 복잡한 환경에서 무인 이동체에 대한 위험 상황이 발생했을 때, 운용자의 명령에 따라서 무인 이동체의 이동 위치를 빠르게 변경하고, 무인 이동체가 안전하게 운용되도록 원격 운용자의 명령을 효율적으로 반영하는 것이 가능하다.In addition, the method and apparatus for performing an autonomous mission of an unmanned mobile vehicle capable of operator intervention according to an embodiment of the present invention is a method and apparatus for performing an autonomous mission of an unmanned mobile object according to an operator's command when a dangerous situation for the unmanned mobile object occurs in a complex environment such as a marine environment. It is possible to quickly change the moving location and efficiently reflect the remote operator's command so that the unmanned moving object is safely operated.

그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행방법 및 장치는 무인 이동체(플랫폼)와 센서(센싱부)의 종류에 상관없이 적용 가능하므로 그 사용범위가 매우 넓고 산업상으로 이용가치가 매우 높은 기술이다.In addition, the method and apparatus for performing an autonomous mission of an unmanned moving object capable of operator intervention according to an embodiment of the present invention can be applied regardless of the type of the unmanned moving object (platform) and sensor (sensing unit), so its use is very wide and industrial It is a very useful technology.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행장치에서 전체적인 구성도를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행장치에서 행위관리모듈과 명령관리모듈에 대한 개요도를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행장치에서 행동공간 내 효용의 예시와 최적 행동 산출을 위한 과정도를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행장치에서 무인 이동체의 자율임무 수행에 따른 동작 흐름도를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행장치에서 무인 이동체의 이동행위, 회피행위, 규정준수행위에 대한 행동 공간 내 효용 함수의 예시도를 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행장치에 대한 시뮬레이션 환경 예시도를 도시하고 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행장치에서 시뮬레이션 환경 테이블 구성도를 도시하고 있다.
도 8은 본 발명이 일 실시예에 따른 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행장치에서 시뮬레이션에 적용한 가중치 파라미터 테이블 구성도를 도시하고 있다.
도 9는 사용자 명령이 존재하지 않은 경우에 시뮬레이션 결과 예시도를 도시하고 있다.
도 10은 이동 명령이 존재하는 경우에 시뮬레이션 결과 예시도를 도시하고 있다.
도 11은 회피 명령이 존재하는 경우에 시뮬레이션 결과 예시도를 도시하고 있다.1 is a diagram showing the overall configuration of an autonomous mission performing apparatus for an unmanned moving object capable of operator intervention according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram of a behavior management module and a command management module in the autonomous mission performing apparatus of an unmanned moving object capable of operator intervention according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating an example of utility in an action space and a process diagram for calculating an optimal action in the autonomous mission execution apparatus of an unmanned moving object capable of operator intervention according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating an operation according to an autonomous mission execution of an unmanned mobile object in the apparatus for performing an autonomous mission of an unmanned mobile object capable of operator intervention according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating an example of a utility function in an action space for movement behavior, avoidance behavior, and compliance performance of an unmanned mobile object in the autonomous mission execution apparatus of an unmanned mobile object capable of operator intervention according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a simulation environment for an autonomous mission performing apparatus of an unmanned moving object capable of operator intervention according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a configuration of a simulation environment table in an autonomous mission performing apparatus for an unmanned moving object capable of operator intervention according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a configuration of a weight parameter table applied to simulation in an autonomous mission performing apparatus for an unmanned moving object capable of operator intervention according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating an example of a simulation result when a user command does not exist.
10 is a diagram illustrating an example of a simulation result when a movement command is present.
11 shows an example of a simulation result in the case where an avoidance command exists.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"와 "기", "모듈"과 "부", "유닛"과 "부", "장치"와 "시스템", "단말"과 "노드"와 "디지털 무전기" 등은 명세서 작성의 용이함 만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.Hereinafter, the embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar components are assigned the same reference numbers regardless of reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. The suffixes "part" and "group", "module" and "part", "unit" and "part", "device" and "system", "terminal" and "node" for components used in the description below. and "digital walkie-talkie" are given or mixed in consideration of only the ease of writing the specification, and do not have distinct meanings or roles by themselves.

또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In addition, in describing the embodiments disclosed in the present specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in this specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and the technical idea disclosed herein is not limited by the accompanying drawings, and all changes included in the spirit and scope of the present invention , should be understood to include equivalents or substitutes.

제1, 제2 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.Terms including an ordinal number such as 1st, 2nd, etc. may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

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 an element is referred to as being “connected” or “connected” to another element, it is understood that it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함한다" 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.In the present application, terms such as “comprises” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It is apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit and essential characteristics of the present invention.

일반적으로 행위기반 로봇 시스템 구조는 매 주기마다 로봇에 설치된 모든 센서에서 얻은 정보를 취합해서 경로계획을 수행하는 방식인 심의 제어 방식과, 센서에서 얻은 값을 최소한의 프로세싱을 통해서 현재 상황에서 가장 적합한 행동을 즉각적으로 취하는 방식인 반응 제어 방식을 동시에 고려하고, 이 중 가장 적절한 제어방식과 행위를 선택하는 구조로 이루어진다. In general, the behavior-based robot system structure performs path planning by collecting information obtained from all sensors installed in the robot at every cycle, and the most appropriate behavior in the current situation through minimal processing of the values obtained from the sensors. It consists of a structure in which the reaction control method, which is a method to immediately take

일 예로 행위기반 로봇 시스템 주위에 물체가 감지되지 않을 때는 로봇은 직진 행위를 수행하지만, 시스템 주위에 물체가 감지될 경우에서는 즉각적으로 회피 행위를 선택하여 임무를 수행하게 된다.For example, when an object is not detected around the behavior-based robot system, the robot performs a straight forward action, but when an object is detected around the system, an evasive action is immediately selected to perform the task.

본 발명의 무인 이동체는 이와 같은 행위기반 로봇 시스템 구조를 채택한다. 즉, 본 발명은 센서를 통해서 정보를 인지하여 즉시 반응할 수 있고, 여러 임무가 있는 경우에서는 상황에 맞는 임무를 선택적으로 수행하는 것이 가능하다. 또한 임무의 추가를 위해서도 기존 구조에 큰 변경없이 행위를 추가하는 동작 제어만으로 해당 임무를 수행할 수 있도록 구성 가능하다.The unmanned moving object of the present invention adopts such an action-based robot system structure. That is, the present invention can recognize information through a sensor and react immediately, and when there are several tasks, it is possible to selectively perform a task suitable for a situation. In addition, for addition of a task, it can be configured so that the task can be performed only by controlling the action to add an action without major changes to the existing structure.

본 발명의 무인 이동체는 기본적으로 행위기반 로봇 시스템 구조를 활용하여 자율적으로 행위를 판단해서 임무를 수행한다. 그리고 운용자는 무인 이동체의 운용을 감시하고, 자율 제어 구성을 통하여 무인 이동체가 장애물을 발견하지 못하거나 추가적으로 이동할 경로가 존재할 때, 운용자가 무인 이동체에 직접 명령을 전달하는 제어가 이루어지도록 한다.The unmanned moving object of the present invention basically performs a task by autonomously judging an action by using the action-based robot system structure. And, the operator monitors the operation of the unmanned moving object, and through the autonomous control configuration, when the unmanned moving object does not find an obstacle or there is an additional path to move, the operator transmits a command directly to the unmanned moving object.

따라서 본 발명의 무인 이동체는 운용자의 개입없이 무인 이동체의 자율임무 수행이 가능하도록 행위 기반 로봇 시스템 구조로 구성하고, 원격 운용자의 명령 시 해당 명령을 고려하는 구조를 추가적으로 포함하도록 구성하였다. 그리고 본 발명은 여러 행위가 복합적으로 행해질 때, 최종 목표 행동을 계산하기 위하여 행동 공간(Action space) 내에서의 행동 평균(Action averaging)방법을 활용한 행동선택방법을 사용한다. 그리고 이를 무인 이동체에 적용하기 위하여 효용 함수(Utility function)를 설계하고, 설계된 구조의 유용성 확인을 위하여 소프트웨어 모듈로서 Robot operating system(ROS)를 활용하였다.Therefore, the unmanned moving object of the present invention is configured as an action-based robot system structure to enable autonomous mission execution of the unmanned moving object without operator intervention, and additionally includes a structure that considers the corresponding command when the remote operator's command is given. In addition, the present invention uses a behavior selection method using an action averaging method in an action space to calculate a final target behavior when several actions are performed in a complex manner. In order to apply this to an unmanned moving vehicle, a utility function was designed, and the Robot operating system (ROS) was used as a software module to confirm the usefulness of the designed structure.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행장치의 전체적인 구성도를 도시하고 있다.1 is a diagram illustrating the overall configuration of an autonomous mission performing apparatus for an unmanned moving object capable of operator intervention according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 무인 이동체(100)는 행위기반 로봇 시스템 구조(Robot architecture)를 활용하여 자율적으로 행위를 판단하고, 임무를 수행하기 위한 행위관리모듈(10 ; Behavior manager), 행위의 병렬집합모듈(20 ; Behavior1, Behavior2,...,Behavior n), 최적화 모듈(30 ; Optimizer)을 포함한다. 무인 이동체(100)는 무인 이동체의 임무를 수행하기에 충분하도록 발생한 위치와 속도를 포함하는 운동정보와 해당 정보의 유형을 검출하고 행위관리모듈(10)에 제공하는 센싱/인지모듈(60)을 포함한다. 센싱/인지모듈(60)에서 발생되는 값을 '이벤트 정보(Sensing/Perception)'로 정의한다. 센싱/인지모듈(60)은 무인 이동체(100)의 외부 또는 내부, 또는 주변 환경 등으로부터 검출되어서 무인 이동체의 운용에 이용되는 각종 센싱 신호 및 인지신호를 포함한다.The unmanned mobile body 100 of the present invention uses a behavior-based robot architecture to autonomously determine a behavior and perform a task, a behavior management module (10; behavior manager), and a parallel set module (20) ; Behavior1, Behavior2,...,Behavior n) and the optimization module (30 ; Optimizer). The unmanned moving object 100 detects the motion information including the position and speed generated sufficiently to perform the mission of the unmanned moving object and the type of the corresponding information and provides the sensing/recognition module 60 to the behavior management module 10 . include A value generated by the sensing/recognition module 60 is defined as 'event information (Sensing/Perception)'. The sensing/recognition module 60 includes various sensing signals and recognition signals detected from the outside or inside of the unmanned moving object 100 or from the surrounding environment and used for operation of the unmanned moving object.

행위관리모듈(10)은 센싱/인지모듈(60)에서 수신한 이벤트 정보를 기반으로 하여 실행 중인 행위의 관리를 담당한다. 행위관리모듈(10)은 센싱/인지모듈(60)에서 제공하는 이벤트 정보의 순서와 수신한 정보를 바탕으로 행위를 관리한다.The behavior management module 10 is in charge of managing an action being executed based on the event information received from the sensing/recognition module 60 . The behavior management module 10 manages the behavior based on the sequence of event information provided by the sensing/recognition module 60 and the received information.

행위의 병렬집합모듈(20)은 다수의 행위에 대해서 병렬 구성되고 있다. 각 행위는 행위에 알맞는 행동 공간에서의 효용 함수를 생성한다.The parallel set module 20 of actions is configured in parallel for a plurality of actions. Each action generates a utility function in the action space suitable for the action.

최적화모듈(30)은 행동 공간 내에서의 최적의 행동을 찾는 기능을 수행한다. The optimization module 30 performs a function of finding an optimal action in the action space.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 이동체(100)는 운용자의 명령을 무인 이동체(100)에서 인식할 수 있는 신호로 변화시키는 명령관리도구(Human operator)를 포함한다. 즉, 무인 이동체(100)의 자율임무 수행 중에 운용자의 개입을 위한 명령관리모듈(40 ; Command Manager)과 각 명령의 병렬집합모듈(50 ; Command1,...,Command m)을 포함한다. 이 구성은 무인 이동체(100) 외부에서 원격으로 무인 이동체(100)의 운용을 감시하는 원격시스템(70)으로부터 제공되는 명령신호(manned operation)를 인식하는 구성이다. In addition, the unmanned mobile body 100 according to an embodiment of the present invention includes a command management tool (human operator) that changes the operator's command into a signal that can be recognized by the unmanned mobile body 100 . That is, it includes a command management module (40; Command Manager) and a parallel set module (50; Command1, ..., Command m) of each command for the intervention of an operator during autonomous mission execution of the unmanned mobile body 100 . This configuration is a configuration for recognizing a command signal (manned operation) provided from the remote system 70 for monitoring the operation of the unmanned mobile body 100 remotely from the outside of the unmanned mobile body 100 .

명령관리모듈(40)은 운용자의 명령을 무인 이동체(100)가 인식 가능한 신호로 변환시켜서 무인 이동체(100)의 판단하에 수행할 수 있도록 한다. 즉, 명령관리모듈(40)은 운용자가 제공한 모든 명령을 수행할 수 있도록 동작하고, 명령관리모듈(40)에 입력되는 운용자의 명령신호는 행위관리모듈(10)의 행위보다는 상위개념으로 행위보다 우선적으로 수행하도록 제어한다.The command management module 40 converts the operator's command into a signal recognizable by the unmanned moving object 100 to be performed under the judgment of the unmanned moving object 100 . That is, the command management module 40 operates to execute all commands provided by the operator, and the operator's command signal input to the command management module 40 acts as a higher concept than the action of the action management module 10 . control to take precedence.

그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 이동체(100)는 행위관리모듈(10), 행위의 병렬집합모듈(20), 최적화모듈(30), 명령관리모듈(40), 각 명령의 병렬집합모듈(50)들의 관계에서 각 요소끼리 대응적인 관계를 갖고 유사한 기능을 수행한다. 따라서 최적화모듈(30)은 행위관리모듈(10)에 기반해서 제어되는 자율 운항 기능 외에 운용자의 명령에서의 효용 함수를 추가적으로 고려하여 최적의 행동을 찾을 수 있도록 한다. And the unmanned mobile body 100 according to an embodiment of the present invention includes a behavior management module 10, a parallel set module 20 of an action, an optimization module 30, a command management module 40, and a parallel set module of each command. In the relationship of (50), each element has a corresponding relationship and performs a similar function. Accordingly, the optimization module 30 can find the optimal behavior by additionally considering the utility function in the operator's command in addition to the autonomous navigation function controlled based on the behavior management module 10 .

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행장치에서 행위관리모듈과 명령관리모듈에 대한 개요도를 도시하고 있다.2 is a schematic diagram of a behavior management module and a command management module in the autonomous mission performing apparatus of an unmanned moving object capable of operator intervention according to an embodiment of the present invention.

행위관리모듈(10)은 센싱/인지모듈(60)에서 수신한 이벤트 정보를 기반으로 행위를 생성하고, 행위를 자극하고, 행위를 제거하는 생성모듈(create BHV)/자극모듈(stimulate BHV)/제거모듈(delete BHV)을 포함한다. 행위의 생성모듈은 무인 이동체의 센싱/인지모듈(60)에서 수신받은 이벤트 정보에 적합한 행위를 생성하는 기능을 수행한다. 이벤트 정보가 다수 발생하는 상황에서도 이에 해당하는 적합한 다수 행위를 생성하도록 설계한다. 센싱/인지모듈(60)에서 전달된 이벤트 정보와 이에 대응하는 행위의 조합은 일대일 또는 필요시 다대다의 조합으로 구성 가능하다. The behavior management module 10 creates an action based on the event information received from the sensing/recognition module 60, stimulates the action, and removes the action (create BHV)/stimulate module (stimulate BHV)/ Includes a delete module (delete BHV). The action generation module performs a function of generating an action suitable for the event information received from the sensing/recognition module 60 of the unmanned moving object. Even in a situation where a lot of event information is generated, it is designed to generate a plurality of appropriate actions. A combination of event information transmitted from the sensing/recognition module 60 and an action corresponding thereto may be configured as a one-to-one or many-to-many combination if necessary.

행위의 자극모듈은 수행된 행위 중 수행이 요구되는 이벤트에 대하여 행위를 자극하여 적합한 업무를 수행할 수 있도록 하고, 자극으로 인해 임무를 수행 중인 행위의 상태를 활성화상태로 정의하고, 임무를 수행 중이지 않은 행위는 비활성화 상태로 정의하는 등, 무인 이동체가 수행해야 하는 행위를 분류한다. 행위의 자극모듈에서의 자극은 생성된 모든 행위 중 일정 반경 이내에 존재하는 이벤트에 대하여 실시하며, 일정반경 밖의 이벤트는 비활성화되도록 설계한다.The stimulus module of the action stimulates the action for an event that requires performance among the performed actions to perform an appropriate task, defines the state of the action being performed due to the stimulus as the active state, and is performing the task. Actions to be performed by an unmanned vehicle are classified, such as defining an unattended action as inactive. Stimulation in the action stimulus module is performed for events that exist within a certain radius among all generated actions, and events outside a certain radius are designed to be inactive.

행위의 제거모듈은 수행 완료된 이벤트를 다시 수행하지 않기 위하여 해당 행위를 제거하는 기능을 수행하고, 수행 완료된 이벤트에 대하여 해당하는 다수의 행위를 동시에 제거하거나 또는 이벤트에 대한 일부 행위를 제거하는 역할을 수행하도록 설계한다.The action removal module performs the function of removing the corresponding action in order not to re-perform the performed event, and performs a role of simultaneously removing a number of actions corresponding to the performed event or removing some actions for the event design to do

일 예로서 도 2에 도시하고 있는 바와 같이, 무인 이동체의 주위에서 익수자와 타선이 발견되면, 익수자로 이동하는 행위와 타선을 회피하는 행위를 생성하여 활성화시키고, 탐지 범위를 벗어나면 생성된 행위를 제거한다.As an example, as shown in FIG. 2 , when a drowning person and another ship are found around an unmanned moving object, an action to move to the drowning person and an action to avoid the other ship are generated and activated, and an action generated when out of the detection range to remove

그리고 명령관리모듈(40)은 행위관리모듈(10)과 유사한 기능을 수행하지만, 운용자의 명령 전달시 이미 명령이 생성된 상태로 간주하고, 명령의 생성과 동시에 자극을 동시에 수행하며, 명령 내린 행위가 완료되면 해당 명령을 제거하도록 설계한다.And, the command management module 40 performs a function similar to that of the behavior management module 10, but when the operator's command is delivered, it is considered that the command has already been generated, and the command is generated and stimulated at the same time, and the command is issued. It is designed to remove the command when it is completed.

일 예로 원격 운용자로부터 특정 지점으로의 이동 명령이 무인 이동체에 전달되면, 이동 행위를 활성화시킴과 동시에 이미 활성화된 다른 행위와 비교하여 최적의 행동을 선택한다.For example, when a movement command from the remote operator to a specific point is transmitted to the unmanned moving object, the movement action is activated and, at the same time, an optimal action is selected by comparing it with other actions that have already been activated.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행장치는 행위의 병렬집합모듈과 명령의 병렬집합모듈에서 무인 이동체가 수행할 행동을 선택해야 한다. 이를 위해서 본 발명은 행동 선택 알고리즘을 포함한다.On the other hand, in the autonomous mission execution apparatus of an unmanned moving object capable of operator intervention according to an embodiment of the present invention, an action to be performed by the unmanned moving object must be selected from the parallel set module of actions and the parallel set module of commands. To this end, the present invention includes a behavior selection algorithm.

행동 선택 알고리즘은 그 종류에 따라 크게 경쟁적 구조와 협력적 구조로 구분 가능하다. 행위가 동시에 수행될 때, 경쟁적 구조는 하나의 행위 또는 행동을 선택하고, 협력적 구조는 여러 개의 행위를 조합하여 하나의 새로운 행동을 제시한다.Behavior selection algorithms can be divided into competitive structures and cooperative structures according to their types. When actions are performed simultaneously, the competitive structure selects one action or action, and the cooperative structure combines several actions to propose a new action.

이 경우, 운용자의 명령을 포함하는 순차적이지 않은 다수의 행동을 동시에 수행하기 위해서는 하나의 행동을 선택하는 구조는 실제적으로 비효율적이다. 따라서 본 발명은 협력적 구조의 일환인 행동 공간 내에서 최선의 행동을 선택하는 방법을 활용하는 것이 바람직하다. 각 행위마다 그에 따른 행동 공간이 생성되고, 행동 공간은 현재 운동상태에서 목표로 하는 운동상태의 집합이고, 목표 속력과 목표 침로의 순서쌍으로 하기 수학식 1로 나타낼 수 있다. 또한 행위에 따른 행동 공간의 함수를 효용 함수로 정의한다.In this case, in order to simultaneously perform a plurality of non-sequential actions including an operator's command, a structure for selecting one action is inefficient in practice. Therefore, it is preferable that the present invention utilizes a method of selecting the best action within the action space that is a part of the cooperative structure. A corresponding action space is generated for each action, and the action space is a set of a target motion state in the current motion state, and may be expressed by Equation 1 below as an ordered pair of a target speed and a target course. Also, the function of the action space according to the action is defined as the utility function.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00029
Figure pat00029

여기서 Vi 와 ψi 는 목표 속력과 목표 침로의 행동 공간 집합의 요소를 나타내고, V와 ψ는 현재 운동체의 속력과 침로를 나타낸다. 현재 속력과 침로에서 도달 가능한 목표 속력과 침로를 행동 공간으로 정의하기 위하여 속력과 침로 변화량의 문턱값

Figure pat00030
와
Figure pat00031
를 사용하였다.Here, V i and ψ i represent the elements of the action space set of the target speed and target course, and V and ψ represent the speed and course of the current moving body. Thresholds of speed and course change to define the target speed and course achievable at the current speed and course as the action space
Figure pat00030
Wow
Figure pat00031
was used.

그리고 각 행동 공간 내에서 효용 함수를 fk로 정의 시 효용 함수는 행위의 함수로 표현 가능하고, 최적의 행동은 하기 수학식 2로 나타낼 수 있다. And when the utility function is defined as f k in each action space, the utility function can be expressed as a function of the action, and the optimal action can be expressed by Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00032
Figure pat00032

여기서

Figure pat00033
는 최적 행동의 순서쌍을 의미하며,
Figure pat00034
는 k번째 행위의 가중치를 의미한다. 무인 이동체가 행해야 하는 우선 순위가 높은 행위일수록 높은 가중치를 갖는다.here
Figure pat00033
is the ordered pair of optimal behavior,
Figure pat00034
is the weight of the k-th action. An action with a higher priority to be performed by an unmanned moving object has a higher weight.

그리고 본 발명은 운용자의 명령을 반영하기 위하여, 행위의 효용 함수에 명령으로 인해 생긴 효용 함수를 추가적으로 고려한다. 명령은 행위와 같은 행동 공간 내에서 행위와 함께 반영되나, 그 우선순위는 행위에 비하여 우선순위가 높으며, 명령이 반영된 최적의 행동은 하기 수학식 3으로 나타낼 수 있다.And, in order to reflect the operator's command, the present invention additionally considers the utility function generated by the command in addition to the utility function of the action. The command is reflected together with the action in the same action space as the action, but the priority is higher than that of the action, and the optimal action to which the command is reflected can be expressed by Equation 3 below.

[수학식 3][Equation 3]

Figure pat00035
Figure pat00035

여기서

Figure pat00036
는 k번째 명령의 가중치를 의미하고,
Figure pat00037
는 k번째 명령의 효용 함수를 나타낸다. 명령 또한 행위와 마찬가지로 명령의 종류에 따라 그 우선순위가 달라지거나, 또는 운용자의 운용에 따라 그 우선순위가 달라지므로 가중치를 통하여 명령 수행 순위를 조절 가능하다.here
Figure pat00036
is the weight of the kth instruction,
Figure pat00037
denotes the utility function of the kth instruction. Commands, like actions, have different priorities depending on the type of commands or their priorities depending on the operator's operation.

다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행방법에서 명령과 행위기반으로 최적 행동을 산출하는 과정에 대해서 살펴본다.Next, a process of calculating an optimal action based on a command and an action in the method for performing an autonomous mission of an unmanned moving object capable of operator intervention according to an embodiment of the present invention will be described.

본 발명의 일 실시예에 따른 무인 이동체의 자율 임무 수행시에 운용자와의 상호 작용을 위하여 행위기반구조 내 적절한 행위 및 임무의 설계가 필요하다. In order to interact with an operator when an unmanned mobile vehicle performs an autonomous mission according to an embodiment of the present invention, it is necessary to design an appropriate action and mission in the action-based structure.

무인 이동체가 수행 가능한 임무는 일 예로 도 2에 도시하고 있는 바와 같이, 익수자 구출, 의심 선박 추적, 이동 장애물 및 고정 장애물의 회피 등이 있고, 이 외에도 추가적인 임무 수행에 대한 설계 및 추가가 가능하다.As an example of the tasks that the unmanned moving object can perform, as shown in FIG. 2 , there are drowning persons rescue, suspicious vessel tracking, avoidance of moving obstacles and fixed obstacles, etc. In addition, it is possible to design and add additional missions. .

또한, 운용자와의 상호작용을 위하여 운용자가 무인 이동체에 전달 가능한 명령의 설계가 요구되고, 일 예로 도 2에 도시하고 있는 바와 같이, 해당 명령은 이동행위(201)와 회피행위(202)로 설정하였다. 이 외에도 운용자가 내릴 수 있는 추가적인 명령에 대해서 설계 및 추가가 가능하다.In addition, for interaction with the operator, it is required to design a command that the operator can transmit to the unmanned moving object, and as an example, as shown in FIG. did In addition to this, it is possible to design and add additional commands that the operator can give.

무인 이동체의 행위는 전달받은 이벤트 정보에 따라서 익수자와 추종 선박이 발생되면 이동행위(Go : 203,206), 고정 장애물을 발생하면 회피행위(Avoid :205), 이동 장애물 발견시에는 회피행위(204)와 규정준수 행위를 동시에 수행하는 반응 구조로 설계하는 것이 바람직하다. 전역경로를 추종하는 행위(경로추종행위)는 이동 행위의 연속으로 설계하는 것이 바람직하다.According to the received event information, the behavior of the unmanned moving object is a moving behavior when a drowning and a following vessel occurs (Go: 203,206), an avoiding behavior when a fixed obstacle occurs (Avoid: 205), and an avoiding behavior when a moving obstacle is found (204) It is desirable to design it as a reactive structure that simultaneously performs and compliance actions. It is desirable to design the action of following the global route (path-following action) as a continuation of the movement action.

이동행위는 자선의 속도 좌표계로 이루어진 행동 공간 내에서 추종 제어(Pursuit guidance)를 이용하여 이벤트의 발생지점으로 이동하는 목적함수를 생성한다. 회피행위는 행동 공간 내에서 최근접 거리(DCPA, Distance to the closest point of approach)를 기반으로 목적함수를 생성한다. 행동 공간 내에서 이동 행위와 회피 행위의 효용함수

Figure pat00038
와
Figure pat00039
는 각각 수학식 4, 수학식 5와 같이 산출된다.The movement action creates an objective function that moves to the point of occurrence of the event by using the pursuit guidance within the action space consisting of the ship's speed coordinate system. The avoidance action creates an objective function based on the closest distance (DCPA, Distance to the closest point of approach) within the action space. Utility function of movement behavior and avoidance behavior in the action space
Figure pat00038
Wow
Figure pat00039
are calculated as in Equation 4 and Equation 5, respectively.

[수학식 4][Equation 4]

Figure pat00040
Figure pat00040

[수학식 5][Equation 5]

Figure pat00041
Figure pat00041

여기서

Figure pat00042
와
Figure pat00043
는 행동 공간 내 자선의 행동을 의미하고,
Figure pat00044
와
Figure pat00045
는 행동 공간의 속도와 방위각의 가중치를 의미한다. DCPAi는 순서쌍
Figure pat00046
에서의 최근접 거리를 의미하고,
Figure pat00047
와
Figure pat00048
는 회피 행위를 생성하기 위한 최근접거리의 하계(Lower bound) 문턱값과 상계(Higher bound)을 의미한다.here
Figure pat00042
Wow
Figure pat00043
means the act of charity within the action space,
Figure pat00044
Wow
Figure pat00045
is the weight of velocity and azimuth in the action space. DCPAi is an ordered pair
Figure pat00046
means the nearest distance from
Figure pat00047
Wow
Figure pat00048
denotes a lower bound threshold and a higher bound of the nearest distance for generating avoidance behavior.

규정준수행위는 장애물의 조우 국제해상충돌예방규칙(COLREGs, International regulations for preventing collisions at sea)을 생성하도록 구성되고, 회피 행위와 복합적으로 구성된다.Compliance acts are constituted to generate International regulations for preventing collisions at sea (COLREGs), and combined with avoidance acts.

경로추종행위는 임무 시작 전 설정되거나, 임무 도중 자동으로 생성된 일련의 경유점을 추종하는 역할을 수행하며, 이동행위의 순차적 집합으로 구현되어 있다. 본 발명은 목표 경유점에 도착 시 다음 경유점으로 변경하는 경유점 변경 알고리즘 (Waypoint shifting algorithm)을 포함하고, 경유점 변경 알고리즘을 통하여 이동행위를 통한 순차적인 경유점 추종을 가능하게 한다. 각 행위의 행동 공간 내 효용 함수의 예시는 도 5와 같다. The route-following action follows a series of waypoints set before the start of the mission or automatically created during the mission, and is implemented as a sequential set of movement actions. The present invention includes a waypoint shifting algorithm that changes to the next waypoint upon arrival at a target waypoint, and enables sequential waypoint tracking through movement behavior through the waypoint shifting algorithm. An example of the utility function in the action space of each action is shown in FIG. 5 .

본 발명의 일 실시예에서 무인 이동체의 상호작용을 위한 명령의 설계는 이동과 회피로 설정하였다. 운용자가 내리는 명령은 그 명령의 목적보다는 명령에 대응되는 행위가 중요하므로, 명령에 따른 행위가 직관적으로 대응되도록 설계한다. 이동 명령은 이동행위를 생성 및 자극하며, 회피 명령은 회피 행위를 생성 및 자극하도록 설계한다. 이동 명령과 회피 명령에 대한 효용 함수는 각 명령에 대응되는 수학식 4, 수학식 5와 같고, 도 5에 도시하고 있는 왼쪽 및 중앙과 동일하게 나타난다.In one embodiment of the present invention, the design of the command for the interaction of the unmanned moving object was set to move and avoid. Since the action corresponding to the command is more important than the purpose of the command, the command given by the operator is designed so that the action according to the command can be intuitively responded to. The movement command generates and stimulates a movement action, and the avoid command is designed to generate and stimulate an avoidance action. The utility functions for the move command and the avoid command are the same as Equations 4 and 5 corresponding to each command, and appear the same as the left and center shown in FIG. 5 .

즉, 본 발명은 도 3에 도시하고 있는 바와 같이, 명령관리모듈(40)에서 발생한 명령과 행위관리모듈(10)에서 발생한 행위를 동시에 고려하지만, 운용자의 명령을 우선적으로 실행하기 위하여 명령은 행위에 비하여 우선순위를 높게 설정한다. 그리고 명령과 행위의 효용함수와 그에 따른 가중치를 곱한 합을 최대화하는 목표 속력과 침로의 순서쌍을 최적행동으로 설정한다.That is, as shown in FIG. 3 , the present invention considers the command generated in the command management module 40 and the action generated in the behavior management module 10 at the same time, but in order to preferentially execute the operator's command, the command is the action set a higher priority than And an ordered pair of target speed and course that maximizes the sum multiplied by the utility function of commands and actions and the corresponding weights is set as the optimal action.

따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무 수행 과정도를 도 4를 통해서 살펴보면 다음과 같다.Accordingly, referring to FIG. 4, a flowchart of an autonomous mission execution process of an unmanned moving object capable of remote operator intervention according to an embodiment of the present invention is as follows.

원격시스템에서 제공되는 운용자의 명령과, 무인 이동체의 센싱/인지모듈(60)에서 제공하는 이벤트 정보는 동시에 고려가 이루어진다. 단지 운용자의 명령을 우선적으로 실행하기 위하여 명령은 행위에 비하여 우선순위를 높게 설정한다.The operator's command provided from the remote system and the event information provided by the sensing/recognition module 60 of the unmanned moving object are simultaneously considered. In order to execute the operator's commands with priority, the commands have a higher priority than the actions.

즉, 310 에서 원격 운용자가 장애물을 인지하고 자선의 이동이 필요하다고 판단하면, 320 에서 원격 운용자에 의해서 전달된 정보를 이용하여 회피와 이동 명령이 명령관리모듈(40)에서 생성되고, 동시에 회피 명령과 이동 명령에 대한 활성화가 이루어진다(330).That is, if the remote operator recognizes the obstacle in 310 and determines that movement of the own ship is necessary, evasion and movement commands are generated in the command management module 40 using the information transmitted by the remote operator in 320 , and at the same time the avoid command and activation of the move command ( 330 ).

마찬가지로 무인 이동체의 센싱/인지모듈(60)에서 장애물, 익수자, 경유점 등의 인지가 이루어지면(340), 해당 이벤트 정보가 행위관리모듈(10)에 전달된다(350). 그리고 행위관리모듈(10)에서 해당 행위에 대한 회피 행위, 이동 행위, 추종 행위 등에 대한 활성화가 이루어진다(360).Similarly, when the sensing/recognition module 60 of the unmanned moving object recognizes an obstacle, a drowning person, a waypoint, etc. (340), the corresponding event information is transmitted to the behavior management module 10 (350). Then, in the behavior management module 10 , an act of avoiding the corresponding act, an act of moving, an act of following, etc. are activated (360).

330과 360에서 활성화된 명령과 행위들은 최적화모듈(30)에 전달되고, 도 3에 도시된 행동공간 내 최적 행동 산출과정을 통해서 최적 행위 또는 명령의 수행을 위한 판단을 수행한다(370).The commands and actions activated in 330 and 360 are transmitted to the optimization module 30, and a determination is made for performing the optimal action or command through the optimal action calculation process in the action space shown in FIG. 3 (370).

이 과정에서 명령과 행위의 효용함수와 그에 따른 가중치를 곱한 합을 최대화하는 목표 속력과 목표 침로의 순서쌍을 최적 행동으로 설정한다. 따라서 본 발명에 따르면, 무인 이동체는 전달받은 이벤트에 따라서 익수자를 발견하거나 추종선박이 존재할 때, 이동행위를 수행한다. 무인 이동체는 고정 장애물과 회피선박이 발견되면 회피 행위를 수행한다. 그리고 원격 운용자의 이동과 회피 명령에도 각각 이동행위와 회피 행위를 수행한다. 본 발명에서 회피 행위는 이동행위보다 가중치가 높고, 운용자의 명령이 행위보다 가중치가 높게 설정된다.In this process, an ordered pair of target speed and target course that maximizes the sum multiplied by the utility function of commands and actions and the corresponding weights is set as the optimal action. Therefore, according to the present invention, the unmanned moving object performs a movement action when a drowning person is found or a chasing vessel exists according to a received event. The unmanned moving vehicle performs an evasive action when a fixed obstacle and an evasive vessel are found. In addition, the remote operator performs movement and avoidance actions, respectively, in response to movement and avoidance commands. In the present invention, the avoidance action has a higher weight than the moving action, and the operator's command has a higher weight than the action.

다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행방법 및 장치를 시뮬레이션 수행하는 과정을 설명한다.The following describes a process of simulating a method and apparatus for performing an autonomous mission of an unmanned moving object capable of operator intervention according to an embodiment of the present invention.

도 6에 도시하고 있는 바와 같이 본 발명의 유용성을 검증하기 위하여 시뮬레이션 환경을 조성하고, 도 7에 도시하는 시뮬레이션 환경에서 무인 이동체의 자율임무 수행을 확인하였다.As shown in FIG. 6 , a simulation environment was created to verify the usefulness of the present invention, and autonomous mission performance of the unmanned moving object was confirmed in the simulation environment shown in FIG. 7 .

시뮬레이션은 미리 설정된 전역경로와 고정장애물 3대, 이동장애물 1척, 무인 이동체가 구출해야 하는 조난자 2명으로 구성되어 있다. 무인 이동체는 행위 기반 구조에 기반하여 각 상황에 맞는 행동을 계산하며, 운용자가 중간에 내리는 명령을 수행하면서 자동 임무를 수행한다. The simulation consists of a preset global route, 3 fixed obstacles, 1 moving obstacle, and 2 survivors who must be rescued by an unmanned moving vehicle. The unmanned vehicle calculates an action appropriate for each situation based on the action-based structure, and performs an automatic mission while executing the command given by the operator in the middle.

시뮬레이션 과정에서 각 임무의 탐지 및 인식 거리는 300m이고, 임무의 완료는 20m 이내로 임무에 접근할 경우로 가정하였다. 각 행위를 실행하기 위한 행위의 가중치는 도 8과 같이 설정하였다.In the simulation process, it was assumed that the detection and recognition distance of each mission was 300m, and the completion of the mission was assumed to be within 20m. The weight of the action for executing each action was set as shown in FIG. 8 .

이때 행위의 가중치는 가중치의 절대치보다는 행위의 우선순위인 상대값이 큰 의미를 가지며, 유사한 이벤트에 대하여 운용자의 명령이 무인선의 행위에 비하여 높은 우선순위를 갖기 때문에 더 높은 가중치를 부여하였다. 또한, 장애물 회피와 같이 무인 이동체의 안전을 위협하는 상황에 대한 가중치는 명령 및 행위에 상관없이 높은 가중치를 가지며, 상대적으로 임무를 수행하거나 이동하는 명령 및 행위는 낮은 가중치를 갖도록 설계한다.At this time, the weight of the action has a greater meaning than the absolute value of the weight, the relative value of the action priority, and for a similar event, a higher weight was given because the operator's command has a higher priority than the action of the unmanned ship. In addition, the weight for situations that threaten the safety of the unmanned moving object, such as obstacle avoidance, has a high weight regardless of the command or action, and the command and action to perform a mission or move relatively have a low weight.

도 9 내지 도 11은 각각 사용자 명령이 존재하지 않는 경우, 이동 명령이 존재하는 경우, 회피 명령이 존재하는 경우의 주요 시간별 결과를 나타내고 있다.9 to 11 show the main results for each time when a user command does not exist, a move command exists, and an avoid command exists, respectively.

각 결과 그래프의 좌측은 무인 이동체의 시간별 임무 수행을 나타내고, 우측은 그 순간의 무인 이동체의 속도 좌표계에서의 행동 공간 내 효용 함수를 나타낸다. 임무 수행 묘사 도면에서 흑색 실선은 무인 이동체의 전역경로(전체경로계획) 이고, 흑색 파선은 무인 이동체의 실제 이동 경로이다. 청색 오각형은 무인 이동체를 나타내고, 황색 오각형은 이동 장애물을 나타낸다. 그리고 적색, 녹색, 자색 원은 각각 고정 장애물, 익수자, 이동명령 또는 회피명령을 나타내고, 회색 실선은 현재 활성화된 이벤트를 나타낸다.The left side of each result graph shows the task performance by time of the unmanned vehicle, and the right side shows the utility function in the action space in the speed coordinate system of the unmanned vehicle at that moment. In the drawing depicting mission performance, the solid black line is the global path (overall path plan) of the unmanned vehicle, and the dashed black line is the actual movement path of the unmanned vehicle. A blue pentagon represents an unmanned moving object, and a yellow pentagon represents a moving obstacle. In addition, red, green, and purple circles indicate a fixed obstacle, a drowning person, a movement command, or an avoidance command, respectively, and a gray solid line indicates a currently active event.

이에 따르면, 도 9는 사용자의 명령이 존재하지 않는 경우에 주어진 전역경로를 추종하며, 무인 이동체가 처한 상황에 따라서 고정 및 이동 장애물을 회피하고, 익수자를 구출하면서 최종 경유점에 도달하는 시뮬레이션 결과를 나타낸다.According to this, FIG. 9 shows the simulation results of following the given global route when the user's command does not exist, avoiding fixed and moving obstacles according to the situation of the unmanned moving object, and reaching the final waypoint while rescuing the drowning person. indicates.

도 10은 도 9와 같은 시나리오에서 운용자가 이동 명령을 내리는 156초 이전까지는 같은 임무 수행 결과를 나타내고, 156초와 162초 사이에 이동 명령 수신 후, 이동 명령을 수행한다. 이때 단순히 운용자의 이동 명령만을 수행하는 것이 아니라 이동 명령 중 나타나는 상황에 적절히 대응하여 첫번째 이동 명령 완료 후 익수자를 구출하기 위한 행위를 시도하는 것을 확인할 수 있다.10 shows the same mission performance results until 156 seconds before the operator issues a movement command in the scenario as shown in FIG. 9, and after receiving the movement command between 156 seconds and 162 seconds, the movement command is performed. At this time, it can be confirmed that an action to rescue the drowning person is attempted after the first movement command is completed by appropriately responding to a situation that appears during the movement command, rather than simply performing the operator's movement command.

또한 도 11은 사용자의 회피 명평이 존재하는 경우 해당 이동 장애물에 대하여 적절한 회피 동작을 수행하는 것을 확인 가능하고, 사용자의 명령 뿐만 아니라 자율 임무 수행 중에 탐지/인식된 익수자에 대하여 구출 행위를 하거나 고정장애물을 회피하는 것을 확인할 수 있다.In addition, FIG. 11 shows that when the user's reputation for avoidance exists, it can be confirmed that an appropriate avoidance operation is performed for the corresponding moving obstacle, and the rescue action is performed or fixed for the drowning person detected/recognized during the autonomous mission as well as the user's command. You can check to avoid obstacles.

이와 같이 본 발명은 무인 이동체의 자율 임무 수행 중, 마주치는 상황을 익수자 구조 및 장애물 조우로 정의하고, 해당 상황의 해결을 위한 효용 함수를 설계하였다. 그리고 운용자의 명령을 이동과 회피 행위로 정의하고, 해당 명령을 행위로 변경하여 무인 이동체가 운용자의 명령을 적절히 반영할 수 있도록 한다. 그리고 설계된 행위 및 명령과 이를 활용하기 위한 행위기반 구조를 검증하기 위하여 시뮬레이션을 진행하고, 시뮬레이션 결과를 정성적으로 평가 시, 운용자의 명령과 행위기반 구조 기반의 무인 이동체의 상황에 따라서 적절한 행동을 선택함을 확인할 수 있다.As described above, in the present invention, situations encountered during autonomous mission performance of an unmanned moving object are defined as drowning person rescue and obstacle encounter, and a utility function for solving the situation is designed. In addition, the operator's commands are defined as movement and avoidance actions, and the commands are changed into actions so that the unmanned moving object can properly reflect the operator's commands. In addition, simulation is conducted to verify the designed actions and commands and the action-based structure to utilize them, and when qualitatively evaluating the simulation results, appropriate actions are selected according to the operator's commands and the situation of the action-based structure-based unmanned moving object. can be checked.

이상에서 설명된 본 발명은 컴퓨팅 디바이스를 포함하는 컴퓨팅 환경에서 구현된다. 컴퓨팅 디바이스는 다른 단말과 신호를 송수신하는 모든 형태의 컴퓨팅 디바이스일 수 있다.The present invention described above is implemented in a computing environment including a computing device. The computing device may be any type of computing device that transmits/receives signals to and from other terminals.

컴퓨팅 디바이스는 적어도 하나의 프로세서, 컴퓨터 판독 가능한 저장매체 및 통신버스를 포함한다. 프로세서는 컴퓨팅 디바이스로 하여금 앞서 언급된 실시예에 따라 동작하도록 제어할 수 있다. 프로세서는 컴퓨터 판독 가능한 저장매체에 저장된 하나 이상의 프로그램을 실행할 수 있다. 하나 이상의 프로그램들은 하나 이상의 컴퓨터 실행 가능한 명령어를 포함할 수 있으며, 컴퓨터 실행 가능 명령어는 프로세서에 의해 실행되는 경우 컴퓨팅 장치로 하여금 예시적인 실시예에 따른 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다.The computing device includes at least one processor, a computer-readable storage medium, and a communication bus. The processor may control the computing device to operate according to the aforementioned embodiments. The processor may execute one or more programs stored in a computer-readable storage medium. The one or more programs may include one or more computer-executable instructions, which, when executed by a processor, may be configured to cause a computing device to perform operations in accordance with an exemplary embodiment.

컴퓨터 판독 가능 저장매체는 컴퓨터 실행 가능 명령어 내지 컴퓨터 실행 가능 명령어 내지 프로그램 코드, 프로그램 데이터 및/또는 다른 적합한 형태의 정보를 저장하도록 구성된다. 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 저장된 프로그램은 프로세서에 의해 실행 가능한 명령어의 집합을 포함한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 판독한 가능 저장 매체는 메모리(랜덤 액세스 메모리와 같은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 또는 이들의 적절한 조합), 하나 이상의 자기 디스크 저장 디바이스들, 광학 디스크 저장 디바이스들, 플래시 메모리 디바이스들, 그 밖에 컴퓨팅 디바이스에 의해 액세스되고 원하는 정보를 저장할 수 있는 다른 형태의 저장 매체, 또는 이들의 적합한 조합일 수 있다.The computer-readable storage medium is configured to store computer-executable instructions or computer-executable instructions to program code, program data and/or other suitable form of information. A program stored in a computer-readable storage medium includes a set of instructions executable by a processor. In one embodiment, the computer-readable storage medium includes memory (volatile memory, such as random access memory, non-volatile memory, or a suitable combination thereof), one or more magnetic disk storage devices, optical disk storage devices, flash memory device , other types of storage media that can be accessed by the computing device and can store desired information, or a suitable combination thereof.

통신 버스는 프로세서, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체를 포함하여 컴퓨팅 장치의 다른 다양한 컴포넌트들을 상호 연결한다. A communication bus interconnects various other components of the computing device, including processors and computer-readable storage media.

컴퓨팅 디바이스는 또한 하나 이상의 입출력 장치를 위한 인터페이스를 제공하는 하나 이상의 입출력 인터페이스 및 하나 이상의 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 입출력 인터페이스 및 통신 인터페이스는 통신 버스에 연결된다. 입출력 장치(미도시)는 입출력 인터페이스를 통해 컴퓨팅 디바이스의 다른 컴포넌트들에 연결될 수 있다. 예시적인 입출력 장치는 포인팅 장치(마우스 또는 트랙패드 등), 키보드, 터치 입력 장치(터치패드 또는 터치스크린 등), 음성 또는 소리 입력 장치, 다양한 종류의 센서 장치 및/또는 촬영 장치와 같은 입력 장치, 및/또는 디스플레이 장치, 프린터, 스피커 및/또는 네트워크 카드와 같은 출력 장치를 포함할 수 있다. 예시적인 입출력 장치는 컴퓨 디바이스를 구성하는 일 컴포넌트로서 컴퓨팅 디바이스의 내부에 포함될 수도 있고, 컴퓨팅 디바이스와는 구별되는 별개의 장치로 컴퓨팅 디바이스와 연결될 수도 있다. The computing device may also include one or more input/output interfaces and one or more communication interfaces that provide interfaces for one or more input/output devices. The input/output interface and the communication interface are coupled to the communication bus. An input/output device (not shown) may be connected to other components of the computing device through an input/output interface. Exemplary input/output devices include input devices such as pointing devices (such as a mouse or trackpad), keyboards, touch input devices (such as touchpads or touchscreens), voice or sound input devices, various types of sensor devices and/or imaging devices; and/or output devices such as display devices, printers, speakers and/or network cards. The exemplary input/output device may be included in the computing device as a component constituting the computing device, or may be connected to the computing device as a separate device distinct from the computing device.

본 실시예들에 따른 동작은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 실행을 위해 프로세서에 명령어를 제공하는데 참여한 임의의 매체를 나타낸다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 자기 매체, 광기록 매체, 메모리 등이 있을 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 본 실시예를 구현하기 위한 기능적인(Functional) 프로그램, 코드, 및 코드 세그먼트들은 본실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다.The operations according to the present embodiments may be implemented in the form of program instructions that can be performed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. Computer-readable media refers to any medium that participates in providing instructions to a processor for execution. Computer-readable media may include program instructions, data files, data structures, or a combination thereof. For example, there may be a magnetic medium, an optical recording medium, a memory, and the like. A computer program may be distributed over a networked computer system so that computer readable code is stored and executed in a distributed manner. Functional programs, codes, and code segments for implementing the present embodiment may be easily inferred by programmers in the art to which this embodiment belongs.

이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.The above detailed description should not be construed as restrictive in all respects and should be considered as exemplary. The scope of the present invention should be determined by a reasonable interpretation of the appended claims, and all modifications within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.

10 : 행위관리모듈
20 : 행위의 병렬집합모듈
30 : 최적화모듈
40 : 명령관리모듈
50 : 명령의 병렬집합모듈
60 : 센싱/인지모듈
70 : 원격시스템10: behavior management module
20: parallel set module of behavior
30: optimization module
40: command management module
50: parallel set module of instructions
60: sensing/recognition module
70: remote system

Claims (28)

센싱/인지모듈에서 수신한 이벤트 정보를 기반으로 이벤트 정보에 대응하는 행위를 생성하고, 생성된 행위 중에서 무인 이동체가 수행해야 하는 특정 행위를 자극하고, 수행 완료된 이벤트에 대한 행위는 제거하는 행위관리모듈;
원격시스템으로부터 명령을 전달받는 동시에 해당 명령에 해당하는 행위를 자극하고, 수행이 완료된 행위는 명령을 제거하는 명령관리모듈;
행위관리모듈과 명령관리모듈의 관리를 받는 여러 명령과 여러 행위의 병렬집합모듈; 및
병렬집합모듈에서 발생한 명령과 행위를 동시에 고려하되, 명령을 행위에 비하여 우선순위를 높게 설정하고, 명령과 행위의 효용함수와 그에 따른 가중치를 곱한 합을 최대화하는 목표 속력과 침로의 순서쌍을 최적행동으로 설정하는 최적화모듈을 포함하는 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행장치.Behavior management module that creates an action corresponding to the event information based on the event information received from the sensing/recognition module, stimulates a specific action to be performed by an unmanned mobile device among the generated actions, and removes the action for the event that has been performed ;
a command management module that receives a command from a remote system and at the same time stimulates an action corresponding to the command, and removes the command when the action is completed;
a parallel set module of multiple commands and multiple behaviors managed by the behavior management module and the command management module; and
An ordered pair of speed and course that maximizes the sum of multiplication of the utility function of the command and the action and the corresponding weight is the optimal action by considering the command and the action that occurred in the parallel set module at the same time, but setting the command higher than the action An autonomous mission execution device of an unmanned moving object capable of operator intervention, including an optimization module set to 청구항 1에 있어서,
최적화모듈은 행위에 비하여 우선순위가 높게 설정되는 명령은 행위와 같은 행동 공간 내에서 반영되고, 명령이 반영된 최적의 행동은 수학식 3으로 표현되는 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행장치.
[수학식 3]
Figure pat00049

여기서
Figure pat00050
는 k번째 명령의 가중치를 의미하고,
Figure pat00051
는 k번째 명령의 효용 함수를 나타낸다. 그리고
Figure pat00052
는 최적 행동의 순서쌍을 의미하며,
Figure pat00053
는 k번째 행위의 가중치를 의미하고, 무인 이동체가 행해야 하는 우선순위가 높은 행위일수록 높은 가중치를 갖는다.The method according to claim 1,
In the optimization module, a command set with a higher priority than an action is reflected in the same action space as the action, and the optimal action to which the command is reflected is expressed by Equation (3).
[Equation 3]
Figure pat00049

here
Figure pat00050
is the weight of the kth instruction,
Figure pat00051
denotes the utility function of the kth instruction. and
Figure pat00052
is the ordered pair of optimal behavior,
Figure pat00053
denotes the weight of the k-th action, and the higher the priority the action to be performed by the unmanned vehicle is, the higher the weight is. 청구항 1에 있어서,
병렬집합모듈은, 이벤트 정보에 따라서 이동행위를 설계하고, 이동행위는 자선의 속도 좌표계로 이루어진 행동공간 내에서 추종제어를 이용하여 이벤트 발생지점으로 이동하는 목적함수를 생성하며, 행동공간 내에서 이동행위의 효용함수는 수학식 4로 표현되는 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행장치.
[수학식 4]
Figure pat00054

여기서
Figure pat00055
와
Figure pat00056
는 행동 공간 내 자선의 행동을 의미하고,
Figure pat00057
와
Figure pat00058
는 행동 공간의 속도와 방위각의 가중치를 의미한다.The method according to claim 1,
The parallel set module designs the movement behavior according to the event information, and the movement action creates an objective function that moves to the event occurrence point using tracking control in the action space consisting of the speed coordinate system of the own ship, and moves within the action space. The utility function of the action is an autonomous mission execution device of an unmanned mobile vehicle capable of operator intervention, which is expressed by Equation (4).
[Equation 4]
Figure pat00054

here
Figure pat00055
Wow
Figure pat00056
means the action of charity within the action space,
Figure pat00057
Wow
Figure pat00058
is the weight of velocity and azimuth in the action space. 청구항 1에 있어서,
병렬집합모듈은 행동공간 내에서 최근접거리(DCPA)를 기반으로 목적함수를 생성하고, 행동공간 내에서 회피행위의 효용함수는 수학식 5로 표현되는 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행장치.
[수학식 5]
Figure pat00059

여기서 DCPAi는 순서쌍
Figure pat00060
에서의 최근접 거리를 의미하고,
Figure pat00061
와
Figure pat00062
는 회피 행위를 생성하기 위한 최근접거리의 하계(Lower bound) 문턱값과 상계(Higher bound)을 의미한다.The method according to claim 1,
The parallel set module generates an objective function based on the nearest distance (DCPA) in the action space, and the utility function of the avoidance action in the action space is expressed by Equation 5. .
[Equation 5]
Figure pat00059

where DCPAi is an ordered pair
Figure pat00060
means the nearest distance from
Figure pat00061
Wow
Figure pat00062
denotes a lower bound threshold and a higher bound of the nearest distance for generating avoidance behavior. 청구항 1에 있어서,
행위관리모듈은 전달받은 이벤트 정보에 기반해서 익수자와 추종선박이 발생되면 이동행위, 고정 장애물을 발생하면 회피행위, 이동 장애물을 발생하면 회피행위와 규정준수행위를 동시에 수행하는 반응구조로 설계하는 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행장치.The method according to claim 1,
Based on the received event information, the behavior management module is designed as a reactive structure that simultaneously performs a moving action when a drowning person and a chasing vessel occur, an avoidance action when a fixed obstacle occurs, and an avoidance action and a compliance action when a moving obstacle occurs. An autonomous mission execution device for an unmanned mobile vehicle capable of operator intervention. 청구항 5에 있어서,
규정준수행위는 장애물 조우시 국제해상충돌예방규칙을 생성하도록 구성되는 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행장치.6. The method of claim 5,
The compliance action is an autonomous mission execution device of an unmanned mobile vehicle capable of operator intervention, which is configured to create international maritime collision prevention rules when an obstacle is encountered. 청구항 5에 있어서,
행위관리모듈은 임무 시작 전 설정되고, 임무 도중 자동으로 생성된 일련의 경유점을 추종하는 역할을 수행하며, 이동행위의 순차적 집합으로 구현되는 경로추종행위를 설계하는 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행장치.6. The method of claim 5,
The behavior management module is set before the start of the mission and plays a role of following a series of waypoints automatically created during the mission. mission device. 청구항 7에 있어서,
행위관리모듈은 목표 경유점에 도착시 다음 경유점으로 변경하는 경유점 변경 알고리즘을 포함하고, 경유점 변경 알고리즘을 통하여 순차적인 경유점 추종을 수행하는 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행장치.8. The method of claim 7,
The behavior management module includes a waypoint change algorithm that changes to the next waypoint upon arrival at the target waypoint, and an autonomous mission execution device for an unmanned mobile vehicle capable of operator intervention that sequentially follows the waypoint through the waypoint change algorithm. 청구항 1에 있어서,
명령관리모듈에서 행위관리모듈과 상호작용을 위한 해당 명령은 이동과 회피로 설계하는 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행장치.The method according to claim 1,
In the command management module, the command for interaction with the behavior management module is an autonomous mission execution device of an unmanned moving object that can be operated by an operator designed to move and avoid. 청구항 1에 있어서,
최적화모듈은 행위의 가중치는 가중치의 절대치보다는 행위의 우선순위인 상대값이 큰 의미를 갖고, 유사한 이벤트에 대하여 운용자의 명령이 행위에 비하여 높은 우선순위를 갖도록 더 높은 가중치를 부여하고, 장애물 회피와 같이 무인 이동체의 안전을 위협하는 상황에 대한 가중치는 명령 및 행위에 상관없이 높은 가중치를 갖으며, 임무를 수행하거나 이동하는 명령 및 행위는 상대적으로 낮은 가중치를 갖도록 설정된 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행장치.The method according to claim 1,
In the optimization module, the weight of an action has a greater meaning than the absolute value of the weight, which is the relative value of the priority of the action. The weight for situations that threaten the safety of the unmanned vehicle has a high weight regardless of the command or action, and the command and action to perform a mission or move has a relatively low weight. mission device. 청구항 10에 있어서,
최적화모듈은 여러 행위가 복합적으로 행해질 때, 최종 목표 행동을 계산하기 위하여 행동공간 내에서 행동 평균방법을 이용한 행동선택방법을 사용하고, 무인 이동체에서 효용함수로 적용하는 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행장치.11. The method of claim 10,
The optimization module uses the action selection method using the action average method within the action space to calculate the final target action when multiple actions are performed in a complex manner, and applies it as a utility function to the unmanned vehicle. mission device. 청구항 11에 있어서,
최적화모듈은 소프트웨어 모듈로 로봇 오퍼레이팅 시스템을 이용한 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행장치.12. The method of claim 11,
The optimization module is a software module, and it is an autonomous mission execution device of an unmanned moving object capable of operator intervention using a robot operating system. 청구항 1에 있어서,
행위관리모듈은 센싱/인지모듈에서 전달된 이벤트와 이에 대응하는 행위의 조합을 일대일 또는 다대다로 조합되도록 구성하는 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행장치.The method according to claim 1,
The behavior management module is an autonomous mission execution device of an unmanned moving object capable of operator intervention that configures a combination of events transmitted from the sensing/recognition module and corresponding actions in a one-to-one or many-to-many manner. 청구항 13에 있어서,
행위관리모듈은 생성된 모든 행위에 대해서 기결정된 일정반경 이내에 존재하는 이벤트에 대해서 활성화상태로 제어하는 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행장치.14. The method of claim 13,
The behavior management module is an autonomous mission performing device of an unmanned moving object capable of operator intervention that controls all generated actions in an activated state for events that exist within a predetermined radius. 명령관리모듈에서 원격시스템에서 장애물을 인지하고, 회피명령과 이동명령을 활성화시키는 단계;
행위관리모듈에서 센싱/인지모듈에서 감지한 장애물, 익수자, 경유점에 대한 이벤트 정보에 기반해서 회피행위, 이동행위, 추종행위를 활성화시키는 단계;
최적화모듈에서 활성화된 명령과 행위를 동시에 고려하되, 명령을 행위에 비하여 우선순위를 높게 설정하고, 명령과 행위의 효용함수와 그에 따른 가중치를 곱한 합을 최대화하는 목표 속력과 침로의 순서쌍을 최적행동으로 설정하는 단계를 포함하는 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행방법.Recognizing an obstacle in a remote system in a command management module, and activating an avoidance command and a movement command;
activating the avoidance behavior, the moving behavior, and the following behavior based on the event information on the obstacle, the drowning person, and the waypoint detected by the sensing/recognition module in the behavior management module;
In the optimization module, the activated command and action are considered at the same time, but the command has a higher priority than the action, and an ordered pair of target speed and course that maximizes the sum multiplied by the utility function of the command and action and the corresponding weight is the optimal action An autonomous mission execution method of an unmanned mobile vehicle capable of operator intervention, including setting the . 청구항 15에 있어서,
최적화모듈에서 운용자의 명령을 반영하기 위하여, 행위의 효용함수에 명령의 효용함수를 추가적으로 고려하고, 명령은 행위와 같은 행동 공간 내에서 함께 반영되며, 명령의 우선순위는 행위에 비하여 높고, 명령이 반영된 최적의 행동은 수학식 3으로 표현되는 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행방법.
[수학식 3]
Figure pat00063

여기서
Figure pat00064
는 k번째 명령의 가중치를 의미하고,
Figure pat00065
는 k번째 명령의 효용 함수를 나타낸다. 그리고
Figure pat00066
는 최적 행동의 순서쌍을 의미하며,
Figure pat00067
는 k번째 행위의 가중치를 의미하고, 무인 이동체가 행해야 하는 우선순위가 높은 행위일수록 높은 가중치를 갖는다.16. The method of claim 15,
In order to reflect the operator's command in the optimization module, the utility function of the command is additionally considered in the utility function of the action, the command is reflected together in the same action space as the action, the priority of the command is higher than that of the action, and the command is The reflected optimal behavior is an autonomous mission performance method of an unmanned mobile vehicle capable of operator intervention, which is expressed by Equation 3.
[Equation 3]
Figure pat00063

here
Figure pat00064
is the weight of the kth instruction,
Figure pat00065
denotes the utility function of the kth instruction. and
Figure pat00066
is the ordered pair of optimal behavior,
Figure pat00067
denotes the weight of the k-th action, and the higher the priority the action to be performed by the unmanned vehicle is, the higher the weight is. 청구항 15에 있어서,
최적화모듈에서 이벤트 정보에 따라서 이동행위를 설계하고, 이동행위는 자선의 속도 좌표계로 이루어진 행동공간 내에서 추종제어를 이용하여 이벤트 발생지점으로 이동하는 목적함수를 생성하며, 행동공간 내에서 이동행위의 효용함수는 수학식 4로 표현되는 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행방법.
[수학식 4]
Figure pat00068

여기서
Figure pat00069
와
Figure pat00070
는 행동 공간 내 자선의 행동을 의미하고,
Figure pat00071
와
Figure pat00072
는 행동 공간의 속도와 방위각의 가중치를 의미한다.16. The method of claim 15,
In the optimization module, the movement behavior is designed according to the event information, and the movement behavior creates an objective function that moves to the event occurrence point using the tracking control in the behavior space consisting of the speed coordinate system of the own ship. The utility function is an autonomous mission performance method of an unmanned mobile vehicle capable of operator intervention, expressed by Equation (4).
[Equation 4]
Figure pat00068

here
Figure pat00069
Wow
Figure pat00070
means the act of charity within the action space,
Figure pat00071
Wow
Figure pat00072
is the weight of velocity and azimuth in the action space. 청구항 15에 있어서,
최적화모듈에서 행동공간 내에서 최근접거리(DCPA)를 기반으로 목적함수를 생성하고, 행동공간 내에서 회피행위의 효용함수는 수학식 5로 표현되는 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행방법.
[수학식 5]
Figure pat00073

여기서 DCPAi는 순서쌍
Figure pat00074
에서의 최근접 거리를 의미하고,
Figure pat00075
와
Figure pat00076
는 회피 행위를 생성하기 위한 최근접거리의 하계(Lower bound) 문턱값과 상계(Higher bound)을 의미한다.16. The method of claim 15,
In the optimization module, an objective function is generated based on the nearest distance (DCPA) in the action space, and the utility function of the avoidance action in the action space is expressed by Equation 5. An autonomous mission execution method of an unmanned mobile vehicle capable of operator intervention.
[Equation 5]
Figure pat00073

where DCPAi is an ordered pair
Figure pat00074
means the nearest distance from
Figure pat00075
Wow
Figure pat00076
denotes a lower bound threshold and a higher bound of the nearest distance for generating avoidance behavior. 청구항 15에 있어서,
행위관리모듈에서 전달받은 이벤트 정보에 기반해서 익수자와 추종선박이 발생되면 이동행위, 고정 장애물을 발생하면 회피행위, 이동 장애물을 발생하면 회피행위와 규정준수행위를 동시에 수행하는 반응구조로 설계하는 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행방법.16. The method of claim 15,
Based on the event information received from the behavior management module, it is designed as a reactive structure that simultaneously performs a moving action when a drowning person and a chasing ship occur, an avoidance action when a fixed obstacle occurs, and an avoidance action and a compliance action when a moving obstacle occurs. A method for autonomous mission performance of an unmanned moving vehicle capable of operator intervention. 청구항 19에 있어서,
규정준수행위는 장애물 조우시 국제해상충돌예방규칙을 생성하도록 구성되는 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행방법.20. The method of claim 19,
Compliance behavior is an autonomous mission performance method of an unmanned mobile vehicle capable of operator intervention, which is configured to create international maritime collision prevention rules when an obstacle is encountered. 청구항 19에 있어서,
행위관리모듈에서 임무 시작 전 설정되고, 임무 도중 자동으로 생성된 일련의 경유점을 추종하는 역할을 수행하며, 이동행위의 순차적 집합으로 구현되는 경로추종행위를 설계하는 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행방법.20. The method of claim 19,
Autonomy of unmanned moving objects that are set before the start of a mission in the behavior management module and serve to follow a series of waypoints created automatically during the mission How to perform the mission. 청구항 21에 있어서,
행위관리모듈에서 목표 경유점에 도착시 다음 경유점으로 변경하는 경유점 변경 알고리즘을 포함하고, 경유점 변경 알고리즘을 통하여 순차적인 경유점 추종을 수행하는 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행방법.22. The method of claim 21,
An autonomous mission execution method of an unmanned moving object that includes a waypoint change algorithm that changes to the next waypoint when the behavior management module arrives at a target waypoint, and enables operator intervention to sequentially follow waypoints through the waypoint change algorithm. 청구항 15에 있어서,
명령관리모듈에서 행위관리모듈과 상호작용을 위한 해당 명령은 이동과 회피로 설계하는 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행방법.16. The method of claim 15,
In the command management module, the corresponding command for interaction with the behavior management module is an autonomous mission execution method of an unmanned moving object capable of operator intervention designed to move and avoid. 청구항 15에 있어서,
최적화모듈에서 행위의 가중치는 가중치의 절대치보다는 행위의 우선순위인 상대값이 큰 의미를 갖고, 유사한 이벤트에 대하여 운용자의 명령이 행위에 비하여 높은 우선순위를 갖도록 더 높은 가중치를 부여하고, 장애물 회피와 같이 무인 이동체의 안전을 위협하는 상황에 대한 가중치는 명령 및 행위에 상관없이 높은 가중치를 갖으며, 임무를 수행하거나 이동하는 명령 및 행위는 상대적으로 낮은 가중치를 갖도록 설정된 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행방법.16. The method of claim 15,
In the optimization module, the weight of the action has a greater meaning than the absolute value of the weight, the relative value of the action priority. For similar events, a higher weight is given so that the operator's command has a higher priority than the action, and obstacle avoidance and The weight for situations that threaten the safety of the unmanned vehicle has a high weight regardless of the command or action, and the command and action to perform a mission or move has a relatively low weight. How to perform the mission. 청구항 24에 있어서,
최적화모듈에서 여러 행위가 복합적으로 행해질 때, 최종 목표 행동을 계산하기 위하여 행동공간 내에서 행동 평균방법을 이용한 행동선택방법을 사용하고, 무인 이동체에서 효용함수로 적용하는 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행방법.25. The method of claim 24,
When several actions are complexly performed in the optimization module, the action selection method using the action average method is used in the action space to calculate the final target action. How to perform the mission. 청구항 25에 있어서,
최적화모듈은 소프트웨어 모듈로 로봇 오퍼레이팅 시스템을 이용한 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행방법.26. The method of claim 25,
The optimization module is a software module, and it is an autonomous mission performance method of an unmanned moving object capable of operator intervention using a robot operating system. 청구항 15에 있어서,
행위관리모듈에서 전달된 이벤트와 이에 대응하는 행위의 조합을 일대일 또는 다대다로 조합되도록 구성하는 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행방법.16. The method of claim 15,
An autonomous mission execution method of an unmanned mobile vehicle capable of operator intervention that configures a combination of events transmitted from the behavior management module and corresponding actions in a one-to-one or many-to-many manner. 청구항 27에 있어서,
행위관리모듈에서 생성된 모든 행위에 대해서 기결정된 일정반경 이내에 존재하는 이벤트에 대해서 활성화상태로 제어하는 운용자 개입이 가능한 무인 이동체의 자율임무수행방법. 28. The method of claim 27,
An autonomous mission execution method of an unmanned moving object capable of operator intervention that controls all actions generated in the behavior management module in an active state for events that exist within a predetermined radius.
KR1020200071588A 2020-06-12 2020-06-12 Behavior-based control method and system considering the interaction between operator and an autonomous surface vehicle KR102410738B1 (en)

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