KR20220138438A

KR20220138438A - 이동 로봇의 다중 경로 생성 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20220138438A
Application number: KR1020210026953A
Authority: KR
Inventors: 이환희; 최준영
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2021-02-26
Filing date: 2021-02-26
Publication date: 2022-10-13
Also published as: US20220276654A1

Abstract

본 발명은 이동 로봇을 중심으로 하는 n개의 방향 각각에 대하여 장애물과의 충돌이 없는 최대 직선거리에 위치하는 n개의 다중 경유점을 검출하고 각 다중 경유점을 최초 경유점으로 거치면서 목적지에 이르는 n개의 다중 경로를 계획하는 다중 경로 생성모듈과, 계획된 n개의 다중 경로 중 미리 설정된 비용함수 요건을 만족하는 경로를 최적 경로로 선택하는 최적 경로 선택모듈을 포함하여, 단일의 이동 로봇이 현 위치에서 목적지에 이르기 위해 이동 할 수 있는 다중 경로를 동시에 생성함으로써 이동 로봇의 다양한 주행 상황에 적합한 최적 경로의 선택이 가능하게 한 이동 로봇의 다중 경로 생성 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

이동 로봇의 다중 경로 생성 장치 및 방법{APPARATUS FOR GENERATING MULTI PATH OF MOVING ROBOT AND METHOD THEREOF}

본 발명은 단일의 이동 로봇이 현 위치에서 동일한 목적지에 이르기 위한 다수의 경로를 동시에 생성할 수 있게 한 이동 로봇의 다중 경로 생성 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 이동 로봇은 장소 이동을 위한 관리자의 제어가 없어도 스스로의 판단을 기반으로 자율적으로 이동하여 예정된 작업 등을 수행할 수 있는 장치이다.

이동 로봇의 이동을 위해서는 이동이 예정된 공간 내의 구조와 곳곳에 배치되어 있는 장애물을 회피하여 목적지에 이를 수 있는 이동 경로를 생성한 후, 그 이동 경로를 따른 직진 또는 회전 등의 구동이 이루어지도록 제어하게 된다.

그에 따라, 다익스트라(Dijkstra) 알고리즘, 에이스타(A*) 알고리즘, JPS(Jump Point Search) 알고리즘, RRT(Rapidly-exploring Random Tree) 알고리즘 등 다양한 방법들을 사용하여 최적의 경로를 생성하기 위한 기술들이 이용되고 있다.

그러나, 종래에는 하나의 이동 로봇이 이동할 경로를 생성함에 있어 다양한 알고리즘을 이용하여 하나의 최적 경로만을 생성하고 그 경로를 따라 이동이 제어됨이 일반적이었다.

그에 따라, 최단 거리의 이동이 필요한 경우나, 누적 회전을 최소로 유지해야 하는 경우, 또는 직전 경로와의 방향성이 비슷하여 자연스러운 주행이 요구되는 상황 등 다양하게 요구되는 이동 로봇의 각 주행 상황에 적합한 경로를 선택하기 어려운 문제점이 있었다.

즉, 종래에는 하나의 이동 로봇에 대하여 하나의 이동 경로만을 생성함으로 인하여, 목적지에 이르기까지 이동함에 있어 요구되는 다양한 주행 상황에 적합한 다른 경로의 선택이 불가능하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명의 실시예는, 이동 로봇을 중심으로 하는 n개의 방향 각각에 대하여 장애물과의 충돌이 없는 최대 직선거리에 위치하는 n개의 다중 경유점을 검출하고 각 다중 경유점을 최초 경유점으로 거치면서 목적지에 이르는 n개의 다중 경로를 계획하는 다중 경로 생성모듈과, 계획된 n개의 다중 경로 중 미리 설정된 비용함수 요건을 만족하는 경로를 최적 경로로 선택하는 최적 경로 선택모듈을 포함하여, 단일의 이동 로봇이 현 위치에서 목적지에 이르기 위해 이동 할 수 있는 다중 경로를 동시에 생성함으로써 이동 로봇의 다양한 주행 상황에 적합한 최적 경로의 선택이 가능하게 한 이동 로봇의 다중 경로 생성 장치 및 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇의 다중 경로 생성 장치는, 다수의 영역으로 구획된 공간에 대한 지도 정보와 공간 내의 장애물 정보를 이용하여, 각 영역에 장애물과의 거리에 따라 비용이 차등적으로 할당된 비용 지도를 생성하는 비용 지도 생성모듈; 이동 로봇을 중심으로 하는 n개의 방향 각각에 대하여 장애물과의 충돌이 없는 최대 직선거리에 위치하는 n개의 다중 경유점을 검출하고, 각 다중 경유점을 최초 경유점으로 거치면서 목적지에 이르는 n개의 다중 경로를 계획하는 다중 경로 생성모듈; 계획된 n개의 다중 경로 중 미리 설정된 비용함수 요건을 만족하는 경로를 최적 경로로 선택하는 최적 경로 선택모듈; 및 선택된 최적 경로를 추종하여 목적지에 이르도록 상기 이동 로봇을 제어하는 제어신호를 상기 이동 로봇의 로봇 구동부로 전송하는 경로 제어모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 비용 지도 생성모듈은, 이동 로봇이 이동할 수 있는 공간을 다수의 영역으로 구획한 지도 정보와, 공간 내에 위치하고 있는 장애물 정보를 수신하여 저장하는 정보 수신부; 및 구획된 각 영역이 장애물로부터 떨어져 있는 정도에 따라 비용을 차등적으로 할당한 후 각 영역에 매칭시켜 비용 지도를 생성하는 비용 할당부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 비용 할당부는, 구획된 영역이 장애물과 가까울수록 상대적으로 높은 비용을 할당하고, 구획된 영역이 장애물로부터 멀어질수록 비용을 선형적으로 감소시켜 가장 멀리 떨어진 영역에는 가장 낮은 비용을 할당한 후, 그 비용 값을 지도 정보 및 장애물 정보와 함께 저장하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 비용 할당부는, 구획된 영역이 장애물과 가까울수록 상대적으로 높은 비용을 할당하고, 구획된 영역이 장애물로부터 멀어질수록 비용을 비선형적으로 급격하게 감소시켜 상대적으로 낮은 비용을 할당한 후, 그 비용 값을 지도 정보 및 장애물 정보와 함께 저장하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 비용 할당부는, 장애물에 의해 점유되고 있는 영역으로부터 이격되어 있는 거리, 지도의 히트맵 정보 또는 장애물 인식 결과에 따라 각 영역에 대하여 차등적인 비용을 할당하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 다중 경로 생성모듈은, 비용 지도상에 위치하고 있는 이동 로봇을 중심으로 하는 n개(n은 2이상의 정수)의 방향 각각에 대하여 장애물과의 충돌이 없는 최대 직선거리에 위치하는 영역을 n개의 다중 경유점으로 검출하는 다중 경유점 검출부; 및 각 다중 경유점을 최초 경유점으로 거치면서 장애물을 회피하여 목적지에 이르는 n개의 다중 경로를 계획하는 다중 경로 계획부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 다중 경유점 검출부는, 상기 다중 경유점이 검출될 수 있는 공간을 상기 이동 로봇을 중심으로 하는 일정 반경 이내의 거리로 제한하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 최적 경로 선택모듈은, 상기 다중 경로 생성모듈에서 생성된 n개의 다중 경로 중에서 경로를 선택하기 위한 비용함수 요소를 결정하는 비용함수 요소 결정부; 및 상기 n개의 다중 경로 중 상기 비용함수 요소 결정부에서 결정된 비용함수 요소에 따라 목적지에 이르는 경로를 이동 로봇이 추종할 최적 경로로 선택하는 경로 선택부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 비용함수 요소 결정부는, 경로 선택을 위한 비용함수 요소로서, 최단거리, 최소 누적 회전, 직전 경로와의 방향 일치도, 로봇이 가리키는 방향과의 방향 일치도, 로봇 구동부의 직전 구동신호와의 방향 일치도, 비용 지도 안정성, 비용 지도 혼잡도 중 하나를 선택하여 결정하거나, 적어도 두 개 이상의 비용함수 요소를 선택하여 그 조합으로 결정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 이동 로봇에게 요청되는 주행상황이 로봇의 이동거리를 최소화하는 것일 경우, 상기 비용함수 요소 결정부는 최단거리를 비용함수 요소로 결정하고, 상기 경로 선택부는 상기 다중 경로 생성모듈에서 생성된 n개의 다중 경로 중 목적지까지의 거리가 가장 짧은 경로를 최적 경로로 선택하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 이동 로봇에게 요청되는 주행상황이 목적지까지의 경로 중 이동 로봇의 회전을 최소화하는 것일 경우, 상기 비용함수 요소 결정부는 최소 누적 회전을 비용함수 요소로 결정하고, 상기 경로 선택부는 상기 다중 경로 생성모듈에서 생성된 n개의 다중 경로 중 누적 회전 값이 최소가 되는 경로를 최적 경로로 선택하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 이동 로봇에게 요청되는 주행상황이 자연스러운 주행을 위해 이동 로봇이 직전에 이동하던 경로의 방향을 유지할 수 있게 하는 것일 경우, 상기 비용함수 요소 결정부는 직전 경로와의 방향 일치도를 비용함수 요소로 결정하고, 상기 경로 선택부는 상기 다중 경로 생성모듈에서 생성된 n개의 다중 경로 중 직전 경로와의 방향 차이가 가장 작은 경로를 최적 경로로 선택하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 이동 로봇에게 요청되는 주행상황이 이동 로봇의 진행 방향을 유지하고자 하는 것일 경우, 상기 비용함수 요소 결정부는 로봇이 가리키는 방향과의 방향 일치도를 비용함수 요소로 결정하고, 상기 경로 선택부는 상기 다중 경로 생성모듈에서 생성된 n개의 다중 경로 중 로봇이 가리키는 방향과의 차이가 가장 작은 경로를 최적 경로로 선택하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 이동 로봇에게 요청되는 주행상황이 좌우 회전을 최소화하고자 하는 것일 경우, 상기 비용함수 요소 결정부는 로봇 구동부의 직전 구동신호와의 방향 일치도를 비용함수 요소로 결정하고, 상기 경로 선택부는 로봇 구동부의 직전 구동신호를 활용하여 이동 로봇이 좌회전을 하고 있었다면 좌측에 있는 경로를 최적 경로로 선택하고, 이동 로봇이 우회전을 하고 있었다면 우측에 있는 경로를 최적 경로로 선택하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이동 로봇의 다중 경로 생성 방법은, 다수의 영역으로 구획된 공간에 대한 지도 정보와 공간 내의 장애물 정보를 이용하여, 각 영역에 장애물과의 거리에 따라 비용이 차등적으로 할당된 비용 지도를 생성하는 비용 지도 생성단계; 이동 로봇을 중심으로 하는 n개의 방향 각각에 대하여 장애물과의 충돌이 없는 최대 직선거리에 위치하는 n개의 다중 경유점을 검출하고, 각 다중 경유점을 최초 경유점으로 거치면서 목적지에 이르는 n개의 다중 경로를 계획하는 다중 경로 생성단계; 계획된 n개의 다중 경로 중 미리 설정된 비용함수 요건을 만족하는 경로를 최적 경로로 선택하는 최적 경로 선택단계; 및 선택된 최적 경로를 추종하여 목적지에 이르도록 상기 이동 로봇을 제어하는 제어신호를 상기 이동 로봇의 로봇 구동부로 전송하는 경로 제어단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 비용 지도 생성단계는, 이동 로봇이 이동할 수 있는 공간을 다수의 영역으로 구획한 지도 정보와 공간 내에 위치하고 있는 장애물 정보를 수신하여 저장하는 정보 수신과정; 및 구획된 각 영역이 장애물로부터 떨어져 있는 정도에 따라 비용을 차등적으로 할당한 후 각 영역에 매칭시켜 비용 지도를 생성하는 비용 할당과정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 다중 경로 생성단계는, 비용 지도상에 위치하고 있는 이동 로봇을 중심으로 하는 n개(n은 2이상의 정수)의 방향 각각에 대하여 장애물과의 충돌이 없는 최대 직선거리에 위치하는 영역을 n개의 다중 경유점으로 검출하는 다중 경유점 검출과정; 및 각 다중 경유점을 최초 경유점으로 거치면서 장애물을 회피하여 목적지에 이르는 n개의 다중 경로를 계획하는 다중 경로 계획과정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 다중 경유점 검출과정에서는, 상기 다중 경유점이 검출될 수 있는 공간을 상기 이동 로봇을 중심으로 하는 일정 반경 이내의 거리로 제한하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 최적 경로 선택단계는, 상기 다중 경로 생성단계에서 생성된 n개의 다중 경로 중에서 경로를 선택하기 위한 비용함수 요소를 결정하는 비용함수 요소 결정과정; 및 상기 비용함수 요소 결정과정에서 결정된 비용함수 요소에 따라 이동 로봇이 추종할 최적 경로를 상기 n개의 다중 경로 중에서 선택하는 경로 선택과정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 비용함수 요소 결정과정에서는 경로 선택을 위한 비용함수 요소로서, 최단거리, 최소 누적 회전, 직전 경로와의 방향 일치도, 로봇이 가리키는 방향과의 방향 일치도, 로봇 구동부의 직전 구동신호와의 방향 일치도, 비용 지도 안정성, 비용 지도 혼잡도 중 하나를 선택하여 결정하거나, 적어도 두 개 이상의 비용함수 요소를 선택하여 그 조합으로 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 이동 로봇의 현 위치에서 다양한 방향에 대하여 안전 거리가 확보된 다중 경유점들을 검출하고, 이러한 다중 경유점들을 다중 경로 계획시 각 경로의 최초 경유점으로 사용함으로써, 다양한 방향에 대하여 장애물과의 충돌이 없는 안전한 경로를 동시에 다수 개 생성할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 단일의 이동 로봇이 현 위치에서 목적지에 이르기 위해 이동 할 수 있는 다중 경로를 동시에 생성함으로써, 이동 로봇의 다양한 주행 상황에 적합한 최적 경로의 선택이 가능한 효과가 있다.

이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 이동 로봇의 다중 경로 생성 장치에 대한 블록 구성도.
도 2는 본 발명에 따라 비용 지도 생성모듈에서 생성되는 비용 지도의 예시도.
도 3은 본 발명에 따라 다중 경로 생성모듈에서 검출되는 다중 경유점의 예시도.
도 4는 본 발명에 따라 다중 경로 생성모듈에서 계획되는 다중 경로의 예시도.
도 5 내지 도 10은 본 발명에 따라 최적 경로 선택모듈에서 다양한 주행 상황에 적합하게 선택되는 최적 경로들의 예시도.
도 11은 본 발명에 따른 이동 로봇의 다중 경로 생성 방법에 대한 구성도.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 도 1 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 이동 로봇의 다중 경로 생성 장치에 대한 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 이동 로봇의 다중 경로 생성 장치는, 다수의 영역으로 구획된 공간에 대한 지도 정보와 공간 내의 장애물 정보를 이용하여 각 영역에 장애물과의 거리에 따라 비용이 차등적으로 할당된 비용 지도를 생성하는 비용 지도 생성모듈(100)과, 이동 로봇을 중심으로 하는 n개의 방향 각각에 대하여 일정 반경 이내의 공간에서 장애물과의 충돌이 없는 최대 직선거리에 위치하는 n개의 다중 경유점을 검출하고 각 다중 경유점을 최초 경유점으로 거치면서 목적지에 이르는 n개의 다중 경로를 계획하는 다중 경로 생성모듈(200)과, 계획된 n개의 다중 경로 중 미리 설정된 비용함수 요건을 만족하는 경로를 최적 경로로 선택하는 최적 경로 선택모듈(300)과, 선택된 최적 경로를 추종하여 목적지에 이르도록 상기 이동 로봇을 제어하는 제어신호를 상기 이동 로봇의 로봇 구동부로 전송하는 경로 제어모듈(400)을 포함할 수 있다.

상기 비용 지도 생성모듈(100)은, 이동 로봇이 이동할 수 있는 공간을 다수의 영역으로 구획한 지도 정보와 공간 내에 위치하고 있는 장애물 정보를 수신하여 저장하는 정보 수신부(110)와, 구획된 각 영역이 장애물로부터 떨어져 있는 정도에 따라 비용을 차등적으로 할당한 후 각 영역에 매칭시켜 비용 지도를 생성하는 비용 할당부(120)를 포함할 수 있다.

이와 같이 상기 비용 지도 생성모듈(100)에서 생성된 비용 지도는 별도의 메모리 등의 저장수단에 저장되어, 상기 다중 경로 생성모듈(200)에서의 다중 경유점 검출과 다중 경로 생성을 위해 이용될 수 있다.

이때, 상기 정보 수신부(110)는, 이동 로봇이 이동할 공간에 대한 지도 정보와, 이동 로봇(10)에 구비된 센서부(12) 등으로부터 전송되는 장애물 정보를 수신하여 비용 지도 생성을 위한 공간 및 회피 대상에 대한 데이터를 획득할 수 있다.

상기 정보 수신부(110)는, 지도 정보로서 이동 로봇이 이동할 수 있는 공간에 대한 데이터를 수신할 뿐만 아니라, 해당 공간을 다수의 영역으로 나누어 저장함으로써, 각 영역에 대한 비용 할당 편의성을 향상시킬 수 있다. 이러한 상기 지도 정보는 사전에 취득한 지도뿐만 아니라, 현재 취득하고 있는 지도에 대한 정보를 포함할 수도 있다.

또한, 상기 정보 수신부(110)는, 이동 로봇(10)에 구비된 카메라나 라이다를 비롯한 다양한 장애물 감지 센서 등으로 이루어진 센서부(12)에서 인식된 후 전송되는 장애물 정보를 수신할 수 있다. 이러한 상기 장애물 정보는 이동 로봇이 이동할 공간 내 위치뿐만 아니라, 해당 공간 중 장애물이 차지하고 있는 크기와 형상 등의 정보를 포함할 수도 있다.

또한, 상기 비용 할당부(120)는, 구획된 영역이 장애물과 가까울수록 상대적으로 높은 비용을 할당하고, 구획된 영역이 장애물로부터 멀리 떨어질수록 상대적으로 낮은 비용을 할당한 후, 그 비용 값을 지도 정보 및 장애물 정보와 함께 저장하여 비용 지도를 생성할 수 있다. 그에 따라, 경로에 포함시킬 수 있는 영역과 회피해야 할 영역에 대한 판단이 각 영역에 할당된 비용을 비교하는 것만으로 가능하게 할 수 있다.

상기 비용 지도 생성모듈(100)에 의해 각 영역마다 비용이 할당된 비용 지도의 일 예로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 장애물에 의해 점유되고 있는 영역에는 가장 높은 비용인 10을 할당하고, 장애물에 의해 점유되고 있는 영역으로부터 멀어질수록 감소된 비용을 할당할 수 있다.

그에 따라, 도 2에서는 장애물에 의해 점유되고 있는 영역으로부터 멀어질수록 비용이 선형적으로 감소하여 가장 멀리 떨어진 영역에는 가장 낮은 비용인 0이 할당되어 비용 지도가 생성되는 것을 나타내고 있다.

이때, 공간 내에 있는 복수의 장애물들(장애물 1 내지 장애물 5) 중 어느 하나와도 거리가 가까울 경우에는 높은 비용이 할당되고, 모든 장애물로부터의 거리가 먼 경우에만 낮은 비용이 할당될 수 있다.

또한, 상기 비용 지도 생성모듈(100)은, 각 영역에 할당되는 비용의 차등 정도를 도 2에 나타난 바와 같이 장애물에 의해 점유되고 있는 영역으로부터 거리가 멀어질수록 비용이 선형적으로 줄어들도록 할당할 수 있음은 물론, 거리가 멀어질수록 비용이 비선형적으로 급격하게 줄어들도록 할당할 수도 있다.

즉. 상기 비용 할당부(120)에서 각 영역에 할당하는 비용은 충돌 가능성이 높은 영역과 그렇지 않은 영역을 구분하기 위함인바, 거리가 멀어질수록 충돌 가능성이 급격히 감소하게 되는 것을 고려할 때, 비용이 급격하게 줄어들도록 할당할 수도 있게 된다.

또한, 상기 비용 할당부(120)는, 장애물에 의해 점유되고 있는 영역으로부터 이격되어 있는 거리를 비용을 차등적으로 할당하기 위한 비용조건으로 설정할 수 있을 뿐만 아니라, 지도의 히트맵 정보, 장애물 인식 결과 등을 비용조건으로 하여 각 영역에 대한 차등적인 비용을 할당할 수도 있다.

상기 다중 경로 생성모듈(200)은, 비용 지도상에 위치하고 있는 이동 로봇을 중심으로 하는 n개(n은 2이상의 정수)의 방향 각각에 대하여 장애물과의 충돌이 없는 최대 직선거리에 위치하는 영역을 n개의 다중 경유점으로 검출하는 다중 경유점 검출부(210)와, 각 다중 경유점을 최초 경유점으로 거치면서 장애물을 회피하여 목적지에 이르는 n개의 다중 경로를 계획하는 다중 경로 계획부(220)를 포함할 수 있다.

이때, 상기 다중 경유점 검출부(210)는, 이동 로봇의 현재 위치에서 이동 가능한 다수의 방향 각각에 대하여 장애물과의 충돌이 없는 최대 직선거리에 위치하는 각 영역들을 다중 경유점으로 검출할 수 있다. 상기 다중 경유점은 하나의 이동 로봇이 진행 방향을 달리 할 경우 각각 경유할 수 있는 복수의 경유점들을 의미한다.

또한, 상기 다중 경유점 검출부(210)에서 검출되는 각 다중 경유점은 다중 경로를 계획하기 위한 최초 경유점으로 작용하게 되므로, 상기 다중 경유점이 검출될 수 있는 공간을 상기 이동 로봇을 중심으로 하는 일정 반경 이내의 거리로 제한할 수 있다.

또한, 상기 다중 경유점 검출부(210)는 장애물과의 충돌이 있는 영역을 피하기 위하여, 상기 비용 지도 상에서 각 영역에 할당된 비용이 장애물에 의해 점유되고 있는 영역을 나타내는 비용 10과, 장애물의 최근접 영역을 나타내는 비용 9보다 낮은 비용, 즉 8 이하의 비용이 할당된 영역을 장애물과의 충돌이 없는 영역으로 설정할 수 있다. 이때, 상기 다중 경유점 검출부(210)에서, 장애물과의 충돌이 없는 영역을 판단하기 위한 비용을 8보다 낮거나 높은 값으로 변경시켜 설정할 수도 있음은 물론이다.

그에 따라, 상기 다중 경유점 검출부(210)는, 도 3에 도시된 바와 같이 이동 로봇을 중심으로 하는 일정 반경의 영역(도 3에서는 이동 로봇 주위의 큰 원으로 표시함) 이내의 거리에서 8개의 방향 각각에 대하여, 비용 지도상에서 비용이 8이하인 영역만을 통과하며 도달할 수 있는 최대 거리에 위치하는 각 영역들을 다중 경유점으로 검출할 수 있다.

도 3에서는 8개의 방향 각각에 대하여 경유점1에서 경유점8이 검출된 것을 나타내고 있으며, 이와 같이 검출된 각 경유점은 이동 로봇이 현재 위치에서 장애물과의 충돌 없이 각 방향으로 이동할 수 있는 최초 경유점을 의미한다.

또한, 상기 다중 경로 계획부(220)는, 상기 각 다중 경유점을 최초 경유점으로 거치면서 장애물을 회피하여 목적지에 이를 수 있는 n개의 다중 경로를 계획할 수 있다. 이때, n개의 다중 경로를 계획하는 것은 이동 로봇이 현재 위치에서 목적지에 도달할 수 있는 경로를 다양한 알고리즘에 기반하여 생성하는 것을 의미한다.

상기 다중 경로는 하나의 이동 로봇이 목적지에 도달할 수 있는 복수의 경로들을 의미하며, 실제 이동 로봇의 이동에 있어서는 상기 최적 경로 선택모듈에서 선택된 어느 하나의 경로를 따라 이동할 수 있게 된다.

이때, 이동 로봇의 현재 위치에서 각 초기 경유점을 경유하여 목적지에 도달할 수 있도록 상기 다중 경로 계획부(220)에서 생성되는 n개의 다중 경로는, 다익스트라(Dijkstra) 알고리즘, 에이스타(A*) 알고리즘, JPS(Jump Point Search) 알고리즘, RRT(Rapidly-exploring Random Tree) 알고리즘 등 로봇이 이동하기 위한 최적의 경로를 생성할 수 있는 다양한 방법들이 이용될 수 있다. 또한, 상기 다중 경로 계획부(220)에서는 다중 경로 각각을 계획함에 있어 Shortening 및 Interpolation 등의 후처리 과정을 수행할 수도 있음은 물론이다.

이와 같이 상기 다중 경로 계획부(220)에 의해 계획되는 다중 경로의 일 예로서, 도 4에 도시된 바와 같이 경유점1을 거친 후 장애물2 및 장애물3 과의 충돌 없이 목적지에 도달하는 경로1과, 경유점2를 거친 후 장애물 2 및 장애물3 과의 충돌 없이 목적지에 도달하는 경로2와, 경유점3을 거친 후 장애물4 및 장애물3 과의 충돌 없이 목적지에 도달하는 경로3과, 경유점4를 거친 후 장애물4 및 장애물3 과의 충돌 없이 목적지에 도달하는 경로4와, 경유점5를 거친 후 장애물5, 장애물2 및 장애물3 과의 충돌 없이 목적지에 도달하는 경로5와, 경유점6을 거친 후 장애물5, 장애물2 및 장애물3 과의 충돌 없이 목적지에 도달하는 경로6과, 경유점7을 거친 후 장애물1, 장애물2 및 장애물3 과의 충돌 없이 목적지에 도달하는 경로7과, 경유점8을 거친 후 장애물2 및 장애물3 과의 충돌 없이 목적지에 도달하는 경로8을 계획할 수 있다.

따라서, 상기 다중 경로 계획부(220)는, 상기 다중 경유점 검출부(210)에서 검출된 다중 경유점의 개수만큼의 복수의 경로를 생성함으로써, 하나의 이동 로봇이 현재 위치에서 목적지에 도달함에 있어 선택할 수 있는 다수의 경로를 생성할 수 있게 된다.

또한, 상기 최적 경로 선택모듈(300)은, 상기 다중 경로 생성모듈에서 생성된 n개의 다중 경로 중에서 경로를 선택하기 위한 비용함수 요소를 결정하는 비용함수 요소 결정부(310)와, 상기 n개의 다중 경로 중 상기 비용함수 요소 결정부에서 결정된 비용함수 요소에 따라 목적지에 이르는 경로를 이동 로봇이 추종할 최적 경로로 선택하는 경로 선택부(320)를 포함할 수 있다.

이때, 상기 비용함수 요소 결정부(310)는, 이동 로봇이 목적지에 도달하기 위한 이동 중 요청되는 주행상황에 따라 다양한 비용함수 요소가 선택되거나, 적어도 두 개 이상의 비용함수 요소의 조합으로 결정할 수 있다.

그에 따라, 상기 비용함수 요소 결정부(310)는 경로 선택을 위한 비용함수 요소로서, 최단거리, 최소 누적 회전, 직전 경로와의 방향 일치도, 로봇이 가리키는 방향과의 방향 일치도, 로봇 구동부의 직전 구동신호와의 방향 일치도, 비용 지도 안정성, 비용 지도 혼잡도 등의 다양한 비용함수 요소 중 하나를 선택하여 결정하거나, 적어도 두 개 이상의 비용함수 요소의 조합으로 결정할 수 있다.

상기 경로 선택부(320)는, 상기 비용함수 요소 결정부(310)에서 선택된 하나의 비용함수 요소 또는 적어도 두 개 이상의 비용함수 요소의 조합에 따라 이동 로봇이 추종할 최적 경로를 선택할 수 있다.

이와 같이 상기 경로 선택부(320)에서는, 하나의 이동 로봇이 현재 위치에서 동일한 목적지에 도달하기 위한 다수의 경로 중 적합한 경로를 간편하게 선택하여 이동 로봇의 경로로 채택할 수 있으므로, 경로의 다양화를 통하여 주행상황에 적합한 경로를 추종하는 이동이 가능하게 된다.

이와 같이 상기 최적 경로 선택모듈(300)에 의해 다중 경로 중 이동 로봇에게 요청되는 주행상황에 적합한 최적 경로를 선택하는 예를 도 5 내지 도 10을 참조하여 설명한다.

먼저, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 이동 로봇에게 요청되는 주행상황이 로봇의 이동거리를 최소화하는 것일 경우에는, 상기 비용함수 요소 결정부(310)에서 최단거리를 비용함수 요소로 결정하고, 상기 경로 선택부(320)는 상기 다중 경로 생성모듈(200)에서 생성된 8개의 다중 경로 중 목적지까지의 거리가 가장 짧은 경로1을 최적 경로로 선택할 수 있다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 이동 로봇에게 요청되는 주행상황이 목적지까지의 경로 중 이동 로봇의 회전을 최소화하는 것일 경우에는, 상기 비용함수 요소 결정부(310)에서 최소 누적 회전을 비용함수 요소로 결정하고, 상기 경로 선택부(320)는 상기 다중 경로 생성모듈(200)에서 생성된 8개의 다중 경로 중 누적 회전 값이 최소가 되는 경로1을 최적 경로로 선택할 수 있다.

또한, 상기 비용함수 요소 결정부(310)에서 비용함수 요소가 최단거리와 최소 누적 회전 두 요소의 조합으로 결정될 경우에는, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 경로 선택부(320)에서 먼저 이동 로봇의 누적 회전 값이 유사한 경로1 내지 경로3을 후보 경로로 선택하고, 이와 같이 선택된 후보 경로 중 목적지에 이르는 거리가 최단거리인 경로1을 최적 경로로 선택할 수 있다.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 이동 로봇에게 요청되는 주행상황이 이동 로봇이 직전에 이동하던 경로의 방향을 최대한 유지하여 자연스러운 주행을 이어갈 수 있게 하고자 하는 것일 경우에는, 상기 비용함수 요소 결정부(310)에서 직전 경로와의 방향 일치도를 비용함수 요소로 결정하고, 상기 경로 선택부(320)는 상기 다중 경로 생성모듈(200)에서 생성된 8개의 다중 경로 중 직전 경로와의 방향 차이가 가장 작은 경로3을 최적 경로로 선택할 수 있다.

예를 들어, 도 7에 도시된 상황에서 이동 로봇이 직전 경로를 주행하던 중 장애물2가 갑자기 나타나게 되어 경로의 수정이 필요할 경우, 비용함수 요소로서 최단거리를 결정한다면 경로1이 최적 경로로 선택될 수 있으므로 이동 로봇은 경로1을 따라 이동하기 위하여 현재 위치에서 방향을 크게 회전하여야 하므로, 자연스러운 주행을 이어나가기 어려울 수 있다.

따라서, 이 경우에는 비용함수 요소로서 최단거리가 아니라 직전 경로와의 방향 일치도를 결정함으로써, 직전 경로와의 방향 차이가 가장 작은 경로3이 최적 경로로 선택될 수 있게 함으로써, 갑작스러운 장애물2의 등장에도 불구하고 자연스러운 주행을 이어가게 할 수 있다.

또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 이동 로봇에게 요청되는 주행상황이 이동 로봇의 진행 방향을 유지하고자 하는 것일 경우에는, 상기 비용함수 요소 결정부(310)에서 로봇이 가리키는 방향과의 방향 일치도를 비용함수 요소로 결정하고, 상기 경로 선택부(320)는 상기 다중 경로 생성모듈(200)에서 생성된 8개의 다중 경로 중 로봇이 가리키는 방향(도 8에서는 원으로 표시된 이동 로봇 내부의 화살표 방향으로 나타냄)과의 차이가 가장 작은 경로2를 최적 경로로 선택할 수 있다.

이동 로봇의 주행 중 진행 방향이 반복하여 바뀌면 로봇의 움직임이 부자연스럽기 때문에, 자연스러운 움직임을 위하여 다음 경로를 선택할 때 로봇의 진행 방향의 변화를 최소화하고자 하는 경우에 선택될 수 있다.

또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 이동 로봇에게 요청되는 주행상황이 좌우 회전을 최소화하고자 하는 것일 경우에는, 상기 비용함수 요소 결정부(310)에서 로봇 구동부의 직전 구동신호와의 방향 일치도를 비용함수 요소로 결정하고, 상기 경로 선택부(320)는 로봇 구동부의 직전 구동신호를 활용하여 이동 로봇이 좌회전을 하고 있었다면 경로1을 최적 경로로 선택하고, 이동 로봇이 우회전을 하고 있었다면 경로2 또는 경로3을 최적 경로로 선택할 수 있다.

즉, 이동 로봇이 우회전하고 있던 중인 경우 좌측에 있는 경로가 선택되면 좌측으로 회전해야 하므로 주행이 부자연스럽게 될 수 있다. 따라서 이와 같은 경우에는 이동 로봇이 회전하고 있던 방향에 있는 경로(우회전 중인 경우에는 우측에 있는 경로, 좌회전 중인 경우에는 좌측에 있는 경로) 중 최적 경로를 선택하여 주행을 이어가게 함으로써, 자연스러운 주행을 구현할 수 있다.

또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 이동 로봇에게 요청되는 주행상황이 장애물로부터의 안전거리가 확보된 영역을 우선적으로 주행하고자 할 경우에는, 상기 비용함수 요소 결정부(310)에서 비용지도의 안전성 또는 비용지도의 혼잡도를 비용함수 요소로 결정하고, 상기 경로 선택부(320)는 비용지도상의 각 영역에 매칭되어 있는 비용 값을 참고하여 각 경로를 따라 주행할 경우의 누적 또는 평균 비용 값을 계산하여 비용이 최소인 경로를 최적 경로로 선택할 수 있다. 또한, 상기 경로 선택부(320)는 각 경로 근처에 있는 영역에 매칭되어 있는 비용 값을 참고하여 각 경로를 따라 주행할 경우의 누적 또는 평균 비용 값을 계산하여 비용이 최소인 경로를 선택할 수도 있다.

이와 같이 상기 다중 경로 생성모듈(200)에서 하나의 이동 로봇이 현재 위치에서 목적지에 가기 위한 n개의 다중 경로를 생성하고, 상기 최적 경로 선택모듈(300)에서는 비용함수 요소를 변경하는 것만으로도 이미 생성되어 있는 n개의 다중 경로 중 이동 로봇에게 요구되는 다양한 주행상황에 적합한 최적 경로를 선택할 수 있다.

상기 경로 제어모듈(400)은, 상기 최적 경로 선택모듈(300)에서 선택된 최적 경로를 따라 목적지에 도달할 수 있도록, 이동 로봇의 좌회전과 우회전 또는 직진 구동 여부를 제어하는 제어신호를 생성하여 상기 이동 로봇(10)에 구비된 로봇 구동부(14)로 전송할 수 있다.

다음에는 도 11을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 이동 로봇의 다중 경로 생성 방법을 설명한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 이동 로봇의 다중 경로 생성 방법은, 다수의 영역으로 구획된 공간에 대한 지도 정보와 공간 내의 장애물 정보를 이용하여 각 영역에 장애물과의 거리에 따라 비용이 차등적으로 할당된 비용 지도를 생성하는 비용 지도 생성단계(S100)와, 이동 로봇을 중심으로 하는 n개의 방향 각각에 대하여 일정 반경 이내의 공간에서 장애물과의 충돌이 없는 최대 직선거리에 위치하는 n개의 다중 경유점을 검출하고 각 다중 경유점을 최초 경유점으로 거치면서 목적지에 이르는 n개의 다중 경로를 계획하는 다중 경로 생성단계(S200)와, 계획된 n개의 다중 경로 중 미리 설정된 비용함수 요건을 만족하는 경로를 최적 경로로 선택하는 최적 경로 선택단계(S300)와, 선택된 최적 경로를 추종하여 목적지에 이르도록 상기 이동 로봇을 제어하는 제어신호를 상기 이동 로봇의 로봇 구동부로 전송하는 경로 제어단계(S400)를 포함할 수 있다.

상기 비용 지도 생성단계(S100)는, 이동 로봇이 이동할 수 있는 공간을 다수의 영역으로 구획한 지도 정보와 공간 내에 위치하고 있는 장애물 정보를 수신하여 저장하는 정보 수신과정(S110)과, 구획된 각 영역이 장애물로부터 떨어져 있는 정도에 따라 비용을 차등적으로 할당한 후 각 영역에 매칭시켜 비용 지도를 생성하는 비용 할당과정(S120)을 포함할 수 있다.

이와 같이 상기 비용 지도 생성단계(S100)에서 생성된 비용 지도는 별도의 메모리 등의 저장수단에 저장되어, 상기 다중 경로 생성단계(S200)에서의 다중 경유점 검출과 다중 경로 생성을 위해 이용될 수 있다.

이때 상기 정보 수신과정(S110)에서는, 이동 로봇에 구비된 카메라나 라이다를 비롯한 다양한 장애물 감지 센서 등으로 이루어진 센서부에서 인식된 후 전송되는 장애물 정보를 수신할 수 있다. 이러한 상기 장애물 정보는 이동 로봇이 이동할 공간 내 위치뿐만 아니라, 해당 공간 중 장애물이 차지하고 있는 크기와 형상 등의 정보를 포함할 수도 있다.

또한, 상기 비용 할당과정(S120)에서는, 구획된 영역이 장애물과 가까울수록 높은 비용을 할당하고, 구획된 영역이 장애물로부터 멀리 떨어질수록 낮은 비용을 할당한 후, 그 비용 값을 지도 정보 및 장애물 정보와 함께 저장하여 비용 지도를 생성할 수 있다. 그에 따라, 경로에 포함시킬 수 있는 영역과 회피해야 할 영역에 대한 판단이 각 영역에 할당된 비용을 비교하는 것만으로 가능하게 할 수 있다.

상기 비용 지도 생성단계(S100)에서 생성되는 비용 지도의 일 예로서, 장애물에 의해 점유되고 있는 영역에는 가장 높은 비용인 10을 할당하고, 장애물에 의해 점유되고 있는 영역으로부터 멀어질수록 감소된 비용을 할당할 수 있다.

또한, 상기 비용 할당과정(S120)에서는, 장애물에 의해 점유되고 있는 영역으로부터 이격되어 있는 거리를 비용을 차등적으로 할당하기 위한 비용조건으로 설정할 수 있을 뿐만 아니라, 지도의 히트맵 정보, 장애물 인식 결과 등을 비용조건으로 하여 각 영역에 대한 차등적인 비용을 할당할 수도 있다.

상기 다중 경로 생성단계(S200)는, 비용 지도상에 위치하고 있는 이동 로봇을 중심으로 하는 n개(n은 2이상의 정수)의 방향 각각에 대하여 장애물과의 충돌이 없는 최대 직선거리에 위치하는 영역을 n개의 다중 경유점으로 검출하는 다중 경유점 검출과정(S210)과, 각 다중 경유점을 최초 경유점으로 거치면서 장애물을 회피하여 목적지에 이르는 n개의 다중 경로를 계획하는 다중 경로 계획과정(S220)을 포함할 수 있다.

이때, 상기 다중 경유점 검출과정(S210)에서는, 이동 로봇의 현재 위치에서 이동 가능한 다수의 방향 각각에 대하여 장애물과의 충돌이 없는 최대 직선거리에 위치하는 각 영역들을 다중 경유점으로 검출할 수 있다.

또한, 상기 다중 경유점 검출과정(S210)에서 검출되는 각 다중 경유점은 다중 경로를 계획하기 위한 최초 경유점으로 작용하게 되므로, 상기 다중 경유점이 검출될 수 있는 공간을 상기 이동 로봇을 중심으로 하는 일정 반경 이내의 거리로 제한할 수 있다.

또한, 상기 다중 경유점 검출과정(S210)에서는 장애물과의 충돌이 있는 영역을 피하기 위하여, 상기 비용 지도 상에서 각 영역에 할당된 비용이 장애물에 의해 점유되고 있는 영역을 나타내는 비용 10과, 장애물의 최근접 영역을 나타내는 비용 9보다 낮은 비용, 즉 8 이하의 비용이 할당된 영역을 장애물과의 충돌이 없는 영역으로 설정할 수 있다. 이때, 상기 다중 경유점 검출과정(S210)에서, 장애물과의 충돌이 없는 영역을 판단하기 위한 비용을 8보다 낮거나 높은 값으로 변경시켜 설정할 수도 있음은 물론이다.

또한, 상기 다중 경로 계획과정(S220)에서는, 상기 각 다중 경유점을 최초 경유점으로 거치면서 장애물을 회피하여 목적지에 이를 수 있는 n개의 다중 경로를 계획할 수 있다. 이때, n개의 다중 경로를 계획하는 것은 이동 로봇이 현재 위치에서 목적지에 도달할 수 있는 경로를 다양한 알고리즘에 기반하여 생성하는 것을 의미한다.

이때, 이동 로봇의 현재 위치에서 각 초기 경유점을 경유하여 목적지에 도달할 수 있도록 상기 다중 경로 계획과정(S220)에서 생성되는 n개의 다중 경로는, 다익스트라(Dijkstra) 알고리즘, 에이스타(A*) 알고리즘, JPS(Jump Point Search) 알고리즘, RRT(Rapidly-exploring Random Tree) 알고리즘 등 로봇이 이동하기 위한 최적의 경로를 생성할 수 있는 다양한 방법들이 이용될 수 있다. 또한, 상기 다중 경로 계획과정(S220)에서는 다중 경로 각각을 계획함에 있어 Shortening 및 Interpolation 등의 후처리 과정을 수행할 수도 있음은 물론이다.

이와 같이, 상기 다중 경로 계획과정(S220)에서는, 상기 다중 경유점 검출과정(S210)에서 검출된 다중 경유점의 개수만큼의 복수의 경로를 생성함으로써, 하나의 이동 로봇이 현재 위치에서 목적지에 도달함에 있어 선택할 수 있는 다수의 경로를 생성할 수 있게 된다.

또한, 상기 최적 경로 선택단계(S300)는, 상기 다중 경로 생성단계에서 생성된 n개의 다중 경로 중에서 경로를 선택하기 위한 비용함수 요소를 결정하는 비용함수 요소 결정과정(S310)과, 상기 비용함수 요소 결정과정에서 결정된 비용함수 요소에 따라 이동 로봇이 추종할 최적 경로를 상기 n개의 다중 경로 중에서 선택하는 경로 선택과정(S320)을 포함할 수 있다.

이때, 상기 비용함수 요소 결정과정(S310)에서는, 이동 로봇이 목적지에 도달하기 위한 이동 중 요청되는 주행상황에 따라 다양한 비용함수 요소가 선택되거나, 적어도 두 개 이상의 비용함수 요소의 조합으로 결정할 수 있다.

그에 따라, 상기 비용함수 요소 결정과정(S310)에서는 경로 선택을 위한 비용함수 요소로서, 최단거리, 최소 누적 회전, 직전 경로와의 방향 일치도, 로봇이 가리키는 방향과의 방향 일치도, 로봇 구동부의 직전 구동신호와의 방향 일치도, 비용 지도 안정성, 비용 지도 혼잡도 등의 다양한 비용함수 요소 중 하나를 선택하여 결정하거나, 적어도 두 개 이상의 비용함수 요소의 조합으로 결정할 수 있다.

또한, 상기 경로 선택과정(S320)에서는, 상기 비용함수 요소 결정과정에서 선택된 하나의 비용함수 요소 또는 적어도 두 개 이상의 비용함수 요소의 조합에 따라 이동 로봇이 추종할 최적 경로를 선택할 수 있다.

이와 같이 상기 경로 선택과정(S320)에서는, 하나의 이동 로봇이 현재 위치에서 동일한 목적지에 도달하기 위한 다수의 경로 중 적합한 경로를 간편하게 선택하여 이동 로봇의 경로로 채택할 수 있으므로, 경로의 다양화를 통하여 주행상황에 적합한 경로를 추종하는 이동이 가능하게 된다.

상기 경로 제어단계(S400)에서는, 상기 최적 경로 선택단계에서 선택된 최적 경로를 따라 목적지에 도달할 수 있도록, 이동 로봇의 좌회전과 우회전 또는 직진 구동 여부를 제어하는 제어신호를 생성하여 상기 이동 로봇에 구비된 로봇 구동부로 전송할 수 있다.

이와 같이 상기 다중 경로 생성단계에서 하나의 이동 로봇이 현재 위치에서 목적지에 가기 위한 n개의 다중 경로를 생성하고, 상기 최적 경로 선택에서 비용함수 요소를 변경하는 것만으로도 이미 생성되어 있는 n개의 다중 경로 중 이동 로봇에게 요구되는 다양한 주행상황에 적합한 최적 경로를 선택할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 이동 로봇
12 : 센서부 14 : 로봇 구동부
100 : 비용 지도 생성모듈
110 : 정보 수신부 120 : 비용 할당부
200 : 다중 경로 생성모듈
210 : 다중 경유점 검출부 220 : 다중 경로 계획부
300 : 최적 경로 선택모듈
310 : 비용함수 요소 결정부 320 : 경로 선택부
400 : 경로 제어모듈

Claims

다수의 영역으로 구획된 공간에 대한 지도 정보와 공간 내의 장애물 정보를 이용하여, 각 영역에 장애물과의 거리에 따라 비용이 차등적으로 할당된 비용 지도를 생성하는 비용 지도 생성모듈;
이동 로봇을 중심으로 하는 n개의 방향 각각에 대하여 장애물과의 충돌이 없는 최대 직선거리에 위치하는 n개의 다중 경유점을 검출하고, 각 다중 경유점을 최초 경유점으로 거치면서 목적지에 이르는 n개의 다중 경로를 계획하는 다중 경로 생성모듈;
계획된 n개의 다중 경로 중 미리 설정된 비용함수 요건을 만족하는 경로를 최적 경로로 선택하는 최적 경로 선택모듈; 및
선택된 최적 경로를 추종하여 목적지에 이르도록 상기 이동 로봇을 제어하는 제어신호를 상기 이동 로봇의 로봇 구동부로 전송하는 경로 제어모듈;
을 포함하는 이동 로봇의 다중 경로 생성 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 비용 지도 생성모듈은,
이동 로봇이 이동할 수 있는 공간을 다수의 영역으로 구획한 지도 정보와, 공간 내에 위치하고 있는 장애물 정보를 수신하여 저장하는 정보 수신부; 및
구획된 각 영역이 장애물로부터 떨어져 있는 정도에 따라 비용을 차등적으로 할당한 후 각 영역에 매칭시켜 비용 지도를 생성하는 비용 할당부;
를 포함하는 이동 로봇의 다중 경로 생성 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 비용 할당부는,
구획된 영역이 장애물과 가까울수록 상대적으로 높은 비용을 할당하고, 구획된 영역이 장애물로부터 멀어질수록 비용을 선형적으로 감소시켜 가장 멀리 떨어진 영역에는 가장 낮은 비용을 할당한 후, 그 비용 값을 지도 정보 및 장애물 정보와 함께 저장하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 다중 경로 생성 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 비용 할당부는,
구획된 영역이 장애물과 가까울수록 상대적으로 높은 비용을 할당하고, 구획된 영역이 장애물로부터 멀어질수록 비용을 비선형적으로 급격하게 감소시켜 상대적으로 낮은 비용을 할당한 후, 그 비용 값을 지도 정보 및 장애물 정보와 함께 저장하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 다중 경로 생성 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 비용 할당부는,
장애물에 의해 점유되고 있는 영역으로부터 이격되어 있는 거리, 지도의 히트맵 정보 또는 장애물 인식 결과에 따라 각 영역에 대하여 차등적인 비용을 할당하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 다중 경로 생성 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 다중 경로 생성모듈은,
비용 지도상에 위치하고 있는 이동 로봇을 중심으로 하는 n개(n은 2이상의 정수)의 방향 각각에 대하여 장애물과의 충돌이 없는 최대 직선거리에 위치하는 영역을 n개의 다중 경유점으로 검출하는 다중 경유점 검출부; 및
각 다중 경유점을 최초 경유점으로 거치면서 장애물을 회피하여 목적지에 이르는 n개의 다중 경로를 계획하는 다중 경로 계획부;
를 포함하는 이동 로봇의 다중 경로 생성 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 다중 경유점 검출부는,
상기 다중 경유점이 검출될 수 있는 공간을 상기 이동 로봇을 중심으로 하는 일정 반경 이내의 거리로 제한하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 다중 경로 생성 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 최적 경로 선택모듈은,
상기 다중 경로 생성모듈에서 생성된 n개의 다중 경로 중에서 경로를 선택하기 위한 비용함수 요소를 결정하는 비용함수 요소 결정부; 및
상기 n개의 다중 경로 중 상기 비용함수 요소 결정부에서 결정된 비용함수 요소에 따라 목적지에 이르는 경로를 이동 로봇이 추종할 최적 경로로 선택하는 경로 선택부;
를 포함하는 이동 로봇의 다중 경로 생성 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 비용함수 요소 결정부는,
경로 선택을 위한 비용함수 요소로서, 최단거리, 최소 누적 회전, 직전 경로와의 방향 일치도, 로봇이 가리키는 방향과의 방향 일치도, 로봇 구동부의 직전 구동신호와의 방향 일치도, 비용 지도 안정성, 비용 지도 혼잡도 중 하나를 선택하여 결정하거나, 적어도 두 개 이상의 비용함수 요소를 선택하여 그 조합으로 결정하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 다중 경로 생성 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 이동 로봇에게 요청되는 주행상황이 로봇의 이동거리를 최소화하는 것일 경우, 상기 비용함수 요소 결정부는 최단거리를 비용함수 요소로 결정하고, 상기 경로 선택부는 상기 다중 경로 생성모듈에서 생성된 n개의 다중 경로 중 목적지까지의 거리가 가장 짧은 경로를 최적 경로로 선택하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 다중 경로 생성 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 이동 로봇에게 요청되는 주행상황이 목적지까지의 경로 중 이동 로봇의 회전을 최소화하는 것일 경우, 상기 비용함수 요소 결정부는 최소 누적 회전을 비용함수 요소로 결정하고, 상기 경로 선택부는 상기 다중 경로 생성모듈에서 생성된 n개의 다중 경로 중 누적 회전 값이 최소가 되는 경로를 최적 경로로 선택하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 다중 경로 생성 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 이동 로봇에게 요청되는 주행상황이 자연스러운 주행을 위해 이동 로봇이 직전에 이동하던 경로의 방향을 유지할 수 있게 하는 것일 경우, 상기 비용함수 요소 결정부는 직전 경로와의 방향 일치도를 비용함수 요소로 결정하고, 상기 경로 선택부는 상기 다중 경로 생성모듈에서 생성된 n개의 다중 경로 중 직전 경로와의 방향 차이가 가장 작은 경로를 최적 경로로 선택하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 다중 경로 생성 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 이동 로봇에게 요청되는 주행상황이 이동 로봇의 진행 방향을 유지하고자 하는 것일 경우, 상기 비용함수 요소 결정부는 로봇이 가리키는 방향과의 방향 일치도를 비용함수 요소로 결정하고, 상기 경로 선택부는 상기 다중 경로 생성모듈에서 생성된 n개의 다중 경로 중 로봇이 가리키는 방향과의 차이가 가장 작은 경로를 최적 경로로 선택하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 다중 경로 생성 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 이동 로봇에게 요청되는 주행상황이 좌우 회전을 최소화하고자 하는 것일 경우, 상기 비용함수 요소 결정부는 로봇 구동부의 직전 구동신호와의 방향 일치도를 비용함수 요소로 결정하고, 상기 경로 선택부는 로봇 구동부의 직전 구동신호를 활용하여 이동 로봇이 좌회전을 하고 있었다면 좌측에 있는 경로를 최적 경로로 선택하고, 이동 로봇이 우회전을 하고 있었다면 우측에 있는 경로를 최적 경로로 선택하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 다중 경로 생성 장치.
다수의 영역으로 구획된 공간에 대한 지도 정보와 공간 내의 장애물 정보를 이용하여, 각 영역에 장애물과의 거리에 따라 비용이 차등적으로 할당된 비용 지도를 생성하는 비용 지도 생성단계;
이동 로봇을 중심으로 하는 n개의 방향 각각에 대하여 장애물과의 충돌이 없는 최대 직선거리에 위치하는 n개의 다중 경유점을 검출하고, 각 다중 경유점을 최초 경유점으로 거치면서 목적지에 이르는 n개의 다중 경로를 계획하는 다중 경로 생성단계;
계획된 n개의 다중 경로 중 미리 설정된 비용함수 요건을 만족하는 경로를 최적 경로로 선택하는 최적 경로 선택단계; 및
선택된 최적 경로를 추종하여 목적지에 이르도록 상기 이동 로봇을 제어하는 제어신호를 상기 이동 로봇의 로봇 구동부로 전송하는 경로 제어단계;
를 포함하는 이동 로봇의 다중 경로 생성 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 비용 지도 생성단계는,
이동 로봇이 이동할 수 있는 공간을 다수의 영역으로 구획한 지도 정보와 공간 내에 위치하고 있는 장애물 정보를 수신하여 저장하는 정보 수신과정; 및
구획된 각 영역이 장애물로부터 떨어져 있는 정도에 따라 비용을 차등적으로 할당한 후 각 영역에 매칭시켜 비용 지도를 생성하는 비용 할당과정;
을 포함하는 이동 로봇의 다중 경로 생성 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 다중 경로 생성단계는,
비용 지도상에 위치하고 있는 이동 로봇을 중심으로 하는 n개(n은 2이상의 정수)의 방향 각각에 대하여 장애물과의 충돌이 없는 최대 직선거리에 위치하는 영역을 n개의 다중 경유점으로 검출하는 다중 경유점 검출과정; 및
각 다중 경유점을 최초 경유점으로 거치면서 장애물을 회피하여 목적지에 이르는 n개의 다중 경로를 계획하는 다중 경로 계획과정;
을 포함하는 이동 로봇의 다중 경로 생성 방법.
청구항 17에 있어서,
상기 다중 경유점 검출과정에서는,
상기 다중 경유점이 검출될 수 있는 공간을 상기 이동 로봇을 중심으로 하는 일정 반경 이내의 거리로 제한하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇의 다중 경로 생성 방법.
청구항 17에 있어서,
상기 최적 경로 선택단계는,
상기 다중 경로 생성단계에서 생성된 n개의 다중 경로 중에서 경로를 선택하기 위한 비용함수 요소를 결정하는 비용함수 요소 결정과정; 및
상기 비용함수 요소 결정과정에서 결정된 비용함수 요소에 따라 이동 로봇이 추종할 최적 경로를 상기 n개의 다중 경로 중에서 선택하는 경로 선택과정;
을 포함하는 이동 로봇의 다중 경로 생성 방법.
청구항 18에 있어서,
상기 비용함수 요소 결정과정에서는 경로 선택을 위한 비용함수 요소로서, 최단거리, 최소 누적 회전, 직전 경로와의 방향 일치도, 로봇이 가리키는 방향과의 방향 일치도, 로봇 구동부의 직전 구동신호와의 방향 일치도, 비용 지도 안정성, 비용 지도 혼잡도 중 하나를 선택하여 결정하거나, 적어도 두 개 이상의 비용함수 요소를 선택하여 그 조합으로 결정하는 것을 특징으로 하는 포함하는 이동 로봇의 다중 경로 생성 방법.