KR100264719B1 - 차량의위치를테스트하기위한측정시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수의 광학적 비컨(6,7)과, 그 비컨(6 혹은 7)의 감지시에 신호를 발하도록 차량(1)에 장착되는 감지 기구(10)와, 그 감지 기구(10)로 부터의 정보를 바탕으로 하여 차량의 바람직한 위치에 대한 차량의 이탈된 정도와 차량의 구동 방향을 계산하기 위한 처리 유닛(14)을 구비하는, 차량(1)의 위치를 테스트하기 위한 측정 시스템에 관한 것으로, 상기 감지 기구(10)는 거의 구동 방향을 향하는 제 1 카메라(11)와, 차량(1)에 의해 진행된 경로가 연장하는 평면에서 수직인 방향을 향하는 제 2 카메라(12)로 이루어진 2개의 카메라(11,12)를 구비하며, 상기 비컨(6)들중 하나 이상의 비컨은 차량(1)이 거의 바람직한 경로(2)를 따라 이동하는 중에 감지 기구(10)에 의해 차량(1)의 구동 방향으로 관찰 가능하도록 배치되며, 반면, 바람직한 경로(2)를 따르면서도 전술한 바의 경로를 포함하는 평면에 대해 수직인 방향으로 관찰되는 다른 하나 이상의 비컨(7)은 상기 제 2 카메라(12)가 상기 평면에 대해 상방 혹은 하방을 향하는가에 따라 감지 기구(10) 보다 높거나 낮게 배치된다.

Description

차량의 위치를 테스트하기 위한 측정 시스템{MEASURING SYSTEM FOR TESTING THE POSITION OF A VEHICLE AND SENSING DEVICE THEREFORE}

본 발명은 소망의 위치 변동과 관련하여, 제어 시스템에 의해, 소정 영역 내에서 명확히 설정된 경로를 따라 조향되는 차량, 특히 무인 구동 차량의 실제 위치를 테스트하기 위한 측정 시스템에 관한 것이다.

그러한 측정 시스템은 예컨대, 차량에 탑재되어 내부 신호를 발신하는 센서를 구비하며, 차량의 실제 위치는 상기 내부 신호로부터 처리 유닛에 의해 결정될 수 있다. 소망의 경로에 관한 입력 정보의 비교를 통해, 상기 제어 시스템은 소망의 경로를 따라 차량을 조향할 수 있다.

그러나, 전술된 측정 시스템은 충분한 정도의 정밀도를 보장할 수 없는데, 그것은 각각의 새로운 위치가 이전의 위치에 대해 계산됨에 따라 사실상 모든 위치는 알려진 한 곳의 위치로부터 시작하여 결정되기 때문이다. 일정 시간이 경과되고 나면, 소망의 경로에 대해 상당한 이탈이 일어날 수 있다.

외부 정보로부터 소정의 위치를 결정하도록 하는 측정 시스템들이 공지된 바 있다.

그러한 측정 시스템은 유럽 특허 출원 공개 제0.185.816호에 설명되고 있다. 이 측정 시스템은 반사경들에 의해 형성된 다수의 비컨(beacon)을 구비하며, 그 비컨은 광학 코드를 구비하고 감지 기구의 높이로 소정 영역에 설치된다. 차량에 장착되는 감지 기구는 회전 레이저 스캐너를 구비한다. 처리 유닛은 2개의 반사경에 의해 반사된 레이저광으로부터 작동 개시되어 삼각 측량에 의해 차량의 실제 위치를 결정한다. 제어 기구는 이러한 알고 있는 실제 위치 및 알고 있는 소망의 위치로부터 시작하여 차량을 소망의 위치로 진행시킬 수 있다.

감지 유닛은 회전 레이저 빔 광원을 이용하고 있기 때문에 고가의 비용이 소요됨은 물론 마모 및 손상에 노출되기 쉽다. 처리 유닛은 실제 위치의 계산을 위해 삼각 측량을 이용하며, 비컨들은 코드를 갖추고 있어야 한다. 이러한 모든 것들은 측정 시스템을 복잡화시킨다.

또한, 차량의 방향성은 측정되지 않으며, 다만 위치 결정 결과를 바탕으로 하여 계산될 뿐이다.

본 발명은 차량의 위치를 테스트하기 위한 측정 시스템에 있어 전술한 바의 단점 및 다른 단점들을 수반하지 않고, 소망의 경로로부터 차량이 이탈되는 것을 정확하게 결정할 수 있으면서도, 회전 부재들을 구비하지 않는 간단한 측정 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적은 차량의 위치를 테스트하기 위한 본 발명에 따른 측정 시스템에 의해 달성되며, 본 발명의 측정 시스템은 다수의 광학적 비컨과, 그 비컨의 탐지시에 신호를 발하도록 차량에 장착되는 감지 기구와, 그 감지 기구로부터의 정보를 바탕으로 하여 소망의 위치에 대한 차량의 이탈된 정도와 차량의 구동 방향을 계산하기 위한 처리 유닛을 구비하며, 상기 감지 기구는 차량에 장착된 2개의 카메라 즉, 거의 구동 방향을 향하는 제1 카메라와, 차량 작동 경로가 연장되는 평면에서 수직인 방향을 향하는 제2 카메라로 이루어진 그러한 2개의 카메라를 구비하며, 상기 비컨들중 하나 이상의 비컨은 차량이 거의 소망의 경로를 따라 이동하는 중에 감지 기구에 의해 차량의 구동 방향으로 관찰 가능하도록 배치되며, 반면, 소망의 경로를 따르면서도 전술한 바의 경로를 포함하는 평면에 대해 수직인 방향으로 관찰되는 다른 하나 이상의 비컨은 상기 제2 카메라가 상기 평면에 대해 상방 혹은 하방을 향하는가에 따라 감지 기구 보다 높거나 낮게 배치된다.

제어 시스템은 처리 유닛으로부터의 정보를 바탕으로 하여 차량을 소망의 경로를 따라 조향할 수 있다.

이러한 측정 시스템의 적용은 예를 들어, 센서를 차량에 배치한 전통적인 측정 시스템을 갖춘 제어 요소가 작동되지 않을 때 이를 테면 그때 마다 일시적으로 적용될 수 있고, 또는 그렇지 않으면 전통적인 측정 시스템의 부정확성으로 인해 야기된 소망의 경로로부터의 이탈 상태를 바로잡기 위해 이따금씩 부가적으로 제어를 수행하기 위해 적용될 수 있다.

따라서, 상기 제어 시스템은 펄스 발생기와 포텐쇼미터(potentiometer;전위차계) 등의 전통적인 측정 장치를 갖추고 차량에 장착되는 전통적인 측정 시스템을 구비할 수도 있다. 이러한 전통적인 측정 시스템의 처리 유닛은 동시에 본 발명에 따른 측정 시스템의 일부일 수 있다. 이 경우, 통상의 처리 유닛은 소망의 경로로 부터의 이탈 정도를 계산하기 위해 상기 전통적인 측정 장치로부터의 정보와 감지 기구로부터의 정보를 동시에 혹은 순차적으로 이용할 수 있다.

상기 카메라들은 달리 말해 "랜덤 액세스" 방식인 것이 바람직하다.

비컨들은 반사경일 수 있다.

이 경우, 상기 카메라들은 외계광(外界光)으로부터의 교란을 배제하기 위해 그 카메라들이 쉽게 감지하는 투광기(投光機)와 같은 자체의 광원을 구비할 수 있다.

본 발명은 본 발명에 따른 측정 시스템에 사용되도록 정해진 감지 기구에 관한 것이기도 한데, 그 감지 기구는 처리 유닛에 접속될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.

본 발명에 있어 본 발명의 특징을 보다 잘 나타내기 위해, 이후에는 본 발명의 따른 측정 시스템 및 감지 기구의 바람직한 실시예를, 그것에 한정되는 의미를 담지 않고, 첨부된 도면을 참조로 하여 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 측정 시스템을 갖춘 차량의 경로를 개략적으로 나타낸 도면.

도 2는 도 1의 측정 시스템의 블록도.

도 3은 도 1의 차량을 개략적으로 도시한 평면도.

도 4,5는 도 1의 측정 시스템에 있는 2개의 개별 카메라에 의한 감지 작용을 개략적으로 도시한 사시도.

도 6은 도 3의 차량을 도시하는 사시도.

도 7은 도 1의 측정 시스템의 감지 기구를 도시한 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 차량

2: 경로

6,7: 비컨

10: 감지 기구

11,12: 카메라

도 1,2에 도시된 바와 같이, 소정의 무인 차량(1)은 예를 들면 창고와 같은 소정의 영역(3) 내에서, 본 발명에 따른 측정 시스템(5)으로부터의 신호를 수신하는 기구인, 공지되어 있는 관계로 더 이상 언급되지 않는 제어 기구(4)에 의해 명확한 경로(2)를 따라 진행되며, 본 발명의 측정 시스템(5)은 다수의 광학적 비컨(6,7)을 구비하며, 이때 하나 혹은 그 이상의 비컨(6)은 경로상의 평면에 수직한 소정의 지지부에 부착되어 있고, 하나 혹은 그 이상의 비컨(7)은 경로상의 평면에 거의 평행하게 연장하는 소정의 지지부에 부착되며 상기 경로상에 혹은 그 위쪽으로 위치되어 있다.

경로상의 평면은 차량(1)이 추적 주행되는 경로가 연장하는 평면, 다시 말하면 이 경로의 추적이 이루어지는 동안 차량의 구동 방향이 정해지게 되는 구동 평면을 말한다. 차량(1)에 의해 실제 주행된 경로는 주행 조종에 의해 거의 소망의 경로(2)에 일치한다. 소망의 경로(2)와 실제 경로는 동일 평면에 위치된다.

예시로서 나타낸 바와 같이, 소정 영역(3)이 창고인 경우, 경로(2)상의 전술된 평면은 바닥에 평행하게 연장한다. 비컨(6)용 지지부는 따라서 창고의 벽(8)에 의해 형성될 수 있는 반면, 다른 비컨(7)의 지지부는 전술된 바 있는 바닥 혹은 천장(9)에 의해 형성될 수 있다.

도 1,2에 도시된 실시예에서, 측정 시스템(5)은 경로(2)의 연장 구간에 있는 2개의 대향 측벽(8)에 각기 부착되는 2개의 비컨(6)과, 창고의 천장(9)에 부착되는 2개의 다른 비컨(7)을 구비한다.

이들 비컨(6,7)들은 그들이 부착되는 지지부에 평행한 평면상에 있는 평평한 반사경이다. 상기 비컨들은 예를 들어 호형이면서 백색의 요소이다.

측정 시스템(5)은, 도 7에 상세히 도시된 바와 같이 2개의 카메라(11,12)를 구비하고 상기 비컨(6,7)과 공동 작용하는 감지 기구(10)를 추가로 구비한다.

2개의 카메라(11,12) 모두는 차량(1)에 고정되고 그리고 서로에 대해 고정된 관계로 설치되는 것이 바람직하다.

제1 카메라(11)는 차량(1)의 구동 방향을 향하며, 따라서 도시된 바로는 실질적으로 수평 방향을 향한다. 이러한 구동 방향은 이행(移行) 속도의 벡터 방향과 같다.

전술된 비컨(6)은 실질적으로 상기 카메라(11)의 높이에 배치된다.

제2 카메라(12)는 경로(2)상의 평면에서 수직인 방향을 향하며, 따라서 도시된 바로는 바닥과 천장(9)을 가로지르는 방향을 향하거나 혹은 실질적으로 연직 상방의 수직 방향을 향한다. 이 방향은 차량(1)의 회전 속도 벡터와 일치한다.

카메라의 방향은 도 6,7에서 화살표로 지시된다.

각각의 카메라(11,12)는 도시된 바에 따르면 수상기(受像機;image receptor), 렌즈, 및 자체 적외선 광원으로 구성된다.

상기 수상기는 X-방향으로 6 ㎒의 주파수이고 Y-방향으로 500 ㎒인 주파수를 나타내고 512 X 512 의 화소를 갖는 화소(畵素)-어드레스 방식, 즉 다시 말해 "랜덤 액세스" 방식의 수상기인 것이 바람직하다.

카메라(11)의 렌즈는 줌 렌즈인 것이 바람직한 반면에 다른 카메라(12)의 렌즈는 촛점 거리가 고정된다.

적외선 광원은 예를 들면, 수상기 둘레에 있는 파장 880 ㎚의 코로나 발광 소자(LED corona)이다.

2개의 카메라(11,12)는 차량(1)에 부착된 하우징(13)에 위치되며, 도 7에 도시 생략된 하우징의 전방 및 상부는 적외선 투과 플렉시글라스(flexiglass)로 제조된다. 플렉시글라스는 카메라를 보호하기 위한 부재로서만이 아니라, 가시 광선의 상당 부분을 차단하는 필터로서 형성된다.

이 하우징에 의해, 차량(1)이 차가운 구역을 통과할 때, 카메라(11,12)의 렌즈가 응축되는 것이 방지된다.

결국, 측정 시스템(5)은, 적당한 소프트웨어를 갖추고 있는 컴퓨터에 의해 구성되며 감지 기구(10)에 접속된 처리 유닛(14)을 구비한다.

이 처리 유닛(14)은 이후에 추가로 설명될 방법으로, 카메라(11,12)로부터의 이미지 정보에 따라, 소망의 경로에서 차량(1)의 구동 방향과 위치 이탈 정도를 계산할 수 있다.

처리 유닛(14)은 또한 차량(1)에 장착된 측정 장치(15)를 갖춘 전통적인 측정 시스템의 일부이기도 한데, 상기 측정 장치는 처리 유닛(14)이 소망의 경로에서의 차량(1)의 구동 방향과 실제 위치를 결정할 수 있도록 하는 내부 정보를 전달하기도 한다. 이 측정 장치는 도면에 도시되지 않았지만 공지된 형태의 센서들을 구비하는데, 그 센서들은 차량(1)에 장착된, 예를 들면 방향 감지용 자이로스코프, 휠에 장착된 펄스 발생기 혹은 인코더(encorder), 조향 휠에 장착된 위치 감지용의 포텐쇼미터 등이다.

이러한 측정 장치를 가지고 조향 기능이 수행될 수 있게 하기 위해서, 컴퓨터는 도 2에서 화살표(16)로 지시된 바와 같이 추적될 경로(2)에 대한 정보가 저장될 수 있는 메모리를 구비한다.

차량(1)은 도 6에 상세히 나타낸 바와 같이 포트 리프트 트럭(fork lift truck)일 수 있다. 그러나, "차량"이란 용어는 본원에서는 광범위한 의미로 이해하여야 한다. 이 차량은 화물용과 여객용을 포함하는 자기 구동식 운송 캐리지, 크레인이나 심지어는 로봇 등의 조작 기구일 수도 있다. 물론, 이러한 차량은 조종 가능해야 하기 때문에, 구동 방향을 바꾸기 위해 전술한 바의 제어 기구(4)에 의해 동작될 수 있는 조종 기구를 구비하여야 한다.

본 발명에 따른 측정 시스템(5)의 작동은 간단하며 다음과 같다.

경로(2)상에 있는 차량(1)은 제어 기구(4)의 중간 부분까지 처리 유닛(14)에 의해 정상적으로 안내되며, 이때 처리 유닛(14)은 공지된 방법으로, 비록 정확도에 있어 한계를 갖고 있지만 전통적인 측정 장치(15)의 정보를 통해 차량(1)의 실제 위치와 구동 방향을 계산하고, 그 계산된 결과를, 처리 유닛(14)의 메모리에 저장된 정보로부터 유도되는 소망의 위치 및 구동 방향과 비교한다.

카메라(11,12)중 하나 혹은 모두가 감지할 때, 비컨(7 혹은 8) 즉, 측정 시스템(5)은 감지 기구(10)로부터의 정보에 의해 작동한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 영역(3)을 나타내는 직각 좌표계에서, 소망의 경로에서 벗어난 차량(1)의 이탈 정도는 위치상의 X,Y 좌표와 구동 방향 각도(A) 각각에 의해 도시될 수 있다.

각도(A)는 카메라(11)와 비컨(6)에 의해 다음과 같이 결정된다.

카메라(11)에 의해 조사된 적외선은 비컨(6)에 의해 반사되고 도 4에 도시된 바와 같이 카메라(11)상의 이미지 필드(17)의 포인트(B₁)에 귀착된다.

이미지 필드(17)를 읽는 것에 의해, 칼럼의 수(E₁)는 실제적인 구동 방향과 일치하는 이미지 필드(17)의 중앙 칼럼과 포인트(B₁) 사이에서 측정된다.

처리 유닛(14)에 의해, 비컨(6)의 방향과 구동 방향 사이의 각도(A₁)는 아크 탄젠트(arc tangent) 방정식(E_1·P/F₁)에 따라 계산된다(이때, P는 화소의 물리적 치수, F₁은 카메라(11)의 촛점과 이미지 필드 사이의 거리).

상기의 각도(A₁)로부터, 소망의 경로(2)에서 구동 방향의 이탈 정도가 계산될 수 있고 각도(A)도 역시 전술한 바의 X,Y 좌표계에서 결정될 수 있다.

카메라(12)와 비컨(7)에 의해, 구동 방향을 가로지르는 위치 이탈 정도가 다음과 같이 결정된다. 이것은 방향성의 결정과 동시에 수행될 수도 있고 그러지 않을 수도 있다.

카메라(12)에 의해 조사된 적외선은 도 5에 도시된 바와 같이, 비컨(7)에 의해 반사되고 카메라(12)의 이미지 필드(18)상의 포인트(B₂)에 귀착된다. 도시된 U,V 좌표축 시스템은 V-축의 구동 방향에 대해 수평으로 차량(1)에 고정되어 있다.

U-방향을 향하고 구동 방향을 가로지르는 한줄의 고정된 열(19)과, 예를 들면 이미지 필드에서 가장 가운데 있는 열을 읽는 것에 의해, 칼럼의 수(E₁)는 실제의 구동 방향과 일치하는 이미지 필드(17)의 가장 중심에 있는 칼럼과 포인트(B₂) 사이에서 측정된다.

비컨(7)의 방향과 중심 열(19)의 수직선 사이의 각도(A₂)는 아크 탄젠트(arc tangent) 방정식(E_2·P/F₂)에 따라 처리 유닛(14)에 의해 계산된다(이때, P는 화소의 물리적 치수, F₂은 카메라(12)의 촛점과 이미지 필드 사이의 거리).

상기 각도(A₂)와 경로(2) 위쪽으로 공지된 바의 비컨(7)의 높이 위치에 따라, 처리 유닛(14)은 실제 위치(U_W)와 바람직한 위치(U_G) 사이에서 이미지 필드(19)의 U-방향에서의 차이를 계산한다.

구동 방향에서 바람직한 위치에 대한 이탈 정도는 측정 장치(15)에 의해 측정되는 차량(1)의 속도와 시간의 차이로부터 처리 유닛(14)에 의해 계산된다. 구동중에 카메라(12)가 전술한 바의 알고 있는 비컨(7)의 높이에 도달하면, 상기 계산된 위치는 처리 유닛(14)에 의해 실제 위치로 테스트될 수 있다.

처리 유닛(14)은 이탈 정도에 관련된 데이터를, 차량(1)을 제어하는 제어 기구(4)로 전송한다.

2개의 카메라(11,12)로부터의 정보는 반드시 동시에 유용한 것은 아니다. 만일, 하나 혹은 2개의 카메라로부터의 정보가 도달되지 않으면, 이 정보는 측정 장치(15)로부터의 정보로 대체될 수 있다.

처리 유닛(14)은 또한 다른 정보를 고려의 대상으로 할 수 있으며, 그리고 예를 들면 감지 기구(10)가 차량(1)의 중심에 정확하게 있지 않거나 혹은 차량(1)이 비컨(6)을 지난 위치로 자체 위치 조정해야 하는 경우 부가적으로 정확한 보정을 수행할 수 있다.

감지 기구(10)와 그로부터의 정보를 처리하는 처리 유닛(14)의 일부는 이따금씩 센서나 혹은 측정 장치(15) 같은 것을 재보정하도록 한다. 측정 시스템(5)은 또한 측정 장치(15)가 사용될 수 없거나 혹은 이러한 측정 장치가 결코 존재하지 않는 장소에서도 차량(1)을 정확하게 조종할 수 있다.

카메라(11,12)가 "랜덤 액세스" 방식인 경우, 처리 유닛(14)의 정보 처리 컴퓨터의 능력은 한정될 수 있다.

본 발명은 전술된 설명과 도시된 도면의 실시예의 형태에 한정되지 않으며, 오히려 그러한 측정 시스템과 그를 위한 감지 기구는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형예로 실현될 수 있다.

예를 들면, 2개의 카메라(11,12)의 방향은 서로에 대해 반드시 수직일 필요는 없다. 그 카메라들은 예를 들면, 97°의 각도를 취할 수 있다.

본 발명에 따르면, 소망의 경로로부터 차량이 이탈되는 것을 정확하게 결정할 수 있으면서도, 회전 부재들을 구비하지 않는 간단한 구성의, 차량의 위치를 테스트하기 위한 측정 시스템이 제공된다.

Claims (7)

1. 컴퓨터 유도되는 차량의 예정된 소망의 주행 경로를 따른 차량의 소망의 위치 및 구동 방향에 대해 상기 차량의 실제 위치 및 구동 방향을 감지하는 측정 시스템으로서,

   차량의 주행 경로를 따른 방향으로 그 경로에 인접하게 배치되어, 상기 차량이 소망의 주행 경로를 따라 이동되는 동안 차량으로부터 제1 투시 방향으로 관찰 가능한 다수의 제1 광학적 비컨과,

   상기 차량의 주행 평면내에서 또는 그 위쪽으로 상기 소망의 주행 경로를 따라 배치되며, 상기 차량이 소망의 주행 경로를 따라 이동되는 동안 차량으로부터 제2 투시 방향으로 관찰 가능한 방향으로 지향된 다수의 제2 광학적 비컨과,

   상기 차량에 탑재되어 선택적으로 상기 비컨을 감지하고, 차량의 이동에 대한 소망의 위치 및 방향과 관련된 기준축과 관련하여 상기 비컨의 각도 방향을 나타내는 신호를 발신하는 센서와,

   상기 센서로부터의 신호를 수신하고, 차량 주행의 소망의 위치 및 구동 방향에 대하여 차량의 실제 위치 및 구동 방향을 계산하는 프로그램에 따라 상기 신호를 처리하는 컴퓨터

   를 구비하며,

   상기 센서는 차량의 구동 방향을 따라 제1 투시 방향을 향하도록 된 제1 카메라와, 차량의 주행 경로의 평면에 수직하게 연장하는 제2 투시 방향을 향하는 제2 카메라로 구성된 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
2. 제1항에 있어서, 차량의 실제 위치 및 구동 방향을 측정하는 제2의 측정 시스템을 포함하는 별도의 차량 가이드 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 카메라는 랜덤 액세스 방식의 전자 카메라인 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 비컨은 평면 반사경인 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 각각의 카메라와 별도로 연관되는 투광기(投光機; light projector)를 또한 구비하며, 상기 투광기는 광선을 투사하여 상기 비컨을 조사하며, 각 카메라의 센서는 투사된 광선에 고유하게 응답하는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 카메라를 감싸는 하우징을 포함하며, 상기 하우징은 적어도 상기 카메라의 조준선을 따라서는 상기 투광기에 의해 투사된 광선을 투과시키는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
7. 제1항에 있어서, 상기 카메라는 서로 거의 수직한 방향을 따라 투시하도록 지향되어 있는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.

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